行星离心式无级传动机构及其控制方法与流程

本发明属于机械传动
技术领域：
，具体涉及一种行星离心式无级传动机构及其控制方法。
背景技术：
：用于改善动力装置性能以满足车辆行驶需要的传动装置种类繁多，行星传动装置是应用较为广泛的一种。行星机构具有可绕中心轴周转的行星齿轮，它联系着绕中心轴旋转的太阳齿轮、齿圈和框架；行星齿轮支承在框架上，可绕自身轴线转动，虽是行星机构的内在核心，但仅为机构的内部连接零件，不对机构传动比产生直接影响。在具有两自由度的行星机构中，太阳齿轮、框架、齿圈三构件之间具有差速关系，当其中一个构件速度为一定时，其他两个构件的转速可按一定的规律自由变化，用操纵机构控制两者之一的速度，余下的速度才为一定，只有使一个的转速为零，另一个才能得到确定传动比的转速。由于结构限制及避免操纵的复杂，现使用的行星机构普遍采用“通过制动死(或固定)一个构件，减少一个自由度，来得到另一个自由度的确定传动比”的变速方式，以一种定传动比的差速器形式应用在传动机构中。为获得满足使用需要的传动比，往往采用多组行星排、数量众多的控制元件及复杂的操纵系统，使传动装置结构变得复杂、体积质量大、成本高。随着科技发展和人们对使用舒适性的提高，用于改善动力装置性能来满足车辆行驶需要的传动装置种类繁多，行星传动是应用较为广泛的一种。它采用了多组行星排和数量众多的控制元件及复杂的操纵系统，使车辆传动装置结构变得复杂、体积质量大、成本高。往往成为新车开发研制的技术瓶颈。为此，探索研究变速性能好、结构简单、成本低的新型传动非常必要。申请号为200910133067.1的专利文献公开了一种用于夹钳组件的驱动装置，包括具有下钳板的夹钳框架，铰接在夹钳框架上的驱动元件与实施间歇的枢转运动的驱动轴传动连接，齿轮单元具有带有至少两个齿轮级的差动齿轮系，它的第一齿轮级配有非圆形齿轮，它们的太阳轮固定在与一个驱动机构连接的可旋转安装的轴上，第二齿轮级具有非圆形齿轮，第一齿轮级的行星轮与第二齿轮级的行星轮一起呗固定在一个公共轴上，并且第二太阳轮的输出轴与第一太阳轮的轴同轴地安装并且直接或者通过另外的齿轮级连接到夹钳组件的驱动轴上。该驱动装置中的非圆形齿轮结构和应用都与本方案不同。技术实现要素：本发明的主要目的是提供一种行星离心式无级传动机构及其控制方法，旨在解决全机械无级变速现有的行星传动机构结构复杂的问题。为实现上述目的，本发明提出一种行星离心式无级传动机构，包括：太阳轮、与太阳轮啮合的至少两个行星齿轮和框架；所述太阳轮具有太阳轮轴，所述框架具有框架轴，所述太阳轮设于框架内，所述行星齿轮固定于行星齿轮轴上，所述行星齿轮轴可转动地设于所述框架上；所述框架包括轨道盘，所述轨道盘上在与各所述行星齿轮对应位置处设有轨道腔，所述轨道腔的内壁为闭合曲线轨道，所述闭合曲线轨道相对所述行星轮轴偏置，且其偏置方向与所述轨道盘的转动方向一致；所述行星齿轮轴的一端设有导槽，所述导槽内设有可滑动的滑块，所述滑块的滑动方向与所述行星齿轮轴的轴线垂直，所述滑块的沿其滑动方向的一端与所述闭合曲线轨道的偏置区段抵接。优选地，所述滑块的沿其滑动方向的两端设有滚轮。优选地，以与所述导槽的滑动方向垂直的平面将所述导槽剖开的形状为矩形，所述滑块为条状。优选地，所述滑块的两端为圆滑曲面。优选地，所述行星齿轮轴包括轴部、滑块安装部，所述滑块安装部的一端设有盖板，所述导槽设在所述滑块安装部内。优选地，所述框架还包括行星轮前支承盘、行星轮后支承盘和辅助支承盘，所述行星轮前支承盘、行星轮后支承盘、辅助支承盘和所述轨道盘固定连接为一体，所述行星轮前支承盘、行星轮后支承盘、辅助支承盘和所述轨道盘都通过花键副与所述框架轴连接。优选地，所述的行星离心式无级传动机构，还包括：箱体，所述太阳轮轴、框架轴架设在所述箱体内。本发明还提出一种上述任一项所述的行星离心式无级传动机构的控制方法，包括以下步骤：s1，驱动太阳轮轴转动，太阳轮轴带动太阳轮、行星齿轮转动，当行星齿轮转动时，滑块绕行星齿轮轴轴线转动，同时，滑块还沿导槽滑动，滑块的端部给轨道盘施加推力，推力对框架会产生一个旋转力矩；s2，当输入转速提高时，所述旋转力矩增大，当所述旋转力矩大于所述框架受到的外阻力矩时，所述框架转动，通过框架输出转速；s3，随着输入转速增大，所述行星齿轮一边自转一边绕太阳轮公转，所述框架在转动后外阻力矩增大，当所述旋转力矩与所述外阻力矩一致时，所述行星齿轮的自转速度不再增加，当提高所述输入转速时，所述输出转速对应增加；s4，若从机构外部使外阻力矩增加，但保持输入转速不变，则行星齿轮的自传角速度提高，滑块作用到轨道盘的推力增加，直至所述旋转力矩与所述外阻力矩再次达到一致，所述输出转速降低。与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：一，本发明将框架的支承行星齿轮轴的位置设置轨道腔，将轨道腔的内壁设置为闭合曲线，相对行星轮轴偏置，且偏置方向与轨道盘的转动方向一致。在行星齿轮轴的一端设置导槽，并在导槽内设置可滑动的滑块，通过滑块与轨道腔内闭合曲线轨道之间形成曲线移动副，使得行星齿轮轴、滑块和框架一起共同构成了一个外偏心、内导向的偏心装置，由于滑块既能够相对行星齿轮轴转动，又能沿行星齿轮轴上的导槽滑动，当滑块相对导槽滑动时，能够产生离心力作用到框架上，使框架的输出转速和扭矩自适应调整，能够实现机械无级变速。二，本发明相比于现有的行星机构舍弃了齿圈及操纵用的制动器、离合器，太阳轮做为主动件，框架为被动件，在行星齿轮轴及框架的新结构上通过新作用件滑块，将来自太阳轮的输入功率，在两者间进行自适应调整，经框架轴输出需要的速度和扭矩，大大简化了现有无级传动机构的结构，且变速性能优越、结构简单、操纵方便、体积重量小、成本低，无需复杂的操纵控制系统，在机构内构件间的相互作用中，输入和输出自适应调整，实现自动无级变速。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为现有的普通行星齿轮机构的结构图；图2为本发明一实施例提出的行星离心式无级传动机构的结构图；图3为图2的剖视图；图4为图2提出的行星离心式无级传动机构中框架和行星齿轮轴的结构图；图5为图2提出的行星离心式无级传动机构中行星齿轮轴的结构图；图6为轨道盘的结构示意图。本发明的附图标号说明：标号名称标号名称1太阳轮2行星齿轮3框架31轨道盘32轨道腔33闭合曲线轨道34辅助支承盘35行星轮前支承盘36行星轮后支承盘4行星齿轮轴41导槽42轴部43滑块安装部44盖板7滑块71滚轮5太阳轮轴6框架轴具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。本发明提出一种行星离心式无级传动机构。首先，介绍下普通的行星机构。请参照图1，图1为一种最简单的行星齿轮机构，在普遍采用的行星机构中，太阳齿轮4’、齿圈1’、框架3’是通过支承在框架3’上的行星齿轮2’连接和相互作用，行星齿轮2’既随框架3’周转、也相对框架3’自转。若太阳齿轮4’是主动件输入转速，框架3’为被动件输出转速，则：由于行星齿轮2’随框架3’周转，框架3’角速度即行星齿轮2’周转角速度，也为机构输出角速度。由于随框架3’周转，行星齿轮2’无法与机构之外的其他构件连接，只能做为内部的联系件存在，但对机构的操纵对它的运行带来改变。如对齿圈1’实施制动，齿圈1’转速由快变慢直至为零，与齿圈1’啮合的行星齿轮2’的自转转速按两者间的传动比，随之改变直至到一个固定转速。根据上面的公式，在输入转速不变情况下，对应行星齿轮2’，若自转角速度降低，则周转角速度上升；若自转角速度上升，则周转角速度降低；若自转角速度为零，则周转角速度等于输入角速度，行星机构整体转动。因此，若能让行星齿轮自转转速按照使用需要自动改变，即可使机构获得无级变速。但现在的行星机构中，使行星齿轮自转转速改变的途径，只能通过对齿圈的不同程度制动来产生。对运转中的构件实施制动，在制动件和被制动件之间产生摩擦，将引起部件磨损烧蚀，缩短使用寿命，传动效率下降等一系列问题。因此，为在行星机构上实现无级变速，就要避开“通过制动(或固定)一个构件、减少一个自由度，来得到另一个自由度的确定传动比”的变速方式，创新发明新的行星传动机构，为此，本发明提出一种行星离心式机械无级变速装置。下面，介绍本发明提出的行星离心式无级传动机构。请参照图2至图6，行星离心式无级传动机构，包括：太阳轮1、至少两个行星齿轮2和框架3(图2中仅示出了一个行星齿轮)，太阳轮1设在太阳轮轴5上，框架3安装在框架轴6上，框架轴6与太阳轮轴5通过轴承连接，行星齿轮2设在行星齿轮轴4上，由行星齿轮轴4支承，行星齿轮2安装在可转动的框架3上，行星齿轮2随行星齿轮轴4上转动。太阳轮轴5为输入轴，框架轴6为输出轴，动力由太阳轮1输入，由框架3输出。请参阅图4，框架3包括轨道盘31，轨道盘31上的行星齿轮轴4支承处设有轨道腔32，轨道腔32的内壁形成闭合曲线轨道33，轨道腔32环绕行星齿轮轴4且相对行星齿轮轴4的中心偏置，偏向轨道盘31的输出转动方向。请再次参阅图4、图5、图6，行星齿轮轴4的背离行星齿轮2的一侧穿过轨道腔32，行星齿轮轴4的背离行星齿轮2的一端开设有导槽41，导槽41内设有可滑动的具有质量要求的滑块7，滑块7的沿其滑动方向的两端为曲面且至少一端与闭合曲线轨道33抵接。滑块7既能够相对导槽41滑动，又能随着行星齿轮轴4的转动而转动。当滑块7随行星齿轮轴4转动时，滑块7的两端根据偏心要求与框架3的闭合曲线轨道33交替抵接，每转动半周更换一次，滑块7与导槽41精确配合相对运动，同时在闭合曲线轨道33上滑动。由此，在行星齿轮轴4和闭合曲线轨道33的共同作用下，当太阳轮1转动带动行星齿轮2及其行星齿轮轴4转动，通过行星齿轮轴4带动滑块7做随行星齿轮2转动和相对行星齿轮轴4径向移动的复合运动，闭合曲线轨道33的曲线形状使滑块7的位移、速度、加速度按设定的规律重复变化。因滑块7偏心旋转产生离心力，克服框架3上阻力后推动框架3旋转输出转速，达到变速目的。具体来说，在图4、图6中，轨道盘31的转动方向为顺时针方向，轨道腔32沿顺时针方向相对行星齿轮轴偏置。轨道腔32为一个偏心圆，即它的中心不在旋转点(行星齿轮轴4轴心)上，滑块7与轨道盘3之间构成曲线移动副。以图6中处于最下端的轨道腔32为例，以滑块7的中心线将该闭合曲线轨道33分开，其右侧为基准段、左侧为工作段，工作段为特殊曲线形状。举例来说，闭合曲线轨道33的工作段可以为椭圆弧曲线或摆线曲线，工作段和基准段连接构成为与滑块7端面适配的圆滑弧线即可，闭合曲线轨道33的具体形状可以结合现有技术中凸轮偏心圆的画图画出，根据基圆、滑块7的行程等能够得出闭合曲线轨道33的具体形状。在本结构中，滑块7及轨道盘3共同构成了一个外偏心、内导向的偏心装置，受行星齿轮轴4的驱动和导向，滑块7产生离心力作用在闭合曲线轨道33上，且离心力大小随自转角速度而改变，对框架轴6产生变化扭矩，同时对输入功率提出不同需求。本发明的工作原理为：1、在框架3静止状态，当由滑块7离心力作用施加到框架轴6的扭矩大于框架3上的外阻力矩时，提高输入转速，框架3就转动，本结构就有输出；2、在机构运转、框架3有输出时，若滑块7产生的扭矩和框架3上的外阻力矩持平，行星齿轮2自转转速不再提高，提高输入转速，输出转速增加；3、若外阻力矩增加而输入转速不增加，行星齿轮2自转自动加快，滑块7产生的离心力矩增加，达到框架3上力矩平衡，使周转角速度降低。这样，在外阻力矩变化下，通过改变输入转速和扭矩，即可得到需要的输出转速，达到行星离心无级变速。本发明总体结构简单，只采用单一行星机构，舍弃了齿圈及操纵用的制动器、离合器，太阳轮1做为主动件，框架3为被动件，通过行星齿轮轴4及框架3的新结构，将来自太阳轮1的输入功率，在两者间进行自适应调整，经框架轴6输出需要的速度和扭矩。进一步地，行星齿轮轴4包括轴部42、滑块安装部43，滑块安装部43设有所述导槽41，滑块7插装在滑块安装部43内，为了减少滑块7与闭合曲线轨道33之间的摩擦，在滑块7的两端设有滚轮71，使得滑块7能在闭合曲线轨道33上滚动。在导槽41的一侧设有具备支撑功能的盖板44，以与导槽41延伸方向垂直的平面将导槽41剖开的形状为矩形，对应地，滑块7的截面也为矩形，滑块7与导槽41精确地滑动连接。进一步地，框架3还包括：行星轮前支承盘35、行星轮后支承盘36、辅助支承盘34，行星轮前支承盘35、行星轮后支承盘36、轨道盘31与辅助支承盘34固连为一体，通过花键与框架轴6连接。行星齿轮轴5架设在行星轮前支承盘35、辅助支承盘34、行星轮后支承盘36上，穿过轨道盘31。进一步地，行星离心式无级传动机构还包括箱体，箱体包括下箱体和上箱盖，太阳轮轴5和框架轴6架设在箱体内。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12