CN2937665Y - 滑片变形活齿啮合型机械无级变速器 - Google Patents

Abstract

滑片变形活齿啮合型机械无级变速器，属于机械无级变速器设计及制造技术领域。输入轴与齿槽轮固定联接，活齿轮与输出轴之间通过导向键或花键滑动联接；活齿轮由轮体、滑片组环构成；齿槽轮与活齿轮配合构成无级变速器两大核心部件；活齿轮旋转时滑片可在离心力作用下向轮体径向外延作离心运动，与齿槽轮接触的滑片在凸凹齿槽的推动下发生随动变形组合形成与之吻合的啮合齿面，实现了“非摩擦式齿轮啮合无级变速”，结构简单成本低，可方便实现正反向等传动链输出，滑片活齿轮为浮动无级变形啮合，具有磨损自动补偿功能，寿命长，高速适应性能好，广泛适用于车辆及机械传动领域。

Description

滑片变形活齿啮合型机械无级变速器

技术领域

本实用新型属于机械无级变速器设计及制造技术领域。

背景技术

无级变速器是一种可连续无级改变传动比的变速装置，其应用范围非常广泛，特别适用于：(1)工艺参数多变的机器；(2)要求转速连续变化的机器；(3)探求最佳工作转速的设备；(4)协调几台或一台设备传动系统中几个运转单元间的运转速度；(5)缓速起动：对于具有大惯量或带负荷起动的机器，采用此无级变速器之后，可在近零转速下大扭矩起动，在负荷下连续变速达到额定转速，避免了过大的惯性负荷，从而可采用功率较小的原动机。

对于机械无级变速器，大量采用摩擦传动，其大致存在以下缺陷：1、很难获得超低转速输出，变速范围比较窄；2、存在传递扭矩小、传输功率不大等缺陷；3、承载能力低、抗过载及耐冲击性能较差；4、零部件加工及润滑要求较高、寿命短，结构、工艺复杂、制造成本高；5、滑动率大，机械效率低；有的还存在脉动输出及功率流不连续现象。

就目前而言：几乎所有的摩擦式无级变速器传动功率均需靠大的法向压紧力，致使各轴承负荷加大，传动体间的弹性滑动、几何滑动现象明显，用于传输功率的有效接触面小，理论上为线接触或点接触，局部应力大，严重时甚至导致工作表面擦伤或胶合，传动效率低，传递功率有限，寿命短。

发明内容

本实用新型针对现有无级变速器的缺憾进行革新改进，在此基础上提供一种新型“滑片变形活齿啮合型机械无级变速器”，其目的在于满足、适应现代化工业需求、尤其是汽车工业的需求，兼具并拓展了目前大多无级变速器功能点，实现了特有的“非摩擦式齿轮啮合无级变速”，属一种全新概念的大功率高效(与齿轮传动效率接近)机械无级变速器。

本实用新型的技术方案如下：

滑片变形活齿啮合型机械无级变速器，其特征是：输入轴(8)与齿槽轮(6)固定联接，活齿轮(22)与输出轴(1)之间通过导向键或花键(10)滑动联接；活齿轮(22)由轮体(3)、滑片组环(23)构成；滑片组环(23)由若干个滑片组(24)构成，滑片组(24)由同类型滑片(25)同向贴合构成，滑片(25)密布于轮体(3)上滑片仓(26)内，滑片可在滑片仓(26)内一定范围内自由径向移动，靠滑片(25)的自由径向移动可以组合形成啮合齿形；齿槽轮(6)是与活齿轮(22)进行啮合传动的轮盘，工作盘面由凸凹齿槽(7)组成；活齿轮(22)旋转时滑片(25)可在离心力作用下向轮体径向外延作离心运动，与齿槽轮(6)接触的滑片(25)在凸凹齿槽(7)的推动下发生随动变形组合形成与之吻合的啮合齿面。

基本工作原理：整个齿轮工作表面是由大量薄滑片叠合组成，通过滑片的自由径向滑移可构成任意形状的啮合齿形，此设计思想等效于对齿轮进行微元分割，通过多个微元面的有机组合即可形成任意所需齿形。即：构成滑片无级啮合活齿轮。

由于滑片的滑移方向与受力方向不同向，所以滑片可以自由轻松随当前啮合齿形所需及时变形与之吻合实现无级啮合，而传递功率时的受力方向与自由滑移方向垂直或其夹角在当量摩擦角之内(参见下文)，具有自锁性，所以滑片承载受力时不会改变齿廓形状，可保持正常啮合态，靠滑片与对应齿槽盘的啮合传递功率，实现非摩擦式变形活齿啮合无级变速。  活齿的奥妙处在于：组成齿形的滑片径向尺寸可以随着齿轮、槽盘的旋转随啮合区的槽面形状变化随时自动变形，始终保持齿形的吻合，所以对滑片、槽盘的齿形加工精度要求很低，不必磨齿，可跑合。而且更适应高速场合。

本实用新型的特点、优点：

该变速器实现了真正意义上的“齿轮啮合无级变速”，结构简单，成本低，可靠性强，整个无级变速过程为一级传动，且可方便实现正反向等传动链输出，传动链短，效率高！滑片活齿轮为浮动无级变形啮合，对啮合齿槽的精度要求极低，对齿距，齿形无加工精度要求，可采取铸造法高效廉价产业化生产，成本低，其加工、装配精度不会明显影响传动性能，跑合后性能更好，滑片有磨损自动补偿功能，寿命长，噪音低，高速适应性能好。

与现有金属带车用无级变速器相比，成本几乎不及其1/5，而综合性能却明显优于现有无级变速器。此变速器关键部件只有两件，结构简单体积小，整体变速箱成本比最廉价的直齿无同步器手动齿轮变速箱都低。在一般场合，其传动性能甚至可完全取代齿轮变速，而其特有的无级变速性能使得其有取代目前应用最为广泛的齿轮变速器趋向。与现有无级变速器相比，其性能更是明显，其整体优越性能可以代替及拓展乃至大、中、小、微功率领域的所有无级变速器。

决定该类变速器承载能力的关键点是滑片与槽盘的啮合区，这是整个传动链的薄弱环节，其他环节在满足等功率匹配基础上应尽可能缩小体积，按等功率流承载负荷设计，尽管如此该承载能力甚至可与齿轮传动媲美(齿轮传动由于齿形固定，旋转啮合中为线接触传动)，滑片活齿轮的啮合点面积大于齿轮，所有滑片形成一整体封闭弹力闭合环，等效于将所有滑片束缚在一封闭受力体内，加之与刚性齿槽轮的相互依存实现了“刚柔融合、活齿固化”效应，最大程度的消弱了悬梁受力现象(类似于将弹性平面薄钢片垫在刚性钢件中)，理论上可等效承载整体钢环在圆周向的负荷量，承载能力极强!“滑片变形齿无级啮合活齿轮”齿形可变，可以随时根据啮合区“遇齿成槽”变化齿形，最大限度延展齿槽与所有参工作滑片区域间尽可能多的啮合受力点，尤其在压力角最小区为整体面接触，接触应力小；此外其离心复位啮合传动特点使得其在高速场合可靠性更强，更适应高速及大功率领域工作特性要求。

附图说明；

下面结合附图和实施例对本实用新型进行具体说明(注：“\”代表“或”的意义)：

图1、圆柱活齿轮无级变速器结构图    图4、圆柱活齿轮用滑片结构图

图2、圆柱活齿轮外形结构图          图5、圆柱活齿轮内部结构图

图3、圆柱活齿轮轮体结构图

其中：

1、输出轴           12、定位支撑卡挡台    23、滑片组环

2、轴承             13、润滑油孔          24、滑片组

3、圆柱活齿轮体     14、润滑油缝          25、滑片

4、填充滑片         15、定位销孔          26、滑片仓

5、支撑滑片         16、滑片回缩落座限位面27、滑片仓环

6、平盘齿槽轮       17、定位联接销        28、填充滑片组

7、凸凹齿槽         18、轴装配孔(含键槽)  29、支撑滑片组

8、输入轴           19、轮盘对合贴合面    30、填充滑片仓

9、中心凹坑         20、滑片离心约束面    31、支撑滑片仓

10、导向键\花键     21、滑片挡脚          32、支撑滑片约束壁面

11、滑片约束壁面    22、活齿轮            33、填充滑片约束壁面

名词解释：(注：相关名词释义在此一并注释，供下文参考)

*支撑滑片：一般指与滑片仓壁相接触传递动力的滑片，如：支撑滑片(5)。

*填充滑片：一般指与支撑滑片接触传递动力的滑片，如：填充滑片(4)。

*滑片(25)包括：填充滑片(4)、支撑滑片(5)两大类。

*等功效滑片(即：同类型滑片)：形状完全相同、装配方向也相同的滑片，即：同形状滑片同向布置。形状完全相同但反方向装配的滑片属不同功能，即：功能不等效。

*滑片组：即滑片基本单元集合，是等功效滑片的分组集合，即：滑片组(24)由多个同形状滑片(25)同向贴合组成；滑片组(24)分为：支撑滑片组(28)、填充滑片组(29)。

*滑片组环：由若干个滑片组组合而成的可独立完成工作循环的滑片组的集合总成(如图2中的所有滑片组集合总成称之为一个滑片组环)。包括：连续型滑片组环、间隔型滑片组环。连续型滑片组环：滑片组间相贴合、无间隙，整体呈满环密布滑片组环(如图2)，一般连续型滑片组环由非同类型滑片组间隔交替组合，包括：“支撑滑片组”、“填充滑片组”。间隔型滑片组环：滑片组间有间隙的滑片组环，一般间隔型滑片组环内滑片组均为同类型滑片组；即：滑片组环(23)由若干个滑片组(24)构成。

*滑片仓：活齿轮体上用来搁置、限位、约束滑片组的腔体槽仓，“支撑滑片组”、“填充滑片组”对应的限位约束滑片仓有支撑滑片仓(31)、填充滑片仓(30)；

*滑片仓环：由多个滑片仓(26)组成滑片仓环(27)；滑片组环放在滑片仓环内。(如图2中的活齿轮(22)中包含一个滑片仓环)；滑片仓环包括：连续型(一般为支撑滑片仓、填充滑片仓交错组成)，间隔型(一般由等宽度滑片仓间隔布置组成)。

本实施例中：滑片仓(26)由滑片约束壁面(11)、定位支撑卡挡台(12)、滑片离心约束面(20)、滑片回缩落座限位面(16)对合组成，由多个滑片仓(26)组成滑片仓环(27)。

*滑片总成：指活齿轮(22)上所有滑片体系总和。按轮体上滑片组环的数量分为：单环型滑片总成——滑片总成由一套滑片组环构成(包括：单环间隔型、单环满环密布型)；多环型滑片总成——滑片总成由多套滑片组环组合构成(包括：多环间隔型、多环满环密布型)。

*滑片变形齿无级啮合活齿轮(简称：活齿轮)：由滑片(薄片)组合而成可自由滑移无级改变啮否齿形的齿轮。由轮体、至少一套滑片组环构成，滑片组环由若干个滑片组构成，滑片组由多个等功效滑片贴合构成；滑片可在弹簧力、离心力等复位驱动力作用下进行复位；轮体上至少有一套由滑片仓组成的滑片仓环，滑片组放置在对应滑片仓内构成一套功能独立完整滑片组环，滑片可在各自滑片仓内一定范围内自由移动，靠滑片的自由移动可以形成任意形状的齿形。辅助件有连接定位销等。活齿轮一般至少由：轮体、滑片组环组成，一个轮体上至少有一个滑片仓环，装置一套滑片组环，称为“单环型活齿轮”(如图2中的活齿轮(22)包含一套滑片组环)；同理有多个滑片仓环，装置多套滑片组环的齿轮称为“多环型活齿轮”，本文只介绍单环型活齿轮。

活齿轮(22)是一基本部件，由轮体(3)、滑片组环(23)零件构成。

活齿轮类型：一般分为：圆柱活齿轮(如图2)，圆锥活齿轮，平盘型活齿轮、内锥盘型活齿轮，分别又可分为：单环型活齿轮、多环型活齿轮。本文只介绍圆柱活齿轮。

按滑片组环中滑片组的布置方式分为：间隔型、满环密布型(或称为：连续型)。

按轮体上滑片组环的数量分为：单环型、多环型，分别又可分为：单环间隔型、单环满环密布型；多环间隔型、多环满环密布型。

按滑片与轮体间的镶嵌插装方式、轮体对滑片的定位支撑卡挡方式分为：外侧支撑型、外侧互动交叉支撑型、中心支撑型、中心互动交叉支撑型、外侧中心双重支撑型、外侧中心互动交叉支撑型。

按滑片复位驱动力类型、方式分，有：弹簧力、离心力等复位型。在此复位驱动力作用下滑片与啮合齿槽紧紧接触实现无级啮合。弹簧力复位过程为：用弹簧推动滑片复位，归于自由复位型；所以，按滑片的复位工作特性可分为：滑片自由复位型，滑片受迫复位型。

*复位：指滑片工作中在复位驱动力作用下，向参与啮合的方位发生运动的过程或运动趋势状态。例如：圆柱活齿轮中滑片在自由复位驱动方(离心力)作用下向齿轮体径向外延运动或运动趋势的状态。

*约束限位：为防止滑片在自由每位驱动力作用下甩离活齿轮体而加的约束限位装置，如：本文中的“滑片挡脚21”。

*齿槽轮：与活齿轮可讲行啮合传动的轮盘，工作盘面由齿、槽组成，凸起部分称为齿，凹陷部分称为槽。与活齿轮配合构成该类无级变速器两大核心部件。按齿槽轮工作盘面形状分为：平盘型、锥盘型，本文只介绍平盘型齿槽轮。

具体实施方式

如图1所示：输入轴(8)与齿槽轮(6)固定联接，活齿轮(22)与输出轴(1)之间通过导向键或花键(10)滑动联接，在传递扭矩的同时可以自由轴向移动从而无级改变活齿轮(22)与齿槽轮(6)的啮合半径进行无级变速(图1中：A、B、C分别代表：前进档区、倒档区、空档区)。

其中：活齿轮(22)由轮体(3)、滑片组环(23)构成。滑片组环(23)由若干个滑片组(24)构成，滑片组(24)由同类型滑片同向贴合构成，滑片一般有支撑滑片(5)、填充滑片(4)两类。当活齿轮(22)旋转时滑片(25)可在离心力作用下进行自由复位与齿槽轮(6)上的凸凹齿槽(7)进行啮合，其中：凸起部分称为齿，凹陷部分称为槽。轮体(3)一般由两半对合而成，每半轮体上均有滑片约束壁面(11)，其中：凹陷部分为支撑滑片约束壁面(32)、凸起部分为填充滑片约束壁面(33)，定位支撑卡挡台(12)、滑片离心约束面(20)、滑片回缩落座限位面(16)，轮盘对合贴合面(19)、定位销孔(15)等；两半轮体对合组成完整轮体，由滑片约束壁面(11)，定位支撑卡挡台(12)、滑片离心约束面(20)、滑片回缩落座限位面(16)等对合组成滑片仓环(27)，定位销孔(15)内装入定位销(17)以保证各滑片仓(26)不发生错位，可进一步通过螺栓将两半轮体连接紧固。支撑滑片组、填充滑片组交替排列密布于相对应滑片仓内，滑片可在滑片仓内一定范围内自由径向移动，靠滑片的自由径向移动可以组合形成任意形状的啮合齿形。

齿槽轮(6)是与活齿轮(22)进行啮合传动的轮盘，工作盘面有凸凹齿槽(7)，凸起部分称为齿，凹陷部分称为槽。与活齿轮(22)配合构成该类无级变速器两大核心部件。

工作时，活齿轮(22)高速旋转，滑片(25)在旋转离心力驱动作用下向轮体径向外延作离心运动(或离心运动趋势)，在滑片挡脚(21)约束作用下，所有滑片均自由复位停留到同一半径圆周处，与齿槽轮(6)上的工作盘面接触的滑片在凸凹齿槽(7)的推动下发生随动变形组合形成与之吻合的啮合齿面，随着齿槽轮(6)的旋转带动活齿轮(22)旋转，进入啮合区域的滑片不断与齿槽轮盘面接触发生“径向滑动、遇齿成槽”，与齿槽轮(6)的凸凹齿槽(7)进行啮合实现连续传动输出功率。

由于活齿轮(22)充当主动轮时，在滑片未啮合前滑片处于压紧承载态，不利于滑动变形，所以，最好为从动轮。离心复位型活齿轮需先轻载启动，一旦转速达到离心转速低限(120～200转/分)即可加载运行。

在齿槽轮(6)中心可以设计有中心凹坑(9)，这样活齿轮(22)在沿输出轴轴向移动时可以顺利越过齿槽轮中心区实现反方向传动，在中心区为空档区，其变速档区域分布示意参见图1所示(图1中：A、B、C分别代表：前进档区、倒档区、空档区)。

为防止填充滑片(4)在受压力时挤入支撑滑片仓(31)发生支撑滑片、填充滑片混位，填充滑片组(28)两端可各加一厚滑片(4)，同时可起到加固作用，增强承载能力。

[注释]：

说明书附图中的件号指引线说明：

1、前端带箭头的件号指引线——为部件指引线或零件概述性总名称指引线(如：活齿轮22由轮体3、滑片组环23组成；滑片25包括：填充滑片4、支撑滑片5两大类)。

2、前端不带箭头的件号指引线——为零件指引线(如：填充滑片4)。

Claims (6)

1、滑片变形活齿啮合型机械无级变速器，其特征是：输入轴(8)与齿槽轮(6)固定联接，活齿轮(22)与输出轴(1)之间通过导向键或花键(10)滑动联接；活齿轮(22)由轮体(3)、滑片组环(23)构成；滑片组环(23)由若干个滑片组(24)构成，滑片组(24)由同类型滑片(25)同向贴合构成，滑片(25)密布于轮体(3)上滑片仓(26)内，滑片可在滑片仓(26)内一定范围内自由径向移动，靠滑片(25)的自由径向移动可以组合形成啮合齿形；齿槽轮(6)是与活齿轮(22)进行啮合传动的轮盘，工作盘面由凸凹齿槽(7)组成；  活齿轮(22)旋转时滑片(25)可在离心力作用下向轮体径向外延作离心运动，与齿槽轮(6)接触的滑片(25)在凸凹齿槽(7)的推动下发生随动变形组合形成与之吻合的啮合齿面。

2、根据权利要求1所述的滑片变形活齿啮合型机械无级变速器，其特征是：轮体(3)由两半对合而成，每半轮体上均有滑片约束壁面(11)、定位支撑卡挡台(12)、滑片离心约束面(20)、滑片回缩落座限位面(16)、轮盘对合贴合面(19)、定位销孔(15)；两半轮体对合组成完整轮体，由滑片约束壁面(11)，定位支撑卡挡台(12)、滑片离心约束面(20)、滑片回缩落座限位面(16)对合组成滑片仓环(27)；定位销孔(15)内装入定位销(17)。

3、根据权利要求1所述的滑片变形活齿啮合型机械无级变速器，其特征是滑片(25)包括：支撑滑片(5)、填充滑片(4)两类；滑片(25)的尾部有滑片挡脚(21)。

4、根据权利要求2所述的滑片变形活齿啮合型机械无级变速器，其特征是滑片约束壁面(11)包括：凹陷的支撑滑片约束壁面(32)、凸起的填充滑片约束壁面(33)。

5、根据权利要求1所述的滑片变形活齿啮合型机械无级变速器，其特征是：填充滑片组(28)两端的填充滑片(4)为厚滑片。

6、根据权利要求1所述的滑片变形活齿啮合型机械无级变速器，其特征是：齿槽轮(6)中心有中心凹坑(9)。