[发明专利]一种全机械自动无级变速装置

说明书

技术领域

本发明关于一种全机械式变矩和自动无级变速装置，其输出扭矩和速度由输入转速和外部阻力矩自适应调整，属于机械传动领域。

背景技术

地面车辆的种类繁多，用途、目的和使用条件各异。对于用以改造动力装置性能来满足车辆行驶需要的传动装置，要求既高且多。一般形式为固定轴齿轮式，较复杂的如行星齿轮式的液力自动变速装置等。完整的行星机构是由太阳轮、齿圈、行星轮框架三个元件构成，其中一件速度为一定时，其他两件的速度可按一定的规律自由变化。用操纵机构控制其中一个速度，则另一个的速度才为一定，即用操纵机构减少一个自由度，才能得到另一个自由度的确定传动比的运动。因此，行星机构是一种定传动比的差速器。为了获得更大的传动比以满足车辆的行驶要求，行星传动装置采用了多组行星排和一定数量控制机构(离合器、制动器)以及复杂的操纵装置。因而引起车辆的变速机构结构和操纵复杂，体积重量大，加工制造困难，成本高；进而引起车辆尺寸重量的增加，影响整车的性能和成本。

本发明的目的是探索一种结构简单、尺寸重量小、成本低的新型全机械式自动无级变速装置。

本方法是在周转轮系上实现。传动结构仅有太阳轮、行星齿轮和框架，太阳齿轮与动力源连接，为主动部分；行星齿轮、框架为被动部分。如不采用新的结构和原理，此结构中的行星齿轮处于自由状态，以定传动比随太阳齿轮自转而不周转，行星齿轮框架处于静止状态，由太阳齿轮输入的动力无法输出。

发明内容

根据运动学和动力学相关原理，当一个物体做曲线运动时将产生离心力，其大小是物体质心角速度平方、曲率半径以及质点的质量的函数。本方法和装置即依据此原理，于行星轮轴一端连接一个可相对轴作径向运动的转子，在行星齿轮框架相应位置设置特定的内曲线轨道，内曲线轨道中心相对于行星齿轮轴心偏离，偏离方向为希望的输出转动方向上。故行星齿轮轴、转子和内曲线轨道构成了一个外偏心、内导向的旋转结构，使转子长度方向的两端交替与轨道接触并保证质心处于框架期望转动方向的一侧。当行星齿轮驱动转子转动时，由于转子质心与行星齿轮轴存在偏心，由转动产生的离心力作用在轨道上，同时轨道也对转子产生约束，使转子在转动中按照设定的规律做径向运动，随着转子角度改变引起转子顶端对行星齿轮轴的距离的改变，保证转子旋转一周完成二次有效做功，提高传动效率。

当转子的转速增大到产生的离心力足以克服行星齿轮框架上的外负荷时，即达到推动行星齿轮框架转动输出功率的目的。转子的转速越高，产生的离心力越大，行星齿轮框架受力越大，若外负荷不变，其转动速度就越高，即太阳轮的转速改变即可引起行星齿轮框架的速度改变。在转子转速不变，即作用在行星齿轮框架上力不变的情况下，外负荷发生变化，行星齿轮框架的转速也随之改变。在装置的尺寸和结构不做改动情况下，通过调整转子材料的密度或改变转子得外形尺寸，来改变转子的质量，即可改变传递的功率。因此，用此方法设计传动装置可实现无级变速。

下面结合附图详细介绍本发明的结构和工作原理。

图1是本发明的原理正面示意图，图2是原理侧面示意图。本发明包括一个太阳齿轮1，2个或2个以上行星齿轮2和框架3等，每个行星齿轮对应一个行星齿轮轴4和一个转子5。动力由太阳齿轮1输入，由框架3输出。行星齿轮轴4一端与行星齿轮2固定相联，另一端穿过框架3与转子5相联驱动转子5，行星齿轮轴4与框架3可通过轴承连接，也可是齿轮连接，行星齿轮轴4与转子5相联的一端为矩型结构6，转子5与行星齿轮轴4相联的孔8亦为矩形，且长度方向的长度大于行星齿轮轴4矩形联接端的长度，保证转子5可沿矩形孔8长度方向与行星齿轮轴4做径向相对运动且不干涉。行星齿轮2在框架3上均匀分布，且通过行星齿轮轴4的矩形连接使转子5处于相应的相位。框架3上设有内曲线偏心轨道7，偏心轨道7的中心相对于行星齿轮轴4的中心偏心，且偏心方向为希望输出转动的方向，偏心轨道7的直径大于转子5长度，保证转子5在偏心轨道7内运转，且在转子5的质心与行星齿轮轴4中心重合时，转子5两端与偏心轨道接触，其他时候转子5的一端与偏心轨道7偏离区段保持接触，而转子5的另一端与偏心轨道7接近区段脱离，且可平稳转换。在行星齿轮轴4和行星框架3上的偏心轨道7共同作用下，转子5做随行星齿轮2转动和相对行星齿轮轴4径向移动的复合运动。当太阳齿轮1转动带动行星齿轮2转动，通过行星齿轮轴4带动转子5做随行星齿轮2转动和相对行星齿轮4轴径向移动的复合运动，因转子5偏心旋转产生离心力，克服框架3上阻力后推动框架3旋转输出转速，达到变速目的。