CN101550995B - 环布锥轮无级变速装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环布锥轮无级变速装置，包括一从动轴和布置在从动轴周围的主动轴，从动轴上设有一个可以轴向移动的柱形摩擦轮，所述柱形摩擦轮还与一位置控制装置相连接；每根主动轴上设有一个锥形摩擦轮，所述锥形摩擦轮内侧的锥面与柱形摩擦轮的柱面平行接触，形成摩擦传动面。本发明利用锥形摩擦轮与柱形摩擦轮之间的摩擦传动面进行传动，可以在使用转速范围内传递较高的扭矩。当无级地改变柱形摩擦轮的位置时，锥形摩擦轮与柱形摩擦轮之间的传动比也会相应地无级变化，从而实现无级变速。本发明具有结构简单、紧凑，性能可靠，成本低等优势。

Description

环布锥轮无级变速装置

技术领域

本发明涉及一种无级变速传动装置。

背景技术

公知的无级变速器传动通常分牵引式和摩擦式两种形式，牵引式传动通过接触面间的液体介质分子力传递动力；摩擦式传动通过接触面的摩擦力传递动力。牵引式传动无级变速器典型运用就是牵引环式无级变速器，其优点是可以串联布置多组牵引环，传递的扭矩大，效率高，但缺点是装置热负荷高，对液体介质物理化学性质要求很高，传递转速较低。摩擦式无级变速器典型运用就是金属V带式无级变速器，通过轴向调节V形带槽宽度，控制主动轮和从动轮V带实际接触面的半径，从而实现连续调节传动比。金属V带式无级变速器结构紧凑，控制方便，能高速传动，但其构件多、结构复杂，加工精度要求高，且不能传递过高的扭矩，急加速和传递大扭矩时容易打滑，故多用于较小排量发动机的变速传动。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型的摩擦式无级变速传动装置，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种环布锥轮无级变速装置，包括一从动轴和布置在从动轴周围的主动轴，从动轴上设有一个可以轴向移动的柱形摩擦轮，所述柱形摩擦轮还与一位置控制装置相连接；每根主动轴上设有一个锥形摩擦轮，所述锥形摩擦轮内侧的锥面与柱形摩擦轮的柱面平行接触，形成摩擦传动面。

优选地，所述主动轴沿环形均布在从动轴的周围。

优选地，所述主动轴和从动轴的轴心线全部相交于一点。

优选地，各主动轴与从动轴成相同的夹角，该夹角等于锥形摩擦轮锥顶角的一半。

优选地，还包括有基座，所述从动轴、主动轴的两端均通过轴承支撑在基座上。

优选地，所述从动轴的一端设有输出齿轮。

更优地，所述各主动轴都与一输入轴通过锥齿轮传动连接。

优选地，所述柱形摩擦轮与从动轴之间通过花键相配合，所述位置控制装置是一个可以沿从动轴轴向滑动的拨叉，所述柱形摩擦轮位于拨叉内。

优选地，所述锥形摩擦轮还与压力调节机构相连接。

更优地，所述锥形摩擦轮与主动轴之间通过花键相配合，锥形摩擦轮与主动轴之间可以轴向滑动，所述压力调节机构包括一个套在主动轴上的调节螺母和一个弹簧，弹簧位于调节螺母和锥形摩擦轮的大端之间。

本发明的有益效果是：利用锥形摩擦轮与柱形摩擦轮之间的摩擦传动面进行传动，可以在使用转速范围内传递较高的扭矩。当无级地改变柱形摩擦轮的位置时，锥形摩擦轮与柱形摩擦轮之间的传动比也会相应地无级变化，从而实现无级变速。本发明具有结构简单、紧凑，性能可靠，成本低等优势。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明环布锥轮无级变速装置的剖面结构示意图。

图2是本发明一种具有六个锥形摩擦轮实施例的立体结构图。

图3是一个主动轴单元的剖视图。

图4是柱形摩擦轮、拨叉和从动轴的连接关系示意图。

图5是主动轴和从动轴的角度关系示意图。

图中1.基座，2.锥齿轮，3.锥齿轮，4.输入轴，5.柱形摩擦轮，6.从动轴，7.调节螺母，8.弹簧，9.锥形摩擦轮，10.主动轴，11.基座，12.输出齿轮，13.拨叉

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明环布锥轮无级变速装置包括一根位于中央的从动轴6，在从动轴6的周围布置多根主动轴10，本实施例中为六根，且主动轴10沿环形均布在从动轴6的周围。从动轴6和主动轴10的两端分别通过轴承支撑在基座1、11上。

从动轴6上套有一个柱形摩擦轮5，从动轴6的表面设有纵向滑槽，柱形摩擦轮5的内孔中也设有花键槽，因此柱形摩擦轮5与从动轴6之间的连接方式为花键配合，柱形摩擦轮5与从动轴6之间可以轴向移动，但不能相对转动。

每根主动轴10上设有一个锥形摩擦轮9，结合图5，主动轴10倾斜安装，各主动轴10和从动轴6的轴心线全部相交于一点O。各主动轴10与从动轴6成相同的夹角α，本实施例中夹角α＝10°，该夹角α等于锥形摩擦轮9锥顶角θ的一半。这样，锥形摩擦轮9内侧的锥面与柱形摩擦轮5的柱面正好平行接触，形成摩擦传动面。在锥形摩擦轮9的大端设有一个内腔，如图3所示，该内腔中有一个弹簧8套在主动轴10上，弹簧8的一端与锥形摩擦轮9相接触，另一端与调节螺母7相接触，调节螺母7通过主动轴10上的一段螺纹相配合。保持锥形摩擦轮9和柱形摩擦轮5传动面接触，转动调节螺母7，就可以调整弹簧8的压缩量，从而调整锥形摩擦轮9和柱形摩擦轮5之间的接触压力，因此，弹簧8和调节螺母7就构成了压力调节机构。锥形摩擦轮9与主动轴10之间也通过花键相配合，从而锥形摩擦轮9与主动轴10之间可以在轴向限制范围内滑动。这种设计保障了接触面始终保持均匀的压力，同时锥形摩擦轮9与主动轴10之间的轴向运动亦可补偿制造、安装误差，以及运转过程中器件热膨胀公差，能有效提高构件寿命和传动鲁棒性。

由于锥形摩擦轮9的直径是连续变化的，因此柱形摩擦轮5与锥形摩擦轮9的接触位置不同，它们之间的传动比也不相同，当连续地改变柱形摩擦轮5的轴向位置时，就可以连续地改变主动轴10与从动轴6之间的传动比，从而实现无级变速。为此，本发明设置了一个柱形摩擦轮的位置控制装置，在本实施例中，位置控制装置是一个拨叉13，如图4所示，柱形摩擦轮5位于拨叉13的两个叉头之间，拨叉13的叉头套在柱形摩擦轮5两端的叉槽内。当改变拨叉13的位置时，会带动柱形摩擦轮5的轴向位置改变。拨叉13可以使用公知的直线驱动机构驱动，执行位置控制时，各传动件均在高速转动中，故驱动拨叉的阻力很小，传动比线性变化，保障传动平稳，高效。

上述构件构成本发明无级变速装置的核心总成件，总成以模块方式安装到箱体上，以保证安装工艺性和精度。

输入轴4与从动轴6同轴线布置，输入轴4的端部安装锥齿轮3，每根主动轴10的端部都安装一个锥齿轮2，锥齿轮2都与锥齿轮3相啮合，这样，从输入轴4输入的动力经过锥齿轮传动传递给主动轴10，再通过摩擦传动传递给从动轴6，从动轴6的外端设有输出齿轮12，用于输出动力。

下面进一步说明本发明的工作原理。

图1清楚地显示了本发明的结构和工作原理：从构造上看，每个锥形摩擦轮9的内侧母线(剖面图中的内侧轮廓线)均和从动轴6的轴线平行，并和柱形摩擦轮5平行接触，亦即每个锥形摩擦轮9的内侧母线到柱形摩擦轮5的轴心均等距。当柱形摩擦轮5(从动轮)处于不同的轴向位置时，和锥形摩擦轮9(主动轮)接触处的锥形摩擦轮9的直径也会不同，输出传动比也不同。因为柱形摩擦轮5有一定宽度，和锥形摩擦轮9摩擦面为线接触，故接触线上各点对应的锥形摩擦轮9的直径也会不同，接触线上锥形摩擦轮9和柱形摩擦轮5上的点会存在相对滑移。当前接触位置下，在接触线上两轮之间没有相对滑移的点所对应的锥形摩擦轮9的直径即为实际传动直径，定义为锥形摩擦轮9在此位置处的当量直径。当前位置的实际传动比就是从动轮直径除以主动轮的当量直径。设柱形摩擦轮5的直径为Dout，在基座1、11内沿从动轴6的整个滑动行程为L，设柱形摩擦轮5处于图1中所示的最右端为行程起点，在该起点处，锥形摩擦轮9与柱形摩擦轮5相接触的当量直径为Ds，在拨叉13作用下柱形摩擦轮5在从动轴6上的位置(到起点的距离)为Lx，则在该位置处，变速装置输出传动比为 $\mathrm{ix}=\frac{\mathrm{Dout}}{\mathrm{Ds}+2\mathrm{Lx}*\sin \mathrm{\α}},$ 而整个滑动行程L内，传动比范围为 $\mathrm{ix}\⋐[\frac{\mathrm{Dout}}{\mathrm{Ds}+2L*\sin \mathrm{\α}},\frac{\mathrm{Dout}}{\mathrm{Ds}}].$

工作状态下，动力由同一输入轴4输入，通过锥齿轮3、2分配到每一组锥形摩擦轮9，六组锥形摩擦轮9形成六个传动接触面，共同驱动同一柱形摩擦轮5，经由一个总的从动轴6输出。拨叉13在驱动机构作用下沿轴向拨动柱形摩擦轮，实现传动比的无级调节。

摩擦式传动在接触面的摩擦系数固定的情况下，能够传递扭矩的大小取决于接触面面积的大小和接触面法向压力的大小。增大接触压力可以有效增加传递扭矩，但同时力负荷和热负荷也会增加，对构件和润滑介质的物化性能要求提高，并会降低传动效率。故接触面的压力不能无限增加，而是取一合理的设计值。另一个增加传动扭矩的有效方法是增加传动的摩擦接触面面积。本发明可以通过选择锥形摩擦轮的数量，有效地增加摩擦传动面。锥形摩擦轮9的数量越多，变速装置能传递越大的扭矩，合理地选择锥形摩擦轮的数量可以达到扭矩和结构、成本的优化平衡。同时，锥形摩擦轮小端直径、布置倾角、柱形摩擦轮的直径，以及柱形摩擦轮行程的优化设计，可以获得理想的传动比范围。

本发明采用锥形轮作为无级传动的驱动调整元件，结构比传统的金属V带紧凑简单，成本优势非常明显。多组锥形主动轮组的均匀布置设计，有效的增大了传动接触面积，从动轮摩擦面始终是一个柱状包络面，轴向运动没有负荷突变，传动平稳，可以传递更大的扭矩，并承受大的扭矩突变。锥形摩擦轮上的压力调节机构在保障持续压紧的同时，能动态补偿工艺和运转偏差，有效提高传动平顺性和器件寿命。只控制单个直线运动单元，就可以实现无级变速控制，执行机构非常简单，从而提高了效率。

上述实施例中，输入轴、输出齿轮、主动轴和从动轴均为相对概念，本领域的技术人员可以很容易地理解，如果利用输出齿轮12输入动力，从动轴6带动主动轴10转动，并由输入轴4输出动力，也同样可以实现无级变速的功能，因此，这种应用情形也在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种环布锥轮无级变速装置，包括一从动轴(6)和布置在从动轴周围的主动轴(10)，从动轴(6)上设有一个可以轴向移动的柱形摩擦轮(5)，所述柱形摩擦轮(5)还与一位置控制装置相连接；每根主动轴(10)上设有一个锥形摩擦轮(9)，所述锥形摩擦轮(9)内侧的锥面与柱形摩擦轮(5)的柱面平行接触，形成摩擦传动面，所述锥形摩擦轮(9)还与压力调节机构相连接，其特征是：所述锥形摩擦轮(9)与主动轴(10)之间通过花键相配合，锥形摩擦轮(9)与主动轴(10)之间可以轴向滑动，所述压力调节机构包括一个套在主动轴(10)上的调节螺母(7)和一个弹簧(8)，弹簧(8)位于调节螺母(7)和锥形摩擦轮(9)的大端之间。

2.根据权利要求1所述的环布锥轮无级变速装置，其特征是：所述主动轴(10)沿环形均布在从动轴(6)的周围。

3.根据权利要求1或2所述的环布锥轮无级变速装置，其特征是：所述主动轴(10)和从动轴(6)的轴心线全部相交于一点。

4.根据权利要求3所述的环布锥轮无级变速装置，其特征是：各主动轴(10)与从动轴(6)成相同的夹角，该夹角等于锥形摩擦轮(9)锥顶角的一半。

5.根据权利要求1所述的环布锥轮无级变速装置，其特征是：还包括有基座(1，11)，所述从动轴(6)、主动轴(10)的两端均通过轴承支撑在基座(1，11)上。

6.根据权利要求1所述的环布锥轮无级变速装置，其特征是：所述从动轴(6)的一端设有输出齿轮(12)。

7.根据权利要求6所述的环布锥轮无级变速装置，其特征是：所述各主动轴(10)都与一输入轴(4)通过锥齿轮传动连接。

8.根据权利要求1所述的环布锥轮无级变速装置，其特征是：所述柱形摩擦轮(5)与从动轴(6)之间通过花键相配合，所述位置控制装置是一个可以沿从动轴轴向滑动的拨叉(13)，所述柱形摩擦轮(5)位于拨叉(13)内。

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