CN1074740A

CN1074740A - 无级变速器

Info

Publication number: CN1074740A
Application number: CN 92100353
Authority: CN
Inventors: 颛清平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-01-21
Filing date: 1992-01-21
Publication date: 1993-07-28

Abstract

两种结构形式的无级变速器，属于在运转中可连续无级调速的机械摩擦无级变速器，包括支撑轮、轨道环、调速环及其输出轴、圆锥轮组、锥轮保持架及与之联接的输入轴，为同轴线输入、输出。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轮的无级调速。该型变速器具有很宽的调度范围，有零转速和大转矩输出，可进行恒功率调速，易于实现自动控制，适用于中小功率的无级调速。其变速比为

Description

本发明为无级变速器，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、图2所示，该传动轮系为3K-H型行星轮系。图中：1为支撑轮、即中心轮K₁;2为轨道环，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，作系杆H;6为与5联接的输入轴;7为与3联接的输出轴。

1.特征

支撑轮、轨道环、调速环及其输出轴、锥轮保持架及与之联接的输入轴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，与输入轴联接，把旋转运动传递给圆锥轮组，使其产生相应的公转运动;轨道环与机架相联，不能转动，在机构运行中支持圆锥轮，使其绕轨道环回转，为圆锥轮的回转轨道;支撑轮自由回转，支持圆锥轮;调速环把旋转运动传递给输出轴，可做轴向平行移动，从而得到不同转速;输出轴与调速环联接，与调速环可产生轴向相对滑动，不能相对转动，把调速环的旋转运动输出，实现无级调速;支撑轮、轨道环和调速环，它们与圆锥轮间均为点接触和滚动摩擦传动。

如图1、图2所示，支撑轮、轨道环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R_43max大于与轨道环接触的圆锥轮接触点半径R₄₂;与轨道环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;与圆锥轮接触的轨道环表面为环状凸弧面;与圆锥轮接触的调速环内周表面为环状凸弧面。

在图1中，与支撑轮接触的圆锥轮接触点半径R₄₁小于与轨道环接触的圆锥轮接触点半径R₄₂，支撑轮和圆锥轮的两对应接触面分别为环状凸弧面和环状凹弧面。

在图2中，与支撑轮接触的圆锥轮接触点半径R₄₁大于与轨道环接触的圆锥轮接触点半径R₄₂，支撑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、图2所示，用箭头表示某轮可见侧的圆周速度方向，R₁、R₂和R₃分别为支撑轮、轨道环和调速环的有效半径;R₄₁、R₄₂和R₄₃分别为与支撑轮、轨道环和调速环接触的圆锥轮接触点半径。从输出端方向看，当输入轴和锥轮保持架按逆时针方向旋转时，锥轮保持架驱动圆锥轮绕轨道环滚动，即圆锥轮作绕自身轴线的自转运动和绕主轴线的公转运动，且公转速度等于输入轴转速。调速环在圆锥轮组的作用下，产生相应的旋转运并传递给输出轴。变动调速环的轴向位置，实现无级调速。输出端与输入端转向相同。

该轮系变速比为

R= (n₂)/(n₁) =1- (R₂R₄₃)/(R₃R₄₂)

输出转速为

n₂=(1- (R₂·R₄₃)/(R₃·R₄₂) )·n₁

式中：n₁为输入转速。

R₄₃为可变量，其变化范围为0～ (R₃)/(R₂) ·R₄₂，当

R₄₃→0时，R→1，n₂→n₁;

R₄₃→- (R₃)/(R₂) ·R₄₂时，R→0，n₂→0，这时，机构可能产生自锁。

分析可知，变速比和输出转速随R₄₃增大而减小，随R₄₃减小而增大，其变化范围分别为1～0和n₁～0。理论上可以保证很宽的调速范围。

3.输出特性

以图1所示机构为例进行受力分析，图3为其受力分析图。图中F₁、F₂和F₃分别为圆锥轮对支撑轮、轨道环和调速环的接触反力。可见，当F₁一定时，F₃/F₁和F₃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，输出轴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F₃;同理，当R₄₃较大时，输出转速较低，相应需要较大的接触反力F₃。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，F₃/F₁较小，F₃取较小值;当R₄₃较大时，F₃/F₁较大，F₃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→O，按能量守恒原理，不计能耗，输出轴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T_max。

同样，可以对图2所示机构进行类似的分析，可以得出相同的输出特性结果。

输出特性曲线如图4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5是实施本发明的一个方案。图中1、2、3、4、5、6和7同图1，8为接触压力调节机构，9为手柄。动力由输入轴传递给锥轮保持架，锥轮保持架带动圆锥轮绕轨道环滚动，调速环产生相应的旋转运动并传递给输出轴。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

1、两种结构形式的无级变速器，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：包括支撑轮、轨道环、调速环及其输出轴、圆锥轮组、锥轮保持架及与之联接的输入轴；支撑轮、轨道环、调速环及其输出轴、锥轮保持架及与之联接的输入轴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，与输入轴联接，把旋转运动传递给圆锥轮组，使其产生公转运动；轨道环与机架相联，不能转动，圆锥轮绕其回转，为圆锥轮的回转轨道；支撑轮自由回转，支持圆锥轮；调速环把旋转运动传递给输出轴，可做轴向平行移动，从而得到不同转速；输出轴与调速环联接，与调速环可产生轴向相对滑动，不能相对转动，把调速环的旋转运动输出，实现无级调速；支撑轮、轨道环和调速环，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：支撑轮、轨道环、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轨道环接触的圆锥轮接触点半径;与轨道环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;与圆锥轮接触的轨道环表面为环状凸弧面;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：与支撑轮接触的圆锥轮接触点半径小于与轨道环接触的圆锥轮接触点半径;支撑轮和圆锥轮的两对应接触面分别为环状凸弧面和环状凹弧面。

4、按权利要求1和2的无级变速器，其特征是：与支撑轮接触的圆锥轮接触点半径大于与轨道环接触的圆锥轮接触点半径;支撑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。