自动无级变速器的制作方法

本发明属于制造传动比变化的变速器（也称为齿轮箱）领域内的力学技术领域。

本发明的目的是一种用作具有无级自动变速传动比变化的运动变速器系统的装置。该变速器系统特别适合应用于自行车和其它轻型运输车辆。

在齿轮变速系统的组件内，本发明更具体地属于齿轮无级变速系统的组件。 在上述领域内，本发明的目的是一种变速器系统，其可以自动且连续地改变其传动比，特别适用于自行车。

背景技术：

目前，在用于制造运输车辆的领域内，使发动机设备的速度和扭矩适用于车轮或车辆的输出端所用的速度和扭矩的技术方案使用不同的变速器系统，该变速器系统与传动比变化或齿轮比变化的系统结合，以便通过不同的传动比使设备的扭矩适应不同的负载和地形特征。

一方面，存在具有特定数量的传动比的变速器或齿轮箱，其可以是手动致动或自动致动。我们将不涉及此类变速器，因为它们与所提出的变速器类型实质上不同，并且没有理由涉及提交的关于所述系统的许多专利中的一些。

另一方面，存在在输入端和输出端之间具有无极变速传动比的变速器系统。这些变速器系统对于更精确地适应不同的负载情况和系统的功率可用性是理想的。此外，它们实现了可用传动比界限之间的最大变化平滑度。

上述连续齿轮变速系统可以用于许多类型的运输车辆，作为具有特定数量的传动比或速度比的变速系统的替代。连续齿轮变速使得其传动比能够连续改变，并且比率变化可以是手动的或自动的。特别地，对于其在非常轻的运输车辆中的使用，需要考虑经济的、易于使用和自动的这些连续传动比变化系统的另一类型。

我们所关心的变速器系统属于较专用的变速器，即，具有连续和可变传动比的类型，下面将具体参考这类变速器的现有技术。

目前已知的传动比的连续变化主要是以下类型：

通常被称为CVT的那些变速器，其中两个可调节的开口滑轮通过适于其梯级变化的皮带或链条连接。此类变速器已经应用于许多汽车和其他车辆。

若干系统，其中两个盘，一个驱动和另一个从动，通过中间元件的组件连接，调节中间元件的位置改变连接的盘的滚动半径，并且因此改变其传动比，Miller的美国专利6241636是所述系统的示例，并且已经存在许多不同的设计，使这些系统具有不同操作附件。

行星齿轮系系统，其中行星齿轮和太阳齿轮组件的相对旋转的调节确定传动比的调节。

摆动式驱动变速器系统，其中杠杆臂的轴连接至自由轮系统，杠杆臂上的来回推动转换成连续旋转，在该系统中，为了改变传动比，可以调整杠杆臂的工作距离。

系统，其中利用扭矩需求的重合时刻在输入端和输出端之间周期性地进行连接。

Pires的美国专利5334115描述了一种摆动棘轮式变速器。

与先前使用的不同系统不同，本发明关注传动比无级自动改变的新系统，其与迄今为止使用的系统完全不同，因为本发明的系统并非基于滑轮或齿轮的比率变化， 或者甚至不是基于经由改变其角位置的行星或锥体连接的两个旋转盘的滚动比变化，与摆动式驱动变速器共同的是其内部操作是不连续的，所提出的系统以不同的方式实现了通过控制系统的势能和动能的累积和交换，从而控制该设备的输入端和输出端之间的传动比，来改变输入端和输出端之间的旋转的传动比变化。

以与迄今为止已知的变化完全不同的方式，在本说明书中描述的，操作简化的自动无级变速器使用具有将旋转和能量传递至弹性势能储存单元的输入端的能力的旋转输入设备，该旋转输入设备可以仅通过其输出端的旋转来释放能量，该旋转通过阻挡和释放设备来控制，该阻挡和释放设备使得弹性势能能够通过旋转释放以便将在该单元中累积的弹性势能转换为在其输出轴中可用的旋转，该旋转转换为动能。通过保留输入端和输出端之间的能量，本说明书中描述的设备根据输入端扭矩和输出扭矩需求将输入转速和变化的输出端之间的比率调节到最佳。

希望在市场上获得自动进行传动比变化的无级变速器，特别是用于自行车的无级变速器，从而消除对连续选择适合于道路的齿轮的需求，并且实现适当的驾驶。

为了满足这种需要，本说明书中描述的变速器系统实现制造不同复杂性的齿轮箱，包括用于自行车或轻型车辆中的最简单的齿轮箱。本发明的目的是一种构想为在我们已经描述的现有技术中描述的需要中覆盖市场中的缺口的设备。

技术实现要素：

本发明涉及一种连续变速器或变速齿轮，其通过其行为的可调节性，自动改变其输入端和输出端之间的传动比，该变速器具有旋转输入轴和旋转输出轴，该旋转输入轴和旋转输出轴通过用于累积和转换势能和动能的系统连接，使得输入轴的旋转可以将旋转传递至输出轴，其中传动比根据系统调节、施加至输入端的扭矩和速度，以及在输出端处的扭矩要求而变化，使得输出端的转速由该时刻自动确定变速器系统的状态的传动比确定。

基本上，当从变速器的输入轴接收旋转运动时，旋转传递至能量累积系统的输入端，当在其输入端引发旋转时，能量累积系统累积能量，并且可以仅从其输出端释放累积的能量。该系统具有用于控制蓄能器输出端的旋转的装置，使得当该输出端的致动被控制时，释放的能量及其特征受控制。

在优选实施例中使用的能量累积系统是使用螺旋弹簧的弹性势能累积系统，其内端紧固于输入端，外端紧固于圆柱形主体，蓄能系统通过其输入端相对于其输出端的相对旋转进行加载，其设置在单向设备的输入端（该单向设备仅能够从输入端进行能量加载），以便能够释放所累积的必须从输出端释放的能量，从而通过控制输出端的圆柱形主体的旋转，可以以受控方式释放累积的能量。

弹性蓄能器的能量加载包括输入端和输出端之间的弹性张力的增加，从而通过控制经由其控制系统的输出端的卸载来控制系统的张力和从输入端对其进行加载所需的扭矩。因此，在输出端操作确定输出扭矩值的控制同样确定了输入端的必要值，以便对蓄能器进行再加载。

通过控制弹性蓄能器的输出端，我们可以控制输出部分中的旋转扭矩，给定在输出端处传递的旋转扭矩，其旋转速度受到与旋转相反的制动扭矩的限制，该制动扭矩根据系统的加载情况和旋转和线性加速的惯性质量组合而变化。

在输出受控设备的优选实施例中，使用可调节的通道系统，或阻挡系统，或能量中断系统，其实施必须施加特定扭矩，以便在特定旋转位置中通过，一旦克服输出轴中的阻挡位置，在特定旋转半径中可用的扭矩可用，直到达到下一个阻挡位置。受控输出设备根据输出端中的期望扭矩实现输出旋转脉冲或部分。

假定输出受控的弹性蓄能器的能量以不连续部分输送，则输出受控的上述蓄能器的输出端连接至用于过滤不连续部分的系统的输入端，以将其转换成连续旋转输出。为此，蓄能器的输出端通过单向设备连接至过滤器系统，使得其可以传递旋转部分，从而使过滤器系统能够在旋转方向旋转，执行比蓄能器的输出端更多的转数。过滤器系统具有快速能量蓄能器，快速能量蓄能器通过在其输入端吸收来自输出受控的蓄能器的旋转脉冲，在其输出端持续地释放旋转，该输出端具有与变速器的输出旋转相关联的惯性质量，这有助于使驱动部分之间的梯级更平滑。

在优选实施例中，过滤系统在其输入端处使用自由轮设备，该自由轮设备连接至快速充电弹性蓄能器（例如螺旋弹簧）的输入端，该弹簧蓄能器的输出端连接至惯性飞轮，惯性飞轮继而整体上连接至变速器的输出端。

以下，对本说明书中包含的附图进行说明。

附图说明

图1为表示本说明书的目的的变速器的内部和功能组成的流程图。

图2是所描述的功能类型的变速器的优选实施例的透视图，其中可以看到钝齿轮，即，旋转运动（1）输入元件；将旋转输出传递至外部的元件（2），该钝齿轮是覆盖变速器的机构的管状圆柱形主体；蓄能器的输出控制系统的调节控制器（8）；和固定轴（4），其用作放置不同组的机构的基座和支撑件。

图3是上述变速器的分解图，其中可以看到变速器（5）的输入适配器系统；通向变速器外部（2）的旋转输出元件；蓄能器（6），其中安装有上述蓄能器的输出端的旋转控制设备（7）；调节控制器（8），通过该调节控制器（8）可以调节旋转控制设备的致动。最后，可以看到过滤脉冲的输出系统（9），其通过形成输出端的圆柱形主体（2）与变速器（5）的输入适配器系统连接。

图4是弹性势能累积装置（6）的透视图，其中可以看到蓄能器的旋转输入端（11），其通过自由轮（12）连接至固定支架轴（4），使得所述自由轮仅能够在用于在所述蓄能器中累积弹性能量的方向上旋转，所述弹性蓄能器为螺旋弹簧（13），其内端紧固至所述旋转输入端（11），并且所述外端紧固至所述蓄能器的输出端，弹性蓄能器的输出元件（14）是覆盖系统的管状圆柱形主体，并且通过所述控制系统用于阻挡或实现所述输出主体的旋转的装置连接至其旋转控制系统。

图5是弹性势能的蓄能器的前视图，在该视图中，也可以看到与图4中相同的元件，并且虚线示出了形成输出控制设备的部件的隐藏线，输出控制设备阻挡或实现输出受控的蓄能器系统的管状圆柱形输出主体（14）的旋转。

图6是蓄能器的输出端的旋转控制设备（7）的透视图，其中可以看到紧固在蓄能器的管状圆柱形输出主体（14）中的棘轮（15）；阻挡轮 （16），其机构用作阻挡和通道元件，阻挡轮安装在所述机构的支撑盘（17）上，阻挡轮的作用可以通过或多或少的压力来调节，其压力由被杠杆（19）压住的压力弹簧（18）引起，杠杆（19）在上述弹簧（18）上的压力可以通过偏心安装的调节盘（20）的旋转来控制，压力调节盘刚性地紧固至支撑管（21），支撑管（21）的角位置可以由调节控制器（8）调节。支撑盘（17）刚性地紧固至用作变速器的支撑基座的固定轴（4）。

图7是具有变速器（9）的输出端的适配系统的前视图及剖视图，其中可以看到具有脉冲过滤的系统具有输入部件，该输入部件为盘形本体，盘形本体在该输入部件的内部（22）具有管状突起，该输入部件通过其外部部分连接至蓄能器（13）的受控输出端，并且通过其内部部分从管状突起连接至飞轮（23），飞轮（23）将旋转脉冲传递至执行快速加载的弹性蓄能器的功能的螺旋弹簧（24）的内部，目的在于传递吸收的脉冲能量，该螺旋弹簧通过其外部部分紧固至惯性飞轮（25），该惯性飞轮继而紧固至变速器的外部输出端（2）。

图8是变速器的输入适配器系统（5）和通向变速器的外部（2）的旋转输出元件的透视图，其中可以看到输出适配器系统由盘形主体形成，该盘形体在最靠近中心轴的区域中具有管状突起，钝齿轮（1）集成在该突起上，来自外部运动的旋转输入由该钝齿轮（1）提供，该盘形主体通过自由轮（26）经由内部连接至输出受控的蓄能器的输入轴，该盘形主体另外通过外部经由另一自由轮（27），凭借用于连接的管状圆柱体（28）连接至变速器的外部输出端（2）。

以上描述了附图，并且对无级变速器系统的基本操作进行了充分的说明，以下以本发明的优选实施方式为例进行说明。

具体实施方式

下面描述了变速器系统的非限制性优选实施例，例如描述变速器系统用于自行车的优选实施例。

基于与作为组成的主要部分描述的系统类似的系统，可以实施若干不同的变速器。特别地，作为示例描述的无级变速器构想为其专门应用于不同类型的自行车中。

实施如所描述变速器相同的变速器，其设计和尺寸适于在自行车中使用，使得变速器的输出端可支撑自行车的驱动轮，固定轴（4）保持在紧固叉件中，通过借助于电缆从叉件的尖端接入调节控制器（8）来执行扭矩调节，此外，在运动输入端（1），可以根据驱动力是否由皮带或链条传递来调节钝齿轮或链轮。

应用于在自行车的优选实施例使用输入子组件，其通过两条通道传递旋转，第一通道通过自由轮（27）直接传递至变速器的输出端，第二通道通过自由轮（26）传递至输出受控的蓄能器的输入端。最初，当在输入端（1）中施加驱动力时，在输出端（2）中引起相同的旋转，同时引起蓄能器的输入端的旋转，通过能量累积使其逐渐加载。

假定蓄能器的旋转输入端（11）通过自由轮（12）连接至固定轴（4），通过在蓄能器的旋转输入端（11）处传递旋转，弹簧（13）卷绕并且通过能量的累积而在弹簧（13）中增加弹性张力，该输入端只能沿一个方向旋转，因此只能从相同方向对蓄能器加载。

作为管状圆柱形主体的蓄能器的输出端（14）可以通过在弹簧（13）逼迫其旋转的方向上旋转来释放能量，该输出主体（14）的旋转由蓄能器（6）的输出端处的旋转控制设备（7）控制，在本优选实施例，旋转控制设备（7）为可调节的压力阻挡系统，其在蓄能器的输出端的扭矩达到已经通过调节旋转控制设备而确定的扭矩值时能够旋转。

该旋转控制设备包括阻挡轮（16），该阻挡轮阻挡蓄能器的输出端（14）旋转，阻挡紧固在蓄能器的输出主体上的棘轮（15）通过，以便能够通过阻挡轮（16）阻挡棘轮（15），该轮紧固至由弹簧（18）压住的臂上，弹簧（18）的压力由杠杆（19）调节，杠杆（19）继而被偏心安装的盘（20）压住，该盘（20）刚性地紧固至管（21），并且可以通过由调节杠杆（8）使其旋转来改变两者的角位置；整个系统安装在刚性地紧固至固定轴（4）的支撑盘（17）上，使得旋转控制设备（7）可以通过阻挡轮（16）阻挡蓄能器的输出旋转。

通过调节旋转控制设备确定扭矩的蓄能器的旋转输出由不连续部分引起，因此这些部分必须在输出端处转化成连续旋转，并且为此使用单向设备， 其在该优选实施例的情况下不仅是自由轮，而且是过滤脉冲的输出系统。

过滤脉冲的输出系统（9）连接至蓄能器的输出端，通过适配器连接部件（22）与脉冲输出连接，该部件是中心具有管状圆柱形突起的盘，并且通过其外部部分经由棘轮或另一装置连接至所述蓄能器的输出端的管，并且通过管状圆柱形突起连接至自由轮设备（23）的内部，其外部部分连接至快速加载弹性蓄能器（24）的输入端。在这种情况下，该快速加载弹性蓄能器（24）为螺旋弹簧。快速加载蓄能器的另一端，即，螺旋弹簧的外部部分连接至惯性飞轮（25），这有助于输出脉冲的过滤。惯性飞轮刚性地连接至变速器的输出端，即，管状圆柱形主体（2），形成其一部分，由此设置变速器的旋转输出端。

在该优选实施例中，变速器（5）的输入适配器系统由围绕盘形主体形成的机械组件形成，其中心具有管状圆柱形突起，此中心集成有钝齿轮，功能是旋转输入；在该主体中自由轮设备设置在圆柱形突起内部，通过该自由轮，该主体连接至蓄能器的输入端，此外，我们关心的主体通过其盘的外周经由固定于管状主体（28）中的另一自由轮（27）与所述变速器（2）的外部输出端的圆柱形管状主体连接。