专利名称：一种变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在设定的转速和扭矩范围内使用，在使用中能连续和任意的，改变其动力输入轴与动力输出轴之间的扭矩比和转速比，其扭矩比随转速比改变而改变的变速器。
背景技术：
目前公知这种功能的变速器，是通过改变驱动轮和从动轮与传动带的接触半径进行变速，或通过改变驱动轮与从动轮的接触半径进行变速。其驱动轮和从动轮之间的动力传递，是完全以驱动轮与从动轮或驱动轮和从动轮与传动带间的摩擦来实现动力传递，所述的驱动轮是指连接在动力输入轴上的动力输入轮，所述的从动轮是指连接在动力输出轴上的动力输出轮。目前成熟可靠的这种变速器有(Continuously Variable Transmission)变速器(以下称为CVT变速器)以及沿用CVT变速器原理改进的其它变速器，CVT变速器的原理是通过改变驱动轮和从动轮与传动带的接触半径进行变速，通过驱动轮和从动轮与传动带间的摩擦来实现动力传递。虽然沿用CVT变速器原理改进的其它变速器比CVT变速器有所进步，但是其依靠驱动轮和从动轮与传动带间的摩擦，来传递动力的动力传递方式依然没有改变。CVT变速器或以其原理改进的其它变速器，要其具有大扭矩和大功率的传动能力(所述的大扭矩和大功率的传动能力，是以现有其他类型的变速器作以比较的，如现有的MT变数器)，至今仍然无法实现，扭矩和功率，以下统称称为传动功率。用摩擦传递动力的动力传递方式的变速器，其参与摩擦的部件容易出现打滑以及因打滑而容易损坏。从以上所述可见，现有这种变速器是采用摩擦来传递动力，摩擦部件有容易损坏和传动功率小的不足。
发明内容
为了克服现有这种变速器采用驱动轮和从动轮和传动带这三个部件之间的摩擦来传递动力的不足。本发明提供一种变速器，该变速器能在使用中连续和任意的，改变其动力输入轴与动力输出轴之间的扭矩比和转速比，其扭矩比随转速比改变而改变，并且没有采用靠摩擦来传递动力的部件，该变速器使用寿命长并且传动功率大。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:在外壳中，两个叶轮分别安装在各自的叶轮轴上，叶轮轴经轴承安装在外壳上，叶轮或叶轮的叶片与叶片控制器连接，两个叶轮浸没在流体中。以叶轮连接叶轮轴接收外部的动力输入(其叶轮以下称为输入叶轮，其叶轮轴以下称为输入轴)。以叶轮连接叶轮轴输出动力，(其叶轮以下称为输出叶轮，其叶轮轴以下称为输出轴)。采用流体(其流体一下称为动力传输体)传递输入叶轮和输出叶轮之间的动力。以下只称叶轮的即包括输入叶轮和输出叶轮，只称叶轮轴的包括输入轴与输出轴。所述的叶轮包括轴流叶轮、离心叶轮和向心叶轮，其主要由叶片、轮盘组成，以下叶轮的叶片称为叶片，叶轮的轮盘称为轮盘。叶轮的叶片设置为能在其轮盘上活动，但其叶片只能在设定的范围内活动。 叶片与叶片控制器连接，给叶片控制器指令动作，其叶片控制器就能控制与其连接的叶轮或其叶片的活动。该变速器以能任意改变叶片工作面的面积或叶片角度，来实现该变速器的输入叶轮与输出叶轮之间的转速比和扭矩比，可以连续和任意可变的功能，所述的叶片角度是其叶片夹角的角度。以叶片在轮盘上的可活动，支持其叶片工作面面积或叶片角度的可变，以叶片所连接的叶片控制器支持其叶片的活动与定位，以叶片控制器接收变速指令动作及其指令动作的动力。所述的叶片能在其轮盘上活动，可以理解成叶轮上的叶片为可以活动的或叶轮中有可以活动的叶片。叶片控制器包括齿轮条座、齿轮条、主齿轮、叶片齿轮、螺旋槽套筒、掩埋轮盘、液压器、液压油路管、轴承，叶片控制器可以根据其变速器的实施方式，挑选齿轮条座、齿轮条、主齿轮、叶片齿轮、螺旋槽套筒、掩埋轮盘、液压器、液压油路管、轴承中的几个组合而成。该变速器传递动力的过程，输入轴接收了外部的动力而转动，安装在此输入轴上的输入叶轮也随着转动，输入叶轮的转动将推动动力传输体向输出叶轮，移动的动力传输体将迫使输出叶轮转动，通过输出叶轮后的动力传输体，经循环通道回流到输入叶轮端，重复循环。本发明所述的叶片工作面是指:叶轮能将其旋转的动力传递给动力传输体，并能使动力传输体移动的叶片的作用面，或能将流体的运动转化成该叶轮旋转运动的叶片作用面，该叶片作用面以下称为叶面。所述的叶片夹角可以为两种形式，其一是以轴向线或轴向半径线参与形成的叶片夹角，其二是以动力传输体移动的轨迹参与形成的叶片夹角。在轴流叶轮中，以·一个叶片叶面上，与其叶轮轴垂直距离相等的两个点(其两个点以下统称为叶面基点)，两个点之间有0.1毫米以上的距离，两个点之间的连线以下称为叶片基线。能与叶片基线相交的轴向线，以下称为轴平行线，所述的轴向线是其叶轮轴的轴向线，其轴向线与叶轮轴平行。叶片基线与轴平行线相交后形成的夹角，其夹角就是所述的，以轴向线或轴向半径线参与形成的叶片夹角。在离心叶轮或向心叶轮中，以其叶轮轴为中心轴线，其中心轴线的横截面，其横截面相较于该叶轮叶片，在其横截面中一个叶片叶面上，与其叶轮轴垂直距离不相等的两个点(其两个点以下统称为叶面基点)，两个点之间有0.1毫米以上的距离，两个点之间的连线以下称为叶片基线。叶片基线与其叶轮轴径向直线相交后形成的夹角，其夹角就是所述的，以轴向线或轴向半径线参与形成的叶片夹角，所述的叶轮轴径向直线的长度根据需要延长，直至可以与所述的叶片基线相交并产生夹角。在该变速器工作中，由在输入叶轮与输出叶轮之间移动的动力传输体，其移动的轨迹以下称为动力轨迹，形成其动力轨迹可以理解成为，以一个单位立方空间内的动力传输体或以动力传输体某个分子的移动所形成，下面以动力传输体分子及其分子以点移动的形式作图及说明。在叶轮中，叶片基线与动力轨迹相交后形成的夹角，当其动力轨迹不为直线时，则取与叶片基线等长的直线，其直线以下称为轨迹直线，叶片基线和动力轨迹相交的一端与轨迹直线的一端相交，轨迹直线的另一端与其动力轨迹相交，叶片基线与轨迹直线产生了夹角，叶片基线与动力轨迹相交后形成的夹角，或叶片基线与轨迹直线产生的夹角就是所述的，以动力传输体移动的轨迹参与形成的叶片夹角。变速的原理，在静止流体中放置一个叶轮，其叶轮转动后会推动流体移动，当其叶轮转速不变，如改变其叶轮叶片夹角的角度，被其推动的流体移动速度将随之改变，以移动的流体推动叶轮做旋转运动时，当流体的移动速度不变，改变叶轮叶片夹角的角度，其叶轮的转速就会随着叶片夹角的角度改变而改变。以小截面通道的流体向大截面的通道移动，进入大截面通道内的流体，其移动速度变慢而压强不变。解决该变速器在使用中能改变其叶面的面积，在叶轮上设置有2个轮盘，一个是固定叶片的轮盘，一个是掩埋叶片的轮盘，固定叶片的轮盘以下称为固定轮盘，掩埋叶片的轮盘就是所述的掩埋轮盘，只称轮盘的包括固定轮盘和掩埋轮盘，掩埋轮盘中有容纳叶片的凹槽。由叶片控制器来推动和控制固定轮盘或掩埋轮盘，使叶片埋藏到掩埋轮盘中或露出掩埋轮盘。叶片埋藏到掩埋轮盘中越多露出越少，则其叶面的工作面积就越少，叶片埋藏到掩埋轮盘中越少露出越多，则其叶面的工作面积就越大。推动固定轮盘或掩埋轮盘都是所述的叶片在轮盘上的可活动。解决该变速器在使用中能改变其叶片夹角，容易实现的方法是，把叶轮的叶片设置为在轮盘上可以活动，叶片的活动与位子受叶片控制器控制，叶轮的叶片只能在设定的范围内活动。该变速器的主要构造是，外壳中设置有叶片为可活动的叶轮、输入轴、输出轴、动力传输体、叶片控制器，输入轴和输出轴上安装有叶轮，安装在输入轴上的叶轮为输入叶轮，安装在输出轴上的叶轮为输出叶轮。该变速器通过叶片控制器来调节和改变以及控制，其叶轮的叶片夹角或叶面的面积，以及实现该变速器的变速和变扭矩的功能。该变速器以滑动件，将不随轴运动的变速信号动力，传递给随轴及叶轮运动中的叶片控制器，硬连接的滑动件如:轴承，轴与轴瓦的组合。在实际应用中，在壳体中有输入轴，输出轴，叶轮，叶片控制器，变速杆，动力传输体，轴承，密封件。输入轴和输出轴经轴承安装在壳体上，输入轴和输出轴上安装有叶轮，叶轮的叶片或轮盘与叶片控制器连接，壳体内放置动力传输体。当输入轴连接动力系统而转动时，输入轴将带动输入叶轮转动，转动的输入叶轮将其动力转换为动力传输体的移动能，输出叶轮将其动力传输体的移动能转化为转动能，使其输出叶轮转动，输出叶轮带动输出轴转动。当需要改变转速比和扭矩比时，只需往变速杆施加动力(没有设置变速杆的实施例中，其变速是通过给液压油路压入液压油的方法)，变速杆将动力传递给叶片控制器，叶片控制器按照输入的变速指令及变速动力，以相应幅度改变叶片夹角角度或叶面面积。由于输入叶轮上的叶片或输出叶轮上的叶片，其叶片夹角角度或叶面面积发生变化，使两者之间的转速及扭矩或方向跟着发生了相应的变化。从以上所述该变速器达到了在设定的转速和扭矩范围内，能连续和任意改变动力输入轴与动力输出轴之间的扭矩比和转速比的功能，并且没有采用靠摩擦来传递动力的易损部件，其采用液压式的传动方式，能实现较大功率的传输能力，本发明达到了预期的目的。本发明的有益效果是，该变速器使用了非摩擦式的流体动力传递动力方式，该变速器使用寿命长并且可以实现较大的传动功率。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的第I个实施例的内部构造图
图2是本发明的第2个实施例的内部构造图
图3是本发明的第3个实施例的内部构造4是第I个实施例在工作时内部动力循环的方向5是第2个实施例在工作时内部动力循环的方向6是第3个实施例在工作时内部动力循环的方向7是图1的A-A剖视8是图2的B-B剖视9是图3的C-C剖视10是叶片的平视11是图10的鸟视12是图1中的叶片与 齿轮条连接关系的平视13是图12的鸟视14是输入叶轮与输出叶轮中叶片可转动的范围和方向示意15是螺旋槽套筒的视16是螺旋槽套筒的D-D剖视17是图3的E-E剖视18是主齿轮的视19是第2实施例的变速原理20是离心叶轮或向心叶轮中的叶片夹角说明21是离心叶轮或向心叶轮中的叶面基点和叶片基线说明22是轴流叶轮中叶片夹角和叶面基点、叶片基线说明23是轴流叶轮中叶片夹角和叶面基点、叶片基线说明中1.外壳，2.输入轴，3.输出轴，4.叶轮，5.输入叶轮，6.输出叶轮，7.液压器，8.反向液压油路管，9.正向液压油路管，10.轴承，11.密封件，12.液压器顶杆，13.叶片，14.动力传输体，15.叶片齿轮，16.主齿轮，17.螺旋槽套筒，18.掩埋轮盘，19.变速杆，20.齿轮条，21.齿轮条座，22.动力传输体加注口，23.动力传输体加注口盖，24.叶轮卡销，25.轴承卡环，26.叶轮的内圈空间，27.叶片的柄部分，28.叶片的叶部分，29.工作时动力传输体的运动方向指示箭头，30.叶片的转动范围示意箭头，31.掩埋轮盘凹槽，32.螺旋槽，33.轴向槽，34.螺旋套筒内孔，35.叶轮轴，36.叶面基点，37.叶片基线，38.轴平行线，39.叶轮轴径向直线，40.叶片夹角，41.轨迹直线，42.动力轨迹。
具体实施例方式在图1所示实施例中，外壳(I)中有，输入轴(2)连接输入叶轮(5)并用叶轮卡销(24)锁死，输出轴(3)连接输出叶轮(6)并用叶轮卡销(24)锁死，叶轮(4)中的叶片(13)可以左右转动，叶片(13)中安装叶片齿轮(15)，叶片齿轮(15)被锁死在叶片的柄部分(27)中，输入轴(2)和输出轴(3)安装有齿轮条座(21)，齿轮条座(21)与齿轮条(20)连接，齿轮条(20)与叶片齿轮(15)连接，齿轮条座(21)经轴承(10)与液压器顶杆(12)连接，齿轮条座(21)上装有轴承(10)和轴承卡环(25)，液压器顶杆(12)与液压器(7)连接，液压器(7)安装在外壳⑴上，液压器(7)的反向液压油路管⑶和正向液压油路管(9)连接出外壳(1)，输入轴(2)和输出轴(3)经轴承(10)和密封件(11)安装在外壳(I)上，外壳⑴内注有动力传输体(14)。图中叶轮⑷的叶片(13)只有4个是为了便于作图，实际中可以根据效率的需要，增加叶片(13)和叶片齿轮(15)的数量。实施例中，通过向反向液压油路管(8)或正向液压油路管(9)压入液压油，将变速的指令和变速动力传递给液压器(7)，液压器(7)受到液压油的压力后，其液压器顶杆(12)就会轴向的向前伸或向后缩和定位(所诉的轴向的轴是叶轮轴)，液压器顶杆(12)的不随轴转动力，经装在其上面的轴承(10)传递给随轴和叶轮转动的齿轮条座(21)，齿轮条座(21)将信号和动力传递给与其连接的齿轮条(20)，齿轮条(20)将信号和动力传递给与其连接的叶片齿轮(15)，叶片齿轮(15)将齿轮条(21)的直线信号和动力转换成转动的信号和动力传递给叶片(13)，叶片
(13)的叶片夹角角度受所述的变速指令控制。实施例中，输入轴(2)带动输入叶轮(5)，输入叶轮⑶通过其叶片(13)推动动力传输体(14)流向输出叶轮(6)，输出叶轮(6)带动输出轴⑶转动，流向输出叶轮(6)端的动力传输体(14)通过叶轮的内圈空间(26)流回输入叶轮(5)端而形成循环，通过改变输入叶轮(5)中叶片(13)的叶片夹角角度，可以控制动力传输体(14)的流速和推动动力传输体(14)的叶片(13)所需的扭矩，动力传输体(14)的流速可以控制输出叶轮出)的转速及扭矩。当输入叶轮(5)的转速和其叶片夹角角度不变时，通过改变输出叶轮(6)中叶片(13)的叶片夹角角度，可以改变输出叶轮(6)的扭矩和转速。在图2所示实施例中，外壳(I)中有，输入轴(2)连接输入叶轮(5)并锁死，输出轴⑶连接输出叶轮(6)并锁死，输入轴⑵和输出轴(3)经轴承(10)及密封件(11)安装在外壳(I)上，输入轴(2)和输出轴(3)在外壳(I)中被定位，只能在预留的间隙内做轴向运动，其间隙小于I毫米，输入轴⑵连接有掩埋轮盘(18)，掩埋轮盘(18)与输入轴(2)经轴向槽(33)相互咬合，掩埋轮盘(18)经轴承(10)与变速杆(19)连接，变速杆(19)伸出外壳(I)，掩埋轮盘(18)的掩埋轮盘凹槽(31)与输入叶轮(5)的叶片(13)是对齐的，外壳
(I)内注有动力传输体(14)。掩埋轮盘(18)经轴向槽(33)与输入轴(2)相互咬合，使其掩埋轮盘(18)在输入轴(2)上可以做轴向运动而不能做径向运动(所述不包括预留的间隙内运动)。由于输入叶轮(5)和掩埋轮盘(18)在输入轴(2)上都不能做径向运动，从而使输入轴(2)在转动中，掩埋轮盘(18)的轴向滑动，都能准确将输入叶轮(5)的叶片(13)埋入或伸出其掩埋轮盘凹槽(31)，而实现其叶轮的叶面面积大小受掩埋轮盘(18)控制，变速杆(19)经轴承(10)的作用，可以将轴向运动的动力传递给随轴转动中的掩埋轮盘(18)，控制变速杆(19)的轴向运动量(所诉的轴向的轴是叶轮轴)，就能实现其变速器叶轮的叶面面积大小的改变和控制，叶面面积大小的改变和控制，就实现了其变速器的输入叶轮(5)和输出叶轮(6)之间，扭矩比和转速比可变可控的功能。其变速的原理，当输入叶轮(5)的叶片(13)埋入掩埋轮盘(18)多，其工作面就变小，工作面的变小，带的动动力传输体(14)运动就少，当少量的动力传输体(14)离开输入叶轮(5)的叶片(13)后，其动力传输体(14)就扩散而减速，扩散并减速的动力传输体(14)，冲击大工作面的输出叶轮(6)的叶片(13)，其输出叶轮(6)的转速就小于输入叶轮(5)，但是其动力传输体(14)的压强并不发生改变，所以大工作面叶片的输出叶轮(6)的扭矩就会大于输入叶轮(5)。该实施例中的叶轮为离心叶轮，该变速器在工作时，经输入叶轮(5)的转动，使动力传输体(14)产生离心力后流向输出叶轮(6)，并使 输出叶轮(6)转动。图中叶轮(4)的叶片(13)只有4个是为了便于作图，实际中可以根据效率的需要，增加叶片(13)和叶片齿轮(15)的数量。
在图3所示实施例中，在图1所示实施例中，外壳(I)中有，输入轴(2)连接输入叶轮(5)并锁死，输出轴(3)连接输出叶轮(6)并锁死，输出叶轮(6)上安装有叶片(13)，叶片(13)中安装叶片齿轮(15)，叶片齿轮(15)被锁死在叶片的柄部分(27)中，输出轴(3)安装有主齿轮(16)，主齿轮(16)与螺旋槽套筒(17)连接，螺旋槽套筒(17)经轴承(10)与变速杆(19)连接，变速杆(19)延伸出外壳(1)，输入轴(2)和输出轴(3)经轴承(10)及密封件(11)安装在外壳(I)上，夕卜壳(I)内注有动力传输体(14)。输入轴(2)和输出轴(3)在外壳⑴中被定位，只能在预留的间隙内做轴向运动，其间隙小于I毫米，叶片(13)在输出叶轮(6)上可以转动，主齿轮(16)在输出轴(3)上可以做径向运动但运动受螺旋槽套筒
(17)的控制，主齿轮(16)在输出轴(3)上不能做轴向运动，螺旋槽套筒(17)与输出轴(3)有轴向槽(33)咬合，螺旋槽套筒(17)在输出轴(3)上可以做轴向运动但不能做径向运动，主齿轮(16)与螺旋槽套筒(17)有螺旋槽(32)相互咬合。螺旋槽套筒(17)在随叶轮轴转动时，与其连接的变速杆(19)不随螺旋槽套筒(17)转动。变速杆(19)的轴向运动经轴承
(10)的作用，使螺旋槽套筒(17)跟着变速杆(19)做轴向运动。螺旋槽套筒(17)在叶轮轴上的轴向运动，通过其螺旋槽(32)的作用，迫使与其连接和咬合的主齿轮(16)，在叶轮轴上做径向运动。主齿轮(16)的径向运动将使叶片齿轮(15)跟着转动，叶片齿轮(15)的转动将使与其连接的叶片跟着转动。本实施例中所诉的轴向运动或径向运动，其轴是指叶轮轴。当其变速器在运行中需要改变动力输入轴与动力输出轴之间的扭矩比和转速比时，只需推动变速杆(19)做轴向运动，螺旋槽套筒(17)跟着做轴向运动，螺旋槽套筒(17)的轴向运动迫使主齿轮(16)做径向运动，主齿轮(16)的径向运动将带动与其连接的所有叶片齿轮(15)的转动，叶片齿轮(15)的转动使与其连接的叶片(13)转动，叶片(13)的转动使其叶片角度发生变化，叶片角度的变化，使其变速器实现动力输入轴与动力输出轴之间的扭矩比和转速比的变化。该实施例中的叶轮为离心叶轮，该变速器在工作时，经输入叶轮
(5)的转动，使动力传输体(·14)产生离心力后流向输出叶轮(6)，并使输出叶轮(6)转动。图中叶轮(4)的叶片(13)只有4个是为了便于作图，实际中可以根据效率的需要，增加叶片(13)和叶片齿轮(15)的数量，该实施例中的叶轮为离心叶轮。
权利要求
1.一种变速器，在外壳中有动力输入轴和动力输出轴，其特征是:该变速器通过改变叶片工作面的面积或叶片角度，来实现该变速器的输入叶轮与输出叶轮之间，其转速比和扭矩比可以可变的功能，所述的叶片角度是其叶片夹角的角度，以叶片在轮盘上的可活动，支持其叶片工作面面积或叶片角度的可变，以叶片所连接的叶片控制器支持其叶片的活动与定位，以叶片控制器接收变速指令动作及其指令动作的动力，该变速器中有能在其工作中或非工作中被控制叶片角度和改变叶片角度的叶轮，该变速器中的叶轮上有可以活动的叶片，该变速器中的叶轮上有可以控制叶片角度和可以改变角度的叶片，该变速器有可以被改变叶面面积的叶片，该变速器中有叶片控制器，该变速器中有动力传输体，动力输入轴连接有叶轮，动力输出轴连接有叶轮，动力输入轴连接的叶轮和动力输出轴连接的叶轮浸在该无极变速器内的动力传输体中，动力输入轴经与其连接的叶轮将其动力通过动力传输体向动力输出轴传递，动力输出轴通过与其连接的叶轮来接收动力输入轴经动力传输体所传来的动力，输入叶轮和输出叶轮上有可以活动的叶片，输入叶轮和输出叶轮上有可以调节叶片夹角角度、可以改变叶片夹角角度的叶片，叶轮叶片连接有叶片控制器，该变速器以滑动件，将不随轴转的叶片角度控制信号动力，传递给随轴及叶轮转动中的叶片控制器，该变速器输入叶轮与输出叶轮之间的变速和变扭矩，是通过改变叶片工作面的面积或叶片角度来实现。
2.根据权利要求1所述的一种变速器，其特征是:叶片控制器中有齿轮条座、齿轮条、主齿轮、叶片齿轮、螺旋槽套筒、掩埋轮盘、液压器、液压油路管、轴承，叶片控制器可以根据其变速器的实施方式，挑选齿轮条座、齿轮条、主齿轮、叶片齿轮、螺旋槽套筒、掩埋轮盘、液压器、液压油路管、轴承中的几个组合而成。
3.根据权利要求1所述的一种变速器，其特征是:叶片控制器随叶轮和动力输入轴或动力输出轴转动。
4.根据权利要求1所述的一种变速器， 其特征是:叶轮上的叶片有叶片柄。
全文摘要
一种在设定的转速和扭矩范围内，能连续和任意改变动力输入轴与动力输出轴之间的扭矩比和转速比的变速器。输入轴(2)和输出轴(3)经轴承(10)和密封件(11)安装在壳体(1)上，输入轴(2)连接输入叶轮(5)并锁死，输出轴(3)连接输出叶轮(6)并锁死，叶轮(4)中的叶片(13)可以转动，叶片(13)连接有叶片齿轮(15)，叶片齿轮(15)连接齿轮条(20)，齿轮条(20)连接齿轮条座(21)，齿轮条座(21)经轴承(10)与液压器(7)连接，液压器(7)安装在外壳(1)中，外壳(1)中注有动力传输体(14)。
文档编号F16H47/06GK103216601SQ20131003681
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月17日 优先权日2012年1月19日
发明者郑云兵 申请人:郑云兵