CN102401104A - 无级变速装置 - Google Patents

Abstract

一种无级变速装置，包括轴心平行、锥面朝向相反的输入锥轮和输出锥轮，以及连接它们的中间传动体，其特征在于输出锥轮和输出锥轮上有沿母线方向的滑槽，或凸起的滑轨来引导纵滑块在母线方向的移动，由此来改变工作轮的半径；纵滑块上装载的活动齿可以在垂直于输入轴轴线的平面上横向移动，由此来即时调整活动齿的齿距，以便在不同的半径位置和中间传动体正确啮合；中间传动体带有传动齿、滚子或滑块等刚性传动单元，与纵滑块保持相对位置不变，可以随着纵滑块的纵向移动在连续变换的工作直径上，在主动活动齿和从动活动齿之间啮合传动，由此实现齿传动无级变速。

Description

无级变速装置

技术领域

本发明提供一种与工业机械、交通工具领域相关的无级变速装置。

背景技术

无级变速的机构种类繁多，其主要原理是连续变换传动轮的工作半径，这一点采用锥轮就比较容易实现，而锥轮之间采用摩擦传动形式比较方便，所以锥轮摩擦传动成了一种最常用的无级变速结构形式，但摩擦传动存在组件容易磨损、发热、打滑、效率低等问题。齿传动没有摩擦传动的这些问题，但传动齿一般有固定的齿距，很难在连续变换工作半径的锥轮上应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种无级变速装置，填补“锥轮齿传动式”无级变速器的空白，克服“锥轮摩擦传动式”无级变速装置摩擦组件磨损快、发热、打滑、效率低等问题。本发明包括输入锥轮（3）、输出锥轮（6）和中间传动体（1），输入锥轮（3）和输出锥轮（6）上有沿母线方向的滑槽（11）或凸起的滑轨来引导纵滑块(5)在母线方向的移动；纵滑块(5)上装载的活动齿（4）可以在垂直于输入轴（8）轴线的平面上横向移动；主动活动齿和从动活动齿通过与中间传动体（1）啮合进行传动。

本发明的中间传动体（1）是采用滚子或滑块作为传动单元的多米诺传动轨道，或者是齿环、齿轮、齿带、齿链等带有传动齿的构件。

本发明包含用来即时调整活动齿（4）齿距的尖角、圆弧或磁力装置。

本发明包含逆止滑块（16）和复位滑块（17），逆止滑块（16）在受到它两边的接触面挤压时产生摩擦自锁，而复位滑块（17）在受到它两边的接触面挤压时不产生摩擦自锁。

本发明的同一锥轮上活动齿的数量，以及在传动过程中，同一锥轮上同时处于啮合区域的活动齿的数量，不限于1个。

本发明的复位滑块（17）通过杠杆或滑轮拉索系统和逆止滑块（16）连接而产生互动，其复位力直接来源于离心力、磁力、或弹簧弹力，或者来源于逆止滑块（16）的间接带动。

本发明在实施变速时，纵滑块（5）和中间传动体（1）同步移动而锥轮不动，或者纵滑块（5）和中间传动体（1）的轴向位置不变而锥轮在轴向移动，涉及的往返移动采用排珠传动装置，或者丝杠、拉索、推拉杆、液压、空压等传动方式实现。

本发明的纵滑块（5）和中间传动体（1）保持同步移动的方法是：由主动移动一方通过引导斜面（12）带动另一方跟随移动，或者双方独立移动，保持同时同速。

本发明通过离合器（21）与输出锥轮（6）和行星齿轮内圈（24）的接合、分离，在不停机的情况下实现前进档、空档和倒挡之间切换。

本发明可以通过与相应功能零部件组合，实现人工控制、电脑控制或者两者结合控制，可应用于工农业机械、交通工具等领域。

与“锥轮摩擦传动式”无级变速装置相比较，本发明采用齿传动代替摩擦传动，有利于提高传动效率和减轻传动部件磨损快的问题，也避免了打滑现象，因不需要额外施加夹紧力，避免了轴和轴承受力太大，也节省能源。

附图说明

图1是变速传动部分结构视图；

图2是各种采用传动区进行啮合引导的尖角齿形；

图3是带有专门引导区的齿形例子；

图4是纵滑块及其关联部件结构视图；

图5是活动齿在啮合调整时遇到的各种情形；

图6是用以保持同步移动的引导斜面结构；

图7是在前进档、后退档和空档之间切换的原理图。

具体实施方式

参照图1所示的变速传动部分结构和图4所示的纵滑块及其关联部件结构，输入轴8与输出轴9平行放置，分别与锥面朝向相反的输入锥轮3和输出锥轮6固定连接；输入锥轮3和输出锥轮6上分布若干条沿母线方向的滑槽11，纵滑块5可以顺着滑槽11滑动，由此改变工作轮半径；纵滑块5上装载的活动齿4可以在垂直于输入轴8轴线的平面上横向移动，由此调节齿距；中间传动体1是一个线条圆滑的封闭循环轨道，里边布满可以在轨道里滚动或滑动的传动单元2，它们的间隙可以与活动齿4啮合；在啮合状态下，主动的活动齿把动力顺着传动单元2的队列传递给被动的活动齿。

图1所示的一个实施例中，滑槽（11）可以用具有相同引导功能的凸起滑轨结构代替，中间传动体1是多米诺传动轨道，其里边的传动单元2是圆柱滚子，也可以采用滚珠、阶梯圆柱滚子、滑块等来代替；多米诺传动轨道可以是长圆、椭圆、正圆、或者其它由圆弧组成的形状；多米诺传动轨道也可以采用齿环、齿轮、齿带、齿链等带有传动齿的传动构件代替。

因为活动齿4不是总处于与传动单元2正确啮合的位置，所以在啮合的时候需要调整齿距。活动齿4的齿尖采用尖角形状，而传动单元2的啮合接触部位采用圆弧形状，以便于双方相互挤压时不能处于稳定状态而相对滑动进入正确的啮合位置。图2所示的是各种具有尖角形状的齿形，其中A是对称的直线尖角，B是对称的弧线尖角，C是不对称弧线尖角、D是不对称弧线和直线尖角，与之啮合的对方应该采用尖角或者圆弧形状。双方啮合部位的形状也可以采用相反的组合，即活动齿4的齿尖是圆弧，而传动单元2的啮合接触部位是尖角。调整啮合位置的过程也可以由专门的引导区来完成，如图3所示的齿形，中间是传动区14，而两边是的尖角形状的啮合引导区15，此外，还可以在中间传动体1上安装磁力装置来引导活动齿4进入正确的啮合位置。

如图4所示，活动齿4的受到的载荷F来自右边，把其在左边的极限位置作为初始位置，每一次啮合调整都从初始位置开始，进入正确啮合位置后再进行传动，离开啮合区域后自动恢复到初始位置等待下一轮调整。实现这一调整过程的结构原理是——逆止滑块16与复位滑块17分别与活动齿4的左侧和右侧接触，它们通过杠杆18连接，杠杆的支点19设置在纵滑块5或者活动齿4上，逆止滑块16和复位滑块17可以在杠杆18上滑动；逆止滑块16与它左右两侧的接触面的静摩擦系数大于这两个接触面的夹角的正切值，当逆止滑块16受到这两个接触面的挤压时产生摩擦自锁；与逆止滑块16的情况相反，复位滑块17与它左右两侧的接触面的静摩擦系数小于这两个接触面的夹角的正切值，当复位滑块17受到这两个接触面的挤压时不产生摩擦自锁；支点19的位置、逆止滑块16与复位滑块17重量的配置满足当锥轮旋转时，在离心力作用下，复位滑块17的力矩比逆止滑块16的力矩大，这个杠杆系统有绕支点19逆时针旋转的趋势。以上的结构导致的结果是，当活动齿4进入啮合区域，如果遇到在传动单元2的挤压下离开初始位置这一情形（传动齿4进入啮合区域时遇到的不同情形在下一段参照图5进行说明），会克服复位滑块17的离心力并把它向下推动，带动杠杆18把逆止滑块16沿着左边的接触面向上向右推动，逆止滑块16向上移动的过程中与活动齿4保持接触；活动齿4到达正确啮合位置后开始承受载荷，在力F的作用下会有向初始位置移动的趋势，但因逆止滑块16产生自锁而使移动受阻，并且因为活动齿4对逆止滑块16的压力很大，逆止滑块16和复位滑块17的离心力矩之差不足以把逆止滑块16往下推动来给活动齿4让出空间；当传动齿4离开啮合区而载荷消失，其对逆止滑块16的巨大压力也随之消失，复位滑块17在离心力的作用下往上移，逆止滑块16在杠杆作用下会向下移动让出上面的空间，而与此同时，活动齿4也被复位滑块17顺利推向初始位置。

以锥轮转动的方向作为参照，输入锥轮上的各部件的位置关系是复位滑块17在前，逆止滑块16和活动齿4的初始位置在后，而输出锥轮6上的位置关系正好与此相反。传动齿4开始进入啮合区域但不在正确啮合位置时，如果前一个传动齿已经离开啮合区域，则调整啮合位置时相互不受影响，把当前接触的传动单元2往前或往后挤压就可以顺利进入正确啮合位置，但如果前一个传动齿还没离开啮合区域，则会出现如图5所示的几种情况：A1是在输入锥轮3上出现的第一种情形，当后位活动齿进入啮合区域与滚子开始接触时，如果齿尖被弧面引导向该滚子的后方，因为其后无退路，所以只能是前位活动齿被迫向前移动离开初始位置，两者之间的距离逐渐加大，直到后位活动齿进入正确啮合位置；A2是在输入锥轮3上出现的第二种情形，当后位活动齿进入啮合区域与滚子开始接触时，如果齿尖被弧面引导向该滚子的前方，暂未承受载荷，被迫向前移动离开初始位置，与前位活动齿之间的距离逐渐缩小，直到进入正确啮合位置；B1是在输出锥轮6上出现的第一种情形，当后位活动齿进入啮合区域与滚子开始接触时，如果齿尖被弧面引导向该滚子的后方，暂未承受载荷，被迫向后移动离开初始位置，两者之间的距离逐渐加大，直到进入正确啮合位置；B2是在输出锥轮6上出现的第二种情形，当后位活动齿进入啮合区域与滚子开始接触时，如果齿尖被弧面引导向该滚子的前方，因其前边就是极限位置，所以只能是前位活动齿被迫向后移动离开初始位置，两者之间的距离逐渐缩小，直到后位活动齿进入正确啮合位置。后位活动齿进入啮合区域时，只改变它和其前位活动齿的距离，而不影响其前位和前位的前位之间的距离。不管是只有一个活动齿，还是同时有多个活动齿处于啮合区域，该结构都能顺利完成啮合位置调整而连续正常工作。

在图4所示的结构中，逆止滑块16和复位滑块17之间的杠杆互动方式，可以用滑轮拉索系统替代；通过逆止滑块16和复位滑块17之间的离心力矩差来保持复位滑块17在旋转中保持向上运动的趋势，而逆止滑块16保持向下运动的趋势，这种方法也可以采用磁力、弹簧弹力来替代或者结合使用；因为逆止滑块16和复位滑块17有互动关系，所以磁力、弹簧弹力等复原力可以直接施加在复位滑块17或反向施加在逆止滑块16上。

如图1所示，滚珠7从纵滑块5的底部一侧开始沿着滑槽10的底部排列分布，经过排珠泵10，再由经锥轮体内的直线通道及其它拐弯通道路段，最后沿着滑槽10的底部回到纵滑块5的底部另一侧，形成封闭的回路，排珠泵正传和逆转可以驱动滚珠7分别往前、后两个方向滚动，带动纵滑块5直线往返运动。采用丝杠、拉索、推拉杆、液压、空压等传动方式代替排珠传动也可以实现纵滑块5的直线往返运动。

纵滑块5直线运动时，活动齿4一边跟随着移动一边随锥轮高速转动，其齿顶两端的引导斜面（12），会推动中间传动体1顺着滑轨13移动。如图6所示，引导斜面可以在齿顶两端设置，也可以在中间传动体上设置。除了采用引导斜面来保持纵滑块5和中间传动体1在纵向移动中相对位置不变，也可以让它们各自与传动部件连接，保持同步移动。本实施例在变速时，纵滑块5和中间传动体1同步移动而锥轮不动，也可以采用纵滑块5和中间传动体1轴向位置不变而锥轮在轴向移动。以上涉及的各种部件的移动，可以通过排珠、丝杠、拉索、推拉杆、空压或液压传动方式实现。

如图7所示，输出轴9与输出锥轮6转动连接，输出轴9与离合器21采用在轴向可以相对滑动的花键连接方式，输出锥轮6通过连接块20与行星齿轮外圈22固定连接，定轴行星齿轮23分别与行星齿轮外圈22和行星齿轮内圈24啮合。离合器21向前移动与输出锥轮6接合时，输出轴9正传，离合器21向后移动与行星齿轮内圈24接合时，输出轴9反转，处于中间位置则为空档。只需要移动离合器21就可以在不停机的情况下实现前进档、空档和倒挡之间切换。

换挡控制过程可以采用人工判断手动控制，也可以与ECU、TCU等控制单元连接实现电子智能控制，适合工农业机械、交通工具等领域的应用。

Claims (10)

1. 无级变速装置，包括输入锥轮（3）、输出锥轮（6）和中间传动体（1），其特征在于输入锥轮（3）和输出锥轮（6）上有沿母线方向的滑槽（11）或凸起的滑轨来引导纵滑块(5)在母线方向的移动；纵滑块(5)上装载的活动齿（4）可以在垂直于输入轴（8）轴线的平面上横向移动；主动活动齿和从动活动齿通过与中间传动体（1）啮合进行传动。

2. 根据权利要求1所述的无级变速装置，其特征在于中间传动体（1）是采用滚子或滑块作为传动单元的多米诺传动轨道，或者是齿环、齿轮、齿带、齿链等带有传动齿的构件。

3. 根据权利要求2所述的无级变速装置，其特征在于包含用来即时调整活动齿（4）齿距的尖角、圆弧或磁力装置。

4. 根据权利要求3所述的无级变速装置，其特征在于包含逆止滑块（16）和复位滑块（17），逆止滑块（16）在受到它两边的接触面挤压时产生摩擦自锁，而复位滑块（17）在受到它两边的接触面挤压时不产生摩擦自锁。

5. 根据权利要求4所述的无级变速装置，其特征在于同一锥轮上活动齿的数量，以及在传动过程中，同一锥轮上同时处于啮合区域的活动齿的数量，不限于1个。

6. 根据权利要求5所述的无级变速装置，复位滑块（17）通过杠杆或滑轮拉索系统和逆止滑块（16）连接而产生互动，其复位力直接来源于离心力、磁力、或弹簧弹力，或者来源于逆止滑块（16）的间接带动。

7. 根据权利要求6所述的无级变速装置，其特征是在实施变速时，纵滑块（5）和中间传动体（1）同步移动而锥轮不动，或者纵滑块（5）和中间传动体（1）的轴向位置不变而锥轮在轴向移动，涉及的往返移动采用排珠传动装置，或者丝杠、拉索、推拉杆、液压、空压等传动方式实现。

8. 根据权利要求7所述的无级变速装置，其特征在于，纵滑块（5）和中间传动体（1）保持同步移动的方法是：由主动移动一方通过引导斜面（12）带动另一方跟随移动，或者双方独立移动，保持同时同速。

9. 根据权利要求8所述的无级变速装置，其特征在于通过离合器（21）与输出锥轮（6）和行星齿轮内圈（24）的接合、分离，在不停机的情况下实现前进档、空档和倒挡之间切换。

10. 根据权利要求9所述的无级变速装置，其特征在于可以通过与相应功能零部件组合，实现人工控制、电脑控制或者两者结合控制，可应用于工农业机械、交通工具等领域。

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