变速传动的制作方法

专利名称：变速传动的制作方法
技术领域：
本发明涉及传动系统，包括但不限于变速箱。
背景技术：
一般而言，传动系统用于将转动，如发动机或其它原动机输出轴的转动，转化成不 同速度或不同方向的转动，或者转化成不同速度和不同方向的转动。变速箱是传动系统的 常见形式。变速箱的常见用途是将高速度和低扭矩的转动转化成低速度和高扭矩的转动。 汽车变速箱是很好的例子。常规汽车的内燃机通常工作速度为800rpm至7000rpm之间。因此，发动机的输 出驱动轴(“曲轴”)的转动速度为800rpm至7000rpm之间。但是对于车速在Okm/hr至 120km/hr之间的普通汽车而言，假设车轮(包括轮胎)的外径约为40厘米，此时，只要求车 轮的转速在Orpm至1591rpm之间。此外，汽车内燃机在发动机速度为800rpm-7000rpm中间 值附近能够提供最大扭矩，然而获得最大扭矩通常需要将车从静止或低速加速到高速。所 以，通常汽车装有传动系统或“变速箱”，其将发动机的高速和低扭矩转化成低速和高扭矩， 适于驱动汽车。传动系统还用于多种机器和使用转动的机械领域以及有必要将转动转化为低速 或高速，或改变转动方向的场合。本领域的技术人员熟悉传动系统的其它应用，所以不对其 它应用作进一步说明，而且本领域的技术人员能清楚地认识到，本发明不限于汽车或任何 其它特定的应用，以上例子仅用于说明传输系统的应用。许多传动系统为发动机或原动机提供的转动速度与经过传动系统转化了转动之 后的转动速度/方向之间提供多个传动比。在变速箱类型的传动系统中，多个传动比是通 过一系列不同尺寸的齿轮实现的。通过使不同尺寸的齿轮互相啮合改变总传动比，从而根 据啮合的齿轮组合获得不同的“齿轮齿数比”传动。齿轮通常放置在齿轮箱内，因此通常将 该类传动系统称为“变速箱”。传动系统，诸如上段所述的变速箱存在的主要问题是其通常只提供一些离散的齿 轮齿数比。因为变速箱内的每个齿轮大小固定，所以可能存在的齿轮齿数比的数量仅限于 不同尺寸齿轮的互相啮合组合的数量。比如大多数汽车变速箱有7个或更少齿轮齿数比 (包括倒挡)。转动输入到传动系统的速度与从传动系统得到的转动输出速度的理想比不 能与其多个离散比之一相对应，可能会出现应用方面的问题或不足。再次以汽车举例来说明上段所述问题。通常出现的问题是能够使汽车发动机在保 持要求的车速时达到最佳燃料效率的传动比与该汽车变速箱可能存在的多个离散比不对 应。因此，为了使汽车以希望的速度行驶，汽车变速箱必须挂档在提供非理想齿轮齿数比的 档，汽车发动机的运行速度必须比汽车发动机提供最佳燃料效率的运行速度更高或更低。 该领域的技术人员意识到，这类变速箱具有的离散齿数比引起了其它应用方面出现的问题 或不足。所以提供一种传动系统，其不局限于离散齿轮齿数比或至少提供了多个齿轮齿数 比(优选超过7，优选多个齿轮齿数比彼此接近)是有好处的。这样可使该传动系统处于输入-输出比达到或接近应用中特定运行速度需要的状态。已经设计出了不局限于离散齿轮齿数比的传动系统。一般来说，这些不同传动系 统的运作方式是发动机或原动机提供的转动速度与传动系统转化了转动之后的转动速度 /方向之间存在的传动比是可以在给定范围内持续改变的。换而言之，在传动系统运行速度 范围之内，传动系统可持续或无限改变其系统的输入-输出比。在上述提及的能持续改变输入-输出比的传动系统中，许多系统基于变径滑轮或 "Reeves Drive”结构。Reeves Drive型系统具有一对转动滑轮(主动/输入滑轮和从动/ 输出滑轮)和运转在滑轮间的带。每个滑轮都有两个独立的边，当两个边组合在一起时形 成围绕滑轮周围的V形轨道。如下所述两个滑轮的不同边既能靠近也能分开。两个滑轮都 转动的时候，皮带会绕着每个滑轮的V形轨道转动。该皮带具有典型的V形横截面，皮带两 边的坡度与V形轨道的坡度类似。这样可以使该皮带紧密地接触到每个滑轮的V形轨道， 使皮带和滑轮之间的打滑最小化。通过将一滑轮的两边靠拢和将另一个滑轮的两边分开可改变ReevesDrive型系 统中的传动输入-输出比。这样做可增加两边靠拢的滑轮的V形轨道宽度，减少在另一滑 轮上的V形轨道宽度。如果主动/输入滑轮的两边收拢，从动/输出滑轮的两边分开，这样 迫使主动/输入滑轮上的皮带朝外，该皮带能够以更大的直径绕该滑轮移动，从动/输出滑 轮上的V形轨道变宽，使得该皮带以更小的直径绕该滑轮转动。其结果是主动/输入滑轮 对每次从动/输出滑轮转动所做的转动更少，因此该传动系统将输入原动机的转动转化为 更高速的转动。相反地，如果从动/输出滑轮的两边收拢，主动/输入滑轮的两边分开，就 会产生相反的效果(其使该传动系统将输入原动机转动转化为低速转动)。所以移动如上所述滑轮的两边，以改变滑轮的有效直径，从而改变该传动系统的 输入-输出比。本领域技术人员理解在Reeves Drive型系统中，两个滑轮之间的距离不会 发生改变，其皮带长度也不会发生改变，所以改变输入-输出比意味着必须同时调节两个 滑轮(即必须减少其中一个滑轮的有效直径，增加另一个滑轮的直径)，保证皮带适度的张 力。该系统的一个重要方面是因为每个滑轮两边的空间不限于离散空间，可通过改变滑轮 两边的空间持续改变该传动系统的输入-输出比。本发明的目的是提供传动系统的另一种形式，其允许该系统输入_输出比做持续 改变，或至少提供多个齿轮齿数比。本发明的传动系统可用于多种场合。但是可以清楚理 解的是，任何此处提及的现有传动系统或其它背景材料或信息不构成对任何传动系统或其 他类型信息、或其它组合的承认或认可，该领域的通用知识，或是在澳大利亚或其他国家已 获承认的技术。

发明内容
一方面，本发明所指的传动系统，一般包括转动输入装置，用于将转动(“输入转动”)传递到所述传动系统，飞轮组件，由所述输入装置的转动带动所述飞轮组件的转动，转动输出装置，其将转动(“输出转动”)从所述传动系统传递出去，传动装置，其将所述飞轮组件的转动传递到所述输出装置，调制器，其可以转动，且所述调制器的转动速度可选择持续改变，
其中，所述调制器转动或非转动能够与所述传动装置相互作用，改变所述调制器 的转动速度会影响输出转动的方向和/或速度相对于输入转动持续改变。另一方面，本发明所指的传动系统，一般包括转动输入装置，用于将转动(“输入转动”)传递到所述传动系统，飞轮组件，由所述输入装置的转动带动所述飞轮组件的转动，转动输出装置，其将转动(“输出转动”)从所述传动系统传递出去，传动装置，其将所述飞轮组件的转动传递到所述输出装置，调制装置，其可以转动，且所述调制装置可选择采用多种转速。其中，所述调制器转动或非转动能够与所述传动装置相互作用，所述调制装置的 不同转速影响输入转动和输出转动的方向和/或速度比率差异。另一方面，本发明所指的传动系统，包括输入轴，其用于将转动传递到所述传动系统，飞轮组件，所述输入轴的转动带动所述飞轮组件的转动，输出轴，其用于将转动从所述传动系统传递出去，传动器，其将所述飞轮组件的转动传递到所述输出轴，至少一个调制轴，其能够转动，其转动速度和/或方向可选择性地持续改变，其中，所述至少一个调制轴的转动或非转动能够与所述传动器相互作用，改变所 述至少一个调制器的转动速度和/或方向能影响所述输出轴转动的方向和/或速度改变， 所述输出轴转动的方向和/或速度相对于输入轴转动的方向和速度而言。另一方面，本发明所指的传动系统，包括输入器，用于接收/传递转动(“输入转动”)到所述传动系统，输出器，用于从所 述传动系统传递转动(“输出转动”)，飞轮组件，所述输入器的转动带动所述飞轮组件的转动，传动器，用于将所述飞轮组件的转动传递到所述输出器，所述传动器包括第一传 动轴和第二传动轴，其中总/净输出转动速度和/或方向至少部分取决于所述第一传动轴 和所述第二传动轴的转动速度/方向，调制器，其与所述至少一个传动轴连接，通过持续可变加速或减速的影响或通过 所述调制器，加速或减速其所述至少一个传动轴的转动，所述调制器使得输出转动速度和/ 或方向相对输入转动持续改变。另一方面，本发明所指的传动系统，包括输入器，用于接收/传递转动(“输入转动”)到所述传动系统，输出器，用于从所 述传动系统传递出转动(“输出转动”)，飞轮组件，所述输入器的转动带动所述飞轮组件的转动，第一传动轴和第一传动组件，其中所述第一传动轴和所述第一传动组件的转动或 不转动影响所述飞轮组件的转动或不转动。第二传动轴，如果所述第二传动轴转动，所述第一传动组件就转动，第二传动组件，如果所述第二传动轴转动，所述第二传动组件就转动，所述第一传 动轴和所述第二传动组件的转动或不转动影响总/净输出转动，至少一个调制器，其转动或不转动与所述多个传动轴的其中一个传动轴转动或不转动相关联，可将持续可变的加速或减速扭矩用于加速或减速与所述调制器连接的所述传 动轴的转动，其中所述传动轴转动的持续可变加速或减速可使输出转动速度和/或方向相 对于输入转动持续可变。类似大多数传动系统，本发明的传动系统通常用于将原动机产生的转动转化为不 同速度的转动或不同方向的转动，或不同速度和不同方向的转动。可以知道，本发明最常使 用的原动机类型可以是内燃机或电动机。但是本发明的传动系统可与任何其它形式能够产 生转动运动的原动机一同使用，如风车、水轮、手动曲轴等或其组合。其它本领域技术人员 能够想到的能够驱动传动系统转动的原动机。本发明传动系统包括将原动机产生的转动传递到传动系统的装置。最典型的是， 该原动机包括驱动轴、曲轴或类似物，其“输出”原动机产生的转动。在这种情况中，本发明 传动系统可以装有输入轴，其与原动机的驱动轴连接，或(通过一系列联动组件或其他机 械)连接驱动轴，这样通过输入轴将转动传递到传动系统。因此输入轴可以是本发明使用 的“输入器”或“转动输入装置”的最普通形式。但是，输入轴不是本发明传动系统能够从原动机获得转动的唯一装置。比如原动 机的驱动轴可以直接延伸到本发明传动系统，本发明传动系统内部组件之一可包括插座、 插槽、插头或其他孔，以供原动机的驱动轴插入或以其它方式直接连接驱动轴。另外，本发 明传动系统的内部组件可具有插头或某种突起，可插入原动机的驱动轴端的插槽，从而连 接驱动轴。在这种情况下，其传动系统内部组件的上方或内部的插座、插槽、插头或其他突 起等是“输入器”或“转动输入装置”，将转动从原动机传递到传动系统。其他转动输入装置 或机构也可适用，例如液压联动装置。此外，本领域技术人员了解的其他可能的转动输入装 置或机构或(其组合)也属于本发明范畴。本发明传动系统也包括用于输出或传递已经由传动系统传递或可能转化的转动 的装置。换句话说，本发明传动系统具有将转动传递到任何用于驱动旋转机器或其它传动 系统的装置。类似的考虑也适用于上文讨论过并与转动输入装置相关的“输出器”或“转动 输出装置”。因此，本发明传动系统最典型的方案是安装了输出轴，可连接到由传动系统驱 动的机器/设备，或以某种方式连接该机器/设备(通过一系列联动装置或其它机构)。但 是任何以上所述与转动输入装置有关的可能存在机制或装置也可同样用于转动输出装置。本发明传动系统包括“传动器”或“传动装置”，其用于将转动从传动系统输入传递 到传动系统输出。该传动系统也包括“调制器”或“调制装置”，其能转动并影响传动系统。 在某些实施方式中，调制装置能够选择性地采用多个离散角速度。在这方面，调制装置应该 能够采用6个以上离散转速，优选10个以上离散转速，也可以50个以上离散转速。但是在 其它更优选的实施方式中，调制装置的转速是可选的并持续可变。换言之，调制装置的转速 能采用传动系统的操作范围内的无限多个速度。正如上文所述，“调制器”或“调制装置”的 转动与“传动器”或“传动装置”相互作用。调制装置的转动能采用多个离散速度，其不同 的速度可能造成传动系统输入转动和输出转动的速度和/或方向之间的不同比率。如果调 制装置的转动速度持续可变，该调制装置的速度改变可以使输出转动的速度和/或方向不 断改变，相对于输入转动而言。正如上段所述，本发明传动系统包括“传动器”或“传动装置”(下文中简称为“传 动器”)。本发明传动器优选包括第一传动轴和第二传动轴，其总/净输出转速和/或方向至少部分取决于第一传动轴和第二传动轴的转动速度/方向的差异。正如上文所述，“调制 器”或“调制装置”的转动(下文中简称为“调制器”)与该传动器相互作用，以改变传动系 统输出转动的速度/方向，相对于输入转动而言。优选该调制器可通过改变至少一个传动 轴的速度/方向达到此目的。和上面所述的输入和输出装置一样，调制器可采取多种形式。可以知道，调制器， 或每个调制器通常会包括可转动的调制轴。调制轴转动可与多个传动轴中的至少一个传动 轴转动连接，这样该调制器的转动会影响至少一个传动轴的转动。但是调制器不限制于采 用调制轴或多个调制轴的形式，而可以采取一系列的其他形式。例如，调制器可包括其它形 式的转动组件(例如滑轮或滚筒或皮带或链条等)，其可与传动轴通过皮带、链条、液压联 动装置、啮合齿轮、链轮磁耦合或电耦合或其它能够达到类似目的设备/机构实现转动。但 是正如上文所述，调制器或每个调制器通常采取可旋转调制轴的形式。在本发明的优选实施例中，为第一传动轴和第二传动轴都提供了调制轴。因此可 提供第一调制轴，其转动与第一传动轴转动连接。还可提供第二调制轴，其转动与第二传动 轴转动连接。在具体优选实施例中，第一调制轴包括与第一传动轴上的相应锥齿轮轴啮合 的锥齿轮，第二调制轴包括与第二传动轴上的相应锥齿轮轴啮合的锥齿轮。因此，通过锥齿 轮轴的啮合，传递应用于第一调制器的加速/减速，使第一传动轴相应加速/减速。同样， 传递应用于第二调制轴的加速/减速，使第二传动轴相应加速/减速。本发明传动系统安装了飞轮组件。优选的，将飞轮组件与该传动系统输入器，如输 入器的转动(即输入转动)功能连接，带动飞轮组件的转动。该飞轮组件可以通过皮带、齿 轮、滑轮和链条等方式与传动系统功能连接。但是更优选的是飞轮组件包括环型齿轮部分， 输入器包括输入轴，其具有的输入齿轮固定在输入轴上，这样输入齿轮的转速和输入轴的 转速一样。适当的，输入齿轮可与飞轮组件上的环型齿轮部分啮合，这样输入轴转动带动飞 轮组件的转动。在本实施例中，飞轮组件的环型齿轮部分的直径应该比输入齿轮的直径大。 因此输入齿轮与飞轮组件上的环型齿轮部分啮合会将转动传递到该飞轮组件，飞轮组件的 转速比输入轴的转速慢。本发明“传动系统”的传动器还可包括第一传动组件和第二传动组件。优选第一传 动组件和第二传动组件功能相连，这样两个传动组件可以通过皮带、齿轮、滑轮、链条和磁 耦合等方式和第二传动轴功能相连。而且，两个传动组件之一以一种方式与第二传动轴功 能相连，另一个传动组件则以另一种方式与第二传动轴功能相连。但是在优选实施例中，每 个传动组件包括环型齿轮部分，第二传动轴包括分开的直齿轮部分，即一个直齿轮部分和 第一传动组件上的环型齿轮部分啮合，另一个直齿轮部分则和第二传动组件上的环型齿轮 部分啮合。优选地，第二传动轴的直齿轮可包括固定在第二传动轴任何一端的直齿轮。第 一和第二传动组件可安装在第二传动轴的任何一端(即第二传动轴位于传动组件之间)。 在朝向第二传动轴的传动组件各个部分上可以安装传动组件的环型齿轮部分。各传动组件的环型齿轮部分的直径通常大于第二传动轴上的直齿轮的直径。因 此，第二传动轴上的直齿轮分别与第一传动组件和第二传动组件上的环型齿轮部分啮合， 这样会将第二传动轴的转动传递到第一传动组件和第二传动组件。每个传动组件的转速会 比第二传动轴的转速慢。第一传动组件与飞轮组件也功能连 ，这样第一传动组件的转动或非转动带动飞轮组件运动。通过皮带、齿轮、滑轮、链条和磁耦合达到此功能连接的目的。优选地，该飞轮 组件可包括直齿轮型行星齿轮部分，第一传动组件可有一个环型齿轮部分，其与前两段提 及的第一传动组件的环型齿轮部分相同，或与第一传动组件的分离环型齿轮部分相同。在 任何情况下，该飞轮组件的行星齿轮部分可与第一传动组件的环型齿轮部分啮合。在具体 优选实施例中，如果第一传动组件的转动导致其环型齿轮部分上的齿切向速度与飞轮组件 的转动行星齿轮部分上的齿切向速度一样。这可能会使该飞轮组件仅围绕其主轴转动。但 是，如果第一传动组件的转动导致其在环型齿轮部分的齿切向速度与飞轮组件的转动行星 齿轮部分上的齿切向速度不同，可能会使飞轮组件除了围绕其主轴转动以外，还做轨道运 动。本领域的技术人员理解环型齿轮通常包括一个环，有一系列齿延伸围绕该环。其中环型齿轮的齿径向朝内对着该环的主圆柱轴。但是在本说明书中，除非上下文另有规定， 术语“环型齿轮”应指环型齿轮的传统形式，也可以是指包括一系列齿围绕着环外侧的齿 轮。这样该环型齿轮的齿径向朝外(即齿偏离该环的主圆柱轴)。第一传动轴可与飞轮组件功能连接，这样第一组件的转动或非转动影响该飞轮组 件的运动。该功能连接可以通过皮带、齿轮、滑轮、链条和磁耦合等方式实现的。优选第一 传动轴包括齿轮部分(诸如安装在第一传动轴一端的直齿轮型太阳齿轮)，其与飞轮组件 上的行星齿轮部分啮合。在优选实施例中，第二传动组件和第一传动轴的转动或非转动影响了该传动系统 输出传递的总/净转动。在适当的情况下，第一传动轴与第二传动轴类似，因为第一传动轴 具有固定安装在直齿轮任意一端的太阳轮。在具体优选实施例中，第一传动轴与第一传动 组件和第二传动组件同轴，第一传动轴的长轴部分可以延伸通过第一传动组件和第二传动 组件的轴孔。在具体优选实施例中，传动输出器可包括输出轴，其可具有阶梯式结构。尤其输出 轴可具有与第一传动轴同轴的长轴，用于围绕第一传动轴的同轴心转动。优选地，直齿轮型 行星齿轮(输出行星齿轮)可转动地安装在输出轴的偏心部分上。该输出行星齿轮可与第 二传动组件的环型齿轮部分啮合(如上所述第二传动组件的相同环型齿轮部分，或第二传 动组件的分离的环形齿轮部分)，输出行星齿轮可与第一传动轴一端的齿轮啮合。如上段所述，在具体优选实施例中，如果第二传动组件的转动导致环型齿轮部分 上的齿切向速度与第一传动轴上的转动齿轮的齿切向速度大小一样，但是方向相反，则由 于输出行星齿轮同时与环型齿轮部分和第一齿轮轴的齿轮相啮合，在这种情况下，输出行 星齿轮只绕其主轴转动。但是，如果第二传动组件的转动导致在环型齿轮部分上的齿切向 速度与第一传动轴上的转动齿轮的齿切向速度不同(无论是速度不同，方向不同或是速度 和方向都不同)，这可能会导致输出行星齿轮除了绕着其主轴转动以外还做轨道运动。则由 于输出轴偏心部分是可转动地连接到输出行星齿轮，该输出行星齿轮的轨道运动可导致输 出轴的偏心部分以同样的轨道方式运动。尽管因为输出轴和输出行星齿轮可转动连接，该 输出轴只进行输出行星齿轮的轨道运动，而非绕着其主轴转动。因此该输出轴偏心部分的 轨道运动引起与第一传动轴同轴的输出轴部分转动，以这种方式转动从该传动系统传递出 去。具体实例
本发明可通过以下实例做进一步说明根据本发明的实施例对传动系统进行运动学分析。图10中说明了传动系统的一种形式。该传输系统的输入端装有整体式减速齿轮组的小型直流马达，用于驱动输入轴，使 输入轴驱动速度保持在恒定的有效载荷范围，使研究和显示不同操作机制简单化。该输出是手轮。两个控制轮，每个控制轮通过直角锥齿轮与其在传动系统中的中间轴连接。当控制II轮连接到太阳齿轮时，控制I轮连接到与环型齿轮啮合的齿轮。两个 控制轮之间的关系是固定的，这样可通过在特定速度驱动一个控制轮或在(不同)特定速 度驱动其它控制轮，获得给定的输出/输入比。该机制的运动学分析提供了两个方程，其使输出速度可根据输入速度和控制速度 得以计算。该方程形式显示，无论是使用控制I或控制II，输出是输入和控制的加权和，其 突显了周转齿轮组的求和特点。输出=0. 375 X控制1-0. 125 X输入(方程式1)输出=0. 75X控制11+0. 25X输入(方程式2)表1列出了该传动系统的可能运动状态，通过以-输入速度和+输出速度之间的 速度驱动控制I或控制II实现。所示数值表示输入轴单个旋转时，传动元件所实现的旋转 数量，或相应地，如果输入轴的速度为1时，传动元件的速度。(a)到(e)中每个运动状态具 有不同的控制速度。表中还示出了环型齿轮元件的速度。 表1 传动系统的运动状态实例，显示输入速度、控制速度和输出速度的关系。表1的信息可用以下图表示 所有的情景中(C)除外，可以通过将控制保持在O或士1的速度实现。这些情景的 状态可以通过以下方式实现将控制手动停在变速箱上，因此该控制是固定静止元件(控 制速度为0)，或通过直接耦合控制(通过离合器)到输入或到反旋转的输入(控制值为 士 1)。控制I和控制II的优势特点分别是“单边操作”和“广范围”。可以想象，多控制 策略可以将这些特点组合，如下所示。 参照该图，假设每个控制只能在速度为O和+输入速度之间进行驱动。在这种情 况下，控制I可以用来实现倒档、中档和低比，同时控制II可用于实现低比率到高比率。这 可使用离合器机械操作，该离合器可选择性地将某些外部变速设备如CVT(Continuously Variable Transmission，连续可变传动)耦合到控制I或控制II。最简单的CVT不支持负 比率或正比率，所以使用多控制策略可以消除对产生负比率或正比率的外部变速设备的需 求，可使用比单独使用控制I或控制II更简单的机械产品。附图简述通过参考


本发明的实施例。但是可以知道本发明不局限于实施例的具体 特点，在附图中，图1是本发明实施例的变速箱类型传动系统的透视图；图2是与图1角度略微不同的变速箱的透视图3是变速箱的侧视图；图4是变速箱的俯视图； 图5是变速箱的端视图；图6是与图5所示的变速箱方向相反的端视图；图7-9是与图1相同的变速箱的透视图，其标记显示了不同的加速/减速应用于 调制轴时，各种组件的转速；图10是根据本发明实施例的传动系统的示意图。附图详细说明从图中可以看出，变速箱包括下列组件输入组件10，其是由输入轴11和输入齿轮12组成。所述输入齿轮12是直齿轮， 与输入轴11的内端硬连接，这样所述输入齿轮12可与所述输入轴11以相同的转速转动。“飞轮”组件20，其包括环型齿轮部分21 (以下简称“飞轮环型齿轮”)和直齿轮行 星部分22 (以下简称“飞轮行星齿轮”)。所述飞轮行星齿轮22连接到所述飞轮组件20的 平坦背面，与飞轮环型齿轮21同轴，这样该飞轮行星齿轮22与所述飞轮环型齿轮21以相 同转速同时转动。第一传动轴30，其是由长刚性轴部分31、直齿轮输入端太阳齿轮32和直齿轮输出 端太阳齿轮33组成。所述输入端太阳齿轮32是固定安装在轴31的最靠近输入组件10 — 端。所述输出端太阳齿轮33是固定安装在轴31的另一端。因此轴31、输入端太阳齿轮32 和输出端太阳齿轮33都以相同的速度一起转动。所述轴31延伸穿过传动组件的轴孔，传 动组件如下所述。第一传动轴30还有圆锥齿轮34，其固定安装在轴部分31的中部，其功能 如下所述。第一传动组件40，其通常是圆柱形，其具有将该组件分为两个半圆的间壁44。第 一传动组件40的一半部分形成第一输入端环型齿轮41，另一半部分形成第一输出端环型 齿轮42。间壁44包含轴孔43，第一传动轴30的轴部分31通过轴孔43延伸。第二传动轴50，其包括长刚性轴部分51、直齿轮输入端齿轮52 (请勿与输入齿轮 12混淆)和直齿轮输出端齿轮53(请勿与以下的输出行星齿轮72混淆)。输入端齿轮52 固定安装在轴51的最靠近输入组件10 —端。输出端齿轮53固定安装在该轴51的另一端。 因此轴51、输入端齿轮52和输出端齿轮53以同样的速度一起转动。该第二传动轴50还有 沿着该轴51中部安装的锥齿轮54，其功能将在下面作进一步描述。输出组件70，其由阶梯输出轴71和直齿轮输出行星齿轮72组成。重要的是，输 出组件70与输入组件10的不同处不仅在于，输出轴71为阶梯状，而输入轴11是直的，还 在于输出行星齿轮72可转动地连接到输出轴71，而输入齿轮12与输入轴11是硬性连接。 由于输出行星齿轮72可转动地连接到输出轴71的内端，当输出轴71保持静止的时候，输 出行星齿轮72有可能转动。第一调制器80，其包括调制轴81，调制轴81 —端固定安装了锥齿轮82。第一调制 器的锥齿轮82与第一传动轴31上的锥齿轮34啮合，其功能描述如下。类似第一调制器80，第二调制器90包括调制轴91，调制轴91 一端固定安装了锥 齿轮92。第二调制器的锥齿轮92与第二传动轴上的锥齿轮54啮合，其功能描述如下。在实际应用中，附图中的变速箱也包括图中未显示的组件。例如，变速箱组件通常是在壳体内。该壳体通常包围着该变速箱的组件，但是其开口或连接装置可使输入轴11、输出轴71、第一调制轴81和第二调制轴91连接变速箱外部的驱动组件或被驱动组件。在变 速箱壳体内还有各种装配件、轴承、紧固装置等，以将各种变速箱组件安放入该壳体。在这 方面，要认识到，变速箱内的大多数组件是“固定”的，这意味着组件能够按照变速箱运作的 要求各自绕着其主圆柱轴转动，限制任何其它形式的运动。但是也有一些例外情况。例如， 输出行星齿轮72 (在某些情况下-其取决于如何操作变速箱以改变输入_输出比)除了围 绕其主轴转动以外，还可围绕输出端太阳齿轮33做轨道运动。这种轨道运动在行星齿轮装 置中相当常见。此外，飞轮组件20是一种“浮动”组件，因此可以(取决于如何操作变速箱 改变输入_输出比)以轨道方式移动在飞轮行星齿轮22绕着输入端太阳齿轮32转动的时 候。各种组件的运动将在下文作进一步阐述。产生转动的原动机(如内燃机或电动马达)的传动轴以某种方式连接到输入轴 11，因此原动机的转动带动输入轴11的转动，从而将转动从原动机传递到变速箱。输入轴 11的转动带动输入齿轮12做相应转动。输入齿轮12向外延伸的直齿与飞轮环型齿轮21 向内延伸的环型齿轮的齿相啮合，使转动传递到飞轮组件20。在这一点上值得注意的是，附图的具体实施例中，各种“环型齿轮”类组件的直径 是各种直齿轮直径的三倍。从另一个方面来说，每种环型齿轮类组件的齿数是各种直齿轮 的齿数的三倍。为了进行初步解释，首先指出由于输入齿轮12的齿与飞轮环型齿轮21的齿啮合， 上述输入轴11和输入齿轮12转动带动飞轮组件20以相同的方向转动。由于飞轮组件20 的直径是输入轴12直径的三倍，飞轮组件20的转速比输入轴的转速更慢。此外，这种转动 可能只存在于飞轮组件总/净运动的组件之一。飞轮行星齿轮22固定连接在飞轮组件20的背面上。因此飞轮行星齿轮22作为 飞轮组件20的其他部分与飞轮组件20以同样的速度和方向转动。如图1所示，飞轮行星齿轮22与输入端太阳齿轮32 (其连接到第一传动轴31)和 第一输入端环型齿轮41 (其是第一传动组件40的部分)啮合。因此，飞轮组件20的转动 可以传递到第一传动轴30和第一传动组件40。然而，该转动是否传递给两个部件或其中一 个，取决于是否有加速或减速扭矩应用到调制器，或者是加速或减速的组合应用于调制器。 这将在以下进一步解释。为了初步解释的目的，可以考虑无加速或减速扭矩应用于调制器的情况。因此每 个调制器随着其啮合的传动轴转动而做相应转动。在这种情况下，飞轮组件20的转动传递 给输入端太阳齿轮32和第一输入端环型齿轮41，因此，第一传动轴30和第一传动组件40 都随之转动。假设输入轴11的转动方向是如图1箭头所示的方向，其转动速度为ω (速度 相同，方向相反的转动记为-ω)。输入齿轮12也以角速度为ω转动。然而，由于飞轮组件 20直径是输入齿轮12直径的三倍，飞轮组件20的转速更慢，为ω/3。因此，飞轮行星齿轮 22的转动速度也是ω/3。在无加速或减速扭矩应用于调制器的情况下，第一传动组件40的转动速度比飞 轮组件20的转动速度慢，但是转动方向相同。更具体地说，第一传动组件40的转动角速度 为ω/9，因为第一传动组件40直径是飞轮行星齿轮22的3倍。相反地，输入端太阳齿轮 32转速和飞轮组件20转速相同(因为行星齿轮22和太阳齿轮32的直径相同)，但是转动方向相反。输入端太阳齿轮32转动速度为-ω/3。输入端太阳齿轮32直接连接到第一传动轴31。如图2所示，第一传动轴31无阻 碍地延伸通过第一传动组件40中心处的孔43。类似地，如图1所示，第一传动轴31无阻碍 地延伸通过第二传动组件60中心处的孔63。因此，上段所述的转动传递到输入端太阳齿轮 32之后，将会传递到第一传动轴31的其它部分。换言之，第一传动轴31、锥齿轮34和输出 端太阳齿轮33以与输入端太阳齿轮32相同的速度和方向转动，为-ω/3。目前正在考虑的 情况是调制器无加速/减速，因此通过第一调制器80的锥齿轮82，第一调制器80会随着第 一传动轴30转动而转动。第一调制器80定位在第一传动轴30的垂直位置。所以以上提 到的简便适用于转动方向的+/_符号，不适用于第一传动调制器80(或同理不适用于第二 调制器90)。但是第一调制器锥齿轮82的齿数和锥齿轮34的齿数相同，因此第一调制器 80的转动速度大小为I ω/3 |。 如上所述，在调制器无加速/减速的情况下，飞轮组件20的转动带动第一传动组 件40以ω/9的速度转动。从图2可以看出，输入端齿轮52与第一输出端齿轮42向内延 伸的齿啮合。因此第一传动组件40的转动带动输入端齿轮52的转动。该输入端齿轮52 直径是第一输出端环型齿轮42直径的1/3。因此，输入端齿轮52的转动方向与第一输出端 环型齿轮42的转动方向相同，但是输入端齿轮52齿轮的转速是第一输出端环型齿轮转速 的3倍，所以速度为ω/3。输入端齿轮52固定连接第二传动轴50的一端。因此，输入端齿轮52转动带动第 二传动轴50 (即第二传动轴51、输出端齿轮53和锥齿轮54)的其它部分以ω/3速度转动。 通过第二锥齿轮92，第二调制器90随着第二传动轴50的转动而转动。第二调制器90的转 速为I ω/3|。值得注意的一点是，在输入轴11的转速为ω，调制器无加速/减速的情况下，第一 传动轴30的转速为-ω/3，而第二传动轴50的转速是ω/3。换句话说，两个传动轴的转速 是输入转速的1/3，但是两个传动轴的转动方向相反。再次参考图1，可以看出，输出端齿轮53 (其是第二传动轴50的组成部分)与第二 传动组件60上的第二输入端环型齿轮61啮合。这将导致第二传动组件的转动方向与第二 传动轴50的转动方向相同，但是第二传动组件转速是第二传动轴转速的1/3 (因为第二传 动组件60直径是输出端齿轮53直径的三倍)。因此，第二传动组件的转速是ω/9。同时考虑到第一传动轴30的一端通过第二传动组件60中的轴孔63朝向变速箱 的输出端。如图2所示，输出端太阳齿轮33安装在第一传动轴30的一端。输出端太阳齿 轮33与输出行星齿轮72啮合。然而，输出行星齿轮72还与第二传动组件60的第二输出 端环型齿轮62啮合。因此，输出行星齿轮72与输出端太阳齿轮33和第二输出端环型齿轮 62啮合。从上述可知，输出端太阳齿轮33 (实际是整个第一传动轴30)的转速为-ω/3。第 二传动组件60的转速为ω/9。但是第二传动组件60的直径是输出端太阳齿轮33直径的 三倍。因此，输出端太阳齿轮33啮合输出行星齿轮72的齿切向速度大小和第二输出端环 型齿轮啮合输出行星齿轮72的齿切向速度完全一样。结果是，输出行星齿轮72保持在原 地并只绕其主轴转动，不沿着输出端太阳齿轮33做轨道运动。同时还因为输出轴72与输 出轴71可转动连接，输出轴71在输出行星齿轮72原地转动的时候保持静止。只有当输出行星齿轮绕输出端太阳齿轮33做轨道运动时，输出轴71才会转动。在输入轴11转速为ω，调制器无加速/减速的情况下，第一传动轴30和第二传动 组件60反方向转动，其造成的结果是无转动通过变速箱传递(尽管任何一个调制器的转速 为I ω/3|，如上所述)。换言之，在这种情况下，变速箱的输出速度/输入速度比为零。图 7是关于这种情况的各个组件转速和方向的简图。
现在考虑另一种情况(图8所示)，其中将足够大的减速扭矩施加在第一调制器80，以固定第一调制器80的位置(即防止 其转动)，将扭矩施加在第二调制器90，使其以恒定角速度I ω/2|转动(方向如图8所示)。输入轴转动的角速度为ω，如上所述。在这种情况下，可以看到输入齿轮12和飞轮环型齿轮21的啮合再次带动飞轮组 件20以ω/3的角速度绕着其主圆柱轴转动。但是，由于现在固定了第一调制器80，也就固 定了第一传动轴30，因而也固定了输入端太阳齿轮32。所以飞轮组件20的转动，飞轮行星 齿轮22和输入端太阳齿轮32之间的啮合也会带动飞轮行星齿轮22绕着输入端太阳齿轮 32的轨道运动。轨道运行速度为_ω/3，如图8所示的箭头所示。同时，因为第二调制器90的恒定角速度为I ω/2|，方向如图8所示。其带动第二 传动轴的转速为ω/2。这将导致第一传动组件40和第二传动组件60的转动方向相同。然 而，正如上文所述，第一传动组件和第二传动组件的转速比第二传动轴50慢，因为各传动 组件的环型齿轮直径是第二传动轴50任意一端的齿轮直径的三倍。因此第一传动组件40 和第二传动组件60的转速都是ω/6。因此，在这种情况下，输出端太阳齿轮33是静止的(因为整个第一传动轴30是静 止的)，而第二个输出端环型齿轮62的转速为ω /6 (因为整个第二传动组件60的转速为
ω/6) ο接下来，考虑到输出行星齿轮72与输出端太阳齿轮33和第二输出端环型齿轮62 啮合。因此输出端太阳齿轮33和第二输出端环型齿轮62与输出行星齿轮72的相互作用决 定了输出行星齿轮72的总/净转动(输出轴71的总/净转动)。在这种情况下，第二个输 出端环型齿轮62会带动输出行星齿轮72以ω/2 (即环型齿轮62速度的三倍，方向相同) 的速度绕其主圆柱轴转动。然而，这也意味着输出行星齿轮72必须绕输出端齿轮33做齿 轮运动(因为输出端太阳齿轮33是固定，不转动的)。所以输出行星齿轮72以ω/2的速 度绕其主圆柱轴转动，还以ω/2的速度绕输出端齿轮33做轨道运动。因此，输出行星齿轮 72做轨道运动，带动输出轴71以ω/2的速度转动。因此，在这种情况下，当输入轴的转速为ω，输出转动的转速为ω/2，方向与输入 方向一致，将第一调制器80固定不转动，而使第二调制器90保持在I ω/2| (如图8所示)。 因此，会导致输出转速为ω /2，或换言之，使变速箱和输出速度/输入速度比为2。图9图解说明了一种可选情况，其中将扭矩作用于第一调制器80使其以恒定角速度保持在|2ω |转动(方向如图9 所示)，将扭矩作用于第二调制器90，使其以恒定角速度I ω/2|转动(方向如图9所示)，输入轴的转动角速度为ω，如上所述。
在这种情况下，输入齿轮12与飞轮环型齿轮21啮合，再次带动飞轮组件20以ω/3的角速度绕其主圆柱轴心转动。然而，由于第一调制器80现在的转速为|2ω|，第一 传动轴30的转速为-2 ω。因此，输入端太阳齿轮32的转速为-2 ω。因此飞轮组件20的 转动，飞轮行星齿轮22和输入端太阳齿轮32的啮合带动飞轮行星齿轮22也绕着输入端太 阳齿轮32做轨道运动。这种轨道运动速度为_2 ω + ω /3 = -5 ω /3，如图9箭头所示。同时，由于第二调制器90以|ω/2|的恒定角速度转动，其方向如图9所示。以这 种方式，第二传动轴50的转速达到ω/2，第一传动组件40和第二传动组件60的转动方向 相同。但是由于以上例子中同样的原因，两个传动组件的速度都为ω/6(即为第二传动轴 50转速的1/3)。因此，在进一步的替代情况中，输出端太阳齿轮33的转速为_2ω (因为整个第一 传动轴30的转速都是2 ω)，而第二输出端环型齿轮62的转速为ω /6 (如上段所述)。其次，如上所述，输出端太阳齿轮33和第二输出端环型齿轮62与输出行星齿轮 72相互作用决定了输出行星齿轮72的总/净转动(因而得出输出轴71转动的总/净转 动)。在进一步情况中，输出行星齿轮72与第二输出端环型齿轮62 (转速为ω/6)和输出 端太阳齿轮33 (转速为-2 ω)啮合的净效果是使输出行星齿轮72以ω/2速度绕着其主轴 转动(即环型齿轮62转速的3倍)，也带动输出行星齿轮72以-3 ω/2的转速(_2ω + ω/2 =-3 ω/2)做轨道运动。换言之，在进一步的情况中，当输入轴转速为ω时，保持第一调制器80转速为 2ω I (如在图9所示)和第二调制器90转速为I ω/2|是为了使输出轴71的输出转动与
输入转动方向相反，但是输出转速为输入转速的1.5倍。因此，在这种情况下，变速箱的输 出/输入比为-3/2 = -1. 5。这些例子表明，改变第一调制器和第二调制器上的加速/减速扭矩组合可以改变 变速箱输出轴的转动方向和速度，相对于输入轴的转速而言。此外，可以理解调制器的加速 /减速(至少调制器其中之一)可以不断变化，从而实现得到变速箱的连续可变输入输出 比。或者在某些情况下，不可能持续改变该调制器的加速/减速(或其中之一)。相 反，一个或两个调制器能够在一个或两个转动方向获得多种离散转速。在这种情况下，至少 其中一个调制器应该具有超过6个的不同转速，优选更多的不同转速(基本上是不同转速 越多越好)。不同的离散速度的数值也应该彼此相当接近，(即离散速度间不应该有大的差 异)，实现传动系统的输出/输入比做合理微调。合理微调传动系统的输出/输入比有助于 减少在上述发明背景中提及的问题，即，现有变速箱的离散比很少，传动系统无法提供发动 机在理想速度运行时产生理想输出速度的传动比，要将原动机运行在比最优速度更高或更 低的速度。通过大量彼此接近的离散调制器速度比，本发明传输系统至少提供了接近于理 想的传动比。本领域技术人员，可在不偏离本发明精神和范围的情况下，对所述的具体实施例 做出变动和修改。
权利要求
一种传动系统，其特征在于，包括转动输入装置，其将转动(“输入转动”)传递到所述传动系统，飞轮组件，由所述转动输入装置的转动带动所述飞轮组件转动，转动输出装置，其将转动(“输出转动”)从所述传动系统传递出去，传动装置，其将所述飞轮组件的转动传递到所述输出装置，调制装置，其可转动并且其转动速度可选择性持续改变，其中，所述调制装置转动或非转动与所述传动装置相互作用，并且改变所述调制装置的转动速度会影响输出转动的方向和/或速度相对于输入转动持续改变。
2.一种传动系统，包括转动输入装置，其用于将转动(“输入转动”)传递到所述传动系统， 飞轮组件，由所述转动输入装置的转动带动所述飞轮组件转动， 转动输出装置，其将转动(“输出转动”)从所述传动系统传递出去， 传动装置，其将所述飞轮组件的转动传递到所述输出装置， 调制装置，其可转动并且其转动速度可选择性采用多个转速，其中，所述调制装置转动或非转动与所述传动装置相互作用，所述调制装置的不同转 动速度会使输入转动和输出转动的方向和/或速度比率不同。
3.根据权利要求1或2所述的传动系统，其特征在于，所述输入转动由原动机产生。
4.根据权利要求3所述的传动系统，其特征在于，所述原动机是内燃机、电动马达、风 车、水轮、曲柄或类似物，或其任何组合。
5.根据权利要求3或4所述的传动系统，其特征在于，所述原动机连接所述传动系统的 输入转动装置。
6.根据权利要求1到4中任一所述的传动系统，其特征在于，所述输入转动装置是输入 轴、插座、插槽、插头、突起，液压联动装置或类似物，或其任何组合。
7.根据权利要求1到5中任一所述的传动系统，其特征在于，所述调制装置采用6个以 上离散转速，优选10个以上离散转速，最优选50个以上离散转速。
8.根据权利要求1到5中任一所述的传动系统，其特征在于，所述调制装置的转速为选 择性变动和持续性变动。
9.根据权利要求1到7中任一所述的传动系统，其特征在于，所述调制装置包括旋转轴o
10.根据权利要求1到8中任一所述的传动系统，其特征在于，所述传动装置包括至少 一个传动轴。
11.根据权利要求9所述的传动系统，其特征在于，所述传动装置包括两个传动轴。
12.根据权利要求9或10所述的传动系统，其特征在于，为所述至少一个传动轴中的每 个传动轴提供调制装置。
13.根据以上权利要求中任一所述的传动系统，其特征在于，所述飞轮组件包括环形齿 轮部分。
14.根据以上权利要求的中任一所述传动系统，其特征在于，所述转动输入装置包括输 入轴，输入齿轮固定安装在所述输入轴上，所述输入齿轮与所述输入轴以同一速度转动。
15.根据权利要求12或13所述的传动系统，其特征在于，所述输入齿轮与所述飞轮组 2件的环型齿轮部分啮合，所述输入轴转动带动所述环型齿轮组件转动。
16.根据权利要求14所述的传动系统，其特征在于，所述飞轮组件的环型齿轮部分的 直径比所述输入齿轮的直径大。
17.一种传动系统，其特征在于，包括 输入轴，其将转动传递到所述传动系统，飞轮组件，由所述输入轴的转动带动所述飞轮组件转动， 输出轴，其将转动从所述传动系统传递出去， 传动器，其将所述飞轮组件的转动传递到所述输出轴， 至少一个调制轴，其可转动并且其转动速度和/或方向可选择性持续改变， 其中，所述至少一个调制轴的转动或非转动与所述传动器相互作用，改变至少一个所 述调制轴的转动速度和/或方向会影响所述输出轴的转动方向和/或速度相对于所述输入 轴改变。
18.—种传动系统，其特征在于，包括输入器，其接收/传递转动(“输入转动”)到所述传动系统，输出器，其将转动(“输 出转动”)从所述传动系统传递出去，飞轮组件，由所述输入器的转动带动所述飞轮组件转动，传动器，其将所述飞轮组件的转动传递到所述输出器，所述传动器包括第一传动轴和 第二传动轴，所述传动系统的总/净输出转动速度和/或方向至少部分取决于所述第一传 动轴和所述第二传动轴的转动速度/方向，调制器，其与至少一个所述传动轴连接，其中通过持续可变加速或减速的影响或通过 调制器，加速或减速其所述至少一个传动轴的转动，所述调制器因而使得输出转动速度和/ 或方向相对输入转动的方向和速度持续改变。
19.一种传动系统，其特征在于，包括输入器，其接收/传递转动(“输入转动”)到所述传动系统，输出器，其将转动(“输 出转动”)从所述传动系统传递出去，飞轮组件，由所述输入器的转动带动所述飞轮组件转动，第一传动轴和第一传动组件，其中所述第一传动轴和所述第一传动组件的转动或不转 动影响所述飞轮组件的转动。第二传动轴，其中所述第二传动轴转动，则所述第一传动组件转动， 第二传动组件，所述第二传动轴转动，则所述第二传动组件转动，其中所述第一传动轴 和所述第二传动组件的转动或不转动影响总/净输出转动比，至少一个调制器，其转动或非转动与所述传动轴之一转动或不转动相关联，其中持续 可变的加速或减速扭矩应用于所述调制器，以加速或减速与所述调制器相连的所述传动轴 的转动，所述传动轴转动的持续可变加速或减速使得输出转动的速度和/或方向相对于输 入转动持续改变。
全文摘要
本发明涉及的变速传动系统包括输入轴、输出轴、飞轮组件、第一传动轴、第二传动轴、第一传动组件和第二传动组件、调制轴。输入轴用于接收转动并将其传递到传动系统。输出轴用于从传动系统传输转动。飞轮组件包括环型齿轮部分和行星齿轮部分，输入轴的转动带动飞轮组件、第一传动轴和第一传动组件的转动，飞轮组件的转动和/或轨道运动受第一传动轴和第一传动组件转动或非转动的影响。对第二个传动轴而言，第二传动轴转动，第一传动组件就转动，第二传动组件在第二传动轴转动时转动，第二传动组件和第一传动轴的转动或非转动影响总/净输出轴的转动，至少一个调制轴的旋转或非旋转与该传动轴的旋转或非旋转相关联，通过将连续可变的加速或减速扭矩应用于调制轴，以加速或减速与调制轴相连的传动轴转动，传动轴转动的连续可变加速或减速实现了输出转动的速度和/或方向相对于输入转动的持续可变。
文档编号F16H3/72GK101868651SQ200880116484
公开日2010年10月20日 申请日期2008年9月29日 优先权日2007年9月28日
发明者斯蒂芬·约翰·杜宁 申请人:斯蒂芬·约翰·杜宁