CN105035251B - 无级变速装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无级变速装置及其应用，包括变速箱体，所述变速箱体内安装有大齿轮和数个小齿轮，所述小齿轮啮合分布于大齿轮周边，每个小齿轮一侧与变速齿条啮合；所述变速箱体上沿径向开设有T形槽，所述变速齿条活动嵌设于所述T形槽内，并伸出所述变速箱体外；所述变速齿条末端安装有链牙盘或小带轮，本发明所公开的无级变速装置可应用在自行车上或工业上，变速平稳，操控简单，使用方便，传动效率高。

Description

无级变速装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种变速装置，特别涉及一种无级变速装置及其应用。

背景技术

变速器是用来改变来自发动机的转速和转矩的机构，它能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比，又称变速箱。传动机构大多用普通齿轮传动，也有的用行星齿轮传动。简单式变速器有效率高、构造简单使用方便的优点，但档数少，有冲击，只宜在档数不多的某些车工采用。

现有自行车变速器多为在驱动链轮和从动链轮上采用塔式链轮组，通过拨链器调整链条位置，使链条与不同的链轮啮合，从而改变传动比，实现变速的目的。链轮组中各个链轮的齿数固定，变速过程中传动比变化不平顺；另外，传动过程中，大部分时间驱动链轮和从动链轮不在同一平面内，造成链条扭曲，容易造成脱链、卡链，加速链条链轮磨损。

工业中机床上的无级变速装置一般都是依靠内置多对齿轮的主轴箱进行变速，其实现的传动比固定在某几个值上；进行加工时，无法依据材料和工艺要求进行转速的任意调节；此外，调速时发生齿轮的分离和啮合，啮合瞬间存在较大冲击，会对各部件造成冲击。

装箱机和套标机等的变速仍通过变速箱实现，一方面变速箱占体积较大，另一方面，原旋转主轴进行档位变速时容易引起生产质量的波动。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无级变速装置，以达到变速平稳、操控简单，应用在自行车中可以提升用户使用时舒适度，工业中可以调高机器的易控性和可靠性的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种无级变速装置，包括变速箱体，所述变速箱体内安装有大齿轮和数个小齿轮，所述小齿轮啮合分布于大齿轮周边，每个小齿轮一侧与变速齿条啮合；所述变速箱体上沿径向开设有T形槽，所述变速齿条活动嵌设于所述T形槽内，并伸出所述变速箱体外；所述变速齿条末端安装有链牙盘。

进一步的技术方案中，所述小齿轮的厚度大于大齿轮，所述变速齿条位于大齿轮的上方，变速齿条可以在大齿轮所在平面的上方运动，可以增大变速的范围。

优选的，所述变速箱体为圆盘状，变速箱体本身也旋转，自身又充当大的链牙盘(链传动)或者带轮(带传动)，所述大齿轮位于变速箱体的中心。

优选的，所述小齿轮和变速齿条分别有6个，均匀分布于大齿轮的周边，小齿轮和变速齿条的数量不限于6个，数量越多，效果越好。

本发明还公开了上述无级变速装置的应用，将所述无级变速装置应用到自行车上时，将其安装在后轮上与后轮同轴心，链条绕过自行车的驱动链轮和该无级变速装置的链牙盘，链牙盘带动变速箱体一块运动，拟合大链牙盘，传输力矩和转速；且链条下方设有张紧轮，驱动链轮和无级变速装置之间连接有控制杆。上述装置安装在后轮上与后轮同轴心，用来代替现有变速自行车的变速装置，大齿轮转动带动小齿轮，小齿轮转动带动变速齿条前后运动，实现变速齿条的整体伸缩，从而实现变速器变径的目的。

上述应用中，所述控制杆中部固定于机架上，所述机架两端通过锥齿轮一分别与驱动链轮和大齿轮的中心轴连接，目的是为了引自主动链轮的力矩，使变速箱体内部的大齿轮相对变速箱体发生相对转动，调节变速齿条的伸缩；所述控制杆的两端通过锥齿轮二与锥齿轮一啮合。

进一步的方案中，所述控制杆包括与大齿轮连接的从动控制杆、与驱动链轮连接的主动控制杆以及连接从动控制杆和主动控制杆的内套筒和外套筒，所述外套筒固定于所述机架上。

更进一步的方案中，所述内套筒两端为牙嵌式离合器结构，可以在外套筒内轴向移动，实现与从动控制杆和主动控制杆的啮合或分离；同时，内套筒左端为外锥摩擦面，若内套筒移至左极限工作位，则与外套筒的内锥摩擦面产生摩擦，从而使变速箱体大齿轮相对变速箱体向后转，继而使变速齿条收缩，前后传动比变大。

本发明还公开了上述无级变速装置的另一种应用，将其应用到工业中，可采用一套或两套无级变速装置，实现拟合圆的扩大或缩小，进而改变传动比。因为工业上对体积空间没有限制，采用两套无级变速装置时，最好可以采用平行布置，一个作为主动轮，一个作为从动轮，而且变速过程为同步反向伸缩，这样可以取消张紧轮，并且变速比扩大为一套的两倍。

上述应用中，可以采用传输链或传输带绕过无级变速装置的链牙盘或小带轮。

本发明提供的无级变速装置应用到自行车上时，将变速由塔式多链牙盘改为一个拟合链牙盘，通过拟合链牙盘直径的变化来进行变速，既克服了现在变速不平稳的缺点，又具备了无级变速的特性，并且操控简单，提升了用户使用时的舒适度。

应用到工业上时，调节伸缩的力矩不像自行车那样，不是通过控制杆引自主动轮，而是由一台或者两台同转反向的控制电机带动变速箱体内部的大齿轮进行调节伸缩，变速比更大，而且辅助变速机构相对大多数无级变速装置更为简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明所公开的无级变速装置的结构示意图；

图2为本发明所公开的变速箱体的结构示意图；

图3为本发明所公开的无级变速装置应用于自行车上的结构示意图；

图4为图3中控制杆部分结构示意图；

图5为内套筒的结构示意图；

图6为从动控制杆和主动控制杆的结构示意图；

图7为本发明所公开的无级变速装置应用于工业中的结构示意图；

图8为图7的后视图。

其中，1、驱动链轮；2、链条；3、变速箱体；4、大齿轮；5、小齿轮；6、变速齿条；7、T形槽；8、链牙盘或小带轮；9、销钉；10、机架；11、锥齿轮一；12、锥齿轮二；13、从动控制杆；14、主动控制杆；15、内套筒；16、外套筒；17、传输带或传输链；18、前调速电机；19、后调速电机；20、张紧轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种无级变速装置，如图1所示的结构，该装置变速平稳，可实现无级变速。

如图1所示的无级变速装置，包括圆盘状的变速箱体3，变速箱体3内安装有大齿轮4和6个小齿轮5，大齿轮4位于变速箱体3的中心位置，小齿轮5啮合分布于大齿轮4周边，每个小齿轮5一侧与变速齿条6啮合；参考图2，变速箱体3上沿径向开设有6个T形槽7，变速齿条6活动嵌设于T形槽7内，并伸出变速箱体3外；变速齿条6末端通过销钉9安装有链牙盘8，销钉9处还安装有防卡死协调机构。

从图1中可以看出，小齿轮5的厚度大于大齿轮4，变速齿条6位于大齿轮4的上方，变速齿条6可以在大齿轮4所在平面的上方运动，可以增大变速的范围。

实施例一：

参考图3，将上述无级变速装置应用于自行车中，左侧为无级变速装置，安装在后轮上与后轮同轴心，用来代替现有变速自行车的变速装置；右侧为驱动链轮1，与现有自行车相同，链条2经过张紧轮20环绕其上。大齿轮4通过控制杆与驱动链轮1相连，大齿轮4转动带动小齿轮5，小齿轮5转动带动变速齿条6前后运动，实现变速齿条6的整体伸缩，从而实现变速器变径的目的。

控制部分具体见图4、图5和图6，控制杆中部固定于机架10上，机架10两端通过锥齿轮一11分别与驱动链轮1和大齿轮4的中心轴连接，控制杆的两端通过锥齿轮二12与锥齿轮一11啮合。控制杆包括与大齿轮4连接的从动控制杆13、与驱动链轮1连接的主动控制杆14以及连接从动控制杆13和主动控制杆14的内套筒15和外套筒16，外套筒16固定于机架10上。内套筒15两端为牙嵌式离合器结构，可以在外套筒16内轴向移动，实现与从动控制杆13和主动控制杆14的啮合或分离。

该装置共有三个工作状态：正常行驶过程，加速阶段和减速阶段。

1)正常行驶过程：正常行驶中，内套筒15移动到右极限位，内套筒15只与主动控制杆14连接，与从动控制杆13分离，两侧的控制杆无连接，此时，从动控制杆13和主动控制杆14单独运动；大齿轮4和变速箱体3与驱动链轮1以相同角速度转动，变速齿条6与小齿轮5无相对转动，链牙盘8与变速齿条6相对固定，链条2传递动力，自行车正常行驶。

2)加速阶段：即传动比增大阶段，内套筒15移动到左极限位，内套筒15与从动控制杆13相互啮合，此时，内套筒15与外套筒16的摩擦端摩擦，内套筒15带动从动控制杆13受摩擦转速降低，进而与从动控制杆13相连的大齿轮4转速降低，同时驱动链轮1继续转动，无级变速装置的大齿轮4相对于变速箱体3倒转，从而带动小齿轮5相对转动，带动变速齿条6向内径方向移动(即变速齿条6相对变速箱体3发生收缩)，从而达到使左侧的变速器内径变小的目的，再由右侧驱动链轮1带动，从而实现自行车加速的效果。

3)减速阶段：即传动比减小阶段，内套筒15移动到中间位置，内套筒15同时连接从动控制杆13和主动控制杆14，从动控制杆13和主动控制杆14同步转动，由于控制杆外侧的锥齿轮链条传动比大于1，在控制杆同步转动过程中，锥齿轮有增速作用。动力从驱动链轮1输入到与无级变速装置的大齿轮4，使大齿轮4正转，从而带动小齿轮5相对转动，带动变速齿条6向外径向移动(即变速齿条6相对变速箱体3发生扩张)，从而达到使左侧的变速器内径变大的目的，再由右侧驱动链轮1带动，从而实现自行车减速的效果。

本发明提供的无级变速装置将变速由多链牙盘改为一个拟合链牙盘，通过拟合链牙盘直径的变化来进行变速，既克服了现在市场定位为中低端自行车的变速不平稳的缺点，又具备了无级变速的特性，并且操控简单，提升了用户使用时的舒适度。

实施例二：

将本无级变速装置应用到工业中，如图7和图8所示，采用两套无级变速装置，可以采用传输链或传输带17绕过无级变速装置的链牙盘或小带轮8。两套无级变速装置安装在同一机架10上，前后轴线水平配置；两套无级变速装置的大齿轮4分别与前调速电机18和后调速电机19连接。两电机通过转动带动内部大齿轮4转动，以此实现变速。

当正常行驶时，两电机不作用，即变速装置不起作用；

当传动比需要增大时，后调速电机19转动，带动后变速齿条径向收缩，前调速电机18转动，带动前变速齿条径向扩大，前无级变速装置的拟合圆扩张，后无级变速装置的拟合圆缩小，从而使传动比增加；

当传动比需要减小时，后调速电机19转动，带动后变速齿条径向扩大，前调速电机18转动，带动前变速齿条径向收缩，前无级变速装置的拟合圆缩小，后无级变速装置的拟合圆扩张，从而使传动比减小。

由于两电机同步运行，且两电机转向相反，其余各参数(如转速，转动时间等)相同，故该控制方案无需张紧装置。

需要说明的是，应用在工业中时，也可以采用一套无级变速装置，同样可以实现改变传动比。

该无级变速装置在工业方面的应用主要体现在可以无级调节实现拟合圆的扩大缩小，进而改变传动比。针对传动比的改变所形成的无级变速功能，可以广泛应用于挠性传动场合，来实现对带传动、链传动的改进。可应用的领域包括：

1、机床：将该装置与机床的旋转主轴相配合使用，即机床的旋转主轴和从动大齿轮同轴固定，机床由电机到旋转主轴之间的传动实现无级变速，由于转速连续调节，不但可以延长机床传动零件的寿命，更使得整个加工过程可控性更强。

2、装箱机，套标机等：将皮带轮与该无级变速装置的从动大齿轮同轴固定，当从动大齿轮进行无级变速时，传输机器的皮带轮即可实现无级变速，从而带动传送带实现无级变速调节。

3、纺织机械，如剑杆织机，应用无级变速装置，以实现对纺织速度的改变。

4、水泥机械、食品机械、扶手式电梯、农用机械(割草机，收割机等)。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种无级变速装置，包括变速箱体，其特征在于，所述变速箱体内安装有大齿轮和数个小齿轮，所述小齿轮啮合分布于大齿轮周边，每个小齿轮一侧与变速齿条啮合；所述变速箱体上沿径向开设有T形槽，所述变速齿条活动嵌设于所述T形槽内，并伸出所述变速箱体外；所述变速齿条末端安装有链牙盘；所述小齿轮的厚度大于大齿轮，所述变速齿条位于大齿轮的上方；所述变速箱体为旋转的圆盘状;所述大齿轮位于变速箱体的中心;

将所述无级变速装置应用到自行车上时，将其安装在后轮上与后轮同轴心，链条绕过自行车的驱动链轮和该无级变速装置的链牙盘，且链条下方设有张紧轮，驱动链轮和无级变速装置之间连接有控制杆;

所述控制杆中部固定于机架上，所述机架两端通过锥齿轮一分别与驱动链轮和大齿轮的中心轴连接，所述控制杆的两端通过锥齿轮二与锥齿轮一啮合;

所述控制杆包括与大齿轮连接的从动控制杆、与驱动链轮连接的主动控制杆以及连接从动控制杆和主动控制杆的内套筒和外套筒，所述外套筒固定于所述机架上;

所述内套筒两端为牙嵌式离合器结构，可以在外套筒内轴向移动，实现与从动控制杆和主动控制杆的啮合或分离。

2.根据权利要求1所述的无级变速装置，其特征在于，所述小齿轮和变速齿条分别有6个，均匀分布于大齿轮的周边。