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全齒輪速度自適應(yīng)無級變速器的制作方法

文檔序號:5743581閱讀:1039來源:國知局
專利名稱:全齒輪速度自適應(yīng)無級變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型屬于機(jī)械制造領(lǐng)域,本實(shí)用新型總地涉及一種由具有無級變速功 能的子機(jī)構(gòu)構(gòu)成的、輸出轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化而自動(dòng)相應(yīng)變化的全齒輪機(jī)械變速機(jī)構(gòu),確切地, 當(dāng)然可以構(gòu)成一種全齒輪速度自適應(yīng)無級變速器。
技術(shù)背景 在生產(chǎn)與生活的許多場合,都需要對動(dòng)力機(jī)的輸出進(jìn)行調(diào)整后再傳動(dòng)到工作 機(jī),以適應(yīng)工作機(jī)的各種不同的甚至動(dòng)態(tài)變化的負(fù)載狀況。因此,變速器就成為動(dòng)力系統(tǒng) 的一個(gè)重要組成部分,其效率、適應(yīng)性、成本等對整機(jī)產(chǎn)生較大的影響。
現(xiàn)實(shí)使用的變速器,可以分為有級與無級兩大類。
通過各種不同輪徑的組合變化,配對直接嚙合傳動(dòng),或借由鏈、帶、環(huán)等傳動(dòng),可實(shí) 現(xiàn)有級變速。其本質(zhì)是對負(fù)載的變化范圍作分段的概括,以有級的傳動(dòng)比方案解決無級的 負(fù)載要求??梢姏]有對動(dòng)力機(jī)的功率充分利用。
而現(xiàn)實(shí)使用的無級變速器(請參見《機(jī)械無級變速器》ISBN7-111-08743-7,周有強(qiáng) 主編,機(jī)械工業(yè)出版社2001年6月第一版。作為已知技術(shù),專業(yè)技術(shù)人員熟知或容易理 解這些機(jī)構(gòu),為簡化說明書,本實(shí)用新型說明書不再一一例舉解釋書中所載各種結(jié)構(gòu)的原 理),結(jié)構(gòu)形式多樣,但除了液力耦合器及液力變矩器外,都通過接觸半徑的變化實(shí)現(xiàn)變 速,并且,其中除了齒鏈?zhǔn)骄哂幸阅Σ翞橹鞯牟糠值?嚙合"特點(diǎn)外,幾乎都是依靠摩擦 或拖動(dòng)油膜來傳遞載荷的,因而其傳動(dòng)效率、使用壽命、承載能力等方面存在問題;有些 無級變速器如齒鏈?zhǔn)降妮斎胼S轉(zhuǎn)速不允許太高,否則會(huì)損壞機(jī)件或降低壽命。
其中應(yīng)用于車用無級變速器的具有代表性的結(jié)構(gòu)形式有(請參見《汽車構(gòu)造》吉林 大學(xué)汽車工程系編著陳家瑞主編人民交通出版社2006年5月第五版ISBN 978-7-114-05710-6,第74頁至112頁)自動(dòng)變速器(AT,液力變矩,分段無級,該書 第74頁至106頁);無級變速器(CVT,該書第106頁至112頁)等。這些無級變速器中, AT的核心元件為液力變矩器,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造工藝要求高,扭矩變化范圍小,效率較低 損耗較高,在某些行駛工況下,反應(yīng)遲滯(該書第76至88頁);CVT的核心元件為摩擦 副,造成既需要摩擦來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)、又不希望摩擦導(dǎo)致機(jī)f^磨損和功率損耗的矛盾。這些技 術(shù)特征成為這一類變速器的結(jié)構(gòu)共生的不足。
同時(shí),這些無級變速機(jī)構(gòu),一般都不能獨(dú)立適應(yīng)于負(fù)載變化范圍較大的現(xiàn)實(shí)使用要求, 而往往作為核心元件,須配合一組周轉(zhuǎn)輪系作為必要的輔助機(jī)構(gòu),借由輔助機(jī)構(gòu)內(nèi)部通過 制動(dòng)、離合等達(dá)成的速度有級變化(該書第75至76頁,第88頁至93頁),再配合復(fù)雜 的液壓控制系統(tǒng)、傳感器、微電腦等(該書第93至106頁)構(gòu)成的對輔助機(jī)構(gòu)實(shí)施控制 的控制系統(tǒng),才能實(shí)現(xiàn)其現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。
由此可見,現(xiàn)實(shí)使用的無級變速器,其產(chǎn)生速度無級變化的核心元件、協(xié)助核心元件 實(shí)現(xiàn)使用價(jià)值的輔助機(jī)構(gòu)和對輔助機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng),都存在一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的全齒輪速度自適應(yīng)無級變速器,提出了一種不再局限于通過接 觸半徑(齒數(shù)、鏈輪半徑或摩擦半徑)的變化實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比變化的思路,設(shè)計(jì)了由周轉(zhuǎn)輪系 構(gòu)成的扭矩/速度分配機(jī)構(gòu)與同樣由周轉(zhuǎn)輪系構(gòu)成的扭矩/速度合成機(jī)構(gòu),對接構(gòu)成具有過 載保護(hù)功能的全齒輪無級變速機(jī)構(gòu)作為核心元件(在本實(shí)用新型中稱其為子機(jī)構(gòu));進(jìn)而 對使用中可能遇到的負(fù)載作相對大小的分段,通過同時(shí)采用幾個(gè)這樣的子機(jī)構(gòu),經(jīng)過不同的簡單變速后,使每個(gè)子機(jī)構(gòu)可以對不同大小的負(fù)載中對應(yīng)的一種負(fù)載大小情況產(chǎn)生傳動(dòng) 和過載保護(hù),從而整體而言構(gòu)成一個(gè)完整的新技術(shù)方案,實(shí)現(xiàn)輸出速度對負(fù)載的自動(dòng)變化 適應(yīng)。
需要明確的是,本實(shí)用新型述及的負(fù)載變化是負(fù)載相對于動(dòng)力的變化,當(dāng)負(fù)載本身未 變而動(dòng)力變大時(shí),即為負(fù)載相對的變小。
較好的是,本實(shí)用新型的技術(shù)方案構(gòu)造簡單,工作可靠。
較好的是,本實(shí)用新型具有恒功率特征,在動(dòng)力功率大于阻力功率的必要前提下,根 據(jù)負(fù)載的變化,自動(dòng)趨向于以最大輸出速度工作;即當(dāng)負(fù)載相對變大(比如車輛爬坡或鉆 頭推進(jìn)過快),輸入動(dòng)力無法維持此前轉(zhuǎn)速時(shí),被迫降速以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng),即變速過程可以以 自適應(yīng)的方式實(shí)現(xiàn)最大的可能速度;當(dāng)阻力矩相對變小,轉(zhuǎn)速將自動(dòng)上升,因而直接表現(xiàn) 為動(dòng)力利用率高。
較好的是,當(dāng)阻力矩超出設(shè)計(jì)承載范圍即過載時(shí),本實(shí)用新型具有過載保護(hù)功能,此 時(shí)在其輸出軸上有設(shè)計(jì)最大極限輸出扭矩,但是由于過載,輸出軸停止轉(zhuǎn)動(dòng),動(dòng)力在其內(nèi) 部循環(huán),而不會(huì)導(dǎo)致作為動(dòng)力機(jī)的內(nèi)燃機(jī)熄火或電機(jī)堵轉(zhuǎn)燒毀。
較好的是,既然輸出速度對負(fù)載自動(dòng)適應(yīng),必然有輸出速度剛性這一性能參數(shù),本技 術(shù)方案構(gòu)成的變速器,輸出速度的剛性可以由分配機(jī)構(gòu)的分配比、合成機(jī)構(gòu)的合成比,以 及整個(gè)齒輪系統(tǒng)其他部分的傳動(dòng)比的不同設(shè)計(jì)來調(diào)整。

首先說明,本實(shí)用新型的說明書附圖均為結(jié)構(gòu)簡圖,這些圖中都省略了所有 軸承、鍵與鍵槽、潤滑方式、機(jī)體、密封件、放油口等等設(shè)計(jì)人認(rèn)為于說明技術(shù)方案無關(guān) 的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié);每個(gè)齒輪的輻板簡化為線段、輪齒簡化為輻板兩端的短線段(斜的短線段表 示傘齒輪);當(dāng)齒輪空套在軸上時(shí),以代表軸的線段穿過兩平行短線段表示。
圖l為周轉(zhuǎn)輪系的常見結(jié)構(gòu)示意圖,說明書將介紹其分配、合成2種功能;
圖2為周轉(zhuǎn)輪系在現(xiàn)有自動(dòng)變速器中常用的一種變型結(jié)構(gòu);在現(xiàn)有自動(dòng)變速器中往往 采用幾個(gè)串聯(lián)成組再增加對它的控制系統(tǒng)來輔助核心元件共同使用;
圖3為利用周轉(zhuǎn)輪系的分配與合成功能,對接構(gòu)成一種在有限速比范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級變 速的全齒輪無級變速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖(在本實(shí)用新型中稱其為子機(jī)構(gòu));
圖4為本實(shí)用新型的無級變速器的原理示意圖。
為進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的全齒輪速度自適應(yīng)無級變速器的結(jié)構(gòu)、效果及其優(yōu)點(diǎn),下 面將結(jié)合附圖在具體實(shí)施方式
中對本實(shí)用新型加以詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
首先介紹周轉(zhuǎn)輪系的分配、合成2種功能,以及周轉(zhuǎn)輪系的變型-
如圖1所示,其中,ll為輸入齒輪及其軸,12為保持架齒輪,其輻板作為保持架裝
配著行星齒輪14和16, 13和15為兩個(gè)中心輪及其軸。這是一個(gè)典型的周轉(zhuǎn)輪系,在汽
車中作為差速器使用。
第一種情況,當(dāng)動(dòng)力矩經(jīng)零件ll、 12傳到零件14和16,將按扭矩相等的規(guī)則向零 件13和15傳遞,在汽車中,零件13和15分別連著左右驅(qū)動(dòng)輪??梢娺@個(gè)輪系具有分配 動(dòng)力的功能。
第二種情況,當(dāng)有兩個(gè)獨(dú)立的動(dòng)力矩,從零件11和15分別傳入,只要與零件13上 的阻力矩一起符合簡單的大小和方向關(guān)系(零件12與15這兩路輸入扭矩方向必須相反), 動(dòng)力矩將從零件13輸出。可見這個(gè)輪系具有合成動(dòng)力的功能。(零件13和15是完全對稱 的結(jié)構(gòu),說明時(shí)可以對調(diào),后續(xù)敘述中對這類同等地位的情況,不再說明)如圖2所示,其中,零件21、 23是中心輪(分別是外齒、內(nèi)齒),零件26、 22分別 是它們的軸,零件24、 29是同樣的行星齒輪,零件25是保持架齒輪,零件28、 27是輸 入齒輪及其軸。這是圖1所示周轉(zhuǎn)輪系的變型結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)方便于串聯(lián)成結(jié)構(gòu)緊湊的輪 系組,作為對核心元件的輔助機(jī)構(gòu),再加上輔助機(jī)構(gòu)的控制機(jī)構(gòu),在現(xiàn)有自動(dòng)變速器中使 用廣泛。
以上介紹了周轉(zhuǎn)輪系的分配、合成2種功能,以及周轉(zhuǎn)輪系的變型結(jié)構(gòu)。接著,針 對現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無級變化的核心元件的不足,提出一種全新思路的齒輪式無級變速機(jī) 構(gòu)
如圖3所示,^f昔用圖l的基本結(jié)構(gòu)(零件名稱和編號也全部借用),增加了分配節(jié)前 /后輸出齒輪41/47,合成節(jié)前/后輸入齒輪42/45,輸出軸及其中心輪43,中心輪49,行星 齒輪44和48,換向齒輪46。合成節(jié)前輸入齒輪42的輻板作為保持架裝配著行星齒輪44 和48。
當(dāng)動(dòng)力從零件ll輸入,經(jīng)零件12, 14、 16, 13、 15分配到零件41和47,傳遞到零 件42和45 (如前述,其中一路經(jīng)零件46轉(zhuǎn)換方向),再傳遞到零件44、 48和49,最后 合成到零件43輸出。這就是一個(gè)完整的由兩個(gè)周轉(zhuǎn)輪系對接構(gòu)成的齒輪式無級變速機(jī)構(gòu)。
必須重點(diǎn)指出的是,周轉(zhuǎn)輪系有其內(nèi)在的力矩關(guān)系,正是這一力矩關(guān)系,要求根據(jù) 具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)凝X輪速度比;并且,當(dāng)輸出軸43所承受的阻力矩逐漸變化到足夠大 時(shí),其轉(zhuǎn)速就逐漸下降到停止。由于過大阻力矩的存在,此時(shí)雖然輸出軸43上有最大動(dòng) 力矩,輸出軸43也只有轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢,動(dòng)力在機(jī)構(gòu)內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn),整個(gè)機(jī)構(gòu)表現(xiàn)為過載保護(hù)。 此時(shí)逐漸加大零件11上的輸入動(dòng)力,輸出軸43才能逐漸自行克服阻力而恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)直至設(shè) 計(jì)最高轉(zhuǎn)速。這就是一個(gè)完整的齒輪式無級變速機(jī)構(gòu),并且輸出隨負(fù)載的變化而自動(dòng)變化。 在汽車技術(shù)中,該機(jī)構(gòu)可以單獨(dú)用來取代液力耦合器,也可以取代離合器。
最后,采用上述齒輪式無級變速機(jī)構(gòu)(在本實(shí)用新型中稱其為子機(jī)構(gòu)),進(jìn)一步如下 提出一種完全由齒輪構(gòu)成的速度自適應(yīng)無級變速器
如圖4所示,其中,矩形框501和506即為圖3所示的子機(jī)構(gòu)(為簡化附圖以矩形框 表示);零件504為輸入軸,零件503為輸入齒輪;零件509為輸出軸,零件510是輸出 齒輪;零件502、 505、 507和512是傳動(dòng)齒輪;零件508和511為過渡齒輪,通過過渡齒 輪和與它嚙合的齒輪的齒數(shù)變化,實(shí)現(xiàn)不同的速比,從而使子機(jī)構(gòu)501和506對不同大小 的負(fù)載產(chǎn)生傳動(dòng)和過載保護(hù)。因此,當(dāng)負(fù)載相對于動(dòng)力變化時(shí),動(dòng)力可以單獨(dú)從子機(jī)構(gòu) 501或506或同時(shí)從501和506輸出,構(gòu)成了本實(shí)用新型的全齒輪速度自適應(yīng)無級變速器。
實(shí)際上,根據(jù)實(shí)際需要,子機(jī)構(gòu)501和506可以同時(shí)運(yùn)用多個(gè),以將負(fù)載按大小細(xì)分, 有利于對輸入功率的利用率,從而提高本技術(shù)方案的機(jī)械效率。
值得指出的是,首先,實(shí)際使用時(shí)采用圖2所示的變形結(jié)構(gòu),可以使整個(gè)變速器結(jié)構(gòu) 緊湊;另外,我們所稱的圖3所示的齒輪式無級變速子機(jī)構(gòu)的過載保護(hù),是指輸入端正常 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),輸出端速度降低或停止,當(dāng)假設(shè)無級變速子機(jī)構(gòu)501使輸出齒輪510進(jìn)入相對高 速狀態(tài),會(huì)導(dǎo)致齒輪507相對超速,此時(shí)子機(jī)構(gòu)506表現(xiàn)為超越離合器的功能狀態(tài);最后, 齒輪機(jī)構(gòu)的倒擋和空擋設(shè)置太過簡單,本說明書不再述及。
經(jīng)過前后5年多的理論探討和3輪模型試驗(yàn)后,本設(shè)計(jì)人通過以上論述,對本實(shí)用 新型的目的、結(jié)構(gòu)和效果作了詳細(xì)說明,本技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到,上述圖例 僅僅是用來說明的,而不能作為對本實(shí)用新型的限制。因此,產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)可以在本實(shí)用新 型的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)進(jìn)行變型和參數(shù)調(diào)整,這些改變都將落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求書所 要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.全齒輪速度自適應(yīng)無級變速器,包括輸入軸與輸出軸,以及兩軸之間的齒輪機(jī)構(gòu),其特征在于,該齒輪機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)分別運(yùn)用周轉(zhuǎn)輪系的扭矩分配和扭矩合成功能而對接構(gòu)成的無級變速機(jī)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求1所述的全齒輪速度自適應(yīng)無級變速器,其特征在于,在無級變速機(jī)構(gòu)中的扭矩分配機(jī)構(gòu),動(dòng)力從行星齒輪保持架輸入,分配后從兩個(gè)中心輪 向扭矩合成機(jī)構(gòu)傳動(dòng);以及,在無級變速機(jī)構(gòu)中的扭矩合成機(jī)構(gòu),動(dòng)力從行星齒輪保持 架及一個(gè)中心輪輸入,由另一個(gè)中心輪輸出。
3. 如權(quán)利要求2所述的全齒輪速度自適應(yīng)無級變速器,其特征在于: 在無級變速機(jī)構(gòu)中的扭矩合成機(jī)構(gòu),兩路輸入扭矩的方向必須相反。
4. 如權(quán)利要求2所述的全齒輪速度自適應(yīng)無級變速器,其特征在于 這樣的無級變速機(jī)構(gòu)同時(shí)使用多個(gè)。
5. 如權(quán)利要求2所述的全齒輪速度自適應(yīng)無級變速器,其特征在于-這樣的無級變速機(jī)構(gòu)使用 一個(gè)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種全齒輪速度自適應(yīng)無級變速器。該全齒輪速度自適應(yīng)無級變速器包括輸入軸與輸出軸,以及兩軸之間的齒輪機(jī)構(gòu),該齒輪機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)分別運(yùn)用周轉(zhuǎn)輪系的扭矩分配和扭矩合成功能而對接構(gòu)成的無級變速機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型針對現(xiàn)有自動(dòng)變速器由變矩器、周轉(zhuǎn)輪系組及其離合器和制動(dòng)帶、液壓執(zhí)行系統(tǒng)、各種傳感器及微電腦控制系統(tǒng)組成的復(fù)雜性,創(chuàng)新了一種運(yùn)用周轉(zhuǎn)輪系簡化現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的全新技術(shù)方案,由恒功率作用實(shí)現(xiàn)了輸出動(dòng)力矩對當(dāng)前阻力矩自動(dòng)適應(yīng)從而達(dá)到輸出轉(zhuǎn)速自行最大化的無級變速器。本實(shí)用新型總地涉及一種由純齒輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成的機(jī)械無級變速器。本實(shí)用新型應(yīng)用廣泛,比如車輛、鉆床等。
文檔編號F16H3/74GK201434055SQ20092000547
公開日2010年3月31日 申請日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月18日
發(fā)明者孟良吉 申請人:孟良吉
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