CN1066811C

CN1066811C - 变速装置

Info

Publication number: CN1066811C
Application number: CN95100644A
Authority: CN
Inventors: 松田裕; 志水薰
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-05-12
Filing date: 1995-02-20
Publication date: 2001-06-06
Anticipated expiration: 2015-02-20
Also published as: KR950033181A; DE69514407D1; CN1118850A; DE69514407T2; JPH07305750A; TW302424B; MY111830A; EP0682195A3; EP0682195A2; US5547428A; KR0165861B1; EP0682195B1

Abstract

一种变速装置包括一对皮带轮，其中至少一个皮带轮是可变外径皮带轮，在所述一对皮带轮之间传动动力的动力传动机构；而所述可变外径皮带轮包括一管子，支承机构和一滑块，其中管子在其侧壁周围径向地设置若干透孔；支承机构有与透孔连接的流体供给通道，滑块安装在透孔中并形成一皮带轮周面，而且滑块通过流体供给通道所提供的流体以一个方向移动，使可变外径皮带轮的外径得以扩大，还包括用于使滑块回到原来位置的弹性件；一密封件具有与管子的各透孔相对应的隔膜并且与侧壁之间保持气密关系。

Description

变速装置

本发明涉及一种装有外径可变的皮带轮的变速装置。

在具有内燃机的农业机械和车辆、自行车或各种类型的机器中，使用能按级(挡)选择的输出轴的转数或连续(无级)传动的变速装置。

作为一连续变速装置，在特许公开的日本专利申请号63-145861中提出了一种具有皮带轮的结构，皮带轮的外径通过把分隔带轮的滑动部件放入具有径向设置的一带槽的导轮中，且在转轴上滑动的滑动部件和导块通过联接杆加以连接而改变。在日本实用新型专利号2-54947中公开了另一种结构，这种结构使在V形皮带轮中所含有的滑板之一移动。

作为使用如压缩空气的流体的可变外径滚轮，例如，特许公开日本专利申请号3-20420和特许公开日本专利申请号3-259843公开了滚轮外径通过把如气体那样的流体供给压力室(包括若干压力室的组合)而加以改变，该压力室由管状弹性体制成且固定到转轴上，而使管状弹性体扩大。

不过，在使用上述可变外径皮带轮的特许公开日本专利申请号63-145860中，使用了联杆机构和具有分隔带轮的滑动部件，构造是复杂的且使用了大量部件。

此外，在日本实用专利号2-54947中，变速装置结构复杂、其功率大和需要大量的装配工时和成本。

鉴于上述不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、重复疲劳优良且经济的变速装置。

根据本发明的典型实施例，一种变速装置包括一对皮带轮，这对皮带轮至少在一侧装有一可变外径皮带轮和在一对皮带轮之间具有传送动力的动力传动机构，并且可变外径皮带轮是如此构成的，即使一些径向布置的滑块可通过所提供的诸如空气或油的流体压力加以移动并扩大皮带轮的外径。

作为动力传动机构，使用各种皮带，例如圆皮带、平皮带、V形皮带、定时皮带或传动链。可变外径皮带轮配有密封件，该密封件具有一些与管子内的每一透孔相对应的罐形弹性隔膜，而管子则在其筒壁上设置许多透孔。诸构成一皮带轮周面的滑块被装配入每一透孔中以便平衡地滑动、诸密封件和管子在管子两端的侧板之间保持密封关系以及一转轴设有供给流体的一连接机以推动隔膜。诸滑块通过从与转轴连接的一旋转联接器中所供给的流体按扩大皮带轮的外径的方向而被推动和移动。

装在密封管内侧的罐形隔膜由转轴的连接孔中所供给的流体而形变成平板形。同时，通过管子的透孔把与罐形隔膜适配的滑块推出管外。结果，径向地装配在滑块的顶部，且形成一皮带轮圆周面的周面部件(部分)则按规定距离向外移动，而使皮带轮达到一所需(扩大)的外径尺寸。侧板则可限制滑块的移动范围(上死点)。

当可变外径皮带轮排出管子内的流体后，滑块将通过张力盘簧或插入皮带轮周面部件的槽中的橡胶环而恢复到隔膜的原来位置。因此，滑块项部的周面部件回复到初始位置，皮带轮变成一初始的(小的)外径。

根据本发明的一典型实施例，一使用在变速装置中的可变外径皮带轮具有十分简单的结构且任何过大张力不施加于隔膜。当隔膜从罐形形变成平板形件，仅造成很少的压缩和弯曲变形。由滑块所构成的皮带轮的最大外径尺寸始终是不变的而与施加于隔膜的流体压力无关，因为滑块可移动的范围由侧板所限定。

此外，作为动力传动机构有可能使用圆皮带、平皮带、定时皮带、传动链等以及V形皮带之中的任一皮带。

图1表示一根据本发明第一典型实施例的变速装置的原理图。

图2是一沿图1的S0-S0线所作的、用于变速装置一可变外径皮带轮的剖面视图。

图3是一沿图2的S1-S1线所作的一可变外径皮带轮的剖面视图。

图4是一在把压缩空气供给皮带轮后图2所示的一可变皮带轮的剖面视图。

图5是一沿图4的S2-S2线所作的一可变外径皮带轮的剖面视图。

图6是一图2所示的可变外径皮带轮中所含有的一密封件的剖面视图。

图7是一图6所示的密封件的剖面视图。

图8是一图2所示的一可变外径皮带轮的侧视图。

图9是一图8所示的滑块的俯视平面图。

图10是一在含有轴的轴线的平面中所作的与图1所示变速装置一起使用的另一可变外径皮带轮的剖面视图。

图11是一沿图10的S3-S3线所作的剖面视图。

图12是一图10所示的可变外径皮带轮中所包含的一滑块的侧视图。

图13是一图12中所示的滑块的俯(平面)视图；

图14是一根据本发明的第二典型实施例的变速装置的结构原理图；

图15是一沿图14的S0-S0线所作的、变速装置中所使用的可变外径皮带轮的剖面视图；

图16是一沿图15的S1-S1线所作的可变外径皮带轮的剖面视图；

(第一典型实施例)

图1示出了一根据本发明的第一典型实施例的变速装置的原理图。

变速装置50包括作为动力传动机构的一对可变外径皮带轮100和一皮带20。每一可变外径皮带轮装配在一驱动和一从动侧的轴4上。轴4以平行方式布置且在其两端通过球轴承或筒形金属那样的轴承加以支承以能转动。轴4在其轴线上具有把液体供给给皮带轮100的内侧的空心部分。

使用图1中所未示出的发动机或电动机可使驱动侧的轴转动。驱动侧的转动则可通过诸如皮带20或链条那样的传动机构传动到从动侧的轴上。

作为皮带20，可采用如圆皮带、平皮带、定时皮带以及V形皮带之中的任一种皮带。

图1(A)表示在平皮带加以张紧的状况下的变速装置的结构原理图。

在主动侧和在从动侧，每一可变外径皮带轮可具有两种外径尺寸，小直径和大直径，如图1(A)和1(B)所示。在两皮带轮具有同样大小的直径的情况下，尽管有四种外径尺寸的组合，但是从动侧的皮带轮的转数与主动侧的皮带轮的转数是一样的，而实际上从动侧皮带轮提供三种转数。也就是说，在变速装置50中，从动侧的轴4可以以三个级位加以转换。

图1(A)表示从动侧的可变外径皮带轮100通过供给液体而扩大其外径的状况。主动侧的可变外径皮带轮100并不供给液体，而其外径则保持原来的小外径。

图1(B)表示主动侧的可变外径皮带轮100通过供给液体而扩大其外径，而从动侧则保持原来的小外径。

使用如电磁阀或流体力学元件那样的液压控制阀自动或手动地变换可变外径皮带轮100的皮带轮外径。在每个状态下的皮带张力通过如张力滚柱21或皮带张紧轮之类的机构来(进行)调节。

可使用诸如空气、油等的任一种流体。作为一空气供应源，例如与变速装置组合成一个单元的动力压缩机，可以采用与变速装置分开提供的一普通的动力压缩机或手控空气泵。

在图2至图9中示出了根据本发明的第一典型实施例的传动装置中所使用的一可变外径皮带轮100。图2和图3分别是沿图1的S0-S0线和图2的S1-S1线所作的可变外径皮带轮100的横剖面视图。

管子1配有若干透孔，例如在管子1的筒形壁上相隔90°的四个透孔12。管子1由如金属、环氧树脂、纤维加强塑料或聚苯乙烯之类的硬质材料制造，且用金属的数控机床或树脂的喷射模压成形。管子1通过一密封件9的边沿部分9c被卡住在两侧板2之间。侧板2通常由金属板的压制件制成，但它们也可由树脂的喷射模制而制成。

侧板2通过盘形橡胶衬垫5、盘形衬垫保持架6和螺栓7与轴4保持密封(不透气)关系，而该轴则使皮带轮100保持在管子1的轴线方向。

通常把具有半圆形缺口的矩形转板13插入图2中字母C所示的四个部位(该部位各位于轴4的上、下部)的H切槽中且通过螺栓7与盘形衬垫保持架6一起固定到侧板2上。

盘形橡胶衬垫5的一部分按中心孔的周围部分与轴4接触的方向加压，并且根据对螺栓7所施加的扭矩，使橡胶衬垫5在轴4和管1的内侧之间起到密封作用。因此，把轴4的表面精加工到精密光洁度是不必要的且充分的密封甚至对具有粗糙表面的钢制的轴4也是有效的。

侧板2和管子1通过螺栓7、螺母14和密封件9的边沿部分9c(在图2中上部和下部)而得以保持密封(不透气)的关系。

密封件9由如硅橡胶的模塑弹性材料，如丁基橡胶的橡胶材料或软塑料而被制成图6和图7所示的一个单元(部件)。一个单元的模制方式例如可以是浇注或喷射模制。

密封件9和管子1紧密地配合。如图6和图7所示，密封件9则由一圆筒形管身9D、若干透孔9B。一些隔膜9A、边沿部分9C和圆环形槽9E所组成。

透孔9B设置在与管子1的筒形壁上所设的各透孔12相对(应)的四个位置，而滑块10的支承轴10A适配于透孔12，以便能平衡地滑动。隔膜9A设置在与管1的筒形壁上所设的各透孔12相对的四个位置，且在圆筒形管身9D内部形成罐状突出部。

在管子1的两端上所附设的环形槽9E和边沿部分9C通过螺栓7和螺帽14而使侧板2和管子1之间的紧密密封成为可能。隔膜9A的形状可以不是一罐形的而是象皮老虎或多面体那样的任一形状。

可使滑块10的支承轴10A平稳移动的管子1筒形壁的透孔，是通过图2所示的密封件9的隔膜9A而加以紧密密封的。

在图8和图9中分别示出了滑块10的侧视图和顶视图。滑块10是如此制造的，以使沟槽10D处在弧形皮带轮的两周面部分10B之间。弧形皮带轮的两周面部分10B位于支承轴10A的一端，且形成一皮带轮周面。滑块10用如纤维加强塑料之类的树脂来模压成所需的形状。它们可由例如金属加工、压铸或注射模塑金属或树脂加以制成。

凹槽10F以均匀相隔开的间距设置，以便与平皮带接触时或使用定时皮带时增加摩擦力。

图2表示一使平皮带张紧的可变外径皮带轮。所画的皮带轮周面的横断面是平的，但它可以是凸形的，以便皮带不滑出皮带轮。

对圆皮带或V式皮带可以分别是凹入的或V形的。图15中示出了V形皮带的可变外径皮带轮500的断面图。圆皮带可用于在其周面上具有V形凹槽的可变外径皮带轮500。可以设有若干平行的V形凹槽来代替单一的凹槽。一种链轮则可用于链带(未画出)传动。

当使用链带或定时皮带时，设计若干齿轮是必要的，以便在小的直径和扩大的直径的任一情况下也不松开咬入的齿轮。

滑块10做得可使沟槽10D置于两弧形皮带轮圆周部分10B之间，该圆周部分位于支承轴10A的一端且形成皮带轮周面。通过提供具有所示形状的和规定偏移的弧形皮带皮圆周部分，在滑块10径向地安置在以90°隔开的四个位置时，这种结构可防止弧形皮带轮周围部分10B的相互干涉，且在皮带轮的外径扩大时，可形成连续的皮带轮圆周部分10B。

皮带轮周面部分10B的配置的形状不限于是对称的，它们可布置得象字母Y或S，以便它们能成为连续的。

滑块10的一端是一具有圆形断面的支承轴10A。橡胶环11安置在滑块10的沟槽10D中。当可变外径皮带轮具有小的直径时，橡胶环11具有同时朝着轴4的轴线推动滑块10(图2实施例所示的4件)并使滑块10回复到原来位置的作用。代替用于使滑块回复到原来位置的橡胶环11，可以是向隔膜9A提供负压的装置，例如连接它们的始点和终点的环形张力盘弹簧或任何其它的装置。

按照规定的定时信号，压缩空气通过旋转式空气联接器17、沿着轴4的轴线的流体通道15和一横向的连接孔16供应给密封件9的圆筒形筒身9D。

图4所示的和图5中B所标注的密封件9的隔膜9A受压缩空气推压，从罐形变形成平板形且推动滑块10的支承轴10A，使之更远离管子1的透孔12。

受压缩空气所推动的滑块10的行程的终端是滑块10的运行极限(上死点)，在那里，滑块10的突出部分10C对着C形侧板的钩形边沿部分2A冲击。

推向管子1外的滑块10的皮带轮周面部分10B形成一具有图4和5所示的所希望的较大外径的圆周面。同时，它们使固定在滑块10的沟槽10D中的橡胶环11扩张。

由橡胶制成的圆柱弹性的耐压力通常小于2kgf/cm左右。

在本发明中，能把2至5kgf/cm的压缩空气供给隔膜9A。

在将压力用来扩大皮带轮时，由软性橡胶制成的隔膜9A变形成平板且被推入尖锐边缘或推入小缝隙中。对隔膜9A的反复作用使隔膜9A的软表面逐步地被剥落，最终其耐压强度减小且隔膜9A会爆裂。为了防止高压下反复工作的隔膜9A的爆破或破裂，支承轴10A的边缘部分制有如图8所示的圆角10E。

随压缩空气作用，把隔膜9A的形变部分推进到密封件9的圆筒形筒身9D的内壁和支承轴10A的圆角10E，如图5的圆A所示，以使将密封件9的弯曲变形减至最小。

根据本发明所构成的隔膜9A在大于5kgf/cm的空气压力下可实现2百万次循环以上的工作寿命。

在推动隔膈9A的压缩空气通过轴4的流体通道被排放后，可变外径皮带轮的外径从扩大的直径回复到原来小的直径。

在密封件9内的空气压力减小时，支承轴10A通过橡胶环11的张力而推向管子1内以使滑块10恢复到图2和图3所示的它们的原来位置。然后，皮带轮圆周部分10B的周面(外径)变成小于侧板2的外径。

在图3所示的小外径的状况下，滑块10的皮带轮圆周部分10B并不形成一平滑的圆周。不平部分是由于在皮带轮圆周部分10B的搭接边缘部分造成的。这是由于在扩大外径的情况下可获得平滑的环形圆周表面且如图3所示，即使在动力传动机构中通常不产生干扰，但如有任何麻烦，不平部分可通过将皮带轮周面部分10B的边缘部分倒棱或减少搭接部分而加以除去。因此，可在小的外径状况下设计平滑的圆周表面以代替在扩大外径状况下所设计平滑圆周面。

图11、12和13示出了可变外径皮带轮400的另一典型实施例。这个实施例含有一空心轴121，此轴在其内具有一流体供给通道132且在流体通道132的壁上具有若干径向连接孔122。流体通道132连接于流体供给线(未画出)。滑块124装配入可变外径皮带轮400的透孔128以能在透孔128中滑动并形成一皮带轮圆周面。滑块124是如此制造的，使得它们得以通过将流体供应给流体供给通道132和连接孔122而按增加皮带轮400的外径的方向加以推动和移动。

可变外径皮带轮400不设有密封件，例如在图2的一可变外径皮带轮100中得知。

可变外径皮带轮100和400在滑块和侧板之间设有间隙，滑块适合于几十微米的间隙并且按照H7f6等级配合驾精加工。这一级别的精加工导致小的皮带轮外径，而可变外径皮带轮则为紧凑的。

图10是一在空心轴121的两位置上所装的两可变外径皮带轮400的剖面视图。图12是一沿图10的S3-S3线所作的剖面视图且表示当把流体供应给空心轴121和扩大皮带轮外径时的滑块的位置。为便于图解表示，环125在这个视图中被略去。图13和14分别是滑块124的侧视图和俯视图。

参阅图11，空心轴121的一端具有一沿空心轴121流道132的轴线供给流体(如空气)的纵向通道132并由塞子129加以封闭，且其另一端与一旋转空气联节器130连接，通过旋转联接器130可把特定压力的空气供应给轴121的流道132。

空心轴121具有固定长度且通过在空心轴121两端上所设的轴承131加以支承。

对每一可变外径皮带轮400而言，空心轴121在其流道130的壁上具有四个径向定位间隔90°布置的连接孔122。因而，空心轴具有总共八个连接通道(孔)112。

把一些支承滑块124的主盘123安装在空心轴121上。如图11所示，两主盘123安装在空心轴121上。主盘123包括四个位于连接孔122上方的透孔128，每个透孔128通过连接孔122与流道132连通。

诸滑块124被装配入主盘123的每个透孔128中，以便滑动124可平衡地在透孔128中滑动。在图11中，把4个滑块装配入主盘123。滑块124类似于图2的滑块10，包括一支承轴124A和一皮带轮周面部分124B。支承轴124A具有一装配入透孔128的特定的空隙(间隙)且根据H7f6等级加以精加工以适配。一或两个密封环125围绕滑块124的支承轴124A安装在一或两个位置(在图11中示出了一个位置)上。以防止空气泄漏和灰尘透入。

支承轴124A的表面通过车床和磨床被精加工到接近镜面的光滑表面。不过，当滑块124由树脂或类似材料制成时，可使用一种具有改善表面平滑度的压模，而可省去滑块本身的精加工工作。

滑块124设有两从支承轴124A相等地延伸的弧形皮带轮周面部分124B和设置在如图14所示的两皮带轮周面部分124B之间的一沟槽124c。

滑块124的皮带轮周面部分124B的形状与图2所示滑块10的皮带轮周面部分10B的形状相似，张力盘簧126的功能和结构与图2中装配的橡胶环11相似。皮带轮400的外径的扩大以类似于可变外径皮带轮100的扩大方式来做，说明从略。

在图10中，当用空气加以扩大，由虚线所示的滑块124的位置表示皮带轮400的外径位置。

固定在主盘123的外侧上的两侧板127限定了滑块124的冲程终端且防止滑块124的支承轴124A转动。

当把所需的液压引入到流道132后，侧板127限定了可变外径皮带轮400的最大直径且使滑块免于脱离透孔128。

对于图10所示的可变外径皮带轮400可采用另一些保持滑块124方法和装置。

举例来说，一主盘123和诸侧板加以制作成整体的结构、仅由诸侧板加以保持而无须主盘123的结构或由一主盘123、诸侧板127和一空心轴121加以制作成整体的结构。

诸如金属、树脂或合成材料的任一材料都可用于在本发明的可变外径皮带轮中所含有的部件。诸如浇注、喷射模制、压力成形或切削加工的任一制造手段都可用来制造那些部件。

(第二典型实施例)

在图14中示出了一根据本发明第二典型实施例的变速装置51的构成原理。一可变外径皮带轮100仅安装在主动侧，而一固定外径皮带轮115安装在从动侧。因而，从动侧具有两种转数。在该情况下，在从动侧上的轴116可以是实心轴或空心轴的任一种。一可变外径皮带轮100安装在从动侧上和一固定外径皮带轮115则安装在主动侧的结构也是可做到的。

图14A图解表示一给在主动侧上的可变外径皮带轮100提供流体并且其外径扩展到较大尺寸的状况。图14(B)表示一使主动侧上的可变外径皮带轮里的流体排尽且其外径收缩到原来的尺寸的状况。

图15是一沿图14的S)-S0线所作的可变外径皮带轮500剖面视图并表示皮带轮周面通过使流体排出形成平滑而小的外径。

图16是一沿图15的S1-S1线所作的可变外径皮带轮500的剖面视图，诸间隙设置在相邻滑块1610的皮带周面部分件1610B之间。在图16中放大地示出了诸间隙。在因供给流体而外径扩大的状况下，滑块1610的相邻皮带轮周面部分(件)1610B进一步扩大。

任一与滑块相隔90°布置的可变外径皮带轮的上述结构不同的其它变动结构也可以加以使用。

这样，皮带轮外径通过径向地移动滑块而扩大的可变外径皮带轮的变速装置结构简单且在重复疲劳方面较优越。平皮带、圆皮带、定时皮带、V形皮带之中的任何一种皮带，或传动链都可被用作动力传动件。

本发明可包括其它特有的形式而不违反其精神或基本特征。因此，本实施例在各个方面应看作说明性的，而不是限制性的，发明的范围由所附的权利要求而不是由前述的说明书加以表示。因而，在权利要求(书)的等同意义和范围内的所有变化都应被包括在本发明中。

Claims

1．一种变速装置包括：

一对皮带轮；其中至少一个皮带轮是可变外径皮带轮；以及

用于在所述一对皮带轮之间传送动力的动力传动机构，

所述可变外径皮带轮包括：

形成皮带轮周面的滑块；

所述滑块通过流体供给通道所提供的流体以一个方向进行移动，从而使所述可变外径皮带轮的外径得以扩大；

其特征在于：所述可变外径皮带轮还包括：

一管子，在所述管子的侧壁周围径向地设置若干透孔，所述滑块安装在所述各透孔中，且包含有用于使滑块回复到原来位置的弹性件；

一密封件，所述密封件具有与所述管子内的所述各透孔相对应的隔膜；

所述密封件与所述管子在管子的两端上所设置的侧壁之间保持气密关系。

2．根据权利要求1所述的变速装置，其特征在于：所述滑块包括：

形成具有用于张紧皮带的特定角度的皮带轮周面部分的诸弧形部分；

安置在所述透孔中的诸支承轴。

3．根据权利要求2所述的变速装置，其特征在于：所述皮带是圆皮带、平皮带、V形皮带和定时皮带的其中之一。

4．根据权利要求1所述的变速装置，其特征在于：所述滑块包括：

形成具有用于张紧传动链的特定角度的皮带轮周面部分的诸弧形部分；

安置在所述透孔中的诸支承轴。