本发明涉及一种无级变速刚性接合的行星轮变速器。

按现有技术水平已知的刚性接合离合器有下述缺点，即它们 仅能在静止状态或轴同步旋转时方可接合。已知的实施形式有齿轮 离合器和牙嵌离合器。由于接合可能性受到了上述限制，在汽车制 造中主要采用摩擦离合器，这时，通过摩擦实现扭矩传递。采用这 种摩擦离合器时，相互的摩擦面必须在高转速带负荷的情况下接 合，此时摩擦接合是逐渐进行的。这种离合器的缺点是磨损大，且 由于摩擦热而进一步加剧了这种磨损。因为在多数情况下，对于传 动装置的所有运行状态，只有单一的一种传动比不是最理想的， 故通常采用分级变速的变速器，以实现不同的传动比。借此，与只 传递一个传动比的变速器相比，有了一种经改进但还不是很理想 地满足需要的变速器，此外，还存在联接时牵引力中断的问题及在 换档时齿轮必须同步这一要求。

理想情况最好是在工作过程没有牵引力中断的情况下能无级 地适应各种传动此。这种无级变速器人们所知的有所谓的P.I.V. 变速器或CVT变速器。这种变速器以一种力的传递装置为基础， 其中，相联接的轮不同的工作半径是可调的，由此可变化传动比。 为按该原理调节传动比，必须连续且无过渡地改变工作半径，其 结果是，相接合的轮不能有刚性联接因为它们的径向运动受阻。因 此，所有按现有技术水平已知的变速器都是建立在摩擦联接基础 上的，如三角带、平皮带、摩擦轮和摩擦盘传动装置，这些传动装 置具有打滑及在制有引导槽(Einlaufriefen)并要求有高压紧力 和调节力的情况下高磨损等已知的缺点，同时，其总效率相对较 低。

德国专利公开说明书(DE4317478.7A1)给出了一种替换形 式，其中描述一种作为牵引机构传动装置的刚性接合变速器。该变 速器在驱动侧有一组可旋转地支承着并可作行星式转动的行星轮， 这些行星轮设置成可沿径向无级调整并被一个牵引机构所围绕， 而牵引机构将通过调节径向距离所确定的传动比传递到一从动轮 上。直径的改变是通过具有较小直径的上述行星轮造成的。为了补 偿非链距整数倍的所有径向位置上接合误差的调节过程中能够传 递扭矩，建议行星轮应能在主动盘和/或从动盘上并相对主动盘和 /或从动盘在一个方向或两个方向上空转或被锁止，其中，空转换 档和/或锁止换档由牵引机构所施加的径向力和/或由主动盘或从 动盘的相位控制接合或脱开。特别是行星轮轴可设计成空心轴，该 空心轴在弹簧力作用下靠在外壳中，当作用在链轮轴的径向力增 大时，空心轴克服弹簧力移动，此时，一杠杆被偏斜，使空程离合器 的夹紧滚柱或夹紧滚珠的圆柱形外壳摆动，从而使得上述滚柱或 滚珠被推进一固定的内或外星形齿轮的楔形槽中。

本发明的任务是，提供一种无级变速刚性接合行星轮变速器 (无牵引机构)。

该任务是通过在权利要求1中所述的行星轮变速器来实现的， 该变速器中设有至少一个直径可调的行星轮，此行星轮与一中心 轮处于永久的刚性联接状态，其中，两轮间的直径比决定两轮间 的相互偏心位置，从而决定两轮的转速比。如果按本发明的进一步 安排，将中心轮设计成内啮合的内齿轮，则在设置成与中心轮同 轴的行星轮直径最大可能地扩大到内齿圈的内半径的情况下，转 速比为1∶1，因为，位于内部的行星轮的全部齿与中心轮的齿相啮 合。如果减小行星轮直径，则只有当位于内部的行星轮由同轴位置 移到偏心位置时，齿的啮合才可维持。在保持齿啮合的条件下，位 于内部的行星轮的外周围在中心轮的内圆周上滚动，即，其不仅 自转还绕中心轮的轴线转动。相应地，也可将中心轮设计成具有外 齿，这时，行星轮以相应的外齿在此中心轮上滚动。同样，只有当 行星轮相对中心轮有一偏心位移时，才能相应于行星轮的直径调 节保持刚性接合。本发明还包括这样的实施形式，其中，不仅中心 轮的直径可变，而且行星轮的直径也可变，亦即两者的直径均可 变，后面对此还要详述。

因为实际上，对于大致落在多数实际技术应用的范围内的转 速来说其值相当小，因此在啮合时和通过调节过程起动时，行星 轮径向位置的调节误差是很小的，所以，调节误差实际上落在制 适公差范围内，或者，调节误差可通过行星轮位置几何学有适当 并调整好的弹性来得到补偿。例如，当转速为每秒如为50转且有 5个行星轮的情况下，每轮每秒有250次行星轮与挠性件相啮合， 从而，在两次锁紧之间隙时间如仅需10秒的通常速度情况下，在 一个啮合周期期间，行星轮之间的相对运动总计只有1/2500，亦即 只有0.4‰。由此引起的行星轮的弹性补偿运动对效率造成的损失 很小，此外，该效率损失只发生在调节期间并且只达到一最低数 量级，所以效率损失尚可接受。如象在德国专利公开说明书 (DE4317478.1A1)中所描述的那样，行星轮或齿轮的直径调节， 是这样进行的：行星轮由多个单个的小直径轮组成，所说小轮一方 面绕行星轮轴线旋转，另一方面，绕其自身轴线沿一个方向自转， 并且所说小轮可沿径向调节，从而在行星轮相对中心轮处于偏心 位置情况下，小轮周期性地经过一个传递扭矩的负载曲线路径和 一无载路径，并使得，小轮在由无载路径到负载路径的过渡过程 中，亦即在刚性接合时，自由和同步地移进中心轮，但是在刚性啮 合后，由于锁止了自转，小轮便传递作用于其上的扭矩。同时，还 包括每两个行星轮设置成串联结构的这种实施形式，所以小轮直 接或间接地处于相互刚性啮合状态中，以及使得小轮在进入中心 轮齿的过程中能自由地同步旋转，然而，在与配合件刚性接合后， 它们的旋转运动被锁止。这种实施形式用于具有低转速而调节速度 很快的特殊使用场合，如自行车中，还可作如下的变化，即，其每 个上都设置有一个行星轮纵列的支架，可摆动成，使每次总有一个 行星轮脱开与中心轮齿的啮合脱开，从而使那些保持啮合的行星轮 能自由旋转，并且，可任意进行径向移动。调节过程结束后，行星 轮支架又摆回原始位置。这种实施形式虽然也会产生牵引力中断， 但它仅局限于在低转速或静止状态下快速调节的特定情形下。在上 述串联形式下，也可考虑将单个的小直径齿轮的轮齿设计成在一 个与功率作用面轴向错开的平面内完全变尖，这样，当用于扭矩 传递的轮齿是由高强度材料制得并具有标准齿形时，咬合会特别 容易。

根据前述原理，行星轮滚动，并需要各自咬合，属于此原理， 按本发明的一替换形式，可以考虑将齿轮设计成保持永久啮合。这 种实施形式权利要求3中有描述，它特别具有如下特征：设有一个 中心轮和多个小直径行星轮，小行星轮与中心轮处于永久啮合状 态，并设置在一个圆盘上，或者通过传力机构与圆盘相联接，行星 轮可通过空程离合器绕其自身的轴线向一个方向旋转，而不能向 另一方向旋转；所说圆盘的轴线可相对于中心轮轴线偏心移动， 从而，在圆盘和中心轮之间可依赖于偏心位移量的不同，对转速 比和扭矩比进行调节。

如果行星轮分别支承在径向支座上，支座，例如通过导向装 置，可占据不同的径向位置，最好是受弹簧力作用或通过径向支 座压靠及中心轮齿上的行星轮始终保持啮合状态，从而，行星轮 每转一圈周期地占据不同的径向位置，使得它们共同在齿轮或者 链条或其它牵引机构缠的圆周上滚过。如果此时涉及的是行星轮在 空程离合器上自转地支承着，则在所有偏心的轴线位置上最靠近 最短径向位置的那个小轮传递全部载荷，而所有其它小齿轮均由 上述小轮驱动旋转，其圆周速度大于主动小轮的圆周速度，亦即， 为保持啮合，其它从动小轮必须沿空转方向附加绕其自身轴线的 转动。在本实施例中，不存在从空载到进入啮合之后的同步旋转 问题。

在使用构成行星齿轮的一个轮或行星轮并具有定向离合器的 情况下，优先选用机械式单向(空程)离合器，特别是夹紧件式空 程离合器或掣子空程离合器，或者选用粘滞液压式或机电式离合 器。

离合准确的夹紧件式空程离合器受到使用寿命的限制，这种 离合器的额定扭矩Mzul在108次应力循环情况下下降到50％。为 将这种空程离合器应用于在每转均会引起周期性离合过程的传动 中，存在一如何确定其尺寸的问题。如果空程离合器被升速传动， 额定扭矩则下降，但是由于转速上升，所以应力循环次数增大，在 减速传动情况下，情况相反。对这种在寿命期108次应力循环的空 程离合器(如在车辆变速器中)这种情况对尺寸的确定是至关重要 的。因此，采用本发明的行星轮变速器时，对特殊情况规定：自由轮 相对于行星轮的转速通过一个或多个圆柱齿轮组或行星齿轮组或 通过其它传动技术的实施形式来改变。该转速的这种改变，如沿 转速升高方向升速，减小了存在于空程离合器中的力矩的数量 级，但并没有增加离合频率或应力循环次数。因此，虽然在高转速 和低扭矩情况下选择高传动比，但应力循环次数并没增大，这是 因为，每个离合过程正好在从动轮每一转时发生一次，而不是发 生在行星轮的单个齿轮或行星轮的每一转时。

相反在另一解决方案中，亦即在使用掣子离合器的情况下， 耐久性几乎不受限制，此外，这种离合器价格便宜，离合准确性降 低(8°至10°)的缺点通过前文所描述的传动比来弥补。此外，离合 过程的角向误差只造成了在两行星轮间的载荷传递点的变化，而 没有引起功能性的缺陷。这时，有可能产生的扭矩突变可被空程离 合器锁紧装置中的弹性构件所抑制。此外，在一个优选的使用掣子 空程离合器的实施形式中，应规定速比的调节不在无穷小的级中 进行，而应在突变时总是选择这样的传动比，即它们主要导致 行星轮中的转动，这一转动传给掣子离合器的棘爪或斜面宽度， 所以就不再产生载荷突变。传动比由无级到准无级调节的这一改变 是在足够小的锁紧角度下进行的，所以实际上并未使缺点加重。

按本发明的进一步设计，行星轮的一个个齿轮或行星轮被加 上弹簧力，和/或被支承在径向支座上它们的空程离合器上，该径 向支座最好是沿非线性曲线路径移动。

按本发明的进一步设计，中心轮和/或行星轮或行星轮装在主 动盘和/或从动盘上，其优点在于：在各盘上可设置用于行星齿轮 单个齿轮或行星轮的导向装置、铰接装置。行星齿轮的单个齿轮或 行星轮最好分别通过一个杠杆或曲柄铰接在一主动盘或从动盘上。

这样，扭矩传递通过相关的杠杆或曲柄进行。随着将扭矩从行 星轮的单个齿轮或行星轮传递给中心轮，各个齿轮形成按原理所 决定的运动轨迹，这些运动轨迹与有效中点的关系，在负载曲线 路径内造成了不同的有效半径和不同的切向分量，这导致传动比 的不均匀性，其值在大偏心率情况下可达1.5或更大，从而显著损 害了传动装置的平稳运转。

按本发明的进一步设计，扭矩传递或传动比的不均匀性可通 过一周期性调节装置至少部分地得到补偿。这一点可用不同方式来 实现。

按第一个实施形式，补偿是通过一种半径补偿来进行的，其 中，选择具有相同传递函数积分的基本上为常数的中值、最小值 或最大值，传递函数是与转角有关地通过的主动轮与从动轮的角 速度的比值所决定的。

按本发明的进一步设计，扭矩传递或传动比的不均匀性可通 过与力有关的弹性装置和/或通过平衡质量来补偿。弹性装置可以 是液压式、气动式或者其它机械式的。

相对偏心率的调节导致两轴中至少一轴线运动。为了能够将功 率传到一固定不动的轴上使其运动，必须设一柔性轴或万向铰链 或其它铰链。在一优选的实施形式中，相对运动不是移动而是转 动，为了调节过程而在圆轨道上移动运动的轴此时在一齿轮组上 滚动，这时，一个轮停止在运动轴线中央和第二个轮亦即下一个 轮停止在一齿轮上，而该齿轮又与圆轨道中点同心，在调节期间运 动的轴在此圆轨道上滚动。

通过这种措施及为避免不平衡加上平衡质量，可以进行频率 很高的调节。

这种快速调节的可能性还可利用消除上述不均匀性。在相位周 期地变小的有效半径情况下，偏心率此时被减小，在相位扩大的 半径情况下，偏心率变大。按此方式及方法，可用简单的几何学实 现均匀性。

在一特别优选的实施形式中，在分别设计成圆盘、轮或轴的主 动件和相应的从动件之间的扭矩传递通过一时节杆来实现，其中， 肘杆受到控制的或受弹力作用的折弯运动补偿了扭矩和转速波动 的不均匀性。

按本发明的进一步设计，肘杆的运动轨道在负载曲线路径上 为一圆，该圆特别是通过滑块、凸轮、多节活节链和/或作为径向支 座的连杆导向装置作出的。为补偿所说波动选择的几何学的与偏心 率有关的周期运动的幅值为时间常数。

所说单向(空程)离合器被增速或减速传动，以一与所说行星 轮不同的转速运转。此外，行星轮导向装置使相对中心轮的齿隙 和/或压紧力暂时保持为常数。

尤其是，为补偿扭矩传递的不均匀性或考虑到调节为所希望 的传动比，转速比可设计成有两个或多个并联的或串联的级，这 时，这些级的相位最好这样选取，即能使各单个级的不均匀性基 本上相互补偿。特别地，两级具有一共同的偏心圆盘，并具有用于 补偿不均匀性的不同相位的主动盘或从动盘，和/或在这两种盘上 的所说行星齿轮的一个个齿轮或行星轮的齿轮数量是相等的。

按本发明的进一步设计，在与从动轴相连的差动变速器中， 至少两个组的行星轮变速器被输入成能使得扭矩和转速的不均匀 性基本上补偿。

最后，多个行星轮级与反向的和/或可转换的单向(空程)离合 器相联接，或与可经由一反向轴或同向轴控制的轴相联。

所述行星轮变速器的优点在于：它可在静止状态和负载下调 节，它无滑动并且是刚性接合的，低噪声且结构紧凑，而且，它不 仅效率高而且寿命长。其成本比四级变速齿轮箱或三级自动离合 器低，后者如具有多片摩擦离合器的行星传动自动装置。全然没有 同步问题，也不需要移动式联轴器或摩擦离合器这些装置。

按本发明的行星轮变速器应用领域广泛，从自行车到所有可 想象到的发动机驱动的汽车，一直到机械制造辅助机组的传动。通 过设计一种传动线路，将发动机轴的运动通过一圆柱齿轮组分为 两根相互反转的轴，在其中一根轴上行星轮变速器可将相对转速 控制为可进而调出一所期望的转速差。这一转速差进一步传递到差 动传动装置的主动轮上，所以当转速差为0时，便不再需要启动离 合器。一种具有这种变速器的车辆能自动阻止倒转，且能在任何微 小速度下无冲撞地行驶。只有由于行星变速器中的转速波动所引起 的不希望的运动必须通过比较调节装置或刚性接合的牙嵌离合器 断开，所说牙嵌离合器为用于在两相互反转的主动轴间的静止状 态安全装置，因为不希望的蠕动过程并不可能用制动器阻止。

按所述方式扩展行星轮变速器而增加的构件消耗和费用支出 比较低，这是因为，在行星轮变速器的设计中，所需要的行星级可 构成整体式的，故此，很多构件，如轴、轴承、圆盘、机壳和润滑构件 等，可从多次利用。

另外，可直接利用机械式的回转器(Schwungkreisel)这样，驱 动发动机的尺寸可能只须考虑稳态的持续功率来确定，而对于所有 的非稳态功率通量和功率回流可通过回转器导引。因此，对市内交 通车辆来说，极节省燃料，并在改善行驶功率和提高，操纵性能的 同时降低有害物质的排放。

在所述形式中，行星变速器目前只在一个方向传递扭矩和功 率，这是因为，单向(空程)离合器在反方面不传递力矩。然而，在 很多应用场合，希望功率通量在两个方向均能传递，所以可考虑 加装相应的附件。在一可能的实施形式中，空程离合器可为此转 接在反方向。在另一实施形式中，将第二级与反方向空程离合器并 联或串联设置。适当地调整在两级中的传动比可避免运动受阻。

本发明的实施例如附图所示。图中：

图1a至d分别为一种具有内齿式中心轮的行星轮变速器第一 个实施形式的俯视图(a，c)和侧视图(b，d)；

图2a、b为行星轮变速器的另一实施形式，该行星轮变速器具 有一个外齿式中心轮；

图3为负载曲线路径有效半径的变化和有关的圆周力；

图4为按图2所示之行星轮的各齿轮和中心轮相互配滚的示 意图；

图5为杠杆传动装置中的肘杆几何示意图，该肘杆在一导向圆 上运动；

图6为一在从动盘和径向支座间置有肘杆的实施形式，该径 向支座支承行星轮的各齿轮；

图7为与图5相应的示意图，其中考虑到了偏心率；

图8a、b为行星轮变速器的另一实施形式，这里用于自行车。

图9a、b为上述实施形式的透视图；

图10a、b分别为一从动盘的透视图和俯视图，该从动盘具有 切向支座用于扭矩传递；

图11a、b为具有三个径向支承的中央部件的透视图和俯视图；

图12a、b为驱动机构的圆柱齿轮组；

图13为具有一行星轮变速器而没有离合器的车辆传动线路方 案图；

图14为变速器的剖视图，该装置具有周期调节装置，用于补 偿不均匀性；

图15a、b分别为一变速器的示意俯视图，该装置具有一中央 部件，该中央部件在不同位置具有三个支座。

图1中主动轮20为内齿中心轮，各行星轮21至24与中心轮 保持啮合并相对中心轮运转。这些单个齿轮21至24在径向支座上 运动，而径向支座，如图1c、d所示，由图1a所示的同心位置出发 经偏心地回转后占据不同的径向位置。通过将这些单个齿轮21至 24与其自转有关地支承在空程离合器中，在所有偏心的轴线位置 中最靠近径向位置最近的那个齿轮(这里为22)传递全部载荷。其 余的齿轮尤其是齿轮24，被传动具有一个圆周速度，且该圆周速 度大于用作主动轮的齿轮22的圆周速度。传动运动通过和杆25于 28传递到从动盘29上。齿轮21至24在作旋转运动时始终与中心 轮20的内齿圈保持啮合，因此，在从空载路径起动后不再同步。齿 轮21至24中的每个齿轮处于空程离合器锁止状态的时间，亦即 在荷载曲线路径中处于传递载荷的时间，与有关齿轮占据最短半 径位置的时间一样长，直到被紧随其后的并且向从动盘29的中心 进一步接近的齿轮所接替。这样，该紧随其后的齿轮承担驱动任 务，与此齿轮相比，走在前面的那一齿轮的圆周速度则变得比这 一齿轮的圆周速度大。

按相应于图2的实施形式，主动轮30为一外齿轮，这时，各 个行星轮31至34借助于杠杆36至39刚性连接地将力或扭矩传 至从动盘35上。各圆柱齿轮对40和41将各有关齿轮的转速进行 升速传动，因此使那些将齿轮41相对于有关径向支座42固定的 空程离合器须传递比较小的力矩，从而取得一提高了的调节精度。 图2a中表示主动轮动相对从动盘35偏心偏得不大，图2b中表示 极端的偏心位置，在按图2b的位置时，传动比约可达1∶6，这时， 杠杆36至39相应地摆动，以便保证即使有偏心在各齿轮31至34 和主动轮30间也能刚性地啮合。

如图3所示，沿载荷曲线路径44有效半径43的变化，与在主 动盘47和从动盘48之间的驱动力46的切向分量45的变化相同。 各个齿轮用49表示。

图4表示当主动盘位置改变很小时(从实线位置移到虚线位 置)，各个齿轮49径向位置的变化程度。

图5要对照图6来看，图6中，图2中的直杠杆36至39已被 具有肘杆51的肘节杆50所替代。这些肘杆51在导圆52上移动， 它们在导圆上被简单的径向支座(图6中未画出)导引。通过肘杆 51的补偿运动，时节杆50在不同位置可折弯成不同的角度，使得 在主动轮30和从动盘35之间沿整个载荷曲线存在一个常数的传 动比。由图7可见，肘杆51是如何通过不同的折弯，亦即在各杠杆 臂部分间的不同角度实现补偿的。

图8和图9(各有a、b两图)，表示了用于自行车链轮54上的 本发明特别的实施形式，该链轮通过曲柄铰接在各齿轮56的径向 支座上。这些单个齿轮56与中心轮57保持啮合，通过中心轮57 相对齿圈54的偏心移动可改变传动比。

图10a、b所示为一从动盘58，该圆盘借助切向支座60被主动 轮59所驱动。补偿圆62的对角支座用61表示。

图11a、b所示为一具有三个径向支架的中央部件，图中在径 向支架64上的三个行星轮63与中心主动轮62保持永久啮合。通 过变速传动装置65提高空程离合器66的转速，以保证该处产生 的扭矩最小。

在按图12a、b所示实施形式的情况下，通过各自的圆柱齿轮 67实现两轴68的扭矩传递，两圆柱齿轮67装在两轴68上。两轴 或圆柱齿轮被一回转的轴向支架69所保持。

图13所示为具有一行星变速器而没有离合器的一种车辆的传 动线路方案。其中，一驱动发动机71的轴70通过一直齿轮组驱动 两根逆转的轴72和轴73，联接在轴70和从动轴72之间的行星轮 变速器74，可将它的转速差调节为所希望的值。轴70和73间的传 动比在图示的情况下假定为1∶1.25。两轴72和73的运动输入差 动传动装置75，使得在急速运转时可将从动轴76调为差动值0， 即行星轮变速器的传动比被置为1.25。其它数例如下表：

       N怠速    N前进挡1    N前进挡2    N倒挡 电机       800       3000       6000       2000 轴1        800       3000       6000       2000 轴2        1000      6000       10000      2000 轴3        -1000     -3750      7500       2500 从动轴       0       2250        2500       -500 行星轮变速 1.25      2.00        1.67        1 器传动比

图14表示具有一整体式行星齿轮组所谓IVT变速器的行星 变速器。图14中有：主动轴77，一行星齿轮传动装置78，一具有 空程传动装置80的空程离合器79和被驱动的行星轮81。一操纵 杆82作用于调整装置(VerstelLung)83的摆轴上。通过操纵偏心 盘84改变传动比，此用于补偿不均匀性偏心盘，与一周期性的控 制装置85连在一起。

图15a和b所示为按图14之行星轮变速器在不同偏心位置的 情况。