專利名稱：一種高性能無級變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無級變速傳動(dòng)裝置的領(lǐng)域，特別是滾輪導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)和摩擦傳動(dòng)領(lǐng)域。
現(xiàn)有的機(jī)械式無級變速器中，絕大多數(shù)均采用摩擦傳動(dòng)，故效率低、磨損快、壽命短、一般只可在動(dòng)態(tài)下調(diào)速是其弱點(diǎn)。如象汽車那樣的大功率無級變速傳動(dòng)中，現(xiàn)在基本上還是采用低效率的液力變矩器來實(shí)現(xiàn)無級變速，由于其變矩能力極有限，還要在其后串接多級可變行星齒輪式有級變速器。液力變矩器的效率是較低的，就算是最高時(shí)也不過是82-86％，加上后級的行星齒輪變速器的損耗，整個(gè)變速器的效率就更低了。這樣的變速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本極高、較低的效率更是浪費(fèi)了大量有限的能源，污染了環(huán)境。因此，世界各國的變速器專家一直在尋找一種可高效率、大功率傳動(dòng)的無級變速器，特別是汽車方面、更是如此。
本發(fā)明的目的就是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種高效率、大功率、長壽命、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠、調(diào)控方便、變速能力強(qiáng)的無級變速器。
此無級變速器是通過如下的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，如

圖1、圖3、圖4所示，由機(jī)殼1、輸入軸3、V型槽輪5、擺臂6、滾輪7、調(diào)速環(huán)8、壓桿10、傳動(dòng)銷11、直槽輪12、滾輪導(dǎo)軌13、與壓桿10一體的V型傳動(dòng)塊15、圓弧狀導(dǎo)軌條18、前出軸19等構(gòu)成。整個(gè)變速器以輪12為界，左右(前后)結(jié)構(gòu)相似(故圖1的右邊不作剖視圖)，且左右各構(gòu)成一級變速器，二者串接起來就構(gòu)成了兩級式變速器。這樣設(shè)計(jì)的好處是軸3、軸19的軸心可以固定且同軸線、便于調(diào)速、增大變速比、更重要的是通過兩級間的配合，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)傳動(dòng)比的互補(bǔ)(后將述及)。軸3與輪5用鍵連接，輪5與普通的V型帶輪基本一樣。擺臂共有8個(gè)，前后級各4個(gè)，擺臂的多少影響輸出轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)程度和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，一般以每級3-6個(gè)為宜，擺臂呈“U”型，如圖7所示，通過中部大直徑的孔套裝于輸入(出)軸上，輪5在其內(nèi)(如圖1所示)。擺臂在其上的V型傳動(dòng)塊沒有與輪5上的V型槽接合時(shí)，可繞輸入(出)軸、輪5轉(zhuǎn)動(dòng)，由于銷11的作用，將會(huì)帶動(dòng)輪12轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)擺臂上均裝有銷11、壓桿10、滾輪7各一個(gè)(如圖3所示)，其中銷11有兩個(gè)作用其一是壓桿10通過它裝于擺臂上，其二是其一端伸在輪12的直槽內(nèi)從而把擺臂與輪12聯(lián)系起來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。輪12是徑向均布8條直槽的圓盤(如圖4所示)，每條直槽內(nèi)均有一銷11，前級的直槽和后級的直槽相互錯(cuò)開45°(360°÷8)，如圖4所示，圖中有銷的是前級的直槽，銷沒有畫出來的是后級的直槽。輪12與調(diào)速環(huán)8之間是滾動(dòng)軸承關(guān)系，即在輪12的外圓，調(diào)速環(huán)8的內(nèi)圓各車有一環(huán)狀槽，在12或8上開一小孔與環(huán)狀槽相通，從小孔放進(jìn)鋼球，然后封閉小孔即成。這樣，12與8之間就成了滾動(dòng)軸承的內(nèi)外圈關(guān)系，其中輪12可轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)速環(huán)8只可擺動(dòng)。導(dǎo)軌13是在輪5圓周上，滾輪7沿機(jī)殼內(nèi)壁上運(yùn)動(dòng)的軌跡(如圖3、圖4所示)，其大部分是圓形的，其中有一段是凸的，當(dāng)滾輪運(yùn)動(dòng)到凸導(dǎo)軌段時(shí)，壓桿10將在滾輪的壓力下把V型傳動(dòng)塊壓緊在輪5的V型槽內(nèi)，在摩擦力的作用下，輪5與傳動(dòng)塊就成為一體而實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，當(dāng)滾輪離開凸導(dǎo)軌段時(shí)，傳動(dòng)塊與V型槽之間的壓力消失，同時(shí)滾輪、壓桿在離心力的作用下帶動(dòng)傳動(dòng)塊離開V型槽，脫離接觸，切斷傳動(dòng)。
此變速器的傳動(dòng)過程是這樣的圖1、圖3、圖4所示，輸入軸3帶著輪5作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將會(huì)帶動(dòng)處于凸導(dǎo)軌段的傳動(dòng)塊15、壓桿10、擺臂6、傳動(dòng)銷11一起傳動(dòng)，銷11帶動(dòng)輪12轉(zhuǎn)動(dòng)，輪12再帶動(dòng)后級的傳動(dòng)銷、擺臂、傳動(dòng)塊、壓桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，后級處于凸導(dǎo)軌段的傳動(dòng)塊帶動(dòng)后級V型槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)，V型槽輪帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，至此即實(shí)現(xiàn)變速輸出。調(diào)速是通過改變輪12的軸心與軸3、軸19的軸線距離實(shí)現(xiàn)的，即調(diào)速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)調(diào)速環(huán)8徑向擺動(dòng)，輪12的軸心也徑向擺動(dòng)而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。
為了避免V型傳動(dòng)塊與V型槽在開始接合和脫離接合時(shí)發(fā)生沖擊，以實(shí)現(xiàn)高速、大功率傳動(dòng)及更耐用的要求，應(yīng)做到同步接合與分離。如圖4所示，O1為輪5軸心，O2為輪12的軸心，當(dāng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，A處的滾輪處于凸導(dǎo)軌段的尾部，傳動(dòng)塊即將與V型槽脫離接合時(shí)，B處的滾輪則剛剛進(jìn)入凸導(dǎo)軌段。此時(shí)，連心線O2O1應(yīng)平分∠AO1B，A處處于即將脫離接合的臨界狀態(tài)，因此A處的傳動(dòng)塊與輪5外圓的線速度應(yīng)是相同的，由于A處仍在接合狀態(tài)，且O2O1平分∠AO1B，故B處的傳動(dòng)塊與輪5的外圓線速度也是相同的，即B處是在同步的情況下進(jìn)入接合的，因而不會(huì)產(chǎn)生沖擊。這樣，A為B提供同步接合，B為A提供同步分離，B又為下一個(gè)進(jìn)入接合的提供同步接合，這下一個(gè)又為B提供同步分離，依次循環(huán)要達(dá)到上述完全同步的理想接合與分離過程，則要求輪12的軸心軌跡，凸導(dǎo)軌段的始點(diǎn)、終點(diǎn)之間要能巧妙地配合才能完成。
一般來說，在調(diào)速過程中輪12的軸心軌跡有兩類一類是直線型，此時(shí)需要使凸導(dǎo)軌段的始端和終端在調(diào)速時(shí)作雙向伸長或縮短才能相互適應(yīng)與配合，直線型時(shí)凸導(dǎo)軌段要雙向伸縮是困難的。另一類是弧線型，其中一種是凸導(dǎo)軌段只作單向伸縮(即一頭固定、一頭伸縮)，就能實(shí)現(xiàn)同步接合與分離，是較簡單而實(shí)用的一種。在圖2、圖4中所示，圓弧 就是這樣的一種輪12的軸心軌跡，此軌跡可用幾可作圖的方法求得。作法如圖8所示，此圖只適用于前后級各4個(gè)擺臂的情況，其他情況下，由于篇幅所限，本處不作細(xì)述。圖中O1是軸3、軸19的軸心，同時(shí)是兩圓的圓心。大圓是導(dǎo)軌的圓周軌跡、小圓是輪12的軸心徑向活動(dòng)范圍，其大小主要由變速器的變速比決定，圖中所示小圓直徑是大圓的1/2。在小圓上任意確定一點(diǎn)，如O2點(diǎn)，連接O1O2，并延長與大圓交于H點(diǎn)和S點(diǎn)，過O點(diǎn)作兩直線與O1O2成45°夾角，此兩直線分別與大圓交于A、B、C、D，同時(shí)此兩直線互相垂直，作∠AO1E＝∠CO1D，連接A、E，作AE的垂直平分線，與小圓交于O3點(diǎn)，與大圓交于K點(diǎn)和P點(diǎn)，同時(shí)此線必過O1點(diǎn)。過O2、O1、O3點(diǎn)作一圓，O4是其圓心點(diǎn)，圓弧 即是輪12的軸心的運(yùn)動(dòng)軌跡。從圖中可以看出，要使輪12的軸心沿設(shè)定軌跡運(yùn)動(dòng)，在O3處設(shè)置一銷，讓輪12繞其轉(zhuǎn)動(dòng)即可。但實(shí)際上這是不可能的，因?yàn)檩?2是繞自身軸心轉(zhuǎn)動(dòng)的，而O4又在其半徑范圍內(nèi)，因此不能采用這種方法實(shí)現(xiàn)這一目的。為此采用圖2所示的調(diào)速機(jī)構(gòu)，8是調(diào)速環(huán)，其兩邊上分別有伸長臂22和25，其中伸長臂25上裝有銷24和圓弧狀齒條26，銷24與導(dǎo)向槽20相配合。調(diào)速桿(后有述及)上的小齒輪帶動(dòng)齒條26移動(dòng)，由于26與8裝為一體，故8也跟著擺動(dòng)，由于銷24受導(dǎo)向槽的約速，調(diào)速環(huán)8只能沿設(shè)定規(guī)律擺動(dòng)，導(dǎo)向座23端的伸長臂22則在導(dǎo)向座23的約束作用下作伸縮滑動(dòng)和擺動(dòng)，調(diào)速環(huán)8的擺動(dòng)將會(huì)帶動(dòng)與其有滾動(dòng)軸承內(nèi)外圈關(guān)系的輪12一起擺動(dòng)，從而使輪12的軸心沿設(shè)定軌跡移動(dòng)。
在圖8中，作∠DO3G＝90°，到此，在圖中就得到了前后級凸導(dǎo)軌段所對應(yīng)的圓心角了。A、D兩點(diǎn)是前后級兩凸導(dǎo)軌段的固定端，可任意確定一個(gè)為前級的，設(shè)A點(diǎn)為前級凸導(dǎo)軌段的固定端，則∠AO1B所對應(yīng)的弧長是前級凸導(dǎo)軌段的最小值，∠AO1E對應(yīng)的是最大值，∠BO1E對應(yīng)的是伸縮區(qū)。D是后級凸導(dǎo)軌段的固定端，∠DO1G＝∠AO1B，∠DO1C＝∠AO1E，∠GO1C＝∠BO1E，同時(shí)代表著相同的對應(yīng)凸導(dǎo)軌段。需要說明的是，上述數(shù)值只是理論上的，實(shí)際上凸導(dǎo)軌段的弧長要比理論值稍大，這是為了可靠同步及凸導(dǎo)輪段與非凸段過渡的需要。上述情況的條件是假設(shè)傳動(dòng)塊與V型槽的接合點(diǎn)、傳動(dòng)銷、滾輪是在相同的圓周方向上的，即V型槽輪軸心、接合點(diǎn)、傳動(dòng)俏的軸心點(diǎn)、滾輪中心點(diǎn)是在一直線上的。實(shí)際上滾輪中心點(diǎn)和接合點(diǎn)是提前或延后一定角度的，因此實(shí)際上的凸導(dǎo)軌段所處的位置在圓周方上是提前或延后一個(gè)角度的。
前面所說的凸導(dǎo)軌段的弧長是可變的，它是這樣實(shí)現(xiàn)的圖4及圖9(a)(圖4中的A-A向剖視圖)中所示是導(dǎo)軌條18裝于機(jī)殼中的情形，圖9(b)是導(dǎo)軌條在自然狀態(tài)下的形狀，圖9(c)是裝于機(jī)殼上在工作狀態(tài)下的形狀，二者的區(qū)別是工作段(即圖中右邊)有變化圖9(c)中的工作段的圓弧半徑變小了，即變彎了一點(diǎn)，背面的小短縫由無間隙變得有很小的間隙了。導(dǎo)軌條的控制段(即左段)實(shí)際上是圓弧形齒條，由調(diào)速桿上的小齒輪控制其伸進(jìn)或退回。為了實(shí)現(xiàn)輪12的軸心軌跡、凸導(dǎo)軌段的始點(diǎn)、終點(diǎn)的相互適應(yīng)和配合，前后級的導(dǎo)軌條、調(diào)速環(huán)8是統(tǒng)一同步控制的，機(jī)殼外軸向設(shè)置的調(diào)速桿上有三個(gè)小齒輪，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)速桿時(shí)，三齒輪分別帶動(dòng)前級導(dǎo)軌條，調(diào)速環(huán)8(通過其上的弧形齒條26，圖2所示)、后級的導(dǎo)軌條一起動(dòng)作。由于齒輪傳動(dòng)一般沒有自鎖功能，故調(diào)速桿要設(shè)置自鎖機(jī)構(gòu)，以便調(diào)速桿能鎖定于設(shè)定位置。
前面已提到過瞬時(shí)傳動(dòng)比的互補(bǔ)，由于本變速器的前后級的傳動(dòng)比是非線性的，本處的互補(bǔ)是指通過兩級間的相互配合，前后級的瞬時(shí)傳動(dòng)比之積是一個(gè)變化較小的近似值，即整個(gè)變速器在給定變速位置時(shí)有一個(gè)接近固定的傳動(dòng)比值，這樣才能使得輸出轉(zhuǎn)速達(dá)到平穩(wěn)。它是這樣實(shí)現(xiàn)的在圖8設(shè)定的條件下，加上輪12上的前后級的直槽相互錯(cuò)開(本處為45°)，即可做到。在圖8中，先假設(shè)輪12的軸心處于O3點(diǎn)，傳動(dòng)銷為主動(dòng)件，輪12為從動(dòng)件，即前級的傳動(dòng)情況，為了簡便，同時(shí)假設(shè)大圓即是傳動(dòng)銷的運(yùn)動(dòng)軌跡，然后計(jì)算出處于凸導(dǎo)軌段的傳動(dòng)銷處于E點(diǎn)和K點(diǎn)的瞬時(shí)傳動(dòng)比。由已知條件O1O3＝(1/2)O1K＝R，則K點(diǎn)的瞬時(shí)傳動(dòng)比iK(1+1/2)R÷R＝1.5，在ΔEO1O3中，∠EO3O1＝45°，O1O3＝(1/2)O1E，由正弦定理可求得∠O3EO1≈20.7°，則∠EO1K＝180°-(180°-45°-20.7°)＝65.7°，作∠MO3O1＝42°，用類似方法求得∠MO1K≈61.55°，65.7°-61.55°＝4.15°，4 15°÷(45°-42°)≈1.3833，即E點(diǎn)的瞬時(shí)傳動(dòng)比的近似值iE≈1.3833。用類似方法求得輪12的軸心處于O2點(diǎn)時(shí)的兩個(gè)瞬時(shí)傳動(dòng)比，iH＝0.5，iB≈0.62。以上計(jì)算的是前級的傳動(dòng)情況，后級由于是輪12為主動(dòng)件，傳動(dòng)銷11為從動(dòng)件，即是前級的逆向傳動(dòng)。由圖8可知，當(dāng)前級是減速傳動(dòng)時(shí)，后級也是減速傳動(dòng)，反之，前級為升速傳動(dòng)時(shí)，后級也是升速傳動(dòng)，正因?yàn)檫@樣，整個(gè)變速器才有盡可能大的變速比。由于前后級的直槽在輪12上是相互錯(cuò)開45°的，故其非線性瞬時(shí)傳動(dòng)比的高低區(qū)是相互錯(cuò)開的，即輪12軸心在O3點(diǎn)時(shí)，當(dāng)前級iK＝1.5時(shí)，后級則是iD＝1/iB＝1/0.62≈1.613，前級是iB≈1.383時(shí)，后級則是iP＝1/iH＝1/0.5-2。輪12軸心在O2點(diǎn)時(shí)，當(dāng)前級是iH＝0.5時(shí)，后級則是iD＝1/iE＝1/1.3833≈0.723，當(dāng)前級是iB＝0.62時(shí)，后級則iB＝1/iK＝1/1.5≈0.667。由以上關(guān)系可以看出，在給定變速位置時(shí)，前級是瞬時(shí)高傳動(dòng)比時(shí)，后級則是瞬時(shí)低傳動(dòng)比，反之，前級是瞬時(shí)低傳動(dòng)比時(shí)，后級則是瞬時(shí)高傳動(dòng)比，也就是說，當(dāng)前級的傳動(dòng)銷處于凸導(dǎo)軌段的始點(diǎn)(或終點(diǎn))時(shí)，后級的傳動(dòng)銷則處于凸導(dǎo)軌段的中點(diǎn)，反之，前級處于中點(diǎn)，后級則處于始點(diǎn)或終點(diǎn)，即前級從始點(diǎn)到中點(diǎn)，后級則是從中點(diǎn)到終點(diǎn)，反之，前級從中點(diǎn)到終點(diǎn)，后級則是從始點(diǎn)到中點(diǎn)。通過這樣的關(guān)系，變速器的輸出轉(zhuǎn)速將是較為平穩(wěn)的。以上這樣的瞬時(shí)傳動(dòng)比互補(bǔ)的關(guān)系極像兩個(gè)十字軸式萬向節(jié)傳動(dòng)時(shí)的情況其中間段傳動(dòng)軸在兩軸軸線夾角較大時(shí)，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)將會(huì)出現(xiàn)兩高兩低4個(gè)差別很明顯的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，由于其前后兩個(gè)萬向節(jié)能相互配合，其最后的輸出轉(zhuǎn)速是平穩(wěn)的，所以幾乎所有汽車的傳動(dòng)軸都采用這樣的結(jié)構(gòu)傳動(dòng)。由于以上結(jié)果是變速器分別設(shè)置于兩極限位置，同時(shí)每級只有4個(gè)擺臂，整個(gè)變速器的瞬時(shí)傳動(dòng)比才有略為明顯的變動(dòng)，處于其他位置時(shí)將是極小的。有時(shí)甚至可以是沒有變動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)速達(dá)到相當(dāng)平穩(wěn)的狀態(tài)。由以上結(jié)果可以知道，在圖8給定的條件下，其最大變速比是6∶7左右，只要增大輪12軸心的移動(dòng)范圍，要達(dá)到10以上的變速比也是很易做到的。
為達(dá)到高效率，大功率、高轉(zhuǎn)速傳動(dòng)及耐用性方面的要求，應(yīng)對前述的結(jié)構(gòu)作一些改進(jìn)在傳動(dòng)銷上裝以滾針軸承，以滾動(dòng)摩擦代替?zhèn)鲃?dòng)銷與直槽間的滑動(dòng)摩擦。在傳動(dòng)銷上只裝一個(gè)滾針軸承，傳動(dòng)銷與直槽間有力傳遞時(shí)將會(huì)產(chǎn)生如圖5所示的情況，即滾針軸承的外圈與直槽有C、D兩個(gè)接觸點(diǎn)，這樣當(dāng)傳動(dòng)銷與直槽有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾針軸承將不能實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)，而是滾針軸承的外圈與直槽間滑動(dòng)，滾針軸承起不到作用。為此，分別讓傳動(dòng)銷的C、D段各為一個(gè)滾針軸承，二者互不相干，而實(shí)現(xiàn)以滾動(dòng)代替滑動(dòng)。在必要時(shí)傳動(dòng)銷與直槽可改為圖6所示結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)銷、直槽均為階梯狀，同時(shí)直槽不貫穿的結(jié)構(gòu)，在同樣的空間條件下，傳動(dòng)能力、強(qiáng)度將會(huì)有成倍甚至數(shù)倍的增強(qiáng)。此外盡量減小傳動(dòng)銷與直槽之間的間隙和加長傳動(dòng)銷在直槽段的長度和加深直槽的深度。在輪12的軸心與軸3、軸19的軸心同軸線時(shí)，由于前后級上的8個(gè)擺臂在圓周上是均布的，其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力均能互相抵銷而能達(dá)到平衡，不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)輪12的軸心離開上述位置時(shí)，這種關(guān)系將被破壞，特別是離開較遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)速又較高時(shí)，這種不平衡將顯得很明顯，故要在擺臂上配以平衡重(圖7中的虛線部分)，以保證任何狀態(tài)下均能達(dá)到平衡，減少振動(dòng)。由于擺臂在一般情況下只受到一個(gè)不太大的徑向拉力，其他方面的受力是極小的，可以不考慮，故其寬度、厚度可以減小，以減小配重及運(yùn)動(dòng)慣性力。在擺臂與輸入(出)軸之間可以做成輪12與調(diào)速環(huán)8之間那樣的滾動(dòng)軸承，為了裝配方便，只在擺臂上的內(nèi)圓車環(huán)狀槽，同時(shí)不必要小孔，最外的擺臂由于要有軸向定位，二者均應(yīng)車有環(huán)狀槽。此外為了減少滾輪的受力和提高效率，可以采用的增力措施有一、壓桿采用增力作用的杠桿式，如圖3所示，約為4倍。二、利用助勢作用，它是這樣的，如圖3所示，在傳動(dòng)塊與V型槽接合傳動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)塊將會(huì)受到一個(gè)圓周方向的摩擦力，此力繞傳動(dòng)銷11的軸心順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)，將有完全相反的兩個(gè)作用，一種將使傳動(dòng)塊與V型槽之間壓得更緊，此謂助勢作用，另一種則是壓得更松，稱為減勢作用，這兩種作用的大小與傳動(dòng)銷中心點(diǎn)到圓周方向磨擦力的距離及傳動(dòng)塊與V型槽間的摩擦系數(shù)有關(guān)。為保證可靠的脫離接合，助勢作用不宜太大。三、充分利用好V型接觸面，此處的增力效果很理想，V型帶傳動(dòng)即很好利用了這一點(diǎn)，由于V型帶是橡膠制造，其有極大的彈性變形能力，V型槽的的夾角不能太小，否則將會(huì)有帶夾死于V型槽內(nèi)的可能。本處的傳動(dòng)塊，V型槽均為鋼制，強(qiáng)度、硬度極高，變形極小，宜采用較小的夾角。例如要傳遞1000N·m的轉(zhuǎn)矩，V型槽夾角a＝8°，滾輪受力為F，傳動(dòng)塊與V型槽間的摩擦系數(shù)μ＝0.1，傳動(dòng)塊與V型槽的接合點(diǎn)到V型槽輪的軸心距離為0.1m，助勢作用是50％，壓桿增力4倍，則有F×4×(1+50％)×1/Sin(a/2)×0.1×0.1＝1000N·m代入已知數(shù)，得F≈1163N，再計(jì)算一下在沒有任何增力作用下，F(xiàn)無有多少F無×0.1×0.1＝1000N·m，則F無＝100000NF無/F≈86(倍)由上可知，要滾輪承受100000N的壓力是不可想象的，同時(shí)由此而產(chǎn)生的功率損耗同樣是極大的。而通過一系列增力作用后只有1163N，是增力前的1/86，滾輪是完全可以承受的。為了保證傳動(dòng)塊與V型槽之間的壓力大小合適，穩(wěn)定持久，壓桿要采用彈簧鋼制造，保證其有適當(dāng)?shù)膹椥?，以使得在各零件有加工，安裝誤差時(shí)，及磨損后V型傳動(dòng)塊與V型槽之間仍能得到穩(wěn)定持久的壓力，保證可靠傳動(dòng)。
估計(jì)分析效率方面，此種變速器的傳力接合點(diǎn)，即V型傳動(dòng)塊與V型槽之間，由于是在完全同步的情況下進(jìn)行接合與分離，在傳動(dòng)過程中不會(huì)產(chǎn)生滑移與沖擊，該處的局部效率應(yīng)是接近100％，其他有功率損耗的主要有各軸承，由于各軸承均為滾動(dòng)軸承，轉(zhuǎn)動(dòng)阻力小，只受不太大的徑向力，其損耗是極小的。與普通的齒輪傳動(dòng)相比，齒輪傳動(dòng)時(shí)齒間有相對滑動(dòng)要損耗功率，各軸承所受徑向力較大，斜齒齒輪傳動(dòng)時(shí)還會(huì)產(chǎn)生較大的軸向力作用于軸承上，理論上此種無級變速器的總效率與普通齒輪變速器的效率應(yīng)是較接近，與傳統(tǒng)的無級變速器相比，應(yīng)有較大的提高。
高速、大功率、耐用性方面，由于實(shí)現(xiàn)了完全同步接合與分離，前后級瞬時(shí)傳動(dòng)比互補(bǔ)，采用增力措施及在擺臂上配以平衡重，應(yīng)能滿足這些要求。
成本方面，各零件沒有采用特制專用材料，加工、安裝均沒有太高的精度要求，故其成本應(yīng)是很低的。
體積、調(diào)控、變速比方面，從圖1中可以看出，其軸向尺寸是極小的，徑向尺寸也是較小的。采用兩級變速，實(shí)用變速比在10以上是很易做到的。一般的摩擦式無級變速器均要在動(dòng)態(tài)下才能調(diào)速，而此種變速器在動(dòng)靜態(tài)下均可方便調(diào)速。
綜上所述，此種無級變速器是通過在完全同步的情況下進(jìn)行接合與分離，前后級瞬時(shí)傳動(dòng)比互補(bǔ)的方法，實(shí)現(xiàn)高效率、大功率、高轉(zhuǎn)速、長壽命、大變速比、調(diào)控方便的無級變速傳動(dòng)，是一種新型的高性能無級變速器，適用于各類無級變速傳動(dòng)系統(tǒng)中使用，如汽車的無級變速系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械式無級變速器、由機(jī)殼、輸入軸、V型槽輪、直槽輪、擺臂、調(diào)速環(huán)、V型傳動(dòng)塊、輸出軸等構(gòu)成，其特征是呈“U”型的擺臂套裝于輸入(出)軸上，V型槽輪在其內(nèi)，通過傳動(dòng)銷與直槽的配合，把擺臂與直槽輪連接起來，直槽輪是徑向均布數(shù)條直槽的圓盤，V型傳動(dòng)塊與V型槽輪上的V型槽之間形成V型接觸面，通過幾個(gè)擺臂依次循環(huán)地通過其上的V型傳動(dòng)塊與V型槽輪進(jìn)行接合與分離而實(shí)現(xiàn)連續(xù)傳動(dòng)，V型傳動(dòng)塊與V型槽輪的接合與分離由導(dǎo)軌的凸段與非凸段決定，調(diào)速是通過直槽輪相對于V型槽輪作徑向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征是以直槽輪為界前后結(jié)構(gòu)相似、對稱，前后各自成為一級變速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征是凸導(dǎo)軌段的長短變化是通過圓弧狀導(dǎo)軌條的伸縮實(shí)現(xiàn)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征是直槽輪與調(diào)速環(huán)之間是滾動(dòng)軸承內(nèi)外圈關(guān)系，其中直槽輪可轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)速環(huán)只可擺動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征是前后級非線性瞬時(shí)傳動(dòng)比的高低區(qū)相錯(cuò)開，前后級瞬時(shí)傳動(dòng)比互補(bǔ)，即前級滾輪從凸導(dǎo)軌段的始點(diǎn)向中點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，后級則是從中點(diǎn)向終點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，而當(dāng)前級從中點(diǎn)向終點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，后級則是從始點(diǎn)向中點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征是通過導(dǎo)向槽和限位座對調(diào)速環(huán)的擺動(dòng)起約束作用，實(shí)現(xiàn)直槽輪軸心沿設(shè)定軌跡移動(dòng)的目的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征是V型傳動(dòng)塊與V型槽是在同步的情況下接合與分離的，且同步接合點(diǎn)與同步分離點(diǎn)，分別處于V型槽輪軸心與直槽輪軸心的連心線的兩邊且對稱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征是前后級圓弧狀導(dǎo)軸條的伸縮、調(diào)速環(huán)的擺動(dòng)是統(tǒng)一同步控制的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征是傳動(dòng)銷與直槽均采用階梯狀，同時(shí)直槽不貫穿的結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征是傳動(dòng)銷在直槽段上裝兩個(gè)相互獨(dú)立的滾針軸承。
全文摘要
一種機(jī)械式無級變速器，由機(jī)殼、輸入軸、V型槽輪、直槽輪、擺臂、調(diào)速環(huán)、V型傳動(dòng)塊、輸出軸等構(gòu)成。通過V型傳動(dòng)塊與V型槽在同步的情況下進(jìn)行接合與分離而實(shí)現(xiàn)無級變速傳動(dòng)，既不同于摩擦型也不同于脈動(dòng)式的一種無級變速器，而是一種結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)的一種新型的無級變速器，具有高效率、大功率傳動(dòng)的能力，動(dòng)靜態(tài)下均可調(diào)速，變速能力強(qiáng)，軸向尺寸較小的特點(diǎn)，適用于各類無級變速傳動(dòng)系統(tǒng)中使用，如汽車的自動(dòng)變速系統(tǒng)中。
文檔編號F16H15/00GK1417501SQ0210224
公開日2003年5月14日 申請日期2002年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者麥智生 申請人:麥智生