专利名称：渐进式无级变速装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用行星齿轮机构实现的渐进式无级变速装置，适用于汽车变速器以及工程机械中的变速传动。
背景技术：
在工业领域里，能大功率传输的无级变速器是少见的，比如汽车工业，现有汽车绝大部分均采用手动或自动的有级变速器，其效率通常只有65％左右，因此各汽车工业发达国家都在致力研究和开发无级变速器，无级变速器不但能使汽车发动机在各种工况下始终保持最高效率，而且能使发动机降低耗油率，从而减少废气排放。
无级变速器的应用领域主要是汽车与摩托车工业，目前能应用的机械式无级变速器只有钢带式或皮带式无级变速器以及老式的摩擦式无级变速器，且普及率极低，钢带式无级变速器是由两个可变直径的钢轮用钢带连接，钢轮的直径需要很精确的压力控制，这为控制技术加大了难度，如果驱动质量过大，钢带会打滑，可变径钢轮和钢带磨损大，寿命短，所以钢带式无级变速器仅限在紧凑的小型和微型汽车上使用，其效率也只有75％左右。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的以上不足，提供一种通过齿轮实现的渐进式无级变速装置，它变速操作方便，传动功率大、效率高，而且可调节的范围宽。
为解决上述技术问题，本实用新型提供的渐进式无级变速装置包括输入轴、输入太阳轮、第一行星齿轮组、第二行星齿轮组及输出轴，还设有两个由限速装置控制的调速太阳轮，第一调速太阳轮的转动与输入轴的转动相分离，第二调速太阳轮的转动与输出轴的转动相分离；设有第三行星齿轮组，其轮架与第一齿圈固接；设有第二齿圈；其中，所述第一行星齿轮组与第二行星齿轮组的轮架相固接或为一体结构，该轮架与输出轴固接；第一行星齿轮组啮合于第一齿圈与输入太阳轮之间，第二行星齿轮组啮合于第二齿圈与第二调速太阳轮之间，第三行星齿轮组啮合于第二齿圈与第一调速太阳轮之间；所述第一齿圈支承在可限制其旋转方向的单向轴承上。
为解决上述技术问题，出于相同的发明构思下，本实用新型还提供了第二种渐进式无级变速装置，包括输入轴、输入太阳轮、第一行星齿轮组、第二行星齿轮组及输出轴，还设有一个由限速装置控制的调速太阳轮，该调速太阳轮的转动与输入轴的转动相分离；设有第三行星齿轮组，其轮架与第一齿圈固接；设有第二齿圈；设有一个固定太阳轮；其中，所述第一行星齿轮组与第二行星齿轮组的轮架相固接或为一体结构，该轮架与输出轴固接；第一行星齿轮组啮合于第一齿圈与输入太阳轮之间，第二行星齿轮组啮合于第二齿圈与调速太阳轮之间，第三行星齿轮组啮合于第二齿圈与固定太阳轮之间；所述第一齿圈支承在可限制其旋转方向的单向轴承上。
出于相同的发明构思下，本实用新型还提供了第三种渐进式无级变速装置，包括输入轴、输入太阳轮、第一行星齿轮组、第二行星齿轮组及输出轴，还设有一个由限速装置控制的调速太阳轮，该调速太阳轮的转动与输入轴的转动相分离；设有第三行星齿轮组，其轮架与第一齿圈固接；设有第二齿圈，其上一体设置有一带外齿的太阳轮部分；设有第三齿圈，该齿圈由固定装置固定住；其中，所述第一行星齿轮组与第二行星齿轮组的轮架相固接或为一体结构，该轮架与输出轴固接；第一行星齿轮组啮合于第一齿圈与输入太阳轮之间，第二行星齿轮组啮合于第二齿圈与调速太阳轮之间，第三行星齿轮组啮合于第三齿圈与第二齿圈的太阳轮部分之间；所述第一齿圈支承在可限制其旋转方向的单向轴承上。
上述三种渐进式无级变速装置所提到的限速装置可为液流滞动、磁力制动、滚动制动或摩擦制动装置中的任意一种。对于采用液流滞动装置来说，它可以包括一液压泵体，该泵体上具有进油道和排油道，该进油道连通至液压油，在进油道或排油道侧设有流量控制阀；而对于采用磁力制动装置来说，它包括设于调速太阳轮周围的线圈，线圈内设置有可移动的磁芯，线圈产生的磁场力与调速太阳轮转动的方向相反。此外该磁力制动装置也可以采用步进电机的原理来进行调整控制。
本实用新型通过单向轴承与齿圈的结合，在快、慢速交替驱动中产生了步进的效果，从而实现了齿轮级的无级变速形式。本装置能及时改变输出的转速及扭力，能连续不间断快慢速的变换，使输出运转到最佳的状态，变速范围宽(应设计要求)。可随时的把发动机的动力变速到最好和高效的状态输出，大大的提高效率，减少燃油的损耗，减轻发动机的负荷，减少废气的排放，可以解决柴油发动机因为负荷产生的冒黑烟的问题，起到环保作用。其结构简单，制造成本低，控制元件少，变速操作方便；可实现大功率传动，宽范围变速，高精度调节，传动效率高，适用范围广，工作可靠，使用寿命长。
图1是本实用新型的第一种实施方式的结构示意图；图2是本实用新型的第二种实施方式的结构示意图；图3是本实用新型的第三种实施方式的结构示意图；具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
图1所示为本实用新型渐进式无级变速装置的第一种实施方式，它包括输入轴1，输出轴2，第一行星齿轮组3、第二行星齿轮组4，第三行星齿轮组5，第一齿圈6，第二齿圈7，第一调速太阳轮8、第二调速太阳轮9及输入太阳轮10等，两个调速太阳轮8和9可分别由限速装置控制，第一调速太阳轮8可绕输入轴1旋转并且与输入轴1的转动相分离，第二调速太阳轮9可绕输出轴2旋转并且与输出轴2的转动相分离。输入轴1与输入太阳轮10同步转动，它们可以是一体结构，也可以是固定联接，另外还可以是分体结构、并通过内外齿互相啮合以实现转动的同步。
第一行星齿轮组3和第二行星齿轮组4具有一体的轮架11，该轮架11与输出轴2固接；第三行星齿轮组5的轮架与第一齿圈6固接；第一行星齿轮组3啮合于第一齿圈6与输入太阳轮10之间，第二行星齿轮组4啮合于第二齿圈7与第二调速太阳轮9之间，第三行星齿轮组5啮合于第二齿圈7与第一调速太阳轮8之间；所述第一齿圈6支承在可限制其旋转方向的单向轴承12上，其作用是防止第一齿圈6作逆时针方向转动。(这里所说的逆时针方向是就动力输入方向而言的，即从输入轴面向输出轴时的逆时针方向，以下所提到的顺时针或逆时针方向亦同理。)由于第一齿圈6与第三行星齿轮5的轮架固接，而该轮架又被单向轴承12锁住其逆时针的旋转，这样当输入轴1按顺时针以恒定转速旋转时，带动第一行星齿轮3逆时针旋转，同时也推动第一行星齿轮组3和第二行星齿轮组4的轮架11以及输出轴2作顺时针旋转，如果需要把输出的转速升高或降低，可以把第一调速太阳轮8或第二调速太阳轮9的任何一个固定，另一个就用限速装置来进行调整，该限速装置可为液流滞动、磁力制动、滚动制动或摩擦制动装置中的任意一种。
其工作原理和过程如下当输入太阳轮按顺时针方向和稳定一个速度旋转时，带动行星齿轮逆时针方向旋转(即反转)，推动行星齿轮架作顺时针方向公转(输出轴是固接在行星轮架做动力输出)。此时输出轴有负荷时，齿圈会给行星齿轮的带动作逆时针方向旋转，由于齿圈的反转，会把行星齿轮和齿圈啮合部的，由行星齿轮作用在齿圈的力给卸走，行星齿轮的齿的着力点不能应力于行星齿轮上，行星齿轮就不能推动行星轮架作顺时针方向的旋转，那么输出轴就没有动力输出。这样齿圈就要把它的反转给锁定给行星齿轮与齿圈的啮合部产生应力，应力于行星齿轮，在这里我们就给齿圈加个单向轴承，单向轴承锁定齿圈不给反转只能顺转，这样行星齿轮就能产生推力带动行星齿轮架作顺时针的公转，输出轴就有动力输出，这个输出的动力我们设定为最慢和扭力最大(即一挡)。如果我们要提升输出的转速时，就在齿圈加入一个顺时针和按一定比例的转速(把行星齿轮的应力点顺时针提前)，这样输出就会按比例相应的提升转速。如果在提速过程中，加在齿圈的扭力不足以克服行星齿轮的推力(齿圈会反转)，单向轴承锁定齿圈不给反转齿圈会立即停顿，这样所设定的最慢和最大扭力的转速就会立即发挥作用，直到加在齿圈的扭力能克服行星齿轮的推力，齿圈又会再次的工作、顺转，输出转速又会提升，到下一次齿圈的扭力又不能克服行星齿轮的推力时，齿圈又会立即停顿，所设的最大扭力又会发挥作用、协同克服输出的阻力。如此交替循环渐进的把输出转速提升(齿圈旋转、停顿以步进形式及低速大扭力的协同工作改变输出的转速和扭力)。如果把加在齿圈上的转速按要求减慢转速那样输出轴也会相应的降低转速，那就是减速过程。这样就表现出来行星齿轮循环渐进式变速变矩的形式，达到线性变速的目的。
下面对上述的液流滞动调速装置的工作原理进行简单说明，该调速装置可以采用齿轮泵的方式，即将齿轮密封安装在泵体内，泵体上具有进油道和排油道，该进油道连通至液压油，在排油道侧设有流量控制阀。当发动机将恒定的转速通过输入轴传递到输入太阳轮上，此时将流量控制阀完全打开，则输入太阳轮通过齿圈及行星齿轮组带动调速太阳轮以相应的速比转动，调速太阳轮转动后，就要驱动液压油由进油道吸入泵体(或主动供油至泵体内)，并从排油道排出；若流量控制阀不加作用，液压油就会在齿轮泵的作用下快速循环。由于齿圈支承在可限制其旋转方向的单向轴承上，因此无法旋转，处于静止状态。这时输出轴的转速相对来说最小，扭矩最大。
若此时将流量控制阀逐渐关闭，液压油的排出阻力会逐渐加大，当液压油的排出阻力大到可以使齿轮转速降低时，因输入轴转速未变，所以齿圈被输入轴上的输入太阳轮通过行星齿轮组带动旋转。
如果控制阀门完全关闭，液压油完全排不出去，液流的阻力会使调速太阳轮完全无法转动，这时齿圈在输入轴的行星齿轮组带动下达到最高的转速，而输出轴的转速也同时达到最大，扭矩最小。
该变速装置是利用液压油的压力变化来缓解输入轴转速的冲击变化，从而实现变速的。它利用液力液流滞动差速，并用循环液流调节内部功率配比，使输入轴功率经调配后汇集到输出轴上，利用阀门可对循环液流的流量进行连续控制，因此可用连续调节控制流量阀门开量的手段来实现变速。
而对于上述磁力制动装置而言，则可以采用通电线圈来实现，具体实施的时候应注意使其产生的磁场力与调速太阳轮的转动方向恰好相反(或锁定)，即，当调速太阳轮作顺时针方向转动时，通电线圈产生逆时针方向的磁场力。为了实现对调速太阳轮转速的控制，在线圈内设置一铁芯，该铁芯由液压机构带动作平移运动，以改变线圈的磁通量，从而改变其磁场力的大小，进而实现调速太阳轮的转速在最高速和完全停止不同两种状态之间作无级的变化。
而对于上述滚动制动装置而言，可包括一定子以及一相对于定子转动的转子，定子与转子之间为可相对轴向移动地设置，在定子和转子上分别一体设置有凸缘，两凸缘在相对的面上沿周向分别凹设有弧形环轨，从而在定子凸缘与转子凸缘之间形成一圆周滚道，若干滚珠以可滚动公转的方式均匀设置在该圆周滚道内，滚珠与圆周滚道之间形成线接触。所述转子套置于定子上一体延设的心轴上，转子与该心轴之间具有沿轴向布置并沿周向均匀排布的滚针。工作原理简单介绍如下，将定子固定于设备的非转动部件上，将转子与设备的转动部件固接，当转子没有被施加轴向力时，它通过滚针和滚珠绕定子的心轴自由转动，各滚珠在滚动自转的同时也沿圆周滚道作公转运动。当对转子施加一指向定子的轴向力，或者对定子施加一指向转子的轴向力时，滚珠与圆周滚道之间的摩擦力增大，使其滚动公转速度减小，从而也降低了转子的转速；当该轴向力增加到某一设定值时，转子的转速降为零，从而达到制动的目的。
图2所示为本实用新型渐进式无级变速装置的第二种实施方式，它包括输入轴21、输出轴22，第一行星齿轮组23、第二行星齿轮组24，第三行星齿轮组25，第一齿圈26，第二齿圈27，由限速装置控制的调速太阳轮28，固定太阳轮29，输入太阳轮210，调速太阳轮28绕输入轴21转动，其转动与输入轴的转动相分离；第三行星齿轮组25的轮架与第一齿圈26相固接；其中，所述第一行星齿轮组23与第二行星齿轮组24具有一体的轮架211，该轮架211与输出轴22固接；第一行星齿轮组23啮合于第一齿圈26与输入太阳轮210之间，第二行星齿轮组24啮合于第二齿圈27与调速太阳轮28之间，第三行星齿轮组25啮合于第二齿圈27与固定太阳轮29之间；所述第一齿圈26支承在可限制其旋转方向的单向轴承212上。
其工作原理和过程与上述第一种实施方式类似，当输入轴21顺时针旋转时，第一行星齿轮组23作逆时针旋转，由于第一齿圈26给单向轴承212锁住不能作逆时针旋转，所以第一行星齿轮组23作逆时针旋转同时驱动轮架211及输出轴22作顺时针旋转输出，第二行星齿轮组24逆时针旋转，因第二齿圈27的阻力大于调速太阳轮28的阻力，所以驱动调速太阳轮28顺时针旋转。如果负荷减轻需要提高转速时，则用限速装置对调速太阳轮28的转速进行限制，当调速太阳轮28的阻力大于第二齿圈27的阻力时，第二行星齿轮组24就会把动力通过第二齿圈27传到第三行星齿轮组25，使第一齿圈26作顺时针旋转就能把输出转速提升。反之将调速太阳轮28的转速完全放开或使之转速提高，则能把输出转速降低，从而达到变速的目的。
图3所示为本实用新型的第三种实施方式，它包括输入轴31、输出轴32，第一行星齿轮组33、第二行星齿轮组34，第三行星齿轮组35，第一齿圈36，第二齿圈37，第三齿圈38，由限速装置控制的调速太阳轮39，输入太阳轮310等，调速太阳轮39绕输入轴31转动，其转动与输入轴31的转动相分离；第三行星齿轮组35的轮架与第一齿圈36固接；第二齿圈37上一体设置有一带外齿的太阳轮部分311；第三齿圈38由固定装置固定住；其中，所述第一行星齿轮组33与第二行星齿轮组34具有一体的轮架312，该轮架312与输出轴32固接；第一行星齿轮组33啮合于第一齿圈36与输入太阳轮310之间，第二行星齿轮组34啮合于第二齿圈37与调速太阳轮39之间，第三行星齿轮组35啮合于第三齿圈38与第二齿圈的太阳轮部分311之间；所述第一齿圈36支承在可限制其旋转方向的单向轴承313上。
其工作原理和过程与上述第一种实施方式类似，当输入轴31顺时针方向旋转时，第一行星齿轮组33作逆时针方向旋转，由于第一齿圈36被单项轴承313锁住不能逆时针旋转，所以第一行星齿轮组33作逆时针旋转时也驱动轮架312及输出轴32作顺时针旋转，此时第一齿圈36、第二齿圈37、第三行星齿轮组35均为静止的。那么第二行星齿轮只驱动调速太阳轮39顺时针运转，由于输出轴32在旋转时其负荷时变化的，如果负荷减轻而又要提高转速时，只需限制调速太阳轮39的转速，此时第二行星齿轮就会把动力经由第二齿圈37、第二齿圈上的太阳轮部分311、第三行星齿轮组35、第一齿圈36然后汇聚到输出轴32上，输出轴32的转速就会提高；反之则为减速。
本实用新型的保护范围并不限于上述三种具体实施方式
，对于任何没有脱离本权利要求书中所述的发明思想和范围内的变动与修改，都将完全落在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种渐进式无级变速装置，包括输入轴(1)、输入太阳轮(10)、第一行星齿轮组(3)、第二行星齿轮组(4)及输出轴(2)，其特征在于还设有两个由限速装置控制的调速太阳轮(8、9)，第一调速太阳轮(8)的转动与输入轴(1)的转动相分离，第二调速太阳轮(9)的转动与输出轴(2)的转动相分离；第三行星齿轮组(5)，其轮架与第一齿圈(6)固接；第二齿圈(7)；其中，所述第一行星齿轮组(3)与第二行星齿轮组(4)的轮架相固接或为一体结构，该轮架与输出轴(2)固接；第一行星齿轮组(3)啮合于第一齿圈(6)与输入太阳轮(10)之间，第二行星齿轮组(4)啮合于第二齿圈(7)与第二调速太阳轮(9)之间，第三行星齿轮组(5)啮合于第二齿圈(7)与第一调速太阳轮(8)之间；所述第一齿圈(6)支承在可限制其旋转方向的单向轴承(12)上。
2.根据权利要求1所述的渐进式无级变速装置，其特征在于所述限速装置为液流滞动、磁力制动、滚动制动或摩擦制动装置。
3.一种渐进式无级变速装置，包括输入轴(21)、输入太阳轮(210)、第一行星齿轮组(23)、第二行星齿轮组(24)及输出轴(22)，其特征在于还设有一个由限速装置控制的调速太阳轮(28)，该调速太阳轮(28)的转动与输入轴(21)的转动相分离；第三行星齿轮组(25)，其轮架与第一齿圈(26)固接；第二齿圈(27)；一个固定太阳轮(29)；其中，所述第一行星齿轮(23)组与第二行星齿轮组(24)的轮架相固接或为一体结构，该轮架与输出轴(22)固接；第一行星齿轮组(23)啮合于第一齿圈(26)与输入太阳轮(210)之间，第二行星齿轮组(24)啮合于第二齿圈(27)与调速太阳轮(28)之间，第三行星齿轮组(25)啮合于第二齿圈(27)与固定太阳轮(29)之间；所述第一齿圈(26)支承在可限制其旋转方向的单向轴承(212)上。
4.根据权利要求3所述的渐进式无级变速装置，其特征在于所述限速装置为液流滞动、磁力制动、滚动制动或摩擦制动装置。
5.一种渐进式无级变速装置，包括输入轴(31)、输入太阳轮(310)、第一行星齿轮组(33)、第二行星齿轮组(34)及输出轴(32)，其特征在于还设有一个由限速装置控制的调速太阳轮(39)，该调速太阳轮(39)的转动与输入轴(31)的转动相分离；第三行星齿轮组(35)，其轮架与第一齿圈(36)固接；第二齿圈(37)，其上一体设置有一带外齿的太阳轮部分(311)；第三齿圈(38)，该齿圈由固定装置固定住；其中，所述第一行星齿轮组(33)与第二行星齿轮组(34)的轮架相固接或为一体结构，该轮架与输出轴(32)固接；第一行星齿轮组(33)啮合于第一齿圈(36)与输入太阳轮(310)之间，第二行星齿轮组(34)啮合于第二齿圈(37)与调速太阳轮(39)之间，第三行星齿轮组(35)啮合于第三齿圈(38)与第二齿圈(37)的太阳轮部分(311)之间；所述第一齿圈(36)支承在可限制其旋转方向的单向轴承(313)上。
6.根据权利要求5所述的渐进式无级变速装置，其特征在于所述限速装置为液流滞动、磁力制动、滚动制动或摩擦制动装置。
专利摘要本实用新型公开了一种渐进式无级变速装置，具有两个由限速装置控制的调速太阳轮，第三行星齿轮组的轮架与第一齿圈固接；第一行星齿轮组与第二行星齿轮组的轮架相固接或为一体结构，该轮架与输出轴固接；第一行星齿轮组啮合于第一齿圈与输入太阳轮之间，第二行星齿轮组啮合于第二齿圈与第二调速太阳轮之间，第三行星齿轮组啮合于第二齿圈与第一调速太阳轮之间；第一齿圈支承在可限制其旋转方向的单向轴承上。本实用新型能及时改变输出的转速及扭力，能连续不间断快慢速的变换，使输出运转到最佳的状态，变速范围宽；可随时的把发动机的动力变速到最好和高效的状态输出，大大的提高效率，减少燃油的损耗，减轻发动机的负荷，减少废气的排放，起到环保作用。
文档编号F16H61/38GK2769617SQ20052005454
公开日2006年4月5日 申请日期2005年2月1日 优先权日2005年2月1日
发明者秦桂强 申请人:秦桂强