CN106979287A - 滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变速装置，具体为一种新型滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器，主要由传动机构、调速机构等组成。传动机构利用一对可任意改变直径的离散带轮组和传动带实现无级调速；控制方面采用伺服控制单元。调速机构通过控制伺服电机带动螺纹传动轴转动，拨叉沿着螺纹传动轴进行轴向移动，使输入、输出轴上的丝杆螺母能够实现同时、同速、同轴向移动，最终驱动两个变径带轮组的传动直径变化，实现无级变速。当轴向移动丝杆螺母，受到支撑法兰上导杆的约束，使丝杆螺纹盘旋转，通过带轮块背面的盘型螺纹段与丝杆螺纹盘上的螺纹传动使离散带轮块在导向壳体内径向移动，实现带轮直径的变化。整个系统具有结构紧凑，制造成本低等优点。

Description

滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器

技术领域

本发明涉及一种变速装置，具体为一种新型滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器。

技术背景

无级变速器是一种传动装置，以满足机器或生产系统在运转过程中各种不同工况的要求。传统带式无级变速器(CVT)主要包括主动轮组、从动轮组、传动带和液压泵(调速控制装置)等基本部件。带式无级变速器是一种结构简单、使用广泛的机械式无级调速装置，常规的 V 带无级变速器是通过移动可动锥盘，挤压 V 带，调节带槽宽度调节带轮的工作直径改变传动比，利用带的张紧力使带与带轮之间产生摩擦来传递动力。然而，这种带与带轮之间剧烈摩擦的调速方式，直接造成带的较快磨损，降低其使用寿命。目前市场上应用比较成熟的金属带式无级变速器，主要应用于汽车领域，由于其控制部分也采用液压伺服控制，能耗高于机械控制，为了克服这一缺陷，近年来出现了一种通过直接改变带轮直径进行无级调速的变径带式无级变速器；该种类型的无级变速器可以采用机电控制方式，基于这一控制方式的理念，本发明专利提出一种新型“滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器”。

发明内容

本发明的目的是，针对目前传统带式无级变速器在传动过程中带与带轮摩擦严重，传动带使用寿命短，液压伺服控制系统在能耗和制造成本较高等方面存在的不足，在对卡盘结构特点和变径带轮传动的理念启发，设计一种新型利用机电控制系统进行无级调速的滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器。

本发明的目的是提供一种滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器，包括传动机构、调速机构、离散带轮；所述传动机构包括输入轴和输出轴、传动带；离散带轮包括输入轴离散带轮、输出轴离散带轮，输入轴离散带轮包括若干个输入带轮块，输出轴离散带轮包括若干个输出带轮块，输出轴离散带轮与输入轴离散带轮通过传动带连接；

所述输入轴上固定联接输入导向壳体，输入带轮块均匀分布在输入导向壳体的径向滑槽内并可沿着滑槽径向移动，输入导向壳体与输入支撑法兰固定并轴承连接于箱体；每个输入带轮块背面均具有盘形螺纹段；输入丝杆螺纹盘通过轴承配合在输入轴上，输入丝杆螺纹盘包括空心的滚珠丝杆及其端部的螺纹盘，滚珠丝杆与输入丝杆螺母相配合，螺纹盘外端面上的盘形螺纹与输入带轮块的盘形螺纹段相配合；

所述输出轴与输入轴平行设置，输出轴上固定联接输出导向壳体，输出带轮块均匀分布在输出导向壳体的径向滑槽内并可沿着滑槽径向移动，输出导向壳体与输出支撑法兰固定并通过轴承连接于箱体；每个输出带轮块背面具有盘型螺纹段，输出带轮块的盘型螺纹段螺纹旋向与输入带轮块的盘型螺纹段螺纹旋向相反；输出丝杆螺纹盘通过轴承配合在输出轴上，输出丝杆螺纹盘包括空心的滚珠丝杆及其端部的螺纹盘，滚珠丝杆与输出丝杆螺母相配合，输出丝杆螺纹盘螺纹盘外端面上的盘形螺纹与输出带轮块的盘形螺纹段相配合，输出丝杆螺纹盘螺纹盘上的盘形螺纹旋向与输入丝杆螺纹盘螺纹盘上的螺纹旋向相反；

所述变速机构使输入轴上的输入丝杆螺母、输出轴上的输出丝杆螺母实现同步轴向移动。

优选的，所述调速机构包括伺服电机、螺纹传动轴、拨叉，拨叉的两端插在输入丝杆螺母与输出丝杆螺母外壁的U型槽内；伺服电机驱动连接螺纹传动轴，伺服电机与拨叉通过螺纹传动轴连接，螺纹传动轴与输出轴、输入轴平行设置，拨叉与螺纹传动轴垂直设置；通过控制伺服电机带动螺纹传动轴转动，拨叉沿着螺纹传动轴进行轴向移动。

优选的，所述输入导向壳体与输入轴通过花键固定联接，输入导向壳体与输入支撑法兰固定联接，输入支撑法兰通过轴承与箱体连接；输入丝杆螺纹盘通过轴承空套在输入轴上。

优选的，所述输出导向壳体与输出轴通过花键固定联接，输出导向壳体与输出支撑法兰固定联接，输出支撑法兰通过轴承与箱体连接；输出丝杆螺纹盘通过轴承空套在输出轴上。

优选的，在输入支撑法兰内侧分布着若干个导杆，导杆的另一端固定在导杆法兰上，输入丝杆螺母上圆孔与导杆同轴配合，约束输入丝杆螺母与输入支撑法兰一同转动。

优选的，在输出支撑法兰内侧固定若干个导杆，导杆的另一端固定在导杆法兰上，输出丝杆螺母上圆孔与导杆同轴配合，约束输出丝杆螺母与输出支撑法兰一同转动。

优选的，导杆沿输入支撑法兰、输出支撑法兰、导杆法兰周向分布；。

优选的，输出导向壳体与输出支撑法兰螺纹固定，输入导向壳体与输入支撑法兰螺纹固定。

优选的，输入轴离散带轮、输出轴离散带轮位于箱体外侧。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

第一，该无级变速器的一对主、从传动带轮位于箱体外侧，有利于带轮的跟换与维修。变径采用可靠的盘型螺纹传动，调速方便，准确。可以实现大扭矩、高效率传动。本发明的新型滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器可以实现无级增速传动也可以实现无级减速传动。控制部分采用机电控制，高效快捷。可在运动情况下调速也可以在静止情况下实现调速。

第二，该无级变速器是将若干个6~12个卡爪变换为带轮块，若干带轮块有序地组合为离散式带轮，改变离散带轮块的径向距离以达到改变带轮直径。一对离散式带轮通过传动带传动，就形成无级变速传动机构。若干个带轮块均匀的分布在导向壳体内，带轮块背面的盘型螺纹段与丝杆螺纹盘的盘型螺纹配合。为了实现若干个卡爪的有序变径，本发明采用拨叉带动丝杆螺母移动，丝杆螺母在导杆的约束下，相对于支撑法兰轴向移动，并且只能随支撑法兰共同转动。丝杆螺母的轴向移动使丝杆螺纹盘旋转，从而带动若干个带轮块产生径向移动，实现离散式带轮的变径。当其中一组带轮直径增大时，另一组带轮直径变小，保证传动带长度的基本不变。伺服电机驱动传动丝杆带动拨叉轴向移动，丝杆螺母外圈有U型槽，拨叉的两端拨叉与U型槽配合。通过轴向移动拨叉实现主、从动带轮直径的连续变化。本发明的整个机构具有结构紧凑，操做简单，同时能够实现大扭矩高效率传动等特点。

附图说明

图1是本发明滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器的左侧视图；

图2是沿着图1 A-A方向的剖视图；

图3是离散带轮块的轴测图；

图4是丝杆螺纹盘的轴测图；

图中：1.输出导向壳体；2.输出带轮块；3.输出丝杆螺纹盘；4.输出轴；5.输出支撑法兰；6.传动带；7.输入带轮块；8.输入支撑法兰；9.输入丝杆螺纹盘；10.输入轴；11.输入导向壳体；12.输入丝杆螺母；13.导杆；14.导杆法兰；15.螺纹传动轴；16.伺服电机；17.调速拉板；18.箱体；19.输出丝杆螺母；20.盘型螺纹段。

具体实施方式

如附图1和附图2所示，本发明提出的新型滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器，整个机构主要由传动机构、调速机构等组成。该无级变速器在传动方面：利用一对可任意改变直径的离散带轮组和传动带实现无级调速；控制方面采用伺服控制单元。整个系统具有结构紧凑，制造成本底等优点。

利用可变直径带轮替代整体带轮进行传动，可变直径的带轮由若干个离散带轮块组成，每个带轮块背面具有盘型螺纹段，离散的带轮块均匀的分布导向壳体的径向滑槽内，带轮块可以沿着滑槽径向移动，导向壳体与支撑法兰螺纹固定通过轴承连接于箱体。与带轮块背面的盘型螺纹段相配合的是丝杆螺纹盘，丝杆螺纹盘的一端是完整的盘型螺纹，另一部分是空心的滚珠丝杆，丝杆螺纹盘通过轴承配合在输入、输出轴上，可相对输入、输出轴转动。在支撑法兰内测固定周向分布着若干个导杆，导杆的另一端固定在导杆法兰上。丝杆螺纹盘上的滚珠丝杆与丝杆螺母配合，丝杆螺母上的圆孔与支撑法兰上的导杆配合。

丝杆螺母的最外面有U型槽，调速机构中的拨叉两端分别配合在丝杆螺母上的U型槽中，丝杆螺母随着拨叉可以一起轴向移动，使丝杆螺纹盘顺时针或者逆时针旋转，带轮块经盘型螺纹实现径向移动，达到改变直径的目的，最后通过传动带与张紧装置组合实现整个机构变径无级传动。

对于输入轴上的离散带轮组合，每个离散输入带轮块7背面具有盘型螺纹段如附图3，输入带轮块7均匀的分布输入导向壳体11的径向滑槽内，输入导向壳体11与输入支撑法兰8螺纹固定并通过轴承连接于箱体18。与输入带轮块7背面的盘型螺纹段20相配合的是输入丝杆螺纹盘9，输入丝杆螺纹盘的一端是完整的盘型螺纹，另外部分是空心的滚珠丝杆，输入丝杆螺纹盘通过轴承配合在输入轴10上。在输入支撑法兰8内测周向分布着若干个导杆13，导杆的另一端固定在导杆法兰14上。输入丝杆螺母12上圆孔与导杆13配合。输入丝杆螺母的最外面为U型槽，调速机构中的拨叉17一端擦入在输入丝杆螺母上的U型槽中，丝杆螺母随着拨叉可以一起轴向移动，使输入丝杆螺纹盘9旋转，输入带轮块7经盘型螺纹在输入导向壳体11内沿滑槽径向移动，改变输入带轮直径。

对于输出轴上离散带轮组合，每个离散输出带轮块2背面同样具有盘型螺纹段螺纹旋向与输入带轮块的旋向相反，输出带轮块2均匀的分布输出导向壳体1的径向滑槽内，输出导向壳体1与输出支撑法兰5螺纹固定并通过轴承连接于箱体18。与输出带轮块2背面的盘型螺纹段相配合的是输出丝杆螺纹盘3，输出丝杆螺纹盘的一端是完整的盘型螺纹螺纹旋向与输入丝杆螺纹盘9上的螺纹旋向相反，另外部分是空心的滚珠丝杆，输出丝杆螺纹盘通过轴承配合在输出轴4上。在输出支撑法兰5内测同样固定周向分布着若干个导杆13，导杆的另一端固定在导杆法兰14上。输出丝杆螺母19上圆孔与导杆13同轴配合。输出丝杆螺母19的最外面有U型槽，调速机构中的拨叉17另一端拨叉擦入在输出丝杆螺母上的U型槽中，丝杆螺母随着拨叉可以一起轴向移动，使输出丝杆螺纹盘3旋转，输出带轮块经盘型螺纹在输出导向壳体1内沿滑槽径向移动，改变输出带轮直径。

输入轴上的变径带轮组和输出轴上的变径带轮组内的输入丝杆螺纹盘9和输出丝杆螺纹盘3，两个丝杆螺纹盘的盘型螺纹旋向相反。两个主从动变径带轮组通过传动带6连接。

调速机构：拨叉17的两端插在输入、输出丝杆螺母的U型槽内；伺服电机16与拨叉17通过螺纹传动轴15连接。通过控制伺服电机带动螺纹传动轴转动，拨叉17沿着螺纹传动轴进行轴向移动，使输入、输出轴上的丝杆螺母能够实现同时、同速、同轴向移动，最终驱动两个变径带轮组的传动直径变化，实现无级变速。

如附图2所示，当伺服电机16驱动螺纹传动轴15旋转，带动拨叉17向右移动图示方向。拨叉两端的拨叉分别配合在输入、输出丝杆螺母12、19上的U型槽上。丝杆螺母在导杆的约束下只能沿着导杆轴向移动，不能相对支撑法兰转动。当拨叉右移将带动丝杆螺母一起右移。对于输入轴，输入丝杆螺母12的右移，在导杆的约束下只能相对输入支撑法兰8右移，经滚珠丝杆螺纹传动使输入丝杆螺纹盘9顺时针转动，输入导向壳体11内的输入带轮块7经盘型螺纹传动实现径向外移，从而使输入带轮的直径变大。对于输出轴，输出丝杆螺母19的右移，在导杆的约束下同样相对输出支撑法兰5右移，经滚珠丝杆螺纹传动使输出丝杆螺纹盘3逆时针转动，输出导向壳体1内的输出带轮块2经盘型螺纹传动实现径向内移，从而使输出带轮的直径变小。实现传动比变小的增速传动。当拨叉移动到右极限时，主动带轮的直径达到最大，从动带轮的直径达到最小。当拨叉左移时，输入带轮的直径变小，输出带轮的直径变大，实现传动比增大的减速运动；当拨叉运行大左极限，输入带轮的直径达到最小，输出带轮的直径达到最大。完成一个完成的变速过程。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本专利公开的技术范围内，根据本专利的技术方案及其本专利的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器，所述变速器包括传动机构、调速机构、离散带轮；所述传动机构包括输入轴（10）和输出轴（4）、传动带（6）；离散带轮包括输入轴离散带轮、输出轴离散带轮，输入轴离散带轮包括若干个输入带轮块（7），输出轴离散带轮包括若干个输出带轮块（2），输出轴离散带轮与输入轴离散带轮通过传动带（6）连接；

所述输入轴（10）上固定联接输入导向壳体（11），输入带轮块（7）均匀分布在输入导向壳体（11）的径向滑槽内并可沿着滑槽径向移动，输入导向壳体（11）与输入支撑法兰（8）固定并轴承连接于箱体（18）；每个输入带轮块（7）背面均具有盘形螺纹段；输入丝杆螺纹盘（9）通过轴承配合在输入轴（10）上，输入丝杆螺纹盘（9）包括空心的滚珠丝杆及其端部的螺纹盘，滚珠丝杆与输入丝杆螺母（12）相配合，螺纹盘外端面上的盘形螺纹与输入带轮块（7）的盘形螺纹段相配合；

所述输出轴（4）与输入轴（10）平行设置，输出轴（4）上固定联接输出导向壳体（1），输出带轮块（2）均匀分布在输出导向壳体（1）的径向滑槽内并可沿着滑槽径向移动，输出导向壳体（1）与输出支撑法兰（5）固定并通过轴承连接于箱体（18）；每个输出带轮块（2）背面具有盘型螺纹段，输出带轮块（2）的盘型螺纹段螺纹旋向与输入带轮块（7）的盘型螺纹段螺纹旋向相反；输出丝杆螺纹盘（3）通过轴承配合在输出轴（4）上，输出丝杆螺纹盘（3）包括空心的滚珠丝杆及其端部的螺纹盘，滚珠丝杆与输出丝杆螺母（19）相配合，输出丝杆螺纹盘（3）螺纹盘外端面上的盘形螺纹与输出带轮块（2）的盘形螺纹段相配合，输出丝杆螺纹盘（3）螺纹盘上的盘形螺纹旋向与输入丝杆螺纹盘（9）螺纹盘上的螺纹旋向相反；

所述变速机构使输入轴（10）上的输入丝杆螺母（12）、输出轴（4）上的输出丝杆螺母（19）实现同步轴向移动。

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器，其特征是，所述调速机构包括伺服电机（16）、螺纹传动轴（15）、拨叉（17），拨叉（17）的两端插在输入丝杆螺母（12）与输出丝杆螺母（19）外壁的U型槽内；伺服电机（16）驱动连接螺纹传动轴（15），伺服电机（16）与拨叉（17）通过螺纹传动轴（15）连接，螺纹传动轴（15）与输出轴（4）、输入轴（10）平行设置，拨叉（17）与螺纹传动轴（15）垂直设置；通过控制伺服电机（16）带动螺纹传动轴（15）转动，拨叉（17）沿着螺纹传动轴（15）进行轴向移动。

3.根据权利要求1或2所述的滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器，其特征是，所述输入导向壳体（11）与输入轴（10）通过花键固定联接，输入导向壳体与输入支撑法兰（8）固定联接，输入支撑法兰通过轴承与箱体（18）连接；输入丝杆螺纹盘（9）通过轴承空套在输入轴（10）上。

4.根据权利要求3所述的滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器，其特征是，所述输出导向壳体（1）与输出轴（4）通过花键固定联接，输出导向壳体（1）与输出支撑法兰（5）固定联接，输出支撑法兰（5）通过轴承与箱体（18）连接；输出丝杆螺纹盘（3）通过轴承空套在输出轴（4）上。

5.根据权利要求1所述的滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器，其特征是，在输入支撑法兰（8）内侧分布着若干个导杆（13），导杆（13）的另一端固定在导杆法兰（14）上，输入丝杆螺母（12）上圆孔与导杆（13）同轴配合，约束输入丝杆螺母（12）与输入支撑法兰（8）一同转动。

6.根据权利要求1所述的滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器，其特征是，在输出支撑法兰（5）内侧固定若干个导杆（13），导杆的另一端固定在导杆法兰（14）上，输出丝杆螺母（19）上圆孔与导杆（13）同轴配合，约束输出丝杆螺母（19）与输出支撑法兰（5）一同转动。

7.根据权利要求5或6所述的滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器，其特征是，导杆（13）沿输入支撑法兰（8）、输出支撑法兰（5）、导杆法兰（14）周向分布；。

8.根据权利要求1、2、5或6所述的滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器，其特征是，输出导向壳体（1）与输出支撑法兰（5）螺纹固定，输入导向壳体（11）与输入支撑法兰（8）螺纹固定。

9.根据权利要求8所述的滚珠丝杆式卡盘型离散带轮无级变速器，其特征是，输入轴离散带轮、输出轴离散带轮位于箱体（18）外侧。