一种环形无级变速器的制作方法

本发明涉及机械变速传动领域，具体是一种环形无级变速器，尤其是车辆无级变速器领域。

背景技术：

目前车辆上配备的大部分为机械变速器，结构复杂、成本高，且大部分的变矩方式为杠杆式结构，限制了速比的变换范围，另一方面机械变速器的速比变换均是在人为的作用下实现的，不能实现外负荷与发动机的自适应变换。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种环形无级变速器，直接通过液体的作用把输入轴的动力传递到输出轴，结构简单、效率高、噪音低，能实现自适应连续无级变速。

本发明的技术方案为：

一种环形无级变速器，包括有外转子、设置于外转子内圈且与外转子同轴的内转子、活齿总成和流体泄露调节装置，内转子与输入轴是刚性连接机构或一体化刚性结构，外转子与输出轴是刚性连接机构或一体化刚性结构，所述的外转子的内圈和内转子的外圈之间形成环形工作腔，环形工作腔内设置有流体，所述的内转子的外圈设置有一圈活齿槽，所述的活齿总成包括有嵌入到对应活齿槽内的活齿臂和连接于活齿臂顶端的活齿，所述的环形工作腔内由隔离单元均匀分割成多个弧形工作腔；

所述的流体泄露调节装置选用液体压力泄露调节装置或电机动力泄露调节装置；所述的隔离单元选用隔离臂隔离结构或变径面隔离结构；

所述的隔离臂隔离结构即在所述的外转子的内圈固定设置有一个或多个隔离臂，所述的隔离臂的顶端与内转子的外圈之间的距离间隙能使隔离臂阻挡或阻断其两边液体的串通，所述的隔离臂的个数小于活齿的个数；

所述的变径面隔离结构即所述的外转子的内圈为变径曲面，且变径曲面被均分成多个等分曲面，每个等分曲面还包括有半径逐渐增大的增径曲面和半径逐渐减小的减径曲面，所述的增径曲面和减径曲面的圆弧形状沿径向对称；由于离心力及变径曲面的作用，使得活齿顶端紧贴变径曲面作圆周运动； 所述的等分曲面的个数小于活齿的个数；

所述的液体压力泄露调节装置包括有设置于外转子和内转子后侧的圆形的后侧板、设置于外转子和内转子前侧的圆形的前侧板、以及活塞、电磁开关阀、电磁泄露阀和漏油通道，所述的外转子的前、后端面上分别设置有向前、后侧延伸的一圈销轴，所述的前侧板邻近圆周处设置有一圈与外转子前端面上销轴对应的前销轴孔，所述的后侧板邻近圆周处设置有一圈与外转子后端面销轴对应的后销轴孔，所述的外转子前、后端面上的销轴分别插入前销轴孔和后销轴孔内；所述的后侧板的后侧或前侧板的前侧设置有活塞槽，所述的活塞槽内密封嵌入有活塞，所述的活塞上设置有电磁开关阀和电磁泄露阀，所述的电磁开关阀的输入端通过高压管路与前侧板上的高压出口连接，电磁开关阀的输出端、电磁泄露阀的输入端均与活塞槽底部连通，电磁泄露阀的输出端与泄露管路的一端连接，泄露管路的另一端与常压腔连通，所述的高压出口与前侧板上的高压进口连通，所述的前侧板上设置有与高压进口连通的漏油通道，前侧板上且位于外转子任一等分曲面中间隔离点的左右侧或任一隔离臂的左右侧分别设置有左高压孔和右高压孔，左高压孔和右高压孔均与环形工作腔连通，所述的漏油通道的两端分别与左高压孔、右高压孔连通，所述的漏油通道内设置有拉杆，拉杆的长度小于漏油通道的长度；

所述的电机动力泄露调节装置包括有设置于内转子的后侧且固定连接于内转子上的电机和一圈设置于电机驱动的伸缩盘上且朝向内转子的闸板，闸板的个数与活齿的个数相等，每个活齿臂的底端均设置有密封臂槽，所述的内转子且位于一圈活齿槽的底板上均设置有凸出的密封臂且插入密封臂槽内，所述的密封臂的后端面上均设置有闸板槽，闸板一一插入对应的闸板槽内，所述的密封臂上设置有左右贯通的密封臂侧孔，密封臂侧孔垂直于闸板槽且穿过闸板槽，密封臂侧孔包括有位于闸板槽两侧的左密封臂侧孔和右密封臂侧孔，所述的每个活齿臂上且位于密封臂槽的左右侧分别设置有相对的左泄露孔和右泄露孔。

当所述的隔离单元选用隔离臂隔离结构时，所述的后侧板的前端面和前侧板的后端面上设置有相对的环形同步轨道，每个活齿臂上均设置有前后贯通的同步轴孔，且活齿臂和活齿的连接结构上设置有上下贯通的漏油孔，多个同步轴穿过对应的活齿臂的同步轴孔后，两端套装有轨道轴承后分别嵌入到后侧板的环形同步轨道和前侧板的环形同步轨道中；

所述的活齿选用矩形块活齿、滚轴与活齿臂连接的滚子轴承活齿或刮片活齿。

所述的电机动力泄露调节装置中，活齿臂的左右侧壁的顶端分别设置有左凹槽和右凹槽，所述的左泄漏孔与左凹槽连通，右泄漏孔与右凹槽连通。

所述的隔离单元选用隔离臂隔离结构时，所述的环形同步轨道为圆环形，且与隔离臂相对的位置均为向内转子圆心凹陷的内凹圆弧段；所述的隔离单元选用变径面隔离结构时，所述的环形同步轨道既是外转子内圈的变径面。

当所述的隔离臂为2个、活齿为3个时，环形同步轨道内凹圆弧段的两端分别与内转子圆心的连线形成小于60度的夹角。

所述的隔离单元选用变径面隔离结构时，所述的泄露调节装置为电机动力泄露调节装置或液体压力泄露调节装置，所述的活齿为滚轴与活齿臂连接的滚子轴承活齿或刮片活齿。

所述的常压腔位于外转子外围的壳体与外转子之间。

本发明的优点：

本发明与内转子固定连接的输入轴的功率通过液体直接传递到与外转子固定连接的输出轴上，且能实现自适应连续无级变速，系统结构简单、噪音低、可靠性高、制造成本低。

附图说明

图1是本发明实施例1的横剖结构原理示意图。

图2是本发明实施例1的纵剖结构原理示意图。

图3是本发明实施例1中外转子的结构原理示意图。

图4是本发明实施例1中后侧板的右视图。

图5是本发明实施例1中前侧板的左视图。

图6是本发明实施例1中活齿臂和活齿的主视图。

图7是本发明实施例1中活齿臂和活齿的俯视图。

图8是本发明实施例1中活齿臂上活齿的左视图。

图9是图6中 E-E的剖面图。

图10是本发明实施例1中前侧板上左高压孔、右高压孔和漏油通道的结构示意图。

图11是本发明实施例2的横剖结构原理示意图。

图12是本发明实施例2的纵剖结构原理示意图。

图13是本发明实施例2中活齿臂和滚子轴承的主剖视图。

图14是本发明实施例2中活齿臂和滚子轴承的侧剖视图。

图15是本发明实施例2中活齿臂的主视图。

图16是本发明实施例2中活齿臂的左视图或右视图。

图17是本发明实施例2中活齿臂的俯视图。

图18是本发明实施例2中密封臂的主视图。

图19是本发明实施例2中密封臂的左视图或右视图。

图20是本发明实施例2中密封臂的俯视图。

图21是图18中F-F的剖视图。

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做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。

实施例1

见图1和图2，一种环形无级变速器，包括有外转子2、设置于外转子2内圈且与外转子2同轴的内转子1、活齿总成3和液体压力泄露调节装置，内转子1与输入轴42用滚珠花键43连接，外转子2的内圈和内转子1的外圈之间形成环形工作腔51，环形工作腔51内设置有流体，内转子1的外圈设置有一圈即三个活齿槽4，活齿总成包括有嵌入到对应活齿槽4内的活齿臂31和连接于活齿臂31顶端的活齿32（选用矩形块活齿，分别为活齿A、B和C），环形工作腔51内由隔离臂隔离结构均匀分割成两个半圆环形的工作腔，隔离臂隔离结构即在外转子的内圈固定设置有两个隔离臂6（隔离臂M和隔离臂N），隔离臂6的顶端与内转子1的外圈之间的距离间隙能使隔离臂阻挡或阻断其两边液体的串通；

液体压力泄露调节装置包括有设置于外转子2和内转子1后侧的圆形的后侧板7（见图4）、设置于外转子2和内转子1前侧的圆形的前侧板8（见图5）、以及活塞、电磁开关阀、电磁泄露阀和漏油通道，后侧板7与输出轴41为一体化刚性结构，外转子2的前、后端面上分别设置有向前、后侧延伸的一圈销轴21，前侧板8邻近圆周处设置有一圈与外转子2前端面上销轴对应的前销轴孔81，后侧板7邻近圆周处设置有一圈与外转子2后端面销轴对应的后销轴孔71，外转子2前、后端面上的销轴21分别插入前销轴孔81和后销轴孔71内；后侧板7的前端面和前侧板8的后端面上设置有相对的环形同步轨道9，环形同步轨道9为圆环形，且与隔离臂6相对的位置均为向内转子1圆心凹陷的内凹圆弧段91，环形同步轨道内凹圆弧段91的两端分别与内转子1圆心的连线形成60度的夹角（见图3），见图6-图9，每个活齿臂31上均设置有前后贯通的同步轴孔34，且活齿臂31和活齿32的连接结构上设置有上下贯通的漏油孔35，多个同步轴33（见1和图2）穿过对应的活齿臂31的同步轴孔34后，两端套装有轨道轴承36后分别嵌入到后侧板7的环形同步轨道9和前侧板8的环形同步轨道9中；前侧板8的前侧设置有活塞槽10，活塞槽10内密封嵌入有活塞11，活塞10上设置有电磁开关阀12和电磁泄露阀13，电磁开关阀12的输入端通过高压管路14与前侧板8上的高压出口15连接，电磁开关阀12的输出端、电磁泄露阀13的输入端均与活塞槽10底部连通，电磁泄露阀13的输出端与泄露管路16的一端连接，泄露管路16的另一端与常压腔52连通，常压腔52位于外转子2外围的壳体53与外转子2之间，见图10，高压出口15与前侧板8上的高压进口17连通，前侧板8上设置有与高压进口17连通的漏油通道18，前侧板8上且位于外转子隔离臂M的左右侧分别设置有左高压孔19和右高压孔110，左高压孔19和右高压孔110均与环形工作腔51连通，漏油通道18的两端分别与左高压孔19、右高压孔110连通，漏油通道17内设置有拉杆111，拉杆111的长度小于漏油通道18的长度，使拉杆111只能密封漏油通道18的一端。

工作原理：

（1）、假设外转子2处于静止状态或外转子2的转速低于内转子1的转速，由于隔离臂6使环形工作腔51两边的流体隔离，所以当内转子1带动活齿总成3在环形工作腔51内顺时针转动时，在隔离臂6左侧的活齿32与隔离臂6的腔体逐渐变小，所以在这个弧形工作腔内形成高压油，高压油给隔离臂6一个顺时针的推力，同样在隔离臂6右侧的活齿32与隔离臂6的腔体逐渐变大，所以在这个弧形工作腔内形成负压油，负压油给隔离臂6一个顺时针的拉力。由于两个隔离臂6的形式相同，所以两个隔离臂6在环形工作腔体51内受到同样的顺时针旋转力。

活齿32在环形工作腔51内径向运动的轨迹受环形同步轨道9的约束，嵌入到环形同步轨道9内的轨道轴承36通过同步轴33带动活齿臂31沿环形同步轨道9的形状转动，当活齿32转到隔离臂6所处的弧向位置时，活齿32在环形同步轨道9内凹圆弧段91的作用下向内转子1圆心径向移动，其活齿臂31和活齿32完全嵌入到活齿槽4内，使得内转子1在环形工作腔体内能连续不断的转动。

如图3所示，由于环形同步轨道9使活齿开始在径向方向上内移的角度是在隔离臂6的右侧30°，环形同步轨道9使活齿开始在径向方向上外移的角度是在隔离臂6的左侧30°，如图1所示，当活齿C开始退回到活齿槽4时，活齿B已经完全深入到工作腔51内并形成隔离状态，所以隔离臂N和隔离臂M的两端始终被活齿A、B、C隔离，所以隔离臂N和隔离臂M在工作腔内连续不断的受力。

当电磁开关阀12打开、电磁泄露阀13关闭时，高压油依次通过漏油通道18、高压进口17、高压出口15、高压管路14、电磁开关阀12进入活塞槽10，高压油推动前侧板8向后移动，同时把向后移动的力传递到内转子1和后侧板7上，由于内转子1和前侧板8可以在轴向方向上自由移动，使得内转子1和后侧板7之间、内转子1和前侧板8之间的密封间隙均变小，使得环形工作腔51的油压变大，活齿32作用到隔离臂6上的力变大；同样，当电磁开关阀12关闭、电磁泄露阀13开启时，活塞槽10内的高压油依次通过泄露电磁阀13、泄露管路16泄露到常压腔52内，使得活塞槽10内高压油的压力降低，使得内转子1和后侧板7之间、内转子1和前侧板8之间的密封间隙变大，活齿32作用到隔离臂6上的力变小。

（2）、假设活齿32通过流体对两个隔离臂6总的作用力为F，作用力半径为R，则内转子1作用于外转子2的力矩T1为：T1=F*R；

（3）、扭矩输出和变速的分析与计算说明：

设内转子1给外转子2提供的旋转力矩为T1，内转子1的转速为n1,根据转动功率推出内转子1作用到外转子2上的旋转功率P1为：

P1=T1*n1/9550 ①，

设外转子2的外阻力矩为T2，转速为n2，则外转子2的旋转功率P2为；

P2=T2*n2/9550 ②，

根据能量守恒定律 P2=P1，由公式①、②推出外转子2的输出转速为：

n2 =n1*T1 / T2 ③，

由公式③可以看出，在内转子1对外转子2作用的功率P1一定的条件下，外转子2的转速与其外转子的外负荷阻力矩T2成反比，外转子2的外负荷阻力矩T2大，则外转子2的转速慢，外转子2的外负荷阻力矩T2小，则外转子2的转速快，当外转子2的阻力矩T2等于内转子1提供的旋转扭矩T1时，外转子2和内转子1的转速同步，由此实现了连续无级速度变换。

实施例2

见图11和图12，一种环形无级变速器，包括有设置于壳体53内的外转子2、设置于外转子2内圈且与外转子2同轴的内转子1、活齿总成3和电机动力泄露调节装置，内转子1与输入轴42是刚性连接机构或一体化刚性结构，外转子2与输出轴41是刚性连接机构或一体化刚性结构，外转子2的内圈和内转子1的外圈之间形成环形工作腔51，环形工作腔51内设置有流体，内转子1的外圈设置有一圈活齿槽4（八个活齿槽），活齿总成包括有嵌入到对应活齿槽4内的活齿臂31和通过滚轴33连接于活齿臂31顶端的滚子轴承活齿32，环形工作腔51内由变径面隔离结构均匀分割成两个弧形工作腔；

变径面隔离结构即外转子2的内圈为变径曲面，且变径曲面被均分成两个等分曲面DCF和FED，每个等分曲面还包括有半径逐渐增大的增径曲面FE、DC和半径逐渐减小的减径曲面CF、ED，增径曲面FE和减径曲面ED的圆弧形状沿径向对称, 增径曲面DC和减径曲面CF的圆弧形状沿径向对称；由于离心力及变径曲面的作用，使得活齿32顶端紧贴变径曲面作圆周运动；

电机动力泄露调节装置包括有设置于内转子1的后侧且固定连接于内转子1上的电机61和一圈设置于电机61驱动的伸缩盘62上且朝向内转子的闸板63，电机61与输入轴42上的电源滑环44、控制滑环45连接，闸板63的个数与滚子轴承活齿32的个数相等均为八个，每个活齿臂31的底端均设置有密封臂槽34（图15），内转子1且位于一圈活齿槽4的底板上均设置有凸出的密封臂64且插入密封臂槽34内，见图18-图21，密封臂64的后端面上均设置有闸板槽65，闸板63一一插入对应的闸板槽65内，密封臂64 上设置有左右贯通的密封臂侧孔，密封臂侧孔垂直于闸板槽65且穿过闸板槽65，密封臂侧孔包括有位于闸板槽65两侧的左密封臂侧孔66和右密封臂侧孔67，见图16-图17，每个活齿臂31上且位于密封臂槽34的左右侧分别设置有相对的左泄露孔35和右泄露孔36，活齿臂31的左右侧壁的顶端分别设置有左凹槽37和右凹槽38，左泄漏孔35与左凹槽37连通，右泄漏孔36与右凹槽38连通。

工作原理：

（1）、假设外转子2处于静止状态或外转子2的转速低于内转子1的转速，由于等分曲面的分割点D、F与 内转子的外圆及（注：当活齿的位置不在F、D处时，内转子的外圆周隔离腔体） 活齿总成3配合使环形工作腔51两边的液体隔离，所以当活齿总成3在环形工作腔51内左侧的CF弧段顺时针转动时，活齿右侧工作腔51的体积不断减少，使右侧工作腔51的液体压力升高形成高压油，这个高压油对外转子2产生一个顺时针的推力，当内转子1带动活齿总成3在环形工作腔体51内左侧的DC弧段顺时针转动时，活齿左侧工作腔51的体积不断增大，使左侧工作腔51的油压降低形成负压油，这个负压油对外转子2产生一个顺时针拉力，活齿在FE弧段的工作机理与在DC弧段相同，活齿在ED弧段的工作机理与在CF弧段相同。由此推出活齿在环形工作腔51内顺时针旋转时，始终作用外转子2一个顺时针的旋转力；

见图13和图14，滚子轴承活齿32的底端和支撑臂31上端圆弧面的间隙δ1，滚子轴承活齿32的端面与支撑臂31的间隙δ2，滚子轴承活齿32的顶端与支撑臂31的顶端的间隙δ3，控制间隙δ1、δ2和δ3的尺寸即可以控制活齿总成3对工作腔体51液体压力的要求。

流体在活齿总成3内的流向说明：当活齿顺时针转动时，活齿两侧的流体流动方向为：滚子轴承活齿32右侧工作腔体51 →右凹槽38→右泄露孔36→右密封臂侧孔67 →闸板槽65 →左密封臂侧孔66 →左泄漏孔35 →左凹槽37→滚子轴承活齿32左侧工作腔体51。

改变泄漏孔径向孔隙的说明：当内转子1带动活齿总成3在环形工作腔51内顺时针旋转时，由于离心力的作用，滚子轴承活齿32紧贴外转子2的内圈旋转。当滚子轴承活齿32从外转子内壁的C点到F点时，由于外转子2内圈变径面的径向距离逐渐减小，迫使活齿总成3在转动的过程中在活齿槽4内朝向内转子1圆心径向移动，活齿臂31上的左泄漏孔35和右泄露孔36相对的一端逐渐被密封臂64遮挡，出液口逐渐变小；当活齿总成3从外转子2内圈的D点到C点时，由于外转子2内圈变径面的径向距离逐渐增大，在离心力的作用下迫使活齿总成在转动的过程中向活齿槽4外伸出，活齿臂31上的左泄漏孔35和右泄露孔36被密封臂64遮挡的一端逐渐打开，出液口逐渐变大。

改变泄漏孔轴向孔隙的说明：当电机61通过伸缩盘62带动闸板63向闸板槽65内移时，密封臂64上的左密封臂侧孔66和右密封臂侧孔67相对的一端逐渐被闸板63遮挡，出液口逐渐变小；当电机61带动通过伸缩盘62带动闸板63向闸板槽65外移时，密封臂64上的左密封臂侧孔66和右密封臂侧孔67被闸板63遮挡的一端逐渐打开，出液口逐渐变大。

内转子通过液体对外转子传递功率及变速原理同实施例1。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。