專利名稱：大功率輸出無級變速器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無級變速器，具體是一種用摩擦變徑式無級變速器來調(diào)節(jié)類對稱式錐齒輪差速器中殼體總齒輪及兩路行星齒輪轉速，至殼體總齒輪轉速的改變使兩路行星齒輪因公轉、自轉不同而產(chǎn)生轉速差異，來實現(xiàn)對扭矩的轉遞和轉速輸出的無級變化。
背景技術：
無級變速器被廣泛應用于工業(yè)(特別是汽車工業(yè))中，目前廣泛應用的無級變速器主要有三種形式 液力自動變速器、電控變速器和摩擦變徑變速器。因液力自動變速器動力轉遞效率低、能耗較高，電控變速器對原材料要求較高、結構較復雜，摩擦變徑變速器又難·以實現(xiàn)大扭矩的動力傳遞等原因，使得上述三種變速器都只能在較小排量的車上使用，難以廣泛推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種傳遞扭矩大、能量損耗小、變速范圍廣、結構簡單、能大功率輸出的無級變速器，徹底沖出當前這種“摩擦變徑無級變速器不能大功率輸出”的瓶頸。為實現(xiàn)以上技術方案，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的大功率輸出無級變器，主要是由類對稱式錐齒輪差速器和摩擦變徑調(diào)速式無級變速器組成。所述類對稱式錐齒輪差速器，只是根據(jù)設計的需要，將常用的對稱式錐齒輪差速器作一些簡單的結構上的修改；所述摩擦變徑調(diào)速式無級變速器，目前有多種形式金屬帶式無級變速器(箱)(英文縮寫式為VDT-CVT )、滾輪輪盤式無級變速器(簡稱“滾輪式CVT ”)、錐環(huán)式無級變速器(箱)，等等。將所述摩擦變徑調(diào)速式無級變速器(箱)的輸入軸一端作為總輸入軸承接前端動力機械轉來的扭矩，另一端同類對稱式錐齒輪差速器中的任一半軸連接，作為一路扭矩轉遞路徑；再將摩擦變徑調(diào)速式無級變速器(箱)的輸出軸通過錐齒輪連桿機構和類對稱式錐齒輪差速器中的殼體總軸齒輪相連，作為另一路扭矩轉遞路徑；兩扭矩轉遞路徑匯合于類對稱式錐齒輪差速器中的另一半軸，此半軸則作為總扭矩輸出軸至后級機構。將所述輸入級類對稱式錐齒輪差速器系統(tǒng)之殼體總軸作為本大功率輸出無級變器的總輸入軸，承接前端動力機械傳來的扭矩，將其中一輸出半軸連接到摩擦變徑調(diào)速式無級變速器(箱)的一組變徑輪組后，再接到輸出級類對稱式錐齒輪差速器之一半軸作為一路扭矩轉遞路徑；將所述輸入級類對稱式錐齒輪差速器之另一輸出半軸通過錐齒輪連桿機構連接到摩擦變徑調(diào)速式無級變速器(箱)的另一組變徑輪組后，再通過錐齒輪連桿機構接到輸出級類對稱式錐齒輪差速器之殼體總軸作為另一路扭矩轉遞路徑；兩扭矩轉遞路徑匯合于輸出級類差速器系統(tǒng)之另一半軸，作為總輸出扭矩至后級機構。本發(fā)明的大功率輸出無級變器主要用于各種車輛和需要變速的各種機械設備上，其有益效果是1、從能量轉遞方面來分析，本大功率輸出無級變器的扭矩主要是經(jīng)類對稱式錐齒輪差速器來傳遞，其摩擦變徑調(diào)速式無級變速器(箱)獲得的扭矩最終又被高效整合于總輸出軸，固能量轉遞效率高、損耗低、能大功率輸出。2、從組成結構上來講，本大功率輸出無級變器中的類對稱式錐齒輪差速器，只是根據(jù)需要對現(xiàn)有技術的對稱式錐齒輪差速器在結構上作少許修改；其摩擦變徑調(diào)速系統(tǒng)又是充分利用現(xiàn)有技術設備，輔助及伺服系統(tǒng)少且簡單；故工藝簡單、技術成熟、綜合成本少，可用現(xiàn)有設備大批量生產(chǎn)。3、用于較小輸出功率的車輛上，可顯著降底對摩擦變徑調(diào)速系統(tǒng)設備中有關部件間摩擦力的要求并大大提高其使用壽命，間接有效節(jié)油；用于較大輸出功率的車輛上，可有效取代現(xiàn)有的齒輪變速箱，徹底沖出當前這種“摩擦變徑無級變速器不能大功率輸出”的瓶頸。4、使用本大功率輸出無級變器的車輛，可同時有效替代現(xiàn)有技術的變速箱、離合器兩種設備，達到一機二用，且變速范圍廣；因其加、減速都是線性的，固無因突然變速而產(chǎn)生的抖動現(xiàn)象，使所載貨物安全，司、乘人員感覺舒適。


下面以常用的金屬帶式無級變速器(箱)作為摩擦變徑調(diào)速系統(tǒng)為例，結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖1是現(xiàn)有技術并廣泛使用的對稱式錐齒輪差速器的結構簡圖。圖2是現(xiàn)有技術并廣泛使用的金屬帶式無級變速器(箱)的結構簡圖。圖3是本大功率輸出無級變器的一種結構簡圖。圖4是本大功率輸出無級變器的另一種結構簡圖。圖5 (a)、圖5 (b)則是以數(shù)軸形式表述兩種實施例中總輸出軸與相關軸的轉速關系O(A)現(xiàn)有技術的對稱式錐齒輪差速器和金屬帶式無級變速器(箱)構造及工作原理簡述
(i)如圖1，對稱式錐齒輪差速器構造及工作原理簡述
此對稱式錐齒輪差速器199主要是由差速器殼體109、行星齒輪軸102、兩個行星齒輪(103、104)、兩個半軸齒輪(105、106)、兩個輸出半軸(107、108)和主減速器從動齒輪101等組成。行星齒輪一 103和行星齒輪二 104均可各自繞行星齒輪軸102轉動。行星齒輪一103、半軸齒輪一 105、行星齒輪二 104、半軸齒輪二 106四者兩兩嚙合首尾相連組成一 “口”字型復合轉動系統(tǒng)；輸出半軸一 107連接半軸齒輪一 105，輸出半軸二 108連接半軸齒輪二106。當兩個半軸齒輪(105、106)只隨行星齒輪軸102繞對稱式錐齒輪差速器199旋轉軸線公轉時，差速器只起扭矩轉遞而不起差速作，兩個輸出半軸(107、108)轉速相同且同向；當兩個半軸齒輪(105、106)除繞對稱式錐齒輪差速器199旋轉軸線公轉外，還繞行星齒輪軸102有自轉時，輸出半軸一 107、輸出半軸二 108有不同轉速但兩輸出半軸的轉速之和卻衡等于差速器殼體109轉速的兩倍。(ii)如圖2，金屬帶式無級變速器(箱)構造及工作原理簡述
此類金屬帶式無級變速器(箱)299主要由箱體208、金屬帶209、輸出(入)軸215及套在此軸上的上一變徑輪組一 210、輸入(出)軸225及套在此軸上的下一變徑輪組二 220等組成。變徑定輪一 211、變徑動輪一 212及與之相連的高壓主動油泵一 213、輸出(入)軸一215組成上一變徑輪組210，高壓主動油泵一 213可帶動變徑動輪一 212在槽一 214內(nèi)左右移動；變徑定輪二 221、變徑動輪二 222及與之相連的高壓主動油泵二 223、輸入(出)軸二225組成下一變徑輪組220，高壓主動油泵二 223可帶動變徑動輪二 222在槽二 224內(nèi)左右移動。金屬帶209連接于此上、下變徑輪組中。高壓主動油泵一 213、高壓主動油泵二 223為一協(xié)同作用的機構，即高壓主動油泵一 213帶動變徑動輪一 212與變徑定輪一 211分開(或靠近)時，高壓主動油泵二 223則帶動變徑動輪二 222作反向等距離位移，使動變徑動輪二 222向變徑定輪二 221靠近(或分開)，從而改變了金屬帶209與上、下變徑輪組之有效接觸半徑，達到變速目的。軸一 215、軸二 225中，選定任一軸作為輸入軸時，另一軸則作為輸出軸。(B)具體實施方式
(i)實施例一 (I)系統(tǒng)組成(如圖3):本實施例的大功率輸出無級變速器主要由金屬帶式無級變速器(箱)298、齒輪連桿機構300和類對稱式錐齒輪差速器198組成。連桿303兩端對接錐齒輪
一301、錐齒輪二 302，三者組成一 “工”字型錐齒輪連桿機構300。類對稱式錐齒輪差速器198與對稱式錐齒輪差速器199在結構上的主要區(qū)別是殼體總錐齒輪111軸向中空并套接于半軸一 117之上且能相對于半軸一 117自由旋轉。(2)機構連接及扭矩傳遞選定金屬帶式無級變速器(箱)298中輸入軸二 245作為總輸入軸，承接前端機械傳來的扭矩?？傒斎胼S——輸入軸二 245向右則直接和類對稱式錐齒輪差速器198之一左半軸——半軸一 117相連，半軸一 117連接于半軸齒輪一 115，以上作為扭矩傳遞的一條路徑也即扭矩傳遞的的主路徑；金屬帶式無級變速器(箱)298中輸出軸一 235右端連接一錐齒輪236，再連接齒輪連桿機構300，向后則同殼體總錐齒輪111連接，以上同金屬帶219等組成另一扭矩傳遞路徑也即變速路徑；兩路徑所傳遞的扭矩最終匯合于總輸出軸一半軸二 118。(3)金屬帶式無級變速箱298中金屬帶219工作中所受扭矩大小及傳遞情況分析由圖3可看出，總輸入軸一輸入軸二245所獲得前端機械的扭矩主要通過半軸一 117直接作用于半軸齒輪一 115，再由兩行星齒輪傳遞至總輸出軸——半軸二 118，而實際上經(jīng)金屬帶傳219遞的扭矩比較小，此部分扭矩又以并聯(lián)形式最后匯合于總輸出軸——半軸二 118。(4)轉速分析設前端機構帶動總輸入軸——輸入軸二 245以圖3所示方向以η轉/分帶動后序系統(tǒng)轉動。本實施例的大功率輸出無級變器，會因錐齒輪236、錐齒輪一 301、錐齒輪二 302、殼體總錐齒輪111四者中任一、任二、任三或全部齒輪半徑的改變而使總輸出軸——半軸二 118的輸出轉速情況改變。為使問題最簡化，現(xiàn)只討論錐齒輪236與殼體總錐齒輪111轉速相同時的情況，此時需錐齒輪236與錐齒輪一 301兩者有効半徑之比等于殼體總錐齒輪111與錐齒輪二 302兩者有効半徑之比。在以上前提條件存在時，總輸入軸——輸入軸二 245以圖3所示方向以η轉/分帶動后序系統(tǒng)轉動時，在無級變速箱298作用下，殼體總錐齒輪111與總輸出軸——半軸二 118的轉速關系如圖5 (a)數(shù)軸所示(圖中，X軸表示殼體總錐齒輪111的轉速，Y軸表示總輸出軸——半軸二 118轉速)。需說明的是數(shù)軸中NI 18的負方向表示總輸出軸——半軸二 118與總輸入軸——輸入軸二 245作反向的轉速。(5)結論當總輸入軸-輸入軸二 245于圖不方向以η轉/分承接前端機械傳過來的扭矩帶動后序系統(tǒng)設備轉動時，在無級變速器(箱)298、類對稱式錐齒輪差速器198等聯(lián)合作用下，總輸出軸一半軸二 118可以以大于、等于或小于η的轉速正轉，也可以以小于η的轉速反轉,也可以鎖止不轉。故此實施例所示的大功率輸出無級變速器變速范圍廣，并可有效取代離合器和變速箱兩種設備，達到一機二用。(ii)實施例二 (如圖4)
(I)系統(tǒng)組成(如圖4):本實施例的大功率輸出無級變速器主要由輸入級類對稱式錐齒輪差速器196、金屬帶式無級變速器(箱)297、兩個齒輪連桿機構310和320、輸出級類對稱式錐齒輪差速器197共同組成。其中輸入級類對稱式錐齒輪差速器196與對稱式錐齒輪差速器199的主要區(qū)是能帶動輸入級類對稱式錐齒輪差速器196轉動的殼體總軸121位于一端，行星齒輪軸一 122有一用于輸出半軸一 127通過的中心通孔1220 ;輸出半軸一 127穿過軸向都中空的半軸齒輪二 126、半軸二 128及半軸連接齒輪1281。輸出級類對稱式錐齒輪差速器197與對稱式錐齒輪差速器199的主要區(qū)是輸出級殼體總錐齒輪131軸向中空并套接于半軸三137之上且能相對于半軸三137自由旋轉。(2)機構連接及扭矩傳遞輸入級類對稱式錐齒輪差速器196中輸出半軸一 127向右直接和金屬帶式無級變速器(箱)297中下組變速輪組260的軸連接，再向右則最后連接到輸出級類對稱式錐齒輪差速器197中半軸三137，半軸三137連接半軸齒輪三135，作為第一路扭矩轉遞路徑；半軸連接齒輪1281連接齒輪連桿機構310，變速輪組250左邊通過變徑輪組輸入錐齒輪256連接錐齒輪連桿機構310，右邊通過變徑輪組輸出錐齒輪257連接到錐齒輪連桿機構320，再由錐齒輪連桿機構320連接到輸出級類對稱式錐齒輪差速器中殼體總錐齒輪131作為第二路扭矩轉遞路徑。再有一條扭矩傳遞路徑即金屬帶式無級變速器(箱)297中上、下組變速輪組及金屬帶229組成的變速路徑；由對稱式錐齒輪差速器扭矩分配特性可知，這條路徑傳遞的扭矩較小，并在數(shù)值上第一路徑增加(或減少)的扭矩等于第二路徑減少(或增加)的扭矩。兩條路徑的扭矩最終匯合于總輸出軸一半軸四138輸出。(3)金屬帶式無級變速器(箱)297中金屬帶229工作中所受扭矩大小及傳遞情況分析由圖4可看出，工作中兩路扭矩主要是由第一、第二路徑直接傳遞，金屬帶229在實際工作中只需要前端機械輸入總扭矩20%以下的扭矩，就足以調(diào)節(jié)輸出半軸一 127及輸出半軸二 128的轉速分配。由對稱式錐齒輪差速器扭矩的分配特性可知這部分由第一路徑 增加(或減少)的扭矩在數(shù)值上等于第二路徑減少(或增加)的扭矩；故本實施例的大功率輸出無級變速器能量損失小、傳遞效率高且能大功率輸出。(4)轉速分析設前端機構帶動總輸入軸——輸入級類對稱式錐齒輪差速器的殼體總軸121以圖4所示方向以η轉/分帶動后序系統(tǒng)轉動。本實施例的大功率輸出無級變器，會因變徑輪組輸出齒輪257、錐齒輪三321、錐齒輪四322、殼體總錐齒輪131四者中任一、任二、任三或全部齒輪半徑的改變而使總輸出軸——半軸四138的輸出轉速情況改變。為使問題最簡化，現(xiàn)只討論半軸連接齒輪1281與輸出級殼體總錐齒輪131有相同角轉速的情況，此時再將問題簡化，若①兩個錐齒輪連桿機構310和320中錐齒輪一 311、錐齒輪
二312、錐齒輪三321、錐齒輪四322四錐齒輪半徑都相同半軸連接齒輪1281、變徑輪組輸入齒輪256、變徑輪組輸出齒輪257、輸出級殼體總錐齒輪131四齒輪半徑也相同；在以上二種情況同時成立前提下，設前端機構帶動總輸入軸121以η轉/分于圖示方向轉動，則輸出半軸一 127與總輸出軸——半軸四138的速度變化關系如圖5b所在的坐標系中虛線所示；殼體總錐齒輪131與總輸出軸——半軸四138的速度變化關系如圖5b所在的坐標系中實線所不(圖中，X軸表不輸出級殼體總錐齒輪131或輸出半軸一 127的轉速,Y軸表不總輸出軸——半軸四138的轉速)。(5)結論當總輸入軸一輸入級類對稱式錐齒輪差速器的殼體總軸121于圖示方向以η轉/分承接前端機械傳過來的扭矩帶動后序系統(tǒng)設備轉動時，在輸入級類對稱式錐齒輪差速器196、金屬帶式無級變速器(箱)297、兩個齒輪連桿機構310和320、輸出級類對稱式錐齒輪差速器197等聯(lián)合作用下，總輸出軸一半軸四138可以以大于、等于或小于η的速度正轉,也可以小于η的速度反轉,也可以鎖止不轉。故此實施例所示的大功率輸出無級變速器變速范圍廣。并可有效取代現(xiàn)有技術的離合器和變速箱兩種設備，達到一機二用。上述所述的實施例只是對本發(fā)明的結構原理實施方式進行描述，未對本發(fā)明的構思和范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明構思的前題下，對本發(fā)明做出的變形和改進，都應作為 發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明申請保護的技術內(nèi)容，已全部在權利要求書描述。
權利要求
1.一種大功率輸出無級變速器，主要由現(xiàn)有技術的摩擦變徑無級變速器和類對稱式錐齒輪差速器及一組錐齒輪連桿機構按一定的連接關系組合而成，其特征是摩擦變徑無級變速器中一組摩擦變徑輪組所在的軸一端作為總輸入軸承接前端機械傳來的扭矩，另一端連接類對稱式錐齒輪差速器之一半軸；摩擦變徑無級變速器中另一組摩擦變徑輪組經(jīng)錐齒輪連桿機構連接到類對稱式錐齒輪差速器中的殼體總錐齒輪，類對稱式錐齒輪差速器中的另一半軸則作此大功率輸出無級變速器的總輸出軸。
2.一種大功率輸出無級變速器，主要由現(xiàn)有技術的摩擦變徑無級變速器和輸入級類對稱式錐齒輪差速器、輸出級類對稱式錐齒輪差速器及兩組錐齒輪連桿機構按一定的連接關系組合而成，其特征是輸入級類對稱式錐齒輪差速器的殼體總軸作為本大功率輸出無級變速器的總輸入軸，摩擦變徑無級變速器中一組摩擦變徑輪組所在的軸前端連接輸入級類對稱式錐齒輪差速器中的一輸出半軸，后端連接輸出級類對稱式錐齒輪差速器中的一半軸；摩擦變徑無級變速器中另一組摩擦變徑輪組所在的軸前端連接輸入級類對稱式錐齒輪差速器中的另一輸出半軸，后端連接輸出級類對稱式錐齒輪差速器中的殼體總軸；輸出級類對稱式錐齒輪差速器中的另一半軸則作為本大功率輸出無級變速器的總輸出軸。
3.權利要求1所示的大功率輸出無級變速器，其類對稱式錐齒輪差速器(198)特征是殼體總錐齒輪(111)軸向有一中心通孔(100)并套接于半軸一(117)之上且能相對于半軸一(117)旋轉。
4.權利要求2所示的大功率輸出無級變速器，其輸入級類對稱式錐齒輪差速器(196)特征是殼體總軸(121)位于輸入級類對稱式錐齒輪差速器(196)殼體一側并作為本大功率輸出無級變速器的總輸入軸；行星齒輪軸一(122)有一用于輸出半軸一(127)通過的中心通孔(1220);三者都軸向中空的半軸齒輪二(126)、輸出半軸二(128)及半軸連接齒輪(1281)連接組成一“工”字型結構套接于輸出半軸一(127)之上并能相對于輸出半軸一(127)轉動。
5.權利要求2所示的大功率輸出無級變速器，其輸出級類對稱式錐齒輪差速器(197)特征是殼體總錐齒輪(131)軸向有一中心通孔并套接于半軸三(137)之上且能相對于半軸三(137))旋轉，半軸四(138)則作為本大功率輸出無級變速器的總輸出軸。
6.權利要求2所示的大功率輸出無級變速器，其特征是錐齒輪(1281)與錐齒輪二(312)兩者有効半徑之比等于變徑輪組輸入錐齒輪(256)與錐齒輪一(311)兩者有効半徑之比。
7.權利要求1至6所示的大功率輸出無級變速器，其摩擦變徑無級變速器可以是目前廣泛使用的金屬帶式無級變速器(箱)、滾輪輪盤式無級變速器、錐環(huán)式無級變速器等摩擦變徑式無級變速器。
全文摘要
本發(fā)明的大功率輸出無級變速器，主要是由現(xiàn)有技術的摩擦變徑式無級變速器、錐齒輪連桿機構和類對稱式錐齒輪差速器等組成。摩擦變徑調(diào)速式無級變速器的輸入軸一端作為總輸入軸，另一端同類對稱式錐齒輪差速器中的一半軸連接；摩擦變徑調(diào)速式無級變速器的輸出軸通過錐齒輪連桿機構和類對稱式錐齒輪差速器中的殼體總軸齒輪相連，類對稱式錐齒輪差速器中的另一半軸作為總扭矩輸出軸。它克服了現(xiàn)有技術無級變速器普遍存在的操作復雜、制造成本高、變速范圍窄、效率低、不能大功率輸出等缺點，變速平穩(wěn)并能同時有效取代現(xiàn)有技術的變速箱和離合器，達到一機兩用。本發(fā)明可以用在各種類型的車輛及各種需變速的機械設備上。
文檔編號F16H37/12GK102996748SQ201310000070
公開日2013年3月27日 申請日期2013年1月1日 優(yōu)先權日2013年1月1日
發(fā)明者胡泓海 申請人:胡泓海