技术领域 本发明属于传动机械，用于动力机械的变速。 背景技术 查考国内外相关专利和有关书籍，同类极多，仅近七、八年的专利就达数 以千计。多数为摩擦类，如宽皮带、钢球、锥轮等类型，虽也有刚性齿轮类， 如：CN1045292、1056558、1066586、1068199和链条式、滑片式以及德国生产 的GVSA型三相并列脉动变速器，美国生产的Lero---Max型的脉动变速器，尚 有一类小机构反馈大机构的分流类如：CN1045292、1056343、1019194、1068178 等均具有代表性。摩擦式缺点很多，人们一直希望有高水平的刚性类型，因此 出现大量专利，但机构总是很复杂，而且在输出匀速平稳、高速振动和噪音及 传动效率等诸方面均不理想，所以长期来这一研究已成为机械行业的经典大题。 发明内容 本发明的目的是设计一种齿轮式双匀速摆线无级变速器，用简单达类似 一、二级齿轮的传动付，设计出高匀速度、大速比范围的无级调速器，使传动 刚度、机械效率、高速平稳度及工艺简易性等，均不低于常见齿轮式变速箱。 为此，本发明由行星齿轮系、离合器、调速机构和机架组成， 行星轮系由行星臂、太阳轮轴、n个大行星轮组成；行星臂由左盘、p根长 管和管中的长螺栓、以及右盘组成；左盘是左端面中心有输入轴，右端面有盲孔 的扁盘，右盘是中心有通孔的扁盘，两盘均布着n对大孔和p对小孔，p根长管的 两端安装在两盘小孔内，两盘就被长管及管中的长螺栓及螺母固定形成一个整 体匡架成为行星臂，太阳轮轴是左端有太阳齿轮的长轴，这齿轮两端有轴颈安装 于左、右两盘中心孔的轴承内，它的右部用轴承安装于外壳的轴承孔内，并又外 伸为输出轴；大行星轮是圆周布有外齿轮，孔内布有内齿轮的筒状体，它的右端口 内装有轴承，左侧面中心有外伸的管形端轴，这端轴安装于左盘大孔的轴承内； 离合器由前端的双输出传动链机构及后端的馈控制动机构两部分组成； 调速机构由摸拟“双匀速摆线”函数曲线有效段的圆运动机构、直线偏移 机构、操作机构组成； 机架由壳体、左盖、右盖组成；壳体成筒状，外周有相应孔安装着加油螺塞、 放油螺塞、吊环、支架；左、右两盖均为中心有孔的扁盘，分别用螺钉、密封垫 固定于机架两侧，又分别用轴承安装着输入、输出轴。 所述的行星轮系(23)中的n个大行星轮(16)、n对大孔、n个行星曲炳、n个连 杆、p根支撑管、p对小孔中的n、p的数值为≥2的自然数。上述结构设计实现了 本发明的目的。 本发明原理和优点是：经长期深层次的机构及运动学、数学等研究，发现行 星机构(图1)中设：行星臂(图3)OO’以定值角速度φ转动，太阳轮也以定角速度 ω转动，则两速比ω/φ＝C为常数值，又设OP＝λr(λ为变幅系数)R、r分别为太阳、 行星齿轮分度圆半径，R/r＝m，t’为时间，θt’为行星轮O’(相对于行星臂) 转角，φ-ω＝β，β/φ＝S则有S＝(1-C)，设定C是一个范围(Ca至Cb)内的连续值，即 C∈(Ca，Cb)，则可求在行星轮O’上任意点P(x，y)的轨迹：因两轮为啮合运动，所 以有FB＝FA1，βt’R＝FA1＝FB＝θt’r，∴θ＝βR/r＝mβ＝mφS， ∵α＝π/2-(θ+φ)t’＝π/2-φt’(mS+1)＝π/2-φt’[m(1-C)+1]，又设：φt’＝t ∴X＝OD＝OE-DE＝OE-PG＝(R+r)Cos t-λr cos t[m(1-C)+1] Y＝PD＝EO’-O’G＝(R+r)sint-λr sin t[m(1-C)+1] 即得求P点的轨迹函数： 这是因太阳及行星臂均为匀速旋转而行星轮上的任意一变幅点产生的轨迹 曲线函数，为了方便不妨称为“双匀速摆线”函数。如令C＝0，则这“双匀速摆 线”函数就变成常见“外摆线”。 又因在实际设计中R、r、λ是定值，太阳轮与行星轮的转速比(即：ω/φ)值C 是最具有代表性参变数，C取值的不同便产生曲线簇系，也不妨又称为C曲线系， 它们是周期性定波形曲线，周期为t∈(0，2π/mC)。取其半周段t∈(0，π/mC) 研究可知，在可能范围内相对地缩小速比区(Ca，Cb)，去掉曲线两端，较短地取 出其中间顶端部分段来研究，将这速比区分割为差值尽可能小的等差级数，例 如设Cb-Ca＝H，如分h级，这级数为H/h、2H/h、3H/h、…H，再将各数代入 函数，形成密集的C曲线系(图4)，设它们分别为：C0、C1、C2、…Cn…Ch， 如果对各参数(R、r、λ)进行正交设计等数学方法优选，它们更会在较长段内而 十分精确地近似于某一直径圆(设为：φk)的圆弧(这圆弧以下称有效段)，而且 这φk圆心的位置与Cn数值。具有连续的线性关系，因此只要偏移这φk圆，它的 各有效段将会逐一精确地重合、覆盖Cn各曲线，因此它也就可以精确地替代整 个C∈(C0，Ch)曲线系。另外又要在行星齿轮与各变幅点之间设置离合器，让各 变幅点位于φk圆的有效段时，离合器便“合上”，其它位置则“离开”，又由於各 φk圆的有效段较长，具有较大的行星运行中心角，这样用较少的行星齿轮，便可 接力为360°地全周行星运行，完成无级变速器的调速传动全过程。 这种偏移φk圆，使其有效段能360°地全周接力，高精度代替、覆盖双匀速 摆线系，其精度及代替长度范围均可用优化各参数(R、r、λ、φk)耒调控的数学 理论和设计方法，创造性地构建了“双匀速摆线”的理论基础，最终使本发明实 现了“高均速”“大变速比”等变速器的高难度设计要求；。 例如太阳轮与行星轮的转速比变化范围：(C0，Ch)取为(0，1)，根据设中体积、 动力等实际需要，以及优选各参数，取R＝18、r＝65、λ＝0.5385，“双匀速摆线” 便成为： 太阳轮与行星轮的转速比C值取：C0＝0、C1＝0.2、C2＝0.4、……Ch＝1便形成 图4的C曲线系(图4)，如果φk圆取φ226，用它偏移重合在C曲线系上，可较长 地重合这些曲线，这些重合部份就成为有效段；从图5可得知，这φk只需偏 移：4.5、3.2、2.5、1.9、1、0，便可分别重合并替代0、0.2、0.4、0.6、0.8、1曲 线系中相当长的各自段，其重合段也是φk圆的有效段，其行星角分别达：166°、 169.4°、172.5°、187.4°、213.1°、360°，因为它们均大于120°，所以只需 三个星行齿轮和适当的离合器，将它们上面(变幅系数为0.5385)的变幅点，以及φ 226圆的圆周相连结，成为一个能在“双匀速摆线”有效段上的互相约束的运动 付，其φ226圆的圆心从行星中心起偏移到：1、1.9、2.5、3.2、4.5，则太阳轮与行 星轮的转速比就将从0起，逐步出现0.2、0.4、0.6、0.8至1，又因偏移是由0到 4.5是连续的，所以变速比也是由0到1是连续的，也就产生了转速比为0至1无 级变速的速度输出。 本发明成功地运用了近似、覆盖等柔性数学方法和运动学基础性设定的研 究，首创了“双匀速摆线”函数理论，从而产生的高匀速度、线性连续、大范围 刚性的无级调速机构，因此不但结构简单达类似两级齿轮传动付，而且在传动 刚度、机械效率、高速平稳性、输出匀速度、制造工艺性等诸方面均十分优越， 它完全能满足机床加工、交通运输、石油化工、纺织造纸等机械工程领域的高 要求。 附图说明 图1本发明的双输出传动链为差动轮系的无级变速器及其剖面结构示意图 图2本发明的双输出传动链为差速器类型的无级变速器及其剖面示意图 图3本发明的“双匀速摆线”生成基础示意图 图4本发明为λ＝0.5385，R＝18，r＝65，速比c＝0、0.2、0.4、0.6、0.8、1， “双匀速摆线”曲线系示意图 图5本发明为φk圆取φ226，偏移在C曲线系的重合状态， 其中ΦQ为行星点运行圆示意图 具体实施方式 如图1至图5所示，本发明由机架和离合器所组成，它由行星齿轮系23、离 合器20、调速机构32、和机架24组成；行星轮系由行星臂15、太阳轮轴18、 n个(n可以为：2、3、4、5、…)大行星轮16组成；行星臂由左盘15a、p根(p可 以为：2、3、4、5、…)长管13和管中的长螺栓12、以及右盘11等组成；左盘 15a是左端面中心有输入轴右端面有盲孔的扁盘，右盘11是中心有通孔的扁盘， 两盘均布着n对大孔和p对小孔，p根长管的两端安装两盘小孔内，两盘就被长管 及管中的长螺栓及螺母固定形成一个整体匡架；太阳轮轴是左端有太阳齿轮的 长轴，这齿轮两端有轴颈安装于左、右两盘中心孔的轴承内，它的右部用轴承安 装于外壳的轴承孔内，并又外伸为输出轴；大行星轮是圆周布有外齿轮，孔内布有 内齿轮的筒状体，它的右端口内装有轴承，左侧面中心有外伸的管形端轴21，这端 轴安装于左盘大孔的轴承内。 离合器由前端的双输出传动链机构19及后端的馈控制动机构17两部分组 成。所述的双输出传动链机构19，它可以是差动轮系类型(见图1)，也可以是差 速器类型(见图2)等等的双输出传动链机构；其中差动轮系类型由齿圈25、e个 (e可以为2、3、4、……)小行星齿轮34及小行星轴、小行星架26、小太阳轮 轴27、以及各轴、套间的轴承等构成；齿圈由分布在大行星轮内壁的内齿构成； 小行星架是周部布有e个横孔的杯状体，这横孔两侧中心各有一个同轴心的小孔， 横孔内置有小行星齿轮，小孔内紧固着小行星轴的两端，各小行星齿轮与小行星 轴间由轴承套合，小行星架右端中心为管形轴31与右盘大孔内的轴承固定，轴 端紧固于曲炳前端孔内；小太阳轮轴27是右部设有太阳齿轮的长轴，齿轮两侧 有轴颈安装于小行星架两端部孔的轴承内，这左端轴承的左侧，又另有轴承安装 于大行星轮管形端轴的孔内，小太阳轮轴左端又较长地伸出这轴承，成为双输出 传动链的第二动力输出轴； 又其中(见图2)差速器类型，它由左锥齿轮53、右锥齿轮54、f个(f可以为2、 3、4、……)星锥齿轮49和星轴48、星架47、内架51以及中心轴52等组成； 这时大行星轮55孔壁无内齿，其左侧壁中心管形轴右伸为悬轴50，星架也是外 周布有f个小圆孔的杯状体，它的左端杯口孔内有轴承安装于悬轴上，中右部外 周固定于大行星轮右端口的轴承孔内，并且这星架右伸与右盘11a大孔内的轴承 孔固定，此外它又继续外伸，与曲炳前端孔紧固；内架是外周布有f个小圆孔的厚 圆套，它位于左、右锥齿轮间并套于中轴，各小圆孔内紧配着行星轴的轴端，各星 轴另一端紧配于星架相应的小圆孔孔内，行星锥齿轮用轴承安装于星轴中部；中 心轴52是右端紧固着右锥齿轮的长轴，它松转配合地穿过左锥齿安装于左盘相 应的大孔的轴承内，又外伸成为双输出传动链的第二动力输出轴；右锥齿轮右侧 的套周部安装于星架右端孔的轴承孔内，左锥齿轮左侧的套周部紧固于大行星 轮的悬轴孔内。 所述的离合器后端的馈控制动机构它可以是定速制动型(见图1)，也可以 是零速制动型(见图2)等等；其中定速制动型由摩擦轮17a、定速制动环9等组 成；摩擦轮由左轮22、右轮22a等组成，两轮圆周外侧镶有摩擦系数大的材料(如 橡胶、夹布胶木等)，两轮之间有碟簧或压簧，并紧固于第二动力输出轴的左端， 定速制动环是孔壁一定角度内有梯形凹槽的环套，这角度略大于360°/n，它位于 壳体内腔与摩擦轮同轴向位置； 又其中零速制动型(见图2)由制动轮62、制动带63、支撑轮68、紧张轮65、 摆杆66、摆轴64、后轴67、离合槽凸轮61等组成；制动带成环状，包套于制动 轮和支撑轮周部，并有孔用螺钉与支撑轮固定，紧张轮是周部有顶角的圆轮，它的 中心孔及轴有螺纹配合可被轴端的螺母锁定，转动并锁定项角位置，可调节制动 带的松紧；摆杆是前端垂直地置有摆轴后端有孔的长杆，后端孔可松转地被后轴 固定于左盘15a的左侧面，摆轴右端有轴承压靠于制动带，左端也有轴承安装 于离合槽凸轮的槽59内，离合槽凸轮61用螺钉安装于左盖10a右侧中部，它是 右侧有圆周槽，中部有大孔的扁盘，大孔套于左盖的中心套部，圆周槽(见图2中 AA剖面)是有大半径71a、71b及小半径69a、69b两圆槽及两者的过渡槽70a、 70b组成，大半径圆槽的中心角略大于360°/n。调速机构32由摸拟“双匀速摆 线”函数曲线有效段的圆运动机构14直线偏移机构43、操作机构46组成； 所述的“双匀速摆线”函数曲线为： 拟似“双匀速摆线”函数曲线有效段的圆运动机构，它可以是精确地近似这函 数曲线的连杆运动圆型(见图1)，也可以是精确地近似这函数曲线的圆槽板型 56(见图2)等的一切圆运动机构；其中连杆运动圆型由n个曲炳29、n个连杆30 组成；曲炳是前端有孔，后端有垂直小轴的长杆，连杆是前、后两端均有孔的长杆， 这前端孔分别有轴承安装在各曲炳的垂直小轴上，其后端孔大小不一，又松转配 合地套合成为一个组合管40；又其中圆槽板型是由槽板56、n个曲炳29a等组成， 槽板是中心有长孔的扁板，左侧周部有360°的圆槽59，右侧面有燕尾滑板，曲炳 是前端有孔，后端有垂直小轴的长杆，这小轴由轴承安装于槽板的圆槽内。 所述的直线偏移机构它可以是双偏心套型(见图1)，它也可以是螺杆滑板型 (见图2)等等；其中双偏心套型由外偏心套37、内偏心套36、盘架38、挡盘41、 挡圈33等组成；内、外两偏心套的偏心距相等，并松转配合地套合成一体，其外偏 心套外圆两端部用轴承安装于组合管的孔内，外偏心套右端轴承的右侧，有一对 同直线的径向键槽；盘架是周边有孔并安装于右盖中心内侧的扁盘，这盘架的左 侧设有长管35，这长管套合在太阳轮轴上，长管外周有轴承安装于内偏心套的孔 内，挡盘在内偏心套右侧两者成一体，左端又被挡圈33锁定； 又其中螺杆滑板型由燕尾定板57、燕尾滑板58组成；燕尾定板是周边有 孔并安装于右盖中心内侧的平板，它中心有孔，被太阳轮轴穿过，两侧有燕尾凹槽 的侧边，燕尾滑板位于燕尾槽内，它是中心有长孔，两侧有燕尾凸槽的条状滑板，它 的中心线部有一个长螺孔。操作机构可以是锥齿轮型(见图1)，也可以是螺杆型 (见图2)，其中锥齿轮型由右锥齿轮44、左架42、右架(与挡盘为同一体)41、十 字圈39、左锥齿轮5、小锥齿轮4、支架2、手轮1、手螺钉3等组成；右架是 左侧中心固定于内偏心套36，周部为簿圆筒的扁盘，右锥齿轮固定于簿圆筒周 部，左架是中心有内孔顶部有圆筒的扁盘，这圆筒外周两端部均有钢珠固定于右 架的簿圆筒内，左架的内孔有成一直线的两键槽，十字圈39成薄型圈状(见图1 中D-D剖面)，它的内、外圆均设有中心线成一直线的两条键，外圆键与内圆键的 两中心线夹角为：45°至90°某一值，常取90°，外圆两键安装于左架内孔的两 键槽内，内圆两键槽安装于外偏心套右端的径向键槽内；支架是顶部有圆板长管 并插入机架的长管，圆板有周孔被螺钉紧固于机架，小锥齿轮与左、右两锥齿轮 同时啮合，它后部有长轴安装于支架管孔两端的轴承内，尾端又与圆盘形手轮有 孔紧固，手轮轮周有手螺钉3紧锁于圆板。又其中螺杆型(见图2)由螺杆60、支 架2a、手轮1a、手螺钉3a等组成；支架是顶部有圆板的长管，管身插入机架， 螺杆是外螺纹与燕尾滑板相配合的长螺杆，它后部有长轴安装于支架管孔两端 的轴承内，尾端又与圆盘形手轮有孔紧固，手轮轮周有手螺钉3a紧锁于圆板上。 机架24由壳体8、左盖10、右盖45组成；壳体成筒状，外周有相应孔安装 着加油螺塞7、放油螺塞28、吊环6、支架；左、右两盖均为中心有孔的扁盘， 分别用螺钉、密封垫固定于机架两侧，又分别用轴承安装着输入、输出轴。 本发明曾称“双行星齿轮拟双摆线无级变速器”，它的传动过程是：动力输 入左盘15a左侧的输入轴后，行星臂带动大行星轮16及右端曲柄29作行星运动， 曲柄后端的垂直小轴被连杆30前端孔(或槽板56左侧周部的360°圆槽)所套 合形成约束，因而产生运动轨迹圆：φk圆。转动手轮1可使小锥齿轮4带动左、 右两锥齿轮作互为反向等量的旋转，因右锥齿轮由右架41紧固于内偏心套36， 左锥齿轮紧固于左架42又通过十字圈39可万向偏移地连结转动着中心不固定 的外偏心套37，这又导致内、外两偏心套的互为反向的量转动，从而外偏心套外 圆便产生定向平移，最终又导致了连杆30的前端孔约束下的轨迹φk圆作定向 平移；如果操作机构采用螺杆滑板型(见图2)，则转动手轮1a，长螺杆60及燕尾 滑板等，也同样可使它们的φk(即槽板的圆槽)定向平移，从而平移的φk其有效 段也同样地覆盖着“双匀速摆线”C曲线系的调速分布范围。如果离合器前端 的双输出传动链机构是差动轮系类型，后端的馈控制动机构是定速制动型(见图 1)，则小行星架26右端固定曲轴，它可使动力行星运动与曲轴约束所合成的动 力，产生两条传动输出路径，第一条是由小行星架26、小行星轴、小行星齿轮34、 齿圈25、大行星轮16的外齿，传到大阳轮轴18，最后形成动力输出，第二条是由 小行星架、小行星轴、小行星齿轮、小太阳轮轴27、摩擦轮17a传到定速制动 环9；因定速制动环仅在略大于360°/n的环内才有梯形凹槽，当摩擦轮位于这 凹槽内，才出现定速制动态，这时曲轴约束合成动力只能走向第一条路径，传到 太阳轮轴后作为输出动力(这时输出速度为“双匀速摆线”相应的C值外尚需叠 加(或减去)因定速摩擦制动而产生少量的修正度数值)；当摩擦轮位于凹槽外，它 便处于无阻力自由态，曲轴约束合成动力就被第二条路轻松释放，太阳轮轴无 动力输出。由于齿圈25、小行星齿轮34、小行星架26、尺寸参数、结构的优 化等的原因，摩擦轮与凹槽的定速擦轮制动力，便可 数倍乃至数十倍放大，馈控着太阳轮轴的传动扭矩，形成无级变速器强大动力输 出。因设计中让制动环的(略大于360°/n)梯形凹槽与φk圆的(略大于360°/n 行星角的)有效段，布于同一行运方位，n个摩擦轮就能360°地有效接力，又因转 动手轮可使平移着的φk圆的有效段，能高精度地近似覆盖相应的“双匀速摆线” C曲线系及其调速范围，最终太阳轮轴便能无级可调地产生设计范围的动力输 出。如果离合器前端的双输出传动链机构是差速器类型(见图2)，后端的馈控制 动机是零速制动型，则无级变速情况与上述极为相似，也是星架47右端固定于曲 轴，其合成动力相似地也产生两条传动输出路径，不同处是第一条由星架47、星 轴48、星锥齿轮49、左锥齿轮53、大行星轮55的外齿，传到大阳轮轴18后形 成动力输出，第二条是由星架、星轴、星锥齿轮、右锥齿轮54、中心轴52、制 动轮62、制动带63、摆轴64左及右两端的轴承最后传至离合槽凸轮61；摆杆 用后轴67可转地固定在左盘使摆轴可摆动，摆轴左端有轴承插在离合槽凸轮的 圆周槽内，圆周槽(见图2中AA剖面)有大半径71a、71b及小半径69a、69b 两圆槽，又有两者的过渡槽70a、70b，因左盘的行星转动和圆周槽的静止，可使摆 轴径向摆动，右端的轴承便通过制动带“制动”或“放松”制动轮，因大半径 圆槽的中心角略大于360°/n。同样n个制动轮就能360°地有效接力，最终让 太阳轮轴便能可调无级地产生设计范围的动力输出。 本发明成功地运用了近似、覆盖等柔性数学方法和运动学基础性设定的研 究，首创了“双匀速摆线”函数理论，从而产生的高匀速度、线性连续、大范围 刚性的无级调速机构，因此不但结构简单达类似两级齿轮传动付，而且在传动 刚度、机械效率、高速平稳性、输出匀速度、制造工艺性等诸方面均十分优越， 它完全能满足机床加工、交通运输、石油化工、纺织造纸等机械工程领域的高 要求。