CN1107212A - 多功能自动无级变速器 - Google Patents

Abstract

一种多功能自动无级变速器，输入轴上铰装有可 调倾斜角的圆斜盘及随斜盘的转动而往复移动的摆 杆、连杆，连杆推动装在输出轴上的超越离合器，从而 输出转速。改变斜盘倾角，即可改变速比。本发明可 以实现自动无级或他动无级变速及减速。本发明结 构简单，工作可靠，寿命长，成本低，机械效率高，可以 广泛应用在与热机、电动机匹配的器械上。

Description

本发明是关于变速器，特别是以热机为动力的自动无级变速器，以电动机为动力的他动无级或有级变速器。

公知的以热机为动力的自动无级变速器中较为理想的是液力机械式，由增速装置、液力偶合器或变矩器、齿轮变速箱及液压元件等组成。它传动效率低、燃油经济性差、结构复杂、制造成本高等缺点，限制其广泛应用。公知的以电动机为动力的无级变速器中应用较多的是摩擦式机械无级变速器，由摩擦轮与摩擦元件等组成。它传动效率低，寿命短，也不宜广泛应用。

本发明的目的在于克服以上不足之处，提供一种结构简单、工作可靠，效率高，功能齐全，能够普通应用于各种需要变速的器械上的变速器。

在本发明中，输入轴（1）上铰装有圆形斜盘（2），斜盘（2）的外圆上固装有双向止推轴承（3），轴承（3）的外圈上固有若干根径向摆杆，其中有专用来导向的摆杆一端部在固定的导向槽（5）中滑动，摆杆上装有类似关节轴承的轴承（9），轴承（9）上铰装有连杆（6），连杆的另一端铰装在双向可控超越离合器（7）或（12）上，调速器（8）与输入轴（1）联接，输入轴（1）的内孔中装有调速轴（14）或（16），双向可控超越离合器（7）或（12）装在输出轴（10）或（11）上。

自输入轴（1）传人的转动，通过斜盘（2）、摆杆（4）带动连杆（6）往复移动，从而推动离合器（7）或（12）作脉冲转动，单个或若干个离合器的交替摆动，推动输出轴（10）或（11）作高频脉冲转动。改变斜盘倾角即可改变速比，从而达到变速的目的。

本发明为机械式自动无级变速技术，结构简单、零部件少，且精度要求不高，因而降低了制造成本，使用维修简便，由于传动链短，从而提高了系统的机械效率，实现节能。

本发明用于汽车其特点是：

1、集“离合器、变速器、减速器、差速器”四位为一体。

2、集“离合器、变速器、减速器”三位为一体。

本发明用于汽车，可使汽车具有以下优点：

1、发动机始终在最佳油耗区工作，车速从0～最高速，根据工况全部自动无级变速，自动空档，自动滑行，随意制动缓行。

2、扭矩大（理论扭矩为无限大）。

3、汽车转弯半径小（理论转弯半径为0）。

4、汽车紧急制动时滑行距离小（约为现有距离的1/2）。

5、燃料节约率在20%以上。

6、平均车速提高10%以上，发动机寿命增加47%，驱动桥寿命增加93%。

7、零件总数，总重量约为现有技术综合件成本的10%～50%。

本发明有以下附图

图1是集离合器、变速器、减速器、差速器四位一体式的多功能自动无级变速器示意图。其中：（1）输入轴、（2）斜盘、（3）双向止推轴承、（4）摆杆、（5）导向槽、（6）连杆、（7）双向可控超越离合器、（8）调速器、（9）关节轴承（10）、输出轴（a）及（b）下坡缓行器。β-斜盘倾斜角。

图2是集离合器、变速器、减速器三位一体式自动无级变速器示意图，其中（11）高频脉冲输出轴。

图3是与图1功能相同的四位一体式自动无级变速器示意图，区别在于其中（12）为复合式双向可控超越离合器，使输出轴（10）的脉冲数提高一倍。

图4为偏心调速轴结构示意图，其中：（13）是与斜盘（2）为一体的圆弧体，（14）偏心调速轴、（15）平底顶销、（0）斜盘中心与输入轴中心线交接交汇点、（0₁）顶销中心连线与输入轴中心线交汇点、（e）偏心轴偏心距、（H）销轴与顶销两平面间距离。

图5是双面锯齿式调速轴结构示意图，其中（16）双面锯齿式调速轴（17）斜面式顶销。

图6是偏心式调速轴的调速器结构示意图。其中：（18）复位弹簧（19）齿条导向用的导杆或导槽、（20）与齿条（22）一体的离心飞块。（21）与偏心式调速轴（14）一体的齿轮、（22）齿条、（23）调速盘。

图7为双面锯齿式调速轴的调速器示意图。其中（24）中心为内螺纹与双面锯齿调速轴一体的轴端螺杆（25）旋合的齿轮。

下面结合附图详细阐述本发明的实施例：

实施例1，如图1所示，动力输入轴（1）上对称铰装两个斜盘（2），斜盘（2）外圆上套装双向止推轴承（3），轴承（3）外圈上固装有两根对称的摆杆（4），专用来导向的摆杆（4）的末端插入与箱体一体的导向槽（5），关节轴承（9）套装在摆杆（4）上，轴承（9）上套装有连杆（6），连杆（6）的另一端套装在双向可控超越离合器（7）上。

工作时发动机与输入轴（1）直联同步，带动斜盘（2）转动，由于双向止推轴承（3）的原因。在斜盘倾角β大于0的情况下，摆杆（4）只在导槽（5）中作2β角的摆动，由于离合器（7）是双向可控的，在一个方向上仍是单向超越离合器，于是通过连杆（6）便带动超越离合器（7）作单向的2β′角的脉冲转动，脉冲数等于发动机转数，频率较高，这样输出轴（10）受系统质量惯性力的作用，也就连续脉冲旋转。斜盘倾角β愈大，每次作用的结果使离合器（7）脉冲的作用角2β′也就愈大，输出轴（10）脉冲转速也就愈高，改变斜盘（2）的倾角β角，也就改变了输出轴（10）的转速。β角等于0时，输出轴转速就不受发动机的作用，也就等于0。

斜盘（2）的倾角β角的大小是由调速器（8）来决定。

图4为偏心调速轴结构示意图，图6为与图4相配套的离心调速器结构示意图。

图（4）中，输入轴（1）的内孔装有偏心调速轴（14），在距斜盘（2）与输入轴（1）铰接中心0相距H处，即偏心圆轴颈的两侧装有平底顶销（15），顶销（15）的外露两端装在和斜盘（2）一体的圆弧体（13）内，两顶销的长度+偏心圆直径等于圆弧体（13）的内直径，偏心轴（14）的转动，即带动两个顶销（15）联动一伸一缩，由于有力臂H的存在，顶销（15）的联动伸缩，可使斜盘倾角β角随之改变。

偏心调速轴（14）的转动是由调速器（8）来控制的。

图6中的调速盘（23）与输入轴（1）的后端固联，导杆或导槽（19）与盘（23）固联，齿条（22）装在导杆或导槽（19）上，齿条（22）与偏心轴（14）一体的齿轮（21）相啮合，齿条（22）一端的飞块（20）又与齿条（22）为一体，这样当输入轴（1）与调速盘（23）一起转动时，飞块（20）在离心力的作用下，沿着导向杆或槽（19）向外滑移，装在齿条一侧的弹簧（18）受到压缩，当离心力及各种阻力与弹簧平衡时，齿轮（21）即偏心轴（14）便转至一定位置，也即斜盘倾角β为一定值，当输入轴（1）即调速盘（23）转速升高或降低时，离心力与弹簧（19）的弹力均发生变化，建立新的平衡，斜盘倾角β角亦随之增大或减小，输入轴（1）转速的高低，简略地说取决于油门的大小，这样控制油门的大小就控制了输出轴转速的高低。

本发明中，用于调速的装置方案有两套，一是前述的图4与图6为一套的转动偏心轴调速法。二是图5与图7为一套的轴向移动双面锯齿轴调速法，双面锯齿轴（16）的轴向移动是靠图7中齿条带动齿轮（24）转动，齿轮（24）中心内螺纹的旋转，驱动与轴（16）一体的螺杆（25）来完成。

本发明的一个特点是保证发动机始终在最佳油耗区工作，即发动机的最佳油耗区起点转速为n₁，把弹簧（18）的预紧弹力调至与n₁转速下齿条（22）及飞块（20）的离心力相等，这样发动机转速在低于n₁的转速下转动，齿条（22）不会带动偏心轴（14）转动，或锯齿轴（16）作轴向移动，斜盘倾角β＝0。也即发动机在空转，输出轴（10）或（11）不动。只有当发动机转速高于n₁后，发动机才对输出轴（10）或（11）输出功。

对以热机为动力的汽车而言，输出轴（10）就是汽车中的半轴，整个变速器就装在汽车的后桥中，变速器壳体就是汽车后桥的中间部分。

由于输出轴（10）即半轴装有超越离合器（7），这样在下坡及由高速到低速即车辆本身功能大于发动机输出功时，车辆可自动滑行，避免了闷车现象，当下长、大坡时，由于不能利用发动机磨擦功来减速，为安全下坡，则启用下坡缓行器（a）（b），（a）（b）为油缸或液胎作用的刹车瓦或带，（a）（b）由驾驶员操纵，亦可作为后轮的制动装置。

当需要切断动力时，则把油门减小，使发动机转速低于n₁即可。

当油门不变时，简略的认为发动机发出的功率不变，此时汽车在平直的路面上行驶，行驶阻力与发动机功率相平衡，则汽车匀速前进，当下坡时，阻力减小，发动机功率大于阻力则自动加速，上坡时，行驶阻力增大发动机功率小于阻力则自动降速，增大扭矩。

由于两根半轴各自独立的装有超载离合器汽车在转弯时，两半轴转速一快一慢，转速较快的半轴上的离合器处于超越状态，转速较慢的半轴上的超越离合器处于工作状态，故可起到差速器的作用。

本发明由于传动链短，又可自动滑行，自动变速，自动在最佳油耗区工作，故机械效率高，节能性好。

另外，由于输出轴（10）或（11）上各自装有双向可控超越离合器（7）或（12），这样当汽车转弯角度较大时（如180°）可使一半轴正转，另一半轴反转，这样从理论上讲转弯半径R＝0，另外由于输出轴上装有发明者自己发明的“低副式超越离合器”（另有专利），当紧急制动时，可把两个离合器全改为反作用，这样汽车在惯性力作用下向前滑冲，与半轴相联的两车轮则向后倒转，结果使汽车滑行距离大为缩小，避免撞车撞物等，使制动安全性大为提高。

实施例2，如图2所示，原理如前所述，区别在于图1中输入轴（1）和两根输出轴（10）在同一平面上，而图2中只有一根输出轴（11），且和输入轴（1）不在同一个平面，又只是集离合器、变速器、减速器三位一体式。另外，输出轴（11）上装有两个双向可控超越离合器（7），交替对轴（11）作用，使轴（11）受到的脉冲数比图1中轴（10）受到的脉冲数高一倍，输出均匀性更高。

若用于汽车，则轴（11）就是与差速器壳一体的轴。

若用于大型减速器，轴（11）就是两头输出动力的轴。

实施例3，如图3所示，基本上与图1相同，区别在于离合器（12）为复合式双向可控超越离合器，所谓复合式是指公知的超越离合器中在同一个外圈中装有两个互不干涉的内星轮，即在同一时刻一个超超一个工作，使输出轴（10），也具有轴（11）那样的输出均匀性。

若用于汽车，输出轴（10）也是半轴。

本发明中，输出轴上由于装的是双向可控超越离合器，改变离合器作用或超越的方向，就可实现输出轴的反转，即倒车。

本发明中使用的双向可控超越离合器，可以是公知的滚柱式双向可控超越离合器，而发明者的用意是采用自己发明的“低副式超越离合器”中的双向可控式，该发明另有专利。

图1中，二个斜盘同时单独对一个离合器作用，使两输出轴（10）同时脉冲转动，用于汽车则象青蛙那样跳跃，称谓蛙式传动。

若把图1中连杆铰连位置改变为两个斜盘同时对一个离合器作用，即在同一时刻两个离合器中，一个在工作，一个在超越，这样汽车在微观上就象鸭子走路一样，摇摆前进，称谓鸭式传动。

鸭式和蛙式传动适于城市用轻型客、货、汽车和船只，小功率减速器。

图2、图3适用于载重汽车，越野汽车，大型汽车、机车、坦克、大型舰船、大型减速器。若把上述机构中，去掉自动调速器（8），调速轴（14）的转动，调速轴（16）的轴向移动以外力来实现，则成为他动自动无级变速器。适用于以电机为动力的如机床、工程机械各类器械。

若把上述机构中，去掉自动调速器（8）调速轴（14）及（16），用螺丝、垫片等方法来改变斜盘倾角β角，则成为简式他动无级变速器或减速器，适用于不经常改变速比的器械，如与抽油机配套的减速器。若把斜盘（2）与输入轴（1）不是铰连而是固联，即β角固定不变，则成为定速比减速器，适用于卷扬机、电梯、吊车、抽油机等工程机械用减速器。

Claims (10)

1、一种多功能自动无级变速器，由输入轴(1)，双向可控超越离合器(7)或(12)，输出轴(10)或(11)，调速器(8)等组成，本发明的技术特征是输入轴(1)上铰装有圆斜盘(2)，斜盘(2)的外圆上装有双向止推轴承(3)，轴承(3)外圈上固装有若干根摆杆(4)，其端部或专用作导向的摆杆在导向槽(5)中滑动，摆杆(4)上套装有类似关节轴承的轴承(9)，轴承(9)上铰装有连杆(6)，连杆(6)的另一端铰装在双向可控超越离合器(7)或(12)上，调速器(8)与输入轴(1)固联，输入轴(1)的中心内孔中装有调速轴(14)或(16)。

2、根据权利要求1所述的变速器，其特征是①通过斜盘（2）的中心（0），在斜盘的径向，在（0）的两侧用销轴把斜盘（2）与输入轴（1）铰连，且销轴孔中心连线与顶销孔（15）或（17）的中心连线在相距H处垂直，②与斜盘（2）一体的圆弧面（13），圆弧面的内直径等于两边的顶销长度+偏心圆直径或锯齿轴斜面的厚度。

3、根据权利要求1所述的变速器，其特征是①输入轴（1）的中心内孔中装有偏心（或凸轮）式调速轴（14），及靠偏心圆的转动驱动的平底顶销（15）的联动一伸一缩来改变斜盘倾角β，顶销（15）与偏心圆接触处装有滑靴或直接接触，②输入轴（1）的中心内孔中装有双面锯齿式调速轴（16），改变斜盘倾角β是靠双面锯齿轴（16）的轴向位移，锯齿斜面驱动斜面顶销（17）的联动一伸一缩来实现，双面锯齿式调速轴的特征是在圆轴或非圆轴同一径向对称于轴线开有两个方向相反的具有一定斜面的缺口，其斜面与斜面顶销上的斜面相吻合。

4、根据权利要求1所述的变速器，其特征是调速器（8）为机械离心式，即调速盘（23）与输入轴（1）固联，飞块（20）与齿条（22）为一体，齿条（22）由固装在调速盘（23）上的导杆或导槽（19）来导向，齿条（22）驱动位于调速轴（16）或（14）上的齿轮（24）或（21），齿条向外伸移靠飞块（20）的离心力，复位靠复位弹簧（18）的弹力，其中①齿轮（21）与偏心调速轴（14）为一体，在齿条（22）的作用下，只相对于输入轴（1）作相对转动，②齿轮（24）中心为内螺纹孔，与双面锯齿式调速轴（16）一端的螺杆（25）旋配，齿轮（24）转动，也即内螺纹转动，驱动调速轴（16）一端的螺杆（25）旋配，齿轮（24）转动，驱动调速轴（16）只相对输入轴（1）作轴向位移。

5、根据权利要求1所述的变速器，其特征是在同一轴线方向有两根输出轴（10），每根输出轴（10）上装有一个双向可控超越离心合器（7），①由一个斜盘（2）来驱动，②由两个斜盘（2）来驱动，③每根输出轴（10）上，装有一个复式双向可控超越离合器（12），由两个斜盘（2）来驱动。

6、根据权利要求1所述的变速器，其特征是只有一根输出轴（11）上装有两个双向可控超越离合器（7）由两上斜盘（2）来驱动，即每个斜盘驱动与它通过连杆相铰连的离合器。

7、根据权利要求1所述的变速器，其特征是输入轴（1）与输出轴（10）或（11），①在同一平面上，②不在同一平面上。

8、根据权利要求1所述的变速器，其特征是以调速器（8）的离心力来驱动调速轴（14）或（16）改变斜盘（2）倾斜角β的即成为自动无级变速器。

9、根据权利要求1所述的变速器，其特征是，不是用调速器（8）的离心力，而是用其它力通过调速轴（14）或（16），或用其它方法如螺纹、垫片等不通过调速轴（14）或（16）来改变斜盘倾斜角β的则成为他动无级变速器。

10、根据权利要求1所述的变速器，其特征是斜盘（2）与输入轴（1）是固定联接的，即斜盘倾斜角β是不可变的则成为定速比减速器。

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