群齿同步旋弹传驱数控螺动无离合齿轮变速器的制作方法

技术领域：

本发明属于机械变速装置，适宜各种车辆各类机械速度控变，具体涉及一种群齿同步旋弹传驱数控螺动无离合齿轮变速器。

背景技术：
：

目前车辆方面，各种类变速器已有相当程度发展，但又存在不足，如汽车方面，cvt换挡平稳结构简单效率高，但扭矩受限加力不能及时；amt结构简单，效率高，体积小，但换挡顿挫，切断动力影响安全；at不踩离合器换挡，操作简单舒适平稳，但对速度变化不灵敏，效率不高，变矩范围有限，结构也复杂；dct技术先进，换挡速度快，省油，传动效率高，但结构复杂，频繁换挡离合器摩擦片过热易损。目前矿山机械建筑机械等各类工程机械变速器也存在诸多不足，如：大功率大扭矩机械强调安全可靠变速单一或范围狭窄，离合频繁不能连续作业影响工程效率，液压机具难以实现速度精准控变尤其超低速运行，总之变速范围窄，速度控变不精准，不能连续作业，是普遍存在的不足。本发明目的就在于解决现有技术存在问题，提供一种不中断动力齿轮连续变速，变速范围宽阔，速度控制精准，扭矩强劲，安全可靠，体积小效率高功率容量大，可无级变速、有级变速、数字变速的群齿同步旋弹传驱数控螺动无离合齿轮变速器。

技术实现要素：
：

一种群齿同步旋弹传驱数控螺动无离合齿轮变速器，包括群齿变速盘1、行星辅助、数控系统，其特征在于群齿变速盘1由同轴心t主盘2、输出盘3、伺服螺线盘4组成。

主盘2由主盘体5、输入轴12、小端盖16、大伞齿轮17、小伞齿轮18、双联轴14、花键轴15、同步变挡座8、变挡齿轮9、旋动挡条25、轴承39、卡簧40、园垫41、密封42、螺拴43、螺堵44组成。轴入轴12一端为外花键接头一端为大伞齿轮17，轴身经轴承39卡簧40装配于主盘体5中腔。小端盖16由其轴孔19密封42配合输入轴12并经密封42螺拴43与主盘体5刚性连接。主盘体5以轴心t上o点所引n(n≥3)条均分布径线为轴心分别依次设置n个同位相同规格轴孔19、导槽20、光孔21、丝孔22且n个导槽20之间设置n个盘体隔间52。大伞齿轮17与小伞齿轮18同模数配合且大伞齿轮17齿数为n倍数。小伞齿轮18由其内花键与双联轴14外花键接头配合连接并经卡簧40锁定于双联轴14外花键接头。双联轴14经轴承39卡簧40装配于主盘体5轴孔19，双联轴14内花键接头与花键轴15首端配合连接。花键轴15轴身穿过同步变挡座8档框23前后光孔21与挡框23弧槽内变挡齿轮9内花键配合套接变挡齿轮9。花键轴15尾端经轴承39套接于主盘体5光孔21并由园垫41密封42螺堵44封堵于主盘体5丝孔22。同步变挡座8由挡框23底座24经燕尾槽46紧配和螺钉45固接而成，底座24两外侧凹槽47与导槽20两内侧凸轨48滑行配合，底座24底孔49嵌接旋动挡条25轴头转动配合，旋动挡条25嵌入n头等速螺线槽盘11螺线槽滑行配合。

输出盘3由输出盘体6、旋动齿圈10、大端盖26、圈盖33、轴承39、密封42、销钉34、螺栓43组成。输出盘体6内花键输出轴13经轴承39密封42与大端盖26轴孔19配合连接。输出盘体6底面及端沿经轴承39分别与主盘体5和大端盖26滚动连接。大端盖26经密封42螺栓43与主盘体5刚性连接。输出盘体6被绕轴心t的n+1(n≥1)个等距圆柱面划分并设相邻两圆柱面间部分为一个挡位27构成依次排列n个挡位27。输出盘体6个每个挡位27正中与中下方依情设置q(q＝3、4、5、6)个同规格均分布旋动弧槽28、盘体挡隔29和弹压弧槽30、弹簧挡隔31与该挡位27旋动齿圈10q个同规格均分布齿圈挡头32配合。齿圈挡头32穿过且滑行配合于旋动弧槽28将旋动齿圈10贴输出盘体6底面并与贴输出盘体6顶面对应圈盖33经销钉34固接，使旋动齿圈10在挡位27上贴输出盘体6旋动。弹簧挡隔31位于旋动弧槽28正中下方与该挡位27齿圈挡头32等长。弹簧50两头扣簧盖51安装于弹压弧槽30并经簧盖51触压于齿圈挡头32两侧且无外力作用时齿圈挡头32处于旋动弧槽28中位。齿圈挡头32从旋动弧槽28中位向左或向右旋动到接触盘体挡隔29所移动弧长为该挡位27旋动幅度。旋动幅度应保证变挡齿轮9与该挡位27旋动齿圈10从接触交会到完全啮合所引起的旋动过程内与原挡位27旋动齿圈10脱离。

变挡齿轮9与旋动齿圈10为同模数同规格梭形齿。梭形齿中间为啮合段两头为梭形头，一般啮合段占齿宽二分之一两梭形头各占齿宽四分之一，分度园过啮合段末端。输出盘体6最外层挡位27旋动齿圈10与变挡齿轮9按标准配合，其余挡位27旋动齿圈10逐一修正齿形与变挡齿轮9配合并且所有挡位27旋动齿圈10齿槽为直通式允许变挡齿轮9直接通过。输出盘体6所有挡位27旋动齿圈10齿数为n倍数。变挡齿轮9齿数取n倍数，如2n、3n等。输出盘体6最内层挡位27旋动齿圈10分度园半径r1取变挡齿轮9分度园半径r0整数倍，如r1＝6r0、7r0、8r0等。相邻挡位27旋动齿圈10分度园径距(m为齿轮模数，k＝1、2、3)。

伺服螺线盘4由转子盘体7、定子绕组35、永磁盘组36、l型法兰37组成。定子绕组35安装于l型法兰27，l型法兰37经螺拴43密封42与主盘体5刚性连接。转子盘体7上方为n头等速螺线槽盘11贴于主盘体5底面，下方安装永磁盘组36与定子绕组35对应，并经挡环38轴承39装配于主盘体5与l型法兰37所构腔中绕轴心t转动。n头等速螺线槽盘11由n条螺距槽宽同规格均分布等速螺线槽组成并与输出盘体6挡位27区间对应，每条等速螺线槽中嵌入一个同步变挡座8底座24旋动挡条25滑行配合。

附图说明：

图1为本发明群齿变速盘1整体结构示意图。

图2为本发明群齿变速盘1主盘2俯视图。

图3为本发明群齿变速盘1变挡齿轮9旋动齿圈10梭形齿示意图。

图4为本发明群齿变速盘1输出盘3部分挡位27结构示意图。

图5为本发明群齿变速盘1输出盘3挡位27纵剖面和截面示意图。

图6为本发明群齿变速盘1转子盘体7上方n头等速螺线槽盘11俯视图。

图7为本发明群齿变速盘1同步变挡座8结构示意图。

图8为本发明群齿变速盘1相邻挡位27变挡过程五环节示意图。

图中标示：

1、群齿变速盘2、主盘3、输出盘

4、伺服螺线盘5、主盘体6、输出盘体

7、转子盘体8、同步变挡座9、变挡齿轮

10、旋动齿圈11、n头等速螺线槽盘

12、输入轴13、输出轴14、双联轴

15、花键轴16、小端盖17、大伞齿轮

18、小伞齿轮19、轴孔20、导槽

21、光孔22、丝孔23、挡框

24、底座25、旋动挡条26、大端盖

27、挡位28、旋动弧槽29、盘体挡隔

30、弹压弧槽31、弹簧挡隔32、齿圈挡头

33、圈盖34、销钉35、定子绕阻

36、永磁盘组37、l型法兰38、挡环

39、轴承40、卡簧41、园垫

42、密封43、螺栓44、螺堵

45、螺钉46、燕尾槽47、凹槽

48、凸轨49、底孔50、弹簧

51、簧盖52、盘体隔间

具体实施方式：

结合附图对本发明具体实施方式分段描述：

如图1所示，本发明群齿变速盘1轴心t就是组成群齿变速盘1三模块：主盘2、输出盘3、伺服螺线盘4的共同轴心。

1、主盘2

如图1、图2、图7所示，主盘2由主盘体5、输入轴12、小端盖16、大伞齿轮17、小伞齿轮18、双联轴14、花键轴15、同步变档座8、变档齿轮9、旋动档条25、轴承39、卡簧40、园垫41、密封42、螺栓43、螺堵44组成。输入轴12一端为外花键接头一端为大伞齿轮17，轴身经轴承39卡簧40装配于主盘体5中腔。小端盖16由其轴孔19密封42配合输入轴12并经密封42螺栓43与主盘体5刚性连接。主盘体5以轴心t上0点所引n(n≥3)条均分布径线为轴心分别依次设置n个同位相同规格轴孔19、导槽20、光孔21、丝孔22且于n个导槽20之间设置n个盘体隔间52。大伞齿轮17与小伞齿轮18同模数配合且大伞齿轮17齿数为n倍数。小伞齿轮18由其内花键与双联轴14外花键接头配合连接，并经卡簧40锁定于双联轴14外花键接头。双联轴14经轴承39卡簧40装配于主盘体5轴孔19，双联轴14内花键接头与花键轴15首端配合连接。花键轴15轴身穿过同步变档座8档框23前后光孔21与档框23弧槽内变档齿轮9内花键配合套接变档齿轮9。花键轴15尾端经轴承39套接于主盘体5光孔21并经园垫41密封42螺堵44封堵于主盘体5丝孔22。同步变档座8由档框23底座24经燕尾槽46紧配和螺钉45固接而成，底座24两外侧凹槽47与导槽20两内侧凸轨48滑行配合，底座24底孔49嵌接旋动档条25轴头转动配合，旋动档条25嵌入转子盘体7n头等速螺线槽盘11螺线槽中滑行配合。

2、输出盘3

如图1、图4、图5所示，输出盘3由输出盘体6、旋动齿圈10、大端盖26、圈盖33、轴承39、密封42、销钉34、螺栓43组成。输出盘体6内花键输出轴13经轴承39密封42与大端盖26轴孔19配合连接，输出盘体6底面及端沿经轴承39分别与主盘体5和大端盖26滚动连接。大端盖26经螺栓43密封42与主盘体5刚性连接。输出盘体6被绕轴心t的n+1(n≥1)个等距圆柱面划分并设相邻两圆柱面之间部分为一个档位27构成依次排列n个挡位27。输出盘体6每个挡位27正中与中下方依情设置q(q＝3、4、5、6)个同规格均分布旋动弧槽28、盘体挡隔29和弹压弧槽30、弹簧挡隔31与该挡位27旋动齿圈10q个同规格均分布齿圈挡头32配合。齿圈挡头32穿过且滑行配合于旋动弧槽28，将旋动齿圈10贴于输出盘体6底面并与贴输出盘体6顶面对应圈盖33经销钉34固接，使旋动齿圈10在挡位27上紧贴输出盘体6在限定范围内旋动。弹簧挡隔31位于旋动弧槽28正中下方与齿圈挡头32等长。弹簧50两头扣簧盖51安装于弹压弧槽30并经簧盖51触压于齿圈挡头32两侧，无外力作用时齿圈挡头32处于旋动弧槽28中位。齿圈挡头32从旋动弧槽28中位向左或向右旋动到接触盘体挡隔29所移动弧长为该挡位27旋动幅度。旋动幅度因挡位27不同而变化，应保证变挡齿轮9与该挡位27旋动齿圈10从接触到啮合引起旋动的过程内与原挡位27旋动齿圈10脱离。

如图3所示，变挡齿轮9与旋动齿圈10为同模数同规格梭形齿。梭形齿中间为啮合段两头为梭形头，一般啮合段占齿宽二分之一两梭形头各占齿宽四分之一，分度园过啮合段末端。输出盘体6最外层挡位27旋动齿圈10与变挡齿轮9按标准配合，其余挡位27旋动齿圈10逐一修正齿形与变挡齿轮9配合，所有挡位27旋动齿圈10齿槽为直通式允许变挡齿轮9直接通过。输出盘体6所有挡位27旋动齿圈10齿数为n倍数。变挡齿轮9齿数取n倍数，如2n、3n等。输出盘体6最内层挡位27旋动圈10分度园半径r1取变挡齿轮9分度园半径r0整数倍，如r1＝6r0、7r0、8r0等。相邻挡位27旋动齿圈10分度园径距(m为齿轮模数，k＝1、2、3)。

3、伺服螺线盘4

如图1、图6所示，伺服螺线盘4由转子盘体7、定子绕阻35、永磁盘组36、l型法兰37组成。定子绕组35安装于l型法兰37，l型法兰37经密封42螺拴43与主盘体5刚性连接。转子盘体7上方为n头等速螺线槽盘11贴于主盘体5底面，下方安装永磁盘组36与定子绕组35对应，并经挡环38轴承39装配于主盘体5与l型法兰37所构腔中绕轴心t转动。n头等速螺线槽盘11由n条螺矩槽宽同规格均分布等速螺线槽组成，每条等速螺线槽中嵌入一个同步变挡座8底座24旋动挡条25滑行配合。n头等速螺线槽盘11与输出盘体6挡位27区间相对应。

伺服螺线盘4是一个由数控系统控制电流直接驱控n头等速螺线槽盘11的伺服电机。如图1、图7、图2、图6所示，由于同步变挡座8与旋动挡条25一体性运作，可知同步变挡座8服从两种运行：既在导槽20中按确定径向运行，又按等速螺线特性等速同步运行。由于伺服螺线盘4与主盘2同轴心特征和n头等速螺线槽盘11螺线槽分布与主盘体5n个导槽20分布的一致性，从而当n头等速螺线槽盘11转动时，n个同步变挡座8便同时同步运行在n个均分布导槽20中。由于n条均分布等速螺线槽螺矩为当伺服螺线盘4转动转时，n个同步变挡座8便同时同步移动与输出盘体6相邻两挡位27间隔一致。这就构成了从伺服螺线盘4、n头等速螺线槽盘11到同步变挡座8、变挡齿轮9再到输出盘体6挡位27、旋动齿圈10变挡体系。

4、群齿变速盘1四个要点

一、主盘2要确保在n均分布径线上n个变挡齿轮9同时同步同齿相传动。输入轴12大伞齿轮17齿数为n倍数是保证其任意n均分度上n个小伞齿轮18同时同步同齿相传动第一步。随后n个小伞齿轮18与n个双联轴14连接，n个双联轴14与n个花键轴15连接，n个花键轴15与n个变挡齿轮9套接都是关键环节，必须严格保证n个变挡齿轮9同时同步同齿相传动的精密程度，这是本变速器第一要点。

二、伺服螺线盘4要确保n个同步变挡座8同时同步按挡位27精准到位。n头等速螺线槽盘11精度，数控系统与伺服螺线盘4精准到位，旋动挡条25与螺线槽滑行配合精度以及旋动挡条25轴头与同步度挡座8底座24底孔49转动配合精度都是关键环节，这是本变速器第二要点。

三、输出盘3所有档位27旋动齿圈10在任意n均分布经线上齿相一致，从而保证与n个变挡齿轮9任何时刻都是精密配合实现最佳传动。输出盘3所有挡位27旋动齿圈10齿数为n倍数是首要保证。变挡齿轮9齿数取n倍数如2n，3n等，输出盘3最内层挡位27旋动齿圈10分度园半径r1取变挡齿轮9分度园半径r0整数倍如r1＝6r0，7r0，8r0等，使输出盘3最内层挡位27旋动齿圈10齿数为n倍数。输出盘3相邻挡位分度园径矩为使相邻挡位27旋动齿圈10齿数增加数为n倍数，从而所有挡位27旋动齿圈10齿数为n倍数。

四、变挡齿轮9与旋动齿圈10梭形齿配合，特别是不同挡位27旋动齿圈10加工修正磨合以最佳状态配合变挡齿轮9是本变速器重要环节，须在实践过程中不断积累和提升。

5、群齿变速盘1相邻挡位27变挡过程五环节

为叙述方便，设输出盘体6相邻三挡位27旋动齿圈10由内到外分别为a、b、c，变挡齿轮9为e，输出盘体6为d，并设梭形齿宽为l，梭形头宽为啮合段宽为a与b、b与c间隔为图8a、b、c、d、e为群齿变速盘1由b到c变速过程五个环节示意图。下面分段描述b→c变挡过程。

一、开始起步：如图8a，从e、b挡位配合开始到e向c移动越b、c间隔准备与c对接。这时段e与b由全啮合段接触变为半啮合段接触，e只对b传动，b由齿圈挡头32压缩弹簧50接触盘体挡隔29单独驱动d运转，b与e接触处线速一致，e的移动引起e、b接触面变动导致d转速随e半径增量开始变慢，a、c随d运转不受e驱使可旋动，e、b线速小于c线速。

二、对接交会：如图8b，e第二次向c移动从e、c对接开始到e与c前后梭形头全面交会，同时e、b啮合段由半段接触到分离。这时段e同时对b、c传动，e对b传动和b对d驱动开始减弱但仍处于主导地位，e以强劲动力和不变线速与线速稍快的c的对接交会是c以旋动弹压特性柔和连续地改变自己配合和接纳e的到来并被e同化，同时c积畜弹性能量并以弹压形式开始对d作用弥补和协调b对d的减弱。

三、相持偏移：如图8c，e第三次向c移动从e、b啮合段分离到e、c啮合段接近，e、b后前梭形头从接近到吻合，e、c前后梭形头由吻合到分离。这时段e对b和b对d作用继续下降，b反弹回旋开始自动调节和平衡e对b、b对d的作用，e对c和和c对d的作用持续增强并经弹力调整平衡，e对b、c的作用和b、c对d的作用此消彼长出现倾向性变化，e半径增量不断使d速减慢。

四、主导确立：如图8d，e第四次向c移动从e、b后前梭形头吻合到分离即e、b完全分离，同时e、c啮合段由接近到半段啮合。这时段e对b和b对d作用由减弱到退出，e对c和c对d作用由增强变为主导，弹力回旋使b紧贴e柔性地退出并逐渐停止对d作用，c经齿圈挡头32压缩弹簧50接触盘体挡隔29全力驱动d是一种柔性连续过程，是b、c相互配合自然协调的一种过程。

五、挡位定位：如图8e，e第五次向c移动从e、c啮合段半段接触到全段接触，e终止于c所在挡位27，b→c变挡过程结束。这时段e对c和c对d的传驱由欠佳状态进入最佳状态，e、c与c、d完全配合发挥出高的机械效率，e半径确定使d以稳定慢速转动；b在弹力回旋作用下，其齿圈挡头32回到所在挡位27旋动弧槽28中位并由d支配运转。

由变挡过程可知，这是一个无级变速过程，这个过程中传动与驱动都经历不同阶段，第二、三、四环节e的传动有缺失面，第一、五环节e的传动没有缺失面，传驱状况第二、四环节较弱，第三环节最弱，只有挡位27才是理想传驱段。

b→a变挡与b→c变挡基本相同，不同的是：变挡方向相反，d转速变快扭矩减小。e顺时针转动与逆时针转动情形一样。

6、群齿变速盘1六点说明。

一、群齿变速盘1变速实质和主线是半径变速。把e与b、c作用面缩为一个作用点代表，令v为e线速，r为e半径，ω为d转速，则有定值，可知e的移动引r变化，ω则反比例变化。

二、群齿变速盘1核心机理是旋动弹压。变挡过程中，每一步或每时每刻都伴随着b和c的旋动弹压配合e的每一步移动，接纳适应e的每个过程，同时相互协调对d驱动，e通过b、c柔顺和谐地实现恒功率无级变速。

三、群齿变速盘1显著特点是群齿同步。显然n个e的同时同步同齿相变挡具有强劲的变挡扭矩，集群同步变挡不仅增大功率容量，同时对材质与工艺也提出高的要求。群齿变速盘1变挡特点还包括：梭形齿便于对接，相邻挡位27两旋动齿圈10间隔小速度差异小变速平稳。

四、群齿变速盘1变挡关键是数控伺服。当伺服螺线盘4转动转时，n个e同时同步移动由原挡位27移动到相邻挡位27，当伺服螺线盘4转动(2≤t≤n-1)转时，n个e同时同步依次跑过t-1个挡位落脚目标挡位27。伺服螺线盘4精准定位，速度快慢，变挡齿轮9顺利啮合与脱离都关乎变速成败与品质，特别多个群齿变速盘1串接时各自伺服螺线盘4按不同要求同时变挡以及连同对星行辅助控制调动都对数控伺服体系提出高的要求。

五、群齿变速盘1变速重要特征是无级变速和挡位变速。由于输出盘3挡位27设置的等距性和有序性以及相邻两挡位27间变速为无级变速，这就决定了输出盘3挡位27区间任两点之间变速都是无级变速。但由于相邻挡位27间无级变速不同传驱状况，只有挡位27上的传驱为理想段，故以挡位27为始终点的等距段化挡位有级变速自然成为一种合理选择，既发挥挡位传驱优越性能，又实现对速度精细化控制。

六、群齿变速盘1的数字变速。

相邻挡位27变挡为本发明变挡基础，按挡位27顺序依次进行相邻挡位27变挡并在挡位27上有不同程度停顿为渐近式变挡，若变挡过程中中间系列挡位27上没有停顿快速直达目标挡位27为直接式变挡，以这两种形式为主体的等距段化挡位27有级变速可实现数字变速。

对于有n个挡位27的群齿变速盘1，或渐近式变挡或直接变挡，因起点、方向、终点不同有n(n-1)变挡选择，对于i(i≥2)个群齿变速盘1串接组合有n1·n2……ni个挡位27和[n1(n1-1)]·[n2(n2-1)]……[ni(ni-1)]种变挡选择，ni指第ni个群齿变速盘1有ni个挡位27。变挡选择大量数据支持数控系统对速度优化选择和精准控变，从而建立速度控制数字通道，在机械变速领域工业现代化方面将发挥积极作用。

7、实用延伸与应用

群齿变速盘1为单轴心结构，积体小效率高，便于与相关机体组为一体节省机占空间。群齿变速盘1主盘体5n个盘体隔间52可依情设置齿轮油循环装置，冷却装置，伺服螺线盘4定位监控装置等。

群齿变速盘1输出盘体6某挡位27去旋动齿圈10变为空挡起离合作用，或增设空挡使输出盘3兼具连续变挡输出和离合功能。

因情况，群齿变速盘1输入轴12和输出轴13可调换使用，进行反向变速。

群齿变速盘1伺服螺线盘4的驱控可利用轴入轴12动力驱控，须增设相关设置。

群齿变速盘1伺服螺线盘4的驱控还可采用手动调节装置或机动手动联合装置。

行星辅助指与群齿变速盘1串接组合的行星齿轮变速器，便于同轴心连接，调整变速幅度，拓宽应用范围。

本发明，一个多个群齿变速盘与行星辅助组合将适应轻型、中型、重型各类汽车或其它交通工具速度控变，与蜗轮减速器组合将满足矿山工程，建筑工程等各类大杻矩变速需要，多级变速连续作业将提升各类工程机械效率，与液压件组合不仅发挥液压优势，还克服其调速欠缺，特别超低速状态下运行速度稳定和精准变速。在同步运作方面特别多头同步控制都具有准确连续灵活及时跟进等优势。群齿变速盘1重型特重型可满足超强扭矩状态下准确连续数字变速，超轻型可发挥于高端特殊领域。

本发明普适性强，变速范围宽阔，扭矩强劲，变速连续，以及超低速精准控制和优越的数字变速，将在现代工业发展进程中发挥重要作用。