力矩比較式自動變速器的制作方法

專利名稱：力矩比較式自動變速器的制作方法
技術領域：
本發明涉及變速器，特別涉及一種力矩比較式自動變速器。
任何機械設備或車輛，當起動或起步時需要施加較大的力矩，隨著轉速或車速的逐步提高，所需力矩也相應地逐步減小，起動與正常運行時的力矩比值，由機械設備活動部件的轉動慣量與額定轉速，或車輛的重量與車速所決定。其力矩與轉速的變化，在一定范圍內是按恒功率傳動的規律轉換的。
而驅動機械設備的電動機或汽車上的內燃機，基本上都屬于恒扭矩類型的，這就與機械設備或車輛的傳動特性相矛盾。為此，機械設計者不得不按機械設備起動時所需力矩配置電動機，但一經起動，電動機負荷很小，功率因數很低，造成能源浪費。在汽車上，人們采用恒功率傳動的齒輪變速箱來適應該汽車行駛時不斷變化的力矩，一般都通過手動排檔來調節，變速時全憑司機的經驗，對司機的技能要求很高。
現有技術中已出現能根據負載力矩變化而調整傳動比的自動變速器。其過程是通過傳感器測出負載的力矩，再由電腦計算出需要的傳動比，然后通過液壓、氣動或電動驅動變速器自動調整傳動比。因此，這種自動變速器涉及電子，伺服系統及機械等學科，原理、結構均很復雜，不易普及推廣。
本發明的目的是提供一種結構簡單，能根據負載所需力矩變化自動改變傳動比的力矩比較式自動變速器。
本發明的目的是通過如下技術方案實現的。
一種力矩比較式自動變速器，包括一NGW型或NW型差動齒輪機構，其中所述的差動齒輪機構的各行星輪的輪軸端部各固定有一曲柄，各曲柄的端部分別固定有一偏心軸，其上安裝有彈性部件，還包括一安裝在所述差動齒輪機構的內齒輪上的阻止該內齒輪沿與所述差動齒輪機構的太陽輪的轉向相反的轉向旋轉的超越離合器，其中，所述的太陽輪的軸為輸入軸，所述差動齒輪機構的行星架的軸為輸出軸。
本發明的變速器，其輸入軸和輸出軸的轉向必須一致，上述變速器的結構已確保了這一要求。
設動力由太陽輪輸入，輸出則有兩種可能，即行星架和內齒輪均可輸出。如果由行星架輸出，則其轉向與太陽輪轉向一致，符合要求。但此時必須阻止內齒輪反轉，故在其上設有超越離合器。如果由內齒輪輸出，其轉向與太陽輪相反，不符合要求，應予阻止，故超越離合器還具有此功能。
本發明的變速器其自動變速過程如下電動機(或內燃機)從太陽輪輸入的動力，通過行星輪傳遞給行星架輸出給負載。而變化的負載力矩也通過行星輪傳遞給力矩不變的電動機(或內燃機)。由于行星輪輪軸上通過曲柄、偏心軸安裝有彈性部件，電動機欲驅動該行星輪，就必須具有拉伸或壓縮該彈性部件所需的力矩，因此，可給定該彈性部件的彈力，使之與電動機額定力矩作用在曲柄、偏心軸上的力平衡，這樣，拉伸或壓縮該彈性部件所需的力矩便成為電動機的額定力矩能否驅動負載的門檻力矩。電動機工作時，該門檻力矩與負載力矩進行比較，如負載力矩大于該門檻力矩，例如起動時，說明電動機過載了，這時，電動機便會克服該彈性部件的門檻力矩而驅動行星輪，使變速器開始工作，進行減速傳動，由行星架輸出較大的力矩，從而驅動負載。這時，內齒輪具有反向旋轉的傾向，由于安裝了超越離合器，故能阻止其反轉，從而確保行星架減速旋轉;如果負載力矩小于該門檻力矩，例如正常運轉時，電動機未及克服該門檻力矩就直接通過太陽輪、行星輪帶著內齒輪一并正向旋轉，行星架與太陽輪同步轉動，變速器不工作，以1∶1的速比驅動負載。
由此可見，該門檻力矩始終在與負載力矩進行比較，而自動進行變速，故稱本發明的變速器為力矩比較式自動變速器。其優點在于，無需將電動機(或內燃機)功率選擇得大于負載起動力矩，而只需與負載正常運轉時的力矩相等或略大即可，從而有利于節約能源;變速器能自動變速，根據負載力矩變化而自動調整輸出力矩，實現了機械自動變速，尤其適合于汽車自動變速;而且，結構也十分簡單，效果可靠。
需要指出的是，彈性部件不僅提供了比較力矩的門檻力矩，還具有儲能作用，曲柄每回轉一次，它便完成儲存和釋放勢能各一次。在釋放勢能的過程中，對負載賦于加速度力矩，使負載機械逐步升速。在變速器從減速傳動向不減速傳動的升速過程中，開始時，超越離合器開合頻繁，隨著轉速提高，開合頻率逐步下降，直到停在脫開位置上。這樣，變速器在未達到1∶1速比以前，其輸出的力矩具有脈動性。但本發明主要是適用于起動轉動慣量大的機械或車輛，機械本身尤如一巨大的飛輪，能儲存吸收脈動的力矩，使之成為穩定的力矩。
根據本發明的總的構思，還有一種技術方案是一種力矩比較式自動變速器，包括一WW型差動齒輪機構，其中，所述的差動齒輪機構的各行星輪的輪軸端部各固定有一曲柄，各曲柄的端部分別固定有一偏心軸，其上裝有彈性部件，還包括一安裝在所述差動齒輪機構的行星架上的阻止該行星架沿與所述的差動齒輪機構的一太陽輪的轉向相反的轉向旋轉的超越離合器，其中，該太陽輪的軸為輸入軸，所述差動齒輪機構的另一太陽輪的軸為輸出軸。
這種自動變速器的工作原理與前一種的完全相同，所不同的是由于采用了WW型差動齒輪機構，故為確保輸入軸與軸出軸的轉向一致，這兩根軸分別是WW型差動齒輪機構的兩個太陽輪的軸。另外，為阻止行星架在變速器減速輸出時反向旋轉，故其上設有超越離合器。
上述兩種自動變速器中，彈性部件可以是與行星輪數量相等的拉伸或壓縮彈簧，或如果功率較大時可以是與行星輪數量相等的配套的汽缸和活塞，每一彈簧或汽缸和活塞的一端與一行星輪輪軸上的曲柄端部的偏心軸相鉸接，另一端可與相鄰的一行星輪輪軸上的曲柄端部的偏心軸相鉸接或與可旋轉地套設在輸入或輸出軸上的一軸套相固定，或也可通過一銷軸鉸接在行星架的端面上。此外彈性部件也可以是一環形拉伸彈簧或環形橡皮條，同時，在各偏心軸上套設有滑輪，該環形彈簧或環形橡皮條張緊套箍在各滑輪上。
所采用的超越離合器，可以是常用的各類超越離合器，例如滾柱式或楔塊式超越離合器。本發明結合自動變速器的特定條件，提供了一種由慣性環等構成的超越離合器，這種超越離合器在運行過程中沒有摩擦損耗，且摩擦部位磨損后，能自動補償其磨損部分。
另外，差動齒輪機構中行星輪的數量的確定除了需考慮行星輪的材料強度以外，還需考慮彈性部件作用在偏心軸上的門檻力矩與電動機輸入的額定力矩是否平衡，如果產生的門檻力矩不足，可增加彈性部件的數量來滿足，這樣須相應地增加行星輪的數量，以分散受力且提高傳動功率。根據門檻力矩，傳動比，傳動功率及齒輪材料強度，行星輪可選用三至九個。
下面結合附圖，詳細說明本發明的最佳實施例，以進一步說明本發明的其他優點。其中，

圖1是本發明的一種力矩比較式自動變速器的結構簡化示意圖;
圖2和3是分別表示以不同方式設置彈性部件的結構簡化示意圖;
圖4表示了具有另一種彈性部件的自動變速器的結構簡化示意圖;
圖5是本發明的另一種力矩比較式自動變速器的結構簡化示意圖。
參見圖1，本發明的一種力矩比較式自動變速器包括一NGW型差動齒輪機構，其中在各行星輪1的輪軸端部各固定有一曲柄2。各曲柄2的端部設有偏心軸3，各偏心軸3分別與一彈性部件4，例如拉伸彈簧或壓縮彈簧的一端相鉸接，該彈簧4的另一端與可旋轉地套裝在該差動齒輪機構的太陽輪5的軸501上的一軸套401相固定。或者，彈簧4的另一端也可以通過一銷軸鉸接在行星架9的端面902上(圖中未示)。如果曲柄2固定在行星輪1的輪軸的另一端，則彈簧4就安裝在行星架9的另一側，彈簧4的另一端就可與可旋轉地套裝在行星架9的軸901上的一軸套相固定或通過一銷軸鉸接在行星架9的另一端面上(圖中未示)。本實施例中，太陽輪5和行星架9的軸501和901分別是變速器的輸入和輸出軸。兩者的轉向必須相同，設為正向旋轉。為了阻止內齒輪6反轉，其上須設有阻止該內齒輪6反轉的超越離合器。本實施例中，該超越離合器可采用如下結構，即，在內齒輪6的外周面上設置一左旋外螺紋601和一右旋外螺紋602，同時在該左、右螺紋601、602上相應地各安裝一帶有左旋內螺紋的慣性環7和一帶有右旋內螺紋慣性環7′，兩慣性環的外端面701，701′呈平面狀，作為摩擦面。相應地，分別在該兩慣性環的外端面的左、右方各設有一與機殼8相固定的靜摩擦片801，801′。同時，兩慣性環7、7′之間設有使兩者周向同步的銷釘702，該銷釘的一端與一個慣性環，例如左側慣性環7的內端面相固定，其另一端可軸向活動地伸入另一慣性環，例如右側慣性環7′的內端面上的一孔702′之內。
變速器起動時，負載力矩較大，太陽輪5正向旋轉，首先克服彈簧4的張力而驅動行星輪旋轉，從而帶動行星架9也正向減速旋轉，其軸901就能輸出較大的力矩。此時，內齒輪6會發生反向旋轉，而慣性環7、7′因慣性作用不發生旋轉，也就是相對于內齒輪6作正向旋轉，這樣，慣性環7、7′就因與內齒輪6螺紋連接而分別沿軸向向外移動，其外端面701、701′很快便分別抵住靜摩擦片801、801′，因摩擦力增大，從而通過慣性環7、7′阻止內齒輪6反向旋轉。當負載起動后，負載力矩逐漸減小，當小于門檻力矩時，行星輪1不發生旋轉，太陽輪5通過行星輪1直接帶動內齒輪6一并正向旋轉動，此時整個變速器輪系作同步運轉，相當于變速器不工作，速比為1∶1，等于電動機直接驅動負載。這時，慣性環7、7′相對于內齒輪6反向旋轉，便會沿軸向向內位移，脫離靜摩擦片801、801′而隨著內齒輪6一起轉動。由此可見，由慣性環7、7′和靜摩擦片801、801′等構成的超越離合器具有阻止內齒輪6反向旋轉的作用，而當內齒輪6正向旋轉時，慣性環7、7′與靜摩擦片801、801′不接觸，故也就無摩擦損耗。另外，由于慣性環7、7′的外端面701、701′與靜摩擦片801、801′經常摩擦會引起磨損，這樣會造成慣性環7、7′與靜摩擦片801、801′無法及時接觸，也即會降低超越離合器的工作靈敏度，所以，最好能調節兩慣性環7、7′與靜摩擦片801、801′的相對距離，以便其工作時能及時與靜摩擦片801、801′相接觸。為此，可以在一慣性環，例如左側慣性環7的內端面上設一螺孔，將一調節螺釘703的一端安裝在該螺孔中，其另一端露出于該螺孔，從而使兩慣性環7、7′隔開，調節該螺釘703，便可調節兩慣性環與靜摩擦片801、801′的相對距離，補償其外端面701、701′的磨損，保障超越離合器的工作靈敏度。
圖2表示了采用拉伸彈簧4作為彈性部件的情形，其中，行星輪1和彈簧4的數量均為3個，每個彈簧4的兩端分別與兩個相鄰的偏心軸3相較接。構成等邊三角形，太陽輪的軸501可從中伸出。當然，也可采用四或五個行星輪1及彈簧4，構成正方形或正五邊形。
圖3表示了采用一環形拉伸彈簧4作為彈性部件，同時，在各偏心軸3上套設一中間帶凹槽的滾輪301，該環形拉伸彈簧4張緊套箍在各滾輪301上。對于功率較小的情形，環形拉伸彈簧4也可改為環形橡皮條。
參見圖4，如果變速器功率較大，彈性部件可由數量與行星輪數量相等的數套相配套的汽缸和活塞構成，汽缸內充有空氣或惰性氣體。圖4中，活塞12的端部與偏心軸相鉸接，其相應的汽缸11的端部與可旋轉地套設在太陽輪5的軸501上的一軸套13相固定;或通過一銷釘與行星架端面相鉸接(圖中未示)。當然，也可將汽缸和活塞的端部反過來安裝。
或者，也可將每套汽缸和活塞11、12的兩端分別與兩個相鄰的偏心軸3相鉸接(圖中未示)。
上述實施例的結構完全可應用于NW型差動齒輪機構，從而構成另一種力矩比較式自動變速器。本領域的技術人員完全可以想象出具體的結構形式，不再贅述。
參見圖5，本實用新型的又一種力矩比較式自動變速器，包括一WW型差動齒輪機構，其中，一個太陽輪50的軸511為輸入軸，另一太陽輪60的軸611為輸出軸。另外，在行星架90上設有阻止其反向轉動的超越離合器70，例如，在行星架90上固定一制動環911，該制動環的外周面上設有左、右外螺紋，其上分別相應地安裝分別帶有左、右內螺紋的兩慣性環70、70′，相應地，分別在慣性環70、70′左、右方各設有一與外殼80固定的靜摩擦片811、811′。另外，兩慣性環70、70′間也設有使兩者周向同步的銷釘及調節螺釘(結構如前述實施例，圖中未示)。行星輪10的輪軸上固定有曲柄20，曲柄20的端部也固定有一偏心軸30。偏心軸30上安裝有彈性部件40。本實施例中，彈性部件40為數量與行星輪10相等的拉伸或壓縮彈簧40，每一彈簧40的一端與一偏心軸30鉸接，另一端與一可旋轉地套裝在輸出軸611上的一軸套401相固定。與前述實施例相類似，彈性部件40也可以是由數量與行星輪10的相等的成套的汽缸和活塞構成或由環狀彈簧或橡皮條構成，可根據變速器的功率大小選用。安裝結構也與前述實施例的相類似，只是限于結構，如采用數量相等的拉伸或壓縮彈簧或汽缸和活塞，其一端與偏心軸30鉸接，其另一端不可采用以銷軸與行星架10的端面相鉸接的結構形式。這種變速器的工作原理與前述的完全相仿，不再贅述。
權利要求
1.一種力矩比較式自動變速器，包括一NGW型或NW型差動齒輪機構，其特征在于，所述的差動齒輪機構的各行星輪的輪軸端部各固定有一曲柄，各曲柄的端部分別固定有一偏心軸，其上安裝有彈性部件，還包括一安裝在所述差動齒輪機構的內齒輪上的阻止該內齒輪沿與所述差動齒輪機構的太陽輪的轉向相反的轉向旋轉的超越離合器，其中，所述的太陽輪的軸為輸入軸，所述差動齒輪機構的行星架的軸為輸出軸。
2.一種力矩比較式自動變速器，包括一WW型差動齒輪機構，其特征在于，所述的差動齒輪機構的各行星輪的輪軸端部各固定有一曲柄，各曲柄的端部分別固定有一偏心軸，其上安裝有彈性部件，還包括一安裝在所述差動齒輪機構的行星架上的阻止該行星架沿與所述的差動齒輪機構的一太陽輪的轉向相反的轉向旋轉的超越離合器，其中，該太陽輪的軸為輸入軸，所述差動齒輪機構的另一太陽輪的軸為輸出軸。
3.如權利要求1或2所述的變速器，其特征在于，所述的彈性部件包括數量與行星輪數量相等的拉伸或壓縮彈簧，每個彈簧的兩端分別與兩個相鄰的所述的偏心軸相鉸接。
4.如權利要求1或2所述的變速器，其特征在于，所述的彈性部件包括數量與行星輪數量相等的拉伸或壓縮彈簧，每個彈簧的一端與一個所述的偏心軸相鉸接，其另一端與可旋轉地套設在所述的輸入或輸出軸上的一軸套相固定。
5.如權利要求1或2所述的變速器，其特征在于，所述的彈性部件為一環形拉伸彈簧或環形橡皮條，各所述的偏心軸上套設有一滾輪，所述的環形拉伸彈簧或環形橡皮條張緊套箍在各滾輪上。
6.如權利要求1或2所述的變速器，其特征在于，所述的彈性部件包括數量與行星輪數量相等的相配套的汽缸和活塞，汽缸內充有空氣或惰性氣體，每套汽缸和活塞的兩端分別與兩個相鄰的所述的偏心輪相鉸接。
7.如權利要求1或2所述的變速器，其特征在于，所述的彈性部件包括數量與行星輪數量相等的相配套的汽缸和活塞，汽缸內充有空氣或惰性氣體，每套汽缸和活塞的一端與一個所述的偏心軸相鉸接，其另一端與可旋轉地套設在所述的輸入或輸出軸上的一軸套相固定。
8.如權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述的彈性部件包括數量與行星輪數量相等的拉伸或壓縮彈簧或相配套的汽缸和活塞，每個彈簧或每套汽缸和活塞的一端與一所述偏心軸相鉸接，其另一端通過一銷軸與行星架的一端面相鉸接。
9.如權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述的超越離合器包括在所述的內齒輪的外周面上設有一左旋外螺紋和一右旋外螺紋，且在內齒輪的左、右旋螺紋上各相應地安裝有一帶有左旋內螺紋的慣性環，和一帶有右旋內螺紋的慣性環，兩慣性環的外端面成平面狀，作為摩擦面，相應地，分別在該兩慣性環的外端面的左、右方各設有一與機殼相固定的靜摩擦片;兩慣性環之間設有使兩者周向同步的銷釘，該銷釘的一端與一個慣性環的內端面相固定，其另一端可軸向活動地伸入另一慣性環的內端面上的一孔;另外，在一慣性環的內端面上設有一螺孔，一調節螺釘的一端安裝在該螺孔中，其另一端露出于該螺孔，使兩慣性環互相隔開。
10.如權利要求2所述的變速器，其特征在于，所述的超越離合器包括一固定在行星架上的制動環，在該制動環的外周面上設有一左旋外螺紋和一右旋外螺紋，且在該制動環的左、右旋螺紋上各相應地安裝有一帶有左旋內螺紋的慣性環，和一帶有右旋內螺紋的慣性環，兩慣性環的外端面成平面狀，作為摩擦面，相應地，分別在該兩慣性環的外端面的左、右方各設有一與機殼相固定的靜摩擦片;兩慣性環之間設有使兩者周向同步的銷釘，該銷釘的一端與一個慣性環的內端面相固定，其另一端可軸向活動地伸入另一慣性環的內端面上的一孔;另外，在一慣性環的內端面上設有一螺孔，一調節螺釘的一端安裝在該螺孔中，其另一端露出于該螺孔，使兩慣性環互相隔開。
全文摘要
一種力矩比較式自動變速器，包括一差動齒輪機構(例如NGW型或WW型)，在各行星輪的輪軸端部各固定有一曲柄，各曲柄端部分別固定有一偏心輪，其上安裝有一彈性部件，還包括一安裝在內齒輪上(例如NGW型)或行星架上(例WW型)的阻止其反轉的超越離合器。這種自動變速器能根據負載力矩變化而自動調整傳動比，輸出不同的力矩。適用于轉動慣量大的設備，可成倍提高電動機或內燃機的起動力矩，也可以用作汽車的自動變速傳動。
文檔編號F16H37/00GK1070996SQ9211009
公開日1993年4月14日 申請日期1992年8月26日 優先權日1992年8月26日
發明者程雪塵 申請人:程雪塵