CN100359210C - 汽车机械齿轮连杆式无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车机械齿轮连杆式无级变速器，主要由三个齿轮：输出齿轮、传动一齿轮、传动二齿轮，三个连杆：上端连杆、下端一连杆、下端二连杆，一个定位滑块，以及连接发动机曲轴的动力输入轮和其上可改变位置的滑轴轮、滑轴及其控制滑轴轮改变位置控制机构组成；在两个传动齿轮上设置有控制其单向转动的棘轮机构，棘轮机构由棘爪、棘爪弹簧、棘爪轴、棘轮、棘爪配重块和棘爪轮盘组成。本发明的无级变速器，传递功率和扭矩大，传递动力准确可靠，零件寿命长，变速范围广；能极大的改善发动机输出扭矩的平顺性，如果要增加发动机的功率和平顺性，就可以不像现在一样增加发动机的汽缸数目了，只需要增加发动机汽缸容积就行了，这将极大的降低生产汽车的成本。

Description

汽车机械齿轮连杆式无级变速器

技术领域

本发明涉及一种无级变速机构，尤其是汽车机械齿轮连杆式无级变速器。

背景技术

现有技术中的变速机构分为两个类型，一类为有极变速机构，另一类型为无极变速机构。以在汽车上的应用为例，汽车上第一类型变速机构应用最广(有手动变速机构，半自动变速机构和自动变速机构)，后两种变速机构比第一种变速机构换档控制机构先进，换档更加容易。有极变速机构优点是传动效率高，动力传递可靠，缺点是档数有限，不能充分发挥发动机的性能。所以现在有极变速机构的改进主要集中在增加档位，多电磁阀控制换档和优化液压控制系统三个方面，自动变速箱中有一种液力变矩器，接近无级变速。其优点是换档容易，运行平稳，但是它结构复杂，价格高，传动效率低，油耗比一般有极变速器高20％左右。

另一类型是无极变速器，也是最先进的一种变速方法，由荷兰人范·杜尼斯(VanDoorne’s)发明的无极变速机构，它主要由两个直径可变的滑轮和一条钢带来传动的，并以此来改变速度，从而克服了普通自动变速机构的换档间歇，油门反应慢，油耗高等缺点。但是用来传递能量的钢带相对齿轮而言强度低，寿命短，由于钢带是通过摩擦来传递动力，所以它传递发动机的扭矩和能量低，传递动力不如齿轮准确可靠。而且它变速时，它的滑轮要向钢带传递动力的垂直方向滑动。这无疑将破坏它们之间的静摩擦，会产生打滑现象，所以现有的无极变速机构在变速下加速会有反应迟缓的表现。因此这种最先进的变速方式只用在很少一部分低排量的轿车上，应用范围不广，不能适应飞速发展的汽车工业的需要。

发明内容

本发明为了克服现有技术中的无极变速器的不足，提供一种汽车机械齿轮连杆式无级变速器；本发明的无极变速机构解决现有技术存在的问题是：1、具有有极变速机构全机械传动的优点(不含摩擦传动)且在任意转速或变速时本无极变速机构核心部分每一个零件都参与工作，不像有极变速器只有一个档位的齿轮参与工作，其余档位齿轮不工作。这样就降低了变速机构的复杂性和重量，节约了成本。2、具有现有的无极变速机构的所有优点，又具有有极变速机构传递功率和扭矩大，传递动力准确可靠，零件寿命长的优点。可以说是具有二者之长。3、变速范围广，本无极变速机构核心部分的变速范围可以从零到1/2倍发动机转速之间无极变化。当它在零档位时，发动机转动，但连接发动机的变速机构无动力输出。这一性能是现在所有的变速箱不具备的。所以它和发动机连接不需要离合器，降低了变速机构的复杂性和节约了成本。4、本变速器有一种自锁功能。当它在前进档位时会自动锁止向后运动(连接倒档时，它又能阻止向前运动)只能单向运动。所以它不会象现有汽车上坡起动时，松开离合器后汽车会向后滑动的现象。5、本发明的无极变速器最大的优点是能极大的改善汽车发动机(特别是汽缸数比较少的发动机)输送到车轮扭矩的平顺性。档位越低，改善越大。它能使四缸发动机输出的扭矩平顺性好于现在连接一般变速器的八缸发动机。6、该变速机构是一种万能变速机构，它能使发动机的转速和扭矩完全互相转化(功率＝扭矩×转速)，所以它可以用于任何汽车。用于轿车，它能把发动机功率转化为最适合轿车运动的扭矩和转速，所以能省油。用于载重汽车，即使重载时也起步容易，爬坡能力强。用于跑车，主要是看其加速时间(如0-100km时速时，加速所需时间)现有的跑车主要靠大功率的发动机，但是起步时发动机不能全功率起动，一来会加速离合器的磨损，二来离合器是靠摩擦来传递动力，起动时离合器摩擦片之间会产生打滑现象，所以车轮上的动力不可能达到发动机的全功率。而本发明由于取消了离合器这个中间环节，发动机可以全功率传递给本发明的变速器，使其全功率起步，即使发动机功率较小也能达到或超过其加速度。7、对发动机要求不高。现有的高级发动机追求尽可能大的转速范围内扭矩大(因为现有有极变速器档位少，而无极变速器又不能传递大功率和大扭矩)，但这带来了发动机科技含量高，制造成本也高，大大提高了汽车的造价。而本发明主要通过变速器变速范围大的优势，只要发动机功率相同，能达到相同的效果(功率＝转速×扭矩)从而减小汽车的造价。

本发明的技术方案：一种汽车机械齿轮连杆式无级变速器，包括与发动机传动轴相连接的变速核心部分，其特征在于：

A、传动轴与所述变速核心部分的动力输入轮相连接，在动力输入轮的一端有一圆柱形凹进，凹进里装有滑轴轮，滑轴轮的中心位置上设有转轴，滑轴轮上设有滑轴；上端连杆的一端通过滑轴连接在滑轴轮上；上端连杆的另一端与定位滑块上端相连接，定位滑块的下端与下端一连杆和下端二连杆的一端相活动连接；下端一连杆的另一端与传动一齿轮的转轴紧固连接，下端二连杆的另一端与传动二齿轮的转轴紧固连接；传动一齿轮和传动二齿轮分别设置在输出齿轮的两侧、都与输出齿轮相啮合；定位杆一的两端分别与输出齿轮和传动一齿轮的转轴相活动连接，定位杆二的两端分别与输出齿轮和传动二齿轮的转轴相活动连接；

B、所述滑轴轮上的转轴与变速控制滑块相连接，转轴上有斜螺纹和变速控制滑块上的螺纹孔相啮合；变速控制滑块套装在传动轴上；动力输入轮中，与转轴相对称位置有一质量和滑轴轮转轴相同的配重块，配重块的一端与动力输入轮连接，另一端穿过变速控制滑块；

C、在传动一齿轮和传动二齿轮上，都设置有控制其单向转动的棘轮机构。

另一种结构为：一种汽车机械齿轮连杆式无级变速器，包括与发动机传动轴相连接的变速核心部分，其特征在于：

A、所述传动轴与所述变速核心部分的动力输入轮相连接，在动力输入轮的一端有一圆柱形凹进，凹进里装有滑轴轮，滑轴轮的中心位置上设有转轴，滑轴轮上设有滑轴：上端连杆的一端通过滑轴连接在滑轴轮上；上端连杆的另一端与定位滑块上端相连接，定位滑块的下端与下端一连杆和下端二连杆的一端相活动连接；下端一连杆的另一端与定位杆一的一端活动连接，下端二连杆的另一端与定位杆二的一端活动连接；定位杆一和定位杆二的另一端分别与棘轮机构的外部相连接，棘轮机构的内部的棘爪通过棘爪轮盘和输出转轴紧固相连；

B、所述滑轴轮上的转轴与变速控制滑块相连接，转轴上有斜螺纹和变速控制滑块上的螺纹孔相啮合；变速控制滑块套装在传动轴上；动力输入轮中，与转轴相对称位置有一质量和滑轴轮转轴相同的配重块，配重块的一端与动力输入轮连接，另一端穿过变速控制滑块；

C、  在输出转轴上，设置有两个控制其单向转动的棘轮机构。

所述的棘轮机构由棘爪、棘爪弹簧、棘爪轴、棘轮、棘爪配重块和棘爪轮盘组成，棘爪的一端经棘爪轴安装在棘爪轮盘上，棘爪的侧面或棘爪轴上设置有棘爪弹簧，棘爪的另一端是呈扇形的顶面，与棘轮的齿槽相接触；棘爪的一个侧边的长度大于另一个侧边的长度。

本发明的无级变速器，传递功率和扭矩大，传递动力准确可靠，零件寿命长，变速范围广；能极大的改善发动机输出扭矩的平顺性，如果要增加发动机的功率和平顺性，就可以不象现在一样增加发动机的汽缸数目了，因为一个8缸发动机比4缸的发动机贵很多倍，只需要增加发动机汽缸容积就行了，这将极大的降低生产汽车的成本。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明

图1是本发明结构总体示意图

图2是无级变速器结构示意图

图3是图2的A-A向剖视图

图4是无级变速器结构上部分示意图

图5是图4的左视图

图6是图4的右视图

图7是无级变速器的棘轮机构(件23)与齿轮(件15)连接关系示意图

图8是棘轮机构(件23)沿X-X向结构示意图

图9是棘轮机构(件23)工作原理示意图

图10是棘轮机构中棘爪24结构示意图

图11是无级变速器结构第二种实施例结构示意图

图12-A、12-B、12-C是三种棘轮齿齿形图

图13是无级变速器处于零档位时的示意图

图14是无级变速器处于低档位时的示意图

图15是无级变速器处于高档位时的示意图

图16是现有技术的四缸发动机曲轴力臂变化示意图

图17是现有技术的八缸发动机曲轴力臂变化示意图

图18是无级变速器的四缸发动机低挡位曲轴力臂变化示意图

图19是无级变速器的四缸发动机高挡位曲轴力臂变化示意图

具体实施方式

如图1中，1-变速核心部分，2-变速核心部分输出轴，3-外围增速齿轮，4-外围倒档齿轮，21-传动轴；本发明主要由两部分组成，即变速核心部分1和外围部分的增速齿轮3和倒档齿轮4组成，变速核心部分1与发动机传动轴21相连接，变速核心部分1的输出齿轮或变速核心部分输出轴2，通过与外围部分增速齿轮3和倒档齿轮4相啮合，达到将变速后的动力输出到外围部分的作用，通过增速齿轮3和倒档齿轮4的转轴(输出轴)将动力输出；外围部分也可以用达到增速和倒档性能的现有的行星齿轮系统代替。同时，可以对发动机进行一定的改进，改进的目的是减少本发明所采用的发动机的零件数量，如去掉发动机的飞轮，以动力输入轮作为飞轮。图1中外围部分当增速齿轮3和倒档齿轮4向左移动时，解脱增速齿轮3，倒档齿轮4处于啮合状态，此时为倒挡；增速齿轮3和倒档齿轮4向右移动，这样就解脱了倒档齿轮4而和增速齿轮3相啮合，这时就成为正档(因为本发明核心部分在最大档位时，输出的转速是发动机转速的一半，而现有汽车在最高档位时，变速器输出转速大约是发动机的1.1倍左右，所以本发明在外围部分增加了一个增速齿轮3和一个外围倒档齿4)，外围部分也可以用现在广泛应用的行星齿轮系统代替。外围部分的增速齿轮3、倒档齿轮4和转轴(输出轴)部分只是本发明专利的辅助部分，而且其技术也是现有技术，所以就不详细讲述了。本发明的关键是图1中的变速核心部分1。

如图2、3所示(图2与图3的比例有差别)，5-动力输入轮，6-滑轴轮，7-滑轴，8-上端连杆，9-定位滑块，10-下端一连杆，11-下端二连杆，12-定位杆一，13-定位杆二，14-输出齿轮，15-传动一齿轮，16-传动二齿轮、23-棘轮机构；变速核心部分构造如图2所示。它主要由三个齿轮(输出齿轮14、传动一齿轮15、传动二齿轮16)，三个连杆(上端连杆8、下端一连杆10、下端二连杆11)，一个定位滑块9，以及连接发动机曲轴的动力输入轮5和其上可改变位置的滑轴7及其控制滑轴7改变位置控制机构组成。12、13为控制传动齿轮15、16和输出齿轮14相啮合的定位杆一和定位杆二。动力输入轮5连接发动机的传动轴21，在动力输入轮5的一端有一圆柱形凹进，凹进里面装有滑轴轮6，其质量应和动力输入轮5因凹进减少的质量相同，才能使动力输入轮5转动时运行平稳。滑轴轮6的中心位置上设有转轴20(图4中编号为20)，能使其在动力输入轮5中转动，滑轴轮6的边缘上设有滑轴7，滑轴7实际是在滑轴轮6上设置的一个连接件，上端连杆8的一端就是通过滑轴7连接在滑轴轮6上；上端连杆8的另一端与定位滑块9上端相连接，定位滑块9的下端与下端一连杆10和下端二连杆11的一端相活动连接，下端一连杆10和下端二连杆11的长度相同、质量基本相等；下端一连杆10的另一端与传动一齿轮15的转轴相紧固连接(图3中下端一连杆10下端的水平延伸段作为传动一齿轮15的转轴，传动一齿轮15套在该转轴上，棘轮机构23安装在该转轴与传动一齿轮15之间、通过棘爪轮盘29紧固连接在该转轴上)，下端二连杆11的另一端与传动二齿轮16的转轴紧固连接(与下端一连杆10的另一端与传动一齿轮15的连接方式相同)；传动一齿轮15和传动二齿轮16分别设置在输出齿轮14的两侧、都与输出齿轮14相啮合。定位杆一12的两端分别与输出齿轮14和传动一齿轮15的转轴相活动连接，定位杆二13的两端分别与输出齿轮14和传动二齿轮16的转轴相活动连接。

下面介绍以上各部件的作用。输出齿轮14接受传递来的能量并将其输出到外围部分增速齿轮3或倒档齿轮4上使汽车前进或后退，所以叫输出齿轮。传动一齿轮15和传动二齿轮16上都安装有控制其只能单向转动的棘轮机构23，如图7、8、9、10所示(此棘轮机构具备现有的棘轮机构不具有的功能：它能无极啮合，并适合用于高速运动。下面将有详述)，使传动一齿轮15和传动二齿轮16只能单向转动。在图2中它们只能逆时针转动，使传动一齿轮15和传动二齿轮16的作用是将下端一连杆10、下端二连杆11传递来的能量传递给输出齿轮14。上端连杆8、下端一连杆10、下端二连杆11的作用是，上端连杆8将能量传递给定位滑块9，下端一连杆10、下端二连杆11的作用是将定位滑块9上下运动的能量传递给传动一齿轮15和传动二齿轮16。定位滑块9的作用是控制下端一连杆10、下端二连杆11的运动范围和还原发动机活塞的运动。(当滑轴7和传动轴之间距离和发动机曲轴一样时，定位滑块9的运动距离和速度和发动机活塞完全一样；当滑轴7和传动轴之间距离大于活塞，但定位滑块9传递的力小于活塞；当小于时，定位滑块9运动的速度和距离小于活塞，但传递的力大于活塞)。

如图4、5、6所示(图4、5、6与图2、3的比例有差别)，为滑轴7以及控制机构结构示意图；18-变速控制滑块，19-配重块，20-转轴，21-传动轴；在动力输入轮5的一端有一圆柱形凹进。凹进里装有滑轴轮6，其质量应和动力输入轮5因凹进减少的质量相同，才能使动力输入轮转动时运行平稳。滑轴轮6的中心设有转轴20，转轴20穿过动力输入轮5的轴孔与变速控制滑块18相连接，能使其在动力输入轮5中转动，滑轴轮6的转动将改变滑轴7在动力输入轮5中离传动轴21中心的距离。动力输入轮5中转轴20相对称位置有一配重块19，其质量应和转轴20相同，它的作用是平衡动力输入轮5和为变速控制滑块18定位。转轴20上设有斜螺纹和变速控制滑块18上的螺纹孔相啮合，斜螺纹的倾斜角度越小，转轴20就越长。斜螺纹的倾斜角度大小要能松开变速控制滑块18的控制手柄(即换档杆)时，斜螺纹要能锁住变速控制滑块18时为佳。斜螺纹需绕转轴20转180度才能完成滑轴7在动力输入轮5中从中心到最大轴距的变化。当图4中变速控制滑块18向右移动时，斜螺纹带动转轴20转动。当转轴20转动180度时，滑轴7在动力输入轴5上的位置从中心到达轮边。即离中心最远的位置，达到变速器的最高档位。当变速控制滑块18这时向左移动斜螺纹带动转轴20回转。当转轴20回转180度时，滑轴7从动力输入轮5轮边上回到和动力输入轮5中心的传动轴21重合的位置上，这时为零档位。当然，配重块19也可是两块或两块以上，其位置就不是图示的与转轴20相对称的位置，而是要经过计算才能确定。

由于这一过程是连续无级变化的，所以是无级控制滑轴7在动力输入轮5上的位置；下面为了说明方便，把控制变速控制滑块18左右移动的换档杆称为换档杆A(图中未标示出来)，控制外围部分增速齿轮3和倒档齿轮4移动的换档杆称为换档杆B(图中未标示出来)，实际中换档杆A和换档杆B可以合为一体。当操纵控制变速控制滑块18移动的换档杆A移动，使变速控制滑块18到达零档位后，再操纵换档杆B解脱图1中外围部分的增速齿轮，连接倒档齿轮(此时为零倒档)。这时操纵换档杆A，使变速控制滑块18向右移动，使转轴20转动。滑轴7因此离开动力输入轮5上的中心位置，这样就变成了倒档(倒档也能无级变速)。当控制滑块18在倒档位置向左移动，到达零倒档后，操纵换档杆B又返回向右移动，这时就带动图1中外围部分的增速齿轮3和倒档齿轮4向右移动，这样就解脱了倒档齿轮和增速齿轮啮合，这时就成为正档(因为本发明核心部分在最大档位时，输出的转速是发动机转速的一半，而现有汽车在最高档位时，变速器输出转速大约是发动机的1.1倍左右，所以本发明在外围部分增加了一个增速齿轮2和一个倒档齿3)，外围部分也可以用现在广泛应用的行星齿轮系统代替。外围部分的增速和倒档部分只是本发明专利的辅助部分，而且其技术也是现有技术，所以就不详细讲述了。

如图7、8、9、10所示为棘轮机构示意图(各个图之间的比例有差别)，23-棘轮机构，24-棘爪，25-棘爪弹簧，26-棘爪轴，27-棘轮，28-棘爪配重块，29-棘爪轮盘，本发明无级变速器由于传动一齿轮15和传动二齿轮16上装有棘轮机构23，控制输出齿轮14在任何档位下都只能单向顺时针转动，所以本变速器有一种自锁功能，当它在前进档位时，会自动锁止向后运动(连接倒档时，它又能阻止前进运动)，它只能单向运动，所以它不会象现有的汽车上坡起动时，松开离合器以后，汽车会有向后滑动的现象。本发明变速器由于利用连杆来传递发动机动力，所以图2中齿轮、连杆、定位杆等零件在运行中是往复运动，其运动时的往复惯性力及其力矩需要在动力输入轮5上加平衡重来平衡，其原理和汽车发动机中曲轴上加平衡重平衡活塞连杆组一样。

现介绍连接上述传动一齿轮15和传动二齿轮16上的新型棘轮机构23，现有的棘轮机构有如下缺点：齿形棘轮在工作时有较大的冲击和噪声、定位的精度差、只能用于速度不高、载荷不大、精度不高的场合。摩擦式棘轮虽克服了齿形棘轮的冲击和噪声大的缺点，但这种依靠摩擦力来制动的棘轮机构显然不能承受较大的载荷。本发明的棘轮机构具有摩擦式棘轮机构的无级改变棘轮转角大小的优点，且无噪声和冲击，又具有齿形棘轮机构的棘爪嵌入棘轮的齿槽内的特点，所以具有传递很大载荷的能力(齿形棘轮不能传递大载荷并不是棘轮齿的强度问题，其齿形为三角齿，比广泛应用的渐开线齿形强度还高，主要由于齿形棘轮工作时，棘爪和棘轮齿有较大的冲击，速度越高冲击越大)。棘轮机构23紧固连接在传动一齿轮15或传动二齿轮16的转轴上，此种棘轮机构23主要由棘爪24、棘爪弹簧25、棘爪轴26、棘轮27和棘爪配重块28、棘爪轮盘29组成；(下面为了描述方便，以安装在传动一齿轮15内的棘轮机构23为例，说明棘轮机构23、传动一齿轮15、下端一连杆10、棘爪24和定位杆一12相互之间的连接关系；安装在传动二齿轮16内的棘轮机构23及其连接关系与前者基本相同的)，下端一连杆10的一端与传动一齿轮15的转轴紧固连接(图3所示：下端一连杆10下端的水平延伸段作为传动一齿轮15的转轴，定位杆一12的一端与下端一连杆10下端的水平延伸段活动连接)、定位杆一12的一端与传动一齿轮15的转轴活动连接，棘爪24的一端经棘爪轴26安装在棘爪轮盘29上，棘爪24可绕棘爪轴26在一定范围内转动，棘爪24的侧面或棘爪轴26上设置有棘爪弹簧25，棘爪弹簧25起支撑作用；棘爪24的顶面呈扇形，为工作面，棘爪24的顶面与棘轮27的齿槽相接触，棘爪轮盘29与传动一齿轮15的转轴紧固连接；棘轮27的齿槽是内齿，实际制造时可将棘轮27与传动一齿轮15的一部分设计为一体，在其外园面制作传动齿，在其内园面制作齿槽；棘爪配重块28随同棘爪24绕棘爪轴26一起转动，棘爪配重块28的作用是平衡棘轮机构23跟随分连杆10、11上下往复运动时，棘爪24的惯性力及其力矩，使棘爪24在棘爪弹簧25的作用下和棘轮齿齿槽紧密接触，棘爪24的一个侧边的长度大于另一个侧边的长度，图中所示为OB边大于OC边的长度。棘爪24的数量为交替分布的多个，常用的为三个或三个以上的多个；如图7所示的棘爪24是三个(图示为A1、A2、A3)，三个棘爪A1、A2、A3的位置相互错开、交替布置，使三个棘爪能轮流嵌入棘轮27的齿槽内。棘爪A1是待机状态，棘爪A2是嵌入棘轮齿槽状态的啮合状态，棘爪A3是啮合状态向待机状态相转化的状态；在棘轮27逆时针转动时，棘爪A1、A2、A3都不会对棘轮27产生阻碍，当它顺时针转动时，将受到棘爪A2的阻止，其原理如图9所示，图中D弧线为棘轮齿顶端轨迹，B、C为棘爪的两个顶端，B、B′和C、C′为棘爪24两个顶端的运动轨迹，当棘爪顶端在BC位置时，即是待机状态；当顶端在B、B′和C、C′之间时即为啮合状态；当在B′与C′时是啮合向待机状态转化。为什么棘爪在啮合状态能无级阻止棘轮顺时针转动？这是因为在啮合状态时，棘爪的顶端C嵌入棘轮的齿槽，此时棘爪顶端B、C之间将有一处和棘轮齿L处接触，此时棘轮如要顺时针转动，必将使棘爪和棘轮齿接触之处增大半径，大于棘轮齿顶D处半径，所以棘爪会阻止棘轮顺时针转动，棘轮被棘爪锁止。当棘轮逆时针转动时，棘轮齿L处离开棘爪顶端，棘爪在弹簧的作用下顺时针转动，由于棘爪的OB边大于OC边长度，所以棘爪顶端B、C之间比上次锁止位置更靠B处的一点继续和棘轮齿的L处接触，继续阻止棘轮顺时针转动。当棘爪顶B运动到B′时，此时棘轮齿M处带动棘爪顶C逆时针转动，将棘爪带入待机状态，这时下一个棘爪以进入啮合状态，棘爪在啮合状态时和摩擦棘轮锁止时有点相似，但摩擦棘轮靠棘爪上端和棘轮内壁接触产生摩擦力来锁止棘轮，所以不能承受较大载荷，而本发明是由棘爪上端C处嵌入棘轮齿槽，是一种特殊的啮合，所以能承受大载荷。图9中B′C为棘爪啮合区，在B′C区域棘爪能无级阻止棘轮顺时针转动，三个棘爪共能控制略小于三倍B-C′的区域(相邻棘爪控制区域有一部分重合)这一区域应大于棘轮的齿间距，所以棘轮齿无论在任何一位置都会被其中一个棘爪啮合，棘爪的OB面不能比OC面的长度长得太多，这会造成啮合角度过小，使棘爪和棘轮啮合后，分离困难，这个角度可以用计算摩擦式棘轮机构棘爪的角度来计算。当用于特大功率发动机时，还可以在每个棘爪对称位置上加一个棘爪，使棘轮在任意位置都同时有两个相对称位置的棘爪和棘轮齿啮合。

如图11所示为本发明另外一种实施例的结构(与前面各个图的比例有差别)，30-输出转轴；它和前面所述的无级变速器原理完全一样，只是将图2中的动力输入轮14、传动一齿轮15和传动二齿轮16取消了，将棘轮机构23直接安装在图2中输出齿轮14的输出转轴30上，两个棘轮机构23外部和定位杆一12和定位杆二13分别相连，它们只能单向逆时针运动，其内部(棘爪部分)和输出转轴30相连，它们只能单向顺时针转动；具体而言是棘爪轮盘29的一端安装在输出转轴30上(转轴30相当于图2中的变速核心部分输出轴2)，棘爪24的侧面设置有棘爪弹簧25，棘爪弹簧25起支撑作用；棘爪24的顶面呈扇形，为工作面，棘爪24的顶面与棘轮27的齿槽相接触；棘轮27的齿槽是内齿；但本发明的两个棘轮机构23的棘爪24不需要平衡配重块28。下端一连杆10与定位杆一12活动连接，下端二连杆11与定位杆二13活动连接；当定位滑块9向下运动时，带动下端一连杆10和下端二连杆11向下运动，此时连接定位杆一12的棘轮被锁止，带动输出转轴30顺时针转动，而此时定位杆二13上的棘轮不会被锁止，所以它不会阻碍输出转轴30顺时针转动。当定位滑块9向上运动时，定位杆二13上的棘轮被锁止，带动输出转轴30继续顺时针转动，定位杆一12的棘轮此时解锁。这种构造和前面所述的原理以及能达到的效果完全一样，但是后一种构造由于减少了和下端一连杆10和下端二连杆11相连的传动齿15、16以及它们内部的棘轮机构，所以减少了往复运动的惯性质量，而且减少了棘轮机构的转速和棘爪上的平衡配重块28，固比图2中的无级变速器更适用于高转速发动机，但它增加了棘轮机构传递动力时的扭矩，所以必须增加棘轮机构中棘爪的数量，使棘轮机构锁止时，必须两个棘爪(或更多)同时锁住棘轮齿，使其能传递更大的扭矩。在本实施例的结构中，定位滑块9上端与上端连杆8的一端相连接，定位滑块9的下端与下端一连杆10和下端二连杆11的一端相连接，下端一连杆10和下端二连杆11的长度相同；定位滑块9与上端连杆8的上面部分的连接关系，与图2所示的第一种实施例的结构完全相同，在此不再详述。

以上两种构造各有优缺点，图11的系统比图2系统要简单一些，但需增加棘轮机构强度，而且其外围部分应该比图2系统要复杂一点，因为图2系统中的输出齿轮14可以直接带动外围部分的齿轮来达到增速的目的。图11中系统因为是用轴输出动力，所以可以用现在广泛应用的行星齿轮系统来达到增速和倒档的目的，当然，图2系统也可以用行星齿轮系统来达到增速和倒档的目的。

本发明总的来说，其实和一个单汽缸的发动机很相似。从定位滑块9以下，可以看作一个单缸发动机，定位滑块9相当于发动机活塞，分连杆10和11相当于连杆，(分连杆10和11共同所起的作用和发动机连杆完全一样，只不过它们不象发动机连杆要经过曲轴的上止点和下止点)，而传动齿15、16相当于发动机连杆下端轴承。本发明理论上最适合装于四汽缸发动机(二冲程发动机是双汽缸)，它能最大限度地改善前述两类发动机的扭矩平顺性，这和数学中的负数乘以负数等于正数的道理一样，而不适合用于多汽缸发动机(8-12汽缸)和转子发动机，因为这两类发动机输出时，扭矩已经比较平顺了，如果用上本发明，相当于数学中正数乘以负数等于负数一样，反而达不到四汽缸发动机的平顺性了。

如图12所示为本发明棘轮27的齿形图，共有三种较佳实施例。12-A所示的齿形是在棘轮齿槽的齿形的L处加斜面，是为了加大棘轮齿和棘爪接触面积，所加斜面是为倒角式的一段；12-B所示的齿形是在棘轮齿槽的齿根部位到齿顶部位形成一个斜面，更加加大了棘轮齿和棘爪接触面积；12-C所示的齿形大致呈波浪形状的锯齿状。

参见图13、14、15，本变速机构的核心部分变速原理如下所述：当变速换档杆控制变速控制滑块18在零档位时(图13)所示，滑轴7和动力输入轮5中心的传动轴21重合，所以动力输入轮5的转动不会带动连杆8运动，滑轴7只会在连杆8上端的轴承中转动，定位滑块9因此不会上下移动，固输出齿轮14无动力输出，因此发动机和本发明无极变速器连接不需要离合器，发动机即使最大功率运转。在零档位时，滑轴7也不会带动连杆8运动，不增加档位，汽车也不会移动，这就减少了汽车控制机构，减少了成本。开动汽车时，只需发动发动机，增加档位后汽车才开始运动，汽车上只需要油门、换档杆和刹车，减少驾驶汽车的难度。

当变速换档杆控制变速控制滑块18向右移动时，本变速机构从零档位到达低档位(图14所示)。这时滑轴7离开动力输入轴5中心，由于动力输入轮5在发动机带动下转动，带动滑轴7绕动力输入轮5中心转动，进而通过连杆8带动定位滑块9上下移动，当定位滑块9向下运动时，带动下端连杆10、11向下运动，下端连杆10、11上的传动齿轮15、16也一起向下运动，由于传动齿15、16上有新型棘轮机构23和下端连杆10、11下端相连，控制传动齿轮15、16只能单向逆时针转动，所以下端连杆10上的传动齿轮15被棘轮锁住，连杆10向下运动多少距离，就由传动齿轮15带动输出齿轮14顺时针转动多少距离，而连杆11虽然也向下运动，但是由于连杆11下端的传动齿轮16可以单向逆时针转动，虽然它和输出齿轮14相连，但它不会对输出齿轮14顺时针转动产生阻碍，只会在输出齿轮14和连杆11向下运动的带动下逆时针转动。此时传动齿轮16转动的距离是输出齿轮14顺时针转动和连杆11向下运动距离之和。当定位滑块9向上运动时和前面正好相反，传动齿轮15被解锁，而传动齿轮16被销止，传动齿轮16带动输出齿14继续顺时针转动。这就好象一个骑自行车的人用双脚轮流踩脚踏板一样，传递动力给自行车。传动齿轮15、16不是靠转动来传递动力给输出齿轮14的，而是由齿轮被棘轮机构23锁止以后来传递的，锁止以后可以把连杆10、11看作一个齿条，齿条上的齿就是齿轮15、16上的齿，它们象齿条一样传递动力，传动齿轮15、16单向逆时针转动时，只是为了它们不阻碍输出齿轮14顺时针的转动。本变速器工作时，传动齿轮15、16轮流锁止和解锁，一个齿轮被棘轮机构锁止，同时另一个解锁。由于低档位时，定位滑块9上下位移距离小，所以传动齿轮15、16只能在输出齿轮14上一个扇形区域内运动，这一角度范围是0-45度，也就是说当动力输入轮5转动一周360度时，输出齿轮14在传动齿轮15、16的带动下，低档位时最多可以转动45度+45度共90度的角度，即转动1/4周。

当变速换档杆控制变速控制滑块18继续向右移动时，本变速机构就到达了高档位(图15所示)，其运动原理和低档位一样，只不过滑轴7的位置更靠近动力输入轮5的轮边，带动定位滑块9上下移动的距离更大，传动齿轮15、16在输出齿轮14上运动的扇形区域更大，范围最大是90度，也就是说动力输入轮5转动360度时，输出齿轮14最多可转动90度+90度共1 80度即半周。为什么在高档时传动齿15、16在输出齿轮14上运动的扇形区域最大只有90度。这是因为在时钟的3点钟和9点钟方向时，传动齿15、16带动输出齿轮14的力臂最大，以此为中心上下各45度时力臂的变化量较小，越过45度以后，和前面相比较传动齿15、16上下移动相同的距离力臂变化很大，这样就加大输出力矩的波动。

如图16、17、18、19所示，为什么本发明能极大改善汽车发动机(特别是汽缸数少的发动机)低转速时输出扭矩的平顺性？现在一般轿车发动机多数为四个汽缸，以四汽缸发动机为例，其工作时曲轴每转动180度时，只有一个汽缸做功，此时汽缸内活塞受到燃气压力变化不大，但是曲轴上受到活塞传递动力使曲轴转动时力臂变化十分巨大(如图16所示)力臂的变化是一个半圆，当曲轴转到90度时(三点钟位置)力臂最大，所以扭矩也最大，在0度和180度时(十二点和六点钟位置)力臂为零，因此现有的发动机必须靠飞轮的惯性来克服曲轴转动的不均匀性，但是低速时，飞轮的惯性小，改善的程度有限，所以汽车上坡时，只要阻力大于飞轮的惯性力矩，发动机就会熄火。我们经常在越野车比赛中看见它们在上坡时熄火，就是这个原因，并不是它们发动机功率不够，根据物理公式很容易计算出它们发动机产生的功率应该很容易使它们克服上坡的阻力，这主要是发动机的特性所致，如果增加汽缸，曲轴就会平顺很多，所以现在高档豪华轿车一般是8-12个汽缸。图17是8缸发动机力臂图，图中X轴上的三个半圆和两个1/4园为曲轴转动时每个汽缸对曲轴的力臂变化；半圆形上方的锯齿状图形是半圆形力臂叠加以后的力臂图，即8缸发动机真实的力臂图。从图中可知虽然力臂变化还是很大，但是8缸发动机没有力臂为零的时候，它的最小力臂是单个汽缸的最大力臂，所以它的平顺性比4缸发动机好得多。而本发明并不是改变了发动机曲轴运转的平顺性，而是将发动机传递来的动力经过本发明的变速器以后，输出动力变得平顺了。以4缸发动机为例，其连接本发明以后，在低档位时，以低档位的最高档位为例，由于传动齿15、16只能在输出齿轮14上运动45度的扇形区域运动(即三点钟方向为中心上下各22度30分)所以其力臂变化很小。如图17，这时输出齿轮14转动一周，动力输入轮5转四周，所以这就相当于把发动机内燃气对活塞的压力增加到4倍以后，由定位滑块9直接传递到输出齿轮14上的齿上，档位越低，传动齿15、16运行的扇形角度就越小，力臂的变化就越小。当接近零档位时，力臂就基本无变化，在图上可以近似一条直线了。本发明在最高档位时，力臂和低档位时相比较变化要大一些，这时最大力臂是最小力臂的倍(如图19)，但是和前面8缸发动机的力臂图(图17)相比较变化还是要小得多，所以即使4缸发动机使用本实用新型后，输出力矩(力矩＝力×力臂)比现有的8缸发动机还平顺得多。

综合上面所述，本发明能极大的改善发动机输出扭矩的平顺性，如果要增加发动机的功率和平顺性，就可以不象现在一样增加发动机的汽缸数目了，因为一个8缸发动机比4缸的发动机贵很多倍，只需要增加发动机汽缸容积就行了，这将极大的降低生产汽车的成本。

本发明的装置实施时，并无特别的技术难度，其中各零部件的加工，现有的机械加工技术完全能轻易的生产。本发明实施时，可以手动无级变速(换档杆直接控制变速控制滑块18)也可以在换档杆面板上刻几个齿(4-6齿)使其变为4-6档手动变速器，其档位精确度和齿轮一样高，因为棘轮机构中棘爪能无级啮合，没有现有的CVT(无级变速器)档位不精确的毛病，也可以用液压系统或电脑控制变速控制滑块18，使其根据油门的大小和汽车的速度等因素，自动控制本发明的无级变速器达到最佳的传动比，从而形成自动无级变速箱。变速控制滑块18的手动和/或自动控制技术，作为现有技术，在此不用做进一步的描述。

Claims (7)

1、一种汽车机械齿轮连杆式无级变速器，包括与发动机传动轴(21)相连接的变速核心部分(1)，其特征在于：

A、所述传动轴(21)与所述变速核心部分(1)的动力输入轮(5)相连接，在动力输入轮(5)的一端有一圆柱形凹进，凹进里装有滑轴轮(6)，滑轴轮(6)的中心位置上设有转轴(20)，滑轴轮(6)上设有滑轴(7)；上端连杆(8)的一端通过滑轴(7)连接在滑轴轮(6)上；上端连杆(8)的另一端与定位滑块(9)上端相连接，定位滑块(9)的下端与下端一连杆(10)和下端二连杆(11)的一端活动连接；下端一连杆(10)的另一端与传动一齿轮(15)的转轴紧固连接，下端二连杆(11)的另一端与传动二齿轮(16)的转轴紧固连接；传动一齿轮(15)和传动二齿轮(16)分别设置在输出齿轮(14)的两侧、都与输出齿轮(14)相啮合；定位杆一(12)的两端分别与输出齿轮(14)和传动一齿轮(15)的转轴相活动连接，定位杆二(13)的两端分别与输出齿轮(14)和传动二齿轮(16)的转轴相活动连接；

B、所述滑轴轮(6)上的转轴(20)与变速控制滑块(18)相连接，转轴(20)上有斜螺纹和变速控制滑块(18)上的螺纹孔相啮合；变速控制滑块(18)套装在传动轴(21)上；动力输入轮(5)中，与转轴(20)相对称位置设有配重块(19)，配重块(19)的一端与动力输入轮(5)连接，另一端穿过变速控制滑块(18)，配重块(19)的数量为一块或一块以上；

C、在传动一齿轮(15)和传动二齿轮(16)上，都设置有控制其单向转动的棘轮机构(23)。

2、一种汽车机械齿轮连杆式无级变速器，包括与发动机传动轴(21)相连接的变速核心部分(1)，其特征在于：

A、所述传动轴(21)与所述变速核心部分(1)的动力输入轮(5)相连接，在动力输入轮(5)的一端有一圆柱形凹进，凹进里装有滑轴轮(6)，滑轴轮(6)的中心位置上设有转轴(20)，滑轴轮(6)上设有滑轴(7)；上端连杆(8)的一端通过滑轴(7)连接在滑轴轮(6)上；上端连杆(8)的另一端与定位滑块(9)上端相连接，定位滑块(9)的下端与下端一连杆(10)和下端二连杆的一端活动连接；下端一连杆(10)的另一端与定位杆一(12)一端活动连接，下端二连杆(11)的另一端与定位杆二(13)一端活动连接；定位杆一(12)和定位杆二(13)的另一端分别与棘轮机构(23)的外部相连接，棘轮机构(23)的内部的棘爪(24)通过棘爪轮盘(29)与输出转轴(30)相连；

B、所述滑轴轮(6)上的转轴(20)与变速控制滑块(18)相连接，转轴(20)上有斜螺纹和变速控制滑块(18)上的螺纹孔相啮合；变速控制滑块(18)套装在传动轴(21)上；动力输入轮(5)中，与转轴(20)相对称位置设有配重块(19)，配重块(19)的一端与动力输入轮(5)连接，另一端穿过变速控制滑块(18)，配重块(19)的数量为一块或一块以上；

C、在输出转轴(30)上，设置有两个控制其单向转动的棘轮机构(23)。

3、根据权利要求1所述的汽车机械齿轮连杆式无级变速器，其特征在于：所述的棘轮机构(23)通过棘爪轮盘(29)紧固连接在传动一齿轮(15)或传动二齿轮(16)的转轴上，由棘爪(24)、棘爪弹簧(25)、棘爪轴(26)、棘轮(27)、棘爪配重块(28)和棘爪轮盘(29)组成，棘爪(24)的一端经棘爪轴(26)安装在棘爪轮盘(29)上，棘爪(24)的侧面或棘爪轴(26)上设置有棘爪弹簧(25)，棘爪(24)的另一端是呈扇形的顶面，与棘轮(27)的齿槽相接触；棘爪(24)的一个侧边的长度大于另一个侧边的长度。

4、根据权利要求2所述的汽车机械齿轮连杆式无级变速器，其特征在于：所述的棘轮机构(23)通过棘爪轮盘(29)紧固连接在输出转轴(30)上，由棘爪(24)、棘爪弹簧(25)、棘爪轴(26)、棘轮(27)和棘爪轮盘(29)组成，棘爪(24)的一端经棘爪轴(26)安装在棘爪轮盘(29)上，棘爪(24)的侧面或棘爪轴(26)上设置有棘爪弹簧(25)，棘爪(24)的另一端是呈扇形的顶面，与棘轮(27)的齿槽相接触；棘爪(24)的一个侧边的长度大于另一个侧边的长度。

5、根据权利要求1至4任一所述的汽车机械齿轮连杆式无级变速器，其特征在于：所述的下端一连杆(10)和下端二连杆(11)的长度相等。

6、根据权利要求1至4任一所述的汽车机械齿轮连杆式无级变速器，其特征在于：所述的棘爪(24)为交替布置的三个或三个以上。

7、根据权利要求1至4任一所述的汽车机械齿轮连杆式无级变速器，其特征在于：所述的棘轮(27)的齿形是在棘轮齿槽和棘爪(24)啮合区的啮合部位加斜面，或齿根部位到齿顶部位形成一个斜面，或呈波浪形状的锯齿状。

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