CN105422779B - 非摩擦式机械无级变速机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非摩擦式机械无级变速机构,包括输入轴、行星轮机构、双面凸轮滑动板、调速装置及输出轴;所述的输入轴与行星轮机构的行星齿轮连接,行星轮机构的内齿圈固定安装在机架上;行星齿轮的节圆上设有驱动销,驱动销与双面凸轮滑动板连接;调速装置的齿条与变速杆连接,变速杆与伺服电机的输出轴连接,伺服电机的电机安装架通过滑块安装在第二直线导轨上,通过第二连接杆与双面凸轮滑动板上的一端面上的凸轮连接;所述的输出轴上对应于调速装置的惰轮和第一过渡齿轮设有两个齿轮;两个齿轮分别能够与惰轮和第一过渡齿轮啮合。本发明还具有传动效率高,结构简单,易于加工,便于维护,生产成本低的优点。

Description

非摩擦式机械无级变速机构
技术领域
本发明涉及一种无级变速机构,特别是涉及一种非摩擦式机械无级变速机构。
背景技术
现有的机械无级变速传动是由液压机构或纯机械构件实现无级变速的,目前主要有稳定式输出与脉动式输出二种。而稳定式输出主要是依靠机构间的摩擦来实现,尽管目前各种形式的摩擦式无级变速机构各有优点,但由于其结构原理及性能上的局限性,普遍存在着以下缺陷:①摩擦式无级变速机构起动性能差,需另加起动装置,制造困难,价格也较高。②承载能力和抗冲击能力相对较弱。③采用摩擦传动,因此整机效率不是很高,输出功率小,不适用于大功率场合。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供一种结构简单、成本低且传动效率高的非摩擦式机械无级变速机构。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种非摩擦式机械无级变速机构,包括输入轴、行星轮机构、双面凸轮滑动板、调速装置及输出轴;所述的输入轴上安装有曲柄,曲柄的端部安装有行星轮机构的行星齿轮,行星轮机构的内齿圈固定安装在机架上;所述的双面凸轮滑动板通过滑块置于直线导轨上,直线导轨固定安装在机架上;行星齿轮的节圆上设有驱动销,驱动销与双面凸轮滑动板连接;
所述的调速装置包括齿条、第一过渡齿轮、第二过渡齿轮及惰轮;所述的第一过渡齿轮、第二过渡齿轮通过过渡轴安装在机架上,所述的惰轮通过转轴安装在机架上,惰轮与第二过渡齿轮啮合,齿条安装在机架上,与第一过渡齿轮啮合;
所述的调速装置的齿条通过连接杆与变速杆连接,变速杆与伺服电机的输出轴连接,伺服电机安装在电机安装架上;电机安装架通过滑块安装在第二直线导轨上,电机安装架上设有第二连接杆,第二连接杆的端部设有凸轮随动器,第二连接杆的凸轮随动器与双面凸轮滑动板一端面上的凸轮连接;
所述的输出轴上对应于惰轮和第一过渡齿轮设有两个齿轮;两个齿轮分别能够与调速装置的惰轮和第一过渡齿轮啮合。
上述非摩擦式机械无级变速机构中,还包括第二调速装置,第二调速装置与调速装置平行设置;所述的第二调速装置包括第二齿条、第三过渡齿轮、第四过渡齿轮及第二惰轮;所述的第三过渡齿轮、第四过渡齿轮通过第二过渡轴安装在机架上,所述的第二惰轮通过第二转轴安装在机架上,第二惰轮与第四过渡齿轮啮合,第二齿条安装在机架上,与第三过渡齿轮啮合;
所述的第二调速装置的第二齿条通过第二连接杆与第二变速杆连接,第二变速杆与第二伺服电机的输出轴连接,第二伺服电机安装在第二电机安装架上;第二电机安装架通过第二滑块安装在第三直线导轨上,第二电机安装架上设有第三连接杆,第三连接杆的端部设有第二凸轮随动器,第三连接杆的第二凸轮随动器与双面凸轮滑动板另一端面上的凸轮连接;
对应于第二惰轮,输出轴上设有一齿轮,该齿轮能够与第二惰轮啮合;对应于第三过渡齿轮,输出轴上设有另一齿轮,该另一齿轮能够与第三过渡齿轮啮合。
上述非摩擦式机械无级变速机构中,所述的内齿圈齿数为行星齿轮齿数的2倍。
上述非摩擦式机械无级变速机构中,所述的调速装置的惰轮、第二过渡齿轮与输出轴上的齿轮呈品字形布置;所述的第二调速装置的第二惰轮、第四过渡齿轮与输出轴上的齿轮呈品字形布置。
上述非摩擦式机械无级变速机构中,所述的调速装置的齿条通过过渡板安装在第四直线导轨,第四直线导轨固定安装在机架上,第二调速装置的第二齿条通过过渡板安装在第五直线导轨,第五直线导轨固定安装在机架上。
与现有技术相比,本发明的技术效果是:本发明采用行星轮机构、凸轮机构及齿轮变速机构相结合的方式实现无级变速,为非摩擦式无级变速,本发明改善了摩擦式无级变速中传递效率不高的问题,而且本发明还具有结构简单,易于制造加工,便于维护,生产成本低的优点。
附图说明
图1是本发明的第一视角的轴测图。
图2是本发明的第二视角的轴测图。
图3是本发明的伺服电机处的结构图。
图4是本发明的第二伺服电机处的结构图。
图5是本发明的输出轴处的结构图。
图6是本发明的行星齿轮机构处的结构图。
图7是本发明的变速杆与齿条连接结构图。
图8是本发明的第二变速杆与第二齿条的连接结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1-8所示,本发明包括输入轴1、行星轮机构、双面凸轮滑动板27、调速装置、第二调速装置及输出轴8;行星轮机构的行星齿轮31通过螺栓固定在行星架32上。行星架32空套在曲柄轴59上,曲柄轴59安装在曲柄34上,曲柄34又安装在输入轴1上,与行星齿轮31啮合的内齿圈33通过螺栓固定在机架上。内齿圈33齿数为行星齿轮31齿数的2倍。
所述的双面凸轮滑动板27通过螺栓固定在过渡板28上,过渡板28又通过螺栓固定在滑块29上,滑块置于直线导轨上,最后直线导轨通过螺钉固定在机架上,行星齿轮31的节圆上设有驱动销30,驱动销30与双面凸轮滑动板27连接,可以驱动双面凸轮滑动板27沿导轨作往复运动。
所述的调速装置包括齿条15、第一过渡齿轮14、第二过渡齿轮11及惰轮12;齿条15通过过渡板17固定在第四直线导轨18上,而第四直线导轨18通过螺钉固定在机架上。所述的第一过渡齿轮14、第二过渡齿轮11通过键与套筒分别定位在过渡轴9上,过渡轴9安装在机架上,所述的惰轮12通过键与套筒定位在转轴10上,转轴10安装在机架上,惰轮12与第二过渡齿轮11啮合,齿条15与第一过渡齿轮14啮合。
伺服电机37通过螺栓固定在电机安装架40上,电机安装架40固联在过渡板41上,过渡板41通过滑块安装在第二直线导轨13上,第二直线导轨13通过螺钉固定在机架上,变速杆35通过半月板38固定在调速轴2,调速轴2通过联轴器与伺服电机37输出轴连接在一起。过渡板41上固定安装有连接杆25,连接杆25的端部设有凸轮随动器3,凸轮随动器3与双面凸轮滑动板27一端面上的凸轮连接。
所述的第二调速装置与调速装置平行设置,包括第二齿条44、第三过渡齿轮47、第四过渡齿轮46及第二惰轮45;第二齿条44通过过渡板43固定在第五直线导轨19上,第五直线导轨19安装在机架上。所述的第三过渡齿轮47、第四过渡齿轮46通过键与套筒分别定位在第二过渡轴49上,第二过渡轴49安装在机架上。所述的第二惰轮45通过键与套筒定位在第二转轴48上,第二转轴48安装在机架上。第二惰轮45与第四过渡齿轮46啮合,第二齿条44与第三过渡齿轮47啮合。
所述的第二调速装置的第二齿条44通过第二连接杆42与第二变速杆55连接,第二变速杆55通过半月板21固定在调速轴23,调速轴23通过联轴器与第二伺服电机24输出轴36连接在一起。第二伺服电机24安装在第二电机安装架22上;第二电机安装架22固联在过渡板56上,过渡板56通过第二滑块安装在第三直线导轨20上,第三直线导轨20通过螺钉固定在机架上,过渡板56上设有第三连接杆58,第三连接杆58的端部设有第二凸轮随动器57,第三连接杆58的第二凸轮随动器57与双面凸轮滑动板27另一端面上的凸轮连接。
对应于调速装置的惰轮12和第一过渡齿轮14,输出轴上设有齿轮5和齿轮4,惰轮12和第一过渡齿轮14分别能够与齿轮5和齿轮4啮合;齿轮5与惰轮12、第二过渡齿轮11呈品字型设置。
对应于调速装置的第二惰轮45和第三过渡齿轮47,输出轴上设有齿轮53及齿轮50,第二惰轮45和第三过渡齿轮47分别能够与齿轮53及齿轮50啮合;齿轮53与第二惰轮45、第四过渡齿轮46呈品字型设置。
本发明工作时,输入轴1转动,通过曲柄34带动行星齿轮31在内齿圈33内转动,从而带动安装在行星齿轮31节圆上的驱动销30作水平简谐直线运动,然后由驱动销30带动双面凸轮滑动板27在直线导轨29做水平简谐直线运动。双面凸轮滑动板27分别通过凸轮随动器26与凸轮随动器54驱动过渡板41与过渡板56竖直往复直线运动,其速度均满足修正余弦函数。过渡板41与过渡板56上的变速杆35与第二变速杆55分别通过第二连接杆16与第三连接杆42驱动齿条14与第二齿条42水平往复直线运动,其速度也均满足修正余弦函数。齿条14与第二齿条44驱动与之啮合的第一过渡齿轮14与第三过渡齿轮47带动过渡轴9做角速度满足修正余弦函数的往复旋转运动。过渡轴9上的齿轮直接驱动或通过惰轮轴10上齿轮驱动输出轴8对应的输出齿轮往复旋转运动,其角速度满足修正余弦函数。与输出轴8上的齿轮对应的超越离合器驱动输出轴8做角速度为修正余弦函数的单向旋转运动。由于结构中有相位差为90º的二相传动机构(其传动结构原理与上述传动机构相同),所以输出轴8的运动为转速稳定的单向旋转运动。
本发明的调速原理如下:同步控制伺服电机37与第二伺服电机24的输入信号,驱动变速杆35、第二变速杆55同步转动从而改变其倾角β(0~45º),使竖直直线运动转变水平直线运动的速度发生改变,实现输出轴8的转速改变。

Claims (5)

1.一种非摩擦式机械无级变速机构,其特征是:包括输入轴、行星轮机构、双面凸轮滑动板、调速装置及输出轴;所述的输入轴上安装有曲柄,曲柄的端部安装有行星轮机构的行星齿轮,行星轮机构的内齿圈固定安装在机架上;所述的双面凸轮滑动板通过滑块置于直线导轨上,直线导轨固定安装在机架上;行星齿轮的节圆上设有驱动销,驱动销与双面凸轮滑动板连接;
所述的调速装置包括齿条、第一过渡齿轮、第二过渡齿轮及惰轮;所述的第一过渡齿轮、第二过渡齿轮通过过渡轴安装在机架上,所述的惰轮通过转轴安装在机架上,惰轮与第二过渡齿轮啮合,齿条安装在机架上,与第一过渡齿轮啮合;
所述的调速装置的齿条通过连接杆与变速杆连接,变速杆与伺服电机的输出轴连接,伺服电机安装在电机安装架上;电机安装架通过滑块安装在第二直线导轨上,电机安装架上设有第二连接杆,第二连接杆的端部设有凸轮随动器,第二连接杆的凸轮随动器与双面凸轮滑动板一端面上的凸轮连接;
所述的输出轴上对应于惰轮和第一过渡齿轮设有两个齿轮;两个齿轮分别能够与调速装置的惰轮和第一过渡齿轮啮合。
2.根据权利要求1所述的非摩擦式机械无级变速机构,其特征是:还包括第二调速装置,第二调速装置与调速装置平行设置;所述的第二调速装置包括第二齿条、第三过渡齿轮、第四过渡齿轮及第二惰轮;所述的第三过渡齿轮、第四过渡齿轮通过第二过渡轴安装在机架上,所述的第二惰轮通过第二转轴安装在机架上,第二惰轮与第四过渡齿轮啮合,第二齿条安装在机架上,与第三过渡齿轮啮合;
所述的第二调速装置的第二齿条通过第二连接杆与第二变速杆连接,第二变速杆与第二伺服电机的输出轴连接,第二伺服电机安装在第二电机安装架上;第二电机安装架通过第二滑块安装在第三直线导轨上,第二电机安装架上设有第三连接杆,第三连接杆的端部设有第二凸轮随动器,第三连接杆的第二凸轮随动器与双面凸轮滑动板另一端面上的凸轮连接;
对应于第二惰轮,输出轴上设有一齿轮,该齿轮能够与第二惰轮啮合;对应于第三过渡齿轮,输出轴上设有另一齿轮,该另一齿轮能够与第三过渡齿轮啮合。
3.根据权利要求1所述的非摩擦式机械无级变速机构,其特征是:所述的内齿圈齿数为行星齿轮齿数的2倍。
4.根据权利要求2所述的非摩擦式机械无级变速机构,其特征是:所述的调速装置的惰轮、第二过渡齿轮与输出轴上的齿轮呈品字形布置;所述的第二调速装置的第二惰轮、第四过渡齿轮与输出轴上的齿轮呈品字形布置。
5.根据权利要求2所述的非摩擦式机械无级变速机构,其特征是:所述的调速装置的齿条通过过渡板安装在第四直线导轨,第四直线导轨固定安装在机架上,第二调速装置的第二齿条通过过渡板安装在第五直线导轨,第五直线导轨固定安装在机架上。
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