CN204164290U - 径向滚柱螺旋的变速传动 - Google Patents

Abstract

一种具有径向滚柱螺旋的变速传动，采用转盘(3)、牙盘(15)、滑块(4)及滚柱(5)套合转动，当离合器将差动齿轮结合时转盘(3)与牙盘(15)作相对转动，滑块(4)带动小心轴(6)及行星轮(24)作径向位移，输出转速逐渐升降，达到无级变速传动。花键轴(28)连接多对主动轮(27)，各自传动几只行星轮(24)；外压圈(30)与外碟簧(23)固连安装于轴向浮动的套圈里，组成单列传动；多个行星轮(24)动配于小心轴(6)并联为多列均布梁式笼形回转体。内外双向碟簧压紧行星轮(24)其接触传力与转矩增减成正比自行调整一致。离合器(9)、拨杆(29)左右同步等量，小心轴(6)平行位移。各列的行星轮(24)分担了载荷，接触应力降低滑差率减小。大功率、高效率无级变速应用于汽车和数控机床传动效益显著。

Description

径向滚柱螺旋的变速传动

技术领域

一种径向滚柱螺旋的变速传动，具有径向螺旋线牙槽的牙盘与有径向滑移槽的转盘相套合而转动，滑块安装在转盘滑槽里并由滚柱伸进牙盘的径向螺旋线牙槽中滚动连接。当牙盘与转盘发生相对转动时，牙盘上的螺旋线牙槽升角迫使滚柱和滑块在转盘的滑槽里上下位移。由于一组行星轮以轴孔动配于小心轴上，小心轴端部联接于滑块孔中而随着作径向位移，从而实现变速传动。

输入花键轴上联动着多对主动轮，并有碟簧组合相互压紧着，使每对主动轮夹紧了各单列的几只行星轮。在圆周外围也有一对外压圈受碟簧弹力而夹紧在这几只行星轮的径向外侧半径上，构成单列行星传动。同样，相同尺寸及结构的单列组件联动在输入轴上分担了载荷又并联为多列行星传动，然后汇合成多行星轮多点传力实现大功率变速传动。

径向滚柱螺旋副在转动中自传操控各个行星轮的同步、等量、一致性径向位移，达到无级变速传动，调速轻松省力，运转稳定可靠。

背景技术

无级变速运动应用广泛但仍有多项技术性能需要突破，尤其是机床和汽车的减变速要求有大功率、高效率、高转速和稳定可靠性，当这些难题解决了就会获得巨大的效益：

(1)汽车变速以“无级”其匹配性最佳，动力经济性显著提高，换挡无冲击，行驶更舒畅。

(2)数控机床采用机械类无级变速传动，装机容量比变频器调速可降低1/3～1/2，节能效果明显。

但是当前机械类变速器其缺陷是：

(1)功率小，由于摩擦传动副的承载力受限于机件的接触应力许用强度和热功率载荷，并与行星轮的数目多少相关。

(2)效率低，摩擦传动依靠压紧力形成摩擦力，通常产品其加压特性与转矩对压紧力所需成矛盾，发热温升高，磨损快，效率低，寿命短。

(3)高转速受到限制，由于行星轮作圆周运行产生的离心力与转速成正比，并且离心力对碟簧的压紧力形成附加作用，高转速时因双重加压，阻力矩过高，效率降低。

(4)输出转速波动较大，影响切削加工及精度。

上述缺陷已成历史性难题，只有结构创新才能克服，为此本发明提供一种径向滚柱螺旋及其变速传动，解决了集大功率、高效率、高转速、低温升、低滑差率、高寿命，以及提高功率体积比的首创结构。将机械类无级变速传动取代其他传动产品获得更大的效益和技术性能的突破。

发明内容

一种具有径向滚柱螺旋的变速传动，在具有径向螺旋线牙槽的牙盘(15)和具有径向滑移槽的转盘(3)结合成为输出机构。牙盘上制成的径向螺旋线牙槽与滚柱作相对转动时产生了径向位移。因为滚柱与滑块联接，滑块又联接着小心轴和行星轮，这些联接件在转盘的径向滑移槽里作上下位移，将众多行星轮的圆周分布圆半径逐渐增减变动，输出转速升降成为无级传动。

滑块有内孔与滚柱的内端联接，而滚柱的外端伸进牙盘上的径向螺旋线牙槽中，并且滑块又安装于转盘的径向滑移槽里。由于牙盘上制成径向螺旋线牙槽的升角较小，于滑块上所联接的滚柱作位移时轻松省力。能够将多件行星轮随同小心轴及滑块作径向移动，实现多点 传力汇成大功率无级变速传动。克服了通常产品由轴向强力挤压行星轮才能产生径向移动的缺陷，降低发热温升，增长使用寿命。

牙盘平面上制成径向螺旋线牙槽，并与具有径向滑槽的转盘套合传动，滑块上滚柱外端进入牙盘的径向螺旋线牙槽中并且在转盘上的径向滑移槽里移动和转动，构成输出机构。上述的滑块与联接的小心轴和行星轮作圆周转动同时作径向上下移动时逐渐增减了工作半径后，达到输出转速和转矩变动，实现了无级变速传动。

当牙盘与转盘相对转动时，上述的螺旋传动副使滑块及其联接的小心轴和行星轮作转动的同时产生上下升降而调速。

牙盘与转盘配合联接，同速或者相对转速输出转矩，牙盘上固连二个齿轮(齿数一多一少)，而转盘上固连一个齿轮(齿数居中)，这三个齿轮啮合着传动轴上对应的三个齿轮，其中牙盘固连的二个齿轮对应的传动轴上齿轮为动配合，并有离合器齿槽与中间离合器结合或者脱离，结合时将转盘转速通过差动齿轮传动比大小不同而使牙盘的转速较快或者较慢于转盘，这时径向螺旋传动副将滑块在转盘滑移槽里上升或者下降，输出转速和转矩随即变动调整，离合器脱离后，输出转速维持不变。

小心轴上配合着多件行星轮，小心轴二端部联接在滑块的轴承中，并且左右各机件由相同尺寸及离合器齿槽方位对称一致，并由一条离合器拨杆同步操纵左右二端各传动机构，使左右滑块将小心轴作同步、等量、平行上升下降，各行星轮的中心同在一个圆周分布圆上运行，输出转速稳定，有利于机床的切削加工，精度得到提高。

采用每对主动轮由互相联动的组合碟簧连接与压紧着，并且以相同压紧力夹紧了单列中几只行星轮。而外压圈联接于外碟簧上组成一体，并安装在能作轴向滑移的浮动套圈中，所以外压圈按主动轮的轴向工位自行调整均载运行。

每一单列行星传动分担较轻的载荷，所以减小了滑差率。

多个单列行星传动构成多列行星传动，每条小心轴上动配着各单列对应的多件行星轮，成为均布梁式笼形回转体。

各个小心轴及滑块均布在径向螺旋线牙槽上相啮合联接，转动半径尺寸相等，共同推动转盘获得大功率传动。

采用多列多行星轮实现多点传力，各个行星轮上只传递较轻载荷，减小滑动率，减小磨损发热，提高效率和寿命，同时以多列结构汇集为大功率传动。单列的行星轮采用3～4件，所以行星轮外径尺寸较大，传力均布，机体外形尺寸缩小而紧凑。

采用内外双向碟簧加压，传动件接触传力点的压紧力始终与转矩的增减变化时对压紧力所需自行增减调整。行星轮上内外二个压紧力大小与行星轮传力工作半径长短却成反比例，就是高转速时主动轮夹紧行星轮在中心小半径上，碟簧压紧力要大；而外压圈夹紧在行星轮的边缘大半径上，碟簧压紧力要小；低转速时则相反。上述加压特性只有内外双向碟簧加压装置才能实现。

行星轮要作径向位移，通常由轴向力挤压行星轮才得到径向移动，再由碟簧力复位或退回，所以移动与碟簧压紧力及离心力相关密切，并且离心力会产生有害影响。而采用径向螺旋传动将行星轮由滑块及小心轴所带动得到，所以离心力对内外碟簧压紧力不受影响，高转速不受限制。以往行星轮依靠轴向挤压而推动非常费力，磨损发热严重，尤其难以操纵大功率传动。采用径向滚柱螺旋传动，滑块升降时滚柱滚动位移轻松省力，由于螺旋升角小而增力系数大，并且差动传动和输出机构自传操纵，因而调速轻松省力，节能明显。

采用主动轮和外压圈轴向浮动结构，自行轴向位移调整，达到各列行星轮的中心截面垂直于主轴作回转以及各单列的平行运行。

每一单列行星传动相当于一台单级变速器，而多列并联传动将功率相加相乘，效率却与单列相等。并且机体外形径向尺寸较小，对于汽车变速或机床变速传动更符合需求，尤其是 汽车变速器输入高转速，由于行星轮厚度薄而轻，回转半径较小，离心力也小，而且离心力对碟簧压紧力已经克服了有害的影响，所以高转速运行不受限制。

技术特征

(1)采用具有径向螺旋线牙槽的牙盘与具有径向滑移槽的转盘相套合转动，并有滑块及其滚柱分别联接了径向滑移槽和径向螺旋线牙槽，当转盘相对于牙盘转动时，牙盘上的径向螺旋线牙槽与滑块上的滚柱因相啮合而产生径向位移，并将相联接的小心轴及其行星轮随同滑块作位移，行星轮的工作半径逐渐增减，输出转速和转矩无级升降。

(2)采用转盘和牙盘各有齿轮并与传动轴上三只齿轮啮合传动，由于存在齿数差，并有中间离合器将传动轴上动配的大小齿轮与牙盘与转盘作相对转动，螺旋线牙槽的升角迫使滚柱连同滑块等机件产生径向位移，达到调速控制。

(3)小心轴二端部联接于滑块孔中，由于左右各机件结构对称尺寸相同，位移升降同步等量，达到小心轴及各个行星轮在同一圆周半径上运行，转速稳定。

(4)采用内外双向碟簧加压装置，内碟簧多片组合压紧主动轮及单列中的几只行星轮，并且各对主动轮互相压紧着，而每一单列的外压圈与外碟簧联接在套圈中轴向浮动，内外碟簧压紧行星轮并与转矩对压紧力的所需大小自行增减调整。

(5)行星轮以内孔动配于小心轴，而小心轴的升降位移控制在径向螺旋传动机构中，所以行星轮的离心力不会造成碟簧加压特性的影响，高转速输入不受限制。

(6)由几套单列行星传动并联在同一输入轴上，分散传递了总功率，然后各小心轴又连接到同一转盘成为大功率传动，数目众多的行星轮各个载荷轻、接触应力小、发热温升低、效率和寿命提高而滑动率减小，还有单列行星轮数目选用3～4件，径向尺寸更紧凑，功率体积比得到提高。

附图说明

图1是径向滚柱螺旋及其变速传动的结构总图

图2是径向滚柱螺旋及其变速传动的转盘、牙盘、滑块与滚柱的联接以及差动齿轮、传动轴和离合器的结构

图3是径向滚柱螺旋及其变速传动的主动轮、行星轮、外压圈及组合套圈的结构。

图1中：1.机座，2.端盖，3.转盘，4.滑块，5.滚柱，6.小心轴，7.第五齿轮(7)，8.第六齿轮(8)，9.中间离合器，10.传动轴，11.第四齿轮(11)，12.第七齿轮(12)，13.连动轴，14.输出端盖，15.牙盘，16.输出小齿轮，17.输出大齿轮，18.第一齿轮(18)，19.第二齿轮(19)，20.第三齿轮(20)，21.调整垫圈，22.轴向浮动套圈，23.外压圈与外碟簧，24.行星轮，25.孔用挡圈，26.内碟簧，27.主动轮，28.输入花键轴，29.拔杆

图2中：3.转盘，4.滑块，5.滚柱，6.小心轴，7.第五齿轮(7)，8.第六齿轮(8)，9.中间离合器，10.传动轴，11.第四齿轮(11)，15.牙盘，18.第一齿轮(18)，19.第二齿轮(19)，20，第三齿轮(20)，29.拔杆

图3中：1.机座，6.小心轴，22.轴向浮动套圈，23.外碟簧，24.行星轮，25.孔用挡圈，26.内碟簧，27.主动轮，28.输入花键轴，29.拔杆，30.外压圈

具体实施方式

依据附图详细说明实施本发明的最佳方式，在输入花键轴(28)联接着几对主动轮(27)，外侧有内碟簧(26)夹紧了行星轮(24)，外碟簧(23)与外压圈(30)也压紧着行星轮(24)的径向外围，当输入花键轴(28)传动主动轮(27)及行星轮(24)，由于外压圈(30)受外碟簧(23)的变形弹力所夹紧着，产生了行星轮(24)的公自转，各行星轮(24)推动小心轴(6)、滑块(4)转盘(3)及牙盘(15)输出转矩。

操控拔杆(29)和中间离合器(9)与带齿槽的第五齿轮(7)或者第六齿轮(8)相结合后，通过对应的牙盘第二齿轮(19)或者牙盘第三齿轮(20)的传动，因为相关齿轮的齿 数多少不同，牙盘(15)与转盘(3)发生相对转动。由于转盘(3)上的第一齿轮(18)对与牙盘(15)上的第二齿轮(19)或者第三齿轮(20)对传动比大小不同而产生相对转动，所以发生牙盘(15)较快或较慢于转盘(3)的转动，形成转盘(3)上的滑块(4)及其滚柱(5)与牙盘(15)的螺旋线牙槽工作面作滚动升降移动，并且带动滑块(4)、小心轴(6)、行星轮(24)同步作径向位移，从而使行星轮(24)与主动轮(27)及外压圈(30)的接触传力点变动即行星轮(24)的工作半径变动，输出转速上升或者下降。由于上述移动是逐渐进行，所以是无级变速传动。

大功率传动需要多点传力所以采用多列行星传动，为此将小心轴(6)二端支承传力成为左右同时传动，左右径向螺旋副及其差动齿轮对称而齿数对应相同，只是螺旋线一左一右，升降一致。由于中间离合器(9)的齿槽轴向方位完全一致性，所以离合同步等值，达到小心轴(6)平行升降，确保所有行星轮(24)始终垂直于小心轴(6)运行更加平稳效率高。

图3中：说明主动轮(27)两侧有多片碟簧压紧，而外压圈(30)二外侧仅有一片外碟簧，所以从高速至低速的变速范围压紧力变动符合恒功率传动的加压特性。

每个行星轮(24)的外围有独立的外压圈(30)压紧着，并且轴向浮动套圈(22)与机座(1)滑动配合，自行轴向位移，达到压紧力均载，运行稳定效率高。

本发明的主要结构是：

1.多件行星轮(24)滑套在小心轴(6)上，构成多列行星传动。

2.小心轴(6)二端支承在左右滑块(4)上及其径向螺旋副调速机构。由于左右中间离合器和齿轮齿槽轴向方位完全对称一致，调速升降同步等值，确保小心轴(6)始终平行升降。

3.转盘(3)上第一齿轮(18)与传动轴(10)上第四齿轮(11)的传动比对应于牙盘(15)上第二齿轮(19)或者第三齿轮(20)与传动轴(10)上第五齿轮(7)或者第六齿轮(8)的传动比一大一小，即传动比分别大于或者小于转盘(3)那对的传动比。这样拨杆将中间离合器分别结合时，牙盘(15)产生快于或慢于转盘(3)的转动，迫使滑块(4)及联接的滚柱(5)与牙盘(15)的螺旋线工作面作升降位移，同时带动小心轴(6)及行星轮(24)作径向上升或下降位移，从而改变了工作半径的大小变动而调速。

4.采用不同的差动齿数差值，就能实现快速或慢速升降速调速，适合汽车无级变速传动，得到快速减速停车或慢速起步得到大扭矩传动。

5.输出机构自行传力进行调速操控以及差动调速，轻松省力，具有节能优势。

6.行星轮(24)的圆周运行势必产生的离心力被转移到小心轴(6)及滑块(4)上，不再造成对碟簧压紧力的影响，高转速输入不受限制。

7.行星轮(24)的径向内外受到主动轮(27)和外压圈(23)的分别压紧着，并且是内外二个碟簧产生的压紧力大小变动符合作恒功率传动所需大小的增减变动。

所以本发明采用了内外双向碟簧加压装置能够大幅度提高承载力和效率，而且碟簧的压紧力自行增压调整。

Claims (4)

1.一种具有径向滚柱螺旋的变速传动，具有径向螺旋线牙槽的牙盘(15)和具有径向滑移槽的转盘(3)结合成为输出机构，滑块(4)有内孔与滚柱(5)的内端相联接，所述滚柱(5)的外端伸进所述牙盘(15)上的径向螺旋线牙槽中，并且所述滑块(4)又安装于所述转盘(3)的径向滑移槽里；当所述牙盘(15)与所述转盘(3)作相对转动时，由于所述滑块(4)安装于所述转盘(3)的径向滑移槽里，又通过所述滚柱(5)外端与所述牙盘(15)上的径向螺旋线牙槽相联接，所以产生了径向位移；并且所述滑块(4)上装有小心轴(6)和行星轮(24)，径向位移时均逐渐增减了工作半径，达到输出转速和转矩变动，实行了无级变速传动。

2.根据权利要求1所述的具有径向滚柱螺旋的变速传动，其特征是所述转盘(3)上固连着第一齿轮(18)，所述牙盘(15)上固连着第二齿轮(19)和第三齿轮(20)，上述各齿轮分别啮合着传动轴(10)上固连的第四齿轮(11)和配合的离合件第五齿轮(7)和第六齿轮(8)；当拔杆(29)将中间离合器(9)结合在第五齿轮(7)或者第六齿轮(8)时，所述牙盘(15)与所述转盘(3)产生相对转动，形成所述滑块(4)的径向位移。

3.根据权利要求1所述的具有径向滚柱螺旋的变速传动，其特征是输入花键轴(28)上联接着多对主动轮(27)，有碟簧组(26)相互压紧，然后再压紧所述行星轮(24)，并且外压圈(30)与外碟簧(23)连接，安装在轴向浮动套圈(22)中，所述行星轮(24)以内孔配合在所述小心轴(6)上，所述小心轴(6)的内端部配合在所述滑块(4)上，所以所述滑块(4)、所述小心轴(6)及配合的所述行星轮(24)联接着转动输出转速和转矩。

4.根据权利要求1所述的具有径向滚柱螺旋的变速传动，其特征是所述转盘(3)、所述牙盘(15)、所述滑块(4)、所述滚柱(5)及其各差动齿轮副左右机件尺寸相同、转速相等、位移等量、离合器齿槽方位左右对称一致，达到所述小心轴(6)和各个所述行星轮(24)升降同步等距，并由同一条操纵杆(13)控制。