專利名稱：周轉(zhuǎn)裝置與相關(guān)的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及周轉(zhuǎn)裝置(epicyclic arrangement)、周轉(zhuǎn)裝置的某些部件以及包含這樣裝置的系統(tǒng)和方法，包含但不限于無級變速傳動器(infinitely variabletransmission)以及包含這樣傳動器的車輛(諸如草坪牽引機)，所述無級變速傳動器包含軸向定向的周轉(zhuǎn)裝置。
背景技術(shù)：
包含了周轉(zhuǎn)裝置的傳動器系統(tǒng)的實例包含那些在美國專利號3，494，224與 5，074，830以及英國專利申請GB2452710A中所公開的內(nèi)容。


以實例且不受限的方式圖示了以下制圖。出于簡潔且清晰的目的，給定結(jié)構(gòu)的每個特征并不總是被標(biāo)記在該結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的每個圖中。同一參考數(shù)字不一定標(biāo)示同一結(jié)構(gòu)。相反，相同的參考數(shù)字可能用于標(biāo)示相似的特征或具有相似功能性的特征，同樣地非同一參考數(shù)字可能亦是如此。這些圖是按比例進(jìn)行繪制的(除非除此之外注明)，意味著對于至少在這些圖中所描繪的實施方式組來說，所描繪元件的大小相對于彼此是精確的。圖IA和IB為本周轉(zhuǎn)裝置之一的一個實施方式的透視圖。圖2A為圖IA中所示出實施方式的端視圖。圖2B為沿著圖2A中的線2B-2B所截取的截面視圖。圖2C為圖2B中所示出視圖的一部分的放大視圖。圖3A為示出了圖IA中所示出實施方式中的托架(carrier)和襯墊的裝配透視圖。圖3B為示出了圖IA中所示出實施方式中的托架和襯墊的分解透視圖。圖4A和4B為圖IA中所示出實施方式的透視、分解視圖。圖5為示出了作為系統(tǒng)的部分在圖IA中所示出實施方式的截面視圖。圖6為在圖5中以截面視圖所示出系統(tǒng)的透視、分解視圖。圖7-1和7-2描繪了與系統(tǒng)的操作特征相關(guān)的計算數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)與圖6中所示出實施方式相一致。圖8為本周轉(zhuǎn)裝置的另一個實施方式的截面視圖。圖9A為示出了可與圖IA中所示出實施方式一同使用的托架和襯墊的另一個實施方式的分解透視圖。圖9B為示出了可與圖IA中所示出實施方式一同使用的托架和襯墊的另一個實施方式的分解透視圖。
圖10-12為圖6中所示出系統(tǒng)的可行的(working)實施方式的工程制圖。
具體實施例方式術(shù)語“耦接”被限定為連接，然而不一定是直接地，并且不一定是機械地。除非本公開明確地要求為其它情況，術(shù)語“一個(a)”和“一個(an)”都被限定為一個或多個。術(shù)語“基本上”、“大致”及“大約”被限定為主要地但不一定是如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的被具體指定的全部(以及包含被具體指定的全部)。術(shù)語“包括(comprise) ” (以及諸如“包括(comprises) ”和“包括(comprising) ”等任何形式的包括)、“具有(have)” (以及諸如“具有(has)”和“具有(having)”等任何形式的具有)、“含有(contain)” (以及諸如“含有(contains) ”和“含有(containing) ”等任何形式的含有)，以及“包含(include) ” (以及諸如“包含(includes)”和“包含(including)”等任何形式的包含)均為開放式連系動詞。因此，“包括”、“具有”、“含有”或“包含”一個或多個元件的系統(tǒng)或方法擁有那些一個或多個元件，但不限于僅擁有那些一個或多個元件或步驟。同樣地，“包括”、“具有”、“含有”或“包含”一個或多個特征的系統(tǒng)或方法中的元件擁有那些一個或多個特征，但不限于僅擁 有那些一個或多個特征。而且，采用某種方式構(gòu)造的結(jié)構(gòu)(例如，器件)必須至少采用那樣的方式構(gòu)造，但是也可采用未具體指定的一種方式或多種方式構(gòu)造。通過應(yīng)用換算并圓整到最接近的毫米，可以從所提供的英制單位得出米制單位。本周轉(zhuǎn)裝置可采用不同的形式(例如，行星輪(或行星輪元件)可為球或者滾子)并且被用于不同的應(yīng)用中，包含但不限于作為無級變速傳動器(IVT)的部分，該無級變速傳動器包含連續(xù)變速傳動器(continuously-variable transmission, CVT),所述連續(xù)變速傳動器向該裝置提供了輸入端中的一個輸入端，并且在任何情況下對于該裝置也可以使用傳統(tǒng)的周轉(zhuǎn)齒輪組或齒輪系(其實例將在下文討論)。如本領(lǐng)域中那些普通技術(shù)人員將理解的那樣，本周轉(zhuǎn)裝置的實施方式可與CVT結(jié)合使用來提供具有嚙合空擋(gearedneutral)條件的IVT。在“嚙合空擋”(例如，處于嚙合空擋比率時)中，該周轉(zhuǎn)裝置的兩個輸入端彼此抵消，使得該裝置的輸出端靜止不動。在這樣的狀態(tài)中，當(dāng)車輛靜止不動時，發(fā)動機(或其它的原動機)可通過傳動器保持運行并且耦接于(多個)驅(qū)動輪，以此消除了用離合器將發(fā)動機從(多個)驅(qū)動輪脫開的需求。在一些實施方式中，本周轉(zhuǎn)裝置在它們正常運行期間的某個時候(但短暫)通過牽引而不是摩擦在部件之間傳遞驅(qū)動，意味著在驅(qū)動傳送中所涉及的部件并未(優(yōu)選地)彼此發(fā)生實際接觸。相反，一薄層的牽引液(其也可以稱為牽引驅(qū)動液)將部件分離，并且擁有足以能夠傳送驅(qū)動的特性。例如，當(dāng)該液體被壓縮時，用于牽引液中的長鏈分子彼此互鎖，在壓力下變得高度黏稠(玻璃狀)。一種可與本裝置及系統(tǒng)一同使用的合適牽引液的實例為INVARIT0RC105牽引液(可從Ashland Inc. (Covington, KY)的部門Valvoline (Lexington, KY)處獲得)，但是也可以使用來自Shell或Idemitsu的牽引液,同樣可以使用擁有相似特性但不能作為“牽引”液推銷或出售的液體。由于壓力施加在該裝置的部件之間的接觸點處，油阻礙了滑動趨勢并且有效地傳遞驅(qū)動。在這些牽引的實施方式中，在正常運行期間于某個時間點(但短暫)通過牽引(通過剪切薄的、液力流體膜)而非通過金屬之間的摩擦在部件之間傳遞驅(qū)動。這樣實施方式的裝置可被更具體地描述為牽引周轉(zhuǎn)裝置。甚至更具體地，這樣實施方式的裝置可被描述為牽引軸向定向的周轉(zhuǎn)裝置。在一些實施方式中，軸向定向的周轉(zhuǎn)裝置是一個其中齒圈(annulus)和太陽齒輪沿著軸線(該裝置圍繞著該軸線旋轉(zhuǎn))方向彼此間隔開的裝置，從而使得齒圈中沒有在軸向方向上與太陽輪中任何部分重疊的部分(在圖2B和圖8中示出了這樣裝置的一個實例)。在一些實施方式中，如果橫穿該裝置的元件傳送的載荷或多個載荷具有軸向分量(對比于徑向定向的周轉(zhuǎn)動力傳動系統(tǒng)，其中橫穿元件傳送的載荷或多個載荷在理想的操作條件下并不擁有軸向分量)，則周轉(zhuǎn)裝置是軸向定向的。圖1A-4B中示出了可作為較大系統(tǒng)(諸如IVT)的部分使用的本周轉(zhuǎn)裝置的一個實施方式。周轉(zhuǎn)裝置100(其也可以稱為軸向定向的周轉(zhuǎn)裝置、或牽引軸向定向的周轉(zhuǎn)裝置)包含太陽輪10、齒圈20和托架30，該托架30包含被軸向安置在太陽輪和齒圈之間的至少一部分(意味著托架的該至少一部分在軸向方向上沒有與太陽輪或齒圈任何一個的任何部分重疊，如圖2B所示)；在所描繪的實施方式中，該部分包括基本上全部托架30。裝置100圍繞著軸線150旋轉(zhuǎn)，軸線150被居中置于輸入驅(qū)動軸125和輸出驅(qū)動軸175上。因此，太陽輪10 (其在所描繪的實施方式中為盤或板)、齒圈20 (其在所描繪的實施方式中為盤或板)以及托架30 (其在所描繪的實施方式中為盤或板，并且可被稱為托架板)每一個也都圍繞著軸線150旋轉(zhuǎn)。裝置100也包含與托架30相關(guān)聯(lián)的行星輪40。 在該實施方式中，托架30具有開口 35，開口 35圍繞著托架30的中心(或圍繞著軸線150)周向地對齊，并且彼此成角度地間隔開。在該實施方式中，角度間距是基本上彼此相等的，但是在其它實施方式中無需如此。在該實施方式中，裝置100也包含耦接于托架30的襯墊50。更具體地，襯墊50被牢固地安置在每個開口 35中(意味著襯墊未在開口之內(nèi)旋轉(zhuǎn))。在該實施方式中，行星輪40包括被定位在托架30的開口 35中、且更具體地被定位在襯墊50中的球(其也可被稱為球形的行星輪、球體、驅(qū)動球或驅(qū)動球體)。在這點上，每個行星輪40可被稱為完全被襯墊50環(huán)繞，并且可在襯墊50中旋轉(zhuǎn)(其在該實施方式中為環(huán)形襯墊)。然而更寬泛地，襯墊50可以是定位在開口 35中并將行星輪從托架(且更具體地從限定了所論及托架開口的托架材料)分離的襯墊(或托架開口襯墊)的一個實例。襯墊50也是構(gòu)造成至少在裝置運行期間防止在行星輪和托架材料之間發(fā)生任何接觸的襯墊的實例，所述托架材料限定了其中定位有行星輪的開口。在該實施方式中有五個開口、五個環(huán)形襯墊和五個球形行星輪；在其它的實施方式中，每一個可能有許多個且大于一個(例如，兩個、三個、四個、六個、七個或更多)。另外，盡管襯墊50為連續(xù)的環(huán)形環(huán)狀物，也可以使用本襯墊的其它實施方式，它們是非連續(xù)的環(huán)形環(huán)狀物(見圖9A和9B)，但至少在裝置運行期間仍用于消除在球形行星輪和托架材料之間的接觸，所述托架材料限定了其中定位有那些行星輪的開口。由于它們是球，行星輪40不需要被支撐在任何形式的軸或軸承上，而傳統(tǒng)的嚙合行星輪或被構(gòu)造用于徑向牽引的行星輪則是需要的。而且，行星輪40-由于它們?yōu)榍蛐我皇峭ㄟ^它們各自中心來傳遞載荷、沒有趨于移動給定行星輪的力矩(moment)的行星輪的實例。在所描繪的實施方式中，托架30被連接(具體地，其被牢固地連接)至輸出構(gòu)件60 ;結(jié)果，輸出構(gòu)件60 (在所描繪的實施方式中，其為使用軸向定向的螺栓62被栓接至(bolted to)托架的輪轂，通過輪轂中帶螺紋的開口 67以及通過托架30中相應(yīng)的帶螺紋的開口 37來放置螺栓62)的旋轉(zhuǎn)速率與托架30的旋轉(zhuǎn)速率相同。
在裝置100的正常運行期間，行星輪受到托架(更具體地受到托架中的開口，并且甚至更具體地受到開口中的環(huán)形襯墊)周向地約束，并且在軸向方向上受到太陽輪和齒圈的約束。在所描繪的實施方式中，裝置100還包含力產(chǎn)生器70，力產(chǎn)生器70與齒圈20相接觸并被構(gòu)造成向齒圈20施加軸向力(其也可以稱為夾持力或端部載荷)。被描述成“軸向”的力或方向是平行于(但不一定對齊于)周轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸的力或方向。在該實施方式中，力產(chǎn)生器70包括諸如圓錐形貝爾維爾(Belleville)墊圈等的盤簧，其被示出為與齒圈的背面干涉，如本領(lǐng)域中熟悉工程制圖的那些普通技術(shù)人員將理解的那樣。在其它的實施方式中，力產(chǎn)生器可包括任何合適的器件(諸如可變液壓夾持器件或不同的機械夾持器件)并且可被定向在任何合適的位置中用于將適當(dāng)?shù)亩瞬枯d荷或夾持力傳輸至齒圈20。在所描繪的實施方式中，太陽輪10包含太陽輪軌道(track) 12，在裝置正常運行期間沿著太陽輪軌道12將在太陽輪與行星輪之間傳遞驅(qū)動，并且齒圈20包含齒圈軌道22，沿著齒圈軌道22在裝置正常運行期間齒圈與行星輪之間將傳遞驅(qū)動。太陽輪10和齒圈20為可被稱為輸入元件的實例。在一些實施方式中，太陽輪軌道12的中心與軸線150之間的 距離Rl小于齒圈軌道22的中心與軸線150之間的距離R2。在其它的實施方式中，這兩個距離是基本上相同的(且可能是相同的)；在這樣的實施方式中，太陽輪和齒圈被稱為輸入元件。這些軌道的中心可被定向而使得一條延伸貫穿它們的直線以45度與軸線150相交，但可以對Rl與R2使用其它數(shù)值(且因此可實現(xiàn)不同的角度)。除了圍繞著軸線150旋轉(zhuǎn)，每個行星輪40也圍繞著其自身的軸線41旋轉(zhuǎn)(見圖2C)，軸線41垂直于與兩個軌道的中心相交的直線。在圖2C中示出的距離R3是從軸125至行星輪40中心的距離(且因此為行星輪的中心圍繞著軸125的旋轉(zhuǎn)半徑)。如本領(lǐng)域中那些普通技術(shù)人員將理解的那樣，托架30 (其可被稱為周轉(zhuǎn)裝置的從動元件(或從動元件30))的旋轉(zhuǎn)速率是通過齒圈20和太陽輪10 (其可被稱為輸入元件20和10)的旋轉(zhuǎn)輸入速率來確定的，所述旋轉(zhuǎn)輸入速率被傳遞至行星輪40。尤其，通過下列等式來限定元件的旋轉(zhuǎn)速度《 (按每分鐘轉(zhuǎn)速(RPM)) Co輸人元_R1 = 2 從動元件3QR3- 輸入元
件 2(|R2。在所描繪的實施方式中，裝置100被構(gòu)造成具有大于或等于0.80且小于或等于0. 90的吻合比率(conformity ratio)、更具體地為大于或等于0. 81且小于或等于0. 89的吻合比率、更具體地為大于或等于0. 82且小于或等于0. 88的吻合比率、更具體地為大于或等于0. 83且小于或等于0. 87的吻合比率、更具體地為大于或等于0. 84且小于或等于0. 86的吻合比率，并且更具體地為0.85的吻合比率。在本發(fā)明中，所引用的吻合比率是給定的球形行星輪40 (且優(yōu)選地，每個球形行星輪具有相同的直徑)的直徑與太陽輪軌道及齒圈軌道的直徑之一或兩者直徑相比的比率。令人異且意想不到地是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)在零載荷條件下以3000轉(zhuǎn)每分鐘的發(fā)動機速度使用所描繪的實施方式時，0. 95的吻合比率沒有提供穩(wěn)定的操作條件。在相同的條件下，0. 80的吻合比率沒有維持連續(xù)使用超過240個小時，并且由于吻合比率進(jìn)一步減小，耐久性甚至進(jìn)一步降低。在若干附圖(例如，圖1A-2B和4A-4B)中示出了附加細(xì)節(jié)，這些附加細(xì)節(jié)可以是一些實施方式中裝置100的部分，或者可將具有這些附加細(xì)節(jié)的裝置100用于其它實施方式中。例如，圖2B示出了太陽輪10具有中心開口 13，中心開口 13通常繞著輸入驅(qū)動軸125定位。更具體地，滾針軸承15被安置在中心開口 13中并且繞著輸入驅(qū)動軸125定位，以此允許太陽輪10圍繞著輸入驅(qū)動軸125自由旋轉(zhuǎn)。相似地，托架30具有中心開口 33，中心開口 33通常圍繞著輸入驅(qū)動軸125定位。更具體地，滾針軸承36被安置在中心開口 33中并且圍繞著輸入驅(qū)動軸125定位，以此允許托架30繞著輸入驅(qū)動軸125自由旋轉(zhuǎn)。齒圈20被連接至(例如，牢固地附連至)輸入驅(qū)動軸125。尤其，齒圈20具有中心開口 23，輪轂25被牢固地安置在中心開口 23中以防止兩者之間相對旋轉(zhuǎn)(在所描繪的實施方式中，如圖4A和4B的分解視圖中所示，所述兩者設(shè)置有齒輪齒以使得齒圈20能夠以花鍵聯(lián)接至輪轂25，然而也可以使用將會防止所述兩者相對旋轉(zhuǎn)的任何其它的合適連接手段)；借助于楔(key) 127與環(huán)狀物128使輪轂25連接至輸入驅(qū)動軸125，但是也可以使用其它的合適連接手段。由于其被牢固連接至輸入驅(qū)動軸125，齒圈20以與輸入驅(qū)動軸125相同的速率旋轉(zhuǎn)。輪轂25包含止擋肩部26和夾持肩部27，止擋肩部26被構(gòu)造成限制齒圈20離開托架30的軸向運動，夾持肩部27被構(gòu)造成與貝爾維爾彈簧的一部分接觸，該貝爾維爾彈簧包括了所描繪版本的力產(chǎn)生器70。球軸承80被安置在輸出構(gòu)件60和輪轂25之間，并且允許輸出構(gòu)件60繞著輸入驅(qū)動軸125和軸線150光滑相對旋轉(zhuǎn)。輸出構(gòu)件60也被連接至輸出驅(qū)動軸175。在所描繪的實施方式中，這可以通過在輸出驅(qū)動軸175和輸出構(gòu)件60的中心開口 64 之間以花鍵聯(lián)接的連接來實現(xiàn)。另外，輸出構(gòu)件60包含內(nèi)肩部63，其毗連于且鄰接于中心開口 62，墊圈66靠著內(nèi)肩部63被定位；輸出驅(qū)動軸175，其包含向外突出的肩部172 ;以及六角頭螺釘68，其穿過墊圈并且進(jìn)入輸出驅(qū)動軸175中的螺旋凹槽(screw recess) 177中，使得輸出驅(qū)動軸175軸向地朝向輸出構(gòu)件60，并且致使肩部172緊靠輸出構(gòu)件60的外邊緣68，并且致使墊圈66緊靠輸出構(gòu)件60的內(nèi)肩部63。如本領(lǐng)域中那些普通技術(shù)人員將認(rèn)識到的那樣，可將其它的合適技術(shù)用于使輸出構(gòu)件60緊固至輸出驅(qū)動軸175。圖5示出了周轉(zhuǎn)裝置100為其一部分的系統(tǒng)。具體地，圖5描繪了 IVT1000 (其為系統(tǒng)的實例)的一部分的橫截面，IVT1000包括了被耦接于周轉(zhuǎn)裝置100的常規(guī)變速器500。變速器500的細(xì)節(jié)一其在所描繪的實施方式中為全環(huán)形座圈、滾動牽引型變速器一將為本領(lǐng)域中那些普通技術(shù)人員所熟知，并且無需在此重復(fù)，但要指出的是變速器500包含輸入盤510，其用楔連接至輸入驅(qū)動軸125 ;輸出盤520，太陽輪10與其一體地形成(尤其，太陽輪10構(gòu)成了輸出盤520的背面)，并且輸出盤520圍繞著輸入驅(qū)動軸125自由旋轉(zhuǎn)；控制桿(lever)組件530，該控制桿組件的運動控制了滾子540的位置；以及殼體550，其包繞了周轉(zhuǎn)裝置100并提供了其中安置有牽引液(未示出)的不漏液腔體560。圖5也示出了可將周轉(zhuǎn)裝置100的輸出驅(qū)動軸175連接至正齒輪210。圖6示出了 IVT1000的分解視圖，其細(xì)節(jié)將為本領(lǐng)域中那些普通技術(shù)人員所熟知，并且無需在此重復(fù)，但要指出的是該示了一種方式，在該方式中將周轉(zhuǎn)裝置100的輸出端連接至車輛的驅(qū)動輪正齒輪210被連接至正齒輪216，正齒輪216被連接至差動組件217，差動組件217被連接至驅(qū)動軸218，驅(qū)動軸218被連接至驅(qū)動輪(未示出)。然而在所描繪的實施方式中太陽輪10與輸出盤520成為一體，并且因此兩者的旋轉(zhuǎn)速率相同，在其它的實施方式中太陽輪10與輸出盤520可以不成為一體，而是耦接于輸出盤520 (且其旋轉(zhuǎn)速率可仍與輸出盤520的旋轉(zhuǎn)速率相同)。為了替代變速器500，可以使用以下的連續(xù)變速傳動器(CVTs)中的任何一個以提供輸入端之一(通過與太陽輪10的連接或與太陽輪10的整體關(guān)系)，考慮到可能與之關(guān)聯(lián)的任何軸向載荷帶式CVT、半環(huán)形式CVT、基于電動機式CVT、液壓靜力式(hydrostatic)CVT、液壓機械式(hydromechanical)CVT、基于滾動球式CVT(例如“Milner CVT”)以及連續(xù)變速行星傳動器(例如，諸如由Fallbrook Technologies Inc.且當(dāng)前以NuVinci 品牌進(jìn)行推銷)。圖7-1和7-2示出了包含數(shù)值的表格，這些數(shù)值被計算出用于圖5中所示出系統(tǒng)中周轉(zhuǎn)裝置100的實施方式。計算出的數(shù)值是基于以下假設(shè)用于一個輸入端的行星輪40和太陽輪10、用于另一個輸入端的行星輪40和齒圈20之間的摩擦系數(shù)0. 045,該摩擦系數(shù)產(chǎn)生自牽引液的使用；R1 = 24. 44082148毫米(mm)/0. 962237英寸(in)以及R2 =
40.15626969毫米/I. 580955英寸(見圖2C);對于每個行星輪(球)40，直徑為22. 225毫米/0. 875英寸；每個行星輪40的中心和(旋轉(zhuǎn))軸線150之間的距離為32. 29854559毫米/I. 271596英寸；行星輪數(shù)量=5 ;通過力產(chǎn)生器(在該實施方式中為貝爾維爾彈簧)傳輸至齒圈的端部載荷力=5000牛頓(N);輸出驅(qū)動軸(175)和驅(qū)動輪的軸之間的比率=
13.35 ;發(fā)動機速度=3450轉(zhuǎn)每分鐘；變速器傳動比范圍(ratio spread) = 5 ;最小變速器 傳動比=-0. 447213595 ;最大變速器傳動比=-2. 236067977 ;假定驅(qū)動輪處的輸出轉(zhuǎn)矩為250英尺磅(ft lbf)，要求獲得同樣結(jié)果的傳動器輸出轉(zhuǎn)矩被確定為18. 72659176英尺磅。圖1A-6中所示出版本的周轉(zhuǎn)裝置100包含不同直徑(或不同半徑)的行星輪軌道。尤其，齒圈軌道具有大于太陽輪軌道的直徑。然而，在本周轉(zhuǎn)裝置的其它實施方式中，諸如圖8中所示出的一個實施方式，該周轉(zhuǎn)裝置可具有相同半徑/直徑的軌道。周轉(zhuǎn)裝置300(其也可被稱為牽引周轉(zhuǎn)裝置或牽引軸向定向的周轉(zhuǎn)裝置)為這樣裝置的實例，并且包含太陽輪310(其在所描繪的實施方式中為盤或板)、齒圈320(其在所描繪的實施方式中為盤或板)、托架330 (其在所描繪的實施方式中為盤或板)以及與托架330相關(guān)聯(lián)的行星輪340 (其在所描繪的實施方式中為球)。在裝置300的所描繪實施方式中，托架330具有開口 335，開口 335圍繞著托架330的中心(或圍繞著軸線350)在周向上對齊，并且以基本上相等的環(huán)形間距彼此間隔開。盡管裝置300沒有被描繪具有牢固地安置在每個開口 335中的襯墊(例如，環(huán)形或非環(huán)形的襯墊)，該省略僅是為了清晰，并且行星輪大小與襯墊大小與開口 335大小的比例可以與圖2B中所示出相同部件的比例相同。在該實施方式中，行星輪340包括球(其也可被稱為球形行星輪、球體、驅(qū)動球或驅(qū)動球體)，這些球被定位在托架330的開口 335中。在該實施方式中有三個開口 335和三個球形行星輪340 ;在其它的實施方式中，每一個可以有更少(兩個)或更多個(例如，四個或更多)。在所描繪的實施方式中，裝置300也包含力產(chǎn)生器370，力產(chǎn)生器370與齒圈320接觸并被構(gòu)造成向齒圈320施加軸向力(其也可被稱為夾持力或端部載荷)。在該實施方式中，力產(chǎn)生器370包括諸如圓錐形貝爾維爾墊圈等的盤簧，其被示出為與齒圈的背面干涉，如本領(lǐng)域中熟悉工程制圖的那些普通技術(shù)人員將理解的那樣。在其它的實施方式中，力產(chǎn)生器可包括任何的合適器件(諸如可變液壓夾持器件或不同的機械夾持器件)，并且力產(chǎn)生器可位于用于將適當(dāng)?shù)亩瞬枯d荷傳輸至齒圈320的任何合適位置中。用徑向定向的螺絲362將托架330牢固地連接至輸出構(gòu)件360 (其被示為輪轂)，輸出構(gòu)件360被連接至輸出驅(qū)動軸375，其經(jīng)由軸線350與輸入驅(qū)動軸325軸向地對齊，裝置300圍繞著軸線350旋轉(zhuǎn)。太陽輪310包含太陽輪軌道312，齒圈320包含齒圈軌道322，這些軌道的半徑/直徑是相同的或者由于正常工程公差而至少基本上相同?？蓪⒀b置300構(gòu)造成具有大于或等于0. 80且小于或等于0. 90的吻合比率，更具體地為大于或等于0. 81且小于或等于0. 89的吻合比率，更具體地為大于或等于0. 82且小于或等于0. 88的吻合比率，更具體地為大于或等于0. 83且小于或等于0. 87的吻合比率，更具體地為大于或等于0. 84且小于或等于0. 86的吻合比率，以及更具體地為0. 85的吻合比率。在本公開中，所引用的吻合比率是給定的球形行星輪340 (并且優(yōu)選地，每個球形行星輪具有相同的直徑)的直徑與太陽輪軌跡和齒圈軌跡兩者直徑之一或兩者直徑的比率。其中確定了托架330旋轉(zhuǎn)速率的方式與以上所描述的用于周轉(zhuǎn)裝置100的方式相同。圖8示出了附加細(xì)節(jié)，這些附加細(xì)節(jié)可以是一些實施方式中裝置300的部分，或者可將具有這些附加細(xì)節(jié)的裝置300用于其它實施方式中。具體地，圖8示出了太陽輪310具有中心開口 313，中心開口 313通常繞著輸入驅(qū)動軸325定位。更具體地，滾針軸承315被安置在中心開口 313中并且繞著輸入驅(qū)動軸325定位，以此允許太陽輪310圍繞著輸入驅(qū)動軸325自由旋轉(zhuǎn)。相似地，托架330具有中心開口 333，中心開口 333通常繞著輸入驅(qū)動軸325定位。更具體地，滾針軸承336被安置在中心開口 333中并且繞著輸入驅(qū)動軸325定位，以此允許托架330圍繞著輸入驅(qū)動軸325自由旋轉(zhuǎn)。齒圈320被連接至(例如，牢 固地附連至)輸入驅(qū)動軸325。尤其，齒圈320具有中心開口 323，輪轂325被牢固地安置在中心開口 323中以防止兩者之間相對旋轉(zhuǎn)(在所描繪的實施方式中，所述兩者設(shè)置有齒輪齒以使齒圈320能夠以花鍵聯(lián)接至輪轂325，然而也可以使用能防止所述兩者相對旋轉(zhuǎn)的任何其它的合適連接手段)；借助于楔427與環(huán)狀物428使輪轂325連接至輸入驅(qū)動軸325，但是可以使用任何的其它合適連接手段。由于其被牢固連接至輸入驅(qū)動軸325，齒圈320以與輸入驅(qū)動軸325相同的速率旋轉(zhuǎn)。輪轂325包含止擋肩部326，其被構(gòu)造成限制齒圈320離開托架330的軸向運動；以及夾持肩部327，其被構(gòu)造成與貝爾維爾彈簧的一部分接觸，該貝爾維爾彈簧包括了所描繪版本的力產(chǎn)生器370。滾珠軸承380繞著齒圈320安置并與輸出構(gòu)件360的內(nèi)部接觸，以此允許輪轂圍繞著齒圈320光滑地(且獨立地)旋轉(zhuǎn)。齒圈320包含在軸向方向上約束滾珠軸承380的外徑向肩部329。輸出構(gòu)件360包含也在軸向方向上約束滾珠軸承380的內(nèi)肩部363。借助于楔387與環(huán)狀物(不可視)使輸出構(gòu)件360牢固地連接至輸出驅(qū)動軸375，但是也可以使用其它的合適連接機械裝置，諸如通過在中心開口 362上設(shè)置齒并且在輸出驅(qū)動軸375上設(shè)置齒，使得可以將兩者以花鍵聯(lián)接在一起。如本領(lǐng)域中那些普通技術(shù)人員將認(rèn)識到的那樣，可以使用其它的合適技術(shù)將輸出構(gòu)件360緊固至輸出驅(qū)動軸375。如圖8所示，可將太陽輪310與變速器的輸出盤成為一體。如本領(lǐng)域中那些得益于本公開的普通技術(shù)人員將體會的那樣，這樣的變速器可以是IVT的部分(相似于圖5和6中所示出的系統(tǒng)(IVT1000))。其它的一些CVT—諸如那些以上所列出的-可以用于這樣的系統(tǒng)(例如，具有周轉(zhuǎn)裝置300)中替代全環(huán)形變速器。以上所公開的襯墊是用于本裝置和系統(tǒng)中的合適襯墊中的一個實例。襯墊的使用被設(shè)計成通過減少托架(將球定位在其中)中的球和開口之間的摩擦來增加周轉(zhuǎn)裝置的使用壽命。相對于一些沒有襯墊的托架，襯墊可以有助于防止其它的可能發(fā)生在托架和球之間的破壞?？偟膩碇v，用于本襯墊的材料應(yīng)比用于行星輪的材料更軟(例如，在洛氏硬度值上)。
用于所公開襯墊一些實施方式的合適材料的實例包含聚酰亞胺基聚合物(polyimide-based polymers)(塑料)，諸如一些由杜邦制造的VESPEL品牌的聚合物。在圖1A-6中所示出裝置100的實施方式在這些輪處以3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速、350英尺磅的條件下進(jìn)行測試，并且由VESPEL SP-I制成的襯墊50通過500小時的壽命周期測試，由VESPEL SP-21制成的襯墊50也同樣如此?？蓪⑵渌南嗨撇牧嫌糜诒疽r墊。雖然以下材料還未被測試，它們可以證明是合適的包括純聚酰亞胺(virgin polyimide)的聚酰亞胺化合物(compound),諸如通過以下商標(biāo)名出售的那些VTEC PI (可從Richard BlaineInternational, Inc. , Readi ng, PA 商業(yè)上獲得)以及 MELDIN 7001(由 Saint-GobainPerformance Plastics 制造，并且可從 Professional Plastics, Inc. , Fullerton, CA 商業(yè)上獲得)；包括按重量計15%石墨的聚酰亞胺化合物，諸如通過以下商標(biāo)名出售的那些VTEC BG21和MELDIN7021 ;包括按重量計40%石墨的聚酰亞胺化合物，諸如通過以下商標(biāo)名出售的那些VESPEL SP-22、VTEC BG22和MELDIN7022 ;包括按重量計10%聚四氟乙烯(PTFE)且包括按重量計15%石墨的聚酰亞胺化合物，諸如通過以下商標(biāo)名出售的那些VESPEL SP-21U VTEC BG211和MELDIN7211。其它的合適材料可包含通過以下商標(biāo)名出售的聚酸亞胺化合物T0RL0N 4301 (由 Solvay Advanced Polymers, L. L. C. (Alpharetta, GA)制造且可從 Professional Plastics, Inc. ,Fullerton, CA 商業(yè)上獲得)以及 T0RL0N4435。某些聚芳基醚酮(polyaryletheretherketone) (PEEK)聚合物也可能是合適的，諸如VICTREX PEEK聚合物。某些聚四氟乙烯(PTFE)聚合物(例如，PERMAGLIDE PTFE)也可能是合適的。除了聚合物(并且更具體地為塑料)，可以使用某些低摩擦金屬或合金，諸如青銅。其它的潛在合適材料包含一些粉末金屬，諸如CT-1000-K40粉末冶金(PM)青銅或者與在粉末冶金自潤滑軸承手冊中詳盡解釋的標(biāo)準(zhǔn)相符合的任何(多種)材料?？捎脕磉x擇合適材料的另一個準(zhǔn)則是將會滿足所論及系統(tǒng)中所要求“pv”數(shù)值的準(zhǔn)則。另外，當(dāng)襯墊50為連續(xù)的環(huán)形環(huán)狀物時，可以使用用來消除一至少在裝置的運行期間一在球形行星輪和托架材料(該托架材料限定了其中定位有那些行星輪的開口)之間接觸的本襯墊的其它實施方式。例如，圖9A和9B示出了被分區(qū)段或分段的襯墊(未按比例)的實例，從而使其起到使球形行星輪從托架材料分離的作用，但是沒有以未中斷或未打斷的形式環(huán)繞行星輪。托架30a(其可與裝置100的一些實施方式一起使用)包含開口 35a，開口 35a被構(gòu)造成具有襯墊區(qū)段附接凹口 35d (其在一些實施方式中為燕尾形)，附接凹口 35d被構(gòu)造成接收襯墊區(qū)段50s，其中的兩個包括被構(gòu)造成未完全環(huán)繞行星輪的襯墊的實例。通過壓力/摩擦配合將這樣的襯墊區(qū)段固定就位。如圖9A和圖9B所示，從給定開口 35a的中心至任何的給定襯墊區(qū)段上最近點的距離小于從該開口的中心至限定了該開口的材料上最近點的距離。在圖9A和9B中所示出分區(qū)段/分段的襯墊的實例是一種可定位在托架開口中以使行星輪從托架(并且更具體地從限定了所論及托架開口的托架材料)分離的實例。托架30a中的中心開口 33a和帶螺紋的開口 37a起到與托架30中的中心開口 33和帶螺紋的開口 37各自所起作用相同的作用?？偟膩碇v，本盤形托架(例如，托架30和330)應(yīng)擁有足以承受在驅(qū)動輪處所要求輸出轉(zhuǎn)矩的硬度，如本領(lǐng)域中那些普通技術(shù)人員將理解的那樣。已被確定與由VESPEL SP-I和SP-2制成的襯墊50運作良好的硬度的一個實例是65HRC(洛氏硬度C級)，但是可以使用不同的硬度。在本周轉(zhuǎn)裝置的一些實施方式中，通過用比行星輪軟、但擁有足夠的硬度來承受轉(zhuǎn)矩(該轉(zhuǎn)矩被要求在驅(qū)動輪處產(chǎn)生所期望轉(zhuǎn)矩)的材料來制成盤形托架30和30a，可能可以去掉襯墊50和50s。這樣的托架可被稱為無襯墊托架。包括了這樣托架的裝置可被稱為未在托架開口和行星輪之間安置材料的裝置。應(yīng)當(dāng)理解，本系統(tǒng)和方法不旨在受限于所公開的具體形式。相反，它們將覆蓋落入權(quán)利要求范圍之內(nèi)的所有改型、同等物及替換物。例如，盡管在托架30中示出的托架開口以基本上相等的角度間距被間隔開時，在其它裝置中使這些開口成組是可能的。例如，可以使用六個托架開口 35，它們以每組三個開口被間隔成兩組，其中在每組中45度的兩個角度間距將三個開口間隔開，并且其中每組中最外面的開口以90度彼此成角度地間隔開。如另一個實例，盡管上面示出的可與裝置100 —起使用的托架(托架30和30a)具有通常圓形的外部輪廓，也可以使用其它的托架形狀。例如，可以使用沒有徑向地延伸超過開口(或凹口)的給定部分的托架形狀，該開口(或凹口)被設(shè)計成至少部分地環(huán)繞著具體的球；這樣的托架可包含凹口，其由小于60度的圈但大于180度的圈組成，襯墊可在每個這樣的凹口 中耦接于這樣的托架；以及球，其可定位成至少部分地由給定的凹口環(huán)繞(或其它方式鄰接)。權(quán)利要求未被解釋成包含器具-加-或步驟-加-功能限制，除非這樣的限制被明確記載在分別使用(多個)短語“器具用于”或“步驟用于”的給定權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，其包括 周轉(zhuǎn)裝置，其包括 第一輸入兀件； 第二輸入兀件，其被固定于輸入驅(qū)動軸； 托架，其包含至少一部分，該部分被軸向安置在所述第一輸入元件和所述第二輸入元件之間，所述托架被連接至輸出構(gòu)件；以及行星輪，其與所述托架相關(guān)聯(lián)； 殼體，所述周轉(zhuǎn)裝置被安置在所述殼體中；以及 液體，其被容納在所述殼體內(nèi)； 所述周轉(zhuǎn)裝置被構(gòu)造成使得在其運行期間于某個時間點，能夠通過一些所述液體將驅(qū) 動從所述第一輸入元件傳遞至所述行星輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述輸入元件與變速器的輸出盤成為一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2的任何一項所述的系統(tǒng)，其中所述行星輪包括球。
4.根據(jù)權(quán)利要求I和2的任何一項所述的系統(tǒng)，其中所述行星輪包括五個球。
5.根據(jù)權(quán)利要求I和2的任何一項所述的系統(tǒng)，其中所述行星輪包括球，并且所述周轉(zhuǎn)裝置還包括 襯墊，其被耦接于所述托架以防止所述托架和所述行星輪之間的接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中每個襯墊完全包繞行星輪。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中每個襯墊未完全包繞行星輪。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其還包括 連續(xù)變速傳動器，其被耦接于所述周轉(zhuǎn)裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述連續(xù)變速傳動器包括變速器。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述第一輸入元件包括太陽輪，所述太陽輪具有凹面，通過所述凹面將驅(qū)動從所述太陽輪傳遞至所述行星輪。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第二輸入元件包括齒圈，所述齒圈具有凹面，通過所述凹面將驅(qū)動從所述齒圈傳遞至所述行星輪。
12.—種系統(tǒng),其包括 周轉(zhuǎn)裝置，其包括 太陽輪； 齒圈，其被固定于輸入驅(qū)動軸； 托架，其包含至少一部分，該部分被軸向安置在所述太陽輪和所述齒圈之間，所述托架被連接至輸出構(gòu)件并能圍繞著軸線旋轉(zhuǎn)；以及行星輪，其與所述托架相關(guān)聯(lián)； 其中，所述齒圈具有齒圈軌道，通過所述齒圈軌道將驅(qū)動從所述齒圈傳遞至所述行星輪，所述太陽輪具有太陽輪軌道，通過所述太陽輪軌道將驅(qū)動從所述太陽輪傳遞至所述行星輪，并且所述軸線和所述齒圈軌道之間的距離大于所述軸線和所述太陽輪軌道之間的距離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述太陽輪與變速器的輸出盤成為一體。
14.根據(jù)權(quán)利要求12和13的任何一項所述的系統(tǒng)，其中所述行星輪包括球。
15.根據(jù)權(quán)利要求12和13的任何一項所述的系統(tǒng)，其中所述行星輪包括五個球。
16.根據(jù)權(quán)利要求12和13的任何一項所述的系統(tǒng)，其中所述行星輪包括球，并且所述周轉(zhuǎn)裝置還包括 襯墊，其被耦接于所述托架以防止所述托架和所述行星輪之間的接觸。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中每個襯墊完全包繞行星輪。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中每個襯墊未完全包繞行星輪。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其還包括 連續(xù)變速傳動器，其被耦接于所述周轉(zhuǎn)裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述連續(xù)變速傳動器包括變速器。
21.—種系統(tǒng),其包括 周轉(zhuǎn)裝置，其包括 第一輸入兀件； 第二輸入兀件，其被固定于輸入驅(qū)動軸； 托架，其包含至少一部分，該部分被軸向安置在所述第一輸入元件和所述第二輸入元件之間，并且所述托架被連接至輸出構(gòu)件，所述托架具有中心和開口，所述開口圍繞著所述中心周向地對齊并且成角度地間隔開； 襯墊，其被牢固地安置在所述托架中的每個開口中；以及 球形行星輪，其被安置在每個襯墊中。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述第一輸入元件與變速器的輸出盤成為一體。
23.根據(jù)權(quán)利要求21和22的任何一項所述的系統(tǒng)，其中所述球形行星輪包括五個球形行星輪。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中每個襯墊完全包繞行星輪。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中每個襯墊未完全包繞行星輪。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其還包括 連續(xù)變速傳動器，其被耦接于所述周轉(zhuǎn)裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述連續(xù)變速傳動器包括變速器。
28.—種系統(tǒng),其包括 周轉(zhuǎn)裝置，其包括 太陽輪； 齒圈，其被固定于輸入驅(qū)動軸，所述齒圈包含齒圈軌道，所述齒圈軌道具有齒圈軌道直徑; 托架，其包含至少一部分，該部分被軸向安置在所述太陽輪和所述齒圈之間，并且所述托架被連接至輸出構(gòu)件，所述托架具有中心和開口，所述開口圍繞著所述中心周向地對齊并且成角度地間隔開；以及 球形行星輪，其被安置在每個開口中，所述球形行星輪中的一個具有球形行星輪直徑; 其中，所述球形行星輪直徑與所述齒圈軌道直徑的比率為0. 84至0. 86。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述太陽輪與變速器的輸出盤成為一體。
30.根據(jù)權(quán)利要求28和29的任何一項所述的系統(tǒng)，其中所述球形行星輪包括五個球形行星輪。
31.根據(jù)權(quán)利要求28和29的任何一項所述的系統(tǒng)，其中所述周轉(zhuǎn)裝置還包括 襯墊，其被耦接于所述托架以防止所述托架和所述行星輪之間的接觸。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中每個襯墊被牢固地安置在所述開口中的一個獨立的開口中并且完全包繞行星輪。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中每個襯墊被牢固地安置在所述開口中的一個獨立的開口中并且未完全包繞行星輪。
34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其還包括 連續(xù)變速傳動器，其被耦接于所述周轉(zhuǎn)裝置。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中所述連續(xù)變速傳動器包括變速器。
36.一種系統(tǒng),其包括 周轉(zhuǎn)裝置，其包括 第一輸入兀件； 第二輸入兀件，其被固定于輸入驅(qū)動軸； 托架，其包含至少一部分，該部分被軸向安置在所述第一輸入元件和所述第二輸入元件之間，并且所述托架被連接至輸出構(gòu)件； 球形行星輪，其與所述托架相關(guān)聯(lián)；以及 襯墊，其被耦接于所述托架以將所述球形行星輪從所述托架分離； 其中每個襯墊的硬度小于襯墊將其從所述托架分離的所述球形行星輪的硬度。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中所述第一輸入元件與變速器的輸出盤成為一體。
38.根據(jù)權(quán)利要求36和37的任何一項所述的系統(tǒng)，其中所述球形行星輪包括五個球形行星輪。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中每個襯墊完全包繞球形行星輪。
40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中每個襯墊未完全包繞球形行星輪。
41.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其還包括 連續(xù)變速傳動器，其被耦接于所述周轉(zhuǎn)裝置。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中所述連續(xù)變速傳動器包括變速器。
43.一種系統(tǒng),其包括 周轉(zhuǎn)裝置，其包括 第一輸入兀件； 第二輸入兀件，其被固定于輸入驅(qū)動軸； 托架，其包含至少一部分，該部分被軸向安置在所述第一輸入元件和所述第二輸入元件之間，并且所述托架被連接至輸出構(gòu)件；以及 行星輪，其與所述托架相關(guān)聯(lián)并被構(gòu)造成使得在從所述第一輸入元件傳遞載荷至所述托架時，通過給定的行星輪傳送的該載荷與趨于移動該給定的行星輪的力矩不相關(guān)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中所述第一輸入元件與變速器的輸出盤成為一體。
45.根據(jù)權(quán)利要求43和44的任何一項所述的系統(tǒng)，其中所述行星輪包括五個球形行星輪。
46.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中所述周轉(zhuǎn)裝置還包括襯墊，所述襯墊被耦接于所述托架以將所述行星輪從所述托架分離。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其中每個襯墊完全包繞行星輪。
48.根據(jù)權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其中每個襯墊未完全包繞行星輪。
49.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其還包括 連續(xù)變速傳動器，其被耦接于所述周轉(zhuǎn)裝置。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的系統(tǒng)，其中所述連續(xù)變速傳動器包括變速器。
全文摘要
本發(fā)明公開了包括周轉(zhuǎn)裝置的系統(tǒng)。在一些實施方式中，所述周轉(zhuǎn)裝置可以包括第一輸入元件；第二輸入元件，其被固定至輸入驅(qū)動軸；托架，其包含至少一部分，該部分被軸向安置在第一輸入元件和第二輸入元件之間，所述托架被連接至輸出構(gòu)件；以及行星輪，其與所述托架相關(guān)聯(lián)。本系統(tǒng)的一些實施方式包括殼體，所述周轉(zhuǎn)裝置被安置在所述殼體中；和/或液體，其被容納在所述殼體內(nèi)。
文檔編號F16H13/08GK102741589SQ201080051590
公開日2012年10月17日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月10日
發(fā)明者M·格貝爾, R·A·奧利弗 申請人:托羅特拉克(開發(fā))有限公司