CN108679181A - 一种锥带式无级变速传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锥带式无级变速传动装置，包括一个中心锥轮和分别布置在中心锥轮两侧的第一侧锥轮和第二侧锥轮，第一侧锥轮和第二侧锥轮分别通过花键套接在第一侧轴和第二侧轴上；中心锥轮与第一侧锥轮和第二侧锥轮锥面之间均套接有环形的传动带链，形成接触摩擦传动面；本发明的锥带式无级变速传动装置利用侧锥轮和中心锥轮之间的带链进行传动，传动摩擦面增加到四个面，可以在使用转速范围内传递较高的扭矩；当传动带链沿着锥面轴向连续移动时，带链连侧的锥面对应的半径也连续变化，传动比也会相应地无级变化，从而实现无级变速；具有结构简单、紧凑，性能可靠，成本低的优势。

Description

一种锥带式无级变速传动装置
技术领域
本发明涉及一种传动装置，特别涉及一种锥带式无级变速传动装置，属于传动设备领域。
背景技术
公知的无级变速器传动通常分牵引式和摩擦式两种形式，牵引式传动通过接触面间的液体介质分子力传递动力；摩擦式传动通过接触面的摩擦力传递动力。牵引式传动无级变速器典型运用就是牵引环式无级变速器，其优点是可以串联布置多组牵引环，传递的扭矩大，效率高，但缺点是装置热负荷高，对液体介质物理化学性质要求很高，传递转速较低，变速箱体积庞大。摩擦式无级变速器典型运用就是金属V带式无级变速器，通过轴向调节V形带槽宽度，控制主动轮和从动轮V带实际接触面的半径，从而实现连续调节传动比。金属V带式无级变速器结构紧凑，控制方便，能高速传动，但其构件多、结构复杂，且不能传递过高的扭矩，急加速和传递大扭矩时容易打滑，故多用于较小排量发动机的变速传动；另外，金属带加工精度和压紧控制要求极高，成本难以控制。
发明内容
本发明提出了一种锥带式无级变速传动装置，解决了现有技术中无级变速器传动装置存在的结构复杂、容易打滑、金属带加工精度和压紧控制要求极高导致的成本难以控制的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种锥带式无级变速传动装置，包括一个中心锥轮和分别布置在中心锥轮两侧的第一侧锥轮和第二侧锥轮，所述第一侧锥轮和第二侧锥轮分别通过花键套接在第一侧轴和第二侧轴上，且所述第一侧锥轮和第二侧锥轮可以沿着轴向滑动，从而调整它们与中心锥轮之间的锥面间隙；所述中心锥轮与第一侧锥轮和第二侧锥轮锥面之间均套接有环形的传动带链，形成接触摩擦传动面。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一侧轴和第二侧轴沿中心锥轮轴心线对称布置在中心锥轮的两侧。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一侧轴和第二侧轴均与中心锥轮轴的轴心线全部平行。
作为本发明的一种优选技术方案，所述中心锥轮与第一侧锥轮和第二侧锥轮的锥顶角均相等。
作为本发明的一种优选技术方案，所述中心锥轮与第一侧锥轮和第二侧锥轮相对布置，形成等距锥面间隙。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一侧轴和第二侧轴以及中心锥轮都通过轴承安装在同一刚性箱体上。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一侧轴和第二侧轴的一端均设有动力同步输入齿轮。
作为本发明的一种优选技术方案，所述中心锥轮一端设有动力输出齿轮。
作为本发明的一种优选技术方案，第一侧锥轮和第二侧锥轮还与压力调节机构相连接，压力调节机构包括第一弹簧、第一预紧螺母、第二弹簧和第二预紧螺母。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一侧锥轮和第二侧锥轮与第一侧轴和第二侧轴之间分别通过花键相配合，所述第一侧锥轮和第二侧锥轮与第一侧轴和第二侧轴之间可以轴向滑动，压力调节机构可以对侧锥轮施加一个由大端到小端的轴向推力，从而压紧第一侧锥轮和第二侧锥轮与中心锥轮锥面间的传动带链。
本发明所达到的有益效果是：本发明的锥带式无级变速传动装置利用侧锥轮和中心锥轮之间的带链进行传动，传动摩擦面增加到四个面，可以在使用转速范围内传递较高的扭矩；当传动带链沿着锥面轴向连续移动时，带链连侧的锥面对应的半径也连续变化，传动比也会相应地无级变化，从而实现无级变速；具有结构简单、紧凑，性能可靠，成本低的优势。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的一种锥带式无级变速传动装置的剖面结构示意图；
图2是本发明的一种具有双侧锥轮的实施例的立体结构图；
图3是本发明的一个弹簧预压紧式的侧锥轮组实例剖视图；
图4是本发明的单个侧锥轮的结构解剖图；
图5是本发明的中心锥轮的结构剖视图；
图中：1、第一侧锥轮；2、第一侧轴；3、第一轴承；4、传动带链；5、第二轴承；6、第三轴承；7、第二侧轴；8、第二侧锥轮；9、第一弹簧；10、第一预紧螺母；11、第四轴承；12、第五轴承；13、中心锥轮；14、第二弹簧；15、第二预紧螺母；16、第六轴承；17、换速驱动机构。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1、2所示，本发明的一种锥带式无级变速传动装置包括一组第一侧锥轮1和第二侧锥轮8以及一个中心锥轮13，所有的侧锥轮和中心锥轮13之间均具有相同的锥顶角θ；第一侧锥轮1和第二侧锥轮8平行对称分布在中心锥轮13两侧，并且和中心锥轮13相对布置，在侧锥轮和中心锥轮13之间形成间距相等的锥面间隙；传动带链4环布在锥面间隙之间。
单组侧锥轮组结构如图3、图4所示，第一侧锥轮1通过纵向滑槽套接在第一侧轴2上，即第一侧锥轮1和第一侧轴2通过花键配合；第一侧锥轮1可以沿着第一侧轴2轴向滑动，同时第一侧锥轮1和第一侧轴2沿周向同步转动。
中心锥轮13结构如图5所示，中心锥轮13和轴做成一体；中心锥轮13和侧锥轮组通过轴承安装在同一刚性箱体上。
示例中，两组侧锥轮组平行对称安装在中心锥轮13两侧，锥面和中心锥轮13对置；且侧锥轮和中心锥轮13高度相等，锥角均为θ；这样侧锥轮和中心锥轮13的锥面间形成等间距锥面间隙，传动带链4布置在第一侧锥轮1和第二侧锥轮8与中心锥轮13的锥面之间，且两面分别和侧锥轮锥面和中心锥轮13锥面接触，形成摩擦传动面；在第一侧锥轮1和第二侧锥轮8的大端均设有一个内腔，如图4所示，该内腔中分别有一个第一弹簧9和第二弹簧14套在第一侧轴2和第二侧轴7上，弹簧的一端顶压在侧锥轮内腔壁中，另一端分别与第一预紧螺母10和第二预紧螺母15相接触，第一预紧螺母10和第二预紧螺母15通过侧轴上的一段螺纹相配合；保持传动带链4和侧锥轮、中心锥轮13的锥面接触，转动预紧螺母，就可以调整弹簧的压缩量，从而调整侧锥轮和中心锥轮13对传动带链4的接触压力；因此，弹簧和预紧螺母就构成了一种压力调节机构；侧锥轮和侧轴之间的花键配合机构使得两者可以沿轴向在限制范围内相对滑动，提供预压紧的自由度；这种设计保障了接触面始终保持均匀的压力，同时侧锥轮和侧轴之间的轴向运动亦可补偿制造、安装误差，以及运转过程中器件热膨胀公差，能有效提高构件寿命和传动鲁棒性。
传动带链4在某一轴向位置时对应第一侧锥轮1和第二侧锥轮8与中心锥轮13不同的接触半径，由于侧锥轮和中心锥轮13沿轴向直径连续变化，传动带链4在轴向连续移动时，对应接触的中心锥轮半径和侧锥轮半径比也发生连续变化，从而实现无级的改变传动比；为此，本发明设置了一个对传动带链4的直线驱动机构，控制传动带链4沿轴向直线运动，同时传动带链4能够环绕中心锥轮13自由转；。执行位置控制时，各传动件均在高速转动中，故直线驱动机构的阻力很小，传动比线性变化，保障传动平稳、高效。
上述构件构成本发明无级变速传动装置的核心总成部分，侧锥轮组和中心锥轮13通过轴承安装在同一刚性箱体上，配置公知的离合、差速等机构构成完整的无级变速器。
下面进一步说明本发明的工作原理。
图1清楚地显示了本发明的结构和工作原理：从构造上看，中心锥轮13与第一侧锥轮1和第二侧锥轮8轴线平行布置，锥顶角相对，中心锥轮13和侧锥轮形成等距锥面间隙；传动带链4就布置在锥面间隙之间，传动带链4的两面分别和中心锥轮锥面和侧锥轮锥面接触；因为传动带链4具有一定的宽度，与锥面接触时不同宽度处的接触半径也不相同；当前接触位置下，在接触线上锥面和带链之间没有相对滑移的点所对应的锥轮的直径即为实际传动直径，定义为传动带链4在此位置处的传递的当量直径；设侧锥轮为输入轮，其小端当量直径为ds；中心锥轮为输出轮，其小端当量直径为dc(为方便计算，上述定义假设侧锥轮大端底面和中心锥轮小端底面平齐)；传动带链沿轴向可驱动行程为L，在某位置Lx(从中心锥轮大端起，沿轴向的距离)对应的侧锥轮当量直径为din，对应中心锥轮当量直径为dout，则此位置变速机构传递的传动比为在整个驱动行程传动比
工作状态下，动力由同一输入轴输入，分别传输到第一侧锥轮1和第二侧锥轮8上，侧锥轮锥面摩擦与之接触的传动带链4的外侧，带链将这一运动趋势通过内侧与中心锥轮13的接触锥面摩擦传递给中心锥轮13；连续传动时，理想情况下形成侧锥轮、传动带链4、中心锥轮13同步等线速滚动的状态；直线驱动机构驱动传动带链沿轴向连续移动，改变与之接触的中心锥轮13和侧锥轮对应的当量半径，对应的传动比亦连续变化形成无级变速。
摩擦式传动在接触面的摩擦系数固定的情况下，能够传递扭矩的大小取决于接触面面积的大小和接触面法向压力的大小，增大接触压力可以有效增加传递扭矩，但同时力负荷和热负荷也会增加，对构件和润滑介质的物化性能要求提高，并会降低传动效率；故接触面的压力不能无限增加，而是取一合理的设计值；另一个增加传动扭矩的有效方法是增加传动的摩擦接触面面积；本例中两组侧锥轮与传动带链4接触，摩擦面扩大到两倍；合理的布置和优化设计传动带链的挠性可以增加侧锥轮组，从而增加接触面面积，获得更大的扭矩传动能力；同时，优化调整锥形轮的小端直径、锥顶角、可调行程等参数，可以获得理想的传动比范围。
本发明采用锥形轮和传动带链4作为无级传动的驱动调整元件，结构比传统的金属V带稳定，并且紧凑简单，成本优势非常明显；多组侧锥轮组的均匀布置设计，有效的增大了传动接触面积，可以传递更大的扭矩，并承受大的扭矩突变。侧锥轮上的压力调节机构在保障持续压紧的同时，能动态补偿工艺和运转偏差，有效提高传动平顺性和器件寿命；直线驱动单元直接驱动带链实现无级变速，执行机构非常简单，从而提高了效率，保障可靠性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锥带式无级变速传动装置，其特征在于，包括一个中心锥轮(13)和分别布置在中心锥轮(13)两侧的第一侧锥轮(1)和第二侧锥轮(8)，所述第一侧锥轮(1)和第二侧锥轮(8)分别通过花键套接在第一侧轴(2)和第二侧轴(7)上，且所述第一侧锥轮(1)和第二侧锥轮(8)可以沿着轴向滑动，从而调整它们与中心锥轮(13)之间的锥面间隙；所述中心锥轮(13)与第一侧锥轮(1)和第二侧锥轮(8)锥面之间均套接有环形的传动带链(4)，形成接触摩擦传动面。
2.根据权利要求1所述的一种锥带式无级变速传动装置，其特征在于，所述第一侧轴(2)和第二侧轴(7)沿中心锥轮(13)轴心线对称布置在中心锥轮(13)的两侧。
3.根据权利要求1所述的一种锥带式无级变速传动装置，其特征在于，所述第一侧轴(2)和第二侧轴(7)均与中心锥轮(13)轴的轴心线全部平行。
4.根据权利要求1所述的一种锥带式无级变速传动装置，其特征在于，所述中心锥轮(13)与第一侧锥轮(1)和第二侧锥轮(8)的锥顶角均相等。
5.根据权利要求1所述的一种锥带式无级变速传动装置，其特征在于，所述中心锥轮(13)与第一侧锥轮(1)和第二侧锥轮(8)相对布置，形成等距锥面间隙。
6.根据权利要求1所述的一种锥带式无级变速传动装置，其特征在于，所述第一侧轴(2)和第二侧轴(7)以及中心锥轮(13)都通过轴承安装在同一刚性箱体上。
7.根据权利要求1所述的一种锥带式无级变速传动装置，其特征在于，所述第一侧轴(2)和第二侧轴(7)的一端均设有动力同步输入齿轮。
8.根据权利要求1所述的一种锥带式无级变速传动装置，其特征在于，所述中心锥轮(13)一端设有动力输出齿轮。
9.根据权利要求1所述的一种锥带式无级变速传动装置，其特征在于，第一侧锥轮(1)和第二侧锥轮(8)还与压力调节机构相连接，压力调节机构包括第一弹簧(9)、第一预紧螺母(10)、第二弹簧(14)和第二预紧螺母(15)。
10.根据权利要求9所述的一种锥带式无级变速传动装置，其特征在于，所述第一侧锥轮(1)和第二侧锥轮(8)与第一侧轴(2)和第二侧轴(7)之间分别通过花键相配合，所述第一侧锥轮(1)和第二侧锥轮(8)与第一侧轴(2)和第二侧轴(7)之间可以轴向滑动，压力调节机构可以对侧锥轮施加一个由大端到小端的轴向推力，从而压紧第一侧锥轮(1)和第二侧锥轮(8)与中心锥轮(13)锥面间的传动带链(4)。
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