CN110715034A - 偏心平转无级变速器 - Google Patents

Abstract

偏心平转无级变速器，其特征在于以锥盘（19）和圆环（17）为摩擦副，有包括导轨（10、13）、滑座（12）和偏心轮（16）在内的平转机构控制其中一方绕着另一方的中轴平转，双方在施压装置的作用下接触进行摩擦传动。变速控制装置采用全自动或手动方式控制，通过调整偏心环的偏心程度来改变传动比，输出扭矩和转速负相关，具有恒功率特性，传动比可以趋向于无穷大。偏心平转无级变速器可以通过调压装置变换压力或者改变配重块位置来改变传动比和压力的对应关系，适应不同的载荷、道路状况或骑行习惯，此外还有临时手动增压、减压装置来防止特殊情况下打滑或者压力过大自动换挡困难。

Description

偏心平转无级变速器

技术领域

本发明提供一种无级变速器，特别是应用于骑乘交通工具的无级变速器。

背景技术

目前的变速自行车采用的变速器主要有链轮式外变速器和星轮式内变速器。星轮式内变速器因占空间小、不污染衣物、不怕日晒雨淋进泥沙等优点而越来越受欢迎，但依然改变不了有级变速器存在的缺点——可选择的传动比较少，变速范围小。一个星轮组合只有三种传动比，而相邻挡位传动比不能有太大落差，所以变速范围只能限制在适合普通人在普通道路上骑行的常用范围之内，要增加可选择传动比和扩大变速范围就得增加星轮组合的数量，再加上变速控制机构的改进，整个系统的复杂程度、造价都太高，维护也不方便，不利于普及。

发明内容

本发明的目的是提供一种无级变速器，特别是应用于骑乘交通工具的无级变速器，改进星轮式内变速器可选择的传动比较少、变速范围小、结构复杂、造价高等不足之处。本发明包含主动轴（6）、输出元件、摩擦副、变速控制装置、施压装置、固定装置，其特征在于摩擦副是锥盘（19）和圆环（17），有防自转机构和偏心轮（16）来控制其中一方绕着另一方的中轴平转，双方在施压装置的作用下接触进行摩擦传动；变速控制装置通过离心作用自动调整偏心轮（16）的偏心程度来改变传动比，或者变速控制装置中包含由外部控制的丝杠、排珠、拨杆、拉线、推杆、气缸或液压缸，可以用来调整偏心轮（16）的偏心程度。

本发明的锥盘（19）和圆环（17）配对的数量至少有两对，它们的重心绕主动轴（6）的轴心均匀分布而且动作对称，以便于实现动态平衡。

本发明的偏心轮（16）上离主动轴（6）的轴心较远一侧安装有配重块（1），通过调整其径向位置可以改变做偏心转动的组件整体重心位置与偏心轮（16）的几何中心的相对距离，从而改变离心力与传动比之间的对应关系，而且，配重块（1）的重心在轴向的位置与主动轴（6）对偏心轮（16）的径向约束力施力点位置不重合，偏向于锥盘（19）与圆环（17）接触的一侧，在转动时可以减轻锥盘（19）与圆环（17）单侧受力导致的不平衡状态。

本发明采用磁性材料来增加锥盘（19）和圆环（17）之间的压力。

本发明有调压装置可以用来调节施压装置的压紧或张紧程度，获得与同一传动比对应的不同压力方案。

本发明有临时增压装置或者临时卸压装置，可以在遇到载荷过大的情况时临时手动增压避免打滑，或者夹紧力过大导致自动换挡困难时手动卸掉压力。

本发明的变速控制装置上有挡位锁定装置，可以在某一传动比位置把变速控制装置锁定，让它不能随着转速的变化采取换挡动作。

本发明的圆环（17）或锥盘（19）采用分体结构，只有摩擦传动的组成部分采用摩擦材料制作。

附图说明

图1是整体装置径向结构视图；

图2是整体装置径向结构视图的A向结构视图；

图3是整体装置径向结构视图的B向平转机构结构图；

图4是内置输出换向机构结构图；

图5是摩擦副几何运动示意图；

图6是挡位锁定装置轴向视图；

图7是挡位锁定装置轴向视图的C向局部视图；

图8是电动丝杠变速控制装置结构图；

图9是手动丝杠变速控制装置结构图。

具体实施方式

参照图1、图2（为了便于说明，本段内容均参照图1、图2，在需要更多的参照图例时在句中补充提示），本实施例的摩擦副是圆环17和锥盘19，圆环17与偏心轮16转动连接，偏心轮16上边有通过圆心的滑槽，矩形滑块15可以在滑槽内做径向滑动而在其它方向受限，主动轴6与滑块15通过键22完全固定连接或可以在圆环17与锥盘19能保持接触的轴向范围内相对滑动而在其它方向相对固定。偏心轮16和圆环17可以作为一个整体随主动轴6公转，其重心的起始位置与公转轴心不重合，转动时在离心作用下朝偏心程度加大的方向移动，在该偏心方向的滑块15和偏心轮16之间设置给偏心轮16施加向心力的拉力复位弹簧2，该复位弹簧2也可以通过在滑块15的另一侧安装压缩弹簧来代替。偏心轮16转动的离心力和复位弹簧2施加的向心力的大小对比决定了偏心轮16的偏移方向，由此而自动改变传动比。为了便于使用者按自己的习惯操控变速器或者获得手动乐趣，有的实施例可以采用图8所示的丝杠和电机变速控制方式——电机32与偏心轮16的滑槽一端固定连接，丝杠31贯穿滑块15和主动轴6，另一端与偏心轮16转动连接，另一端由电机32控制，电机32正转或反转可以改变偏心轮16的偏心程度，还可以采用图9所示的纯机械式变速控制方式——滑座32与主动轴6相对位置固定不动，滑杆33可以顺着滑座32径向滑动而在轴向受限，其两端分别转动连接有摩擦块36，摩擦块36通过弹簧35与滑杆33连接，丝杠31的两端分别固定连接有转盘37；在不需要换挡的时候，摩擦块36处在预备换挡的位置，与其连接的控制线34被松开，摩擦块36在弹簧35的作用下与转盘37保持分离状态；在需要换挡的时候，转动主动轴6并拉紧连接一端摩擦块36的控制线34，使被控摩擦块36与其中一个转盘37接触摩擦使其转动，转盘37转动时带动丝杠31转动并顺着主动轴径向移动改变偏心轮16的偏心程度，同时，摩擦块36在与其接触的转盘37的径向力作用下也带动滑杆33径向滑动，使另一个摩擦块36得以保持在预备换挡的径向位置，到达目标挡位后松开控制线34使摩擦块36分离；向相反方向换挡的时候以同样的方法操控另一个摩擦块36；把偏心轮16的偏心程度设置在足够大的区域，使一个摩擦摩擦块36在工作时只能与其中一个转盘37接触摩擦，在换挡顺利进行的同时，保持摩擦块36与转盘37的径向位置同步变化。除了以上所列举，调整偏心轮16的偏心程度也可以采用其它类型的技术，包括但不限于排珠、拉线、拉杆、拨杆、气动、液压或它们的组合。有防自转机构来防止圆环17自转，如图3所示，滑轨13固定在支座9上，滑轨10与滑轨13垂直连接，可以顺着滑轨13滑动，滑座12固定在滑轨13上，可以在滑轨10与滑轨13构成的二维空间内平动。在圆环17的端面上选取两个点分别设置销钉11与滑座12建立可插拔的固定连接，使圆环17在随偏心轮16绕主动轴6公转的时候不能自转。除了前述的十字滑轨结构，可采用的防自转机构的类型还可以包括但不限于滚珠十字滑槽防自转机构、滚珠圆槽防自转机构、滚珠轴承防自转机构、小曲拐防自转机构、圆柱销圆孔防自转机构或零齿差防自转机构。锥盘19通过轴承21与主动轴6同轴转动连接，锥盘19与轴承21之间或轴承21与主动轴6之间可以轴向滑动。锥盘19的背面设置有弹簧20，也可以采用磁铁、气压机构或液压机构来代替，把锥盘19推向圆环17并使它们保持压紧状态。为了在压紧的时候产生自锁使圆环17不发生径向滑动，锥盘19的母线与圆锥底面的倾角要小于锥盘19和圆环17接触部位发生自锁需要的最大静摩擦角。外环14的内表面固定安装有档条18组成的轴向滑槽，锥盘19外缘的凸起结构被限制在滑槽内，可以顺着滑槽在轴向滑动，当锥盘19转动的时候，通过外环14往外输出。要改变外环14的转向，可以在主动轴6的前端或主动轴6和偏心轮16之间加装变向齿轮组，也可以采用图4所示的结构——锥盘19与齿圈28通过滑杆23滑动连接但在在周向同步转动，惰轮27与档边25转动连接，档边25与支座9固定连接，齿圈26固定在外环14上，锥盘19转动时，可以依次通过齿圈28、惰轮27、齿圈26使外环14向相反方向转动。锥盘19可以是外锥盘，也可以是内锥盘，此外，锥盘19与圆环17之间的关系也可以反过来，锥盘19与偏心轮16连接，作为主动件绕着圆环17平转。图5揭示的是摩擦副的几何运动规律——圆环17绕着公共轴心Os顺时针平转的时候，其上所有质点都顺着以中心距OsOd为半径的圆周顺时针同步平行移动，其圆心Od、质点S1和质点S2分别顺着轨迹Pd、P1和P2做圆周运动，处在短轴顶点的质点S1正好与锥盘19接触，其在顺时针运动时带动锥盘19逆时针转动，质点S1离开顶点位置后与锥盘19分离，此时，同一圆周上顺时针方向的下一个质点S2到达短轴顶点与锥盘19接触，就这样，圆环17上的同一圆周上的质点一个接一个与锥盘19接触、分离，圆环17转完一周时质点S1正好回到短轴顶点位置，锥盘19在此接触半径的同一质点按轨迹Ps走过的周向行程等于以中心距OsOd为半径的圆周的周长。锥盘19的输出扭矩和转速负相关，具有恒功率特性。圆环17对锥盘19的传动比i=2r/(R-r)，当R与r无限接近，即偏心程度无限接近于零时，i趋向于无穷大，当R=3r时，i=1，当R=4r时，i=0.6这样的变速范围所对应的摩擦副尺寸是自行车、电动自行车等骑行交通工具是可以接受的，参照内三速常用的三个速比1.4、1和0.7，把最小变速比限定在0.6以上，而最大变速比离无穷大要有足够安全距离，即设定一个最小中心距，防止扭矩过载损坏机件。

参照图1，为了便于达到转动平衡，锥盘19和圆环17的配对数量至少要设置两对，它们的重心绕主动轴6的轴心均匀分布，而且动作对称。

参照图1，偏心轮16上离主动轴6的轴心较远一侧安装有配重块1，通过理论计算或试验方法预定不同的安装位置并做上刻度标记，然后用螺丝固定安装，需要调整的时候拆卸下来换个地方安装，也可以采用丝杆安装上去，需要调整位置的时候转动丝杆就可以。通过调整配重块1径向位置可以改变做偏心转动的组件整体重心位置与偏心轮16的几何中心的相对距离，从而改变离心力与传动比之间的对应关系，而且，配重块1的重心在轴向的位置与主动轴6对偏心轮16的径向约束力施力点位置不重合，偏向于锥盘19与圆环17接触的一侧，在转动时其离心力对偏心轮16的扭转作用与锥盘19对圆环17单侧施加压力产生的效果相反，可以减轻不平衡状态。

参照图1，在空间有限的情况下，弹簧20因尺寸所限提供的压力可能不足，为了获得更多的压力，在偏心轮16或圆环17上固定安装磁性材料，同时让锥盘19中含有能被磁性材料吸引的材料，通过吸力获得更多压力的同时，还可以让磁性材料象配重块1那样承担起改善单侧受力状况的任务。

如图1所示，偏心轮16的侧面有锥面法兰5，调压旋钮7内侧与主动轴6采用螺纹连接，外侧和支座9通过轴承8转动连接，其一端露出支座9的外侧，另一端在支座9的里侧与锥面法兰5的外端面接触。当调压旋钮7往里旋进的时候，依次推动锥面法兰5、偏心轮16、圆环17、锥盘19向里移动，弹簧20被压缩因而返回的压力更大，而当调压旋钮7往外旋出的时候弹簧20提供的压力变小，让调压旋钮7处在不同的位置可以得到与同一传动比对应的不同压力，由此适应不同的骑行习惯、路况或载荷情况。

参照图1，锥面法兰5的外侧套着拉环4，拉线3一头与拉环4连接，一头通过支座9上的孔伸到外边。在遇到载荷过大摩擦副打滑的时候，使用者通过拉线3拉动拉环4向轴心方向挤压锥面法兰5的锥面，其轴向分力依次推动锥面法兰5、偏心轮16、圆环17、锥盘19向里移动，弹簧20被压紧而获得更大压力，外界拉力撤销以后，拉环4被锥面法兰5的锥面推回原来位置。拉环4也可以采用其它类型的装置代替，包括但不限于杠杆、螺旋压盘、气动推杆、液压推杆或电动推杆。上述增压装置也可以采用双向调节结构，同时也具有卸压功能，以便在夹紧力过大导致自动换挡困难时也可以手动卸掉压力。

参照图6和它的C向视图图7，在滑块15与偏心轮16滑动接触的侧面设置V型槽，槽内有轴向尺寸渐变的楔块29，一头大一头小，小头的尺寸不影响滑块15与偏心轮16之间滑动，但当小头在前大头在后往V型槽里挤的时候，其中间部位的尺寸足以楔紧滑块15与偏心轮16，使偏心轮16在转速有变化时不能自动调整偏心位置。楔块29与推拉杆30固定连接，通过推拉杆30的轴向移动实现对滑块15与偏心轮16楔紧和解楔，推拉杆30的一端伸出外边，外界可以直接操控推拉杆30的轴向运动，也可以通过杠杆、拉线系统、气动装置、液压装置或电动装置进行操控。

参照图1，为了便于采用特殊材料和特殊制造工艺，圆环17或锥盘19采用分体结构，只有摩擦传动的组成部分采用摩擦材料制作。

采用气动、液压、电液、光电或微电子自动化或智能化系统进行变速控制、施压、防过载、运行监测或故障诊断和报警。

Claims (8)

1.偏心平转无级变速器，包含主动轴（6）、输出元件、摩擦副、变速控制装置、施压装置、固定装置，其特征在于摩擦副是锥盘（19）和圆环（17），有防自转机构和偏心轮（16）来控制其中一方绕着另一方的中轴平转，双方在施压装置的作用下接触进行摩擦传动；变速控制装置通过离心作用自动调整偏心轮（16）的偏心程度来改变传动比，或者变速控制装置中包含由外部控制的丝杠、排珠、拨杆、拉线、推杆、气缸或液压缸，可以用来调整偏心轮（16）的偏心程度。

2.根据权利要求1所述的偏心平转无级变速器，其特征在于锥盘（19）和圆环（17）配对的数量至少有两对，它们的重心绕主动轴（6）的轴心均匀分布而且动作对称，以便于实现动态平衡。

3.根据权利要求1或2所述的偏心平转无级变速器，其特征在于偏心轮（16）上离主动轴（6）的轴心较远一侧安装有配重块（1），通过调整其径向位置可以改变做偏心转动的组件整体重心位置与偏心轮（16）的几何中心的相对距离，从而改变离心力与传动比之间的对应关系，而且，配重块（1）的重心在轴向的位置与主动轴（6）对偏心轮（16）的径向约束力施力点位置不重合，偏向于锥盘（19）与圆环（17）接触的一侧，在转动时可以减轻锥盘（19）与圆环（17）单侧受力导致的不平衡状态。

4.根据权利要求3所述的偏心平转无级变速器，其特征在于采用磁性材料来增加锥盘（19）和圆环（17）之间的压力。

5.根据权利要求1、2或4所述的偏心平转无级变速器，其特征在于有调压装置可以用来调节施压装置的压紧或张紧程度，获得与同一传动比对应的不同压力方案。

6.根据权利要求5所述的偏心平转无级变速器，其特征在于有临时增压装置或者临时卸压装置，可以在遇到载荷过大的情况时临时手动增压避免打滑，或者夹紧力过大导致自动换挡困难时手动卸掉压力。

7.根据权利要求1、2、4 或6所述的偏心平转无级变速器，其特征在于变速控制装置上有挡位锁定装置，可以在某一传动比位置把变速控制装置锁定，让它不能随着转速的变化采取换挡动作。

8.根据权利要求7所述的偏心平转无级变速器，其特征在于圆环（17）或锥盘（19）采用分体结构，只有摩擦传动的组成部分采用摩擦材料制作。

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