滑片变形齿无级啮合活齿轮的制作方法

文档序号:5545741来源:国知局
专利名称:滑片变形齿无级啮合活齿轮的制作方法
技术领域
本发明属于齿轮传动、机械无级变速器设计及制造技术领域。
背景技术
齿轮传动是目前机械中应用最广的一种传动机构,具有如下优点能保证两齿轮恒定的瞬时角速度之比;传递功率的范围比较大,可以从百分之几千瓦到十万千瓦;适用的圆周速度范围比较大,可以从很低到高达300m/s;传动效率高,一级传动效率高达98~99%;使用寿命比较长。但是,其制造精度和安装精度高,更主要者,其传动比为固定值,无法实现无级变速。目前机械无级变速器,大量采用摩擦传动,其大致存在以下缺陷1、很难获得超低转速输出,变速范围比较窄;2、存在传递扭矩小、传输功率不大等缺陷;3、承载能力低、抗过载及耐冲击性能较差;4、零部件加工及润滑要求较高、寿命短,结构、工艺复杂、制造成本高;5、滑动率大,机械效率低;有的还存在脉动输出及功率流不连续现象。就目前而言所有的摩擦式无级变速器传动功率均需靠大的法向压紧力,致使各轴承负荷加大,传动体间的弹性滑动、几何滑动现象明显,用于传输功率的有效接触面小,理论上为线接触或点接触,局部应力大,严重时甚至导致工作表面擦伤或胶合,传动效率低,传递功率有限,寿命短。滑片链无级变速器是目前唯一采用槽面链轮(齿式链轮)与滑片链以准啮合方式传递功率的链式无级变速器,它既不同于啮合传动,又不同于摩擦传动,而是介于两者之间的一种准啮合传动方式,具有滑动率低、传动精确,抗磨损、冲击能力高等优点,但此类链条制造成本相对较高,链条质量较大,制约了运行速度的进一步提高,另外链传动的多边形效应会使输出速度产生一定脉动现象。脉动式无级变速器采用几何封闭的低副机构,具有工作可靠、承载能力高、变速性能稳定的优点。传动比范围大,最低转速可为零输出,在静止或运行状态均可调速。此外还具有结构简单、体积较小,制造成本较低等优点。但是目前的脉动无级变速器具有几大致命弱点,制约着其向更广领域发展输出的脉动性使其无法用于对输出均匀性要求较高的场合,尽管通过多相错位叠加及超越离合器的辅助配合可择流滤波减小脉动,而且由于整个运行系统的惯量因素及超越离合器的超越效应,脉动度在输出端将比理论值明显减小,但这只是表观现象,实际的功率流传输仍是按理论值呈脉冲间隔形式输出的,此功率流的不连续是造成脉动无级变速器效率低的一大因素;二、脉动变速器中作往复运动的机体构件制约着其向高速领域迈进,其不平衡惯性力及惯性力矩所引起的振动在高速时会明显加剧,其产生的动载荷还是造成机械效率低的重要原因;三、作为输出机构的超越离合器是整个机体中唯一的摩擦传动构件,同样存在摩擦传动的一系列相应缺陷,是整个机构动力链中的薄弱环节,其承载能力和抗冲击能力相对较低,制约着脉动型无级变速器向大功率、高效、高速方面发展。四、为减小脉动度而设置的多相结构将引发系统中存在过多的重复约束,导致机器对误差及工作环境的敏感,效率降低、动载荷增大,组相的增多还使机构量、调试安装工艺复杂化,故障率增大、成本增加。

发明内容
本发明针对现有齿轮传动及无级变速器的缺憾进行革新改进,在此基础之上提供一类新型无级变速装置,以满足、适应现代化工业需求、尤其是汽车工业的需求,兼具并拓展了目前大多无级变速器功能点,实现了特有的“非摩擦式齿轮啮合无级变速”,属一种全新概念的大功率高效(与齿轮传动效率接近)机械无级变速器。
本发明的技术方案如下基本工作原理整个齿轮工作表面是由大量薄滑片(或滑针)叠合组成,通过滑片的自由无级滑移可构成任意形状的啮合齿形,此设计思想等效于对齿轮进行微元分割,通过多个微元面的有机组合即可形成任意所需齿形。即构成滑片无级啮合活齿轮。
由于滑片的滑移方向与受力方向不同向,所以滑片可以自由轻松随当前啮合齿形所需及时变形与之吻合实现无级啮合,而传递功率时的受力方向与自由滑移方向垂直或其夹角在当量摩擦角之内(参见下文),具有自锁性,所以滑片承载受力时不会改变齿廓形状,可保持正常啮合态,靠滑片与对应齿槽盘的啮合传递功率,实现非摩擦式变形活齿啮合无级变速。活齿的奥妙处在于组成齿形的滑片径向尺寸可以随着齿轮、槽盘的旋转随啮合区的槽面形状变化随时自动变形,始终保持齿形的吻合,所以对滑片、槽盘的齿形加工精度要求很低,不必磨齿,可跑合。而且更适应高速场合。
名词解释(注相关名词释义在此一并注释,供下文参考)*支撑滑片一般指与滑片仓壁相接触传递动力的滑片;*填充滑片一般指与支撑滑片接触传递动力的滑片。(参见图46及相关文字说明)*等功效滑片(即同类型滑片)形状完全相同、装配方向也相同的滑片,即同形状滑片同向布置。形状完全相同但反方向装配的滑片属不同功能,即功能不等效,如图46.2.2、46.3.2所示的滑片,虽然两两形状完全相同,但属非同类型滑片,其对应滑片组互称为“支撑滑片组”、“填充滑片组”。
*滑片组即滑片基本单元集合(对于滑针的基本单元集合可称为滑针束;参见下文、图34),是等功效滑片的分组集合,即由多个同形状滑片同向贴合组成。滑片组分为支撑滑片组、填充滑片组。
*滑片组环由若干个滑片组组合而成的可独立完成工作循环的滑片组的集合总成(如图2中的所有滑片组集合总成称之为一个滑片组环)。包括间隔型滑片组环滑片组间有间隙的滑片组环(如图26、图45;其中图26为多环间隔型;图45为单环间隔型),一般间隔型滑片组环内滑片组均为同类型滑片组;连续型滑片组环滑片组间相贴合、无间隙,整体呈满环密布滑片组环(如图2),一般连续型滑片组环由非同类型滑片组间隔交替组合,包括“支撑滑片组”、“填充滑片组”。
*滑片仓活齿轮体上用来搁置、限位、约束滑片组的腔体槽仓,“支撑滑片组”、“填充滑片组”对应的限位约束滑片仓有支撑滑片仓、填充滑片仓;。
*滑片仓环由多个滑片仓组成滑片仓环;滑片组环放在滑片仓环内。(如图2中的活齿轮中包含一个滑片仓环);滑片仓环包括连续型(一般为支撑滑片仓、填充滑片仓交错组成),间隔型(一般由等宽度滑片仓间隔布置组成)。
*工作循环活齿轮旋转一周为一个工作循环。
*滑片总成指活齿轮上所有滑片体系总和。按轮体上滑片组环的数量分为单环型滑片总成——滑片总成由一套滑片组环构成(包括单环间隔型、单环满环密布型);多环型滑片总成——滑片总成由多套滑片组环组合构成(包括多环间隔型、多环满环密布型)。
*滑片变形齿无级啮合活齿轮由滑片(薄片)或滑针(小方柱或细圆柱)组合而成可自由滑移无级改变啮合齿形的齿轮。由轮体、至少一套滑片组环构成,滑片组环由若干个滑片组构成,滑片组由多个等功效滑片贴合构成;滑片可在重力、引力、斥力、弹力、弹簧力、电磁力、离心力、惯性力、液压、气压力、气体、液体流体冲击力等复位驱动力作用下进行复位;轮体上至少有一套由滑片仓组成的滑片仓环,滑片组放置在对应滑片仓内构成一套功能独立完整滑片组环,滑片可在各自滑片仓内一定范围内自由移动,靠滑片的自由移动可以形成任意形状的齿形。辅助件有连接定位销等。活齿轮一般至少由轮体、滑片组环组成,一个轮体上至少有一个滑片仓环,装置一套滑片组环,称为“单环型活齿轮”(如图2中的活齿轮包含一套滑片组环);同理有多个滑片仓环,装置多套滑片组环的齿轮称为“多环型活齿轮”(如图26)。
活齿轮类型一般分为圆柱活齿轮(如图2),圆锥活齿轮(如图17),平盘型活齿轮(如图20.1)、内锥盘型活齿轮(如图20.2),分别又可分为单环型活齿轮、多环型活齿轮。
按滑片滑移轨迹分为“同向复位”、“斜向复位”两大类。同向复位型滑片的复位运动轨迹与复位力(如离心力)方向同向;斜向复位型滑片的复位运动轨迹与与复位力(如离心力)方向呈一夹角(如图20、图29所示为斜向复位型)。
按滑片布置方位分直齿滑片型、斜齿滑片型(二者区别类似直齿轮、斜齿轮的区别)。
按滑片组环中滑片组的布置方式分为间隔型、满环密布型(或称为连续型)。
按轮体上滑片组环的数量分为单环型、多环型,分别又可分为单环间隔型、单环满环密布型;多环间隔型、多环满环密布型。
按滑片与轮体间的镶嵌插装方式、轮体对滑片的定位支撑卡挡方式分为外侧支撑型、外侧互动交叉支撑型、中心支撑型、中心互动交叉支撑型、外侧中心双重支撑型、外侧中心互动交叉支撑型(参见图46)按滑片复位驱动力类型、方式分,有重力、引力、斥力、弹力、弹簧力、电磁力、磁力(包括引力、斥力)、离心力、惯性力、液压、气压力、气体、液体等流体冲击力复位型。如图23中8个箭头代表重力、引力、斥力、弹力、弹簧力、电磁力、离心力、惯性力、液压、气压力、气体、液体流体冲击力等复位驱动力,在此复位驱动力作用下滑片与啮合齿槽紧紧接触实现无级啮合。按理讲弹簧力应归于弹力范畴,但是,在实际应用中,弹力与弹簧力复位机构大不相同,弹簧力复位过程为用弹簧推动滑片复位,归于自由复位型,如图23.1中的自动弹性复位滑片;而弹力复位过程一般靠外界实体的弹力推动实现,如由两齿槽盘的齿与槽凸凹相对对夹滑片复位型,属于弹力复位型、受迫复位型(如图35、图36所示滑片的复位是靠凸凹槽盘对夹推移实现;其原理与现有滑片链技术原理相近)。所以,按滑片的复位工作特性可分为滑片自由复位型,滑片受迫复位型。
*复位指滑片工作中在复位驱动力作用下,向参与啮合的方位发生运动的过程或运动趋势状态。根据复位驱动力的不同分为自由复位、受迫复位。一般来讲弹力复位属受迫复位;重力、引力、斥力、弹簧力、电磁力、离心力、惯性力、气体、液体等流体冲击力复位属自由复位。例如圆柱活齿轮中滑片在自由复位驱动力(离心力)作用下向齿轮体径向外延运动或运动趋势的状态,以及图6-A中采取气泵润滑时,为离心力、气流冲击力双重复位,均属自由复位;而由两个齿槽盘面的齿与槽凸凹相对的对夹弹力复位型,属受迫复位型,类似现有的“滑片链”工作原理,即凸凹齿槽对夹滑片弹力复位型,滑片在凸凹相对齿槽面弹力推动下发生复位实现无级啮合传动。
*约束限位为防止滑片在自由复位驱动力作用下甩离活齿轮体而加的约束限位装置,如本文中的“滑片挡脚25、外限位约束挡圈23(滑片挡脚属内部束缚型、外限位约束挡圈属外部束缚型)
*齿槽轮与活齿轮可进行啮合传动的轮盘,工作盘面由齿、槽组成,凸起部分称为齿,凹陷部分称为槽。与活齿轮配合构成该类无级变速器两大核心部件。按齿槽轮工作盘面形状分为平盘型、锥盘型。
*滑片变形齿无级啮合活齿条其特征是由齿条体、至少一套滑片组块构成,滑片组块由若干个(含一个)滑片组构成,滑片组由多个等功效滑片贴合构成;滑片可在重力、引力、斥力、弹力、弹簧力、电磁力、离心力、惯性力、液压、气压力、气体、液体流体冲击力等复位驱动力作用下进行复位;齿条体上至少有一套由滑片仓组成的滑片仓块,滑片组放置在对应滑片仓内构成一套功能独立完整滑片组块,滑片可在各自滑片仓内一定范围内自由移动,靠滑片的自由移动可以形成任意形状的齿形。包括刚性活齿条(如含滑片的锁速块,见图44);挠性活齿条(如滑片拉力传动带,见图33、图34)。
*齿槽台与活齿条可进行啮合传动的台盘,工作台面由齿、槽组成,凸起部分称为齿,凹陷部分称为槽。按齿槽台工作台面形状分为平盘型、锥盘型;又分为刚性齿槽台、挠性齿槽台(如含齿槽的牵引带,见图44)*自锁啮合本文中的“自锁啮合特性”特指滑片与啮合槽壁面(对于转轴滚柱活齿轮无级变速器类型的自锁”则指“滑片与啮合滚柱旋转面的母线夹角θ”)的接触夹角θ小于当量摩擦角时的啮合特性。(具体分析参见图24及对应相关文字说明。)当滑片传递功率时的受力方向与自由滑移方向垂直(即滑片与啮合槽壁面的接触夹角θ=0)或其夹角θ在当量摩擦角之内时,滑片机构具有自锁性,此时,即便滑片无任何加压力,在传递功率时都不会打滑,加之滑片与滑片仓壁之间的的综合作用,使得滑片啮合传动性能很稳定。其实,在摩擦力、滑片复位驱动力的辅助作用下,以及滑片的斜向受力(如;圆锥活齿轮专用滑片的受力方向与滑移方向不同向,这样可进一步改善滑片的自锁特性,提高啮合可靠性)的综合作用效应下,使得滑片可在保证自锁前提下θ角大于当量摩擦角,这样有利于加厚滑片厚度,提高承载能力、延长寿命、降低成本。当θ等于零,此时的啮合可靠性最佳,但是,当滑片较厚时,此时的无级啮合特性不太好,其实不忽略滑片厚度时属细微有级啮合;所以要实现真正无级啮合,θ可以稍大,借助斜面的自锁特性照样可以实现无滑移可靠啮合无级传动。所以,有效利用此“自锁特性”可以很好的优化无级变速特性,可在适当加大滑片厚度的前提下实现无级传动。
*逐差原则(逐一齿差渐进原则,也叫“逐差效应”)逐差原则目的是使滑片的啮合状态进行最为充分的互补,达到最均匀啮合、均匀受力、均匀磨损,发挥整个体系滑片与啮合件之间最大工作潜能、最大的啮合承载能力、功率容量,提高传动稳定性、可靠性。所有的滑片系列齿轮与齿槽盘啮合点布置原则均应尽可能采取“逐差原则布置”(参见图15及相关说明。
本发明的特点、优点该变速器实现了真正意义上的“齿轮啮合无级变速”,结构简单,成本低,可靠性强,整个无级变速过程为一级传动,且可方便实现正反向等传动链输出,传动链短,效率高!滑片活齿轮为浮动无级变形啮合,对啮合齿槽的精度要求极低,对齿距,齿形无加工精度要求,可采取铸造法高效廉价产业化生产,成本低,其加工、装配精度不会明显影响传动性能,跑合后性能更好,滑片有磨损自动补偿功能,寿命长,噪音低,高速适应性能好。
与现有金属带车用无级变速器相比,成本几乎不及其1/5,而综合性能却明显优于现有无级变速器。此变速器关键部件只有两件,结构简单体积小,整体变速箱成本比最廉价的直齿无同步器手动齿轮变速箱都低。在一般场合,其传动性能甚至可完全取代齿轮变速,而其特有的无级变速性能使得其有取代目前应用最为广泛的齿轮变速器趋向。与现有无级变速器相比,其性能更是明显,其整体优越性能可以代替及拓展乃至大、中、小、微功率领域的所有无级变速器。
决定该类变速器承载能力的关键点是滑片与槽盘的啮合区,这是整个传动链的薄弱环节,其他环节在满足等功率匹配基础上应尽可能缩小体积,按等功率流承载负荷设计,尽管如此该承载能力甚至可与齿轮传动媲美(齿轮传动由于齿形固定,旋转啮合中为线接触传动),滑片活齿轮的啮合点面积大于齿轮,所有滑片形成一整体封闭弹力闭合环,等效于将所有滑片束缚在一封闭受力体内,加之与刚性齿槽轮的相互依存实现了“刚柔融合、活齿固化”效应,最大程度的消弱了悬梁受力现象(类似于将弹性平面薄钢片垫在刚性钢件中),理论上可等效承载整体钢环在圆周向的负荷量,承载能力极强!“滑片变形齿无级啮合活齿轮”齿形可变,可以随时根据啮合区“遇齿成槽”变化齿形,最大限度延展齿槽与所有参工作滑片区域间尽可能多的啮合受力点,尤其在压力角最小区为整体面接触,接触应力小;此外其离心复位啮合传动特点使得其在高速场合可靠性更强,更适应高速及大功率领域工作特性要求。


;下面结合附图和实施例对本发明进行具体说明图1、圆柱活齿轮无级变速器结构 4、圆柱活齿轮用滑片结构2、圆柱活齿轮外形结构5、圆柱活齿轮内部结构3、圆柱活齿轮轮体结构6、圆柱活齿轮内部结构平面7、滑片外限位约束挡环结构图 图27、无级变速器A型专用带结构8、异形滑片结构示意图 图28、组合轮体式多环圆锥活齿轮变速器结构9、齿槽轮结构图 图29、外插一体式多环圆锥活齿轮结构10、齿槽轮齿槽纹分布示意图(一)图30、啮合式金属带结构11、齿槽轮齿槽纹分布示意图(二)图31啮合式板销链结构画图12、梭状齿轮、齿盘变速器示意32系列传动带结构13、常啮合多档变速器示意33系列滑片拉力传动带结构14、多相活齿轮并联式变速器示意图 图34滑针拉力传动带结构15、多相并联式活齿轮逐差布置分析35对夹弹力复位型带式无级变速器结构16、多相活齿轮布局列举分析图 图36对夹弹力复位型轮式无级变速器结构17、圆锥活齿轮及部件结构图(一)图37小锥度圆锥活齿轮系列变速机构18、圆锥活齿轮及部件结构图(二)图38转轴滚柱活齿轮无级变速速器结构19、圆锥活齿轮无级变速器结构39变径金属块带活齿轮无级变速器结构20、斜向复位型活齿轮示意40变径齿扇活齿轮无级变速器结构21、斜齿滑片圆锥活齿轮示意图 图4l轴向接合型滑片离合器结构22、活齿轮传动列举方案示意图 图42径向接合型滑片离合器结构23、滑片复位啮合传动示意图, 图43、锥面接合型滑片离合器结构24、滑片啮合自锁特性分析图; 图44块、带无级啮合装置结构25、事环圆锥活齿轮带式无级变速器结构45滑片超越离合器结构26、多环圆锥活齿轮部件结构图 图46滑片大全平面图其中1、输出轴 40、辅助轮体(一) 79、加强钢丝2、轴承41、辅助轮体(二) 80、A型支撑金属片3、圆柱活齿轮体42、锥盘齿槽轮81、A型填充金属片4、填充滑片43、圆锥活齿轮82、带凸凹槽的分体金属环5、支撑滑片44、调速柄83、金属带连接体6、平盘齿槽轮 45、太阳轮84、凹肩7、啮合齿、槽 46、行星轮85、B型支撑金属片8、输入轴 47、转动副86、B型填充金属片9、中心凹坑48、内啮合式大齿槽轮 87、中间含定位槽的金属环10、导向键/花键49、移动副88、C型支撑金属片11、滑片约束壁面 50、行星架89、C型填充金属片12、定位支撑卡挡台 51、斜向复位型活齿轮体90、两侧带凸凹槽的金属环13、润滑油孔 52、斜向复位平盘型辅助轮体91、D型填充金属片14、润滑油缝 53、斜向复位内锥盘型辅助轮体 92、D型支撑金属片15、定位销孔 54、斜向复位平盘型活齿轮 93、圆形滑针仓16、滑片回缩落座限位面 55、斜向复位内锥盘型活齿轮94、滑针17、定位联接销 56、双面锥盘齿槽轮95、方形滑针仓18、轴装配孔(含键槽) 57、内外啮合锥盘齿槽轮96、对夹齿槽带19、轮盘对合贴合面 58、滑片 97、支撑锥盘20、斜支撑滑片 59、滑片仓98、双面锥盘21、斜填充滑片 60、多环圆锥活齿轮(锥盘) 99、直动滑片轮体22、摩擦牵引圈 61、A型传动带 100、A型弹力复位型填充滑片23、外限位约束挡圈 62、多环圆锥活齿轮体 101、A型弹力复位型支撑滑片24、挡圈引导区 63、轮基体(一)102、B型弹力复位型支撑滑片25、滑片挡脚 64、啮合支撑块103、B型弹力复位型填充滑片26、减应力垫层 65、带基 104、分体式小锥度轮体27、滑片离心约束面 66、强力层105、内外啮合圆锥面齿圈28、离心泵吸气口 67、轮基体(二)106、内啮合圆柱面齿圈29、离心泵叶轮槽 68、分层轮体 107、内外啮合圆柱面齿圈30、梭状齿轮 69、B型传动带 108、外啮合圆柱面齿圈31、梭状齿盘 70、一体式多环圆锥轮体109、复侠弹簧丝32、同心多锥齿盘 71、自由滑片仓110、气流孔33、传动轴 72、滑片仓安装孔 111、固定机架34、锥齿轮 73、窄金属块 112、滚柱35、倒档齿轮 74、宽金属块 113、转轴滚柱轮36、圆柱活齿轮 75、金属环114、回转机架37、圆周上有锥齿的齿槽轮 76、链销 115、传动键38、圆柱齿轮 77、链板 116、行星锥齿轮39、圆锥活齿轮体 78、啮合块117、太阳锥齿轮
118、齿块联接绳127、换档推杆 136、齿槽锥盘接合套119、凸起齿块 128、推力轴承 137、牵引带120、凹陷齿块 129、可动齿槽盘 138、锁速块121、张紧绳130、定位联接销 139、加压装置122、张紧装置 131、滑片摆盘 140、星轮外圈123、径向滑轨 132、螺栓 141、滚轮124、齿扇 133、内圈带齿槽接合套 142、可调长度联接体125、阶梯齿扇 134、滑片槽轮 143、束缚环126、齿槽盘常啮合齿轮 135、滑片锥盘(多环或单环) 144、无挡台轮体具体实施方式
圆柱活齿轮无级变速器系列图1、圆柱活齿轮无级变速器结构图 图2、圆柱活齿轮外形结构3、圆柱活齿轮轮体结构图 图4、圆柱活齿轮用滑片结构5、圆柱活齿轮内部结构图 图6、圆柱活齿轮内部结构平面图如图所示输入轴与齿槽轮联接,活齿轮与输出轴之间通过导向键或花键联接,在传递扭矩的同时可以自由轴向移动,无级改变与齿槽轮的啮合半径进行无级变速(图1中A、B、C分别代表前进档区、倒档区、空档区)。
圆柱活齿轮结构为由轮体、滑片组环构成。滑片组环由若干个滑片组构成,滑片组由同类型滑片同向贴合构成滑片可在惯性离心力(重力、引力、斥力、弹力、弹簧力、磁力、电磁力、惯性力、气体、液体流体冲击力)复位驱动力作用下进行自由复位。滑片一般有支撑滑片、填充滑片两类,轮体一般由两半对合而成,每半轮体上均有支撑滑片、填充滑片约束壁面,定位支撑卡挡台、滑片离心约束面、滑片回缩落座限位面,轮盘对合贴合面、定位销孔等,两半轮体对合组成完整轮体,由滑片约束壁面,定位支撑卡挡台、滑片离心约束面、滑片回缩落座限位面等对合组成滑片仓环,定位销孔内装入定位销以保证各滑片仓不发生错位,可进一步通过螺栓将两半轮体连接紧固。支撑滑片、填充滑片组交替排列密布于相对应滑片仓内,滑片可在滑片仓内一定范围内自由移动,靠滑片的自由移动可以形成任意形状的啮合齿形。
齿槽轮是与活齿轮进行啮合传动的轮盘,工作盘面由齿、槽组成,凸起部分称为齿,凹陷部分称为槽。与活齿轮配合构成该类无级变速器两大核心部件。(关于齿槽轮盘面齿槽纹的常用类型可参照图10、11)工作时,滑片在惯性离心力驱动作用下向轮体径向外延作离心运动(或离心运动趋势),在滑片挡脚或约束挡环约束作用下,所有滑片均自由复位停留到同一半径处,与齿槽轮齿槽盘面接触的滑片在凸凹齿槽的推动下发生随动变形形成与之吻合的啮合齿面,随着齿槽轮的旋转带动活齿轮旋转,新的滑片与齿槽轮盘面接触发生“径向滑动、遇齿成槽”,参与啮合实现连续传动输出功率。
一般来讲,滑片与齿槽轮分离态的自由离心复位径向设计尺寸大于与齿槽轮啮合时的复位径向尺寸,所以当滑片磨短后可自行补偿,即具有磨损自动补偿特性。即便分离态的自由离心复位径向设计尺寸小于等于啮合时的复位径向尺寸,一定范围内的磨损仍不影响正常使用,所以该齿轮寿命很长。
由于滑片活齿轮充当主动轮时,在滑片未啮合前滑片处于压紧承载态,不利于滑动变形,所以,最好为从动轮。离心复位型活齿轮需先轻载启动,一旦转速达到离心转速低限(120~200转/分)即可加载运行,发动机怠速转速大于滑片离心所需转速,所以在所有工况场合该活齿轮均可正常使用。如增加辅助复位装置(如利用重力、弹力、电磁力、流体冲击力等方式在启动前辅助复位)则可加载启动,例可以在齿槽轮盘上或与此相对应的位置设置电磁体或永磁体来吸引滑片进行复位,这样不受重力影响可加载启动。也可在活齿轮体内部设置永磁体或电磁体,所有滑片也进行永磁化或电磁化,靠磁力作用来使滑片向外沿运动完成复位。或者靠滑片在磁场(或交变电磁场)中运动激发感生电流与磁场发生磁感应相互作用力来进行复位。
在齿槽轮中心可以设计有中心凹坑9,这样活齿轮在沿输出轴轴向移动时可以顺利越过齿槽轮中心区实现反方向传动,在中心区为空档区,其变速档区域分布示意参见图1所示,为防止填充滑片在受压力时挤入支撑滑片组仓发生支撑滑片、填充滑片混位,填充滑片组两端可各加一厚滑片,同时可起到加固作用,增强承载能力(同理图46.4.2中,各滑片组外侧两滑片可以为厚滑片)。万一填充滑片挤入支撑滑片组仓,可能会被甩出轮体,为消除这一隐患,可将填充滑片的挡脚设计得与支撑滑片一样长(如图4中C型滑片)。为简化结构,滑片也可采取单侧设计挡脚(如图4中B型滑片)。
为消除滑片与齿槽轮间可能出现的打滑、滑移现象,也可将滑片与齿槽轮进行啮合工作面的弧线轮廓改为直线轮廓(如图4中D型滑片,其他类型参见图46.11)。
为降低对两半活齿轮体加工及装配精度要求,也可采取单侧支撑型滑片(参见图中E型滑片),其对应的活齿轮体为无挡台轮体144,与有挡台轮体3对合对滑片进行束缚定位(参见图4.1)。
齿槽问距与滑片组间距设计原则齿槽轮齿槽间距尺寸与滑片组间距不成倍数关系,这样,滑片与齿槽啮合时可以按“逐差原则”工作,提高传动平稳性。(包括下文的圆锥活齿轮也适用于此原则,同一半径处两侧的滑片也可错位布置,关于“逐差原则”参见图15)。
为了改善润滑,可在轮体上开润滑油孔(或润滑油缝),利用润滑油道旋转中的“离心泵油”效应来对滑片进行润滑及降温,让滑片间为流体油膜润滑。内部可设计为离心泵结构(如图6-A所示),在超高转速,可改“泵油”为“泵气”,其泵出的气流注入到滑片间可起到气流悬浮润滑效果,实现气垫效应润滑,既润滑又散热。同时,其气流冲击力还起到辅助复位作用,如果用外界气源作气流悬浮润滑,则可在活齿轮静止态就注入气流完成滑片复位,消除重力影响,满足加载启动条件。此离心泵结构也可用于泵油润滑,但排量应相应减小以减小功率损耗。此外可以采取改良润滑,缩短滑片行程来提高复位性能,更适应高速可靠工作。
为在不借助其他任何条件下可靠启动,也可在活齿轮外沿设置一摩擦牵引圈22,两轮面靠少许加压力发生摩擦传动,以保证在启动时产生牵引力,为了减小磨损及取消加压装置,简化机构,摩擦牵引圈可用橡胶等弹性材料制造(如在活齿轮表面镶入橡胶弹性牵引圈来获得弹性加压),此装置还有利于减小噪音(如图6所示)。另外可采取超越离合器来牵引启动,超越转速为最低档转速,即启动时超越离合器工作,一旦滑片参与工作超过最低档转速则离合器进入超越状态。其实在静止态也有好多滑片参与啮合(竖直放置时,底部靠重力复位;水平放置时原来啮合仍保持啮合),所以,此机构的启动不是问题,一般变速器不必附加摩擦牵引圈等辅助启动装置。
在润滑效果极佳场合,也可让滑片轮作为主动轮,这样启动更不是问题,此时场合适应性更强,进行低速大扭矩输出时其滑片活齿轮正好工作在槽盘最外沿,曲率、几何滑动小,参与啮合滑片数量多,但是因为滑片在承载态可能发生啮合滑动,所以此时要求润滑效果很好。
按滑片啮合齿形性质分为直齿滑片活齿轮、斜齿滑片活齿轮;如图6-B所示为斜齿滑片活齿轮结构图,其传动机理类似斜齿轮传动,关于斜齿滑片活齿轮传动的齿槽盘齿纹参见图11-C、D型。其较好的应用场合为图39、40变速器类型。
图7、滑片外限位约束挡环结构图为简化轮体及滑片设计,可对滑片的复位约束采取外限位方式,省去了活齿轮体上的滑片离心约束面27及滑片挡脚25的加工,仅在活齿轮外侧圆周处加一非封闭式滑片外限位束缚环23,为避免滑片的离心干涉,可在迎合滑片旋转进入束缚环的方向上设计弧形过渡引导区24以提高工作可靠性,为减磨降噪可采取离心泵油润滑效果更佳。此时滑片可用滑针代替。
为了弥补滑片在啮合传递功率处于压紧态旋转时与槽盘之间的相对几何关系微量变化,产生干涉,形成应力积聚,可在齿槽盘凹槽底部附着一层减应力垫层26(如图7所示),一般采用填充弹性软体材料,如喷涂附橡胶材料等,这样滑片在自由复位进入啮合时端部便与弹性材料接触,有活动余量消除可能出现的运动干涉。
图8、异形滑片结构示意图在精密场合为减小滑片径向运动导致的圆周向游隙,可以采取异形组合式滑片进行密布组合(如图8-A所示),或者采取单一扇形截面滑片进行组合(如图8-B所示)。
图9、齿槽轮结构图;图10、齿槽轮齿槽纹分布示意图(一);图11、齿槽轮齿槽纹分布示意图(二)其中,齿槽盘阴影部分代表凸起齿牙部分。也可代表凹槽部分。
图10-A型齿槽纹为最常用径向辐射状单一齿纹,结构简单,易制造,但随径向尺寸的改变其传动特性会有较大变化。
图10-B、D、E、F型齿槽纹有不同程度改善,传动性能较为稳定。其实,齿槽盘的纹理可以很细,一般来讲,为了尽可能扩大参与啮合滑片数量,一般取凹槽面积较大,凹槽部分宽度大于凸起部分。即“突起齿面部分窄、凹陷槽面部分宽”,这样可保证参与工作的滑片数量大增。因为槽盘上齿槽与盘体固连,且突起高度很小,所以壁厚薄点强度也足够。
如图11-A型为啮合齿槽间隔密度等效布置方式,图11-B型为满盘滚花方式,即将盘面加工成均匀点阵凸起,靠此突起与滑片进行啮合传递功率,或加工成点阵凹坑,与滑针进行啮合(关于“滑针”相关内容参见下文)。
如图11-C、D型为斜齿滑片活齿轮传动用的齿槽盘齿纹示意图,其传动机理类似斜齿轮传动。槽纹斜度曲率一致,以保证在任意半径处滑片的啮合斜度与槽纹走向一致。
其实在汽车上如达到6档以上有级变速也基本够用,所以为提高传动性能,也可将齿槽盘面齿槽设计为如图11-E、F所示的有级变速用齿槽盘类型,实现多档有级滑片活齿轮变速,特点对大齿盘齿形加工无太大要求,且传动啮合效果好于无级变速(因为对齿槽纹分段分级优化后齿槽盘的齿形分布规律化,消除了啮合效果不佳的齿槽区域);图11-E中,梭状齿在径向交错布置,以提高档级数,图11-F中梭状齿在径向均匀布置,提高传动平稳性。此时也可采用梭状齿轮30代替滑片活齿轮与梭状齿盘31实现固定齿啮合传动(如图12所示)。
图13、常啮合多档变速器示意图如图所示为九档常啮合锥齿轮有级变速器示例,由同心多锥齿盘32、传动轴33、锥齿轮34、倒档锥齿轮35等构成,同心多锥齿盘32由多组半径不同的锥齿轮同心布置组合而成,每圈半径处的锥齿轮都有各自配对锥齿轮与之保持常啮合,锥齿轮与各自传动轴之间采取含同步器锁环、结合套的同步啮合换档方式或采取电控、液控离合器或采取本专利中的滑片离合器换档装置(参见图41)来完成离合状态变换实现有级变速或自动变速。
图14、多相活齿轮并联式变速器示意图;图15、多相并联式活齿轮逐差布置分析图进一步增大承载能力,可采取多相机组组合设计,规律并联相增大功率(如图16-A、B、E),串联相增大传动比(如图16-C、D)。
图14为多相活齿轮并联式变速器示意图,可增大承载量3倍。要求3组活齿轮在齿槽轮的径向位置一致,另外,传动轴33也可作为分流功率输出轴。此类多相机组实施方案中,为进一步提高传动平稳性,整个系统中所有滑片啮合点(指整个系统中可以参与啮合传递功率的所有滑片活齿轮受力点,图14中为3个啮合点,图16-A中为2个啮合点)其布置原则可采取“逐一齿差渐进原则”布置。
逐一齿差渐进原则(简称逐差原则)一般情况下,活齿轮在齿槽盘所在圆周内呈均匀分布,则遵循如下原则(呈非均匀分布例外)(1)当啮合点数可将齿槽数整数倍等分时,无齿差现象,呈同步等状态均匀啮合传动;(2)当啮合点数不可为齿槽数整数倍等分时,A当齿槽数与啮合点数之间无公约数时,为逐一齿差渐进型啮合传动;B当齿槽数与啮合点数之间有公约数时,为分组性逐一齿差渐进型啮合传动,且分组数等于最大公约数。
结论为改善传动性能,活齿轮分布状况应采取“逐一齿差渐进型”;为了进一步改善应力分布,可采取“分组性逐一齿差渐进型”。同时为了进一步传动平稳性,应尽可能增大每一分组内的逐一渐进齿差数量,即增加总啮合点数。
注齿槽数——齿或槽总数量、啮合点数——整个系统中可以参与啮合传递功率的所有滑片活齿轮受力区数量如图15所示为多相并联式活齿轮逐差布置分析图,以图15为例进行分析齿槽数为20,如啮合点取a、b、c三点则为逐一齿差渐进型,当齿槽轮旋转时,齿槽纹逐一扫过三个活齿轮轴线,此时的啮合传动效果平稳,三个活齿轮依次交替工作,输出功率平稳;如啮合点取a、b、c、e、f、g六点则为分组性逐一齿差渐进型,a-f、b-g、c-e各成一组,其啮合效果完全对称,有利于进一步改善系统应力分布,减小振动噪音,优化动平衡。
同时,活齿轮本身的滑片组间距设计也应考虑此原则,即滑片组跨度与槽纹宽度不成整倍数关系,这样可以使每一滑片的受力磨损均匀化。
图16、多相活齿轮布局列举示意16-A针对图1进行改进,可以在滑片活齿轮双侧均与齿槽盘啮合进行功率并流输出,使传递功率能力提高一倍,可达到双相互补工作效果,同时仍可方便实现反向输出。
图16-B针对图14进行改进,使其传递功率能力又提高一倍,是图1结构所能传递功率能力的6倍。
图16-E中,在齿槽盘的两侧均有齿槽纹,属单齿槽盘双侧传动型,与图16-A、B一样均属多相并联型,可增大功率;图16-C、D属多相串联型,可扩大传动比。
圆锥活齿轮无级变速器系列图17、圆锥活齿轮及部件结构图(一);如图所示在圆锥活齿轮体39两侧对称布置有两套滑片组环,滑片组环由圆锥活齿轮专用滑片组成,圆锥活齿轮体两侧各与一个辅助轮体(一)组合形成滑片仓环,内置滑片组环。其滑片工作原理与圆柱活齿轮类似,但其受力状况为滑片的复位离心力方向与啮合力方向不同向,这有利于改善啮合自锁能力,提高可靠性。
注此圆锥活齿轮可以去掉对称的一半结构,构成单环伞形圆锥活齿轮。如图19-A.1中圆锥活齿轮。
图18、圆锥活齿轮及部件结构图(二)与图17不同,此结构中圆锥活齿轮两侧滑片采用一体化设计,可简化结构,但在滑片较宽时,会加重滑片质量,更主要者,此时两侧滑片同步运动,会影响啮合性能,用于特定场合。此结构只要换装圆柱活齿轮专用滑片的中心支撑型滑片(见图46.3.3)即成为圆柱活齿轮,可见,其区别仅在于受力部位及滑片不同。
图19、圆锥活齿轮无级变速器结构图如图所示该无级变速器由锥盘齿槽轮42、圆锥活齿轮43、调速柄44、太阳轮45、行星轮46等组成,输入轴与锥盘齿槽轮相固连引入功率流,两锥盘齿槽轮对称布置夹持一双环圆锥活齿轮(双环滑片组环对称布置在轮体两侧)。两锥盘齿糟轮分别与圆锥活齿轮的双环滑片啮合,实现啮合传动输出功率。圆锥活齿轮与行星轮46同心固连,通过转动副连在行星架上,行星架转轴中心与太阳轮、输出轴同心,行星轮与太阳轮啮合,太阳轮与输出轴固连,传动比不发生改变时,行星轮架静止不动,当需要调速时推动调速柄改变行星架位置,从而改变行星轮、圆锥活齿轮转轴相对锥盘齿槽轮的半径位置(同时两锥盘齿槽轮的间距相应发生变化),于是传动比发生改变。(传动机构简图参见图19-A.3行星调速机构)。
其中,锥盘齿槽轮42、圆锥活齿轮43两者中任意一个均可作为与行星轮固连的“调速移位轮”,即达到改变两者相对啮合半径比例实现变速。
如果采取图20中的“斜向复位平盘型活齿轮”代替本图“圆锥活齿轮”,两锥盘齿槽轮也用平盘齿槽轮代替,这样在调速时两平盘齿槽轮间距则不发生变化,可使辅助机构更简单化并提高可靠性。另外,为改善啮合性能,也可采取内啮合方式(布局关系类似图36.2)。
注由于为滑片啮合传动,所以齿槽轮与活齿轮间的加压力可以很小甚至等于零(如齿槽轮与活齿轮间可以有间隙、不接触,完全靠复位滑片实现啮合传动)。
为简化结构,也可采取图19-A.1所示单锥盘齿槽轮、单环圆锥活齿轮结构,但承载能力及受力效果有所降低;另外,也可采取“双圆锥活齿轮对夹双面锥盘齿槽盘”方式进行变速,如图19-A.2所示。
图19-B行星锥盘活齿轮无级变速器结构图在图19-A所示圆锥活齿轮无级变速器结构基础上可拓展为行星锥盘活齿轮无级变速器,即以锥盘齿槽轮42为太阳轮,在其圆周上均匀布置多个圆锥活齿轮,作为行星轮,外侧与内啮合式大齿槽轮48啮合,构成行星锥盘式传动模式,扩大功率容量。其机构简图参见图19-B.1;另外,也可采取内齿轮单级传动,提高传动效率,如图19-B.2所示,由圆锥活齿轮43与内啮合式大齿槽轮48啮合,此啮合方式中,二者曲率吻合,传动效果好。
图20斜向复位型活齿轮示意20.1斜向复位平盘型活齿轮;图20.2斜向复位内锥盘型活齿轮活齿轮按滑片滑移轨迹分为“同向复位”、“斜向复位”两大类。前文所属实施例均为“同向复位”型,滑片的复位运动轨迹与复位力(如离心力)方向同向;图20所示为斜向复位型活齿轮示意图,其中图20.1斜向复位平盘型活齿轮;图20.2斜向复位内锥盘型活齿轮。斜向复位型的滑片复位运动轨迹与复位力(如离心力)方向呈一夹角,如图所示,此类结构有利于优化变速器的结构设计,使变速器的机构布置简单化,如图22.3中,调速时只需平移活齿轮位置即可。
图21斜齿滑片圆锥活齿轮示意图,其传动机理类似斜锥齿轮传动。
图22活齿轮传动列举方案示意图注箭头方向为调速时活齿轮与齿槽轮相对移动方向。
图22.1圆锥活齿轮与内啮合齿槽轮传动示意图;图22.2圆锥活齿轮与外啮合齿槽轮传动示意22.3斜向复位平盘型活齿轮与外啮合齿槽轮传动示意图;图22.4斜向复位内锥盘型活齿轮与外啮合齿槽轮传动示意图;图22.5小锥度圆锥活齿轮与外啮合齿槽轮传动示意图;该图在同一图中展示了两种传动方案,代表的是两种独立功能机构,其中B圆锥活齿轮与齿槽轮的啮合方式其啮合曲率方位吻合,传动效果较好。
图22.6小锥度锥盘齿槽轮与圆锥活齿轮啮合传动示意图,图中件57代表的是一中空的、内外锥面均有啮合齿槽的小锥度锥盘齿槽轮,可以代表一个内啮合齿槽轮、一个外啮合齿槽轮、一个内外啮合齿槽轮,所以本图可以代表三种独立功能机构。其中B圆锥活齿轮与齿槽轮的啮合方式其啮合曲率方位吻合,传动效果较好,且空间更紧凑。
图22.7多盘式变速器结构示意图;该方案由多个大锥度圆锥活齿轮与大锥度外啮合齿槽轮交替叠合,由于啮合点多,承载能力强,一般用于大功率场合。其啮合点可以按照逐差原则布置。提高传动稳定性、可靠性。
图22.8平盘齿槽轮与圆锥活齿轮啮合传动示意图,所有的传动均应考虑“曲率吻合”。
图23滑片复位啮合传动示意图,8个箭头代表重力、引力、斥力、弹力、弹簧力、电磁力、离心力、惯性力、液压、气压力、气体、液体流体冲击力等复位驱动力,在此复位驱动力作用下滑片与啮合齿槽紧紧接触实现无级啮合。
图23.1所示为自动弹性复位滑片,图中粗黑线代表弹簧丝,箭头代表复位方向,其中A代表直动复位型、B代表旋转复位型;相邻滑片的弹簧丝在空间位置上可相互间错位布置,以消除干涉;弹力复位的特点不受重力、运动状况影响限制,任何时候都可以自由复位。
注靠重力、引力、斥力、电磁力,气体、液体流体冲击力等复位驱动力对滑片进行复位时,其驱动力发生装置可以静止,不必参与旋转,这样可简化设计,提高可靠性,如在图1所示结构中,可以在齿槽盘的下面布置电磁铁(注意要避免磁路被齿槽盘闭合,以便让磁场充分与滑片发生相互作用),此时电磁铁本身可以静止,不随齿槽盘旋转,靠磁场感应来对旋转滑片进行吸引复位。
图24滑片啮合自锁特性分析图如图所示,滑片与啮合齿槽壁面的接触夹角θ小于当量摩擦角时,具有啮合自锁特性,此时,不论齿槽与滑片之间相互作用力F多大,滑片都不会沿啮合齿槽壁面滑移发生打滑,所以只要满足自锁特性即可实现可靠传动。图24.1滑片截面示意图,一般滑片采取等厚钢片制造,其与齿槽壁面的啮合接触区截面形状大致呈A、B、C三类型,A型为单斜面,适应用单方向传动;B为双斜面,适于双向传动;C型为圆角面,为一般常用型,为了改善传动性能,其接触截面夹角θ与齿槽壁面的倾角吻合,以减小应力积聚,优化受力状态。
图25多环圆锥活齿轮带式无级变速器结构26多环圆锥活齿轮部件结构27无级变速器专用传动带结构图如图所示为多环圆锥活齿轮带式无级变速器结构图,由两对转轴平行的多环圆锥活齿轮夹持一传动带组成,其无级变速工作原理与现有金属带无级变速器相类似,但不同之处在于,其传动带与锥盘(多环圆锥活齿轮)之间为啮合传动,彻底改变现有金属带摩擦传动特性,几乎无需加压力即可实现大功率可靠传动。该滑片总成为多环间隔型滑片总成,所有滑片为单一型同类型滑片,不必采取支撑滑片组、填充滑片组交替密布,采用同类型滑片组间隔布置组成滑片组环,由多个不同半径的滑片组环组成整个多环间隔型滑片总成。其多环圆锥活齿轮部件结构参见图26,由多环圆锥活齿轮体62、轮基体63、圆锥活齿轮专用滑片组成。其滑片的布置规则可如本图所示,也可相互交错错位布置(如图28.3)。
图27为无级变速器专用传动带结构图,由带基65、强力层66、啮合支撑块64构成,其结构结合了带、链特点,可谓相得益彰,既有带的平稳性,又有链的同步啮合性,通过啮合支撑块64间隔布置构造出凸凹齿槽实现啮合传动,具有承载能力大等特点;(注由于滑片的无级啮合特性,对啮合支撑块的间距无精确要求,等间距或非等间距布置均可,降低制造成本),其他类型传动带参见下文。注滑片58为所有滑片的统一代名词(具体结构参见图46)。
图28组合轮体式多环圆锥活齿轮变速器结构图组合轮体式多环圆锥活齿轮变速器由两对分层组合式多环圆锥活齿轮夹持一条传动带组成,与图25区别在于其多环圆锥活齿轮采用分体组合式结构,这样可优化生产制造工艺。分层组合式多环圆锥活齿轮由多个分层轮体与轮基体(二)组合而成,图28.1为双挡脚滑片专用轮体,图28.2为单挡脚滑片专用轮体,其实,一般情况下采用28.2即可由于此类变速器的锥盘(多环圆锥活齿轮)对传动带之间加压力很小,所以可用B型传动带,相关带参见图32。
当传动带的凸凹啮合槽间距与滑片组间距不成整数倍关系时,则可形成″逐差效应″,设计原则参考“逐差原则”,确保啮合效果可靠,消除脉动输出及功率流薄弱区间。
注所有具有凸凹啮合齿槽的传动带类型可以互换通用。包括现有滚柱链等,凡是侧面具有凸凹啮合齿槽的链、带均可用于此变速器中。
图28.3中,滑片在径向的的布置采取“交错接力”方式,这样可保证传动带在任意位置均能有更多滑片参与啮合,如果相邻滑片组环的间隙小于传动带侧壁工作啮合跨度时,可以采取非交错式(如图26)。
多环圆锥活齿轮也可采取宽窄滑片组交错原则实现满盘密布方式布置滑片,增大啮合效果,但是,对于带式变速器则不必,因为包角大,参与啮合滑片多,采取间隔性布置足够。如采取满盘密布方式布置滑片,则可以用刚性齿槽轮/槽环代替挠形带传动,既缩短传动链(为一级传动),又简化结构,降低成本,提高可靠性。更适应高速场合(参见图37小锥度圆锥活齿轮系列变速机构图)。
图29一体式多环圆锥活齿轮结构图该多环圆锥活齿轮为一体结构,在其工作圆锥面的滑片组布置对应位置开滑片仓镶嵌安装孔72,滑片分组套装在每一独立自由滑片仓71内,然后将自由滑片仓71装入滑片仓镶嵌安装孔72即可,可以采取过盈装配、热装法或焊合方式装配;也可采取螺纹方式装配,此时的滑片仓71、安装孔72旋合对应圆柱面为螺纹面。如采用铸造法成型安装孔72可以打方形安装孔,机加工则打圆孔。
滑片的复位轨迹可以为“同向复位”、“斜向复位”,本图所示为“斜向复位”型。
如果采取间隙配合,则滑片组可以自由旋转,自适应旋转角度,提高啮合效果,但此时需对滑片仓采取限位措施,此方案可以用到所有滑片类型上。
图30啮合式金属带结构图与现有金属带无级变速器用金属带相比,其特点在于,金属块有宽、窄两类之分,由此宽、窄金属块交替组合形成具有凸凹啮合齿槽的金属带;根据具体情况,可以让多个宽金属块组成宽金属块组、多个窄金属块组成窄金属块组,再由宽金属块组、窄金属块组交替组合成金属带,这样可增大啮合齿槽的宽度,增大滑片啮合量,提高承载能力。
另外,窄金属块可采用″弧状截面″,这样可提高带的整体挠曲性。宽金属块两侧参与啮合区可以加工有斜度,以利用自锁啮合特性基础上改善无级传动特性。
图31啮合式板销链结构图啮合式板销链是在现有板销链基础上,增设啮合齿,如图所示在板销链的链销76或链板77上设置啮合块78,根据所需啮合块数量密度设置啮合块间距大小,如图31中A、B类型A型只在链销76上设置啮合块、B型在链销76和链板77上都设置有啮合块。注可用现有所有链进行改装,只要将带或链的工作侧面设计为凸凹状能与滑片啮合即可。如滚柱链的滚柱之间间隙可以与滑片进行啮合实现啮合传动。
图32系列传动带结构32.1为金属环传动带,由多条两侧带凸凹齿槽的金属环一一对应叠合而成,结构简单,传动平稳,适用于高速场合。
图32.2、图32.3、图32.4、图32.5所示为B型传动带的几种具体结构。带基由非金属材料制造,其强力层可以增加钢丝或尼龙丝等。两侧为耐磨壁面,制成凸凹啮合齿槽状,另外,其横向凸凹齿型可一直延伸贯通整个带基,此方式可达到在加宽啮合侧面跨度、提高与滑片的啮合而积基础上保证带的挠曲性。
图33系列滑片拉力传动带结构图现有滑片链变速器中滑片与齿槽轮的啮合属本文概念中的弹力复位类型,但其滑片链的高速性能差,质量、噪音、多边形效应大,广泛实用性差,所以,本文针对此技术进行改进——图33.1、图33.2中的滑片带结构大致相同,区别仅在于金属滑片有所不同(分为A型、B型)。整个滑片带由两组带凸凹槽的分体金属环87对峙夹持一系列间隔布置的支撑金属片、填充金属片组合而成,每组金属环由数条带凸凹槽金属环叠合而成,支撑金属片与填充金属片的凹肩深度不同,以便与分体金属环82的凸凹槽镶合,金属片的凹肩与金属环的啮合槽之间有一定游隙,以实现滑片带与齿槽轮啮合时金属滑片(包括金属滑片80、81、85、86)发生横向滑动;为防止两组金属环间距变化,可由金属带连接体83将其固定连接,连接体83只需间断性设置几个即可。
注33.1中滑片带虽然外形与现有金属带相似,但有本质区别,现有金属带(金属块钢带)为压力带,靠金属块间的推力传递功率,工作钢带紧边的金属块之间有较大压力、摩擦力,金属块不能横向自由滑动,而本图中滑片带上的金属片可自由横向滑动;另外,A型金属片虽然外形与现有金属带中金属块相似,但其厚度很薄,与现有滑片链的滑片相似,以便横向滑动与齿槽轮啮合实现无级传动,如果厚度较大则会降低其无级啮合性能。
图33.3中的滑片带由中间含定位槽的金属环87、C型支撑金属片88、C型填充金属片89组成,在金属片上下均有数条中间含定位槽的金属环87叠合,对滑片进行束缚限位,支撑滑片与金属环定位槽间的配合有一定游隙,以满足滑片带与齿槽轮啮合时金属片发生横向滑动。
图33.4中滑片带由两侧带凸凹槽的金属环90、D型填充金属片91、D型支撑金属片92组成,在金属片上下均有数条金属环90叠合,对滑片进行束缚限位,同样滑片与金属环凸凹槽间的配合有一定游隙,以满足滑片带与齿槽轮啮合时发生横向滑动。
图34滑针拉力传动带结构图滑针拉力传动带由侧壁方向上开有一系列圆孔的带基、圆形滑针仓93、滑针94等组成,所谓“滑针”,其实可视为更小的滑片,即等效于将滑片拆分割为条状方柱滑块条,其截面可以为圆柱形,也可呈小方块。与滑片的啮合性能比较,滑针的几何滑动小、无级啮合性能更好。
另外,也可将滑针仓设计为方形,如图34.1所示,此方形滑针仓95中也可放置滑片。
与现有滑片链变速器用滑片链相比,此滑片带(包括滑针拉力传动带)为高速带,质量、噪音、脉动小,几乎无多边形效应,适于高速大功率传动,综合性能优于现有滑片链。
图35对夹弹力复位型带式无级变速器结构图为改善机体性能,本图实施例采取在双面锥盘上开通槽构造出滑片仓,内部放入滑片(或滑针)构成多环弹力复位型滑片锥轮,由两条工作侧面上有凸凹齿槽的对夹齿槽带按齿槽凸凹对应原则布置(如图35.4),靠传动带的齿槽凸凹对应推动滑片横向滑动实现弹力复位,完成锥轮与传动带的啮合传动。其锥轮与传动带的整体布局结构与现有带式无级变速器(也可参见图25多环圆锥活齿轮带式无级变速器结构)类似,由两副转轴平行的锥轮将带张紧实现功率传动,不同的是每副滑片锥轮总成包括一个双面锥盘、两个支撑锥盘,传动带包括两条工作侧面上有凸凹齿槽的对夹齿槽带组成。
此方案将滑片装置在轮体上,取消了带上的滑片,提高了高速适应性,性能更可靠。其双面锥盘上滑片仓布局方案有多种,具体典型方案参见图35.1、图35.2、图35.3;图35.1为常用型;图35.2中滑片在径向的的布置采取“交错接力”方式,这样可保证传动带在任意位置均能有更多滑片参与啮合,如果相邻滑片组环的间隙小于传动带侧壁工作啮合跨度时,可以采取非交错式。图35.3为滑针型双面锥盘,在滑针仓内装有滑针,滑针传动的几何滑动小、无级啮合性能好。另外,滑针仓也可为矩形或扇形(图35.1、图35.2)。
图35.5为滑片平面图,在滑片中部可以设有滑片挡脚,滑片挡脚可以为一个或两个。
图36对夹弹力复位型轮式无级变速器结构图如图所示为锥盘齿槽轮凸凹对夹滑片弹力复位型轮式变速器,由一对锥盘齿槽轮齿与槽凸凹相对夹持一单环弹力复位型滑片轮构成,单环弹力复位型滑片轮由直动滑片轮体、弹力复位型填充滑片、弹力复位型支撑滑片组成。其中图36.1为外啮合类型;图36.2为内啮合类型,内啮合类型啮合曲率方位吻合,传动效果较好,且空间更紧凑;图36.3为平盘型齿槽轮凸凹对夹滑片弹力复位型变速器。由一对平盘齿槽轮齿槽凸凹相对夹持一单环弹力复位型滑片轮构成,空间结构紧凑,且调速机构更加简单(调速机构参见图19-A.3)。单环弹力复位型滑片轮与锥盘齿槽轮啮合专用滑片为A型(如A型弹力复位型填充滑片100、A型弹力复位型支撑滑片101);为改善调速、传动性能,滑片的两侧啮合面可制成弧形(如图36.4,其中A为填充滑片、B为支撑滑片);单环弹力复位型滑片轮与平盘齿槽轮啮合专用滑片为B型(如弹力复位型支撑滑片102、弹力复位型填充滑片103)。另外该滑片轮的滑片复位也可采取自由复位方式,如图36.5,将弹力复位型滑片一分为二,中间加复位弹簧丝109,即可实现弹簧力复位;或者通过气流孔110注入气流或液流即可实现流体冲击力复位;或者在锥盘齿槽轮或等效方位上设置电磁牵引装置,靠电磁牵引力来对滑片轮上滑片发生电磁吸合或排斥力完成电磁力复位。注采取“自由复位”方式时,配对的锥盘齿槽轮齿与槽不必凸凹相对,而且若采取错位布置还可利用“逐差效应”改善传动平稳性。
图37小锥度圆锥活齿轮系列变速机构37.1、图37.2为分体式小锥度圆锥活齿轮剖视图,其中图37.1为连续型,滑片组间相贴合、无间隙,滑片组环由非同类型滑片组间隔交替组合布置。图37.2为间隔型,滑片组间有间隙;滑片组环内为同类型滑片组,为传动平稳,滑片布置可采取“交错接力”方式,这样可保证传动带在任意位置均能有更多滑片参与啮合,如果相邻滑片组环的间隙小于传动带侧壁工作啮合跨度时,可以采取非交错式。
图37.13、图37.14、图37.15、图37.16为刚性传动齿槽啮合圈结构图,其中图37.13为内外啮合圆锥面齿圈(可代表3种类型内外啮合圆锥面齿圈、内啮合圆锥面齿圈、外啮合圆锥面齿圈)、图37.14为内啮合圆柱面齿圈、图37.15为内外啮合圆柱面齿圈、图37.16为外啮合圆柱面齿圈,图37.3、图37.6、图37.9采用输入输出两圆锥活齿轮反向布置,图37.3通过内表面有啮合齿槽的内啮合圆柱面齿圈将两圆锥活齿轮连接起来实现无级变速;图37.6通过内外表面均有啮合齿槽的圆锥面齿圈将两圆锥活齿轮连接起来实现无级变速;图37.9通过内外表面均有啮合齿槽的圆柱面齿圈将两圆锥活齿轮连接起来实现无级变速;三者均属有中间元件式无级变速;其中,图37.3为内啮合传动、图37.6、图37.9为内外啮合传动。
图37.5输入输出两圆锥活齿轮同向布置,其中间元件式可以为刚性内啮合圆锥面齿圈传动、也可为挠性带传动,如通过内表面有啮合齿槽的传动带与两圆锥活齿轮实现啮合传动。图37.4、图37.7、图37.8、图37.10为一级直接传动型,无中间元件式;结构简单,效率高。
一般来讲采用钢性齿圈传动时,接触区域有限,为增大接触啮合面,圆锥活齿轮滑片宜采取“连续型”布置(如图37.1);当采用挠性带或链传动时,包角大,带与滑片啮合数量多,圆锥活齿轮可采取“间隔型”布置(如图37.2)。
图37.11为该类活齿轮用滑片,A代表“支撑滑片”、B代表“填充滑片”。
图37.12为该类小锥度圆锥活齿轮变速器传动用挠性金属带的元件金属块平面图(如用于图37.5结构),A代表“凹金属块”、B代表“凸金属块”,整体结构参见图30,二者装配结构相近,仅在于金属块及啮合受力面的不同,图30金属带为侧面啮合,本图金属带为底面啮合。
该类小锥度圆锥活齿轮也可采取“一体式多环圆锥活齿轮结构”(参考图29),在其工作圆锥面的滑片组布置对应位置开滑片仓镶嵌安装孔,滑片分组套装在每一独立自由滑片仓内,然后将自由滑片仓装入滑片仓镶嵌安装孔即可。钢圈为刚性件,可以通过另外的辅助定位系统进行定位及调位变速(调速机构参见图19-A.3)注箭头方向为调速时活齿轮与齿槽轮相对移动方向。
图38、转轴滚柱活齿轮无级变速器结构图转轴滚柱活齿轮无级变速器由圆柱活齿轮、转轴滚柱轮、固定机架、回转机架、行星锥齿轮、太阳锥齿轮等相关件组成。圆柱活齿轮其结构与前文(如图2)圆柱活齿轮一样,但宽度较宽,以便增大与滚柱的啮合作用尺度。圆柱活齿轮与输出轴相连,且装配在固定机架上,转轴滚柱轮、行星锥齿轮116与传动轴33相连,且装配在可回转机架上,行星锥齿轮116与太阳锥齿轮117啮合,太阳锥齿轮与输入轴相连。转动调速柄44,整个回转机架将绕输入轴轴线旋转,此时,行星锥齿轮绕太阳锥齿轮转动,但可始终保持啮合将输入轴扭矩传递给转轴滚柱轮,由于回转机架的旋转,使得转轴滚柱轮与圆柱活齿轮二者转轴线夹角改变,于是传动比发生变化,由于二者转轴线夹角可无级变化,所以该机构可实现无级变速。如图38.4为该变速器的变速特性分析图,当行星锥齿轮116在a点时,圆柱活齿轮与转轴滚柱轮二者转轴线平行,以最高转速输出,随着行星锥齿轮向→b点移动,二者转轴线夹角增大,输出转速降低,当到达→c点时,二者转轴线垂直,输出转速降到零,无功率输出,等效于空档,当进一步向→d点方向旋转滚柱轮转轴时,将反向输出扭矩,即等效于倒档;如果将行星锥齿轮由a点向→b’点移动,则输出特性与前者完全相同,但是对于滑片的磨损受力点则发生变化,所以双向使用有利于延长零部件寿命。
图38.1、图38.2为转轴滚柱活齿轮无级变速器的两种传动比状态,图38.1中圆柱活齿轮与转轴滚柱轮二者转轴线呈一夹角,传动比较大,减速输出;图38.2中圆柱活齿轮与转轴滚柱轮二者转轴线平行,传动比较小,以最高转速输出。
转轴型无级变速器为扩大有效传动比,可使用可变滚轮密度型转轴滚柱轮,该滚柱轮可根据传动比变化相应改变滚柱密度/数量,高速时全使用,低速时参与工作滚柱数量可减半。如图38.3所示,可变密度型滚轮结构为由两半滚柱较稀疏的滚柱轮插合组成,需要滚柱密度较大时将两半滚柱轮插合即可使滚柱密度增大2倍,将两半滚柱轮分离则滚柱密度减半。
为扩大功率,可采取多相机构并联,如图38.5所示,上下采用两个圆柱活齿轮与转轴滚柱轮啮合,功率量增加1倍。
同理也可采取在圆柱活齿轮上下设置两个转轴滚柱轮与之啮合;甚至可采取多相布置,即在圆柱活齿轮圆周方向设置多个转轴滚柱轮与之啮合,可成倍增加功率容量。
图38.6为该圆柱活齿轮专用滑片,其结构与前面圆柱活齿轮一样,但宽度较宽,以增大与滚柱的啮合接触尺度。
为了改善无级变速特性,转轴滚柱轮的滚柱可采取锥面形状(如图38.7,称之为“锥面滚柱轮”),即使滑片与啮合滚柱旋转面的母线夹角θ小于当量摩擦角,此时具有“自锁啮合特性”(参见前文)。锥面滚柱轮工作表面也可制成弧状(如图38.8)。
另外,也可用齿轮、斜齿轮、蜗轮、蜗杆代替转轴滚柱轮与圆柱活齿轮滑片啮合,靠改变转轴夹角来实现无级变速,可增大接触面,此时有滑动摩擦,要求润滑性能良好,可以采取离心泵油润滑或气垫润滑(参见图6-A)。
在特殊场合,也可用圆锥活齿轮代替圆柱活齿轮。
图39、变径金属块带活齿轮无级变速器结构图变径金属块带活齿轮无级变速器由无级可变径金属块带轮、圆柱活齿轮组成,通过改变金属块带轮的金属块带所围半径,与活齿轮啮合实现无级变速。无级可变径金属块带轮由两对峙锥盘夹持一金属块带组合而成,金属块带是由若干凸起齿块119、凹陷齿块120交替叠合通过齿块联接绳119的贯串联接而成的挠性凸凹齿块带(或称之为齿块链),可随两对峙锥盘的间距大小变化改变其在锥盘上的半径,从而实现无级变径。为了提高金属块带轮的一体性,在锥盘锥面上有凸凹槽(参见前文锥盘齿槽轮)以便与挠性金属块带啮合形成稳定整体,此时要求此金属块带的侧壁为滑片带(参见前文图33、34或现有滑片链)结构,由于此滑片滑动频率低(传动比固定时不滑动),所以可以采取弹力、弹簧力等方式对滑片进行复位啮合。另外,也可将锥盘用多环圆锥活齿轮(参见前文图26、28、29)代替,此时的金属块带与前文图30相类似,靠齿块凸凹侧壁的交替叠合形成啮合面与圆锥活齿轮的滑片进行啮合。为便于径向滑移调速,在金属块侧壁可以设置滚轮141以减小摩擦。也可用外侧、两侧壁均有槽的橡胶带代替金属块带。
在平时,整个金属块带靠张紧装置与锥盘紧紧结合形成一体化金属块带轮,当需调速改变其工作半径时,改变两对峙锥盘的间距大小,金属块带在张紧装置辅助下随锥盘接触半径自行改变其曲率形成新的工作半径。金属块带半径增大时,张紧绳伸长,金属块带半径减小时,张紧绳收回,以保证金属块带轮整体稳定性。
由于金属块带为非封闭环,必须至少靠两组金属块带进行组合衔接形成一完整的封闭齿环,如图所示,采用两个金属块带轮互成180度夹角布置,并各与一圆柱活齿轮相啮合,形成一可连续工作的变速器总成。如图39.3,通过两圆柱活齿轮与两金属块带轮进行互补交替啮合实现功率流连续输出。
图39.1、图39.5为内张紧型,张紧装置在轮体内部;图39.2、图39.4为外张紧型,张紧装置在轮体外部,此时为防止张紧装置与活齿轮的干涉,其张紧绳、张紧装置采取侧置(如图39.3所示)。由于此金属块带的凸凹齿块间距相等,所以也可用固定齿数齿轮代替活齿轮与之啮合实现无级变速。
图40变径齿扇活齿轮无级变速器结构图变径齿扇活齿轮无级变速器由无级可变径齿圈总成、圆柱活齿轮等组成,通过改变齿圈所围半径,与活齿轮啮合实现无级变速。无级可变径齿圈由若干个齿扇组合而成,每个齿扇通过移动副与径向滑轨联接,通过同步改变齿扇在径向滑轨上的半径位置改变齿圈工作半径。为保证齿圈工作齿面的连续性,一般至少采用两组齿圈错位交错布置(如图40.3中A、B所示)构成无级可变径齿圈总成,分别各与一圆柱活齿轮相啮合(或分别与一双环圆柱活齿轮的不同滑片组环相啮合,双环圆柱活齿轮在同一圆柱面上布置有两套滑片组环),形成一可独立完成工作循环的变速器总成(如图40.2),通过两圆柱活齿轮与两齿圈进行互补交替啮合实现功率流连续输出。
为精简部件,提高调速一体同步性,可采用阶梯齿扇125交错插合组成单齿圈来代替两组齿圈组合(如图40.4)。
活齿轮与变径齿圈的啮合方式可采取内啮合、外啮合,内啮合结构紧凑且曲率吻合,外啮合结构简单。
图40.5为内啮合行星传动型变速机构简图,活齿轮与由多个齿扇组成的大齿圈内啮合,活齿轮与齿轮a呈同轴固联,齿轮a、b相啮合,齿轮b又与太阳轮相啮合,齿轮a、齿轮b、太阳轮45三者转轴之间通过行星架50呈三角形关系连接,齿轮a与齿轮b之间轴距固定,齿轮b与太阳轮45之间轴距固定,齿轮a与太阳轮45之间通过联接体142相连,轴距无级可调,调速时,改变齿圈总成半径大小,同步改变齿轮a与太阳轮45之间轴距则可实现变速。一般取″太阳轮、行星架″作为输入输出传动端,齿圈静止,以简化调速机构、提高可靠性。如果以行星架作为输入轴,太阳轮作为输出轴,此时滑片活齿轮仍是作为从动轮参与工作,只不过是活齿轮轴架作为主动,齿圈固定而已。所以此结构符合活齿轮的工作特性。为满足动平衡,采取两组行星传动机构对称布置(如图40.5所示)。
采用滑片活齿轮的优点能很好适应齿扇间的齿形衔接不吻合现象,由于滑片的浮动效应,所以可以使齿扇引发的脉动现象减小甚至消弱为零,而且滑片的浮动补偿效应还使得对齿扇的加工无精度要求,可以采取非渐开线齿形。
此类活齿轮传动机构的滑片啮合特点为等径、正向平顺啮合,所以活齿轮可以采取“斜齿滑片传动”,提高稳定性、承载能力(参见图6-B)。
在普通场合,也可采用较宽滑片(宽度足以将两组齿圈同时啮合)的单环圆柱活齿轮代替双圆柱活齿轮组或双环圆柱活齿轮。此外,为提高输出稳定性,可适量增加齿扇数量。
注齿扇——顾名思义齿扇为扇形,即整个齿轮的一部分,本变速器中,将整个齿轮分成若干份齿扇,通过径向同步移动改变各齿扇的径向尺寸,使得组成整个齿轮的所有齿扇(指组成同一齿轮的所有齿扇)所包罗的圆周尺寸发生变化实现齿圈的无级变径。
滑片离合器图41轴向接合型滑片离合器结构图轴向接合型滑片离合器一般由两个齿槽盘面的齿与槽凸凹相对夹持一滑片摆盘组成,属弹力复位型,滑片摆盘(其实为多环弹力复位型滑片轮)参见图41.1、齿槽盘参见图41.2,其齿槽盘面的齿与槽凸凹相对夹持滑片摆盘的布局关系参见图41.3。
其应用实施例如图41所示为滑片式常啮合齿轮换档变速器结构图,由侧壁带齿槽盘(平盘齿槽轮6)的常啮合齿轮、换档推杆、推力轴承、弹力复位对夹槽盘(平盘齿槽轮6)、定位联接销、滑片摆盘、螺栓等组成。
传动轴通过导向键与滑片摆盘相连,滑片摆盘分为两半通过螺栓连成一体,每半摆盘上均有功能独立的滑片组环,分别由一对齿槽凸凹相对的齿槽盘(即平盘齿槽轮6)夹持,该对夹齿槽盘指的是可动齿槽盘129、常啮合齿轮127的侧壁齿槽盘面(即平盘齿槽轮6),二者之间通过定位联接销130连接确保同步转动,但彼此间可轴向自由移动;两常啮合齿轮127与传动轴之间为轴承连接,换档推杆128分别与两个可动齿槽盘129通过推力轴承联接,如图所示向右推动换档推杆128使右侧的可动齿槽盘向右移动与右侧常啮合齿轮侧壁的齿槽盘一起将滑片摆盘上滑片组环夹紧实现弹力复位,于是右侧常啮合齿轮通过滑片摆盘与传动轴连成一体实现扭矩传递,而此时左侧的常啮合齿轮则与传动轴彼此间可自由转动;相反如果向左侧推动换档推杆则左侧常啮合齿轮通过滑片摆盘与传动轴连成一体,而右侧的常啮合齿轮则与传动轴分离。此滑片的复位方式也可采取“电磁驱动方式”,这样的可控性更强。此技术可用于车辆常啮合齿轮换档变速器中,代替现有同步器换档装置。图41.1中的滑片摆盘所用滑片可采用扇形滑片(如图8-B)或滑针(如图35.3),以提高传动精确性。
图42径向接合型滑片离合器径向接合型滑片离合器由内圈带齿槽接合套133、滑片槽轮134等组成,此滑片上部呈圆弧型(如图所示),可在插合时自然过渡,当插合后,便靠离心运动实现接合套、滑片槽轮的无级啮合。为提高传动承载能力,也可采取填充滑片组、支撑滑片交替密布型设计(如左视图所示)。此技术同样可用于车辆常啮合齿轮换档变速器中,代替现有同步器换档装置。
图43、锥面接合型滑片离合器锥面接合型滑片离合器由滑片锥盘(即多环或单环圆锥活齿轮,参见图17、26、28、29,本图所示为多环型)135、齿槽锥盘接合套136组成,当滑片锥盘与齿槽锥盘接合套结合后,滑片靠离心运动复位与齿槽锥盘啮合实现离合器的结合。
图44块、带无级啮合装置块、带无级啮合装置是针对现有技术“等角速同形位低副高变速比机械无级变速器”(专利号03140569.X 03263450.1)的技术改进,原专利中牵引带与锁速块之间靠摩擦传动(参见专利03140569.X中图39等角速同形位连续旋转型无级变速器装配图),新改进技术采用滑片复位实现啮合传动,如图44所示,两对称装配的牵引带137上其啮合齿槽凸凹相对,夹持一内部装有滑片的锁速块138,靠两牵引带上啮合齿槽对滑片的弹力复位过程实现非摩擦式啮合传动(参见右侧局部放大图)。此时可大大减小加压装置对牵引带、锁速块的加压力。
图45滑片超越离合器滑片超越离合器由滑片、滑片槽轮134、星轮外圈140等组成;工作时,星轮外圈140作往复转动,通过滑片的离心复位与之啮合将扭矩传递到滑片槽轮134使其旋转,如图所示由于星轮内壁为单向齿槽,使得星轮只有逆时针旋转时才能带动滑片进而驱动滑片槽轮输出功率,而顺时针旋转时则打滑,离合器将处于超越状态。为减小超越态磨损、提高响应性,可采取离心泵油润滑。
图45.1中采取滑片、卡槽辐射式结构布置,优点为受力接触均匀,不论旋转到何角度,滑片与齿牙槽面均平行,受力接触均为面接触。滑片截面可以为扇形,由于此结构不用于无级变速,所以曲率恒定,滑片扇形也可取得固定最佳值,受力面为标准面接触,比无级变速器啮合效果更好。
对于大功率场合,可采取滑片满环密布型,以及提高滑片硬度、强度等方式来满足要求。当然,在小功率场合,为减小超越态阻力,提高响应性,可减少滑片数量及质量。可以采取良好润滑、提高滑片表面光洁度、缩短滑片行程来提高复位性能、改善往复频率特性,滑片越小、短、轻,越适应高速场合。此机构中,滑片靠星轮外圈约束限位,所以滑片无需挡脚。
在布局整体星轮单向齿槽、滑片槽轮的间距、数量时,可考虑“逐差原则”,(参见前文),本图中采取了分组性逐一齿差渐进型原则布置,即将滑片组环的啮合关系视为3等份,每120度范围内的滑片自成一组,每时每刻互成120度的位置上的滑片啮合关系相同,从而保证了受力均匀。
可以通过加宽离合器滑片宽度、厚度来提高承载能力,滑片受得仅仅是垂直压力,所以寿命极长。厚度增大后无级离合性能会降低,但仅仅影响的是溜滑角增大了,所以在特定场合可以这样设计,而且可以利用“自锁特性”来设计齿槽盘改善无级啮合特性。有效利用此“自锁特性”可以很好的优化无级传动特性。
图46滑片大全平面46.1系列为圆锥活齿轮专用“单侧独立工作型滑片”(参见图17)。其中图46.1.1、46.1.2、46.1.3、46.1.4、46.1.5、46.1.6依次为外侧支撑型、外侧互动交叉支撑型、中心支撑型、中心互动交叉支撑型、外侧中心双重支撑型、外侧中心互动交叉支撑型。图46.2系列为圆锥活齿轮专用“双侧一体工作型滑片”(参见图18)。其中图46.2.1、46.2.2、46.2.3、46.2.4、46.2.5、46.2.6依次为外侧支撑型、外侧互动变叉支撑型、中心支撑型、中心互动交叉支撑型、外侧中心双重支撑型、外侧中心互动交叉支撑型。
图46.3系列为圆柱活齿轮专用“滑片”(参见图2)其中图46.3.1、46.3.2、46.3.3、46.3.4、46.3.5、46.3.6依次为外侧支撑型、外侧互动交叉支撑型、中心支撑型、中心互动交叉支撑型、外侧中心双重支撑型、外侧中心互动交叉支撑型。显见此类型滑片结构与46.2系列相近,区别仅仅在于图46.3系列滑片的工作部位为滑片顶部,而图46.2系列滑片的工作部位为滑片两侧,所以只要将46.2系列滑片顶部设计为圆弧形,则可通用(参见图46.10)。
在所有图中,带阴影的滑片为参与支撑的支撑型滑片,阴影部分为支撑滑片与滑片仓壁相接触传递动力受力部分;无阴影的滑片为填充滑片。
滑片受力工作原则支撑滑片与活齿轮轮滑片仓壁相接触传递动力,填充滑片与支撑滑片接触受力传递动力。
其各自与滑片仓约束面的结合关系如图46.4系列所示图46.*.2、46.*.4、46.*.6、系列滑片组互为埴充滑片组、支撑滑片组,通过滑片组间互动交叉受力传递功率,受力均载性好。其中图46.2.2、46.2.4、46.3.2、46.3.4系列滑片的形状完全一样,但二者呈反向安装,所以属非同类型滑片(参见前文“等功效滑片、同类型滑片),相互间互为填充滑片组、支撑滑片组。
对于满环密布型,各滑片仓约束面均呈中心辐射型对称布置(参见图3),而对于非满环布置型,则一般在同一滑片仓内部壁面为平行布置,滑片仓之间相互关系为中心辐射型对称布置(参见图26)。
如图所示滑片下方的小挡脚(滑片挡脚25)功能是约束限位,以防止滑片从轮体甩出(其束缚挡脚可以为一个或两个)。另外,也可采取其它内约束限位方式,如图46.5所示,A为普通方式,滑片挡脚外凸;B滑片挡脚内凹、C、D、E采用在滑片上打孔,孔中间穿入限位束缚环、绳、杆方式进行约束,其中D、E所示滑片为圆形(D为支撑滑片、阴影部分为支撑滑片与滑片仓壁相接触传递动力受力部分、E为填充滑片),可以利用滑片仓进行约束限位(如图所示),也可采用在滑片中间打长圆孔,中间穿入束缚环143进行约束,此类滑片更便于调速。对于滑片的外限位型,可参照图7、图45。
图46.6中,A、B一般用于小锥度圆锥活齿轮(参见图37),C、D一般用于转轴滚柱活齿轮无级变速器的活齿轮,其中带阴影的滑片为参与支撑的支撑型滑片,无阴影的滑片为填充滑片。
为便于滑移调速,滑片的工作面(与齿槽轮啮合的受力面)可以为弧形(如图46.8,此类滑片可用于如图20、图29所示为斜向复位型活齿轮);为提高传动精度,降低几何滑动,滑片的有效工作面可以进一步缩小,形成“弧状局部受力区”(如图46.7)图46.9为系列滑片拉力传动带专用滑片(参见前文图33)另外,为消除滑片与齿槽轮间可能出现的打滑、滑移现象,也可将滑片与齿槽轮进行啮合工作面的弧线轮廓改为直线轮廓(参见图46.11)。
综述其滑片的复位方式可采取重力、引力、斥力、弹力、弹簧力、电磁力、离心力、惯性力、液压、气压力、气体、液体流体冲击力等复位驱动力作用下进行复位;如电磁复位方式,且电磁铁本身还可以静止,靠磁场感应来对运动滑片进行约束限位、复位;电磁驱动、复位方式的好处可控性强,可通过控制方便实现自动啮合与分离;可靠性强,不受重力等条件影响。
注释注1在本文变速器基础上再配装其它有级变速器组合形成的派生系列变速器,可获得更广的变速范围及更大的承载功率。
注2本文给出的“滑片无级变形活齿原理”可用于指导变速设计,其理论模型、实施例模型、示意简图、机构简图、具体实施例等表达形式公开的技术内容均可用于具体设计制造各种类型不同的变速装置,该专利列举的实施机构均属典型示范例,具体设施机构类型在此并未全部列举,此滑片活齿轮技术可广泛应用到现有所有无级变速器中,将其摩擦传动化为啮合传动。其他类型的无级变速器均可采取此滑片变形活齿原理实现无级啮合传动,凡采取本文公开的任一模型、机构、部件的技术范畴交叉重组相互搭配组合机构方案及此技术范畴的各种不同应用领域实例均属该产权保护范围。凡擅自采取此变速原理用于变速设计、应用的一切行为均属侵权行为。
注3本文提出的“活齿轮”概念为本专利中专用名词,与现有“活齿传动减速器”无任何关联权限关系。
注4本专利附图目的仅为简明扼要说明本专利的设施构思、原理结构,旨在用最少附图清楚表现专利公开内容,明确表达重点结构,采取了“详简并茂”表述方式,即简图详图组合方式绘制;同时,为减小图幅量,相似结构的图示不再画其它方向视图及剖视、放大等详图;且文中的标准件、通用件,无特定意义、无专用功能的零部件,在不同图中均采取了统一名称及件号,以便更简洁明了,如输入轴、输出轴等,看图时请相互前后参考对照。
权利要求
1.滑片变形齿无级啮合活齿轮,其特征是由轮体、至少一套滑片组环构成,滑片组环由若干个滑片组构成,滑片组由多个滑片贴合构成;滑片可在重力、引力、斥力、弹力、弹簧力、电磁力、磁力、离心力、惯性力、液压、气压力、气体、液体流体冲击力等复位驱动力作用下进行复位;轮体上至少有一套由滑片仓组成的滑片仓环,滑片组放置在对应滑片仓内构成功能独立完整滑片组环,滑片可在各自滑片仓内一定范围内自由移动,靠滑片的自由移动可以形成任意形状的齿形。
2.滑片变形齿无级啮合活齿条,其特征是由齿条体、至少一套滑片组块构成,滑片组块由若干个(含一个)滑片组构成,滑片组由多个滑片贴合构成;滑片可在重力、引力、斥力、弹力、弹簧力、电磁力、磁力、离心力、惯性力、液压、气压力、气体、液体流体冲击力等复位驱动力作用下进行复位;齿条体上至少有一套由滑片仓组成的滑片仓块,滑片组放置在对应滑片仓内构成一套功能独立完整滑片组块,滑片可在各自滑片仓内一定范围内自由移动,靠滑片的自由移动可以形成任意形状的齿形。
3.根据权利要求1所述的滑片变形齿无级啮合活齿轮,其特征是活齿轮关键部件包括轮体、滑片总成;滑片总成由大量滑片或滑针组成,通过滑片或滑针的自由无级滑移可构成任意形状的啮合齿形,滑片的滑移方向与受力方向不同向,传递功率时的受力方向与自由滑移方向垂直或其夹角在当量摩擦角之内,具有自锁性;活齿轮体上有至少一套由多个滑片仓组成的滑片仓环,滑片仓包括支撑滑片仓、填充滑片仓;按布置方式分为间隔型、连续型;间隔型一般由等宽度滑片仓间隔布置组成,连续型一般为支撑滑片仓、填充滑片仓交错组成;同一轮体上有多套滑片仓环称为多环活齿轮体;滑片总成至少由一套滑片组环构成,分为间隔型、连续型;滑片组环由若干个滑片组构成,同一滑片组由多个等功效滑片贴合构成;滑片组环包括间隔型滑片组环、连续型滑片组环;一般间隔型滑片组环内滑片组均为同类型滑片构成;连续型滑片组环由非同类型滑片组间隔交替组合,包括“支撑滑片组”、“填充滑片组”;滑片包括支撑滑片、填充滑片,对应放置在各自支撑滑片仓、填充滑片仓内,构成一套功能独立完整滑片组环,同一活齿轮有多套滑片组环称为多环活齿轮;滑片可在各自滑片仓内一定范围内自由移动,靠滑片的自由移动可以形成任意形状的齿形;其滑片滑移轨迹可以为同向复位型、斜向复位型;按滑片布置方位分为直齿滑片型、斜齿滑片型;按滑片与轮体间的镶嵌插装方式、轮体对滑片的定位支撑卡挡方式分为外侧支撑型、外侧互动交叉支撑型、中心支撑型、中心互动交叉支撑型、外侧中心双重支撑型、外侧中心互动交叉支撑型;按滑片复位驱动力类型、方式分,有重力、引力、斥力、弹力、弹簧力、电磁力、离心力、惯性力、液压、气压力、气体、液体等流体冲击力复位型,可分类为滑片自由复位型、滑片受迫复位型;为防止滑片在自由复位驱动力作用下甩离活齿轮体可加约束限位装置,约束限位装置可以是滑片挡脚25或外限位约束挡圈23等,其滑片挡脚可以为一个或两个;滑片挡脚可以为外凸型或内凹型、或者在滑片上打孔,孔中间穿入限位束缚环、绳、杆方式进行约束;按工作特性、结构不同,分为圆柱活齿轮、圆锥活齿轮、平盘型活齿轮、内锥盘型活齿轮、弹力复位型滑片轮、弹力复位型滑片锥轮;分别又可分为单环型、多环型;根据滑片组环中滑片组的布局分为间隔型、连续型活齿轮;按同一齿轮上包含滑片组环数量不同,分为单环、多环活齿轮;按滑片滑移轨迹分为同向复位型、斜向复位型活齿轮;按滑片啮合齿形性质分为直齿滑片活齿轮、斜齿滑片活齿轮;按轮体结构分为组合式、分层组合式、一体式等;圆柱活齿轮体一般由两半对合而成,每半轮体上均有支撑滑片、填充滑片约束壁面,定位支撑卡挡台、滑片离心约束面、滑片回缩落座限位面,轮盘对合贴合面等,两半轮体对合组成完整轮体,由滑片约束壁面,定位支撑卡挡台、滑片离心约束面、滑片回缩落座限位面等对合组成滑片仓环,支撑滑片、填充滑片组交替排列密布于相对应滑片仓内,滑片可在滑片仓内一定范围内自由移动,靠滑片的自由移动可形成任意形状啮合齿形;圆锥活齿轮一般由,圆锥活齿轮体39、辅助轮体(一)组成,圆锥活齿轮体39两侧对称布置有两套滑片组环,滑片组环由圆锥活齿轮专用滑片组成,圆锥活齿轮体两侧各与一个辅助轮体(一)组合形成滑片仓环,内置滑片组环;或者圆锥活齿轮由如图18-C、D所示的叶轮状圆锥活齿轮体、辅助轮体(二)组成,滑片采用双侧一体工作型滑片;或者圆锥活齿轮可以去掉对称的一半结构,构成单环伞形圆锥活齿轮;多环圆锥活齿轮由多环圆锥活齿轮体62、轮基体63、圆锥活齿轮专用滑片组成;滑片总成是多环间隔型滑片总成,所有滑片为单一型同类型滑片,采用同类型滑片组间隔布置组成滑片组环,由多个不同半径的滑片组环组成整个多环间隔型滑片总成;其滑片可规则布置,也可相互交错错位布置;或者,其轮体可采取分层组合式结构,由多个分层轮体与轮基体(二)组合而成,分层轮体可分为双挡脚滑片专用轮体、单挡脚滑片专用轮体;或者,其轮体可采取一体式结构,在其工作圆锥面的滑片组布置对应位置开滑片仓镶嵌安装孔72,滑片分组套装在每一独立自由滑片仓71内,然后将自由滑片仓71装入滑片仓镶嵌安装孔72即可,可以采取过盈装配、热装法或焊合方式装配;也可采取螺纹方式装配,此时的滑片仓71、安装孔72旋合对应圆柱面为螺纹面;安装孔72可以为方形孔或圆孔;或者采取间隙配合,滑片组可以自由旋转,自适应旋转角度,提高啮合效果;滑片的复位轨迹可以为“同向复位”或“斜向复位”型;或者多环圆锥活齿轮也可采取宽窄滑片组交错原则实现满盘密布连续方式布置滑片;小锥度圆锥活齿轮分为分体式、一体式结构;包括连续型,滑片组间相贴合、无间隙,滑片组环由非同类型滑片组间隔交替组合布置;间隔型滑片组间有间隙,滑片组环内为同类型滑片组,滑片布置可采取“交错接力”方式,也可以采取非交错式;或者小锥度圆锥活齿轮采取“一体式多环圆锥活齿轮结构”,在其工作圆锥面的滑片组布置对应位置开滑片仓镶嵌安装孔,滑片分组套装在每一独立自由滑片仓内,自由滑片仓装入滑片仓镶嵌安装孔;斜向复位平盘型活齿轮由斜向复位型活齿轮体、斜向复位平盘型辅助轮体组成;滑片复位运动轨迹与复位力方向呈一夹角布置;斜向复位内锥盘型活齿轮由斜向复位型活齿轮体、斜向复位内锥盘型辅助轮体组成;滑片复位运动轨迹与复位力方向呈一夹角布置;单环弹力复位型滑片轮在平盘上开通槽构造出单环滑片仓环,内部放入滑片或滑针;多环弹力复位型滑片轮在平盘上开通槽构造出多环滑片仓环,内部放入滑片或滑针;多环弹力复位型滑片锥轮在双面锥盘上开通槽构造出多环滑片仓环,内部放入滑片或滑针构成;其滑片仓布局方案有常规型、交错接力型;或者在滑片仓(可称为滑针仓)内装有滑针,滑针仓也可为矩形、圆形或扇形;所有活齿轮、滑片轮轮体的滑片约束壁面,定位支撑卡挡台可以为如图46.4.*系列所示的外侧支撑型、外侧互动交叉支撑型、中心支撑型、中心互动交叉支撑型、外侧中心双重支撑型、外侧中心互动交叉支撑型。
4.根据权利要求2所述的滑片变形齿无级啮合活齿条,其特征是活齿条关键部件包括活齿条体、滑片总成;其中活齿条体包括刚性活齿条、挠性活齿条;刚性活齿条包括内部装有滑片的锁速块、内部装有滑针的锁速块;挠性活齿条包括滑片拉力传动带、滑针拉力传动带;滑片拉力传动带整个滑片带由两组带凸凹槽的分体金属环87对峙夹持一系列间隔布置的支撑金属片、填充金属片组合而成,每组金属环由数条带凸凹槽金属环叠合而成,支撑金属片与填充金属片的凹肩深度不同,以便与分体金属环82的凸凹槽镶合,金属片的凹肩与金属环的啮合槽之间有一定游隙,以实现滑片带与齿槽轮啮合时金属滑片发生横向滑动;金属滑片形状分为A型、B型,包括金属滑片80、81、85、86;为防止两组金属环间距变化,可由金属带连接体83将其固定连接;或者滑片带由中间含定位槽的金属环87、C型支撑金属片88、C型填充金属片89组成,在金属片上下均有数条中间含定位槽的金属环87叠合,对滑片进行束缚限位,支撑滑片与金属环定位槽间配合有一定游隙,以满足滑片带与齿槽轮啮合时金属片发生横向滑动;或者滑片带由两侧带凸凹槽的金属环90、D型填充金属片91、D型支撑金属片92组成,在金属片上下均有数条金属环90叠合,对滑片进行束缚限位,同样滑片与金属环凸凹槽间的配合有一定游隙,以满足滑片带与齿槽轮啮合时发生横向滑动;滑针拉力传动带由侧壁方向上开有一系列圆孔的带基、圆形滑针仓93、滑针94等组成,滑针截面可以为圆形,也可呈矩形;或者,滑针仓可以为圆形、矩形、扇形,滑针仓中可放置滑针或者滑片。
5.根据权利要求1、2、3、4所述的滑片变形齿无级啮合活齿轮、活齿条,其特征是滑片活齿轮、活齿条可与凸凹啮合齿槽盘、齿槽台啮合进行无级啮合传动,实现无级变速、无级离合,制造无级变速器,滑片离合器、直线无级啮合装置等;其关键部件包括滑片无级啮合活齿轮、齿槽轮、齿槽啮合圈(可视为圆周向含啮合齿槽的齿槽轮);或者滑片无级啮合活齿条、齿槽台;圆柱活齿轮无级变速器输入轴与齿槽轮联接,活齿轮与输出轴之间通过导向键或花键联接,在传递扭矩的同时可以自由轴向移动,无级改变与齿槽轮的啮合半径进行无级变速;可以在齿槽轮盘上或与此相对应的位置设置电磁体或永磁体对滑片发生磁力作用进行复位,也可在活齿轮体内部设置永磁体或电磁体,所有滑片进行永磁化或电磁化,靠斥力来使滑片向外沿运动完成复位;或者靠滑片在磁场(或交变电磁场)中运动激发感生电流与磁场发生磁感应相互作用力来进行复位;滑片与齿槽轮分离态的自由离心复位径向设计尺寸可大于、等于、小于与齿槽轮啮合时的复位径向尺寸;在齿槽轮中心可以设计有中心凹坑9;齿槽轮齿槽间距尺寸可与滑片组间距成倍数关系,或者不成倍数关系;可在轮体上开润滑油孔(或润滑油缝),内部也可设计为离心泵结构,活齿轮外沿可设置一摩擦牵引圈22,摩擦牵引圈可用橡胶等弹性材料制造在活齿轮外侧圆周处可加一非封闭式滑片外限位束缚环23,可在其迎合滑片旋转进入束缚环的方向上设计弧形过渡引导区24以提高工作可靠性,此时滑片可去掉挡脚,也可用滑针代替滑片;或者可在齿槽盘凹槽底部附着一层减应力垫层26,一般采用填充弹性软体材料,如喷涂附橡胶材料等;圆柱活齿轮多档变速器特征为齿槽盘为有级变速专用齿槽盘类型,齿槽纹分段分级优化后齿槽盘的齿形分布规律化,梭状齿可在径向交错布置或均匀布置;或者也可采用梭状齿轮30代替滑片活齿轮与梭状齿盘31实现固定齿啮合传动;常啮合多档变速器由同心多锥齿盘32、传动轴33、锥齿轮34、倒档锥齿轮35等构成,同心多锥齿盘32由多组半径不同的锥齿轮同心布置组合而成,每圈半径处的锥齿轮都有各自配对锥齿轮与之保持常啮合,锥齿轮与各自传动轴之间采取含同步器锁环、结合套的同步啮合换档方式或采取电控、液控离合器或采取本专利中的滑片离合器换档装置来完成离合状态变换实现有级变速或自动变速;或者采取多相机组组合设计,可采取并联相增大功率、或者采取串联相扩大传动比;多相并联式活齿轮布置可按逐差原则分布;可以在滑片活齿轮双侧均与齿槽盘啮合进行功率并流输出;或者采取单齿槽盘双侧活齿轮传动型;圆锥活齿轮无级变速器关键部件为锥盘齿槽轮42、圆锥活齿轮43;其他部件调速柄44、太阳轮45、行星轮46等,输入轴与锥盘齿槽轮相固连引入功率流,两锥盘齿槽轮对称布置夹持一双环圆锥活齿轮,两锥盘齿槽轮分别与圆锥活齿轮的双环滑片啮合,实现啮合传动输出功率;圆锥活齿轮与行星轮46同心固连,通过转动副连在行星架上,行星架转轴中心与太阳轮、输出轴同心,行星轮与太阳轮啮合,太阳轮与输出轴固连;或者锥盘齿槽轮作为与行星轮固连的“调速移位轮”;或者调速辅助机构可采取其他类型;或者采取斜向复位平盘型活齿轮代替圆锥活齿轮,平盘齿槽轮代替锥盘齿槽轮;二则之间可采取内啮合或外啮合方式;齿槽轮与活齿轮间的加压力可以很小甚至等于零;或者齿槽轮与活齿轮间不接触、有间隙,完全靠复位滑片实现啮合传动;或者可采取单锥盘齿槽轮、单环圆锥活齿轮结构;,也可采取“双圆锥活齿轮对夹双面锥盘齿槽盘”方式进行传动;行星锥盘活齿轮无级变速器以锥盘齿槽轮42为太阳轮,在其圆周上均匀布置多个圆锥活齿轮,作为行星轮,外侧与内啮合式大齿槽轮48啮合,构成行星锥盘式传动结构;另外,也可采取内啮合单级传动,由圆锥活齿轮43与内啮合式大齿槽轮48啮合;活齿轮变速传动结构可以是圆锥活齿轮与内啮合齿槽轮传动;圆锥活齿轮与外啮合齿槽轮传动;斜向复位平盘型活齿轮与外啮合齿槽轮传动;斜向复位内锥盘型活齿轮与外啮合齿槽轮传动;平盘齿槽轮与圆锥活齿轮啮合传动;小锥度圆锥活齿轮与外啮合齿槽轮传动,其中B圆锥活齿轮与齿槽轮的啮合方式其啮合曲率方位吻合;小锥度锥盘齿槽轮与圆锥活齿轮啮合传动其中小锥度锥盘齿槽轮是一中空的、内外锥面均有啮合齿槽的齿槽轮,可以与圆锥活齿轮内啮合、或者与圆锥活齿轮外啮合;多盘式变速器由多个大锥度圆锥活齿轮与大锥度外啮合齿槽轮交替叠合,其啮合点可以按照逐差原则布置;或者滑片复位驱动力发生装置可以静止,不必参与运动,如电磁铁本身可以静止,不随齿槽盘运动,靠磁场感应来对滑片进行吸引复位;多环圆锥活齿轮带式无级变速器由两对转轴平行的多环圆锥活齿轮夹持一传动带组成,传动带的凸凹啮合槽间距与滑片组间距可按“逐差原则”设计;对夹弹力复位型带式无级变速器在双面锥盘上开通槽构造出滑片仓,内部放入滑片或滑针构成多环弹力复位型滑片锥轮,由两条工作侧面上有凸凹齿槽的对夹齿槽带按齿槽凸凹对应原则布置,靠传动带的齿槽凸凹对应推动滑片横向滑动实现弹力复位,完成锥轮与传动带的啮合传动;其锥轮与传动带的整体布局结构由两副转轴平行的滑片锥轮总成将两条传动带张紧实现功率传动,每副滑片锥轮总成包括一个双面锥盘、两个支撑锥盘,传动带包括两条工作侧面上有凸凹齿槽的对夹齿槽带组成;对夹弹力复位型轮式无级变速器由一对锥盘齿槽轮齿与槽凸凹相对夹持一单环弹力复位型滑片轮构成,单环弹力复位型滑片轮由直动滑片轮体、弹力复位型填充滑片、弹力复位型支撑滑片组成;可分为外啮合型、内啮合型;平盘型齿槽轮凸凹对夹滑片弹力复位型变速器由一对平盘齿槽轮齿槽凸凹相对夹持一单环弹力复位型滑片轮构成;小锥度圆锥活齿轮系列变速器输入输出两圆锥活齿轮采用反向布置,通过内表面有啮合齿槽的内啮合圆柱面齿槽圈将两圆锥活齿轮连接起来实现无级变速;或者通过内外表面均有啮合齿槽的圆锥面齿槽圈将两圆锥活齿轮连接起来实现无级变速;或者通过内外表面均有啮合齿槽的圆柱面齿槽圈将两圆锥活齿轮连接起来实现无级变速;或者输入输出两圆锥活齿轮同向布置,其中间元件式可以为刚性内啮合圆锥面齿圈传动,也可为挠性带传动,如通过内表面有啮合齿槽的传动带与两圆锥活齿轮实现啮合传动;或者采用一级直接传动型,无中间元件式;由小锥度圆锥活齿轮直接与刚性齿槽圈啮合进行传动;转轴滚柱活齿轮无级变速器由关键部件圆柱活齿轮、转轴滚柱轮;辅助部件固定机架、回转机架、行星锥齿轮、太阳锥齿轮等相关件;圆柱活齿轮与输出轴相连,且装配在固定机架上,转轴滚柱轮、行星锥齿轮116与传动轴33相连,且装配在可回转机架上,行星锥齿轮116与太阳锥齿轮117啮合,太阳锥齿轮与输入轴相连;转动调速柄44,整个回转机架将绕输入轴轴线旋转,此时,行星锥齿轮绕太阳锥齿轮转动,但可始终保持啮合将输入轴扭矩传递给转轴滚柱轮,由于回转机架的旋转,使得转轴滚柱轮与圆柱活齿轮二者转轴线夹角改变,于是传动比发生变化;或者转轴滚柱轮可使用可变滚轮密度型转轴滚柱轮,根据传动比变化可相应改变滚柱密度/数量,高速时全使用,低速时参与工作滚柱数量可减半;可变密度型滚轮结构为由两半滚柱较稀疏的滚柱轮插合组成,需要滚柱密度较大时将两半滚柱轮插合即可使滚柱密度增大2倍,将两半滚柱轮分离则滚柱密度减半;或者采取多相机构并联,上下采用两个圆柱活齿轮与转轴滚柱轮啮合,功率量增加1倍;也可采取在圆柱活齿轮上下设置两个转轴滚柱轮与之啮合;或者采取多相布置,在圆柱活齿轮圆周方向设置多个转轴滚柱轮与之啮合;或者在转轴滚柱轮圆周方向设置多个圆柱活齿轮与之啮合;转轴滚柱轮的滚柱可采取锥面形状,利用自锁啮合特性基础上改善无级传动特性;其工作表面也可制成弧状;或者也可用齿轮、斜齿轮、蜗轮、蜗杆代替转轴滚柱轮与圆柱活齿轮滑片啮合,也可用圆锥活齿轮代替圆柱活齿轮;或者采取转轴滚柱轮转轴线固定,圆柱活齿轮转轴线可旋转的活齿轮转轴型变速器;或者调速辅助机构可采取其他类型;变径金属块带活齿轮无级变速器由无级可变径金属块带轮、圆柱活齿轮组成;通过改变金属块带轮的金属块带所围半径,与活齿轮啮合实现无级变速;无级可变径金属块带轮由两对峙锥盘夹持一金属块带组合而成,金属块带是由若干凸起齿块119、凹陷齿块120交替叠合通过齿块联接绳119的贯串联接而成的挠性凸凹齿块带(或称之为齿块链),可随两对峙锥盘的间距大小变化改变其在锥盘上的半径,从而实现无级变径;或者为了提高金属块带轮的一体性,在锥盘锥面上可设置有凸凹槽与挠性金属块带啮合形成稳定整体,此时金属块带的侧壁为滑片带结构;或者也可以采取弹力、弹簧力等方式对滑片进行复位啮合;另外,也可将锥盘用多环圆锥活齿轮代替,靠金属块带的凸凹齿块交替叠合形成啮合面与圆锥活齿轮的滑片进行啮合;或者为便于径向滑移调速,在金属块侧壁可以设置滚轮141;或者也可用外侧、两侧壁均有槽的橡胶带代替金属块带;采用两个金属块带轮对称布置,并各与一圆柱活齿轮相啮合,形成一可连续工作的变速器总成,通过两圆柱活齿轮与两金属块带轮进行互补交替啮合实现功率流连续输出;无级可变径金属块带轮可以为内张紧型,张紧装置在轮体内部;或者为外张紧型,张紧装置在轮体外部,其张紧绳、张紧装置可采取侧置;或者也可用固定齿数齿轮代替活齿轮与之啮合实现无级变速;变径齿扇活齿轮无级变速器由无级可变径齿圈总成、圆柱活齿轮等组成,通过改变齿圈所围半径,与活齿轮啮合实现无级变速;无级可变径齿圈由若干个齿扇组合而成,每个齿扇通过移动副与径向滑轨联接,为保证齿圈工作齿面的连续性,一般至少采用两组齿圈错位交错布置构成无级可变径齿圈总成,分别各与一圆柱活齿轮相啮合,或分别与一双环圆柱活齿轮的不同滑片组环相啮合,形成一可独立完成工作循环的变速器总成,通过两圆柱活齿轮与两齿圈进行互补交替啮合实现功率流连续输出;或者可采用阶梯齿扇125交错插合组成单齿圈来代替两组齿圈组合;活齿轮与变径齿圈的啮合方式可采取内啮合、外啮合方式;内啮合行星传动型变速机构活齿轮与由多个齿扇组成的大齿圈内啮合,活齿轮与齿轮a呈同轴固联,齿轮a、b相啮合,齿轮b又与太阳轮相啮合,齿轮a、齿轮b、太阳轮45三者转轴之间通过行星架50呈三角形关系连接,齿轮a与齿轮b之间轴距固定,齿轮b与太阳轮45之间轴距固定,齿轮a与太阳轮45之间通过联接体142相连,轴距无级可调,调速时,改变齿圈总成半径大小,同步改变齿轮a与太阳轮45之间轴距则可实现变速;一般取″太阳轮、行星架″作为输入输出传动端;或者齿扇可以采取非渐开线齿形;活齿轮可以采取“斜齿滑片传动”;或者也可采用较宽滑片的单环圆柱活齿轮代替双圆柱活齿轮组或双环圆柱活齿轮;或者调速辅助机构可采取其他类型;轴向接合型滑片离合器一般由两个齿槽盘面的齿与槽凸凹相对夹持一滑片摆盘组成;滑片式常啮合齿轮换档变速器由侧壁带齿槽盘的常啮合齿轮、换档推杆、推力轴承、弹力复位对夹槽盘、定位联接销、滑片摆盘、螺栓等组成;传动轴通过导向键与滑片摆盘相连,滑片摆盘分为两半通过螺栓连成一体,每半摆盘上均有功能独立的滑片组环,分别由一对齿槽凸凹相对的齿槽盘夹持,该对夹齿槽盘指的是可动齿槽盘129、常啮合齿轮127的侧壁齿槽盘面,二者之间通过定位联接销130连接确保同步转动,但彼此间可轴向自由移动;两常啮合齿轮127与传动轴之间为轴承连接,换档推杆128分别与两个可动齿槽盘129通过推力轴承联接;或者此滑片的复位方式也可采取“电磁驱动方式”;或者滑片摆盘所用滑片可采用扇形截面滑片或滑针;也可采取填充滑片组、支撑滑片交替密布型设计;径向接合型滑片离合器由内圈带齿槽接合套133、滑片槽轮134等组成,此滑片上部呈圆弧型,可在插合时自然过渡,当插合后,便靠离心运动实现接合套、滑片槽轮的无级啮合;也可采取填充滑片组、支撑滑片交替密布型设计;锥面接合型滑片离合器由滑片锥盘135、齿槽锥盘接合套136组成,当滑片锥盘与齿槽锥盘接合套结合后,滑片靠离心运动复位与齿槽锥盘啮合实现离合器的结合;块、带无级啮合装置采用滑片复位实现啮合传动,两对称装配的牵引带137上其啮合齿槽凸凹相对,夹持一内部装有滑片的锁速块138,靠两牵引带上啮合齿槽对滑片的弹力复位过程实现非摩擦式啮合传动;滑片超越离合器由滑片、滑片槽轮134、星轮外圈140等组成;工作时,星轮外圈140作往复转动,通过滑片的离心复位与星轮外圈的单向齿槽啮合将扭矩传递到滑片槽轮134使其旋转,另外可采取离心泵油润滑;或者滑片、卡槽可采取辐射式结构布置,滑片截面可以为扇形;也可采取滑片满环密布型;或者采用间隔型;此机构中滑片靠星轮外圈约束限位,滑片可以无需挡脚;或者在布局整体星轮单向齿槽、滑片槽轮的间距、数量时,可以按“逐差原则”布局;可以通过加宽离合器滑片宽度、厚度来提高承载能力;可以利用“自锁特性”来设计星轮外圈齿槽改善无级啮合特性。
6.根据权利要求5所述的齿槽轮,其特征是齿槽轮可与活齿轮进行啮合传动,工作盘面由凸起的齿、凹陷的槽组成;分为平盘型、锥盘型;其槽纹形状可以是径向辐射状单一齿纹型、齿槽间隔密度等效布置型、满盘滚花型、满盘面均匀点阵凸起型、满盘面均匀点阵凹坑型、斜齿滑片活齿轮传动专用型、有级变速用齿槽盘型、齿槽纹分段分级优化型、梭状齿径向交错布置型、梭状齿径向均匀布置型,其具体形状如图10-A、B、C、D、E、F;图11-A、B、C、D、E、F所示;齿槽盘的纹理可以很细,一般取凹槽面积较大,凹槽部分宽度大于凸起部分。
7.根据权利要求5所述的齿槽啮合圈,其特征是齿槽啮合圈包括圆锥面型、圆柱面型;圆锥面齿圈可分为内外啮合圆锥面齿圈、内啮合圆锥面齿圈、外啮合圆锥面齿圈;圆柱面齿圈可分为内啮合圆柱面齿圈、内外啮合圆柱面齿圈、外啮合圆柱面齿圈。
8.根据权利要求5所述的齿槽台,其特征是齿槽台可与活齿轮、活齿条进行啮合传动,工作台面由齿、槽组成;分为刚性齿槽台、挠性齿槽台;挠性齿槽台可以是含凸凹啮合齿槽的牵引带;或者是齿啮合型齿槽传动带,分为压力带、拉力带;拉力带包括由带基65、强力层66、啮合支撑块64构成,通过啮合支撑块64间隔布置构造出凸凹齿槽实现啮合传动,啮合支撑块的可等间距布置或非等间距布置;或者啮合式板销链在板销链的链销76或链板77上设置啮合块78,可在链销76或链板77上设置啮合块,或者在链销76和链板77上都设置有啮合块;或者金属环传动带由多条两侧带凸凹齿槽的金属环一一对应叠合而成;或者B型传动带带基由非金属材料制造,其强力层可以增加钢丝或尼龙丝等,两侧为耐磨壁面,制成凸凹啮合齿槽状,另外,其横向凸凹齿型可一直延伸贯通整个带基;或者用现有带、链进行改装,带或链的工作侧面为能与滑片啮合的凸凹状齿槽;压力带包括啮合式金属带,由金属环与宽、窄金属块交替组合形成具有凸凹啮合齿槽的金属带;或者可以让多个宽金属块组成宽金属块组、多个窄金属块组成窄金属块组,再由宽金属块组、窄金属块组交替组合成金属带;或者窄金属块可采用″弧状截面″,宽金属块两侧参与啮合区可以加工有斜度,利用自锁啮合特性基础上改善无级传动特性;或者宽、窄金属块可用小锥度圆锥活齿轮变速器用挠性金属带中的“凹金属块”、“凸金属块”代替。
9.根据权利要求1、2、3、4、5所述的滑片变形齿无级啮合活齿轮、活齿条中的滑片,其特征是滑片包括圆柱活齿轮专用“滑片”、圆锥活齿轮专用“单侧独立工作型滑片”、圆锥活齿轮专用“双侧一体工作型滑片”、小锥度圆锥活齿轮专用“滑片”、转轴滚柱活齿轮无级变速器的活齿轮专用“滑片”、斜向复位型活齿轮专用“滑片”、滑片拉力传动带专用“滑片”、弹力复位型滑片等,均包括支撑滑片、填充滑片,支撑滑片与轮体槽台接触受力,填充滑片与支撑滑片接触受力,分为外侧支撑型、外侧互动交叉支撑型、中心支撑型、中心互动交叉支撑型、外侧中心双重支撑型、外侧中心互动交叉支撑型;滑片也可为圆形滑片;滑片的工作面可以为弧形,也可以进一步缩小形成″弧状局部受力区″,也可将工作面的弧线轮廓改为直线轮廓;填充滑片组两端可各加一厚滑片,填充滑片的挡脚可与支撑滑片一样长,其挡脚可以为一个或两个;滑片截面可以是等厚截面或扇形截面、或异形截面;滑片也可用滑针代替;滑片与齿槽的啮合接触区截面形状可以为单斜面、双斜面、圆角面,其接触截面夹角θ可与齿槽壁面的倾角吻合;为防止滑片在自由复位驱动力作用下甩离活齿轮体可加约束限位装置,约束限位装置可以是滑片挡脚25、外限位约束挡圈23等,其滑片挡脚可以为一个或两个;滑片挡脚可以为外凸型或内凹型、或者在滑片上打孔,孔中间穿入限位束缚环、绳、杆方式进行约束;弹力复位型滑片包括A型弹力复位型填充滑片、A型弹力复位型支撑滑片、B型弹力复位型支撑滑片、B型弹力复位型填充滑片;滑片的两侧啮合面可制成弧形或矩形;滑片轮的滑片复位也可采取自由复位方式,将弹力复位型滑片一分为二,中间加复位弹簧丝109,实现弹簧力复位;或者通过气流孔110注入气流或液流实现流体冲击力复位;或者在锥盘齿槽轮或等效方位上设置电磁牵引装置,靠电磁牵引力来对滑片轮上滑片发生电磁吸合或排斥力作用完成电磁力复位;在滑片中部可以设有滑片挡脚,滑片挡脚可以为一个或两个;或者弹簧力复位型滑片可以在尾部布置复位弹簧丝,其复位轨迹可以是直动复位型、或者旋转复位型;或者也可采取单侧支撑型滑片,其对应的活齿轮体为无挡台轮体144,与有挡台轮体对合对滑片进行束缚定位。
10.根据权利要求5所述的无级变速器、滑片离合器、直线无级啮合装置,其特征是所有滑片与齿槽、滚柱的啮合均可采取“自锁啮合特性”原则设计;自锁啮合特性是指滑片与啮合槽壁面(对于转轴滚柱活齿轮无级变速器类型的自锁”则指“滑片与啮合滚柱旋转面的母线夹角θ”)的接触夹角θ小于当量摩擦角时的啮合特性;加之在摩擦力、滑片复位驱动力的辅助作用下,以及滑片的斜向受力的综合作用效应下,使得滑片可在保证自锁前提下θ角大于当量摩擦角,这样还可加厚滑片厚度;所有的滑片活齿轮与齿槽盘、滚柱的啮合点(包括滑片活齿条与齿槽台的啮合)布置原则均可采取“逐一齿差渐进原则”布置;逐一齿差渐进原则是指(1)当啮合点数可将齿槽数整数倍等分时,无齿差现象,呈同步等状态均匀啮合传动;(2)当啮合点数不可为齿槽数整数倍等分时,A当齿槽数与啮合点数之间无公约数时,为逐一齿差渐进型啮合传动;B当齿槽数与啮合点数之间有公约数时,为分组性逐一齿差渐进型啮合传动,且分组数等于最大公约数。
全文摘要
滑片变形齿无级啮合活齿轮,属于齿轮传动、机械无级变速器技术领域,活齿轮按照“滑片无级变形活齿原理”设计,工作表面由大量薄滑片(或滑针)叠合组成,通过滑片自由无级滑移可构成任意形状啮合齿形,由于滑片的滑移方向与受力方向不同向,所以滑片可以自由随当前啮合齿形变形,而传递功率时的受力方向与自由滑移方向垂直或其夹角在当量摩擦角之内具有自锁性,所以滑片承载受力时不会改变齿廓形状,所有滑片形成一整体封闭弹力闭合环,具有“刚柔融合、活齿固化”效应,承载能力强,属一级传动,传动效率高,关键部件只有两件,结构简单、成本低、体积小,实现了真正意义上的“齿轮啮合无级变速”,广泛适应于高速及大功率车辆、工业领域。
文档编号F16H61/04GK1752479SQ20041007796
公开日2006年3月29日 申请日期2004年9月21日 优先权日2004年9月21日
发明者王国斌 申请人:王国斌
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