专利名称：：机械无级自动变速机构的制作方法
技术领域：
：本发明涉及变速机构。现有的机械无级变速机构无论是摩擦式无级变速机构还是挠性带式无级变速机构，都是靠摩擦力来传递动力，机构效率不高，而且传动的功率也很有限，手动的必须要人为地进行控制，操作麻烦，自动的又必须有电子控制系统及伺服系统，结构复杂，成本高。本发明的目的即在于针对上述现有的机械无级变速机构机械传动效率不高，传动的功率有限，手动变速操作麻烦，自动变速结构复杂，成本高等方面的问题，而提供一种新型的机械无级自动变速机构。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的；组成两个差动轮系、两个定传动比机构。原理根据差动轮系既可用于速度的分解又可用于速度合成的特性，本机构中的前差动轮系将输入的速度(或转速)分解成两个速度(或转速)后输入到两个定传动比机构，定传动比机构将两个输入的速度(或转速)分别变速后输入到后差动轮系，后差动轮系将两个输入速度(或转速)合成为一个速度(或转速)向后输出。在本机构中，从输入轴到输出轴，动力的传动路线有两条，两条传动路线具有大小不同的传动比。在动力的传动过程中，具有大传动比传动路线传动的是低速大扭矩的动力，具有小传动比传动路线传动的是高速小扭矩的动力，在不同的条件下，由于两条传动路线传动动力的比例不同，合成后的动力也就具有不同的速度与扭矩，机构显示不同的传动比。在不考虑机构内部机械传动损失的情况下，输入功率与输出功率是相等的。本机构的变速方式是被动的，在这一点上它与其它主动式变速机构的变速方式有着很大的差别。本机构的输出速度取决于输入的速度、扭矩(即输入功率)。当输出的速度较小时，输出的扭矩大于阻力矩时，多余的扭矩将使输出端的速度增加(即加速)。在输入功率为定值的情况下，输出的转速增加，则输出的扭矩将随之减小，一直到输出扭矩刚好等于阻力矩时，输出的转速才保持稳定，这是一个平衡点。在达到这种平衡之后，输入功率增加，输出转速将随之增加，而当阻力矩增大(例汽车爬坡时)，输出转速将降低。本机构的特性就在于可以被动地维持这种平衡状态。随着输入转速与输出转速的不断变化，本机构可在设定的大、小传动比的范围之内显示不同的传动比。现有的变速机构的传动比是人为的或由电子控制系统主动进行选择的，而本机构的传动比是被动地，随外界条件变化的，所以它是一种具有自适应特性的无级变速机构。工作过程以装用在汽车上为例进行具体说明。在汽车起步和急加速时，本机构显示的是大传动比，动力主要甚至完全由大传动比的路线传递，随着发动机转速的增加，变速机构输出端的转速也逐渐增加，汽车加速行驶。当发动机的转速稳定在一个数值时，由于变速机构仍为大传动比，输出的扭矩仍然很大，汽车继续加速，变速器输出端的转速继续升高，变速器的传动比逐渐减小，反映在本机构中的情况是大传动比传动路线的转速逐渐降低，而小传比传动路线的转速逐渐增高。这种情况一直持续到输出扭矩正好克服汽车行驶的阻力时，汽车即进入匀速行驶状态。当汽车爬坡时，行驶阻力增大，车速降低，本机构显示的传动比增大；当汽车下坡时，行驶阻力减小，车速增高，本机构显示的传动比减小。发动机的功率增大时，汽车的匀速行驶速度升高；发动机功率减小时，汽车的匀速行驶速度降低。本机构就是这样自动地将汽车发动机的功率发挥得淋漓尽至，十分完善！(在附图2说明的后面有一表格，具体地用数字表现出了两条传动路线的转速随着外界条件所发生的变化)。本无级变速的特点是1、输入功率与输出功率近似相等。2、本机构的传动比是被动变化的，而且具有自适应性。3、本机构内两条传动路线的转速由输入转速及输出转速所决定。当本机构显示大传动比时，动力主要经大传动比路线传动，当传动比达到本机构的极限值时，动力完全经大传动比路线传递，小传动比路线的转速为零。当本机构显示的传动比逐渐变小时(也就是说输入转速与输出转速之比逐渐变小时)，大传动比路线的转速逐渐降低，小传动比传动路线的转速逐渐升高，这时两条路线均参与动力的传递。为了最好地利用动力源的能量，本机构的最小传动比设计得要比可能遇上的情况要稍小一些，所以一般不会出现大传动比路线的转速为零的情况。在变速机构的绝大部分的工作时间里，两条传动路线均参与动力的传递。本机构的本质是一种追求力的平衡的机构，本机构的特性就是维持经变速后的发动机的扭矩与汽车(或其它机器)行驶阻力的平衡，这些力的大小变化之后，本机构可以利用增速或减速求得一种新平衡。应用加上反向机构即可用在汽车、拖拉机等机动车辆上。加上离合器就能用于摩托车。可直接用于自行车。加上反向机构还可用于绞盘机构，有助于提高工作效率。本发明具有以下优点和效果(1)结构简单，制造容易，性能价格比高。本机构的组成部分只有两个差动轮系及两个定传动比机构，与现有的自动无级变速机构相比，省略了电子控制系统及伺服机构。(它甚至比有级变速机构还要简单)。(2)工作可靠，噪声低。本机构为纯粹的机械结构，所有齿轮均为常啮合齿轮，在变速过程中无任何构件移动，变速平顺，无冲击，噪声低，在机构中无易损部件，工作可靠，故障率低，元件寿命长，一般无需定时检查与保养(节省维修费用)。(3)传动效率高，动力性、经济性能好。本机构近似于等功率传动，而且被动性适应与根据各种信息来进行主动选择相比，其精确度要高得多。另外齿轮啮合传动要比靠摩擦力传动的效率高得多。以汽车变速器为例进行对比有级变速不可能将速度选择在最佳值，汽车在匀速行驶时，发动机的转速与变速器的输出转速的比例是固定的，发动机的扭矩只能用来克服运动阻力，不能达到最大值，所以输出的功率要小于发动机的实际功率，而且由于受变速器最高档的传动比的限制，汽车可以确定出最高时速。现有的无级自动变速器是由电子装置根据各种信息来进行变速，不如本机构精确，由于它是靠摩擦力来进行传动，机械效率低是它致命的缺陷。本机构由于是靠常啮合齿轮进行传动，机械效率要高一些，但最主要的是它具有完善的近似等功率的传动特性，它可以将汽车的运行速度自动地选择在最佳值。传动效率高，那么自然动力性、经济性指标也要高些。(4)传动比变化范围大，可传递大功率。挠性带无级变速器的传动比变化范围要受到带轮直径的限制，不能特别大，而且由于是靠摩擦力传递动力，传动比变化范围越大，机械效率越低，而且不能传递大功率。本机构可以用较小的体积实现较大传动比变化，同时亦能传递大功率。本机构的演绎方式(1)差动轮系结构上的变化。(NGVV型是最简单的)(2)差动轮系基本构件作为主、从动件的选择方式。(3)定传动比机构形式上的选择。(如可选用定轴轮系、动轴轮系，但这两种还只是齿轮传动，根据需要，本机构甚至还可以选择如链传动等其它传动方式)。(4)差动轮系的布置方式的变化。下面结合附图来作进一步说明附图所列六种方式，结构是最为简单的。附图的图面说明如下图1为本发明的实施例一的机构2为本发明的实施例二的机构3为本发明的实施例三的机构4为本发明的实施例四的机构5为本发明的实施例五的机构6为本发明的实施例六的机构7为并列差动轮系图1的说明前差动轮系太阳轮—a内齿圈—b行星齿轮—c行星架—H行星架为主动件，太阳轮及内齿圈为从动件后差动轮系太阳轮—a′内齿圈—b′行星齿轮—c′行星架—H′太阳轮及内齿圈为主动件，行星架为从动件齿轮1、2、3、4及轴IV成一个定传动比轮系齿轮5、6、7、8及轴V组成另外一个定传动比轮系前差动轮系的太阳轮a通过轴II与齿轮5固定连接前差动轮系的内齿圈b通过轴III与齿轮1固定连接齿轮8通过轴VI与后差动轮系的太阳轮a′固定连接齿轮4通过轴VII与后差动轮系的内齿圈b′固定连接在图示的机构中，动力的传递有两条路线路线1轴I→H→a→齿轮5→齿轮6→齿轮7→齿轮8→a′→H′→轴VIII路线2轴I→H→b→齿轮1→齿轮2→齿轮3→齿轮4→b′→H′→轴VIII两条动力传递路线的传动比是iHH′b=iHab×i58×ia′H′b′=ZaZa+Zb×Z6Z8Z5Z7×Za′+Zb′Za′=Z6Z8Za(Za′+Zb′)Z5Z7Za′(Za+Zb)]]>iHH′a=iHba×i14×ib′H′a′=ZbZa+Zb×Z2Z4Z1Z3×Za′+Zb′Zb′=Z2Z4Zb(Za′+Zb′)Z1Z3Zb′(Za+Zb)]]>图2的说明此图与图1的区别在于将后差速器输入构件对调了一下。图2的动力传递路线是路线1轴I→H→a→齿轮5→齿轮6→齿轮7→齿轮8→b′→H′→轴VIII路线2轴I→H→b→齿轮1→齿轮2→齿轮3→齿轮4→a′→H′→轴VIII两条动力传递路线的传动比是iHH′b=iHab×i58×ib′H′a′=ZaZa+Zb×Z6Z8Z5Z7×Za′+Zb′Zb′=Z6Z8Za(Za′+Zb′)Z5Z7Zb′(Za+Zb)]]>iHH′a=iHba×i14×ia′H′b′=ZbZa+Zb×Z2Z4Z1Z3×Za′+Zb′Za′=Z2Z4Zb(Za′+Zb′)Z1Z3Za′(Za+Zb)]]>差动机构计算公式例如NGVV型差动齿轮传动，设行星架转速为nH和nH′，a轮及b轮分别以na、nb转速转动，可以求得na=Z6Z8[Z2Z4Zb(Za′+Zb′)nH′-Z1Z3Za′(Za+Zb).nH.]Z2Z4Z5Z7ZbZb′-Z1Z3Z6Z8ZaZa′]]>nb=-Z2Z4[Z5Z7Zb′(Za+Zb)nH-Z6Z8Za(Za′+Zb′).nH′.]Z2Z4Z5Z7ZbZb′-Z1Z3Z6Z8ZaZa′]]>同样可得出na′=Z1Z3[Z5Z7Zb′(Za+Zb)nH-Z6Z8Za(Za′+Zb′).nH′.]Z2Z4Z5Z7ZbZb′-Z1Z3Z6Z8ZaZa′]]>nb′=Z5Z7[Z2Z4Zb(Za′+Zb′)nH′-Z1Z3Za′(Za+Zb).nH.]Z2Z4Z5Z7ZbZb′-Z1Z3Z6Z8ZaZa′]]>分别将nH、nH′代入即可求得na、nb、na′、nb′，后面的表中的数值就是这样计算出来的。由此可知，本机构中两条传动路线的转速取决于本机构的输入及输出转速，它们的变化是被动的。在原理部分可以这样解释由于功率等于速度与力的乘积，所以，在本机构设定的传动比变化范围之内，发动机的功率等于扭矩与转速的乘积，而变速器的输出功率等于输出扭矩与输出转速的乘积，输出转速与汽车的速度是成比例的关系，当汽车达到匀速状态时，输出扭矩刚好等于汽车行驶的阻力矩；而当汽车的行驶速度低于该功率下的匀速行驶速度时，输出的扭矩大于汽车行驶的阻力矩，汽车将进行加速运动；当行驶阻力增大或发动机功率下降时，汽车将进行减速，以便达到新平衡速度。本机构就是这样一种可以自动地维持这种速度、力及发动机功率平衡的无级变速机构。下面按图2的结构设计一个轿车用无级变速器。取Za＝Za′＝20，Zb＝Zb′＝58，Z2＝Z4＝Z6＝Z8＝20，Z1＝Z3＝Z5＝Z7＝16iHH′b=Z6Z8Za(Za′+Zb′)Z5Z7Zb′(Za+Zb)=20×20×20×(20+58)16×16×58×(20+58)=125232≈0.54]]>iHH′a=Z2Z4Zb(Za′+Zb′)Z1Z3Za′(Za+Zb)=20×20×58×(20+58)16×16×20×(20+58)=14532≈4.53]]>所以，设计出的无级变速器其最大传动比为4.53，最小传动比为0.54，基本上可以满足轿车的要求。下面列表表示汽车在水平路面上从起步加速到匀速行驶时本机构内部两条传动路线转速的变化。</tables>由图示还可以看出，在汽车的整个运动过程中，无级变速器的传动比是被动变化的，两条传动路线的转速也是被动变化的，变速过程十分平顺，整个过程的操作十分简单，只要将油门踏板逐渐踏下，然后稳定在某一状态，汽车就能自动地加速，直到以某一速度匀速前进。图3、4、5与图1、2相似。图1、2、3、5所示的机构，其输入轴与输出轴的旋转方向是相同的，图4与图6所示的机构，其输入轴与输出轴的旋转方向是相反的。此外，在上述各实施例还可以装上换向机构，以便实现前进和倒车，其组成为2个差动轮系+2个定传动比轮系+换向机构。图7所示，两个差动轮系是并列在一起的，在差动轮系上，外齿圈上可安装或直接加工一个齿轮，在行星架上安装或直接加工一个齿轮，然后将两个差动轮系以并联的方式安装在壳体上，也可以组装成一个无级变速机构，这种方式的制造及安装更为简单，而且轴向尺寸很小，用在前轮驱动的汽车上效果应该是不错，而且由于减少了齿轮副传动，效率也要高一些。权利要求1.一种机械无级自动变速机构，它具有一个由两半部分组成的壳体，并在壳体内设有数个隔壁，在壳体的前壁、后壁和隔壁上设置多个轴承孔，在轴承孔内各装有动力输入轴，动力输出轴和多个传动轴，在上述各个轴上装有齿轮系，其特征在于所说的齿轮系由前差动轮系、后差动轮系以及中间的两个定传动比轮系组成；其中，前差动轮系的前端为动力输入轴(I)，后差动轮系的后端为动力输出轴(VIII)，在前差动轮系与后差动轮系之间布置与它们的相关齿轮啮合的第一定传动比轮系和第二定传动比轮系。2.根据权利要求1所述的机械无级自动变速机构，其特征在于所说的前差动轮系由太阳轮(a)、内齿圈(b)、行星齿轮(c)、行星架(H)组成；所说的后差动轮系由太阳轮(a′)、内齿圈(b′)、行星齿轮(c′)、行星架(H′)组成，所说的第一定传动比齿轮系由齿轮(1)、(2)、(3)、(4)组成，所说的第二定传动比齿轮由齿轮(5)、(6)、(7)、(8)组成；其中齿轮(1)与内齿圈(b)固定在同一个空心的轴(III)上，齿轮(5)与太阳轮(a)固定在同一个轴(II)上；齿轮(2)与齿轮(3)固定在同一个轴(IV)上，齿轮(6)与齿轮(7)固定在同一个轴(V)上；齿轮(4)与内齿圈(b′)固定在同一个空心的轴(VII)上，齿轮(8)与太阳轮(a′)固定在同一个轴(VI)上；齿轮(1)与齿轮(2)啮合，齿轮(3)与齿轮(4)啮合，齿轮(5)与齿轮(6)啮合，齿轮(7)与齿轮(8)啮合。3.根据权利要求1或2所述的机械无级自动变速机构，其特征在于它还组装有换向机构，其组成为2个差动轮系+2个定传动比轮系+换向机构。全文摘要一种机械无级自动变速机构,由前差动轮系、后差动轮系以及两个定传动比轮系组成,其中,前差动轮系的前端为动力输入轴,后差动轮系的后端为动力输出轴,在它们之间布置与它们的相关齿轮啮合的第一定传动比轮系和第二定传动比轮系。这种机械无级变速机构具有工作可靠、传动效率高、操作方便、传动比变化范围大,可传递大功率等优点。文档编号F16H37/08GK1178297SQ96109878公开日1998年4月8日申请日期1996年9月28日优先权日1996年9月28日发明者王力申请人:王力