CN105909740A - 一种无级变速箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无级变速箱，它包括：同步带轮段在链轮段、螺纹杆、螺纹管和轮盘。其中，固定于轮盘外侧的电动机通过齿轮与螺纹杆相连接，朝轴心方向的螺纹杆与螺纹管相连接，螺纹管通过限位块与轮盘之间的同步带轮段或者链轮段相连接。固定于轮盘的液压系统通过连接杆及限位块与轮盘之间的同步带轮段或者链轮段相连接。通过优化设计，电动机使螺纹杆转动同时使螺纹管移动，螺纹管在限位块的作用下只能在朝轴心方向移动，并带动同步带轮段或者链轮段移动产生变径而产生无级变速的作用，也可以通过液压器带动同步带轮段或者链轮段移动产生完成变径。

Description

一种无级变速箱

技术领域

本发明涉及一种可移动的链轮段或者同步带轮段而产生变径的无级变速箱。

背景技术

目前，公知的变速箱有手动变速箱、自动变速箱和无极变速箱，其中，手动变速箱省油，但是换档比较麻烦，有卡顿感和齿轮摩擦声；自动变速箱由锥齿轮结构进行变速，比较方便，但是有卡顿感；无级变速箱通过两组变速轮盘和一条传送带进行变速，无卡顿感，但是耗油量大，变速不明显，只能适用于小排量的车，目前最高在2.8升左右的排量，再大的排量，就拉不动了。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种无级变速箱，它的构成如下：

一种无级变速箱，它包括：同步带轮段、螺纹杆、螺纹管和轮盘。其中，所述两组轮盘垂直固定于轴，轴分别为动力输入轴和动力输出轴；所述内侧为两组轮盘相对面侧，外侧则为反面侧；两组轮盘之间有同步带轮段；轮盘有朝向轴心的限位槽；可形成一个整圆的同步带轮段的两外侧有一体的、位于轮盘限位槽内的限位块，限位块的外侧固定有螺纹管，螺纹管与朝向轴心的螺纹杆相连接；螺纹杆的两端通过轴瓦固定于轮盘，其中一端通过齿轮与固定于轮盘的电动机相连接；两个轴之间的同步带轮段通过同步带相连接。两侧的轮盘有与同步带轮段外形相同的同步带轮段槽，其中一侧有连接有齿轮条的同步带轮段，齿轮条与外侧的固定有齿轮的电动机相连接，电动机固定于轮盘外侧；另一侧的同步带轮段槽的外侧封闭。

优选的另一个实施例为，由链轮代替同步带轮，链条代替同步带。

本发明的优点是：通过优化设计，电动机使螺纹杆转动同时使螺纹管移动，螺纹管在限位块的作用下只能在朝轴心方向移动，并带动同步带轮段或者链轮段移动产生变径而产生无级变速的作用，也可以通过液压器同步带轮段或者链轮段移动产生完成变径。

附图说明

图1为链轮正视图。

图2为同步带轮和同步带正视图。

图3为单个4等分的同步带轮段正视图。

图4为4个同步带轮段形成一个整圆的正视图。

图5为无级变速箱的一侧最小同步带轮段圆心正视图。

图6为无级变速箱的一侧最大同步带轮段圆心正视图。

图7为无级变速箱的一侧剖视图。

图8为无级变速箱第一实施例正视图。

图9为无级变速箱第二实施例正视图。

图10为无级变速箱的一侧同步带轮段局部剖视图。

图11为无级变速箱第三实施例剖视图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行详细描述。

在附图中，1为分度圆，2为链轮，3为齿顶圆直径，4为同步带，5为同步带径线，6为同步带轮，7为分度圆直径，8为限位块，9为固定架，10为限位槽，11为电动机，12为螺纹管，13为螺纹杆，14为轮盘，15为齿轮条，601为同步带轮段，16为液压器，17为连接杆，18为液压液，19为活塞，20为连接管，21为液压管。

图1和图2示出了两组传动轮子的结构。如图所示，链轮（2）和同步带轮（6）是优化的内啮合直齿圆柱齿轮的内齿轮，它们的外齿轮分别优化为链条和同步带（4）；链轮（2）和同步带轮（6）都有分度圆（1），叫法不一样，同步带轮（6）叫节径，这里统一叫分度圆（1），分度圆（1）为齿轮的有效运行线，是在端面内计算齿轮几何尺寸的基准圆，同步带（6）的同步带径线（5）相当于分度圆，同步带轮（6）的分度圆直径（7）大于齿顶圆直径（3）。同步带轮（6）和链轮（2）可以互换使用，只是同步带轮（6）适用于力量较小的传动，链轮（2）则适用于任何力量的传动。同步带轮（6）和链轮（2）最大的特点是，切入都是与圆心线成90度角，在它们齿的参数相同的情况下，任意两组或者多组不同直径的轮子可以通过一根同步带或者链条相连接，也相当于多个链轮段或者同步带轮段的连接、转动。端面齿距为相邻两齿同侧端面齿廓之间的分度圆弧长。另外，同步带可以使用碳纤维复合材料制作，以增强其牢固性。

图3到图8示出了无级变速箱第一实施例的结构。如图所示，它由同步带轮段（601）、电动机（11）、螺纹管（12）、螺纹杆（13）和轮盘（14）组成，为总体特征。其中，每个轴有两个轮盘（14）垂直固定于轴，轴分别为动力输入轴和动力输出轴，两个结构相同，运行方向相反，因此未特别注明输入轴和输出轴，这样才有输出动力的变化；轮盘（14）有固定、限位的作用。内侧为两个轮盘（14）相对面侧，外侧则为反面侧，这个是对相对位置的一个说明；轮盘（14）有朝向轴心的限位槽（10），用于限定同步带轮段（601）只能在轴心线的方向上移动；两个轮盘（14）之间有可形成一个整圆的同步带轮段（601），当成为一个整圆的时候，是分度圆最小的时候，这里的分段通常情况下是在齿根的中心、朝圆心方向均匀分段，这样在移动后形成的空间相对较小，有利于增加其他部件，也有利于加工，而且对同步带的损伤最小，当然也可以在齿根以其他方向分开，甚至在齿顶或者齿侧边也可以；这里的分段通常在3到6段比较好，2到3段在同步带轮段（601）移动后由于段与段之间的空档比较大，会形成比较大的分度圆变化，4段、5段和6段最佳，7段和8段密度相对比较密了，9段及10段及以上更密，不利于其他零部件的放置，但是同步带轮段（601）移动后其分度圆的变化比较小，7段以上比较适用于大型的变速箱，比如重型卡车、轮船之类的。同步带轮段（601）的两外侧有一体的、位于轮盘限位槽（10）内的限位块（8），通过限位使同步带轮段（601）只能朝轴心方向移动，限位块（8）的外侧固定有螺纹管（12），螺纹管（12）与朝向轴心的螺纹杆（13）相连接，这里所述的螺纹通常是平齿螺纹，因为尖齿螺纹的耐受力小、易变形、易损坏，而且精度不高，而平齿螺纹的耐受力高，不容易损坏和变形，适用于大的力量；螺纹杆（13）的两端通过轴瓦固定于轮盘（14），这样螺纹杆（13）只能转动带动螺纹管（12）移动；其中螺纹杆（13）一端通过齿轮与固定于轮盘（14）的电动机（11）相连接，带动螺纹杆（13）转动，这里的电动机（11）通常是伺服电机，这样容易控制运行速度和形成两侧同步运行；这里的齿轮可以是蜗杆齿轮，跟与电动机（11）相连接的蜗杆接触，也可以是齿轮与安装有减速器的电动机（11）相连接，用于减速和增加扭矩，带动螺纹杆（13）转动；而螺纹杆（13）的一端通常是在远离轴心的一端，这边的空间大；而电动机（11）可以与轮盘（14）直接连接，通常也需要固定架（9）相连接，固定架（9）通常与轮盘（14）形成一个“口”字形，也可以是其他结构，这样有利于齿轮的安装运行，以及放置其他零部件；这里的电动机（11）在同步带非受力区接通电源运行并与车辆的控制线路板相连接，受到最佳变速的控制，又可以另外在驾驶室面板设置按键，用于高增速或者快减速的控制，非受力区是指同步带（4）在输入轴区的接入开始后的45度以内和在输出轴区离开前的45度以内，尤其是同步带（4）与同步带轮段（601）不接触的地方，这样电动机（11）需要付出力量最小，变化的速度也可以快一点，通常移动同步带轮段（601）是从同步带（4）与同步带轮段（601）分开的地方开始，这样运行空间最大、最省力；螺纹杆（13）靠近轴心的一端通过两组各成90度的锥齿轮及连接杆，与另外一边螺纹杆（13）相连接，这样可以形成同步运行，减少电动机（11）的使用，降低成本。两个轴之间的同步带轮段（601）通过同步带（4）相连接，这样，两边运行后可形成变速。另外，在轮盘限位槽内部的外侧布置有固定片，固定片有齿轮纹，齿轮纹与固定于同步带轮段限位柱的电动机相连接，这样，在同步带轮段移动时可以在限位槽朝向轴心方向的空位里面插入固定片，能够使同步带轮段承受更大的扭矩和压力。其中，在两个轮盘（14）间的同步带（4）可以有弹力压轮，弹力压轮是小直径的同步带轮（6）与弹簧相连接固定于变速箱外壳，有利于对同步带（4）张紧和应对同步带轮段（601）分度圆变化导致的同步带（4）相对应长度的变化，这里的小直径的同步带轮（6）可以用圆柱轮或者有轴承的圆柱轮或者直接用轴承代替，但是同样部位的是小直径链轮就不能用它们代替。

本实施例具体运行过程是：需要变速时，输入轴侧和输出轴侧同时进行，在非受力区，电动机（11）转动使螺纹杆（13）转动带动螺纹管（12）移动，螺纹杆（12）通过限位块（8）受到轮盘限位槽（10）的影响带动同步带轮段（601）做直线运动，一侧的同步带轮段（601）朝轴心方向移动减小分度圆直径，另一侧的同步带轮段（601）朝远离轴心方向移动增加分度圆直径，它们的移动距离相同，也可以不同，形成分度圆的变化，产生变速，它们移动的距离能够使邻近的两段同步带轮段（601）间的端面齿距是同步带轮段（601）端面齿距的正整数倍，有利于同步带轮段（601）的轮齿与同步带（4）的齿的正常啮合，对同步带（4）的损害最小，通常是1到4倍，因为经常是一正一负双倍的的变化，每次变化1到2倍是正常比较缓慢的变速，3到4倍比较快，5倍和6倍则相当快，可以与手动变速相似，根据车辆的需要，形成顺滑的变速。

图3、图4、图7、图9和图10示出了无级变速箱第二实施例的结构，此实施例的结构是第一实施例的延伸，在第一实施例的基础上，是指同一个轴的两个轮盘（14）其中的一个有与同步带轮段（601）外形相适应的同步带轮段限位槽（10），这里所述相适应是指槽可以是与同步带轮段（601）形状相同，也可以呈内径与同步带轮段（601）内径相同、外径与同步带轮段（601）齿顶圆相同的扇形，这个同步带轮段限位槽（10）位于相邻的两个朝向轴心的、用于变径的同步带轮段（601）限位槽之间，此限位槽（10）内布置有同步带轮段（601），用于限定同步带轮段（601）只能朝一个方向移动，也就是与轴心平行的方向移动，这里的同步带轮段（601）与变径的同步带轮段（601）的作用不同，是变径的同步带轮段（601）变到一定的位置后，变径的同步带轮段（601）分度圆与轴心最大的距离上形成的分度圆是这里的同步带轮段（601）的分度圆，两者之间形成一个相对比较完整的同步带轮圆轮，这里的同步带轮段（601）的分布，是沿轴心线分布，有最靠近轴心开始，在最小的分度圆远离轴心方向在一个轮厚的距离，所述轮厚是指在圆心线方向上用于变径的同步带轮段（601）齿顶圆到轴圆的距离，这个距离通常为轮厚的0.8到1.2倍之间，离轴心越远距离相对变小，相对应的同步带轮段（601）的轮厚也变薄，因为离轴心越远同步带轮段（601）的长度越长，能够耐受的拉力和压力也变大，之间留下的距离有利于同步带轮段（601）的固定；这里的同步带轮段（601）的外侧有齿轮条（15），齿轮条（15）与外侧的固定有齿轮的电动机相连接，电动机固定于轮盘外侧，用于同步带轮段（601）的伸缩，分度圆逐渐变大时，从轴心向远离轴心的方向加入同步带轮段（601），反之亦然；另一侧轮盘（14）有一个相对应的、外侧封闭的限位槽（10），用于固定同步带轮段（601）的一端和防止脱出，限定移动的距离，这里的同步带轮段限位槽（10）和对面的限位槽（10）在两个轮盘（14）在轴心线上是交错分布的，也就是说，从轴心向远离轴心的方向，奇数的在一边，偶数的在另一边，这样相对空间变大，有利于电动机的放置。另一种情况是，同步带轮段（601）的内侧固定有限位块（8），另一侧轮盘有一个相对应的、外侧封闭的限位槽（10），用于固定同步带轮段（601）的一端和防止脱出，限定移动的距离。这里所述在空档区加入的、用于形成整圆的同步带轮段限位槽内，其同步带轮段可以使用同心圆的圆弧段取代，而槽则与圆弧段相适应，这里的圆弧段朝向轴心方向和远离轴心方向均为光滑的圆形，这里的同心圆指以轴心为圆心，这样就比同步带轮段薄，数量有增加，层数增加，能够与变径的同步带轮段用于支撑同步带形成更多的整圆；这里所述圆弧片还可以是在远离轴心方向有与同步带轮的轮齿底部相对应的凹陷，所述同步带轮的轮齿底部为同步带轮的轮齿接近底部相对形成圆的部分与根部之间形成圆的部分，两者之间的那部分，其厚度通常在轮齿的厚度的四分之一以内，也可以在三分之一以内，或者五分之以内，因为与同步带的齿相对应，能够增加同步带在该部分的抓力。这里用于形成整圆的电动机，可以固定于轮盘，也可以固定于用于变径的螺纹管，这样，螺纹管移动，则相对应的圆弧段或者同步带轮段同步进退，用于形成整圆。

如图3、图4和图11示出了无级变速箱第三实施例的结构，如图所示，与前面二个实施例不同的是，它是通过液压来带动同步带轮段（601）的变径。它在轮盘（14）固定有朝向轴心的液压管（21），液压管（21）内有活塞（19），活塞（19）在远离轴心方向通过U字形的连接杆（17）与同步带轮段（601）的限位柱（8）相连接，通过液压使活塞（19）移动带动同步带轮段（601）的移动、变径，当然，在液压管（21）离轴心的最远端固定有限位片，限位片的中心有与连接杆（17）相对应的孔的，通常是圆的，使连接杆（17）只能在朝轴心的方向上移动；液压管（21）内有液压液（18）通过连接管（20）与固定于轮盘（14）外侧的液压器（16）相连接，液压器（16）包括电动机、活塞、曲轴轮、单向阀和储液缸等，整体形成液压系统，能够产生较大的压力作用于液压管（21）里的活塞（19）。只是相对来说，液压系统的连接杆（17）的活动的范围会增加，导致体积增大。其轮盘（14）空余部分的结构与第二实施例相同。

以上所有实施例的同步带轮（6）都可以使用链轮代替，同时同步带（4）使用链条代替，可以达到相同的效果，而且多排链轮可以用于更大力量的交通工具，比如重型卡车、装甲车等，甚至在轮船上都可以使用。所有实施例的供应润滑油系统从轴心离心式供油，轴心穿孔，再离心方向穿孔与变径系统和形成整圆的部分形成通道供油润滑油，这种方式最方便而且最全面。

此发明适用于任何交通工具的变速。

Claims (13)

1.一种无级变速箱，它包括：同步带轮段、螺纹杆、螺纹管和轮盘，其特征是：每个轴有两个轮盘垂直固定于轴，轴分别为动力输入轴和动力输出轴；所述内侧为两个轮盘相对面侧，外侧则为反面侧；轮盘有朝向轴心的限位槽；两个轮盘之间有可形成一个整圆的同步带轮段；同步带轮段的两外侧有一体的、位于轮盘限位槽内的限位块，限位块的外侧固定有螺纹管，螺纹管与朝向轴心的螺纹杆相连接；螺纹杆的两端通过轴瓦固定于轮盘，其中一端通过齿轮与固定于轮盘的电动机相连接；两个轴之间的同步带轮段通过同步带相连接。

2.一种无级变速箱，它包括：同步带轮段、液压管、连接杆和轮盘，其特征是：每个轴有两个轮盘垂直固定于轴，轴分别为动力输入轴和动力输出轴；所述内侧为两个轮盘相对面侧，外侧则为反面侧；两个轮盘之间有可形成一个整圆的同步带轮段，同步带轮段外侧固定有限位柱，轮盘内侧有限位槽与限位柱相接触；轮盘固定有朝向轴心的液压管，液压管内有活塞，活塞在远离轴心方向通过U字形的连接杆与同步带轮段的限位柱相连接；液压管内有液压液通过连接管与固定于轮盘外侧的液压器相连接。

3.如权利要求1或者2所述的一种无级变速箱，其特征是：两个轮盘非变径的区间有与同步带轮段外形相适应的同步带轮段限位槽，槽内布置有同步带轮段，同步带轮段的外侧有齿轮条，齿轮条与外侧的固定有齿轮的电动机相连接，电动机固定于轮盘外侧；另一侧的同步带轮段槽的外侧封闭。

4.如权利要求1或者2所述的一种无级变速箱，其特征是：两个轮盘非变径的区间有与同步带轮段外形相适应的同步带轮段限位槽，槽内布置有同步带轮段，同步带轮段的外侧有齿轮条，同步带轮段的内侧固定有限位块，齿轮条与外侧的固定有齿轮的电动机相连接，电动机固定于轮盘外侧；另一侧轮盘有与同步带轮段限位块相对应的槽。

5.如权利要求1到4任意一项所述的一种无级变速箱，其特征是：所述两个轮盘非变径的区间有限位槽，槽内有以轴心为圆心的圆弧段，圆弧段外侧有齿轮条，齿轮条与固定于轮盘的、固定有齿轮的电动机相连接；所述圆弧段远离轴心方向有与同步带轮的轮齿底部相对应的凹陷；所述同步带轮的轮齿底部为同步带轮的轮齿接近底部相对形成圆的部分与根部之间形成圆的部分，两者之间的那部分。

6.如权利要求1或者3到5任意一项所述的一种无级变速箱，其特征是：所述螺纹杆位于轴心的一端通过锥齿轮和转轴与另一侧的螺纹杆相连接。

7.如权利要求1或者3到6任意一项所述的一种无级变速箱，其特征是：所述螺纹杆通过齿轮与有减速器的电动机相连接。

8.如权利要求1或者3到7任意一项所述的一种无级变速箱，其特征是：所述螺纹杆通过蜗杆齿轮与有蜗杆的电动机相连接。

9.如权利要求1或者3到8任意一项所述的一种无级变速箱，其特征是：所述螺纹杆和螺纹管的螺纹是平齿螺纹。

10.如权利要求1或者3到9任意一项所述的一种无级变速箱，其特征是：在轮盘限位槽内部的外侧布置有固定片，固定片有齿轮纹，齿轮纹与固定于同步带轮段限位柱的电动机相连接。

11.如权利要求1到10任意一项所述的一种无级变速箱，其特征是：所述电动机为伺服电机。

12.如权利要求1到11任意一项所述的一种无级变速箱，其特征是：所述同步带轮段用链轮段代替，同步带用链条代替。

13.如权利要求1到12任意一项所述的一种无级变速箱，其特征是：所述供应润滑油系统从轴心离心式供油。