CN102022490A

CN102022490A - 无压力摩擦传动的无级变速机

Info

Publication number: CN102022490A
Application number: CN200910204951XA
Authority: CN
Inventors: 李远庆; 李睿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-22
Filing date: 2009-09-22
Publication date: 2011-04-20

Abstract

无压力摩擦传动的无级变速机，是采用双驱动达到0～1000rpm以上的无级变速，无级变速机中的内齿圈是可以旋转的；实施步骤为：1)主动力驱动偏心轴旋转，再驱动内啮合的行星齿轮绕内齿圈公转，经少齿差或者行星传动减速，再经输出轴输出而达到定比减速旋转；2)用滚动轴承将内齿圈与变速机壳体间隔，使内齿圈可以转动并限制内齿圈径向移动；调速动力经齿轮副或者蜗杆副驱动内齿圈旋转，调节内齿圈的旋转方向和旋转速度使输出轴达到无级变速。当调速动力达到需要的输出转速时，调速动力则锁定该转速，使变速机在需要的输出转速上持续旋转。无压力摩擦传动的无级变速机结构简单，体积小，没有压力摩擦，传动稳定，效率高，使用寿命长，广泛应用于各种机械中的变速机构。

Description

无压力摩擦传动的无级变速机

本发明涉及一种无压力摩擦传动的无级变速机，其特征是，采用双驱动的无级变速，变速范围在0～1000rom以上的区间进行无级调节。

常见的机械式无级变速机有多种，其变速传动机构由无中间元件、有中间元件、绕性中间元件以及行星式组成各种无级变速机，但是这些无级变速机都是通过增加压力来加大摩擦力实现传动比的连续改变而输出转速；结构复杂，构件易于疲劳而磨损，变速过程中存在相对滑动，变速比不准确；变速比一般在1∶5的范围进行无级调节，如果需要取得大的减速比，则需要与减速机串联使用。

本发明的目的是提供一种无压力摩擦传动的无级变速机，与常见的无级变速机完全不同，不用摩擦力传动，直接由齿轮传动或者齿轮加蜗轮副驱动实现大范围的无级变速；相对于有压力摩擦传动的无级变速机，其传动结构简化40％以上，体积小，变速范围大，没有压力摩擦，传动稳定，效率高，使用寿命长。

本发明的目的通过如下技术方案实现：采用双驱动达到0～1000rom以上的无压力摩擦传动的无级变速机，其中的内齿圈是可以调节旋转的；实施步骤为1)、主动力的转速驱动偏心轴旋转，再驱动内啮合的行星齿轮绕内齿圈公转，经少齿差传动减速，再经销轴盘及输出轴输出而达到定比减速旋转；2)、用滚动轴承将内齿圈与变速机壳体间隔，使内齿圈可以转动并限制内齿圈径向移动；调速动力经齿轮副或者蜗轮副驱动内齿圈旋转，内齿圈旋转的快慢使得内啮合的齿数比发生逆向传动；同时，内齿圈旋转的方向也使得输出轴的转速发生相应的改变。当调速动力调节到需要的输出转速时，调速动力锁定该转速，使变速机在需要的转速上持续旋转。在调节过程中，内齿圈旋转得快，传动比就小，输出轴的转速升高；内齿圈旋转得慢，传动比就大，输出轴的转速降低。

本发明的有益效果是：采用双驱动达到0～1000rom以上的无级变速机能够达到节省动力能源60％以上的效果，广泛应用于各种机械中的变速机构，如汽车、船舶、机车、机床、运输、矿山、冶金、化工、油田、纺织、泵、食品机械等等。

下面参照附图和具体实施例对本发明详细说明。

图1为无压力摩擦传动的无级变速机的原理示意图。

图2为调速动力经齿轮副驱动的无级变速机结构原理示意图。

图3为调速动力经蜗轮副驱动的无级变速机结构原理示意图。

图4为调速动力经弧面蜗轮副驱动的无级变速机结构原理示意图。

图5为无压力摩擦传动的无级变速机速度效果1。其中，少齿差传动比i＝23，ω₂与ω₁旋转方向相同，主动力输入转速设定：ω₁＝1500r/min，表中：ω₂为齿圈转速，ω₃为输出轴转速，i为实际传动比。

图6为无压力摩擦传动的无级变速机速度效果2。其中，少齿差传动比i＝23，ω₂与ω₁旋转方向相反，主动力输入转速设定：ω₁＝1500r/min，表中：ω₂为齿圈转速，ω₃为输出轴转速，i为实际传动比。

图7为行星齿轮传动的无压力摩擦传动的无级变速机的原理示意图。

如图1所示，主动力的转速按ω₁的方向驱动偏心轴H旋转，偏心轴H的曲柄驱动内啮合的行星齿轮C绕内齿圈B公转，经过少齿差减速，行星齿轮C驱动销轴盘V使得输出轴按ω₃的方向定比减速旋转。当调速动力驱动蜗杆副S使内齿圈B按照ω₂的方向旋转时，内齿圈旋转速度每增加一圈，输出轴的旋转速度则因为内齿圈与行星齿轮的齿数比逆向传动，致使ω₃的转速随之改变，从而达到0～1000rpm以上的无级变速。当调速动力驱动蜗杆副S调节到需要的输出转速ω₃时，调速动力则锁定该转速，使变速机在该转速ω₃上持续旋转。

如图2所示，是齿轮副S调节的无级变速机；主动力经偏心轴H及轴承1使行星齿轮C上下对称地形成双偏心旋转，行星齿轮C与内齿圈B啮合并绕内齿圈B公转，经过少齿差减速，行星齿轮C上的6个孔套入叉轴销3上的差套4，再经叉轴销3、销轴盘V驱动输出轴5相对于偏心轴H反向旋转。当内齿圈固定时，是少齿差的行星齿轮减速机。用滚动轴承2将内齿圈与变速机壳体间隔，使内齿圈B可以转动并限制内齿圈B的径向移动；调速动力经齿轮S驱动内齿圈B上的外齿轮向左或向右旋转，当内齿圈B的旋转方向与主动力相同时，内齿圈旋转速度每增加一圈，输出轴的转速则因内啮合的齿数比发生逆向传动而增加；形成了小于0rpm到1000rpm以上可任意调节的无级变速机；输出轴的转速状态如图5。当内齿圈B的旋转方向与主动力相反时，内齿圈旋转速度每增加一圈，输出轴的转速仍然因内啮合的齿数比发生逆向传动，输出轴的转速则是负值增加，实际输出转速是绝对值增加；形成了大于0rpm到1000rpm以上可任意调节的无级变速机。其输出轴的转速状态如图6。当调速动力调节到需要的输出转速时，调速动力则锁定该转速，使变速机在该转速上持续旋转。

如图3所示，是图2的平面图，图2中的齿轮副S在图3中换成了圆柱蜗杆副S，其传动过程完全与图2相同。圆柱蜗杆副调节的无级变速主要用于功率不大的无级变速场合。

如图4所示，是弧面蜗杆副调节的无级变速，传动过程与图3完全相同。由于弧面蜗杆同时参与啮合的齿数多，承载能力是圆柱蜗杆副的3倍，特别适用于大功率的无级变速场合。

如图5所示，是无压力摩擦传动的无级变速机速度效果1，设定变速机的行星齿轮C的齿数为46，内齿圈齿数为48，是二齿差传动，根据少齿差传动公式，传动比i＝23，主动力输入ω₁＝1500rpm；主动力ω₁与内齿圈ω₂的旋转方向相同，当内齿圈的转速ω₂由0～1500rpm时，变速机输出轴的转速ω₃是在-65.217→0→1500rpm之间；实际传动比是在-23→∞→1之间变化。需要特别说明的是：当调节动力的转速为ω₂＝62.5rpm时，输出轴的转速为0rpm；在0转左右由反转到正转的转换过程中，机械传动是必然存在“回差”的，在回差精度要求高的场合，一直是个难题；无压力摩擦传动的无级变速机在由反转到正转的转换过程中，是连续的调节运动，不存在“回差”；对于类似雷达捕捉、跟踪目标是很有用的。

如图6所示，是无压力摩擦传动的无级变速机速度效果2，其设定数据与图5完全相同，所不同的是主动力ω₁与内齿圈ω₂的旋转方向相反，当内齿圈的转速ω₂由0～1500rpm时，变速机输出轴的转速ω₃是在-65.217→0→1630.435rpm之间，实际传动比是在-23→-0.92之间变化。

如图7所示，主动力的转速按ω₁的方向驱动太阳轮A旋转，太阳轮A驱动行星齿轮C绕内齿圈B公转，并带动行星架及输出轴H以ω₃的方向旋转，当内齿圈B固定时，是行星齿轮减速机，行星架及输出轴H以ω₃的方向按行星轮系传动比减速旋转。当调速动力驱动蜗杆副S使内齿圈B按照ω₂的方向旋转，则使得行星齿轮C与内齿圈B的齿数比逆向传动，致使ω₃的转速改变，从而得到0～1000r/min以上的无级变速。当调速动力驱动蜗杆副S调节到需要的输出转速ω₃时，调速动力则锁定该转速，使变速机保持在转速ω₃上持续旋转。

下面以实施例子来说明无压力摩擦传动的无级变速机的使用情况：

例1、某油田的抽油机，其电机功率是45kw，转速为960rpm，额定电流为30.5A，抽油机启动瞬间电流达到180A，表明电机启动是满负荷；在正常运行中，电流值15～25A之间变化，说明电机基本上处在低负载的情况；也说明选用45kw的电机主要是应付抽油机瞬间满负荷的启动。为了节省电力消耗，用无压力摩擦传动的无级变速机替换45kw的电机，无级变速机的主动力为4.5kw，调速动力为5.5kw。45kw的输出转矩为623N.m；主动力4.5kw经过减速比i＝33，转矩为851N.m，超过了45kw的623N.m，变速机便以45rpm的低速轻松启动抽油机，然后启动调速的直流电机将输出轴转速逐渐提升至960r/min，达到抽油机原来的运行效果；节省了电力35kw，节电量达到77％。

例2、车床或铣床的主变速箱是通过换档实现转速改变，变速箱的结构非常复杂；使用无压力摩擦传动的无级变速机，可以使机床的主变速箱结构简化40％以上，降低机床的制造成本，使机床的主轴转速可以无级调节。

例3、将无压力摩擦传动的无级变速机用于汽车变速，去掉结构复杂的、制造要求很高的变速系统，完全用无压力摩擦传动的无级变速机代替。实施方法是：汽车发动机经过液力耦合器驱动一套正反转机构，再以正反转机构的输出作为主动力驱动无级变速机作定比减速；同时发动机驱动直流电机以调速动力驱动无级变速机的内齿圈旋转；在发动机功率不变的情况下，使汽车得到更大的动力和变速范围。无压力摩擦传动的无级变速机使汽车的变速箱简化60％以上；由于变速箱的简化使得传动链大为缩短，从而发动机效率可提高5％左右；并且使汽车的倒档也能从低速到高速无级调节。倒档能够从低速到高速无级调节，对于舰艇、警用车辆、军用车辆是很有用的。

Claims

1.一种无压力摩擦传动的无级变速机，其特征为采用双驱动达到0～1000rpm以上的无级变速；方案是：无级变速机中的内齿圈可以旋转；实施步骤为，1)、主动力驱动偏心轴旋转，偏心轴驱动内啮合的行星齿轮绕内齿圈公转，经少齿差传动减速，再经销轴盘及输出轴输出而达到定比减速旋转；2)、用滚动轴承将内齿圈与变速机壳体间隔，使内齿圈可以转动并限制内齿圈的径向移动；调速动力经齿轮副驱动内齿圈旋转，调节内齿圈的旋转方向和旋转速度使输出轴达到无级变速。

2.根据权利要求1所述的采用双驱动达到0～1000r/min以上的无级变速机；是无级变速机中的内齿圈是可以旋转；实施步骤为，1)、主动力的转速驱动太阳轮旋转，太阳轮驱动与内齿圈啮合的行星齿轮绕内齿圈公转，经行星传动减速，再经行星架及输出轴输出而达到定比减速旋转；2)、用滚动轴承将内齿圈与变速机壳体间隔，使内齿圈可以转动并限制内齿圈的径向移动；调速动力经齿轮副驱动内齿圈旋转，调节内齿圈的旋转方向和旋转速度使输出轴达到无级变速。

3.根据权利要求1所述的采用双驱动达到0～1000rpm以上的无级变速机；调速动力可以通过圆柱蜗杆副驱动内齿圈旋转。

4.根据权利要求1所述的采用双驱动达到0～1000rpm以上的无级变速机；调速动力可以通过弧面蜗杆副驱动内齿圈旋转。

5.根据权利要求1所述的采用双驱动达到0～1000rpm以上的无级变速机；行星齿轮绕内齿圈公转的内啮合齿轮副可以是渐开线齿轮。

6.根据权利要求1所述的采用双驱动达到0～1000rpm以上的无级变速机；行星齿轮绕内齿圈公转的内啮合齿轮副可以是摆线齿轮。

7.根据权利要求1所述的采用双驱动达到0～1000rpm以上的无级变速机；行星齿轮绕内齿圈公转的内啮合齿轮副可以是其他齿轮。