专利名称：线性、纯齿轮传动无级变速器的制作方法
技术领域：
本发明属于机械传动领域，涉及一种纯齿轮、大功率传动、结构简单、低功耗、无级
变速方式简单(可手动也可自动)的无级变速器。
背景技术：
目前，在整个机械无级变速领域还没有真正的纯齿轮传动、没有磨擦摩擦或者是 液压系统参与的无级变速系统，而现有的无级变速箱主要有这几类1、得到广泛应用的有 ①CVT无级变速箱，②锥盘摩擦轮式，③因为某些缺陷没有应用起来的。
下面就上面各种变速箱的优缺点进行比较 (l)CVT无级变速箱优点是真正的无级变速箱，能量损耗小，零件数量县对较少 (300多个)，燃油经济性好。缺点受金属链条拉力的限制，目前只有1. 8升以下的车辆可 以使用，制作成本高，应用领域相对较窄。 (2)盘磨擦轮式，因为磨擦的局限性，所以应用的领域也受到了很大的限制。
(3)因为某些缺陷没有应用起来的。通过对中华人民共和国(1985年一-2007年 10月)的专利检索，发现在国家专利中光无级变速的专利就接上千项，这其中有很大一部 分是利用行星齿轮的功率分配原理，通过动态的控制行星齿轮组一个分配端的转速变化， 来达到无级变速的目的，但是由于行星齿轮自身所具有的能量分配特性，使得控制端，不管 是主动控制，还是被动控制。都将造成大量的能量损耗。而且控制端的大功率无级变速控制 力也是一个未解难题，也就是说终点又回到起点。因此这类变速器，没有得到广发的应用。
综上所述，上面几类变速器，各种各样的局限性和缺点阻碍了他们的应用。因此迫 切需要一种直接而简单的无级变速装置。应用到各种需要频繁变速的领域。
发明内容
解决了上述的各种变速器缺点的新型变速器，并且是世界上第一台纯齿轮传动， 无任何媒介(液压系统、摩擦传动)物质参与的无级变速箱，这种变速器有如下的优点
(1)、属于纯齿轮传动、线性无级变速器，各受力传动部件均使用齿轮传动，没有常 见无级变速器的磨擦轮、液力变距器、一类的东西，传动介质是刚性齿轮，传动力矩大。
(2)、结构简单，易于控制和维护，零件数量少，最简单的只有十几个零件。
(3)、传动效率高，实际在整个变速过程当中，真正参与力量传递的只有几个齿轮， 剩余的零件是用来改变传动比的。因为中间环节少，所以效率高。
(4)、整个无级变速过程不需要电脑、也不需要也要液压系统......其他的辅助
系统参与。整个变速过程既可自动，也可手动，手动时就像推拉风箱一样进行简单的推或拉 就可以变速。
图1盘式无级变速的总装结构图带圆周增量调节环的(主变速轮螺纹是在零件的平面上加而工成的) 图2锥外面型无级变速的总装结构图(主变速轮螺纹是由物体的锥形物体的表面 或内表面加工而成的) 图3动力连接齿轮组零件分解示意图 图4圆周增量调节环 图5行星轮圆周增量调节滑块 图6圆的圆周增量示意图 图716线等距螺线的圆周增量示意图 图8由16线等距螺线圆周增量示意图的坐标示意图 图9凹齿型动力连接齿轮组(小行星轮低于行星齿轮架) 图10凸齿型动力连接齿轮组(A型小行星轮的轴线与行星齿轮架的旋转轴线垂 直) 图11凸齿型动力连接齿轮组(B型小行星轮的轴线与行星齿轮架的旋转轴线不 垂直成一定的夹角，此特征同样也适用于凹齿型动力连接齿轮组) 图12同面相交型动力连接齿轮组(小行星轮与行星架的旋转轴线在听一个面内 相交或垂直) 图13同面相交型-------动力连接齿轮组内部零件示意图 图14动力连接齿轮组倾斜的变速器总装结构图 图15锥外面型主变速轮剖面图(未加工齿) 图16螺纹牙顶带齿的单螺线主变速盘 图17以多条非等距螺线为基础的平面主变速轮的螺纹轨迹示意图(内窄外宽型) 图18以多条非等距螺线为基础的平面主变速轮的螺纹轨迹示意图(内宽外窄型) 图19非等距螺线平面主变速轮与动力连接齿轮组配合示意图 图20非等距螺线不规则轴对称螺旋体的螺纹轨迹示意图(没有加工齿) 图21小行星轮与主变速轮啮合剖面示意图 零件标号标注 (1)平面式主变速轮 (12)锥外面型主变速轮 (2)定位导轨 (3)动齿轮组托架 (4)行星齿轮架 (5)小行星轮 (6)圆周增量调节环 (7)行星轮圆周增量调节滑块 (8)动力转接轴(轮) (9)动力连接轴 (10)主变速轮齿 (11)变速箱体 (13)动力连接滑轴
(14)螺纹牙顶 (15)螺纹牙侧(在螺纹的牙顶和牙底中间的部分称之为螺纹牙侧，此名称适用于
任何类型的螺纹，主变速轮的齿也可以加工在这里) (16)螺纹牙底 各部分介绍 (1)平面式主变速轮 由图(1)可以看出，主变速轮的变速螺纹是在零件表面以8条阿基米德等距螺线 为基础，加工而成的，同样，主变速轮可以以任意数量的等距螺线为参考，也可以加工成所 需要的等距螺线主变速轮，就如图(16)所示的是以1条阿基米德等距螺线加工而成的，而 图(17)则是ll条阿基米德螺线的模型。图(1)的主变速轮是在零件的平面上进行加工 的，主变速轮还可以在其他的物件内、外表面加工，如锥形体内面或外面、圆台内面或外面、 球形体内面或外面、抛物线形体内面或外面、椭圆形体内面或外面、等所有的不规则轴对称 体的内面或外面，都可以加工成主变速轮。不过不是使用平面的阿基米德等距螺线，而是使 用立体的等距螺旋线，除了使用阿基米德等距螺线和立体的等距螺旋线以外，在平面或者 是上述的非平面轴对称体也可以使用非等距罗线或非等距罗纹线，如图(18)、图(19)就是 使用非等距螺线绘制的平面的螺线轨迹，图(20)也是使用非等距螺线绘制的不规则轴对 称体的模型。
(2)定位导轨 用来给"动力连接齿轮组"定位，让它在规定的范围内 一一 主变速轮的任意位置 滑动或停留，使整个变速系统获得需要的变速比。它可以有多种形状，而且型状要根据主变 速轮的需要来定，要保证"动力连接齿轮组"在任何位置，(5)小行星轮的齿都要和主变速轮 的齿相啮合。如图(20)的主变速轮就需要弧形的导轨。
(6)圆周增量调节环、(7)行星轮圆周增量调节滑块 两个或者是多个同直径的轮子，在同一平面内从同一起跑线出发，同速同向运动， 那么他们运行所经过的轨迹是相互平行且相等的直线段，如果强迫他们沿着某一点作同角 速度圆周运动，我们都知道这样不能实现，因为圆的周长与半径成正比，不同半径处的圆周 长度也不一样。为了要实现上述目标，我们必须使每一个运行段中，各个轮子所经过的轨 迹相等，这样才能实现上述目标。也就是说，在运行每一个距离段，要将运行距离短的轮子 (也就是最外缘的轮子与圆心之间的其他所有的轮子)的距离补的和最外缘轮子的距离一 样。因此在此变速器里面我们使用了 (7)行星轮圆周增量调节滑块，又因为它始终是作圆 周运动，所以其调节是周期性的所以又使用了 (6)圆周增量调节环，它可以在行星齿轮架 转动时对小行星轮进行圆周增量调节，在调节完后，重新将(7)行星轮圆周增量调节滑块 (4)小行星轮调回起始位置等待下一次运行时进行调节。 为了解决到底需要调解多大，为此我们先求得圆的周长与半径之间的关系，也就 是说半径递增量相同的圆，其周长的递增量也相同，因此，这些圆1/n的周长相互之间的增 量也是一样的。如图(6)是不同圆半径与周长的坐标表示图，图中A5线是整个圆周的圆周 与半径之间连的一条线，我们称为周径增量线，A4线是半个圆的周径增量线，同样A3 :1/4 圆周径增量线，A2 :1/8圆周径增量线，A1 :1/16圆周径增量线。 同样，因为我们的主变速轮的是以一条或多条阿基米德等距螺线组成(非等距螺线另论)，因此，过主变速轮圆心任意两条射线之间的弧线段长度(也就是过圆心射线在转 过任意角度后，螺纹线上的点沿螺纹线所经过的曲线长度)，相互之间的增量应该相同。如 图(7)所示，是一 16条等距螺线绘制的主变速轮线型图，射线H和L之间区域的各条弧线 的长度，也就是射线H沿顺时针方向转动22. 5度到达L处，各弧线所经过的轨迹长度如图 (7)，我们把每一条曲线的长度都带入坐标系，我们会得到如图(8)所示的坐标点，我们将 各坐标点连起来，得到了图(8)的直线，我们把这条直线称之为圆周增量线，它与坐标系X 轴之间的夹角成为圆周增量角，从图中可以看出，这个角度越大，单位半径圆周或者弧度增 量就越小，也就是说需要补偿的长度就越小，因此，这个角越大越好(当然不能超过90度)。 平面主变速轮的角度大小取决于等距螺线的多少，而锥形螺纹主变速轮，则取决于等距螺 线的多少和锥面的角度大小两方面来决定。(6)圆周增量调节环就是根据这个角度制作出 来的。 而非等距螺线因为不是等距螺线，所以其圆周增量不是恒定不变的，要按实际情
况来计算和制造圆周增量环。动力连接齿轮组 (3)动齿轮组托架、(4)行星齿轮架、(5)小行星轮、(6)圆周增量调节环、(7)行星 轮圆周增量调节滑块、(8)动力转接轴(轮)、(9)动力连接轴的总称。
(5)小行星轮通过轮轴与(7)行星轮圆周增量调节滑块的轴孔E(见图5)连接在 一起，而(7)行星轮圆周增量调节滑块又装在(4)行星齿轮架的行星轮圆周增量调节滑块 安装槽P(见图11)中，可以沿着(4)行星轮托架的轴向自由的滑动，而行星轮圆周增量调 节滑块的滑槽F(见图5)与(6)圆周增量调节环扣合在一起，当(4)行星齿轮架转动时，行 星轮圆周增量调节滑块(7)也跟着一起运动，圆周增量调节环(6)通过滑槽F调节行星轮 圆周增量调节滑块(7)，做与小行星轮(5)运动方向相同的轴向运动(包括与轴线平行或 与轴线成一定的夹角)，如图(7)的C1一C2线当点C1从开始往C2点移动时，圆周增量调 节环(6)以相同的运动方向调节行星轮圆周增量调节滑块(7)移动，这样就可以在任何需 要调整的圆周增量差的位置完成对小轮的调整。{见图(3)动力连接齿轮组零件分解示意 图} 而各个小行星轮共同连接到(8)动力转接轴(轮){如图(13)的动齿轮组托架需 要加(13)动力连接滑轴与(9)动力连接轴进行桥接}，再连到(9)动力连接轴上，(9)动力 连接轴作为动力的输入或输出轴。 动齿轮组托架可以有多种形式，按照(5)小行星轮与(4)行星轮托架的相对位置 可分为凹齿型、凸齿型、等距型。 凹齿型，即(5)小行星轮的最外缘到(4)行星轮托架旋转轴线的垂直距离小于(4) 行星轮托架的半径，如图(9)就是凹齿型的一种结构图，同样凸齿型正好和凹齿型相反，如 图(10)图(11)图(12)，当然，(5)小行星轮的最外缘到(4)行星轮托架旋转轴线的垂直距 离也可以等于(4)行星轮托架的半径，这就是等距型。 如果按照(5)小行星轮轴线与(4)行星轮托架轴线的相对位置可分为同面相交 型、异面相交型；同面相交型，即(5)小行星轮轴线与(4)行星轮托架轴线在一个面内相交， 并且呈一定的角度可以垂直也可以不垂直，如图(12)是这个类型的一种结构图；异面相交 型，即(5)小行星轮轴线与(4)行星轮托架轴线异面相交，并且呈一定的角度可以垂直也可
6以不垂直，如图(9)如图(10)如图(11)就是这个类型的一种结构图，(5)小行星轮齿的类型则要和配套使用的主变速轮的齿相配套。 动力连接齿轮组是与主变速轮相配合使用的，在使用时动力连接齿轮组的(5)小行星轮的轮廓必须与主变速轮的螺纹相互啮合，如图(21)的AOl区域，A01区域的(5)小行星轮的轮廓正好与主变速轮的螺纹相互啮合，并且在主变速轮运行和动力连接齿轮组沿导轨移动时，小行星轮的轮廓始终轮换与主变速轮的螺纹相啮合。这样才能使整个的变速系统正确、稳定的运行与变速。
具体实施例方式
实施例1 :如图(1)所示是平面型主变速轮无级变速器的结构图，主变速盘(1)是由8根阿基米德螺线为原型进行加工的，并由此将变速盘平等的分成8个等距区域，因此，当主变速盘旋转1周时，在主变速盘上的任意半径处都将通过8根螺纹，又因为小行星齿轮的轮廓像齿一样和螺纹牙侧啮合，因此行星轮托架不论在导轨A点与B点之间的任何位置，它与主变速轮之间的转速比恒定不便，即主变速盘每转一周，行星轮托架将旋过8个小行星轮，也就是旋转8/5周(因为行星轮托架(4)只有5个小行星齿轮)，也就是说每个小行星齿轮只经过了主变速盘的l/8周的圆周，同时这6个小行星齿轮进行轮换接力传递，所以可以源源不断的将动力传递到(8)动力转接轴(轮)和(9)动力连接轴上，因为小行星齿轮与主变速盘的槽间齿周期性的轮换相互啮合，所以它转速快慢是由它在主变速轮上所作圆周运动半径的大小有关，又因为"动力连接齿轮组"可以在主变速盘的任意半径处运行，因此，当动力连接齿轮组在B点时，因为此时小行星轮到主变速轮的圆心的距离较小，所以在主变速轮旋转一周，小行星轮所经过的距离较短，因此，此时从动力连接轮上所得到的转速很慢，但力矩却很大，当动力连接齿轮组从B点开始往A点匀速移动时，随着它在主变速轮上所处的半径位置的呈线性增大，小行星轮的线速度也在慢慢的呈线性增加，这样动力连接轴的转速也呈线性增加，当动力连接齿轮组移动到B点时，达到最大的变速比，这就是整个无级变速的过程。 所以在"动力连接齿轮组"从变速箱体的B点到A点的移动过程中小行星齿轮与主变速盘之间的变速比是呈线性增加的，至此无级变速完成。 系统运行是可以根据需要让动力连接齿轮组在不同的位置，以获得所需要的速度。并且可以随时调整动力连接齿轮组的位置，以满足变速的需要。 实施例2 :如图(2)所示是锥外面主变速轮无级变速器的结构图，此结构图除了主变速轮的形状与图(1)主变速轮不一样外其他的整个的变速运行过程都和图(1)的一样。
同样，所有其它形状的等距螺线主变速轮，除了动力连接齿轮组运行所使用的导轨不同外(在任何形状的主变速轮上运行的动力连接齿轮组，都要保证小行星轮始终与主变速轮的齿啮合)，其余结构和变速原理都和图(1)的一样。 实施例3 :如图(19)所示的非等距螺线主变速轮的变速器，除了导轨要适合主变速轮的轮廓外，还要加装动力连接齿轮组旋转装置，以适用非等距螺线主变速轮的需要。当在螺距较窄区域时，可以让动力连接齿轮组稍微倾斜一下，使每一个小行星轮恰到好处的与主变速轮的齿啮合，如图(19)X处的动力连接齿轮组的投影图(注此类的主变速轮最好使用图(10)的动力连接齿轮组)，当动力连接齿轮组在螺距较宽的区域时，则需要倾斜度
7小一些，如图(19)Y处的动力连接齿轮组的投影图。但是不管角度如何都要保证使每一个小行星轮与主变速轮的齿啮合。其它的变速原理与图(1) 一样。 当"动力连接齿轮组"在同一个变速盘上有两组或两组以上时，各组齿轮组之间既可以作为统一动力源进行输入，这样可以加大整个变速器的变速扭矩，此时的变速系统是无级变速系统，当各组齿轮组作为多个不同功率的动力源输入时，那么整个系统在通过调整各动力源在主变速盘的正确位置将多个动力源变为统一的动力源来使用，这样就形成了多源动力合并器；当各组齿轮组其中几组作为多个不同功率的动力源输入，剩余几组作为不同功率的输出端时，在通过主变速盘的调整和分配后，各组齿轮组将各得其需，完成自己的使命，这时整个系统就变成了多源动力合并和分配器。
权利要求
一种纯齿轮传动的无级变速器，它由主变速轮和一组或多组“动力连接齿轮组”组成，“动力连接齿轮组”包括(4)行星齿轮架 (5)小行星轮、 (6)圆周增量调节环、(7)行星轮圆周增量调节滑块、 (8)动力转接轴(轮)、 (9)动力连接轴、(3)动齿轮组托架、 主变速轮组成；其特征是此变速器有“动力连接齿轮组”和主变速轮组成，且“动力连接齿轮组”在定位导轨(2)的引导下，可在主变速轮半径的任意位置滑动与停留。
2. 根据权利要求1所述的主变速轮，其特征是主变速轮可以有多种形状物体的表面 加工而成，这其中包括零件平面、轴对称体的内表面或外表面。
3. 根据权利要求2所述的轴对称体，其特征包括锥形体内面或外面、圆台内面或外 面、球形体内面或外面、抛物线形体内面或外面、椭圆形体内面或外面、不规则轴对称体的 内面或外面。
4. 根据权利要求1所述的主变速轮，其特征在于主变速轮的加工是由一条或多条阿 基米德等距螺线、或是以一条或多条等距或非等距螺旋线为轨迹的孔的加工、突出零件的 安装或加工。
5. 根据权利要求1所述的主变速轮，其特征在于主变速轮的加工是由一条或多条阿 基米德等距螺线、或以一条或多条非等距螺旋线为轨迹在零件平面加工的平面螺旋纹，且 螺旋纹上带齿的零件。
6. 根据权利要求1所述的主变速轮，其特征在于主变速轮的加工是由一条或多条等 距或非等距螺旋线为轨迹在轴对称体的内面或外面加工的螺纹，且螺纹上带齿的零件。
7. 根据权利要求1所述的动力连接齿轮组，其特征是一个(4)行星齿轮架和多个小 行星轮组成，各个小行星轮的旋转轴线与行星齿轮架的旋转轴线不平行，而是垂直或者是 呈一定的夹角。
8. 根据权利要求l所述的动力连接齿轮组，其特征是有齿的小行星轮(5)的齿与主 变速轮的齿啮合，并在行星轮托架(4)在主变速轮的的带动下做公转运动，同时小行星轮(5)在主变速轮齿的驱动下，作自转运动，各小行星齿轮在一级或多级齿轮的连接下，最后连接到同一齿轮上，并且各小行星齿轮之间作同步运动。
9. 根据权利要求1所述的动力连接齿轮组，其特征是还包括一个用来调节小行星轮， 沿行星齿轮架轴线方向(包括平行于行星齿轮架轴线和与行星齿轮架轴线成一定的夹角) 作周期性移动，为运动的小行星轮作圆周增量补偿。
全文摘要
本无级变速器，是第一台纯齿轮传动，没有摩擦、液压系统、电脑控制系统、等其他辅助调速设备参与的无级变速器。彻底解决了传统无级变速器依靠液压、静摩擦来传递动力，传动力矩小，结构复杂，调速复杂的缺点，本变速器调速就像推拉风箱一样简单。本变速器在整个无变速过程中动力的传递都是通过齿轮，所以此变速器可以实现大功率传递。最简单的只有十几个零件，可以用在摩托车汽车轮船机床等所有需要变速的地方。
文档编号F16H3/44GK101725678SQ20081015789
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月27日 优先权日2008年10月27日
发明者闫永昌 申请人:闫永昌