CN2455959Y

CN2455959Y - 变径齿轮无级变速装置

Info

Publication number: CN2455959Y
Application number: CN 00264299
Authority: CN
Inventors: 纵晨光
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-01-01
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2001-10-24
Anticipated expiration: 2010-12-08

Abstract

本实用新型提供一种无级变速传动装置,具体地说是用啮合传动来实现高效率恒功率的变径齿轮无级变速装置。它包括定径齿轮、调速齿轮副、固定轴承座、箱体、端盖、轴、轴承,其特征是变径齿轮由若干个带齿的啮合构件和可连续改变啮合构件啮合半径的机构组成,变径齿轮与定径齿轮组成齿轮变速机构,齿轮变速机构中至少有一组齿轮安装在可以径向位移的活动轴承座上,啮合控制机构控制啮合构件依次地连续地与定径齿轮啮合传动。

Description

变径齿轮无级变速装置

本实用新型属通用传动机械范畴，广泛适用于需要大功率高效率无级变速传动领域，如纺织、轻工、发电、冶金、自行车、摩托车、尤其是汽车业。

目前国内外现有的无级变速传动装置有：1、齿链式、多盘式、钢球式、胶带式、金属带式等摩擦传动的无级变速装；2、连杆式脉动无级变速装置；3、变频调速、直流电机调速、调速电机等电子电磁无级变速装置；4、液粘调速、液力变扭、油马达等液力传动的无级变速装置。

所有上述无级变速装置的共同不足之处是：效率不高，功率偏小。而这对传递动力来说是明显的弱点。

提高无级变速传动装置的效率和功率，尤其对于汽车行业来说是一个需要迫切解决的问题。本世纪初，自动变速箱研制成功(俗称自动拨)并用于汽车，但其结构比较复杂，制造成本也较高。自动变速箱的传动效率为80％-85％，自动变速车的油耗明显高于手动变速车。1987年H.Van Doorne博士研究成功了金属带式无级变速箱(称为VDT-CVT)。VDT-CVT的许多性能优于自动变速箱，但传动效率仍小于90％。VDT-CVT对传动材料近于苛求的特殊要求使传动带材料十分昂贵，以至金属带无级变速箱的成本甚至高于自动变速箱的成本。

本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种结构明显简单，传动效率明显高的无级变速传动装置，具体地说是用啮合传动来实现高效率恒功率的变径齿轮无级变速装置。

本实用新型的目的通过以下措施来达到：

1、原理

图1：一种带齿的构件2(本文定义为啮合构件)。啮合构件2之间的相对位置可以改变，若干个啮合构件2组成传动半径R可以连续变化的不连续齿轮。

图5：完整的齿轮1(本文定义为定径齿轮，它可以分为定径外齿轮，定径内齿轮，定传动半径r，轴心01)与传动半径R可以连续变化的不连续齿轮组成齿轮副。因为不连续齿轮的传动半径R可以连续变化，上述齿轮副的传动半径比R/r也可以连续变化，传动转速比和传动扭矩比也相应连续变化。传动转速比与传动扭矩比的积为功率，是定值，即恒功率。

2、可连续改变啮合构件啮合半径的机构和变径齿轮

(1)图2：一个在圆周方向有若干槽或孔的构件6，每个槽或孔内有能位移的键或轴7，每个键或轴7能联接啮合构件2，本机构为可连续改变啮合构件啮合半径的机构之一。本机构连接啮合构件2为变径齿轮。

(2)图3：一个在圆周方向固联若干连杆轴21的构件6，每个连杆轴21上联接可以转动的连杆22，每个连杆22能联接啮合构件2，本机构为可连续改变啮合构件啮合半径的机构之二。本机构连接啮合构件2为变径齿轮。

(3)图4：一个在圆周方向有若干槽或孔的构件6，每个槽或孔内有能位移的键或轴7，每个键或轴7有与之联接的连杆轴21，每个连杆轴21上联接可以转动的连杆22，每个连杆22能联接啮合构件2，本机构为可连续改变啮合构件啮合半径的机构之三。本机构连接啮合构件2为变径齿轮。

上述三种变径齿轮可以分为变径外齿轮、变径内齿轮，可变传动半径R，轴心02。

上述变径齿轮安装在轴承和轴承座上，可以绕构件6的轴心02转动。

3．齿轮变速机构

图5所示：定径齿轮1与变径齿轮组成齿轮副(本文定义为齿轮变速机构)。改变齿轮变速机构中齿轮副之间的偏心距e即可改变变径齿轮的啮合半径R和变速比R/r。

4．啮合控制机构

(1)图6：如果变径齿轮的啮合构件2啮合运动方向有径向，其啮合控制构件是有径向不等半径槽或台的导轨10，角度区域Ⅰ内导轨的半径由大变小；角度区域Ⅱ内导轨的小半径基本相等；角度区域Ⅲ内导轨的半径由小变大；角度区域Ⅳ内导轨为大半径。

当变径齿轮是内齿轮且顺时针方向旋转时，啮合构件2受导轨10控制在Ⅰ区域内径向向心位移完成与定径外齿轮1的啮合；在Ⅱ区域内与定径外齿轮1啮合无滑动地同步传动；在Ⅲ区域内径向离心位移完成与定径外齿轮1脱离啮合；在Ⅳ区域内与定径外齿轮1不啮合过渡。

当变径齿轮是外齿轮且顺时针方向旋转时，啮合构件2受导轨10控制在Ⅰ区域内径向离心位移完成与定径内齿轮1的啮合；在Ⅱ区域内与定径内齿轮1啮合无滑动地同步传动；在Ⅲ区域内径向相心位移完成与定径内齿轮1脱离啮合；在Ⅳ区域内与定径内齿轮1不啮合过渡。

(2)图7、图8：如果变径齿轮的啮合构件2啮合运动方向有轴向，其啮合控制构件是有轴向尺寸不等槽或台的导轨10。角度区域Ⅰ内导盘的工作面与定径齿轮1的轴向距离由大变小，角度区域Ⅱ内导盘的工作面与定径齿轮1的轴向距离不变，角度区域Ⅲ内导盘的工作面与定径齿轮1的轴向距离由小变大，角度区域Ⅳ内导盘的工作面与定径齿轮1的轴向距离不变。

5、变速控制机构，有以下三种。

(1)定径齿轮1的轴承座固定在箱体上，移动变径齿轮的径向位置。

(2)变径齿轮的轴承座固定在箱体上，移动定径齿轮1的径向位置。

(3)同时移动变径齿轮和定径齿轮1的径向位置。

移动的齿轮是安装在活动轴承座上的。活动轴承座上有键或槽。只能做径向位移。

有多种公知的方法可以连续改变活动轴承座的径向位置。

本实用新型相比现有技术具有如下优点：

(1)本实用新型传动转速比是连续变化的，因而是无级变速传动。

(2)本实用新型用啮合传动取代了摩擦传动、液力传动、电磁传动，具有齿轮传动效率高的优点。实现恒率传动。

(3)本实用新型结构很简单，而且无需特殊的加工母机和材料，制造成本低，具有明显的性能价格比优势。

(4)本实用新型用于汽车上，理论上可以允许发动机始终处于最佳工作状态，这种性能对汽车来说又有以下好处：

1)发动机工作稳定，延长发动机寿命；

2)发动机处于最佳工作状态既充分发挥发动机的功率，提高车辆的动力性又使燃料充分燃烧以减少对环境的污染；

3)减少换档冲击可延长汽车传动系和行走系的寿命；

4)无需换档，加速平稳，改善驾乘的舒适性；

5)减轻驾驶员的疲劳程度，同时提高了行车的安全性。另外，制造成低可降低整车的成本，高效率又可降低油耗，降低使用成本。

图1是本实用新型原理示意图。

图2是本实用新型变径齿轮结构示意图之一。

图3是本实用新型变径齿轮结构示意图之二。

图4是本实用新型变径齿轮结构示意图之三。

图5是本实用新型齿轮变速机构结构示意图。。

图6是本实用新型径向啮合控制构件结构示意图

图7是本实用新型轴向啮合控制构件结构示意图。

图8是图7的侧视图。

图9是本实用新型径向啮合构工作原理示意图。

图10是本实用新型结构示意图。

本结构包括定径齿轮1、调速齿轮副11和8、固定轴承座5、箱体16、端盖9、轴4、轴承13和15，变径齿轮由若干个带齿的啮合构件2和可连续改变啮合构件啮合半径的机构组成，变径齿轮与定径齿轮1组成齿轮变速机构，齿轮变速机构中至少有一组齿轮安装在可径向位移的活动轴承座8上，啮合控制机构导轨10控制啮合构件2依次地连续地与定径齿轮1啮合传动。

本实用新型的工作过程如下：

如图10所示：定径外齿轮1用轴承13和轴承座5固定在箱体16的端盖9上。动力从定径外齿轮1输入。啮合构件2与控制轴12连接，控制轴12上的轴承在啮合控制构件导轨10的槽内滚动，受导轨10半径变化的约束，啮合构件2依次地在定区域内径向向心位移与定径外齿轮1啮合；在定区域内与定径外齿轮1同步啮合传动；在定区域内径向离心位移脱离与定径外齿轮1啮合；在定区域内与定径外齿轮1不啮合空载过渡。

变速控制机构由约束在箱体端盖9上的调速齿轮11和活动轴承座8及固定在活动轴承座8上的齿条组成，活动轴承座8上有径向的槽或键，与端盖上的槽或键配合，只能径向位移。转动调速齿轮11可使活动轴承座8径向位移，圆周方向有若干槽或孔的构件6通过轴承14与活动轴承座8连接也径向位移，从而改变圆周方向有若干槽或孔的构件6轴心02与定径外齿轮1轴心01的轴心距e。R在设定的范围内连续地变化，变径内齿轮与定径外齿轮1的传动半径比R/r随之连续地变化，转速和扭矩亦随之连续变化。

啮合构件2受力后将动力传到与之连接的传动轴3，传动轴3将动力传到与之绞接的键或轴7，键或轴7将动力传到圆周方向有若干槽或孔的构件6，动力从圆周方向有若干槽或孔的构件6输出。由于变径内齿轮的啮合半径R连续变化，R/r连续变化，变径内齿轮输出的转速和扭矩也连续变化。

同理，动力从变径内齿轮输入，动力从定径外齿轮1输出亦可。

再者，定径齿轮1是内齿轮，变径齿轮是外齿轮亦可。

图10所示的一个实例，变径齿轮是内齿轮，可变化传动半径R，啮合构件2是弧形齿条；定径齿轮1是外齿轮，定传动半径r。

变径内齿轮安装在活动轴承座8上，既可作径向位移又可转动。

下面结合图10的实例对本实用新型作进一步的说明：

1、动力由定径外齿轮1输入。定径外齿轮1一端由轴承13和轴承座5固定在箱体16的端盖9上，另一端由轴承15和轴4固定。

2、调速齿轮11约束在端盖9上，调速齿轮11与固联在活动轴承座8上的齿条啮合，变速齿轮构件6与活动轴承座8之间用轴承14联接。圆周方向有若干槽或孔的构件6的槽或孔内有能位移的键或轴7，这样，转动调速齿轮11，通过活动轴承座8上的齿条和键，改变变径内齿轮的径向位置，使变径内齿轮轴心02与定径外齿轮1轴心01的偏心距e连续变化，从而改变变径内齿轮的传动半径R，改变R/r值，即改变变径内齿轮的转速和扭矩。

3、啮合构件2与控制轴12连接，控制轴12两端装有轴承，轴承在径向啮合控制构件导轨10的导槽内滚动，导轨10受箱体16约束无转动的自由度，受导轨10导槽半径变化约束，啮合构件2依次地连续地与定径外齿轮1啮合，动力由定径外齿轮1传递到啮合构件2。

4、啮合构件2将动力传递到与之连接的传动轴3。

5、传动轴3将动力传到与之绞接的键或轴7。

6、键或轴7将动力传到圆周方向有若干槽或孔的构件6。圆周方向有若干槽或孔的构件6安装在活动轴承座8上，在径向位移的同时还可以转动。变径内齿轮与定径外齿轮1的转动速比R/r；扭矩比为r/R。无级变速完成。

Claims

1、一种变径齿轮无级变速装置，包括定径齿轮、调速齿轮副、固定轴承座、箱体、端盖、轴、轴承，其特征是变径齿轮由若干个带齿的啮合构件和可连续改变啮合构件啮合半径的机构组成，变径齿轮与定径齿轮组成齿轮变速机构，齿轮变速机构中至少有一组齿轮安装在可以径向位移的活动轴承座上，啮合控制机构控制啮合构件依次地连续地与定径齿轮啮合传动。

2、根据权利要求1所述的变径齿轮无级变速装置，其特征是啮合构件上有能完成啮合传动的齿。

3、根据权利要求1所述的变径齿轮无级变速装置，其特征是可连续改变啮合构件啮合半径的机构是构件的圆周方向有若干槽或孔，每个槽或孔内有能位移的键或轴，每个键或轴能联接啮合构件。

4、根据权利要求1所述的变径齿轮无级变速装置，其特征是可连续改变啮合构件啮合半径的机构是构件的圆周方向固联若干连杆轴，每个连杆轴上联接有可以转动的连杆，每个连杆能联接啮合构件。

5、根据权利要求1所述的变径齿轮无级变速装置，其特征是可连续改变啮合构件啮合半径的机构是构件的圆周方向有若干槽或孔，每个槽或孔内有能位移的键或轴，每个键或轴有与之联接的连杆轴，每个连杆轴上联接有可以转动的连杆，每个连杆能联接啮合构件。

6、根据权利要求1所述的变径齿轮无级变速装置，其特征是齿轮变速机构中至少有一组齿轮安装在活动轴承座上并可以径向位移。

7、根据权利要求1所述的变径齿轮无级变速装置，其特征是活动轴承座上有径向的槽或台。

8、根据权利要求1所述的变径齿轮无级变速装置，其特征是啮合控制机构有变径的槽或台的构件或有轴向尺寸变化的槽或台的构件。