本发明涉及一种齿轮无极变速机构,包括输入轴(I)、输出轴(V)、平衡体(VI)、内行星体、平衡体调速齿轮(C12)、内行星体调速齿轮(C9);所述输入轴的中心线是所述齿轮无极变速机构的主轴线,所述输出轴与所述主轴线同轴,所述平衡体、平衡体调速齿轮、内行星体调速齿轮以所述主轴线为轴心转动;所述内行星体的轴线(II)随所述平衡体围绕所述输入轴做行星转动;本发明的有益效果是:采用了一种独特的、全新概念结构的无级变速器,克服了皮带传动、钢带传动和摩擦式无级变速器局限于小扭力的适用范围,变速过程连续无间歇,可更有效的传递输入功率,连续改变所需的输出转速与扭力。
1.一种齿轮无极变速机构,其特征在于,包括输入轴(I)、输出轴(V)、平衡体(VI)、内行星体、平衡体调速齿轮(C12)、内行星体调速齿轮(C9);所述输入轴的中心线是所述齿轮无极变速机构的主轴线,所述输出轴与所述主轴线同轴,所述平衡体、平衡体调速齿轮、内行星体调速齿轮以所述主轴线为轴心转动;所述内行星体的轴线(II)随所述平衡体围绕所述输入轴做行星转动;所述输入轴设有齿轮1(C1),所述齿轮1与一只齿轮2(C2)啮合,所述齿轮2与一只齿轮10(C10)、一只齿轮3(C3)同轴同速转动,所述齿轮3是所述内行星体的太阳轮,所述齿轮10与一只齿轮11(C11)啮合,所述齿轮11以所述主轴线为轴心转动,所述齿轮11与所述平衡体调速齿轮同轴同速转动;所述内行星体还包括齿轮14(C14)和齿轮15(C15),所述齿轮14是所述内行星体的行星齿轮,所述齿轮15是所述内行星体的外齿圈,所述齿轮15与一只齿轮4(C4)同轴同速转动,所述齿轮4与一只齿轮6(C6)啮合,所述齿轮6与一只齿轮7(C7)同轴同速转动,所述齿轮6与齿轮7的轴线(IV)随所述平衡体围绕所述主轴线做行星转动;所述齿轮7与一只内齿环8(C8)啮合,所述内齿环8与所述内行星体调速齿轮同轴同速转动;所述内行星体的行星架(III)与一只齿轮5(C5)同轴同速转动,所述输出轴设有齿轮13(C13),所述齿轮13与齿轮5啮合。
2.根据权利要求1所述的一种齿轮无极变速机构,其特征在于,所述平衡体调速齿轮连接一个平衡体调速器(21),所述内行星体调速齿轮连接一个内行星体调速器(22);所述平衡体调速器是对所述平衡体调速齿轮产生阻尼力的部件,所述内行星体调速器是对所述内行星体调速齿轮产生阻尼力的部件。
3.根据权利要求2所述的一种齿轮无极变速机构,其特征在于,所述平衡体调速器和内行星体调速器是液压调速部件,所述平衡体调速器和内行星体调速器分别设有由平衡体调速齿轮和内行星体调速齿轮驱动的液压泵,所述液压泵连接设有控制阀门的循环油路。
4.根据权利要求2所述的一种齿轮无极变速机构,其特征在于,所述平衡体调速器是最大阻尼力使平衡体调速齿轮停转的部件;所述内行星体调速器是最大阻尼力使内行星体调速齿轮停转的部件。
5.根据权利要求1所述的一种齿轮无极变速机构,其特征在于,所述所述平衡体以转动配合安装在所述输入轴上,所述平衡体调速齿轮以转动配合安装在所述输入轴上;所述平衡体设有内行星体输入轴(II);所述内行星体输入轴从所述平衡体朝向平衡体调速齿轮的方向伸出,在位于平衡体内侧的所述内行星体输入轴上固定安装所述齿轮3(C3),在伸出所述平衡体外侧的所述内行星体输入轴上固定安装所述齿轮2(C2)和齿轮10(C10);所述内行星体的行星架转轴从所述平衡体朝向内行星体调速齿轮的方向伸出,在伸出所述平衡体的行星架转轴上固定安装所述齿轮5(C5);所述内行星体输入轴和行星架通过轴套连接以实现异步旋转;所述平衡体还设有内行星体调速轴(IV),所述内行星体调速轴从所述平衡体朝向内行星体调速齿轮的方向伸出,在位于平衡体内侧的所内行星体调速轴上固定安装所述齿轮6(C6),在伸出所述平衡体的行星架上固定安装所述齿轮7(C7);在所述平衡体的外径上设有内轴承环,所述内行星体调速齿轮设有外轴承环,在所述内轴承环和所述外轴承环之间设有轴承滚珠,使所述平衡体和所述内行星体调速齿轮共同以所述主轴线为中心旋转;所述输入轴和输出轴通过轴套和轴承连接以实现异步旋转。
6.根据权利要求1所述的一种齿轮无极变速机构,其特征在于,所述齿轮无极变速机构设有环绕所述主轴线等分分布的多套所述内行星体、齿轮2、齿轮10、齿轮4、齿轮6、齿轮7和齿轮5。
7.根据权利要求6所述的一种齿轮无极变速机构,其特征在于,所述齿轮无极变速机构设有环绕所述主轴线等分分布的三套所述内行星体、齿轮2、齿轮10、齿轮4、齿轮6、齿轮7和齿轮5。
8.根据权利要求1所述的一种齿轮无极变速机构,其特征在于,所述各齿轮的齿数和模数如下:齿轮1(C1):齿数16,模数2;齿轮2(C2):齿数37,模数2;齿轮3(C3):齿数14,模数1.5;齿轮4(C4):齿数37,模数2;齿轮5(C5):齿数37,模数2;齿轮6(C6):齿数15,模数2;齿轮7(C7):齿数31,模数2;齿轮8(C8):齿数106,模数2;齿轮9(C9):齿数120,模数2;齿轮10(C10):齿数22,模数2;齿轮11(C11):齿数31,模数2;齿轮12(C12):齿数120,模数2;齿轮13(C13):齿数16,模数2;齿轮14(C14):齿数15,模数1.5;齿轮15(C15):齿数44,模数1.5;所述输出轴与输入轴的转速比变化范围为1:1~0:1。技术领域
本发明属于机械传动装置,尤其涉及一种齿轮无极变速机构。
背景技术
目前机械无级变速机构通常采用摩擦传动等方式,缺陷是运行可靠性差,传递功率小等缺陷。因此,在很多需要较大传递功率和较高传动精度的机械装置上,如汽车、机床,仍然大量采用齿轮换档传递。而齿轮无极传动仍处于较低的发展阶段。
发明内容
本发明的目的是提出一种齿轮无极变速机构的技术方案,采用齿轮传递机构和机械阻尼变速器实现纯齿轮无极变速,提高无极变速的技术性能。为了实现上述目的,本发明的技术方案是:一种齿轮无极变速机构,包括输入轴(I)、输出轴(V)、平衡体(VI)、内行星体、平衡体调速齿轮(C12)、内行星体调速齿轮(C9);所述输入轴的中心线是所述齿轮无极变速机构的主轴线,所述输出轴与所述主轴线同轴,所述平衡体、平衡体调速齿轮、内行星体调速齿轮以所述主轴线为轴心转动;所述内行星体的轴线(II)随所述平衡体围绕所述输入轴做行星转动;所述输入轴设有齿轮1(C1),所述齿轮1与一只齿轮2(C2)啮合,所述齿轮2与一只齿轮10(C10)、一只齿轮3(C3)同轴同速转动,所述齿轮3是所述内行星体的太阳轮,所述齿轮10与一只齿轮11(C11)啮合,所述齿轮11以所述主轴线为轴心转动,所述齿轮11与所述平衡体调速齿轮同轴同速转动;所述内行星体还包括齿轮14(C14)和齿轮15(C15),所述齿轮14是所述内行星体的行星齿轮,所述齿轮15是所述内行星体的外齿圈,所述齿轮15与一只齿轮4(C4)同轴同速转动,所述齿轮4与一只齿轮6(C6)啮合,所述齿轮6与一只齿轮7(C7)同轴同速转动,所述齿轮6与齿轮7的轴线(IV)随所述平衡体围绕所述主轴线做行星转动;所述齿轮7与一只内齿环8(C8)啮合,所述内齿环8与所述内行星体调速齿轮同轴同速转动;所述内行星体的行星架(III)与一只齿轮5(C5)同轴同速转动,所述输出轴设有齿轮13(C13),所述齿轮13与齿轮5啮合。更进一步,为了实现调速控制,所述平衡体调速齿轮连接一个平衡体调速器(21),所述内行星体调速齿轮连接一个内行星体调速器(22);所述平衡体调速器是对所述平衡体调速齿轮产生阻尼力的部件,所述内行星体调速器是对所述内行星体调速齿轮产生阻尼力的部件。更进一步,所述平衡体调速器和内行星体调速器是液压调速部件,所述平衡体调速器和内行星体调速器分别设有由平衡体调速齿轮和内行星体调速齿轮驱动的液压泵,所述液压泵连接设有控制阀门的循环油路。更进一步,所述平衡体调速器是最大阻尼力使平衡体调速齿轮停转的部件;所述内行星体调速器是最大阻尼力使内行星体调速齿轮停转的部件。所述的齿轮无极变速机构更进一步的结构是,所述所述平衡体以转动配合安装在所述输入轴上,所述平衡体调速齿轮以转动配合安装在所述输入轴上;所述平衡体设有内行星体输入轴(II);所述内行星体输入轴从所述平衡体朝向平衡体调速齿轮的方向伸出,在位于平衡体内侧的所述内行星体输入轴上固定安装所述齿轮3(C3),在伸出所述平衡体外侧的所述内行星体输入轴上固定安装所述齿轮2(C2)和齿轮10(C10);所述内行星体的行星架转轴从所述平衡体朝向内行星体调速齿轮的方向伸出,在伸出所述平衡体的行星架转轴上固定安装所述齿轮5(C5);所述内行星体输入轴和行星架通过轴套连接以实现异步旋转;所述平衡体还设有内行星体调速轴(IV),所述内行星体调速轴从所述平衡体朝向内行星体调速齿轮的方向伸出,在位于平衡体内侧的所内行星体调速轴上固定安装所述齿轮6(C6),在伸出所述平衡体的行星架上固定安装所述齿轮7(C7);在所述平衡体的外径上设有内轴承环,所述内行星体调速齿轮设有外轴承环,在所述内轴承环和所述外轴承环之间设有轴承滚珠,使所述平衡体和所述内行星体调速齿轮共同以所述主轴线为中心旋转;所述输入轴和输出轴通过轴套和轴承连接以实现异步旋转。更进一步,为了实现所述齿轮无极变速机构的平稳旋转,所述齿轮无极变速机构设有环绕所述主轴线等分分布的多套所述内行星体、齿轮2、齿轮10、齿轮4、齿轮6、齿轮7和齿轮5。更进一步,所述齿轮无极变速机构设有有环绕所述主轴线等分分布的三套所述内行星体、齿轮2、齿轮10、齿轮4、齿轮6、齿轮7和齿轮5。更进一步,所述各齿轮的齿数和模数如下:齿轮1(C1):齿数16,模数2;齿轮2(C2):齿数37,模数2;齿轮3(C3):齿数14,模数1.5;齿轮4(C4):齿数37,模数2;齿轮5(C5):齿数37,模数2;齿轮6(C6):齿数15,模数2;齿轮7(C7):齿数31,模数2;齿轮8(C8):齿数106,模数2;齿轮9(C9):齿数120,模数2;齿轮10(C10):齿数22,模数2;齿轮11(C11):齿数31,模数2;齿轮12(C12):齿数120,模数2;齿轮13(C13):齿数16,模数2;齿轮14(C14):齿数15,模数1.5;齿轮15(C15):齿数44,模数1.5。所述输出轴与输入轴的转速比变化范围为1:1~0:1。本发明的有益效果是:采用了一种独特的、全新概念结构的无级变速器,克服了皮带传动、钢带传动和摩擦式无级变速器局限于小扭力的适用范围,变速过程连续无间歇,可更有效的传递输入功率,连续改变所需的输出转速与扭力。下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
图1是本发明传动原理图;图2是本发明输入轴侧视图;图3是本发明输出轴侧视图;图4是本发明输出轴侧视图,示出齿轮4、齿轮5、齿轮6、齿轮7的传动结构;图5是本发明内行星体剖视图;图6是本发明设有三套内行星体、齿轮2、齿轮10、齿轮4、齿轮6、齿轮7和齿轮5的结构图。
具体实施方式
如图1,一种齿轮无极变速机构,包括输入轴(I)、输出轴(V)、平衡体(VI)、内行星体、平衡体调速齿轮(C12)、内行星体调速齿轮(C9);所述输入轴的中心线是所述齿轮无极变速机构的主轴线,所述输出轴与所述主轴线同轴,所述平衡体、平衡体调速齿轮、内行星体调速齿轮以所述主轴线为轴心转动;所述内行星体的轴线(II)随所述平衡体围绕所述输入轴做行星转动。所述输入轴设有齿轮1(C1),所述齿轮1与一只齿轮2(C2)啮合,所述齿轮2与一只齿轮10(C10)、一只齿轮3(C3)同轴同速转动,所述齿轮3是所述内行星体的太阳轮,所述齿轮10与一只齿轮11(C11)啮合,所述齿轮11以所述主轴线为轴心转动,所述齿轮11与所述平衡体调速齿轮同轴同速转动。所述内行星体还包括齿轮14(C14)和齿轮15(C15),所述齿轮14是所述内行星体的行星齿轮,所述齿轮15是所述内行星体的外齿圈,所述齿轮15与一只齿轮4(C4)同轴同速转动,所述齿轮4与一只齿轮6(C6)啮合,所述齿轮6与一只齿轮7(C7)同轴同速转动,所述齿轮6与齿轮7的轴线(IV)随所述平衡体围绕所述主轴线做行星转动;所述齿轮7与一只内齿环8(C8)啮合,所述内齿环8与所述内行星体调速齿轮同轴同速转动。所述内行星体的行星架(III)与一只齿轮5(C5)同轴同速转动,所述输出轴设有齿轮13(C13),所述齿轮13与齿轮5啮合。所述平衡体调速齿轮连接一个平衡体调速器(21),所述内行星体调速齿轮连接一个内行星体调速器(22);所述平衡体调速器是对所述平衡体调速齿轮产生阻尼力的部件,所述内行星体调速器是对所述内行星体调速齿轮产生阻尼力的部件。所述平衡体调速器和内行星体调速器是液压调速部件,所述平衡体调速器和内行星体调速器分别设有由平衡体调速齿轮和内行星体调速齿轮驱动的液压泵,所述液压泵连接设有控制阀门的循环油路。所述平衡体调速器是最大阻尼力使平衡体调速齿轮停转的部件;所述内行星体调速器是最大阻尼力使内行星体调速齿轮停转的部件。为了实现所述齿轮无极变速机构的平稳旋转,所述齿轮无极变速机构设有环绕所述主轴线等分分布的多套所述内行星体、齿轮2、齿轮10、齿轮4、齿轮6、齿轮7和齿轮5。本齿轮无极变速机构的传动关系是:输入轴(I)带动齿轮1(C1)转动;齿轮1带动齿轮2(C2)转动;齿轮2通过齿轮10(C10)与齿轮11(C11)相对运动、驱动齿轮11转动或作为行星轮环绕齿轮11运动,齿轮2同时带动齿轮3转动,齿轮2、齿轮3做行星运动时带动平衡体平衡体(VI)转动;平衡体调速器(21)通过平衡体调速齿轮(C12)控制齿轮11的转速和平衡体的转速;齿轮3作为内行星体的太阳轮通过作为行星轮的齿轮14(C14)驱动行星架(III)和外齿圈(C15)转动,内行星体调速器(22)通过齿轮9(C9)、内齿环8(C8)、齿轮7(C7)、齿轮5(C5)和齿轮4(C4)控制外齿圈(C15)的转速,从而调整行星架(III)的转速;行星架(III)带动齿轮5(C5)转动,齿轮5与平衡体的合成运动驱动齿轮13(C13)转动,从而带动输出轴(V)转动。平衡体的原理:平衡体是通过行星齿轮减速器外矩力的原理,(即太阳轮,外齿圈,行星架三个力相加之和等于零)所以行星齿轮减速器的太阳轮连轴齿轮2(C2),齿圈连轴的齿轮4(C4),行星架连轴的齿轮5(C5),在同样的半径扭力下平衡体会产生平衡力的平衡作用。实施例一:如图1至图5,一种齿轮无极变速机构,包括输入轴(I)、输出轴(V)、平衡体(VI)、内行星体、平衡体调速齿轮(C12)、内行星体调速齿轮(C9)。输入轴的中心线与输出轴的中心线同轴,是整个齿轮无极变速机构的主轴线。本实施例的输入轴和输出轴通过设有轴承31的轴套32连接,以实现输入轴和输出轴的异步转动。平衡体、平衡体调速齿轮、内行星体调速齿轮以主轴线为轴心转动;内行星体的轴线(II)随平衡体围绕所述输入轴做行星转动。所述平衡体通过轴承33以转动配合安装在输入轴上,平衡体调速齿轮通过轴承34以转动配合安装在输入轴上。输入轴设有齿轮1(C1),齿轮1通过平键固定安装在输入上,随输入轴转动。内行星体包括内行星体输入轴(II)、太阳轮(齿轮3,C3)、行星轮(齿轮14,C14)、行星架(III)和外齿圈(齿轮15,C15)。内行星体输入轴通过轴承35在平衡体上;内行星体输入轴从平衡体朝向平衡体调速齿轮的方向伸出,在位于平衡体内侧的内行星体输入轴上固定安装齿轮3(C3),在伸出平衡体外侧的内行星体输入轴上固定安装有齿轮2(C2)和齿轮10(C10),实现齿轮3(内行星体的太阳轮)、齿轮2和齿轮10同轴同速转动。齿轮1与齿轮2啮合,齿轮10与一只齿轮11啮合,齿轮11与平衡体调速齿轮(C12)是连体齿轮。齿轮11与平衡体调速齿轮一道以主轴线为轴心转动。内行星体的行星架转轴(III)从所述平衡体朝向内行星体调速齿轮的方向伸出,在伸出平衡体的行星架转轴上固定安装一只齿轮5(C5),使内行星体的行星架与齿轮5同轴同速转动。内行星体输入轴(II)和行星架(III)通过轴套连接,实现异步旋转。内行星体的外齿圈(C15)与一只齿轮4(C4)同轴同速转动,本实施例中,内行星体的外齿圈(C15)与齿轮4(C4)是连体齿轮。平衡体还设有内行星体调速轴(IV),所述内行星体调速轴从平衡体朝向内行星体调速齿轮的方向伸出,在位于平衡体内侧的内行星体调速轴上固定安装一只齿轮6(C6),在伸出平衡体的行星架转轴上固定安装一只齿轮7(C7)。齿轮4与齿轮6啮合,齿轮6与齿轮7同轴同速转动,内行星体调速轴(IV)随平衡体围绕所述主轴线做行星转动。所述齿轮7与一只内齿环8(C8)啮合,内齿环8与内行星体调速齿轮同轴同速转动,本实施例中内齿环8与内行星体调速齿轮是连体齿轮。输出轴通过平键固定安装一只齿轮13(C13),齿轮13与齿轮5啮合。在平衡体的外径上设有内轴承环36,内行星体调速齿轮设有外轴承环37,在内轴承环和所述外轴承环之间设有轴承滚珠38,使平衡体和内行星体调速齿轮共同以主轴线为中心旋转;所述输入轴和输出轴通过轴套和轴承连接以实现异步旋转。齿轮无极变速机构通过控制平衡体调速齿轮和内行星体调速齿轮的转速实现无极变速。本实施例中,平衡体调速齿轮连接一个平衡体调速器(21),内行星体调速齿轮连接一个内行星体调速器(22)。平衡体调速器和内行星体调速器是液压调速部件,平衡体调速器和内行星体调速器都设有液压泵,本实施例中的液压泵是齿轮油泵,齿轮油泵连接设有控制阀门的循环油路。当调整控制阀门的开关量时,齿轮泵输入轴的产生变化,从而改变液压调速部件的阻尼力。平衡体调速齿轮连接平衡体调速器液压泵的输入轴,内行星体调速齿连接内行星体调速器液压泵的输入轴,当平衡体调速器和内行星体调速器的控制阀门开工量变化时,平衡体调速齿轮和内行星体调速齿轮受到的阻尼力发生变化,从而控制平衡体调速齿轮和内行星体调速齿轮的转速。当平衡体调速器达到最大阻尼力时,可使平衡体调速齿轮停转,当内行星体调速器达到最大阻尼力时,可使内行星体调速齿轮停转。当平衡体调速器和内行星体调速器的阻尼力调整到最小时,平衡体调速齿轮和内行星体调速齿轮处于自由旋转状态,输出轴没有动力输出,处于停转状态。当内行星体调速器的阻尼力调整到最大时,内行星体调速齿轮处于停转状态,内行星体转动,输出轴低速旋转。当平衡体调速器的阻尼力逐渐调大时,平衡体调速齿轮逐渐降低转速,平衡体与内行星体同时转动,输出轴转速逐渐增加。当平衡体调速器和内行星体调速器的阻尼力都调整到最大时,平衡体调速齿轮和内行星体调速齿轮处于停转状态,平衡体和内行星体同时转动,输出轴达到最高转速。本实施例中,各齿轮的齿数、模数和转速如下:齿轮1(C1):齿数Z1=16,模数2,转速V1(输入轴转速);齿轮2(C2):齿数Z2=37,模数2,转速V2=V3=V10;齿轮3(C3):齿数Z3=14,模数1.5,转速V3;齿轮4(C4):齿数Z4=37,模数2,转速V4;齿轮5(C5):齿数Z5=37,模数2,转速V5(内行星体行星架);齿轮6(C6):齿数Z6=15,模数2,转速V6;齿轮7(C7):齿数Z7=31,模数2,转速V7;齿轮8(C8):内齿轮,齿数Z8=106,模数2,转速V8;内行星体调速齿轮(C9):齿数Z9=120,模数2,转速V9;齿轮10(C10):齿数Z10=22,模数2,转速V10;齿轮11(C11):齿数Z11= 31,模数2,转速V11=V12;平衡体调速齿轮(C12):齿数Z12= 120,模数2,转速V12;齿轮13(C13):齿数Z13= 16,模数2,转速V13(输出轴转速);齿轮14(C14):齿数Z14=15,模数1.5,转速V14;齿轮15(C15):内齿轮,齿数Z15=44,模数1.5,转速V15。其传动关系为:平衡体的转速V_VI:V_VI=- V_I/(Z2/Z1×Z11/Z10-1)+V12齿轮3的转速:V3= V_VI×Z11/Z10 + V_VI- V12×Z11/Z10齿轮7的转速:V7= V8×Z8/Z7- (V_VI×(Z8/Z7-1))内行星体齿环15的转速:V15=-(V7- V_VI) ×Z6/Z4+ V_VI齿轮5的转速:V5=(V3+V15×(Z15/Z3))/ (Z15/Z3+1)输出轴V的转速V_V= V_VI-(V5- V_VI)×Z5/Z13上述表达式中:V_I为输入轴转速,V_VI为平衡体转速,V_V为输出轴转速。当平衡体调速齿轮(C12)、内行星体调速齿轮(C9)停转时:V12=0;V8=0;平衡体的转速:V_VI=- V_I/(37/16×31/22-1)=-0.44 V_I齿轮3的转速:V3= V_VI×31/22 + V_VI=-1.07 V_I齿轮7的转速:V7= -V_VI×(106/31-1) =1.07 V_I内行星体齿环15的转速:V15=-(V7- V_VI) ×15/37+ V_VI=-1.06 V_I齿轮5的转速:V5=(V3+V15×(44/14))/ (44/14+1)=-1.06 V_I输出轴V的转速:V_V= V_VI-(V5- V_VI)×37/16=0.98V_I≈1V_I所以,本实施例的输出轴与输入轴的转速比变化范围为1:1~0:1。实施例二:如图6,一种齿轮无极变速机构,包括输入轴(I)、输出轴(V)、平衡体(VI)、内行星体、平衡体调速齿轮(C12)、内行星体调速齿轮(C9)。输入轴的中心线与输出轴的中心线同轴,是整个齿轮无极变速机构的主轴线。本实施例是实施例一的一种结构改进。本实施例中,齿轮无极变速机构设有环绕主轴线等分分布的三套所述内行星体、齿轮2(C2)、齿轮10(C10)、齿轮4(C4)、齿轮6(C6)、齿轮7(C7)和齿轮5(C5)。在齿轮无极变速机构旋转时,具有良好的旋转动平衡性。