CN110805673A - 一种抗冲击的机械无级变速器 - Google Patents

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于广滨
李纬国
毛汉成
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Abstract

一种抗冲击的机械无级变速器，包括机架、调速机构、输入轴、两个行星轮系传动机构、直齿轮一、直齿轮二、改进曲柄机构、输出机构、输出轴。所述的调速机构安装在机架中，且调速机构的控制齿轮和惰轮分别与两个星轮系传动机构的太阳拓展齿轮啮合连接，所述的两个星轮系传动机构对称安装在输入轴上，且两个行星轮系传动机构的圆柱齿轮分别与直齿轮一和直齿轮二啮合连接，所述的直齿轮一和直齿轮二通过轴承安装在改进曲柄机构的中间轴的两个末端，所述的改进曲柄机构与输出机构传动连接，所述的输出机构安装在输出轴上。本发明用改进曲柄机构和齿轮齿条相结合的方式实现无级变速，较传统的机械无级变速装置更稳定、更高效，脉动度更小。

Description

一种抗冲击的机械无级变速器
技术领域
本发明属于无级变速技术领域，特别是涉及一种抗冲击的机械无级变速器。
背景技术
无级变速装置是机械传动系统中常用的传动装置，通过传动比渐变式的改变，可实现机器在不同工况下的正常运转，提高机器的效能。现有的机械无级变速器主要有摩擦式、液力式和脉动式三种。脉动式无级变速器相较其他无级变速器，能够实现更广泛的变速范围、更精准的传动，但由于现有技术中脉动式无级变速器主要是采用连杆机构来作为脉冲发生器，其较大的脉动度和不平衡力严重制约着无级变速器的性能，导致其承载能力和抗冲击能力相对较弱。为了使变速更加稳定，公开号为CN105276098B的专利公开了一种活齿无级变速传动装置，公开号为CN105697708B的专利公开了一种新型机械无级变速装置，公开号为CN110056634A的专利公开了三行星排四段液压机械无级变速箱，但上述装置对脉动度的控制仍存在较大的不足，且装置可承载扭矩和抗冲击性仍待提高。因此，研发高承载性、稳定、小脉动度的机械无级变速装置具有较高的工程应用价值与现实意义。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种更稳定、更高效、抗冲击能力强的一种抗冲击的机械无级变速器。
本发明所采取的技术方案是：一种抗冲击的机械无级变速器，包括机架100、调速机构200、输入轴300、两个行星轮系传动机构400、直齿轮一500、直齿轮二600、改进曲柄机构700、输出机构800、输出轴900；所述的机架100上开设有第一组安装孔101、第二组安装孔102、第三组安装孔103、第四组安装孔104、第五组安装孔105、第六组安装孔106；所述的调速机构200的控制齿轮203和惰轮204分别与两个星轮系传动机构400的太阳拓展齿轮410啮合连接；所述的输入轴300通过轴承安装在机架100的第三组安装孔103中；所述的两个星轮系传动机构400对称安装在输入轴300上，且两个行星轮系传动机构400的圆柱齿轮401分别与直齿轮一500和直齿轮二600啮合连接；所述的直齿轮一500和直齿轮二600通过轴承安装在改进曲柄机构700的中间轴701的两个末端；所述的改进曲柄机构700与输出机构800传动连接；所述的输出机构800安装在输出轴900上；所述的输出轴900通过轴承安装在机架100的第五组安装孔105中。
所述的调速机构200包括控制轴201、惰轮轴202、控制齿轮203及惰轮204；所述的控制轴201通过轴承安装在所述的机架100的第一组安装孔101中，且控制轴201上固定安装有控制齿轮203；所述的惰轮轴202通过轴承安装在所述的机架100的第二组安装孔102中，且所述的惰轮轴202上固定安装有惰轮204；所述的惰轮204与控制齿轮203啮合连接。
所述的两个行星轮系传动机构400均包括圆柱齿轮401、连接环402、行星架403、内齿圈404、行星轮一405、行星轮二406、行星轮三407、行星轮四408、太阳轮409、太阳拓展齿轮410；所述的圆柱齿轮401通过轴承安装在输入轴300上，且圆柱齿轮401通过其端面上的凸台与连接环402固定连接；所述的连接环402转动套装在输入轴300上，且与内齿圈404固定连接；所述的内齿圈404转动套装在输入轴300上，且与行星轮一405、行星轮二406、行星轮三407、行星轮四408内啮合连接；所述的行星轮一405、行星轮二406、行星轮三407、行星轮四408安装在行星架403上；所述的行星架403固定安装在输入轴300上；所述的太阳轮409通过轴承安装在输入轴300上，与行星轮一405、行星轮二406、行星轮三407、行星轮四408外啮合连接，且所述的太阳轮409通过其端面设置的法兰与太阳拓展齿轮410端面上的凸台固定连接；所述的太阳拓展齿轮410通过轴承安装在输入轴300上。
上述一种抗冲击的机械无级变速器中，所述的调速机构200的控制齿轮203和惰轮204的齿宽均为所述的两个行星轮系传动机构400的太阳拓展齿轮410齿宽的2倍。
所述的改进曲柄机构700包括中间轴701、变径滚轮702、齿条一703、小齿轮一704、齿条二705、小齿轮二706；所述的中间轴701通过轴承安装在机架100的第四组安装孔104中；所述的小齿轮一704通过轴承安装在中间轴701上；所述的变径滚轮702沿直径方向开设有直槽口7020，变径滚轮702通过直槽口7020转动套装在中间轴701上，且变径滚轮702两端面沿直槽口7020方向对称设置有安装台一7021和安装台二7022；所述的变径滚轮702的安装台一7021上固定安装有齿条一703；所述的齿条一703与小齿轮一704啮合连接；所述的小齿轮一704一端面设置有法兰，与直齿轮一500固定连接；所述的安装台二7022上固定安装有齿条二705；所述的齿条二705与小齿轮二706啮合连接；所述的小齿轮二706一端面设置有法兰，与直齿轮二600固定连接。
所述的输出机构800包括支架801、水平移动框802、弹簧一803、弹簧二804、输出齿条一805、输出齿条二806、输出齿轮一807、输出齿轮二808及超越离合器809；所述的支架801固定安装在机架100的底面；所述的支架801中滑动安装有水平移动框802；所述的水平移动框802与所述的改进曲柄机构700的变径滚轮702传动连接，且水平移动框802上设置有水平方向的安装槽8020及水平方向的导杆一8021和导杆二8022；所述的水平移动框802的导杆一8021和导杆二8022上分别套装有弹簧一803和弹簧二804，且水平移动框802的导杆一8021和导杆二8022末端穿过机架100上开设的第六组安装孔106；所述的水平移动框802的安装槽8020内的上下两端安装有输出齿条一805和输出齿条二806，且二者前后相对错位设置；所述的输出齿条一805与输出齿轮一807啮合连接；所述的输出齿条二806与输出齿轮二808啮合连接，且所述的输出齿轮一807和输出齿轮二808均通过超越离合器809安装在输出轴900上。
本发明的有益效果在于是：本发明采用改进曲柄机构和齿轮齿条啮合输出相结合的方式实现无级变速，较传统的机械无级变速装置更稳定、更高效，脉动度更小，由于多采用轮齿啮合传动，可传递很大的扭矩，并提高了传动精度，得到运动转化部分冲击小、噪音小，而且本发明还具有结构简单，生产成本低，可靠性高的优点。
附图说明
图1是本发明的俯视图；
图2是本发明拆除机架的结构图；
图3是本发明的行星轮系传动机构拆分的结构图；
图4是本发明的改进曲柄机构的结构图；
图5是本发明的输出机构拆除支架的结构图；
图6是本发明的机架的结构图；
图7是本发明的改进曲柄机构与输出机构的连接结构图；
其中：100-机架；101-第一组安装孔；102-第二组安装孔；103-第三组安装孔；104-第四组安装孔；105-第五组安装孔；106-第六组安装孔；200-调速机构；201-控制轴；202-惰轮轴；203-控制齿轮；204-惰轮；300-输入轴；400-行星轮系传动机构；401-圆柱齿轮；402-连接环；403-行星架；404-内齿圈；405-行星轮一；406-行星轮二；407-行星轮三；408-行星轮四；409-太阳轮；410-太阳拓展齿轮；500-直齿轮一；600-直齿轮二；700-改进曲柄机构；701-中间轴；702-变径滚轮；7020-直槽口；7021-安装台一；7022-安装台二；703-齿条一；704-小齿轮一；705-齿条二；706-小齿轮二；800-输出机构；801-支架；802-水平移动框；8020-安装槽；8021-导杆一；8022-导杆二；803-弹簧一；804-弹簧二；805-输出齿条一；806-输出齿条二；807-输出齿轮一；808-输出齿轮二；809-超越离合器；900-输出轴。
具体实施方式
如图1~图7所示，一种抗冲击的机械无级变速器，包括机架100、调速机构200、输入轴300、两个行星轮系传动机构400、直齿轮一500、直齿轮二600、改进曲柄机构700、输出机构800、输出轴900；所述的机架100上开设有第一组安装孔101、第二组安装孔102、第三组安装孔103、第四组安装孔104、第五组安装孔105、第六组安装孔106；所述的调速机构200的控制齿轮203和惰轮204分别与两个星轮系传动机构400的太阳拓展齿轮410啮合；所述的输入轴300通过轴承安装在机架100的第三组安装孔103中；所述的两个星轮系传动机构400对称安装在输入轴300上，且两个行星轮系传动机构400的圆柱齿轮401分别与直齿轮一500和直齿轮二600啮合；所述的直齿轮一500和直齿轮二600通过轴承安装在改进曲柄机构700的中间轴701的两个末端；所述的改进曲柄机构700与输出机构800传动连接；所述的输出机构800安装在输出轴900上；所述的输出轴900通过轴承安装在机架100的第五组安装孔105中。
所述的调速机构200包括控制轴201、惰轮轴202、控制齿轮203及惰轮204；所述的控制轴201通过轴承安装在所述的机架100的第一组安装孔101中，且控制轴201上通过平键安装有控制齿轮203；所述的惰轮轴202通过轴承安装在所述的机架100的第二组安装孔102中，且所述的惰轮轴202上通过平键安装有惰轮204；所述的惰轮204齿宽的一半与控制齿轮203齿宽的一半啮合。
所述的两个行星轮系传动机构400均包括圆柱齿轮401、连接环402、行星架403、内齿圈404、行星轮一405、行星轮二406、行星轮三407、行星轮四408、太阳轮409、太阳拓展齿轮410；所述的圆柱齿轮401通过轴承安装在输入轴300上，且圆柱齿轮401通过其端面上的凸台用螺钉固定在连接环402一端面；所述的连接环402转动套装在输入轴300上，且另一端面通过螺钉与内齿圈404固定连接；所述的内齿圈404转动套装在输入轴300上，且与行星轮一405、行星轮二406、行星轮三407、行星轮四408内啮合；所述的行星轮一405、行星轮二406、行星轮三407、行星轮四408安装在行星架403上；所述的行星架403通过平键安装在输入轴300上；所述的太阳轮409通过轴承安装在输入轴300上，与行星轮一405、行星轮二406、行星轮三407、行星轮四408外啮合，且所述的太阳轮409端面的法兰通过螺钉固定到太阳拓展齿轮410端面的凸台上；所述的太阳拓展齿轮410通过轴承安装在输入轴300上。
所述的调速机构200的控制齿轮203和惰轮204的齿宽均为所述的两个行星轮系传动机构400的太阳拓展齿轮410齿宽的2倍，且控制齿轮203齿宽的一半与太阳拓展齿轮410在水平方向啮合，惰轮204齿宽的一半与太阳拓展齿轮410在水平方向啮合，控制齿轮203齿宽的另一半与惰轮204齿宽的另一半在竖直方向啮合。
所述的改进曲柄机构700包括中间轴701、变径滚轮702、齿条一703、小齿轮一704、齿条二705、小齿轮二706；所述的中间轴701通过轴承安装在机架100的第四组安装孔104中；所述的小齿轮一704通过轴承安装在中间轴701上；所述的变径滚轮702沿直径方向开设有直槽口7020，变径滚轮702通过直槽口7020转动套装在中间轴701上，且变径滚轮702两端面沿直槽口7020方向对称设置有安装台一7021和安装台二7022；所述的变径滚轮702的安装台一7021上通过螺钉安装有齿条一703；所述的齿条一703与小齿轮一704啮合；所述的小齿轮一704一端面设置有法兰，通过螺钉与直齿轮一500固定；所述的安装台二7022上通过螺钉安装有齿条二705；所述的齿条二705与小齿轮二706啮合；所述的小齿轮二706一端面设置有法兰，通过螺钉与直齿轮二600固定。
所述的输出机构800包括支架801、水平移动框802、弹簧一803、弹簧二804、输出齿条一805、输出齿条二806、输出齿轮一807、输出齿轮二808及超越离合器809；所述的支架801通过螺钉安装在机架100的底面；所述的支架801中滑动安装有水平移动框802；所述的水平移动框802与所述的改进曲柄机构700的变径滚轮702接触传动，且水平移动框802上设置有水平方向的安装槽8020及水平方向的导杆一8021和导杆二8022；所述的水平移动框802的导杆一8021和导杆二8022上分别套装有弹簧一803和弹簧二804，且水平移动框802的导杆一8021和导杆二8022末端穿过机架100上开设的第六组安装孔106；所述的水平移动框802的安装槽8020内的上下两端通过螺钉固定有输出齿条一805和输出齿条二806，且二者前后相对错位安装；所述的输出齿条一805与输出齿轮一807啮合；所述的输出齿条二806与输出齿轮二808啮合，且所述的输出齿轮一807和输出齿轮二808均通过超越离合器809安装在输出轴900上。
所述的超越离合器809为现有技术。
本发明工作时，输入轴100匀速转动，带动两个对称安装的行星轮系传动机构400的行星架403匀速转动，然后驱动行星轮一405、行星轮二406、行星轮三407、行星轮四408、绕太阳轮409转动，然后驱动内齿圈404、连接环402和圆柱齿轮401匀速转动，带动直齿轮一500和直齿轮二600同向同速转动，进而使小齿轮一704和小齿轮二706同向同速转动，从而驱动变径滚轮702匀速转动，然后驱动水平移动框802在弹簧一803和弹簧二804的作用下实现水平往复运动，使输出齿条一805和输出齿条二806分别驱动与之啮合的输出齿轮一807、输出齿轮二808往复旋转运动，由于对称安装的超越离合器809具有单向推力的作用，所以输出轴900的运动为稳定的单向旋转运动。
本发明的变速原理如下：通过驱动控制齿轮203的转动，带动惰轮204转动，驱动两个太阳拓展齿轮410互为反向转动，实现两个行星轮系传动机构400的差速传动，使两个圆柱齿轮401同向不同速转动，进而驱动直齿轮一500和直齿轮二600同向不同速转动，使小齿轮一704和小齿轮二706同向不同速转动，由于小齿轮一704和齿条一703、小齿轮二706和齿条二705单边啮合，从而调节变径滚轮702外围到中间轴701的距离a（0~x），即调节曲柄的大小，使得变径滚轮702圆周运动的线速度改变，进而使水平移动框802的水平往复直线运动的速度发生改变，从而实现输出轴900的无极变速。
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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (6)

1.一种抗冲击的机械无级变速器，其特征在于：包括机架（100）、调速机构（200）、输入轴（300）、两个行星轮系传动机构（400）、直齿轮一（500）、直齿轮二（600）、改进曲柄机构（700）、输出机构（800）、输出轴（900）；所述的机架（100）上开设有第一组安装孔（101）、第二组安装孔（102）、第三组安装孔（103）、第四组安装孔（104）、第五组安装孔（105）、第六组安装孔（106）；所述的调速机构（200）的控制齿轮（203）和惰轮（204）分别与两个星轮系传动机构（400）的太阳拓展齿轮（410）啮合连接；所述的输入轴（300）通过轴承安装在机架（100）的第三组安装孔（103）中；所述的两个星轮系传动机构（400）对称安装在输入轴（300）上，且两个行星轮系传动机构（400）的圆柱齿轮（401）分别与直齿轮一（500）和直齿轮二（600）啮合连接；所述的直齿轮一（500）和直齿轮二（600）通过轴承安装在改进曲柄机构（700）的中间轴（701）的两个末端；所述的改进曲柄机构（700）与输出机构（800）传动连接；所述的输出机构（800）安装在输出轴（900）上；所述的输出轴（900）通过轴承安装在机架（100）的第五组安装孔（105）中。
2.根据权利要求1所述的一种抗冲击的机械无级变速器，其特征在于：所述的调速机构（200）包括控制轴（201）、惰轮轴（202）、控制齿轮（203）及惰轮（204）；所述的控制轴（201）通过轴承安装在所述的机架（100）的第一组安装孔（101）中，且控制轴（201）上固定安装有控制齿轮（203）；所述的惰轮轴（202）通过轴承安装在所述的机架（100）的第二组安装孔（102）中，且所述的惰轮轴（202）上固定安装有惰轮（204）；所述的惰轮（204）与控制齿轮（203）啮合连接。
3.根据权利要求1所述的一种抗冲击的机械无级变速器，其特征在于：所述的两个行星轮系传动机构（400）均包括圆柱齿轮（401）、连接环（402）、行星架（403）、内齿圈（404）、行星轮一（405）、行星轮二（406）、行星轮三（407）、行星轮四（408）、太阳轮（409）、太阳拓展齿轮（410）；所述的圆柱齿轮（401）通过轴承安装在输入轴（300）上，且圆柱齿轮（401）通过其端面上的凸台与连接环（402）固定连接；所述的连接环（402）转动套装在输入轴（300）上，且与内齿圈（404）固定连接；所述的内齿圈（404）转动套装在输入轴（300）上，且与行星轮一（405）、行星轮二（406）、行星轮三（407）、行星轮四（408）内啮合连接；所述的行星轮一（405）、行星轮二（406）、行星轮三（407）、行星轮四（408）安装在行星架（403）上；所述的行星架（403）固定安装在输入轴（300）上；所述的太阳轮（409）通过轴承安装在输入轴（300）上，与行星轮一（405）、行星轮二（406）、行星轮三（407）、行星轮四（408）外啮合连接，且所述的太阳轮（409）通过其端面设置的法兰与太阳拓展齿轮（410）端面上的凸台固定连接；所述的太阳拓展齿轮（410）通过轴承安装在输入轴（300）上。
4.根据权利要求2和3所述的一种抗冲击的机械无级变速器，其特征在于：所述的调速机构（200）的控制齿轮（203）和惰轮（204）的齿宽均为所述的两个行星轮系传动机构（400）的太阳拓展齿轮（410）齿宽的2倍。
5.根据权利要求1所述的一种抗冲击的机械无级变速器，其特征在于：所述的改进曲柄机构（700）包括中间轴（701）、变径滚轮（702）、齿条一（703）、小齿轮一（704）、齿条二（705）、小齿轮二（706）；所述的中间轴（701）通过轴承安装在机架（100）的第四组安装孔（104）中；所述的小齿轮一（704）通过轴承安装在中间轴（701）上；所述的变径滚轮（702）沿直径方向开设有直槽口（7020），变径滚轮（702）通过直槽口（7020）转动套装在中间轴（701）上，且变径滚轮（702）两端面沿直槽口（7020）方向对称设置有安装台一（7021）和安装台二（7022）；所述的变径滚轮（702）的安装台一（7021）上固定安装有齿条一（703）；所述的齿条一（703）与小齿轮一（704）啮合连接；所述的小齿轮一（704）一端面设置有法兰，与直齿轮一（500）固定连接；所述的安装台二（7022）上固定安装有齿条二（705）；所述的齿条二（705）与小齿轮二（706）啮合连接；所述的小齿轮二（706）一端面设置有法兰，与直齿轮二（600）固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种抗冲击的机械无级变速器，其特征在于：所述的输出机构（800）包括支架（801）、水平移动框（802）、弹簧一（803）、弹簧二（804）、输出齿条一（805）、输出齿条二（806）、输出齿轮一（807）、输出齿轮二（808）及超越离合器（809）；所述的支架（801）固定安装在机架（100）的底面；所述的支架（801）中滑动安装有水平移动框（802）；所述的水平移动框（802）与所述的改进曲柄机构（700）的变径滚轮（702）传动连接，且水平移动框（802）上设置有水平方向的安装槽（8020）及水平方向的导杆一（8021）和导杆二（8022）；所述的水平移动框（802）的导杆一（8021）和导杆二（8022）上分别套装有弹簧一（803）和弹簧二（804），且水平移动框（802）的导杆一（8021）和导杆二（8022）末端穿过机架（100）上开设的第六组安装孔（106）；所述的水平移动框（802）的安装槽（8020）内的上下两端安装有输出齿条一（805）和输出齿条二（806），且二者前后相对错位设置；所述的输出齿条一（805）与输出齿轮一（807）啮合连接；所述的输出齿条二（806）与输出齿轮二（808）啮合连接，且所述的输出齿轮一（807）和输出齿轮二（808）均通过超越离合器（809）安装在输出轴（900）上。
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