专利名称：离心摩擦无级变速的制作方法
技术领域：
本发明属机械传动领域，是基于中国专利文献第90104953号及美国专利文献07-735，330号之上而进一步作出的。
上述专利文献提出了以离心力为摩擦正压力之传动，但未能解决无级变速问题。其它先有技术文献有大量关于摩擦无级变速器的介绍，但未能解决摩擦正压力作用于轴承和传动效率低这两大问题，这是几十年来困扰摩擦无级传动设计者的两大难题。
本发明的示意1中，输入轴5上装有转臂7，转臂7的缺口内对称地装有滑块9，9内套装行星轴承8，8支承行星摩擦轮1a和1b，当转臂如n1方向转动，转得很快时，离心力作用使行星轮1a和1b贴紧内摩擦轮2，行星轮自动方向如图中箭头所示，与n1相反，因此机构可作减速器使用。小弹簧10使8、9、1a、2b向外撑开，以消除行星轮与内摩擦轮接触时的冲击。
图2中，输入轴5上固连的转臂6、7的缺口内可滑动地装有滑块9，其内套装行星轴承8。同轴线一体固连的行星摩擦轮1、3，以两端轴端支承于行星轴承8内，中间轴经转臂12的开孔穿过，1旁还有一个一体固连同轴线的倒档行星轮11。1、3分别与内摩擦轮2、4之凸截面的环接触，1、3接触处之半径分别为R1、R3。2是经滑键18套于机壳16之内可沿轴向滑动但不可转动，4输出动力，它套装于16之内，可转动也可沿轴向滑动，并经推力轴承17与2连接以轴向联动。4的输出端别有螺旋内齿轮13，内套具有螺旋外齿轮的输出轴14，14与4之间套装有弹簧15。
输入轴转速为n1，经轴承25和24支承于机壳16a和输出内摩擦轮4之内，5经转臂6、7及滑块9、行星轴承8带动行星轮1、3公转，1、3以离心力为摩擦正压力而贴紧2、4并自转，当2、4之接触半径分别为R2、R4时，传动比i= (输入转速n1)/(输出转速n4) =11-R2R3R1R4]]>当2、4一体沿轴向滑动时，在图2中，左滑则1、3被压下一些，右滑则1、3在离心力作用下会跟随上升贴紧，转臂6、7中的缺口和滑块9使得1、3的径向上、下成为可能。2、4轴向滑移时，1、3的接触半径R1和R3随之改变，传动比i随之改变，成为无级变速。1、3轴线始终保持与5、2、4三轴线平行。
图2中，杆21经销20与2连接，可推、拉2、4沿轴向移动，19为导向滑块，为20做轴向导向。内、外螺旋齿轮13、14构成的输出齿轮付，当传递较大扭矩时，会产生较大之轴向啮合力，这个轴向力可用来推或拉4、2沿轴向移动，自动改变传动比。例如设计成输入轴5是恒转矩的，则4、13齿轮付负荷扭矩加大时，轴向啮合力推动4、2向传动比i增大的方向移动，i的增大使输入扭矩保持不变，反之亦然。回位弹簧15用来使2、4回位，轴向啮合力减弱时，使2、4在弹簧力作用下回位。
4a是4上的直接档内摩擦环，通常是内园柱面摩擦环。12的外园面也可以是外园柱面，推、拉4、2使4a与12接触，则摩擦力使5带动4直接旋转，i＝1。此时4或4与2的凸环移至空处，与行星轮的接触落空脱开。4a与12之接触，应是线接触，以提高传动效率。为使二者之接触有力，可使4a或/和12之园环表面敷设高摩擦系数且具弹性之材料，取得较大之摩擦转矩。或者使2个环面做成内、外齿轮，齿数相同，二者被推入接合时，内、外齿轮啮合。也可在2个环面上设任何销、钉阻挡物，取得足够之接合转矩，或使12外园面的一部分或多部分做成是可沿径向滑移的滑块，仍靠高转速时的离心力与4a贴紧产生足够摩擦转矩。这里不必一一列举。应注意的是，2、4轴向滑移趋向4a与12接合时，传动比i应趋向于1，使得4a与12接合时，相对转速已趋于零，则这个接合(例如上述的齿轮啮入方式)是无冲击和平稳的。前面已提过，改变传动比是使R1、R3沿轴向而有变化。
杆23与内摩擦环22固连，沿轴向推22左移使之与行星轮11接合时(此时整个行星轮已被4之左移而压下)，2与1脱开而仅4与3接合，由于11之直径小于此时之R3(较大)，而通常R1是大于R3的，因此22与11之接合，将使4之转向与5之转向相反，成为“倒挡”，即反向传动位置。
还可以有“空档”，例如令1与一个可在壳体内自由转动的滑环接触，则变速器无输出扭矩，4与5之联系被切断。相当于离合器脱开。这一机构在图二中未示出。
行星轮可如
图1那样有两组，也可有3组、4组、5组等，都是形状相同而均匀分布的，使得4、2及5受力平衡。
行星轮3、1的外园面与轴向剖面的交线，可以如图2那样是凹的曲线，也可以是任何形状之曲线，或是斜的直线(此时行星轮成为锥形轮)，视无级变速的需要而定。唯须设计成变速时行星轮轴线与输入轴及内摩擦轮之轴线保持平行，这需要使等式R1-R3＝R2-R4
保持成立。
本发明适用于一切带负荷无级变速之场合。并特别适用于汽车无级变速。这是因为，本发明在通常状态是内、外摩擦轮之间的点接触，损耗相对较大，但在直接档(4a与12接合)是线接触或齿轮接合等，损耗小，效率高，而汽车通常是在起步、爬坡时用传动比较大，在平坦道路上高速行驶时用传动比很小，而高速行驶通常占去90%以上行驶路程。本发明变速器在传动比大时效率相对差一些，而直接档则具有超过齿轮变速器的最高效率，因此，平均使用传动效率会很高，达到甚至超过齿轮变速器的传动效率，又能在起步换档时做到带负荷自动连续无级变速，可以在特性(动力性等)方面优于目前的液力机械式无级变速器，传动效率很高，体积小，因结构简单、无齿轮和省去离合器而造价很低，同时具有摩擦传动的低噪声，工作柔和和具保护性的特点。
本发明另一个特别用途是用于电动机的起动及变速。电动机带满负荷起动通常很困难，给电网也造成很大冲击。使用液力偶合器起动，变频起动成本昂贵，体积大，可靠性差，使用△-Y、变压、变极、串阻、电感或电容式起动则效果不大好。使用摩擦离合器起动会遇到滑动摩擦不易控制的问题。
利用本发明变速器兼做大、中功率交流电动机的带满负荷起动器，在本来特性上是非常适合的。电动机初起动时，转速低，输入轴5即为电动机轴的转速也就很低，行星轮离心力小因而摩擦转矩小，负荷可能未被转动但电动机负荷亦极小;随着转速升高，离心力升高，摩擦转矩增大，起动负荷直至满负荷，这样，电动机在初起动瞬间负荷为零，相当于空载起动，对电网冲击很小，转速升高过程中负荷被柔性接入，整个特性与使用液力偶合器极为相似。但是，本发明体积很小，可与电动机用同一壳体，同一个轴(输入轴)，省去2个支承轴承，并可兼做减速器、带负荷变速器，因而成本有很大降低，本发明利于用在高转速场合，离心力与转速之平方正比，利于减轻行星轮系的重量，缩小体积。因此，可用于同步转速为3000转/分的2级交流电机。2极电极比4极、6极、8极的体积小重量轻成本低，而效率也好，使电机起动器-变速器总体效能提高。当然，本发明也可只做为起动器而不做变速器，则结构更简单，只有前述的一个i＝1的“直接档”，使图2中12的外园面的部分做成可沿径向滑移的滑块成为离心块，输入轴直接靠离心块产生摩擦转矩带动输出轴转动。这样的离心式起动器可与电动机装在一个机壳内。兼做为电动机起动器的变速器不必非得是本发明所述的无级变速器，也可以是中国专利文献第90104953号所述的有级的离心摩擦式行星减速器。
对于本发明，把凸截面摩擦环放在行星轮外园上，而使内摩擦轮具有内园面与轴向剖面之交线为曲线或斜直线的可连续改变接触半径的外园段，利用本发明原理，以行星轮离心力为正压力，内、外摩擦轮间之相对轴向位移，同样可以连续地无级变速。
这样，本发明解决了摩擦式无级变速器的正压力作用于轴承及传动效率低这两个难题。
权利要求
1.一种摩擦式无级变速器，具有输入轴、转臂、行星摩擦轮、内摩擦轮、输出轴及机壳，其特征是，具有至少两组同轴线固连的行星摩擦轮，每组的其中一个行星摩擦轮在离心力作用下与一个不可转动的内摩擦轮接合，其中另一个行星摩擦轮在离心力作用下与一个可转动的内摩擦轮接合，内摩擦轮具凸截面的环以与行星摩擦轮接合，行星摩擦轮外园轮廓面与轴向剖面之交线至少有一段是曲线或斜直线，以使行星摩擦轮之接触半径可连续变化，行星轮系经滑块可在转臂的缺口内沿径向滑移，行星轮之轴线始终保持与输入轴及内摩擦轮之轴线保持平行，行星轮系依靠公转产生的离心力为摩擦正压力贴紧内摩擦轮产生摩擦转矩，内、外摩擦轮间之相对轴向位移使摩擦轮接触半径连续变化而使变速器能够无级变速。
2.权利要求1所述的无级变速器，其特征是，还具有与输入轴固连的转臂，其外园面可与可转动内摩擦轮的内园面接合，构成传动比为1的直接档。
3.权利要求2所述的无级变速器，其特征是，所述内、外园面上敷设有可增加摩擦系数的弹性材料，或是转臂外园面的一部分或各部分是可径向滑移的滑块，在离心力作用下紧贴内摩擦轮，使输入轴可直接驱动输出轴。
4.权利要求2所述的无级变速器，其特征是，所述内、外园面是齿数相同的内、外齿轮，可推入啮合，或内、外园面上设有任何销、钉阻挡物，使输入轴有足够转矩驱动输出轴。
5.权利要求1所述的无级变速器，其特征是，还具有特定直径的行星摩擦轮和内摩擦轮，二者接合时，输出转向会反过来，使变速器具有倒档。
6.权利要求1所述的无级变速器，其特征是，输出轴处还具有一对相啮合的内、外螺旋齿轮及回位弹簧，输出扭矩的变化使螺旋齿轮付啮合轴向力变化，推或拉内摩擦轮产生轴向滑动达至无级变速，回位弹簧可使内摩擦轮轴向回位。
7.一种带有离心式摩擦起动器的电动机，具有与电动机轴一起转动的离心块及内摩擦轮，其特征是，电动机起动时转速渐升而离心力渐升，使离心块与内摩擦环间之摩擦转矩逐步升高，可使电动机能够带满负荷起动而对电网冲击甚小。
8.权利要求7所述的电动机，其特征是，还具有以离心力为摩擦正压力的离心摩擦式无级变速器，或具有这样的有级变速器或减速器。
9.权利要求7和8所述的电动机，其特征是，电动机轴与所述起动器、变速器的输入轴是同一根轴，这样可省去2个支承轴承。
全文摘要
以离心力为正压力的无级变速器，正压力直接作用于内摩擦轮而不作用于轴承，提高了传动效率。适用于汽车变速器及电动机带满负荷起动器和变速器。
文档编号F16H15/50GK1104731SQ93115309
公开日1995年7月5日 申请日期1993年12月30日 优先权日1993年12月30日
发明者郑悦 申请人:李蕴藻, 郑悦