CN103615502A - 无级变速装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无级变速装置。该无级变速装置，包括输入轴、输入螺旋齿轮、输出轴和输出螺旋齿轮；输入螺旋齿轮包括转动连接的输入圆锥体和输入齿；输入齿在输入圆锥体的外圆周表面沿其轴线螺旋排布多圈；每一圈输入齿的螺距相等且多圈输入齿的齿数呈整数倍等比例增加；输出螺旋齿轮包括输出圆锥体和输出齿；输出圆锥体可沿输出轴滑动且向输出轴传递扭矩；输出齿在输出圆锥体的外圆周表面沿其轴线螺旋排布至少一圈；输出齿的螺旋方向与输入齿的螺旋方向相反；每一圈输出齿的螺距与输入齿的螺距相等；输入螺旋齿轮与输出螺旋齿轮啮合。本发明提供的无级变速装置，输出的扭矩远比钢带式无极变速大，可以应用于大排量越野车和重型卡车上。

Description

无级变速装置

技术领域

本发明涉及变速装置领域，具体而言，涉及无级变速装置。

背景技术

变速箱是汽车的一个重要核心组成部分，从发展的趋势来看，自动无级变速是终极目标。从现在普遍使用的变速箱来看，手动变速箱和自动变速箱结构复杂，变速档位增加到7个档位后，变速箱内零部件超过500个，从技术上和成本上很难有再向上增加的空间。而最为成熟的钢带式无极变速（CVT）采用的是摩擦传动，而非齿轮啮合，受钢带材料强度和摩擦阻力限制，扭矩达到300牛米几乎为极限，在大排量越野车和重型卡车上无法应用。

鉴于此，目前没有一款结构简单可靠，既能输出大扭矩，又能实现无级变速的变速装置。

发明内容

本发明的目的在于提供无级变速装置，以解决上述的问题。

在本发明的实施例中提供了一种无级变速装置，包括输入轴、输入螺旋齿轮、输出轴和输出螺旋齿轮；输入螺旋齿轮包括输入圆锥体和输入齿；输入圆锥体与输入轴转动连接；输入齿在输入圆锥体的外圆周表面沿其轴线螺旋排布多圈；每一圈输入齿的螺距相等且多圈输入齿的齿数呈整数倍等比例增加；输出螺旋齿轮包括输出圆锥体和输出齿；输出圆锥体可沿输出轴滑动且向输出轴传递扭矩；输出齿在输出圆锥体的外圆周表面沿其轴线螺旋排布至少一圈；输出齿的螺旋方向与输入齿的螺旋方向相反；每一圈输出齿的螺距与输入齿的螺距相等；输入螺旋齿轮与输出螺旋齿轮啮合。

本发明实施例提供的无级变速装置，与现有技术中的无级变速装置相比，其包括输入轴、输出轴及输入螺旋齿轮和输出螺旋齿轮。动力从输入轴输入，由于输入螺旋齿轮的输入圆锥体与输入轴转动连接，则输入圆锥体随着输入轴一起转动，与此同时输入螺旋齿轮与输出螺旋齿轮啮合，从而将转动传递给输出轴。当需要无级变速时，由于输出圆锥体可在输出轴上沿其滑动，而输入齿在输入圆锥体的外圆周表面沿其轴线螺旋排布多圈，输出齿在输出圆锥体的外圆周表面沿其轴线螺旋排布至少一圈，则输出圆锥体在输出轴上滑动时，输出齿与输入齿始终保持啮合，即输入轴的转动在变速的过程中始终传递给输出轴，从而实现无级变速。而且该无级变速装置仅仅包括设置在输入轴上的输入螺旋齿轮和设置在输出轴上的输出螺旋齿轮，则该无级变速装置的结构简单可靠，而且该无级变速装置使用齿轮实现动力的传递，齿轮传递的扭矩大，因此，该无级变速装置输出的扭矩远比钢带式无极变速大，可以应用于大排量越野车和重型卡车上。

附图说明

图1示出了本发明实施例提供的一种无级变速装置的输入齿与输出齿的齿宽不相同的结构示意图；

图2示出了本发明实施例的输入齿与输出齿的齿宽相同的结构示意图

图3示出了本发明实施例的输出螺旋齿轮的结构示意图；

图4示出了本发明实施例的输出轴与输出圆锥体通过花键配合的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

如图1、图2、图3和图4所示为本实施例提供的一种无级变速装置，包括输入轴1、输入螺旋齿轮、输出轴8和输出螺旋齿轮；输入螺旋齿轮包括输入圆锥体2和输入齿3；输入圆锥体2与输入轴1转动连接；输入齿3在输入圆锥体2的外圆周表面沿其轴线螺旋排布多圈；每一圈输入齿3的螺距相等且多圈输入齿的齿数呈整数倍等比例增加；输出螺旋齿轮包括输出圆锥体10和输出齿5；输出圆锥体10可沿输出轴8滑动且向输出轴8传递扭矩；输出齿5在输出圆锥体的外圆周表面沿其轴线螺旋排布至少一圈；输出齿5的螺旋方向与输入齿3的螺旋方向相反；每一圈输出齿5的螺距与输入齿3的螺距相等；输入螺旋齿轮与输出螺旋齿轮啮合。

其中为了便于输出螺旋齿轮在输出轴上的滑动，该无级变速装置还包括用于拨动输出螺旋齿轮在输出轴8上滑动的拨叉6。使用该拨叉6即可将输出螺旋齿轮在输出轴8上滑动，使输入螺旋齿轮与输出螺旋齿轮的变速比变化，从而实现无级变速。

由于输入齿3和输出齿5均螺旋排布，则输出圆锥体在输出轴的不同位置时，输出齿与不同直径的输入齿啮合，可能会使得输出齿与输入齿之间啮合不严密，为了避免这个问题，该无级变速装置还包括用于调节输入轴1与输出轴8之间的夹角的角度调节装置9。具体地，输出圆锥体在输出轴上沿该输出圆锥体的大端方向滑动时，可以通过该角度调节装置9，使输出轴8与输入轴1之间的夹角变小，从而使得输出齿与输入齿随时保持啮合的严密性。

为了使输出圆锥体与输出轴滑动配合且转动连接，输出圆锥体与输出轴通过花键配合。具体地，在输出圆锥体上可以设置内花键，在输出轴上可以设置外花键，从而保证输出圆锥体可以在输出轴上滑动且传递转动。

进一步，输出齿的一侧设置有高于输出齿5的齿高的限位块7；输入螺旋齿轮的相邻两圈输入齿之间设置有限位槽4；限位块7与限位槽4配合。具体地，输出齿的一侧设成高于齿高的一个凸起的螺旋形的限位块，输入齿的两个螺旋齿之间形成一个螺旋形的限位槽，以保证在轴向调节输出圆锥体时，输出圆锥体在沿轴向移动的过程中两组相啮合的齿受限位块与限位槽配合的限制，使输出圆锥体只能沿螺旋方向移动，而不会因齿错位而形成脱齿。

优选地，输出齿在输出圆锥体的外圆周表面沿其轴线螺旋排布一圈。当然，输出齿还可以在输出圆锥体的外圆周表面沿其轴线螺旋排布一圈半、两圈或者更多圈，即等于或大于360度。

优选地，输入齿和输出齿的宽度不相等。当然，输入齿和输出齿的宽度也可以相等。

现具体描述该无级变速装置的无级变速过程：使用拨叉拨动输出圆锥体，对该输出圆锥体沿其大端施加压力，由于输入螺旋齿轮与输出螺旋齿轮啮合，且受限位块和限位槽的限制，则输出圆锥体只能在转动的过程中沿螺旋方向移动，从而调节输出圆锥体在输出轴上的位置，输出圆锥体在移动的过程中其输出齿始终与输入齿始终保持啮合，由于输出齿与不同直径的输入齿之间的传动比不同，则输出圆锥体在移动的过程中，传动比可以连续变化，实现无级变速。

本发明实施例的无级变速装置中，把齿距相等的齿以螺旋方式布置在输入圆椎体上和输出圆椎体上，且确保以下两个条件：

1、螺旋的螺距相等，即每相邻两组螺旋齿带的间距相等。

2、螺旋比相等，即每螺旋360度的齿数保持整数倍同比例增长。如螺旋比为2，在任意点设为原点，螺旋360度后，直径为原点直径的2倍，如原点处的夹角10度恰好为1个齿距，那螺旋360度后的点夹角10度恰好为2个齿距，且在任意位置都一样。这样的结构的两个螺旋齿带可以连续旋转并循环啮合。

在输出螺旋齿轮上设置与输入螺旋齿轮相同齿距、相同螺距、相同螺旋比的螺旋椎齿轮，但螺旋方向与输入螺旋齿轮相反，且满足以上两个条件。以保证两组螺旋齿轮无论滑动到任意位置，都可对应啮合并旋转，输出螺旋齿轮的螺旋齿设置等于或略大于360度螺旋周长，以保证在旋转啮合时，螺旋齿一端脱离啮合时，螺旋齿带另一端能提前或同时进入啮合，这样啮合才能循环和连续。

输出螺旋齿轮设置内花键，输出轴上设外花键，内外花键相对啮合，且可以在轴线方向滑动。

输出螺旋齿轮的螺旋齿的一侧设成高于齿高的凸起螺旋形的限位块，而输入螺旋齿轮的两个相邻齿之间形成一个螺旋形的限位槽，啮合时限位块一直嵌于限位槽中。以保证在拔叉调节动力输出螺旋齿轮时，输出螺旋齿轮虽然有轴向移动，但两组相啮合的螺旋齿轮因受限位块与限位槽的限制，拔叉的外力使输入螺旋齿轮和输出螺旋齿轮产生一个转速差，从而使输出螺旋齿轮相对于输入螺旋齿轮以螺旋方式发生轴向位移，而不会因齿轮错位而形成脱齿。

因为输入螺旋齿轮和输出螺旋齿轮都呈螺旋椎形，在滑动输出螺旋齿轮时，两个轴为八字形，所以输出轴必须同步调整与输入轴之间的夹角，以保证输入螺旋齿轮与输出螺旋齿轮随时保持啮合。

因为输入螺旋齿轮与输出螺旋齿轮的啮合部位直径不相同时，小直径输出齿旋转完360度时，大直径输入齿旋转还不到360度，此时大小直径螺旋齿啮合会产生小于一个螺距的轴向错位，为避免这种错位而形成脱齿或传动干涉。设计如下两种构造中的任意一种就可以避免这种情况发生。一：如图2所示，拔叉预留一定间隙，在拔叉固定的状态下，输出螺旋齿轮在旋转时，受螺旋限位块和限位槽的推动，可以在拔叉间隙内轴向滑动。二：如图1所示，把输入螺旋齿轮的螺旋形限位槽宽于输出螺旋齿轮的限位块，把输入螺旋齿轮的齿的宽度窄于输出螺旋齿轮的齿的宽度，但输入螺旋齿轮的齿的宽度与限位槽的宽度之和等于输出螺旋齿轮的限位块与齿的宽度之和。这样既可实现两个轮的错位啮合，又可以限制两个螺旋轮齿不脱齿、不干涉。

该无级变速装置具有两种状态，其中一个是定速状态：输入螺旋齿轮定速旋转，带动与之对应啮合的输出螺旋齿轮旋转，因输出螺旋齿轮只有一个螺旋周长，输出螺旋齿轮在固定位置一直连续不断循环转动，通过内、外花键带动输出轴输出动力。

二是变速状态：输出螺旋齿轮换档，拔叉推动输出螺旋齿轮沿轴线方向往输入圆锥体的大端移动，两组相啮合的螺旋齿轮因为受螺旋限位块和限位槽的限制，拔叉的外力使输入螺旋齿轮和输出螺旋齿轮产生一个转速差，从而使输出螺旋齿轮相对于输入螺旋齿轮以螺旋方式发生轴向位移，移动时齿轮一直保持啮合。移动后的输出螺旋齿轮与较大直径的输入螺旋齿轮相啮合并传动，则增大了转速比，提高了输出轴的转速，达到了加速的效果。

在沿轴向移动输出螺旋齿轮的时候，同步调整输出轴与输入轴之间的夹角，以保证输入螺旋齿轮与输出螺旋齿轮随时保持啮合。

反之往小直径螺旋齿方向移动输出螺旋齿轮，则达到减速的效果。

本发明实施例的无级变速装置具有以下特点：

1、变速时可以如摩擦式无极变速装置一样连续平滑变速。

2、传动时都以齿轮式精准传动。

3、传输力矩可以达到齿轮一样的大扭矩。

4、可以通过增加输入螺旋齿轮的锥形比可以大幅度增加变速比。

5、结构简单可靠，成本大幅度降低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无级变速装置，其特征在于，包括输入轴、输入螺旋齿轮、输出轴和输出螺旋齿轮；

所述输入螺旋齿轮包括输入圆锥体和输入齿；所述输入圆锥体与所述输入轴转动连接；所述输入齿在所述输入圆锥体的外圆周表面沿其轴线螺旋排布多圈；每一圈所述输入齿的螺距相等且多圈输入齿的齿数呈整数倍等比例增加；

所述输出螺旋齿轮包括输出圆锥体和输出齿；所述输出圆锥体可沿所述输出轴滑动且向所述输出轴传递扭矩；所述输出齿在所述输出圆锥体的外圆周表面沿其轴线螺旋排布至少一圈；所述输出齿的螺旋方向与所述输入齿的螺旋方向相反；每一圈所述输出齿的螺距与所述输入齿的螺距相等；

所述输入螺旋齿轮与所述输出螺旋齿轮啮合。

2.根据权利要求1所述的无级变速装置，其特征在于，还包括用于拨动所述输出螺旋齿轮在所述输出轴上滑动的拨叉。

3.根据权利要求2所述的无级变速装置，其特征在于，还包括用于调节所述输入轴与所述输出轴之间的夹角的角度调节装置。

4.根据权利要求3所述的无级变速装置，其特征在于，所述输出圆锥体与所述输出轴通过花键配合。

5.根据权利要求4所述的无级变速装置，其特征在于，所述输出齿的一侧设置有高于所述输出齿的齿高的限位块；所述输入螺旋齿轮的相邻两圈输入齿之间设置有限位槽；

所述限位块与所述限位槽配合。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的无级变速装置，其特征在于，所述输出齿在所述输出圆锥体的外圆周表面沿其轴线螺旋排布等于或大于360度。

7.根据权利要求6所述的无级变速装置，其特征在于，所述输入齿和所述输出齿的宽度不相等。

8.根据权利要求6所述的无级变速装置，其特征在于，所述输入齿和所述输出齿的宽度相等。

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