CN1529071A

CN1529071A - 机械无级变速器

Info

Publication number: CN1529071A
Application number: CNA2003101011490A
Authority: CN
Inventors: 彭盛章
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-10-18
Filing date: 2003-10-18
Publication date: 2004-09-15

Abstract

本发明的齿轮式机械无级变速器(CVT)有一个有效传动半径可连续变化的不完全齿轮装置，此不完全齿轮装置通过改变一排轮齿在锥状体小端和大端间的位置来达到改变其有效传动半径的目的。此不完全齿轮装置与它周边的数个齿轮共同作用实现连续而不间断的传动。

Description

机械无级变速器

技术领域

本发明涉及一种由齿轮传动的机械无级变速器(CVT)。

背景技术

目前的无级变速器主要有液力变矩器和机械无级变速器。液力变矩器具有无级连续变速和变矩的能力，对外部负载有良好的调节和适应性能。但从经济观点来看却存在问题：它的最高传动效率不太高，高效传动范围也不大；变矩范围也有限；而且本身结构复杂，造价高。机械无级变速器种类较多，但基本上都是采用摩擦或摩擦与啮合综合传动，因此效率低、传递功率也很有限。由几十年前出现的双锥体球、盘、环柱体等发展到皮带传动，一直由于摩擦系数及零件的承受单位压力限制，加之工艺和控制的问题，不能传递较大的功率、效率低；目前由于传动带制造技术的进步，特殊金属制造的钢带无级变速器的性能有了一定的提高，但还是存在大功率传动时打滑的缺点，效率也不高；链轮传动的无级变速器与此类似。高效、操纵方便、能传递大功率的机械无级传动一直是人们追求的目标，但一直没有取得突破性的进展。

发明内容

本发明的目的是提供一种效率高、能传递大功率、变速和变矩的范围大且操纵方便的机械无级变速器。

本发明的机械无级变速器具有一个有效传动半径可连续变化的不完全齿轮装置，此不完全齿轮装置通过改变一排轮齿在锥状体大端和小端间的位置来达到改变其有效传动半径的目的，此不完全齿轮装置与它周边的数个齿轮共同作用实现连续而不间断的传动。

为了使轮齿能在锥状体大端和小端间的位置任意改变，能实现的方式很多。方式一：锥状体的螺纹上扣有一排轮齿，当锥状体和其外套作相对转动时，迫使扣在螺纹上的这排轮齿沿螺纹在锥状体的大端和小端间滑动，以此改变此不完全齿轮装置的有效传动半径。

方式二：锥状体的大端和小端间有一排空槽，此空槽与一排轮齿结合，当这排轮齿沿空槽在锥状体的大端和小端间滑动时，此不完全此轮装置的有效传动半径也随之改变。

方式三：一排轮齿的两端分另与两个锥状体(盘)结合并能在两个锥状体的大端和小端间滑动，当两个锥状体作靠近或远离的动作时此不完全齿轮装置的有效传动半径也随之改变。

此不完全齿轮装置还可采用其它形式或者简化成一个小端和大端的齿间距相等的圆锥齿轮、针轮、滚子轮，改变它周边齿轮在它小端和大端间的位置达到变速目的。

由于采用齿轮传动，从而使本无级变速器的效率可与手动齿轮式有级变速器的效率相当。又由于采用齿轮传动，本无级变速器不存在传动打滑的缺点，因此能传递大功率。当本无级变速器的不完全齿轮装置采用方式一时，只要使锥状体与其外套作相对转动即可实现无级变速，而方式三只要压紧或拉伸两锥状体即可实现无级变速，因此又存在操纵非常方便、特别易于实现自动化的优点。

附图说明

图1是本发明第一个实施方式的示意图。

图2是第一个实施方式关键部位的剖视示意图。

图3是本发明第二个实施方式的示意图。

图4是第二个实施方式关键部位的剖视示意图。

图5是本发明第三个实施方式的示意图。

图6是第三个实施方式关键部位的示意图。

图7是第三个实施方式关键部位的局部放大图。

图8是本发明第四个实施方式的横截面示意图。

具体实施方式

结合图1和图2说明本机械无级变速器第一个具体实施方式。锥状体1上有螺纹2，螺纹2上扣着一排可以沿螺纹2滑动的轮齿3(虽然任意一段螺纹2都不平行于锥状体的横截面且任意一段螺纹2在横截面上的投影都不是一段标准圆弧，但是扣在螺纹2上的轮齿3可以使其分度圆是平行于横截面且标准的一段圆弧，因此各轮齿3齿根以下、与螺纹2结合部以上部分的形状和尺寸是各不相同的)。当锥状体1和其外套4作相对转动时，迫使轮齿3在螺纹2上滑动，使得轮齿3在锥状体1大端和小端间的位置产生变化，从而使轮齿3所在圆的半径产生相应变化，以此改变有效传动半径。外套4还有保持各轮齿3始终紧密相连的作用。当轮齿3在锥状体1的大端和小端间滑动时，各轮齿3的齿间距不变。实际上，锥状体1、螺纹2、轮齿3和外套4构成的整体可看作一个有效传动半径可连续变化的不完全齿轮。当轮齿3位于锥状体1小端的端部时，此不完全齿轮的有效传动半径最小；当轮齿3没螺纹2由小端向大端逐渐滑动的过程中，此不完全齿轮的有效传动半径也相应地逐渐变大；当轮齿3位于锥状体1大端的端部时，此不完全齿轮的有效传动半径最大。

结合图3和图4说明本机械无级变速器第二个具体实施方式。锥状体1的大端和小端间有一排空槽12，空槽12与一排轮齿3结合，当这排轮齿3沿空槽12在锥状体1的大端和小端间滑动时，轮齿3所在圆的半径产生相应变化，以此改变有效传动半径。当轮齿3在锥状体1的大端和小端间滑动时，各轮齿3的齿间距不变。实际上，带空槽12的锥状体1和轮齿3可看作一个有效传动半径可连续变化的不完全齿轮。当轮齿3位于锥状体1小端的端部时，此不完全齿轮的有效传动半径最小；当轮齿3没空槽12由小端向大端逐渐滑动的过程中，此不完全齿轮的有效传动半径也相应地逐渐变大；当轮齿3位于锥状体1大端的端部时，此不完全齿轮的有效传动半径最大。

结合图5、图6和图7说明本机械无级变速器第三个具体实施方式。两锥状体1具有如图7所示的空槽12，各轮齿3(最好采用针齿销或滚子样的圆柱状)的两端分别与两锥状体1的空槽12结合并能沿空槽12滑动，当压紧或拉伸两锥状体1使两锥状体1作靠近或远离的动作时，各轮齿3在两锥状体1大端和小端间的位置产生变化使得有效传动半径产生相应变化。当轮齿3在两锥状体1的大端和小端间滑动时，各轮齿3的齿间距不变。实际上，带空槽12的两锥状体1和轮齿3可看作一个有效传动半径可连续变化的不完全齿轮。当轮齿3位于两锥状体1小端的端部时，此不完全齿轮的有效传动半径最小；当轮齿3没空槽12由小端向大端逐渐滑动的过程中，此不完全齿轮的有效传动半径也相应地逐渐变大；当轮齿3位于两锥状体1大端的端部时，此不完全齿轮的有效传动半径最大。

作为中间传动轮，不完全齿轮装置需要与周边数个齿轮共同作用才能使传动连续而不间断。图1、图3或图5所示均匀分布的周边齿轮是两个(齿轮5和齿轮6)，这种情况下轮齿3形成的弧长不得小于半个对应的圆周长才能保证轮齿3始终能和齿轮5、齿轮6中的至少一个相啮合，这样才能使包括齿轮7、齿轮8、齿轮9、齿轮10和齿轮11在内的整个变速器的传动工作连续而不间断。

当然，不完全齿轮装置并不局限于上述三种构成方式，若有其他构成方式，只要是不完全齿轮装置与它周边的数个齿轮共同作用实现连续而不间断的传动，也属于本发明的保护范围。

不完全齿轮装置的有效传动半径最小时，轮齿3可形成一个圆周；图1、图3或图5所示的不完全齿轮装置的周边齿轮是两个，故此不完全齿轮装置的有效传动半径最大时轮齿3可形成半个圆周；由于轮齿3形成的弧长始终相等，故不难看出图1、图3或图 5所示的无级变速器的最大变速比可等于2。在实际设计中，只要按需要改变不完全齿轮装置的周边齿轮个数就可改变本无级变速器的最大变速比，不难得出：R_b＝N，R_b为最大变速比，N为均匀分布于不完全齿轮装置周边的齿轮个数。

为了使不完全齿轮装置的质量呈中心对称分布，应把外套4或空槽12作相应改动，使各轮齿3分成呈中心对称的若干组(最好是2组)，此时它的外围齿轮就要做相应调整。

虽然本发明的机械无级变速器采用不完全齿轮装置传动，但在传动过程中由于不完全齿轮始终能和至少一个它周围的齿轮相啮合，因此传动时不会产生间歇性的震动。

当不完全齿轮装置的有效传动半径产生变化时，齿轮5和齿轮6应能同时作出相应的张开或收拢动作，这显然很容易实现；还有，在不完全齿轮装置的有效传动半径连续变化的过程中，轮齿3所在的圆周长不可避免地会出现不是齿距整数倍的情况，对应的措施是使齿轮5和齿轮6跟它们各自的轴有一定的相对转动自由度，并作弹性连接，或者把齿轮5和齿轮6装上单向离合器；另外，在不完全齿轮机构传动时，为了保证首齿顺利进入啮合状态而不与邻齿齿顶相碰，常需将首齿齿顶作适当削减；再有，为增加牢固性和可靠性、提高工作强度，各轮齿3可用销轴和链板连结成链状或者采取其它措施；还可采取在轮齿3和锥状体1之间增加合适的滚动体、使轮齿3和锥状体1之间的滑动摩擦变为滚动摩擦的方式以提高本无级变速器的性能。

图8为本发明第四个具体实施方式的横截面示意图，齿轮13相当于齿轮9、齿轮10和齿轮11。

当然，轮齿3还可采用其它形式，例如采用针轮的针齿销状或滚子链的滚子状或其它形式，此时齿轮5和齿轮6应采用相应的摆线轮或链轮或其它形状。不完全齿轮装置也可直接简化成一个大端和小端的齿间距相等的圆锥齿轮，它的周边齿轮在它的大端和小端之间滑动时也可达到无级变速的目的。但是由于它的大端和小端的齿间距相等，这就使得各轮齿与圆锥轴心不在同一平面(特殊情况除外)，因此与它啮合的外围齿轮就受到很大限制，比如不能做得太厚等。同理，不完全齿轮装置也可直接简化成一个针轮、滚子轮或者其它形式。这些变换均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种齿轮式机械无级变速器(CVT)，此变速器有一个有效传动半径可连续变化的不完全齿轮装置，此不完全齿轮装置通过改变一排轮齿在锥状体大端和小端间的位置来达到改变其有效传动半径的目的，此不完全齿轮装置与它周边的数个齿轮共同作用实现连续而不间断的传动。

2、根据权利要求1所述的机械无级变速器，其特征是不完全轮齿装置有一个具有螺纹(2)的锥状体(1)，螺纹(2)上扣有一排轮齿(3)，当锥状体(1)和其外套(4)作相对转动时，迫使扣在螺纹(2)上的一排轮齿(3)沿螺纹(2)在锥状体(1)的小端和大端间滑动，以此改变此不完全齿轮装置的有效传动半径。

3、根据权利要求1所述的机械无级变速器，其特征是不完全齿轮装置有一个具有空槽(12)的锥状体(1)，空槽(12)与一排轮齿(3)结合，当轮齿(3)沿空槽(12)在锥状体(1)的小端和大端间滑动时，此不完全齿轮装置的有效传动半径也随之改变。

4、根据权利要求1所述的机械无级变速器，其特征是不完全齿轮装置有两个锥状体(1)，各轮齿(3)的两端分别与两锥状体(1)结合并能在两锥状体(1)的大端和小端间滑动，当两锥状体(1)作靠近或远离的动作时此不完全齿轮装置的有效传动半径也随之改变。

5、根据权利要求1至4中任何一项所述的机械无级变速器，其特征是轮齿(3)采用针齿销状或滚子状。

6、根据权利要求1至4中任何一项所述的机械无级变速器，其特征是各轮齿(3)连结成链状。

7、根据权利要求1所述的机械无级变速器，其特征是不完全齿轮装置简化成一个小端和大端的齿间距相等的圆锥齿轮、针轮、滚子轮，改变它周边齿轮在它小端和大端间的位置达到变速目的。