CN113719592B - 一种动齿齿轮的啮合方法及应用该方法的变径无级变速器 - Google Patents

一种动齿齿轮的啮合方法及应用该方法的变径无级变速器 Download PDF

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Abstract

一种动齿齿轮的啮合方法，通过动齿齿轮与行星轴齿或齿链进行啮合，动齿齿轮包括两个动齿齿块及翘板机构；翘板机构包括：齿块T形基座、翘板及两个立板等；在动齿齿轮与轴齿或齿链啮合时，当其中一个动齿齿块块出现干涉顶齿时，通过翘板绕齿块T形基座旋转，使得另一个动齿齿块向上伸出，继续与行星轴齿或齿链啮合；还公开了一种应用上述方法的变径动齿无级变速器，包括动力输入机构、变速联动机构及动力输出机构；本发明通过采用变径曲柄连接的动力长轴转动带动行星轴齿与变径齿圈常啮合的传动方式，能实现大扭矩无级变速，且无级变速反应快、不打滑、不损失功率、无顿挫，兼有CVT变速箱的平顺的同时克服了CVT变速箱存在功率瓶颈的问题。

Description

一种动齿齿轮的啮合方法及应用该方法的变径无级变速器
技术领域
本发明公开一种动齿齿轮的啮合方法，是对现有的固定齿齿轮啮合机构及啮合方法的改进，同时还提供了一种应用该方法的变径无级变速器，属于齿轮无级变速机构技术领域。
背景技术
无级变速器中不能使用固定齿比的普通齿轮来实现齿轮常啮合无级变速。
现有AT液力无级变速出现于上世纪三四十年代的美国，用的是有级多档变速器加液力变扭实现无级变速的一种方案。AT液力无级变速器中普通固定齿齿轮起的作用也是阶段有级变速，其余部分靠液力、液压、电力变频、变阻实现无级变速。中大功率传动中多是AT无级变速器。结构复杂、体积大机械效率低、造价高，但传递功率较大。大型汽车、坦克、火车等多用。
现有活齿无级变速，即滑片变形(HN—CVT)活齿啮合的无级变速器，是一种通过钢片的重叠形成活齿滑片组，由变径伸缩控制滑块带动活齿滑片组与传动链啮合传动，是一种非摩擦传动常啮合的无级变速。钢片的厚度和张力及强度，影响动力和寿命，链传动一定范围，大功率时或有一定局限。
现有CVT无级变速器是靠轮、带、链等摩擦传动实现的无级变速，存在功率小、易“打滑”损失功率等问题。电动车变速就是反应极快，更不适用于CVT.从一开始的皮带到现在的钢带，强度及性能有一定的提高，但本身强度和传动方式直接影响传动效率且最大功率受限。
现有有脉动无级变速器，用连杆和单向离合器多组组合，实现无级变速，但功率小，体积大，结构复杂，大扭矩工况很少用。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供了一种动齿齿轮的啮合方法及应用该方法的变径无级变速器，用非摩擦传动方法实现齿轮常啮合无级变速，采用变径曲柄变速的行星轴齿与动齿变径齿圈常啮合方式，实现减少操纵、简化结构、实现大功率，大比数无级变速，其最大扭矩可达到固定齿轮同等条件。
为实现上述技术目的，本发明采用技术方案如下：
一种动齿齿轮的啮合方法，通过动齿齿轮与行星轴齿进行啮合，动齿齿轮包括：两个平行错开布置的动齿齿块及翘板机构；翘板机构包括：齿块T形基座、第一销轴、翘板轴、第二销轴、翘板及两个立板；其中，齿块T形基座为凸台结构，两个立板均通过第二销轴与翘板连接；翘板通过翘板轴与齿块T形基座的凸台连接；两个动齿齿块分别通过第一销轴与两个立板连接，且在动齿齿块与立板之间的销轴上套接有弹簧；
啮合方法为：在动齿齿轮与行星轴齿啮合时，当其中一个动齿齿块块出现干涉顶齿时，该动齿齿块受到顶压向下，与该动齿齿块连接的立板向下运动，通过翘板绕齿块T形基座旋转，带动另外一个立板向上运动，进而使得另一个动齿齿块向上伸出，继续与行星轴齿啮合。
优选的，所述第一销轴轴线与动齿齿块齿形线在俯视投影方向设有夹角，夹角范围为0.5°-89.5°，使得动齿齿块在第一销轴上能横向滑动。当啮合出现的间隙时，动齿齿块在受力面推力作用下，顺着第一销轴轴向有间隙的一侧移动，消除啮合间隙，啮合结束后在弹簧作用下自动复位。
优选的，所述动齿齿块设有开口，避免动齿齿块在运动时发生干涉。
一种应用上述啮合方法的变径动齿无级变速器，包括动力输入机构、变速联动机构及动力输出机构；其中，
动力输入机构，包括动力输入轴及与动力输入轴连接的变径曲柄；
变速联动机构，包括变径齿圈基座、滑动设置在变径齿圈基座上的动齿齿轮及与动齿齿轮行星啮合的行星轴齿；其中，行星轴齿与所述变径曲柄通过动力长轴连接，动力长轴和行星轴齿可以自由滚动，形成动力长轴的公转和行星轴齿的自转；
所述变径齿圈基座由多组变径齿盘轴向分布构成，多组变径齿盘间由连接板固接；所述变径齿盘为环形圈体，环形圈体上设有均布滑道，所述动齿设置在滑道上，可在滑道上径向受控同步滑动，并随变径曲柄长短变化，确保作为行星轮的行星轴齿旋转到任意位置都有动齿齿块和行星轴齿啮合；
动力输出机构包括：第一万向节、伸缩轴、第二万向节及动力输出轴；其中，第一万向节一端通过连接法兰盘与所述行星轴齿连接，另一端与伸缩轴、第二万向节及动力输出轴依次连接，且动力输出轴与动力输入轴轴线重合。
优选的，所述动力长轴在与行星轴齿连接端部设有六角形挡片，并由锁止销进行轴向限位。
上述变径动齿齿轮无级变速器传动过程如下：
将动力输入轴与动源装置连接，动力由动力输入轴传入，动力输入轴通过与变径曲柄连接的动力长轴带动行星轴齿做行星转动。行星轴齿与变径齿圈基座中的动齿齿轮啮合，行星轴齿依次带动第一万向节、伸缩轴、第二万向节及动力输出轴转动，由动力输出轴实现动力输出。最终通过动齿齿轮与变径曲柄径向同步受控滑动，实现无级变速。
本发明与现有技术相比有益效果在于：
本发明通过将动齿齿块设置在翘板机构上构成动齿齿轮，动齿齿轮在变径齿圈基座均布，通过连接板将多层变径齿圈基座固接，最终形成轴向投影为完整变径齿圈，实现行星轴齿在任意位置都有啮合。
动齿齿轮的设计中，当其中一个动齿齿块出现干涉顶齿时，另一个动齿齿块必然是啮合位置，即在啮合时，动齿齿块在挤压下进而带动翘板结构，使得另一个关联动齿齿块伸出，与齿轮啮合；当啮合出现的间隙时，动齿齿块在销轴上轴向移动，抵消顶齿的压力即消除齿间隙。
同时，通过采用变径曲柄连接的动力长轴转动带动行星轴齿与变径齿圈常啮合的传动方式，实现自转，即动力输出。因为是啮合传动能实现大扭矩无级变速，且无级变速反应快、不打滑、不损失功率、无顿挫，兼有CVT变速箱的平顺的同时克服了CVT变速箱存在功率瓶颈的问题；同时，本发明比AT变速器体积小、功率损失小、传动效率高、造价低。
附图说明
图1为所述无级变速器三维结构示意图；
图2为所述无级变速器变速传动机构轴向结构示意图；
图3为所述无级变速器左视示意图；
图4为所述动齿啮合状态示意图；
图5为所述动力长轴与行星轴齿连接关系结构示意图；
图6为所述动齿齿块结构示意图；
图7为所述动齿齿轮剖视示意图。
其中，1-动力输入轴、2-变径曲柄、3-动力长轴、3－1－锁止销、4-行星轴齿、4－1－六角形挡片、6-动齿齿轮、7-变径齿圈基座、8-连接法兰盘、9-第一万向节、10-伸缩轴、11-第二万向节、12-动力输出轴、6-1-动齿齿块、6-2-销轴、6-3-翘板轴、6-4-销轴、6-5—翘板、6-6-齿块T形基座、6-7-立板、6-8-弹簧、7-1-滑道。
具体实施方式
下面结合附图提供本发明的优选具体实施方式，所揭露的仅为本发明的较佳具体实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
实施例1
一种动齿齿轮的啮合方法，通过动齿齿轮6与行星轴齿4进行啮合(参见图1、2、3)，动齿齿轮6(参见图4)包括：两个平行错开布置的动齿齿块6-1及翘板机构，该实施例中动齿齿块6-1齿形为斜齿；翘板机构包括：齿块T形基座6-6、第一销轴6-2、翘板轴6-3、第二销轴6-4、翘板6-5及两个立板6-7；其中，齿块T形基座6-6为凸台结构，两个立板6-7均通过第二销轴6-4与翘板6-5连接；翘板6-5通过翘板轴6-3与齿块T形基座6-6的凸台连接；两个动齿齿块6-1分别通过第一销轴6-2与两个立板6-7连接，且在动齿齿块6-1与立板6-7之间的第一销轴6-2上套接有弹簧6-8；
啮合方法为：在动齿齿轮6与行星轴齿4啮合时，当其中一个动齿齿块6-1块出现干涉顶齿时，该动齿齿块6-1受到顶压向下，与该动齿齿块6-1连接的立板6-7向下运动，通过翘板6-5绕齿块T形基座6-6旋转，带动另外一个立板6-7向上运动，进而使得另一个动齿齿块6-1向上伸出，继续与行星轴齿4啮合；
参见图7，作为优选的，更进一步地，第一销轴6-2轴线与动齿齿块6-1齿形线在俯视投影方向设有夹角，夹角范围为0.5°，使得动齿齿块6-1在销轴6－2上能横向滑动。当啮合出现的间隙时，动齿齿块6-1在受力面推力作用下，顺着第一销轴6-2轴向有间隙的一侧移动，消除啮合间隙，啮合结束后在弹簧6-8作用下自动复位。
啮合会出现顶齿啮合和没顶齿啮合的情况，没有顶齿时，两个动齿齿块6-1都参与啮合；当顶齿啮合时，在翘板结构控制下，动齿齿块6-1会自动横向滑到啮合位置进行啮合。不顶齿时，都参加啮合，半齿啮合。
参见图6，作为优选的，更进一步地，每个动齿齿块6-1均设有开口，避免动齿齿块6-1在运动时发生干涉；
参见图1-图3，一种应用上述啮合方法的变径动齿无级变速器，包括动力输入机构、变速联动机构及动力输出机构；其中，
动力输入机构，包括动力输入轴1及与动力输入轴1连接的变径曲柄2动力长轴3；
变速联动机构，包括变径齿圈基座7、滑动设置在变径齿圈基座7上的动齿齿轮6及与动齿齿轮6行星啮合的行星轴齿4；其中，行星轴齿4与所述变径曲柄2通过动力长轴3连接，动力长轴3和行星轴齿4可以自由滚动，形成动力长轴3的公转和行星轴齿4的自转；
变径齿圈基座7由多组变径齿盘轴向分布构成，多组变径齿盘间由连接板固接；所述变径齿盘为环形圈体，环形圈体上设有均布滑道7-1，所述动齿6设置在滑道7-1上，可在滑道7-1上径向受控同步伸缩滑动，并随变径曲柄2长短变化，确保作为行星轮的行星轴齿4旋转到任意位置都有动齿齿块6-1和行星轴齿4啮合；
动力输出机构包括：第一万向节9、伸缩轴10、第二万向节11及动力输出轴12；其中，第一万向节9一端通过连接法兰盘8与行星轴齿4连接，另一端与伸缩轴10、第二万向节11及动力输出轴12依次连接，且动力输出轴12与动力输入轴1轴线重合。
参见图5，作为优选的，更进一步地，动力长轴3在与行星轴齿4连接端部设有六角形挡片4－1，并由锁止销3－1进行轴向限位。
上述变径动齿斜齿无级变速器传动过程如下：
将动力输入轴1与动源装置连接，动力由动力输入轴1传入，动力输入轴1通过与变径曲柄2连接的动力长轴3带动行星轴齿4做行星转动。行星轴齿4与变径齿圈基座7中的动齿齿轮6始终啮合，行星轴齿4依次带动第一万向节9、伸缩轴10、第二万向节11及动力输出轴12转动，由动力输出轴12实现动力输出。最终通过动齿齿轮6与变径曲柄2径向同步受控滑动到相应同步位置，实现无级变速。
实施例2
与实施例1不同的是：在动齿齿轮6中，第一销轴6-2与动齿齿块6-1轴向不平行，且第一销轴6-2轴线与动齿齿块6-1齿形线在俯视投影方向有夹角，夹角范围为89.5°，动齿齿块6-1依然能在第一销轴6-2上能轴向滑动如图7中A双向箭头所示，当啮合出现的间隙时，动齿齿块6-1在受力面推力作用下，因为有一定夹角存在，顺着第一销轴6-2横向有间隙的一侧移动，消除啮合间隙。滑到一定范围，到啮合结束。
实施例1及实施例2提供的变径动齿无级变速器，其传动扭矩为现有摩擦式CVT技术中传动扭矩的3倍以上，且结构简单、无级变速功率损失极小。
需要说明的是，本发明在使用时，动力输入轴1与动力输出轴12的功能可调换，即动力由动力输出轴12端输入，由动力输入轴1端输出，为可逆变速过程。
需要说明的是，只要保证第一销轴6-2轴线与动齿齿块6-1齿形线在俯视投影方向设有一定夹角，只要是不平行，齿面受力时能左右滑动，翘板结构发挥作用。只要是与动齿齿块6-1啮合的行星轴齿4和动齿齿块6-1是一个齿形、一个模数，能啮合即满足条件。直齿啮合、斜齿啮合等各种齿形齿轮常啮合的啮合也可以实现这种变速方法，直齿啮合时，动齿齿块6-1齿形为直齿。
需要说明的是，本发明的动齿齿轮的啮合方法亦可应用于与齿链啮合。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。
尽管已经示出和描述了本发明的具体实施，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种动齿齿轮的啮合方法，通过动齿齿轮与行星轴齿进行啮合，其特征在于，动齿齿轮(6)包括：两个平行错开布置的动齿齿块(6-1)及翘板机构；翘板机构包括：齿块T形基座(6-6)、第一销轴(6-2)、翘板轴(6-3)、第二销轴(6-4)、翘板(6-5)及两个立板(6-7)；其中，齿块T形基座(6-6)为凸台结构，两个立板(6-7)均通过第二销轴(6-4)与翘板(6-5)连接；翘板(6-5)通过翘板轴(6-3)与齿块T形基座(6-6)的凸台连接；两个动齿齿块(6-1)分别通过第一销轴(6-2)与两个立板(6-7)连接；
所述第一销轴(6-2)轴线与动齿齿块(6-1)齿形线在俯视投影方向设有夹角，使得动齿齿块(6-1)在第一销轴(6-2)上能横向滑动；
所述动齿齿块(6-1)设有开口，避免动齿齿块(6-1)在运动时发生干涉；
啮合方法为：在动齿齿轮(6)与行星轴齿啮合时，当其中一个动齿齿块(6-1)块出现干涉顶齿时，该动齿齿块(6-1)受到顶压向下，与该动齿齿块(6-1)连接的立板(6-7)向下运动，通过翘板(6-5)绕齿块T形基座(6-6)旋转，带动另外一个立板(6-7)向上运动，进而使得另一个动齿齿块(6-1)向上伸出，继续与行星轴齿或齿链啮合。
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