CN103307237A - 柔性啮合无级变速箱 - Google Patents

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Abstract

柔性啮合无级变速箱。动力传动机构，参见说明书附图，动力通过输入轴圆锥形滚筒旋转，带动输入圆锥形滚筒面上滑动配合在5条等间距T形槽内的5块分段式输入柔性链轮转动，然后分段式柔性链轮带动与其啮合的齿形链传动，再带动5块滑动配合在输出轴圆锥形滚筒面上5条等间距T形槽内的分段式输出柔性链轮转动，5块分段式输出柔性链轮带动输出轴圆锥形滚筒旋转输出动力。变速机构，参见说明书书附图，转速的凋节是利用转速调整丝杆转动，带动与其配合的调整螺母滚轮作直线运动，调整螺母滚轮再带动齿形链和分段式柔性链轮在输入轴和输出轴圆锥形滚筒面上不同的啮合直径位置平移，得到不同的转速，以此来达到输出轴圆锥形滚筒需要的转速。

Description

柔性啮合无级变速箱
所属技术领域
本技术方案涉及动力传递过程中的变速装置，尤其适用于汽车、摩托车发动机输出动力后的变速部分。 
背景技术
目前，汽车摩托车等内燃机上所有的自动变速箱按变速类型可分为自动档位变速和自动无级变速两大类。自动档位变速箱具有输出扭矩大的特点，但却有结构复杂，维护成本高，油耗大，行驶过程中具有档位冲击，舒适感欠佳等缺点。而现在的自动连续可变无级变速箱即CVT无级变速箱主要以钢带(或钢链)摩擦锥轮式无级变速箱为主，它通过一根钢带(或钢链)和两个可以改变直径大小的摩擦锥轮来改变动力速度的输出。它具有动力输出平滑，无换档冲击，油耗低的优点。但是因为其原理是靠钢带(或链条)利锥轮之间的摩擦力来传递动力的输出，所以钢带和锥盘之间的摩擦力的控制需要充分平衡动力传动效率和压紧力之间的比例关系，压紧力大时，摩擦力就大，那么传递的扭矩也大，但同时传动效率就降低，因而输出扭矩基本小于300N/M。特别是在200N/M以上的大扭矩输出区域，扭矩损耗巨大，所以在汽车启动及上坡时容易丢转及溜坡。这也是目前CVT无级变速箱始终无法广泛推广的主要原因。所以CVT无级变速箱一般多用于微型车及小型车上。 
发明内容
为了克服现有CVT无级变速箱无法输出大扭矩的缺点，本技术方案提出一种全新结构的柔性分段式齿形链轮无级变速箱。它不但具有普通常规齿轮变速箱传输扭矩大、能耗损失小的特点，又具有扭矩输出平滑、无冲击、结构简单的优点。最大输出变速比为6.25倍，最大传输扭矩为1000N/M以上，扭矩还可以增加，能耗损失几乎不变，但体积略有增加。 
本技术方案的变速原理是：变速传动是由齿形链和分段式柔性链轮啮合进行传动，在输入和输出圆锥形滚筒面上有5条等距T形槽，分别并行排列在T形槽内滑动配合的5块分段式输入和输出柔性T形链轮块组成同齿距的柔性链轮，而改变齿形链和分段式柔性链轮在输入轴和输出轴圆锥形滚筒面上5条等距离的T形槽中不同的啮合直径位置，也不会改变分段式柔性链轮的齿间节距，从而就可以和固定节距齿形链配合传动保持不变。在输入转速保持相同状态下，分段式柔性链轮与齿形链的啮合线速度的大小会因为输入轴和输出轴圆锥形滚筒的啮合直径的大小而相应改变，直径大线速度大，直径小线速度小，从而使输出主轴转速产生变化，以此达到需要设定的输出转速。 
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：动力通过输入轴圆锥形滚筒旋转，带动输入轴圆锥形滚筒面上滑动配合在5条等距T形槽内的5块分段式输入柔性链轮转动，从而通过分段式柔性链轮带动与其啮合的齿形链传动，然后齿形链又带动5块滑动配合在输出圆锥形滚筒面上5条等距T形槽内的分段式输出柔性链轮进行转动，5块分段式输出柔性链轮与输出轴圆锥形滚筒面通过5条等距滑动T形槽连接，因而带动输出轴圆锥形滚筒旋转输出动力。转速的调节主要是利用丝杆调整与其配合的螺母滚轮在圆锥形滚筒不同直径之间的位置和距离来调速，在输入轴转速固定时，当分段式输入柔性链轮在输入轴圆锥形滚筒面上5条等距T形槽内的某一啮合直径位置时，输入轴圆锥形滚筒面上直径大的筒面上得到大的线速度，反之直径小的筒面上得到小的线速度，调节分段式柔性链轮滑动在圆锥形滚筒面上不同的啮合直径位置，就可以得到相应的设定转速。而输入轴和输出轴2个圆锥形滚筒的直径和锥度相等，在变速箱内正反向布局，因而啮合中心距能始终保持不变，所以也就保证了齿形链在变速调节过程中的周长始终保持不变。 
分段式柔性链轮在圆锥形滚筒面上不同的啮合直径位置的调节：输入轴是装配在变速箱箱体上转动的，而伺服电机通过带动太阳轮转动，再带动与其配合的行星轮转动，行星轮和转速调整丝杆通过固定键连接，转速调整丝杆分别呈伞状环绕分布于圆锥形滚筒表面，转速调整丝杆带动转速调整螺母滚轮沿丝杆轴向作直线移动，转速调整螺母滚轮的凹槽半包围住齿形链和柔性链轮齿面，从而带动齿形链和柔性链轮一起作直线移动，从而达到改变分段式柔性链轮滑动在输入轴和输出轴圆锥形滚筒面上5条等距离的T形槽中不同的啮合直径位置，最终使分段式柔性链轮与齿形链的啮合线速度变大或变小，直径大线速度大，直径小线速度小，从而使输出主轴转速产生变化，以此达到需要设定的输出转速。 
本发明的有益效果是：在保留了普通常规齿轮啮合变速箱能够传递大扭矩的同时，又具有扭矩输出平 滑、无冲击、省油等优点，而且结构简单。 
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明： 
图1  是本发明A-A方向高速运转时的主视图。 
图2  是本发明B-B方向低速运转时的剖视图。 
图3  是本发明C-C方向中段等速运转时的剖视图。 
图4  是本发明H-H高速运转时的俯视图，也是本发明高速运转时的轴向调速执行机构俯视图。 
图5 是本发明L-L低速运转时的俯视图，也是本发明低速运转时的轴向调速执行机构俯视图。 
图6  是本发明M-M中段等速运转时的俯视图，也是本发明中段等速运转时的轴向调速执行机构俯视图。 
图7  是本发明A-A方向高速运转时的剖面图。 
图8  是本发明B-B方向低速运转时的剖面图。 
图9  是本发明C-C方向中段等速运转时的剖面图。 
图10  是本发明D-D方向右剖视图。 
图11是本发明E-E方向左剖视图。 
图12是本发明F-F方向主动行星轮调速执行机构剖视图。 
图13是本发明G-G方向从动行星轮调速执行机构剖视图。 
零部件序号如下： 
图4中：(1)动力输入轴圆锥形滚筒。(2)T形链轮块组成的分段式柔性输入链轮。(3)齿形链。(4)T形链轮块组成的分段式柔性输出链轮。(5)动力输出轴圆锥形滚筒。 
图5中：(6)输入轴齿形链转速调整滚轮。(7)输入轴转速调整丝杠。(8)调速伺服电机。(9)输入轴调速太阳轮。(10)输入轴调速行星轮。(11)输入轴输出轴共用转速调整丝杠。(12)转速调整丝杆导柱。(13)齿形链输入轴和输出轴共用转速调整螺母滚轮。(14)输入轴调速行星轮。(15)输出轴调速太阳轮。(16)输入轴转速调整丝杠。(17)齿形链转速输出调整螺母滚轮。 
图7中：(18)T形齿形链防滑张紧块。(19)T形柔性链轮块防滑定位机构。 
图11中：(20)圆锥形齿形链对称张紧平衡块。(21)圆锥形齿形链张紧平衡块。 
一、变速箱动力输入输出依次传递过程： 
在图4中：动力输入轴圆锥形滚筒(1)→T形链轮块组成的分段式柔性输入链轮(2)→齿形链(3)→T形链轮块组成的分段式柔性输出链轮(4)→动力输出轴圆锥形滚筒(5) 
在动力传递过程中，动力通过输入轴圆锥形滚筒(1)旋转时，带动输入轴圆锥形滚筒面上滑动配合在5条等距T形槽内的5块分段式输入柔性链轮(2)转动，然后分段式柔性链轮带动与其啮合的齿形链(3)传动，再带动5块滑动配合在输出轴圆锥形滚筒面上5条等距T形槽内的分段式输出柔性链轮(4)进行转动，5块分段式输出柔性链轮与输出轴圆锥形滚筒(5)面上5条等距滑动T形槽连接，因而带动输出轴圆锥形滚筒(5)旋转输出动力。 
二、变速箱转速调整执行机构零部件的依次传递过程： 
在图5中： 
输入轴端调速过程为：转速调整伺服电机(8)→输入轴转速调整太阳轮(9)→4个输入轴转速调整行星轮(10)→3根输入轴转速整整丝杠(7)和1根输入输出轴共用转速调整丝杠(11)→在4根转速调整丝杆导柱(12)上的3个齿形链转速输入调整螺母滚轮(6)和1个齿形链输入轴输出轴共用转速调整螺母滚轮(13)→齿形链(3)。 
输出轴端调速过程为：输入输出轴共用的转速调整丝杠(11)→共用转速调整丝杠上的输出轴转速调整行星轮(14)→输出轴转速调整太阳轮(15)→其余3个输出轴转速调整行星轮(14)→3根输出轴转速调整丝杠(16)→在4根转速调整丝杆导柱(12)上的3个齿形链转速输出调整螺母滚轮(17)和1个齿形链输入轴输出轴共用转速调整螺母滚轮(13)→齿形链(3)。 
当转速调整伺服电机(8)旋转时，带动输入轴转速调整太阳轮(9)转动，再带动4个输入轴转速调整行星轮(10)旋转，再带动键槽配合在行星轮上的3根输入轴转速调整丝杠(7)和1根输入输出 轴共用转速调整丝杠(11)转动，最后使3个齿形链转速输入调整螺母滚轮(6)和1个齿形链输入轴输出轴共用转速调整螺母滚轮(13)在4根转速调整丝杆导柱(12)上移动，以此来改变齿形链(3)在动力输入轴圆锥形滚筒(1)上不同的旋转直径位置而改变齿形链(3)传动速度的快慢，也就是通过改变动力输入轴圆锥形滚筒(1)和动力输出轴圆锥形滚筒(5)上分段式柔性链轮和齿形链的啮合直径位置，最终达到改变转速的目的。当齿形链(3)和转速调整螺母滚轮沿转速调整丝杠和导柱移动到图1、4、7的位置时，本变速箱输出最高转速。当齿形链和转速调整螺母滚轮沿转速调整丝杠和导柱移动到图2、5、8的位置时，本变速箱输出最低转速。当齿形链和转速调整螺母滚轮沿转速调整丝杠和导柱移动到图3、6、9的位置时，本变速箱输入输出转速相同。 
三、齿形链和分段式T形柔性链轮块的滑动轨道以及防滑张紧定位机构： 
在图7中：T形齿形链防滑张紧块(18)可以防止齿形链在跟随圆锥形滚筒表面转动时滑动松脱，起到防滑张紧齿形链的作用。T形柔性链轮块防滑定位机构(19)可以起到齿形链(3)和分段式T形柔性链轮块在跟随圆锥形滚筒表面旋转到经过分离圆弧段时定位的作用，防止齿形链(3)和分段式T形柔性链轮块在圆锥形滚筒面上5条T形槽内滑动松脱。 
四、动力输入轴和输出轴圆锥形滚筒旋转时的动平衡调节机构： 
在图11中：圆锥形齿形链对称张紧平衡块(20)和圆锥形齿形链张紧平衡块(21)对齿形链(3)起到张紧作用。对动力输入轴圆锥形滚筒(1)和动力输出轴圆锥形滚筒(5)在旋转时起到调节动平衡的作用。 

Claims (10)

1.柔性啮合无级变速箱，其结构由动力输入轴圆锥形滚筒→分段式输入柔性链轮→齿形链→分段式输出柔性链轮→动力输出轴圆锥形滚筒顺序传动连接。其特征是：动力输入轴圆锥形滚筒旋转时，带动5块滑动配合在圆锥形滚筒面上5条等间距T形槽内的分段式输入柔性链轮转动，然后分段式输入柔性链轮带动与其啮合的齿形链传动，从而带动5块滑动配合在输出轴圆锥形滚筒面上5条等间距T形槽内的分段式输出柔性链轮进行转动，5块分段式输出柔性链轮与输出轴圆锥形滚筒面通过5条等间距滑动T形槽连接，因而又带动输出轴圆锥形滚筒旋转输出动力。
2.根据权利要求1所述的柔性啮合无级变速箱，其特征是：变速传动是由齿形链利分段式柔性链轮啮合进行传动，分别有5块分段式T形链轮块组成同齿距的分段式柔性链轮，在输入轴和输出轴圆锥形滚筒面上5条等距离的T形槽中滑动，分段式柔性链轮滑动在圆锥形滚筒面上不同的啮合直径位置，可以使柔性链轮与齿形链的啮合线速度变大或变小，直径大线速度大，直径小线速度小，从而使输出轴转速产生变化。
3.根据权利要求1所述的柔性啮合无级变速箱，其特征是：输入和输出柔性链轮分别是由5块分段式T形链轮块组成开放式链轮，T形链轮块上部有同齿距的链轮齿，T形链轮块之间的距离也等于齿距，可与齿形链啮合传动，下部有T形块可在输入轴或输出轴圆锥形滚筒面上的T形槽内滑动，从而形成分段式柔性链轮。
4.根据权利要求1所述的柔性啮合无级变速箱，其特征是：分段式T形柔性链轮滑动轨道是由在输入轴和输出轴圆锥形滚筒面上分别有5条在不同直径位置槽间距始终相等的T形槽，T形槽尺寸与T形链轮块下部的T形嵌入块尺寸滑动相配，T形槽的滑动方向由圆锥形滚筒面上各处的(或啮合线速度的)直径决定。
5.根据权利要求1所述的柔性啮合无级变速箱，其特征是：分段式T形柔性链轮块防滑定位机构是由2块相同的T形板相对由销钉紧固连接组成，T形板下部的圆孔套在齿形链输入轴和输出轴共用的转速调整螺母滚轮上，T形板上部的2个腰形圆弧孔分别套在齿形链输入轴转速调整螺母滚轮上和套在齿形链输出轴转速调整螺母滚轮上。
6.根据权利要求1所述的柔性啮合无级变速箱，其特征是：齿形链的防滑张紧定位机构是由2块T形齿形链防滑张紧块分别在输入轴和输出轴圆锥形滚筒面上各自的1条直线T形槽内滑动构成。
7.根据权利要求1所述的柔性啮合无级变速箱，其特征是：T形链轮块上部有同齿距的链轮齿，链轮齿与输入轴或输出轴圆锥形滚筒中心线平行，与齿形链啮合传动。下部的T形块与圆锥形滚筒面上的T形槽形状尺寸滑动相配。
8.根据权利要求1所述的柔性啮合无级变速箱，其特征是：动力输入轴和输出轴圆锥形滚筒旋转时的动平衡调节机构是由紧固在各自圆锥形滚筒面上4条直线平衡槽内的2块圆锥弧形齿形链对称张紧平衡块和2块圆锥弧形齿形链张紧平衡块组成。
9.根据权利要求1所述的柔性啮合无级变速箱，其特征是：动力输入轴和输出轴圆锥形滚筒是2个直径和锥度相同的圆锥台，在变速箱内正反向布局，动力输入轴和输出轴圆锥形滚筒面上分别有5条在不同直径位置始终等距的T形槽、1条T形齿形链防滑张紧块直线T形槽和4条紧固平衡块直线T形槽共十条T形槽构成。
10.根据权利要求1所述的柔性啮合无级变速箱，其特征是：变速箱转速调整执行机构是由转速调整伺服电机带动转速调整太阳轮，再带动与太阳轮啮合的输入轴和输出轴转速调整行星轮转动，然后通过固定键带动输入轴和输出轴转速调整丝杠转动，再带动转速调整丝杆导柱上的输入轴和输出轴转速调整螺母滚轮作直线运动，最后带动齿形链和分段式柔性链轮在输入轴和输出轴圆锥形滚筒面上不同的啮合直径位置平移，以此来达到输出轴转速的调整。
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