專利名稱：無級變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為無級變速器，屬于在運(yùn)轉(zhuǎn)中可連續(xù)無級調(diào)速的機(jī)械摩擦無級變速器，適用于中小功率的傳動。
與一般調(diào)速方式不同，本發(fā)明運(yùn)用行星輪系和滾動摩擦傳動原理，以圓錐輪作行星輪，通過改變調(diào)速環(huán)的軸向位置，實現(xiàn)輸出軸的無級調(diào)速。
本發(fā)明旨在提出結(jié)構(gòu)簡單、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)速的無級變速方案，從而使中小功率的無級變速器易于設(shè)計、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，該傳動輪系為3K-H型行星輪系。圖中1為支撐輪、即中心輪K1;2為輸出輪，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，作系桿H;6為輸入軸，與5聯(lián)接。
1.特征支撐輪、輸出輪、調(diào)速環(huán)、輸入軸和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。在輪系中，圓錐輪作行星輪，為多個對稱分布于錐輪保持架上，各輪相對于主軸線的外側(cè)表面母線均平行于主軸線;錐輪保持架作系桿，與輸入軸聯(lián)接，把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給圓錐輪組，使其產(chǎn)生相應(yīng)的公轉(zhuǎn)運(yùn)動;支撐輪自由回轉(zhuǎn)，支持圓錐輪;調(diào)速環(huán)不能作轉(zhuǎn)動或擺動，在輪系運(yùn)行中只能通過其控制機(jī)構(gòu)使其產(chǎn)生軸向平行移動，從而對輸出輪進(jìn)行無級調(diào)速;支撐輪、輸出輪和調(diào)速環(huán)，它們與圓錐輪間均為點(diǎn)接觸和滾動摩擦傳動。
如圖1、圖2所示，支撐輪、輸出輪和調(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大于與輸出輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑R42;與輸出輪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，該面即為環(huán)狀平面;與圓錐輪接觸的輸出輪表面為環(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，與支撐輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑R41小于與輸出輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑R42，支撐輪和圓錐輪的兩對應(yīng)接觸面分別為環(huán)狀凸弧面和環(huán)狀凹弧面。
在圖2中，與支撐輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑R41大于與輸出輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑R42，支撐輪和圓錐輪的兩對應(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)輸入輪按逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，輸入軸通過與之聯(lián)接的錐輪保持架驅(qū)動圓錐輪沿調(diào)速環(huán)內(nèi)側(cè)滾動，即產(chǎn)生繞自身軸線的自轉(zhuǎn)運(yùn)動和繞主軸線的公轉(zhuǎn)運(yùn)動，且公轉(zhuǎn)速度等于輸入軸轉(zhuǎn)速。輸出輪在圓錐輪組的作用下，產(chǎn)生與圓錐輪相適應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。變動調(diào)速環(huán)的軸向位置，可從輸出端得到不同的轉(zhuǎn)速。輸出端與輸入端轉(zhuǎn)向相反。
由系桿5、行星輪4、調(diào)速環(huán)3和輸出輪2組成行星輪系，該輪系變速比為R= (n2)/(n1) =1- (R3·R42)/(R2·R43)輸出轉(zhuǎn)速為n2=(1－ (R3·R42)/(R2·R43) )·n1式中n1為輸入輪轉(zhuǎn)速。
R43為可變量，隨著調(diào)速環(huán)的軸向位置不同，R43變化范圍為0～ (R3)/(R2) ·R42，當(dāng)R43→0時，R→-∞，n2→-∞，這時，機(jī)構(gòu)存在自鎖問題;
R43＝ (R3)/(2R2) ·R42時，R＝-1，n2＝-n1;
R43→ (R3)/(R2) ·R42時，R→0，n2→0，這時，機(jī)構(gòu)可能產(chǎn)生自鎖。
分析可知，變速比和輸出轉(zhuǎn)速的絕對值隨R43增大而減小，隨R43減小而增大，其變化范圍皆為∞～0;且當(dāng)R43＝ (R3)/(2R2) ·R42時，輸出與輸入轉(zhuǎn)速相等，方向相反。
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分別為圓錐輪對支撐輪、輸出輪和調(diào)速環(huán)的接觸反力?？梢姡?dāng)F1一定時，F(xiàn)2/F1和F2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，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，輸出轉(zhuǎn)速較高，輸出輪可承受的最大負(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F2;同理，當(dāng)R43較大時，輸出轉(zhuǎn)速較低，相應(yīng)需要較大的接觸反力F2。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，F(xiàn)2/F1較小，F(xiàn)2取較小值;當(dāng)R43較大時，F(xiàn)2/F1較大，F(xiàn)2取較大值。這樣，在零件材料性能等因素滿足要求時，該機(jī)構(gòu)在一定功率范圍內(nèi)可做恒功率傳動?？紤]到實際運(yùn)轉(zhuǎn)中由滑動摩擦等造成的能耗，這種恒功率傳動有一定的近似性。
當(dāng)R43→ (R3)/(R2) ·R42時，輸出轉(zhuǎn)速n2→0，按能量守恒原理，不計能耗，輸出輪所能承受的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)→∞。但這時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，只能傳遞一個最大的轉(zhuǎn)矩，即極限轉(zhuǎn)矩Tmax。
同樣，可以對圖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)械無級變速技術(shù)相比，采用本發(fā)明的無級變速器有很寬的調(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)過程中隨時調(diào)整、簡單方便;易于實現(xiàn)自動控制;結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、體積小，可用于各種中小功率調(diào)速場合;由于材料、制造和潤滑等有關(guān)因素影響，不宜用于大功率調(diào)速場合。
圖5是實施本發(fā)明的一個方案動力由輸入軸6通過錐輪保持架5傳遞給圓錐輪組4，通過行星輪系的傳動，在支撐輪1和調(diào)速環(huán)3的作用下，動力傳遞給輸出輪2，再通過接觸壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7傳遞到輸出軸8上。扳動手柄9，使調(diào)速環(huán)產(chǎn)生軸向平移，從而實現(xiàn)輸出軸的無級調(diào)速。
實施本發(fā)明還應(yīng)注意1.選擇合適的潤滑油類作牽引液，保證各點(diǎn)接觸運(yùn)動副間為牽引傳動、彈流潤滑，以利于減緩磨損，提高傳動效率和使用壽命。
2.根據(jù)實際要求，保證有關(guān)接觸力設(shè)計為可調(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)計為手動或自動控制。
4.設(shè)計時根據(jù)實際需要選擇調(diào)速范圍，并避免機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)中可能出現(xiàn)的自鎖問題。
權(quán)利要求
1.兩種結(jié)構(gòu)形式的無級變速器，根據(jù)行星輪系和滾動摩擦傳動原理設(shè)計，是在運(yùn)轉(zhuǎn)中可連續(xù)無級調(diào)速的機(jī)械摩擦無級變速器，其特征是包括支撐輪、輸出輪、調(diào)速環(huán)、圓錐輪組、錐輪保持架及與之聯(lián)接的輸入軸；支撐輪、輸出輪、調(diào)速環(huán)、錐輪保持架及與之聯(lián)接的輸入軸的幾何中心或回轉(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，為多個對稱分布于錐輪保持架上，各輪相對于主軸線的外側(cè)表面母線均平行于主軸線；錐輪保持架作系桿，與輸入軸聯(lián)接，把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給圓錐輪組，使其產(chǎn)生公轉(zhuǎn)運(yùn)動；支撐輪自由回轉(zhuǎn)，支持圓錐輪；調(diào)速環(huán)只能做軸向平行移動，調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速；支撐輪、輸出輪和調(diào)速環(huán)，它們與圓錐輪間均為點(diǎn)接觸和滾動摩擦傳動。
2.按權(quán)利要求1的無級變速器，其特征是支撐輪、輸出輪和調(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輸出輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑;與輸出輪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，即為環(huán)狀平面;與圓錐輪接觸的輸出輪表面為環(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的無級變速器，其特征是與支撐輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑小于與輸出輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑;支撐輪和圓錐輪的兩對應(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的無級變速器，其特征是與支撐輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑大于與輸出輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑;支撐輪和圓錐輪的兩對應(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)形式的無級變速器，屬于在運(yùn)轉(zhuǎn)中可連續(xù)無級調(diào)速的機(jī)械摩擦無級變速器，包括支撐輪、輸出輪、調(diào)速環(huán)，圓錐輪組、錐輪保持架及與之聯(lián)接的輸入軸，為同軸線輸入、輸出。運(yùn)用行星輪系和滾動摩擦傳動原理，以圓錐輪作行星輪，通過改變調(diào)速環(huán)的軸向位置實現(xiàn)輸出輪的無級調(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，易于實現(xiàn)自動控制，適用于中小功率的無級調(diào)速。其變速比為
文檔編號F16H55/34GK1074739SQ9210035
公開日1993年7月28日 申請日期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 申請人:顓清平