CN1074736A - 无级变速器 - Google Patents
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Abstract
Description
本发明为一种无级变速器,属于在运转中可连续无级调速的机械摩擦无级变速器,适用于中小功率的传动。
与一般调速方式不同,本发明运用行星轮系和滚动摩擦传动原理,以圆锥轮作行星轮,通过改变调速环的轴向位置,实现输出轴的无级调速。
本发明旨在提出一种结构简单、运行可靠、具有零转速和大转矩输出、可进行恒功率调速的无级变速方案,从而使中小功率的无级变速器易于设计、制造和使用维护,在有关领域得到广泛应用。
发明内容:
如图1所示,该传动轮系为3K型行星轮系。图中:1为输入轮、即中心轮K1;2为输出轮,即中心轮K2;3为调速环,即中心轮K3;4为圆锥轮(组),作行星轮;5为锥轮保持架。
1.特征
输入轮、输出轮、调速环和锥轮保持架的几何中心线或回转轴线与圆锥轮的公转轴线为同一直线,称为主轴线。在轮系中,圆锥轮作行星轮,为多个对称分布于锥轮保持架上,各轮相对于主轴线的外侧表面母线均平行于主轴线;锥轮保持架作系杆,在安装、调试和运行中对圆锥轮进行位置调节和约束;调速环不能作转动或摆动,在轮系运行中只能通过其控制机构使其产生轴向平行移动,从而对输出轮进行无级调速;输入轮、输出轮和调速环,它们与圆锥轮间均为点接触和滚动摩擦传动。
如图1所示,输入轮、输出轮和调速环的有效半径R1、R2、R3依次增大。与调速环接触的圆锥轮接触点半径R43的最大值R43max大于与输出轮接触的圆锥轮接触点半径R42;与输出轮接触的圆锥轮面为环状内凹圆锥面或环状平面,与调速环接触的圆锥轮面为外圆锥面,且上述内锥面顶角大于外锥面顶角,当内锥面顶角为180°时,该面即为环状平面;与圆锥轮接触的输出轮表面为环状凸弧面;与圆锥轮接触的调速环内周表面为环状凸弧面。
在图1中,与输入轮接触的圆锥轮接触点半径R41大于与输出轮接触的圆锥轮接触点半径R42,输入轮和圆锥轮的两对应接触面分别为环状凹弧面和环状凸弧面。
2.变速分析
如图1所示,用箭头表示某轮可见侧的圆周速度方向。从输出端方向看,当输入轮按逆时针方向旋转时,圆锥轮在输入轮和调速环的作用下,沿调速环内侧滚动,即产生绕自身轴线的自转运动和绕主轴线的公转运动。输出轮在圆锥轮组的作用下,产生与圆锥轮相适应的旋转运动。变动调速环的轴向位置,可从输出端得到不同的转速。输出端与输入端转向相反。
该轮系变速比为
R= (n2)/(n1) =- (R1)/(R2) · (R3·R42-R2·R43)/(R1·R43+R3·R41)
输出转速为
n2=- (R1)/(R2) · (R3·R42-R2·R43)/(R1·R43+R3·R41) ·n1
式中:“-”表示输出轮与输入轮转向相反;n1为输入轮转速。
如图1所示,R1、R2和R3分别为输入轮、输出轮和调速环的有效半径;R41、R42和R43分别为与输入轮、输出轮和调速环接触的圆锥轮接触点半径。
R43为可变量,随着调速环的轴向位置不同,R43变化范围为0~ (R3)/(R2) ,当R43→0时,R→- (R1·R42)/(R2·R41) ,n2→- (R1·R42)/(R2·R41) ·n1
R43→- (R3)/(R2) ·R42时,R→0,n2→0,这时,机构可能产生自锁。
分析可知,变速比和输出转速的绝对值随R43增大而减小,随R43减小而增大,其变化范围分别为- (R1·R42)/(R2·R41) ~0和- (R1·R42)/(R2·R41) ·n1~0。理论上可以保证很宽的调速范围。
3.输出特性
如图2所示,为图1的受力分析图。图中F1、F2和F3分别为圆锥轮对输入轮、输出轮和调速环的接触反力。可见,当F1一定时,F2/F1和F2随R43增大而增大,随R43减小而减小。
若零件材料性能等满足承载能力要求,能耗不计,在一定的摩擦系数下,根据能量守恒原理,当R43较小时,输出转速较高,输出轮可承受的最大负载转矩较小,相应需要较小的圆周摩擦力和接触反力F2;同理,当R43较大时,输出转速较低,相应需要较大的接触反力F2。而由上段论述可知,该机构正能满足此变化要求,即:若F1一定,当R43较小时,F2/F1较小,F2取较小值;当R43较大时,F2/F1较大,F2取较大值。这样,在零件材料性能等因素满足要求时,该机构在一定功率范围内可做恒功率传动。考虑到实际运转中由滑动摩擦等造成的能耗,这种恒功率传动有一定的近似性。
当R43→ (R3)/(R2) ·R42时,输出转速n2→0,按能量守恒原理,不计能耗,输出轮所能承受的最大负载转矩应→∞。但这时的零件材料性能和摩擦系数等就构成了决定性制约因素,只能传递一个最大的转矩,即极限转矩Tmax。
输出特性曲线如图3所示。
同现有的机械无级变速技术相比,采用本发明的无级变速器有很宽的调速范围,有零转速和大转矩输出,并可进行恒功率调速;通过轴向平移控制机构进行调速,可在运转过程中随时调整、简单方便;易于实现自动控制;结构简单、紧凑、体积小,可用于各种中小功率调速场合;由于材料、制造和润滑等有关因素影响,不宜用于大功率调速场合。
图4是实施本发明的一个方案。图中1、2、3、4、5同图1,6为电机,7为电机输出轴,8为接触压力调节机构,9为输出轴,10为手柄。输入轮用键装于电机输出轴上;输出轮通过接触压力调节机构装于输出轴上;输入轴与输出轴间用轴承相联使其同轴。扳动手柄,使调速环产生轴向平移,从而实现输出轴的无级调速。
实施本发明还应注意:
1.选择合适的润滑油类作牵引液,保证各点接触运动副间为牵引传动、弹流润滑,以利于减缓磨损,提高传动效率和使用寿命。
2.根据实际要求,保证有关接触力设计为可调。
3.为适应不同的使用要求,调速环的轴向平移机构可设计为手动或自动控制。
4.设计时根据实际需要选择调速范围,并避免低速输出时可能出现的自锁问题。
Claims (3)
1、一种无级变速器,根据行星轮系和滚动摩擦传动原理设计,是在运转中可连续无级调速的机械摩擦无级变速器,其特征是:包括输入轮、输出轮、调速环、圆锥轮组和锥轮保持架;输入轮、输出轮、调速环和锥轮保持架的几何中心线或回转轴线与圆锥轮的公转轴线均为同一直线,称为主轴线;在轮系中,圆锥轮作行星轮,为多个对称分布于锥轮保持架上,各轮相对于主轴线的外侧表面母线均平行于主轴线;锥轮保持架作系杆,在安装、调试和运行中对圆锥轮进行位置调节和约束;调速环只能做轴向平行移动,调节输出转速;输入轮、输出轮和调速环,它们与圆锥轮间均为点接触和滚动摩擦传动。
2、按权利要求1的无级变速器,其特征是:输入轮、输出轮和调速环的有效半径依次增大,与调速环接触的圆锥轮接触点半径的最大值大于与输出轮接触的圆锥轮接触点半径;与输出轮接触的圆锥轮面为环状内凹圆锥面或环状平面,与调速环接触的圆锥轮面为外圆锥面,且内锥面顶角大于外锥面顶角,当内锥面顶角为180°时,即为环状平面;与圆锥轮接触的输出轮表面为环状凸弧面;与圆锥轮接触的调速环内周表面为环状凸弧面。
3、按权利要求1和2的无级变速器,其特征是:与输入轮接触的圆锥轮接触点半径大于与输出轮接触的圆锥轮接触点半径;输入轮和圆锥轮的两对应接触面分别为环状凹弧面和环状凸弧面。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 92100349 CN1074736A (zh) | 1992-01-21 | 1992-01-21 | 无级变速器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 92100349 CN1074736A (zh) | 1992-01-21 | 1992-01-21 | 无级变速器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1074736A true CN1074736A (zh) | 1993-07-28 |
Family
ID=4938516
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN 92100349 Pending CN1074736A (zh) | 1992-01-21 | 1992-01-21 | 无级变速器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN1074736A (zh) |
-
1992
- 1992-01-21 CN CN 92100349 patent/CN1074736A/zh active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C01 | Deemed withdrawal of patent application (patent law 1993) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |