一种无级变速方式及装置 本发明涉及机械传动领域的变速装置，特别是与机械传动中无级变速装置的变速方式及装置有关。
目前无级变速装置中没有一种机械无级变速装置能实现变速装置输出速在增速、减速过程中实现输出转速的定值加速度，或说没有稳定的加速度值。过去许多的机械无级变速装置中都才用差动轮系把动力与调速转化输出给载荷，输入的调速的调速机构形式及装置有另设置可调速的动力源或在同一动力源上连接无级变速器等。它们或存在着两个动力源或变速范围有限或加速度值无法确保稳定等缺点，且要求操作熟练准确。变速时因变速装置输出速与载荷转速不相等，而有转速冲击振动。如由差动轮系与摩擦传动无级变速器组合的无级变速器由差动轮系与液动机构等组成的无级变速器等。
本发明的目的是提供一种变速范围从零至任意设计高速，输出扭矩大、能以稳定加速度值加速并能选择加速度值的机械无级变速方式及装置。
本发明的无级变速方式、是给两个输入输出端分别与动力及载荷连接的第一个差动轮系的第三 输入输出端输入调速，与载荷连接端向载荷输出无级变速或定速转速。是由上述的差动轮系和利用机械传动机构特点、把第二个差动轮系、变速机构、螺旋传动机构以某种方式次序连接组合的调速机构组成。调速机构把动力、载荷转速合成传向上述第一个差动轮系第三输入输出端而实现无级变速。并在第一差动轮系向载荷输出间加离合机构。另根据转速范围的须要在第二差动轮系输入及输出端设置或不设置转向控制机构。
本发明的无级变速装置，是由设置第1、第2及第3输入输出端和设置第4、第5及第6输入输出端的两个差动轮系，螺旋传动机构、摩擦变速机构、及用于控制操作地离合机构，双向离合机构和转向控制机构组成。其中差动轮系第1端与一齿轮联动、该齿轮和一个与动力输入轴联动的齿轮啮合。差动轮系第2端联动一离合机构的输入端：输出端与变速装置输出轴联动、载荷与该输出轴联动，输出轴联动输入输出端5，并在输入输出端5上设置转向控制机构。动力由动力输入轴经另一离合机构的输入端、输出端与输出端联动的齿轮，经与该齿轮啮合的齿轮联动差动轮系的输入输出端4。差动轮系的输入输出端6设置有转向控制机构，该端6联动摩擦变速机构的输入摩擦盘，经输出摩擦盘、双向离合机构的输入端、输出端，经机构间传动齿轮联动螺旋传动机构输入齿轮、与该齿轮啮合并固定在螺旋轴环上的内齿圈、经螺旋轴环、螺旋传动机构的输出从动轮、经与输入输出端3同轴并啮合从动轮的齿轮连接差动轮系的输入输出端3。
本发明的摩擦传动变速机构的输入摩擦盘、同时与输出摩擦盘的两个盘摩擦传动，两个输出摩擦盘分别与双向离合机构的两个输入端联动，其中一个输出盘与离合机构的一个输入端固连在一起，且该输出盘与输入盘定位定比摩擦传动。另一个输出盘在离合机构的另一个输入端的轴上可轴向滑动，由外设置的控制机构控制该盘在轴上滑动或定位，使该输出盘与输入盘变位变比或定位定比磨擦传动。离合机构的输出端可轴向移动实现与离合机构的两个输入端切换靠接，从而实现两个输出盘的切换传动。变位变比摩擦传动盘可在定位定比盘的前或后设置、或前后同时设置。
本发明的转向控制机构是一棘轮机构、它由转动部件棘轮和静止部件单向嵌入齿组成，差动轮系的输入输出端5和输入输出端6上各设置一个棘轮机构，该机构的转动部分棘轮连接并随设置端转动，静止部件单向嵌入齿按装在固定的机体上，当棘轮随连接端顺嵌入齿方向转动时，嵌入齿与棘轮脱离，当棘轮随连接端逆嵌入齿方向转动时，嵌入齿齿入棘轮使棘轮及连接端不能转动。该机构使设置端或为单向转动端。当根据差动轮导的原理选择设置端的转速范围及转向时，选择在该端设置或不设置该机构。
本发明的螺旋传动机构是申请号为96115893X中所称“一种螺旋传动方式及装置”的机构。是由主动轮，螺旋轴环，从动轮、机架等构件组成是从动轮上作用的扭矩不能使螺旋轴环转动的单向传动机构。
本发明中因两个差动轮系各有两个端分别与动力及载荷直接或间接连接，为使动力顺利输入到两轮系，在输入输出端2、输入输出端5之间设置离合机构。当动力由动力输入轴输入装置后，由输入输出端4、5、6组成的差动轮系把输入输出端4的动力转速和输入输出端5的载荷转速合成转化，从输入输出端6输出经变速机构变速后由螺旋传动机构把该转速变成控制转速输入到输入输出端3，控制输入输出端3的转速。因螺旋传动机构具有转速传送方向的单方向传送作用，使变速机构能稳定的进行转速变速，使调速机构中由输入输出端4、5、6组成的差动轮系不受动力与载荷的扭矩影响、只把动力、载荷的转速对比合成转化。因向输入输出端3输入的转速是由输入输出端4、5、6组成的差动轮系把动力及“载荷”的转速转化后输入该端再经由输入输出端1、2、3组成的差动轮系合成转化输出给“载荷”。因此向输入输出端3传送的调速是一个从载荷到输入输出端3，从输入输出端3经另一传动路线反还载荷的单方向循环的转速循环，该循环使定值速差成为连续转速增减。所以当在该转速循环中设置变速机构时，可使循环的转速不变或以一定的加速度值加速。而定值加速度是因循环中转速的增减值，可以因有级变速机构的定比传动或无级变速机构的定比传动，固定在某个值上而实现。上述的传动应满足，当输入输出端2、5之间设置的离合机构分离时，变速机构应有某个传动比、使载荷速等于转化速、即使上述的离合机构的输入端、输出端的转速相等。我们称本发明这个传动中使动力与载荷的传动比保持不变的传动比状态为平衡速状态。为保证此状态和从传动、控制转动方向须要、变速机构、螺旋传动机构在设置时应是从转速源至被调速端之间选取的转速传送某个截面上所有转速传送路线的连接。
本发明依照无级变速方式，根据机械传动机构的特点进行组合，如当加入的变速机构设置在转速源(即向输入输出端4、5输出转速的动力源及载荷)上时，首选齿轮变速机构，因该结构形式下保证准确传动是保证装置转动和稳定传动所必要的。当加入的变速机构设置在两个差动轮系之间时，应才用摩擦传动变速机构或类似功能机构，才用这种机构的原理是利用摩擦传动的特点，即使输入输出端3、6两个端同步增速或减速，又使输入输出端3连续向输入输出端6传送转速。当螺旋传动机构设置在转速源上时，变速机构不能设置在两个差动轮系之间。因两个差动轮系有两个端互连、且两个第三端转速、扭矩又互传递和制约，所以此形式下两个差动轮系第三端之间的传动比应始终一致等。
因螺旋传动机构的自锁及传动方式的特点，使螺旋传动机构的输入转矩恒为纯转动转矩，所以当该机构设置在差动轮系的输入输出端6时，该转矩在由输入输出端4、5、6组成的差动轮系中，使与载荷连接端的输入输出端5上发生的转矩方向与由输入输出端1、2、3组成的差动轮系向载荷输出的转矩方向相同。
本发明的无级变速装置通过差动轮系与变速机构的串接通过螺旋传动机构传动方向的控制实现定加速度的无级变速，由于该装置才用“螺旋传动装置”所以本无级变速装置的输出速完全实现了从零速至最高速的全过程的无级变速。由于本发明的输入输出端5、6两端设置单向控制机构限制其转速范围，所以本无级变速装置的输出速的控制更符合人为自由控制的要求。本发明输出速的加速度值可任意选择调节，可以已某个加速度值连续平稳的正加速和负加速，可任意中断加速和继续加速状态，且不管正负加速只须做开始和结束的操作，且能利用动力源的速差实施增减速，因此，它适合于车辆、机械、飞机、船用动力变速等。
下面结合附图对本发明作进一步说明
图1是按照本发明方式中一种形式实施传动图
图2是按照本发明方式另一种形式的实施传动图
图1例中是由差动轮系和把差动轮系，变速机构，螺旋传动机构依次连接组合的调速机构组成，其中端中心轮1、内齿中心轮2、星轮架3，它们组成动力输入输出端，行星轮34；该机构把中心轮1的动力与星轮架3的调速进行转化得到动力输出速从内齿中心轮2输出，图中环形螺旋轴10，该环轴内开有凹槽，槽内有与螺旋轴环10连接的内齿圈10a，从动轮11，从动轮11内孔设置的履行机构12(即从动轮11中心几何孔或按装在从动轮11中心孔内并在轴10表面滚动的滚轮及随形转动机构)，定位支架13，动力输入齿轮23，这些构成螺旋传动机构。该机构使输入输出端3成为调速输入端。图中中心齿轮4、内齿中心齿轮5、行星齿轮架6，摩擦盘17，双向离合机构49，轴向滑动的双向离合机构的输出端16，两个交替传动的摩擦盘14、15其中盘15在轴51上轴向滑动，这些构件组成了调速系统。图中离合机构的输入端和输出端18、36，另一离合机构的输入端和输出端19、35。行星轮33、34、动力输入轴9，齿轮27、26、25、28、29、20、22、21。支撑齿轮24。转向控制机构30、31、而连在转动端上的部件30a、31a、固定在机体上的静止部件、30b、31b。动力输出轴8、轴向滑动键20a。双向离合机构的两个输入端52、53它们分别与摩擦盘14、15联动。
动力输出轴8的一端与内齿中心轮5连接并且与载荷连接，另一端连在一离合机构的输出端36，该离合机构的输入端18与内齿中心轮2连接。星轮架6经摩擦盘17、14(或15)双向离合机构49的输入端52(或53)，输出端16，齿轮20、21、22、23与23啮合连接在轴10上的齿圈10a、环形螺旋轴10、从动轮11、齿轮29与输入输出端3连接。输入输出端5、6上各设置一套转向控制机构31和30。轴9的一端与动力源相连，当动力输入到轴9时，动力同时传向齿轮27和离合机构的19端，齿轮27把动力经齿轮28传向轴的另一端的齿轮1。而19端经35端齿轮26、25把动力传向轴的另一端的差动轮系的中心齿轮4之后，由输入输出端4、5、6组成的差动轮系把转速合成转化后，传给输入输出端3，使由输入输出端1、2、3组成的差动轮系由输入输出端2输出转速，并经输入输出端5向4、5、6端差动轮系输入载荷转速。
图1中设置星轮架3与中心轮1同向及星轮架6与中心轮4同向，内齿中心轮2与星轮架3、中心轮1反向，内齿中心轮5与星轮架6、中心齿轮4反向，设置盘14为平衡速传动比，盘15非平衡速传动比，图1中为使动力顺利输入到中心轮1、4，使离合机构的18、36两端脱离，这样当动力输入到中心轮1、4后，输入端18与输出端36转向转速相同，该状态即是各传动间传动比处在平衡速传动比状态，且输出零速，接合18、36端。此状态中：中心轮1、4和星轮架3、6端都处在本端最高速状态，而内齿中心轮2，5处在静止状态。当须要轴8增速时，操控双向离合机构的输入端16，使盘17经盘14向齿轮20输出转速改为经盘15向齿轮20输出转速，由于盘15传向齿轮20的转速低于盘14传向齿轮20的转速，因此，使从动轮11传向星轮架3的转速也低于原转速，由差动轮系原理知此时内齿中心轮2将有转速输出，内齿中心轮2转速经轴8传向载荷的同时传向内齿中心轮5，又由差劝轮系的原理知内齿中心轮5从零速启动得到转速后，使星轮架6的转速减速，因而使盘17减速。17的转速再经盘15输出。这样星轮架3、6两端的连续减速，使内齿中心轮2、5两端产生连续的加速，即轴8连续加速，加速度大小视盘17与盘15的传动比。在盘15定位传动时操作双向离合机构输入端16回复盘17与盘14的传动，之后盘15自由回复原始位置，轴8将与动力源定比输出，(图1中当设置盘15在盘14的外侧，此种设置在此系统中即是减速机构)。当须轴8减速时，使离合机构18、36脱离，载荷使轴8减速，轴8减速后接合18、36两端，或者18、36脱离时，提高动力转速、接合18、36两端用这种提高传动比的方法同样能轴8减速。(图1中此种操作也适合增速，即当轴8转速不为零时，使18、36两端脱离，降低动力源转速后接合18、36两端，提高动力源转速，再使18、36脱离如此重复)。图1中当18、36两端脱离19与35两端也脱离时动力源与载荷分离脱离传动关系。
设置的摩擦变速传动机构是一个设置有14和15双摩擦盘输出机构，输出盘14和15分别与双向离合机构的两个输入端52和53联动，离合机构的输出端16可轴向滑动切换靠接52端或53端，其中盘14与52端固连成一体，盘14定位与输入盘17摩擦传动。该传动的传动比为定值，是变速机构的平衡速传动。盘15在盘14的内侧可在离合机构53端的轴上轴向滑动，当16端靠接53端时，16端的转速在一定量间变化加速值或定加速值，即当16端靠接53时轴向滑动的盘15滑动或定位，该传动无论定比时，变比时，都是非平衡速传动。当摩擦盘15滑到某一位置时若须回到17与14的传动，不论盘15在什么位置直接使16与53脱离、接着靠接16和52，盘15随后复位。
图2是按照本发明方式中另一形式的实施例。
图2中是由差动轮系和把变速机构、差动轮系，螺旋传动机构依次连接组合的调速机构组成、并根据该形式下传动须要才用齿轮变速机构、且把两个同比并同步控制的变速机构分别设置在由输入输出端4、5、6组成的差动轮系的动力和载荷的转速输入端、即中心轮4和内齿中心轮5上，图中输出轴是8a，轴8上装有齿轮42，齿轮43、44与中心轮5连接并共轴套在轴8上。7、50是两个有级变速机构的两套用于切换传动的双向离合机构，47、48是50、7两个双向离合机构的两个输入端。齿轮27、26、39、40分别与两个双向离合机构中的一个输出端连接。齿轮26与25和齿轮40与43是变速机构中用于保证输出轴8a固定传动比状态的两对啮合传动齿轮，齿轮25与齿轮38连接，其轴的另一端与中心轮4连接，齿轮37与38和齿轮39与44是变速机构中用于保证输出轴8a处于加速状态的两对啮合传动齿轮。齿轮41轴接在输出轴8a上并啮合齿轮42，是变速装置动力输出齿轮，斜齿轮45与星轮架6相连，46与45啮合，46与齿轮20同轴，该实施例除上述的结构外、其它与图1实施例相同。
本实施例中通过控制7、50两套双向离合机构的输入端48及47、实现输出轴8a定比转速输出或定加速度转速输出。即当须向装置输入动力时，使离合机构的18、36两端脱离、并选择使48与齿轮40的连接端靠接、使47与齿轮26的连接端靠接。动力输入时动力转速经轴9、齿轮27、28与28同轴的中心轮1，把动力转速输入到由输入输出端1、2、3组成的差动轮系。同时动力经轴9、齿轮26、25与25同轴的中心轮4，把动力转速输入到由输入输出端4、5、6组成的差动轮系，该状态下4、5、6组成的差动轮系把中心轮4的动力速和内齿中心轮5的载荷速进行转化从星轮架6经齿轮45输出传动星轮架3，因该转速是平衡转速，所以内齿中心轮2转速为零。当须变速装置输出轴8a增速时(此时为启动)有外设控制机构同步控制48脱离与齿轮40连接的输出端，靠接与齿轮39连接的输出端，47脱离与齿轮26连接的输出端，靠接与齿轮37连接的输出端靠接。此时由输入输出端4、5、6组成的差动轮系由星轮架6传动了3端。因星轮架3得到的转速低于使内齿中心轮2为零的转速，因而使内齿中心轮2得到一定值的转速，该转速大小视齿轮37、38的传动比大小。接合离合机构18、36两端，转速通过18端、36端，轴8、齿轮42、41经轴8a输出，同时转速经双向离合机构输入端48、齿轮37、44与44同轴的5端把转速反传给4、5、6端组成的轮系，该轮系中4、5两端得到的动力、载荷转速均低于当时输出轴8a转速值下变速系统的平衡转速值、因此该差动轮系6端的转化速低于平衡转速、由6端传动的3端的转速也低于该轮系该端的平衡转速，从而使2端处在某个值的加速状态。当须输出轴8a处定比传动状态时，通过外设控制机构同步使两个输入端48、47与齿轮39、37脱离传动关系转为有40、26传动，此后轴8a将定比传动输出。同样图2中当齿轮37向38，齿轮39向44的传动比若为增速结构，可实现装置的负加速度。
本发明的传动连接形式在本发明的方式范围内有多种形式。
本发明的离合机构形式不限，差动轮系形式不限。输入及输出端的设置可以是三个端的任何设置形式，只要复合本发明就能设置使用。变速机构形式不限只要复合本发明就能设计使用，转向控制机构形式不限，所有机构的操作控制为常用的各种方法及形式，只要复合本发明就能设置使用。
图1中对16端和盘15的操作控制可以是任何形式的，如杆、液压、电动等，只要符合本发明就可以设置使用。如16端可用一弹簧机构使其经常靠接52端用定比传动，须变速时用外设的机构控制操作16端脱离52端靠接53端、从而使本装置轴8增速即处于加速状态，须加速度值变动时可另设一杆、液压、电动机构控制盘15沿轴向单方向滑动，当滑到某一位置须轴8定比输出时，在盘15保持滑到位置不变的情况下，操作16端与53端脱离并与52端接合，之后盘15复位。16端脱离53端端即与52端靠接，所以两端速差小容易接合。盘15的复位方式任意，如同样的用一弹簧机构使盘15经常处在靠近盘14的位置，当盘15在远离盘14的位置、并失去控制力时该弹簧机构使盘15自动回位。
本发明实施例能实现从零速至任意设计高速的无级增速，从最高至零速的任意无级的减速，从零速到最高速可用任一加速度值增速(图2为一个定值)，且加速度值任意调节选择(图2不能)，能利用动力源的速差实现增减速，传动效率高，输出扭矩大，变速准确灵敏，变速没有震动，不须要精心控制动力速及做熟练的配合。