一種齒輪式步進無級變速裝置的製作方法

2023-04-25 23:41:46

專利名稱：一種齒輪式步進無級變速裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種變速裝置，具體地說是一種結構簡單、變速範圍大的齒輪式步進無級變速裝置。
背景技術：
隨著工業化進程的進一步深化，變速裝置的使用場合越來越多，最常見的是用於各種車輛等機械設備之上。變速器分有級和無級二種變速形式在當今的汽車領域裡大部分是應用有級變速器，有級變速器的效率沒有無級變速器的效率高，在汽車製造業裡人們一直在研究和開發著可靠耐用的無級變器來替代現有的有級變速器。現應用在汽車領域裡的無級變速器已知的有皮帶式和較先進的鋼帶式但用量較少，問題主要表現在皮帶或鋼帶易打滑、磨損大、壽命有限，難以在大功率的汽車上應用，所以能開發出齒輪式的無級變速器應用在汽車上，是當今汽車變速器領域裡的一個目標。

發明內容
本發明的目的是提供一種結構簡單、變速範圍大的齒輪式步進無級變速裝置。
為了達到上述目的要求，本發明採用如下方案實現一種齒輪式步進無級變速裝置，主要包括支撐架，支撐架內安裝有變速齒輪系，齒輪系包括一主動太陽輪，主動太陽輪固定連接輸入軸，沿主動太陽輪周邊嚙合有3至6個輸出行星輪，輸出行星輪通過行星輪架連接輸出軸，在主動太陽輪前方的輸入軸上還設置有調速太陽輪，調速太陽輪外嚙合有3至6個調速行星輪，調速行星輪固定於一行星輪架上，行星輪架固定於輸入軸上，調速行星輪、輸出行星輪與一齒圈嚙合，齒圈上安裝有單向軸承，單向軸承固定於支撐架內，調速太陽輪、主動太陽輪、兩行星輪架以及輸出軸、輸入軸、齒圈、單向軸為同一軸心。
上述目的也可通過如下方案實現一種齒輪式步進無級變速裝置，主要包括支撐架，支撐架內安裝有變速齒輪系，齒輪系包括一主動太陽輪，主動太陽輪固定連接輸入軸，沿主動太陽輪周邊嚙合有3至6個輸出行星輪，輸出行星輪通過行星輪架連接輸出軸，在主動太陽輪前方的輸入軸上還設置有一調速太陽輪，調速太陽輪外嚙合有3至6個調速行星輪，各調速行星輪安裝在行星輪架上，調速行星輪的公轉直徑大於輸出行星輪的公轉直徑，各輸出行星輪與齒圈嚙合，在輸出軸上固定有輸出太陽輪，輸出太陽輪外嚙合有3至6個行星輪，與輸出太陽輪嚙合的3至6個行星輪及其行星輪架固定在齒圈中，齒圈安裝有單向軸承，單向軸承固定於支撐架內，調速行星輪與輸出太陽輪嚙合的行星輪同時嚙合於一外齒圈中，外齒圈、齒圈、單向軸承、調速太陽輪、主動太陽輪、輸出太陽輪、行星輪架以及輸出軸、輸入軸為同一軸心。
本發明原理簡捷，結構簡單，零件少，易製造，成本低，容易控制，可有效實現無級變速，且變速範圍大，傳動效率高，強度高，可大功率傳動應用範圍廣，使用維修方便。


附圖1為本發明具體實施例一結構示意圖；附圖2為本發明具體實施例二結構示意圖；附圖3為該實施例內部結構截面示意圖。
具體實施例方式
為了便於理解，下面將結合具體實施例及附圖對本發明結構原理作進一步詳細描敘實施例一如附圖1所示，此無級變速裝置主要包括裝置支撐架11，支撐架11內安裝有變速齒輪系，齒輪系包括主動太陽輪31，主動太陽輪31固定連接輸入軸21，沿主動太陽輪31周邊嚙合有3至6個輸出行星輪41，輸出行星輪41安裝在行星輪架51上，行星輪架51連接輸出軸61，在主動太陽輪31前方的輸入軸21上還設置有一調速太陽輪71，調速太陽輪71外嚙合有3至6個調速行星輪91，調速行星輪91安裝在行星輪架81上，行星輪架81固定於輸入軸21上，調速行星輪91、輸出行星輪41與齒圈101嚙合，有單向軸承111安裝在齒圈101上，單向軸承111固定於支撐架內，調速太陽輪71、主動太陽輪31、行星輪架81、51以及輸出軸61、輸入軸21、齒圈101、單向軸承111為同一軸心設置。
其工作過程和原理如下輸入軸21、行星輪架81、主動太陽輪31一起按順時針方向旋轉，主動太陽輪31帶動各輸出行星輪41各自反時針方向旋轉同時輸出行星輪41整體沿齒圈101的內圈順時方向公轉，輸出行星輪41的整體公轉帶動行星輪架51和輸出軸61轉動，此時齒圈101的反轉被單向軸承111鎖定，輸出軸61就有動力輸出。齒圈101如果沒有加入順時方向旋轉，則沒有用於提速的動力經由輸出行星輪41傳到輸出軸61參與工作(即齒圈101是不轉動的)，我們可設定此時輸出軸61的轉速最慢、扭力最大，即作為一檔的轉速輸出。輸入軸21的旋轉同時帶動行星輪架81同方向旋轉，再帶動調速行星輪91各自反時針方向旋轉和調速行星輪91整體沿齒圈101的內圈順時方向的公轉，調速行星輪91再帶動調速太陽輪71作高速順時針方向的旋轉。當輸出軸61需要克服大阻力、即需要一檔時，齒圈101的反轉被單向軸承111閉鎖住，這樣就可以提供一個暫時固定的點(借力點或支點)，使反時針旋轉的輸出行星輪41推動行星輪架51和輸出軸61順時針方向低速、大扭力的旋轉。如果輸出軸61的阻力不大需要把輸出軸61轉速提高，則可利用一制動機構，根據輸出軸61轉速的要求來調節調速太陽輪71的轉速，調速太陽輪71被制動或調節的轉速就會經過調速行星輪91傳遞給齒圈101，齒圈101再帶動輸出行星輪41，轉速按設定的速比順時方向旋轉傳遞到輸出軸61上，並與輸出軸61原有的轉速累加，輸出軸61的轉速就提高了。調速太陽輪71的轉速被制動或控制的轉速越多，加在輸出軸61的轉速就越多越快；反之，調速太陽輪71的轉速越快，輸出軸61的轉速就越慢。這樣就實現和達到了變速的結果和無級變速的目的。提速方面，驅動調速太陽輪71的旋轉是調速行星輪91以齒圈101的內齒為借力點，作用於齒圈101的力和提速的力為同一方向，所以具有較好的提速效果。
實施例二如附圖2所示，此無級變速裝置主要包括裝置支撐架11，支撐架11內安裝有變速齒輪系，齒輪系包括主動太陽輪31，主動太陽輪31固定連接輸入軸21，沿主動太陽輪31周邊嚙合有3至6個輸出行星輪41，輸出行星輪41安裝在行星輪架51上，行星輪架51連接輸出軸61，在主動太陽輪31前方的輸入軸21上還設置有一調速太陽輪71，調速太陽輪71外嚙合有3至6個調速行星輪92，各調速行星輪92安裝在行星輪架51上，調速行星輪92的公轉直徑大於行星輪41的公轉直徑，各輸出行星輪41與齒圈101嚙合，在輸出軸61上固定有輸出太陽輪122，輸出太陽輪122外嚙合有3至6個行星輪131，行星輪131的行星輪架固定於齒圈101中，齒圈101安裝有單向軸承111，單向軸承111固定於支撐架內，調速行星輪92與行星輪131同時嚙合於齒圈141中，調速太陽輪71、主動太陽輪31、輸出太陽輪122、行星輪架51、輸出軸61、輸入軸21、齒圈141、齒圈101、單向軸承為同一軸心設置。
其工作過程和原理如下輸入軸21、主動太陽輪31按順時針方向旋轉，主動太陽輪31帶動輸出行星輪41各自反時針方向旋轉同時輸出行星輪41整體沿齒圈101內圈順時方向公轉，輸出行星輪41的整體公轉帶動行星輪架51和輸出太陽輪122以及輸出軸61轉動，此時齒圈101被單向軸承111鎖定(反向)，輸出軸61就有動力輸出。齒圈101如果沒有加入順時方向旋轉，則沒有提速用的動力經由輸出行星輪41傳到輸出軸61參加工作，我們可設定此時輸出軸61的轉速是最慢、扭力最大，即作為一檔的轉速輸出。行星輪架51的旋轉帶動輸出太陽輪122同方向旋轉及調速行星輪92各自反時針方向旋轉和整體沿齒圈141內圈順時針方向公轉，調速行星輪92再帶動調速太陽輪71作高速順時針方向旋轉。輸出太陽輪122順時針方向的旋轉帶動著行星輪131反時針方向旋轉，行星輪131反時針方向的旋轉推動齒圈141也反時針方向旋轉，其動力再經過調速行星輪92傳到調速太陽輪71上，調速太陽輪71的轉速會進一步的加快。如果輸出軸61需要克服很大阻力、即為一檔時，由於齒圈101的反轉被單向軸承111鎖住，這樣就可以提供一個暫時固定的點(借力點或支點)，給反時針旋轉的輸出行星輪41推動行星輪架51和輸出軸61順時方向以低速、大扭力旋轉。如果輸出軸61的阻力不大需要把輸出軸61的轉速提高時，則可利用制動機構，根據輸出軸61轉速的要求來調節調速太陽輪71的轉速，調速太陽輪71被制動或調節的轉速經過調速行星輪92帶動齒圈141、行星輪131、齒圈101、再帶動輸出行星輪41，從而把控制或調節到調速太陽輪71的轉速按設定的速比(循環衰減)順時針方向加到了輸出軸61上，並和輸出軸61原有的轉速相累加，輸出軸61的轉速就提高了。調速太陽輪71的轉速被制動或控制的越多，輸出軸61上的轉速就越快；反之，調速太陽輪71的轉速越快，輸出軸61的轉速就越慢。這樣就實現和達到了變速的結果和無級變速的目的。
又如圖3所示為本發明的行星齒輪和單向軸承的組合及運轉時的步進情況。本發明是一種齒輪式步進無級變速裝置，其輸出行星輪41和行星輪架51為輸出端，行星輪架51的公轉速度為輸出轉速，主動太陽輪31為輸入端，齒圈101作為變速時用的輸入端，驅動齒圈101的動力可以從輸入軸或輸出軸取得，齒圈101旋轉的方向是跟主動太陽輪31同一方向。單向軸承111是套裝在齒圈101上或與齒圈101固接的構件上，可使齒圈101隻能單方向旋轉。假設把主動太陽輪31的轉速和輸出行星輪41公轉的速比設定在3.5∶1，齒圈101的轉速和輸出行星輪41公轉的速比是1∶0.7。如果把主動太陽輪31的轉速恆定在某個定值上，如1000轉/分，齒圈101不加入運轉，此時輸出行星輪41公轉的轉速則為286轉/分，輸出軸61的轉速為最慢、扭力最大。當要提高輸出軸61的轉速時，只需使齒圈101具有一定的轉速，齒圈101的轉速就會通過行星輪41把轉速按速比累加到輸出軸61上，比如齒圈101的轉速為200轉/分，則輸出行星輪41的公轉就增加了200轉/分×0.7＝140轉/分的轉速，加上原來輸出行星輪41公轉的轉速286轉/分，輸出行星輪41公轉的轉速就達到了286轉/分+140轉/分＝426轉/分，整個輸出的轉速就提高了。如果齒圈101加入1400轉/分，輸出行星輪41的公轉就達到1266轉/分，輸出軸61的轉速就達到了高速。
在低速到高速的整個(步進)變速過程中(除最低或最高速)，齒圈101的運轉是不斷地在旋轉、停頓這兩者之間交替、變換。具體情況為提速或穩定某一速度的情況下，因為要克服輸出軸61的阻力，齒圈101的扭力又無法克服這個阻力時，這時的單向軸承111會閉鎖住齒圈101使其不能反轉，這樣主動太陽輪31就有了一個暫時穩固的借力點或支點使驅動輸出行星輪41的自轉推動自身公轉，輸出軸61的阻力由主動太陽輪31和輸出行星輪41來克服。變速趨於穩定後，輸出行星輪41公轉的阻力減小，齒圈101的旋轉則馬上遞進，到了不能克服輸出軸61的阻力時，單向軸承111又再次閉鎖齒圈101防其反轉，克服輸出軸61的阻力又由主動太陽輪31和輸出行星輪41來完成。當變速再次趨於穩定後，輸出軸61的阻力減小，齒圈101再次遞進。這樣步步漸進的步進運轉，在步進的運轉變速中，在不同的轉速裡齒圈101可以得到相應扭力的支持。其實，在變速的過程中也是有段表現出來，只是段分的很細，間隔小，時間短，交替很快，可近似為無段，即產生了無級變速的效果。
上述的制動機構，可為一帶負載的發電機，發電機與調速太陽輪連接，可通過調節發電機發電時的負載來達到調節調速太陽輪轉速的目的。同時，所述的變速裝置都有著很好的滑行慣性，在滑行時不會被輸入端拖住，可有效減少能耗。
權利要求
1.一種齒輪式步進無級變速裝置，主要包括支撐架，支撐架內安裝有變速齒輪系，其特徵在於齒輪系包括一主動太陽輪(31)，主動太陽輪(31)固定連接輸入軸(21)，沿主動太陽輪(31)周邊嚙合有3至6個輸出行星輪(41)，輸出行星輪(41)安裝在行星輪架(51)上，行星輪架(51)連接輸出軸(61)，在主動太陽輪(31)前方的輸入軸(21)上還設置有調速太陽輪(71)，調速太陽輪(71)外嚙合有3至6個調速行星輪(91)，調速行星輪(91)安裝在行星輪架(81)上，行星輪架(81)固定於輸入軸(21)上，調速行星輪(91)、輸出行星輪(41)與齒圈(101)嚙合，齒圈(101)上安裝有單向軸承(111)，單向軸承(111)固定於支撐架內，單向軸承(111)、齒圈(101)、調速太陽輪(71)、主動太陽輪(31)、行星輪架(81、51)以及輸出軸(61)、輸入軸(21)為同一軸心設置。
2.一種齒輪式步進無級變速裝置，主要包括支撐架，支撐架內安裝有變速齒輪系，其特徵在於齒輪系包括一主動太陽輪(31)，主動太陽輪(31)固定連接輸入軸(21)，沿主動太陽輪(31)周邊嚙合有3至6個輸出行星輪(41)，輸出行星輪(41)安裝在行星輪架(51)上，行星輪架(51)連接輸出軸(61)，在主動太陽輪(31)前方的輸入軸(21)上還設置有一調速太陽輪(71)，調速太陽輪(71)外嚙合有3至6個調速行星輪(92)，各調速行星輪(92)安裝在行星輪架(51)上，調速行星輪(92)的公轉直徑大於行星輪(41)的公轉直徑，各輸出行星輪(41)與齒圈(101)嚙合，在輸出軸(61)上固定有一輸出太陽輪(122)，輸出太陽輪(122)外嚙合有3至6個行星輪(131)，行星輪(131)的行星輪架固定於齒圈(101)中，齒圈(101)安裝有單向軸承(111)，單向軸承(111)固定於支撐架內，調速行星輪(92)與行星輪(131)同時嚙合於齒圈(141)中，齒圈(141)、齒圈(101)、單向軸承(111)、調速太陽輪(71)、主動太陽輪(31)、輸出太陽輪(122)、行星輪架(51)以及輸出軸(61)、輸入軸(21)為同一軸心設置。
全文摘要
一種齒輪式步進無級變速裝置。包括支撐架及內部變速齒輪系，齒輪系包括主動太陽輪，主動太陽輪嚙合有輸出行星輪，輸出行星輪公轉速度通過輸出軸輸出，為了實現無級變速，與主動太陽輪同軸設置有調速太陽輪，調速太陽輪上嚙合有調速行星輪，在調速行星輪與輸出行星輪之間通過一齒圈實現聯動；並且，調速行星輪與輸出行星輪之間又可通過齒圈與另外行星輪及齒圈的配合實現聯動，此時的行星輪又與一固定於輸出軸上的輸出太陽輪嚙合，行星輪的行星輪架固定在齒圈上。通過調節調速太陽輪的速度可改變調速行星輪轉速，進而改變各齒圈的轉速，齒圈的轉速再經過輸出行星輪或者輸出太陽輪的轉換使輸出軸變速。具有結構簡單、變速範圍大等優點。
文檔編號F16H3/44GK1804430SQ200610033000
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月14日 優先權日2006年1月14日
發明者秦桂強 申請人:秦桂強