专利名称：一种钢球圆周阵列式无级变速器的制作方法
技术领域：
本发明为一种钢球圆周阵列式无级变速器，其特征是钢球成圆周排列在两个圆盘之间，两个圆盘转动方向相反转速相同，通过油缸给圆盘施加压力，使钢球在圆盘之间围绕各自的花键轴转动，圆盘的转动动力经由钢球通过花键轴传输出来，钢球受丝杠及拉杆的牵引在圆盘内径向移动来改变钢球距离轴心的半径距离，越远离轴心钢球的转动速度越快，从而实现无级变速的目的。
背景技术：
当前的CVT钢带式无级变速器逐渐得到应用，它的原理非常简单，就是由两组锥形轮通过钢带传递动力，通过锥形轮间距的改变来改变钢带在锥形轮上的缠绕直径从而达到传动比改变的目的，属于摩擦传动，它的优点是传动效率高、换档平顺没有冲击，但缺点是变速器的承受载荷低、钢带容易打滑、对钢带有极高的要求且钢带容易损坏，成本高。发明目的及优点本发明的钢球圆周阵列式无级变速器，其特征是钢球成圆周排列在两个圆盘之间，两个圆盘转动方向相反转速相同，通过油缸给圆盘施加压力，使钢球在圆盘之间围绕各自的花键轴转动，圆盘的转动动力经由钢球通过花键轴传输出来，钢球受丝杠及拉杆的牵引在圆盘内径向移动来改变钢球距离轴心的半径距离，越远离轴心钢球的转动速度越快，从而实现无级变速。钢球成圆周分布在圆盘之间使圆盘受力均匀，钢球与两个圆盘的内壁点接触或线接触，钢球与圆盘的接触点数量为钢球数量的两倍，可以增加变速器的载荷，尤其在低速大传动比情况下，变速器的接触点不会减少承受载荷不会降低，不像刚带CVT变速器最大传动比时小轮与刚带的接触点会减少，变速器的承受载荷降低，导致低速启动及加速时打滑，同CVT变速器的钢带相比较，钢球质量稳定可靠且便宜，不像CVT的刚带那样容易损坏，因而钢球阵列式变速器的质量稳定性更高，维护成本更低，变速器控制更容易，只需控制钢球沿径向移动就可以实现变速，变速更加平顺，当车速达到一定速度之后，切换到二档改为齿轮直接驱动模式，解除钢球传动模式，可以提高传动效率，此变速器结构简单成本低，成本与普通手动变速器的成本相当。
发明内容
钢球圆周阵列式无级变速器(见图1)，其特征是变速器的总成由壳体(I)、蜗杆⑵、电机⑶、支架(4)、调速齿轮Zl (5)、丝杠(6)、滑块(7)、拉杆(8)、钢球座(9)、蜗轮(10)、花键轴(11)、油缸(12)、圆盘一(13)、钢球(14)、主轴(15)、圆盘二(16)、齿轮Z2(17)、大齿轮(18)、齿轮23(19)、齿轮24(20)、齿轮轴(21)、齿轮Z5 (22)、齿轮Z6 (23)、齿轮 Z7(24)、齿轮 Z8(25)、二轴(26)、齿轮 Z9 (27)、齿轮 ZlO (28)、结合套(29)、差速器(30)、齿轮Zll (31)和齿轮Z12(32)组成。钢球变速器的主体(见图1)由壳体(I)、支架(4)、钢球座(9)、油缸(12)、圆盘一(13)、主轴(15)、钢球(14)、花键轴(11)、圆盘二(16)、齿轮Z2 (17)、大齿轮(18)、齿轮Z4(20)、齿轮轴(21)和齿轮Z6(23)组成，圆盘一 (13)和圆盘二 (16)装配在主轴(15)上，圆盘一(13)与主轴(15)花键链接且可以沿轴向滑动，圆盘二(16)与主轴(15)轴承连接，有推力轴承支撑不能横向滑动，齿轮Z4(20)装配在圆盘二(16)上花键连接，齿轮Z6 (23)装配在主轴(15)上花键连接，齿轮Z4(20)与齿轮Z6(23)的齿数相同，齿轮轴(21)与齿轮Z4(20)和齿轮Z6(23)啮合使圆盘一(13)和圆盘二(16)的转动方向相反转速相同，钢球(14)装配在钢球座(9)内，钢球座(9)装配在支架(4)的导向槽上可以沿导向槽滑动，钢球(14)与花键轴(11)花键连接，钢球(14)可以沿花键轴(11)滑动，花键轴(11)装配在支架(4)的导向槽内，内端装配在支架(4)上轴承连接，外端装配在壳体(I)上轴承连接，花键轴(11)在支架(4)上等角度均匀分布，支架(4)上的导向槽成等角度均匀分布，钢球(14)以主轴(15)为中心等角度等半径均匀分布，支架(4)装配在圆盘一(13)及圆盘二
(16)之间，油缸(12)装配在圆盘一(13)上与主轴(15)同心，通过主轴(15)中心孔给油缸
(12)供油，受油缸(12)压力作用圆盘一(13)和圆盘二(16)紧紧压住钢球(14)，并驱动钢球(14)以花键轴(11)为轴心转动，钢球(14)带动花键轴(11)转动，齿轮Z2 (17)装配在花键轴(11)上花键连接，大齿轮(18)装配在圆盘二(16)上轴承连接，齿轮Z2 (17)与大齿轮(18)啮合动力从大齿轮(18)输出。变速器动力输出机构由齿轮Z3(19)、齿轮Z4(20)、三轴(21)、齿轮Z5 (22)、齿轮26(23)、齿轮27(24)、齿轮28(25)、二轴(26)、齿轮 Z9 (27)、齿轮 ZlO (28)、结合套(29)、差速器(30)、齿轮Zll (31)和齿轮Z12(32)组成，齿轮Z3 (19)与大齿轮(18)同心固定连接，齿轮Z7(24)与主轴花键链接，齿轮Z5 (22)与齿轮Z4(20)固定链接，齿轮Z5 (22)与齿轮ZlO (28)啮合，齿轮Z8 (25)、齿轮Z9 (27)、齿轮ZlO (28)装配在二轴(26)上，齿轮Z8(25)、齿轮ZlO (28)与二轴(26)轴承连接，齿轮Z9 (27)与二轴(26)花键连接，结合套(29)装配在齿轮Z8 (25)和齿轮ZlO (28)之间与二轴(26)花键连接，拨叉波动结合套(29)可以与齿轮Z8(25)或齿轮ZlO (28)结合，齿轮Z9 (27)与齿轮Zll (31)啮合，齿轮Z3 (19)与齿轮Z12(32)啮合，齿轮Zll (31)和齿轮Z12(32)装配在差速器(30)上花键连接。变速器调速机构(见图1)由蜗杆(2)、电机(3)、支架⑷、调速齿轮Zl (5)、丝杠
(6)、滑块(7)、拉杆⑶和蜗轮(10)组成，蜗杆⑵与蜗轮(10)啮合，蜗轮(10)侧面有锥齿与调速齿轮Zl啮合，电机(3)带动蜗杆(2)、蜗轮(10)转动，蜗轮(10)带动调速齿轮Zl转动，调速齿轮Zl与丝杠(6)花键连接，丝杠(6)内端装配在支架滑动槽底面的圆孔内与支架(4)转动连接，丝杠(6)外端装配在壳体(I)上的圆孔内转动连接，滑块(7)装配在滑动槽内并与丝杠(6)螺纹连接，丝杠(6)的转动带动滑块(7)沿滑动槽滑动，滑块(7)和钢球座(9)通过拉杆(8)连接，丝杠(6)通过拉杆(8)带动滑块(7)滑动来控制钢球座(9)与轴心的半径距离，进而控制钢球(14)与轴心的半径距离，通过改变钢球(14)和轴心的半径来调速，支架(4)上的滑动槽等角度均匀分布，支架(4)的外端与壳体(I)固定连接，拉杆(8)与滑块(7)及钢球座(9)通过销链接。变速器档位控制(见图1之图1-2):结合套(29)有左、中、右的三个档位，通过一个结合套(29)的左、中、右的三个档位实现R档、一档和二档切换。一档结合套(29)处于中间位置既不与齿轮Z8 (25)结合也不与齿轮ZlO (28)结合，发动机控制器发出指令给油缸(12)加压，使圆盘一(13)、圆盘二(16)紧紧压住钢球(14)，动力从钢球(14)—大齿轮
(18)—齿轮Z3(19)—齿轮Z12(32)传递到差速器(30)。二档发动机控制器发出指令给油缸(12)减压，丝杠拖动钢球(14)处于最大直径位置(见图2)，钢球(14)处于圆盘一(13)、圆盘二(16)坡角的位置，钢球(14)与圆盘一(13)、圆盘二(16)不接触不传递动力，拨叉波动结合套(29)到最右端与齿轮Z8 (25)结合，动力直接从主轴(15)—齿轮Z7(27)—齿轮Z8(25)—齿轮Z9(27)—齿轮Zll (31)传递到差速器(30)。R档发动机控制器发出指令给油缸(12)减压，丝杠拖动钢球(14)处于最大直径位置(见图2)圆盘一(13)、圆盘二
(16)的坡角处，钢球(14)与圆盘一(13)、圆盘二(16)不接触不传递动力，拨叉波动结合套
(29)到最左端位置与齿轮ZlO(28)结合，动力从主轴(15)—齿轮Z6(23)—齿轮轴(21)—齿轮Z4(20)—齿轮Z5(22)—齿轮ZlO (28)—齿轮Z9(27)—齿轮Zll (31)传递给差速器
(30)，汽车后退。钢球结构钢球上下两个端面为阶梯面与钢球座轴承连接，中间为花键孔，钢球侧弧面有两种结构一种为圆弧面结构(见图3)，钢球与圆盘点接触，另外一种结构(见图4)钢球的侧面为圆环面，钢球与圆盘的接触为线接触，带圆环面的钢球增加了与圆盘的接触面积，提高了变速器的载荷，但由于线接触的各个点的速度不同，钢球与圆盘的各个接触点有相对滑动，会有一定的功率损失，要合理设计圆环面的宽度做到载荷与传递效率的平衡。圆盘结构圆盘一、圆盘二(见图1之图1-2)与钢球接触的表面为一个平面，圆盘外缘部分在与钢球接触面一侧有坡角，当钢球置于坡角区域时不与圆盘接触，在档位设定在二档和R档时不传递动力，避免齿轮咬死。
图1为钢球圆周阵列式无级变速器结构原理图。图2为钢球圆周阵列式无级变速器工作原理图。图3为圆弧面钢球结构原理图。图4为圆环面钢球结构原理图。工作原理钢球圆周阵列式无级变速器的工作原理(见图2):两个转动方向相反的圆盘在油缸的作用下紧紧将钢球夹紧，钢球与圆盘为点接触或线接触，通过圆盘与钢球之间的摩擦力使钢球转动来传递动力，钢球在圆盘施加的扭力作用后转动并驱动花键轴转动，发动机的动力经由圆盘一钢球一花键轴一齿轮Z2—大齿轮将动力输出。成圆周阵列的钢球处于相同半径的圆周上，钢球与圆盘的接触点的数量是钢球数量的两倍，接触点的增加可以有效提高变速器的载荷。电机通过一组蜗轮蜗杆机构来驱动丝杠，丝杠正转及反转来拖动滑块向内及向外滑动，由滑块通过拉杆来拖动钢球座向内及向外滑动，来改变钢球与轴心的半径距离，离圆心越近钢球的转速越低，离轴心越远，钢球的转速越高，通过半径的改变来实现变速器的调速，由于半径的变化是连续的，所以变速器的变速比也是连续可调的，从而实现变速器的无级变速。
权利要求
1.一种钢球圆周阵列式无级变速器，其特征是变速器的主体由壳体(I)、支架(4)、钢球座(9)、油缸(12)、圆盘一(13)、主轴(15)、钢球(14)、花键轴(11)、圆盘二(16)、齿轮Z2(17)、大齿轮(18)、齿轮Z4(20)、齿轮轴(21)和齿轮Z6(23)组成，圆盘一 (13)和圆盘二(16)装配在主轴(15)上，圆盘一(13)与主轴(15)花键链接且可以沿轴向滑动，圆盘二(16)与主轴(15)轴承连接，有推力轴承支撑不能横向滑动，齿轮Z4 (20)装配在圆盘二(16)上花键连接，齿轮Z6 (23)装配在主轴(15)上花键连接，齿轮Z4 (20)与齿轮Z6(23)的齿数相同，齿轮轴(21)与齿轮Z4(20)和齿轮Z6(23)啮合使圆盘一 (13)和圆盘二 (16)的转动方向相反转速相同，钢球(14)装配在钢球座(9)内，钢球座(9)装配在支架(4)的导向槽上可以沿导向槽滑动，钢球(14)与花键轴(11)花键连接，钢球(14)可以沿花键轴(11)滑动，花键轴(11)装配在支架(4)的导向槽之间，内端装配在支架(4)上轴承连接，外端装配在壳体(I)上轴承连接，花键轴(11)在支架(4)上等角度均匀分布，支架(4)上的导向槽成等角度均匀分布，钢球(14)以主轴(15)为中心等角度等半径均匀分布，支架(4)装配在圆盘一(13)及圆盘二(16)之间，油缸(12)装配在圆盘一(13)上与主轴(15)同心，通过主轴(15)中心孔给油缸(12)供油，受油缸(12)压力作用圆盘一(13)和圆盘二(16)紧紧压住钢球(14)，钢球(14)带动花键轴(11)转动，齿轮Z2(17)装配在花键轴(11)上花键连接，大齿轮(18)装配在圆盘二(16)上轴承连接，齿轮Z2 (17)与大齿轮(18)啮合动力从大齿轮(18)输出。
2.如权利要求1所述的钢球圆周阵列式无级变速器，其特征是变速器动力输出机构由齿轮 Z3 (19)、齿轮 Z4 (20)、三轴(21)、齿轮 Z5 (22)、齿轮 Z6 (23)、齿轮 Z7 (24)、齿轮 Z8 (25)、二轴(26)、齿轮Z9 (27)、齿轮ZlO (28)、结合套(29)、差速器(30)、齿轮Zll (31)和齿轮Z12(32)组成，齿轮Z3 (19)与大齿轮(18)同心固定连接，齿轮Z7 (24)与主轴花键链接，齿轮Z5(22)与齿轮Z4(20)固定链接，齿轮Z5(22)与齿轮Z10(28)啮合，齿轮Z8 (25)、齿轮Z9 (27)、齿轮ZlO (28)装配在二轴(26)上，齿轮Z8 (25)、齿轮ZlO (28)与二轴(26)轴承连接，齿轮Z9(27)与二轴(26)花键连接，结合套(29)装配在齿轮Z8 (25)和齿轮ZlO (28)之间与二轴(26)花键连接，拨叉波动结合套(29)可以与齿轮Z8 (25)或齿轮ZlO (28)结合，齿轮Z9(27)与齿轮Zll (31)啮合，齿轮Z3 (19)与齿轮Z12(32)啮合，齿轮Zll (31)和齿轮Z12(32)装配在差速器(30)上花键连接。
3.如权利要求1所述的钢球圆周阵列式无级变速器，其特征是变速器调速机构由蜗杆⑵、电机⑶、支架(4)、调速齿轮Zl (5)、丝杠(6)、滑块(7)、拉杆⑶和蜗轮(10)组成，蜗杆(2)与蜗轮(10)啮合，蜗轮(10)侧面有锥齿与调速齿轮Zl啮合，电机(3)带动蜗杆(2)蜗轮(10)转动，蜗轮(10)带动齿轮Zl转动，齿轮Zl与丝杠(6)花键连接，丝杠(6)内端装配在支架的滑动槽底面的圆孔内与支架(4)转动连接，丝杠(6)外端装配在壳体(I)上的圆孔内转动连接，滑块⑵装配在滑动槽内并与丝杠(6)螺纹连接，丝杠(6)的转动带动滑块(7)沿滑动槽滑动，滑块(7)和钢球座(9)通过拉杆(8)连接，丝杠(6)通过拉杆(8)带动滑块(7)滑动来控制钢球座(9)与轴心的半径距离，进而控制钢球(14)与轴心的半径距离，通过改变钢球(14)和轴心的半径来调速，支架(4)上的滑动槽等角度均匀分布，支架(4)的外端与壳体(I)固定连接，拉杆(8)与滑块(7)及钢球座(9)通过销链接。
4.如权利要求1所述的钢球圆周阵列式无级变速器，其特征是变速器档位控制，通过一个结合套(29)的左、中、右的三个档位实现R档、一档和二档切换。
5.如权利要求1所述的钢球圆周阵列式无级变速器，其特征是钢球上下两个端面为阶梯面与钢球座轴承连接，中间为花键孔，钢球侧弧面有两种结构，一种为圆弧面结构，另外一种为圆环面结构。
6.如权利要求1所述的钢球圆周阵列式无级变速器，其特征是圆盘结构，圆盘一与圆盘二外缘部分在与钢球接触面一侧有坡角。
全文摘要
本发明为一种钢球圆周阵列式无级变速器，其特征是钢球成圆周排列在两个圆盘之间，两个圆盘转动方向相反转速相同，通过油缸给圆盘施加压力，使钢球在圆盘之间围绕各自的花键轴转动，圆盘的转动动力经由钢球通过花键轴传输出来，钢球受丝杠及拉杆的牵引在圆盘内径向移动，越远离圆心转动速度越快，从而实现无级变速的目的，钢球与两个圆盘的内壁点接触或线接触，接触点的数量是钢球数量的两倍，可以增加变速器的载荷，同CVT变速器的钢带相比较，钢球质量稳定可靠，不像刚带CVT的刚带那样容易损坏，因而变速器的质量稳定性会更高，维护成本更低，此变速器结构简单成本低，成本与普通手动变速器的成本相当。
文档编号F16H59/06GK102996744SQ20111026862
公开日2013年3月27日 申请日期2011年9月8日 优先权日2011年9月8日
发明者梁天宇 申请人:梁天宇