CN103104666A - 一种摩擦牵引传动的变径轮毂式机械传动无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械传动无级变速器领域，具体涉及一种摩擦牵引传动的变径轮毂式机械传动无级变速器，其特征在于：所述无级变速器还包括结构相同的主动变径轮毂、被动变径轮毂，所述主动变径轮毂与所述输入轴构成同轴转动，所述被动变径轮毂与所述输出轴构成同轴转动；所述主动变径轮毂以及所述被动变径轮毂的两侧分别含有一伞形结构，所述伞形结构中心部铰接设置一滑套，所述滑套套装于一变螺距丝杆外围，所述主动变径轮毂与所述被动变径轮毂的变螺距丝杆之间通过一同步带联接构成同步旋转，所述主动变径轮毂和被动变径轮毂的外径环面之间构成相切。本发明的优点是：具有连续变速、传动平稳、低振动低噪声的特点。

Description

一种摩擦牵引传动的变径轮毂式机械传动无级变速器

技术领域

    本发明涉及机械传动无级变速器领域，具体涉及一种摩擦牵引传动的变径轮毂式机械传动无级变速器。

背景技术

机械无级变速器采用传动带和工作直径可变的主、被动轮相配合来传递动力，实现传动比的连续变化，达到所需机械传动的最佳匹配。

机械传动无级变速器的设计思想是利用牵引力摩擦力来传递动力。通常借助于两光滑金属滚轮间的弹性流体润滑膜的剪切力来传递转矩和功率。同其他传动相比，这种牵引传动的主要有点在于：转速稳定，工作可靠，机械效率高，振动噪声低，制造成本低等。

机械牵引传动式无级变速器经多年的发展，已开发出了众多的设计结构。从金属滚轮的类型分类包括：滚轮，平盘，锥盘，环盘，钢球，菱锥，齿链以及金属带等等多种形式。从原理上看，这类变速器均是通过两个相咬合的轮系间接触点或接触线的直径变化实现无级变速的。

牵引传动依靠牵引介质的剪切力传递动力。这种摩擦牵引传动的方式为了减小几何滑动，提高传动效率并利于调速。需力求减小接触面。这样一般会采用点接触的传动形式。而为了增大传递功率，又需要求增大正压力以提高摩擦力。

这样的设计所带来的问题是：传动零件的接触应力大,引起接触面表面的弹性变形，并带来磨损、发热问题一系列问题。摩擦牵引传动的方式的无级变速器的主要缺点是承受载荷低，使用寿命短，传递的力矩和功率低，无法实现高效大功率的传动。目前未见突破性的解决方案。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种摩擦牵引传动的变径轮毂式机械传动无级变速器，该变速器通过一对可变直径的轮毂机构改变环状金属滚轮直径，从而实现两个环状金属滚轮间的线接触,甚至面接触来实施扭矩的传递。这样的结构允许较大的接触载荷,大大提高了牵引传动所能传递的转矩和功率。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种摩擦牵引传动的变径轮毂式机械传动无级变速器，包括输入轴和输出轴，其特征在于：所述无级变速器还包括结构相同的主动变径轮毂、被动变径轮毂，所述主动变径轮毂与所述输入轴构成同轴转动，所述被动变径轮毂与所述输出轴构成同轴转动；所述主动变径轮毂以及所述被动变径轮毂的两侧分别含有一伞形结构，所述伞形结构中心部铰接设置一滑套，所述滑套套装于一变螺距丝杆外围，所述滑套上固定设有拨叉，所述的拨叉销钉的一端位于所述变螺距丝杆的螺旋槽中，并与所述螺旋槽内壁构成传动配合，所述主动变径轮毂与所述被动变径轮毂的变螺距丝杆之间通过一同步带联接构成同步旋转，所述主动变径轮毂和被动变径轮毂的外径环面之间构成相切。

所述主动变径轮毂以及所述被动变径轮毂外围分别套装有径向螺旋簧片，所述两径向螺旋簧片的外径环面之间构成相切。

所述径向螺旋簧片由矩形截面的薄壁弹簧板带绕制而成，所述矩形截面的径向螺旋簧片的外圆半径为R，其矩形截面的宽度与高度分别为b与h，且h=0.1-0.04R，b=0.1-0.6R，且其匝数不少于4匝。

所述主动变径轮毂的变螺距丝杆为主动变螺距丝杆，所述被动变径轮毂的变螺距丝杆为被动变螺距丝杆，所述主动变螺距丝杆的螺旋槽与所述被动变螺距丝杆的螺旋槽旋向相反，且所述主动变螺距丝杆或所述被动变螺距丝杆上的螺旋槽呈中心对称。

所述主动变螺距丝杆的螺距以及所述被动变螺距丝杆转动的弧度与所述主动变径轮毂或被动变径轮毂外径的尺寸变化成线性关系，且所述主动变螺距丝杆的螺距或被动变螺距丝杆的螺距满足下式                                               

，（0<x<l），其中s为螺距，c为所述主动变径轮毂或所述被从变径轮毂的变径速率系数，x为该位置到所述主动变螺距丝杆或所述被动变螺距丝杆的轴线方向对称面的距离，所述l为顶杆的长度。

所述输入轴、输出轴表面两侧分别开有腰形槽，所述主动变径轮毂内的变螺距丝杆位于所述输入轴内部，且与所述输入轴构成同轴装配；所述被动变径轮毂内的变螺距丝杆位于所述输出轴内部，且与所述输出轴构成同轴装配，所述滑套通过穿过所述腰形槽的销钉分别与所述输入轴或所述输出轴构成滑动连接。

所述滑套通过一拨叉销钉固定连接所述拨叉的一端，所述拨叉的另一端位于所述主动变螺距丝杆或所述被动变螺距丝杆上的螺旋槽内，且与所述螺旋槽内壁构成传动配合。

所述伞形结构由若干顶杆、若干螺旋簧片顶座组成，所述顶杆的一端与所述滑套铰接，另一端与所述螺旋簧片底座铰接，若干所述顶杆呈辐射状均匀设置于所述滑套与所述螺旋簧片底座之间，所述径向螺旋簧片套装在由所述若干螺旋簧片底座构成的外圆面上。

所述螺旋簧片底座表面设置有至少两个凸台，所述径向螺旋簧片设置有至少两个与所述凸台相匹配的凹槽，所述径向螺旋簧片与所述螺旋簧片底座通过所述凸台与所述凹槽间的匹配构成榫槽连接。

本发明的优点是：通过一对可变直径的轮毂机构改变环状金属滚轮直径，从而实现两个环状金属滚轮间的线接触。这样的结构允许较大的接触载荷,大大提高了牵引传动所能传递的转矩和功率。同传统摩擦牵引无级变速器相比，接触面上无滑差。因此传动损失小，效率高。本发明具有连续变速、传动平稳、低振动低噪声的特点。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是图1的爆炸图；

图3是本发明中变径轮毂剖视图；

图4是本发明中变径轮毂结构示意图；

图5是本发明中第一径向螺旋簧片结构示意图；

图6是本发明中第二径向螺旋簧片结构示意图；

图7是本发明中主动变螺距丝杆结构示意图；

图8是本发明中被动变螺距丝杆结构示意图；

图9是本发明中具有固定凸台的螺旋簧片顶座结构示意图；

图10是图1的剖视图；

图11是本发明中同步带的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-11所示，图中标记1-23分别为：同步带1、同步带轮2、拨叉螺母3、蝶簧4、推力轴承5、滑套销钉6、滑套7、推力轴承8、拨叉9、主动变螺距丝杆10、顶杆11、螺旋簧片顶座组12、输入轴13、第一矩形截面径向螺旋簧片14、拨叉销钉15、被动变螺距丝杆16、第二矩形截面径向螺旋簧片17、输出轴18、凸台螺旋簧片顶座19、腰形槽20、主动变径轮毂21、被动变径轮毂22、定位凸台23。

实施例：本实施例目的是通过结构相同的主动变径轮毂21以及被动变径轮毂22的直径变化分别带动第一矩形截面径向螺旋簧片14以及第二矩形截面径向螺旋簧片17直径变化，以实现从输入轴13到输出轴18的动力传递，即实现无级变速。

如图1、2所示，主动变径轮毂21的变径过程由以下结构实现：主动变螺距丝杆10的左端轴肩上装配同步带轮2，同步带轮2上装配同步带1。输入轴13与主动变螺距丝杆10同轴装配，滑套7套装在输入轴13上，可以沿着输入轴13的轴线方向滑动。滑套7上均匀分布十六个内铰链，滑套7上的内铰链与顶杆11一端的外铰链组成铰接副。顶杆11的两端都加工同样的外铰链，顶杆11另一端外铰链与螺旋簧片顶座组12左端的内铰链组成铰接副。滑套7上的十六个内铰链上依次如上述结构一样，与顶杆11和螺旋簧片顶座组12连接。拨叉9套在主动变螺距丝杆10上，可以沿着主动变螺距丝杆10的轴向滑动。拨叉9的大直径段沿径向表面开有一孔，拨叉销钉15从孔中插入，拨叉销钉15的小直径段插入到主动变螺距丝杆10的螺旋槽中，并可以在槽中滑动以与主动变螺距丝杆10构成传动配合。拨叉9小直径段外表面依次装配推力轴承8、推力轴承5、蝶簧4和拨叉螺母3。三个滑套销钉6分别穿过输入轴13的三个腰形槽20，并插入滑套7的三个销钉孔中，使得滑套7和输入轴13连接成一体。滑套销钉6的小直径段被推力轴承5和推力轴承8相对的两个面夹紧，见图3。

如图2所示，拨叉9左边的各零件（除同步带1和同步带轮2外）以对称方式从主动变螺距丝杆10的右端再次以上述的连接关系装配到主动变螺距丝杆10和输入轴13上。第一矩形截面径向螺旋簧片14套装在螺旋簧片顶座组12构成的外圆弧面上，使得第一矩形截面径向螺旋簧片14可随着主动变径轮毂21的直径变化而变化。

如图4、9所示，在螺旋簧片顶座组12中，有一个带有两个定位凸台23的螺旋簧片顶座19，这两个定位凸台23与第一矩形截面径向螺旋簧片14的两个凹槽构成榫槽拼接，以防止第一矩形截面径向螺旋簧片14在螺旋簧片顶座组12上面的滑动。如图5、6所示，第一矩形截面径向螺旋簧片14由矩形截面的薄壁弹簧板带绕制而成。第一矩形截面径向螺旋簧片14的外圆半径R，其矩形截面的宽度与高度分别为b与h，根据强度要求，本实施例中的h=0.1-0.04R，b=0.1-0.6R。第二矩形截面径向螺旋簧片17与第一矩形截面径向螺旋簧片14的结构完全相同。

本实施例中的被动变径轮毂22内除了被动变螺距丝杆16替换主动变螺距丝杆10外其余零件的结构和装配方式和主动部件相同，所以被动变径轮毂22的变径原理也与主动变径轮毂21相同。如图7、8所示，主动变螺距丝杆10和被动变螺距丝杆16的结构，两者上的螺旋槽旋向相反，而且主动变螺距丝杆10以及被动变螺距丝杆16上的螺旋槽都呈中心对称。如图1所示，主动部件中的第一矩形截面径向螺旋簧片14的外径环面与被动部件中的第二矩形截面径向螺旋簧片17的外径环面始终形成相切的面接触。

主动变径轮毂21、被动变径轮毂22都是由一组顶杆11和螺旋簧片顶座组12组成。顶杆11的一端与螺旋簧片顶座铰接，另一端与滑套7上的内铰链配合，且一组的顶杆11是呈辐射状均匀设置在螺旋簧片顶座组12与滑套7之间并构成伞形结构。本实施案例中，采用了十六个螺旋簧片顶座。主动变径轮毂21外圈套装第一矩形截面径向螺旋簧片14，被动变径轮毂22外圈套装第二矩形截面径向螺旋簧片17。

本实施在具体实施时：动力从输入轴13输入，输入轴13通过穿过其腰形槽20的滑套销钉6，带动滑套7与其进行同轴转动。滑套7带动顶杆11、螺旋簧片顶座组12（包含定位凸台23的螺旋簧片顶座19）以及第一矩形截面径向螺旋簧片14一起转动，第一矩形截面径向螺旋簧片14通过与第二矩形截面径向螺旋簧片17之间的摩擦力带动第二矩形截面径向螺旋簧片17反向转动（与第一矩形截面径向螺旋簧片14的旋转方向相反），第二矩形截面径向螺旋簧片17以同样的方式将动力传递给输出轴18，完成整个动力传输。

本实施例的变速比通过改变主动变径轮毂21外径尺寸D1以及被动变径轮毂22外径尺寸D2来实现。同步带1带动两个同步带轮2同步转动，同步带轮2带动主动变螺距丝杆10和被动变螺距丝杆16同时转动。插在主动变螺距丝杆10中的拨叉销钉15随着主动变螺距丝杆10的转动向中间滑动，拨叉销钉15带动推力轴承8、滑套销钉6、推力轴承5、蝶簧4、拨叉螺母3一起向变螺距丝杆的中线方向滑动。滑套销钉6带动滑套7向中间滑动。当滑套7向中间滑动时，顶杆11绕着与滑套7构成的铰链转动，螺旋簧片顶座组12（包含定位凸台23的螺旋簧片顶座19）便被顶起，第一矩形截面径向螺旋簧片14便被撑大，直径变大。被动变螺距丝杆16与主动变螺距丝杆10的螺旋槽旋向相反，随着第一矩形截面径向螺旋簧片14的直径变大，第二矩形截面径向螺旋簧片17的直径变小，在此过程中第一矩形截面径向螺旋簧片14与第二矩形截面螺旋簧片17始终保持相切的接触，这样就实现了输入轴13与输出轴18之间传动比的无级改变。

    主动变螺距丝杆10螺距以及被动变螺距丝杆16上的螺距保持一定的变化规律，以使主动变螺距丝杆10螺距以及被动变螺距丝杆16转动的弧度分别与主动变径轮毂21外径尺寸D1以及被动变径轮毂22外径尺寸D2的变化成线性关系。变螺距丝杆的螺距满足下式： 

，（0<x<l）

c——变径速率系数，

x——该位置到变距丝杆轴线方向对称面的距离，

l——顶杆长度。

Claims (9)

1.一种摩擦牵引传动的变径轮毂式机械传动无级变速器，包括输入轴和输出轴，其特征在于：所述无级变速器还包括结构相同的主动变径轮毂、被动变径轮毂，所述主动变径轮毂与所述输入轴构成同轴转动，所述被动变径轮毂与所述输出轴构成同轴转动；所述主动变径轮毂以及所述被动变径轮毂的两侧分别含有一伞形结构，所述伞形结构中心部铰接设置一滑套，所述滑套套装于一变螺距丝杆外围，所述滑套上固定设有拨叉，所述的拨叉销钉的一端位于所述变螺距丝杆的螺旋槽中，并与所述螺旋槽内壁构成传动配合，所述主动变径轮毂与所述被动变径轮毂的变螺距丝杆之间通过一同步带联接构成同步旋转，所述主动变径轮毂和被动变径轮毂的外径环面之间构成相切。

2.根据权利要求1所述的一种摩擦牵引传动的变径轮毂式机械传动无级变速器，其特征在于：所述主动变径轮毂以及所述被动变径轮毂外围分别套装有径向螺旋簧片，所述两径向螺旋簧片的外径环面之间构成相切。

3.根据权利要求2所述的一种摩擦牵引传动的变径轮毂式机械传动无级变速器，其特征在于：所述径向螺旋簧片由矩形截面的薄壁弹簧板带绕制而成，所述矩形截面的径向螺旋簧片的外圆半径为R，其矩形截面的宽度与高度分别为b与h，且h=0.1-0.04R，b=0.1-0.6R，且其匝数不少于4匝。

4.根据权利要求1所述的一种摩擦牵引传动的变径轮毂式机械传动无级变速器，其特征在于：所述主动变径轮毂的变螺距丝杆为主动变螺距丝杆，所述被动变径轮毂的变螺距丝杆为被动变螺距丝杆，所述主动变螺距丝杆的螺旋槽与所述被动变螺距丝杆的螺旋槽旋向相反，且所述主动变螺距丝杆或所述被动变螺距丝杆上的螺旋槽呈中心对称。

5.根据权利要求4所述的一种摩擦牵引传动的变径轮毂式机械传动无级变速器，其特征在于：所述主动变螺距丝杆的螺距以及所述被动变螺距丝杆转动的弧度与所述主动变径轮毂或被动变径轮毂外径的尺寸变化成线性关系，且所述主动变螺距丝杆的螺距或被动变螺距丝杆的螺距满足下式                                               

，（0<x<l），其中s为螺距，c为所述主动变径轮毂或所述被从变径轮毂的变径速率系数，x为该位置到所述主动变螺距丝杆或所述被动变螺距丝杆的轴线方向对称面的距离，所述l为顶杆的长度。

6.根据权利要求1所述的一种摩擦牵引传动的变径轮毂式机械传动无级变速器，其特征在于：所述输入轴、输出轴表面两侧分别开有腰形槽，所述主动变径轮毂内的变螺距丝杆位于所述输入轴内部，且与所述输入轴构成同轴装配；所述被动变径轮毂内的变螺距丝杆位于所述输出轴内部，且与所述输出轴构成同轴装配，所述滑套通过穿过所述腰形槽的销钉分别与所述输入轴或所述输出轴构成滑动连接。

7.根据权利要求6所述的一种摩擦牵引传动的变径轮毂式机械传动无级变速器，其特征在于：所述滑套通过一拨叉销钉固定连接所述拨叉的一端，所述拨叉的另一端位于所述主动变螺距丝杆或所述被动变螺距丝杆上的螺旋槽内，且与所述螺旋槽内壁构成传动配合。

8.根据权利要求1所述的一种摩擦牵引传动的变径轮毂式机械传动无级变速器，其特征在于：所述伞形结构由若干顶杆、若干螺旋簧片顶座组成，所述顶杆的一端与所述滑套铰接，另一端与所述螺旋簧片底座铰接，若干所述顶杆呈辐射状均匀设置于所述滑套与所述螺旋簧片底座之间，所述径向螺旋簧片套装在由所述若干螺旋簧片底座构成的外圆面上。

9.根据权利要求8所述的一种摩擦牵引传动的变径轮毂式机械传动无级变速器，其特征在于：所述螺旋簧片底座表面设置有至少两个凸台，所述径向螺旋簧片设置有至少两个与所述凸台相匹配的凹槽，所述径向螺旋簧片与所述螺旋簧片底座通过所述凸台与所述凹槽间的匹配构成榫槽连接。

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