CN205226270U - 一种摩擦球功率分流无级变速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种摩擦球功率分流无级变速器，其主要包括固定于输入轴上的前锥齿轮和前齿轮；前锥齿轮与后锥齿轮啮合，摩擦球输入轴分别连接后锥齿轮和主动摩擦盘，太阳轮轴穿过空心轴分别连接太阳轮和从动摩擦盘，形成功率分支一；前齿轮通过惰轮与后齿轮啮合，后齿轮通过空心轴与齿圈连接，形成分支二；行星轮固定于行星架上并分别与齿圈和太阳轮啮合，输出轴与行星架连接；主动摩擦盘、主动摩擦盘辅盘、从动摩擦盘辅盘、从动摩擦盘、控制摩擦盘、控制摩擦盘辅盘分别固定于摩擦球的上、下、左、右、前、后表面。本实用新型结构简单、布局合理；仅部分功率经由承载能力有限的摩擦球调速单元传递；可通过联动轴的转动实现变速器的无级变速。

Description

一种摩擦球功率分流无级变速器

技术领域

本实用新型涉及无级变速器领域，具体是指一种摩擦球功率分流无级变速器。

背景技术

目前，无级变速器主要应用于车辆传动领域，如金属带无级变速器，液压机械无级变速器等，这些变速器大多结构复杂、成本较高，难以应用于小功率传动场合，如小型加工中心、移动机器人等。

为此，Kim等人创造性地提出了一种面向小功率应用的摩擦球无级变速器(KimJ,ParkFC,ParkY.Designandanalysisofasphericalcontinuouslyvariabletransmission[J].JournalofMechanicalDesign,2002,124(1):21-29.)，该变速器通过改变摩擦球的旋转轴线实现其传动比的改变，结构简单、操作方便，但因其主要依靠球面的单点摩擦传递功率，在运行中容易打滑，传动效率不高，承载能力较为有限，从而限制了其应用范围。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本实用新型基于功率分流的原理，将摩擦球无级变速器作为差动行星齿轮功率分流系统中的调速单元，从而设计出一种承载能力相对较高且主要应用于小功率传动场合的新型无级变速器，同时具有结构简单、成本低廉、操作方便的特点。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种摩擦球功率分流无级变速器，包括输入轴，输入轴上依次固定有前锥齿轮和前齿轮；与前锥齿轮啮合设有后锥齿轮，后锥齿轮的输出轴为摩擦球输入轴，摩擦球输入轴的端部固定主动摩擦盘；

与上述的前齿轮配合啮合有惰轮，与惰轮啮合有后齿轮，后齿轮通过空心轴与行星齿轮的齿圈连接，行星轮固定于行星架上并分别与齿圈和太阳轮啮合，输出轴与行星架连接；太阳轮固定在太阳轮轴上，太阳轮轴穿过上述空心轴连接有从动摩擦盘；

还包括有摩擦球调速单元，所述的摩擦球调速单元包括一个摩擦球，上述的主动摩擦盘、从动摩擦盘分别与摩擦球摩擦接触；

与摩擦球摩擦接触还设有控制摩擦盘；

主动摩擦盘、从动摩擦盘、控制摩擦盘的轴线均以一定距离偏离摩擦球的球心；

还包括有控制摩擦盘辅盘，所述的控制摩擦盘辅盘与上述控制摩擦盘共轴，且控制摩擦盘辅盘与控制摩擦盘的轴线在联动机构作用下可绕摩擦球球心同步转动，改变控制摩擦盘辅盘与控制摩擦盘的轴线绕摩擦球球心的转角可改变摩擦球旋转轴线方向，同步改变太阳轮轴转速，可实现输出轴的无级变速。

优选的，控制摩擦盘辅盘与控制摩擦盘联动方式如下：控制摩擦盘固定在异形轴Ⅰ上且可绕异形轴I自由旋转，控制摩擦盘辅盘固定在异形轴Ⅱ上且可绕异形轴II自由旋转，与异形轴Ⅰ、异形轴Ⅱ上分别固定有控制盘前齿轮Ⅰ和控制盘前齿轮Ⅱ，与控制盘前齿轮Ⅰ和控制盘前齿轮Ⅱ分别啮合有控制盘后齿轮Ⅰ和控制盘后齿轮Ⅱ，控制盘后齿轮Ⅰ和控制盘后齿轮Ⅱ共轴且穿设有联动轴。

优选的，还包括有主动摩擦盘辅盘，主动摩擦盘辅盘位于主动摩擦盘的对侧，两者共轴。

优选的，还包括有从动摩擦盘辅盘，从动摩擦盘辅盘位于从动摩擦盘的对侧，两者共轴。

优选的，摩擦球上、下两侧表面分别设有同轴的主动摩擦盘与主动摩擦盘辅盘；摩擦球左、右两侧表面分别设有同轴的从动摩擦盘辅盘与从动摩擦盘；摩擦球前、后两侧表面分别设有同轴的控制摩擦盘与控制摩擦盘辅盘；主动摩擦盘、主动摩擦盘辅盘、从动摩擦盘、从动摩擦盘辅盘、控制摩擦盘、控制摩擦盘辅盘的轴线均以一定距离偏离摩擦球的球心。

本实用新型所述变速器基于功率分流原理实现无级变速功能，本实用新型采用摩擦球作为调速单元。

摩擦球上、下两侧表面分别设有同轴的主动摩擦盘与主动摩擦盘辅盘；摩擦球左、右两侧表面分别设有同轴的从动摩擦盘辅盘与从动摩擦盘；摩擦球前、后两侧表面分别设有同轴的控制摩擦盘与控制摩擦盘辅盘。

主动摩擦盘、主动摩擦盘辅盘、从动摩擦盘、从动摩擦盘辅盘、控制摩擦盘、控制摩擦盘辅盘的轴线均以一定距离偏离摩擦球的球心。

控制摩擦盘辅盘除了控制功能外，另一个存在的必要性在于承载摩擦球，从而限制摩擦球的平移自由度；同时，既然控制摩擦盘辅盘必须存在，那么，它的轴线绕摩擦球球心的转动就必须和控制摩擦盘同步，否则控制摩擦盘与控制摩擦盘辅盘无法在变速器调速过程中保持共轴，从而导致滑摩和不确定性运动。

而主动摩擦盘辅盘、从动摩擦盘辅盘的作用仅仅是承载摩擦球，从而限制摩擦球的平移自由度。

动力经输入轴输入本实用新型的变速器后，其功率分成两部分进行传递：

一部分功率经由“定比支路”(即“输入轴→前齿轮→惰轮→后齿轮→空心轴→齿圈”)进入行星齿轮的齿圈；

另一部分功率经由“调速支路”(即“输入轴→前锥齿轮→后锥齿轮→摩擦球输入轴→主动摩擦盘→摩擦球→从动摩擦盘→太阳轮轴→太阳轮”)进入行星齿轮的太阳轮。

上述的两路功率于行星齿轮处进行汇合并经由行星架输出至输出轴。

由于“定比支路”传动比固定，因此在不改变摩擦球调速单元摩擦球旋转轴线的情况下，变速器一直维持定比输出；而通过控制摩擦盘以及控制摩擦盘辅盘改变摩擦球调速单元中摩擦球的旋转轴线，可实现“调速支路”主动摩擦盘与从动摩擦盘之间传动比的连续改变，进而实现整个变速器传动比的连续改变，即实现变速器的无级变速。

本实用新型可取得如下有益效果：

1、本实用新型采用摩擦球作为调速单元，摩擦球调速单元的传动比范围仅取决于主动摩擦盘与从动摩擦盘的实际动力半径之比，与摩擦球直径无关，故摩擦球可设计的足够小，空间利用率高；

2、现有的摩擦球无级变速器容易打滑、承载能力不高，而本实用新型通过功率分流，仅部分功率经由承载能力不高的摩擦球调速单元进行传递，从而提高整个变速器的承载能力；

3、调速方式更加新颖，通过转动联动轴调节摩擦球调速单元中摩擦球旋转轴线的空间位置，可实现整个变速器的无级变速。

附图说明

附图1所示为摩擦球功率分流无级变速器传动系统图；

附图2所示为摩擦球调速单元的控制机构示意图；

附图3所示为摩擦球调速单元的三维示意图；

附图4所示为摩擦球调速单元的零速输出示意图；

附图5所示为摩擦球调速单元的正向输出示意图；

附图6所示为摩擦球调速单元的反向输出示意图；

图中标号名称：1、输入轴；2、前锥齿轮；3、前齿轮；4、惰轮；5、齿圈；6、行星轮；7、行星架；8、输出轴；9、太阳轮；10、空心轴；11、后齿轮；12、太阳轮轴；13、摩擦球；14、主动摩擦盘辅盘；15、控制摩擦盘；16、控制盘后齿轮I；17、从动摩擦盘辅盘；18、控制盘前齿轮I；19、后锥齿轮；20、摩擦球输入轴；21、主动摩擦盘；22、从动摩擦盘；23、异形轴I；24、联动轴；25、控制盘后齿轮II；26、控制盘前齿轮II；27、异形轴II；28、控制摩擦盘辅盘；29、异形轴旋转轴线；30、控制摩擦盘旋转轴线；31、摩擦球旋转轴线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1至图6所示，一种摩擦球功率分流无级变速器，它包括输入轴1；前锥齿轮2；前齿轮3；惰轮4；齿圈5；行星轮6；行星架7；输出轴8；太阳轮9；空心轴10；后齿轮11；太阳轮轴12；摩擦球13；主动摩擦盘辅盘14；控制摩擦盘15；控制盘后齿轮I16；从动摩擦盘辅盘17；控制盘前齿轮I18；后锥齿轮19；摩擦球输入轴20；主动摩擦盘21；从动摩擦盘22；异形轴I23；联动轴24；控制盘后齿轮II25；控制盘前齿轮II26；异形轴II27；控制摩擦盘辅盘28。

输入轴1上依次布置前锥齿轮2和前齿轮3，输入轴1带动前锥齿轮2和前齿轮3转动；功率通过两路分支传递。

分支一：前锥齿轮2与后锥齿轮19啮合，后锥齿轮19通过摩擦球输入轴20与摩擦球调速单元的主动摩擦盘21连接，太阳轮轴12与空心轴10共轴并穿过空心轴10分别连接太阳轮9和从动摩擦盘22；

分支二：前齿轮3通过惰轮4与后齿轮11啮合，后齿轮11通过空心轴10与齿圈5啮合。

齿圈5通过行星轮6与太阳轮9啮合，输出轴8通过行星架7与行星轮6连接。

上述的主动摩擦盘21、主动摩擦盘辅盘14、从动摩擦盘辅盘17、从动摩擦盘22、控制摩擦盘15、控制摩擦盘辅盘28分别固定与摩擦球13摩擦接触且主动摩擦盘21、主动摩擦盘辅盘14、从动摩擦盘辅盘17、从动摩擦盘22、控制摩擦盘15、控制摩擦盘辅盘28分别固定在摩擦球的上、下、左、右、前、后表面。

主动摩擦盘21与主动摩擦盘辅盘14共轴；从动摩擦盘辅盘17与从动摩擦盘22共轴；控制摩擦盘15与控制摩擦盘辅盘28共轴，主动摩擦盘21、主动摩擦盘辅盘14、从动摩擦盘22、从动摩擦盘辅盘17、控制摩擦盘15、控制摩擦盘辅盘28的轴线均以一定距离偏离摩擦球13的球心。

控制摩擦盘15与控制摩擦盘辅盘28联动，联动方式如下：异形轴I23分别连接控制摩擦盘15与控制盘前齿轮I18，控制摩擦盘15可绕异形轴I23自由旋转；异形轴II27分别连接控制摩擦盘辅盘28与控制盘前齿轮II26，控制摩擦盘辅盘28可绕异形轴II27自由旋转；即控制摩擦盘15与控制摩擦盘辅盘28既可以绕与异形轴对应的铰接点进行自转，又可以绕对应异形轴的轴线进行公转，图2所示。

控制盘前齿轮I18与控制盘后齿轮I16啮合，控制盘前齿轮II26与控制盘后齿轮II25啮合，控制盘后齿轮I16与控制盘后齿轮II25固定于联动轴24上。

主动摩擦盘辅盘14、从动摩擦盘辅盘17直接是无动力的，仅是用于承载摩擦球。控制摩擦盘15、控制摩擦盘辅盘28可分别绕异形轴I23与异形轴II27自由旋转，且控制摩擦盘15与控制摩擦盘辅盘28的轴线可绕摩擦球13的球心同步转动。

通过转动联动轴24，可使控制摩擦盘15和控制摩擦盘辅盘28绕异形轴旋转轴线29同步转动。由于摩擦球旋转轴线31始终穿过摩擦球13的球心且与控制摩擦盘旋转轴线30垂直相交，故摩擦球旋转轴线31始终穿过摩擦球13的球心且绕着摩擦球13的球心在与控制摩擦盘15盘面相平行的平面内与控制摩擦盘旋转轴线30同步转动。

如图4所示，当摩擦球旋转轴线31与从动摩擦盘22的轴线平行时，从动摩擦盘22无转速输出，此时，经输入轴1输入的变速器全部功率经由“定比支路”(即“输入轴1→前齿轮3→惰轮4→后齿轮11→空心轴10→齿圈5”)进入行星齿轮的齿圈5，并经由行星架7输出至输出轴8。

如图2和5所示，通过转动联动轴24，使控制摩擦盘15和控制摩擦盘辅盘28绕异形轴旋转轴线29同步顺时针转动，进而使摩擦球旋转轴线31绕摩擦球13的球心从原图4所示位置顺时针旋转时，从动摩擦盘22的转速逐步增加，由差动行星齿轮的传动特性可知，此时变速器输出轴8的转速逐步降低。

如图2和6所示，通过转动联动轴24，使控制摩擦盘15和控制摩擦盘辅盘28绕异形轴旋转轴线29同步逆时针转动，进而使摩擦球旋转轴线31绕摩擦球13的球心从原图4所示位置逆时针旋转时，从动摩擦盘22的转速逐步增加(转向与图5相反)，由差动行星齿轮的传动特性可知，此时变速器输出轴8的转速逐步提升。

针对摩擦球调速单元在图5和图6所示的两种工况，动力经输入轴1输入变速器后，一部分功率经由“定比支路”进入行星齿轮的齿圈5，另一部分功率经由“调速支路”(即“输入轴1→前锥齿轮2→后锥齿轮19→摩擦球输入轴20→主动摩擦盘21→摩擦球13→从动摩擦盘22→太阳轮轴12→太阳轮9”)进入行星齿轮的太阳轮9，两路功率于行星齿轮处进行汇合并经由行星架7输出至输出轴8。

综上所述，通过转动联动轴24，可实现整个变速器传动比的连续改变，从而实现无级变速。

以上实施例及图仅用于说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施方式对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解。可以对本实用新型的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本实用新型的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种摩擦球功率分流无级变速器，其特征在于：包括输入轴，输入轴上依次固定有前锥齿轮和前齿轮；与前锥齿轮啮合设有后锥齿轮，后锥齿轮的输出轴为摩擦球输入轴，摩擦球输入轴的端部固定主动摩擦盘；

与上述的前齿轮配合啮合有惰轮，与惰轮啮合有后齿轮，后齿轮通过空心轴与行星齿轮的齿圈连接，行星轮固定于行星架上并分别与齿圈和太阳轮啮合，输出轴与行星架连接；太阳轮固定在太阳轮轴上，太阳轮轴穿过上述空心轴连接有从动摩擦盘；

还包括有摩擦球调速单元，所述的摩擦球调速单元包括一个摩擦球，上述的主动摩擦盘、从动摩擦盘分别与摩擦球摩擦接触；

与摩擦球摩擦还接触设有控制摩擦盘；

主动摩擦盘、从动摩擦盘、控制摩擦盘的轴线均以一定距离偏离摩擦球的球心；

还包括有控制摩擦盘辅盘，所述的控制摩擦盘辅盘与上述控制摩擦盘共轴，且控制摩擦盘辅盘与控制摩擦盘的轴线在联动机构作用下可绕摩擦球球心同步转动，改变控制摩擦盘辅盘与控制摩擦盘的轴线绕摩擦球球心的转角来改变摩擦球旋转轴线方向，同步改变太阳轮轴转速，实现输出轴的无级变速。

2.根据权利要求1所述的摩擦球功率分流无级变速器，其特征在于：控制摩擦盘辅盘与控制摩擦盘联动机构如下：控制摩擦盘固定在异形轴Ⅰ上且可绕异形轴I自由旋转，控制摩擦盘辅盘固定在异形轴Ⅱ上且可绕异形轴II自由旋转，与异形轴Ⅰ、异形轴Ⅱ上分别固定有控制盘前齿轮Ⅰ和控制盘前齿轮Ⅱ，与控制盘前齿轮Ⅰ和控制盘前齿轮Ⅱ分别啮合有控制盘后齿轮Ⅰ和控制盘后齿轮Ⅱ，控制盘后齿轮Ⅰ和控制盘后齿轮Ⅱ共轴且穿设有联动轴。

3.根据权利要求1所述的的摩擦球功率分流无级变速器，其特征在于：还包括有主动摩擦盘辅盘，主动摩擦盘辅盘位于主动摩擦盘的对侧，两者共轴。

4.根据权利要求1所述的的摩擦球功率分流无级变速器，其特征在于：还包括有从动摩擦盘辅盘，从动摩擦盘辅盘位于从动摩擦盘的对侧，两者共轴。

5.根据权利要求1所述的的摩擦球功率分流无级变速器，其特征在于：

摩擦球上、下两侧表面分别设有同轴的主动摩擦盘与主动摩擦盘辅盘；摩擦球左、右两侧表面分别设有同轴的从动摩擦盘辅盘与从动摩擦盘；摩擦球前、后两侧表面分别设有同轴的控制摩擦盘与控制摩擦盘辅盘；主动摩擦盘、主动摩擦盘辅盘、从动摩擦盘、从动摩擦盘辅盘、控制摩擦盘、控制摩擦盘辅盘的轴线均以一定距离偏离摩擦球的球心。