CN108730497A - 一种消除活齿滑片啮合齿隙的机构及延长啮合齿寿命的设计方法 - Google Patents

Abstract

一种消除活齿滑片啮合齿隙的机构及延长啮合齿寿命的设计方法，本发明属于机械传动及无级变速器设计及制造技术领域。此技术是建立在专利200580039668.6基础上的改进技术，专利200580039668.6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。但由于滑片本身有一定厚度，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，从而产生转速脉动及扭矩脉动。本发明提出“一种消除活齿滑片啮合齿隙的机构及延长啮合齿寿命的设计方法”，可以有效解决上述转速脉动及扭矩脉动问题，并可以实现“空载啮入，空载啮出”的效果，提高传动精度，延长寿命，且兼具金属链、锥盘、活齿磨损自动补偿功能。

Description

一种消除活齿滑片啮合齿隙的机构及延长啮合齿寿命的设计 方法

技术领域

本发明属于机械传动及无级变速器设计及制造技术领域。

背景技术

专利技术“滑片变形齿无级啮合活齿轮”专利号200580039668.6，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，而且，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。

发明内容

本发明提出“一种消除活齿滑片啮合齿隙的机构及延长啮合齿寿命的设计方法”，即：消隙功能，可以有效解决上述转速脉动及扭矩脉动问题，并可以实现“空载啮入，空载啮出”的效果，提高传动精度，延长寿命，且兼具金属链、锥盘、活齿磨损自动补偿功能。

其具体结构为：通过一专用的楔形滑片仓14与楔形活齿单元梁3的配合，利用其轴向移动来获得圆周切向位移量，达到调整滑片的圆周切向位移量，以消除滑片与链齿的啮合间隙。

注：楔形滑片仓：外侧含消隙楔形斜面的滑片仓；楔形活齿单元梁：内部含消隙楔形斜面的活齿单元梁。

驱动楔形滑片仓运动的力可以是：机械弹力、弹簧力、磁力、电磁力、液压或气压力，重力、离心力等。

楔形滑片仓分类：

按照其功能一般分为：单向消隙滑片仓、双向消隙滑片仓；

按照结构类型可分为一体式、分体组合式；

按照其楔形斜面数量可以分为：单斜面、多斜面型(本专利附图所示为多斜面型)；

按照其楔形斜面的倾斜角分为：自锁型、非自锁型。

楔形滑片仓的运动分为：复位运动、消隙运动。

顾名思义：复位运动就是让楔形滑片仓到达起始位置的运动。消隙运动就是让楔形滑片仓由起始位置向消隙方向移动的运动。起始位置：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所在轴向位置(如下文附图11所示，如果把箭头方向设为滑片承载受力方向，则如图所示的楔形滑片仓所在位置即为起始位置，其最大运动行程为K，件号41所示)。消隙运动量取决于当前参与啮合的活齿滑片与啮合链齿的最大齿隙(含：滑片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，一般楔形滑片仓的允许移动空间应大于此换算对应数值。

复位运动驱动力一般为凸轮机械弹力、电磁力、液压或气压力、离心力；对于非自锁型楔形滑片仓，其复位运动驱动力包括啮合作用力在复位运动方向上的分力，在此分力作用下可以实现自动复位。

消隙运动驱动力一般为弹簧力、电磁力、液压或气压力、离心力。

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)阐述：通过适时控制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，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体上参与啮合的滑片与链齿分离，同时，该组活齿单元体上参与啮合的滑片正式参与承载。其设计原则结合附图分析参见下文。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进行具体说明：

图1：含SK机构的活齿无级变速总成结构图

图2：含SK机构的活齿无级变速主动轴总成结构图

图3：含SK机构的活齿无级变速主动轴总成爆炸图

图4：SK机构局部放大爆炸图

图5：含SK机构的活齿无级变速主动轴总成局部爆炸图(一)

图6：含SK机构的活齿无级变速主动轴总成局部爆炸图(二)

图7：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8：活齿与带、链啮合齿的SK效应分析示意图

图9：凸轮盘凸轮曲线设计分析示意图

图10：凸轮盘凸轮曲线展开示意图

图11：含SK效应功能的活齿单元体结构图

其中：

1、主动轴 13、从动轴动锥盘

2、主动轴动锥盘 14、楔形滑片仓

3、楔形活齿单元梁 15、滑片

4、主动轴静锥盘 16、连接件A

5、消隙弹簧 17、与锥盘母线平行的导向槽连接件B

6、从动轴 18、连接件C

7、主动轴区域滚轮 19、滚轮支撑架

8、从动轴区域凸轮盘 20、连接件D

9、从动轴区域滚轮 21、导向槽连接件B运动约束槽

10、主动轴区域凸轮盘 22、连接件C运动约束孔

11、从动轴静锥盘 23、弹簧仓

12、从动轴区域带消隙楔形斜面的活齿 24、连接件D运动约束孔

单元体 25、消隙弹簧B

26、滚轮B 34、传动链或带

27、滚轮支撑架B 35、凸轮消隙工作面

28、凸轮盘B 36、啮入过渡区

29、锥盘B 37、凸轮复位工作面

30、楔形活齿单元梁B 38、啮出过渡区

31、链齿或带齿 39、含消隙楔形斜面的活齿单元梁

32、啮合齿隙 40、含消隙楔形斜面的滑片仓

33、滑片B 41、最大复位运动行程K

具体实施方式

本发明的具体实施例如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图11所示：

其核心部分具体结构为：通过一专用的楔形滑片仓14与楔形活齿单元梁3的配合，利用其轴向移动来获得圆周切向位移量，达到调整滑片的圆周切向位移量，以消除滑片与链齿的啮合间隙。其放大图俯视图参见：图11；

本发明的相关零部件详细结构及与变速器总成的装配关系参见：图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7。

如图所示：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，完成一整体的SK装置。

其中：导向槽连接件B 17与运动约束槽21配合，连接件C 18与其运动约束孔22配合，连接件D 20与其运动约束孔24配合。消隙弹簧5放置在弹簧仓23内，弹簧左侧顶在弹簧仓底部，右侧与滚轮支撑架19接触产生消隙驱动力。滚轮7安置在滚轮支撑架19上，并与凸轮盘10的凸轮工作面接触。在发明附图所示案例中，凸轮盘10处于静止状态，滚轮7及其整体SK机构随锥盘旋转。凸轮盘10的凸轮曲线设计与锥盘上活齿单元体与链条的啮合包角呈相应夹角对应关系，以便达到理想的“空载啮入，空载啮出”效果。

“空载啮入，空载啮出”效应(SK效应)设计原则：参见附图8、9、10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组活齿单元体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体N来承载，M组活齿单元体的滑片仍处于空载状态，滑片与链齿的啮合过程在空载状态下完成，之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M组活齿单元体中的参与啮合的滑片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体N的楔形滑片仓在复位运动驱动力作用下发生复位运动，使该组滑片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8、9、10所示，一般，考虑到在小径时工作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体的数量，如果由于空间结构紧张活齿单元体的数量无法增加时(一般设定为4组，如图8所示)，应尽可能减小凸轮盘啮入、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。

注：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：楔形消隙滑片仓14的复位运动、消隙运动的驱动力也可以是电磁驱动方式、液压或气压力、重力、离心力。如图4所示：楔形消隙滑片仓14也可以由电磁铁、或油缸或气缸来牵引驱动；或者：电磁铁、或油缸或气缸驱动力通过牵引件16来传递作用力间接作用于楔形消隙滑片仓14；或者：电磁铁、或油缸或气缸驱动力通过牵引件16、17、18、19、20来传递作用力间接作用于楔形消隙滑片仓14。

Claims (7)

1.一种消除活齿滑片啮合齿隙的机构及延长啮合齿寿命的设计方法，包括：传动轴、锥盘、活齿单元梁、滑片、链条等，其特征是：活齿单元梁是内部含有消隙楔形斜面的楔形活齿单元梁3，与其配合装配的滑片仓是外侧含消隙楔形斜面的楔形滑片仓14，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，达到调整滑片的圆周切向位移量，以消除滑片与链齿的啮合间隙。

2.根据权利要求1所述的一种消除活齿滑片啮合齿隙的机构及延长啮合齿寿命的设计方法，其特征是：驱动楔形滑片仓14运动的力可以是：机械弹力、弹簧力、磁力、电磁力、液压或气压力，重力、离心力等；楔形滑片仓14的运动可以由消隙弹簧5作用力驱动，可以由滚轮7、凸轮盘10的相互作用力驱动，也可以由电磁铁、或油缸或气缸来牵引驱动；或者：消隙弹簧5弹性作用力、或滚轮7、凸轮盘10的相互作用力、或电磁铁、或油缸或气缸驱动力通过牵引件16来传递作用力间接作用于楔形滑片仓14；或者：消隙弹簧5弹性作用力、或滚轮7、凸轮盘10的相互作用力、或电磁铁、或油缸或气缸驱动力通过牵引件16、17、18、19、20来传递作用力间接作用于楔形滑片仓14。

3.根据权利要求1所述的一种消除活齿滑片啮合齿隙的机构及延长啮合齿寿命的设计方法，其特征是：楔形滑片仓按照其功能分为：单向消隙滑片仓、双向消隙滑片仓；按照结构类型可分为一体式、分体组合式；按照其楔形斜面数量可以分为：单斜面、多斜面型；按照其楔形斜面的倾斜角分为：自锁型、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的机构及延长啮合齿寿命的设计方法，其特征是：滑片组最大消隙运动位移量等于或大于单个滑片厚度。

5.根据权利要求1所述的一种消除活齿滑片啮合齿隙的机构及延长啮合齿寿命的设计方法，其特征是：通过适时控制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，先让楔形滑片仓处于起始位置，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体上参与啮合的滑片与链齿分离，同时，该组活齿单元体上参与啮合的滑片正式参与承载。

6.根据权利要求1所述的一种消除活齿滑片啮合齿隙的机构及延长啮合齿寿命的设计方法，其特征是：凸轮盘10的凸轮曲线设计与锥盘上活齿单元体与链条的啮合包角呈相应夹角对应关系；尽可能减小凸轮盘啮入、啮出过度区36、38的长度，并尽可能增大消隙运动许用时间，即：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1所述的一种消除活齿滑片啮合齿隙的机构及延长啮合齿寿命的设计方法，其特征是：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，完成一整体的SK装置；其中：导向槽连接件B 17与运动约束槽21配合，连接件C 18与其运动约束孔22配合，连接件D 20与其运动约束孔24配合。消隙弹簧5放置在弹簧仓23内，弹簧左侧顶在弹簧仓底部，右侧与滚轮支撑架19接触产生消隙驱动力。滚轮7安置在滚轮支撑架19上，并与凸轮盘10的凸轮工作面接触。