本發(fā)明屬于在輸入和輸出之間具有連續(xù)梯級變化傳動比的齒輪傳動裝置，即，在相鄰齒輪間或梯級(steps)之間的傳動比連續(xù)變化。
現(xiàn)有技術(shù)
現(xiàn)有技術(shù)已知諸如此類傳動裝置(transmissions)：旨在將旋轉(zhuǎn)運動源(通常為電機)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)消耗部件的轉(zhuǎn)矩匹配的裝置。三種類型的轉(zhuǎn)動裝置被廣泛應(yīng)用：機械的、自動化的和變速器(variators)。因此，齒輪傳動的機械傳動裝置和自動化傳動裝置尺寸緊湊并且可傳遞大轉(zhuǎn)矩，但是傳動比變化的離散化、對自動化傳動裝置轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化器的需求(其減少了效率)、轉(zhuǎn)矩傳遞的中斷、復雜性、為改變傳動比而對離合器的需求均被認為是機械傳動裝置和自動化傳動裝置的缺陷。通過旋轉(zhuǎn)傳送皮帶傳遞大量的扭矩和功率的復雜性被認為是可無極連續(xù)改變傳動比的變速器的缺陷。
已知美國專利5608390、5653143、6321613中描述的技術(shù)方案以及方案“具有連續(xù)可變傳遞比的齒輪傳動”(rf專利2340815)是最接近的類比。該發(fā)明具有截頭圓錐軸，其上設(shè)有多排螺旋齒狀線圈，線圈沿軸彼此分離定位。平行于第一軸的包絡(luò)表面安裝第二軸。位于第二軸的齒輪元件與其一同轉(zhuǎn)動；齒輪元件具有與螺旋齒狀線圈嚙合的齒并且可沿著第二軸滑動以在沿齒狀過渡部分(transition)的任一點定位并包括兩個連接的齒輪。該齒輪可相對于彼此彈性轉(zhuǎn)動一定角度。共同特征是第一截頭圓錐軸(其上沒有固定的齒輪，并且在截頭圓錐上沒有反繞兩個螺旋齒狀過渡部分)以及具有單一齒輪的第二軸，齒輪可沿著截頭圓錐軸移動。這種齒輪傳動裝置具有以下缺點：當與各種齒狀過渡部分嚙合轉(zhuǎn)動時，第二軸齒輪位于沿著軸的任一點。因此，齒嚙合面積和最大傳遞轉(zhuǎn)矩各為可變值，即在某一軸位置，作用在第一軸和第二軸的齒輪齒邊緣的負載可引起失效。此外，當從一個齒狀過渡線圈變化到另一個時，可倚靠彼此彈性旋轉(zhuǎn)的第二軸的齒輪不能確保區(qū)別的、明確的嚙合。這會導致傳動裝置的加速磨損、齒失效或卡住。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
技術(shù)效果是在傳遞步驟中的截頭圓錐軸固定齒輪間切換過程中無極連續(xù)的傳動比和轉(zhuǎn)矩變化。
本發(fā)明解決的問題是在齒輪傳遞裝置之間(包括相鄰的傳遞裝置)的傳動比連續(xù)變化而無轉(zhuǎn)矩中斷。傳動比變化在大量傳遞階段可具有小的增量。同時可以解決另一個任務(wù)：作為總的傳動裝置的第一截頭圓錐軸可執(zhí)行電機飛輪的功能，因為轉(zhuǎn)矩連續(xù)傳遞并且傳遞可能有很大轉(zhuǎn)動慣性。此外，在傳遞階段之間切換時采用的離合器變得多余。
基于具有螺旋齒狀過渡部分的齒輪的傳動裝置包括第一截頭圓錐軸，在第一截頭圓錐周的始端和末端設(shè)有齒輪。齒輪的齒數(shù)與其位置處的截頭圓錐直徑成正比，相鄰齒輪通過兩個反繞螺旋齒狀過渡部分連接。齒輪也可位于過渡部分的交叉點；其齒的直徑和數(shù)量與其位置處的截頭圓錐直徑成正比。需要兩個反繞螺旋齒狀過渡部分用于增加和減少傳動比而不改變第一軸的轉(zhuǎn)向的方法。因此，我們有截頭圓錐軸，截頭圓錐軸具有數(shù)個在它們之間利用螺旋齒狀過渡部分連接的齒輪。其上具有齒輪的第二軸與截頭圓錐表面平行安裝。齒輪可沿著軸移動但是在軸上緊固以使得可與軸一同旋轉(zhuǎn)。齒輪通過機械或電子控制系統(tǒng)分別沿第二軸和截頭圓錐軸移動，控制系統(tǒng)監(jiān)視和定位第二軸上的齒輪線性位置、第一軸的角位置和旋轉(zhuǎn)速度，考慮螺旋齒狀過渡部分的初始和結(jié)束點并且允許增加或減少傳動比、可能的軸負載值和其他必要參數(shù)。因此，通過沿螺旋齒狀過渡部分從第一軸的一個齒輪轉(zhuǎn)到另一個齒輪實現(xiàn)傳動比的變化。當?shù)诙S的齒輪定位成與螺旋齒狀過渡部分的開始部分相對時，由控制系統(tǒng)在計算出的點及時執(zhí)行該滾動。控制系統(tǒng)具有縱向驅(qū)動機構(gòu)用于使齒輪沿第二軸移動。這種類型的傳動是可逆的，第一軸和第二軸均可用作輸入軸和輸出軸。因此，螺旋過渡部分的齒距對于每個行程可相同或變化。第一軸的截頭圓錐表面形狀可與截頭圓錐不同，但是包括所需的所有齒形元件。齒輪和螺旋齒狀過渡部分的齒可以嵌入截頭圓錐表面，從而允許第二軸齒輪在如同在導軌上一樣在其上滾動。在這種情況下，控制系統(tǒng)被簡化，它甚至可以是機械的。如果截頭圓錐軸的齒是嵌入的，其足以將第二軸齒輪引導至螺旋齒狀過渡部分上；然后，傳動比會自動更改。
為了確保第一軸和第二軸的嚙合齒之間的大的接觸面積，齒可以具有任何形狀。截頭圓錐軸的齒的形狀可重復改變它們空間位置的第二軸的齒的印痕。具有這種形狀的圓錐軸齒可由具有適合的輪廓的齒輪銑刀加工，齒輪銑刀在截頭圓錐軸上加工齒的過程中將模仿嚙合的第二軸齒輪和截頭圓錐齒的旋轉(zhuǎn)。由齒輪銑刀創(chuàng)造出的印痕的形狀將允許在截頭圓錐齒和第二軸齒輪齒的任意相對角度位置確保大的齒接觸面積。因此，截頭圓錐軸的始端和末端的不同錐度的齒不會影響由齒傳遞的轉(zhuǎn)矩的最大值。除了齒狀齒輪，可采用更有效的旋轉(zhuǎn)傳遞類型，例如，偏心擺線傳動。采用這種類型傳遞的具體特征是第二軸軸線必須與第一軸平行并且與圓錐表面不平行，即，第一和第二軸必須是同軸的。為了這個目的可使用移動萬向懸架，即，包括第二軸的滑塊沿導軌移動，導軌與錐體表面平行，同時第二軸的軸線與截頭圓錐軸的軸線平行，以及轉(zhuǎn)矩通過萬向驅(qū)動裝置傳遞到第二軸，萬向驅(qū)動裝置關(guān)于齒輪移動，該齒輪是轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)遞到的齒輪或從其傳遞轉(zhuǎn)矩的齒輪。這種類型的從第一軸至第二軸的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)遞也可以用于齒狀齒輪。
傳遞裝置也可包括一個或多個用于動力輸出的第二軸，其與第一截頭圓錐軸獨立運行并具有各自的自動控制系統(tǒng)、驅(qū)動機構(gòu)和多個第二軸齒輪，該多個第二齒輪的每一個獨立運行并以自己的控制系統(tǒng)確定的速度旋轉(zhuǎn)。借助經(jīng)過齒數(shù)選擇的已知求和機構(gòu)對一個或多個第二軸的不同轉(zhuǎn)速與截頭圓錐軸的反轉(zhuǎn)速度的求和可確保一組包括零合成轉(zhuǎn)速的值和方向不同的轉(zhuǎn)速。
截頭圓錐軸可具有任意長度，包括零長度因此所述的截頭圓錐軸被轉(zhuǎn)換成平輪，該平輪具有齒輪的齒和螺旋齒狀過渡部分的齒位于其上，并且所述第二軸的轉(zhuǎn)軸與輪平面平行并與輪轉(zhuǎn)軸垂直。
附圖說明
圖1示出了具有螺旋齒狀過渡部分的齒輪傳遞裝置的縱向截面。
具體實施方式
圖1以縱向截面示出了具有螺旋齒狀過渡部分的齒輪傳遞裝置，其包括殼體1并具有軸承座2-8。軸承2和3安裝在殼體1內(nèi)的截頭圓錐軸9上。截頭圓錐軸1包括位于軸始端的固定輪10和位于軸末端的固定輪13；其齒的數(shù)量從必要的傳動比變化范圍選擇。在截頭圓錐軸9上的固定齒輪也可安裝在兩個反繞的(contrawound)螺旋齒狀過渡部分11和12的常規(guī)交叉點處。通常，交叉的數(shù)量和中間齒輪的數(shù)量均是任意的，從而允許減少傳動比離散間隔，但是具有頂部齒的尺寸施加的和截頭圓錐軸9的長度的限制。這些齒輪的齒的直徑和數(shù)量從截頭圓錐軸9的窄端到寬端增加。因此在固定齒輪之間的螺旋齒狀過渡部分的齒距可以是相同的或變化的，即位于螺旋齒狀過渡部分交叉處的截頭圓錐軸上的固定齒輪的直徑并非取決于螺旋齒狀過渡部分的等齒距，而是可在設(shè)計階段變化以允許設(shè)置中間齒輪的必要的直徑和齒數(shù)。軸9的形狀可與截頭圓錐軸不同，但軸9必須包括操作所需的齒形元件。因此，截頭圓錐軸包括一定數(shù)量n的固定齒輪，圖1中有四個：齒輪10、13、14和15，其齒數(shù)與其位置上截錐直徑成正比。需要兩個或兩個以上的不必要連續(xù)的反繞螺旋齒狀過渡部分11和12用于向上或向下改變傳動裝置傳動比而不改變截頭圓錐的旋轉(zhuǎn)方向。螺旋齒狀過渡部分和所有齒輪的齒輪模數(shù)是相同的。螺旋圓錐齒狀過渡部分的齒指向背離截頭圓錐軸并且通常平行于第二軸的軸線。在截頭圓錐軸9上安裝有傳感器16：用于監(jiān)測螺旋齒狀過渡部分的齒的角度位置的軸角度位置傳感器、截頭圓錐軸轉(zhuǎn)速傳感器和可能的軸負載傳感器。
圖1的傳動裝置包括第二軸17，第二軸17定位成平行于截頭圓錐軸9的表面并與表面具有一定距離。第二軸17通過軸承4和5安裝在殼體1內(nèi)。第二軸17設(shè)有沿第二軸延伸并與第二軸一同旋轉(zhuǎn)的鍵或花鍵18(splines)。齒輪19安裝在第二軸17上并且由于鍵槽、鍵或齒18與第二軸一同旋轉(zhuǎn)；但其也可沿第二軸移動以使得齒輪19的齒與截頭圓錐軸齒輪10、13、14、15或螺旋齒狀過渡部分11、12的齒在對齊時恒定嚙合。軸19和17均可作為輸入軸和輸出軸。第二軸齒輪19借助滑動元件20沿著軸17移動，滑動元件20借助軸承8連接齒輪?；瑒釉?0的縱向運動借助于驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)。如圖1所示，驅(qū)動器22的螺紋軸21安裝于殼體1內(nèi)的軸承5和6。滑動元件包括螺紋23。當軸21在其中以順時針或逆時針轉(zhuǎn)動時，其使得滑動元件20向前或向后移動，并分別引起齒輪19沿著截頭圓錐軸9移動。滑動元件20的線性位置由線性運動傳感器24監(jiān)視。齒輪19相對于軸21在某一特定時間點從軸9的一個固定齒輪旋轉(zhuǎn)到另一個齒輪所需的線性位置可由數(shù)字計算機(dc)24計算。任何其他已知的機構(gòu)也可用于使齒輪19沿截頭圓錐軸縱向移動。例如，齒輪和螺旋齒狀過渡部分的齒可嵌入截頭齒輪軸9。因此，為了將齒輪19從截頭圓錐軸的一個固定齒輪滾動到另一個固定齒輪，必須在必要時間點上通過旋轉(zhuǎn)截頭圓錐軸必要時間間隔來將其預先放置在螺旋齒狀過渡槽或連接至具有兩個反繞螺紋的軸；也可使用其他已知方法。
dc24采用選擇的齒輪傳感器25進行操作。它指定在截頭圓錐軸9上的固定齒輪必須與第二軸齒輪19嚙合；這個傳感器可集成至dc內(nèi)。從當前固定齒輪切換到軸9的所需固定齒輪時，dc24立即根據(jù)借助線性行程傳感器26和軸轉(zhuǎn)速傳感器9以及軸角位置傳感器監(jiān)測的齒輪19沿第二軸的當前位置計算在某點的齒輪19的所需線性位置。使用這些參數(shù)和可能的從傳感器16接收的截頭圓錐軸負載等級數(shù)據(jù)，dc24對驅(qū)動器22產(chǎn)生必要的控制信號并且當齒輪19的齒將要對準螺旋齒狀過渡部分的始端時計算齒輪轉(zhuǎn)換開始時間。驅(qū)動器22轉(zhuǎn)動螺紋軸21，將滑動元件20和第二軸齒輪19沿軸17移動，使得在齒輪轉(zhuǎn)移過程中齒輪19與軸9上的螺旋齒狀過渡部分恒定嚙合直至到達齒輪傳感器25設(shè)置的軸9上的固定齒輪的位置。
就齒輪必須在截頭圓錐軸轉(zhuǎn)動半圈所需時間內(nèi)轉(zhuǎn)換的事實，d24借助下述簡化公式確定驅(qū)動軸22的角速度
其中l(wèi)是螺旋齒狀過渡部分的線性長度與在軸9上固定齒輪寬度的和，其由第二軸齒輪的限定位置傳感器26檢測，d是軸21的螺紋齒距23，
其中，α0是螺旋齒狀過渡部分的初始角度，其值被設(shè)為等于2π,α是截頭圓錐軸9的當前角度位置。
此外，控制系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)。當齒輪基于dc24計算的值而切換時，軸19的當前線性位置也由傳感器26檢測。沿軸17的齒輪19的計算出的線性位置和當前位置在齒輪切換過程中持續(xù)比較，并且當檢測到超過預設(shè)允許值的偏差時，對驅(qū)動器22產(chǎn)生附加的矯正信號，以允許補償檢測到的偏差。這種自動控制系統(tǒng)是在傳動裝置傳動比變化時保護齒輪19不跳離軸9上的螺旋齒狀過渡部分11和12的方式之一。較寬的螺旋齒狀過渡部分也可用于預防跳脫。它們還將允許在軸9可能的負載波動情況下，防止齒輪19在齒輪切換期間從軸9跳脫。在傳動比變化期間軸負載波動的阻塞可作為另一種預防措施采用。傳動裝置自動控制系統(tǒng)可“學習”以預防齒輪跳脫。這種“學習”包括改變一些在實踐過程中的傳動裝置參數(shù)，例如，改變齒輪19線性位置所需的力，并且控制系統(tǒng)可監(jiān)控偏離計算值的參數(shù)并且自我調(diào)適，即考慮到磨損和撕裂引起參數(shù)改變而修正操作。由于在截頭圓錐軸9上可能有許多固定齒輪，傳動裝置的傳動比區(qū)間可能小。
從本發(fā)明的實施例可以看出，該裝置解決了現(xiàn)有的任務(wù)。由于在本發(fā)明實施例的過程中可以進行不超出范圍或保護范圍的各種改變和修改，所以圖1所示的描述和解決方案是非限制性說明示例。