無級(jí)伺服傳動(dòng)器以及其構(gòu)建的無級(jí)變速裝置和變速方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自控機(jī)械傳動(dòng)裝置，尤其是能應(yīng)用在汽車、電動(dòng)汽車上的一種無級(jí)伺服傳動(dòng)器以及其構(gòu)建的無級(jí)變速裝置和變速方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，公知的液力耦合自動(dòng)變速器AT和電控機(jī)械式自動(dòng)變速器AMT均是有級(jí)變速的自動(dòng)控制，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低，金屬帶摩擦式無級(jí)變速器VDT-CVT是當(dāng)今最先進(jìn)的CVT，以下敘述簡稱VDT-CVT它采用兩個(gè)錐形金屬輪與金屬帶依靠摩擦實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)，靠摩擦傳動(dòng)，效率必然低，這是該技術(shù)最致命的先天弊端，其金屬帶承載能力有限，很容易損壞，壽命短，故障率高，由于VDT-CVT的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，致使輔助成本很高，綜上所述:無級(jí)變速CVT是汽車變速器始終追逐的目標(biāo)；而VDT-CVT靠摩擦傳動(dòng)，效率80-85% ；VDT-CVT傳動(dòng)比1:3.5 ；VDT-CVT目前只限應(yīng)用在汽車上；VDT-CVT的性能、成本、可靠性、壽命等綜合因素指標(biāo)仍不理想，其技術(shù)探索仍未突破VDT-CVT傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論的障礙點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服、解決現(xiàn)有VDT-CVT靠摩擦變速傳動(dòng)的先天弊端，本發(fā)明的第一個(gè)目是提供一種傳動(dòng)效率高、運(yùn)行安全可靠的無級(jí)伺服傳動(dòng)器，第二個(gè)目的提供一種應(yīng)用上述無級(jí)伺服傳動(dòng)器的無級(jí)變速裝置和變速方法。
[0004]首先給出本發(fā)明無級(jí)伺服傳動(dòng)器所基于的原理，即無級(jí)伺服傳動(dòng)器伺服調(diào)控線性阻尼器電流源，使線性阻尼器調(diào)控差動(dòng)輪系b、H兩個(gè)構(gòu)件的動(dòng)態(tài)連接，使該差動(dòng)輪系運(yùn)行于ibaH—— i bH3H模式之間的i MaH模式，從而實(shí)現(xiàn)1:8變速比的無級(jí)變變矩調(diào)速傳動(dòng)功能，當(dāng)本發(fā)明運(yùn)行于嚴(yán)⑶模式時(shí)，線性阻尼器把構(gòu)件b與構(gòu)件H間接地鏈接起來，差動(dòng)輪系停止動(dòng)軸線旋轉(zhuǎn)，動(dòng)力由a構(gòu)件輸入，直接由H構(gòu)件輸出，其減速比為1:1，則車輛處于高速運(yùn)行狀態(tài)，特別指出的是:此狀態(tài)下的該差動(dòng)輪系停止動(dòng)軸線旋轉(zhuǎn)，故機(jī)械損耗與磨損甚微。當(dāng)本發(fā)明運(yùn)行于— i '模式之間的i b_HaH模式時(shí)，伺服自控系統(tǒng)將會(huì)控制線性阻尼器調(diào)控差動(dòng)輪系構(gòu)件H和構(gòu)件b之間的轉(zhuǎn)速差，使輸出扭矩和輸出轉(zhuǎn)速自動(dòng)跟蹤負(fù)載的變化而適時(shí)調(diào)速變矩，從而保持動(dòng)力與負(fù)載之間的最佳傳動(dòng)效率。
[0005]接著我們給出本發(fā)明無級(jí)伺服傳動(dòng)器的具體結(jié)構(gòu):其包括機(jī)體以及其內(nèi)部安裝的差動(dòng)輪系、模式控制系以及阻尼系；以下分別對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行說明:
所述機(jī)體包括機(jī)殼體以及其兩端分別安裝的左端蓋、右端蓋。
[0006]所述差動(dòng)輪系主要由左盤、右盤、行星輪、行星輪軸、中心輪、內(nèi)齒總成以及同軸心線安裝的輸出軸、輸入軸組成，其中所述輸出軸左端貫穿左端蓋且二者之間安裝左端蓋軸承，所述輸出軸右端連接左盤，所述輸入軸右端貫穿右端蓋且二者之間安裝右端蓋軸承，所述輸入軸的左端部通過支撐軸承安裝在左盤中央的凹槽內(nèi)，所述輸入軸的左端由左向右依次固定安裝中心輪、通過右盤軸承安裝右盤，所述中心輪的外周分別嚙合安裝多個(gè)行星輪，所述行星輪通過星輪軸承套裝在行星輪軸上，所述行星輪軸的兩端分別插入左盤上裝配的左軸承和右盤上裝配的右軸承中；所述多個(gè)行星輪的外齒分別與間隔套裝在右盤外部的內(nèi)齒總成左端內(nèi)齒環(huán)上的內(nèi)齒嚙合配合。
[0007]所述模式控制系主要由左單向逆止器、右單向逆止器、左錐形制動(dòng)環(huán)、右錐形制動(dòng)環(huán)、雙向錐形制動(dòng)盤以及偶數(shù)倍個(gè)螺管式電磁鐵構(gòu)成，其中左單向逆止器、雙向錐形制動(dòng)盤和右單向逆止器依次套裝到與內(nèi)齒總成為一體并位于其右端的的右筒軸上，所述左單向逆止器和右單向逆止器的內(nèi)環(huán)均與右筒軸緊固相連，所述左單向逆止器和右單向逆止器的外環(huán)上分別緊固連接左錐形制動(dòng)環(huán)與右錐形制動(dòng)環(huán)，所述雙向錐形制動(dòng)盤在右筒軸上能軸向左右位移并能分別與所述的左錐形制動(dòng)環(huán)與右錐形制動(dòng)環(huán)配合實(shí)現(xiàn)單向逆止，所述偶數(shù)倍個(gè)螺管式電磁鐵兩兩一組分別緊固于機(jī)殼體上，每組中的兩個(gè)螺管式電磁鐵分別相對(duì)布置在雙向錐形制動(dòng)盤的兩側(cè)且兩個(gè)螺管式電磁鐵的拉桿分別動(dòng)連在雙向錐形制動(dòng)盤的兩側(cè)外緣端部從而通過拉桿動(dòng)作實(shí)現(xiàn)雙向錐形制動(dòng)盤的軸向左右位移。
[0008]所述阻尼系主要由線性阻尼器組成，其中線性阻尼器安裝在機(jī)體內(nèi)，所述線性阻尼器中央的空心軸通過軸承同軸心線套裝在輸入軸上且空心軸的左端穿過所述右筒軸與所述右盤的右部固連，所述空心軸的左端與右筒軸之間安裝有軸承；所述線性阻尼器右側(cè)的基座與右端蓋同軸線緊固相連，所述線性阻尼器外轉(zhuǎn)子的連結(jié)盤與右筒軸的外端同軸線緊固相連。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)選為:所述右筒軸通過總成左軸承、總成右軸承套裝在線性阻尼器的空心軸上，且總成左軸承、總成右軸承之間設(shè)有中墊環(huán)；所述空心軸分別通過左滾針軸承、右滾針軸承支撐并動(dòng)態(tài)相連套裝在輸入軸上。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選為:所述線性阻尼器的空心軸與所述右盤右部通過花鍵同軸心線相對(duì)連接；所述線性阻尼器右側(cè)的基座與右端蓋通過基座栓同軸線緊固相連，所述線性阻尼器外轉(zhuǎn)子的連結(jié)盤與右筒軸的外端通過固栓同軸線緊固相連。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選為:所述中心輪通過輪鍵安裝在輸入軸上；所述輸入軸右端和輸出軸左端上分別設(shè)有用于連接動(dòng)力系統(tǒng)的輸入軸鍵和用于連接負(fù)載的輸出軸鍵。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選為:所述行星輪為均布的三個(gè)；所述左盤和右盤之間按照相間夾角120°均等安裝三個(gè)平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)的兩端分別安裝在左盤和右盤上的對(duì)位孔座中且用平臺(tái)栓緊固。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選為:所述左軸承安裝在左盤的軸孔內(nèi)、右軸承安裝在右盤的軸孔座內(nèi)；所述輸出軸位于左盤的左側(cè)上套裝擋盤，所述擋盤通過擋盤栓與左盤緊固后能顧封堵其上的軸孔，以防行星輪軸竄動(dòng)。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)選為:所述無級(jí)伺服傳動(dòng)器還包括伺服調(diào)控系，所述伺服調(diào)控系主要由控制器、傳感放大執(zhí)行器和調(diào)控器組成，所述傳感放大執(zhí)行器電連調(diào)控器，所述調(diào)控器電連線性阻尼器，所述控制器的功能包括用于提供電源控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以及輸出信號(hào)控制螺管式電磁鐵動(dòng)作，所述傳感放大執(zhí)行器用于監(jiān)控電動(dòng)機(jī)的電流并向調(diào)控器輸出信號(hào)控制其向線性阻尼器輸入大小不同的控制電流源。上述伺服調(diào)控系是以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用電機(jī)為例來說明的，當(dāng)然當(dāng)采用其他的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，同樣可以根據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在不同工況下的狀態(tài)來向調(diào)控器輸出不同信號(hào)控制其向線性阻尼器輸入大小不同的控制電流源，從而改變線性阻尼器的磁力矩。
[0015]然后我們給出基于上述無級(jí)伺服傳動(dòng)器構(gòu)建的無級(jí)變速裝置，該無級(jí)變速裝置包括電動(dòng)機(jī)、無級(jí)伺服傳動(dòng)器以及負(fù)載，其中所述電動(dòng)機(jī)同軸心線連接無級(jí)伺服傳動(dòng)器的輸入軸，所述無級(jí)伺服傳動(dòng)器的輸出軸連接負(fù)載，所述控制器一方面連接電源線、另一方面分別連接電動(dòng)機(jī)和無級(jí)伺服傳動(dòng)器中的螺管式電磁鐵，所述電動(dòng)機(jī)電連傳感放大執(zhí)行器，所述傳感放大執(zhí)行器電連調(diào)控器，所述調(diào)控器電連線性阻尼器。上述變速裝置的變速方法為:所述控制器為電動(dòng)機(jī)注入電流，所述電動(dòng)機(jī)則驅(qū)動(dòng)無級(jí)伺服傳動(dòng)器，所述無級(jí)伺服傳動(dòng)器驅(qū)動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，所述傳感放大執(zhí)行器時(shí)刻監(jiān)控電動(dòng)機(jī)的電流并依據(jù)電動(dòng)機(jī)電流的變化，控制所述控制調(diào)控器適時(shí)發(fā)出的控制電流，并通過調(diào)控線為無級(jí)伺服傳動(dòng)器內(nèi)的線性阻尼器注入適合的電流源，所述線性阻尼器依據(jù)輸入電流的變化，呈現(xiàn)出線性變化的機(jī)械力矩，該線性變化的機(jī)械力矩控制差動(dòng)輪系內(nèi)的右盤、輸出軸和內(nèi)齒總成之間的轉(zhuǎn)速差，從而使無級(jí)伺服傳動(dòng)器輸出與負(fù)載相匹配的最佳旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)負(fù)載的運(yùn)行。
[0016]下面以電動(dòng)汽車為例來進(jìn)一步說明上述無級(jí)變速裝置的變速方法，將所述無級(jí)變速裝置裝配在電動(dòng)汽車上，所述負(fù)載即車輪負(fù)載，所述電動(dòng)機(jī)即為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，變速方法包括以下幾種變速模式:
一、車輛的前進(jìn)模式
電動(dòng)機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，同步帶動(dòng)輸入軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，控制器把前進(jìn)的指令信號(hào)通過控制線傳遞給與雙向錐形制動(dòng)盤左側(cè)連接的螺管式電磁鐵，螺管式電磁鐵的拉桿牽引雙向錐形制動(dòng)盤軸向左移，使左錐形制動(dòng)環(huán)被制動(dòng)，此時(shí)的左單向逆止器阻止內(nèi)齒總成逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；以下分三種運(yùn)行狀態(tài)來說明:
1、車輛起步、爬坡的前進(jìn)狀態(tài):在上述前進(jìn)模式的狀態(tài)下，當(dāng)車輛起步、爬坡遇阻時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流會(huì)逐漸增大，傳感放大執(zhí)行器監(jiān)控到電動(dòng)機(jī)電流的增加而適時(shí)控制調(diào)控器，調(diào)控器依據(jù)傳感放大執(zhí)行器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，通過調(diào)控線為無級(jí)伺服傳動(dòng)器內(nèi)的線性阻尼器注入精確的控制電流源，此時(shí)的線性阻尼器的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子無磁力鏈接，電動(dòng)機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)動(dòng)力聯(lián)動(dòng)輸入軸同步順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，中心輪驅(qū)動(dòng)行星輪，行星輪驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒總成的內(nèi)齒環(huán)，由于左單向逆止器的單向逆止，內(nèi)齒總成既不能逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，也不順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故迫使行星輪帶動(dòng)輸出軸連接車輪負(fù)載以大轉(zhuǎn)矩、低速前行。
[0017]2、車輛的高速前進(jìn)狀態(tài):在上述前進(jìn)模式的狀態(tài)下，當(dāng)車輛的高速前進(jìn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流會(huì)逐漸降低，傳感放大執(zhí)行器監(jiān)控到電動(dòng)機(jī)電流的降低而適時(shí)控制調(diào)控器，調(diào)控器依據(jù)傳感放大執(zhí)行器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，通過調(diào)控線為無級(jí)伺服傳動(dòng)器內(nèi)的線性阻尼器注入精確的電流源