本发明涉及一种车辆变速技术，特别是一种恒功率特性的无级变速车 辆变速技术。

回前，已有无级变速的车辆上市，一般采用发动机变速配合液压变速 输出。发动机可作无级变速，但属恒转矩特性。发动机最佳工况是在中、 高速运行，低速运行时，不仅输出功率很小，而且发动机燃烧不完全，输 出功率很小，输出转矩也小于中、高速运行时的转矩，重载会发生熄火的 危险，设计者为弥补这一缺点，采取马力储备，即加大发动机马力配置。 这对车辆非常不利。液压传动也属于恒转矩特性。因此，已上市的无级变 速的车辆，存在油耗高，起步马力小等缺点而不受消费者欢迎。有级变速 的车辆属恒功率特性，但车辆不能从零转起步，起步动力小、不平稳。而 且操作要靠机械手柄变速，操作繁难，容易发生错误而导致车祸。

本发明的目的，就在于克服现有技术的上述缺点，提供一种完全恒功 率特性的无级变速的车辆变速系统，具有起步动力特大，增、减速平稳可 靠，调速快慢可任意控制，操作集中简单，无需搬动任何机械手柄，只需 掌握调速控制器就可完成车辆的各种运行状态。紧急时，车辆可由遥感器 反馈的信息迅速自动减速和停止前进，车辆发动机配置合理，可经常在最 佳工况下运行，油耗低，废气排放清洁，车辆行驶安全可靠的变速系统。 如配置二台发动机(总功率不超过)根据不同载荷和路况起动一台或二台 发动机运行，则节能效果更加显著。

本发明的目的是这样实现的。

本变速系统由七部份组成：

1.渐开线行星差动齿轮系。

2.输入输出同步同轴高效自锁机构。

3.小功率调速用直流电动机，其功率相当于车辆发动机功率的10％。

4.起动发动机的中间齿轮和超越离合器。

5.手动调速直流电动机的控制器。

6.遥感接收器和自动控制器。

7.刹车及电位控制。

下面就七部份的组合及功用分述为下：

渐开线行星差动齿轮系的行星架为输出件，通过输出轴与车辆轮轴连 接。太阳齿轮与发动机输出轴连接，中间接有一个电磁超越双联离合器。 行星齿轮系的齿圈不固定而呈浮动状态。如让齿圈变速转动，输出轴即可 作无级变速，其方程式如下：

$N_A=N_B·\frac{Z_A}{Z_A+Z_B}{N}_X·\frac{Z_B}{Z_A+Z_B}$

式中：

NA输出转速。

NB发动机转速。

NX行星轮系的齿圈转速(调速转速)

ZA太阳齿轮齿数。

ZB齿圈齿数。

上式中，ZA和ZB是常量，NA受NB、NX的变化而变化，在这个齿轮 系中，改变发动机转速或改变齿轮圈转速都能使输出转速变速。使NX不 变，NB改变，只能使NA在一定范围内变速，不能变为0转(只有发动机 停止，才能使NA为0)而发动机转速不变，增大NX就能使输出转速逐渐 降速，NX达到一定值时，NA为0，如再增大NX，NA可以是负值，即输出 为反向旋转，使车辆倒退。

行星差动齿轮系的这一特性，非常简单，但讫今为止尚不能被充分利 用，其原因在于，当齿圈不固定时，输出件行星架受外负载的作用，会有 一个与输出旋转方向相反的反力矩作用于齿圈上，而处在浮动状态的齿圈 会受这个反力矩的作用而自动旋转，使输出为0，机构失效，为要使齿圈 不被反力矩所驱动，必须要有一个自锁机构对齿圈实现有效的自锁。然后 根据需要，再让齿圈按需要的转速旋转。

同步同轴高效自锁机构不但能有效地把齿圈锁住，而且它有很大的调 速范围，能够在发动机高速运行时，使齿圈的转速达到能使输出的行星架 停止转动，甚至向反向旋转。即NB不变，NX大到一定值时，NA＝0，或使 NA等于负值。

将浮动状态的齿圈和同步同轴高效自锁机构连接，由于自锁的功能， 使齿圈不能自由转动，再用一小功率调速直流电动机连接自锁机构的输入 件，根据需要，起动直流电动机就能将被锁住的齿圈解锁转动，达到调速 之目的。

调速用的小功率直流电动机转子的另一端还安装有齿轮，通过减速中 间齿轮和超越离合器，起动发动机。

车辆如安装有遥感接收器，可将车辆前进方向出现的障碍及时反馈， 通过自动控制器直接起动调速直流电动机，使车辆及时减速和停止前进。

刹车电位器是刹车同步起动调速直流电动机，使行进中的车辆变速系 统输出为零，这有利于刹车的可靠性，同时也可避免传动系统机件的损坏。

本发明的具体结构是由下面实施例和附图实现的。

图一是本发明的方块结构示意图。

图二是本发明的轴向传动结构图。

图三、四、五、六是本发明的同步同轴高效自锁机构的剖面图。

如图二所示：行星齿轮系的行星架2与输出轴1连接，中心太阳齿轮 4和发动机输出轴5连接，中间接有电磁、超越双联离合器，发动机起动 时，必须脱离电磁离合器，使发动机处于空载状态。车辆起步后，必须合 拢电磁离合器，否则车辆在下坡时会失控。行星齿轮系的齿圈3和中心齿 轮6连接，中心齿轮6又和自锁机构的六个偏心套齿轮7啮合，组成一行 星齿轮系并被锁住。自锁机构的输入件偏心套9和调速直流电动机的转子 10连接。起动直流电动机使自锁机构的输入偏心套9旋转，就能使自锁 机构解锁转动。从而使被锁住的齿圈按所需要的转速旋转。因为直流电动 机可作无级变速调速，所以也能使行星齿轮系的齿圈作无级变速转动，达 到行星差动齿轮系的无级变速输出。

行星齿轮系的差动运行的恒功率特性的原理如下述：

在一套齿轮系中，无论主动轮还是被动轮，它们的线速度都是不变的， 作用在齿轮元周上的力也是不变的。但是行星差动轮运行状态下，主动轮 转速不变，但是中介轮的位置变化，使从动轮的转速发生了很大的变化， 那么从动轮的转矩是否也发生了变化呢？由于差动轮系讫今尚未有人用于 动力传动，国内外尚无人论及以此，本人研究认为，从动轮输出速度变慢 后，其输出转矩也相应地增大了，其原因是作用在从动轮上的力的作用方 式改变了。

以本实施例为例：太阳轮为输入件、齿圈为调速差动轮、行星架为输 出件。在没有调速，齿圈固定时，主动轮与从动轮的传动比是一种定传比 关系，转速和转矩都按定传比变化。此时，我们在从动齿轮上任意取一个 点，在传动中，这个点的轨迹是一条近于直线的弧线。在一旦调速的差动 件转动后，从动轮上的这个点的轨迹就从弧线改变为S曲线，随着差动的 增大，从动件的转速变慢；从动轮上的这个点的轨迹，从S曲线变为螺旋 线。随着从动轮转速变慢时，这个点的螺旋曲线的螺距越来越小，当从动 轮的转速接近于零转时，螺旋的每一圈之间的距离，小到几乎不能分辨。 这一运动轨迹，类似螺杆与螺母的运动原理一样。螺距越小，螺母的紧固 力越大，这就是行星差动齿轮系形成的恒功率无级变速特性的原理所在。

上述这个原理，在本实施例的实施模型的测试中得到完全的证实。在 测试中还得到这样一个定理：当输出转速接近于零转/分时，其输出转矩 接近于无穷大。实验时，输出转速为5转/分处加负载为50kg·M，但主 动力电机的电流比电机空载时只增加了约0.5A，而配套的0.5kw三相异步 电机的变频调速电流还不到0.5A，此时调速变频频率已达45赫。此证明 输出的转矩已达50kg·M，但转速仅5转/分，其输出功率仅250瓦，因 此变速机上无论主动力电机和调速电机的负载都很小，整个传动系统中除 输出件行星架外其他机件都处在轻载状态。

恒功率无级变速技术的这一特性，对车辆的起动和运行非常有利。由 于车辆运行有各种不同的路况，车辆载荷也有轻、重载之分，车辆的行驶 又会有快慢之别，情况不同，消耗的动力差距非常之大，但发动机却不能 适应这种差别，因此发动机往往是在不良工况下运行的，造成油料的很大 浪费，而废气排放中，又含有大量一氧化碳，污染环境。如车辆设置二台 发动机，其总马力不超过设计需要的马力。但可以根据车辆不同的载荷和 运行状况，分别起用一台或二台发动机，这就可以使发动机经常处在最佳 工况下运行，可以节约下大量的油料又使排放的废气更清洁。

本发明的关键机构是同步同轴高效自锁机构，其结构如图三、四、五、 六所示(本机构又名自锁偏心轴承)加工有11个元弧的偏心轴承外圈6 固接在机座上，偏心安装的偏心轴承内圈4加工有12个元孔，孔内装有 12个可以转动的短元柱滚子，滚子外露一部分，使能和轴承外圈的元弧 接触，并在元弧内滚动。轴承内圈中央安装有偏心套2和轴承3，类似少 齿差机构的偏心套和轴承。中间安装有转轴1，并和调速直流电动机的转 子连接，起动电机，能带动偏心套旋转作平行四边形运动，偏心轴承内圈 上加工有六个孔，内安装滚针轴承12，制动盘的六个孔套装在偏心轴承 内圈的六个肖轴上，制动盘外套一固接在机座上的制动圈8，制动盘可在 制动圈内转动，在六个肖轴上套装六个带有齿轮的六个偏心套10，在六 个偏心套齿轮中央，与连接在行星齿轮系齿圈上的中心齿轮啮合，形成一 行星齿轮系。(见附图三、四、五、六)转动中心齿轮，可带动六个偏心 套齿轮向同一方向旋转。

本发明的工作原理是：

当外负载作用于行星齿轮系时，齿圈会受到一个与输出轴旋转方向相 反的反力矩，使齿圈向相反方向旋转并带动中心齿轮和六个偏心套齿轮转 动。由于偏心的作用，就会将装在偏心套孔内的六个肖轴推向一侧，使安 装肖轴的轴承内圈也向一侧紧压。使安装在轴承内圈上的滚子，向轴承外 圈紧压。在无其他阻力的情况下，滚子会在轴承外圈的元弧内滚动，从而 使偏心轴承转动，此时偏心轴承是不自锁的。但是偏心套又因偏心的作用 将制动盘推向另一侧，使制动盘紧压在制动圈上，并产生一个较大的磨擦 阻力矩，这个阻力矩锁住了滚子的滚动，机构就被自锁而不能旋转。

偏心轴承内圈上的滚子和外圈的元弧相切，会有一个啮合角a，这个 啮合角的大小，受滚子数量的多少和偏心值a的影响，滚子越多，偏心值 a越大，啮合角a就越大，反之则越小。啮合角的大小又决定偏心轴承是 否容易转动。当啮合角a小于材料的磨擦角，机构就被完全自锁而不能转 动，这称之为完全自锁。当适当的设计啮合角a的值，机构能够转动，但 由于制动盘的阻力矩，也能使滚子不能转动，这属于不完全自锁。

当需要调速时，调速电机带动自锁偏心轴承内圈上的偏心套转动，偏 心轴承作平行四边形运动，会推动滚子在元弧内滚动，但不会增加制动盘 的磨擦阻力矩，因此在自锁状态下的偏心轴承只需输入一个很小的力矩， 就能使偏心轴承解锁而转动，达到调速之目的。

自锁机构自锁的可靠性，和解锁需要多大的输入力矩，取决于偏心轴 承偏心值a的大小。a值越大，自锁越可靠，但解锁所需输入的力矩就越 大，会增加调速所消耗的动力。a值太大，自锁不可靠。所以正确确定a值， 至关重要，目前尚不能做出正确计算出a值的数学模型，经过反复实验可 以给出一个经验公式：

a＝滚子中心距÷15(取整数)

自锁机构的机械效率约为80％，输入输出传动比为1∶1；自锁机构的 所有另件都绕同一轴线旋转，故此称之谓同步同轴高效自锁机构。

本人研究恒功率无级变速技术将近20年，曾设计出五套以上自锁机 构，并都申报了国家专利。但由于其自锁的传动比最多只达到10∶1，调速 范围只能达到输入转速的10％，限制了此项技术的应用范围，虽全都取得 了实施成功，但未向社会推出。本发明的同步同轴高效自锁机构，已可使 恒功率无级变速技术达到最佳效果。

恒功率无级变速车辆变速系统比之其他汽车变速方式具有以下优点：

1.车辆安装本变速系统后，可以获得二种变速方式，发动机变速和 变速箱变速，二种变速特性，恒功率特性和恒转矩特性。二种变速方式交 替配合使用，可以在各种不同的路况获得最佳的行驶效果。

2.本变速系统在转速接近零转时，其转矩达到最大值，对车辆的起 步极为有利，车辆载荷有重轻之别，行驶有快慢之分，因此车辆如配置二 台发动机，可以获得极大的节能效果，车辆在轻载或慢速只需起动一台小 功率发动机，就可以保证满足车辆行驶需要，并能使发动机在最佳工况下 运行。在重载高速行驶时，才需要起动二台发动机，可以达到节约燃油。

3.车辆驾驶操作简易，只需控制发动机和调速电动机的转速即可完 成车辆的各种行驶状态，不需要搬动任何机械手柄，紧急时可通过遥感的 反馈自动控制系统自动减速停车，保证车辆安全行驶。

4.变速箱结构紧凑，体积小，承载功率大，适宜为各种车辆配套， 尤其适宜重载、越野，工程车辆，拖拉机和推土机等配套。

5.机件、工艺成熟，无特殊加工要求，造价低廉，大部份机件均属 传统成熟机构，使用寿命长，运行可靠。

如将系统内的发动机改为三相交流异步电动机，减除其他起动发动机 的中间齿轮和离合器，就是一种恒功率无级变速机，可和一切机器作为变 速动力机配套，尤其适宜和恒功率特性的相床冶金、矿山、轧钢、造纸等 要求低转速大转矩的机械配套，由于本变速器可实行自动控制变速，故可 作自动化设备的动力设备配套。

附图6为本技术的方块示范图：

其符号意义如下：

1、汽车发动机。

2、发动机起动中间齿轮。

3、电磁超越双联离合器。

4、同步冈轴高效自锁机构。

5、渐开线行星差动齿轮系。

6、发动机起动和调速二用直流电动机。

7、手动调速控制器。

8、自动调速控制器。

9、遥感反馈信息接收器。

10、刹车电位控制。