CN107559396A - 一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构 - Google Patents

Abstract

一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，包括：传动轴、锥盘、楔形活齿单元梁、滑片和链条，还包括与所述楔形活齿单元梁匹配的楔形滑片仓；设置在所述楔形滑片仓两侧的驱动装置；其中所述楔形活齿单元梁内部含有楔形斜面，所述楔形滑片仓外侧设置有消隙楔形斜面，所述楔形滑片仓与所述楔形活齿单元梁配合，通过其轴向移动来获得圆周切向位移量，达到调整所述滑片的圆周切向位移量，以消除滑片与链齿的啮合间隙，并且通过所述驱动装置实现双向运动来完成复位运动和消隙运动，不仅能够消除活齿滑片啮合的齿隙，还能够实现双向扭矩的传递。

Description

一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构

技术领域

本发明涉及无级变速器技术领域，更具体的说是涉及一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构。

背景技术

在专利文件“滑片变形齿无级啮合活齿轮”(申请号为：200580039668.6)中，记载了一种啮合式无级变速器，其特点为：依靠滑片活齿构造了啮合式无级变速功能，克服了传统无级变速器依靠摩擦传动的缺点，具有功率大、效率高等特点；但是，由于滑片本身具有一定厚度，导致其组合形成的活齿与链齿啮合时，无法保证在任何状态下都能达到无齿隙啮合，并且，由于活齿是由若干滑片组合而成，所以在承载扭矩时本身会有一定弹性变形，而导致啮合齿隙进一步增大，从而产生转速脉动及扭矩脉动，并缩短活齿传动寿命；但是现有消除活齿滑片啮合间隙的机构以及延长啮合齿寿命的设计方法，无法用于需要双向传递扭矩变速器的场合。

因此，如何提供一种不仅能够消除活齿滑片啮合间隙延长啮合齿寿命，还能够双向传递扭矩的机构的是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，一方面，能够消除活齿滑片啮合齿隙，有效解决转速脉动及扭矩脉动问题，使活齿单元实现了“空载啮入，空载啮出”的效果，并且提高了传动精度，延长了啮合齿寿命，同时兼具金属链、锥盘、活齿磨损自动补偿功能；另一方面，还适用于需要双向传动扭矩的变速器工况场合，可以根据扭矩方向来适时切换两侧驱动装置工作步调，进行复位运动和消隙运动，从而实现双向扭矩传动。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，包括：传动轴、锥盘、楔形活齿单元梁、滑片和链条，还包括与所述楔形活齿单元梁匹配的楔形滑片仓；设置在所述楔形滑片仓两侧的驱动装置；其中所述楔形活齿单元梁内部含有楔形斜面，所述楔形滑片仓外侧设置有消隙楔形斜面，所述楔形滑片仓与所述楔形活齿单元梁配合，通过其轴向移动来获得圆周切向位移量，达到调整所述滑片的圆周切向位移量，以消除滑片与链齿的啮合间隙，并且通过所述驱动装置实现双向运动来完成复位运动和消隙运动。

本发明提供了一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，依靠滑片活齿构造了啮合式无级变速结构，克服了传统无级变速器依靠摩擦传动的缺点，具有传动功率大、效率高的特点，并且能够消除活齿滑片的啮合齿隙，同时设置的驱动装置驱动楔形滑片仓双向运动，来完成复位运动和消隙运动，从而实现双向传动扭矩。

优选的，在上述一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，所述楔形滑片仓的两侧均设置有连接件A，所述楔形滑片仓通过所述连接件A(16)与所述驱动装置连接；所述驱动装置包括电磁驱动装置、电动机驱动转装置、气压驱动装置、液压驱动装置；所述驱动装置受控于其控制系统，从而控制所述楔形滑片仓实现复位运动和消隙运动。

优选的，在上述一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，所述楔形滑片仓结构类型包括一体式和分体组合式；其楔形斜面类型包括单斜面型和多斜面型；其楔形斜面倾斜角类型包括自锁型和非自锁型。

优选的，在上述一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，多个所述滑片构成滑片组，并且所述滑片组最大消隙运动位移量等于或大于单个所述滑片厚度。

优选的，在上述一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，通过控制所述驱动装置从而控制所述楔形滑片仓的复位运动、消隙运动的时间，可以实现“空载啮入，空载啮出”效果；在进入啮合包角区之前，先让所述楔形滑片仓处于起始位置，当所述滑片与链齿完成啮合后，让所述楔形滑片仓在所述驱动装置的作用下进行消隙运动，直至本组所述活齿单元上所述滑片与链齿的啮合接触面完全紧紧接触之后，使前一组所述活齿单元上参与啮合的所述滑片与链齿分离，同时本组所述活齿单元上参与啮合的所述滑片正式参与承载。

优选的，在上述一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，所述传动轴上套设有主动轴区域凸轮盘，所述凸轮轴的凸轮曲线设计与锥盘上活齿单元和所述链条的啮合包角呈相应夹角对应关系，在允许范围内，尽可能增大啮入过度区夹角，适度减小啮出过度区夹角。

优选的，在上述一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，所述滑片放置于所述楔形滑片仓内，所述楔形滑片仓与所述楔形活齿单元梁的楔形斜面配合装配，并通过所述连接件A、与锥盘母线平行的导向槽连接件B、连接件C、滚轮支撑架、连接件D，按照装配次序依次装配，组成SK机构；其中，所述导向槽连接件B与导向槽连接件B运动约束槽配合，所述连接件C与连接件C运动约束孔C配合，所述连接件D与连接件D运动约束孔D配合；消隙弹簧设置在弹簧仓内，所述弹簧左侧顶在所述弹簧仓底部，右侧与所述滚轮支撑架接触产生消隙驱动力，主动轴区域滚轮安置在所述滚轮支撑架上，并与所述主动轴区域凸轮盘的凸轮工作面接触。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，一方面，依靠滑片活齿实现了啮合式无级变速功能，并且设置的活齿单元在与传动链啮合时能达到无齿隙啮合，从而克服了传统无级变速器依靠摩擦力传动力矩小的缺点，具有传动功率大、效率高的特点，并且解决了转速脉动机转矩脉动的问题，同时具有“空载啮入，空载啮出”的有益效果，从而提高了传动精度，延长了使用寿命，且兼具传动链、锥盘和活齿磨损自动补偿功能；

另一方面，楔形滑片仓两侧均通过连接件A连接有驱动装置，驱动装置受控于控制系统，可以根据扭矩方向控制两侧驱动装置步调，来进行复位运动和消隙运动，从而实现双向传递扭矩的传动；

本发明提供的一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，不仅能够消除活齿滑片啮合齿隙，解决转速脉动和扭矩脉动问题，而且还能够延长啮合齿的使用寿命，同时还能进行双向扭矩的传动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为含SK机构的活齿无级变速总成结构图；

图2附图为含SK机构的活齿无级变速主动轴总成结构图；

图3附图为含SK机构的活齿无级变速主动轴总成爆炸图；

图4附图为消隙力与复位力不同轴的SK机构活齿无级变速主动轴总成结构图；

图5附图为活齿与带、链啮合齿的SK效应分析示意图；

图6附图为凸轮盘凸轮曲线设计分析示意图；

图7附图为凸轮盘凸轮曲线展开示意图；

图8附图为含SK效应功能的活齿单元结构图；

图9附图为楔形滑片仓与驱动装置的连接结构图；

图10附图为安装分体式楔形滑片仓的活齿单元结构图；

图11附图为分体式楔形滑片仓结构示意图；

图12附图为一体式楔形滑片仓结构示意图；

图13附图为最大复位形成K的指示位置图。

其中：

1、主动轴 6、从动轴

2、主动轴动锥盘 7、主动轴区域滚轮

3、楔形活齿单元梁 8、从动轴区域凸轮盘

4、主动轴静锥盘 9、从动轴区域滚轮

5、消隙弹簧 10、主动轴区域凸轮盘

11、从动轴静锥盘 28、凸轮盘B

12、活齿单元 29、锥盘B

13、从动轴动锥盘 30、楔形活齿单元梁B

14、楔形滑片仓 31、链齿或带齿

15、滑片 32、啮合齿隙

16、连接件A 33、滑片B

17、与锥盘母线平行的导向槽连接B 34、传动链或带

18、连接件C 35、凸轮消隙工作面

19、滚轮支撑架 36、啮入过渡区

20、连接件D 37、凸轮复位工作面

21、导向槽连接件B运动约束槽 38、啮出过渡区

22、连接件C运动约束孔 39、含消隙楔形斜面的活齿单元梁

23、弹簧仓 40、含消隙楔形斜面的滑片仓

24、连接件D运动约束孔 41、最大复位运动行程K

25、消隙弹簧B 42、驱动装置

26、滚轮B 43、弹簧

27、滚轮支撑架B

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，保证了活齿滑片与传动链的无齿隙啮合，解决了转速脉动和扭矩脉动问题，实现”空载啮入，空载啮出”的配合效果，从而提高传动精度，延长使用寿命，并且兼具传动链、锥盘和活齿磨损自动补偿功能，同时还能够进行双向扭矩的传动。

本发明提供了一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，包括：传动轴、锥盘、楔形活齿单元梁3、滑片15和链条，还包括与楔形活齿单元梁3匹配的楔形滑片仓14；设置在楔形滑片仓14两侧的驱动装置42；其中楔形活齿单元梁3内部含有楔形斜面，楔形滑片仓14外侧设置有消隙楔形斜面，楔形滑片仓14与楔形活齿单元梁3配合，通过其轴向移动来获得圆周切向位移量，达到调整滑片15的圆周切向位移量，以消除滑片15与链齿的啮合间隙，并且通过驱动装置42实现双向运动来完成复位运动和消隙运动。

为了进一步优化上述技术方案，楔形滑片仓14的两侧均设置有连接件A16，楔形滑片仓14通过连接件A16与驱动装置42连接；驱动装置42包括电磁驱动装置、电动机驱动转装置、气压驱动装置、液压驱动装置；驱动装置42受控于其控制系统，从而控制楔形滑片仓14实现复位运动和消隙运动。

为了进一步优化上述技术方案，楔形滑片仓14的结构类型包括一体式和分体组合式；其楔形斜面类型包括单斜面型和多斜面型；其楔形斜面倾斜角类型包括自锁型和非自锁型。

为了进一步优化上述技术方案，多个滑片15构成滑片组，并且滑片组最大消隙运动位移量等于或大于单个滑片15厚度。

为了进一步优化上述技术方案，通过控制驱动装置42从而控制楔形滑片仓14的复位运动、消隙运动的时间，可以实现“空载啮入，空载啮出”效果；在进入啮合包角区之前，先让楔形滑片仓14处于起始位置，当滑片15与链齿完成啮合后，让楔形滑片仓14在驱动装置42的作用下进行消隙运动，直至本组活齿单元12上滑片15与链齿的啮合接触面完全紧紧接触之后，使前一组活齿单元12上参与啮合的滑片15与链齿分离，同时本组活齿单元12上参与啮合的滑片15正式参与承载。

为了进一步优化上述技术方案，传动轴上套设有主动轴区域凸轮盘，所述凸轮轴的凸轮曲线设计与锥盘上活齿单元12和链条的啮合包角呈相应夹角对应关系，在允许范围内，尽可能增大啮入过度区36夹角，适度减小啮出过度区38夹角。

为了进一步优化上述技术方案，滑片15放置于楔形滑片仓14内，楔形滑片仓14与楔形活齿单元梁3的楔形斜面配合装配，并通过连接件A16、与锥盘母线平行的导向槽连接件B17、连接件C18、滚轮支撑架19、连接件D20，按照装配次序依次装配，组成SK机构；其中，导向槽连接件B17与导向槽连接件B运动约束槽21配合，连接件C18与连接件C运动约束孔C22配合，连接件D20与连接件D运动约束孔D24配合；消隙弹簧5设置在弹簧仓23内，弹簧5左侧顶在弹簧仓23底部，右侧与滚轮支撑架19接触产生消隙驱动力，主动轴区域滚轮7安置在滚轮支撑架19上，并与主动轴区域凸轮盘10的凸轮工作面接触。

楔形滑片仓14的运动分为：复位运动和消隙运动。

复位运动为楔形滑片仓14回到起始位置的运动；消隙运动为让楔形滑片仓14由起始位置向消隙方向移动的运动；起始位置为：让滑片组向承载啮合力反方向运动到最大位置时对应的楔形滑片仓14所在轴向位置(如附图13所示，如果把箭头方向设为滑片15承载受力方向，则如图所示的楔形滑片仓14所在位置即为起始位置，其最大复位运动行程41为K)；消隙运动量取决于当前参与啮合的滑片15与啮合链齿的最大齿隙(含：滑片15在消隙运动驱动力作用下压紧时的弹性变形量)。

一般设定滑片组最大消隙运动位移量等于单个滑片15厚度(严格是指调隙滑片厚度)，考虑加工误差及弹性变形等因素，取略大于此数值的5～10％。但为了降低加工精度装配精度要求，防止产生不必要的局部干涉现象，一般楔形滑片仓14的允许移动空间应大于此换算对应数值。

复位运动和消隙运动的驱动装置包括电磁驱动装置、电动机驱动转装置、气压驱动装置、液压驱动装置；除此之外，楔形滑片仓14的消隙运动也可以用弹簧43来完成；对于双向消隙滑片仓类型，其复位运动、消隙运动的驱动力可以是同一形式驱动力，其区分只取决于当前的扭矩方向，为平衡扭矩方向的运动称为消隙运动，此刻的反方向运动则称之为复位运动。

“空载啮入，空载啮出”效应(本技术效应命名为：SK效应)：通过适时控制楔形滑片仓14的复位运动、消隙运动的时间，可以实现“空载啮入，空载啮出”效果，即：SK效应。

工作原理：在进入啮合包角区之前，先让楔形滑片仓14处于起始位置，当滑片与链齿完成啮合后，让楔形滑片仓在消隙运动驱动力作用下进行消隙运动，直至滑片14与链齿的啮合接触面完全紧紧接触，之后才允许前一组活齿单元12上参与啮合的滑片15与链齿分离，同时，该组活齿单元12上参与啮合的滑片15正式参与承载；

参见附图5、6、7所示，其运动分析过程选定主动轮作为分析对象，旋向：逆时针。M组活齿单元进入啮合包角区之后，此刻，其功率流仍然由前一组活齿单元N来承载，M组活齿单元的滑片15仍处于空载状态，滑片15与链齿的啮合过程在空载状态下完成，之后让楔形滑片仓14在消隙运动驱动力作用下进行消隙运动，直至M组活齿单元中的参与啮合的滑片15啮合面与链齿的啮合面完全接触之后(可以通过设定消隙弹簧的弹性预紧力来获得一定大小的啮合预压力)，才允许前一组参与啮合承载的活齿单元N的楔形滑片仓14在复位运动驱动力作用下发生复位运动，使该组滑片15与链齿接触应力消除，即：卸荷，之后才允许活齿与链齿分离，从而达到“空载啮入，空载啮出”效果，大大延长使用寿命。

所以，如图5、6、7所示，一般，考虑到在小径工作时的锥盘链条包角较小，为了确保功率流传递平稳连续，一般应尽可能在锥盘有限的圆周范围内设计更多的活齿单元12的数量，如果由于空间结构紧张活齿单元12的数量无法增加时(一般设定为4组，如图5所示)，应尽可能减小主动轴区域凸轮盘啮入、啮出过度区36、38的长度(即：扇形夹角)，但为了合理减小消隙弹簧5的设定弹性系数值(弹性系数同时与SK系统惯量及上限转速设定有关)，确保尽可能低的加速度，则应在满足变速器正常工作条件前提下，尽可能增大消隙运动许用时间，一般为：尽可能增大啮入过度区36夹角，适度减小啮出过度区38夹角。

通过设计弹簧弹性系数来设定弹性压力，设定合适的加速度，可以在满足最高转速前提下以最恰到好处的最小加速度运动，确保了系统安全性，并降低噪音。

能够实现活齿零齿隙传动，并具备“空载啮入，空载啮出”效应，命名为“SK效应”；该机构命名为“SK机构”。

另外，由于此方案的体积设计更为灵活，可以设计成驱动装置42随楔形活齿单元梁3径向运动的结构(即：在无级变速时，驱动装置42随楔形活齿单元梁3一起径向运动，从而省掉复杂机构消隙弹簧5、导向槽连接件B17、连接件C18、滚轮支撑架19、连接件D20)。

在附图1中主动轴1进行动力输入，设置在主轴轴1上的主动轴动锥盘2随主动轴1一起转动，与主动轴1对称设置有主动轴静锥盘4；从动轴4负责动力的输出，从动轴上设置有从动轴区域凸轮盘8、从动轴区域滚轮9、从动轴动锥盘13和从动轴静锥盘11；

在附图4中消隙弹簧B25为消隙力与复位力不同轴的SK机构活齿无级变速主动轴中的弹性部件，用于消除间隙；滚轮B26、滚轮支撑架B27、凸轮盘B28为消隙力与复位力不同轴的SK机构中所匹配的构件；

在附图5中锥盘B29、楔形活齿单元梁B30、链齿或带齿31、啮合齿隙32、滑片B33传动链或带34为活齿与带、链啮合齿的SK机构无齿隙啮合时参与的部件；

在附图6中凸轮消隙工作面35为凸轮消隙的作用面，凸轮复位工作面37为凸轮复位的作用面；

在附图13中含消隙楔形的活齿单元梁39的内部设置有楔形斜面，含消隙楔形斜面的滑片仓40也设置有楔形斜面，并且含消隙楔形的活齿单元梁39与含消隙楔形斜面的滑片仓40也设置有楔形斜面相互匹配。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，包括：传动轴、锥盘、楔形活齿单元梁(3)、滑片(15)和链条，其特征在于，还包括与所述楔形活齿单元梁(3)匹配的楔形滑片仓(14)；设置在所述楔形滑片仓(14)两侧的驱动装置(42)；其中所述楔形活齿单元梁(3)内部含有楔形斜面，所述楔形滑片仓(14)外侧设置有消隙楔形斜面，所述楔形滑片仓(14)与所述楔形活齿单元梁(3)配合，通过其轴向移动来获得圆周切向位移量，达到调整所述滑片(15)的圆周切向位移量，以消除所述滑片(15)与链齿的啮合间隙，并且通过所述驱动装置(42)实现双向运动来完成复位运动和消隙运动。

2.根据权利要求1所述的一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，其特征在于，所述楔形滑片仓(14)的两侧均设置有连接件A(16)，所述楔形滑片仓(14)通过所述连接件A(16)与所述驱动装置(42)连接；所述驱动装置(42)包括电磁驱动装置、电动机驱动转装置、气压驱动装置、液压驱动装置。

3.根据权利要求1所述的一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，其特征在于，所述楔形滑片仓(14)的结构类型包括一体式和分体组合式；其楔形斜面类型包括单斜面型和多斜面型；其楔形斜面倾斜角类型包括自锁型和非自锁型。

4.根据权利要求1所述的一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，其特征在于，多个所述滑片(15)构成滑片组，并且所述滑片组最大消隙运动位移量等于或大于单个所述滑片(15)厚度。

5.根据权利要求1所述的一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，其特征在于，通过控制所述驱动装置(42)从而控制所述楔形滑片仓(14)的复位运动、消隙运动的时间，可以实现“空载啮入，空载啮出”效果；在进入啮合包角区之前，先让所述楔形滑片仓(14)处于起始位置，当所述滑片(15)与链齿完成啮合后，让所述楔形滑片仓(14)在所述驱动装置(42)的作用下进行消隙运动，直至本组所述活齿单元(12)上所述滑片(15)与链齿的啮合接触面完全紧紧接触之后，使前一组所述活齿单元(12)上参与啮合的所述滑片(15)与链齿分离，同时本组所述活齿单元(12)上参与啮合的所述滑片(15)正式参与承载。

6.根据权利要求1所述的一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，其特征在于，所述传动轴上套设有主动轴区域凸轮盘(10)，所述凸轮轴的凸轮曲线设计与锥盘上活齿单元(12)和所述链条的啮合包角呈相应夹角对应关系，在允许范围内，尽可能增大啮入过度区(36)夹角，适度减小啮出过度区(38)夹角。

7.根据权利要求2所述的一种消除活齿滑片啮合齿隙双向传动扭矩的机构，其特征在于，所述滑片(15)放置于所述楔形滑片仓(14)内，所述楔形滑片仓(14)与所述楔形活齿单元梁(3)的楔形斜面配合装配，并通过所述连接件A(16)、与锥盘母线平行的导向槽连接件B(17)、连接件C(18)、滚轮支撑架(19)、连接件D(20)，按照装配次序依次装配，组成SK机构；其中，所述导向槽连接件B(17)与导向槽连接件B运动约束槽(21)配合，所述连接件C(18)与连接件C运动约束孔C(22)配合，所述连接件D(20)与连接件D运动约束孔D(24)配合；消隙弹簧(5)设置在弹簧仓(23)内，所述弹簧(5)左侧顶在所述弹簧仓(23)底部，右侧与所述滚轮支撑架(19)接触产生消隙驱动力，主动轴区域滚轮(7)安置在所述滚轮支撑架(19)上，并与所述主动轴区域凸轮盘(10)的凸轮工作面接触。