專利名稱：無級變速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種與工業(yè)機(jī)械、交通工具領(lǐng)域相關(guān)的無級變速裝置。
背景技術(shù)：
無級變速的機(jī)構(gòu)種類繁多，其主要原理是連續(xù)變換傳動輪的工作半徑，這一點(diǎn)采用錐輪就比較容易實(shí)現(xiàn)，而錐輪之間采用摩擦傳動形式比較方便，所以錐輪摩擦傳動成了一種最常用的無級變速結(jié)構(gòu)形式，但摩擦傳動存在組件容易磨損、發(fā)熱、打滑、效率低等問題。齒傳動沒有摩擦傳動的這些問題，但傳動齒一般有固定的齒距，很難在連續(xù)變換工作半徑的錐輪上應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無級變速裝置，填補(bǔ)“錐輪齒傳動式”無級變速器的空白，克服“錐輪摩擦傳動式”無級變速裝置摩擦組件磨損快、發(fā)熱、打滑、效率低等問題。本發(fā)明包括輸入錐輪(3)、輸出錐輪(6)和中間傳動體(1)，輸入錐輪(3)和輸出錐輪(6)上有沿母線方向的滑槽(11)或凸起的滑軌來引導(dǎo)縱滑塊( 在母線方向的移動；縱滑塊(5)上裝載的活動齒(4)可以在垂直于輸入軸(8)軸線的平面上橫向移動；主動活動齒和從動活動齒通過與中間傳動體(1)嚙合進(jìn)行傳動。本發(fā)明的中間傳動體(1)是采用滾子或滑塊作為傳動單元的多米諾傳動軌道，或者是齒環(huán)、齒輪、齒帶、齒鏈等帶有傳動齒的構(gòu)件。本發(fā)明包含用來即時調(diào)整活動齒(4)齒距的尖角、圓弧或磁力裝置。本發(fā)明包含逆止滑塊(16)和復(fù)位滑塊(17)，逆止滑塊(16)在受到它兩邊的接觸面擠壓時產(chǎn)生摩擦自鎖，而復(fù)位滑塊(17)在受到它兩邊的接觸面擠壓時不產(chǎn)生摩擦自鎖。本發(fā)明的同一錐輪上活動齒的數(shù)量，以及在傳動過程中，同一錐輪上同時處于嚙合區(qū)域的活動齒的數(shù)量，不限于1個。本發(fā)明的復(fù)位滑塊(17)通過杠桿或滑輪拉索系統(tǒng)和逆止滑塊(16)連接而產(chǎn)生互動，其復(fù)位力直接來源于離心力、磁力、或彈簧彈力，或者來源于逆止滑塊(16)的間接帶動。本發(fā)明在實(shí)施變速時，縱滑塊(5)和中間傳動體(1)同步移動而錐輪不動，或者縱滑塊(5)和中間傳動體(1)的軸向位置不變而錐輪在軸向移動，涉及的往返移動采用排珠傳動裝置，或者絲杠、拉索、推拉桿、液壓、空壓等傳動方式實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的縱滑塊(5)和中間傳動體(1)保持同步移動的方法是由主動移動一方通過引導(dǎo)斜面(12)帶動另一方跟隨移動，或者雙方獨(dú)立移動，保持同時同速。本發(fā)明通過離合器(21)與輸出錐輪(6)和行星齒輪內(nèi)圈(24)的接合、分離，在不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)前進(jìn)檔、空檔和倒擋之間切換。本發(fā)明可以通過與相應(yīng)功能零部件組合，實(shí)現(xiàn)人工控制、電腦控制或者兩者結(jié)合控制，可應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)機(jī)械、交通工具等領(lǐng)域。與“錐輪摩擦傳動式”無級變速裝置相比較，本發(fā)明采用齒傳動代替摩擦傳動，有
3利于提高傳動效率和減輕傳動部件磨損快的問題，也避免了打滑現(xiàn)象，因不需要額外施加夾緊力，避免了軸和軸承受力太大，也節(jié)省能源。


圖1是變速傳動部分結(jié)構(gòu)視圖2是各種采用傳動區(qū)進(jìn)行嚙合引導(dǎo)的尖角齒形； 圖3是帶有專門引導(dǎo)區(qū)的齒形例子； 圖4是縱滑塊及其關(guān)聯(lián)部件結(jié)構(gòu)視圖； 圖5是活動齒在嚙合調(diào)整時遇到的各種情形； 圖6是用以保持同步移動的引導(dǎo)斜面結(jié)構(gòu)； 圖7是在前進(jìn)檔、后退檔和空檔之間切換的原理圖。
具體實(shí)施例方式參照圖1所示的變速傳動部分結(jié)構(gòu)和圖4所示的縱滑塊及其關(guān)聯(lián)部件結(jié)構(gòu)，輸入軸8與輸出軸9平行放置，分別與錐面朝向相反的輸入錐輪3和輸出錐輪6固定連接；輸入錐輪3和輸出錐輪6上分布若干條沿母線方向的滑槽11，縱滑塊5可以順著滑槽11滑動， 由此改變工作輪半徑；縱滑塊5上裝載的活動齒4可以在垂直于輸入軸8軸線的平面上橫向移動，由此調(diào)節(jié)齒距；中間傳動體1是一個線條圓滑的封閉循環(huán)軌道，里邊布滿可以在軌道里滾動或滑動的傳動單元2，它們的間隙可以與活動齒4嚙合；在嚙合狀態(tài)下，主動的活動齒把動力順著傳動單元2的隊(duì)列傳遞給被動的活動齒。圖1所示的一個實(shí)施例中，滑槽(11)可以用具有相同引導(dǎo)功能的凸起滑軌結(jié)構(gòu)代替，中間傳動體1是多米諾傳動軌道，其里邊的傳動單元2是圓柱滾子，也可以采用滾珠、階梯圓柱滾子、滑塊等來代替；多米諾傳動軌道可以是長圓、橢圓、正圓、或者其它由圓弧組成的形狀；多米諾傳動軌道也可以采用齒環(huán)、齒輪、齒帶、齒鏈等帶有傳動齒的傳動構(gòu)件代替。因?yàn)榛顒育X4不是總處于與傳動單元2正確嚙合的位置，所以在嚙合的時候需要調(diào)整齒距?；顒育X4的齒尖采用尖角形狀，而傳動單元2的嚙合接觸部位采用圓弧形狀，以便于雙方相互擠壓時不能處于穩(wěn)定狀態(tài)而相對滑動進(jìn)入正確的嚙合位置。圖2所示的是各種具有尖角形狀的齒形，其中A是對稱的直線尖角，B是對稱的弧線尖角，C是不對稱弧線尖角、D是不對稱弧線和直線尖角，與之嚙合的對方應(yīng)該采用尖角或者圓弧形狀。雙方嚙合部位的形狀也可以采用相反的組合，即活動齒4的齒尖是圓弧，而傳動單元2的嚙合接觸部位是尖角。調(diào)整嚙合位置的過程也可以由專門的引導(dǎo)區(qū)來完成，如圖3所示的齒形，中間是傳動區(qū)14，而兩邊是的尖角形狀的嚙合引導(dǎo)區(qū)15，此外，還可以在中間傳動體1上安裝磁力裝置來引導(dǎo)活動齒4進(jìn)入正確的嚙合位置。如圖4所示，活動齒4的受到的載荷F來自右邊，把其在左邊的極限位置作為初始位置，每一次嚙合調(diào)整都從初始位置開始，進(jìn)入正確嚙合位置后再進(jìn)行傳動，離開嚙合區(qū)域后自動恢復(fù)到初始位置等待下一輪調(diào)整。實(shí)現(xiàn)這一調(diào)整過程的結(jié)構(gòu)原理是——逆止滑塊16 與復(fù)位滑塊17分別與活動齒4的左側(cè)和右側(cè)接觸，它們通過杠桿18連接，杠桿的支點(diǎn)19 設(shè)置在縱滑塊5或者活動齒4上，逆止滑塊16和復(fù)位滑塊17可以在杠桿18上滑動；逆止滑塊16與它左右兩側(cè)的接觸面的靜摩擦系數(shù)大于這兩個接觸面的夾角的正切值，當(dāng)逆止滑塊16受到這兩個接觸面的擠壓時產(chǎn)生摩擦自鎖；與逆止滑塊16的情況相反，復(fù)位滑塊 17與它左右兩側(cè)的接觸面的靜摩擦系數(shù)小于這兩個接觸面的夾角的正切值，當(dāng)復(fù)位滑塊 17受到這兩個接觸面的擠壓時不產(chǎn)生摩擦自鎖；支點(diǎn)19的位置、逆止滑塊16與復(fù)位滑塊 17重量的配置滿足當(dāng)錐輪旋轉(zhuǎn)時，在離心力作用下，復(fù)位滑塊17的力矩比逆止滑塊16的力矩大，這個杠桿系統(tǒng)有繞支點(diǎn)19逆時針旋轉(zhuǎn)的趨勢。以上的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的結(jié)果是，當(dāng)活動齒 4進(jìn)入嚙合區(qū)域，如果遇到在傳動單元2的擠壓下離開初始位置這一情形(傳動齒4進(jìn)入嚙合區(qū)域時遇到的不同情形在下一段參照圖5進(jìn)行說明)，會克服復(fù)位滑塊17的離心力并把它向下推動，帶動杠桿18把逆止滑塊16沿著左邊的接觸面向上向右推動，逆止滑塊16向上移動的過程中與活動齒4保持接觸；活動齒4到達(dá)正確嚙合位置后開始承受載荷，在力F 的作用下會有向初始位置移動的趨勢，但因逆止滑塊16產(chǎn)生自鎖而使移動受阻，并且因?yàn)榛顒育X4對逆止滑塊16的壓力很大，逆止滑塊16和復(fù)位滑塊17的離心力矩之差不足以把逆止滑塊16往下推動來給活動齒4讓出空間；當(dāng)傳動齒4離開嚙合區(qū)而載荷消失，其對逆止滑塊16的巨大壓力也隨之消失，復(fù)位滑塊17在離心力的作用下往上移，逆止滑塊16在杠桿作用下會向下移動讓出上面的空間，而與此同時，活動齒4也被復(fù)位滑塊17順利推向初始位置。以錐輪轉(zhuǎn)動的方向作為參照，輸入錐輪上的各部件的位置關(guān)系是復(fù)位滑塊17在前，逆止滑塊16和活動齒4的初始位置在后，而輸出錐輪6上的位置關(guān)系正好與此相反。傳動齒4開始進(jìn)入嚙合區(qū)域但不在正確嚙合位置時，如果前一個傳動齒已經(jīng)離開嚙合區(qū)域， 則調(diào)整嚙合位置時相互不受影響，把當(dāng)前接觸的傳動單元2往前或往后擠壓就可以順利進(jìn)入正確嚙合位置，但如果前一個傳動齒還沒離開嚙合區(qū)域，則會出現(xiàn)如圖5所示的幾種情況:A1是在輸入錐輪3上出現(xiàn)的第一種情形，當(dāng)后位活動齒進(jìn)入嚙合區(qū)域與滾子開始接觸時，如果齒尖被弧面引導(dǎo)向該滾子的后方，因?yàn)槠浜鬅o退路，所以只能是前位活動齒被迫向前移動離開初始位置，兩者之間的距離逐漸加大，直到后位活動齒進(jìn)入正確嚙合位置；A2 是在輸入錐輪3上出現(xiàn)的第二種情形，當(dāng)后位活動齒進(jìn)入嚙合區(qū)域與滾子開始接觸時，如果齒尖被弧面引導(dǎo)向該滾子的前方，暫未承受載荷，被迫向前移動離開初始位置，與前位活動齒之間的距離逐漸縮小，直到進(jìn)入正確嚙合位置；Bl是在輸出錐輪6上出現(xiàn)的第一種情形，當(dāng)后位活動齒進(jìn)入嚙合區(qū)域與滾子開始接觸時，如果齒尖被弧面引導(dǎo)向該滾子的后方， 暫未承受載荷，被迫向后移動離開初始位置，兩者之間的距離逐漸加大，直到進(jìn)入正確嚙合位置；B2是在輸出錐輪6上出現(xiàn)的第二種情形，當(dāng)后位活動齒進(jìn)入嚙合區(qū)域與滾子開始接觸時，如果齒尖被弧面引導(dǎo)向該滾子的前方，因其前邊就是極限位置，所以只能是前位活動齒被迫向后移動離開初始位置，兩者之間的距離逐漸縮小，直到后位活動齒進(jìn)入正確嚙合位置。后位活動齒進(jìn)入嚙合區(qū)域時，只改變它和其前位活動齒的距離，而不影響其前位和前位的前位之間的距離。不管是只有一個活動齒，還是同時有多個活動齒處于嚙合區(qū)域，該結(jié)構(gòu)都能順利完成嚙合位置調(diào)整而連續(xù)正常工作。在圖4所示的結(jié)構(gòu)中，逆止滑塊16和復(fù)位滑塊17之間的杠桿互動方式，可以用滑輪拉索系統(tǒng)替代；通過逆止滑塊16和復(fù)位滑塊17之間的離心力矩差來保持復(fù)位滑塊17在旋轉(zhuǎn)中保持向上運(yùn)動的趨勢，而逆止滑塊16保持向下運(yùn)動的趨勢，這種方法也可以采用磁力、彈簧彈力來替代或者結(jié)合使用；因?yàn)槟嬷够瑝K16和復(fù)位滑塊17有互動關(guān)系，所以磁力、 彈簧彈力等復(fù)原力可以直接施加在復(fù)位滑塊17或反向施加在逆止滑塊16上。
如圖1所示，滾珠7從縱滑塊5的底部一側(cè)開始沿著滑槽10的底部排列分布，經(jīng)過排珠泵10，再由經(jīng)錐輪體內(nèi)的直線通道及其它拐彎通道路段，最后沿著滑槽10的底部回到縱滑塊5的底部另一側(cè)，形成封閉的回路，排珠泵正傳和逆轉(zhuǎn)可以驅(qū)動滾珠7分別往前、 后兩個方向滾動，帶動縱滑塊5直線往返運(yùn)動。采用絲杠、拉索、推拉桿、液壓、空壓等傳動方式代替排珠傳動也可以實(shí)現(xiàn)縱滑塊5的直線往返運(yùn)動?？v滑塊5直線運(yùn)動時，活動齒4 一邊跟隨著移動一邊隨錐輪高速轉(zhuǎn)動，其齒頂兩端的引導(dǎo)斜面(12)，會推動中間傳動體1順著滑軌13移動。如圖6所示，引導(dǎo)斜面可以在齒頂兩端設(shè)置，也可以在中間傳動體上設(shè)置。除了采用引導(dǎo)斜面來保持縱滑塊5和中間傳動體1在縱向移動中相對位置不變，也可以讓它們各自與傳動部件連接，保持同步移動。本實(shí)施例在變速時，縱滑塊5和中間傳動體1同步移動而錐輪不動，也可以采用縱滑塊5和中間傳動體1軸向位置不變而錐輪在軸向移動。以上涉及的各種部件的移動，可以通過排珠、絲杠、拉索、推拉桿、空壓或液壓傳動方式實(shí)現(xiàn)。如圖7所示，輸出軸9與輸出錐輪6轉(zhuǎn)動連接，輸出軸9與離合器21采用在軸向可以相對滑動的花鍵連接方式，輸出錐輪6通過連接塊20與行星齒輪外圈22固定連接，定軸行星齒輪23分別與行星齒輪外圈22和行星齒輪內(nèi)圈M嚙合。離合器21向前移動與輸出錐輪6接合時，輸出軸9正傳，離合器21向后移動與行星齒輪內(nèi)圈M接合時，輸出軸9反轉(zhuǎn)，處于中間位置則為空檔。只需要移動離合器21就可以在不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)前進(jìn)檔、 空檔和倒擋之間切換。換擋控制過程可以采用人工判斷手動控制，也可以與E⑶、TCU等控制單元連接實(shí)現(xiàn)電子智能控制，適合工農(nóng)業(yè)機(jī)械、交通工具等領(lǐng)域的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.無級變速裝置，包括輸入錐輪(3)、輸出錐輪(6)和中間傳動體(1)，其特征在于輸入錐輪(3)和輸出錐輪(6)上有沿母線方向的滑槽(11)或凸起的滑軌來引導(dǎo)縱滑塊(5)在母線方向的移動；縱滑塊( 上裝載的活動齒(4)可以在垂直于輸入軸(8)軸線的平面上橫向移動；主動活動齒和從動活動齒通過與中間傳動體(1)嚙合進(jìn)行傳動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無級變速裝置，其特征在于中間傳動體(1)是采用滾子或滑塊作為傳動單元的多米諾傳動軌道，或者是齒環(huán)、齒輪、齒帶、齒鏈等帶有傳動齒的構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無級變速裝置，其特征在于包含用來即時調(diào)整活動齒(4)齒距的尖角、圓弧或磁力裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無級變速裝置，其特征在于包含逆止滑塊(16)和復(fù)位滑塊 (17)，逆止滑塊(16)在受到它兩邊的接觸面擠壓時產(chǎn)生摩擦自鎖，而復(fù)位滑塊(17)在受到它兩邊的接觸面擠壓時不產(chǎn)生摩擦自鎖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無級變速裝置，其特征在于同一錐輪上活動齒的數(shù)量，以及在傳動過程中，同一錐輪上同時處于嚙合區(qū)域的活動齒的數(shù)量，不限于1個。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無級變速裝置，復(fù)位滑塊(17)通過杠桿或滑輪拉索系統(tǒng)和逆止滑塊(16)連接而產(chǎn)生互動，其復(fù)位力直接來源于離心力、磁力、或彈簧彈力，或者來源于逆止滑塊(16)的間接帶動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無級變速裝置，其特征是在實(shí)施變速時，縱滑塊(5)和中間傳動體(1)同步移動而錐輪不動，或者縱滑塊(5 )和中間傳動體(1)的軸向位置不變而錐輪在軸向移動，涉及的往返移動采用排珠傳動裝置，或者絲杠、拉索、推拉桿、液壓、空壓等傳動方式實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無級變速裝置，其特征在于，縱滑塊(5)和中間傳動體(1)保持同步移動的方法是由主動移動一方通過引導(dǎo)斜面(12)帶動另一方跟隨移動，或者雙方獨(dú)立移動，保持同時同速。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無級變速裝置，其特征在于通過離合器(21)與輸出錐輪(6) 和行星齒輪內(nèi)圈(24)的接合、分離，在不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)前進(jìn)檔、空檔和倒擋之間切換。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無級變速裝置，其特征在于可以通過與相應(yīng)功能零部件組合，實(shí)現(xiàn)人工控制、電腦控制或者兩者結(jié)合控制，可應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)機(jī)械、交通工具等領(lǐng)域。
全文摘要
一種無級變速裝置，包括軸心平行、錐面朝向相反的輸入錐輪和輸出錐輪，以及連接它們的中間傳動體，其特征在于輸出錐輪和輸出錐輪上有沿母線方向的滑槽，或凸起的滑軌來引導(dǎo)縱滑塊在母線方向的移動，由此來改變工作輪的半徑；縱滑塊上裝載的活動齒可以在垂直于輸入軸軸線的平面上橫向移動，由此來即時調(diào)整活動齒的齒距，以便在不同的半徑位置和中間傳動體正確嚙合；中間傳動體帶有傳動齒、滾子或滑塊等剛性傳動單元，與縱滑塊保持相對位置不變，可以隨著縱滑塊的縱向移動在連續(xù)變換的工作直徑上，在主動活動齒和從動活動齒之間嚙合傳動，由此實(shí)現(xiàn)齒傳動無級變速。
文檔編號F16H37/12GK102401104SQ20111034032
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者周承崗 申請人:周承崗