專利名稱：機械式無級自動變速變矩器的制作方法
技術領域：
本發明屬于汽車技術領域。
現有的由液力變矩器、行星齒輪變速器、液壓自動換檔系統三部分組成的無級自動變速器，結構復雜，僅能在少數高級轎車上裝用;只在很少幾個傳動比才有高效率，其它傳動比工作時，變速器的傳動效率都有降低;由于這是一種由有級變速器變通過來的無級變速器，由于自動換檔系統的輸入信號來自節氣門的開度和車速，而不是車輪上阻力矩的直接反映，所以變速(換檔)時機不夠準確和及時，工作不是完全可靠。(見1981年7月機械工業出版社出版的由吉林工業大學汽車教研室編寫的《汽車設計》145頁“液力變矩器”、167頁“機械變速器”、173頁“液壓自動換檔系統”)。
本發明的目的是提供一種汽車變速傳動裝置，這種裝置系純機械傳動，傳動效率高而穩定;結構簡單，便于普及應用;具有標準等軸雙曲線牽引特性，使汽車達到無級自動變速;消除牽引力損失，使汽車獲得最佳的動力性和燃料經濟性。
本發明的目的是這樣實現的由行星機構與行星機構，差速機構與差速機構、行星機構與差速機構連接組合成一臺變速器，具體結構參見
圖1。
行星機構太陽輪1與發動機動力相連，行星架3與差速機構A的一個半軸齒輪相連，差速機構B的一個半軸齒輪固連著一個圓柱齒輪5與行星機構環齒輪2的外齒嚙合，差速機構A的另一個半軸齒輪固連一個圓柱齒輪4，差速機構B的另一個半軸齒輪固連一個圓柱齒輪6，兩圓柱齒輪作平面傳動，兩差速機構外殼有輪齒相嚙合，差速機構A的外殼及十字軸為這個變速器的動力輸出軸。
差速機構A將兩半軸齒輪具有的動力合成，又分成同速不同扭矩的兩部分動力，一部分由變速器輸出軸輸出，另一部分傳至差速機構B又被分解成扭矩相同、速度不相同的兩部分動力，第一部分經升速降扭后傳至行星機構環齒輪2與發動機動力合成為行星機構行星架3-差速機構A的一個半軸齒輪動力，第二部分經減速增扭構成差速機構A的另一個半軸齒輪動力。
變速器輸出軸通過傳動裝置與汽車車輪相連，當汽車行駛的阻力增大或減小時，汽車降速或升速，變速器輸出軸轉速降低或升高，差速機構A的兩半軸齒輪轉速降低或升高，由于連接行星機構行星架3的半軸齒輪轉速變化率總是大于另一個半軸齒輪轉速的變化率，又因為連接行星機構行星架的半軸齒輪上固有的扭矩小于另一個半軸齒輪上的固有扭矩，所以，當兩半軸齒輪降速或升速時，兩半軸齒輪功率之和與差速機構外殼及變速器輸出軸轉速的比值、即變速器輸出軸上的扭矩增大或減小，當變速器輸出軸上的扭矩與汽車總行駛阻力反映在傳動軸上的阻力矩相等時，汽車將保持勻速行駛。由于道路條件、汽車總行駛阻力時刻都在變化，所以，使用這種變速器的汽車勻速行駛只是相對一個傳動比范圍而言，而變速卻是時時刻刻的。
機械式無級自動變速變矩器有如下優點1、只有一個機械機構，結構簡單，可以普及應用于任何機動車輛和非機動車輛的無級自動變速傳動，也可用于工作負荷變化大及加速負荷大的機器與恒穩動力裝置之間的傳動。具有省力、節油、節材、提高工作效率的顯著效果。
2、用于汽車可達到無級自動變速，在加速踏板固定情況下，自動根據汽車行駛阻力的增大、降低車速，增大車輪的牽引力，根據汽車行駛阻力的減小，升高車速，減小車輪的牽引力，時刻變速調整，絕對保證變速器輸出功率恒等于發動機固定輸出功率與變速器傳動效率的乘積，從而使汽車獲得最佳的動力性和燃料經濟性;取消加減檔操作，減輕駕駛員勞動強度，利于安全，使人們更容易學習汽車駕駛。
3、純機械傳動，具有在各種變速傳動比條件下，傳動效率高的優點。
4、在輸入軸轉速恒定的情況下，輸出軸可以大于零的任何一個轉速旋轉傳遞扭矩。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的描述。
圖1是本發明結構示意圖。
圖2是本發明力學原理圖。
圖3是本發明無級自動變速特性圖。
圖4是本發明具有的標準等軸雙曲線牽引特性圖。
如圖1所示，各齒輪副的傳動比為行星機構參數a＝ (環齒輪2內齒數)/(太陽輪1齒數) ＝4
(環齒輪2外齒數)/(齒輪5齒數) ＝0.5(齒輪4齒數)/(齒輪6齒數) ＝1.5(差速機構A外殼齒數)/(差速機構B外殼齒數) ＝1根據行星機構特性方程式n1+an2-(a+1)n3＝0;差速機構齒輪轉速特性n3+n4＝2nA可得出本發明變速器的特性方程式或n1+7n3＝8nA或7n4-n1＝6nA或3n1+7n2＝10An1-太陽輪轉速。
n2-環齒輪轉速。
n3-行星架轉速。
n4-齒輪4轉速。
nA-差速機構A外殼轉速。
即在變速器輸入軸(發動機輸出軸)轉速恒定的條件下，變速器的輸出軸可以大于零的任何一個轉速恒穩轉動。
當－ (3n1)/7 <n2<+00時 0<nA<+00當 (－3n1)/7 <n2≤n1時 0<nA≤n1當n2＞n1時，變速器輸出軸相對輸入軸處于超速狀態。
當行星機構參數a＝1時，行星機構就變成了差速機構，即差速機構是行星機構的一種特殊形式。所以全部由行星機構或全部由差速機構連接組合，再配以簡單的齒輪傳動，都可以得到無級自動變速特性，達到本發明的目的。
下面說明的是本發明變速器用于汽車的工作情況1、起步(參見圖1、圖2)Me-發動機輸出扭矩。(N·M)發動機帶動太陽輪1以n1的轉速旋轉，具有Me的扭矩，行星架3會有與n1轉向相同的5Me的扭矩，但由于有反向阻力矩作用于連接行星架3的半軸齒輪，結果行星架3處于靜止狀態，此反向阻力矩在下文說明。這時環齒輪2以-n1/4的速度旋轉，齒輪5則以n1/8的速度順時針方向旋轉(從變速器前向后看。以下均同)，齒輪5具有8Me的扭矩，通過半軸齒輪作用于差速機構B的行星輪，將以16Me的扭矩驅動十字軸順時針轉動，或將以8Me的扭矩驅動連接齒輪6的半軸齒輪逆時針轉，但差速機構B的外殼，絕不可順時針轉，因為它要轉，差速機構A的外殼則逆時針同速轉，根據差速機構原理。
n3+n4＝2nA，不論n3＝2nA(n4＝0)或n4＝2nA(n3＝0)或n3+n4＝2nA(n3＞0，n4＞0)都將會形成如下動力傳遞路線
這種轉圈加速的情況是不存在的，而且n3+n4＝2nA(n3＜0，n4＞0)或(n3＞0，n4＜0)都會出現轉圈加速的動力傳遞路線。
結果，當齒輪5以n1/8的轉速順時針方向旋轉時，齒輪6則同速逆時針轉，以之相嚙合的齒輪4及固定連接的半軸齒輪則以n1/12的轉速順時針轉，齒輪4的12Me的扭矩將作用于差速機構A的行星齒輪，如果設nA＝0，即以7Me的扭矩(當差速機構A外殼靜止時，齒輪4有12Me的順時針方向的扭矩，那么行星機構行星架3將有12Me逆時針方向的扭矩，其中有5Me的扭矩用于平衡行星機構太陽輪1旋轉時作用在行星架3的順時針方向的扭矩。-前面文中提到過的)對行星架3逆時針加速，并對環齒輪2、齒輪5、齒輪6、齒輪4相應加速這些被加速的齒輪具有的總慣性力矩全部作用在行星架3上，方向順時針，只要超出作用在行星架3上的7Me的逆時針方向的扭矩，就可以與齒輪4上的12Me的順時針方向的扭矩平衡，使差速機構A的外殼及十字軸產生24Me的順時針方向的扭矩。設n3＝0，則此扭矩驅動兩差速機構外殼、汽車車輪、齒輪4、齒輪6相應加速，同時使汽車平動加速。所有這些作加速運動部件所具有的總慣性力矩全部作用在差速機構A外殼上，方向為逆時針。
變速器自動選擇對行星機構行星架3的加速度值和對差速機構A外殼的加速度值，當對行星架3的加速度越大時，對差速機構A外殼的加速度就越小，既當反映在行星架3上的總慣性力矩越大時，反映在差速機構A外殼上的總慣性力矩越小;因為慣性力矩的大小與加速度的大小成正比。當反映在差速機構A外殼上的總慣性力矩相對小于反映的行星架3上的總慣性力矩時，汽車加速行駛。
2、自動變速變矩當變速器輸出軸扭矩等于汽車總行駛阻力反映在傳動軸上的扭矩相等時，汽車勻速行駛，當總行駛阻力增大，汽車降速以至變速器輸出軸降速，根據n1+7n3＝8nA7n4-n1＝6nA有n3= 8/7 n＾- (n1)/7 n1= 6/7 n＾+ (n1)/7這是兩個一次函數，它們的圖象見圖設△nA＝nA新-nA舊△nA-差速機構A的外殼的轉速改變量。
nA新-nA改變后的值。
nA舊-nA改變前的值。
同理，△n4= 6/7 △nA即當變速器輸出軸降速有一個△nA的改變量時，行星架3必然降速有一個 8/7 △nA的改變量，齒輪4必然降速有一個 6/7 △nA的改變量，兩者轉速改變量之和正好等于兩倍的輸出軸轉速改變量，這是符合差速機構運轉方程的，從圖上可以看出，當nA越小時，n3與n4的差值越大，大扭矩齒輪4動力在兩半軸齒輪合成動力中所占的比重越大，又由于nA始終等于兩半軸齒輪轉速合的 1/2 ，所以差速機構A外殼及變速器輸出軸上的扭矩增大，當增大后的扭矩重新等于汽車總行駛阻力反映在傳動軸上的扭矩時，汽車又將勻速(比原來車速低)行駛。
同樣，當汽車行駛阻力減小，變速器原輸出扭矩將對汽車加速，變速器輸出軸及差速機構A外殼加速，行星架3、齒輪4都升速，由于轉速增加量大的行星架具有的據矩小，而扭矩大的齒輪l轉速增量小，結果小扭矩動力在兩半軸齒輪合成的動力中占的比重加大，使得差速機構A外殼及輸出軸上的扭矩減小，車速增大，滾動阻力、空氣阻力增大，即汽車行駛阻力又有上升，當變速器輸出軸上減小后的扭矩重新等于汽車總行駛阻力反映在傳動軸上的扭矩時，汽車重新保持勻速(比先前車速高)前進。
3、發動機的升速與降速Ft＝ (n5×5Me+n4×12Me)/(nA) -16Me)× (ioη)/(r)Ft-車輪上的牽引力。(N)η-變速器及底盤傳動效率。
i0-主減速器傳動化。
r-汽車車輪半徑。(m)∵n3= (8nA-n1)/7 n4= (6nA+n1)/7設i0＝6 η＝0.9 r＝0.48(m)Ft＝ (11.25n1Me)/(nA)分別將變速器輸出軸的轉速值代入n1＝3000轉/分時的(上)式及n1＝1500轉/分時的(上)式再將變速器輸出軸的轉速值代入下式Va= (nA)/(io) × (60×2πr)/1000Va-車速。(公里/小時)將變速器輸出軸的l轉速換算出汽車的車速。
則畫示它們的圖象如附圖4所示，如果保持汽車行駛速度不變，即保持nA值不變，當發動機轉速由1500轉/分升至3000轉/分時，汽車的牽引力將增大一倍，如果保持汽車行駛阻力不變(不計車速增加而引起的空氣阻力和其它阻力的增加)即保持汽車的牽引力不變，則汽車行駛速度加快一倍。
同理，當發動機降速時，如果保持汽車行駛速度不變，則車輪上的牽引力降低(一般指汽車由平路轉下坡的工況)。如果汽車行駛阻力沒變，也就是保持汽車的牽引力不變，則汽車降速(一般指平路中的行車降速)。
權利要求
1.一種變速器，其特征在于由行星機構與行星機構、行星機構與差速機構、差速機構與差速機構連接組合而成。
2.根據權利要求1所述的變速器，其特征在于行星機構太陽輪(1)與發動機動力相連，行星架(3)與差速機構(A)的一個半軸齒輪相連，差速機構(B)的一個半軸齒輪固連一個圓柱齒輪與行星機構環齒輪(2)的外齒嚙合，差速機構(A)的另一個半軸齒輪固連一個圓柱齒輪，差速機構(B)的另一個半軸齒輪固連一個圓柱齒輪，這兩個圓柱齒輪作平面傳動，兩個差速機構外殼有輪齒相嚙合，差速機構(A)外殼及十字軸為輸出軸。
3.根據權利要求2所述的變速器，其特征在于變速器輸入軸轉速恒定的條件下，變速器的輸出軸可以大于零的任何一個轉速恒穩轉動和傳遞扭矩。
4.根據權利要求2所述的變速器，其特征在于差速機構(A)將兩半軸齒輪具有的動力合成，又分成同速不同扭矩的兩部分動力，一部分由變速器輸出軸輸出，另一部分傳至差速機構(B)又被分解成扭矩相同，轉速不相同的兩部分動力，第一部分經升速降扭后傳至行星機構環齒輪(2)與發動機動力合成為行星機構行星架(3)-差速機構(A)的一個半軸齒輪動力，第二部分經減速增扭構成差速機構(A)的另一個半軸齒輪動力。
5.根據權利要求2或3或4所述的變速器，其特征在于把汽車輪上的阻力矩作為控制變速的信號，當車輪上的阻力矩增大或減小時，變速器輸出軸轉速降低或升高，差速機構(A)兩半軸齒輪轉速降低或升高，由于連接行星機構行星架(3)的半軸齒輪轉速變化率總是大于差速機構(A)另一個半軸齒輪轉速的變化率，又因為連接行星機構行星架(3)的半軸齒輪上固有的扭矩小于差速機構(A)另一個半軸齒輪上的固有扭矩，所以，當兩半軸齒輪降速或升速時，兩半軸齒輪功率之和與差速機構外殼及變速器輸出軸轉速的比值、即變速器輸出軸上的扭矩將增大或減小，當變速器輸出軸上的扭矩與汽車總行駛阻力反映在傳動軸上的阻力矩相等時，汽車將保持勻速行駛，由于道路條件、汽車總行駛阻力時刻在變化，所以，變速器時刻都在變速。
全文摘要
機械式無級自動變速變矩器屬于汽車技術領域，用于機動車實現標準等軸雙曲線牽引特性，由一個行星機構、兩個差速機構、兩個單級齒輪變速裝置連接組合而成。結構簡單、傳動效率高而穩定，可以普及應用于任何機動車輛和非機動車輛的動力傳遞，也可以用于工作負荷變化大及加速負荷大的機器與恒穩動力裝置之間的傳動。
文檔編號F16H37/08GK1109151SQ94102858
公開日1995年9月27日 申請日期1994年3月25日 優先權日1994年3月25日
發明者吳秋明 申請人:吳秋明