CN104989794A - 一种适用于非共线传动的滑动无级变速机构 - Google Patents

Abstract

本属于变速机构技术领域，尤其涉及一种适用于非共线传动的滑动无级变速机构，它包括变速箱体、球形腔壁、万向轴套、液压缸、变速执行轴、传动轴、变速盘、万向节、过渡轴、变速锥、导轨、导轨滑块等，万向轴套安装在球形腔体内部，可以使输入输出轴万向转动，使变速机构适用于输入输出轴非共线传动变速的情况，两执行轴又通过万向节和过渡轴实现非共线传动；变速执行中,接触点上变速锥与变速盘线速度相同，因为各自接触点与其轴线的径向长度不同,形成输入轴的转速和输出轴的转速不同，从而实现了变速；该机构设计较为复杂但所实现的非共线变速的功能具有一定的实用价值，具有很好的市场前景。

Description

一种适用于非共线传动的滑动无级变速机构

技术领域

本发明属于变速机构技术领域，公开了一种适用于非共线传动的滑动无级变速机构。

背景技术

变速机构分为档位变速和无级变速两种，无级变速因为传动比可以连续变化的优点逐渐取代了档位变速，对于目前的变速机构对输入轴输出轴具有固定角度的要求，针对输入轴输出轴不稳定，有一定角度变化的情况下，直接使用传统变速机构的话会对变速机构有较大的影响，甚至损坏变速机构的传动部件。目前的解决方法是，需要额外加入万向节来匹配输入轴和输出轴的位置和角度，实现起来有一定的复杂性。本发明意在解决此问题，设计的变速机构允许一定的输入轴输出轴角度不稳定现象，且还可以实现无级变速，具有特定的使用效果。

发明内容

为了解决上述现有技术的缺陷，本发明揭示一种适用于非共线传动的滑动无级变速机构，它是采用以下技术方案来实现的。

一种适用于非共线传动的滑动无级变速机构，其特征在于它包括变速箱体、球形腔壁、万向轴套、液压缸、变速执行轴、液压卡板、执行轴盖、传动轴、液压缸固定结构、执行轴套、变速盘、万向节、过渡轴、变速锥、侧板槽、导轨、球形腔壁固定法兰、导轨滑块，其中球形腔壁、万向轴套、液压缸、变速执行轴、液压卡板、执行轴盖、传动轴、液压缸固定结构、执行轴套、变速盘、万向节、变速锥、导轨、球形腔壁固定法兰、导轨滑块等以变速箱体中心面为对称面对称分布；

对于对称面的任意一侧的结构，上述球形腔壁为半球形腔壁，球形腔壁固定法兰通过内圈面安装在半球形腔壁圆截面外圆面上，两个球形腔壁通过各自的球形腔壁固定法兰安装在变速箱体的侧板开有圆口处的位置内外两侧上，两个球形腔壁和侧板圆口的圆柱面形成近似球形腔体；万向轴套内为中空圆柱体，外表面两端为圆柱面，中间段为球面，传动轴安装在万向轴套内圆柱面内，万向轴套通过中间段外球面与球形腔体内部内球面配合安装在球形腔体内部；传动轴一端接外设备，一端安装有变速锥；万向轴套为一个球面可以在球形腔壁里万向滑动，因为此机构作用，变速机构允许一定的输入轴和输出轴的角度不稳定现象，即非共线现象；

上述导轨滑块滑动于固定安装在万向轴套一侧圆柱面上的导轨上，执行轴安装在执行轴套内，执行轴套通过外圆柱面固定在导轨滑块侧面上；变速盘安装于执行轴一端上且离端面有一定的距离，该端面通过万向节与过渡轴一端连接，其中导轨滑块、执行轴套、液压缸固定结构三者固定连接，并一起随着万向轴套轴线角度变化而变化，目的在于执行轴和输入轴平行，使得相配合的变速盘与变速锥能够在最佳的相互接触位置上高效的摩擦传动；

上述液压缸安装在液压缸固定结构圆孔内，液压缸固定结构安装在执行轴套上侧外圆柱面上，液压缸一端安装有液压卡板，执行轴一端安装在液压卡板下侧圆孔内，执行轴轴盖安装在执行轴末端，且位于液压卡板外侧；如上所述，液压缸固定结构固定在执行轴轴套上，保证了执行轴和液压缸的轴线平行，轴线的平行才能够实现液压缸在使用过程中，通过自身的伸缩控制执行轴的左右移动的功能。如上所述液压缸也是以变速箱体中心面对称分布的，主要是考虑到当执行轴左右移动，执行轴上的变速盘会在变速锥上移动，因为变速锥的锥形，变速盘的轴线会上下移动，造成执行轴的上下移动，当执行轴上下移动时，虽然万向节和过渡轴的使用能够让执行轴正常传动，但是可能出现两个执行轴左右移动位移量不同的可能，所以需要设计左右两个液压缸来分别控制执行轴的移动量，对两侧的执行轴的移动分别控制；变速箱体侧板上开有侧板槽，随着执行轴上下移动，侧板槽的设计可以使得侧板不对执行轴的移动产生干涉。

作为本技术进一步改进，万向节包括轴叉、十字轴架，其中轴叉安装在执行轴末端，十字轴架四端为圆柱体，安装在相应的两个轴叉的四个叉端圆孔中。两个轴叉安装位置相互交叉。

作为本技术进一步改进，本装置还包括拉伸弹簧、第一弹簧固定块、第二弹簧固定块，拉伸弹簧一端固定在安装在导轨滑块底面的第一弹簧固定块上，一端固定在安装在万向轴套上侧外圆柱面上的第二弹簧固定块上，设计的拉伸弹簧目的在于，在导轨滑块和万向轴套之间产生一个缩短距离的拉力，这样的设计能够保证执行轴上的变速盘和传动轴上的变速锥之间保持一定的接触压力，防止在传动过程中出现打滑的现象。

作为本技术进一步改进，变速锥为圆锥体，表面径向距离沿轴线变化的规律为线性变化，这样的设计，将会使变速盘左右移动时，在变速锥转速不变的情况下，变速盘的转速会线性变化，从而传动比发生变化。另外不同的使用者可能对变速的传动比的变化的规律有特殊的要求，这个时候可以按照要求设计变速锥的表面的径向距离变化来达到特定的目的。

作为本技术进一步改进，变速盘上变速盘与变速锥接触的外端面的径向距离沿轴线变化率与变速锥相同，这样的设计可以保证变速盘与变速锥的接触为线接触，因为线接触的摩擦系数较大，进一步防止了变速盘和变速锥的打滑现象。

作为本技术进一步改进，变速箱体壁面可以为平板也可以为带通气口的壁面，为实平板意在对变速机构密封，适合在有粉尘污染的环境；当在较为干净的环境中时，可以使用带有通气孔的壁面，这样可以对传动部件进行一定的散热。

相比较于其他传动的变速机构，本发明设计中，使用的球形腔体和万向轴套结构，具有允许传动轴在各个方向一定角度内的安装，能够接受输入输出轴不共线的特点，也就是具有对输入轴输出轴轴线精度的要求较低的优点，使得本发明的变速机构实用性更强，使用起来因为不用过多的调节输入轴和输出轴的轴线精度，所以安装会较为方便；另外使用的变速锥和变速盘的配合，由于没有像齿轮传动那样具有固定的传动比，而是变速中的传动比在一定的范围内连续变化，使之具有变速更加平稳的优点。执行轴之间的两个万向节的使用，具有当两执行轴不共线时仍然能够顺利的传导扭矩，非常好的解决了变速结构在变速过程中，执行轴上下偏移的传动的困难。最后拉伸弹簧的使用，使得变速盘和变速锥的接触面保持较高的压力，防止了打滑。

附图说明

图1是本发明整体外观图。

图2是带侧板的变速机构内部各部件示意图。

图3是不带侧板的变速机构内部各部件图。

图4是变速机构内部俯视图。

图5是变速机构内部侧视图。

图6是万向节结构图。

图7是非共线轴实现结构示意图。

图8是带球形腔体的侧板图。

图9是传动轴示意图。

图10是万向传动结构示意图。

图11是变速结构实现实例示意图。

图中标号名称：1、变速箱体，2、球形腔壁，3、万向轴套，4、液压缸，5、变速执行轴，6、液压卡板，7、执行轴盖，8、传动轴，9、液压缸固定结构，10、执行轴套，11、变速盘，12、万向节，13、过渡轴，14、变速锥，15、侧板槽，16、导轨，17、拉伸弹簧，18、球形腔壁固定法兰，19、轴叉，20、十字轴架， 21、第一弹簧固定块，22、第二弹簧固定块，23、导轨滑块。

具体实施方式

如图1-5所示, 一种适用于非共线传动的滑动无级变速机构，其特征在于它包括变速箱体、球形腔壁、万向轴套、液压缸、变速执行轴、液压卡板、执行轴盖、传动轴、液压缸固定结构、执行轴套、变速盘、万向节、过渡轴、变速锥、侧板槽、导轨、球形腔壁固定法兰、导轨滑块，其中球形腔壁、万向轴套、液压缸、变速执行轴、液压卡板、执行轴盖、传动轴、液压缸固定结构、执行轴套、变速盘、万向节、变速锥、导轨、球形腔壁固定法兰、导轨滑块等以变速箱体中心面为对称面对称分布。

如图3、7、8所示，对于对称面的任意一侧的结构，上述球形腔壁为半球形腔壁，球形腔壁固定法兰通过内圈面安装在半球形腔壁圆截面外圆面上，两个球形腔壁通过各自的球形腔壁固定法兰安装在变速箱体的侧板开有圆口处的位置内外两侧上，两个球形腔壁和侧板圆口的圆柱面形成近似球形腔体；万向轴套内为中空圆柱体，外表面两端为圆柱面，中间段为球面，传动轴安装在万向轴套内圆柱面内，万向轴套通过中间段外球面与球形腔体内部内球面配合安装在球形腔体内部；如图9所示，传动轴一端接外设备，一端安装有变速锥；万向轴套为一个球面可以在球形腔壁里万向滑动，因为此机构作用，变速机构允许一定的输入轴和输出轴的角度不稳定现象，即非共线现象；

如图7、10所示，上述导轨滑块滑动于固定安装在万向轴套一侧圆柱面上的导轨上，执行轴安装在执行轴套内，执行轴套通过外圆柱面固定在导轨滑块侧面上；变速盘安装于执行轴一端上且离端面有一定的距离，该端面通过万向节与过渡轴一端连接，其中导轨滑块、执行轴套、液压缸固定结构三者固定连接，并一起随着万向轴套轴线角度变化而变化，目的在于执行轴和输入轴平行，使得相配合的变速盘与变速锥能够在最佳的相互接触位置上高效的摩擦传动。

如图2、3、4所示，上述液压缸安装在液压缸固定结构圆孔内，液压缸固定结构安装在执行轴套上侧外圆柱面上，液压缸一端安装有液压卡板，执行轴一端安装在液压卡板下侧圆孔内，执行轴轴盖安装在执行轴末端，且位于液压卡板外侧；如上所述，液压缸固定结构固定在执行轴轴套上，保证了执行轴和液压缸的轴线平行，轴线的平行才能够实现液压缸在使用过程中，通过自身的伸缩控制执行轴的左右移动的功能。如上所述液压缸也是以变速箱体中心面对称分布的，主要是考虑到当执行轴左右移动，执行轴上的变速盘会在变速锥上移动，因为变速锥的锥形，变速盘的轴线会上下移动，造成执行轴的上下移动，当执行轴上下移动时，虽然万向节和过渡轴的使用能够让执行轴正常传动，但是可能出现两个执行轴左右移动位移量不同的可能，所以需要设计左右两个液压缸来分别控制执行轴的移动量，对两侧的执行轴的移动分别控制；变速箱体侧板上开有侧板槽，随着执行轴上下移动，侧板槽的设计可以使得侧板不对执行轴的移动产生干涉。

如图6所示，万向节包括轴叉、十字轴架，其中轴叉安装在执行轴末端，十字轴架四端为圆柱体，安装在相应的两个轴叉的四个叉端圆孔中。两个轴叉安装位置相互交叉。

如图7所示，本装置还包括拉伸弹簧、第一弹簧固定块、第二弹簧固定块，拉伸弹簧一端固定在安装在导轨滑块底面的第一弹簧固定块上，一端固定在安装在万向轴套上侧外圆柱面上的第二弹簧固定块上，设计的拉伸弹簧目的在于，在导轨滑块和万向轴套之间产生一个缩短距离的拉力，这样的设计能够保证执行轴上的变速盘和传动轴上的变速锥之间保持一定的接触压力，防止在传动过程中出现打滑的现象。

如图9所示，变速锥为圆锥体，表面径向距离沿轴线变化的规律为线性变化，这样的设计，将会使变速盘左右移动时，在变速锥转速不变的情况下，变速盘的转速会线性变化，从而传动比发生变化。另外不同的使用者可能对变速的传动比的变化的规律有特殊的要求，这个时候可以按照要求设计变速锥的表面的径向距离变化来达到特定的目的。

如图11所示，变速盘上变速盘与变速锥接触的外端面的径向距离沿轴线变化率与变速锥相同，这样的设计可以保证变速盘与变速锥的接触为线接触，因为线接触的摩擦系数较大，进一步防止了变速盘和变速锥的打滑现象。

变速箱体壁面可以为平板也可以为带通气口的壁面，为实平板意在对变速机构密封，适合在有粉尘污染的环境；当在较为干净的环境中时，可以使用带有通气孔的壁面，这样可以对传动部件进行一定的散热。

从图2中整体结构来看，本发明设计中，使用的球形腔体和万向轴套结构，具有允许传动轴在各个方向一定角度内的安装，能够接受输入输出轴不共线的特点，也就是具有对输入轴输出轴轴线精度的要求较低的优点，使得本发明的变速机构实用性更强，使用起来因为不用过多的调节输入轴和输出轴的轴线精度，所以安装会较为方便；另外使用的变速锥和变速盘的配合，由于没有像齿轮传动那样具有固定的传动比，而是变速中的传动比在一定的范围内连续变化，使之具有变速更加平稳的优点。执行轴之间的两个万向节的使用，具有当两执行轴不共线时仍然能够顺利的传导扭矩，非常好的解决了变速结构在变速过程中，执行轴上下偏移的传动的困难。最后拉伸弹簧的使用，使得变速盘和变速锥的接触面保持较高的压力，防止了打滑。

如图11所示，为变速机构变速实例，如图中a所示执行轴的变速盘在变速锥的最左边，两传动轴经过执行轴后左边输入轴的转速小于右边的输出轴，同时两执行轴高低不同，当执行轴在液压缸的拉伸下向右移动过程中，如图b所示，两传动轴经过执行轴的传动，传动比发生了变化，两传动轴的转速接近相同，执行轴也基本共线，当执行轴继续向右移动过程中，如图c所示，传动比发生变化，左边输入轴转速大于了右边的输出轴。经过液压缸的控制，执行轴左右移动实现了传动比的变化。

Claims (5)

1.一种适用于非共线传动的滑动无级变速机构，其特征在于它包括变速箱体、球形腔壁、万向轴套、液压缸、变速执行轴、液压卡板、执行轴盖、传动轴、液压缸固定结构、执行轴套、变速盘、万向节、过渡轴、变速锥、侧板槽、导轨、球形腔壁固定法兰、导轨滑块、拉伸弹簧、第一弹簧固定块、第二弹簧固定块，其中球形腔壁、万向轴套、液压缸、变速执行轴、液压卡板、执行轴盖、传动轴、液压缸固定结构、执行轴套、变速盘、万向节、变速锥、导轨、球形腔壁固定法兰、导轨滑块等以变速箱体中心面为对称面对称分布；第一弹簧固定块安装在导轨滑块底面上，第二弹簧固定块安装在万向轴套外圆柱面上侧，拉伸弹簧一端固定在第一弹簧固定块上侧，另一端固定在第二弹簧固定块下侧；

对于对称面的任意一侧的结构，上述球形腔壁为半球形腔壁，球形腔壁固定法兰通过内圈面安装在半球形腔壁圆截面外圆面上，两个球形腔壁通过各自的球形腔壁固定法兰安装在变速箱体的侧板开有圆口处的位置内外两侧上，两个球形腔壁和侧板圆口的圆柱面形成近似球形腔体；万向轴套内为中空圆柱体，外表面两端为圆柱面，中间段为球面，传动轴安装在万向轴套内圆柱面内，万向轴套通过中间段外球面与球形腔体内部内球面配合安装在球形腔体内部；传动轴一端接外设备，一端安装有变速锥；

上述所述导轨滑块滑动于固定安装在万向轴套一侧圆柱面上的导轨上，执行轴安装在执行轴套内，执行轴套通过外圆柱面固定在导轨滑块侧面上；变速盘安装于执行轴一端上且离端面有一定的距离，该端面通过万向节与过渡轴一端连接；

上述所述液压缸安装在液压缸固定结构圆孔内，液压缸固定结构安装在执行轴套上侧外圆柱面上，液压缸一端安装有液压卡板，执行轴一端安装在液压卡板下侧圆孔内，执行轴轴盖安装在执行轴末端，且位于液压卡板外侧；

上述所述变速箱体侧板上开有侧板槽。

2.根据权利要求1所述的一种适用于非共线传动的滑动无级变速机构，其特征在于所述万向节包括轴叉、十字轴架，其中轴叉安装在执行轴末端，十字轴架四端为圆柱体，安装在相应的两个轴叉的四个叉端圆孔中。

3.根据权利要求1所述的一种适用于非共线传动的滑动无级变速机构，其特征在于所述变速锥为圆锥体，表面径向距离沿轴线变化的规律为线性变化。

4.根据权利要求1所述的一种适用于非共线传动的滑动无级变速机构，其特征在于所述变速盘上变速盘与变速锥接触的外端面的径向距离沿轴线变化率与变速锥相同。

5.根据权利要求1所述的一种适用于非共线传动的滑动无级变速机构，其特征在于所述变速箱体壁面可以为平板也可以为带通气口的壁面。