速度跟随无级变速器制造技术

本发明专利技术提出一种速度跟随无级变速器,由一个动力输出内齿圈、一个动力输入行星盘、2个变速行星齿轮、2个过渡行星齿轮以及一个信号输入太阳齿轮组成；固定不变的功率较大的速度和扭矩，从动力输入行星盘输入；变化的功率较小的速度和扭矩信号，从信号输入太阳齿轮输入；二者经过行星齿轮的叠加放大，得到一个速度跟随输入信号连续变化的、功率被放大数倍乃至数十倍甚至数百倍的速度、扭矩信号，从动力输出内齿圈输出；如果以一台功率较大的固定转速的发动机输出作为动力输入行星盘的输入，以一台功率较小的直流电机输出作为信号输入太阳齿轮的输入，通过调整直流电机的速度，在动力输出内齿圈的输出轴上可以得到完全跟随输入太阳齿轮转速连续变化的大功率速度和扭矩输出；输出转速可以在动力输入转速和零之间连续变化，由于输出转速可以趋近于零，故扭矩可以趋近于无穷大，这个特性的意义十分重大，可以带来整个工业的革命性变革。

Speed-following CVT

【技术实现步骤摘要】
速度跟随无级变速器
本专利技术涉及的速度跟随无级变速器，属于机械制造和汽车制造

技术介绍
了解汽车的人都知道，汽车发动机的转速，都有一个最经济、最高效的转速段，在这个转速段，油耗最低，扭矩最大。变速器的作用是在保持发动机转速尽可能工作在高效速度段的情况下，还能保证汽车以不同的速度行驶。例如，大多数发动机最佳转速区间在2000转至4000转/分钟，但是汽车是需要在不同速度下行驶的，为了既能改变汽车的行驶速度，又能保持发动机的最佳转速，人们开始采用机械变速器来改变输出轴的转速，来适应路况和行驶速度的需求。但是，目前技术的变速器，其传动比受到限制，一般的手动档变速器，最高速档传动比为0.85，最低速档传动比为4，主减速比为4，这意味着，在最高档，如果发动机转速3000转/分钟，车轮直径0.7米，车速为3000/0.85/4*3.14*0.7*60=116公里/小时，如果此时需要200公里/小时的速度，就只好加大油门提高发动机转速到5200转/分钟了。如果起步时变速箱在1档，发动机转速在3000转/分，则扭矩增大了4倍，车速为3000/4/4*3.14*0.7=24.7公里/小时=6.87米/秒，相当于百米运动员的速度，显然这个速度是不适于起步的，所以只好降低发动机转速。而发动机在低速段和高速段都是不经济的，而且扭矩低，变速器增大的4倍扭矩，由于发动机转速的降低，又打了很大的折扣。为了解决这个问题，一些车采用了液力变矩器，液力变矩器虽然可以部分解决低速时的增扭问题，但是其传动效率低，占用空间大，而且只能低速时起作用，高速时需锁止。为了让发动机工作在最佳转速，人们在变速器上下了很大的功夫。最初的手动变速箱，因换档时有顿挫感，换档时机难以把握，逐渐被自动变速箱所取代。自动变速箱因结构复杂、体积大、造价高、油耗高而正在面临考验。最新推出的CVT变速器，由于采用无级变速的原理，得到业界的广泛重视，各国均投入巨资研发，但时至今日，并没有太大的突破。纵观以上变速器，其最大的问题在于，其归根到底，还是有档变速，在各个档位上，发动机的转速还是需要改变的，否则车速无法连续调节，档位也无法衔接。即使是CVT变速器，其无级变速的区间也是有限的，高速段和低速段同样需要调整发动机转速来适应车速和路况。而且其为摩擦传动，效率低、易损坏、输出扭矩受限。如果有一台真正的全范围无级变速器，以上的问题将迎刃而解。速度跟随无级变速器即是这样一台变速器，其调速范围广，传动比可在1至无穷大之间连续调节；其为纯齿轮调速，没有摩擦损耗，效率高；更加可贵的是：其操作只需控制一台功率很小的信号输入直流调速电机，即可在输出轴上得到转速跟随信号输入电机转速变化的功率被放大数倍乃至数十倍，甚至数百倍的输出；其无需离合器、电磁阀，也不需要电子、液压、气动控制；体积小、重量轻、造价低廉。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种高性能的无级变速器。本专利技术提出的速度跟随无级变速器，由输出内齿圈、动力输入行星盘、行星齿轮、太阳齿轮和一个信号输入电机组成；所述输出内齿圈，为圆环型普通内齿圈，圆环的侧面设有轮毂，用于支撑内齿圈，轮毂外侧的中心设有输出轴；所述动力输入行星盘，为支撑行星齿轮的支架，外形为圆盘型，或者符合动平衡特性的任意形状，其中心设有动力输入轴，盘面上开有圆孔，设有圆柱；圆盘上的圆孔中镶有轴承，圆盘上的圆柱上套有轴承；所述行星齿轮，包括2个变速行星齿轮和2个过渡行星齿轮，变速行星齿轮由两个半径不同的同轴圆柱直齿轮组成，半径不同的两个齿轮分别位于动力输入行星盘的两面，中心轴穿过动力输入行星盘盘面圆孔内的轴承内孔；所述过渡行星齿轮，为厚度略大于变速行星齿轮小齿轮厚度2倍的同模数圆柱直齿轮，其套装在动力输入行星盘盘面圆柱上的轴承外环上；变速行星齿轮中的大齿轮，与内齿圈啮合；小齿轮与过渡行星齿轮啮合；所述太阳齿轮，为与过渡行星齿轮同模数的圆柱直齿轮，厚度与变速行星齿轮中的小齿轮厚度相同，其中心开有圆孔，圆孔套设于动力输入行星盘旋转轴的外面，其与内齿圈、动力输入行星盘同轴心；其与变速行星齿轮中的小齿轮在平面上错开，与过渡行星齿轮啮合；系统运行时，转速和扭矩从动力输入行星盘输入轴输入，行星盘逆时针旋转时，过渡行星齿轮在逆时针公转时，因与太阳齿轮啮合，在存在速度差时，还会逆时针自转，过渡行星齿轮逆时针自转会带动变速行星齿轮小齿轮顺时针自转，变速行星齿轮小齿轮顺时针自转，带动同轴变速行星齿轮大齿轮顺时针自转，因动力输入行星盘逆时针旋转时，会带动变速行星齿轮大齿轮逆时针公转，变速行星齿轮大齿轮逆时针公转会带动输出内齿圈逆时针旋转，同时变速行星齿轮大齿轮顺时针自转又使输出内齿圈顺时针旋转，这样，实际上，输出内齿圈的旋转线速度是变速行星齿轮大齿轮公转线速度与自转线速度之差；这样，在动力输入行星盘速度不变的情况下，通过改变太阳齿轮的转速，将会改变输出内齿圈的转速；在内齿圈半径与太阳齿轮半径之比等于变速行星齿轮大齿轮与小齿轮半径之比时，输出内齿圈的转速将与太阳齿轮的转速完全同步，而与动力输入行星盘的转速无关（动力输入行星盘的转速大于等于太阳齿轮转速的情况下），这时，以较小的功率控制太阳齿轮的转速，可以获得完全跟随太阳齿轮转速变化的较大功率的内齿圈速度和扭矩输出；输出内齿圈速度处于加速或者匀速运动时，信号输入电机处于电动运行状态；输出内齿圈速度处于减速状态时，信号输入电机处于反接回馈制动运行状态。所述太阳齿轮具有一个空心轴，空心轴的两端设有轴承，轴承内孔套设于动力输入行星盘的输入轴上，空心轴内孔与动力输入行星盘的输入轴非接触；空心轴与一个信号输入电机的转子硬连接；所述信号输入电机，为直流无刷电机，其转子为永磁转子，转子中空，中空的圆孔两端设有轴承，轴承内孔套设于动力输入行星盘的输入轴上，圆孔内壁与动力输入行星盘的输入轴非接触；信号输入电机的定子，套设于转子外面，固定安装于外壳之上；信号输入电机的控制系统，采用速度反馈控制，转子速度调整范围根据需要设定；定子的输入电压连续可调，连续可调的输入电压使转子的转速连续可调；在转子高速旋转的时候，改变定子输入电压的极性，可以使电机进入反接制动工作状态，制动的力度同样可以通过定子输入电压的幅值调整；因为在动力输入行星盘以固定速度逆时针旋转时，过渡行星齿轮的自转速度会因为太阳齿轮的速度不同而不同，而过渡行星齿轮的自转速度直接影响到变速行星齿轮大齿轮的自转速度，进而影响到输出内齿圈的速度，所以，通过改变太阳齿轮的旋转速度，就可以改变输出内齿圈的旋转速度；信号输入电机处于电动运行状态时，由电池和超级电容为其供电，处于反接回馈制动运行状态时，向电池和超级电容充电。为了减小信号输入电机的负荷，降低电机的功率，所述信号输入电机的转子，可将其设置成只能单向旋转，其特征在于：信号输入电机的转子轴承和太阳齿轮空心轴两端的轴承，均为单向轴承，在动力输入行星盘逆时针旋转时，信号输入电机转子只能逆时针旋转；这样，在动力输入行星盘逆时针旋转时，变速行星齿轮的大齿轮，在推动输出内齿圈逆时针旋转时，其受到内齿圈反作用力的作用，这个反作用力传递到过渡行星齿轮的轮齿时，过渡行星齿轮轮齿会对太阳齿轮产生顺时针力矩，这个顺时针力矩是逆时针旋转的信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超大传动比的纯齿轮变速器，其包括：输出内齿圈、动力输入行星盘、行星齿轮、太阳齿轮；其特征在于：所述输出内齿圈，为圆环型普通内齿圈，圆环的侧面设有轮毂，用于支撑内齿圈，轮毂外侧的中心设有输出轴，轮毂内侧的中心设有圆形凸台，凸台中心开有一个一定深度的圆孔，圆孔内镶有轴承；所述动力输入行星盘，为支撑行星齿轮的支架，外形为圆盘型，或者符合动平衡特性的任意形状，其中心一侧设有动力输入轴，另一侧设有一短轴，短轴插入内齿圈轮毂中心凸台上的轴承内孔中；盘面上开有圆孔，设有圆柱；圆盘上的圆孔中镶有轴承，圆盘上的圆柱上套有轴承；所述行星齿轮，包括2个或者3个变速行星齿轮和2个或者3个过渡行星齿轮，变速行星齿轮由两个半径不同的同轴圆柱直齿轮组成，半径不同的两个齿轮分别位于动力输入行星盘的两面，中心轴穿过动力输入行星盘盘面圆孔内的轴承内孔；所述过渡行星齿轮，为厚度略大于变速行星齿轮小齿轮厚度2倍的同模数圆柱直齿轮，其套装在动力输入行星盘盘面圆柱上的轴承外环上；变速行星齿轮中的大齿轮，与内齿圈啮合；小齿轮与过渡行星齿轮啮合；所述太阳齿轮，为与过渡行星齿轮同模数的圆柱直齿轮，厚度与变速行星齿轮中的小齿轮厚度相同，其中心开有圆孔，圆孔套设于动力输入行星盘旋转轴的外面，其与内齿圈、动力输入行星盘同轴心，固定于外壳端盖之上；其与变速行星齿轮中的小齿轮在平面上错开，与过渡行星齿轮啮合；系统运行时，转速和扭矩从动力输入行星盘输入轴输入，行星盘逆时针旋转时，过渡行星齿轮在逆时针公转时，因与固定的太阳齿轮啮合，还会逆时针自转，过渡行星齿轮逆时针自转会带动变速行星齿轮小齿轮顺时针自转，变速行星齿轮小齿轮顺时针自转，带动同轴变速行星齿轮大齿轮顺时针自转，因动力输入行星盘逆时针旋转时，会带动变速行星齿轮大齿轮逆时针公转，变速行星齿轮大齿轮逆时针公转会带动输出内齿圈逆时针旋转，同时变速行星齿轮大齿轮顺时针自转又使输出内齿圈顺时针旋转，这样，实际上，输出内齿圈的旋转线速度是变速行星齿轮大齿轮公转线速度与自转线速度之差；通过调整变速行星齿轮的变比，也就是搭配不同的变速行星齿轮大齿轮和小齿轮的半径之比和内齿圈与太阳齿轮的半径之比，就可以得到从1至无穷大之间任意的传动比。...

【技术特征摘要】
1.一种超大传动比的纯齿轮变速器，其包括：输出内齿圈、动力输入行星盘、行星齿轮、太阳齿轮；其特征在于：所述输出内齿圈，为圆环型普通内齿圈，圆环的侧面设有轮毂，用于支撑内齿圈，轮毂外侧的中心设有输出轴，轮毂内侧的中心设有圆形凸台，凸台中心开有一个一定深度的圆孔，圆孔内镶有轴承；所述动力输入行星盘，为支撑行星齿轮的支架，外形为圆盘型，或者符合动平衡特性的任意形状，其中心一侧设有动力输入轴，另一侧设有一短轴，短轴插入内齿圈轮毂中心凸台上的轴承内孔中；盘面上开有圆孔，设有圆柱；圆盘上的圆孔中镶有轴承，圆盘上的圆柱上套有轴承；所述行星齿轮，包括2个或者3个变速行星齿轮和2个或者3个过渡行星齿轮，变速行星齿轮由两个半径不同的同轴圆柱直齿轮组成，半径不同的两个齿轮分别位于动力输入行星盘的两面，中心轴穿过动力输入行星盘盘面圆孔内的轴承内孔；所述过渡行星齿轮，为厚度略大于变速行星齿轮小齿轮厚度2倍的同模数圆柱直齿轮，其套装在动力输入行星盘盘面圆柱上的轴承外环上；变速行星齿轮中的大齿轮，与内齿圈啮合；小齿轮与过渡行星齿轮啮合；所述太阳齿轮，为与过渡行星齿轮同模数的圆柱直齿轮，厚度与变速行星齿轮中的小齿轮厚度相同，其中心开有圆孔，圆孔套设于动力输入行星盘旋转轴的外面，其与内齿圈、动力输入行星盘同轴心，固定于外壳端盖之上；其与变速行星齿轮中的小齿轮在平面上错开，与过渡行星齿轮啮合；系统运行时，转速和扭矩从动力输入行星盘输入轴输入，行星盘逆时针旋转时，过渡行星齿轮在逆时针公转时，因与固定的太阳齿轮啮合，还会逆时针自转，过渡行星齿轮逆时针自转会带动变速行星齿轮小齿轮顺时针自转，变速行星齿轮小齿轮顺时针自转，带动同轴变速行星齿轮大齿轮顺时针自转，因动力输入行星盘逆时针旋转时，会带动变速行星齿轮大齿轮逆时针公转，变速行星齿轮大齿轮逆时针公转会带动输出内齿圈逆时针旋转，同时变速行星齿轮大齿轮顺时针自转又使输出内齿圈顺时针旋转，这样，实际上，输出内齿圈的旋转线速度是变速行星齿轮大齿轮公转线速度与自转线速度之差；通过调整变速行星齿轮的变比，也就是搭配不同的变速行星齿轮大齿轮和小齿轮的半径之比和内齿圈与太阳齿轮的半径之比，就可以得到从1至无穷大之间任意的传动比。2.根据权利要求1所述的超大传动比的纯齿轮变速器，在所述太阳齿轮非固定情况下，使太阳齿轮受控旋转，将会变成一个传动比从1至无穷大之间连续可调的无级变速器；其特征在于：所述太阳齿轮具有一个空心轴，空心轴的两端设有轴承，轴承内孔套设于动力输入行星盘的输入轴上，空心轴内孔与动力输入行星盘的输入轴非接触...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖敏，肖瑶，刘犁，
申请(专利权)人：大连嘉宏至伟新技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21