正壓力自適應的行星環錐齒輪功率分流式無級變速器制造技術

本實用新型專利技術提供一種正壓力自適應行星環錐齒輪功率分流式無級變速器，結構包括行星環錐齒輪系、差動輪系及液壓系統；行星環錐齒輪輪系結構包括：行星環錐齒輪、調速環、行星環錐圓錐面、主動中心錐齒輪及從動中心錐齒輪；差動輪系包括：輸出中心輪、行星架、同步行星齒輪、行星輪、同步內嚙合齒輪、同步圓柱齒輪、定軸齒輪、中心內圓柱齒輪、圓柱齒輪；液壓控制系統為功率輸出軸、扭矩傳感器、液壓缸、位移傳感器（壓力傳感器）、控制系統、驅動電路、電動機、液壓泵、伺服放大器及電液伺服閥。本實用新型專利技術選擇完全功率分流傳動，最后在行星輪處合成輸出，有效改善了現有技術中無法提供恒定正壓力的問題。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于無級變速器領域，尤其涉及一種正壓力自適應的行星環錐齒輪式功率分流無級變速器。
技術介紹
無級變速器按傳動方式可分為：電力傳動、機械傳動、液壓傳動。電力傳動包括三類：電磁滑動式、直流電動機式和交流電動機式；電力傳動存在滑動率大、效率低、不適合長期高負載運轉、而且設備復雜，成本高，機械特性在降速段呈現恒扭矩特性，運轉不夠平穩等缺點。機械傳動具有轉速穩定，滑動率小，工作可靠，具有恒功率特性，傳動效率較高，且結構簡單，維修方便，價格相對便宜；但其承載能力較低，故一般適合于中、小功率傳動。液壓傳動具有如下優點：傳動簡化，安裝位置自由度多，便于機械總體布置，能容量大，慣量小，操作簡單省力，輸出特性為恒扭矩；但也具有滑動率較大，零件精度要求高，運轉時容易發生漏油等缺點。機械傳動無級變速器主要是靠摩擦力提供動力，而其摩擦力的大小由正壓力決定，目前均采用機械結構提供恒定的正壓力，可是正壓力太大會造成不必要的能量損耗且縮短無級變速器的使用壽命；正壓力太小則滑動率增大，輸出動力不足。因此設計一種能提供正壓力自適應的機械無級變速器尤其重要。行星環錐式無級變速器具有傳動平穩，起動性良好，在滿負荷下可穩步從零起動，適應變工況工作，壽命長，變速范圍廣等優點，然而行星環錐存在三點接觸支撐，多個摩擦傳動使得傳動效率很低。因此從減少摩擦接觸面和功率分流兩個方面有進一步提升行星環錐式無級變速器性能的空間。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題是：目前所使用的機械傳動無機變速器，主要依靠摩擦力提供動力，而摩擦力的大小又決定于正壓力；目前均采用機械機構提供恒定的正壓力，而實際操作中很難提供恰當的正壓力，正壓力過大會造成不必要的能量損耗，且會縮短無級變速器的使用壽命，而正壓力過小又會造成滑動率增大而使得輸出動力不足。針對以上問題，本技術所采取的技術方案是：提供過一種正壓力自適應行星環錐齒輪功率分流式無級變速器，其結構是采用行星環錐齒輪輪系、差動輪系組合與液壓控制系統。所述行星環錐齒輪輪系結構包括：行星環錐小齒輪、行星環錐大齒輪、調速環、行星環錐圓錐面、主動中心錐齒輪及從動中心錐齒輪；差動輪系組合結構包括：輸出中心輪、行星架、同步行星齒輪、行星輪、同步內嚙合齒輪、同步圓柱齒輪、定軸齒輪、中心內圓柱齒輪、圓柱齒輪；其相應的傳動路線是功率從軸輸入，大部分功率直接傳遞到行星架，小部分傳遞到主動中心錐齒輪，而主動中心錐齒輪與輸入軸沒有相對轉動，主動中心錐齒輪直接與行星環錐小齒輪嚙合，然后，通過調速環與行星環錐圓錐面的摩擦力傳遞到行星環錐大齒輪，再與從動中心錐齒輪嚙合將動力傳遞給差動輪系；差動輪系中，功率從動中心錐齒輪輸出到圓柱齒輪，可以直接通過同步齒輪與中心內圓柱齒輪嚙合，到同步內嚙合齒輪，該齒輪與行星輪嚙合，與行星架合成輸出。再經過行星輪，中心內齒輪，由輸出軸輸出。其傳動比公式為：（1）其中，所有的表示齒數，其下標表示對應的齒輪；—行星環錐齒輪1自轉半徑，——行星環錐齒輪1公轉半徑。其中——表示齒輪28的傳動比（2）——表示齒輪28和齒輪5的傳動比（3）為了避免傳輸過程匯總功率回流，可在圓柱齒輪與中心內圓柱齒輪之間接入一個定軸齒輪；在行星齒輪上固連一個同步行星齒輪，然后，將同步行星齒輪與輸出中心輪嚙合，完成功率分流與無級變速傳動。所述行星環錐齒輪上的圓環體，與其對應的小支撐環和大支撐環接觸，只起支撐作用；小支撐環和大支撐環均空套在輸入軸上；或者可以將小支撐環與主動中心錐齒輪以及大支撐環與從動中心錐齒輪滑動連接；也可以將小支撐環和大支撐環改為圓環體，同時將圓環體改為內圓環體，總之，支撐環只起支撐作用，無論采用哪一種結構都能實現其功能。液壓控制系統，功率輸出軸、扭矩傳感器、液壓缸、位移傳感器（壓力傳感器）、控制系統、驅動電路、電動機、液壓泵、伺服放大器、電液伺服閥；其中，將輸出軸的扭矩通過扭矩傳感器，以及液壓缸中的壓力傳感器，分別將其扭矩信號和壓力信號傳輸至控制系統，通過控制系統處理后，相應的信號經過驅動電路，傳遞給電動機來控制液壓泵的輸出流量，經過伺服放大器傳遞給電液伺服閥來控制液壓油的方向。進而控制液壓缸的卸壓和加壓（壓力取決于負載），壓力再通過加壓盤最終實現對正壓力的自適應控制。在液壓系統中，溢流閥中具有保壓泄流的作用。對于液壓缸，其速度與流量的關系式是或者；式中：——活塞的有效作用面積。因為液壓缸無桿腔的有效作用面積為，而有桿腔的有效作用面積為；式中—缸體內孔直徑（厘米）；—活塞桿直徑（厘米）。液壓缸的作用力是由工作液體的壓力作用在液壓缸有效作用面積上所產生的，用來克服負載，實現工作機構的往復移動。當壓力油輸入無桿腔時，作用力為：（4）而當壓力油輸入有桿腔之時，作用力為：（5）式中—液壓缸進油壓力；—回油背壓。調速時，改變調速環和行星環錐齒輪自轉半徑，達到了無級變速的目的。不論在調速還是運轉時，調速環都不轉動。對于環錐齒輪，由環錐大齒輪、環錐小齒輪和調速錐面結合傳遞動力。環錐齒輪沒有保持架，處于浮動狀態，由于傳遞動力的三部分中，只有一部分是摩擦面，因此環錐齒輪浮動非常小，但是由于工作狀態下，特別是調速過程中，環錐齒輪存在傾翻力矩，使得其有一定的浮動量，從而降低傳動效率，縮短環錐齒輪的壽命；為了改善此缺點，在環錐大齒輪和調速錐面之間設計一個圓環體，同時與其對應的小支撐環和大支撐環，這樣可以平衡在調速過程中產生的傾翻力矩，不僅可以改善環錐大齒輪和環錐小齒輪的傳動特性，而且可以提高調速環和調速錐面的壽命，減小滑動量，提高傳遞效率。P代表行星環錐齒輪式無級變速器，X代表2K-H正號差動輪系。A、B分別為輸入、輸出端；a、b、e為行星環錐齒輪式無級變速器的三個伸出端；g、d、h為2K-H正號差動輪系的三個伸出端?？傂蕿椋海?）其中，所有上標表示相對于它，比如表示動力從g傳遞到h相對于與d的傳動效率。本技術的有益效果是：在設計差動輪系時，選擇完全功率分流傳動，特點是輸入功率大部分直接傳遞到行星架，而小部分功率經過環錐齒輪式無級變速器傳遞到內嚙合中心輪，最后在行星輪處合成輸出；有效改善了現有技術中無法提供恒定正壓力的問題，也避免了由摩擦帶來的正壓力損失，且保證了裝置的使用壽命；同時通過輔助結構有效避免了功率傳遞過程中的回流問題。附圖說明圖1是本技術的傳動機構示意圖；圖2是環錐齒輪的結構示意圖；圖3是功率分流無級變速器簡化模型圖；圖4是液壓系統傳動示意圖；圖5是液壓缸布置圖；圖中：1、行星環錐齒輪；2、調速環；3、行星環錐圓錐面；4、小支撐環；5、主動中心錐齒輪；6、行星環錐齒輪保持架；7、輸入軸；8、壓盤；9、液壓缸；10、單向閥；11、電動機；12，液壓泵；13、溢流閥；14、油箱；15、電液伺服閥；16、輸出中心輪；17、輸出軸；18、行星架；19、同步行星齒輪；20、行星輪；21、同步內嚙合齒輪；22、中心內嚙合齒輪保持架；23、同步圓柱齒輪；24、定軸齒輪；25、中心內嚙合齒輪；26、回轉支架；27、位移傳感器；28、從動中心錐齒輪；29、行星環錐小齒輪；30、大支撐環；31、圓環體；32、行星環錐大齒輪；33、行星環錐齒輪支持圓柱銷；34、圓柱齒輪；35、同步齒輪。具體實施方式如圖1所示，本技術是一本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種正壓力自適應行星環錐齒輪功率分流式無級變速器，其特征在于，結構包括行星環錐齒輪系、差動輪系及液壓系統；所述行星環錐齒輪輪系結構包括：行星環錐小齒輪、行星環錐大齒輪、調速環、行星環錐圓錐面、主動中心錐齒輪及從動中心錐齒輪；差動輪系組合結構包括：輸出中心輪、行星架、同步行星齒輪、行星輪、同步內嚙合齒輪、同步圓柱齒輪、定軸齒輪、中心內圓柱齒輪、圓柱齒輪；所述液壓控制系統，功率輸出軸、扭矩傳感器、液壓缸、位移傳感器、控制系統、驅動電路、電動機、液壓泵、伺服放大器、電液伺服閥；其中，行星環錐齒輪系、差動輪系及液壓系統依次連接；功率輸入軸分別與行星架與主動中心錐齒輪連接，主動中心錐齒輪依次連接行星環錐小齒輪、調速環、行星環錐大齒輪及從動中心錐齒輪；由從動中心錐齒輪轉入差動輪系，?依次連接的是圓柱齒輪、同步齒輪、中心內圓柱齒輪及行星輪，隨后連接行星架到輸出軸；輸出軸通過扭矩傳感器，以及液壓缸中的壓力傳感器，與控制系統連接，經驅動電路到電動機，再經過伺服放大器與電液伺服閥連接液壓缸；所述位移傳感器選用壓力傳感器。

【技術特征摘要】
1.一種正壓力自適應行星環錐齒輪功率分流式無級變速器，其特征在于，結構包括行星環錐齒輪系、差動輪系及液壓系統；所述行星環錐齒輪輪系結構包括：行星環錐小齒輪、行星環錐大齒輪、調速環、行星環錐圓錐面、主動中心錐齒輪及從動中心錐齒輪；差動輪系組合結構包括：輸出中心輪、行星架、同步行星齒輪、行星輪、同步內嚙合齒輪、同步圓柱齒輪、定軸齒輪、中心內圓柱齒輪、圓柱齒輪；所述液壓控制系統，功率輸出軸、扭矩傳感器、液壓缸、位移傳感器、控制系統、驅動電路、電動機、液壓泵、伺服放大器、電液伺服閥；其中，行星環錐齒輪系、差動輪系及液壓系統依次連接；功率輸入軸分別與行星架與主動中心錐齒輪連接，主動中心錐齒輪依次連接行星環錐小齒輪、調速環、行星環錐大齒輪及從動中心錐齒輪；由從動中心錐齒輪轉入差動輪系，依次連接的是圓柱齒輪、同步齒輪、中心內圓柱...

【專利技術屬性】
技術研發人員：毛虎平，張艷崗，王爽，顧存行，董小瑞，張翼，緒彥芳，王強，劉曉紅，馮耀南，王軍，馬富康，李建軍，
申請(專利權)人：中北大學，
類型：新型
國別省市：山西;14