CN204127235U - 一种无级变速箱电调节主动轮变径的滚珠丝杠机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及代步车变速的技术领域，公开一种无级变速箱电调节主动轮变径的滚珠丝杠机构，包括：活动的调速齿轮、固定的螺旋推力座和滚珠，活动的调速齿轮轴孔内一端设置的通过滚珠与固定的螺旋推力座的外螺纹配合连接，螺旋推力座通过轴承套置在主动轴上，螺旋推力座与主动轴轴向定位，螺旋推力座上设置有限制螺旋推力座转动的定位槽；调速齿轮轴孔内另一端的角接触球轴承与主动轮活动锥盘固定连接；采用本实用新型组成的电控无级变速箱，能够满足燃油及电动的代步车在高速行驶和低速爬坡的要求；能够控制主动轮与从动轮的速比变化，完成其电控变速的加速和减速，其具备结构简单，操作方便、生产成本低，易于推广和普及。

Description

一种无级变速箱电调节主动轮变径的滚珠丝杠机构

技术领域

    本实用新型涉及动力车变速装置的技术领域，尤其涉及一种无级变速箱电调节主动轮变径的滚珠丝杠机构。

背景技术                                     

目前，代步用的交通工具一般采用燃油代步车或电动代步车，而当前燃油代步车的变速通常两种：一种为手动换档的，则在换档位时需要通过脚踏离合器切断动力，才能进行换档，存在换档频繁，操作困难；另一种为高级的自动换档，换档操作方便，但是价格高。而当前电动代步车的变速通常是：一种采用电动机直接驱动，存在起步或爬坡时电动机在低效率区工作，输出电流大，会损耗较多的能量，影响了电池的续航里程和使用寿命。还有一种是电机通过一个减速箱的减速形式驱动，解决了起步或爬坡时的驱动，但是存在电动代步车始终工作在低速状态，损失了行车速度；还有一种是采用电机输出的动力经过减速齿轮箱换挡变速驱动车辆。存在手动换档频繁，操作困难，无法满足自动换档，既要保证起步和爬坡时有一定的牵引力，又要保证平路行驶时能达到一定的速度，即在高速小扭矩和低速大扭矩之间无法自动权衡。往往是照顾了行车速度却损失了部分爬坡能力。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种无级变速箱电调节主动轮变径的滚珠丝杠机构。

为实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种无级变速箱电调节主动轮变径的滚珠丝杠机构，包括：活动的调速齿轮、固定的螺旋推力座和滚珠，活动的调速齿轮轴孔内一端设置的通过滚珠与固定的螺旋推力座的外螺纹配合连接，螺旋推力座轴孔通过轴承套置在主动轴上，螺旋推力座固定端的外圈设置在箱体的轴孔内；螺旋推力座与主动轴轴向定位，螺旋推力座上设置有限制螺旋推力座转动的定位槽，定位槽与箱体轴孔的定位螺钉对应；调速齿轮轴孔内另一端设置有角接触球轴承，角接触球轴承与套置在主动轴上平键连接的主动轮活动锥盘固定连接。

一种无级变速箱电调节主动轮变径的滚珠丝杠机构，调速齿轮包括有盘式外齿轮、调速齿轮轴，调速齿轮轴孔内一端设置有内螺纹，内螺纹设置有放置与螺旋推力座配合连的若干接滚珠的滚珠穴；调速齿轮轴孔内另一端设置有固定角接触球轴承的轴承座。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下优越性：

   一种无级变速箱电调节主动轮变径的滚珠丝杠机构组成的动力车电控无级变速箱，具有监控诊断调试发动机或动力电机性能的接口，及显示发动机或动力电机档位、车速、故障指示灯的仪表盘， 还具有单独监控发动机ECU或动力电机性能的总线CAN接口；既能够满足燃油代步车的使用，又能够满足电动代步车的使用。即能够同时满足燃油代步车和电动代步车在高速行驶和低速爬坡的性能要求。

   车辆爬坡时，脚踏板控制的发动机油门或动力电机电门通过变速箱控制器自动调整主动轴与从动轴的速比，实现输出低速大扭矩，使动力装置工作在高效率区；同时还可以通过变速箱控制器的手动按钮调整主动轴与从动轴的速比，实现输出低速大扭矩，使动力装置工作在高效率区。

在车辆平地行驶时，通过变速箱控制器、脚踏板控制的发动机油门或动力电机电门自动调整主动轴与从动轴的速比，使车辆动力装置的发动机或动力电机仍工作在高效率区。

当动力装置为动力电机，爬坡时，采用增大速比，爬坡能力强，不会使蓄电池放电电流过大、而带来蓄电池效率偏低、蓄电池寿命缩短等一系列的弊端发生。并且能够达到增加电池使用寿命之目的。当动力电机反转时，还能够实现倒车功能。其加速和减速均通过脚踏板控制的发动机油门或动力电机电门就能完成，具有结构简单，操作方便，生产成本低，易于推广和普及。

附图说明

图1是本动力车电控无级变速箱的结构示意图。

图2是主动轮传输经螺旋推力与电动调速驱动连接的示意图。

图3是从动轮传输机构的结构示意图。

图4是电控无级变速箱螺旋推力装置的结构示意图；

图5是电控无级变速箱的滚珠丝杠结构示意图；

图6是带三角形孔的从动活动锥盘结构示意图。

图7是电控无级变速箱的电路方框图；

图8是直流无刷电机驱动电路图；

图9是步进电机驱动电路图。

图中：1--动力装置，2—调节电机，3--转速感应圈，4--减速齿轮组，5--主动轮固定锥盘，6--橡胶传动带，7--主动轮活动锥盘，8--调速齿轮，9--螺旋推力座，10--位置传感器，11--从动轮固定锥盘，12--从动轮活动锥盘，13--驱动销，14—主减速齿轮，15—从动轴转速传感器，16--主动轴转速传感器，17—推力弹簧，18—推力轴承，19—滚珠，20—三角形孔。

具体实施方式

下面结合附图并用最佳的实施例对本实用新型作详细的说明。

如图1至图7所示，一种无级变速箱电调节主动轮变径的滚珠丝杠机构，包括：活动的调速齿轮8、固定的螺旋推力座9和滚珠19，活动的调速齿轮8轴孔内一端设置的通过滚珠19与固定的螺旋推力座9的外螺纹配合连接，螺旋推力座9轴孔通过轴承套置在主动轴上，螺旋推力座9固定端的外圈设置在箱体的轴孔内；螺旋推力座9与主动轴轴向定位，螺旋推力座9上设置有限制螺旋推力座9转动的定位槽，定位槽与箱体轴孔的定位螺钉对应；调速齿轮8轴孔内另一端设置有角接触球轴承8.3，角接触球轴承8.3与套置在主动轴上平键连接的主动轮活动锥盘7固定连接。

组成的动力车电控无级变速箱，包括：箱体、电动调速驱动装置、螺旋推力装置、主动轮传输机构、从动轮传输机构，所述箱体内的电动调速驱动装置通过螺旋推力装置与主动轮传输机构结合，主动轮传输机构的主动轮通过传动带与从动轮传输机构的从动轮连接；

所述电动调速驱动装置具有正反转动的电机、减速齿轮组、变速箱控制器，所述电机通过减速齿轮组与螺旋推力装置连接；所述电机与变速箱控制器电连接；

所述主动轮传输机构具有用于连接动力装置的主动轴与套置在主动轴上向从动轮传输机构传输扭矩的主动轮构成，主动轮由固定在主动轴上的主动轮固定锥盘5与套置在主动轴上的主动轮活动锥盘7构成，主动轮活动锥盘7通过角接触球轴承与套置在主动轴上螺旋推力装置的活动部件连接；且主动轮固定锥盘5与移动的主动轮活动锥盘7之间具有改变主动轮上传动带工作半径的“V”型皮带槽；

所述从动轮传输机构具有从动轴、向从动轴传输扭矩的从动轮，从动轮具有套置在从动轴上的从动轮固定锥盘11和套置在从动轴上移动的从动轮活动锥盘12结合组成，从动轮固定锥盘11与从动轴固定连接；

从动轮活动锥盘12轴套上套置的推力弹簧17与弹簧座接触；或推力弹簧17通过推力轴承18与弹簧座接触；从动轮活动锥盘12轴套上的驱动槽套置在从动轴上的驱动销13上；从动轴上的从动齿轮与动力输出齿轮装置啮合连接；且从动轮固定锥盘11与移动的从动轮活动锥盘12之间具有改变从动轮上传动带工作半径的“V”型皮带槽；

其中，与主动轮活动锥盘7对应的壳体上具有监测主动轮开合的位置传感器10；

其中，主动轴上设置有转速感应圈3，与主动轴上转速感应圈对应的壳体上设置有一个监测主动轴转速的主动轴转速传感器16；

其中，在从动轴输出齿轮对应的壳体上设置有一个监测从动轴转速的从动轴转速传感器15。

所述滚珠丝杠推力机构装置或替换为螺旋推力装置，

所述螺旋推力装置具有活动部件的调速齿轮8和固定部件的螺旋推力座9，调速齿轮8孔内一端设置的内螺纹与螺旋推力座9的外螺纹丝扣连接，螺旋推力座9通过轴承套置在主动轴上，螺旋推力座9的外圈设置在箱体的轴孔内；

螺旋推力座9与主动轴轴向定位，螺旋推力座9上设置有限制螺旋推力座9转动的定位槽，定位槽与箱体轴孔的定位销对应；

调速齿轮8孔内另一端设置有角接触球轴承座，角接触球轴承座内固定的角接触球轴承与套置在主动轴上平键连接的主动轮活动锥盘7固定连接；

所述动力输出齿轮装置具有与从动齿轮啮合的主减速齿轮14与差速装置啮合连接构成。

所述从动轴一端设置有用以固定从动轮固定锥盘11的小直径段，从动轴的中部设置有轴向滑动的从动轮活动锥盘12的大直径段，大直径段的从动轴上设置有用于贯穿从动轮活动锥盘12轴套上的驱动槽内的驱动销13；从动轴另一端的小直径段依序设置有弹簧座、从动轴轴承座、从动齿轮的安装位置。

适用于动力装置为发动机安装采用的从动轮活动锥盘12，所述从动轮活动锥盘12具有套置在从动轴上的锥盘与套置在从动轴上的轴套焊接连接构成，轴套上设置有对称的两个传输扭力的螺旋槽，两个相互贯通的螺旋槽套置在穿过从动轴驱动销13的两端，驱动销13固定在从动轴上。

适用于动力装置为电动机安装采用的从动轮活动锥盘12，所述从动轮活动锥盘12的轴套上设置有两个传输扭力的三角形孔20，传输扭力的三角形孔套置在从动轴的驱动销13上，三角形孔内具有用于正向驱动传输扭力驱动销13的对应斜边，和用于反向驱动传输扭力驱动销13的对应斜边。所述传动带6由“V”型截面结构构成的环形体的橡胶传动带。

所述变速箱控制器具有处理信号的微处理器CPU为：ARM单片机PLC2129，所述微处理器的模数转换接口经信号调理电路XHTL的第一路与监测主动轮活动锥盘7位移的位置传感器10电连接；经信号调理电路XHTL的第二路与发动机的油门传感器电连接，或与电动机的电门传感器电连接；所述信号调理电路就是信号处理电路，把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。

所述微处理器的采集接口经滤波整形电路LBZX的第一路与监测主动轴转速的主动轴转速传感器16电连接；经滤波整形电路LBZX的第二路与监测从动轴转速的从动轴转速传感器15电连接； 所述滤波整形电路就是把模拟的正弦波信号变换为矩形波的数据信号。 

所述微处理器的数据接口I/O经电平转换电路DPZH与刹车制动传感器ZD电连接；所述电平转换电路DPZH就是把高电平信号12V转换成低电平信号3.3V的信号。还有微处理器设定巡航调速的自动锁止电路SZ及指示灯。所述微处理器的脉宽调制PWM端经电机驱动电路与调节电机电连接；调节电机可以采用直流有刷电机、直流无刷电机、步进电机；

所述微处理器的第一数据接收传输端经K线接口与显示档位、车速、故障的仪表盘YBP电连接；第二数据接收传输端经K线接口与故障诊断调试接口ZDTS装置连接；

所述微处理器的数据接收传输端经总线接口CAN、双绞线与监测发动机工作状况的发动机主控板ECU电连接，或与监测动力电机工作状况的主控板电连接；

其中，电机驱动电路为直流有刷电机驱动电路，或直流无刷电机驱动电路、步进电机驱动电路；

直流有刷电机驱动电路由有刷直流电机驱动芯片DJQDXP与两组驱动管连接构成，每组驱动管由两个驱动管串联连接，每组串联连接的两个驱动管节点与二线的直流有刷电机相连；有刷电机驱动芯片为：全桥MOSFET驱动芯片A4940；其中驱动管为：MOSFET驱动管。

直流无刷电机驱动电路由无刷直流电机驱动芯片DJQDXP与三组驱动管连接构成，每组驱动管由两个驱动管串联连接，每组串联连接的两个驱动管节点与三线的直流无刷电机相连；无刷直流电机驱动芯片为：IR2110；其中，驱动管为：MOSFET驱动管。

步进电机驱动电路为步进电机驱动芯片DJQDXP，步进电机驱动芯片DJQDXP输出端与步进电机相连；步进电机驱动芯片为：BY5064。

动力车电控无级变速方法，通过电动调速驱动装置控制的螺旋推力装置，改变主动轮传输机构的主动轮与从动轮传输机构的从动轮的传动带工作半径，调节主动轴与从动轴的速比变化，其步骤如下：

1）、通电时，电动调速驱动装置通电，变速箱控制器发出指令，控制调节主动轴与从动轴速比变化的调节电机，处于静止的待机工作状态；

2）、传递扭矩，当动力装置1带动主动轮传输机构的主动轮转动，同时，变速箱控制器通过监测主动轮开合的位置传感器10与监测主动轴转速的主动轴转速传感器16、监测从动轮转速的从动轴转速传感器15的电信号，及监测发动机油门传感器或动力电机电门传感器的电信号，判断发出指令；

3）、当判断增速时，减小速比，变速箱控制器发出指令，调节电机2正向转动，通过减速齿轮组4驱动调速齿轮8的内螺纹沿螺旋推力座9的外螺纹转动，使调速齿轮8通过角接触球轴承连接的主动轮活动锥盘7沿套置在主动轴的主动轮固定锥盘5方向作轴向渐渐移动；缩小主动轮活动锥盘7与主动轮固定锥盘5间截面形成“V”型槽的间距，对橡胶传动带夹紧；随着橡胶传动带6的转动，渐渐增大了主动轮上橡胶传动带6的工作半径；

同时，橡胶传动带6拉紧，迫使从动轴上从动轮的从动轮活动锥盘12克服弹簧力，作与从动轮固定锥盘11相离的轴向运动；增大了从动轮固定锥盘11与从动轮活动锥盘12间截面形成“V”型槽的间距；从而实现从动活动锥盘12与从动固定锥盘11张开，减小从动轮上橡胶传动带6的工作半径，从而达到减小主动轴与从动轴的速比，增速；

同时，从动轮活动锥盘12轴套上均布的等腰三角形孔的斜边通过驱动销（13）直接驱动从动轴，从动轴上的从动齿轮通过主减速齿轮（14）对外输出扭矩力；

4）、当判断减速时，增大速比，变速箱控制器发出指令，调节电机2反向转动，通过减速齿轮组4驱动调速齿轮8的内螺纹沿螺旋推力座9的外螺纹转动，使调速齿轮8通过角接触球轴承带动主动轮活动锥盘7沿轴向渐渐离开主动固定锥盘5，传动带6向主动轮轴芯移动，减小主动轮上橡胶传动带6的工作半径；

同时，橡胶传动带6放松，从动轴上从动轮活动锥盘12受弹簧轴向力作用，迫使橡胶传动带6向从动轮边缘部移动，从而实现从动轮活动锥盘12与从动轮固定锥盘11合拢，增大从动轮上橡胶传动带6的工作半径，从而达到增大主动轴与从动轴的速比，减速；

适用于动力装置为发动机时，从动轮活动锥盘12轴套上对称的两个传输扭力的螺旋槽，通过驱动销13直接将扭矩力传递到从动轴上，从动轴上的从动齿轮通过主减速齿轮14对外输出扭矩力；

适用于动力装置为动力电机时，从动轮活动锥盘12轴套上均布的等腰三角形孔的斜面通过驱动销13直接将扭矩力传递到从动轴上，从动轴上的从动齿轮通过主减速齿轮14对外输出扭矩力；

其中，动力装置1为动力电机时，从动轮上的从动活动锥盘12的轴套上采用对称的等腰三角形孔，当动力电机正向转动时，等腰三角形一边的斜面对驱动销13作用实现前行，当动力电机反转时，等腰三角形另一边的斜面对驱动销13作用，实现倒行；

其中，动力装置1为发动机时从动轮上的从动活动锥盘12的轴套上采用对称的螺旋槽，前行时，通过对称的螺旋槽一边的斜面对从动轴上的驱动销13作用实现，倒行时，通过从动轴上的倒行机构实现。

所述调节主动轴与从动轴的速比变化，工作状态如下：

1）上坡时，变速箱控制器通过监测主动轴转速的主动轴转速传感器16、监测从动轴转速的从动轴转速传感器15，经变速箱控制器的微处理器CPU计算出的速比与储存的上坡速比相比，或通过发动机油门传感器开合度的电信号，或通过动力电机电门传感器开合度的电信号，微处理器进行判断；

微处理器发出指令，判断增大速比，调节电机2反向转动，通过螺旋推力装置使主动轮活动锥盘7沿套置在主动轴的主动轮固定锥盘5背向作轴向渐渐移动；减小了主动轮上橡胶传动带6的工作半径；

同时，从动轮上的从动轮固定锥盘11与从动轮活动锥盘12间的橡胶传动带6靠弹簧的弹力保持夹紧，随着橡胶传动带6带动从动轮的转动，增大了从动轮上橡胶传动带6的工作半径，增大主动轴与从动轴的速比，辅助减速，增大扭矩；或通过手动控制使变速箱控制器直接增大速比，辅助减速，增大扭矩；

2）平路时，变速箱控制器通过监测主动轴转速的主动轴转速传感器16、监测从动轴转速的从动轴转速传感器15，经变速箱控制器的微处理器CPU计算出的速比与储存的平路速比相比，或通过发动机油门传感器开合度的电信号，或通过动力电机电门传感器开合度的电信号，微处理器进行判断；

微处理器判断动力装置1增速时，发出指令，判断减小速比，调节电机2正向转动，通过螺旋推力装置使主动轮活动锥盘7沿套置在主动轴的主动轮固定锥盘5方向作轴向渐渐移动；增大主动轮上橡胶传动带6的工作半径；

同时，从动轮上的从动轮固定锥盘11与从动轮活动锥盘12间的橡胶传动带6靠弹簧的弹力保持夹紧，随着橡胶传动带6带动从动轮的转动，减小从动轮上橡胶传动带6的工作半径，减小主动轴与从动轴的速比，辅助加速；

当微处理器判断油门传感器的开合度的电信号减小时，主动轴与从动轴的速比保持不变；当微处理器采集刹车的电信号时，微处理器发出指令，通过螺旋推力装置减小主动轮上橡胶传动带6的工作直径，增大从动轮上橡胶传动带6的工作直径，辅助刹车；

3）下坡时，变速箱控制器通过监测主动轴转速的主动轮转速传感器16、监测从动轴转速的从动轴转速传感器15，经变速控制器的微处理器计算出的速比，与储存的下坡速比，及发动机油门传感器开合度的电信号或动力电机电门传感器开合度的电信号相比，微处理器判断为下坡速比，发出指令调节电机2静止，主动轴与从动轴的速比保持不变；当微处理器采集到刹车的电信号时，微处理器发出指令，通过螺旋推力装置减小主动轮上橡胶传动带6的工作半径，增大从动轮上橡胶传动带6的工作半径辅助刹车。

Claims (2)

1.一种无级变速箱电调节主动轮变径的滚珠丝杠机构，其特征是：包括：活动的调速齿轮（8）、固定的螺旋推力座（9）和滚珠（19），活动的调速齿轮（8）轴孔内一端设置的通过滚珠（19）与固定的螺旋推力座（9）的外螺纹配合连接，螺旋推力座（9）轴孔通过轴承套置在主动轴上，螺旋推力座（9）固定端的外圈设置在箱体的轴孔内；

螺旋推力座（9）与主动轴轴向定位，螺旋推力座（9）上设置有限制螺旋推力座（9）转动的定位槽，定位槽与箱体轴孔的定位螺钉对应；调速齿轮（8）轴孔内另一端设置有角接触球轴承（8.3），角接触球轴承（8.3）与套置在主动轴上平键连接的主动轮活动锥盘（7）固定连接。

2.如权利要求1所述的一种无级变速箱电调节主动轮变径的滚珠丝杠机构，其特征是：调速齿轮（8）包括有盘式外齿轮（8.2）、调速齿轮轴，调速齿轮轴孔内一端设置有内螺纹（8.1），内螺纹（8.1）设置有放置与螺旋推力座（9）配合连的若干接滚珠（19）的滚珠穴；调速齿轮轴孔内另一端设置有固定角接触球轴承（8.3）的轴承座。