本发明属于变速器技术领域，尤其涉及一种基于涡卷弹簧的抗冲击变速器。
背景技术：
目前传统的变速器在运行的过程中需要根据不同的工况来调整适合此工况下的输出转速，传统的变速器一般都是根据变速箱中的齿轮进行变速换挡的，在利用变速箱中的齿轮进行换挡的过程中，主驱动齿轮需要在不同大小的齿轮之间进行啮合换挡，那么在主驱动齿轮与另一个齿轮瞬间啮合的过程中会产生瞬间的冲击力，这对齿轮的齿具有一定的冲击损害，长期以往很容易减少齿轮的使用寿命，甚至出现齿轮之间啮合时打滑的现象，为了避免这种齿轮瞬间啮合时产生的冲击损害，所以就需要设计一种抗冲击的变速器。
本发明设计一种基于涡卷弹簧的抗冲击变速器解决如上问题。
技术实现要素：
为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种基于涡卷弹簧的抗冲击变速器，它是采用以下技术方案来实现的。
一种基于涡卷弹簧的抗冲击变速器，其特征在于：它包括第一壳体、输入轴、连接机构、输出轴、第一环套、单向离合环、第一固定板、环盘、第二固定板、第三固定板、第四固定板、第一轴、第二轴、第三轴、齿轮、齿圈、圆盘、圆柱型腔、机构孔、轴孔、驱动锥齿、第一锥齿、第二锥齿、第三锥齿、第四锥齿、第五锥齿、第六锥齿，其中第一壳体内具有圆柱型腔；第一壳体一侧面上开有机构孔，另一侧面上开有轴孔；输入轴的一端安装有驱动锥齿；输入轴的外圆面安装有连接机构且连接机构位于机构孔中；第一环套安装在输入轴的外圆面上且位于连接机构与驱动锥齿之间；第一环套与连接机构相连接；环盘安装在第一环套一端且位于第一环套与驱动锥齿之间；第一环套的外圆面上安装有单向离合环；单向离合环的外圆面上对称地安装有两个第一固定板；第一固定板未连接单向离合环的一端与圆柱型腔的内腔面相连接；环盘靠近驱动锥齿的盘面上对称地安装有两个第二固定板；两个第二固定板未连接环盘的一端安装有第三固定板；第三固定板上对称地安装有两个第四固定板；两个第一锥齿通过轴对称地安装在相应的第二固定板上；两个第一锥齿分别与驱动锥齿相啮合；第三固定板的中间位置处安装有第一轴；第一轴的一端安装有第二锥齿，另一端安装有第三锥齿；第二锥齿位于两个第二固定板之间且分别与两个第一锥齿相啮合；两个第四固定板上均安装有第二轴；第二轴的一端安装有第四锥齿，另一端安装有第五锥齿；第三固定板的两端位置处均安装有一个第三轴；第三轴的一端安装有第六锥齿，另一端安装有齿轮；两个第四锥齿均与第三锥齿相啮合；两个第五锥齿分别与相应的第六锥齿相啮合。
输出轴安装在轴孔中；输出轴的一端安装有圆盘且圆盘位于圆柱型腔中；齿圈安装在圆盘上且位于圆柱型腔中；第二固定板、第三固定板、第四固定板和齿轮均位于齿圈中；齿轮与齿圈相啮合。
上述连接机构满足输入轴与第一环套的相位角越大，输入轴传递给第一环套的扭矩越大。
作为本技术的进一步改进，上述第三固定板的两端到相应的第二固定板之间的间距相等。
作为本技术的进一步改进，第六锥齿的最大直径小于齿轮的直径。
作为本技术的进一步改进，上述涡卷弹簧由60si2mna刚制成。
作为本技术的进一步改进，上述驱动锥齿轴线到齿圈内圆面的距离为齿轮轴线到齿圈内圆面的距离的4倍。
作为本技术的进一步改进，上述输入轴未安装有驱动锥齿的一端与动力装置相连接。
作为本技术的进一步改进，上述输出上述输出轴未连接圆盘的一端与执行机构相连接。
作为本技术的进一步改进，上述连接机构包括第二壳体、第二环套、涡卷弹簧、第三环套、固定环、固定支撑板、环槽，其中第二壳体安装在机构孔中；第二环套安装在输入轴的外圆面上且第二环套的外圆面与第二壳体内壁面相接触；第二环套的一侧面上开有环槽；第三环套嵌套在输入轴的外圆面上；第三环套的一端位于环套中，另一端与第一环套相连接；第三环套的外圆面上安装有固定环；固定环通过两个固定支撑板安装在第二壳体的内壁面上；涡卷弹簧的一端安装在环槽的内槽面上，另一端安装在第三环套的外圆面上。
本发明中第一环套上安装有单向离合环，单向离合环对称地安装有两个第一固定板，那么第一环套被固定且可以在单向离合环中旋转；这里单向离合环的作用是：在驱动方向上，第一环套只能沿着单一方向旋转且旋转方向始终与输入轴的旋转方向相同。
环盘安装在第一环套上，环盘上对称地安装有两个第二固定板，第三固定板安装在第二固定板上，那么第一环套可以经环盘带动第二固定板围绕第一环套的轴线旋转，第二固定板带动第三固定板围绕第一环套的轴线旋转。
驱动锥齿与第一锥齿啮合，第一锥齿与第二锥齿啮合，第三锥齿与第二锥齿均安装在第一轴上，那么驱动锥齿可以经第一锥齿、第二锥齿和第一轴带动第三锥齿旋转，第三锥齿的旋转方向与驱动锥齿的旋转方向相反；第三锥齿与第四锥齿啮合，第四锥齿与第五锥齿均安装在第二轴上，第五锥齿与第六锥齿相啮合，第六锥齿与齿轮均安装在第三轴上，那么第三锥齿可以经第四锥齿、第二轴、第五锥齿、第六锥齿和第三轴带动齿轮旋转，第三锥齿的旋转方向与齿轮的旋转方向相反；最终驱动锥齿经各个锥齿和轴传递到齿轮时，驱动锥齿的旋转方向与齿轮的旋转方向相同。
齿轮与齿圈啮合，那么齿轮可以经齿圈和圆盘带动输出轴旋转。
上述驱动锥齿轴线到齿圈内圆面的距离为齿轮轴线到齿圈内圆面的距离的4倍，这样的设计有利于传递较大的传动比。
上述连接机构中，第二壳体安装在机构孔中，那么第二壳体被固定；第二环套安装在输入轴上，那么输入轴可以带动第二环套旋转；第三环套安装在输入轴的外圆面上且第三环套外圆面上嵌套有固定环，那么第三环套被固定环固定且可以在固定环中旋转；第三环套与第一环套相连接，那么第三环套可以带动第一环套旋转。
本发明中涡卷弹簧的作用是：一方面，在输入轴刚开始提供动力的时候，第二环套和第三环套之间存在大的相位角，涡卷弹簧被旋转压缩储能；另一方面，当涡卷弹簧克服了第三环套的阻力后，第二环套可以经涡卷弹簧带动第三环套旋转，进而带动第一环套旋转。
当输入轴未旋转工作时，涡卷弹簧处于未被压缩储能的状态。
当输入轴旋转工作时，起始阶段，输入轴带动驱动锥齿旋转，驱动齿轮经第一锥齿、第二锥齿、第三锥齿、第四锥齿、第五锥齿和第六锥齿带动齿轮旋旋转，当齿轮旋转过程中，根据力的相互作用，齿圈会给齿轮一个反向扭矩t1，反向扭矩t1经第三轴传递给第三固定板，那么第三固定板会有一个与输入轴旋转方向相反的运动趋势；同时输入轴通过第二环套带动涡卷弹簧旋转压缩储能，在涡卷弹簧旋转压缩储能之初，涡卷弹簧恢复扭矩较小且小于第三固定板的反扭矩，同时在单向离合环的作用下，第三固定板将无法沿与输入轴旋转方向相反的旋转，所以第三固定板相对固定；此时齿轮旋转状态仅为自转；自转的齿轮再经齿圈和圆盘带动输出轴旋转。在起始阶段中，由于驱动锥齿轴线到齿圈内圆面的距离为齿轮轴线到齿圈内圆面的距离的4倍，那么齿轮会传递较大的扭矩，这样有利于变速器的输出轴的起始启动旋转。
在输出轴均匀旋转且负载不变的情况下，反向扭矩t1始终不变。
当变速器过渡完需要较大扭矩的启动阶段后就需要获得较大输出转速的阶段，在过渡的阶段，输入轴的继续旋转会带动第二环套继续旋转；第二环套的继续旋转会带动涡卷弹簧持续压缩储能；由于第三固定板始终存在一个反向扭矩，随着涡卷弹簧持续旋转压缩，涡卷弹簧拨动扭矩t2也随着增大；当涡卷弹簧拨动扭矩t2大于第三固定板的反向扭矩t1时，第三固定板经涡卷弹簧被输入轴带动旋转，此时齿轮产生公转运动，公转运动使齿圈转的更快；在输入轴转速不变的情况下齿圈实现了减扭增速。公转运动的产生是随着涡卷弹簧的持续压缩触发的，所以公转运动的产生对输入轴的转速脉动的影响很小，减少换挡对动力系统的冲击，延长了整套传动系统的寿命。t2和反向扭矩t1的合扭矩为t3，齿圈的公转由t3决定。
本发明中设计的驱动锥齿、两个第一锥齿和第二锥齿组成的差动齿轮传动能够保证齿轮的公转运动不影响齿轮的自转运动。
当输入轴的驱动和输出轴的负载消失后，在涡卷弹簧的复位。
相对于传统的变速器技术，本发明中使用连接机构中的涡卷弹簧来实现变速驱动的有益效果是：使用简单结构实现变速效果，同时由于涡卷弹簧提供的拨动力是连续的，不会在变档变速的瞬间产生物理冲击破坏，这样就大大延长了变速器的使用寿命；本发明利用驱动锥齿与其他锥齿的啮合使齿轮自转，实现了较大扭矩的传递，另外在连接结构的变档提速的效果下使齿轮围绕齿圈公转，在齿轮自转和公转的双重效果下实现了较大转速的传递；本发明结构简单，具有较好的使用效果。
附图说明
图1是整体部件分布示意图。
图2是整体部件透视示意图。
图3是整体部件剖面正视示意图。
图4是第一壳体剖面示意图。
图5是示齿圈安装示意图。
图6是单向离合环安装示意图。
图7是齿轮安装示意图。
图8是连接机构示意图。
图9是连接机构透视示意图。
图10是连接机构剖面示意图。
图11是第二环套安装示意图。
图12是涡卷弹簧安装示意图。
图13是固定环安装示意图。
图14是驱动锥齿与齿轮旋转方向关系原理示意图。
图15是t1、t2和t3的扭矩变化示意图。
图中标号名称：1、第一壳体；2、输入轴；3、连接机构；4、输出轴；5、第一环套；6、单向离合环；7、第一固定板；8、环盘；9、第二固定板；10、第三固定板；12、第四固定板；13、第一轴；14、第二轴；15、第三轴；16、齿轮；17、齿圈；18、圆盘；19、圆柱型腔；20、机构孔；21、轴孔；22、驱动锥齿；23、第一锥齿；24、第二锥齿；25、第三锥齿；26、第四锥齿；27、第五锥齿；28、第六锥齿；30、第二壳体；31、第二环套；32、涡卷弹簧；33、第三环套；34、固定环；35、固定支撑板；36、环槽。
具体实施方式
如图1、2所示，它包括第一壳体1、输入轴2、连接机构3、输出轴4、第一环套5、单向离合环6、第一固定板7、环盘8、第二固定板9、第三固定板10、第四固定板12、第一轴13、第二轴14、第三轴15、齿轮16、齿圈17、圆盘18、圆柱型腔19、机构孔20、轴孔21、驱动锥齿22、第一锥齿23、第二锥齿24、第三锥齿25、第四锥齿26、第五锥齿27、第六锥齿28，如图4所示，其中第一壳体1内具有圆柱型腔19；第一壳体1一侧面上开有机构孔20，另一侧面上开有轴孔21；如图3、6所示，输入轴2的一端安装有驱动锥齿22；如图3、5所示，输入轴2的外圆面安装有连接机构3且连接机构3位于机构孔20中；如图3、6所示，第一环套5安装在输入轴2的外圆面上且位于连接机构3与驱动锥齿22之间；第一环套5与连接机构3相连接；环盘8安装在第一环套5一端且位于第一环套5与驱动锥齿22之间；第一环套5的外圆面上安装有单向离合环6；单向离合环6的外圆面上对称地安装有两个第一固定板7；第一固定板7未连接单向离合环6的一端与圆柱型腔19的内腔面相连接；环盘8靠近驱动锥齿22的盘面上对称地安装有两个第二固定板9；两个第二固定板9未连接环盘8的一端安装有第三固定板10；第三固定板10上对称地安装有两个第四固定板12；如图3、7所示，两个第一锥齿23通过轴对称地安装在相应的第二固定板9上；两个第一锥齿23分别与驱动锥齿22相啮合；第三固定板10的中间位置处安装有第一轴13；第一轴13的一端安装有第二锥齿24，另一端安装有第三锥齿25；第二锥齿24位于两个第二固定板9之间且分别与两个第一锥齿23相啮合；两个第四固定板12上均安装有第二轴14；第二轴14的一端安装有第四锥齿26，另一端安装有第五锥齿27；第三固定板10的两端位置处均安装有一个第三轴15；第三轴15的一端安装有第六锥齿28，另一端安装有齿轮16；两个第四锥齿26均与第三锥齿25相啮合；两个第五锥齿27分别与相应的第六锥齿28相啮合。
如图3、5所示，输出轴4安装在轴孔21中；输出轴4的一端安装有圆盘18且圆盘18位于圆柱型腔19中；齿圈17安装在圆盘18上且位于圆柱型腔19中；第二固定板9、第三固定板10、第四固定板12和齿轮16均位于齿圈17中；齿轮16与齿圈17相啮合。
上述连接机构3满足输入轴2与第一环套5的相位角越大，输入轴2传递给第一环套5的扭矩越大。
如图3所示，，上述第三固定板10的两端到相应的第二固定板9之间的间距相等。
如图3所示，第六锥齿28的最大直径小于齿轮16的直径。
上述涡卷弹簧32由60si2mna刚制成。
如图3所示，上述驱动锥齿22轴线到齿圈17内圆面的距离为齿轮16轴线到齿圈17内圆面的距离的4倍。
上述输入轴2未安装有驱动锥齿22的一端与动力装置相连接。
上述输出上述输出轴4未连接圆盘18的一端与执行机构相连接。
如图8、9所示，上述连接机构3包括第二壳体30、第二环套31、涡卷弹簧32、第三环套33、固定环34、固定支撑板35、环槽36，其中第二壳体30安装在机构孔20中；如图10、11所示，第二环套31安装在输入轴2的外圆面上且第二环套31的外圆面与第二壳体30内壁面相接触；第二环套31的一侧面上开有环槽36；第三环套33嵌套在输入轴2的外圆面上；第三环套33的一端位于环套中，另一端与第一环套5相连接；如图10、13所示，第三环套33的外圆面上安装有固定环34；固定环34通过两个固定支撑板35安装在第二壳体30的内壁面上；如图10、12所示，涡卷弹簧32的一端安装在环槽36的内槽面上，另一端安装在第三环套33的外圆面上。
本发明中第一环套5上安装有单向离合环6，单向离合环6对称地安装有两个第一固定板7，那么第一环套5被固定且可以在单向离合环6中旋转；这里单向离合环6的作用是：在驱动方向上，第一环套5只能沿着单一方向旋转且旋转方向始终与输入轴2的旋转方向相同。
环盘8安装在第一环套5上，环盘8上对称地安装有两个第二固定板9，第三固定板10安装在第二固定板9上，那么第一环套5可以经环盘8带动第二固定板9围绕第一环套5的轴线旋转，第二固定板9带动第三固定板10围绕第一环套5的轴线旋转。
如图14所示，驱动锥齿22与第一锥齿23啮合，第一锥齿23与第二锥齿24啮合，第三锥齿25与第二锥齿24均安装在第一轴13上，那么驱动锥齿22可以经第一锥齿23、第二锥齿24和第一轴13带动第三锥齿25旋转，第三锥齿25的旋转方向与驱动锥齿22的旋转方向相反；第三锥齿25与第四锥齿26啮合，第四锥齿26与第五锥齿27均安装在第二轴14上，第五锥齿27与第六锥齿28相啮合，第六锥齿28与齿轮16均安装在第三轴15上，那么第三锥齿25可以经第四锥齿26、第二轴14、第五锥齿27、第六锥齿28和第三轴15带动齿轮16旋转，第三锥齿25的旋转方向与齿轮16的旋转方向相反；最终驱动锥齿22经各个锥齿和轴传递到齿轮16时，驱动锥齿22的旋转方向与齿轮16的旋转方向相同。
齿轮16与齿圈17啮合，那么齿轮16可以经齿圈17和圆盘18带动输出轴4旋转。
上述驱动锥齿22轴线到齿圈17内圆面的距离为齿轮16轴线到齿圈17内圆面的距离的4倍，这样的设计有利于传递较大的传动比。
上述连接机构3中，第二壳体30安装在机构孔20中，那么第二壳体30被固定；第二环套31安装在输入轴2上，那么输入轴2可以带动第二环套31旋转；第三环套33安装在输入轴2的外圆面上且第三环套33外圆面上嵌套有固定环34，那么第三环套33被固定环34固定且可以在固定环34中旋转；第三环套33与第一环套5相连接，那么第三环套33可以带动第一环套5旋转。
本发明中涡卷弹簧32的作用是：一方面，在输入轴2刚开始提供动力的时候，第二环套31和第三环套33之间存在大的相位角，涡卷弹簧32被旋转压缩储能；另一方面，当涡卷弹簧32克服了第三环套33的阻力后，第二环套31可以经涡卷弹簧32带动第三环套33旋转，进而带动第一环套5旋转。
当输入轴2未旋转工作时，涡卷弹簧32处于未被压缩储能的状态。
当输入轴2旋转工作时，起始阶段，输入轴2带动驱动锥齿22旋转，驱动齿轮16经第一锥齿23、第二锥齿24、第三锥齿25、第四锥齿26、第五锥齿27和第六锥齿28带动齿轮16旋旋转，当齿轮16旋转过程中，根据力的相互作用，齿圈17会给齿轮16一个反向扭矩t1，反向扭矩t1经第三轴15传递给第三固定板10，那么第三固定板10会有一个与输入轴2旋转方向相反的运动趋势；同时输入轴2通过第二环套31带动涡卷弹簧32旋转压缩储能，在涡卷弹簧32旋转压缩储能之初，涡卷弹簧32恢复扭矩较小且小于第三固定板10的反扭矩，同时在单向离合环6的作用下，第三固定板10将无法沿与输入轴2旋转方向相反的旋转，所以第三固定板10相对固定；此时齿轮16旋转状态仅为自转；自转的齿轮16再经齿圈17和圆盘18带动输出轴4旋转。在起始阶段中，由于驱动锥齿22轴线到齿圈17内圆面的距离为齿轮16轴线到齿圈17内圆面的距离的4倍，那么齿轮16会传递较大的扭矩，这样有利于变速器的输出轴4的起始启动旋转。
如图15中（a）所示，在输出轴4均匀旋转且负载不变的情况下，反向扭矩t1始终不变。
当变速器过渡完需要较大扭矩的启动阶段后就需要获得较大输出转速的阶段，在过渡的阶段，输入轴2的继续旋转会带动第二环套31继续旋转；第二环套31的继续旋转会带动涡卷弹簧32持续压缩储能；如图15中（b）所示，由于第三固定板10始终存在一个反向扭矩，随着涡卷弹簧32持续旋转压缩，涡卷弹簧32拨动扭矩t2也随着增大；当涡卷弹簧32拨动扭矩t2大于第三固定板10的反向扭矩t1时，第三固定板10经涡卷弹簧32被输入轴2带动旋转，此时齿轮16产生公转运动，公转运动使齿圈17转的更快；在输入轴2转速不变的情况下齿圈17实现了减扭增速。公转运动的产生是随着涡卷弹簧32的持续压缩触发的，所以公转运动的产生对输入轴2的转速脉动的影响很小，减少换挡对动力系统的冲击，延长了整套传动系统的寿命。如图15中（c）所示，t2和反向扭矩t1的合扭矩为t3，齿圈17的公转由t3决定。
本发明中设计的驱动锥齿22、两个第一锥齿23和第二锥齿24组成的差动齿轮16传动能够保证齿轮16的公转运动不影响齿轮16的自转运动。
具体实施方式：当输入轴2的驱动和输出轴4的负载消失后，在涡卷弹簧32的复位。
综上所述，本发明的主要有益效果是：本发明中使用连接机构3中的涡卷弹簧32来实现变速驱动的有益效果是：使用简单结构实现变速效果，同时由于涡卷弹簧32提供的拨动力是连续的，不会在变档变速的瞬间产生物理冲击破坏，这样就大大延长了变速器的使用寿命；本发明利用驱动锥齿22与其他锥齿的啮合使齿轮16自转，实现了较大扭矩的传递，另外在连接结构的变档提速的效果下使齿轮16围绕齿圈17公转，在齿轮16自转和公转的双重效果下实现了较大转速的传递；本发明结构简单，具有较好的使用效果。