專利名稱：齒輪式高勻速度無(wú)級(jí)變速器的制作方法
本屬于傳動(dòng)機(jī)械，用于動(dòng)力機(jī)械的變速。
查考國(guó)內(nèi)外專利和有關(guān)書(shū)籍，同類極多，僅近七、八年的專利就達(dá)數(shù)以千計(jì)。多數(shù)為摩擦類，如寬皮帶、鋼球、錐輪等類型，雖也有剛性齒輪類，如CN1045292、1056558、1066586、1068199和鏈條式、滑片式以及德國(guó)生產(chǎn)的GVSA型三相并列脈動(dòng)變速器，美國(guó)生產(chǎn)的Lero---Max型的脈動(dòng)變速器，尚有一類小機(jī)構(gòu)反饋大機(jī)構(gòu)的分流類如CN1045292、1056343、1019194、1068178等均具有代表性。摩擦式缺點(diǎn)很多，人們一直希望有高水平的剛性類型，因此出現(xiàn)大量專利，但機(jī)構(gòu)總是很復(fù)雜，而且在輸出勻速平穩(wěn)、高速振動(dòng)和噪音及傳動(dòng)效率等諸方面均不理想，所以長(zhǎng)期來(lái)這一研究已成為機(jī)械行業(yè)的經(jīng)典大題。
本發(fā)明的目的是要用簡(jiǎn)單達(dá)類似一、二級(jí)齒輪的傳動(dòng)付，設(shè)計(jì)出高勻速度、大速比范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速器，使傳動(dòng)剛度、機(jī)械效率、高速平穩(wěn)度及工藝簡(jiǎn)易性等，均不低于常見(jiàn)齒輪式變速箱。
經(jīng)長(zhǎng)期深層次的機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)學(xué)、數(shù)學(xué)等研究，發(fā)現(xiàn)行星機(jī)構(gòu)(圖5)中設(shè)行星臂(圖3)OO’以定值角速度φ轉(zhuǎn)動(dòng)，太陽(yáng)輪也以(相對(duì)于行星臂)定角速度β轉(zhuǎn)動(dòng)，，則兩速比β／φ=C為常數(shù)值，設(shè)定C是一個(gè)范圍(Ca至Cb)內(nèi)的連續(xù)值，即C∈(Ca，Cb)，則可求在行星輪O’上任意點(diǎn)P(x，y)的軌跡。
又設(shè)OP=λr(λ為變幅系數(shù))R、r分別為太陽(yáng)、行星齒輪分度圓半徑，R／r=m，t為時(shí)間，θt為行星輪O’(相對(duì)于行星臂)轉(zhuǎn)角，因兩輪為嚙合運(yùn)動(dòng)所以有 ∴θ=βR／r=mβ=mCφ，又∵α=π／2-(θ+φ)t=π／2-φt(mC+1)∴X=OD=OE-DE=OE-PG=(R+r)cosφt-λr cosφt(mC+1)Y=PD=EO’-O’G=(R+r)sinφt-λr sinφt(mC+1)即得求P點(diǎn)的軌跡函數(shù){Y=(R+r)sinφt-λrsinφt(mC+1)X=(R+r)cosφt-λrcosφt(mC+1)]]>這是因太陽(yáng)及行星兩齒輪均為勻速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的曲線函數(shù)，為了方便不妨稱為“雙勻速擺線”函數(shù)，又因在實(shí)際設(shè)計(jì)中R、r、λ是定值，比值C是最具有代表性參變數(shù)，也不妨又稱為C曲線系，是周期性定波形曲線，周期為φt∈(0，2π／mC)。取其半周段φt∈(0，π／mC)研究可知，在可能范圍內(nèi)相對(duì)地縮小速比區(qū)(Ca，Cb)，去掉曲線兩端，較短地取出其中間部分段來(lái)研究，將這速比區(qū)分割為差值盡可能小的等差級(jí)數(shù)，例如設(shè)Cb-Ca=H，如分10級(jí)，這級(jí)數(shù)為H／10，2H／10，3H／10，…H，再將各數(shù)代入函數(shù)，形成密集的曲線系(圖4)，設(shè)它們?yōu)镃1，C2，C3，……C10，可發(fā)現(xiàn)這些曲線相當(dāng)長(zhǎng)的中間段十分精確地近似，僅只是轉(zhuǎn)角位置不同，中間段越短則近似度越高，只需用它們中某一條Ck旋轉(zhuǎn)，就可以極其精確地逐一替代其它各曲線，也就替代了整個(gè)C∈(Ca，Cb)曲線系。如這精度范圍要嚴(yán)格控制，則可根據(jù)速變區(qū)(Ca，Cb)等設(shè)計(jì)要求，以“雙勻速曲線擺線”為基礎(chǔ)，求出這曲線系與Ck的覆蓋差率函數(shù)，并規(guī)定出這差率的近似度，再精確地確定各曲線有效中間段。這“雙勻速擺線”理論的創(chuàng)建，使本發(fā)明“高勻速度無(wú)級(jí)變速器”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有了可靠的基礎(chǔ)。
說(shuō)明書(shū)附1、2是總圖。圖3是“雙勻速擺線”生成基礎(chǔ)圖。圖4是λ=1，R／r=1，速比c=0．4，0．6，0．8……“雙勻速擺線”曲線系，圖5、6分別是外行星系及調(diào)速機(jī)構(gòu)總成。圖7、8分別為調(diào)速機(jī)構(gòu)和外行星系各零件分解。圖9為機(jī)架零件分解。

圖10為內(nèi)行星系式無(wú)級(jí)變速器總成。
本發(fā)明是由(圖1、2)外行星系齒輪系2、單向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3、高勻速度數(shù)學(xué)曲線調(diào)速機(jī)構(gòu)1和機(jī)架4組成。外行星齒輪系由(圖5、8)由太陽(yáng)軸5、行星臂6、太陽(yáng)齒輪7、行星齒輪8組成。太陽(yáng)齒輪中心有孔并套裝于太陽(yáng)軸上，兩者緊固并位于輪系中心。行星臂是帶有長(zhǎng)套的圓盤，長(zhǎng)套孔用軸承裝配于太陽(yáng)軸，套周用軸承裝于機(jī)架中心孔后又伸出機(jī)架作動(dòng)力軸；盤周固定多個(gè)行星軸10，各軸用軸承安裝著行星輪8。行星齒輪上有單向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3，這機(jī)構(gòu)是將常用鋼珠(柱)式單向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的外套圈上設(shè)置耳孔板成為偏心板9，耳孔上固定偏心軸11，軸上松配著滾套12而組成；兩者之間也可設(shè)置滾珠、滾柱等軸承。這鋼球(柱)式單向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也可以用棘爪單向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)代替。外行星輪系也可以改用內(nèi)圓齒輪組成的新的內(nèi)行星系來(lái)替代(圖10)，只要將這新行星臂39的中心孔與太陽(yáng)軸緊固，又將太陽(yáng)齒輪改換成與各行星齒輪相內(nèi)嚙合的內(nèi)圓齒輪38為新的太陽(yáng)齒輪，它的中心設(shè)有長(zhǎng)套40，套孔用軸承安裝于太陽(yáng)軸，套周用軸承安裝于機(jī)架孔，這內(nèi)行星系的其它機(jī)構(gòu)與外行星系無(wú)級(jí)變速器相同。高勻速度數(shù)學(xué)曲線調(diào)速機(jī)構(gòu)(圖6、7)由n組(n=2，3，4，……，圖中以n=2為例)，每組為1件的曲線板14、板軸13、軌鏈20、桿釘17、連桿18和整機(jī)僅為一件的軌板15、調(diào)輪19、調(diào)輪法蘭28、架板25、示速盤29、調(diào)柄30、定把31、架板法蘭32、蓋板34等組成。曲線板截面為寬槽，它的轉(zhuǎn)動(dòng)中心板軸13位于槽前端中心孔上，其尾端內(nèi)側(cè)有鏈孔16和桿釘17，曲線板槽的中心線是以上所敘的“雙勻速擺線”函數(shù)曲線。 C在(Ca，Cb)內(nèi)取實(shí)際使用中用最需要的調(diào)速比值，或中值(Ca+Cb)／2，或根據(jù)精度而定。軌板15是中心有n組弧形邊孔的圓板，每組由回邊23和限位邊24兩條組成；回邊是曲線板槽外側(cè)尾端面沿板軸旋轉(zhuǎn)的軌跡圓面，限位邊與曲線板外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)的外極限位置相同；軌鏈20是多鏈片短節(jié)距鏈條，前端固定于鏈孔16，后端固定于調(diào)輪外周；軌鏈也可以是外形尺寸與它相同的有織物夾層的橡膠、聚胺脂等柔性帶條來(lái)代替。架板25是周邊有孔并緊固于軌板螺孔21的圓板，它中心有孔裝配于調(diào)輪19外圓成轉(zhuǎn)配，孔周附近有被軌鏈部分嵌入的等寬弧槽26；弧槽的前段外側(cè)邊是曲線板槽內(nèi)側(cè)邊尾端面沿板軸旋轉(zhuǎn)的軌跡圓面，后段里側(cè)與架板中心孔的邊相切后又成平行。這樣，軌鏈前段外側(cè)與回邊24構(gòu)成了一條以板軸為中心的圓弧回槽，它溝通了相鄰曲線板“雙勻速擺線”形中心槽，便組成多曲線波形的360°整圓周期回路，造成滾套在槽內(nèi)調(diào)速運(yùn)動(dòng)中的周期循環(huán)；調(diào)輪19是中心有孔的槽輪，槽內(nèi)插有調(diào)釘22，中心孔內(nèi)用軸承裝于太陽(yáng)軸；連桿18是兩端有孔的弧板，兩孔安裝于桿釘17和調(diào)釘；調(diào)輪法蘭28是帶盤的軸套，盤周裝在架板孔內(nèi)成配轉(zhuǎn)，盤側(cè)緊固于調(diào)輪，軸套孔套裝在太陽(yáng)軸上成轉(zhuǎn)配，套周有花鍵。架板法蘭32也是帶盤的軸套，盤側(cè)與架板緊固，軸套外端伸出機(jī)架作動(dòng)力軸，軸套中部有寬方孔33，軸套孔外端用軸承裝配于太陽(yáng)軸，里端轉(zhuǎn)配地裝配于調(diào)輪法蘭的軸套外周。調(diào)柄30是帶有螺孔耳板的軸套，軸套孔有花鍵與調(diào)輪法蘭軸套外圓的花鍵相滑配，這軸套的外圓裝配于寬方孔部的中心孔內(nèi)成松轉(zhuǎn)配合；示速盤為板狀，上部刻有速度標(biāo)，下端有孔緊配于架板法蘭軸套根周部；定把31頭部有螺紋，裝配于調(diào)柄螺孔內(nèi)，它可在示速盤不同刻度處鎖定，擰松定把并轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)柄，就可在寬方孔較大空隙里左右轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)柄套的花鍵孔就帶動(dòng)調(diào)輪法蘭28，又帶動(dòng)調(diào)輪19轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿18便推拉著曲線板14沿板軸13轉(zhuǎn)動(dòng)，曲線板中心線在轉(zhuǎn)動(dòng)中便能在(Ca，Cb)內(nèi)與“雙勻速擺線”系各條曲線逐一精確地重合，相對(duì)地鎖死定把與示速盤各位置，便可固定這些重合關(guān)系。轉(zhuǎn)動(dòng)行星架套伸出機(jī)架部分，滾套12便在曲線板的槽內(nèi)受控作“雙勻速擺線曲線”的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)單向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、行星齒輪、太陽(yáng)輪等作用，太陽(yáng)軸就能在可調(diào)范圍(Ca，Cb)內(nèi)由小到大逐一輸出定速比C(即勻速運(yùn)動(dòng))的轉(zhuǎn)速來(lái)。滾套轉(zhuǎn)出某一曲線板槽后又會(huì)通過(guò)軌鏈和回邊形成的回槽走進(jìn)另一個(gè)曲線板槽，這樣不斷地循環(huán)運(yùn)動(dòng)，完成了連續(xù)無(wú)級(jí)勻速調(diào)速。機(jī)架(圖9)由機(jī)蓋35、機(jī)盒36、底板37組成；機(jī)盒成桶形，桶口有多個(gè)螺孔，桶底有中心孔并用軸承安裝著架板法蘭32的軸套，桶周邊連著平板狀作安裝用的底板37，機(jī)蓋是周邊有孔固定于機(jī)盒口的圓板，它中心有孔并用軸承安裝著行星架軸套。太陽(yáng)軸5、行星臂6的軸套、架板法蘭32的軸套均可外伸，形成三件動(dòng)力軸，將其中一件與機(jī)架固定，剩下二件后，則其中一件可作動(dòng)力輸出軸，另一件便可作為動(dòng)力輸入軸；三伸出軸之一件如作輸入(或輸出)軸，則其它兩件可協(xié)同作速度和(或差)的定值速度輸出(或輸入)軸；因多個(gè)行星輪的滾套分置于幾個(gè)曲線板槽內(nèi)，在單向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的“取高速舍低速值”的功能作用下，使曲線板中心的“雙勻速擺線”槽僅只有極短的中部“高勻速段”起速度輸出作用，因此輸入勻速時(shí)輸出速度將應(yīng)極為勻速的。
因成功地運(yùn)用了近似、覆蓋等柔性數(shù)學(xué)方法和運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)性設(shè)定的研究，首創(chuàng)了“雙勻速擺線”函數(shù)理論，從而產(chǎn)生的高勻速度、線性連續(xù)、大范圍剛性的無(wú)級(jí)調(diào)速機(jī)構(gòu)，因此不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單達(dá)類似兩級(jí)齒輪傳動(dòng)付，而且在傳動(dòng)剛度、機(jī)械效率、高速平穩(wěn)性、輸出勻速度、制造工藝性等諸方面均十分優(yōu)越，它完全能滿足機(jī)械工程、機(jī)床加工、交通運(yùn)輸、輕紡化工等一切領(lǐng)域的高要求。
權(quán)利要求
1．一種齒輪式高勻速度無(wú)級(jí)變速器，其特征在于它由外行星齒輪系2、單向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3、高勻速度數(shù)學(xué)曲線調(diào)速機(jī)構(gòu)1和機(jī)架4組成；外行星齒輪系由太陽(yáng)軸5、行星臂6、太陽(yáng)齒輪7、行星齒輪8組成；太陽(yáng)齒輪中心有孔并套裝于太陽(yáng)軸上，兩者緊固并位于輪系中心；行星臂是帶長(zhǎng)套的圓盤，套孔用軸承裝配于太陽(yáng)軸，套周用軸承裝于機(jī)架中心孔，盤周固定多個(gè)行星軸10，各軸用軸承安裝著行星輪8；行星齒輪上有單向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3，這機(jī)構(gòu)是將常用鋼珠(柱)式單向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的外套圈上設(shè)置耳孔成偏心板9，耳孔上固定偏心軸11，軸上松配著滾套12而組成；高勻速度數(shù)學(xué)曲線調(diào)速機(jī)構(gòu)由n組(n=2．3．4．……)每組為1件的曲線板14、板軸13、軌鏈20、桿釘17、連桿18和整機(jī)僅一件的軌板15、調(diào)輪19、調(diào)輪法蘭28、架板25、示速盤29、調(diào)柄30、定把31、架板法蘭32等組成；曲線板的截面為等寬槽，它的轉(zhuǎn)動(dòng)中心板軸13位于槽前端中心孔上，其尾端內(nèi)側(cè)有鏈孔16和桿釘17，曲線板槽的中心是特定的“雙勻速擺線”函數(shù)曲線 速比C在(Ca，Cb)內(nèi)取使用中最需要的調(diào)速比值，或取中值(Ca+Cb)／2，或根據(jù)精度而定；軌板15是中心有n組弧形邊孔的圓板，每組由回邊23和限位邊24兩條組成；回邊是曲線板槽外側(cè)邊尾端面沿板軸旋轉(zhuǎn)的軌跡圓面，限位邊的形狀與曲線板轉(zhuǎn)動(dòng)外側(cè)面的外極限位置相同；軌鏈20是多鏈片短節(jié)距鏈條，它前端固定于鏈孔16上，后端周定于調(diào)輪外周；架板25是周邊有孔緊固于軌板螺孔21的圓板，它有中心孔裝配與調(diào)輪19外圓成轉(zhuǎn)配，孔周附近有被軌鏈底部嵌入的等寬弧槽26；弧槽前段的外側(cè)邊是曲線板槽內(nèi)側(cè)邊尾端面旋轉(zhuǎn)的軌跡圓面；軌鏈前端外側(cè)與回邊24構(gòu)成的圓弧回槽，溝通了相鄰曲線板中心槽，便組成多曲線波形的360°整圓周期回路槽；調(diào)輪19是有中心孔的槽輪，槽內(nèi)插有調(diào)釘22，中心孔用軸承裝配于太陽(yáng)軸；連桿18是兩端有孔的弧形板，兩孔分別裝配于桿釘17和調(diào)釘；調(diào)輪法蘭28是帶盤的軸套，盤周裝在與架板孔內(nèi)成轉(zhuǎn)配，盤側(cè)緊固于調(diào)輪，軸套孔套裝在太陽(yáng)軸上成轉(zhuǎn)配，套周有花鍵；架板法蘭32也是帶盤的軸套，盤側(cè)與架板緊周，軸套中部有寬方孔33，軸套孔的外端用軸承裝于太陽(yáng)軸，里端轉(zhuǎn)配地裝于調(diào)輪法蘭的軸套外周；調(diào)柄30是帶有螺孔耳板的軸套，這軸套孔有花鍵與調(diào)輪法蘭軸套外圓的花鍵相滑配，這軸套的外圓裝配于寬方孔部的中心孔內(nèi)成松轉(zhuǎn)配合；示速盤為板狀，上部刻有速度標(biāo)，下端有孔緊配于架板法蘭盤的軸套根周部；定把31頭部有螺紋，裝配于調(diào)柄螺孔內(nèi)；機(jī)架由機(jī)蓋35、機(jī)盒36、底板37組成；機(jī)盒成桶形，桶口有多個(gè)螺孔，桶底有中心孔并用軸承安裝著架板法蘭的軸套，桶邊連著平板狀的底板37，機(jī)蓋是周邊有孔并固定于機(jī)盒口的圓板，它中心有孔并用軸承安裝著行星架軸套。
2．權(quán)利要求1所述的一種齒輪式高勻速度無(wú)級(jí)變速器，其特征在于外行星齒輪系也可以是改用內(nèi)圓齒輪組成的新的內(nèi)行星齒輪系來(lái)代替，只要將新的行星臂39的中心孔與太陽(yáng)軸緊固，又將中心部太陽(yáng)齒輪改換為與各行星齒輪相內(nèi)嚙合的內(nèi)圓齒輪38，成為新的太陽(yáng)齒輪，這齒輪中心有軸套40，套孔用軸承安裝著太陽(yáng)軸，套周用軸承安裝于機(jī)架孔，這套又伸出機(jī)架作動(dòng)力軸，其它結(jié)構(gòu)與外行星系相同。
3．權(quán)利要求1所述的一種齒輪式高勻速度無(wú)級(jí)變速器，其特征在于偏心軸11與滾套12之間也可以設(shè)置滾珠、滾柱等軸承。
4．權(quán)利要求1所述的一種齒輪式高勻速度無(wú)級(jí)變速器，其特征在于行星臂6的軸套、太陽(yáng)軸5、架板法蘭32的軸套均可外伸，形成三件動(dòng)力軸，將其中一件與機(jī)架固定，剩下二件后，則其中一件可作動(dòng)力輸出軸，另一件便可作成為動(dòng)力輸入軸。
5．權(quán)利要求1所述的一種齒輪式高勻速度無(wú)級(jí)變速器，其特征在于行星臂軸套、太陽(yáng)軸和架板法蘭軸套三伸出軸之一件如作輸入(或輸出)軸，則其它兩件可協(xié)同作速度和(或差)的定值輸出(或輸入)軸。
6．權(quán)利要求1所述的一種齒輪式高勻速度無(wú)級(jí)變速器，其特征在于軌鏈也可以用外形尺寸與它相同的有織物夾層的聚胺脂、橡膠等柔性帶條來(lái)代替。
7．權(quán)利要求1所述的一種齒輪式高勻速度無(wú)級(jí)變速器，其特征在于其鋼球(柱)式單向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也可以用棘爪式單向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等來(lái)代替。
全文摘要
一種齒輪式高勻速度無(wú)級(jí)變速器,屬于傳動(dòng)機(jī)械,它主要由行星齒輪系、高勻速度數(shù)學(xué)曲線調(diào)速機(jī)構(gòu)等組成。它是以近似、覆蓋等柔性數(shù)學(xué)方法和運(yùn)動(dòng)學(xué)等基礎(chǔ)性設(shè)定研究,首創(chuàng)了“雙勻速擺線”函數(shù)理論,從而產(chǎn)生的高勻速度、線性連續(xù)、大范圍剛性的無(wú)級(jí)調(diào)速機(jī)構(gòu)。它不但機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單達(dá)類似兩級(jí)齒輪傳動(dòng)副,而且在傳動(dòng)剛度、機(jī)械效率、高速平穩(wěn)性、輸出勻速性和工藝簡(jiǎn)單度等諸方面均十分優(yōu)越,它完全能滿足機(jī)械工程、機(jī)床加工、交通運(yùn)輸、輕紡化工等領(lǐng)域的高要求。
文檔編號(hào)F16H61/04GK1292467SQ9912161
公開(kāi)日2001年4月25日 申請(qǐng)日期1999年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月8日
發(fā)明者沈醒迪 申請(qǐng)人:沈醒迪