专利名称：一种传动链环及其在变速器中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械传动的一种传动链环及其在单级、多级或无级变速器中的应用。
背景技术：
最常见的机械变速器的传动链环，计有节状链环(如自行车链环)、铁链环、光滑皮带环、齿状皮带环、耐力胶绳等，应用广泛，各有利弊，在主动轮和从动轮的传动中，链环既是传动件，又是啮合件，用来构造变速器，链环既要满足与传动轮的啮合，又要承受传动的拉力，上述的传动链环很难两者兼顾。
以习知的无级变速器为例，最简单的无级变速器，是由伞型光滑转盘、皮带环及调速器所组成，以调速器无级调变其V形槽宽来实现无级调速，构造简单，维修容易，因皮带环及伞型转盘两者均光滑，容易打滑，如果拉紧皮带环，皮带容易变长和磨损，甚至断裂，如采用不易断裂的钢索环代替皮带环，虽然耐磨，但更易打滑，不利于传动。有人将伞型光滑转盘改为伞型齿盘，光滑皮带环改为齿状皮带环，其间以特殊齿轮组来转接成无级变速；也有改为棘齿状转盘，以活动性棘齿，依序刺入或退出，改变转盘的转矩，实现无级变速。两者均可行，但结构复杂，功效不佳，未见普及。究其原因，乃在于伞形齿盘，无论倾斜度如何，不是齿牙内窄外宽，就是齿槽内窄外宽，绝不可能齿牙与齿槽均内外同宽，并且转盘直径越大或倾斜度越小，其齿槽的内外宽窄度差异越大，这是上述改进方案难以克服的症结所在。
发明内容
弹簧富有弹性，可任意伸缩与弯曲，两端衔接成环状时，类似环状链环，钢环的间隙内窄外宽，正好与伞形齿盘的齿牙或齿槽的内窄外宽相对应。如果将环状弹簧套夹在伞形齿盘上，无论是套在伞形齿盘的内、中、外围任何一处，齿槽与钢环或齿牙与钢环的间隙，均可彼此啮合，即使仅只套入半盘，另一半不套，照样可以啮合，充分显示弹簧的适应性，可惜弹簧不能直接当作链环用于传动，因为传动中弹簧会被拉长，不能传递动力。假设可以阻止弹簧伸长，岂不可用来替代皮带环用于传动？本发明受此启发而设计出一种传动链环，传动链环分解成啮合件和传力件，将其用于一般传动及无级变速器，啮合件与伞形齿盘相配合，专用于调节转速比，传力件专用于传送动力。
本发明的目的之一，是利用弹簧环链或成串钢环链作为传动链，传动链环分解成啮合件和传力件，啮合件与主、从轮啮合，传力件专用于传递动力，改善传动链环的性能。
本发明的目的之二，是将上述传动链环替代普通的传动链，如铁链环、光滑皮带环、齿状皮带环、耐力胶绳等，应用于公知的单级或多级调速器，兼顾啮合和传力两个方面，提高这类调速器的传动性能。
本发明的目的之三，是利用上述传动链环与伞型转盘、调速器结合，设计出一种无级变速器，克服现有无级变速器的容易打滑或结构复杂的缺陷。
本发明的技术方案是一种传动链环，其特征在于，它是由至少一条索状传力件，穿于环型啮合件内，两端各自衔接所构成的链环，索状传力件是钢索、铁链、钢珠串链或耐力胶绳中的任何一种或数种，环型啮合件是弹簧或成串钢环中的任何一种。
本发明所设计的传动链环，依啮合件的不同分为特殊弹簧型环状钢索链环和成串钢环型环状链环，效果相同，有着广泛的适应性。
本发明的另一技术方案是将上述的传动链环套夹在单级或多级调速器的主轮转盘组及从轮转盘组的固定式U型或V型槽沟中，固定式U型或V型槽沟表面为齿牙和齿槽的排列，或棘齿和棘槽的排列，或齿牙和齿槽与棘齿和棘槽的混合排列。
此方案中，上述的传动链替代普通的传动链环用在固定的V型槽、U型槽中(公知的主动轮和从动轮所具有的结构)构成固定变速比的变速器，啮合件专司与主动轮和从动轮槽沟中的齿牙、齿槽或棘齿、棘槽啮合，传力件专司动力的传递，两者各有分工，使变速器工作更可靠，变速器的变速机构仍为原有的结构，与本发明无涉。
本发明的又一技术方案是一种含有上述传动链环的无级变速器，包括调速器和构成活动性可变V型槽沟的主轮伞型转盘组及从轮伞型转盘组，其特征在于，用上述的传动链环，套夹在主轮伞型转盘组及从轮伞型转盘组的活动性可变V型槽沟中，活动性可变V型槽沟两侧转盘面上是齿牙和齿槽的排列，或是棘齿和棘槽的排列，或是齿牙和齿槽与棘齿和棘槽的混合排列。
在这一方案中，弹簧或成串钢环是用作为啮合件，嵌于伞型转盘组的活动性可变V型槽沟中，可以在调速器的动作下，改变活动性可变V型槽沟的宽度，实现啮合点的位移，专用于无级调节转速比，与力的传递无关；而穿于其中的耐力胶绳、钢索、铁链或钢珠串，是用作为传力件将主动轮与从动轮相连而传递动力，与传动链环和伞型转盘组的啮合无关。这种由啮合件与传力件组合的传动链环，比传统的钢索环、皮带环及齿状皮带环，更容易与伞型齿转盘组或棘齿转盘组互相啮合，无论快慢速运转，均不会打滑或松脱，结构简单而传动更有力。
图1是本发明的各零配件的示意图，其中图1-1是伞型齿转盘主视图，图1-2是伞型齿转盘侧视图，图1-3是焊接齿的伞型齿转盘主视图，图1-4是焊接齿的伞型齿转盘侧视图，图1-5是棘齿转盘主视图，图1-6是传动链环与转盘齿啮合示意图，图1-7是弹簧链环示意图，图1-8是伸缩弹簧示意图，图1-9是斜面板调速器结构示意图，图1-10是斜面板调速器形状示意图；图2是主轮转盘齿以斜面板调速器控制V型槽沟宽度的剖视图，其中图2-1是主轮V型槽沟最大宽度的状态图，图2-2是主轮V型槽沟中间宽度的状态图，图2-3是主轮V型槽沟最小宽度的状态图；图3是从轮转盘齿以伸缩弹簧控制V型槽沟宽度的剖视图，其中图3-1是从轮V型槽沟最小宽度的状态图，图3-2是从轮V型槽沟中间宽度的状态图，图3-3是从轮V型槽沟最大宽度的状态图；
图4是弹簧链环传动主轮转盘和从轮转盘的示意图。
上述各图是将本发明传动链环应用于无级变速器中的各部件结构图；而本发明传动链环应用于单级或多级变速器，因变速器的结构变化不大，不再附图，必要时，可参阅上述各图中的相关部分。
具体实施例方式
参阅图1-7，将习用索状传力件钢索117，使用耐力胶绳、铁链204(参阅图3-2、图3-3所示)或钢珠串，效果等同，贯穿进入环型啮合件整根弹簧钢丝环118内，各自的两端在焊点119、120焊接成环状，形成特殊的弹簧型环状钢索链环，成为一种传动链环。钢索117、铁链204或钢珠串、耐力胶绳构成的环可以阻止弹簧伸长。索状传力件至少一条(参阅图2-1和图3-1所示的202)，也可以是二条或多条(参阅图2-2和图3-2所示的203)，增加拉力强度，以弹簧钢丝环118内能容纳为限；可以选用钢索、铁链、钢珠串链或耐力胶绳中的任何一种或数种并用。环型啮合件可以选用弹簧或成串钢环中的任何一种，其作用相同，都是用来与传动轮的啮合。
可以用上述传动链环替代普通的传动链环用于构造单级或多级变速器，由至少一条(有时为增加拉力，可以同时使用两条以上的传动链环)上述的传动链环套夹在变速器主轮转盘组及从轮转盘组的固定式U型或V型槽沟中，此时应将固定式U型或V型槽沟表面设为齿牙和齿槽的排列，或棘齿和棘槽的排列，或齿牙和齿槽与棘齿和棘槽的混合排列，它们的排列方式可参考图1-1、图1-2、图1-3、图1-4和图1-5所示的活动性U型或V型槽沟表面的结构，由此而形成工作更可靠的单级或多级变速器。
可以用上述传动链环替代普通的传动链环用于构造无级变速器，将习用活动性光滑伞形转盘，改为活动性伞齿状转盘110，如图1-1和图1-2所示，或改为活动性棘齿状转盘110，如图1-5所示，齿牙112宽度或棘齿115排列，宜内外同宽，齿槽113则内窄外宽，以便夹套特殊弹簧型环状钢索链环于转盘V型槽沟201(位于主轮)、301(位于从轮)内时，齿牙可挤入弹簧间隙内，或弹簧的钢环可以挤入齿槽内，彼此互相啮合，如图1-6所示；如果伞形转盘太大，或倾斜度小，外围齿槽太宽，可增设较短的齿牙112，增加齿数，如图1-1和图1-2所示，也可以在此位置增设棘齿；伞形齿牙可以与转盘一体成型，如图1-2所示，也可以将与弹簧同型的钢丝114，一侧压成平面116，加大焊接面，直接焊接在转盘上，如图1-3和图1-4所示，增强牢固性，成为圆弧型转盘齿牙；将光滑转盘改制成粗糙面的伞齿状或棘齿状转盘，目的在于与特殊弹簧型环状钢索链环的弹簧钢环相互啮合，犹如齿状啮合，不致打滑或松脱。再将两个伞齿状或棘齿状转盘合成一组，至少由两组合成一套，一组为主轮转盘，另一组为从轮转盘，如图2、图3所示，犹如习用无级变速器，每组中，一个转盘110固定在主轮转动轴200或从轮转动轴300，另一个转盘210或310的轴孔111，套入主轮转动轴200或从轮转动轴300，不固定而可移动，并用图1-8所示习用的伸缩弹簧121压制定位，两转盘相对，组成中间为活动性可变V型槽沟201(位于主轮)、301(位于从轮)。最后，如图4所示，将上述特殊弹簧型环状钢索链环，夹于主轮转盘和从轮转盘的V型槽沟201、301中，代替习用光滑或齿状皮带环，再配上习用调速器，就可组成本发明的无级调速器，但是最好采用本发明提出的结构较简单的斜面调速器，如图1-9和图1-10所示，为一长形斜面124的调速板122，一端123薄，另一端125厚，长形斜面板有一长椭圆形轴孔126，套在转轴上，并在一端由调速钢索128牵引作往复移动，牵引孔127位于调速板122的一端，利用斜面124的厚薄变化来调变V型槽沟的宽窄。
本发明的传动机制有别于习用者，详述于下见图2-1，当调速钢索128全放松时，夹于主轮转盘V型槽沟201的特殊弹簧型环状钢索链环，挤压主轮转盘中的可移动伞型转盘210外移，迫使斜面调速板122沿中间长椭圆形轴孔126滑移至最薄端123，两盘相远，主轮转盘V型槽沟201最宽，此时，特殊弹簧型环状钢索链环挤入转盘最内圈，接近轴心，转矩直径最小，多出来的弹簧链环长度，势必传动至从轮转盘来容纳；见图3-1，由此导致从轮转盘的V型槽沟301，受特殊弹簧型环状钢索链环的环压最小，一侧可移动的伞型转盘310，受其外侧伸缩弹簧121的伸张推送，移向另一侧固定伞形转盘110，两盘靠近，缩小从轮转盘的V型槽沟301宽度，变成最窄，此时特殊弹簧型环状钢索链环被挤压移至从轮转盘最外围，从轮转矩直径变成最大，可容纳由于主轮转盘转矩缩小而传来的多出来的链环长度；在此种情况下，特殊弹簧型环状钢索链环套夹在主轮转盘最内圈，V型槽沟201最宽，但两侧齿槽113最窄，一个齿槽内只能挤入一个弹簧钢环118，可是，特殊弹簧型环状钢索链环所在的从轮转盘的最外围，V型槽沟301最窄，齿槽113却最宽，一个齿槽113内可以挤入多个弹簧钢环118，必要时可增加该处的齿数来改善与弹簧钢环118的啮合，由此组成主轮转矩直径最小，转动最快，而从轮转矩直径最大，转动最慢的变速，适用于载重或爬坡。
见图2-2，将调速钢索128逐渐拉紧至中间，斜面调速板122中间的长椭圆形轴孔126顺着主轴逐渐移至倾斜面124，迫使移动性转盘210内移，缩小主轮的V型槽沟201，此时夹于其间的特殊弹簧型环状钢索链环被挤压而向外扩移，转矩直径由最小逐渐变大，两侧齿槽113也逐渐变宽，此时一个齿槽可能挤入二个或三个钢环118，相对缩减链环在从轮转盘内的长度；见图3-2，传动至从轮转盘时，链环必然压迫从轮转盘的活动性伞形转盘310外移，从轮转盘V型槽沟301变宽，夹于其间的特殊弹簧型环状钢索链环顺势向槽沟301内圈移动，转矩直径由大变小，两侧齿槽113也逐渐变窄，此时一个齿槽内的钢环118减少至三个或二个，余出的环状钢索链环长度已转入主轮转盘内，主轮转盘和从轮转盘所夹的链环长度互为消长，两者的转矩逐渐拉近或相等，几乎没有变速或等速。
见图2-3，继续拉紧调速钢索128，斜面调速板122滑移至最厚端125，主轮的V型槽沟201最窄，夹于其间的特殊弹簧型环状钢索链环受挤压扩移至转盘最外围，转矩最大，两侧齿槽113最宽，一个齿槽113内可以挤入多个钢环118，进一步缩减链环在从轮转盘内的长度；见图3-3，传动至从轮转盘时，从轮转盘的活动性伞形转盘310受压外移至最外侧，从轮转盘V型槽沟301最宽，此时夹于其间的特殊弹簧型环状钢索链环内移至转盘最内圈，接近从轮轴心，转矩直径最小，两侧齿槽113最窄，一个齿槽113内只能挤入一个钢环118，多余的链环长度传给主轮转盘，如同先前的主轮转盘最内圈一样，反向组成主轮转盘转动最慢、从轮转盘转动最快的变速，适用于轻载或快速转动。
据上述过程，周而复始，实现无级变速。这种利用齿槽宽窄分别挤入一环、二环、三环和多环的特性是本发明的最大优点，也是关键所在。
习用齿盘为防止跳齿，一旦齿牙被磨损成三角齿状，就被认为应以更换。而本发明却要求转盘齿牙宜磨成三角齿状或圆弧状，或者干脆以同型弹簧钢丝，如图1-3和图1-4所示，一面116略为压平焊接成钢丝齿牙114，表面圆滑，弹簧钢环易于挤入，充分显示特殊弹簧型环状钢索链环的特点与适应性。
本发明的实施方式还可作以下的变化传动链中真正用于拉转的传力件是弹簧内的钢索、铁链、耐力胶绳或钢珠串，不是弹簧本身，弹簧的主要作用只是啮合件，用来与转盘两侧的齿牙或棘齿相啮合，阻止环内钢索、铁链、耐力胶绳或钢珠串打滑，兼有保护作用，无需拉转与传动，即使弹簧磨损或断成数节，也能照常使用。因此，用成串的钢环替代弹簧，钢环内穿入耐力胶绳、钢珠串、钢索或铁链组成另一种特殊的传动链，即成串钢环型环状链环，其转动与传动和特殊弹簧型环状钢索链环功效相同；而且弹簧链环或钢环链环的外围两侧，可变形成为倾斜的类梯形，如图2-2和图3-2所示的207，更容易嵌入转盘啮合，增加与两侧转盘的啮合面，啮合程度更佳；上述弹簧粗细或成串钢环厚度及间距宜与转盘齿牙或棘齿互配，以便弹簧或钢环容易挤入齿牙或棘齿，而齿槽或棘槽的宽度也应足以挤入弹簧或钢环，以便相互啮合，至于弹簧或钢环内可以套穿钢索117(也即为图2-1和图3-1所示的202)、铁链(图2-3和图3-3所示的204)、串珠、耐力胶绳等，只要能阻止弹簧拉长或者防止钢环松脱、不易断裂即可；伞状齿盘的齿牙与齿槽(或棘状齿盘的棘齿与棘槽)的宽窄度，宜以齿牙或棘齿内外同宽，齿槽或棘槽内窄外宽者为最佳，齿牙或棘齿与齿槽或棘槽同为内窄外宽者次之；转盘的倾斜度宜小，以便用最小的V型槽沟宽度变动获得最大差异的转速比，如果外围齿槽太宽，可增设短齿牙或棘齿，增加齿数，增加拉力；伞状齿盘可以是前述伞型齿牙和伞型齿槽的排列，也可以是前述棘齿和棘槽的排列，还可以是棘齿和棘槽的混合排列；传动链中的传力件，即套穿在弹簧或钢环内的钢索、铁链、串珠、耐力胶绳可以为单股(图2-1和图3-1所示的202)，也可以为相同或不相同的多股(图2-2和图3-2所示的203)，应注意分散各股的焊接点119，避免集中，过于僵硬而跳动不顺；在主轮伞型齿转盘组或棘齿转盘组及从轮伞型齿转盘组或棘齿转盘组的活动性可变V型槽沟内，可以同时套夹两条或多条所述的传动链，增加拉力，且可互为牵制，避免松脱或打滑；至于调速器，因为主轮转盘组和从轮转盘组结构一样，作用相同，无论采用本发明的斜面调速板122，还是其他习用调速器，可以装置于主轮轴200，也可以装置于从轮轴300。
权利要求
1.一种传动链环，其特征在于，它是由至少一条索状传力件穿于环型啮合件内、两端各自衔接所构成的链环而构成，索状传力件是钢索、铁链、钢珠串链或耐力胶绳中的任何一种或数种，环型啮合件是弹簧或成串钢环中的任何一种。
2.一种含有权利要求1所述传动链环的单级或多级变速器，其特征在于，至少一条如权利要求1所述的传动链环套夹在主轮转盘组及从轮转盘组的固定式U型或V型槽沟中，固定式U型或V型槽沟表面为齿牙和齿槽的排列，或棘齿和棘槽的排列，或齿牙和齿槽与棘齿和棘槽的混合排列。
3.根据权利要求2所述的单级或多级变速器，其特征在于，传动链环的环型啮合件外围两侧变形成为倾斜的类梯形。
4.一种含有权利要求1所述传动链环的无级变速器，包括调速器和构成活动性可变V型槽沟的主轮伞型转盘组及从轮伞型转盘组，其特征在于，至少一条如权利要求1所述的传动链环套夹在主轮伞型转盘组及从轮伞型转盘组的活动性可变V型槽沟中，活动性可变V型槽沟两侧转盘面上是齿牙和齿槽的排列，或是棘齿和棘槽的排列，或是齿牙和齿槽与棘齿和棘槽的混合排列。
5.根据权利要求4所述的无级变速器，其特征在于，齿牙或棘齿为内外同宽，齿槽或棘槽为内窄外宽，在外围较宽的齿槽或棘槽中增设有较短的齿牙或棘齿。
6.根据权利要求4所述的无级变速器，其特征在于，所述传动链环的环型啮合件外围两侧变形成为倾斜的类梯形。
7.根据权利要求4所述的无级变速器，其特征在于，所述的调速器为一长形斜面板，一端薄，另一端厚，长形斜面板有一长椭圆形轴孔套在转轴上并由一端牵引作往复移动。
8.根据权利要求4所述的无级变速器，其特征在于，所述的调速器装配在主轮转盘组的主轮轴上或者装配在从轮转盘组的从轮轴上。
全文摘要
一种传动链环及其在变速器中的应用，传动链环由至少一条索状传力件穿于环型啮合件内，两端各自衔接所构成的链环，索状传力件是钢索、铁链、钢珠串链或耐力胶绳中的任何一种或数种，环型啮合件是弹簧或成串钢环中的任何一种；可以用上述传动链环替代普通的传动链环用于构造单级或多级变速器；也可以用上述的传动链环套夹在主轮伞型转盘组及从轮伞型转盘组的活动性可变V型槽沟中，与调速器和构成活动性可变V型槽沟的主轮伞型转盘组及从轮伞型转盘组构成无级变速器；这种由啮合件与传力件组合的传动链比传统的钢索环、皮带环及齿状皮带环更容易与伞型齿转盘组或棘齿转盘组互相啮合，无论快慢速运转，均不会打滑或松脱，结构简单而传动更有力。
文档编号F16H9/20GK1414263SQ0113198
公开日2003年4月30日 申请日期2001年10月23日 优先权日2001年10月23日
发明者钟乾麟 申请人:钟乾麟