CN1125977A - 具有可变传动比的动力传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变速箱形式的具有可变传动比的动力传动装置，其中输入轴与输出轴的传动比可以在最大值和最小值之间连续变化。动力传动装置包括与在第一轴线(34)上的U形件(32)可转动地安装连接的第一伞齿轮(40)。U形件(32)可绕轴线(34)转动并通过一超越离合器(36)联接伞齿轮(44)。因此，U形件(32)绕轴线(34)按第一方向的枢转运动通过超越离合器(36)产生一个施加于伞齿轮(44)的扭矩，而U形件(32)按相反方向枢转运动通过超越离合器(36)对伞齿轮(44)的转动不起作用。第二伞齿轮(50)通过按与第一超越离合器(36)相反方向运行的第二超越联合器(38)亦联接U形件(32)。一驱动件(52)通过旋转联轴节(63)机械联接U形件(32)。驱动件(52)使第二轴线(60)的转动产生旋转联轴节(63)的轨道运动，再产生U形件(32)绕第一轴线(34)的枢摆运动。通过改变旋转联轴节(63)的轨道半径可改变U形件(32)的枢转角，以便通过伞齿轮(44，50)被传递的输出扭矩可以独立于被施加于驱动件(52)的输入扭矩而变化。

Description

具有可变传动比的动力传动装置

具有的技术领域

本发明涉及一种具有可变转动比的动力传动装置，尤其是，包括一种其输入轴与输出轴的传动比可以在最大值和最小值之间连续变化的变速箱。发明的技术背景

从根本上说，变速箱的功能是将输入轴的转速转变成输出轴的转速同时实现输入轴和输出轴两轴之间的扭矩传递。通常，变速箱包括有多个齿轮组件或轮系，这些齿轮组件可以不同的结构相互联结以产生所选择的输入轴与输出轴的传动比。

大多数传统的变速箱的缺点之一是被选择的传动比是固定在某些预定的传动比上，这些预定的传动比对于来自发动机或其它驱动源的最大驱动扭矩可能是也许可能不是最佳的。在机动车中，无论从燃油经济性的观点还是为获得最大的扭矩都希望使内燃机保持在一个最佳转速上。同样，为了提高最大扭矩效率而将某些型式的电动机的转速保持在规定的每分转速范围内是更为可取的。然而使用传统的变速箱这是不可能实现的，而使用预定的传动比是作一次妥协。

大多数传统变速箱的另一个缺点是通常比较笨重并在传动链中要占据很大的体积。大多数传统变速箱的再一个缺点是当换挡和起动驱动负荷的发动机或电动机时必须脱开负荷。

本发明为了提供一种可以克服已有技术的上述缺点中的一个或一个以上的具有可变传动比的动力传动装置而研制的。发明概述

按本发明的一个方面，它提供一种具有可变传动比的动力传动装置，这种动力传动装置包括：

以与在第一轴线上的第一结构件相连接的可转动地安装的第一组件，所述第一结构件可绕所述第一轴线枢转并通过一第一单向联节装置联结于所述第一组件，其中第一结构件绕第一轴线的第一方向枢转运动通过第一单向联节装置作用于第一组件产生一个扭矩，而第一结构件在相反方向上的枢转运动通过第一单向联节装置不对第一组件的转动起作用；以及

通过一旋转联轴节机械地联接所述第一结构件的一个驱动件，而其中所述驱动件与第一结构件绕着基本垂直于所述第一轴线的一第二轴线相对运动产生一个所述旋转联轴节绕所述第二轴线的轨道环行运动，这个轨道环行运动再产生一个第一结构件绕第一轴线的枢摆运动，并且其中设有用于改变第一结构件枢轴转角的装置，由此在使用时，通过第一组件被传递的输出扭矩变化可以不取决于作用在动力传动装置上的输入扭矩。

所述第二结构件最好是多种可枢转结构件之一，每一个可枢转的结构件具有一个或一个以上可枢转地与其相连安装在各自的轴上，每一个所述可枢转的结构件绕各自的轴线可枢转并分别通过一个或一个以上单向联轴节装置被联接于所述的一个或一个以上的转动件上。

在一个实施例中，所述驱动件可绕所述第二轴转动并通过一个可变旋转的联轴节机械地联接于所述第一结构件，而其中，所述可变旋转的联轴节的轨道半径可以改变，使第一结构件枢轴转角改变。

通常所述旋转联轴节的轨道半径可以在使第一结构件基本保持不动并不向第一组件传递扭矩的零值和向第一组件传递最大扭矩的最大值之间变化。

所述的动力传动装置最好设有与所述第一单向联轴节装置反向运行的第二单向联轴节装置，所述第二单向联轴节装置机械地联接于所述第一结构件，以便在第一结构件在所述第一方向和所述反方向两个方向上绕第一轴线枢转运动的过程中可以传递输出扭矩。

所述动力传动装置最好还包括可绕与所述第一和第二轴线基本上相互垂直的第三轴线枢转的第二结构件，所述第二结构件至少配装一个机械地联接于第一结构件的第一组件的第三单向联轴节装置，其中所述第二结构件在第一方向绕所述第三轴线的枢转运动可以通过第三单向联轴节装置作用于第一组件产生一个扭矩，而所述第二结构件在相反方向的枢转流动通过第三单向联轴节装置对第一元件的转动不起作用；以及，其中所述可转动的驱动件通过可转动联轴节还机械地联接于所述第二结构件，其中，所述驱动件的转动还产生第二结构件绕所述第三轴的枢摆运动，并且其中所述旋转联轴节的轨道半径可以改变，以使所述第二结构件枢转角改变。

所述动力传动装置最好与第一和第二单向联轴节装置在同轴方向布置保持有间隔。通常所述第二单向联轴节装置联接于一第二组件，所述第二组件与所述第一结构件相连接并与所述第一组件以同轴线的方式可转动地被安装。

所述第二结构件最好设有与所述第三单向联轴节装置反向运行的第四单向联轴节装置，所述第四单向联轴节装置还机械地联接于所述第一组件，以便第二结构件在所述第一方向和所述相反方向两个方向绕所述第三轴线枢转运动时可以传递输出扭矩。

所述动力传动装置最好与第三和第四单向联轴节装置布置在同轴方向保持间隔关系。通常第三和第四单向联轴节装置分别与第三和第四组件联接，所述第三和第四组件是可转动的并同轴安装与所述第二结构件相连。

在本发明的一较佳实例中，所述第一和第二结构件装配有基本相交的第一、第二和第三轴。在一个实例中，所述第一、第二、第三和第四组件各包括一伞齿轮，每个伞齿轮通过各自的轴与各单向联轴节装置相联接，而每个伞齿轮在传递扭矩时至少与另外三个伞齿轮之一相接触。

在另一实例中，所述驱动件通常是不动的，而所述第一结构件绕所述第二轴转动，所述驱动件形成一个用于绕所述第二轴旋转的联轴节的轨道行程。为了在第一结构件枢摆运动过程中改变第一结构件枢转角可以改变所述驱动件的倾斜角很方便。附图简要说明

为了有助于更好地理解本发明的本质，现在只有通过举例并结合附图来详细说明本发明具有可变传动比动力传动装置的几个实例，在这些附图中：

图1是本发明的动力传动装置的一第一实施例的立体视图；

图2a和2b是通过本发明的动力传动装置第二实施例的剖视图；

图3a、3b、3c和3d是本发明的动力传动装置第三实施例的不同视图；

图4a和4b是可以与本发明的动力传动装置输出轴相连接的两种可能的行星齿轮系的示意图；以及

图5是动力传动装置再一个实施例的立体视图。较佳实施例的详细说明

现参照图1详细地说明其输出扭矩对输入扭矩之比可以在最大值与最小值之间连续地变化的动力传动装置或变速箱的第一实例。图1说明一具有可变传动比的动力传动装置，它包括一个具有矩形框件10形式的一第一结构件，框件10可绕一第一轴12枢转并设有通过轴承(在图1中未看到)可转动地与之相连接安装的第一组件14。在此实例中，第一组件14包括与在第一轴12上的框架件10可转动地相连接安装的第一轴16，并通过第一单向联轴节装置以超越离合器18形式与壳体(未图示)壁17可转动地连接安装。第一组件14还包括固定在第一轴16内端的第一伞齿轮20。第一超越离合器18工作将第一轴16锁定于壳体上，以防止第一伞齿轮20在一个方向(与由箭头B指示的方向相反)绕第一轴12枢转运动。框件10在绕第一轴12的任一方向枢转运动(通过超越离合器18)对第一轴16的转动不起作用。然而，框件10以箭头B方向枢转运动通过另一个单向联轴节装置对第一轴16的转动起作用，现将说明如下。

在此实施例中，矩形框件10设有由第二轴(如图1中看不到)组成的一第二组件24，第二轴与框件10可转动地安装连接，并通过一第二单向联轴节装置以超越离合器28(看不见)形式与壳体的壁25可转动地安装连接。如同第一组件14，第二组件24还包括固定于第二轴26内端的一第二伞齿轮30。第二超越离合器28以第一超越离合器18相反方向运转，并通过一系列的伞齿轮(在下面将更详细地予以说明)与第一组件14连接，以便第一框件10按第一方向(由箭头B所指)绕第一轴12枢转运动过程中可将扭矩传给第一组件14，以及在第一框件10按相反方向(由箭头C所指)绕第一轴12枢转运动的过程中可将扭矩传给第二组件24。

本实施例的动力传动装置还包括第二结构件以U形件32形式，所述U形件32绕第二轴34枢转并装配有第三和第四单向联轴节装置以超越离合器36，38形式，超越离合器36、38机械地联接于框件10的第一和第二组件14、24。第三和第四超越离合器36、38与U形件32连接，而不是以第一和第二超越离合器18、28分别连接于壳体的方式连接于壳体。

由一第三轴42组成的第三组件40通过第三超越离合器36可转动地安装在U形件32上。第三组件40还包括连接于第三轴42内端的第三伞齿轮44。第三轴42通过一轴承(在图1中未看到)可枢转地连接于矩形框件10。一第四组件46由一第四轴48(未看见)组成，第四轴48通过第四超越离合器38沿着第二轴34也是与U形件32可转动地连接安装。第四组件46还包括也联接于框件10的第一和第二组件14、24的第四伞齿轮50。

因此，U形件32按第一方向(由箭头E所指)绕第二轴34的枢转运动将通过第三超越离合器36和伞齿轮44产生一个作用于第一组件14的扭矩，而U形件32绕第二轴线34按相反的方向(由箭头D所指)的枢转运动通过第三超越离合器36对第一组件14的转动不起作用。然而，由于第四超越离合器38按与第三超越离合器36的相反方向运转，在U形件32按相反方向(由箭头D所指)绕第二轴34枢转运动的过程中扭矩也被传给第二组件24。

如图1清楚所示那样，第一和第二组件14、24保持同轴间隔、面对的关系。同样，第三和第四组件40、46通过U形件32保持同轴间隔、面对的关系。框件10和U形件32外形有利于可使第一伞齿轮20在传递扭矩时与第三和第四伞齿轮44、50都接触，而第二伞齿轮30也在传递扭矩时与第三和第四伞齿轮44、50相接触。通常第一和第二轴12、34相交，并且每个伞齿轮20、30、44和50是直齿或螺旋齿伞齿轮，它们与两个相邻伞齿轮啮合。然而，伞齿轮还可以是摩擦齿轮，在这些摩擦齿轮上扭矩是通过被压入滚动接触相邻齿轮的截锥形表面之间切向摩擦力传递的。这后一种布置仅适用于小动力应用场合。

本实施例的动力传动装置还包括一个可转动的驱动件52，它在图1中以部分切开的立体视图表示。驱动件52包括一输入轴54它与设在其上一槽58的半圆形件56联接。整个驱动件52绕基本与图1中第一和第二轴12、34互相垂直的第三轴60转动。U形件32装有装配滚柱轴承63的轴套62。滚柱轴承63适合于可滑动地支承在驱动件52的槽58内。驱动件52因而可以在滚柱轴承63支承在槽58内时通过所形成的一可变旋转联轴节机械地联接于U形件32。由于U形件32可以绕第三和第四轴42、48上的第二轴34枢转，滚柱轴承63在槽58内的位置可以变化这就是说这种旋转联轴节是可变化的。

回想起第三和第四轴42、48可枢转地安装在矩形框件10内，矩形框件10再绕第一轴线12枢转。因此，驱动件52的转动可产生一个轴套62绕第三轴线60的轨道运动。轨道运动再产生U形件32绕第二轴34的枢摆运动，并同时产生框件10绕第一轴12的枢摆运动。另外，轴套62的轨道运行半径可以变化以改变U形件32和框件10的枢转角，并因此改变最终传向第一和第二组件14、24的扭矩值。因此，仅仅改变由驱动件52槽58中的滚柱轴承所提供的可变旋转联轴节的轨道半径，就可使传给第一和第二组件14、24的输出扭矩独立于被施加在驱动件上的输入扭矩而变化。

当可变的旋转联轴节的轨道半径为零时，轴套62与第三轴60成一直线并在驱动件52转动过程中基本上保持不动，因而不产生U形件32或框体10的枢转运动并且没有输出扭矩传给第一组件14或第二组件24。然而，当轴套62的轨道半径从零增大到最大值时，U形件32和框体10的枢转角也增大到最大值，这便产生向第一和第二组件14、24传递最大扭矩。

为了阐明第一实施例具有可变传动比的动力传动装置作用的方式，下面将详细说明通过框件10的枢转运动将扭矩传给第一和第二轴16、24的各个单向联轴节装置的工作。U形件32通过轴42和48可枢转地连接于矩形框件10以使轴套62的轨道运动转变为框件10绕第一轴12的枢转运动，虽然很明显使用其他结构可以实现相同的效果。如果滚柱轴承63位于驱动件52的半圆形臂56的槽58的一端，轴套62就限定了绕第三轴线60的最大半径的轨道。驱动件52按顺针方向(如箭头F所示)转动，而轴套62是在3点钟的位置上起动。

当半圆形臂56旋转并且轴套62通过6点向9点位置运动时，使矩形框件10按箭头B的方向绕第一轴12枢转。在框件10按箭头B的方向枢转运动过程中，第二超越离合器28运转将第二伞齿轮30锁定在变速箱壳体上。由于第三伞齿轮44也可转动地连接于框件10，框件10的枢转运动便驱使第三和第四伞齿轮44、50围绕第二伞齿轮30滚动并在此情况时按箭头B的方向驱动第一伞齿轮20。当轴套62到达7点和8点间的一半位置(7点半位置)时，框件10按箭头B所示的方向运动便开始减慢，同时U形件32的枢转运动接箭头D所示方向提高速度。在U形件32的速度变得大于框件10的速度的位置上，超越离合器38啮合(以及超越离合器28同时脱开)以将伞齿轮50锁定在U形件32上。这样在7点半至10点半间的位置上，第一和第二组件14和24被齿轮50驱动。

当轴套62向10点半钟的位置运动时，U形件32按箭头D所示方向的运动开始减速，而框件10的速度按箭头C所示方向开始增大。在框件10按箭头C所示方向的速度变得大于U形件32的速度时的位置(约10点半钟)上，超越离合器18便啮合(以及超越离合器38同时脱开)以将伞齿轮20锁定于壳体。这样在10点半至1点半钟的位置之间，在框件10按箭头C方向枢转运动过程中，驱使伞齿轮44和50(也可转动地连接于框件10)围绕伞齿轮20(伞齿轮20现已被锁定于壳体)滚动，伞齿轮44和50可按箭头C所示方向再驱动伞齿轮30。

当轴套向1点半钟位置运动时，框件10按箭头C所示方向的运动开始减速，而在此时U形件32按箭头E方向的枢转运动速度便增大。在U形件32的速度变得大于框件10速度的位置(约1点半钟)上，超越离合器36啮合(以及超越离合器18同时脱开)以将伞齿轮44锁定在U形件32上。伞齿轮44然后通过U形件32按箭头E所示方向在1点半至4点半钟位置之间转动以完成1个循环。转动着的伞齿轮44再按相反的方向驱动伞齿轮20和30。

如在图1中清楚看到那样，伞齿轮20和30的大小为伞齿轮44和50的一半，(即具有一半的齿数)，以使伞齿轮20和30可以伞齿轮44和50的两倍速度转动以适应于周转的效果。

在图1中有配装有用于改变轴套62的可变旋转联轴节的轨道半径的控制机构和驱动件半圆形臂56的一种驱动件52的可能结构。控制机构包括可滑动地安装在驱动件52半圆形臂56的槽58内并适合可转动地支承轴套62的滚柱轴承63。轴承63通过一刚性操纵臂68与设在输入轴54上的推力轴承66相联接。操纵臂68的各端分别可枢转地分别连接在轴承63和推力轴承66上。因此，推力轴承66在轴54上的滑动会产生轴承63在半圆形臂56上相应滑动以按要求改变轴套62的轨道半径。操纵臂68可枢转地连接于轴承63的一侧，以便当推力轴承66在轴54上向图1所示位置被推动一最大距离时，轴承63将位于轨道半径为零的位置上以便轴套62处于基本与输入轴54同轴。

图1中所示的控制机构还包括一第二操纵臂70，第二操纵臂的一端可枢转地连接于推力轴承66的相对侧，并可枢转地连接于一平衡配重72，平衡配重也可滑动地安装在半圆形臂56的槽58内。平衡配重72提供对轴承63的平衡力并帮助使在驱动件52的旋转过程中所产生的振动程度减小到最小。

驱动件52可以是具有任何合适的形状或结构，而并不需要用如图1所示的一种半圆形臂56。例如，可用半球形件取代半圆形臂56以进一步改善动力传动装置的平衡。

如果需要的话，可设置一外部的传动装置以将第一和第二输出轴16、26联接成一单根输出轴，以提供输出轴的连续转动。

在图1的实例中，输出轴74分别通过正转和反转的齿轮组件连接于第一和第二轴16、26。第一轴16配装一第一齿轮75，第一齿轮通过中间齿轮77与输出齿轮76联接。输出齿轮76通过超越离合器78与输出轴74连接，当输出齿轮76通过超越离合器78与输出轴74连接，当输出齿轮76按箭头G的方向被驱动时超越离合器78工作以将扭矩传递给输出轴74。当第一轴16按B方向驱动第一齿轮75时，输出齿轮76要按箭头G的方向被驱动。

第二轴26配装第二齿轮79，第二齿轮直接与输出轴74上的反转齿轮80连接。反转齿轮80通过超越离合器81与输出轴74联接，超越离合器在反转齿轮80按箭头G方向被驱动时工作以将扭矩传递给输出轴74。当第二轴26按箭头C的方向驱动第二齿轮79时反转齿轮80要按箭头G的方向被驱动。以这种方式第一和第二轴16、26在相反方向间断转动被转变成输出轴74按一个方向基本连续的转动。

在使用时，图1中所示的整个总成件要置放在一个变速箱壳体内并浸在传动部流体中以便如在传统的变速箱中那样提供润滑并减少热量。可以提供与输出轴相连接的附图传动装置以实现输入和输出轴间所要求的传动比。图2a和2b说明动力传动装置的一第二实例，该实施例采用交替布置的结构，以便将输出轴连接于动力传动装置。

图2a和2b是通过第二实施例的动力传动装置的剖视图，其许多方面与图1所示的相同。图2a是沿图2b的A-A线通过动力传动装置主要部分的一个剖视图。图2a和2b所示实例中与图1实例中相应零件相同的零部件已采用相同的标号表示。在此实施例中，矩形框件10在壳体11内可枢转地安装在滚珠轴承13上。而第一和第二轴16、26在框件10内可转动地安装在滚珠轴承15(见图2a)上。第三和第四组件的第三和第四轴42、48通过滚珠轴承17可转动地安装在框件10上。

U形件32借助与图1的第一实例超越离合器相同的超越离合器36、38可枢转地安装在第三和第四轴42、48上。第一轴16通过超越离合器18机械与壳体11的壁17联接，而第二轴26通过超越离合器28机械地与壳体11的壁25联接，这又与图1实例的布置相同。

图2a和2b的实施例与图1实施例之间最显著的不同是在输出轴74的布置上。第一和第二轴16、26都是空心轴，空心轴布置有穿过其中同轴线运转的输出轴74。输出轴74通过滚球轴承19可转动地安装在壳体11内。第一轴16通过具有超越离合器21形式的一单向联轴节装置直接自动联接于输出轴74。当第一轴16按箭头B的方向转动时超越离合器21就可将扭矩从第一轴16传递给输出轴74。当第二轴26通过由超越离合器81被联接于输出轴74另一端的一反转齿轮80按箭头B的相反方向转动时，扭矩也从第二轴26传递给输出轴74。通过被装在第二轴26与第二伞齿轮30相对的一端上的第五伞齿轮83和可转动地安装在壳体11的壁内的第六伞齿轮85(在图2中可最清楚地看到)将扭矩沿着与输出轴74的转动轴线基本垂直的轴线从第二轴26传递给反转齿轮80。采用这种布置，第一和第二轴16、26按相反方向间断转动被转变成输出轴74按箭头B方向的基本连续的转动。

图2a和2b实施例与图1实例间的另一个不同是在用于改变轴套62的可变旋转联轴节的轨道半径的控制机构和驱动件52的半圆形臂56的布置上。在此实施例中，控制机构包括一可枢转的手柄65，手柄用手使推力轴承66沿输入轴54滑动以便使轴套62的轨道运行半径按要求变化。滚珠轴承63借助挂在一对链轮69上的链条67被联接于推力轴承66，并具有装设平衡配重72的同样布置。钢绳和滑轮布置71设置在半圆形臂56的槽58内用于帮助控制滚珠轴承63在槽58内运动。在图2b中所示的轴承63是在轨道半径为零的位置上以使轴套62基本处于与输入轴54的同轴线。在此位置上，由于矩形框件10的U形件32基本上保持不动，因此在输入轴54转动过程中将没有扭矩传递给输出轴74。

图2a和2b是以与图1实施例基本相同的方式工作。

下面将参照图3来说明本发明的具有可变传动比动力传动装置的第三实施例。在图3c中动力传动装置的第三实施例是以立体视图表示的，第三实施例包括可转动地安装在与以第一臂93形式的第一结构件连接的第一轴91上第一伞齿轮89。第一臂93可绕第一轴91枢转并通过一具有超越离合器95的第一单向联轴节装置与第一伞齿轮89连接。第一臂93按箭头K所指的第一方向绕第一轴线91旋转运动通过超越离合器95产生一个被施加于伞齿轮89的扭矩，而第一臂93按相反方向的枢转运动通过超越离合器95对第一伞齿轮89的转动不起作用。

在此实施例中，第一臂93是各被可枢转地安装在一支承框97上的四个臂之一。第一臂93和第二臂99沿公共轴91可枢转地安装在支承框97的相对侧。第三和第四臂101、103在与第一公共轴基本垂直的第二公共轴105上也是可枢转地安装在支承框97的相对侧。通过相应的第二、第三、第四超越离合器113、115和117各第二、第三和第四臂99、101、103与各第二、第三和第四伞齿轮107、109和111连接。在每一种情况下，相应的臂绕其相应旋转轴按第一方向枢转运动通过各超越离合器产生一个被作用于各伞轮的扭矩，而相应的臂按相反方向的枢转运动通过相应的超越离合器对相应的伞齿轮转动不起作用。这样，例如，第四臂103按箭头L方向绕第二轴105枢转运动通过第四超越离合器117产生一个被作用于第四伞齿轮111的扭矩。

在每一种情况下，通过输出伞齿轮121将扭矩从第一、第二、第三和第四伞齿轮89、107、109和111传递给输出轴119。然而，正如可从图3a最清楚地看到的那样，输出伞齿轮121只是与第三和第四伞齿轮109、111相啮合。输出轴119可转动地安装在支承框97上。输出轴119适合绕与第一和第二轴线91、105互相垂直的第三轴123转动。通过输出伞齿轮121将扭矩从第三和第四伞齿轮109、111直接传递给输出轴，而通过第三和第四伞齿轮109、111将扭矩从第一和第二伞齿轮89、117间接地传递给输出轴119，然后传给输出伞齿轮121。

本实施例的具有可变传动比的动力传动装置还包括一具有环圈件125形式的驱动件，环圈件正常情况下是不动的，但可以绕第一轴91倾斜。在此实施例中，整个支承框97绕第三轴123旋转，以便第一、第二、第三和第四臂93、99、101、和103每一个全部绕第三轴转动。各臂通过一旋转联轴节机械联结于环圈件125以便支承框97的转动产生旋转联轴节绕轴线123的轨道运动，旋转联轴节再产生各臂绕其相应枢转轴的枢摆运动。在此实施例中，旋转联轴节包括一支承在环圈件125上的移动轮127，环圈件125形成移动轮125绕第三轴123的轨道行程。设有为使各移动轮127保持与环圈件125滚动接触的装置。例如，通过弹簧(未图示)可按图3b中所示箭头N方向偏压各臂93、99、101和103。另外，用于各臂的旋转联轴节可包括被安装支承在环圈件125相对侧上的第二移动轮以便各臂可转动地与驱动件125联接。支承框97绕第三轴123的转动通过被固定在支承框97上的输入轴129被作用在输出轴119的相对侧上。

采用被安装在基本与第三轴123相垂直的一个平面上的这种环形圈件125，如图3a、3b和3c所示，各臂93、99、101和103在支承框97转动过程中不在它们各自的枢转轴线上枢转。因此，各第一、第二、第三和第四伞齿轮89、107、109和111可基本上保持不动并且没有附加扭矩通过输出伞齿轮121被传递给输出轴119。因此，输出扭矩与输入扭矩之比可为1∶1。然而，如果环圈件125以相对第三轴123的一个角度绕轴线91倾斜，如图3d所示，则各臂的旋转联轴节随环圈件125的轨道运动会产生各相应臂绕其在框件97上的各自枢转轴线的枢摆运动。通过改变环圈件125的倾斜角可使各臂的枢转角变化，以使被传递给输出轴119的输出扭矩可以独立于被施加在输入轴129上的输入扭矩而变化。

为了阐明第三实施例的具有可变传动比的动力传动装置的作用方式，下面将详细说明通过相应臂的枢转运动将扭矩传递给输出轴119相应超越离合器的工作。

第一臂93在图3d中所示为在枢转角θ°角度上，该角度相应于环圈件125相对第二轴105的倾角。当移动轮127按箭头P方向(见图3C)在环圈件125上继续其沿轨道运行路程时，第一臂93向后枢转通过θ＝0°的位置(按与箭头K的向反方向)，然后继续枢转直到它到达其相应于图3d中的第二臂99的位置的最大枢转位置为止。在臂93上的移动轮127的这个轨道运动过程中，由于第一超越离合器95使臂93在枢转方向上摆脱齿轮，因此没有扭矩传递给第一伞齿轮89。然而，一旦当第一臂93的移动轮开始从6点钟位置向9点钟位置移动时，第一臂93便开始按箭头K的方向转动，并且有些扭矩将开始通过第一超越离合器95从第一臂93传递给第一伞齿轮89。这个扭矩在第一臂93的移动轮通过9点钟位置时达到最大值，而当该移动轮接近12点钟位置时渐渐地减小，并且臂93到达其最大枢转角度θ°。

由于第二臂99可枢转地安装在同轴线91上但在与第一臂93的相对侧上，第二臂99的枢转运动将刚好与第一臂93的枢转运动相反。因此当第一臂93未转动时靠第二臂99通过第二超越离合器113将扭矩传递给第二伞齿轮107，而当扭矩通过第一臂93被传递给第一伞齿轮89时，第二臂99将相对第二伞齿轮107不转动。被施加于第一和第二伞齿轮89、109的扭矩将通过第三和第四伞齿轮109、111中的任一个传递给输出伞齿轮121。

当第三和第四臂101、103各自的移动轮127环绕环圈件125沿轨道运行时，扭矩通过各自的第三和第四臂也将施加到第三和第四伞齿轮109、111上。第三和第四臂101、103除了它们以与第一和第二臂93、99成90°相位运行，以将扭矩传递给第三和第四伞齿轮109、111这点外，以与第一和第二臂93、99基本相同的方式工作。因此，例如，当第四臂103通过如图3a和3c所示的9点钟位置时，第四臂是处在其扭矩传递行程的中央，而处在6点钟位置上的第二臂99恰好开始其扭矩传递行程。

采用图3的实例，输入扭矩与输出扭矩之比可从1∶1变化到约1∶1.7。通过将一个附加齿轮系连接到输出轴119上可以使这个范围增大或变化。图4a和4b示意地图示出两个用于连接到本发明的动力传动装置的输出轴的行星齿轮系。

在图4a的行星齿轮系中，输入轴131与行星齿轮系壳体133相连接。第一齿轮135可转动地安装在输入轴131上并与安装在行星齿轮系141轴139上的齿轮137相啮合。行星齿轮系的输出齿轮143固定在输出轴145上。

图4b为行星齿轮系的又一个例子，在此例中被固定在输入轴149上的第一齿轮147与行星齿轮系153的行星齿轮151相啮合。行星齿轮151安装在支承件155上，支承件可转动地安装在输入轴149上。各行星齿轮151与行星齿轮系153的输出齿轮157相啮合，而输出齿轮与输出轴159相连接。

采用图4a和4b的行星齿轮系，动力传动装置可以实现相当宽范围的输出转速和扭矩特性，以适合特殊的应用。例如，在一种结构中使输出可以成为双向的。在图示的行星齿轮系中，齿轮零件的传动比可以是变化的并且动力传动装置的输出轴可被用于驱动行星齿轮系的不同零件，例如支承件155或齿轮135。

图5所示的本发明的动力传动装置的再一个实施例。图5的实施例包括具有第一U形件80形式的第一结构件，第一U形件可绕第一轴线82枢转并设有与之可枢转地安装连接其内的第一组件84。本实施例的第一组件84与第一实施例的第一组件14相同，它包括一第一轴86(未看见)，第一轴通过一单向联轴节装置88(未看见)沿第一轴线82与第一U形件80可枢转地安装连接。第一组件84还包括固定在第一轴86内端的第一伞齿轮90。与第一实施例不同，第一单向联轴节装置88在第一件80按第一方向(用箭头Q指示)绕第一轴线82枢转运动过程中运转以将第一U形件80与第一单向联轴节装置88锁定在一起，而第一U形件80按相反方向(箭头R)绕第一轴线82的枢转运动(通过第一单向联轴节装置88)对第一轴86的转动不起作用，第一轴可以自由地按第一方向连续运转。第一U形件80还设有包括第二轴的第二组件92，第二组件92通过一第二单向联轴节装置(未看到)与第一件80可转动地安装连接。第二组件还包括被固定在第二轴内端的一第二伞齿轮98。第二单向联轴节装置96按与第一单向联轴节装置88相反方向运行。第一和第二两个组件可转动地支承在保持不动的一矩形框件94上。

本实施例的动力传动装置还包括一具有U形件96形式的第二结构件和可绕第二轴线102转动并装配有第三和第四单向联轴节装置104、106的矩形框件100。U形件96可转动地连接于矩形框件100并可绕轴线82枢转。第三和第四组件108、110分别通过第三和第四单向联轴节装置104、106与矩形框件100同轴地可转动地安装在第二轴线102上。与第一实施例相同，第三组件108包括一第三轴112，所述第三轴具有被固定在其内端的一第三伞齿轮114。第四组件110包括一第四轴(未见)，第四轴具有一被连接于其内端的第四伞齿轮118。第三和第四单向联轴节装置104、106以一种与第一实施例的第三和第四单向联轴节装置36、38基本相同的方式运行。因此，在框件100绕第二轴线102按箭头S所示的第一方向枢转运动的过程中，第三单向联轴节装置104将第三轴112锁定在框件100上，以便通过第三伞齿轮114将扭矩传递给第一组件84。在另一方面，在框件100按由T箭头所示的相反方向枢转运动的过程中，第四单向联轴节装置106运行将第四轴116锁定于第二U形件100，以便通过第四伞齿轮118将扭矩传递给第一组件84。

如在第一实施例中那样，伞齿轮90、98、114和118通过矩形框件94，以各伞齿轮与其相邻伞齿轮传递扭矩接触的这样一种方式同轴地保持间隔关系。在第一实施例与本实施例之间最显著的不同在于，在本实施例中，第一和第二结构件(分别为U形件80和带矩形框件100的U形件96)相互独立地枢转，而在第一实施例中第一结构件的枢转运动是通过第二结构件实现的。在本实施例中，第一和第二结构件的枢转运动通过设在一驱动件上可变旋转联轴节单独地实现，驱动件类似于图1和2所示的第一和第二实施例的驱动件。

轴套120设置在U形件96上用于连接在驱动件(示图示)上的可变的旋转联轴节。轴套120的轨道运动通过一对滚柱122被传递为相对矩形框件100绕第二轴线102的枢摆运动以及相对第一U形件80绕第一轴线82的枢摆运动。滚柱122可转动地安装在相邻于轴套120的第二U形件96上并适合于沿第一U形件80的平行侧面运转。

为进一步阐明本实施例具有可变传动比动力传动装置的工作方式，将以隔离方式说明通过第一U形件80的枢转运动将扭矩传递给第一轴86的第一单向联轴节装置88的工作方式。设想两个伞齿轮98和118分别连同第二和第四单向联轴节装置已从图5的实施例中去除。为了说明起见，假定轴套120在3点钟位置上开始按顺时针方向绕轨道运行。

当轴套通过6点钟位置向9点钟位置运动时，使第一U形件80按箭头Q方向绕第一轴线82枢转。在U形件80按Q方向枢转运动过程中，第一单向联轴节装置88运行将U形件80锁定于轴86以至将扭矩从转动着的驱动件传递给轴86。这个扭矩将通过第一和第三伞齿轮90、114被传递给输出轴112，以使输出轴按箭头S方向转动。然而，当驱动件继续转动时，轴套120从9点钟位置运动通过12点钟回到其在3点钟的起始位置上。这便引起第一U形件80按箭头R所指的相反方向枢转运动。由于单向联轴节装置88现已运行使轴86与U形件80脱开，U形件80按R指示的相反方向枢转运动对轴86的转动不起作用。因此轴86自由地连续按箭头Q方向转动。

即使扭矩在驱动件半周转动过程中只传递给输出轴112，仅采用两个单向联轴节装置88和104上述被简化的布置仍可成功地运行并且在某些应用中可能是实用的。例如，这样一种动力传动装置在输入轴的半周过程中仅仅作用输入扭矩的场合可能是实用的。

添加一机械联接于输出轴112的第二单向联轴节装置能够在驱动件的第二个转动半周过程中传递扭矩。以这种方式，U形件80在两个方向的枢转运动被利用于产生一输出扭矩。利用上述的第三和第四单向离合器装置104、106同样可以用矩形框件100的枢转运动。四个啮合的伞齿轮90、98、114和118提供了一种特别优美而紧凑的布置，用于将由相应枢转件80、100产生的扭矩传递给输出轴112。

任何用于将第一、第二、第三和第四单向联轴节装置机械联接于输出轴的其它合适装置都可以被使用，而不是用图示实施例的伞齿轮。例如，可用一皮带轮取代各伞齿轮，皮带轮通过柔性带或皮带自动联接于其相邻的皮带轮。还可使用链轮和链条。另外，传统的齿轮系可被用于机械联接各个相应单向联轴节装置。采用如图示实施例中那样的四个伞齿轮由于其简单而紧凑的结构是最为理想的布置。用在图示实例中的各单向联轴节装置通常是一种传统的超越离合器，虽然任何合适的单向联轴节装置可被利用，在这些单向联轴节装置中驱动件和从动件在按一个方向转动中被锁定在一起，而当驱动件和从动件按相反方向转动时便是飞轮。

现已详细说明了本发明的具有可变传动比动力传动装置的若干实施例，显然本发明的动力传动装置具有一些超过传统变速箱的明显优点，其中包括下面几个方面：

(1)作用于输入轴上的扭矩与在输出轴上可利用的扭矩之比可在最大值与最小值之间无级地变化。

(2)在输出轴上可利用的扭矩可以从最小值向最大值逐渐地增大。这在重工业应用中，例如，球磨机(其中具有高惯性力的转子必须从一静止位置被驱动)可能是特别有利的。

(3)变速箱可以是紧凑的结构，因而可使用在空间非常需要的应用场合中。

很明显，除了那些已被说明的结构之外，熟悉机械工程技术的人不排除从发明构思，还可以对图示的实施例作出许多修改和变动。所有这些修改和变动都被认为是在本发明的范围内，本发明的本质是由前面说明中的概括所确定。

Claims (17)

1.一种具有可变传动比的动力传动装置，它包括：

一第一组件在一第一轴线上与第一结构件可转动地安装连接，所述第一结构件可绕所述第一轴线枢转并通过第一单向联轴节装置联接所述第一组件，其中第一结构件绕第一轴线按第一方向枢转运动通过所述第一单向联轴节装置产生一个被施加在第一组件上的扭矩，而第一组件按反方向的旋转运动通过第一单向联轴节装置对第一组件的转动不起作用；以及

一驱动件，它通过一旋转联轴节机械连接于所述第一结构件，而其中所述驱动件和所述第一结构件绕基本垂直于第一轴线的第二轴线的相对转动产生所述旋转联轴节绕所述第二轴线的轨道运动，而轨道运动再产生所述第一结构件绕所述第一轴线的枢摆运动，并且其中设有用于改变第一结构件枢转角的装置，由此在使用时，通过第一组件被传递的输出扭矩可以独立于被施加于动力传动装置的输入扭矩而变化。

2.如权利要求1所述的动力传动装置，其特征在于，所述第一结构件是多个可枢转的结构件之一，各可枢转的结构件具有一个或一个以上可转动的组件在各自轴线上可转动地连接安装，各所述可枢转动的结构件绕所述的各自轴线可枢转并分别通过一个或一个以上单向联轴节装置与所述一个或一个以上的转动组件相连。

3.如权利要求2所述的动力传动装置，其特征在于，所述驱动件可绕所述第二轴线转动并通过一可变旋转联轴节机械联接所述第一结构件，并且其中所述可变旋转联轴节的轨道运行半径可以变化以改变所述第一结构件的枢转角。

4.如权利要求2所述的动力传动装置，其特征在于，所述旋转联轴节的轨道半径可以在零与最大值之间变化，零值使第一结构件基本上保持不动并且无扭矩传递给第一组件，最大值产生传递给第一组件最大扭矩。

5.如权利要求4所述的动力传动装置，其特征在于，它进一步包括一按与所述第一单向联轴节装置相反的方向运行的第二单向联轴节装置，所述第二单向联轴节装置机械联接所述第一结构件，以便在第一结构件按所述第一方向和所述相反方向的两个方向枢转运动过程中可以传递输出扭矩。

6.如权利要求5所述的动力传动装置，其特征在于，它还包括可绕与所述第一和第二轴线基本互相垂直的第三轴线枢转的第二结构件，所述第二结构件至少装配有机械联接第一结构件的第一组件的第三单向联轴节装置，其中所述第二结构件按第一方向绕所述第三轴线枢转运动通过第三单向联轴节装置产生一个被作用于第一组件的扭矩，而所述第二结构件按相反方向枢转运动通过第三单向联轴节装置对第一组件的转动不起作用；以及

其中，所述可转动的驱动件通过所述旋转联轴节还机械联接所述第二结构件，其中所述驱动件的转动还产生所述第二结构件绕所述第三轴线的枢摆运动，并且所述旋转联轴节的轨道半径可以变化，以改变第二结构件的枢转角。

7.如权利要求6所述的动力传动装置，其特征在于，所述第一和第二单向联轴节装置同轴地保持间隔关系，并且其中所述第二单向联轴节装置联接第二组件，所述第二组件与所述第一结构件可转动地安装连接并与所述第一组件同轴线。

8.如权利要求7所述的动力传动装置，其特征在于，所述第二结构件设有按与所述第三单向联轴节装置的相反方向运行的第四单向联轴节装置，所述第四单向联轴节装置还机械联接所述第一组件以便当第二结构件按所述第一方向和所述相反方向两个方向绕所述第三轴线枢转运动过程中可传递输出扭矩。

9.如权利要求8所述的动力传动装置，其特征在于，所述第三和第四单向联轴节装置分别联接第三和第四组件，所述第三和第四组件与所述第二结构件可转动地并同轴线地连接安装。

10.如权利要求9所述的动力传动装置，其特征在于，所述第一、第二、第三和第四组件各包括一伞齿轮，每个伞齿轮通过各自的轴联接各自的单向联轴节装置，并且每个伞齿轮至少与其它三个伞齿轮中的一个以传递接触扭矩。

11.如权利要求2所述的动力传动装置，其特征在于，所述驱动件通常是不动的，而所述第一结构件绕所述第二轴线转动，所述驱动件为所述旋转联轴节绕所述第二轴线限定轨道行程。

12.如权利要求11所述的动力传动装置，其特征在于，所述驱动件的倾角可以变化以便在所述第一结构件在枢摆运动过程中改变所述第一结构件的枢转角。

13.如权利要求12所述的动力传动装置，其特征在于，所述驱动件具有一环圈件的形式。

14.如权利要求11所述的动力传动装置，其特征在于，所述多个可枢转结构件的每一个都包括一个可枢转地安装在一支承框上的臂，所述支承框可绕所述第二轴线转动，由此在使用时，支承框的转动产生各臂的旋转联轴节绕所述第二轴线的轨道运动。

15.如权利要求14所述的动力传动装置，其特征在于，当所述驱动件以选定角倾斜时，各臂的旋转联轴节绕所述第二轴线的轨道运动产生各臂绕其各自枢转轴线的枢摆运动。

16.如权利要求15所述的动力传动装置，其特征在于，它具有四个所述的可转动的臂，各臂通过各自单向联轴节装置与可转动地支承在所述支承框上的伞齿轮相联接。

17.如前述权利要求之任一项所述的动力传动装置，其特征在于，所述单向联轴节装置包括一个超越离合器。

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