CN107143626B - 拉杆式锥盘变径带轮无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变速装置，具体为一种新型变径带轮式带传动无级变速器。整个机构主要由无级传动机构、调速机构、和张紧机构等组成。利用可变直径带轮组替代整体带轮进行传动，变径带轮由若干个离散带轮块组成，每个带轮块底部具有特定的凸块，与之相配合锥盘沿其母线方向的特定凹槽滑动联接，在每个带轮块的同一端通过拉杆与轴一端上的固定盘一一铰链联接，约束变径带轮块同一端保证在同一平面内，形成一个变径组合带轮。通过调速机构改变锥盘的轴向位移，使变径带轮的直径随着锥盘在变径带轮截面圆直径的变化而变化，最后通过传动带与张紧装置组合实现整个机构无级传动。

Description

拉杆式锥盘变径带轮无级变速器

技术领域

本发明涉及一种变速装置，具体为一种新型变径带轮式带传动无级变速器。

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。其功能特征是：在输入转速不变的情况下，能实现输出轴的转速在一定范围内连续变化，使其在提高产品的产量与质量，适应产品变换的需要，节省能源，实现整个系统的机械化、自动化等各方面都有显著的作用。在通用机械式无级变速器生产应用方面，国内从六十年代开始以仿制为主，加之随后的创新与改进，目前的主要有行星锥盘式、脉动式及齿链式等多种形式。在车用CVT方面，主要代表有钢带式和KRG锥环式两种不同的形式，目前主要应用以钢带式无级变速器为主。由于国外的研究比较早，技术已相对成熟；但是目前国内对车用无级变速器的认识与研发较晚，目前主要以进口为主，虽然在仿制方面取得了一定的成就，但在核心传动零件并未完全攻克，是制约着我国无级变速器发展的主要瓶颈。同时目前车用无级变速器在传动效率和传动转矩方面较低，控制系统和制造成本和较高等发面存在的不足问题。为了解决目前无级变速器传动扭矩和传动效率这一问题，本发明专利提出一种“拉杆式锥盘变径带轮无级变速器”。

发明内容

本发明的目的是，针对目前机械式无级变速器在传动效率和传动转矩较低，控制系统和制造成本较高等方面存在的不足，对车用钢带式无级变速器和KRG锥环式无级变速器的各自传动特点分析研究，设计一种拉杆式锥盘变径带轮无级变速器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，拉杆式锥盘变径带轮无级变速器，包括无级传动机构、调速机构和张紧机构；

所述无级传动机构包括箱体和箱体内的输入轴、输出轴、传动带、输入变径带轮组、输出变径带轮组，输入轴上设有输入变径带轮组，输入变径带轮组包括若干个输入带轮块；输出轴上设有输出变径带轮组，输出变径带轮组包括若干个输出带轮块；输入带轮块与输出带轮块上设有凸块；输入变径带轮组、输出变径带轮组通过传动带连接；

所述输入轴上设有输入固定盘、输入锥盘，输入锥盘位于输入固定盘内侧，输入锥盘可在输入轴上轴向移动；输入锥盘沿其母线上设有若干个凹槽，输入带轮块上的凸台与对应的输入锥盘的凹槽滑动配合；每个输入带轮块同一端通过对应的拉杆与输入固定盘铰连接；每个输入带轮块同一端与对应的拉杆铰连接；

所述输出轴与输入轴平行设置，输出轴上设有输出固定盘、输出锥盘，输出锥盘位于输出固定盘内侧，输出锥盘与输入锥盘的锥角方向相反，输出锥盘可在输出轴上轴向移动；输出锥盘沿其母线上设有若干个凹槽，输出带轮块上的凸台与对应的输出锥盘的凹槽滑动配合；每个输出带轮块同一端通过对应的拉杆与输出固定盘铰连接；每个输出带轮块同一端与对应的拉杆铰连接；

所述变速机构使输入轴上的输入锥盘、输出轴上的输出锥盘实现同步轴向移动；

所述张紧机构通过张紧轮对传动带进行张紧。

优选的，所述调速机构包括伺服驱动单元、传动丝杆、调速拉杆、U形套筒，伺服驱动单元驱动连接传动丝杆，传动丝杆与输入轴平行设置，伺服驱动单元与调速拉杆通过传动丝杆相连接，调速拉杆与传动丝杆垂直设置；输出轴与输入轴上分别空套有套筒法兰，输入锥盘与对应的套筒法兰笃定连接，输出锥盘与对应的套筒法兰固定连接；输出轴与输入轴上套筒法兰分别通过轴承设置所述U型套筒，输入轴与输出轴上的U型套筒分别位于输入锥盘、输出锥盘内侧；调速拉杆的两端分别插在输入轴与输出轴上的U型套筒外周的U型槽内，通过伺服驱动单元使调速拉杆沿传动丝杆轴向移动，经U型套筒使输入锥盘、输出锥盘轴向移动实现无级变速。

优选的，所述张紧机构通过恒定压力的张紧轮实现张紧控制。

优选的，所述输入锥盘通过花键套与输入轴花键配合

优选的，所述输出锥盘通过花键套与输出轴花键配合，

优选的，所述凸块为圆弧形凸块，所述凹槽为圆弧形。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

第一，利用离散的变径带轮代替整体带轮，变径带轮由若干个离散带轮块组成，把每个离散的变径带轮块拼在一起就可以组成一个完整的圆形带轮；在每个带轮块底部具有特定的凸块，与之相配合锥盘沿其母线方向的特定凹槽滑动联接，约束每个变径带轮块只能沿着滑槽滑动，在每个带轮块的同一端通过拉杆与轴一端上的固定盘一一铰链联接，约束变径带轮块同一端保证在同一平面内。这样的带轮既是离散，又被约束成一体，巧妙的实现了带轮直径的变化。

可以实现大扭矩、高效率传动。

本发明的拉杆式锥盘变径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。

附图说明

图1是本专利无级变速器沿着轴线方向的剖视图。

图2为图1的C-C向剖面图。

图3为拉杆与带轮块、轴端固定盘的铰接机构图。

图4为拉杆式锥盘变径带轮无级变速器的示意图。

图5为锥盘的左右移动极限图。

图中：1.拉杆；2.输出固定盘；3.输出轴；4.轴承套；5.伺服驱动单元；6.输入轴；7.输入固定盘；8.输入锥盘；9.传动带；10.输入变径带轮块；11.花键套；12.U型套筒； 13.套筒法兰；14.调速拉杆；15.传动丝杆；16.输出锥盘；17.输出变径带轮块；18. 张紧轮；19.箱体；20.轴销。

具体实施方式

如附图1-2所示，本发明提出的拉杆式锥盘变径带轮无级变速器，整个机构主要由无级传动机构、调速机构和张紧机构等组成。

该新型无级变速器在传动方面：利用一对可任意改变直径的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，控制精确高，响应速度快等优点。不仅可作为大型带式输送机上的软启动装置、起重机传动系统调速装置、各类卷取机驱动装置，而且可以作为车用CVT的核心传动部件，达到提升传动扭矩与效率的目的。

利用可变直径带轮替代整体式带轮传动，变径带轮由若干个离散带轮块组成，每个带轮块底部具有特定的凸块，与之相配合锥盘沿其母线方向的特定凹槽滑动联接，在每个带轮块的同一端通过拉杆与轴一端上的固定盘一一铰链联接，约束变径带轮块同一端保证在同一平面内，同样可以保证两组变径带轮的同一侧端面共面。通过调速机构同时改变锥盘的轴向位移，使变径带轮的直径随着锥盘截面直径的变化而变化，最后通过传动带与张紧装置组合实现整个机构无级传动。

实现上述技术方案是：对于输入轴上变径带轮组，每个离散的输入变径带轮块10底部有带有圆弧型凸块如附图2，与相配合输入锥盘8沿其母线上带有圆弧的凹槽滑动配合。输入变径带轮块10的同一端通过拉杆1与固定在输入轴6上的输入固定盘7连接，并且两端都为铰链连接。输入锥盘8通过花键套11与输入轴6花键配合，并且输入锥盘8可在输入轴6的两端极限范围内轴向移动，整体形成一个输入轴上的变径带轮组。

对于输出轴上变径带轮组：每个离散的输出变径带轮块17底部具有圆弧形凸块如附图2，与相配合输出锥盘16沿其母线上带有圆弧的凹槽滑动配合，输出变径带轮块17均匀的分布在输出锥盘16的一周。输出变径带轮块17的同一端通过拉杆1与固定在输出轴3上的输出固定盘2铰链联接。输出锥盘16通过花键套11与输出轴3花键配合，并且可在输出轴3两端极限范围内轴向移动，形成一个输出轴上的变径带轮组。

所述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锥盘8和输出锥盘16，锥角方向相反的配合在输入轴6和输出轴3上。两个主从动变径带轮组通过传动带9连接，通过张紧轮18对传动带9进行张紧。

所述调速机构：在输入锥盘8和输出锥盘16的同一端远离输入、输出固定盘的一段与套筒法兰13固定连接，并且套筒法兰13空套在输入、输出轴上；U型套筒12通过轴承配合在套筒法兰13上。调速拉杆14的两端插在U型套筒12的U型槽内；伺服驱动单元5与调速拉杆14通过传动丝杆15连接。通过控制伺服电机转动带动传动丝杆15转动，使调速拉杆14 沿着传动丝杆进行轴向移动，经U型套筒12使输入、输出锥盘能够实现同时、同速、同向的轴向移动，驱动两个变径带轮组的传动直径变化，实现无级变速。

整个机构由无级传动机构、调速机构和张紧机构等组成。在输入轴6上有一个变径带轮组，在输出轴3上也有一个变径带轮组。在输入轴6、输出轴3的同一端也就是如附图1所示的左端，通过平键连接有输入固定盘7和输出固定盘2；输入轴6和输出轴3通过两对轴承和轴承套4置于箱体19上。在输入锥盘8和输出锥盘16上分别通过螺栓固定花键套11，并且与输入轴6和输出轴3配合，可以沿着轴向滑动。输入锥盘8和输出锥盘16在各自轴上布置的锥角方向相反。如附图2所示，每个离散的输入变径带轮块10和输出变径带轮块17 的底部具有圆弧线的凸块，与输入锥盘8和输出锥盘16上的圆弧形凹槽滑动配合，若干个带轮块均匀的分布在锥盘的一周如附图2所示。在每个输入变径带轮块10和输出变径带轮块 17的左端如附图1所示通过拉杆1与输入固定盘7和输出固定盘2铰链联接，形成一个可以变径带组合带轮。

在调速机构部分原理：在输入锥盘8和输出锥盘16的同一端如附图1所示的右端与套筒法兰13固定连接，套筒法兰13空套在输入、输出轴上。U型套筒12通过轴承与套筒法兰13 连接，调速拉杆14的两端分别插入输入轴6和输出轴3上的U型套筒12的U型槽内，变速拉杆14与传动丝杆15通过传动螺纹连接，传动丝杆15与伺服驱动单元5连接。在张紧机构中，如附图2所示，通过张紧轮18使传动带处于张紧状态。

在输入轴6输入一定的转速时，通过传动带9，转速从输出轴3输出。控制伺服驱动单元5使调速拉杆14向右移动，通过U型套筒12和套筒法兰13使输入锥盘8和输出锥盘16 沿着输入轴6和输出轴3向右移动。输入锥盘6向右移动，在输入变径带轮块10处的截面圆直径变大，迫使输入变径带轮的直径变大；同理输出锥盘16往右移动，在输出变径带轮块 17处的截面圆直径变小，迫使输出变径带轮直径变小，从而整个机构将实现无级增速运动。当调速拉杆14往左移动，本机构将实现减速运动，完成整个无级变速过程。

在如附图4所示，输入、输出轴上的滑动锥盘带轮向左移动到最左端，输出变径带轮的直径达到最小，输入变径带轮的直径达到最大。由于两锥盘的母线相互平行，两变径带轮之间的相对距离L₁值保持不变，又因为两带轮的中心距a是一定的，所以当主、从动带轮的理论半径发生变化时，主、从动带轮的理论半径之和s＝R₁+R₂是一定的。过点m做mn平行于圆锥母线gk，此时b的取值达到最大值，大小为锥盘两端圆周半径之差。

如附图5所示，新型大扭矩变径带轮无级变速器的主、从动锥盘从左极限移动到右极限的过程中，对于输入带轮上的拉杆将绕着O1点角度从δ₁到0再到-δ，对于输出带轮上的拉杆同时绕O₄点角度从到0再到主、从动带轮在变径过程中，每一个带轮块不仅有径向位移O₁O₃＝O₆O₅＝b，而且还有轴向移动，为了保证主、从动带轮与传动带的正常啮合传动，应保证主、从动带轮的端面共面，即满足o₁t₁＝o₄t₂。图5可以看出，在锥盘往右移动过程中，当时，传动比i＝1，锥盘移动的距离此时只有导杆平行于输入、输出轴时，才能保证两个带轮在变径过程中始终保持共面。

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 (6)

1.拉杆式锥盘变径带轮无级变速器，其特征是，所述变速器包括无级传动机构、调速机构和张紧机构；

所述无级传动机构包括箱体和箱体内的输入轴（6）、输出轴（3）、传动带（9）、输入变径带轮组、输出变径带轮组，输入轴（6）上设有输入变径带轮组，输入变径带轮组包括若干个输入带轮块（10）；输出轴（3）上设有输出变径带轮组，输出变径带轮组包括若干个输出带轮块（17）；输入带轮块（10）与输出带轮块（17）上设有凸块；输入变径带轮组、输出变径带轮组通过传动带（9）连接；

所述输入轴（6）上设有输入固定盘（7）、输入锥盘（8），输入锥盘（8）位于输入固定盘（7）内侧，输入锥盘（8）可在输入轴（6）上轴向移动；输入锥盘（8）沿其母线上设有若干个凹槽，输入带轮块（10）上的凸台与对应的输入锥盘（8）的凹槽滑动配合；每个输入带轮块（10）同一端通过对应的拉杆（1）与输入固定盘（7）铰连接；每个输入带轮块（10）同一端与对应的拉杆（1）铰连接；

所述输出轴（3）与输入轴（6）平行设置，输出轴（3）上设有输出固定盘（2）、输出锥盘（16），输出锥盘（16）位于输出固定盘（2）内侧，输出锥盘（16）与输入锥盘（8）的锥角方向相反，输出锥盘（16）可在输出轴（3）上轴向移动；输出锥盘（16）沿其母线上设有若干个凹槽，输出带轮块（17）上的凸台与对应的输出锥盘（16）的凹槽滑动配合；每个输出带轮块（17）同一端通过对应的拉杆（1）与输出固定盘（2）铰连接；每个输出带轮块（17）同一端与对应的拉杆（1）铰连接；

所述变速器使输入轴（6）上的输入锥盘（8）、输出轴（3）上的输出锥盘（16）实现同步轴向移动；

所述张紧机构通过张紧轮（18）对传动带（9）进行张紧。

2.根据权利要求1所述的拉杆式锥盘变径带轮无级变速器，其特征是，所述调速机构包括伺服驱动单元（5）、传动丝杆（15）、调速拉杆（14）、U型套筒（12），伺服驱动单元（5）驱动连接传动丝杆（15），传动丝杆（15）与输入轴（6）平行设置，伺服驱动单元（5）与调速拉杆（14）通过传动丝杆（15）相连接，调速拉杆（14）与传动丝杆（15）垂直设置；输出轴（3）与输入轴（6）上分别空套有套筒法兰（13），输入锥盘（8）与对应的套筒法兰固定连接，输出锥盘（16）与对应的套筒法兰固定连接；输出轴（3）与输入轴（6）上套筒法兰分别通过轴承设置所述U型套筒，输入轴（6）与输出轴（3）上的U型套筒分别位于输入锥盘（8）、输出锥盘（16）内侧；调速拉杆（14）的两端分别插在输入轴与输出轴上的U型套筒外周的U型槽内，通过伺服驱动单元（5）使调速拉杆（14）沿传动丝杆（15）轴向移动，经U型套筒（12）使输入锥盘（8）、输出锥盘（16）轴向移动实现无级变速。

3.根据权利要求1所述的拉杆式锥盘变径带轮无级变速器，其特征是，所述张紧机构通过恒定压力的张紧轮实现张紧控制。

4.根据权利要求1所述的拉杆式锥盘变径带轮无级变速器，其特征是，所述输入锥盘通过花键套与输入轴花键配合。

5.根据权利要求1所述的拉杆式锥盘变径带轮无级变速器，其特征是，所述输出锥盘通过花键套与输出轴花键配合。

6.根据权利要求1所述的拉杆式锥盘变径带轮无级变速器，其特征是，所述凸块为圆弧形凸块，所述凹槽为圆弧形。