CN107023619A - 曲面锥轮钢球无级变速器 - Google Patents

曲面锥轮钢球无级变速器 Download PDF

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Abstract

本发明是一种曲面锥轮钢球无级变速器，其涉及一种变速器，包括外壳一部件、外壳二部件、支架部件、转轴一部件、转轴二部件。所述变速器无论作为增速器运行，还是作为减速器运行，通过旋转手柄，连续改变传动钢球分别与内曲面锥轮和外曲面锥轮的接触位置，能够连续改变内曲面传动半径与外曲面传动半径的比率，从而实现所述变速器无级变速。所述变速器没有普通钢球变速器的钢球支承轴及其调节机构，所述变速器结构简单，能够应用于小型设备中。

Description

曲面锥轮钢球无级变速器
技术领域
本发明是一种曲面锥轮钢球无级变速器，其涉及一种变速器，特别是涉及一种利用传动钢球分别与内曲面锥轮和外曲面锥轮接触位置的摩擦力传递转矩的无级变速器。
背景技术
普通钢球变速器包括两个锥轮和若干个传动钢球，两个锥轮分别是主动锥轮和从动锥轮，两个锥轮的径向外侧边缘各有一个凹形的工作锥面，调节机构与钢球支承轴的两端联接，使传动钢球被压紧在两个锥轮的工作锥面上，并且使每个传动钢球能够沿着各自的钢球支承轴旋转，主动锥轮依靠摩擦力带动传动钢球沿着钢球支承轴旋转，传动钢球依靠摩擦力带动从动锥轮旋转，主动锥轮输入的转矩传递至从动锥轮，并且，从动锥轮的旋转方向与主动锥轮的旋转方向相同。主动锥轮在传动钢球上的接触位置与钢球支承轴的垂直距离称为传动半径一，从动锥轮在传动钢球上的接触位置与钢球支承轴的垂直距离称为传动半径二，通过调节机构改变钢球支承轴的倾斜角与倾斜方向，可以改变传动半径一和传动半径二，传动比为传动半径二与传动半径一的比率，从而实现无级变速。
普通钢球变速器的结构特点是，传动钢球沿着钢球支承轴旋转时，改变钢球支承轴的倾斜角与倾斜方向，主动锥轮和从动锥轮在传动钢球表面的两个接触位置的线速度不同，从而改变主动锥轮传递至从动锥轮的转速。即普通钢球变速器的传动比取决于传动钢球表面的两个接触位置线速度的比率。传动钢球表面的两个接触位置的角速度相同。
普通钢球变速器主要优点是传动平稳，普通钢球变速器多数应用于汽车和纺织行业。与齿轮减速器相比，普通钢球变速器结构复杂，无法应用于小型设备中。
发明内容
本发明的目的是克服普通钢球变速器结构复杂，无法应用于小型设备的缺点，提供一种结构简单、利用传动钢球分别与内曲面锥轮和外曲面锥轮接触位置的摩擦力传递转矩的无级变速器。本发明的实施方案如下：
曲面锥轮钢球无级变速器包括外壳一部件、外壳二部件、支架部件、转轴一部件、转轴二部件。转轴一部件安装在外壳一部件、支架部件之间，转轴二部件安装在支架部件、外壳二部件之间。支架部件中安装有传动钢球，转轴一部件中安装有内曲面锥轮，转轴二部件中安装有外曲面锥轮，传动钢球分别与内曲面锥轮和外曲面锥轮接触，支架部件的钢球支架与调速盘相互配合，能够连续改变传动钢球分别与内曲面锥轮和外曲面锥轮的接触位置，内曲面锥轮接触位置的线速度与外曲面锥轮接触位置的线速度相等，内曲面锥轮接触位置与钢球支架轴线的垂直距离，大于外曲面锥轮接触位置与钢球支架轴线的垂直距离，则内曲面锥轮的转速小于外曲面锥轮的转速，实现无级变速。
外壳一部件包括外壳一、弹簧压盖一、球形轴套一。外壳一呈一端封闭的圆筒形，外壳一封闭一端中间有球面安装孔一，外壳一封闭一端轴向内侧有圆筒形的固定套一，外壳一另一端径向外侧边缘是法兰一，法兰一上均布有若干个螺栓孔。弹簧压盖一呈环形，弹簧压盖一上均布有若干个弹簧片。球形轴套一径向外侧是球面，球形轴套一中间有轴孔一。球形轴套一安装在外壳一的球面安装孔一中。弹簧压盖一安装在外壳一的固定套一中，弹簧压盖一的若干个弹簧片安装在球形轴套一一端的径向外侧球面上。
外壳二部件包括外壳二、弹簧压盖二、球形轴套二。外壳二呈一端封闭的圆筒形，外壳二封闭一端中间有球面安装孔二，外壳二封闭一端轴向内侧有圆筒形的固定套二，外壳二另一端径向外侧边缘是法兰二，法兰二上均布有若干个螺栓孔。弹簧压盖二呈环形，弹簧压盖二上均布有若干个弹簧片。球形轴套二径向外侧是球面，球形轴套二中间有轴孔二。球形轴套二安装在外壳二的球面安装孔二中。弹簧压盖二安装在外壳二的固定套二中，弹簧压盖二的若干个弹簧片安装在球形轴套二一端的径向外侧球面上。
转轴一部件包括转轴一、垫片一、键条一、内曲面锥轮。内曲面锥轮呈一端封闭的圆筒形，内曲面锥轮封闭一端中间有轴孔三，轴孔三径向外侧有内键槽一，内曲面锥轮另一端径向内侧边缘是内曲面，内曲面锥轮内腔轮廓呈喇叭形。垫片一呈环形。转轴一呈圆柱形，转轴一中间有环形的止推凸台一，以止推凸台一为界线，转轴一轴向外侧一端是联接端一，另一端是传动端一，转轴一的传动端一径向外表面有外键槽一，转轴一的传动端一轴向端面有中心凹槽一，中心凹槽一是球面。转轴一的传动端一安装在内曲面锥轮的轴孔三中，键条一的一部分分别安装在转轴一的外键槽一和内曲面锥轮的内键槽一中。垫片一安装在转轴一的止推凸台一轴向外侧联接端一上。
转轴二部件包括转轴二、垫片二、键条二、外曲面锥轮、弹簧。外曲面锥轮呈圆锥台形，外曲面锥轮中间有轴孔四，轴孔四径向外侧有内键槽二，外曲面锥轮轴向外侧一端有弹簧凹槽，外曲面锥轮轴向内侧一端的径向外表面是外曲面，外曲面的轮廓呈喇叭形。垫片二呈环形。转轴二呈圆柱形，转轴二中间有环形的止推凸台二，以止推凸台二为界线，转轴二轴向外侧一端是联接端二，另一端是传动端二，转轴二的传动端二径向外表面有外键槽二，转轴二的传动端二轴向端面有中心凹槽二，中心凹槽二是球面。转轴二的传动端二安装在外曲面锥轮的轴孔四中，键条二的一部分分别安装在转轴二的外键槽二和外曲面锥轮的内键槽二中。弹簧安装在转轴二的止推凸台二轴向内侧传动端二上，并且，弹簧安装在外曲面锥轮的弹簧凹槽中。垫片二安装在转轴二的止推凸台二轴向外侧联接端二上。
支架部件包括传动钢球、钢球支架、止推钢球、公用轴套、调速盘、支撑垫。钢球支架的轮廓呈喇叭形，钢球支架的中间是圆锥段一，钢球支架直径最大的一端是法兰三，钢球支架直径最小的一端是圆筒段一，圆筒段一轴向外侧一端有定位环，法兰三上均布有若干个螺栓孔，圆锥段一上有三个直线导轨沿着钢球支架轴线的圆周方向均布，直线导轨是长圆形的通孔，直线导轨的宽度等于传动钢球直径，三个直线导轨长度方向以钢球支架轴线为圆心呈放射状分布，直线导轨长度方向径向内侧一端命名为内侧端，直线导轨长度方向径向外侧一端命名为外侧端。调速盘的轮廓呈喇叭形，调速盘的中间是圆锥段二，调速盘直径最大的一端是定位板，调速盘直径最小的一端是圆筒段二，定位板径向外侧有一个手柄，圆锥段二上有三个曲线导轨沿着圆周方向均布，曲线导轨是螺旋形的通孔，曲线导轨的宽度等于传动钢球直径，三个曲线导轨螺旋方向相同。调速盘的圆锥段二和圆筒段二分别安装在钢球支架的圆锥段一和圆筒段一径向外侧，并且，调速盘的定位板右侧端面与钢球支架的法兰三左侧端面相互接触安装在一起，三个传动钢球分别安装在钢球支架的直线导轨中，并且，该三个传动钢球同时安装在调速盘的曲线导轨中。支撑垫呈环形，支撑垫中间是螺栓孔，支撑垫的厚度略大于调速盘的定位板或手柄的厚度，若干个支撑垫分别安装在钢球支架的法兰三左侧端面，并且，该支撑垫安装位置与钢球支架的螺栓孔位置相对应。调速盘的手柄位于相邻两个支撑垫之间。旋转手柄能够使调速盘沿着钢球支架轴线旋转。公用轴套呈圆筒形，公用轴套中间有轴孔五，公用轴套径向外表面中间至一侧轴向端面之间有排气槽，排气孔使轴孔五与排气槽相互联通。公用轴套安装在钢球支架的圆筒段一径向内侧，并且使公用轴套没有排气槽的一端与钢球支架的定位环相互接触安装在一起。止推钢球安装在公用轴套的轴孔五中间。
所述变速器在装配时，把转轴一部件的转轴一的联接端一安装在外壳一部件的球形轴套一的轴孔一中，把支架部件的公用轴套的轴孔五安装在转轴一部件的转轴一的传动端一上，转轴一的中心凹槽一与止推钢球相互接触安装在一起，并且，支架部件的若干个支撑垫左侧端面与外壳一的法兰一右侧端面相互接触安装在一起。把转轴二部件的转轴二的传动端二安装在支架部件的公用轴套的轴孔五中，转轴二的中心凹槽二与止推钢球相互接触安装在一起，在安装过程中，公用轴套内腔的多余空气依次经过排气孔、排气槽排出。把外壳二部件的球形轴套二的轴孔二安装在转轴二部件的转轴二的联接端二上，并且，外壳二的法兰二左侧端面与钢球支架的法兰三右侧端面相互接触安装在一起。把螺栓分别插入外壳一、支撑垫、钢球支架、外壳二上对应的螺栓孔中，使外壳一部件、支架部件、外壳二部件固定在一起。
所述变速器装配后，弹簧推动外曲面锥轮把传动钢球压紧在内曲面锥轮的内曲面与外曲面锥轮的外曲面之间，内曲面与外曲面相互平行，内曲面与外曲面的间距等于传动钢球直径。传动钢球分别与内曲面以及外曲面相互接触。传动钢球在内曲面上的接触位置与钢球支架轴线的垂直距离称为内曲面传动半径，传动钢球在外曲面上的接触位置与钢球支架轴线的垂直距离称为外曲面传动半径。内曲面传动半径大于外曲面传动半径。
所述变速器的变速过程是：当选择转轴一为输入轴，转轴二为输出轴时，转轴一带动内曲面锥轮旋转，在传动钢球与内曲面接触位置摩擦力的作用下，内曲面锥轮带动传动钢球旋转，在传动钢球与外曲面接触位置摩擦力的作用下，传动钢球带动外曲面锥轮旋转，外曲面锥轮带动转轴二旋转，转轴一输入的转矩传递至转轴二，并且，转轴二的旋转方向与转轴一的旋转方向相反。传动钢球在内曲面上接触位置的线速度等于传动钢球在外曲面上接触位置的线速度，内曲面传动半径大于外曲面传动半径，则转轴二的输出转速大于转轴一的输入转速，此时，所述变速器作为增速器运行。传动比为外曲面传动半径与内曲面传动半径的比率。
当选择转轴二为输入轴，为转轴一输出轴时，转轴二带动外曲面锥轮旋转，在传动钢球与外曲面接触位置摩擦力的作用下，外曲面锥轮带动传动钢球旋转，在传动钢球与内曲面接触位置摩擦力的作用下，传动钢球带动内曲面锥轮旋转，内曲面锥轮带动转轴一旋转，转轴二输入的转矩传递至转轴一，并且，转轴一的旋转方向与转轴二的旋转方向相反。传动钢球在外曲面上接触位置的线速度等于传动钢球在内曲面上接触位置的线速度，内曲面传动半径大于外曲面传动半径，则转轴一的输出转速小于转轴二的输入转速，此时，所述变速器作为减速器运行。传动比为内曲面传动半径与外曲面传动半径的比率。
所述变速器无论作为增速器运行，还是作为减速器运行，旋转手柄使调速盘沿着钢球支架轴线向传动半径比率大的方向旋转时，传动钢球在钢球支架的直线导轨与调速盘的曲线导轨共同作用下，传动钢球在直线导轨中向内侧端移动，内曲面传动半径与外曲面传动半径的比率逐渐增大，则转轴一转速与转轴二转速的差值逐渐增大。旋转手柄使调速盘沿着钢球支架轴线向传动半径比率小的方向旋转时，传动钢球在钢球支架的直线导轨与调速盘的曲线导轨共同作用下，传动钢球在直线导轨中向外侧端移动，内曲面传动半径与外曲面传动半径的比率逐渐减小，则转轴一转速与转轴二转速的差值逐渐减小。通过旋转手柄，连续改变传动钢球分别与内曲面锥轮和外曲面锥轮的接触位置，能够连续改变内曲面传动半径与外曲面传动半径的比率，从而实现所述变速器无级变速。所述变速器没有普通钢球变速器的钢球支承轴及其调节机构，所述变速器结构简单，能够应用于小型设备中。
附图说明
说明书附图是曲面锥轮钢球无级变速器的结构图和示意图。其中图1是曲面锥轮钢球无级变速器的轴测图。图2是曲面锥轮钢球无级变速器的轴测剖视图。图3是外壳一部件的轴测剖视图。图4是外壳一的轴测剖视图。图5是外壳二部件的轴测剖视图。图6是外壳二的轴测剖视图。图7是转轴一部件的轴测剖视图。图8是内曲面锥轮的轴测剖视图。图9是转轴二部件的轴测剖视图。图10是外曲面锥轮的轴测剖视图。图11是转轴一的轴测图。图12是转轴二的轴测图。图13是弹簧压盖一或弹簧压盖二的轴测图。图14是球形轴套一或球形轴套二的轴测图。图15是垫片一或垫片二的轴测图。图16是公用轴套的轴测图。图17是键条一或键条二的轴测图。图18是支架部件的轴测剖视图。图19是钢球支架的轴测图。图20是钢球支架的主视图。图21是调速盘的轴测图。图22是调速盘的主视图。图23是传动半径比率最大时，调速盘的位置示意图。图24是传动半径比率为中间值时，调速盘的位置示意图。图25是传动半径比率最小时，调速盘的位置示意图。内曲面传动半径与外曲面传动半径的比率称之为传动半径比率。
图中标注有外壳一1、弹簧压盖一2、转轴一3、垫片一4、球形轴套一5、键条一6、止推钢球7、内曲面锥轮8、公用轴套9、键条二10、传动钢球11、钢球支架12、弹簧压盖二13、转轴二14、垫片二15、球形轴套二16、弹簧17、外壳二18、外曲面锥轮19、轴孔一20、固定套一21、法兰一22、螺栓孔23、球面安装孔一24、轴孔二25、固定套二26、法兰二27、球面安装孔二28、内曲面29、内键槽一30、轴孔三31、外曲面32、弹簧凹槽33、内键槽二34、轴孔四35、外键槽一36、止推凸台一37、联接端一38、传动端一39、止推凸台二40、外键槽二41、中心凹槽二42、联接端二43、传动端二44、弹簧片45、排气槽46、排气孔47、轴孔五48、法兰三49、圆锥段一50、定位环51、圆筒段一52、直线导轨53、调速盘54、支撑垫55、钢球支架轴线56、定位板57、圆锥段二58、圆筒段二59、曲线导轨60、传动半径比率小的方向61、传动半径比率大的方向62、手柄63。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步叙述。
参照图1、图2，曲面锥轮钢球无级变速器包括外壳一部件、外壳二部件、支架部件、转轴一部件、转轴二部件。转轴一部件安装在外壳一部件、支架部件之间，转轴二部件安装在支架部件、外壳二部件之间。支架部件中安装有传动钢球11，转轴一部件中安装有内曲面锥轮8，转轴二部件中安装有外曲面锥轮19，传动钢球11分别与内曲面锥轮8和外曲面锥轮19接触，支架部件的钢球支架12与调速盘54相互配合，能够连续改变传动钢球11分别与内曲面锥轮8和外曲面锥轮19的接触位置，内曲面锥轮8接触位置的线速度与外曲面锥轮19接触位置的线速度相等，内曲面锥轮8接触位置与钢球支架轴线56的垂直距离，大于外曲面锥轮19接触位置与钢球支架轴线56的垂直距离，则内曲面锥轮8的转速小于外曲面锥轮19的转速，实现无级变速。
参照图3至图22，外壳一部件包括外壳一1、弹簧压盖一2、球形轴套一5。外壳一1呈一端封闭的圆筒形，外壳一1封闭一端中间有球面安装孔一24，外壳一1封闭一端轴向内侧有圆筒形的固定套一21，外壳一1另一端径向外侧边缘是法兰一22，法兰一22上均布有若干个螺栓孔23。弹簧压盖一2呈环形，弹簧压盖一2上均布有若干个弹簧片45。球形轴套一5径向外侧是球面，球形轴套一5中间有轴孔一20。球形轴套一5安装在外壳一1的球面安装孔一24中。弹簧压盖一2安装在外壳一1的固定套一21中，弹簧压盖一2的若干个弹簧片45安装在球形轴套一5一端的径向外侧球面上。
外壳二部件包括外壳二18、弹簧压盖二13、球形轴套二16。外壳二18呈一端封闭的圆筒形，外壳二18封闭一端中间有球面安装孔二28，外壳二18封闭一端轴向内侧有圆筒形的固定套二26，外壳二18另一端径向外侧边缘是法兰二27，法兰二27上均布有若干个螺栓孔23。弹簧压盖二13呈环形，弹簧压盖二13上均布有若干个弹簧片45。球形轴套二16径向外侧是球面，球形轴套二16中间有轴孔二25。球形轴套二16安装在外壳二18的球面安装孔二28中。弹簧压盖二13安装在外壳二18的固定套二26中，弹簧压盖二13的若干个弹簧片45安装在球形轴套二16一端的径向外侧球面上。
转轴一部件包括转轴一3、垫片一4、键条一6、内曲面锥轮8。内曲面锥轮8呈一端封闭的圆筒形，内曲面锥轮8封闭一端中间有轴孔三31，轴孔三31径向外侧有内键槽一30，内曲面锥轮8另一端径向内侧边缘是内曲面29，内曲面锥轮8内腔轮廓呈喇叭形。垫片一4呈环形。转轴一3呈圆柱形，转轴一3中间有环形的止推凸台一37，以止推凸台一37为界线，转轴一3轴向外侧一端是联接端一38，另一端是传动端一39，转轴一3的传动端一39径向外表面有外键槽一36，转轴一3的传动端一39轴向端面有中心凹槽一，中心凹槽一是球面。转轴一3的传动端一39安装在内曲面锥轮8的轴孔三31中，键条一6的一部分分别安装在转轴一3的外键槽一36和内曲面锥轮8的内键槽一30中。垫片一4安装在转轴一3的止推凸台一37轴向外侧联接端一38上。
转轴二部件包括转轴二14、垫片二15、键条二10、外曲面锥轮19、弹簧17。外曲面锥轮19呈圆锥台形，外曲面锥轮19中间有轴孔四35，轴孔四35径向外侧有内键槽二34，外曲面锥轮19轴向外侧一端有弹簧凹槽33，外曲面锥轮19轴向内侧一端的径向外表面是外曲面32，外曲面32的轮廓呈喇叭形。垫片二15呈环形。转轴二14呈圆柱形，转轴二14中间有环形的止推凸台二40，以止推凸台二40为界线，转轴二14轴向外侧一端是联接端二43，另一端是传动端二44，转轴二14的传动端二44径向外表面有外键槽二41，转轴二14的传动端二44轴向端面有中心凹槽二42，中心凹槽二42是球面。转轴二14的传动端二44安装在外曲面锥轮19的轴孔四35中，键条二10的一部分分别安装在转轴二14的外键槽二41和外曲面锥轮19的内键槽二34中。弹簧17安装在转轴二14的止推凸台二40轴向内侧传动端二44上，并且，弹簧17安装在外曲面锥轮19的弹簧凹槽33中。垫片二15安装在转轴二14的止推凸台二40轴向外侧联接端二43上。
支架部件包括传动钢球11、钢球支架12、止推钢球7、公用轴套9、调速盘54、支撑垫55。钢球支架12的轮廓呈喇叭形，钢球支架12的中间是圆锥段一50，钢球支架12直径最大的一端是法兰三49，钢球支架12直径最小的一端是圆筒段一52，圆筒段一52轴向外侧一端有定位环51，法兰三49上均布有若干个螺栓孔23，圆锥段一50上有三个直线导轨53沿着钢球支架轴线56的圆周方向均布，直线导轨53是长圆形的通孔，直线导轨53的宽度等于传动钢球11直径，三个直线导轨53长度方向以钢球支架轴线56为圆心呈放射状分布，直线导轨53长度方向径向内侧一端命名为内侧端，直线导轨53长度方向径向外侧一端命名为外侧端。调速盘54的轮廓呈喇叭形，调速盘54的中间是圆锥段二58，调速盘54直径最大的一端是定位板57，调速盘54直径最小的一端是圆筒段二59，定位板57径向外侧有一个手柄63，圆锥段二58上有三个曲线导轨60沿着圆周方向均布，曲线导轨60是螺旋形的通孔，曲线导轨60的宽度等于传动钢球11直径，三个曲线导轨60螺旋方向相同。调速盘54的圆锥段二58和圆筒段二59分别安装在钢球支架12的圆锥段一50和圆筒段一52径向外侧，并且，调速盘54的定位板57右侧端面与钢球支架12的法兰三49左侧端面相互接触安装在一起，三个传动钢球11分别安装在钢球支架12的直线导轨53中，并且，该三个传动钢球11同时安装在调速盘54的曲线导轨60中。支撑垫55呈环形，支撑垫55中间是螺栓孔23，支撑垫55的厚度略大于调速盘54的定位板57或手柄63的厚度，若干个支撑垫55分别安装在钢球支架12的法兰三49左侧端面，并且，该支撑垫55安装位置与钢球支架12的螺栓孔23位置相对应。调速盘54的手柄63位于相邻两个支撑垫55之间。旋转手柄63能够使调速盘54沿着钢球支架轴线56旋转。公用轴套9呈圆筒形，公用轴套9中间有轴孔五48，公用轴套9径向外表面中间至一侧轴向端面之间有排气槽46，排气孔47使轴孔五48与排气槽46相互联通。公用轴套9安装在钢球支架12的圆筒段一52径向内侧，并且使公用轴套9没有排气槽46的一端与钢球支架12的定位环51相互接触安装在一起。止推钢球7安装在公用轴套9的轴孔五48中间。
参照图2、图23至图25，所述变速器在装配时，把转轴一部件的转轴一3的联接端一38安装在外壳一部件的球形轴套一5的轴孔一20中，把支架部件的公用轴套9的轴孔五48安装在转轴一部件的转轴一3的传动端一39上，转轴一3的中心凹槽一与止推钢球7相互接触安装在一起，并且，支架部件的若干个支撑垫55左侧端面与外壳一1的法兰一22右侧端面相互接触安装在一起。把转轴二部件的转轴二14的传动端二44安装在支架部件的公用轴套9的轴孔五48中，转轴二14的中心凹槽二42与止推钢球7相互接触安装在一起，在安装过程中，公用轴套9内腔的多余空气依次经过排气孔47、排气槽46排出。把外壳二部件的球形轴套二16的轴孔二25安装在转轴二部件的转轴二14的联接端二43上，并且，外壳二18的法兰二27左侧端面与钢球支架12的法兰三49右侧端面相互接触安装在一起。把螺栓分别插入外壳一1、支撑垫55、钢球支架12、外壳二18上对应的螺栓孔23中，使外壳一部件、支架部件、外壳二部件固定在一起。
所述变速器装配后，弹簧17推动外曲面锥轮19把传动钢球11压紧在内曲面锥轮8的内曲面29与外曲面锥轮19的外曲面32之间，内曲面29与外曲面32相互平行，内曲面29与外曲面32的间距等于传动钢球11直径。传动钢球11分别与内曲面29以及外曲面32相互接触。传动钢球11在内曲面29上的接触位置与钢球支架轴线56的垂直距离称为内曲面传动半径，传动钢球11在外曲面32上的接触位置与钢球支架轴线56的垂直距离称为外曲面传动半径。内曲面传动半径大于外曲面传动半径。
所述变速器的变速过程是：当选择转轴一3为输入轴，转轴二14为输出轴时，转轴一3带动内曲面锥轮8旋转，在传动钢球11与内曲面29接触位置摩擦力的作用下，内曲面锥轮8带动传动钢球11旋转，在传动钢球11与外曲面32接触位置摩擦力的作用下，传动钢球11带动外曲面锥轮19旋转，外曲面锥轮19带动转轴二14旋转，转轴一3输入的转矩传递至转轴二14，并且，转轴二14的旋转方向与转轴一3的旋转方向相反。传动钢球11在内曲面29上接触位置的线速度等于传动钢球11在外曲面32上接触位置的线速度，内曲面传动半径大于外曲面传动半径，则转轴二14的输出转速大于转轴一3的输入转速，此时，所述变速器作为增速器运行。传动比为外曲面传动半径与内曲面传动半径的比率。
当选择转轴二14为输入轴，为转轴一3输出轴时，转轴二14带动外曲面锥轮19旋转，在传动钢球11与外曲面32接触位置摩擦力的作用下，外曲面锥轮19带动传动钢球11旋转，在传动钢球11与内曲面29接触位置摩擦力的作用下，传动钢球11带动内曲面锥轮8旋转，内曲面锥轮8带动转轴一3旋转，转轴二14输入的转矩传递至转轴一3，并且，转轴一3的旋转方向与转轴二14的旋转方向相反。传动钢球11在外曲面32上接触位置的线速度等于传动钢球11在内曲面29上接触位置的线速度，内曲面传动半径大于外曲面传动半径，则转轴一3的输出转速小于转轴二14的输入转速，此时，所述变速器作为减速器运行。传动比为内曲面传动半径与外曲面传动半径的比率。
所述变速器无论作为增速器运行，还是作为减速器运行，旋转手柄63使调速盘54沿着钢球支架轴线56向传动半径比率大的方向62旋转时，传动钢球11在钢球支架12的直线导轨53与调速盘54的曲线导轨60共同作用下，传动钢球11在直线导轨53中向内侧端移动，内曲面传动半径与外曲面传动半径的比率逐渐增大，则转轴一3转速与转轴二14转速的差值逐渐增大。旋转手柄63使调速盘54沿着钢球支架轴线56向传动半径比率小的方向61旋转时，传动钢球11在钢球支架12的直线导轨53与调速盘54的曲线导轨60共同作用下，传动钢球11在直线导轨53中向外侧端移动，内曲面传动半径与外曲面传动半径的比率逐渐减小，则转轴一3转速与转轴二14转速的差值逐渐减小。通过旋转手柄63，连续改变传动钢球11分别与内曲面锥轮8和外曲面锥轮19的接触位置，能够连续改变内曲面传动半径与外曲面传动半径的比率，从而实现所述变速器无级变速。所述变速器没有普通钢球变速器的钢球支承轴及其调节机构，所述变速器结构简单，能够应用于小型设备中。

Claims (1)

1.一种曲面锥轮钢球无级变速器，其特征在于所述变速器包括外壳一部件、外壳二部件、支架部件、转轴一部件、转轴二部件；转轴一部件安装在外壳一部件、支架部件之间，转轴二部件安装在支架部件、外壳二部件之间；支架部件中安装有传动钢球(11)，转轴一部件中安装有内曲面锥轮(8)，转轴二部件中安装有外曲面锥轮(19)，传动钢球(11)分别与内曲面锥轮(8)和外曲面锥轮(19)接触，支架部件的钢球支架(12)与调速盘(54)相互配合，能够连续改变传动钢球(11)分别与内曲面锥轮(8)和外曲面锥轮(19)的接触位置，内曲面锥轮(8)接触位置的线速度与外曲面锥轮(19)接触位置的线速度相等，内曲面锥轮(8)接触位置与钢球支架轴线(56)的垂直距离，大于外曲面锥轮(19)接触位置与钢球支架轴线(56)的垂直距离，则内曲面锥轮(8)的转速小于外曲面锥轮(19)的转速，实现无级变速；
外壳一部件包括外壳一(1)、弹簧压盖一(2)、球形轴套一(5)；外壳一(1)呈一端封闭的圆筒形，外壳一(1)封闭一端中间有球面安装孔一(24)，外壳一(1)封闭一端轴向内侧有圆筒形的固定套一(21)，外壳一(1)另一端径向外侧边缘是法兰一(22)，法兰一(22)上均布有若干个螺栓孔(23)；弹簧压盖一(2)呈环形，弹簧压盖一(2)上均布有若干个弹簧片(45)；球形轴套一(5)径向外侧是球面，球形轴套一(5)中间有轴孔一(20)；球形轴套一(5)安装在外壳一(1)的球面安装孔一(24)中；弹簧压盖一(2)安装在外壳一(1)的固定套一(21)中，弹簧压盖一(2)的若干个弹簧片(45)安装在球形轴套一(5)一端的径向外侧球面上；
外壳二部件包括外壳二(18)、弹簧压盖二(13)、球形轴套二(16)；外壳二(18)呈一端封闭的圆筒形，外壳二(18)封闭一端中间有球面安装孔二(28)，外壳二(18)封闭一端轴向内侧有圆筒形的固定套二(26)，外壳二(18)另一端径向外侧边缘是法兰二(27)，法兰二(27)上均布有若干个螺栓孔(23)；弹簧压盖二(13)呈环形，弹簧压盖二(13)上均布有若干个弹簧片(45)；球形轴套二(16)径向外侧是球面，球形轴套二(16)中间有轴孔二(25)；球形轴套二(16)安装在外壳二(18)的球面安装孔二(28)中；弹簧压盖二(13)安装在外壳二(18)的固定套二(26)中，弹簧压盖二(13)的若干个弹簧片(45)安装在球形轴套二(16)一端的径向外侧球面上；
转轴一部件包括转轴一(3)、垫片一(4)、键条一(6)、内曲面锥轮(8)；内曲面锥轮(8)呈一端封闭的圆筒形，内曲面锥轮(8)封闭一端中间有轴孔三(31)，轴孔三(31)径向外侧有内键槽一(30)，内曲面锥轮(8)另一端径向内侧边缘是内曲面(29)，内曲面锥轮(8)内腔轮廓呈喇叭形；垫片一(4)呈环形；转轴一(3)呈圆柱形，转轴一(3)中间有环形的止推凸台一(37)，以止推凸台一(37)为界线，转轴一(3)轴向外侧一端是联接端一(38)，另一端是传动端一(39)，转轴一(3)的传动端一(39)径向外表面有外键槽一(36)，转轴一(3)的传动端一(39)轴向端面有中心凹槽一，中心凹槽一是球面；转轴一(3)的传动端一(39)安装在内曲面锥轮(8)的轴孔三(31)中，键条一(6)的一部分分别安装在转轴一(3)的外键槽一(36)和内曲面锥轮(8)的内键槽一(30)中；垫片一(4)安装在转轴一(3)的止推凸台一(37)轴向外侧联接端一(38)上；
转轴二部件包括转轴二(14)、垫片二(15)、键条二(10)、外曲面锥轮(19)、弹簧(17)；外曲面锥轮(19)呈圆锥台形，外曲面锥轮(19)中间有轴孔四(35)，轴孔四(35)径向外侧有内键槽二(34)，外曲面锥轮(19)轴向外侧一端有弹簧凹槽(33)，外曲面锥轮(19)轴向内侧一端的径向外表面是外曲面(32)，外曲面(32)的轮廓呈喇叭形；垫片二(15)呈环形；转轴二(14)呈圆柱形，转轴二(14)中间有环形的止推凸台二(40)，以止推凸台二(40)为界线，转轴二(14)轴向外侧一端是联接端二(43)，另一端是传动端二(44)，转轴二(14)的传动端二(44)径向外表面有外键槽二(41)，转轴二(14)的传动端二(44)轴向端面有中心凹槽二(42)，中心凹槽二(42)是球面；转轴二(14)的传动端二(44)安装在外曲面锥轮(19)的轴孔四(35)中，键条二(10)的一部分分别安装在转轴二(14)的外键槽二(41)和外曲面锥轮(19)的内键槽二(34)中；弹簧(17)安装在转轴二(14)的止推凸台二(40)轴向内侧传动端二(44)上，并且，弹簧(17)安装在外曲面锥轮(19)的弹簧凹槽(33)中；垫片二(15)安装在转轴二(14)的止推凸台二(40)轴向外侧联接端二(43)上；
支架部件包括传动钢球(11)、钢球支架(12)、止推钢球(7)、公用轴套(9)、调速盘(54)、支撑垫(55)；钢球支架(12)的轮廓呈喇叭形，钢球支架(12)的中间是圆锥段一(50)，钢球支架(12)直径最大的一端是法兰三(49)，钢球支架(12)直径最小的一端是圆筒段一(52)，圆筒段一(52)轴向外侧一端有定位环(51)，法兰三(49)上均布有若干个螺栓孔(23)，圆锥段一(50)上有三个直线导轨(53)沿着钢球支架轴线(56)的圆周方向均布，直线导轨(53)是长圆形的通孔，直线导轨(53)的宽度等于传动钢球(11)直径，三个直线导轨(53)长度方向以钢球支架轴线(56)为圆心呈放射状分布，直线导轨(53)长度方向径向内侧一端命名为内侧端，直线导轨(53)长度方向径向外侧一端命名为外侧端；调速盘(54)的轮廓呈喇叭形，调速盘(54)的中间是圆锥段二(58)，调速盘(54)直径最大的一端是定位板(57)，调速盘(54)直径最小的一端是圆筒段二(59)，定位板(57)径向外侧有一个手柄(63)，圆锥段二(58)上有三个曲线导轨(60)沿着圆周方向均布，曲线导轨(60)是螺旋形的通孔，曲线导轨(60)的宽度等于传动钢球(11)直径，三个曲线导轨(60)螺旋方向相同；调速盘(54)的圆锥段二(58)和圆筒段二(59)分别安装在钢球支架(12)的圆锥段一(50)和圆筒段一(52)径向外侧，并且，调速盘(54)的定位板(57)右侧端面与钢球支架(12)的法兰三(49)左侧端面相互接触安装在一起，三个传动钢球(11)分别安装在钢球支架(12)的直线导轨(53)中，并且，该三个传动钢球(11)同时安装在调速盘(54)的曲线导轨(60)中；支撑垫(55)呈环形，支撑垫(55)中间是螺栓孔(23)，支撑垫(55)的厚度略大于调速盘(54)的定位板(57)或手柄(63)的厚度，若干个支撑垫(55)分别安装在钢球支架(12)的法兰三(49)左侧端面，并且，该支撑垫(55)安装位置与钢球支架(12)的螺栓孔(23)位置相对应；调速盘(54)的手柄(63)位于相邻两个支撑垫(55)之间；旋转手柄(63)能够使调速盘(54)沿着钢球支架轴线(56)旋转；公用轴套(9)呈圆筒形，公用轴套(9)中间有轴孔五(48)，公用轴套(9)径向外表面中间至一侧轴向端面之间有排气槽(46)，排气孔(47)使轴孔五(48)与排气槽(46)相互联通；公用轴套(9)安装在钢球支架(12)的圆筒段一(52)径向内侧，并且使公用轴套(9)没有排气槽(46)的一端与钢球支架(12)的定位环(51)相互接触安装在一起；止推钢球(7)安装在公用轴套(9)的轴孔五(48)中间；
所述变速器在装配时，把转轴一部件的转轴一(3)的联接端一(38)安装在外壳一部件的球形轴套一(5)的轴孔一(20)中，把支架部件的公用轴套(9)的轴孔五(48)安装在转轴一部件的转轴一(3)的传动端一(39)上，转轴一(3)的中心凹槽一与止推钢球(7)相互接触安装在一起，并且，支架部件的若干个支撑垫(55)左侧端面与外壳一(1)的法兰一(22)右侧端面相互接触安装在一起；把转轴二部件的转轴二(14)的传动端二(44)安装在支架部件的公用轴套(9)的轴孔五(48)中，转轴二(14)的中心凹槽二(42)与止推钢球(7)相互接触安装在一起，在安装过程中，公用轴套(9)内腔的多余空气依次经过排气孔(47)、排气槽(46)排出；把外壳二部件的球形轴套二(16)的轴孔二(25)安装在转轴二部件的转轴二(14)的联接端二(43)上，并且，外壳二(18)的法兰二(27)左侧端面与钢球支架(12)的法兰三(49)右侧端面相互接触安装在一起；把螺栓分别插入外壳一(1)、支撑垫(55)、钢球支架(12)、外壳二(18)上对应的螺栓孔(23)中，使外壳一部件、支架部件、外壳二部件固定在一起；
所述变速器装配后，弹簧(17)推动外曲面锥轮(19)把传动钢球(11)压紧在内曲面锥轮(8)的内曲面(29)与外曲面锥轮(19)的外曲面(32)之间，内曲面(29)与外曲面(32)相互平行，内曲面(29)与外曲面(32)的间距等于传动钢球(11)直径；传动钢球(11)分别与内曲面(29)以及外曲面(32)相互接触；传动钢球(11)在内曲面(29)上的接触位置与钢球支架轴线(56)的垂直距离称为内曲面传动半径，传动钢球(11)在外曲面(32)上的接触位置与钢球支架轴线(56)的垂直距离称为外曲面传动半径；内曲面传动半径大于外曲面传动半径。
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