CN103133617A - 改变速比的新方法 - Google Patents

Abstract

改变速比的新方法涉及一种通过机械系统改变速的新方法。本方法为解决传统用齿轮改变速比径向分力大、重合度小、大速比一级变速齿轮的干涉、变速机构体积大的问题。改变速比的新方法通过槽轮、内槽轮、输出盘、扭矩传递销、浮动圈、外浮动图、卸载圈、滚轴、槽圈、壳体组成的系统中的槽圈，槽上的曲线解决了运动中干涉并得到比公知的变速方法高出数十倍的重合度。通过内、外浮动圈、卸载图解决了滚轴作用力的全卸载。通过槽轮、内槽轮槽的小压力角小甚至是零压力角，使支撑在支撑套上的槽轮、内槽轮作用于输入轴上的力很小甚至是不受力。

Description

改变速比的新方法

技术领域

改变速比的新方法：通过输入轴、轴向叠加的槽轮、槽圈，滚轴、改变速比、扭矩。这种新方法可避免传统的齿轮传动过程中出现的因压力角造成的径向分力及因重合度小造成的机构体积大的缺点。

背景技术

改变速比的新方法：是在专利申请号为201010571185.3；专利名称为纯滚动零压力角传动系统的基础上开拓出的新方法。

发明内容

纯滚动零压力角传动系统没能真正解决运动过程中，滚轴对槽圈的干涉；运动过程中滚轴进入及退出槽圈槽是通过弹性圈的变形完成的。在任意瞬时，对滚轴的圆周及径向没有准确定位。改变速比的新方法在滚轴准确定位的前提下，同时参与啮合的滚轴数可达槽轮槽数的1/2。这是以往任何一种变速方法所不能比拟的。纯滚动零压力角传动系统，减小径向分力是通过减小槽圈压力角的方法实现的，而减小槽圈压力角会造成滚轴运动中的干涉。改变速比的新方法用卸载的方法，将作用槽轮上的力互相抵消在浮动圈上并通过外浮动圈、卸载圈将浮动圈上的力卸载到壳体上。滚轴对槽轮槽上的压力角很小，甚至可以为零。输入轴受力很小甚至不受力。

技术难题：

1.任意瞬时滚轴的圆周定位、滚轴的径向定位。

2.滚轴运动对槽圈的包络曲线。

3.将滚轴作用于浮动圈、外浮动圈上的力卸载到壳体上

解决技术难题的方案：

以下均用极坐标表示滚轴的瞬时位置。

1.用以下方法确定滚轴圆周位置：槽轮、内槽轮端面按速比要求，等角度分布若干可容纳滚轴改变径向位置的槽，滚轴可在槽轮、内槽轮槽中沿半径方向移动。任意瞬时滚轴保持与槽轮、内槽轮槽壁相切。槽轮、内槽轮槽壁确定滚轴的极角。

2.用以下方法确定滚轴径向位置：浮动圈外浮动圈被分别安装在滚轴内、外侧，任意瞬时滚轴保持与浮动圈的外圆柱相切同时与外浮动圈的内孔相切。浮动圈、外浮动圈共同确定滚轴的极径。

确定对满足1.2.两条件滚轴的包络曲线(即槽圈曲线)。

3.用以下方法制作滚轴槽圈包络曲线：槽圈上的槽可供滚轴自由进出。槽圈槽壁曲线上任意一点均不与由槽轮、内槽轮槽壁确定极角及浮动、圈外浮动圈确定极径的运动中的滚轴发生干涉。

4.用以下方法解决对滚轴作用力的卸载：浮动圈、外浮动圈、卸载圈，外浮动圈外圆柱在卸载圈孔中滚动，运动的滚轴作用于浮动圈上的力，通过滚轴传递给外浮动圈，在外浮动圈、卸载圈的共同作用下滚轴作用于浮动圈上的力，被全部卸载到壳体上。

改变速比的新方法被分成两个系统-输入系统与输出系统。每个系统具有一个功能。

输入系统主要由上盖、输入轴、支撑套、槽轮、内槽轮、输出盘、扭矩传递销、浮动圈、外浮动圈、卸载圈、滚轴、槽圈、壳体组成。输入系统的功能是，将输入轴的圆运动，转换成槽轮，内槽轮、输出盘，绕槽圈圆心的公转与自转。即完成从输入轴到槽轮、内槽轮的变速与变扭矩

输入系统的功能，是通过以下方法实现的，输入轴的圆运动，通过输入轴偏心部的轴承推动支撑套，安装在支撑套外圆柱上，全部被扭矩传递销连接的，槽轮、内槽轮、被支撑套推动，在滚轴、内、外浮动圈与槽圈的作用下完成绕槽圈圆心的公转与自转。槽轮、内槽轮的自转通过扭矩传递销传递给输出盘。

其输出系统主要由输出盘、孔盘、保持架、驱动块、输出轴、下盖组成，输出系统的功能是：将槽轮，内槽轮绕槽圈圆心的公转与自转。转换成输出轴的圆运动。实现这一功能有两种方法

其一是：输出盘的运动，通过孔盘、保持架、驱动块、将槽轮、内槽轮的绕槽圈圆心的公转与自转。转换成输出轴的圆运动。

其二是：使用传统的方法即使用销轴、销套、孔盘将槽轮，内槽轮绕槽圈圆心的公转与自转。转换成输出轴的圆运动。

以上措施可实现、无径向分力、高重合度、结构简单紧凑，体积小、高效率的变速系统。

附图说明

图1是改变速比的新方法的结构图。

图2是图1的A-A剖视图(该视图被旋转90度)

图3、图4、图5是图2的局部放大图(为能表示槽轮、槽圈、浮动圈、外浮动圈、卸载圈，间的关系，(其中槽轮、外浮动圈用双点划线被看成是透明物)。视图中的滚轴均处于啮合状态。可以看出其重合度之大。

图6是图1的B-B剖视图(该视图被旋转90度)

图7是图6的C-C局部剖视图

下面结合附图对改变速比的新方法实施例作详细说明：

图中：输入轴[1]、轴承隔套[2]、上盖[3]、滚轴挡[4]、支撑套[5]、槽轮[6]浮动圈[7]、滚轴[8]、槽圈[9]、壳体[10]、壳体销[11]、卸载圈[12]、外浮动圈[13]、内槽轮[14]、槽圈挡[15]、输出盘[16]、孔盘[17]、输出轴[18]、下盖[19]、扭矩传递销[20]、保持架[21]、驱动块[22]、滚动体[23]。

具体实施方式

改变速比的新方法实施例如图1、图2、图3、图4、图5、圈6、图7所示：

输入轴[1]：由，自上而下的六段圆柱体叠加成的轴类零件。

输入轴[1]自上而下的六段圆柱(以下分别称之第一圆柱......第六圆柱)其中第一圆柱上加工有键槽。第二圆柱与安装在上盖[3]孔中的轴承内环配合。第三圆柱为，限制轴承向下自由度的台阶。第四圆柱外圆直径为输入轴[1]各圆柱中直径最大的圆柱。第五圆柱与输入轴[1]上其它各段圆柱圆心线不重合(称之为偏心部)与支撑套[5]孔中轴承内环配合。第六圆柱与输出轴孔中的轴承内环配合。除偏心部外，其它所有圆柱体中心线重合。

轴承隔套[2]为外圆柱与孔叠加成的套类零件。

轴承隔套[2]用于限制支撑套[5]孔中轴承内环向下的自由度。

上盖[3]：由平截正圆锥体、二个圆柱体及中心上的台阶孔叠加成的零件。上盖[3]二个圆柱体为上端圆柱体、下端圆柱体。上盖[3]上端圆柱体端面均匀分布数个可穿入内六角螺栓的台阶孔。上盖[3]下端圆柱体，是与壳体[10]上端孔配合的子口。上盖[3]中心自上而下加工有三个同心的台阶孔。上盖[3]上的三个台阶孔分别为；安装油封、安装轴承，容纳滚轴挡[4]、及容纳最上端槽轮[6]在其中运动的孔。

滚轴挡[4]：由大、小圆柱及中心上的孔叠加成的零件。

其小圆柱的外圆处可容纳槽轮[6]向心槽中的滚轴[8]轴向的长出部分，滚轴挡[4]的大圆柱限制滚轴[8]向上的轴向自由度。滚轴挡[4]中心上的孔，孔直径小于支撑套[5]的内圆直径。用于限制支撑套[5]孔内的轴承外环向上的轴向自由度。滚轴挡[4]上端面加工有可安装内六方螺栓的台阶孔。

支撑套[5]：由外圆柱体及中心上的台阶孔叠加成的零件。

其外圆柱与槽轮[6]及内槽轮[14]中心上的孔配合。支撑套[5]中心上的孔与轴承外环配合。孔最下端有可限制轴承外环向下自由度的台阶。支撑套[5]上、下端面加工有与滚轴挡[4]及输出盘[16]上台阶孔对应的螺纹孔。

槽轮[6]、内槽轮[14]：为中心加工有孔的一盘形零件。

槽轮[6]、内槽轮[14]中心的孔与支撑套[5]的外圆柱配合。为使每个槽轮[6]、内槽轮[14]均能传递扭矩，在槽轮[6]、内槽轮[14]端面加工有数个安装扭矩传递销[20]的孔。槽轮[6]、内槽轮[14]不同之处为内槽轮[14]外圆柱直径小于外浮动圈[13]内径。保证内槽轮[14]中的所有滚轴[8]均能与外浮动圈[13]的孔相切。槽轮[6]、内槽轮[14]端面按速比要求，等角度分布若干可容纳滚轴改变径向位置的槽，滚轴可在槽轮、内槽轮槽中沿半径方向移动。任意瞬时滚轴保持与槽轮、内槽轮槽壁相切。槽轮、内槽轮槽壁确定滚轴的极角。浮动圈[7]、外浮动圈[13]：由内孔及外圆柱组成的圆环形零件。

滚轴[8]总保持与浮动圈[7]的外圆柱及外浮动圈[13]的内孔相切。

滚轴[8]为长圆柱体。

槽圈[9]：由圆及圆内若干个曲线槽拉伸成的几何体。

槽圈[9]上的曲线槽，数量取决于速比。槽圈[9]槽壁曲线上任意一点均不与由槽轮[6]、内槽轮[14]槽壁确定极角及浮动[7]、圈外浮动圈[13]确定极径的运动中的滚轴发生干涉。槽圈[9]外圆柱面加工有若干个半径与壳体销[11]半径相同的半圆孔。槽圈[9]外圆与壳体[10]上端孔配合。壳体销[11]限制槽轮[9]的旋转自由度。

壳体[10]：由中心的两个孔、外圆柱及固定壳体[10]的两个脚叠加成的零件。

其中心上二个孔，分别为上端孔及下端孔。壳体[10]上端孔，分别与上盖[3]下端子口，槽圈[9]、卸载圈[12]的外圆配合。壳体[10]上端孔的孔壁上加工有均匀分布并与槽圈[9]、卸载圈[12]外圆柱上半圆孔对应的半圆孔。当壳体销[11]安装到这些对应的半圆孔中时，壳体[10]限制了槽圈[9]、卸载圈[12]的旋转自由度。壳体[10]下端孔，分别与槽圈挡[15]外圆、下盖[19]上端子口配合。壳体[10]上、下端面加工有数个均匀分布的螺纹孔。壳体[10]上端面螺纹孔，可通过内六角螺栓将上盖[3]紧固到壳体[10]上端面。壳体[10]下端面螺纹孔，可通过内六角螺栓将下盖[19]紧固到壳体[10]下端面。为固定壳体[10]，在壳体[10]上制作有带安装孔的二个脚。可通过螺栓、螺母将壳体[10]固定。

壳体销[11]：为一圆柱体。

壳体销[11]半径等于壳体[10]上端孔、孔壁上、槽圈[9]及卸载圈[12]外圆柱面上的半圆孔半径。用于限制槽圈[9]对壳体[10]的旋转自由度。

卸载圈[12]：由孔及外圆柱叠加成的零件。

卸载圈[12]的外圆柱与壳体[10]的上端孔配合。卸载圈[12]外圆柱面加工有若干个半径与壳体销[11]半径相同的半圆孔。安装在壳体[10]中的壳体销[11]限制卸载圈[12]的旋转自由度。

槽圈挡[15]：由内孔与外圆柱组成的环形零件。

槽圈挡[15]用于限制槽圈[9]向下的自由度。

输出盘[16]：由外圆柱及孔叠加成的盘形零件。

输出盘[16]中心加工有可使轴承隔套[2]在其中自由运动的孔。输出盘[16]端面加工有数个与扭矩传递销[20]的配合的孔。输出盘[16]下端面加工有与支撑套[5]螺纹孔对应的台阶孔，通过内六方螺栓可将输出盘[16]紧固到支撑套[5]端面。输出盘[16]端面上还加工数个可安装保持架[21]的孔。每个可安装保持架[21]的孔中安装一个带滚动体[23]的保持架[21]。孔盘[17]上端面突起的驱动块[22]被夹持在安装于保持架[21]凹槽中的滚动体[23]之间。

孔盘[17]：由孔及外圆柱叠加而成的零件。

孔盘[17]中心加工有容纳轴承隔套[2]，在其中自由运动的孔。孔盘[17]端面加工有分别与二条互相垂直的中心线对称的数个方孔。孔盘[17]上端面及下端面均有向上与向下凸起并互相垂直的驱动块[22]，被安装在孔盘[17]的方孔中。

输出轴[18]：由上、下端圆柱体、及上端中心上的台阶孔组成的轴类零件。

输出轴[18]上端柱体的上端面加工有数个可安装保持架[21]的孔。每个可安装保持架[21]的孔中，可安装带滚动体[23]的保持架[21]。孔盘[17]下端突起的驱动块[22]被夹持在安装于保持架[21]凹槽中的滚动体[23]之间。输出轴[18]上端中心加工有与安装在输入轴[1]第六圆柱上轴承外环配合的孔。输出轴[18]下端圆柱安装有轴承，该轴承外环与下盖[19]上端孔配合，输出轴[18]下端圆柱上还加工有键槽。

下盖[19]：由三个圆柱体及中心上的二个台阶孔叠加成的零件。

下盖[19]上端圆柱体的子口与壳体[10]下端孔配合。下盖[19]中间圆柱体下端面加工有与壳体[10]下端面螺纹孔对应的数个台阶孔，并可通过这数个台阶孔中的内六角螺栓，将下盖[19]紧固到壳体[10]下端面。下盖[19]中心上的二个台阶孔中，上端的孔与安装在输出轴[19]上的轴承外环配合。其最下端孔中可安装油封。

扭矩传递销[20]：为一圆柱体。

扭矩传递销[20]穿过所有槽轮[6]、内槽轮[14]，并通过与输出盘[16]连接的扭矩传递销[20]，将所有槽轮[6]、内槽轮[14]的扭矩传递给输出盘[16]。

保持架[21]：

为平面上的圆及该圆上对称的弦组成的封闭图形所拉申成的两几何体，这两个几何体又被一小段圆柱连接成一整体。由弦拉伸所成的两平面上加工有可容纳滚动体[23]的凹槽。

驱动块[22]：为一六面体。

驱动块[22]一部分安装到孔盘[17]上，另一部分被夹持在安装于保持架[21]凹槽中的滚动体[23]之间。

滚动体[23]：为一圆柱体。其作用如同滚针轴承中的滚针。

装配

分5步完成：

1.在支撑套[5]孔中安装轴承：

在支撑套[5]孔中安装二个轴承外环，使轴承外环接触到在支撑套[5]孔下端台阶。

2.在输出盘[16]上依次安装与槽轮[6]、内槽轮[14]相关的零件：

通过内六方螺栓将输出盘[16]紧固在支撑套[5]的下端面。将输出盘[16]水平放置，在输出盘[16]上端面孔中安装扭矩传递销[20]后，按以下顺序依次分层安装，槽轮[6]、浮动圈[7]、槽圈[9]、内槽轮[14]、外浮动圈[13]、卸载圈[12]------槽轮[6]。将支撑套[5]外圆柱安装到槽轮[6]、内槽轮[14]中心上的孔中。；在槽圈[6]、内槽圈[14]可容纳滚轴[8]改变径向位置的槽中安装滚轴[8]。通过滚轴挡[4]上端面台阶孔中的内六角螺栓将滚轴挡[4]紧固到支撑套[5]上端面。

3.安装输入轴[1]：

在输入轴[1]第二圆柱上安装轴承内环。在输入轴[1]偏心部安装轴承内环。将输入轴[1]插入支撑套[5]孔中保证使输入轴[1]的偏心部上的轴承内环中，与支撑套[5]孔中的轴承外环的正确装配。在输入轴[1]的偏心部下端安装轴承隔套[2]、在输入轴[1]第六圆柱上安装轴承内环。

将以上安装好的所有零件翻转180度。在保持架[21]可容纳滚动体[23]的凹槽中，涂抹黄油并安装滚动体[23]。在孔盘[17]上、下二端面安装驱动块[22]。安装带滚动体[23]的保持架[21]到驱动块[22]上。将保持架[21]连同驱动块[22]一并安装到输出盘[16]可安装保持架[21]的孔中。(在输出轴[18]上端中心上的孔中安装轴承外环，在输出轴[18]下端圆柱体安装轴承内环)。用同样的方法将孔盘[17]下端面驱动块[22]、带滚动体[23]的保持架[21]，安装到输出轴[18]上端面可安装保持架[21]的孔中。同时保证输出轴[18]上端面中心孔中的轴承外环与输入轴[1]第六圆柱上轴承内环正确的装配关系。完以上装配后，所有已安装的零件称之为(部件1)。

4.将部件1安装到壳体[18]上：

在壳体下端孔中安装槽圈挡[15]，

将部件1上的输出轴[18]插入下盖[19]，保证输出轴[18]下端圆柱体上的轴承内环与下盖[19]孔中的轴承外环正确的装配关系。将壳体[10]上端孔壁上的半圆孔与槽圈[9]、卸载圈[12]外圆柱上的半圆孔对正，将壳[11]套装到槽圈[9]、卸载圈[12]的外圆柱上。在壳体[10]孔壁上的半圆孔与槽圈[9]、卸载圈[12]外圆柱半圆孔间安装壳体销[11]。将壳体[10]下端面的螺纹孔与下盖[19]中间圆柱体下端面的台阶孔对正，并穿入内六角螺栓，通过内六角螺栓将下盖[19]紧固到壳体[10]下端面上。安装油封到下盖[19]最下端孔中。

5.安装上盖[3]：

在上盖[3]中心台阶孔中安装油封及轴承外环。将上盖[3]安装到壳体上端，使上盖[3]下端子口与壳体[10]上端孔配合。保证输入轴[1]第二圆柱上的承内环与上盖[3]孔中的轴承外环的正确装配关系。使上盖[3]上端圆柱体上的台阶孔与壳体[10]上端面上的螺纹孔对正。通过上盖[3]上端圆柱体台阶孔中的内六角螺栓将上盖[3]紧固到壳体[10]上端的螺纹孔中。

通过以上5步完成了对改变速比的新方法的装配。

输入轴[1]旋转时，输入轴[1]偏心部的轴承推动支撑套[5]，支撑套[5]外圆柱推动槽轮[6]、内槽轮[14]绕槽圈[9]中心线公转；滚轴[8]在浮动圈[7]作用下进入槽圈[9]的曲线槽。进入槽圈[9]槽中的滚轴进入啮合状态。在滚轴[8]及槽圈[9]的共同作用下，推动槽轮[6]、内槽轮[14]自转。槽轮[6]、内槽轮[14]运动的同时，在外浮动圈[13]的作用下，使即将脱离啮合的滚轴[8]拉出槽圈槽。

数个槽轮[6]内槽轮[14]的自转通过扭矩传递销[20]传递给输出盘[16]。输出盘[16]又通过孔盘上的驱动块[22]，将运动传递给输出轴[18]。完成由输入到输出的扭矩传递。

Claims (7)

1.改变速比的新方法被分成两个系统，输入系统与输出系统，每个系统具有一个功能，输入系统主要由，上盖、输入轴、支撑套、槽轮、内槽轮、输出盘、扭矩传递销、浮动圈、外浮动圈、卸载圈、滚轴、槽圈、壳体组成，其输出系统主要，由输出盘、孔盘、保持架、滚动体，驱动块、输出轴、下盖组成，其特征在于：输入系统的功能是，将输入轴的圆运动，转换成槽轮，内槽轮、输出盘，绕槽圈圆心的公转与自转，输出系统的功能是：将槽轮，内槽轮、输出盘，绕槽圈圆心的公转与自转。转换成输出轴的圆运动。

2.根据权利要求1所述的改变速比的新方法，其特征在于：所述输入系统的功能，是通过以下方法实现的，输入轴的圆运动，通过输入轴偏心部的轴承推动支撑套，安装在支撑套外圆柱上，全部被扭矩传递销连接的，槽轮内槽轮、被支撑套推动，在滚轴、内、外浮动圈与槽圈的作用下完成绕槽圈圆心的公转与自转，槽轮、内槽轮的自转通过扭矩传递销传递给输出盘。

3.根据权利要求1所述的改变速比的新方法，其特征在于：所述槽轮、内槽轮端面按速比要求，等角度分布若干可容纳滚轴改变径向位置的槽，滚轴可在槽轮、内槽轮槽中沿半径方向移动。任意瞬时滚轴保持与槽轮、内槽轮槽壁相切。槽轮、内槽轮槽壁确定滚轴的极角。

4.根据权利要求1所述的改变速比的新方法，其特征在于：所述浮动圈外浮动圈被分别安装在滚轴内、外侧，任意瞬时滚轴保持与浮动圈的外圆柱相切同时与外浮动圈的内孔相切。浮动圈、外浮动圈共同确定滚轴的极径。

5.根据权利要求1所述的改变速比的新方法，其特征在于：所述槽圈，槽圈上的槽可供滚轴自由进出。槽圈槽壁曲线上任意一点均不与由槽轮、内槽轮槽壁确定极角及浮动、圈外浮动圈确定极径的运动中的滚轴发生干涉。

6.根据权利要求1所述的改变速比的新方法，其特征在于：所述浮动圈、外浮动圈、卸载圈，外浮动圈外圆柱在卸载圈孔中滚动，运动的滚轴作用于浮动圈上的力，通过滚轴传递给外浮动圈，在外浮动圈、卸载圈的共同作用下滚轴作用于浮动圈上的力，被全部卸载到壳体上。

7.根据权利要求1所述的改变速比的新方法，其特征在于：所述保持架为平面上的圆及该圆上对称的弦组成的封闭图形所拉申成的两几何体，这两个几何体又被一小段圆柱连接成一整体。由弦拉伸所成的两平面上加工有可容纳滚动体的凹槽。

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