專利名稱：無級(jí)變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為無級(jí)變速器，屬于在運(yùn)轉(zhuǎn)中可連續(xù)無級(jí)調(diào)速的機(jī)械摩擦無級(jí)變速器，適用于中小功率的傳動(dòng)。
與一般調(diào)速方式不同，本發(fā)明運(yùn)用行星輪系和滾動(dòng)摩擦傳動(dòng)原理，以圓錐輪作行星輪，通過改變調(diào)速環(huán)的軸向位置，實(shí)現(xiàn)輸出軸的無級(jí)調(diào)速。
本發(fā)明旨在提出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、具有零轉(zhuǎn)速和大轉(zhuǎn)矩輸出、可進(jìn)行恒功率調(diào)速的無級(jí)變速方案，從而使中小功率的無級(jí)變速器易于設(shè)計(jì)、制造和使用維護(hù)，在有關(guān)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
如

圖1、圖2所示，該傳動(dòng)輪系為3K型行星輪系。圖中1為輸入輪、即中心輪K1;2為軌道環(huán)，即中心輪K2;3為調(diào)速環(huán)，即中心輪K3;4為圓錐輪(組)，作行星輪;5為錐輪保持架;6為與1聯(lián)接的輸入軸;7為與8聯(lián)接的輸出軸。
1.特征輸入輪、軌道環(huán)、調(diào)速環(huán)及其輸出軸以及錐輪保持架的幾何中心線或回轉(zhuǎn)軸線與圓錐輪的公轉(zhuǎn)軸線為同一直線，稱為主軸線。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自輸入輪傳遞給圓錐輪組，在輪系中，圓錐輪作行星輪，為多個(gè)對(duì)稱分布于錐輪保持架上，各輪相對(duì)于主軸線的外側(cè)表面母線均平行于主軸線;錐輪保持架作系桿，在安裝、調(diào)試和運(yùn)行中對(duì)圓錐輪進(jìn)行位置調(diào)節(jié)和約束;軌道環(huán)與機(jī)架相聯(lián)，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，在機(jī)構(gòu)運(yùn)行中支持圓錐輪，使其繞軌道環(huán)回轉(zhuǎn)，為圓錐輪的回轉(zhuǎn)軌道;調(diào)速環(huán)把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給輸出軸，可做軸向平行移動(dòng)，從而得到不同轉(zhuǎn)速;輸出軸與調(diào)速環(huán)聯(lián)接，與調(diào)速環(huán)可產(chǎn)生軸向相對(duì)滑動(dòng)，不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，把調(diào)速環(huán)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速;輸入輪、軌道環(huán)和調(diào)速環(huán)，它們與圓錐輪間均為點(diǎn)接觸和滾動(dòng)摩擦傳動(dòng)。
如圖1、圖2所示，輸入輪、軌道環(huán)和調(diào)速環(huán)的有效半徑R1、R2、R3依次增大。與調(diào)速環(huán)接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑R43的最大值R43max大于與軌道環(huán)接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑R42;與軌道環(huán)接觸的圓錐輪面為環(huán)狀內(nèi)凹圓錐面或環(huán)狀平面，與調(diào)速環(huán)接觸的圓錐輪面為外圓錐面，且上述內(nèi)錐面頂角大于外錐面頂角，當(dāng)內(nèi)錐面頂角為180°時(shí)，該面即為環(huán)狀平面;與圓錐輪接觸的軌道環(huán)表面為環(huán)狀凸弧面;與圓錐輪接觸的調(diào)速環(huán)內(nèi)周表面為環(huán)狀凸弧面。
在圖1中，與輸入輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑R41小于與軌道環(huán)接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑R42，輸入輪和圓錐輪的兩對(duì)應(yīng)接觸面分別為環(huán)狀凸弧面和環(huán)狀凹弧面。
在圖2中，與輸入輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑R41大于與軌道環(huán)接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑R42，輸入輪和圓錐輪的兩對(duì)應(yīng)接觸面分別為環(huán)狀凹弧面和環(huán)狀凸弧面。
2.變速分析如圖1、圖2所示，用箭頭表示某輪可見側(cè)的圓周速度方向，R1、R2和R3分別為輸入輪、輸出輪和調(diào)速環(huán)的有效半徑;R41、R42和R43分別為與輸入輪、輸出輪和調(diào)速環(huán)接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑。從輸出端方向看，當(dāng)輸入輪按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸入輪驅(qū)動(dòng)圓錐輪繞軌道環(huán)滾動(dòng)，即圓錐輪作繞自身軸線的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和繞主軸線的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。調(diào)速環(huán)在圓錐輪組的作用下，產(chǎn)生相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)并傳遞給輸出軸。變動(dòng)調(diào)速環(huán)的軸向位置，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。輸出端與輸入端轉(zhuǎn)向相同。
該輪系變速比為R= (n2)/(n1) =- (R1)/(R3) · (R3R42-R2R43)/(R1R42+R2R41)輸出轉(zhuǎn)速為n2= (R1)/(R3) · (R3R42-R2R43)/(R1R42+R2R41) ·n1式中n1為輸入輪轉(zhuǎn)速。
R43為可變量，其變化范圍為0～ (R3)/(R2) ·R42，當(dāng)R43→0時(shí)，R→ (R1R42)/(R1R42+R2R41) ,n2→- (R1R42)/(R1R42+R2R41) ·n1；R43→- (R3)/(R2) ·R42時(shí)，R→0，n2→0，這時(shí)，機(jī)構(gòu)可能產(chǎn)生自鎖。
分析可知，變速比和輸出轉(zhuǎn)速的絕對(duì)值隨R43增大而減小，隨R43減小而增大，其變化范圍分別為 (R1R42)/(R1R42+R2R41) ～0和 (R1R42)/(R1R42+R2R41) ·N1～0。理論上可以保證很寬的調(diào)速范圍。
3.輸出特性以圖1所示機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行受力分析，圖3為其受力分析圖。圖中F1、F2和F3分別為圓錐輪對(duì)輸入輪、軌道環(huán)和調(diào)速環(huán)的接觸反力?？梢?，當(dāng)F1一定時(shí)，F(xiàn)3/F1和F3隨R43增大而增大，隨R43減小而減小。
若零件材料性能等滿足承載能力要求，能耗不計(jì)，在一定的摩擦系數(shù)下，根據(jù)能量守恒原理，當(dāng)R43較小時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速較高，輸出軸可承受的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，相應(yīng)需要較小的圓周摩擦力和接觸反力F3;同理，當(dāng)R43較大時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速較低，相應(yīng)需要較大的接觸反力F3。而由上段論述可知，該機(jī)構(gòu)正能滿足此變化要求，即若F1一定，當(dāng)R43較小時(shí)，F(xiàn)3/F1較小，F(xiàn)3取較小值;當(dāng)R43較大時(shí)，F(xiàn)3/F1較大，F(xiàn)3取較大值。這樣，在零件材料性能等因素滿足要求時(shí)，該機(jī)構(gòu)在一定功率范圍內(nèi)可做恒功率傳動(dòng)?？紤]到實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中由滑動(dòng)摩擦等造成的能耗，這種恒功率傳動(dòng)有一定的近似性。
當(dāng)R43→ (R3)/(R2) ·R42時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速n2→0，按能量守恒原理，不計(jì)能耗，輸出軸所能承受的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)→∞。但這時(shí)的零件材料性能和摩擦系數(shù)等就構(gòu)成了決定性制約因素，只能傳遞一個(gè)最大的轉(zhuǎn)矩，即極限轉(zhuǎn)矩Tmax。
同樣，可以對(duì)圖2所示機(jī)構(gòu)進(jìn)行類似的分析，可以得出相同的輸出特性結(jié)果。
輸出特性曲線如圖4所示。
同現(xiàn)有的機(jī)械無級(jí)變速技術(shù)相比，采用本發(fā)明的無級(jí)變速器有很寬的調(diào)速范圍，有零轉(zhuǎn)速和大轉(zhuǎn)矩輸出，并可進(jìn)行恒功率調(diào)速;通過軸向平移控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)速，可在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中隨時(shí)調(diào)整、簡(jiǎn)單方便;易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小，可用于各種中小功率調(diào)速場(chǎng)合;由于材料、制造和潤(rùn)滑等有關(guān)因素影響，不宜用于大功率調(diào)速場(chǎng)合。
圖5是實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)方案。圖中1、2、3、4、5、6和7同圖1，8為接觸壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，9為手柄。動(dòng)力由輸入軸傳遞給輸入輪，輸入輪帶動(dòng)圓錐輪繞軌道環(huán)滾動(dòng)，調(diào)速環(huán)產(chǎn)生相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并傳遞給輸出軸。扳動(dòng)手柄，使調(diào)速環(huán)產(chǎn)生軸向平移，從而實(shí)現(xiàn)輸出軸的無級(jí)調(diào)速。
實(shí)施本發(fā)明還應(yīng)注意1.選擇合適的潤(rùn)滑油類作牽引液，保證各點(diǎn)接觸運(yùn)動(dòng)副間為牽引傳動(dòng)、彈流潤(rùn)滑，以利于減緩磨損，提高傳動(dòng)效率和使用壽命。
2.根據(jù)實(shí)際要求，保證有關(guān)接觸力設(shè)計(jì)為可調(diào)。
3.為適應(yīng)不同的使用要求，調(diào)速環(huán)的軸向平移機(jī)構(gòu)可設(shè)計(jì)為手動(dòng)或自動(dòng)控制。
4.設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)實(shí)際需要選擇調(diào)速范圍，并避免低速輸出時(shí)可能出現(xiàn)的自鎖問題。
權(quán)利要求
1.兩種結(jié)構(gòu)形式的無級(jí)變速器，根據(jù)行星輪系和滾動(dòng)摩擦傳動(dòng)原理設(shè)計(jì)，是在運(yùn)轉(zhuǎn)中可連續(xù)無級(jí)調(diào)速的機(jī)械摩擦無級(jí)變速器，其特征是包括輸入輪、軌道環(huán)、調(diào)速環(huán)及其輸出軸、圓錐輪組及其保持架；輸入輪、軌道環(huán)、調(diào)速環(huán)及其輸出軸以及錐輪保持架的幾何中心或回轉(zhuǎn)軸線與圓錐輪的公轉(zhuǎn)軸線均為同一直線，稱為主軸線；在輪系中，圓錐輪作行星輪，為多個(gè)對(duì)稱分布于錐輪保持架上，各輪相對(duì)于主軸線的外側(cè)表面母線均平行于主軸線；錐輪保持架作系桿，在安裝、調(diào)試和運(yùn)行中對(duì)圓錐輪進(jìn)行位置調(diào)節(jié)和約束；軌道環(huán)與機(jī)架相聯(lián)，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，圓錐輪繞其回轉(zhuǎn)，為圓錐輪的回轉(zhuǎn)軌道；調(diào)速環(huán)把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給輸出軸，可做軸向平行移動(dòng)，從而得到不同轉(zhuǎn)速；輸出軸與調(diào)速環(huán)聯(lián)接，與調(diào)速環(huán)可產(chǎn)生軸向相對(duì)滑動(dòng)，不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，把調(diào)速環(huán)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；輸入輪、軌道環(huán)和調(diào)速環(huán)，它們與圓錐輪間均為點(diǎn)接觸和滾動(dòng)摩擦傳動(dòng)。
2.按權(quán)利要求1的無級(jí)變速器，其特征是輸入輪、軌道環(huán)、調(diào)速環(huán)的有效半徑依次增大，與調(diào)速環(huán)接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑的最大值大于與軌道環(huán)接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑;與軌道環(huán)接觸的圓錐輪面為環(huán)狀內(nèi)凹圓錐面或環(huán)狀平面，與調(diào)速環(huán)接觸的圓錐輪面為外圓錐面，且內(nèi)錐面頂角大于外錐面頂角，當(dāng)內(nèi)錐面頂角為180°時(shí)，即為環(huán)狀平面;與圓錐輪接觸的軌道環(huán)表面為環(huán)狀凸弧面;與圓錐輪接觸的調(diào)速環(huán)內(nèi)周表面為環(huán)狀凸弧面。
3.按權(quán)利要求1和2的無級(jí)變速器，其特征是與輸入輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑小于與軌道環(huán)接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑;輸入輪和圓錐輪的兩對(duì)應(yīng)接觸面分別為環(huán)狀凸弧面和環(huán)狀凹弧面。
4.按權(quán)利要求1和2的無級(jí)變速器，其特征是與輸入輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑大于與軌道環(huán)接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑;輸入輪和圓錐輪的兩對(duì)應(yīng)接觸面分別為環(huán)狀凹弧面和環(huán)狀凸弧面。
全文摘要
兩種結(jié)構(gòu)形式的無級(jí)變速器，屬于在運(yùn)轉(zhuǎn)中可連續(xù)無級(jí)調(diào)速的機(jī)械摩擦無級(jí)變速器，包括輸入輪、軌道環(huán)、調(diào)速環(huán)及其輸出軸、圓錐輪組及其保持架，為同軸線輸入、輸出。運(yùn)用行星輪系和滾動(dòng)摩擦傳動(dòng)原理，以圓錐輪作行星輪，通過改變調(diào)速環(huán)的軸向位置實(shí)現(xiàn)輸出輪的無級(jí)調(diào)速。該型變速器具有很寬的調(diào)度范圍，有零轉(zhuǎn)速和大轉(zhuǎn)矩輸出，可進(jìn)行恒功率調(diào)速，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，適用于中小功率的無級(jí)調(diào)速。其變速比為
文檔編號(hào)F16H15/50GK1074738SQ9210035
公開日1993年7月28日 申請(qǐng)日期1992年1月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月21日
發(fā)明者顓清平 申請(qǐng)人:顓清平