变径链条轮以及变径链条轮变速器的制作方法

本发明涉及一种变径链条轮以及一种变径链条轮变速器，尤其涉及用于机械变速传动的变径链条轮以及变径链条轮变速器。

背景技术：

在机械传动领域中要将一种转动件的转速高效高扭矩地传递给其它的转动件最常用的传动件为齿轮、链轮和链条等，传动方式分别为齿轮之间的啮合传动以及链轮之间通过链条的链传动，但因为传统的齿轮和链轮等传动件的直径都是固定不变的所以以上两种传动方式都只能进行固定比速传动，如果要进行不同比速的变速传动则需要使用多套齿轮副或者链条副交替工作，但其交替工作需要使用多套复杂的离合器配合而且其比速的变化是间断不连续的。需要进行比速变化的传动领域最重要的也是最常见的就是汽车上的变速器。传统的汽车变速器分为手动变速器和自动变速器。自动变速器大致分别是液力自动变速器、电控机械自动变速器、双离合自动变速器、机械无级自动变速器。受制于传统齿轮或者链轮的直径无法改变的局限导致传统的汽车变速器都具有很多明显缺点。手动变速器的缺点是操作不方便，档位少且换挡时顿挫感太强而不平顺；液力自动变速器的缺点是结构复杂、成本高、扭矩太小和传动效率低（因为液力变矩器的传动效率低）；电控机械自动变速器的缺点是换挡具有顿挫感（因为传动方式的本质和手动变速器的原理一样）而且对电控系统的要求非常高；双离合自动变速器的缺点是体积大、档位少且也具有顿挫感（因为传动方式的本质和手动变速器的原理也一样）、故障率高；机械无级自动变速器因为采用的是相对的锥形盘的光滑面夹持钢带利用钢带和锥形面之间的摩擦力进行传动导致其缺点是荷载小和容易打滑以及链条的制造成本高等。且以上传统的变速器除了机械无极变速器外其它的变速器都需要多个离合器配合，而离合器的工作时也容易出现打滑和烧毁的缺点等。由于以上的原因，多年来人类一直在努力寻找办法想设计一种直径和齿数都能够根据各种变速的需要而改变的理想变径齿轮。

技术实现要素：

本发明提供一种直径和周长都能够根据需要而变化的变径链条轮，其特征为所包含的链条环的直径和周长能够线性地改变大小。当其作为机械传动件，其传动的效果与人类设想中的理想变径齿轮所达到的传动效果一样。

为了实现上述特征，本发明公开的变径链条轮的技术方案如下：

一种变径链条轮，主要包括同轴相对的两个锥形盘、锥形盘之间的链条、以及锥形盘中心通孔内的卷链轴；两所述锥形盘的锥形面相对置，在所述锥形面的母线走向上设有滑槽；所述卷链轴上设有所述链条，所述链条的内端连接在所述卷链轴上，所述链条的外端从两所述锥形盘之间由内向外延伸并将延伸出的部分周向环绕在两所述锥形面上形成链条环；所述卷链轴能相对所述锥形盘转动，两所述锥形盘中至少一个能相对所述卷链轴作轴向移动。所述锥形盘整体呈设有中心通孔的圆台状或者陀螺状或者圆锥体状或者其它相似的形体结构。

所述卷链轴的转动能对连接在其上的链条进行卷绕或者释放；当锥形盘向外作轴向移动使两所述锥形盘相互远离时，所述卷链轴作卷绕链条的转动；当锥形盘向内作轴向移动使两所述锥形盘相互靠近时，所述卷链轴作释放链条的转动。

在所述锥形盘的内端开设有缺口，所述缺口将所述锥形盘的中心通孔和锥形面贯通，所述缺口与所述滑槽相邻；从两所述锥形盘之间由内向外延伸的链条部分的两侧从所述缺口中通过。所述链条环的外端头通过直接或间接的方式安装在所述滑槽中。

作为一种备选方案，所述卷链轴和所述锥形盘之间设有卷簧，所述卷簧对所述卷链轴施加卷绕链条的卷绕力。

所述链条既可以为滚子链条也可以为齿形链条还可以为其它能够卷绕并适配的带状体或者链状体。

所述滑槽中设有与之相适配的滑块，所述滑块卡装在所述滑槽中，所述滑块能在所述滑槽中滑动，所述链条环的外端头直接或间接连接在所述滑块上。

作为优选，在所述卷链轴的一端或者两端设有中心轴，所述卷链轴直接或者间接与所述中心轴轴向连接。在所述卷链轴和所述锥形盘之间设有链条筒，所述链条筒套在所述卷链轴的外围且两者之间能相对转动；所述锥形盘套在所述链条筒的外围，所述链条筒的一端或者两端直接或间接地设有传动轴。所述链条筒呈侧壁设有开口的筒状结构。所述传动轴直接或者间接地与所述链条筒轴向连接。所述锥形盘的内壁结构与所述链条筒的外围结构相适配；两所述锥形盘只能在所述链条筒的外围轴向滑动而不能转动。

作为优选，所述锥形盘的内壁上设有凸块，所述链条筒的外壁上设有卡槽；所述凸块与所述卡槽适配并能相对轴向滑动。因为所述凸块和所述卡槽相适配使得所述锥形盘只能在所述链条筒的外围轴向滑动而不能转动。两所述锥形盘中至少一个的外端设有推拉器，所述推拉器能对所述锥形盘施加轴向的推拉力。

作为优选，所述传动轴整体呈圆筒状结构。

作为优选，所述传动轴套在所述中心轴的外围且两者之间能相对转动；所述中心轴上设有至少一个螺旋槽孔或者直槽孔；所述传动轴的轴壁上设有至少一个直槽孔或者螺旋槽孔；所述直槽孔或者所述螺旋槽孔中设有推动杆或者滚珠。所述推动杆呈杆状结构。

作为优选，所述传动轴和所述中心轴之间设有推动杆或者滚珠，所述推动杆（或者所述滚珠）同时位于所述传动轴上的直槽孔（或螺旋槽孔）和所述中心轴上的螺旋槽孔（或者直槽孔）中。

作为优选，所述直槽孔（或螺旋槽孔）将所述传动轴内外贯通，所述传动轴的外围设有滑套，所述滑套能在所述传动轴的外围滑动，所述推动杆的端头安装在所述滑套上。所述推动杆能在所述螺旋槽孔中沿螺旋方向移动。

所述滑套带着所述推动杆在所述传动轴上滑动时，所述推动杆在螺旋槽孔中作轴向的螺旋移动，所述推动杆螺旋移动产生的螺旋扭转力使得所述中心轴相对所述传动轴转动。

作为一种方案，为了减少所述螺旋槽孔的圈数和长度，在所述卷链轴和所述中心轴之间设有变速装置。所述变速装置使得同一时间内所述中心轴旋转的角度小于所述卷链轴旋转的角度。如果所述中心轴和所述卷链轴之间没有设置变速装置而是直接相连，则将所述链条从最大释放状态（或者卷绕状态）卷绕（或者释放）到最大卷绕状态（或者释放状态）的过程中所述中心轴和所述卷链轴旋转的角度相等。如果所述中心轴和所述卷链轴之间通过设置有变速装置而使得同一时间内所述中心轴旋转的角度小于所述卷链轴旋转的角度，则将所述链条从最大释放状态（或者卷绕状态）卷绕（或者释放）到最大卷绕状态（或者释放状态）的过程中所述中心轴需要旋转的角度则小于所述卷链轴旋转的角度，则所需要的所述螺旋槽孔的圈数也同程度地减少。因为在螺旋槽孔的螺距和直径不变的情况下螺旋槽孔的圈数越少则螺旋槽孔的长度就越短，所以当在所述中心轴和所述卷链轴之间设置有变速装置后则可以减少所述中心轴上所述螺旋槽孔的圈数和长度，进而可以减小整个中心轴以及传动轴的长度。

作为一种备选方案，所述减速装置为行星齿轮机构。所述行星齿轮机构的太阳齿轮与所述卷链轴相连，行星齿轮与所述中心轴相连，齿圈与所述锥形盘或者所述链条筒或者所述传动轴相连。

作为一种备选方案，所述卷链轴与所述中心轴也可以设为整体结构；所述链条筒与所述传动轴也可以设为整体结构。

作为一种备选方案，所述传动轴和所述中心轴之间设有卷簧，所述卷簧对所述中心轴施加带动所述卷链轴卷绕链条的卷绕力。

本变径链条轮的优点为：当链条环转动的角速度恒定时操作推拉器移动锥形盘和同步转动卷链轴能同步改变链条环的直径和周长从而达到改变链条环旋转的线速度。由于本变径链条轮作为机械传动件时是由其链条环直接与外界的齿轮或者传动带啮合传动，所以本变径链条轮用在机械传动领域作为机械传动件时其传动的效果与设想中的直径和齿数都能根据需要而同步改变的理想变径齿轮所达到的变速传动效果一样。

本发明还公开了一种变径链条轮变速器，包括所述变径链条轮和传动件，传动件设置在所述变径链条轮的一侧；所述传动件为与所述变径链条轮的链条环相适配的齿轮或传动带。

作为一种实施例，所述齿轮由轮盘和轮齿组成。所述齿轮的轮齿为活齿结构的轮齿；所述轮盘的外围上开设有多个齿孔，所述轮齿安装在所述齿孔中；所述轮齿的外端结构能与所述链条环的链节相啮合；所述轮盘内设有弹簧，所述弹簧的上端抵触在所述轮齿的底部，弹簧的下端抵触在所述轮盘的内部壁上；所述轮齿能在所述齿孔中滑动。所述齿轮安装在齿轮轴上；所述齿轮轴的两端分别设有齿轮架；所述齿轮架呈矩形框状结构；所述齿轮架中设有轴套，所述齿轮轴的两端安装在所述轴套上。在所述轴套与所述齿轮架之间设有弹簧；所述弹簧对所述轴套的抵压使得所述齿轮与所述链条环相抵触。所述轴套能在所述齿轮架中左右平行滑动。

作为一种优选方案，所述链条为滚子链条。所述齿轮为双排齿或者多排齿齿轮。所述齿轮和所述链条环相互外切啮合。

作为一种实施例，为了增大变速范围，所述变径链条轮平行设有左右两套，在左右两套所述变径链条轮之间设有所述传动件，所述传动件与两所述变径链条轮上的链条环作相适配的传动接触。

本变径链条轮变速器的有益效果是：因为链条环的直径能够线性改变所以链条环输出的速度也是线性变化的；传动时，因为链条环和齿轮的传动配合与传统刚性齿轮之间的传动配合类似且都是刚性且连续的，所以传动效率高且扭矩大。所以当本变径链条轮变速器作为汽车的变速器时其既具有传统手动挡传动效率高扭矩大的优点又具有机械无极变速器（cvt）变速连续平顺且体积小的优点。

附图说明

图1为本发明实施例一中两锥形盘处于相互远离状态时其与链条、滑块、链条筒、传动轴、中心轴、推动杆、滑套和推拉器等相互之间的配合工作状态图。

图2为图的左视图。

图3为本发明实施例一中的锥形盘的结构示意图。

图4为图3的俯视图。

图5为图3的立体结构示意图。

图6为本发明实施例一中的卷链轴和中心轴配合的结构示意图。

图7为本发明实施例一中的卷链轴、中心轴和推动杆相配合的立体示意图。

图8为本发明实施例一中的链条筒和传动轴配合的立体结构示意图。

图9为本发明实施例一中的链条筒、传动轴与卷链轴、中心轴和推动杆相互之间的配合立体示意图。

图10为本发明实施例一中两锥形盘处于相互远离状态时其与链条筒、传动轴、卷链轴、中心轴和推动杆等相互之间的配合示意图。

图11为图10的立体示意图。

图12为本发明实施例一中两锥形盘处于相互远离状态时其与链条环、滑块、链条筒、传动轴、卷链轴、中心轴、推动杆和滑套等相互之间的配合示意图。

图13为图12的立体示意图。

图14为图12的a-a剖视图。

图15为本发明实施例一中两锥形盘处于相互靠近状态时其与链条筒、传动轴、卷链轴、中心轴、推动杆和滑套等相互之间的配合示意图。

图16为本发明实施例一中两锥形盘处于相互靠近状态时其与链条环、滑块、链条筒、传动轴、卷链轴、中心轴、推动杆和滑套等相互之间的配合示意图。

图17为图16的b-b剖视图。

图18为本发明实施例一中两锥形盘处于相互靠近状态时的工作状态图。

图19为本发明实施例二中两锥形盘处于相互远离状态时变径链条轮和齿轮之间的配合示意图。

图20为图19的立体示意图。

图21为本发明实施例二中两锥形盘处于相互靠近状态时变径链条轮和齿轮之间的配合示意图。

图22为齿轮的结构以及齿轮和链条环相互啮合的局部剖视放大图。

图23为本发明实施例三中当左变径链条轮的两锥形盘处于相互远离状态时右变径链条轮的两锥形盘处于相互靠近的状态以及左变径链条轮和右变径链条轮与齿轮之间的配合示意图。

图24为本发明实施例三中当左变径链条轮的两锥形盘处于相互靠近状态时右变径链条轮的两锥形盘处于相互远离的状态以及左变径链条轮和右变径链条轮与齿轮之间的配合示意图。

图25为本发明实施例四中左右两个变径链条轮与传动带之间的配合示意图。

具体实施方式

实施例一

下面用实施例一对本发明公开的变径链条轮作进一步说明：

如图1至图18所示，本变径链条轮其结构主要由同轴相对的两个锥形盘1、锥形盘1之间的链条4、以及锥形盘1中心通孔内的卷链轴21构成。

如图3至图5所示，锥形盘1整体呈设有中心通孔的圆台状或者陀螺状或者圆锥体状；在锥形盘1的锥形面的母线走向上设有滑槽50；在锥形盘1的内端开设有缺口10；缺口10将锥形盘1的中心通孔和锥形面贯通；缺口10与滑槽50的位置相邻。如图1、图2、图10至图13、图15、图16和图18所示，锥形盘1设有同轴相对的两个；两锥形盘1上的滑槽50相面对；两锥形盘1上的缺口10相面对。如图1、图2、图6、图7和图10至图18所示，两锥形盘1的中心通孔内设有卷链轴21；卷链轴21上设有链条4；链条4的内端铰接在卷链轴21上；链条4的外端从两锥形盘1之间由内向外延伸并将延伸出的部分周向环绕在两锥形面上形成链条环41，链条环41的外端头直接或间接连接在两滑槽50中。如图14和图17所示，卷链轴21能相对两锥形盘1转动；卷链轴21的转动能对铰接在其上的链条4进行卷绕或者释放。如图10至18所示，两锥形盘1中至少一个能相对卷链轴21作轴向移动。

如图1至图18所示，本变径链条轮其结构还包括中心轴2、传动轴3、链条筒33、滑块5、滑套6、推动杆7和推拉器8等。

如图3至图5所示，缺口10与滑槽50在锥形盘1上相邻并相互连通。从两锥形盘1之间由内向外延伸的链条部分的两侧从缺口10中通过。

如图22所示，链条4为滚子链条。

如图1、图12、图13、图14和图16至图18所示，滑槽50中设有与之相适配的滑块5；滑块5卡装在滑槽50中，滑块5能在滑槽50中滑动；所述链条环41的端头直接或间接地连接在所述滑块5上。

如图1、图6、图7和图9至图13所示，为了便于操控卷链轴21相对两所述锥形盘1的转动，在卷链轴21的一端或者两端设有中心轴2；卷链轴21与中心轴2轴向连接。

如图1、图2、图8至图11、图14和图17所示，为了便于操控两锥形盘1相对卷链轴21的移动，在卷链轴21和两锥形盘1之间设有链条筒33；链条筒33呈侧壁设有开口40的筒状结构；链条筒33套在卷链轴21的外围，两锥形盘1套在链条筒33的外围；链条筒33的一端或者两端设有传动轴3；传动轴3呈圆筒状结构；传动轴3与链条筒33轴向连接；传动轴33套在中心轴2的外围。锥形盘1的内壁结构与链条筒33的外围结构相适配。

如图8、图9、图11、图14和图17所示，为了使锥形盘1的内壁结构与链条筒33的外围结构相适配，在锥形盘1的内壁上设有凸块11，链条筒33的外壁上设有卡槽300，凸块11与卡槽300适配并能轴向滑动。因为凸块11和卡槽300相适配使得锥形盘1只能在传动轴3的外围轴向滑动而不能转动。

如图1、图2和图18所示，为了能够操控锥形盘1在链条筒33上进行轴向滑动，两锥形盘1中至少一个的外端设有推拉器8。推拉器8的工作原理为现有技术中的机械拨叉推拉原理，在此不再赘述。

为了能够在推拉器8对锥形盘1的推拉的同时而同步操控卷链轴21对链条4的卷绕或释放，如图6至图18所示，传动轴3的轴壁上轴向设有两个呈中心对称的直槽孔30，直槽孔30呈直条状的孔状结构；直槽孔30将传动轴3的内外贯通。传动轴3的外围设有滑套6，滑套6能在传动轴3的外围滑动。在滑套6上设有推动杆插孔。中心轴2上设有螺旋槽孔20，螺旋槽孔20设有两个；两个螺旋槽孔20周向均匀分布在中心轴2上且螺旋方向一致；两个螺旋槽孔20中设有直杆状的推动杆7，推动杆7径向穿插在螺旋槽孔20中，推动杆7能在螺旋槽孔20中沿着螺旋槽孔20进行轴向移动。卷链轴21的形状适配于链条4的安装和卷绕。推动杆7的两端穿过直槽孔30并安装在滑套6上的推动杆插孔中。当滑套6在传动轴上滑动时，滑套6带动推动杆7只能在直槽孔30中沿着孔壁相对传动轴3作轴向的直线移动，而推动杆7在螺旋槽孔20中又只能沿着螺旋槽孔20的槽壁螺旋移动，所以当滑套6在传动轴上定向滑动时推动杆7就扭动中心轴2使其相对传动轴3转动。中心轴2的转动便带动卷链轴21进行卷绕或者释放链条4的转动。

本变径链条轮的链条环的直径和周长是这样变化的：

如图1、图2、图14、图17和图18所示，因为链条环41的宽度和链条环41的外端头的长度是不变的，所以在推拉器8向内推动两锥形盘1逐渐相互靠拢的过程中滑槽50中的两滑块5便在两滑槽50的挤压下同步向外滑动，同时整个链条环41也因其两侧受到两锥形面的挤压而沿着锥形面同步向外滑动，链条环41沿着锥形面向外滑动的力便对卷绕在卷链轴21上的链条4施加向外释放的拉力；同时在推拉器8向内推动两锥形盘1逐渐相互靠拢的过程中同步在传动轴3上向下滑动滑套6，滑套6的同步滑动便使得中心轴2带动卷链轴21作释放链条4的转动；在卷链轴21作释放链条4的转动和链条环41对链条4施加拉力的同步作用下，卷绕在卷链轴21上的链长就逐渐被释放而减小，链条环41的链长和直径就逐渐变大。如果在此过程中外界通过中心轴3输入并传递给链条环41旋转的角速度不变，由于链条环41的直径和周长的逐渐变大则链条环41旋转的线速度就逐渐变大。反之，在推拉器8向外拉动两锥形盘1逐渐相互远离的过程中滑槽50中的两滑块5便在两滑槽50的拉力下同步向内滑动，两滑块5向内滑动便带动链条环41的外端头沿着锥形面的母线向内滑动，同时在推拉器8向外拉动两锥形盘1逐渐相互远离的过程中同步在传动轴3上向上滑动滑套6，滑套6的同步滑动便使得中心轴2带动卷链轴21作卷绕链条4的转动；在卷链轴21作卷绕链条4的转动和链条环41外端头向内滑动的同步作用下，卷绕在卷链轴21上的链长就逐渐增大，链条环41的链长和直径就逐渐变小。如果在此过程中外界通过中心轴3输入并传递给链条环41旋转的角速度不变，由于链条环41的直径和周长的逐渐变小则链条环41旋转的线速度就逐渐变小。

如图14和图17所示，在操作推拉器8和滑套6而使链条环41的周长发生伸长或者缩短的改变的过程中，操作的幅度大小控制在每个操作周期而改变后的链条环41的周长都等于链节的整数倍，这样就能使得位于滑槽50附近的链条环41上的相邻链条滚子411之间的间隔和整个链条环41其它部位上的相邻链条滚子411之间的间隔相等。

本发明还公开了一种变径链条轮变速器，下面用实施例二、实施例三和实施例四分别对本发明公开的变径链条轮变速器作进一步说明：

为了便于直观说明，以下几种实施例中涉及到与实施例一中相同的零部件均采用与实施例一一致的附图标记进行说明。

实施例二

如图19至图21所示，在本实施例中本发明公开的变径链条轮变速器主要由一套变径链条轮111和齿轮构成。变径链条轮111的一侧设有齿轮；齿轮由轮盘9和轮齿91组成。如图22所示，齿轮的轮齿91为可伸缩的活齿；轮盘9的外围上开设有多个齿孔，轮齿91安装在齿孔中；轮齿91的外端结构能与链条环41的链节相啮合；轮盘9内设有弹簧，弹簧的上端抵触在轮齿91的底部，弹簧的下端抵触在轮盘9的内部壁上；轮齿91能在齿孔中滑动。如图19至图21所示，齿轮安装在齿轮轴上；齿轮轴的两端分别设有齿轮架92；齿轮架92呈矩形框状结构；齿轮架92中设有轴套93，齿轮轴的两端安装在轴套93上；轴套93能在齿轮架92中左右平行滑动。在轴套93与齿轮架92之间设有压簧95；压簧95对轴套93的抵压使得齿轮与链条环41相抵触。

如图19至图21所示，齿轮为双排齿或者多排齿齿轮。如图22所示，齿轮和链条环41相互外切啮合；啮合部位的轮齿91被相邻的两个链条滚子411咬合；啮合部位的链条滚子411被相邻的两个轮齿91咬合。

在实施例一中公开的变径链条轮111工作的原理基础上，本实施例是这样变速并输出的：

如图19至图21所示，当链条环41的直径增大，则链条环41与齿轮啮合的同时推动齿轮向外同步移动；当链条环41的直径变小，则压簧95推动齿轮向内同步移动，整个过程中始终保持齿轮和链条环41之间相互啮合。当外界输入并传递给链条环41旋转的角速度不变的过程中，如果链条环41的直径改变则其传动给齿轮的线速度就改变，因为齿轮的直径不变，所以齿轮旋转的角速度就同倍改变，齿轮通过齿轮轴向外输出的转速就改变。

通过齿轮轴向外输出转速的方式可以通过万向节的传动而输出。万向节的传动原理为现有技术，在此不赘述。

实施例三

如图23和图24所示，在本实施例中，本发明公开的变径链条轮变速器主要包括平行设置的左右两套变径链条轮（以下分别简称为：左变径链条轮111和右变径链条轮111）和齿轮。左变径链条轮111和右变径链条轮111之间设有齿轮；齿轮的外围同时与左变径链条轮111的链条环（简称为：左链条环41）和右变径链条轮111的链条环（简称为：右链条环41）相切啮合。

在实施例一和实施例二的工作原理基础之上，本实施例是这样运行和变速的：

如图23和24所示，当左链条环41的直径在逐渐变大的过程中右链条环41的直径就逐渐变小，同时齿轮在左链条环41直径增大而产生的推动作用下同步右移；反之当左链条环41的直径在逐渐变小的过程中右链条环41的直径就逐渐变大，同时齿轮同步左移。由于齿轮的传动作用，右链条环41的线速度和左链条环41的线速度始终相等。在左链条环41的直径逐渐变大右链条环41的直径逐渐变小的过程中，如果外界输入给左变径链条轮111恒定不变的角速度，则左链条环41旋转的线速度就逐渐变大；同时由于右链条环41的线速度和左链条环41的线速度相等的原因使得右链条环41的线速度也逐渐变大，又由于右链条环41的直径逐渐变小而线速度却逐渐变大所以其旋转的角速度就逐渐变得更大，所以同时右变径链条轮111向外输出的角速度就逐渐变得更大。同理，输出的角速度变小的原理反推即可。本实施例相对实施例二的优点是：变速范围更大；左变径链条轮111和右变径链条轮111之间的齿轮传动件在传动时不需要外界辅助装置对齿轮进行左右移动。

实施例四

除了以上的实施方式以外，如图25所示，本发明公开的变径链条轮变速器的传动件还可以采用与链条环41适配的传动带44套在链条环41上进行传动变速；其原理与现有技术中cvt无极变速器类似，在此不赘述。