一种闭环伺服无级变速器
阅读说明：本技术 一种闭环伺服无级变速器 (Closed-loop servo continuously variable transmission ) 是由 不公告发明人 于 2021-01-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种闭环伺服无级变速器,包括外壳、中心齿轮、内齿圈、行星齿轮、行星架、输出轴、第一传动锥轮、第二传动锥轮、输入轴,外壳是支撑主体,输入轴与外壳构成转动副,并驱动第一传动锥轮旋转,第一传动锥轮通过由滑动架、第一保持杆、从动轮、从动齿轮、第二保持杆、传动齿轮、驱动轮、驱动齿轮、保持片构成的传动装置驱动第二传动锥轮旋转,第二传动锥轮通过中心齿轮和三个行星齿轮驱动输出轴转动,气缸用于控制第一传动锥轮与第二传动锥轮之间传动的通断,气缸推力由控制系统进行闭环伺服控制,电机通过旋转螺纹杆改变滑动架的位置,从而改变第一传动锥轮与第二传动锥轮之间的传动比,实现输入轴与输出轴之间的无级变速。(The invention discloses a closed-loop servo stepless speed changer, which comprises a shell, a central gear, an inner gear ring, planetary gears, a planet carrier, an output shaft, a first transmission cone pulley, a second transmission cone pulley and an input shaft, wherein the shell is a supporting body, the input shaft and the shell form a rotating pair and drive the first transmission cone pulley to rotate, the first transmission cone pulley drives the second transmission cone pulley to rotate through a transmission device consisting of a sliding frame, a first retaining rod, a driven wheel, a driven gear, a second retaining rod, a transmission gear, a driving wheel, a driving gear and a retaining sheet, the second transmission cone pulley drives the output shaft to rotate through the central gear and three planetary gears, a cylinder is used for controlling the on-off of transmission between the first transmission cone pulley and the second transmission cone pulley, the thrust of the cylinder is subjected to closed-loop servo control by a control system, a motor changes the position of the sliding frame through rotating a threaded rod so as to change the transmission ratio between the first transmission cone pulley and the second, realizing the stepless speed change between the input shaft and the output shaft.)
技术领域
本发明涉及变速器领域，具体涉及一种闭环伺服无级变速器。
背景技术
机械式无级变速器具有结构简单，可靠性高，无级调速方便等诸多优点，目前应用较多的有锥轮式、带式等；其中带传动式无级变速器主要靠可变径的主﹑从动齿轮和金属带来实现速比的无级变化，传动效率高﹑变速范围较宽，从而可获得传动系统与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性；在最近的十几年中，CVT(Continuously VariableTransmission)无级变速器技术取得了很大的进步，并被广泛应用在小功率汽车领域，但是，其受到金属带材料和技术的限制，使制造成本非常高，并且其核心技术和专利大多掌握在外国企业手中，我国民族企业在带传动式无级变速器的开发上处于明显的劣势；锥轮式无级变速器主要靠主、从动刚性元件和中间传动件通过接触摩擦和润滑油膜牵引进行传动，并可通过改变其接触处的工作半径进行无级变速，其具有传动平稳、噪音小、结构简单、有过载保护效果、形式多样等优点；开发出功能合理、稳定可靠的锥轮式无级变速器具有显著的经济效益和社会意义。
公开号为CN106090161A的中国发明专利公布了中间带有可直线运动小摩擦轮的伺服锥轮式无级变速器，通过改变小，小摩擦轮的位置上以改变输入锥轮和输出锥轮之间的传动比，从而实现无级变速；由于小摩擦轮与输入锥轮和输出锥轮之间通过摩擦力进行传动，小摩擦轮在变速过程中必然与输入锥轮和输出锥轮的接触母线之间出现滑动摩擦，极易损坏小摩擦轮与输入锥轮和输出锥轮的接触表面，严重缩短变速器的使用寿命，并且滑动摩擦也会产生较多的热量，浪费更多的燃料，加重大气污染，也降低了变速器的传动效率。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种闭环伺服无级变速器，其结构新颖，占用空间小，并能有效延长锥轮式无级变速器使用寿命。
本发明采取的技术方案为：一种闭环伺服无级变速器，包括外壳、第四齿轮、中心轴、中心齿轮、内齿圈、行星齿轮、行星架、输出轴、螺纹杆、电机、第三齿轮、第二传动锥轮、第一传动锥轮、第二锥齿轮、第一锥齿轮、输入轴、密封盖、滑动架、气缸、第一保持杆、从动轮、从动齿轮、第二保持杆、传动齿轮、驱动轮、驱动齿轮、保持片，其特征在于：外壳是支撑主体，输入轴与外壳构成转动副，并通过第一锥齿轮和第二锥齿轮驱动第一传动锥轮旋转，第一传动锥轮通过由滑动架、第一保持杆、从动轮、从动齿轮、第二保持杆、传动齿轮、驱动轮、驱动齿轮、保持片构成的传动装置驱动第二传动锥轮旋转，第二传动锥轮通过第三齿轮、第四齿轮驱动中心轴和中心齿轮转动，中心齿轮通过三个行星齿轮驱动输出轴转动，气缸用于控制第一传动锥轮与第二传动锥轮之间传动的通断，电机安装于密封盖上，并通过旋转螺纹杆改变滑动架的位置，从而无级改变第一传动锥轮与第二传动锥轮之间的传动比，实现输入轴与输出轴之间的无级变速。
作为优选，外壳是变速器的支撑主体，其内部两侧壁倾斜设置有四条导轨，密封盖通过螺钉紧固安装于外壳左侧，输入轴安装于外壳上侧并通过三个轴承与外壳构成转动副，第一锥齿轮与输入轴下端同轴紧固连接，中心轴安装于外壳内部并通过两个轴承与外壳构成转动副，第四齿轮与中心轴左端同轴紧固连接，中心齿轮与中心轴右端同轴紧固连接，内齿圈固定安装于外壳内部，输出轴通过两个轴承与外壳右端构成转动副，行星架与输出轴左端同轴紧固连接，行星架左侧周向均布设有三个短轴，每个短轴上均转动安装有一个行星齿轮，三个行星齿轮安装于中心齿轮和内齿圈之间，并与后两者均构成齿轮啮合关系，从而中心齿轮、内齿圈、行星架和三个行星齿轮构成行星轮系。
作为优选，第一传动锥轮安装于外壳内部并构成转动副，且大端向左小端向右，第一传动锥轮的锥面上侧母线与外壳内部的四条导轨平行，第二锥齿轮与第一传动锥轮左端同轴紧固连接，第二锥齿轮与第一锥齿轮构成齿轮啮合传动，第二传动锥轮安装于外壳内部并构成转动副，且大端向右小端向左，第二传动锥轮位于第一传动锥轮上方，并且其下侧母线与外壳内部的四条导轨平行，第三齿轮与第二传动锥轮右端同轴紧固连接，第三齿轮与第四齿轮构成齿轮啮合传动。
作为优选，滑动架安装于外壳内部，滑动架左端设有的两个滑块结构和右端设有的两个滑块结构分别与外壳内部两侧壁的四条导轨配合安装，使滑动架与外壳构成移动副，滑动架靠近左端位置设置有螺纹孔，靠近其中间位置设有圆孔和长槽孔，第二保持杆安装于圆孔内构成转动副，两个传动齿轮分别同轴紧固安装于第二保持杆两端，第一保持杆可在长槽孔内滑动，驱动轮位于第一保持杆和第二保持杆之间下侧，两个驱动齿轮分别同轴紧固安装于驱动轮两端，驱动轮两端通过两个保持片与第一保持杆转动连接，并且驱动轮两端还通过两个保持片与第二保持杆转动连接，使驱动齿轮始终与传动齿轮啮合，从动轮位于第一保持杆和第二保持杆之间上侧，两个从动齿轮分别同轴紧固安装于从动轮两端，从动轮两端通过两个保持片与第一保持杆转动连接，并且从动轮两端还通过两个保持片与第二保持杆转动连接，使从动齿轮始终与传动齿轮啮合。
作为优选，电机后端通过螺钉紧固安装于密封盖右侧，电机的输出轴与螺纹杆紧固连接，螺纹杆与螺纹孔配合安装构成螺纹传动，电机通过驱动螺纹杆转动以改变滑动架的位置，气缸左端与第一保持杆构成转动副，气缸右端与滑动架右端固定连接。
初始状态时，气缸伸长并推动第一保持杆在长槽孔内向左滑动，在八个保持片的推力作用下，驱动轮向下移动并与第一传动锥轮的上侧母线紧紧贴合，从动轮向上移动并与第二传动锥轮的下侧母线紧紧贴合。
来自发动机或电动机的动力驱动输入轴转动后，第一锥齿轮通过第二锥齿轮驱动第一传动锥轮转动，第一传动锥轮通过摩擦力使驱动轮和驱动齿轮转动，驱动齿轮通过与传动齿轮、从动齿轮之间的齿轮啮合关系，驱动从动齿轮和从动轮转动，从动轮又通过与第二传动锥轮下侧母线摩擦传动的关系，驱动第二传动锥轮和第三齿轮转动，第三齿轮通过第四齿轮驱动中心轴和中心齿轮转动，中心齿轮又通过三个行星齿轮和行星架驱动输出轴转动，输出轴再将动力传递至车轮或其他执行机构。
当需要变速时，首先气缸收缩并拉动第一保持杆向右移动，在八个保持片的拉力作用下，驱动轮向上移动并与第一传动锥轮的上侧母线脱离接触，从动轮向下移动并与第二传动锥轮的下侧母线脱离接触，之后电机通过螺纹杆使滑动架移动至合适的传动比位置后，气缸伸长并推动第一保持杆向左移动，在八个保持片的推力作用下，驱动轮向下移动并与第一传动锥轮的上侧母线接触并压紧，从动轮向上移动并与第二传动锥轮的下侧母线接触并压紧，从而完成变速动作；滑动架在其行程左端时传动比最小，滑动架在其行程右端时传动比最大。
驱动轮与第一传动锥轮之间的压力和从动轮与第二传动锥轮之间的压力大小取决于气缸的推力大小，气缸的推力大小由其内部的气压控制，气压的大小由控制系统进行闭环伺服控制；当发动机或电动机的输出扭矩增加时，控制系统增大气压，使气缸推力增大，从而增大驱动轮与第一传动锥轮之间的压力和从动轮与第二传动锥轮之间的压力，使变速器可传递的扭矩增大；当发动机或电动机的输出扭矩减小时，控制系统降低气压，使气缸推力减小，从而减小驱动轮与第一传动锥轮之间的压力和从动轮与第二传动锥轮之间的压力，以减小驱动轮和从动轮的周期性弹性形变，延长变速器的使用寿命。
本发明的有益效果：
①变速时首先使驱动轮与第一传动锥轮脱离接触、从动轮与第二传动锥轮脱离接触，再移动驱动轮和从动轮的位置，避免了传统锥轮式无级调速结构调速时，在中间调速轮与两个锥轮在接触状态下移动中间调速轮，使锥轮和调速轮表面出现刮花和打滑的缺陷，极大地延长了变速器的使用寿命；
②驱动轮与第一传动锥轮之间的接触压力和从动轮与第二传动锥轮之间的接触压力可由控制系统根据输入扭矩进行闭环伺服控制，输入扭矩增大时接触压力增大，以提高变速器的可传递扭矩，输入扭矩减小时接触压力减小，以延长变速器的使用寿命；
③变速器内部采用了行星轮系减速结构，具有传动比大，体积小，传动平稳，传动效率高，轮齿间载荷分布均匀，抗冲击振动能力强等优点；
④结构紧凑，占用空间小，能有效减少整车或设备的体积和重量，有利于节能减排。
附图说明
图1为变速器的整体结构示意图。
图2为变速器的纵向剖面结构示意图。
图3为变速器的纵向剖面结构示意图。
图4为变速机构的局部示意图。
图5为变速器的斜向剖面结构示意图。
图6为变速器的斜向剖面结构示意图。
图7为变速器的爆炸示意图。
图8为滑动架的结构示意图。
附图标号：1外壳、2第四齿轮、3中心轴、4中心齿轮、5内齿圈、6行星齿轮、7行星架、8输出轴、9螺纹杆、10电机、11第三齿轮、12第二传动锥轮、13第一传动锥轮、14第二锥齿轮、15第一锥齿轮、16输入轴、17密封盖、18滑动架、18.1螺纹孔、18.2圆孔、18.3长槽孔、19气缸、20第一保持杆、21从动轮、21.1从动齿轮、22第二保持杆、22.1传动齿轮、23驱动轮、23.1驱动齿轮、24保持片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1至图8所示，一种闭环伺服无级变速器，包括外壳1、第四齿轮2、中心轴3、中心齿轮4、内齿圈5、行星齿轮6、行星架7、输出轴8、螺纹杆9、电机10、第三齿轮11、第二传动锥轮12、第一传动锥轮13、第二锥齿轮14、第一锥齿轮15、输入轴16、密封盖17、滑动架18、气缸19、第一保持杆20、从动轮21、从动齿轮21.1、第二保持杆22、传动齿轮22.1、驱动轮23、驱动齿轮23.1、保持片24，其特征在于：外壳1是支撑主体，输入轴16与外壳1构成转动副，并通过第一锥齿轮15和第二锥齿轮14驱动第一传动锥轮13旋转，第一传动锥轮13通过由滑动架18、第一保持杆20、从动轮21、从动齿轮21.1、第二保持杆22、传动齿轮22.1、驱动轮23、驱动齿轮23.1、保持片24构成的传动装置驱动第二传动锥轮12旋转，第二传动锥轮12通过第三齿轮11、第四齿轮2驱动中心轴3和中心齿轮4转动，中心齿轮4通过三个行星齿轮6驱动输出轴8转动，气缸19用于控制第一传动锥轮13与第二传动锥轮12之间传动的通断，电机10安装于密封盖17上，并通过旋转螺纹杆9改变滑动架18的位置，从而无级改变第一传动锥轮13与第二传动锥轮12之间的传动比，实现输入轴16与输出轴8之间的无级变速。
所述的外壳1是变速器的支撑主体，其内部两侧壁倾斜设置有四条导轨，密封盖17通过螺钉紧固安装于外壳1左侧，输入轴16安装于外壳1上侧并通过三个轴承与外壳1构成转动副，第一锥齿轮15与输入轴16下端同轴紧固连接，中心轴3安装于外壳1内部并通过两个轴承与外壳1构成转动副，第四齿轮2与中心轴3左端同轴紧固连接，中心齿轮4与中心轴3右端同轴紧固连接，内齿圈5固定安装于外壳1内部，输出轴8通过两个轴承与外壳1右端构成转动副，行星架7与输出轴8左端同轴紧固连接，行星架7左侧周向均布设有三个短轴，每个短轴上均转动安装有一个行星齿轮6，三个行星齿轮6安装于中心齿轮4和内齿圈5之间，并与后两者均构成齿轮啮合关系，从而中心齿轮4、内齿圈5、行星架7和三个行星齿轮6构成行星轮系。
所述的第一传动锥轮13安装于外壳1内部并构成转动副，且大端向左小端向右，第一传动锥轮13的锥面上侧母线与外壳1内部的四条导轨平行，第二锥齿轮14与第一传动锥轮13左端同轴紧固连接，第二锥齿轮14与第一锥齿轮15构成齿轮啮合传动，第二传动锥轮12安装于外壳1内部并构成转动副，且大端向右小端向左，第二传动锥轮12位于第一传动锥轮13上方，并且其下侧母线与外壳1内部的四条导轨平行，第三齿轮11与第二传动锥轮12右端同轴紧固连接，第三齿轮11与第四齿轮2构成齿轮啮合传动。
滑动架18安装于外壳1内部，滑动架18左端设有的两个滑块结构和右端设有的两个滑块结构分别与外壳1内部两侧壁的四条导轨配合安装，使滑动架18与外壳1构成移动副，滑动架18靠近左端位置设置有螺纹孔18.1，靠近其中间位置设有圆孔18.2和长槽孔18.3，第二保持杆22安装于圆孔18.2内构成转动副，两个传动齿轮22.1分别同轴紧固安装于第二保持杆22两端，第一保持杆20可在长槽孔18.3内滑动，驱动轮23位于第一保持杆20和第二保持杆22之间下侧，两个驱动齿轮23.1分别同轴紧固安装于驱动轮23两端，驱动轮23两端通过两个保持片24与第一保持杆20转动连接，并且驱动轮23两端还通过两个保持片24与第二保持杆22转动连接，使驱动齿轮23.1始终与传动齿轮22.1啮合，从动轮21位于第一保持杆20和第二保持杆22之间上侧，两个从动齿轮21.1分别同轴紧固安装于从动轮21两端，从动轮21两端通过两个保持片24与第一保持杆20转动连接，并且从动轮21两端还通过两个保持片24与第二保持杆22转动连接，使从动齿轮21.1始终与传动齿轮22.1啮合。
电机10后端通过螺钉紧固安装于密封盖17右侧，电机10的输出轴与螺纹杆9紧固连接，螺纹杆9与螺纹孔18.1配合安装构成螺纹传动，电机10通过驱动螺纹杆9转动以改变滑动架18的位置，气缸19左端与第一保持杆20构成转动副，气缸19右端与滑动架18右端固定连接。
初始状态时，气缸19伸长并推动第一保持杆20在长槽孔18.3内向左滑动，在八个保持片24的推力作用下，驱动轮23向下移动并与第一传动锥轮13的上侧母线紧紧贴合，从动轮21向上移动并与第二传动锥轮12的下侧母线紧紧贴合。
来自发动机或电动机的动力驱动输入轴16转动后，第一锥齿轮15通过第二锥齿轮14驱动第一传动锥轮13转动，第一传动锥轮13通过摩擦力使驱动轮23和驱动齿轮23.1转动，驱动齿轮23.1通过与传动齿轮22.1、从动齿轮21.1之间的齿轮啮合关系，驱动从动齿轮21.1和从动轮21转动，从动轮21又通过与第二传动锥轮12下侧母线摩擦传动的关系，驱动第二传动锥轮12和第三齿轮11转动，第三齿轮11通过第四齿轮2驱动中心轴3和中心齿轮4转动，中心齿轮4又通过三个行星齿轮6和行星架7驱动输出轴8转动，输出轴8再将动力传递至车轮或其他执行机构。
当需要变速时，首先气缸19收缩并拉动第一保持杆20向右移动，在八个保持片24的拉力作用下，驱动轮23向上移动并与第一传动锥轮13的上侧母线脱离接触，从动轮21向下移动并与第二传动锥轮12的下侧母线脱离接触，之后电机10通过螺纹杆9使滑动架18移动至合适的传动比位置后，气缸19伸长并推动第一保持杆20向左移动，在八个保持片24的推力作用下，驱动轮23向下移动并与第一传动锥轮13的上侧母线接触并压紧，从动轮21向上移动并与第二传动锥轮12的下侧母线接触并压紧，从而完成变速动作；滑动架18在其行程左端时传动比最小，滑动架18在其行程右端时传动比最大。
驱动轮23与第一传动锥轮13之间的压力和从动轮21与第二传动锥轮12之间的压力大小取决于气缸19的推力大小，气缸19的推力大小由其内部的气压控制，气压的大小由控制系统进行闭环伺服控制；当发动机或电动机的输出扭矩增加时，控制系统增大气压，使气缸19推力增大，从而增大驱动轮23与第一传动锥轮13之间的压力和从动轮21与第二传动锥轮12之间的压力，使变速器可传递的扭矩增大；当发动机或电动机的输出扭矩减小时，控制系统降低气压，使气缸19推力减小，从而减小驱动轮23与第一传动锥轮13之间的压力和从动轮21与第二传动锥轮12之间的压力，以减小驱动轮23和从动轮21的周期性弹性形变，延长变速器的使用寿命。
“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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