专利名称：一种齿轮步进式无级变速装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变速装置，具体地说是一种结构简单、变速范围大的齿轮步进式无级变速装置。
背景技术：
随着工业化进程的进一步深化，变速器广范的应用在各种场合和领域，最常见的是用于各种车辆等机械设备上。变速器分有级和无级二种变速形式，在当今的汽车领域里大部份是应用有级变速器。又因有级变速器的效率没有无级变速器的效率高，所以在汽车制造业里人们一直在研究和开发着可靠耐用的无级变速器来替代现有的有级变速器。现今应用在汽车上的无级变速器，已知的只有钢带式无级变速器在少量地应用，其表现出优越的性能是有级变速器无可比拟的，但也存在一些问题，如易打滑、磨损大、寿命短、难以在大排量的汽车上应用等。所以人们一直都及力地研究和开发，力争能开发出一种能弥补以上不足的无级变速器。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、变速范围大的齿轮步进式无级变速装置。
为了达到上述目的要求，本发明采用如下方案实现一种齿轮步进式无级变速装置，主要包括行星齿轮系与单向轴承即单向离合器，该齿轮系包括一连接动力输入端的主动太阳轮，沿主动太阳轮周边啮合有3至6个输出行星轮，输出行星轮安装在行星轮架上，行星轮架与动力输出端固定连接，各输出行星轮共同啮合于一齿圈中，单向轴承即单向离合器设置于齿圈上。
作为对上述方案的一种改进，主动太阳轮前方固定连接一输入轴，行星轮架固定连接一输出轴，在输入轴上还设置有调速太阳轮，调速太阳轮外啮合有3至6个调速行星轮，调速行星轮安装在行星轮架上，行星轮架与输入轴固定连接，各调速行星轮共同啮合于齿圈啮合内，单向轴承即单向离合器、齿圈、调速太阳轮、主动太阳轮、行星轮架以及输出轴、输入轴为同一轴心设置。
同时，上述方案也可作如下改进，在主动太阳轮前方固定连接一输入轴，行星轮架固定连接一输出轴，在输入轴上还设置有调速太阳轮，调速太阳轮外啮合有3至6个调速行星轮，各调速行星轮安装在行星轮架上，调速行星轮的公转直径大于行星轮的公转直径，各输出行星轮与齿圈啮合，在输出轴上固定有一输出太阳轮，输出太阳轮外啮合有3至6个行星轮，行星轮的行星轮架固定于齿圈中，调速行星轮与行星轮共同内啮合于一齿圈中，两齿圈、单向轴承即单向离合器、调速太阳轮、主动太阳轮、输出太阳轮、行星轮架以及输出轴、输入轴为同一轴心设置本发明原理新颖、简捷实用，结构简单，易制造、成本低、容易控制，可有效实现无级变速，变速范围大，强度高，可大功率传动
附图1为本发明基本步进原理结构示意图；附图2为本发明其中一种基本结构示意图；附图3为本发明另一种基本结构示意图；附图4为本发明具体实施例一结构示意图；附图5为本发明具体实施例二结构示意图。
具体实施例方式
为了便于理解，下面将结合具体实施例及附图对本发明结构原理作进一步详细描叙首先对步进原理以及基本结构进行叙述如附图1，附图2，附图3所示，为本发明一较简单的结构形式，主要包括行星轮系与单向轴承即单向离合器组成的基本装置结构。齿轮系包括一连接动力输入端的主动太阳轮31，沿主动太阳轮31周边啮合有3至6个输出行星轮41，输出行星轮41安装在行星轮架51上，行星轮架51与动力输出端连接，各输出行星轮41共同内啮合于一齿圈101中，在齿圈101上还设置有实现齿圈101单向转动的单向轴承即单向离合器111。
本发明是一种齿轮步进式无及变速装置，其输出行星轮41和行星轮架51为输出端，行星轮架51的公转速度为输出转速，主动太阳轮31为输入端，齿圈101作为变速时用的输入端，驱动齿圈101的动力可以从输入轴或输出轴取得，齿圈101旋转的方向是跟动太阳轮31同一方向。单向轴承即单向离合器111是套装在齿圈101上或与齿圈101固接的构件上，使齿圈101只能单方向旋转。假设把主动太阳轮31的转速和输出行星轮41的公转比设定在3.5∶1，齿圈101的转速和输出行星轮41公转的速比是1∶0.7。如果把主动太阳轮31的转速恒定在某个值上，如1000转/分，齿圈101不加入运转，此时输出行星轮41公转的转速为286转/分，输出端的转速为最慢、扭力最大。当要提高输出端的转速时，只需使齿圈101具有一定的转速，齿圈101的转速就会通过行星轮41把转速按速比加到输出端上，比如齿圈101的转速为200转/分，则输出行星轮41的公转就增加了200转/分×0.7＝140转/分的转速，加上原来输出行星轮41公转的转速286转/分，输出行星轮41公转的转速就提高到286转/分+140转/分＝426转/分，整个输出的转速就提高了。如果齿圈101加入1400转/分，输出行星41的公转就达到1266转/分，输出端的转速就达到了高速。
在低速到高速的整个步进变速过程中(除了最低和最高速)，齿圈101的运转是不断地在旋转、停顿这两者之间交替、变换。具体情况为提速或稳定在某一速度的情况下，又因为要克服输出端的阻力，齿圈101的扭力又无法克服这个阻力时，这时的单向轴承即单向离合器111会自动闭锁住齿圈101使其不能反转(阻力反弹)，这样主动太阳轮31就有了一个及为短暂和稳固的借力点来驱动输出行星轮41的自转和带动51的公转，至输出行星架51阻力的减小，齿圈101的旋转则递进，到了齿圈101不能克服输出端的阻力时，单向轴承即单向离合器111又会自动闭锁住齿圈101使其不能反转(阻力反弹)，克服输出端的阻力又由主动太阳轮和输出行星轮41来完成，到输出端的阻力减小，齿圈101再次递进，在递进的过程中，阻力大时递进的跨度就小，阻力小时递进的跨度就大，产生了从低速到高速整个变速过程转速比的连贯。就这样步步渐进的步进运转，在步进的运转中，在不同的转速里齿圈101可以得到主太阳轮31扭力的支持，同样主太阳轮31又能得到齿圈101转速的支持，两个转速的相熔和互补即产生了无级变速的效果。
实施例一如附图4所示，本装置主要包括支撑架11，支撑架11内安装有行星齿轮系，齿轮系包括主动太阳轮31，主动太阳轮31固定连接输入轴21，沿主动太阳轮31周边啮合有3至6个输出行星轮41，输出行星轮41安装在行星轮架51上，行星轮架51连接输出轴61，在主动太阳轮31前方的输入轴21上还设置有一调速太阳轮71，调速太阳轮71外啮合有3至6个调速行星轮91，调速行星轮91安装在行星轮架81上，行星轮架81固定于输入轴21上，调速行星轮91、输出行星轮41与齿圈101啮合，有单向轴承即单向离合器111安装在齿圈101上，单向轴承即单向离合器111固定于支撑架内，调速太阳轮71、主动太阳轮31、行星轮架81、51以及输出轴61、输入轴21、齿圈101、单向轴承即单向离合器111为同一轴心设置。
其工作过程和原理如下输入轴21、行星架81、主动太阳轮31一起按顺时针方向旋转，主动太阳轮31带动各输出行星轮41各自反时针方向旋转同时输出行星轮41整体沿齿圈101的内圈顺时针方向公转，输出行星轮41的整体公转带动行星轮架51和输出轴61转动，此时齿圈101的反转被单向轴承即单向离合器111锁定，输出轴61就有动力输出。齿圈101如果没有加入顺时方向旋转，则没有用于提速的动力(即齿圈101是不转动的)，我们可以设定此时输出轴61的转速最慢、扭力最大，即作为一档的转速输出。输入轴21的旋转同时带动行星轮架81同方向旋，再带动调速行星轮91各自反时针方向旋转和调速行星轮91整体沿齿圈101的内圈顺时针方向的公转，调速行星轮91再带动调速太阳轮71作高速顺时针方向旋转。当输出轴61需要克服大的阻力时，齿圈101的反转是被单向轴承即单向离合器111锁定的，这样就可以提供一个暂时固定的借力点，给反时针旋转的输出行星轮41来推动行星轮架51和输出轴61作顺时针方向低速、大扭力地旋转。如果输出轴61的阻力不大需要把输出的转速提高，则可以利用一制动机构，根据输出轴61转速的需求来调节调速太阳轮71的转速，调速太阳轮71所被制动的转速就会经过调速行星轮91传递给齿圈101，齿圈101再带动输出行星41，转速按设定的速比顺时方向旋转传递到输出轴61上，并与输出轴61原有的转速累加，输出轴61的转速就提高了。调速太阳轮71的转速被控制的越多，加在输出轴61的转速就越多，反之调速太阳轮71的转速越快，输出轴61的转速就越慢。这样就很有效地、能不间断地改变输出的转速和扭力，达到无级变速的目的。
实施例二；如附图5所示，本无级变速装置主要包括支撑架11、支撑架11内安装有行星齿轮系，齿轮系包括主动太阳轮31，主动太阳轮31固定连接在输入轴21，沿主动太阳轮31周边啮合有3至6个输出行星轮41，输出行星轮41安装在行星轮架51上，行星轮架51连接输出轴61，在主动太阳轮31前方的输入轴21上还设置有一调速太阳轮71，调速太阳轮71外啮合有3至6个调速行星轮92，各调速行星轮92安装在行星轮架51上，调速行星轮92的公转直径大于行星轮41的公转直径，各输出行星轮41与齿圈101啮合，在输出轴61上固定有输出太阳轮122，输出太阳轮122外啮合有3至6个行星轮131，行星轮131的行星轮架固定于齿圈101中，齿圈101安装有单向轴承即单向离合器111，单向轴承即单向离合器111固定于支撑架内，调速行星轮92与行星131同时啮合于齿圈141中，调速太阳轮71、主动太阳轮31、输出太阳轮122、行星轮架51、输出轴61、输入轴21、齿圈141、101、单向轴承即单向离合器111为同一轴心设置。
其工作过程和原理如下输入轴21、主动太阳轮31、按顺时针方向旋转，主动太阳轮31带动输出行星轮41各自反时针方向旋转同时输出行星轮41整体沿齿圈101内圈顺时针方向公转，输出行星轮41的整体公转带动行星架51和输出太阳轮122以及输出轴61转动，此时齿圈101的反向被单向轴承即单向离合器111锁定，输出轴61就有动力输出。齿圈101如果没有加入顺时针方向旋转，则没有提速用的动力，此时输出轴61的转速是最慢、扭力最大，同时行星轮架51的旋转带动输出太阳轮122同方向旋转及调速行星轮92各自反时针方向旋转和整体沿齿圈141内圈顺时针方向公转，调速行星轮92再带动调速太阳轮71作高速顺时针方向旋转，输出太阳轮122顺时针方向的旋转带动着行星轮131反时针方向旋转，行星轮131反时针方向的旋转推动齿圈141也反时针方向放转，其动力再经过调速行星轮92传到调速太阳轮71上，调速太阳轮71的转速会进一步加快。如果输出轴61需要克服很大的阻力时，调速太阳轮71就不加以控制任意地自由旋转，齿圈101的反转是被单向轴承即单向离合器111锁住，这样就可以提供一个暂时稳固的借力点给反时针旋转的输出行星轮41来推动行星架51和输出轴61顺时针方向以低速、大扭力旋转。如果输出轴61的阻力不大需要把输出的转速提高，则可利用制动机构，根据输出轴61转速的需求来控制调速太阳轮71的转速，调速太阳轮71被控制的转速经过调速行星轮92带动齿圈141、行星轮131、齿圈101、再带动输出行星轮41，把控制到调速太阳轮71的转速按设定的速比(循环衰减)顺时针方向加到输出轴61上，并和输出轴61原有的转速相累加，输出的转速就提高了。调速太阳轮71的转速被控制的越多加到输出轴61上的转速就越快，反之，调速太阳轮71的转速越快，输出轴61的转速就越慢，这样就很有效地、能不间断地改变输出的转速和扭力，达到无级变速的目的。
上述的制动机构，可以是一种负载的液压泵或是电机和发电机。以上所述的变速装置都有着很好滑行惯性，可更有效的减少能耗。
上述的实施例仅为本发明具体实现的部份形式，在不脱离本发明结构原理上的任何的显而易见的转换均在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种齿轮步进式无级变速装置，主要包括行星齿轮系与单向轴承即单向离合器(111)，其特征在于该齿轮系包括一连接动力输入端的主动太阳轮(31)，沿主动太阳轮(31)周边啮合有3至6个输出行星轮(41)，输出行星轮(41)安装在行星轮架(51)上，行星轮架(51)与动力输出端固定连接，各输出行星轮(41)共同啮合于一齿圈(101)中，单向轴承即单向离合器(111)设置于齿圈(101)上。
2.根据权利要求1所述的齿轮步进式无级变速装置，其特征在于主动太阳轮(31)前方固定连接一输入轴(21)，行星轮架(51)固定连接一输出轴(61)，在输入轴(21)上还设置有调速太阳轮(71)，调速太阳轮(71)外啮合有3至6个调速行星轮(91)，调速行星轮(91)安装在行星轮架(81)上，行星轮架(81)与输入轴(21)固定连接，各调速行星轮(91)共同啮合于齿圈(101)啮合内，单向轴承即单向离合器(111)、齿圈(101)、调速太阳轮(71)、主动太阳轮(31)、行星轮架(81、51)以及输出轴(61)、输入轴(21)为同一轴心设置。
3.根据权利要求1所述的齿轮步进式无级变速装置，其特征在于主动太阳轮(31)前方固定连接一输入轴(21)，行星轮架(51)固定连接一输出轴(61)，在输入轴(21)上还设置有一调速太阳轮(71)，调速太阳轮(71)外啮合有3至6个调速行星轮(92)，各调速行星轮(92)安装在行星轮架(51)上，调速行星轮(92)的公转直径大于行星轮(41)的公转直径，各输出行星轮(41)与齿圈(101)啮合，在输出轴(61)上固定有一输出太阳轮(122)，输出太阳轮(122)外啮合有3至6个行星轮(131)，行星轮(131)的行星轮架固定于齿圈(101)中，调速行星轮(92)与行星轮(131)共同内啮合于一齿圈(141)中，齿圈(141)、齿圈(101)、单向轴承即单向离合器(111)、调速太阳轮(71)、主动太阳轮(31)、输出太阳轮(122)、行星轮架(51)以及输出轴(61)、输入轴(21)为同一轴心设置。
全文摘要
一种齿轮步进式无级变速装置，主要包括行星齿轮系与单向轴承即单向离合器，该齿轮系包括一连接动力输入端的主动太阳轮，沿主动太阳轮周边啮合有3至6个输出行星轮，输出行星轮安装在行星轮架上，行星轮架与动力输出端固定连接，各输出行星轮共同啮合于一齿圈中，单向轴承设置于齿圈上。输出行星轮和行星轮架为输出端，行星轮架的公转速度为输出转速，主动太阳轮为输入端，齿圈作为变速时用的输入端，驱动齿圈的动力可以从输入轴即输出轴取得，齿圈旋转的方向跟主动太阳轮一致，单向轴承是套装在齿圈上或与齿圈固接的构件上，可使齿圈只能单方向旋转。本发明通过简单的结构达到了无级变速的目的，具有结构简单、变速范围大等优点。
文档编号F16H3/44GK1880801SQ20061010126
公开日2006年12月20日 申请日期2006年6月27日 优先权日2006年1月14日
发明者秦桂强 申请人:秦桂强