CN104565250B

CN104565250B - 楔爪式无级变速机构及传动系统

Info

Publication number: CN104565250B
Application number: CN201510042985.9A
Authority: CN
Inventors: 孙晓雁; 杨序; 李先明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2035-01-28
Also published as: CN104565250A

Abstract

本发明涉及无级变速机构及传动系统，即一种楔爪式无级变速机构，包括固定中心轴，固定中心轴上设置有双偏调心机构、矢量位移限制机构、楔爪式一级变速机构和楔爪式二级变速机构，所述楔爪式一级变速机构和楔爪式二级变速机构中的楔爪组件结构相同。具有楔爪式无级变速机构的传动系统，包括固定中心轴，设置在固定中心轴上的输入皮带轮和输出皮带轮之间的楔爪式无级变速机构、一级行星式动轴轮系和二级行星式动轴轮系。由于所述结构，具有很高的传动效率，很宽的速比范围，重量与体积小，能适应大扭矩、小体积的要求，能适应较大冲击载荷，调速阻力小，稳定性高，功率损耗少、发热少，噪音小，适用范围广的有益效果。

Description

楔爪式无级变速机构及传动系统

技术领域

本发明涉及无级变速机构及传动系统，尤其是一种低功耗、高传动效、小质量、小体积、低噪音和扩大应用范围的楔爪式无级变速机构及传动系统。

背景技术

一般的机械式无级变速机构，按其工作方式分类，主要有摩擦式和啮合式两大类。

摩擦式无级变速机构是利用在压力作用下，传动件间所产生的摩擦力实现动力的传递，通过改变传动件间的径比关系实现变速。由于在受力的工作状态时，这种传动的传动件间存在相对运动，且在传动件接触区中还存在一定的表面滑移现象，因此其传动的功率损耗很大，无用功耗大，功能传动效率很低。

啮合式无级变速机构应用较多，典型的主要是齿链式传动，其动力的传递是依靠齿链和链轮间的啮合力及摩擦力来实现的，通过改变齿链与两对链轮间啮合，楔紧时所处的径比关系来实现变速。由于这种传动的啮合主要是靠齿链变形来实现的，因此同样也存在传动件间的相对运动和传动件接触区中的表面滑移现象，而并非完全刚性的啮合形式，且其动力的传递还有很大部分要依靠摩擦式的传动来辅助完成，因此这种传动的功率损耗也是比较大的，无用功耗大，功能传动效率低。

故，一般的机械式无级变速机构，受其本身结构所限制，使其在应用上存在的缺陷如下：

1.功能传动效率低，大多不超过0.85。

2.速比范围有限，大多不超过6。

3.在同等功率、扭矩传动时，其体积、重量、占用空间均大于普通减速器，在要求大扭矩、小体积的应用场合受局限很大，即使用范围具有局限性。

4.大多不能适应较大的冲击载荷。

5.调速需克服一定阻力，特别是在负载状态下，因此调速用时长，反应慢。

6.由于功率损耗大，因此机构易发热，传动件间易损耗。

7.一般有较大的噪音。

8.应用范围小。

综上所述，现有技术的机械式无级变速机构以及该类机械式无级变速机构应用在传动系统中时，无用功耗大、功能传动效率低、速比范围小、整体质量大、体积大、使用过程中噪音大和应用范围小。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种低功耗、高传动效率、小质量、小体积和低噪音的楔爪式无级变速机构。

为实现本发明上述目的而采用的技术方案是：一种楔爪式无级变速机构，包括固定中心轴；其中：

所述固定中心轴上具有四方轴段，在四方轴段处套装有矩形滑块框，外力作用下所述矩形滑块框在四方轴段处上下滑动；所述矩形滑块框外套装有方孔框盘，外力作用下所述方孔框盘在矩形滑块框外左右滑动；在四方轴段靠近动力输入端的固定中心轴上套装有小偏心套，该小偏心套外套装有与小偏心套匹配的大偏心套，外力作用下小偏心套在大偏心套内沿固定中心轴的轴心旋转，所述小偏心套与大偏心套一体形成双偏调心机构；所述大偏心套的一端紧卡在方孔框盘的外沿，外力作用下大偏心套随方孔框盘一体在四方轴段处左右滑动，外力作用下所述大偏心套随与矩形滑块框联动的方孔框盘在四方轴段处上下滑动，大偏心套不能转动，该大偏心套的轴线只能作平行的矢量位移，使所述矩形滑块框与方孔框盘一体在四方轴段处形成矢量位移限制机构；

所述小偏心套靠近动力输入端一方具有延伸空心轴段，该延伸空心轴段为调速导入管，该调速导入管外壁通过轴承与楔爪式一级变速机构的一级槽盘连接，所述矩形滑块框靠近动力输出端一方的固定中心轴的轴段上通过轴承与楔爪式二级变速机构的二级支架连接；

所述楔爪式一级变速机构中的楔爪组件与楔爪式二级变速机构中的楔爪组件结构相同；

所述楔爪式一级变速机构又包括一级支架，该一级支架通过位于其内孔中的轴承与大偏心套外壁连接，所述一级支架的底盘外沿上设置有至少两组楔爪组件，所述一级支架的底盘位于一级槽盘的内腔中；所述楔爪式一级变速机构的楔爪组件还包括连杆，该连杆的一端通过支架销轴铰接在一级支架的底盘上，连杆的另一端通过楔爪销轴铰接在楔块上，该楔块在外力作用下绕楔爪销轴摆动，截面为梯形的楔块的弧形外沿位于一级槽盘内侧壁上的梯形环槽内；所述楔爪销轴靠近一级槽盘内底壁处的轴端上设置有滚轮，该滚轮的外沿紧抵在一级槽盘的内凸台外圆柱面上，所述滚轮外力作用下绕楔爪销轴旋转，该内凸台位于一级槽盘的内底壁中部，且内凸台与一级槽盘内侧壁上的梯形环槽具有同一轴心；所述楔块的开槽中通过弹簧销固定有扭力弹簧，该扭力弹簧的一端紧抵在楔块上，扭力弹簧的另一端紧抵在连杆腰部的弧形槽内；所述扭力弹簧的预紧力与滚轮的支撑力将截面为梯形的楔块的弧形外沿楔合在一级槽盘内侧壁上的梯形环槽内；

所述楔爪式二级变速机构又包括通过轴承安装在靠近动力输出端的固定中心轴的轴段上的二级支架，该二级支架的底盘外沿上设置有至少两组楔爪组件，所述二级支架的底盘位于二级槽盘的内腔中，该二级槽盘与一级支架固定为一体，所述二级槽盘的内壁与大偏心套之间设置有轴承，外力作用下二级槽盘与一级支架一体同步转动；所述楔爪式二级变速机构的楔爪组件

还包括连杆，该连杆的一端通过支架销轴铰接在二级支架的底盘上，连杆的另一端通过楔爪销轴铰接在楔块上，该楔块在外力作用下绕楔爪销轴摆动，截面为梯形的楔块的弧形外沿位于二级槽盘内侧壁上的梯形环槽内；所述楔爪销轴靠近二级槽盘内底壁处的轴端上设置有滚轮，该滚轮的外沿紧抵在二级槽盘的内凸台外圆柱面上，所述滚轮外力作用下绕楔爪销轴旋转，该内凸台位于二级槽盘的内底壁中部，且内凸台与二级槽盘内侧壁上的梯形环槽具有同一轴心；所述楔块的开槽中通过弹簧销固定有扭力弹簧，该扭力弹簧的一端紧抵在楔块上，扭力弹簧的另一端紧抵在连杆腰部的弧形槽内；所述扭力弹簧的预紧力与滚轮的支撑力将楔块的弧形外沿楔合在二级槽盘内侧壁上的梯形环槽内。

由于上述结构，降低了无用功耗、提高了传动效率、减小了质量、缩小了体积和降低了噪音。

本发明的又一目的是提供一种低功耗、高传动效、大速比范围、大扭矩、小质量、小体积、低噪音和大适用范围的具有楔爪式无级变速机构的传动系统。

为实现本发明上述目的而采用的技术方案是：一种具有楔爪式无级变速机构的传动系统，包括固定中心轴，设置在固定中心轴上的输入皮带轮和输出皮带轮；其中：

所述输入皮带轮与输出皮带轮之间设置有楔爪式无级变速机构、一级行星式动轴轮系和二级行星式动轴轮系，该楔爪式无级变速机构的动力输入端与输入皮带轮通过连接轴紧固连接，所述楔爪式无级变速机构的动力输出端与一级行星式动轴轮系的内齿轮Ⅰ通过连接轴紧固连接；

所述一级行星式动轴轮系又包括内齿轮Ⅰ、行星齿轮Ⅰ、中心齿轮Ⅰ和转臂，所述内齿轮Ⅰ与行星齿轮Ⅰ啮合，该行星齿轮Ⅰ同时与中心齿轮Ⅰ啮合，该中心齿轮Ⅰ固定在固定中心轴上，所述行星齿轮Ⅰ装配在转臂上，该转臂为一级行星式动轴轮系和二级行星式动轴轮系所共用并套装在固定中心轴上；

所述二级行星式动轴轮系又包括内齿轮Ⅱ、行星齿轮Ⅱ、中心齿轮Ⅱ和转臂，所述内齿轮Ⅱ与行星齿轮Ⅱ啮合，该行星齿轮Ⅱ同时与中心齿轮Ⅱ啮合，所述中心齿轮Ⅱ通过连接轴与输出皮带轮连接并一体套装在固定中心轴上，所述行星齿轮Ⅱ装配在转臂上，所述内齿轮Ⅱ与输入皮带轮通过连接器紧固连接；

使用时，所述输入皮带轮的驱动运动被分为两路，第一路驱动运动经楔爪式无级变速机构变速后传递给一级行星式动轴轮系中的内齿轮Ⅰ，再由一级行星式动轴轮系将运动减速后通过转臂传递至二级行星式动轴轮系；第二路驱动运动经由内齿轮Ⅱ直接传递至二级行星式动轴轮系，由转臂和内齿轮Ⅱ分路传来的两个运动在二级行星式动轴轮系处合成一个运动，该合成运动最终由中心齿轮Ⅱ传递给输出皮带轮。

当然，上述过程中的第一路驱动也可以是：输入皮带轮将一个分运动先传递至一级行星式动轴轮系，一级行星式动轴轮系将运动减速后传递至楔爪式无级变速机构，楔爪式无级变速机构将运动变速后再传递至二级行星式动轴轮系。由于所述的这种过程只是改变了系统各要素之间的联系方式，但其总体内容相同，最终效果也完全相同，因此不再作详细描述。

由于上述传动系统所述结构，降低了无用功耗、提高了传动效率、增大了速比范围、加大了扭矩承载能力、降低了质量、减小了体积、降低了噪音和扩大了适用范围。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。

图1 为本发明楔爪式无级变速机构的结构示意图。

图2为双偏调心机构A初始状态时图1左视方向的结构示意图。

图3为双偏调心机构A偏心状态时图1左视方向的结构示意图。

图4为图1左视方向中双偏调心机构A初始状态的结构示意图。

图5为图1左视方向中矢量位移限制机构B初始状态的结构示意图。

图6为图1左视方向中双偏调心机构A偏心状态的结构示意图。

图7为图1左视方向中矢量位移限制机构B作平面位移后的结构示意图。

图8 为本发明具有楔爪式无级变速机构的传动系统的结构示意图。

图中：1、固定中心轴；2、小偏心套；3、大偏心套；4、矩形滑块框；5、方孔框盘；6、一级槽盘；7、一级支架；8、二级槽盘；9、二级支架；10、楔爪组件；11、楔块；12、连杆；13、滚轮；14、楔爪销轴；15、弹簧销；16、扭力弹簧；17、支架销轴；18、调速导入管；19、动力输入端；20、动力输出端；21、内齿轮Ⅰ；22、行星齿轮Ⅰ；23、中心齿轮Ⅰ；24、内齿轮Ⅱ；25、行星齿轮Ⅱ；26、中心齿轮Ⅱ；27、转臂；28、输入皮带轮；29、输出皮带轮；30、调速手柄；A、双偏调心机构；B、矢量位移限制机构；C、楔爪式一级变速机构；D、楔爪式二级变速机构；E、楔爪式无级变速机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

参见附图1至7，图中的楔爪式无级变速机构，包括固定中心轴1；其中：

所述固定中心轴1上具有四方轴段，在四方轴段处套装有矩形滑块框4，外力作用下所述矩形滑块框4在四方轴段处上下滑动；所述矩形滑块框4外套装有方孔框盘5，外力作用下所述方孔框盘5在矩形滑块框4外左右滑动；在四方轴段靠近动力输入端19的固定中心轴1上套装有小偏心套2，该小偏心套2外套装有与小偏心套2匹配的大偏心套3，外力作用下小偏心套2在大偏心套3内沿固定中心轴1的轴心旋转，所述小偏心套2与大偏心套3一体形成双偏调心机构A；所述大偏心套3的一端紧卡在方孔框盘5的外沿，外力作用下大偏心套3随方孔框盘5一体在四方轴段处左右滑动，外力作用下所述大偏心套3随与矩形滑块框4联动的方孔框盘5在四方轴段处上下滑动，大偏心套3不能转动，该大偏心套3的轴线只能作平行的矢量位移，使所述矩形滑块框4与方孔框盘5一体在四方轴段处形成矢量位移限制机构B；

所述小偏心套2靠近动力输入端19一方具有延伸空心轴段，该延伸空心轴段为调速导入管18，该调速导入管18外壁通过轴承与楔爪式一级变速机构C的一级槽盘6连接，所述矩形滑块框4靠近动力输出端20一方的固定中心轴1的轴段上通过轴承与楔爪式二级变速机构D的二级支架9连接；

所述楔爪式一级变速机构C中的楔爪组件10与楔爪式二级变速机构D中的楔爪组件10结构相同；

所述楔爪式一级变速机构C又包括一级支架7，该一级支架7通过位于其内孔中的轴承与大偏心套3外壁连接，所述一级支架7的底盘外沿上设置有至少两组楔爪组件10，所述一级支架7的底盘位于一级槽盘6的内腔中；所述楔爪式一级变速机构C的楔爪组件10还包括连杆12，该连杆12的一端通过支架销轴17铰接在一级支架7的底盘上，连杆12的另一端通过楔爪销轴14铰接在楔块11上，该楔块11在外力作用下绕楔爪销轴14摆动，截面为梯形的楔块11的弧形外沿位于一级槽盘6内侧壁上的梯形环槽内；所述楔爪销轴14靠近一级槽盘6内底壁处的轴端上设置有滚轮13，该滚轮13的外沿紧抵在一级槽盘6的内凸台外圆柱面上，所述滚轮13外力作用下绕楔爪销轴14旋转，该内凸台位于一级槽盘6的内底壁中部，且内凸台与一级槽盘6内侧壁上的梯形环槽具有同一轴心；所述楔块11的开槽中通过弹簧销15固定有扭力弹簧16，该扭力弹簧16的一端紧抵在楔块11上，扭力弹簧16的另一端紧抵在连杆12腰部的弧形槽内；所述扭力弹簧16的预紧力与滚轮13的支撑力将楔块11的弧形外沿楔合在一级槽盘6内侧壁上的梯形环槽内；

所述楔爪式二级变速机构D又包括通过轴承安装在靠近动力输出端20的固定中心轴1的轴段上的二级支架9，该二级支架9的底盘外沿上设置有至少两组楔爪组件10，所述二级支架9的底盘位于二级槽盘8的内腔中，该二级槽盘8与一级支架7固定为一体，所述二级槽盘8的内壁与大偏心套3之间设置有轴承，外力作用下二级槽盘8与一级支架7一体同步转动；所述楔爪式二级变速机构D的楔爪组件10

还包括连杆12，该连杆12的一端通过支架销轴17铰接在二级支架9的底盘上，连杆12的另一端通过楔爪销轴14铰接在楔块11上，该楔块11在外力作用下绕楔爪销轴14摆动，截面为梯形的楔块11的弧形外沿位于二级槽盘8内侧壁上的梯形环槽内；所述楔爪销轴14靠近二级槽盘8内底壁处的轴端上设置有滚轮13，该滚轮13的外沿紧抵在二级槽盘8的内凸台外圆柱面上，所述滚轮13外力作用下绕楔爪销轴14旋转，该内凸台位于二级槽盘8的内底壁中部，且内凸台与二级槽盘8内侧壁上的梯形环槽具有同一轴心；所述楔块11的开槽中通过弹簧销15固定有扭力弹簧16，该扭力弹簧16的一端紧抵在楔块11上，扭力弹簧16的另一端紧抵在连杆12腰部的弧形槽内；所述扭力弹簧16的预紧力与滚轮13的支撑力将楔块11的弧形外沿楔合在二级槽盘8内侧壁上的梯形环槽内。

为便于与传动系统装配连接，上述实施例中，优选地：所述动力输入端19位于一级槽盘6上，该一级槽盘6上设置有供动力输入轴安装的输入安装部。

为便于与传动系统装配连接，上述实施例中，优选地：所述动力输出端20位于二级支架9上，该二级支架9上设置有供动力输入轴安装的输出安装部。

为便于调节速度，上述实施例中，优选地：所述调速导入管18的端部固定有调速手柄30。

为保证传动平稳，上述实施例中，优选地：所述楔爪式一级变速机构C中的楔爪组件10与楔爪式二级变速机构D中的楔爪组件10均为五组。

下面结合附图，对上述实施例的工作过程以及优点作以下说明。

后续描述中，所有驱动带动旋向均与图示旋向一致，并被确定为正向旋转或正转，反之则为反向旋转或反转；固定中心轴1的轴心O₁被确定为基准轴心，O₂是偏心传动时大偏心套3外圆柱面【外壁】的轴心，并与O₁平行。

上述楔爪式无级变速机构E的驱动过程如下：

动力输入端19以正向输入的运动带动一级槽盘6正向转动，一级槽盘6通过楔爪式一级变速机构C中的楔爪组件10正向推动一级支架7，与一级支架7一体的二级槽盘8正向转动，二级槽盘8通过楔爪式二级变速机构D中的楔爪组件10推动二级支架9正向转动，二级支架9与负载连接实现运动的正向输出。

初始状态时，小偏心套2与大偏心套3装配后形成的双偏调心机构A中大偏心套3的外壁轴心与固定中心轴1的轴心重合，小偏心套2在矢量位移限制机构B限制作用下只能正向旋转，大偏心套3处于极限位置，且不能转动，只能向上和向右整体移动。此时，楔爪式一级变速机构C与楔爪式二级变速机构D中对应的槽盘【一级槽盘6和二级槽盘8】和支架【一级支架7和二级支架9】只能沿固定中心轴1的轴心O₁转动。在该过程中，所述楔爪式一级变速机构C与所述楔爪式二级变速机构D的传动比均为1:1，具体而言，【所述楔爪式一级变速机构C中的楔爪组件10与楔爪式二级变速机构D中的楔爪组件10均以五组为基础解释的】所述楔爪式一级变速机构C中所有楔爪组件10的楔块11均与一级槽盘6内侧壁上的梯形环槽楔紧从而驱动一级支架7，即一级槽盘6以2π/5的推角推动一级支架7转过2π/5的转角，该一级支架7直接带动二级槽盘8；所述楔爪式二级变速机构D中所有楔爪组件10的楔块11均与二级槽盘8内侧壁上的梯形环槽楔紧从而驱动二级支架9，二级槽盘8也以2π/5的推角推动二级支架9转过2π/5的转角。

当小偏心套2正向转动到极限位置，即在矢量位移限制机构B的限制作用下，小偏心套2不能再依正向旋转时，大偏心套3在双偏调心机构A和矢量位移限制机构B的双重作用下，该大偏心套3的外壁轴心将从O₁逐渐平行移动至O₂，此时，楔爪式一级变速机构C中一级支架7与楔爪式二级变速机构D中二级槽盘8的旋转轴心与大偏心套3外壁轴心一体移动，楔爪式一级变速机构C中一级支架7与楔爪式二级变速机构D中二级槽盘8的旋转轴心也从O₁逐渐移动至O₂，整个过程中楔爪式一级变速机构C中的一级槽盘6与一级支架7之间、楔爪式二级变速机构D中的二级槽盘8与二级支架9之间，在小偏心套2的转动下实现无级而精准的偏心度变化，该偏心度变化范围在O₁与O₂之间位移变化。在该过程中，所述楔爪式一级变速机构C中的一级槽盘6与一级支架7逐渐处于偏心状态，使得五组楔爪组件10中的一组楔爪组件10因驱动的楔紧作用而由一级槽盘6推动，此时一级槽盘6以最小的作用推角驱动一级支架7转过一个单位转角，该转角大于推角，紧邻所述一组楔爪组件10的前后的其余楔爪组件10在被驱动的一级支架7的带动下转过一个单位转角时，其余楔爪组件10上的楔块11在一级槽盘6上将会以O₁为轴心转过一个大于上述推角的角度，即其余楔爪组件10上的楔块11会绕楔爪销轴14反转摆动而脱离一级槽盘6内侧壁上的梯形环槽，也就是其余楔爪组件10上的楔块11不再与一级槽盘6内侧壁上的梯形环槽楔紧，这些楔爪组件10将处于自由状态而不参与驱动一级支架7；当前面所述的一组楔爪组件10完成一个作用推角后，后续而来的其余楔爪组件10会顺次且十分平稳地接替前者继续作用，并且这种接替是无缝隙的连续，从而使传动平稳而连续不断，此时的传动是以升速方式进行的；如图3所示，【图中的楔爪式一级变速机构C中只有一级槽盘6的位置关系，但由于其另外部件和传动关系均与楔爪式二级变速机构D相同，因此可参照说明。】一级槽盘6以小于2π/5的作用推角推动一级支架7转过了一个2π/5的单位转角，并且偏心度越大，升速比越大，随偏心度的精细调节，可使这种传动得到可准确调速的无级变速功能；同理，所述楔爪式二级变速机构D的二级槽盘8与二级支架9之间也逐渐处于偏心状态，使得五组楔爪组件10中的一组楔爪组件10因楔紧作用而由二级槽盘8推动，此时二级槽盘8以最小的作用推角驱动二级支架9转过一个单位转角，该转角大于推角，紧邻所述一组楔爪组件10的前后的其余楔爪组件10在被驱动的二级支架9带动下转过一个单位转角时，其余楔爪组件10上的楔块11在二级槽盘8上将会以O₂为轴心转过一个大于上述推角的角度，即其余楔爪组件10上的楔块11会绕楔爪销轴14反转摆动而脱离二级槽盘8内侧壁上的梯形环槽，也就是其余楔爪组件10上的楔块11不再与二级槽盘8内侧壁上的梯形环槽楔紧，这些楔爪组件10将处于自由状态而不参与驱动二级支架9；当前面所述一组楔爪组件10完成一个作用推角后，后续而来的其余楔爪组件10会顺次且十分平稳地接替前者继续作用，并且这种接替是无缝隙的连续，从而使传动平稳而连续不断，此时的传动是以升速方式进行的；如图3所示，二级槽盘8以小于2π/5的作用推角推动二级支架9转过了一个2π/5的单位转角，并且偏心度越大，升速比越大，随偏心度的精细调节，可使这种传动得到可准确调速的无级变速功能。所述楔爪式一级变速机构C中一级支架7与楔爪式二级变速机构D中二级槽盘8的旋转轴心从O₁逐渐移动至O₂，是一个升速比逐渐加大的过程，当然在使用过程中，动力输入端19与动力输出端20的最大升速比一般不超过1:1.44。

在上述工作过程中，所述楔爪式一级变速机构C中的楔块11脱离一级槽盘6的动作方向上的楔角大过他们在推进时动作方向上的作用楔角，并大过他们之间的自锁角，在零件刚性足够的情况下，其离合的动作并不会产生机械损失，楔爪式二级变速机构D与述楔爪式一级变速机构C的效果完全相同；传动过程中动力的传递虽然依靠的是摩擦力矩，但此时的摩擦副之间相对处于静止状态，也就无摩擦损失之说。因此，这种传动方式是一种利用了摩擦力的纯刚性的传动，它在全速比范围内均具有很高的传动效率。正常情况下，其效率高于齿轮传动，一般传动效率能高达0.99。

上述楔爪式无级变速机构的优点如下：

降低了功耗、提高了传动效率、减小了质量、缩小了体积和降低了噪音，同时还具有单向离合的功能。

参见附图1至8，图中的一种具有楔爪式无级变速机构的传动系统，包括固定中心轴1，设置在固定中心轴1上的输入皮带轮28和输出皮带轮29；其中：

所述输入皮带轮28与输出皮带轮29之间设置有楔爪式无级变速机构E、一级行星式动轴轮系和二级行星式动轴轮系，该楔爪式无级变速机构E的动力输入端19与输入皮带轮28通过连接轴紧固连接，所述楔爪式无级变速机构E的动力输出端20与一级行星式动轴轮系的内齿轮Ⅰ21通过连接轴紧固连接；

所述一级行星式动轴轮系又包括内齿轮Ⅰ21、行星齿轮Ⅰ22、中心齿轮Ⅰ23和转臂27，所述内齿轮Ⅰ21与行星齿轮Ⅰ22啮合，该行星齿轮Ⅰ22同时与中心齿轮Ⅰ23啮合，该中心齿轮Ⅰ23固定在固定中心轴1上，所述行星齿轮Ⅰ22装配在转臂27上，该转臂27为一级行星式动轴轮系和二级行星式动轴轮系所共用并套装在固定中心轴1上；

所述二级行星式动轴轮系又包括内齿轮Ⅱ24、行星齿轮Ⅱ25、中心齿轮Ⅱ26和转臂27，所述内齿轮Ⅱ24与行星齿轮Ⅱ25啮合，该行星齿轮Ⅱ25同时与中心齿轮Ⅱ26啮合，所述中心齿轮Ⅱ26通过连接轴与输出皮带轮29连接并一体套装在固定中心轴1上，所述行星齿轮Ⅱ25装配在转臂27上，所述内齿轮Ⅱ24与输入皮带轮28通过连接器紧固连接；

使用时，所述输入皮带轮28的驱动运动被分为两路，第一路驱动运动经楔爪式无级变速机构E变速后传递给一级行星式动轴轮系中的内齿轮Ⅰ21，再由一级行星式动轴轮系将运动减速后通过转臂27传递至二级行星式动轴轮系；第二路驱动运动经由内齿轮Ⅱ24直接传递至二级行星式动轴轮系，由转臂27和内齿轮Ⅱ24分路传来的两个运动在二级行星式动轴轮系处合成一个运动，该合成运动最终由中心齿轮Ⅱ26传递给输出皮带轮29。

上述实施例中，优选地：楔爪式无级变速机构E包括固定中心轴1上具有的四方轴段，在四方轴段处套装有矩形滑块框4，外力作用下所述矩形滑块框4在四方轴段处上下滑动；所述矩形滑块框4外套装有方孔框盘5，外力作用下所述方孔框盘5在矩形滑块框4外左右滑动；在四方轴段靠近动力输入端19一方的固定中心轴1上套装有小偏心套2，该小偏心套2外套装有与小偏心套2匹配的大偏心套3，外力作用下小偏心套2在大偏心套3内沿固定中心轴1的轴心旋转，所述小偏心套2与大偏心套3一体形成双偏调心机构A；所述大偏心套3的一端紧卡在方孔框盘5的外沿，外力作用下大偏心套3随方孔框盘5一体在四方轴段处左右滑动，外力作用下所述大偏心套3随与矩形滑块框4联动的方孔框盘5在四方轴段处上下滑动，大偏心套3不能转动，该大偏心套3的轴线只能作平行的矢量位移，使所述矩形滑块框4与方孔框盘5一体在四方轴段处形成矢量位移限制机构B；

为便于与传动系统装配连接，上述实施例中，优选地：所述动力输入端19位于一级槽盘6上，该一级槽盘6上设置有供动力输入轴安装的输入安装部；所述动力输出端20位于二级支9上，该二级支9上设置有供动力输入轴安装的输出安装部。

上述传动系统中所述楔爪式无级变速机构E的工作过程以及优点前面已经详细叙述，在此不再赘述。整个传动系统在使用过程中，输入皮带轮28将外部动力源传来的正转方向的驱动运动分两路往后传递：第一路运动以正转方向传递至楔爪式无级变速机构E，运动经楔爪式无级变速机构E变速处理后再以正转方向传递至一级行星式动轴轮系，运动再经一级行星式动轴轮系减速处理后以正转方向传递至二级行星式动轴轮系；第二路运动则以正转方向直接传递至二级行星式动轴轮系；两路以正转方向传来的运动在二级行星式动轴轮系处被合成一个运动，该合成运动由二级行星式动轴轮系以正转方向传递给输出皮带轮29，最终由输出皮带轮29将这个带有动能的运动以正转方向传递至负载。

上述过程中，当整个系统输入运动的转速一定，转动调速手柄30带动调速导入管18和小偏心套2对楔爪式无级变速机构E进行速比调解时，该楔爪式无级变速机构E的输出转速比将会改变，这个改变将会导致前述的第一路运动到达二级行星式动轴轮系时的转速也发生改变，进而使前述的合成运动的转速也相应改变，这样即改变了整个传动系统的速比关系，并且这种整个传动系统的速比变化是无级的；在整个传动系统配置得当的状态下，其速比范围相对于楔爪式无级变速机构E来说可以被放大很多，这是一种十分有用的系统效应。

对上述结论举例进一步说明：设定一级行星式动轴轮系的内齿轮Ⅰ21、行星齿轮Ⅰ22、中心齿轮Ⅰ23的齿数比值为3：1：1，二级行星式动轴轮系的内齿轮Ⅱ24、行星齿轮Ⅱ25、中心齿轮Ⅱ26的齿数比值为34：11：12；设定楔爪式无级变速机构E的速比从1：1.42逐渐变化至1:1，其速比范围为1.42；对应设定，此时整个系统所对应产生的速比为从0.8:1逐渐变化至24:1，其速比范围为30，是楔爪式无级变速机构E原设定值的21倍，并且整个系统在获得一个很大的速比范围的同时，还获得了一个很大的减速比。正是这种系统效应的优点，使这种具有楔爪式无级变速机构的传动系统具备了很宽的使用范围。

在整个传动系统中，所用到的行星式齿轮传动轮系属于传动效率很高的类型，具有高效传动的特性，所用到的楔爪式无级变速机构E也具有高效传动的特性，故这种具有楔爪式无级变速机构的传动系统具有很高的传动效率，在精度有保障情况下，其传动效率一般可达0.97。

上述传动系统中，一级行星式动轴轮系和二级行星式动轴轮系的承载能力比普通齿轮传动大出很多，能承受很大负载，而楔爪式无级变速机构E只要其中的楔爪销轴14和支架销轴17的承压、承剪切面积足够即可承受很大负载，因此，这种传动系统以及楔爪式无级变速机构E承载能力很强，并能适应较大的冲击载荷。同等功率，扭矩传动，特别是低转速、大扭矩传动时，其体积、重量均小于普通减速器。

上述楔爪式无级变速机构E以及具有楔爪式无级变速机构的传动系统是这样调速的，通过调速导入管18以一个较大的转角来调节一个较小的偏心变量，因此这种方式调速阻力很小，自稳定性高，可在载荷状态下快速和较为精确地使楔爪式无级变速机构E以及具有楔爪式无级变速机构的传动系统达到所需速比状态，实用操纵性好。扩大了了适用范围。

与现有技术相比，本发明的楔爪式无级变速机构及传动系统具有很高的传动效率，很宽的速比范围，重量与体积小，能适应大扭矩、小体积的要求，能适应较大冲击载荷，调速阻力小，稳定性高，功率损耗少、发热少，噪音小，适用范围广的有益效果。

显然，上述描述的所有实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范畴。

综上所述，本发明较一般的机械式无级变速机构而言，降低了功耗、提高了传动效率、扩大了速比范围、加大了承载扭矩能力、减小了质量、缩小了体积、降低了噪音和扩大了应用范围。

Claims

1.一种楔爪式无级变速机构，包括固定中心轴（1）；其特征在于：

所述固定中心轴（1）上具有四方轴段，在四方轴段处套装有矩形滑块框（4），外力作用下所述矩形滑块框（4）在四方轴段处上下滑动；所述矩形滑块框（4）外套装有方孔框盘（5），外力作用下所述方孔框盘（5）在矩形滑块框（4）外左右滑动；在四方轴段靠近动力输入端（19）的固定中心轴（1）上套装有小偏心套（2），该小偏心套（2）外套装有与小偏心套（2）匹配的大偏心套（3），外力作用下小偏心套（2）在大偏心套（3）内沿固定中心轴（1）的轴心旋转，所述小偏心套（2）与大偏心套（3）一体形成双偏调心机构（A）；所述大偏心套（3）的一端紧卡在方孔框盘（5）的外沿，外力作用下大偏心套（3）随方孔框盘（5）一体在四方轴段处左右滑动，外力作用下所述大偏心套（3）随与矩形滑块框（4）联动的方孔框盘（5）在四方轴段处上下滑动，大偏心套（3）不能转动，该大偏心套（3）的轴线只能作平行的矢量位移，使所述矩形滑块框（4）与方孔框盘（5）一体在四方轴段处形成矢量位移限制机构（B）；

所述小偏心套（2）靠近动力输入端（19）一方具有延伸空心轴段，该延伸空心轴段为调速导入管（18），该调速导入管（18）外壁通过轴承与楔爪式一级变速机构（C）的一级槽盘（6）连接，所述矩形滑块框（4）靠近动力输出端（20）一方的固定中心轴（1）的轴段上通过轴承与楔爪式二级变速机构（D）的二级支架（9）连接；

所述楔爪式一级变速机构（C）中的楔爪组件（10）与楔爪式二级变速机构（D）中的楔爪组件（10）结构相同；

所述楔爪式一级变速机构（C）又包括一级支架（7），该一级支架（7）通过位于其内孔中的轴承与大偏心套（3）外壁连接，所述一级支架（7）的底盘外沿上设置有至少两组楔爪组件（10），所述一级支架（7）的底盘位于一级槽盘（6）的内腔中；所述楔爪式一级变速机构（C）的楔爪组件（10）还包括连杆（12），该连杆（12）的一端通过支架销轴（17）铰接在一级支架（7）的底盘上，连杆（12）的另一端通过楔爪销轴（14）铰接在楔块（11）上，该楔块（11）在外力作用下绕楔爪销轴（14）摆动，截面为梯形的楔块（11）的弧形外沿位于一级槽盘（6）内侧壁上的梯形环槽内；所述楔爪销轴（14）靠近一级槽盘（6）内底壁处的轴端上设置有滚轮（13），该滚轮（13）的外沿紧抵在一级槽盘（6）的内凸台外圆柱面上，所述滚轮（13）外力作用下绕楔爪销轴（14）旋转，该内凸台位于一级槽盘（6）的内底壁中部，且内凸台与一级槽盘（6）内侧壁上的梯形环槽具有同一轴心；所述楔块（11）的开槽中通过弹簧销（15）固定有扭力弹簧（16），该扭力弹簧（16）的一端紧抵在楔块（11）上，扭力弹簧（16）的另一端紧抵在连杆（12）腰部的弧形槽内；所述扭力弹簧（16）的预紧力与滚轮（13）的支撑力将截面为梯形的楔块（11）的弧形外沿楔合在一级槽盘（6）内侧壁上的梯形环槽内；

所述楔爪式二级变速机构（D）又包括通过轴承安装在靠近动力输出端（20）的固定中心轴（1）的轴段上的二级支架（9），该二级支架（9）的底盘外沿上设置有至少两组楔爪组件（10），所述二级支架（9）的底盘位于二级槽盘（8）的内腔中，该二级槽盘（8）与一级支架（7）固定为一体，所述二级槽盘（8）的内壁与大偏心套（3）之间设置有轴承，外力作用下二级槽盘（8）与一级支架（7）一体同步转动；所述楔爪式二级变速机构（D）的楔爪组件（10）

还包括连杆（12），该连杆（12）的一端通过支架销轴（17）铰接在二级支架（9）的底盘上，连杆（12）的另一端通过楔爪销轴（14）铰接在楔块（11）上，该楔块（11）在外力作用下绕楔爪销轴（14）摆动，截面为梯形的楔块（11）的弧形外沿位于二级槽盘（8）内侧壁上的梯形环槽内；所述楔爪销轴（14）靠近二级槽盘（8）内底壁处的轴端上设置有滚轮（13），该滚轮（13）的外沿紧抵在二级槽盘（8）的内凸台外圆柱面上，所述滚轮（13）外力作用下绕楔爪销轴（14）旋转，该内凸台位于二级槽盘（8）的内底壁中部，且内凸台与二级槽盘（8）内侧壁上的梯形环槽具有同一轴心；所述楔块（11）的开槽中通过弹簧销（15）固定有扭力弹簧（16），该扭力弹簧（16）的一端紧抵在楔块（11）上，扭力弹簧（16）的另一端紧抵在连杆（12）腰部的弧形槽内；所述扭力弹簧（16）的预紧力与滚轮（13）的支撑力将楔块（11）的弧形外沿楔合在二级槽盘（8）内侧壁上的梯形环槽内。

2.根据权利要求1所述的楔爪式无级变速机构，其特征在于：所述动力输入端（19）位于一级槽盘（6）上，该一级槽盘（6）上设置有供动力输入轴安装的输入安装部。

3.根据权利要求1所述的楔爪式无级变速机构，其特征在于：所述动力输出端（20）位于二级支架（9）上，该二级支架（9）上设置有供动力输入轴安装的输出安装部。

4.根据权利要求1所述的楔爪式无级变速机构，其特征在于：所述调速导入管（18）的端部固定有调速手柄（30）。

5.根据权利要求1所述的楔爪式无级变速机构，其特征在于：所述楔爪式一级变速机构（C）中的楔爪组件（10）与楔爪式二级变速机构（D）中的楔爪组件（10）均为五组。

6.一种具有权利要求1所述楔爪式无级变速机构的传动系统，包括固定中心轴（1），设置在固定中心轴（1）上的输入皮带轮（28）和输出皮带轮（29）；其特征在于：

所述输入皮带轮（28）与输出皮带轮（29）之间设置有楔爪式无级变速机构（E）、一级行星式动轴轮系和二级行星式动轴轮系，该楔爪式无级变速机构（E）的动力输入端（19）与输入皮带轮（28）通过连接轴紧固连接，所述楔爪式无级变速机构（E）的动力输出端（20）与一级行星式动轴轮系的内齿轮Ⅰ（21）通过连接轴紧固连接；

所述一级行星式动轴轮系又包括内齿轮Ⅰ（21）、行星齿轮Ⅰ（22）、中心齿轮Ⅰ（23）和转臂（27），所述内齿轮Ⅰ（21）与行星齿轮Ⅰ（22）啮合，该行星齿轮Ⅰ（22）同时与中心齿轮Ⅰ（23）啮合，该中心齿轮Ⅰ（23）固定在固定中心轴（1）上，所述行星齿轮Ⅰ（22）装配在转臂（27）上，该转臂（27）为一级行星式动轴轮系和二级行星式动轴轮系所共用并套装在固定中心轴（1）上；

所述二级行星式动轴轮系又包括内齿轮Ⅱ（24）、行星齿轮Ⅱ（25）、中心齿轮Ⅱ（26）和转臂（27），所述内齿轮Ⅱ（24）与行星齿轮Ⅱ（25）啮合，该行星齿轮Ⅱ（25）同时与中心齿轮Ⅱ（26）啮合，所述中心齿轮Ⅱ（26）通过连接轴与输出皮带轮（29）连接并一体套装在固定中心轴（1）上，所述行星齿轮Ⅱ（25）装配在转臂（27）上，所述内齿轮Ⅱ（24）与输入皮带轮（28）通过连接器紧固连接；

使用时，所述输入皮带轮（28）的驱动运动被分为两路，第一路驱动运动经楔爪式无级变速机构（E）变速后传递给一级行星式动轴轮系中的内齿轮Ⅰ（21），再由一级行星式动轴轮系将运动减速后通过转臂（27）传递至二级行星式动轴轮系；第二路驱动运动经由内齿轮Ⅱ（24）直接传递至二级行星式动轴轮系，由转臂（27）和内齿轮Ⅱ（24）分路传来的两个运动在二级行星式动轴轮系处合成一个运动，该合成运动最终由中心齿轮Ⅱ（26）传递给输出皮带轮（29）。