專利名稱:星輪組合無(wú)級(jí)變速器的制作方法
本無(wú)級(jí)變速器是用三個(gè)不同形式的周轉(zhuǎn)輪系組成的無(wú)級(jí)變速器，它的變速范圍較寬，能夠?qū)崿F(xiàn)在零至任意設(shè)計(jì)高速上的無(wú)級(jí)變速，變速器的無(wú)級(jí)變速即能人為控制又能自動(dòng)控制。它的輸出轉(zhuǎn)速具有不能自行降低的特性。因此本變速器具備了傳送大扭力的特性。由于本變速器是有周轉(zhuǎn)輪系組成的，所以稱“星輪組合無(wú)級(jí)變速器”。
一、“星輪組合無(wú)級(jí)變速器”是利用周轉(zhuǎn)輪系中差動(dòng)輪系的機(jī)械原理，經(jīng)組合，并用車速反饋的方法，組成的新的無(wú)級(jí)變速結(jié)構(gòu)，因此本發(fā)明是一種新的無(wú)級(jí)變速方法。
二、周轉(zhuǎn)輪系是齒輪傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速的最佳單元結(jié)構(gòu)，在“星輪組合無(wú)級(jí)變速器”中，它分別被用來(lái)做車速反饋，調(diào)速和扭力輸出，它們分別是C組輪系、A組輪系和B組輪系。A組輪系、C組輪系又分別被用來(lái)做增速控制和減速控制。增減速的控制是有對(duì)AR和CR的控制實(shí)現(xiàn)的。
本無(wú)級(jí)變速器的初步設(shè)想是“利用車速來(lái)控制變速器輸出轉(zhuǎn)速”。實(shí)際是用車速自己控制自己，成熟的設(shè)計(jì)是附圖中的“星輪組合無(wú)級(jí)變速器”，以下簡(jiǎn)稱變速器。
A、B、C三組輪系的工作原理B組輪系的工作原理B組輪系的作用是扭力輸出，它能夠輸出變速是因?yàn)锽nh的轉(zhuǎn)速變化。給Bn3輸入轉(zhuǎn)速后，當(dāng)Bnh的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，變速器的輸出轉(zhuǎn)速等于Bn3，即Bn3＝Bn1、Bn1＝m。當(dāng)Bnh的轉(zhuǎn)速為 1/2 Bn3時(shí)，變速器的輸出轉(zhuǎn)速等于零，即Bn1＝m＝0。
A組輪系的工作原理A組輪系的主要作用是調(diào)速，工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)給An3輸入一個(gè)衡速做為調(diào)速用動(dòng)力來(lái)源，車速(即變速器輸出速)從W傳給An1(這種車速反轉(zhuǎn)，本申請(qǐng)稱車速反饋)。An3與An1的轉(zhuǎn)化速是Anh，An1與Anh的轉(zhuǎn)速關(guān)系成反比關(guān)系，當(dāng)需要增速時(shí)，給Anh一個(gè)阻力，迫使An3向An1傳送轉(zhuǎn)速。同時(shí)Anh也減速到某個(gè)任意轉(zhuǎn)速，用Anh這個(gè)轉(zhuǎn)速去控制Bnh使其減速，迫使Bn3向Bn1傳送轉(zhuǎn)速，在m輪的轉(zhuǎn)速達(dá)到我們需要的任一個(gè)速度后，令阻尼AR的阻值回到零。
從A組輪系的工作過(guò)程看到，A組輪系在增速時(shí)，有補(bǔ)助扭力輸出作用。
C組輪系的工作原理C組輪系的作用是車速反饋方向自控制。它是這樣實(shí)現(xiàn)車速反饋方向控制的，當(dāng)外部加載扭力增大時(shí)，減小阻尼CR的阻值，這時(shí)Cn1因受外部加載扭力的影響將減速，Cnh將向反時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，Cn3保持原轉(zhuǎn)速。這樣使發(fā)動(dòng)機(jī)減小了扭力載荷，保持了正常轉(zhuǎn)速，保持正常轉(zhuǎn)速的目的是保持A組輪系的衡速An3。由于m輪的減速，使An1減速，結(jié)果是Anh增速并通過(guò)蝸桿調(diào)整Bnh的轉(zhuǎn)速加快，從而使Bn1減速。當(dāng)阻尼CR的阻值重回到最大阻時(shí)，m輪的轉(zhuǎn)速等于Bn1的轉(zhuǎn)速，從上面能夠看到C組輪系還有扭力及轉(zhuǎn)速傳送作用。
變速器的起動(dòng)和扭力增大時(shí)的情況給星輪組合無(wú)級(jí)變速器輸入轉(zhuǎn)速后，Bn3與An3的轉(zhuǎn)速都是2400轉(zhuǎn)，An1的轉(zhuǎn)速為零，由A組輪系的公式得Anh的轉(zhuǎn)速是1440轉(zhuǎn)，這時(shí)Anh通過(guò)蝸桿控制Bnh，使Bnh達(dá)到1200轉(zhuǎn)，由B組輪系公式得Bn1的轉(zhuǎn)速等于零。起動(dòng)時(shí)，按照增速的方法，增大阻尼AR的阻值，使變速器達(dá)到我們需要的轉(zhuǎn)速后，阻尼AR的阻值回到零，此后變速器將由A組輪系控制B組輪系保持這個(gè)傳動(dòng)比輸出轉(zhuǎn)速。
在外部加載扭力增大時(shí)，由于Cnh處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以外部加載扭力將直接通過(guò)Bn1、Bn3傳向發(fā)動(dòng)機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)減速，而這時(shí)的調(diào)速輪系A(chǔ)組輪系因受入一減速的影響，不能通過(guò)蝸桿調(diào)整Bnh的轉(zhuǎn)速來(lái)改變Bn3與Bn1的傳動(dòng)比，這就形成了發(fā)動(dòng)機(jī)硬性輸出扭力的局面。這就是“星輪組合無(wú)級(jí)變速器”必須具備的輸出轉(zhuǎn)速不能自行降低的特性(這里指CR阻值為無(wú)窮大的情況，或說(shuō)CR阻值超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)扭力的情況)。
蝸桿問(wèn)題因蝸桿推動(dòng)Bnh的轉(zhuǎn)向與Bn3對(duì)Bnh的扭力方向相同，所以蝸桿的作用是控制Bnh的轉(zhuǎn)速，而不是推動(dòng)Bnh達(dá)到一定轉(zhuǎn)速，由這一結(jié)論可知Anh與蝸桿齒輪的比數(shù)可以大些，就是說(shuō)蝸桿的轉(zhuǎn)速可取的高一些，而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率損耗不大。
關(guān)于CR、AR在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的取值問(wèn)題和AR的最大值問(wèn)題阻尼CR在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，它的阻值必須取大于或等于發(fā)動(dòng)機(jī)的扭力值，這是保證正常扭力傳送必須的。
阻尼AR是增速用阻尼器，按裝在A組輪系的Anh端，而A組輪系是用來(lái)調(diào)速的，正常時(shí)的扭力傳送，有B組輪系來(lái)完成。所以為了減少動(dòng)力損耗和使車速能停在某個(gè)車速上，而且阻尼AR的阻值為零時(shí)，有一個(gè)特長(zhǎng)，即變速器在輸入轉(zhuǎn)速后，如沒(méi)有增速操縱，輸出轉(zhuǎn)速為零。由于這些原因阻尼AR的阻值一般取零。
阻尼AR在增速時(shí)的阻值最大，它的大小視車輛及發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)加速度的適應(yīng)要求而定。如果需要較高的加速度，阻值可取大一些或等于發(fā)動(dòng)機(jī)扭力。如果需要較小的加速度，阻值可取的小一些，如 1/10 、 1/5 發(fā)動(dòng)機(jī)扭力等。另外AR的阻值在車輛起步以后，可以是常加一個(gè)小阻值或取大阻值后在需要增速時(shí)，人為逐漸加大阻值。
變速器的自控問(wèn)題本無(wú)級(jí)變速器即能人為控制變速，也能自動(dòng)控制變速。減速的人為，自控取別在于CR的取值大小，當(dāng)CR的阻值取與發(fā)動(dòng)機(jī)扭力相等時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)扭力超載時(shí)變速器輸出速自行降低，就是說(shuō)當(dāng)扭力超過(guò)CR的阻值時(shí)，Cnh將自動(dòng)開(kāi)始反轉(zhuǎn)。另外CR的控制與剎車控制一起控制，剎車時(shí)，CR的阻值降為零。停止剎車后，CR阻值回到原阻值，A組輪系將以剎車后An1輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化出Anh去控制Bnh，保持這個(gè)剎車后m輪的轉(zhuǎn)速;增速的人為控制與自動(dòng)控制的區(qū)別在于AR最低阻值的大小。當(dāng)AR的最低阻值取大于零小于發(fā)動(dòng)機(jī)扭力時(shí)，能使變速器輸出處于一定值的加速度狀態(tài)，在這種狀態(tài)下當(dāng)外部加載扭力較小時(shí)，變速器輸出處于一定值的加速度狀態(tài)，當(dāng)外部加載扭力較大時(shí)，變速器輸出處于衡速狀態(tài)。
變速器的增速、減速過(guò)程變速器的增速當(dāng)增大阻尼AR的阻值時(shí)，Anh將減速，迫使An3向An1傳送轉(zhuǎn)速，同時(shí)Bnh在蝸桿的控制下減速，迫使Bn3向Bn1傳送轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速增到我們需要的轉(zhuǎn)速時(shí)，AR的阻值回到零，此后變速器將保持這個(gè)傳動(dòng)比，輸出轉(zhuǎn)速。
變速器的減速當(dāng)減小阻尼CR的阻值時(shí)，Cn1因受外部加載扭力的影響，將降低轉(zhuǎn)速、Cnh反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而Cn3將保持原有轉(zhuǎn)速，這樣Bn3將保持正常轉(zhuǎn)速，這就保證了A組輪系的衡速保持不變。
從而保證了A組輪系對(duì)B組輪系的正?？刂啤．?dāng)轉(zhuǎn)速減到我們需要的任意轉(zhuǎn)速后，CR的阻值回到最大值，此后變速器輸入、輸出轉(zhuǎn)速將保持這個(gè)傳動(dòng)比。
從上面我們看到通過(guò)對(duì)CR、AR的阻值控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)“星輪組合無(wú)級(jí)變速器”減速、增速的控制，由于車速、發(fā)動(dòng)機(jī)速本身都是一個(gè)連續(xù)、不間斷的變速和衡速(當(dāng)然發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也是變化的，但本申請(qǐng)?jiān)O(shè)它為衡速)，及傳動(dòng)中的不間斷性。所以“星輪組合無(wú)級(jí)變速器”的減速、增速過(guò)程是無(wú)級(jí)的，所以本變速器是一個(gè)無(wú)級(jí)變速器。
變速器的效率問(wèn)題星輪組合無(wú)級(jí)變速器的效率從設(shè)計(jì)看，與A組輪系無(wú)關(guān)，因?yàn)?，A組輪系的用途是調(diào)速，且由于A組輪系與B組輪系間的傳動(dòng)是蝸桿蝸輪傳動(dòng)。但在增速過(guò)程中，由于A組輪系的補(bǔ)助扭力輸出特性，這時(shí)，它存在效率問(wèn)題，就資料表明A組輪系的效率是0.9。C組輪系由于處于常靜止?fàn)顟B(tài)，所以，C組輪系從結(jié)構(gòu)上講，它的效率與普通齒輪傳動(dòng)的效率相等。B組輪系是周轉(zhuǎn)輪系的差動(dòng)形式，它的傳動(dòng)是純轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)，由力偶公式τ＝±Fg和普通周轉(zhuǎn)輪系效率公式M1iHηHβ+M3＝0知，B組輪系的效率在Bnh靜止時(shí)，即變速器輸出為最高時(shí)，它的效率約等于1。那么由Bn3向Cn1的整個(gè)扭力傳送過(guò)程的效率與普通齒輪傳動(dòng)的效率相當(dāng)。
“星輪組合無(wú)級(jí)變速器”的組合單元周轉(zhuǎn)輪系的特性，及扭力輸出級(jí)輸出轉(zhuǎn)速控制方法的實(shí)用性所謂周轉(zhuǎn)輪系就是動(dòng)軸輪系，典型的周轉(zhuǎn)輪系包括;①輪軸繞另一輪軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的行星輪n2;②帶著行星輪作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)臂nH;③繞固定輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)的中心輪n1;④繞固定輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)的齒圈n3。周轉(zhuǎn)輪系的差動(dòng)輪系在n1、n3、nH三個(gè)構(gòu)件中，有兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，即任意兩個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)能向第三個(gè)構(gòu)件轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)動(dòng)。在“星輪組合無(wú)級(jí)變速器”中，A、B、C三組輪系雖然外形不同，但結(jié)構(gòu)方法都是差動(dòng)輪系的方法。
“星輪組合無(wú)級(jí)變速器”的設(shè)計(jì)是由對(duì)Bnh的控制展開(kāi)的，那么對(duì)B組輪系的這種控制方法是否具有實(shí)用性。對(duì)Bnh的控制即是對(duì)差動(dòng)輪系中兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)構(gòu)件中的一個(gè)，進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。查閱資料“減速機(jī)圖冊(cè)”107頁(yè)26-11圖是一個(gè)試車臺(tái)，這個(gè)試車臺(tái)的無(wú)級(jí)變速采用了與本變速器對(duì)B組輪系的控制相同的方法，但是這個(gè)試車臺(tái)的調(diào)速蝸桿須要另外輸入一個(gè)調(diào)速，因此這個(gè)試車臺(tái)使用的無(wú)級(jí)變速器不能做為一個(gè)整體，它的實(shí)際使用范圍受到限制。
三、為改變現(xiàn)有汽車舊的變速方式，使汽車運(yùn)行更平穩(wěn)、更經(jīng)濟(jì)，駕駛更簡(jiǎn)便，提高車輛的運(yùn)行性能。
四、星輪組合無(wú)級(jí)變速器的參數(shù)1、轉(zhuǎn)速入一＝2400轉(zhuǎn)入二＝2400轉(zhuǎn)輸出最高速＝2400轉(zhuǎn)輸出最低速＝0高速時(shí)各輪系的轉(zhuǎn)速值A(chǔ)組An3＝2400轉(zhuǎn)，An1＝3600轉(zhuǎn)Anh＝0B組Bn3＝2400轉(zhuǎn) Bnh＝0Bn1＝2400轉(zhuǎn)C組Cn3＝2400轉(zhuǎn) Cnh＝0Cn1＝2400轉(zhuǎn)其它m＝2400轉(zhuǎn) 蝸桿＝0低速時(shí)各輪系的轉(zhuǎn)速值A(chǔ)組An3＝2400轉(zhuǎn)，An1＝0Anh＝1440轉(zhuǎn)B組Bn3＝2400轉(zhuǎn) Bn1＝0Bnh＝1200轉(zhuǎn)C組Cn3＝0 Cn1＝0
Cnh＝0其它m＝0 蝸桿＝5760轉(zhuǎn)2、各輪齒比數(shù)A組An1∶An3＝1∶1.5An1∶m＝1∶1.5B組Bn3∶Bn1＝1∶1Bn1∶Cn3＝1∶1C組Cn3∶Cn1＝1∶1Cn1∶m＝1∶1注Cn2、Bn2在可能的情況下盡可能設(shè)計(jì)的直徑大些蝸桿與Anh的比數(shù)本申請(qǐng)取4∶1入一齒輪D與An3的比數(shù)本申請(qǐng)取1∶13、A、B、C三組輪系的轉(zhuǎn)速計(jì)算公式AAn1＝2.5Anh-1.5An3BBn1＝2Bnh-Bn3CCn1＝2Cnh-Cn34、阻尼AR、CR的阻值A(chǔ)R≤發(fā)動(dòng)機(jī)扭力CR≥發(fā)動(dòng)機(jī)扭力技術(shù)問(wèn)題與解決辦法①、設(shè)計(jì)思想與實(shí)施“星輪組合無(wú)級(jí)變速器”的基本設(shè)計(jì)思想是用車速與發(fā)動(dòng)機(jī)的差速控制變速器輸出。
在變速器中，設(shè)計(jì)了A組輪系和B組輪系，把發(fā)動(dòng)機(jī)輸出變?yōu)閮蓚€(gè)變速器輸入，即入一傳給An3做為調(diào)速用衡速，入二傳給Bn3做為扭力輸出源，A、B兩組輪系的首尾雖然相接，但我們假設(shè)用A組輪系與車速對(duì)比轉(zhuǎn)化出差速Anh去控制Bnh，用B組輪系輸出扭力，車速的這種反傳控制，我們稱車速反饋。
②車速的反饋方向?yàn)槭管囁僭诳刂谱兯贂r(shí)首先傳給A輪系，必須有方向控制。
在變速器中設(shè)計(jì)了C組輪系，這個(gè)輪系中的阻尼CR正常時(shí)的阻值為最大值，當(dāng)外部加載扭力增大時(shí)，減小阻尼CR的阻值，使Cn3正常旋轉(zhuǎn)，Cn1因受外部加載扭力的影響將減速，Cnh開(kāi)始反時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。而A組輪系因An1減速，使Anh增速，從而使蝸桿控制Bnh也增速，此時(shí)Bn1減速變速器輸出速降低后，CR阻值回到最大值?，F(xiàn)在我們通過(guò)C組輪系，使車速反饋方向得到控制。
③、A、B兩組輪系的轉(zhuǎn)速吻合為了不使A、B兩輪系發(fā)生自鎖，它們的轉(zhuǎn)速需要吻合;
A、B兩組輪是控制與被控制關(guān)系，而控制系A(chǔ)輪系又有B組輪系的輸出控制，為了不發(fā)生自鎖。Anh必須有足夠的轉(zhuǎn)速，保證在蝸桿控制下的Bn1的轉(zhuǎn)速傳到An1時(shí)，Anh本身的轉(zhuǎn)速不變，如當(dāng)變速器輸出速在最高速2400時(shí)，Anh的轉(zhuǎn)速等于零，而受蝸桿控制的B組輪系的輸出Bn1的轉(zhuǎn)速是2400，經(jīng)C組輪系傳到An1的轉(zhuǎn)速是3600轉(zhuǎn)，由A組輪系公式知An1＝3600時(shí)，Anh＝0恰好吻合。
④、防反控制A、B兩組輪系是控制與被控制關(guān)系，正?？刂剖怯葾組輪系控制B組輪系保持某個(gè)輸出轉(zhuǎn)速。(即使m輪保持某個(gè)轉(zhuǎn)速)，或增速時(shí)，由A組輪系控制B組輪系輸出增速。
為了能使A組輪系正常的起到控制作用，在A組輪系與B組輪系間的傳動(dòng)中才用蝸桿蝸輪傳動(dòng)，即用Anh帶動(dòng)蝸桿，控制Bnh，這樣使B組輪系不能影響A組輪系的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并且使對(duì)B組輪系的控制容易了。
⑤、增、減速的控制為了對(duì)變速器的輸出轉(zhuǎn)速能夠控制，在An1上分別設(shè)計(jì)了阻尼器CR、AR，通過(guò)對(duì)這兩個(gè)阻尼器的控制達(dá)到對(duì)變速器輸出速進(jìn)行控制的目的。
五、“星輪組合無(wú)級(jí)變速器與現(xiàn)有無(wú)級(jí)變速器相比具有結(jié)構(gòu)新穎、動(dòng)力損失小，易操作，能夠用于多種環(huán)境，能傳送大扭力，能夠?qū)崿F(xiàn)人為控制和自動(dòng)控制。
六、附圖1是示意圖、附圖2是傳動(dòng)圖。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)各齒輪的比數(shù)可有限的進(jìn)行調(diào)整。如蝸桿轉(zhuǎn)速實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)提高轉(zhuǎn)速。
圖中A組輪系包括An1、An3、Anh、An2。B組輪系包括Bn1、Bn3、Bnh、Bn2。C組輪系包括Cn1、Cn3、Cnh、Cn2。
圖中附件阻尼器CR;阻尼器AR(包括齒輪);調(diào)速用衡速輸入齒輪D輪;扭力輸出輪m;為反向而設(shè)的齒輪W;蝸桿的下端齒輪和上端的蝸桿統(tǒng)稱蝸桿系;Bnh是蝸輪，七、阻尼CR的控制設(shè)計(jì)在剎車踏板上，使它與剎車同步。增速阻尼AR的控制設(shè)計(jì)在離合器踏板上，但離合器應(yīng)去掉，使這個(gè)踏板只控制AR。這里是對(duì)汽車而言。當(dāng)然在其它如動(dòng)力試車臺(tái)、風(fēng)機(jī)、機(jī)械變速等領(lǐng)域也可使用，特別是直升機(jī)上完全可以使用此方法設(shè)計(jì)的變速器。
權(quán)利要求
1.“星輪組合無(wú)級(jí)變速器”能夠?qū)崿F(xiàn)零至任意設(shè)計(jì)高速的無(wú)級(jí)變速是因?yàn)樗怯腥齻€(gè)差動(dòng)輪系A(chǔ)、B、C組成、這種輪系有三大構(gòu)件轉(zhuǎn)臂nh，中心輪n1和齒圈n3組成，三大構(gòu)件可任兩個(gè)是獨(dú)立運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，并能向第三構(gòu)件轉(zhuǎn)化傳動(dòng)，本發(fā)明的特征是①、才用三個(gè)上述輪系的組合。②、所述A、B兩輪系間的傳動(dòng)才用蝸桿蝸輪傳動(dòng)。③、所述A、B兩輪系中的An3、Bn3是兩個(gè)動(dòng)力輸入輪。④、所述A、C兩輪系中的Anh、Cnh分別由外設(shè)的阻尼器AR、CR控制。
2.根據(jù)1、①所述組合，其特征是三輪系互為調(diào)速，動(dòng)力輸出和反饋方向控制關(guān)系。
3.根據(jù)1、②所述轉(zhuǎn)動(dòng)，其特征是蝸桿由Anh帶動(dòng)，蝸輪即是Bnh，是控制與被控制關(guān)系。
4.根據(jù)1、④所述控制，其特征是AR為增速控制器，CR為減速控制器。
專利摘要
本無(wú)級(jí)變速器是一種新的無(wú)級(jí)變速方法，主要技術(shù)問(wèn)題包括①設(shè)計(jì)思想與實(shí)施；②A、B兩組輪系的吻合；③車速反饋的方向控制；④防反控制；⑤增減速控制；它的特征是有A、B、C三組不同形式的周轉(zhuǎn)輪系組成。變速器的變速控制是車速反饋力阻尼控制，發(fā)動(dòng)機(jī)給變速器的輸入是兩個(gè)。變速器的最低輸出速是零，最高輸出速是任意設(shè)計(jì)高速。本變速器可用與大、小型汽車、動(dòng)力試車臺(tái)、各種需要變速的場(chǎng)合。
文檔編號(hào)F16H1/28GK87103135SQ87103135
公開(kāi)日1988年12月7日 申請(qǐng)日期1987年4月26日
發(fā)明者欒益民 申請(qǐng)人:欒益民導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan