专利名称：弹力脉冲式无级变速传动方法
技术领域：
本发明涉及动力机械传动领域内一种通用的机械式无级变速传动方法。
目前已有的几种机械式无级变速器虽在一些领域使用，但这些传动设备的主要缺点是构造复杂，变速范围小及效率不高，因此并不能广泛使用，其中脉冲式传动装置是以单向离合器代替曲柄摇杆机构中的固定铰链，当曲柄作匀速转动时，摇杆通过单向离合器带动从动轴作单向脉冲转动，若改变曲柄长度或附加二级杆组，将获得脉冲式无级变速转动。其结构简单，但稳定性差，主、从动轴不能同轴布置。(参考机械工业出版社出版<机械设计手册>第二卷第八篇第二章‘无级变速机构’)本发明的目的是提供一种新的机械式无级变速传动方法，即弹力脉冲式传动方法。
本发明的技术方案是一种弹力脉冲式无级变速传动方法，由脉冲式传动机构及弹力机构等组成变速传动装置，主、从动转子同轴布置，主动转子通过脉冲式传动机构作用于弹簧机构，使弹簧在变形与恢复的过程中向从动转子传递轴功。增加弹簧机构从根本上提高脉冲传动性能，扩大传动范围，具体说明工作原理如下A.弹力脉冲式传动机构由行星轮机构、曲柄脉冲式传动机构及弹簧机构等组成，主、从动轴同轴布置，主动轴与中心齿轮连接，行星轮与曲柄轴固连，弹簧一端与固定件连接，另一端与曲柄机构连接。曲柄支架为固定件，单向离合器的中心棘轮为从动转子与从动轴相联，中心齿轮(主动转子)与行星齿轮外啮合，这样在主动轴转动时通过行星齿轮带动曲柄脉冲传动机构及运转，摇杆通过单向离合器带动从动轴作单向脉冲转动，在此过程中弹簧受曲柄摇杆机构的作用随之做变形与恢复的运动并传递部分轴功，起延时作功减缓冲击的作用；为扩大变速范围，行星轮与曲柄轴之间可增设超越离合器同轴相联，当弹力大到一定程度时，就可超越主动转子的约束，使从动转子得到更大的转速，这时弹簧传递全部轴功，可实现转速比大于1的变速传动。
B.利用A的结构形式，但单向离合器的中心棘轮为固定件，曲柄支架为从动转子与从动轴相联，弹簧一端与从动转子连接，另一端与曲柄机构连接；主动转子中心轮与行星轮内啮合，当其带动行星轮转动时，脉冲式传动机构及弹簧机构随之运转，其特点是脉冲机构使弹簧变形时一部分轴功直接传给从动转子，一部分转化为弹性能；在弹簧恢复的过程中通过曲柄机构作用于单向离合器，因其中心棘轮固定，弹力反作用于从动转子，使弹性能转化为从动转子轴功，其最大的特点是从根本上延长每次对从动转子的做功时间，并随转速比增大而增加。
C.弹力脉冲式传动机构由凸轮脉冲传动机构及弹力机构等组成，主、从动转子同轴布置，主动轴与凸轮固连，弹簧一端与固定件连接，另一端与凸轮脉冲传动机构作用；这里的凸轮脉冲传动机构与曲柄脉冲传动机构类似，只是单向离合器的脉动是由凸轮通过连杆连接作用的结果。整个机构传动过程与原理类似于A，但在扩大变速范围的办法上不仅可采用超越离合器联接凸轮与主动轴，也可采用不同形状的凸轮实现。
D.利用C的结构形式，但单向离合器的中心棘轮为固定件，弹簧一端与从动转子连接，另一端与凸轮脉冲传动机构作用；传动过程与原理类似于B。
从上述可知，本发明适合所有实现从转动到脉动(或往复运动)的传动机构与弹力机构组成弹力脉冲式无级变速传动机构。这里″弹簧″的概念为包括各类金属弹簧、空气弹簧和气液弹簧等在内的广义上的弹簧；单向离合器与超越离合器(从原理上讲二者属同一概念，这里只是为叙述方便从用途上以示区分)是包括棘爪式、摩擦式和电磁式等在内的广义概念，凸轮为包括普通及槽形凸轮偏心轮偏心槽轮等在内的广义概念。
弹力脉冲式传动机构的无级变速途径一，无级调节曲柄的长度；二，利用多杆机构，详见
；三，调节弹簧刚度(如增减空气弹簧内空气质量)或改变弹力范围(弹簧预压紧或预拉长的调节)，使弹簧传递轴功量改变；四，改变凸轮最大偏心度；五，调整杠杆式脉冲杆的支点位置；六，综合或其它途径。
本发明的优点是(1)转速比变化范围大，理论上前述原理B和D的情况可实现0-1，A和C可超出0-1到更大。
(2)由于弹力的作用，主、从动转子之间为柔性传动或包含有柔性传动，可缓减脉冲，提高传动性能，对于主动轴输入转速很高时，可在主动轴与超越离合器之间联接一适当的减速机构，进一步降低脉冲频率减小磨损。
(3)对于B和D的情况，随转速比从0升到1，脉冲频率从大减小到0，传动损失与离合器的磨损亦从大减小到0，效率增大到1。
(4)因弹簧和离合器及凸轮等部件或机构的型式丰富多样，本发明必将产生广泛适合各种领域的型式丰富的无级变速器。
(6)集变速范围大效率高成本低及适合范围广于一身，必将对动力机械行业的节能降耗产生重大的意义。
本发明的
(1)图1、图2为在行星轮与曲柄之间装有超越离合器的B型(符合原理B，以下类推)弹力脉冲无级变速器的原理结构简图。
(2)图3为A型弹力脉冲式无级变速器的结构简图。
(3)图4为多杆变速机构，当曲柄匀速转动时，通过滑块04在曲槽03内位置的改变，来改变摇杆02的摆动角度，以调节中心棘轮01的转速。
(4)图5为一种以原理C设计弹力脉冲式稳速器的结构简图。
(5)图6为一种以原理D设计的通用型弹力脉冲式无级变速器的结构简图。
(6)图7为一种偏心槽轮结构图。
以实施例进一部说明本发明实施例1包括附图1、附图2，一种以原理B设计的B型弹力脉冲变速器，由行星轮机构、曲柄脉冲式传动机构、弹力机构及超越式离合器等组成变速传动装置。主、从动轴同轴布置，行星轮机构为内啮合，超越离合器5的外壳与行星轮轴固连，轴端与曲柄6固连使曲柄6可以超越行星轮4运转，包括曲柄6连杆7摇杆8锲块(磨擦式棘爪)10和中心棘轮3组成脉冲式传动机构，其中中心棘轮3为固定件。行星齿轮架及曲柄轴架与外壳2为一体，弹簧机构9一端与外壳2铰接，另一端与曲柄摇杆机构中的摇杆8铰接。主动转子即中心齿轮1顺时针转动时，通过行星轮4使脉冲式传动机构随之运转，当摇杆8顺时针摆动时，锲块10不与中心棘轮3作用，弹簧机构9被压缩，同时受弹簧作用外壳产生顺时针扭矩而转动，通过与之固连的从动轴11输出；当摇杆8逆时针摇动时，锲块10与中心棘轮3作用，阻止摆杆摆动，并向曲柄6和弹簧机构9产生反作用力，使外壳2受其作用再次向从动轴11输出转矩，同时使弹簧将原吸收的轴功传给从动轴11。超越式离合器5的作用是使行星轮4与曲柄6通过超越离合器同轴相联，当从动转子转速升高到一定程度时，可使被压缩后的弹簧机构9超越主动转子的约束将原吸收的轴功全部传给外壳2，进而使从动转子获得更大的转速，适当选取弹簧的刚度可使转速比范围接近0-1。
为实现反冲式弹力脉冲变速器的无级变速，采用附图4所示的多杆变速机构，但滑块04和曲槽03是随外壳一起转动的，要想实现运行中的无级变速，需在从动轴上增加滑块机构或液压装置使变速控制实现动静传递。
实施例2如附图3所示，弹力脉冲式变速器，同样由行星轮机构、曲柄脉冲式传动机构及弹力机构等组成变速传动装置，主、从动轴同轴布置，不同之处是行星轮机构为外啮合，中心齿轮13为主动转子，中心棘轮14为从动转子，二者转轴都装在外壳12上，外壳12为固定件。随主动转子13顺时针匀速转动，当摇杆逆时针摇动时不向从动转子作功，但弹簧被压缩，当摇杆顺时针摇动时，主动转子和弹簧共同向从动转子作功。同样，在行星轮与曲柄之间增设超越离合器(图中未画出)，可使从动转子14超越主动转子13的约束获得更大转速，适当选取弹簧的刚度甚至可使从动转子转速超过主动转子。
使用图4所示多杆机构以实现运转中的无级变速调节。
实施例3如附图5，一种以原理C设计的适合于风力发电等设备的弹力脉冲式稳速器，主要由凸轮18、单向离合器17和空气弹簧23等组成，主动轴20与凸轮18固连，当其转动时迫使空气弹簧体积缩小而变形，当凸轮作用半径减小时，空气弹簧通过连杆22作用于单向离合器，使单向离合器的中心棘轮转动；为实现恒转速输出调节，采用空气弹簧的注气与排气控制从动转子转速的增与减，为此增设微型注气机21由主动轴通过齿轮组19带动，增设离心飞锤机构24由从动轴15通过齿轮组16带动。当从动轴转速低于设定转速范围时，离心飞锤机构触动注气常开开关使微型注气机转轴上的电磁离合器闭合，空气弹簧开时注气，从动轴随之增速，达到设定转速范围时离心飞锤机构使注气常开开关复位，停止增速控制；当从动轴转速高于设定转速范围时，离心飞锤机构触动排气阀排气，同样在转速恢复时，排气阀关闭，停止减速控制，整个装置简单可靠。
实施例4包括附图6及附图7，一种以原理D设计的通用型弹力脉冲式无级变速器，其中由单向离合器25连杆26杠杆27以及偏心槽轮33组成凸轮脉冲传动机构，单向离合器的中心棘轮与外壳31通过轴套固定；弹簧29一端作用于杠杆27一端与从动转子28相连与凸轮脉冲传动机构共同组成弹为脉冲式传动机构。主动轴30通过超越离合器32与偏心槽轮33联接，偏心槽轮(形状如附图7所示)与超越离合器外轮柱销式连接，这样偏心槽轮既可超越主动轴运转，又可有轴向位移。液压缸34连接于主动轴轴端与偏心槽轮之间控制偏心槽轮的偏心度，外界的控制用液压油的引入可设计为在主动轴上加设液压轴套使动静油路导通后沿主动轴引入液压缸。随着主动轴的转动，当偏心槽轮与主动轴同心时，弹簧不发生变形从动转子因不获得轴功而转速为0；当偏心槽轮偏心度较小时，随偏心槽轮通过杠杆使弹簧变形的同时向从动转子作功，杠杆带动单向离合器的外轮空转，随偏心槽轮转动半径开始减小，单向离合器反向锁死，偏心槽轮外槽缘与弹簧共同作用于杠杆使从动转子受反作用力再次获得轴功，其特点是转速小扭矩大；当偏心槽轮偏心度较大时，从动转子转速大到一定程度可超越主动轴，弹簧传递全部轴功；当偏心槽轮偏心度调向最大时，弹簧在达到最大变形前若主、从动转子扭矩达到平衡而同步转动，则转速比为1。
对于主动轴输入转速很高时，可在主动轴与超越离合器之间联接一适当的减速机构，可大幅度降低脉冲频率和磨损，这显然对本发明具有普遍意义。
权利要求
1.一种机械式可无级变速传动方法，使用弹力脉冲式传动机构，其特征是主动转子通过脉冲式传动机构作用于弹簧机构，使弹簧在变形与恢复的过程中向从动转子传递轴功，组成弹力脉冲式传动机构。
2.如权利要求1所述方法，其特征是弹力脉冲式传动机构由行星轮机构、曲柄脉冲式传动机构及弹力机构等组成，主、从动转子同轴布置、主动轴与中心齿轮联接，行星轮与曲柄轴联接。
3.如权利要求2所述方法，其特征是曲柄支架为固定件，中心棘轮为从动转子与从动轴相联，弹簧一端与固定件连接，另一端与曲柄脉冲传动机构连接。
4.如权利要求2所述方法，其特征是中心棘轮为固定件，曲柄支架为从动转子与从动轴相联，弹簧一端与从动转子连接，另一端与曲柄脉冲传动机构连接。
5.如权利要求1所述方法，其特征是弹力脉冲式传动机构由凸轮脉冲传动机构及弹力机构等组成，主、从动转子同轴布置，主动轴与凸轮联接。
6.如权利要求5所述方法，其特征是中心棘轮为从动转子与从动轴相联，弹簧一端与固定件连接，另一端与凸轮脉冲传动机构作用。
7.如权利要求5所述方法，其特征是中心棘轮为固定件，弹簧一端与从动转子连接，另一端与凸轮脉冲传动机构作用。
8.如权利要求6所述方法，其特征是采用空气弹簧，增设离心飞锤机构由从动轴通过齿轮组带动，自动控制空气弹簧注气和排气进而控制转速比。
9.如权利要求1所述方法，其特征是主动转子与脉冲式传动机构之间联接有超越离合器。
10.如权利要求1所述方法，其特征是主动转子与脉冲式传动机构之间联接有减速机构。
全文摘要
本发明涉及动力机械传动领域内一种弹力脉冲式无级变速传动方法,由脉冲式传动机构、弹力机构及超越式离合器等组成变速传动装置,主动转子通过脉冲式传动机构作用于弹簧机构,使弹簧在变形与恢复的过程中向从动转子传递轴功,转速比范围0—1或更大,效率高,运行稳定可靠,对动力机械行业的节能降耗必将发挥重大作用。
文档编号F16H33/02GK1260454SQ9911820
公开日2000年7月19日 申请日期1999年8月16日 优先权日1998年8月16日
发明者张玉良 申请人:张玉良