功率分流多段无级变速传动装置及其换段方法
【专利摘要】本发明公开一种功率分流多段无级变速传动装置及其换段方法。该装置具有多个，或至少三个，同一传动方向的、不同的零分流速比，包括分界速比；其调速范围以分界速比为界，划分为多个，或至少2个速比分段。该装置在分界速比进行换段，就能实现换段时工作速比的连续调变，从而在一个宽大而连续的速比范围内，完全平滑无级地调速，并高效率地传动。实施例涉及以摩擦式及液压式无级变速器调速的多段功率分流变速传动装置。
【专利说明】功率分流多段无级变速传动装置及其换段方法
【技术领域】
[0001]本发明属于以功率分流方式传送旋转运动及动力的多段无级变速传动装置。
[0002]在实际应用中，这类传动装置，有的除了无级变速之外，还有其他的工作模式，例如有级变速模式、空载模式等。在本文中，若非另有指明，所述内容均只涉及所述装置的无级变速模式。
【背景技术】
[0003]现有的功率分流无级变速传动装置，本文亦简称“功分变速装置”；具有一个输入机械动力的主动件及一个输出机械动力的从动件；包括一套自由度大于I的轮系，简称“多度轮系”;及一套称为“调速器”的无级变速器；该调速器，具有两个与多度轮系连接的传动件，其速比可以无级地调变。可用作调速器的无级变速器有摩擦式、电动式、液压式、液动力式等多种类型。
[0004]这里，本文所谓轮系的自由度，是指所述轮系在其支架被固定时的自由度。而所提及的传动件之间的“连接”，是泛指两个传动件之间，具有确定速比的传动联系；例如，轴或齿轮间的固连、齿轮与齿轮的啮合、摩擦轮与摩擦轮的接触、又或轴与轴的液压传动联系等；其速比可以等于或不等于I。
[0005]功分变速装置的多度轮系与调速器建立了传动连接后，变动后者的两个传动件的速比，就可以使所述功分变速装置的主、从动件的速比发生相应的改变。因此，本文把调速器中，与多度轮系连接的传动件，称为该装置的调速件；相应地，多度轮系内与调速件连接的传动件，则称为受调件。
[0006]在功分变速装置中，调速器也传送部份机械功率。本文将其称为“调速枝功率”。由于一般的无级变速器的效率远低于齿轮传动，故功分变速装置只有在其调速枝功率较小时，效率才能较高。但机械理论及工程实践已充分证明:功分变速装置的调速枝功率较小的速比范围都颇为狭窄，因而其高效速比范围也不可能更宽。但实际应用中，常常需要这类装置能有一个较宽的高效调速范围；为此，人们不得不使之与以齿轮传动的有级变速装置组合；或者，多番变更其传动件间的连接关系；以将其较窄的高效速比范围，变换成多个，或至少两个，两两衔接的高效速比分段，并拼接出一个较宽的高效速比范围来；这就是现有的功率分流多段无级变速传动装置，或简称多段功分装置。
[0007]这里，本文所提及的“调速分段”或“分段”是指，若不变更所述多段功分装置的传动件间的连接关系，而只调变其调速器的速比，该装置主、从动件间的速比可随之而变的相应范围。
[0008]显然，当需要使所述装置的速比，从其所在分段调变到另一分段去时，必须适当变更传动件间的连接关系，即进行与有级变速装置换档类似的换段操作。
[0009]已有的多段功分装置，普遍存在下列缺陷:
[0010](I)在用于自动变速器时，为了避免所述装置在相邻分段的邻接处工作时，产生所谓“换段循环”的反复操作现象，相邻速比分段的邻接端必须有一定范围的重叠；因而速比调变在分段与分段之间不可能连续。
[0011](2)换段时，操作所涉及的传动件的受力和运动状态通常会有突变，因而难以避免机械冲击。
[0012](3)为避免不同传动链的互相干涉，换段操作中难免有功率传输的中断。
【发明内容】
[0013]现有多段功分装置的前述缺陷，极大地限制了它的产业应用。然而，如果解决了前述问题，这类传动装置又会是效率、容量及寿命直逼齿轮传动的，非常优良的无级变速器。
[0014]本发明的目的，就在于解决现有多段功分装置的前述问题，使之成为性能优良的新型无级变速器。
[0015]为了实现这一目的，本发明提出了一种新型功率分流多段无级变速传动装置，简称“新型变速装置”或“本发明的装置”。所说装置的调速范围包含多个同一传动方向的、不同的零分流速比；并以之为界，被划分为多个，或至少2个，两两邻接的速比分段。新型变速装置只须在其相邻分段之间的零分流速比进行换段，就能使其速比在跨段时连续地调变；从而在一个宽大的速比范围内实现完全的无级变速。
[0016]这里提及的“零分流速比”，是功分变速装置在其任一可用受调件转速为零时的速t匕。下文将对此作更详细的说明。
[0017]由于利用了多段功分变速装置在其零分流速比工作时的特殊性，本发明得以对其作出了下列改进:
[0018](I)使所说装置的各速比分段的邻接端不再保留重叠段，并且使各分段的速比在其邻接点处连续；从而使该装置在包括了多个所说分段的一个大调速范围内不再有不连续的工况点；对外表现类似一个不分段的无级变速器。
[0019](2)使其相邻分段的换段点，同时也是一个稳定的工作点；因而天然地避免了功率中断和换段循环现象。
[0020]此外，适当地选择所述新型变速装置的有关结构参数，还可以使之
[0021](I)在一个宽大的调速范围内保持足够高的效率。
[0022](2)在换段时不存在机械冲击；并且换段控制及操作条件也十分宽松。
[0023]以下将结合附图，对这一发明的内容、原理及实施作进一步的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1，包括图la、图lb、图1c及图1d;显示现有功分变速装置的基本结构，以便更清晰地对本发明的原理进行描述。
[0025]图2，包括图2a及图2b ;图2a是本发明的装置的基本结构示意图；图2b则是该装置的零分流速比及各速比分段在数轴上的分布示意图。
[0026]图3，展示一种可用于本发明的摩擦式无级变速器。
[0027]图4及图5各为一种以图3所示无级变速器调速的，新型变速装置的结构简图。
[0028]图6，包括图6a.及图6b ;其中，图6a是一种具有液压调速器的新型变速装置的结构简图；图6b则是其离合器及制动器的操作列表。
[0029]图7，展示一种可用于本发明的双向变排量的液压件组合。[0030]图8，包括图8a及图8b ;其中，图8a是一种具有液压调速器的新型变速装置的结构简图；图8b则是其离合器及制动器的操作列表。
【具体实施方式】
[0031]现有的功分变速装置如图1a所示，具有主动件1，从动件4 ;包括一套用作调速器的无级变速器B，及一个多度轮系A ;在该装置的无级调速状态，多度轮系A的自由度为2。
[0032]调速器B具有两个可与多度轮系A连接的传动件，称为调速件，其速比可以无级地调变。
[0033]多度轮系A具有多个，或至少2个，在该轮系内运动彼此独立的，可分别与调速件连接的传动件，称为可用受调件；其中包括已与调速件连接，其运动受到调速器约束的传动件2及3，称为在用受调件。显然，任一所述装置在其无级调速状态，必有一对在用调速件及与之连接的一对在用受调件。
[0034]这里，所谓某某传动件“在该轮系内运动彼此独立”意为，假设该多度轮系处在与其外部不具有传动连接的孤立状态，所述传动件可以彼此独立地运动。
[0035]所述功分变速装置，在其轮系A的运动受到调速器B的约束后，自由度下降为I ;变动其调速件间的速比，该功分变速装置的速比就随之相应地改变。
[0036]本文所提及的“功分变速装置的速比”，若非另有指明，意为其主动件的转速对其从动件的转速之比，即:
[0037]I=Na/Nb
[0038]1-所述功分变速装置的工作速比
[0039]Na—其主动件的转速
[0040]Nb—其从动件的转速
[0041]如图1a所示，在功分变速装置中，机械功率Pi经主动件I输入后，会分为调速枝功率流已和轮系枝功率流Pg，分别经由调速器B和多度轮系A传送，再汇合为功率P。由从动件4输出。
[0042]所述功分变速装置在其任一受调件静止时都会有一个确定的速比；而一旦所述装置的任一在用受调件静止，其调速枝功率流Pr必然断流，如图1b所示。此时，该装置有效传送的功率，将全部经由轮系A ;故而，这一速比被称为该装置的“零分流速比”。
[0043]所述功分变速装置的多度轮系A中的每个可用受调件都与其一个零分流速比相对应；当然，其一对在用受调件也对应有一对零分流速比；该对零分流速比，对所述装置的功率分流特性有决定性的影响。故功分变速装置的在用受调件所对应的零分流速比，亦称为其特征速比。
[0044]这里，所谓功分变速装置的功率分流特性，即该装置的调速枝功率在其总功率中所占份额，随该装置的工作速比而变的函数关系。
[0045]零分流速比是由多度轮系的结构决定的。通常，相对于主、从动件运动独立的受调件所对应的零分流速比，是非零的有限数值，并且可以用正、负符号标示其传动方向。
[0046]现有功分变速装置的受调件，不仅可以是其多度轮系内，相对其主、从动件运动独立的传动件，如图1a所示的件2或3 ;也可以如图1c及图1d所示,是其主动件I或从动件4，及其所连接的传动件。按照前述关于速比的约定，所述装置的一个受调件是主动件I或其所连接的传动件，如图1c所示，其对应的零分流速比是零。而若其一个受调件是从动件4或其所连接的传动件，如图1d所示，其对应的零分流速比是无穷大。速比零与无穷大，是介于正、反向速比间的特殊值，方向符号不定。
[0047]值得注意的是，从机械理论和工程实践已知:
[0048]1、当功分变速装置的速比等于其一个特征速比时，该特征速比对应的调速件静止，如图1b ;而另一特征速比所对应的调速件，由于其当时的转速不会为零，而调速枝功率流又已中断，其作用力必然为零。
[0049]2、只要功分变速装置的工作速比在其两个特征速比之间，就不会产生在其调速器和多度轮系间来回传送的循环功率。
[0050]3、功分变速装置的功率分流特性基本上只与该装置的特征速比有关，而和其他结构参数无关，当然也与其调速件及受调件间的传动速比无关。并且，如果功分变速装置的一对特征速比的比值越近于1，则该装置在该对特征速比之间工作时的调速枝功率就越小，其效率则越高。
[0051]4、如果所述调速器B的一个调速件的转速，可以在另一调速件的转速不为零的状态下，被调变到零，则该调速件称为“有零速调速件”。当该调速件的转速被连续地调变到零时，所述功分变速装置的速比即被连续地调变到其对应的零分流速比。换言之，为使所述装置的调速范围在一个零分流速比处连续，只需使其对应的在用调速件是有零速的即可。
[0052]下面将阐述本发明如何利用功分变速装置的上列特性来实现前述的发明目的。
[0053]如图2a所示，本发明的装置包括一个多度轮系A，一套调速器B，主动件5及从动件10。所述调速器B有一对在用调速件分别与轮系A中的一对在用受调件连接。该装置具有下列特征:
[0054]1、如图2b所示,该装置具有一个连续的调速范围S ;该范围包含有多个,或至少3个，同一传动方向的、不同数值的零分流速比，例如Ix、Iy、Iz ;各所述零分流速比分别对应于多度轮系A中不同的可用受调件，例如6、8及9 ;
[0055]2、所述零分流速比中含有一个或数个非零有限值的零分流速比，例如Iy，称为分界速比；其数值介于另外两个零分流速比之间，即Ix〈Iy〈Iz ;
[0056]3、所述装置具有一个连续的调速范围S，该范围至少包含以所述分界速比为界的多个，或至少两个，彼此邻接的分段；所述彼此邻接的分段都有一个特征速比是其分界速t匕，而其另一特征速比则分别是大于或小于该分界速比的零分流速比；例如以Iy为界的分段31及& ;其中，分段S1的特征速比对是(Ix，Iy)，相应地，其在用受调件对是(6，8);而分段&的特征速比对是(Iy，Iz)，相应地，其在用受调件对是(8，9)；
[0057]4、调速器B的两个在用调速件中，至少有一个是有零速调速件，例如件7 ；
[0058]5、所述分界速比所对应的受调件在用时，所连接的调速件是有零速调速件；例如Iy所对应的受调件8在用时，所连接的调速件7有零速；每当件7的转速被连续地调节到零时，所述装置的速比即被连续地调节到分界速比Iy，从而该装置的速比在该分界速比Iy连续；
[0059]6、所述装置在切换了在用受调件对，使其工作速比从原所在分段S1或S2转入其相邻分段S2或S1后，所述两相邻分段的分界速比Iy不会改变。从而该装置的调速范围S，在该分界速比处的连续性不会受到换段的影响。[0060]如上所述的新型变速装置，可以稳定地在其所述分界速比Iy工作，方法如下:
[0061]1、如图2所示，将所述分界速比Iy所对应的在用调速件7的转速调变到零，使所述新型变速装置的速比调变到该分界速比；
[0062]2、保持该在用调速件7的零速状态，所述新型变速装置即在该分界速比Iy工作。
[0063]为保持该调速件的零速状态，可以在调速器B内继续保持其对另一调速件的速比为零；也可以直接制动该调速件或其受调件。
[0064]如图2所示的新型变速装置，其工作速比从所说分段S1或S2内，跨越其分界速比Iy，无级调变到其相邻的调速分段S2或S1的方法如下:
[0065]1、将所述分界速比Iy所对应的在用调速件7的转速调变到零，使所述新型变速装置的速比无级调变到所说分界速比Iy ;
[0066]2、在所述装置的速比等于该分界速比Iy时，解除其另一在用调速件对受调件的约束；
[0067]3、若该装置需要在速比小于所述分界速比Iy的分段SI内继续调速，则建立所说另一在用调速件对该分段的另一特征速比Ix所对应的受调件6的约束；若所述装置需要在速比大于所述分界速比Iy的分段S2内继续调速，则建立所说另一在用调速件对该分段的另一特征速比Iz所对应的受调件9的约束；
[0068]4、继续调变所述调速器的速比，即可使该装置在新转入的调速分段内无级变速。
[0069]上列步骤2及3的次序可以交换，也可以同时进行。
[0070]在下面的实施例中还将见到，建立或解除调速器对某受调件的约束，可以有不同的方法。
[0071]综上所述，如图2所示的新型变速装置已可实现本发明的目的。因为:
[0072]第一，该装置的相邻速比分段没有重叠，并且在其分界速比连续；从而该装置在包括所说相邻分段的一个较大调速范围内，不再有不连续的工作速比。
[0073]第二，由于该装置可以在其分界速比稳定工作，使换段操作点也成了一个有确定速比的工作点；从而天然地避免了在换段时出现功率中断及循环操作的现象。
[0074]第三，当该装置在其分界速比换段时，被切换的受调件所对应的调速件上作用扭矩为零，故其与受调件当时连接与否，对该装置的各传动件的受力状况没有影响。此外，从下文的实施例中还可看到:通常，合理的设计还能使该装置在换段时，所涉及的受调件没有或只有微小的转速差。因此所述装置在其分界速比换段，所切换的受调件是在无负载、无滑差，或只有微滑差的状态操作的，自然不会产生机械冲击；操作条件也会较宽松。
[0075]在工程实际中，由于种种误差或机械损耗等原因，例如，液压装置的泄漏、控制执行的滞后、齿轮副速比取值受“齿数必须为整”的限制、等等；本发明的装置在换段时的实际速比，往往不能精确地与理想的换段速比吻合。但由于各传动件的受力及转速是随所述装置的速比连续地调变的，在工作速比跨越分界速比前后，并不会发生突变。因此，当所述装置的实际换段速比与理想的换段速比差别不大时，其各传动件的受力及运动状态，与在理想的换段速比下的差别也不大；从而常常也是可以接受的。这种可接受的差别程度，会因所述新型变速装置的用途不同而不同。换言之，若在某多段无级变速传动装置的实施个案中，由于因实际换段速比与理想的换段速比有所差别而引起的各种实际状况与理想状况的差异，在实际应用的可接受程度内，则所述实施个案应视为是在工程现实的意义上，按照本发明所述，在分界速比进行换段操作的。
[0076]值得注意的是，有一类如图2所示的新型变速装置，其调速范围S的速比分段含有数个，或至少一个，其一对特征速比是同向、有限、非零值的速比分段，例如图2b中的Sp如果这类分段的特征速比对的比值足够地近于1，就可以使所述装置在该分段内的效率足够地高。换言之，合理地设计一个新型变速装置的多度轮系的结构，使之在其有需要的速比范围内的分界速比具有足够高的密度及数量，就可以使该装置的效率，在该速比范围内达到足够高的水平。
[0077]图3展示了一种可以用于本发明的摩擦式无级变速器；其构成包括组合在一起的两组环锥行星无级变速器。
[0078]现有的环锥行星无级变速器，也有称为“行星锥环无级变速器”的，其主要传动件包括调速环、锥形行星轮、行星架和两个中心轮；所述行星轮具有一个锥体及位于锥底的柄部；所述锥底有一传动面与中心轮之一的传动面摩擦接触，所述行星轮柄部具有环面与另一中心轮的传动面摩擦接触；调速环不可转动，但可沿行星轮表面轴向移动，其内表面与所述行星轮锥体摩擦接触。有的环锥行星无级变速器，当其调速环移动到行星轮锥底时，与行星轮锥部底端传动面接触的中心轮静止；即，可以使该中心轮成为有零速的传动件。
[0079]本发明如图3所示的调速器，包括两个组合在一起的环锥行星无级变速器C和D ;其中，无级变速器C包括一组锥形行星轮13，及与其柄部环形传动面摩擦接触的中心轮12 ；无级变速器D包括另一组锥形行星轮17，及与其柄部环形传动面摩擦接触的中心轮18 ;所述两组无级变速器C及D，共用一个调速环14 ;同时，共用一个特别设计的中心轮16 ;该中心轮16具有两个分别与行星轮13及17的锥底传动面摩擦接触的环面，和一个可与调速环14内表面摩擦接触的柱面15冲心轮18的轴19可转地套装在中心轮16的轴20上；当调速环14移动到行星轮13的锥底时，中心轮16对中心轮12的速比被调节到零；当调速环14移动到行星轮17的锥底时，中心轮16对中心轮18的速比被调节到零；即，在本发明中，中心轮16是有零速调速件。当调速环14移动到柱面15上时，中心轮16被制动而静止。中心轮12、18和16的轴11、19、20可以作为调速件分别与轮系连接。
[0080]图4所示为本发明的一种新型变速装置，其调速器如图3所示。
[0081]所述调速器的中心轮12、18及16的轴11、19及20作为调速件，分别固定地装有齿轮21、22及23，以与多度轮系连接。该新型变速装置的多度轮系包括一组行星排E、中间轮33、主动轴32及从动轴24 ;所述行星排E包括中心轮30、行星轮29、行星架25及内齿圈26 ;行星架25的轴即从动轴24 ;内齿圈26可转地套装在从动轴24上，其上固装有与齿轮23啮合的外齿圈27 ;行星架25固装有与齿轮22啮合的外齿圈28 ;中心轮30的轴，即主动轴32，其上固装有齿轮31 ;齿轮31与中间轮33啮合，中间轮33与齿轮21啮合。
[0082]该新型变速装置共有3个可用受调件28、26及31 ;其中，可用受调件31和28所对应的零分流速比分别是零及无穷大；受调件26在轮系E内，相对于主、从动件运动独立，其所对应的零分流速比是一个非零的有限数值I26，介于可用受调件31和28所对应的零分流速比之间。
[0083]当调速环14与行星轮13摩擦接触时，环锥行星无级变速器D失去一度约束，调速件22浮动。此时，在用的调速件是齿轮21及23。使调速环14沿行星轮13锥面移动，可以使该新型变速装置在一个小于及等于I26的速比分段内无级变速，该分段的特征速比对是(O，工26)。
[0084]同样，当调速环14与行星轮17摩擦接触时，环锥行星无级变速器C失去一度约束，调速件21浮动。此时，在用的调速件是齿轮22及23。使调速环14沿行星轮17表面移动，该新型变速装置可以在一个大于及等于I26的速比分段内无级调速，该分段的特征速比对是(126，°°)。
[0085]如上所述，该新型变速装置的变速范围，包含了分界速比I26，并被划分为两个在I26邻接的速比分段。该装置的速比从其中一个分段，跨越分界速比I26，转到另一分段去时，是在其调速件23及受调件26的零速态，将另一个在用受调件31或28切换为件28或31完成的。换段过程中，所述装置的速比调变是连续的，没有功率传递的中断，各传动件的扭矩及速度也没有突变；换段后，I26亦没有变化。
[0086]该新型变速装置还可以在分界速比I26稳定工作，方法有二。即，当调速环14移动到行星轮13或17的锥底时，保持调速环14的位置，使调速件20的转速持续为零；或者，将调速环14移动到柱面15上，使调速件20被制动。
[0087]在这一设计中，调速件与受调件有常态的连接，但调速器对受调件的约束，可以通过使不同的调速件处于浮动态或在用态来解除或建立。
[0088]图5所示为本发明的又一种新型变速装置，其调速器如图3所示。
[0089]该调速器中心轮12、18及16的轴11、19及20上，分别固装有齿轮34、35及36，作为调速件与轮系连接。
[0090]该装置的多度轮系包括主动轴46、从动轴37、中间轮47及一组行星排(F);该行星排包括中心轮40、行星轮42、行星架43及内齿圈44 ;中心轮40的轴39可转地套装在行星架43的轴37上，其上固装有与齿轮36啮合的齿轮38，作为一个受调件；行星架43上固装有与齿轮35啮合的外齿圈41，作为另一个可用受调件；内齿圈44的轴46上，固装有齿轮45作为又一可用受调件；齿轮45与中间轮47啮合，中间轮47再与齿轮34啮合。
[0091]该传动装置共有3个可用受调件45、41及38 ;其中，可用受调件45及41所对应的零分流速比分别是零及无穷大；受调件38在轮系E内，相对于主、从动件运动独立，其所对应的零分流速比是一个非零的有限数值I38，介于可用受调件45和41所对应的零分流速比之间。
[0092]当调速环14与行星轮13摩擦接触时，调速件35浮动。此时，在用的调速件是齿轮34及36。使调速环14沿行星轮13表面移动，可以使该新型变速装置在一个小于及等于I38的速比分段内无级调速，该分段的特征速比对是(0，138)。
[0093]同样，当调速环14与行星轮17摩擦接触时，调速件34浮动。此时，在用的调速件是齿轮35及36。使调速环14沿行星轮17的表面移动，该新型变速装置可以在一个大于及等于I38的速比分段内无级调速，该分段的特征速比对是(138，⑴)。
[0094]该新型变速装置的变速范围，包含了分界速比138，并被划分为两个在I38邻接的速比分段。该装置的速比从其中一个分段内，跨越分界速比I38，转到另一分段去时，是在其调速件36及受调件38的零速态完成的。换段过程中，所述装置的速比调变是连续的；没有功率传递的中断，各传动件的扭矩及速度也没有突变；换段后，I38亦没有变化。
[0095]用与前述图4所示装置同样的方法，也可以使该新型变速装置在分界速比I38稳定工作。[0096]图6a展示了一种本发明的新型变速装置。该装置包括一套液压调速器及一套多度轮系。还可以具有控制系统48。
[0097]所述液压调速器是一套液压无级变速器，包括液压传动件49及80、管路、各种阀件及散热、过滤、调压等各种公知的功能元件；还可包括用于液体灌注或循环的辅助泵等附件。件49及80的轴62及76即所述液压调速器的调速件。
[0098]件49及80均为双向变排量液压传动件，可作为液压泵或液压马达工作，且其液体排量还可以分别在其正、反向的最大值之间连续地调变。所述件49及80可以是单一的变排量液压件，也可以是变排量的液压件组合；例如，一种组合如图7所示，包括一个单向定排量液压件81，和一个排量可以在零与最大值间无级调变的单向变排量液压件82 ;件82的最大排量大于件81的排量；该组合的一个出入口与件81的吸入口及件82的排出口联通；而另一个出入口与件81的排出口及件82的吸入口联通。这样，该组合的排量就等于液压件81和82的排量差，可以从一个流向的最大值，无级地经零排量调变到反向的最大值；或相反。件81和82的传动轴彼此连接，即可作为一个调速件。
[0099]液压件49及80的排量可以联动调节。当件49的排量调变到零时，件80的排量通常被调变到其正向或反向的最大值，其轴76的转速则被调变到零；当件80的排量调变到零时，件49的排量通常同样被调变到其正向或反向的最大值，其轴62的转速则被调变到零。故轴76与轴62均为有零速调速件。
[0100]件49的传动轴62上可转地装有齿轮55和63 ;在轴62和齿轮55间有离合器53 ；在轴62和齿轮63间有离合器64。在齿轮55上还可装有制动器54。
[0101]件80的传动轴76上可转地装有齿轮77和74 ;在轴76和齿轮77间有离合器78，在轴76和齿轮74间有离合器72。在齿轮74上还可装有制动器73。
[0102]所述装置的多度轮系包括第一行星排H、第二行星排G、中间轮65、主动轴79、从动轴68，以及离合器51及52。
[0103]行星排H包括中心轮71、行星架58、行星轮59和一个内齿圈；行星排G包括中心轮67、行星架、行星轮61和一个内齿圈66 ;行星排H的内齿圈与行星排G的行星架固连成一个传动件60，其轴即从动轴68 ;中心轮71、67共轴75，其上固装有与齿轮55啮合的齿轮56 ;行星架58上固装有与齿轮74啮合的齿轮57。
[0104]主动轴79上固装有与齿轮77啮合的齿轮50 ;齿轮50或其轴79与内齿圈66的轴70间有离合器51 ;与齿轮56或其轴75间有离合器52。
[0105]件60或从动轴68上固装有与中间轮65啮合的齿轮69 ;中间轮65还与齿轮63啮
八
口 o
[0106]所述新型变速装置的离合器和制动器可以由控制系统48操作；该控制系统可以是液压或电控等非人力驱动的，也可以是人力操作的。
[0107]所述新型变速装置有正、反向无级变速和有级变速两种运行模式。图6b即这两种模式下，各调速分段或档次的离合器及制动器的操作列表。表中各标有字母C的操作格，表示其相应的离合器或制动器是闭合的；没有字母C的操作格则表示其相应的离合器或制动器是放开的。
[0108]在所述装置的正向无级变速模式下，离合器51闭合，52放开，轴70成为主动轴79的延伸。此时，所述多度轮系的自由度为2，并具有4个可用受调件，即件69、件57、件56及件50。其各自对应的零分流速比分别是无穷大、Ip I2和零。I1和I2是非零有限值，且Ii>I2°由是所述装置的正向调速范围被划分为特征速比对分别是(°°，I1)、(I1,12)及(12，
0)的三个分段。
[0109]所述新型变速装置从零速起步时，液压件49的排量为其最大值，液压件80的排量为零；离合器64和72闭合，该装置的在用受调件是69及57，调速分段特征速比对是(①，I1) o若减小件49的排量，并加大件80的反向排量，所述装置即逐渐加速。当件49的排量减到零，同时80的排量调到其反向最大时；所述装置加速到I1，调速件76及受调件57静止。
[0110]若所述装置须继续加速，则放开离合器64，闭合离合器53，以56及57作为在用受调件，则所述装置即转入特征速比对为(IpI2)的分段内调速。
[0111]当所述装置的速比等于I1时，由于液压件49的排量为零，离合器53及64上的扭矩必然为零。又，若适当地选择齿轮63经65到69的速比，以及齿轮55与56的速比，可以使齿轮63与齿轮55在所述装置速比为I1时，转速相等或相近。这样，所述装置在I1换段时，离合器53及64就可以在无负载、无转差或微转差的条件下离合。二者先后或同时放开，不会使所述装置的功率传输中断；而先后或同时闭合，也不会影响各传动件的扭矩；因此，所述装置在速比I1换段，操作条件会十分宽松。此外，齿轮63、65及69，以及55及56的速比的调整，对所述装置的分流特性没有影响，因此对所述装置的效率特性也基本上不会有影响。
[0112]若再反向加大件49的排量，并减小件80的反向排量，则所述装置继续加速。当其速比I调变到I2时，件49的排量从零调到了其反向最大；件80的排量从其反向最大调到了零；调速件62及受调件56静止。若再放开离合器72，并闭合离合器78，以件50及56作为在用受调件，则所述传动装置即进入特征速比对(12，0)的分段内调速。若再加大件80的排量，并减小件49的反向排量，从动轴68会进一步加速。
[0113]此时，若件49对件80的排量比被调得太小，所述装置的输出转速可能超限。可以在所述装置的液压回路或控制系统内预设一限速机构:令所述装置在离合器53及78都闭合时，件49对件80的排量比不会小于某预设值，从而防止所述装置输出转速超限。
[0114]与前述在I1换段时的情况一样，可以适当地选择齿轮50与77，及齿轮55与56的连接速比，使所述装置在速比I2换段时，齿轮77与齿轮74的转速相近或相等；从而使离合器72及78也能在无负载、无转差或微转差的状态下离合。
[0115]按上述过程逆向操作，即可实现所述装置的无级减速。
[0116]上述新型变速装置换段时，建立或解除其在用受调件所受的约束，是通过有选择地建立或解除调速件与受调件间的传动连接来完成的；与图4及图5所示传动装置中的方式不同。分界速比I1及I2也都不受换段操作的影响。此外，由于其工作速比，总是介于其各分段的两个特征速比之间，因此不会产生循环功率。若适当地选取特征速比I1与I2的比值，还可以使所述装置在零分流速比I1及I2之间，及其邻近范围内有较高的传动效率。
[0117]所述新型变速装置，在从动件68的零速态，放开离合器51，并闭合离合器52、64及72，则该新型变速装置即可进行反转的无级变速。此时，其在用受调件对是(57，69);特征速比对是(_Ir，m)。-1r即该模式下，件57静止时的速比。
[0118]若放开离合器53、64、72及78，该新型变速装置还可以方便地转入有级变速模式。在该模式下共有三个前进档I1U2和13，以及一个倒档-1p其中，I3是速比为I的直接檔。各档操作方法也已在图6b中列出。
[0119]图8a展示了又一种本发明的新型变速装置。该装置包括一套液压调速器及一套多度轮系。还可具有控制系统83。
[0120]所述液压调速器是一套液压无级变速器，包括液压传动件84与114、管路、及其他各种公知的必要附件；还可包括用于液体灌注或循环的辅助泵等。件84及114的轴96及110即所述液压调速器的调速件。
[0121]液压传动件84及114均为双向变排量液压件，可作为液压泵或液压马达工作；同时，其液体排量还可以联动调节。当件84的排量调变到零时，件114的排量通常被调变到其正向或反向的最大值，其轴110的转速则被调变到零；当件114的排量调变到零时，件84的排量通常也被调变到其正向或反向的最大值，其轴96的转速则被调变到零。故轴76与轴62均为有零速调速件。
[0122]件84的传动轴96上可转地装有齿轮90和97 ;在轴96和齿轮90间有离合器88 ；在轴96和齿轮97间有离合器98。在齿轮90上还可装有制动器89。
[0123]件114的传动轴110上可转地装有齿轮111和109 ;在轴110和齿轮109间有离合器107，在轴110和齿轮111间有离合器112。在齿轮109上还可装有制动器108。
[0124]所述新型变速装置的多度轮系包括一组行星轮系、中间轮99、主动轴113、从动轴102，以及离合器86及87。
[0125]所述行星轮系包括大中心轮105、小中心轮101、行星架93、和一个内齿圈95 ;行星架93上可转地装有彼此啮合的长行星轮94和短行星轮100 ;长行星轮94还分别与内齿圈95及大中心轮105啮合；短行星轮100还`与小中心轮101啮合；大中心轮105的轴106及行星架93的轴都可转地套装于小中心轮101的轴104上；内齿圈95的轴即从动轴102。
[0126]主动轴113上固装有与齿轮111啮合的齿轮86 ;轴106上固装有与齿轮90啮合的齿轮91 ;行星架93上固装有与齿轮109啮合的齿轮92 ;从动轴102或内齿圈95上固装有与中间轮99啮合的齿轮103 ;中间轮99还与齿轮97啮合。
[0127]齿轮85或其轴113与轴104间有离合器86、与齿轮91或其轴106间有离合器87。
[0128]所述装置的离合器和制动器可以由控制系统83操作，该控制系统可以是液压或电控等非人力驱动的，也可以是人力操作的。
[0129]该新型变速装置有正、反向无级变速和有级变速两种运行模式。图8b即这两种模式下，各调速分段或档次的离合器及制动器的操作列表。表中各标有字母C的操作格表示其相应的离合器或制动器是闭合的；没有字母C的操作格则表示其相应的离合器或制动器是放开的。
[0130]在正向无级变速模式下，离合器86闭合，87放开，轴104成为主动轴113的延伸。此时，该传动装置的多度轮系的自由度为2，并具有4个可用受调件，即齿轮103、件93、齿轮91及85 ;其各自对应的零分流速比分别是无穷大、I’ p I’ 2和零。I’丨和I’ 2是非零有限值，且I’ !>r 2。故所述传动装置的正向调速范围被划分为特征速比对分别是(①，I’ J、
的三个分段。
[0131]所述新型变速装置从零速起动时，液压传动件84的排量为其最大值，液压传动件114的排量为零；离合器98和107闭合，该装置的在用受调件是103及93，调速分段特征速比对是I’ J。若减小件84的排量，并反向加大件114的排量，所述装置即逐渐加速。当件84的排量减到零，同时114的排量调到其反向最大时；所述装置加速到F1，调速件110及受调件93静止。
[0132]若所述装置须继续加速，则放开离合器98，闭合离合器88，以93及91作为在用受调件，则所述传动装置即转入特征速比对(I’ I’ 2)的分段内调速。
[0133]若适当地选择齿轮97经99到103的速比，及齿轮90与91的速比，可以使齿轮97与90在所述装置速比为I’:时，转速相等或相近；从而使所述装置在I’ !换段时，离合器98及88可在无负载、无转差或仅有微转差的状态离合。
[0134]若再反向加大件84的排量，并减小件114的反向排量，则所述装置继续加速。当其速比调变到I’ 2时，件84的排量从零调到了反向最大；件114的排量从反向最大调到了零；调速件96及受调件91静止。若再放开离合器107，并闭合离合器112，以91及85作为在用受调件，则所述传动装置即进入特征速比对(I’2，0)的分段内调速。若再加大件114的排量，并减小件84的反向排量，从动轴会进一步加速。
[0135]与图6a所示装置类似，可以在图8a所示装置的液压系统或控制系统内预设限速机构，防止该装置输出转速超限。
[0136]与前述在I’:换段时的情况一样，可以适当地选择齿轮111与85，及齿轮109与92的连接速比，使所述装置在速比1’2时，齿轮109与齿轮111的转速相近或相等；从而使所述装置在1’2换段时，离合器107及112也能在无负载、无转差或仅有微转差的状态下离
[0137]按上述过程逆向操作，即可实现从动轴102的无级减速。
[0138]上述新型变速装置在其正向无级变速模式下的分界速比F1及I’2都不受换段操作的影响。适当地选取特征速比I’ i与I’ 2的比值，可以使所述装置在零分流速比I’:及I’ 2之间，及其邻近范围内，有较高的传动效率。
[0139]在从动轴102的零速态，放开离合器86，并闭合离合器87、98及107，则该新型变速装置即可进行反转无级变速。此时，其在用受调件对是(103，92);特征速比对是(-1’ r,-)0 -1’r即所说模式下，件92静止时的速比。
[0140]若放开离合器88、98、107及112，该新型变速装置还可以方便地转入有级变速模式。在该模式下共有三个前进档I'、I’2和I’ 3，以及一个倒档_1\。其中，I’ 3是速比为I的直接檔。各档操作方法也已在图8b中列出。
【权利要求】
1.一种功率分流多段无级变速传动装置，具有输入机械动力的主动件(5)及输出机械动力的从动件(10);包括一个称为调速器的无级变速器(B)，及一个自由度大于I的多度轮系(A);所述调速器(B)具有两个称为调速件的传动件，其速比可以无级地调变；所述多度轮系(A)具有至少2个在该轮系内运动彼此独立的，可分别与调速件连接的可用受调件；其特征是， 具有一个连续的调速范围(S);该范围内包含至少3个，同一传动方向的、不同数值的零分流速比(Ix，Iy，Iz);各所述零分流速比分别对应于多度轮系A中不同的可用受调件(6，8,9)； 所述零分流速比中包含至少一个非零有限值的零分流速比(Iy)，称为分界速比；其数值介于另外两个所述零分流速比之间(即Ix〈Iy〈Iz); 所述装置具有一个连续的调速范围(S)，该调速范围(S)包含至少包括了两个以所述分界速比(Iy)为界的，彼此邻接的分段⑶及幻；该两分段都有一个特征速比是所述分界速比(Iy)，而其另一特征速比则分别是所述大于或小于该分界速比的零分流速比(Ix或Iz)； 所述调速器(B)的两个在用调速件中，至少有一个是有零速调速件(7)； 所述分界速比(Iy)所对应的受调件(8)在用时，所连接的调速件是所述有零速调速件(7)； 所述装置在切换了在用受调件对，使其工作速比从原所在分段(S1或S2)转入其相邻分段(S2或S1)后，所述两相邻分段的分界速比(Iy)不会改变。
2.如权利要求1.所述的功率分流多段无级变速传动装置，使其工作速比(I)从原所在速比分段，跨越所述分界速比(Iy)，无级调变到其相邻速比分段的方法，其特征是， (1)将所述分界速比(Iy)所对应`的在用调速件(7)的转速调变到零，使该功率分流多段无级变速传动装置的速比无级调变到所述分界速比； (2)在所述装置的速比等于该分界速比(Iy)时，解除调速器对另一在用受调件的约束； (3)若该装置需要在速比小于所述分界速比(Iy)的分段(S1)内继续调速，则建立所说另一在用调速件对该分段的另一特征速比(Ix)所对应的受调件(6)的约束；若所述装置需要在速比大于所述分界速比(Iy)的分段(S2)内继续调速，则建立所说另一在用调速件对该分段的另一特征速比(Iz)所对应的受调件(9)的约束； (4)继续调变所述调速器的速比，即可使该装置在新转入的调速分段内无级变速； 上列步骤2及3的次序可以交换，也可以同时进行。
3.—种如权利要求1所述的功率分流多段无级变速传动装置，其特征是: 其所述调速范围(S)中，至少含有一个其一对特征速比是同向、有限、非零值的速比分段。
4.一种无级变速器，可用作权利要求1.所述功率分流多段无级变速传动装置的调速器，其特征是: 包括两个组合在一起的环锥行星无级变速器(C)和(D)； 其中，无级变速器(C)包括锥形行星轮(13)及与其柄部环形传动面摩擦接触的中心轮(12);无级变速器(D)包括另一锥形行星轮(17)和与其柄部环形传动面摩擦接触的中心轮(18);所述两组无级变速器(C)及(D)，共用一个调速环(14);同时，共用一个特别设计的中心轮(16);该中心轮(16)具有两个分别与行星轮(13)及(17)的锥部底端传动面摩擦接触的环面，和一个可与调速环(14)内表面摩擦接触的柱面(15)冲心轮(18)的轴(19)可转地套装在中心轮(16)的轴(20)上；当调速环(14)移动到行星轮(13)的锥底时，中心轮(16)对中心轮(12)的速比被调节到零；当调速环(14)移动到行星轮(17)的锥底时，中心轮(16)对中心轮(18)的速比被调节到零；当调速环(14)移动到柱面(15)上时，中心轮(16)被制动而静止。
5.一种如权利要求1所述的功率分流多段无级变速传动装置，其特征是: 所述调速器是权利要求4所述的无级变速器；其中心轮(12)、(18)及(16)的轴(11)、(19)、(20)上，分别固定地装有齿轮(21)、(22)、(23)，以与多度轮系连接; 所述多度轮系包括一组行星排(E)、中间轮(33)、主动轴(32)及从动轴(24);所述行星排(E)包括中心轮(30)、行星轮(29)、行星架(25)及内齿圈(26);行星架(25)的轴即为从动轴(24);内齿圈(26)可转地套装在从动轴(24)上，其上固装有与齿轮(23)啮合的外齿圈(27);行星架(25)固装有与齿轮(22)啮合的外齿圈(28);中心轮(30)的轴即主动轴(32)，其上固装有齿轮(31);齿轮(31)与中间轮(33)啮合，中间轮(33)与齿轮(21)(?合。
6.一种如权利要求1所述的功率分流多段无级变速传动装置，其特征是: 所述调速器是权利要求4所述的无级变速器；其中心轮(12)、(18)及(16)的轴(11)、(19)及(20)上，分别固定地装有齿轮(34)、(35)及(36)；· 所述多度轮系包括主动轴(46)、从动轴(37)、中间轮(47)及一组行星排(F);该行星排包括中心轮(40)、行星轮(42)、行星架(43)及内齿圈(44)冲心轮(40)的轴(39)可转地套装在所述行星架(43)的轴(37)上，其上固装有与齿轮(36)啮合的齿轮(38);行星架(43)上固装有与齿轮(35)啮合的外齿圈(41);内齿圈(44)的轴(46)上固装有齿轮(45)；齿轮(45)与中间轮(47)啮合，中间轮(47)再与齿轮(34)啮合。
7.—种如权利要求1所述的功率分流多段无级变速传动装置，其特征是: 所述调速器是一套液压无级变速器，包括两个双向变排量液压传动件(49)及(80)，其传动轴(62)及(76)即为所述调速器的调速件； 所述液压传动件(49)及(80)的排量可以联动调节；当件(49)的排量调变到零时，件(80)的排量通常被调变到其正向或反向的最大值，其轴(76)的转速则被调变到零；当件(80)的排量调变到零时，件(49)的排量通常同样是调变到其正向或反向的最大值，其轴(62)的转速则被调变到零； 所述件(49)的传动轴(62)上可转地装有齿轮(55)和(63);在轴(62)和齿轮(55)间有离合器(53);在轴(62)和齿轮(63)间有离合器(64)； 液压件(80)的传动轴(76)上可转地装有齿轮(77)和(74);在轴(76)和齿轮(77)间有离合器(78);在轴(76)和齿轮(74)间有离合器(72)； 所述功率分流多段无级变速传动装置的多度轮系包括第一行星排(H)、第二行星排(G)、中间轮(65)、主动轴(79)和从动轴(68)，以及离合器(51)及(52)； 主动轴(79)上固联有齿轮(50);齿轮(50)与齿轮(77)啮合；从动轴(68)或件(60)上固联有齿轮(69);齿轮(69)与中间轮(65)啮合；中间轮(65)与齿轮(63)啮合；所述第一行星排(H)包括中心轮(71)、行星架(58)、行星轮(59)和一个内齿圈；第二行星排(G)包括中心轮(67)、行星架、行星轮(61)和一个内齿圈(66);第一行星排⑶的内齿圈与第二行星排(G)的行星架固联成一个传动件(60)，并与从动轴(68)固连；中心轮(71)和中心轮(67)共轴(75)，其上固装有与齿轮(55)啮合的齿轮(56);行星架(58)上固装有与齿轮(74)啮合的齿轮(57);齿轮(50)或其轴(79)与内齿圈(66)的轴(70)间有离合器(51),与齿轮(56)或其轴(75)间有离合器(52)。
8.—种如权利要求1所述的功率分流多段无级变速传动装置，其特征是: 所述调速器是一套液压无级变速器，包括两个双向变排量液压传动件(84)及(114)，其传动轴(96)及(110)即为所述调速器的调速件； 所述液压传动件(84)及(114)的排量可以联动调节；当件(84)的排量调变到零时，件(114)的排量通常被调变到其正向或反向的最大值，其轴(110)的转速则被调变到零；当件(114)的排量调变到零时，件(84)的排量通常也被调变到其正向或反向的最大值，其轴(96)的转速则被调变到零； 所述件(84)的传动轴(96)上可转地装有齿轮(90)和(97);在轴(96)和齿轮(90)间有离合器(88);在轴(96)和齿轮(97)间有离合器(98)； 液压件(114)的传动轴(110)上可转地装有齿轮(109)和(111);在轴(110)和齿轮(109)间有离合器(107);在轴(110)和齿轮(111)间有离合器(112)； 所述新型变速装置的多度轮系包括一组行星轮系、中间轮(99)、主动轴(113)、从动轴(102)，以及离合器(86)及(87)； 所述行星轮系包括大中心轮(105)、小中心轮(101)、行星架(93)、和一个内齿圈(95)；行星架(93)上可转地装有彼此啮合的长行星轮(94)和短行星轮(100);长行星轮(94)还分别与内齿圈(95)及大中心轮(105)啮合；短行星轮(100)还与小中心轮(101)啮合?’大中心轮(105)的轴(106)及行星架(93)的轴都可转地套装于小中心轮(101)的轴(104)上；内齿圈(95)的轴即从动轴(102)； 主动轴(113)上固装有与齿轮(111)啮合的齿轮(86);轴(106)上固装有与齿轮(90)啮合的齿轮(91);行星架(93)上固装有与齿轮(109)啮合的齿轮(92);从动轴(102)或内齿圈(95)上固装有与中间轮(99)啮合的齿轮(103)冲间轮(99)还与齿轮(97)啮合；齿轮(85)或其轴(113)与轴(104)间有离合器(86)，与齿轮(91)或其轴(106)间有离合器(87)。
【文档编号】F16H57/08GK103591230SQ201310504504
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】罗明远 申请人:罗明远