專利名稱：一種無極變速方法及無極變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)電一 體化領(lǐng)域，特別涉及一種無級變速方法及無級變速器。
背景技術(shù)：
無極變速器可以更好的滿足電動機(jī)或發(fā)動機(jī)在最優(yōu)工況下與傳動系統(tǒng)的良好匹配。傳統(tǒng)無級變速器主要分為液壓傳動、機(jī)械傳動和電力傳動等方式。液壓傳動對變速器的制造精度要求高，價格較貴，輸出特性為恒轉(zhuǎn)矩，滑動率較大，運(yùn)轉(zhuǎn)時容易發(fā)生漏油；機(jī)械傳動對變速器的零部件加工及潤滑要求較高，承載能力較低，抗過載及耐沖擊性較差，有效調(diào)速范圍小，一般適合于中、小功率傳動；電力傳動的變速器以交流電機(jī)式為主，在降頻低速時恒轉(zhuǎn)矩輸出，功率降低?？傮w上，目前無極變速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝要求較高，局部性能有待提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種無級變速方法。本發(fā)明的另一目的在于提供兩種結(jié)構(gòu)簡單、變速范圍大和輸出功率穩(wěn)定的無極變速器。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種無級變速方法，是以介質(zhì)為高頻傳動開關(guān)，通過機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換；所述介質(zhì)是在電壓或磁場的作用下發(fā)生固、液態(tài)轉(zhuǎn)變的介質(zhì)；所述機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)由重質(zhì)的蓄能飛輪和輕質(zhì)的傳動盤組成，介質(zhì)位于蓄能飛輪和傳動盤之間；當(dāng)施加電壓或磁場時，介質(zhì)發(fā)生固化從而將蓄能飛輪與傳動盤連為一體，當(dāng)失去電壓或磁場時，介質(zhì)發(fā)生液化從而蓄能飛輪與傳動盤之間無機(jī)械連接并各自進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動，通過控制介質(zhì)固態(tài)和液態(tài)時間比例，實(shí)現(xiàn)控制輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。所述介質(zhì)優(yōu)選電流變液、電磁變液或可控磁粉，還包括可以實(shí)現(xiàn)快速可控連斷的其它介質(zhì)?！N無級變速器，包括按同軸串聯(lián)排布的輸入系統(tǒng)、變速傳動系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)；所述輸入系統(tǒng)包括輸入軸定位軸承I、輸入軸2和I級蓄能飛輪3，所述變速傳動系統(tǒng)包括彈性機(jī)構(gòu)4、傳動盤5、I級介質(zhì)6和II級介質(zhì)7，所述輸出系統(tǒng)包括II級蓄能飛輪8、輸出軸9和輸出軸定位軸承10 ;輸入軸定位軸承I與輸入軸2相嵌接，用于固定輸入軸2，輸入軸2與重質(zhì)的I級蓄能飛輪3同軸剛性連接；1級蓄能飛輪3與傳動盤5之間放置有I級介質(zhì)6，傳動盤5和II級蓄能飛輪8之間放置有II級介質(zhì)7 ;所述I級介質(zhì)6和II級介質(zhì)7是在電壓或磁場的作用下發(fā)生固、液態(tài)轉(zhuǎn)變的介質(zhì)，當(dāng)施加電壓或磁場時，I級介質(zhì)6會發(fā)生固化，從而將I級蓄能飛輪3與傳動盤5連為一體，當(dāng)失去電壓或磁場時，I級介質(zhì)6會重新液化，從而I級蓄能飛輪3與傳動盤5之間無機(jī)械連接，進(jìn)行獨(dú)立自由轉(zhuǎn)動；當(dāng)施加電壓或磁場時，II級介質(zhì)7會發(fā)生固化，從而將傳動盤5與II級蓄能飛輪8連為一體，當(dāng)失去電壓或磁場時，II級介質(zhì)7會重新液化，從而傳動盤5與II級蓄能飛輪8之間無機(jī)械連接，進(jìn)行獨(dú)立自由轉(zhuǎn)動；輕質(zhì)的傳動盤5的邊緣連接有環(huán)狀的彈性機(jī)構(gòu)4，彈性機(jī)構(gòu)4的外緣固定在外殼上，彈性機(jī)構(gòu)4用于提供傳動盤5在一定幅度內(nèi)往復(fù)轉(zhuǎn)動的回復(fù)力；重質(zhì)的II級蓄能飛輪8與輸出軸9剛性連接，輸出軸定位軸承10與輸出軸9相嵌接，用于固定輸出軸9。所述I級介質(zhì)6和II級介質(zhì)7優(yōu)選電流變液、電磁變液或可控磁粉，還包括可以實(shí)現(xiàn)快速可控連斷的其它介質(zhì)。所述II級介質(zhì)7可以用機(jī)械棘輪代替，機(jī)械棘輪的棘齒方向與輸出軸9的轉(zhuǎn)速方向相同。所述I級蓄能飛輪3和II級蓄能飛輪8的質(zhì)量重于傳動盤5 ；1級蓄能飛輪3和II級蓄能飛輪8為圓盤狀，傳動盤5為輕質(zhì)薄板。所述輸入系統(tǒng)的動力源，可以是電動機(jī)、汽油發(fā)動機(jī)、柴油發(fā)動機(jī)或蒸汽機(jī)等機(jī)械動力源。采用電控系統(tǒng)來控制I級介質(zhì)6和II級介質(zhì)7的電壓或磁場。所述電控系統(tǒng)包括數(shù)字處理系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速扭矩檢測系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、驅(qū)動電路、I級電/磁極和II級電/磁極。其中，數(shù)字處理系統(tǒng)可以是單片機(jī)、DSP、PLC或工控機(jī)為核心的數(shù)字處理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將采集到的輸入輸出軸轉(zhuǎn)速、扭矩等數(shù)據(jù)運(yùn)算后，輸出控制I級介質(zhì)6和II級介質(zhì)7的電信號。轉(zhuǎn)速扭矩檢測系統(tǒng)負(fù)責(zé)將輸入、輸出軸上傳感器采集到的扭矩和轉(zhuǎn)速信息變送處理，傳遞給數(shù)字處理系統(tǒng)。電源系統(tǒng)為數(shù)字處理系統(tǒng)和驅(qū)動電路提供相應(yīng)的工作電壓。驅(qū)動電路將數(shù)字處理系統(tǒng)輸出的弱電控制信號放大和波形調(diào)整，產(chǎn)生可以兩回路驅(qū)動介質(zhì)的電磁控制波形。I級電/磁極和II級電/磁極分別形成一個對級，將驅(qū)動波形施加在I級介質(zhì)6和II級介質(zhì)7之上，完成固液兩態(tài)變化。另一種無級變速器(同軸套筒式)，與上述第一種無級變速器的不同之處在于11級蓄能飛輪12和傳動盤13為同軸套筒結(jié)構(gòu)，II級蓄能飛輪12的邊緣延長形成外套筒，傳動盤13的邊緣延長形成內(nèi)套筒，II級介質(zhì)7放置于內(nèi)外套筒之間；傳動盤13與扭矩彈簧11的一端相連接，扭矩彈簧11的另一端固定，扭矩彈簧11為傳動盤13提供往復(fù)轉(zhuǎn)動方向回復(fù)力。本發(fā)明的工作原理為I級介質(zhì)6和II級介質(zhì)7分別為獨(dú)立空間，設(shè)I級介質(zhì)6固態(tài)時間為t1; II級介質(zhì)7固態(tài)時間為t2,穩(wěn)態(tài)工作時,兩級介質(zhì)控制時間周期為T,即T=t!+t2(I)控制I級介質(zhì)6和II級介質(zhì)7互補(bǔ)固態(tài)周期動作。設(shè)彈性機(jī)構(gòu)4具有足夠的行程和穩(wěn)定的彈性系數(shù)，并假設(shè)穩(wěn)態(tài)后輸入軸2角速度為Co1，輸入軸2和I級蓄能飛輪3為剛性連接，具有相同的角速度。I級蓄能飛輪3為金屬圓盤，假設(shè)轉(zhuǎn)動慣量足夠大，當(dāng)T足夠小時其角速度ω I變化忽略不計，則h時間內(nèi)I級蓄能飛輪3通過固態(tài)I級介質(zhì)6和傳動盤5為彈性機(jī)構(gòu)4蓄能。在t2時間內(nèi)彈性機(jī)構(gòu)4的勢能通過傳動盤5和II級介質(zhì)7向由II級蓄能飛輪8釋放，輸出軸9與其剛性連接，將機(jī)械能輸出給負(fù)載。設(shè)II級蓄能飛輪8轉(zhuǎn)動慣量足夠大，當(dāng)T足夠小時其角速度ω2變化忽略不計?？梢苑治觯€(wěn)態(tài)時，一個周期T內(nèi)傳動盤5平均角位移為0，否則單向位移積累與穩(wěn)
5態(tài)矛盾，可以表達(dá)為
權(quán)利要求
1.一種無級變速方法，其特征在于是以介質(zhì)為高頻傳動開關(guān)，通過機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換；所述介質(zhì)是在電壓或磁場的作用下發(fā)生固、液態(tài)轉(zhuǎn)變的介質(zhì)；所述機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)由重質(zhì)的蓄能飛輪和輕質(zhì)的傳動盤組成，介質(zhì)位于蓄能飛輪和傳動盤之間；當(dāng)施加電壓或磁場時，介質(zhì)發(fā)生固化從而將蓄能飛輪與傳動盤連為一體，當(dāng)失去電壓或磁場時，介質(zhì)發(fā)生液化從而蓄能飛輪與傳動盤之間無機(jī)械連接并各自進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動，通過控制介質(zhì)固態(tài)和液態(tài)時間比例，實(shí)現(xiàn)控制輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無級變速方法，其特征在于所述介質(zhì)是電流變液、電磁變液或可控磁粉。
3.一種無極變速器，其特征在于包括按同軸串聯(lián)排布的輸入系統(tǒng)、變速傳動系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)；所述輸入系統(tǒng)包括輸入軸定位軸承、輸入軸和I級蓄能飛輪，所述變速傳動系統(tǒng)包括彈性機(jī)構(gòu)、傳動盤、I級介質(zhì)和II級介質(zhì)，所述輸出系統(tǒng)包括II級蓄能飛輪、輸出軸和輸出軸定位軸承；輸入軸定位軸承與輸入軸相嵌接，用于固定輸入軸，輸入軸與重質(zhì)的I級蓄能飛輪同軸剛性連接級蓄能飛輪與傳動盤之間放置有I級介質(zhì)，傳動盤和II級蓄能飛輪之間放置有II級介質(zhì)；所述I級介質(zhì)和II級介質(zhì)是在電壓或磁場的作用下發(fā)生固、液態(tài)轉(zhuǎn)變的介質(zhì)，當(dāng)施加電壓或磁場時，I級介質(zhì)會發(fā)生固化，從而將I級蓄能飛輪與傳動盤連為一體，當(dāng)失去電壓或磁場時，I級介質(zhì)會重新液化，從而I級蓄能飛輪與傳動盤之間無機(jī)械連接，進(jìn)行獨(dú)立自由轉(zhuǎn)動；當(dāng)施加電壓或磁場時，II級介質(zhì)會發(fā)生固化，從而將傳動盤與II級蓄能飛輪連為一體，當(dāng)失去電壓或磁場時，II級介質(zhì)會重新液化，從而傳動盤與II級蓄能飛輪之間無機(jī)械連接，進(jìn)行獨(dú)立自由轉(zhuǎn)動；輕質(zhì)的傳動盤的邊緣連接有環(huán)狀的彈性機(jī)構(gòu)，彈性機(jī)構(gòu)的外緣固定在外殼上，彈性機(jī)構(gòu)用于提供傳動盤在一定幅度內(nèi)往復(fù)轉(zhuǎn)動的回復(fù)力；重質(zhì)的II級蓄能飛輪與輸出軸剛性連接，輸出軸定位軸承與輸出軸相嵌接，用于固定輸出軸。
4.一種無極變速器，其特征在于包括按同軸串聯(lián)排布的輸入系統(tǒng)、變速傳動系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)；所述輸入系統(tǒng)包括輸入軸定位軸承、輸入軸和I級蓄能飛輪，所述變速傳動系統(tǒng)包括彈性機(jī)構(gòu)、傳動盤、I級介質(zhì)和II級介質(zhì)，所述輸出系統(tǒng)包括II級蓄能飛輪、輸出軸和輸出軸定位軸承；輸入軸定位軸承與輸入軸相嵌接，用于固定輸入軸，輸入軸與重質(zhì)的I級蓄能飛輪同軸剛性連接級蓄能飛輪與傳動盤之間放置有I級介質(zhì)級蓄能飛輪和傳動盤為同軸套筒結(jié)構(gòu)，II級蓄能飛輪的邊緣延長形成外套筒，傳動盤的邊緣延長形成內(nèi)套筒，II級介質(zhì)放置于內(nèi)外套筒之間；傳動盤與扭矩彈簧的一端相連接，扭矩彈簧的另一端固定，扭矩彈簧為傳動盤提供往復(fù)轉(zhuǎn)動方向回復(fù)力；所述I級介質(zhì)和II級介質(zhì)是在電壓或磁場的作用下發(fā)生固、液態(tài)轉(zhuǎn)變的介質(zhì)，當(dāng)施加電壓或磁場時，I級介質(zhì)會發(fā)生固化，從而將I級蓄能飛輪與傳動盤連為一體，當(dāng)失去電壓或磁場時，I級介質(zhì)會重新液化，從而I級蓄能飛輪與傳動盤之間無機(jī)械連接，進(jìn)行獨(dú)立自由轉(zhuǎn)動；當(dāng)施加電壓或磁場時，II級介質(zhì)會發(fā)生固化，從而將傳動盤與II級蓄能飛輪連為一體，當(dāng)失去電壓或磁場時，II級介質(zhì)會重新液化，從而傳動盤與II級蓄能飛輪之間無機(jī)械連接，進(jìn)行獨(dú)立自由轉(zhuǎn)動；重質(zhì)的II級蓄能飛輪與輸出軸剛性連接，輸出軸定位軸承與輸出軸相嵌接，用于固定輸出軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的無極變速器，其特征在于所述I級介質(zhì)和II級介質(zhì)是電流變液、電磁變液或可控磁粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無極變速器，其特征在于所述II級介質(zhì)用機(jī)械棘輪代替，機(jī)械棘輪的棘齒方向與輸出軸的轉(zhuǎn)速方向相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的無極變速器，其特征在于采用電控系統(tǒng)來控制I級介質(zhì)和II級介質(zhì)的電壓或磁場；所述電控系統(tǒng)包括數(shù)字處理系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速扭矩檢測系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、驅(qū)動電路、I級電/磁極和II級電/磁極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無極變速器，其特征在于所述數(shù)字處理系統(tǒng)是單片機(jī)、DSP、PLC或工控機(jī)為核心的數(shù)字處理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將采集到的輸入輸出軸轉(zhuǎn)速、扭矩等數(shù)據(jù)運(yùn)算后，輸出控制I級介質(zhì)和II級介質(zhì)的電信號；轉(zhuǎn)速扭矩檢測系統(tǒng)負(fù)責(zé)將輸入、輸出軸上傳感器采集到的扭矩和轉(zhuǎn)速信息變送處理，傳遞給數(shù)字處理系統(tǒng)；電源系統(tǒng)為數(shù)字處理系統(tǒng)和驅(qū)動電路提供相應(yīng)的工作電壓；驅(qū)動電路將數(shù)字處理系統(tǒng)輸出的弱電控制信號放大和波形調(diào)整，產(chǎn)生可以兩回路驅(qū)動介質(zhì)的電磁控制波形；1級介質(zhì)和II級介質(zhì)分別形成一個對級，將驅(qū)動波形施加在I級介質(zhì)和II級介質(zhì)之上，完成固液兩態(tài)變化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)無級變速的方法及兩種無級變速器。該方法是以介質(zhì)為高頻傳動開關(guān)，通過機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換；所述介質(zhì)是在電壓或磁場的作用下發(fā)生固、液態(tài)轉(zhuǎn)變的介質(zhì)；所述機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)由重質(zhì)的蓄能飛輪和輕質(zhì)的傳動盤組成，介質(zhì)位于蓄能飛輪和傳動盤之間；當(dāng)施加電壓或磁場時，介質(zhì)發(fā)生固化從而將蓄能飛輪與傳動盤連為一體，當(dāng)失去電壓或磁場時，介質(zhì)發(fā)生液化從而蓄能飛輪與傳動盤之間無機(jī)械連接并各自進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動，通過控制介質(zhì)固態(tài)和液態(tài)時間比例，實(shí)現(xiàn)控制輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。實(shí)現(xiàn)本方法的兩種無級變速器，具有調(diào)速范圍寬、反應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單和輸出功率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號F16H33/04GK102927231SQ20121044438
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者閆國琦, 陳潤恩 申請人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)