CN105156611A - 履带无级变速器 - Google Patents

Abstract

履带无级变速器，属于自动变速器技术领域，能够克服现有有级自动变速器存在的顿挫感、延迟性，能够克服现有无级自动变速器存在的容易损失功率、不适宜大功率输出的不足。由外壳、动力输入齿轮、动力输出齿轮、履带、支撑杆构成，动力输入齿轮的齿牙是可以自由伸缩的可变齿牙，履带在支撑杆的作用下可以自由伸缩，履带具有磁性，可以与可变齿牙相吸，履带可以通过与可变齿牙的摩擦作用，将动力输入齿轮的动力传递给动力输出齿轮，利用可变齿牙和履带的伸缩性，实现动力输入齿轮与动力输出齿轮之间传动比的自由改变，从而达到无级变速的目的。可以用于各种需要变速的机器设备上，替代现有的手动、自动变速器，使之变得更加高效、顺畅、耐用、便捷。

Description

履带无级变速器

所属技术领域：

本发明属于自动变速器领域。

背景技术：

现有自动变速器分为有级变速器和无级变速器两种，有级变速器依然存在顿挫感、延迟性、缺乏平顺性，无级变速器虽有连贯性，但功率损失较多，不适宜大功率输出。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：

1、克服现有有级自动变速器存在的顿挫感、延迟性。2、克服现有无级自动变速器存在的容易损失功率、不适宜大功率输出的不足。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

本发明由：外壳、动力输入齿轮、动力输出齿轮、履带、支撑杆构成。

外壳是一个长方体空心结构，其他部件在其内部。动力输入齿轮是一个齿牙可变齿轮，动力输出齿轮是一个齿牙不变齿轮。动力输入齿轮通过动力输入齿轮轴和轴承固定在外壳的内部，动力输出齿轮通过动力输出齿轮轴和轴承固定在外壳内部。履带由履带板通过铰接的方式构成，履带板中心有履带齿轮孔，可以与动力输出齿轮啮合，履带板内表面与动力输入齿轮的可变齿牙顶端以面与面的方式接触，履带板具有磁性，可以与可变齿牙相吸。支撑杆分内支撑杆和外支撑杆，内支撑杆在履带内部支撑，外支撑杆在履带外部支撑。内支撑杆通过底座固定在横杠上，横杠从履带环内部空间穿过，与履带板平行，其两端固定在外壳内壁上，外支撑杆通过底座直接固定在外壳内壁上。支撑杆的顶端有一个顶轴齿轮，可以与履带齿轮孔啮合，支撑杆为一套筒结构，分为杆芯与杆筒，杆芯的顶端通过支撑杆顶轴和轴承与顶轴齿轮结合，在该轴承下方固定有一硬质圆环，在圆环下方是一根压缩弹簧，压缩弹簧套在杆芯外面，压缩弹簧下方是杆筒上边缘，杆筒上边缘也固定有一硬质圆环，用以抵住弹簧下边缘，支撑杆在外部压力和弹簧的弹力作用下，可以自由伸缩，支撑杆安装在履带齿轮孔所在平面内，支撑杆既能起到对履带的支撑作用，又能起到对履带的导向作用。动力输入齿轮由：齿轮本体、可变齿牙、涡轮蜗杆、惰轮、齿牙电机、电机导线、分段齿条、分段轴承构成。齿轮本体是一个圆柱体，在圆柱体侧面垂直于圆柱体中心轴线开有若干矩形孔洞，该若干矩形孔洞从圆柱体侧面中心横截面处沿螺旋线向两边以对称的方式均匀排列。在矩形孔洞内是矩形可变齿牙，可变齿牙是一根矩形齿条，可变齿牙与矩形孔洞一一对应，可变齿牙与矩形孔洞的横截面尺寸匹配，可变齿牙在矩形孔洞内可以自由伸缩。每个可变齿牙所属齿条上的齿牙，都对应着一组涡轮蜗杆，齿条上的齿牙与涡轮啮合，涡轮与蜗杆啮合。每相邻的两根蜗杆通过与一个惰轮啮合而结合起来，形成联动机制，最后一个惰轮称为升降惰轮，与分段齿条的下半段啮合，分段齿条的上半段与齿牙电机的输出轴齿轮啮合。分段齿条的下半段顶端与分段轴承内环固定，分段齿条的上半段底端与分段轴承外环固定。齿牙电机通过电机基座固定在外壳内壁上，与升降惰轮在齿轮本体的同一侧。蜗杆通过蜗杆轴承固定在齿轮本体所属圆柱体的侧面上，惰轮通过惰轮轴承固定在齿轮本体所属的圆柱体侧面上。动力输出齿轮由：回位弹簧、回位轴承、回位弯管、回位钢丝绳、离心输入齿轮、离心输出齿轮、离心弹簧、离心弯管、离心钢球、离心轴承、离心导线、离心钢丝绳、离心电极棒、电机电极棒构成。在动力输出齿轮轴上，套有一个离心输入齿轮，该齿轮与离心输出齿轮采用圆锥齿轮垂直啮合，离心输出齿轮与离心输出齿轮轴一端固定，离心输出齿轮轴与离心输出轴承内环固定，离心输出轴承外环通过基座固定在外壳内部。离心输出齿轮轴的另一端与一根直角离心弯管在弯折处外部固定连接，离心弯管的一段直管的中心轴线与离心输出齿轮轴的中心轴线重合，该段直管称之为离心竖直管，另一段直管称之为离心横直管，离心竖直管与离心横直管互相垂直。在离心横直管内部有一个离心钢球，离心钢球可以在离心横直管内部自由滑动，离心钢球与离心钢丝绳底端相连，离心钢丝绳穿过离心弯管内部与离心电极棒内杆固定连接。离心电极棒为一根套筒杆，其内杆底端与离心钢丝绳顶端连接，其内杆顶端与离心轴承内环固定，且内杆中心轴线与离心轴承中心轴线重合，其套筒底端与离心轴承外环固定。离心轴承外环底端与离心弹簧顶端固定，离心弹簧底端与离心直管轴承内环固定，离心直管轴承外环与离心直管顶端固定。电机电极棒也是一根套筒杆，其内杆与回位轴承内环固定，且其内杆中心轴线与回位轴承中心轴线重合，其套筒与回位轴承外环固定，回位弹簧顶端与回位轴承底端固定，回位弹簧底端与回位弯管竖直管顶端固定。回位弯管也是一根直角弯管，通过回位弯管支架固定在外壳内部，其一段直管中心轴线与电机电极棒中心轴线重合，该直管称之为回位弯管竖直管，另一段直管与之垂直，称之为回位弯管横直管。回位钢丝绳的一端与电机电极棒内杆固定连接，另一端穿过回位弯管与齿牙电机输出轴固定连接，其在齿牙电机转动的时候可以缠绕在齿牙电机的输出轴上。在离心电极棒套筒侧面，沿母线均匀固定有三个电极，电极与套筒之间绝缘，中心电极通过离心导线连接到电源正极，两边的两个电极通过离心导线并联后连接到电源负极。在电机电极棒套筒侧面，沿母线均匀固定两个电极，电极与套筒之间绝缘，其中一个电极通过电机导线与电机正极连接，另外一个电极通过电机导线与电机负极连接。离心电极棒上的三个电极与电机电极棒上的两个电极处于一个平面上，且离心电极棒的中心电极处于电机电极棒两个电极之间，而电机电极棒的两个电极分别位于离心电极棒的中心电极和两边电极之间，当两根电极棒在钢丝绳的拉动下移动时，这两根电极棒上电极可以彼此接触，并能导通电路。

本发明的工作原理：

本发明是一个自反馈控制系统，外壳的作用是确定各个部件的位置、并将之固定、使之成为一个整体，动力输入齿轮不是一个单一的零件，而是一个系统结构，动力输出齿轮也不是一个单一的零件，也是一个系统结构，履带是传动的连接部件，能够将动力从动力输入齿轮传递到动力输出齿轮。支撑杆是保证履带可以延伸和收缩的部件，使履带与动力输入齿轮和动力输出齿轮之间保持适当的张力，不至于崩断，也不至于松垮。

动力输入齿轮轴延伸出外壳外部的部分与发动机的动力输出轴通过离合器结合，从而可以获得来自发动机的动力。动力输出齿轮轴延伸出外壳外部的部分与驱动机构通过齿轮啮合，从而可以将动力传递出去。

当动力输入齿轮轴从发动机获得动力以后，带动动力输入齿轮旋转，由于动力输入齿轮的齿牙是可变齿牙，其顶端与履带板内表面采取面与面的方式接触，所以可以通过摩擦的方式带动履带移动，由于履带板具有磁性，可以与可变齿牙相吸，这样就增大了摩擦系数，减少了打滑现象，能够有效地降低动力损耗。当履带进行移动的时候，由于动力输出齿轮的齿牙与履带齿轮孔啮合，所以动力输出齿轮也跟着旋转起来。这时，动力输出齿轮轴处于外壳外部的部分就可以将动力传递给驱动机构，完成将发动机动力传递给驱动机构的过程。

由于动力输入齿轮的齿牙是可变齿牙，所以动力输入齿轮与动力输出齿轮的传动比也就成了可变的，这样就实现了从发动机转速到驱动机构转速改变的目的，也即达到了变速的目的。

可变齿牙在齿轮本体上，通过涡轮蜗杆的带动，自由伸缩，从而实现动力输入齿轮齿牙长短的改变。涡轮蜗杆在惰轮的联动带动下，可以实现同步转动，继而带动所有可变齿牙同步伸缩。

升降惰轮通过分段齿条与齿牙电机的输出轴间接啮合，在齿牙电机的带动下实现转动，进而驱动可变齿牙自由伸缩。

分段齿条的作用是，当齿轮本体带着可变齿牙一起旋转的时候，升降惰轮也是跟着旋转的，而齿牙电机是不跟着一起旋转的，这时由于分段齿条的上下两段之间采用轴承的方式连接，所以与升降惰轮啮合的分段齿条下半段可以跟着一起旋转，而与齿牙电机啮合的分段齿条上半段就不用跟着一起旋转，但分段齿条却可以在齿牙电机的带动下来回移动，继而带动升降惰轮来回转动。

齿牙电机的启动与停止、正转与反转，是由动力输出齿轮的反馈系统控制的。该反馈系统是利用离心力拉动钢丝绳，带动离心电极棒移动，通过与电机电极棒进行电路导通，利用电源驱动齿牙电机转动，在某一个位置离心力处于平衡时，齿牙电机也就停止转动了。具体过程是：当动力输出齿轮的转速升高时，动力输出齿轮轴传动给离心输入齿轮，离心输入齿轮传动给离心输出齿轮，离心输出齿轮传动给离心弯管，离心弯管的横直管传动给离心钢球，离心钢球在离心力的作用下拉动离心钢丝绳，离心钢丝绳拉动离心电极棒内杆，离心电极棒内杆带动整个离心电极棒移动，其上的电极也跟着一起移动，离心弹簧被压缩，当移动到与电机电极棒的电极接触时，电源和齿牙电机之间的电路就被导通，此时离心电极棒上端的两个电极与电机电极棒的两个电极正向接触，齿牙电机开始正向转动，齿牙电机输出轴上的回位钢丝绳开始缠绕齿牙电机输出轴，电机电极棒被回位钢丝绳带着一起移动，回位弹簧也被压缩。当动力输出齿轮转速恒定时，离心钢球产生的离心力与离心弹簧被压缩时产生的弹力达到平衡，离心电极棒就停止移动，电机电极棒上的两个电极由于移动会与离心电极棒上的电极分开，所以此时齿牙电机与电源之间的电路就会被断开，齿牙电机停止转动，回位钢丝绳停止移动，回位弹簧停止压缩，电机电极棒也停止移动。当动力输出齿轮的转速降低时，离心钢球产生的离心力也随之降低，而离心弹簧在弹力的作用下，由压缩向舒展运动，离心电极棒向起初的反方向移动，这时离心电极棒下端的两个电极开始与电机电极棒的两个电极反向接触，因为离心电极棒是三个电极，中间的电极是正极，两边的两个是负极，当离心电极棒来回移动时与其接触的两个电极，就会产生正向接触和负向接触的结果，所以此时齿牙电机接受的电流就是与起初相反的电流，齿牙电机反向转动，回位钢丝绳反向缠绕，回位弹簧也由压缩向舒展运动，电机电极棒也向起初相反的方向移动。当动力输出齿轮的转速再次恒定时，离心电极棒停止移动，电机电极棒也会随之停止移动，电源与齿牙电机之间的电路再次被断开。

离心轴承与离心直管轴承，其作用就是在离心横直管做离心运动的时候，不会扭动离心钢丝绳。回位轴承的作用，就是在齿牙电机缠绕回位钢丝绳的时候，不会扭动回位钢丝绳。

本发明的有益效果：

能够克服现有有级自动变速器存在的顿挫感、延迟性，能够克服现有无级自动变速器存在的容易损失功率、不适宜大功率输出的不足。

可以用于各种需要变速的机器设备上，替代现有的各种手动、自动变速器，使之变得更加高效、顺畅、耐用、便捷。

附图说明：

图1是本发明的外部示意图，图2是本发明的内部示意图

图中：(1)外壳，(2)动力输入齿轮轴，(3)动力输出齿轮轴，(4)动力输入齿轮，(5)动力输出齿轮，(6)履带，(7)外支撑杆，(8)内支撑杆

具体实施方式：

本发明由：外壳、动力输入齿轮、动力输出齿轮、履带、支撑杆构成。

在外壳内部安装有：动力输入齿轮、动力输出齿轮、履带、支撑杆。动力输入齿轮通过动力输入齿轮轴和轴承固定在外壳的内部，动力输出齿轮通过动力输出齿轮轴和轴承固定在外壳内部。履带由履带板通过铰接的方式构成，履带齿轮孔与动力输出齿轮啮合，履带板内表面与动力输入齿轮的可变齿牙顶端以面与面的方式接触。动力输入齿轮由：齿轮本体、可变齿牙、涡轮蜗杆、惰轮、齿牙电机、电机导线、分段齿条、分段轴承构成。可变齿牙在齿轮本体的矩形孔洞内，可变齿牙所属齿条上的齿牙与其对应的涡轮啮合，涡轮与其对应的蜗杆啮合，每相邻两根蜗杆都与一个惰轮啮合，蜗杆通过轴承固定在齿轮本体所属圆柱体的侧面上，惰轮也通过轴承固定在齿轮本体所属的圆柱体侧面上。升降惰轮与分段齿条的下半段啮合，分段齿条的上半段与齿牙电机的输出轴齿轮啮合。分段齿条的下半段顶端与分段轴承内环固定，分段齿条的上半段底端与分段轴承外环固定。齿牙电机通过电机基座固定在外壳内壁上，与升降惰轮在齿轮本体的同一侧。动力输出齿轮由：回位弹簧、回位轴承、回位弯管、回位钢丝绳、离心输入齿轮、离心输出齿轮、离心弹簧、离心弯管、离心钢球、离心轴承、离心导线、离心钢丝绳、离心电极棒、电机电极棒构成。在动力输出齿轮轴上，套有一个离心输入齿轮，该齿轮与离心输出齿轮采用圆锥齿轮垂直啮合，离心输出齿轮与离心输出齿轮轴一端固定，离心输出齿轮轴与离心输出轴承内环固定，离心输出轴承外环通过基座固定在外壳内部。离心输出齿轮轴的另一端与离心弯管在弯折处外部固定连接，离心竖直管的中心轴线与离心输出齿轮轴的中心轴线重合。离心钢球在离心横直管内部，离心钢球与离心钢丝绳底端相连，离心钢丝绳穿过离心弯管内部与离心电极棒内杆固定连接。离心电极棒其内杆底端与离心钢丝绳顶端连接，其内杆顶端与离心轴承内环固定，且内杆中心轴线与离心轴承中心轴线重合，其套筒底端与离心轴承外环固定。离心轴承外环底端与离心弹簧顶端固定，离心弹簧底端与离心直管轴承内环固定，离心直管轴承外环与离心直管顶端固定。电机电极棒其内杆与回位轴承内环固定，且其内杆中心轴线与回位轴承中心轴线重合，其套筒与回位轴承外环固定，回位弹簧顶端与回位轴承底端固定，回位弹簧底端与回位弯管竖直管顶端固定。回位弯管通过回位弯管支架固定在外壳内部，回位弯管竖直管的中心轴线与电机电极棒的中心轴线重合。回位钢丝绳的一端与电机电极棒内杆固定连接，另一端穿过回位弯管与齿牙电机输出轴固定连接。在离心电极棒套筒侧面，沿母线均匀固定有三个电极，电极与套筒之间绝缘，中心电极通过离心导线连接到电源正极，两边的两个电极通过离心导线并联后连接到电源负极。在电机电极棒套筒侧面，沿母线均匀固定两个电极，电极与套筒之间绝缘，其中一个电极通过电机导线与电机正极连接，另外一个电极通过电机导线与电机负极连接。离心电极棒上的三个电极与电机电极棒上的两个电极处于一个平面上，且离心电极棒的中心电极处于电机电极棒两个电极之间，而电机电极棒的两个电极分别位于离心电极棒的中心电极和两边电极之间。支撑杆安装在履带齿轮孔所在平面内，内支撑杆在履带内部支撑，外支撑杆在履带外部支撑。内支撑杆通过底座固定在横杠上，横杠从履带环内部空间穿过，与履带板平行，其两端固定在外壳内壁上，外支撑杆通过底座直接固定在外壳内壁上。支撑杆的顶轴齿轮与履带齿轮孔啮合，支撑杆其杆芯顶端通过支撑杆顶轴和轴承与顶轴齿轮结合，在该轴承下方固定有一硬质圆环，在圆环下方是一根压缩弹簧，压缩弹簧套在杆芯外面，压缩弹簧下方是杆筒上边缘，杆筒上边缘也固定有一硬质圆环，压缩弹簧位于这两个硬质圆环之间。

Claims (1)

1.履带无级变速器，具有外壳、动力输入齿轮、动力输出齿轮，其特征是：还有履带、支撑杆，外壳是一个长方体空心结构，其他部件在其内部，动力输入齿轮是一个齿牙可变齿轮，动力输出齿轮是一个齿牙不变齿轮，动力输入齿轮通过动力输入齿轮轴和轴承固定在外壳的内部，动力输出齿轮通过动力输出齿轮轴和轴承固定在外壳内部，履带由履带板通过铰接的方式构成，履带板中心有履带齿轮孔，可以与动力输出齿轮啮合，履带板内表面与动力输入齿轮的可变齿牙顶端以面与面的方式接触，履带板具有磁性，可以与可变齿牙相吸，支撑杆分内支撑杆和外支撑杆，内支撑杆在履带内部支撑，外支撑杆在履带外部支撑，内支撑杆通过底座固定在横杠上，横杠从履带环内部空间穿过，与履带板平行，其两端固定在外壳内壁上，外支撑杆通过底座直接固定在外壳内壁上，支撑杆的顶端有一个顶轴齿轮，可以与履带齿轮孔啮合，支撑杆为一套筒结构，分为杆芯与杆筒，杆芯的顶端通过支撑杆顶轴和轴承与顶轴齿轮结合，在该轴承下方固定有一硬质圆环，在圆环下方是一根压缩弹簧，压缩弹簧套在杆芯外面，压缩弹簧下方是杆筒上边缘，杆筒上边缘也有一硬质圆环，用以抵住弹簧下边缘，支撑杆在外部压力和弹簧的弹力作用下，可以自由伸缩，支撑杆安装在履带齿轮孔所在平面内，支撑杆既能起到对履带的支撑作用，又能起到对履带的导向作用，动力输入齿轮由：齿轮本体、可变齿牙、涡轮蜗杆、惰轮、齿牙电机、电机导线、分段齿条、分段轴承构成，齿轮本体是一个圆柱体，在圆柱体侧面垂直于圆柱体中心轴线开有若干矩形孔洞，该若干矩形孔洞从圆柱体侧面中心横截面处沿螺旋线向两边以对称的方式均匀排列，在矩形孔洞内是矩形可变齿牙，可变齿牙是一根矩形齿条，可变齿牙与矩形孔洞一一对应，可变齿牙与矩形孔洞的横截面尺寸匹配，可变齿牙在矩形孔洞内可以自由伸缩，每个可变齿牙所属齿条上的齿牙，都对应着一组涡轮蜗杆，齿条上的齿牙与涡轮啮合，涡轮与蜗杆啮合，每相邻的两根蜗杆通过与一个惰轮啮合而结合起来，形成联动机制，最后一个惰轮称为升降惰轮，与分段齿条的下半段啮合，分段齿条的上半段与齿牙电机的输出轴齿轮啮合，分段齿条的下半段顶端与分段轴承内环固定，分段齿条的上半段底端与分段轴承外环固定，齿牙电机通过电机基座固定在外壳内壁上，与升降惰轮在齿轮本体的同一侧，蜗杆通过轴承固定在齿轮本体所属圆柱体的侧面上，惰轮也通过轴承固定在齿轮本体所属的圆柱体侧面上，动力输出齿轮由：回位弹簧、回位轴承、回位弯管、回位钢丝绳、离心输入齿轮、离心输出齿轮、离心弹簧、离心弯管、离心钢球、离心轴承、离心导线、离心钢丝绳、离心电极棒、电机电极棒构成，在动力输出齿轮轴上，套有一个离心输入齿轮，该齿轮与离心输出齿轮采用圆锥齿轮垂直啮合，离心输出齿轮与离心输出齿轮轴一端固定，离心输出齿轮轴与离心输出轴承内环固定，离心输出轴承外环通过基座固定在外壳内部，离心输出齿轮轴的另一端与一根直角离心弯管在弯折处外部固定连接，离心弯管的一段直管的中心轴线与离心输出齿轮轴的中心轴线重合，该段直管称之为离心竖直管，另一段直管称之为离心横直管，离心竖直管与离心横直管互相垂直，在离心横直管内部有一个离心钢球，离心钢球可以在离心横直管内部自由滑动，离心钢球与离心钢丝绳底端相连，离心钢丝绳穿过离心弯管内部与离心电极棒内杆固定连接，离心电极棒为一根套筒杆，其内杆底端与离心钢丝绳顶端连接，其内杆顶端与离心轴承内环固定，且内杆中心轴线与离心轴承中心轴线重合，其套筒底端与离心轴承外环固定，离心轴承外环底端与离心弹簧顶端固定，离心弹簧底端与离心直管轴承内环固定，离心直管轴承外环与离心直管顶端固定，电机电极棒也是一根套筒杆，其内杆与回位轴承内环固定，且其内杆中心轴线与回位轴承中心轴线重合，其套筒与回位轴承外环固定，回位弹簧顶端与回位轴承底端固定，回位弹簧底端与回位弯管竖直管顶端固定，回位弯管也是一根直角弯管，通过回位弯管支架固定在外壳内部，其一段直管中心轴线与电机电极棒中心轴线重合，该直管称之为回位弯管竖直管，另一段直管与之垂直，称之为回位弯管横直管，回位钢丝绳的一端与电机电极棒内杆固定连接，另一端穿过回位弯管与齿牙电机输出轴固定连接，其在齿牙电机转动的时候可以缠绕在齿牙电机的输出轴上，在离心电极棒套筒侧面，沿母线均匀固定有三个电极，电极与套筒之间绝缘，中心电极通过离心导线连接到电源正极，两边的两个电极通过离心导线并联后连接到电源负极，在电机电极棒套筒侧面，沿母线均匀固定两个电极，电极与套筒之间绝缘，其中一个电极通过电机导线与电机正极连接，另外一个电极通过电机导线与电机负极连接，离心电极棒上的三个电极与电机电极棒上的两个电极处于一个平面上，且离心电极棒的中心电极处于电机电极棒两个电极之间，而电机电极棒的两个电极分别位于离心电极棒的中心电极和两边电极之间，当两根电极棒在钢丝绳的拉动下移动时，这两根电极棒上电极可以彼此接触，并能导通电路。