專利名稱：無級變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種無級變速器，屬于在運(yùn)轉(zhuǎn)中可連續(xù)無級調(diào)速的機(jī)械摩擦無級變速器，適用于中小功率的傳動。
與一般調(diào)速方式不同，本發(fā)明運(yùn)用行星輪系和滾動摩擦傳動原理，以圓錐輪作行星輪，通過改變調(diào)速環(huán)的軸向位置，實(shí)現(xiàn)輸出軸的無級調(diào)速。
本發(fā)明旨在提出一種結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、具有零轉(zhuǎn)速和大轉(zhuǎn)矩輸出、可進(jìn)行恒功率調(diào)速的無級變速方案，從而使中小功率的無級變速器易于設(shè)計(jì)、制造和使用維護(hù)，在有關(guān)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
如

圖1所示，該傳動輪系為3K型行星輪系。圖中1為輸入輪、即中心輪K1;2為輸出輪，即中心輪K2;3為調(diào)速環(huán)，即中心輪K3;4為圓錐輪(組)，作行星輪;5為錐輪保持架。
1.特征輸入輪、輸出輪、調(diào)速環(huán)和錐輪保持架的幾何中心線或回轉(zhuǎn)軸線與圓錐輪的公轉(zhuǎn)軸線為同一直線，稱為主軸線。在輪系中，圓錐輪作行星輪，為多個對稱分布于錐輪保持架上，各輪相對于主軸線的外側(cè)表面母線均平行于主軸線;錐輪保持架作系桿，在安裝、調(diào)試和運(yùn)行中對圓錐輪進(jìn)行位置調(diào)節(jié)和約束;調(diào)速環(huán)不能作轉(zhuǎn)動或擺動，在輪系運(yùn)行中只能通過其控制機(jī)構(gòu)使其產(chǎn)生軸向平行移動，從而對輸出輪進(jìn)行無級調(diào)速;輸入輪、輸出輪和調(diào)速環(huán)，它們與圓錐輪間均為點(diǎn)接觸和滾動摩擦傳動。
如圖1所示，輸入輪、輸出輪和調(diào)速環(huán)的有效半徑R1、R2、R3依次增大。與調(diào)速環(huán)接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑R43的最大值R43max大于與輸出輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑R42;與輸出輪接觸的圓錐輪面為環(huán)狀內(nèi)凹圓錐面或環(huán)狀平面，與調(diào)速環(huán)接觸的圓錐輪面為外圓錐面，且上述內(nèi)錐面頂角大于外錐面頂角，當(dāng)內(nèi)錐面頂角為180°時，該面即為環(huán)狀平面;與圓錐輪接觸的輸出輪表面為環(huán)狀凸弧面;與圓錐輪接觸的調(diào)速環(huán)內(nèi)周表面為環(huán)狀凸弧面。
在圖1中，與輸入輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑R41大于與輸出輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑R42，輸入輪和圓錐輪的兩對應(yīng)接觸面分別為環(huán)狀凹弧面和環(huán)狀凸弧面。
2.變速分析如圖1所示，用箭頭表示某輪可見側(cè)的圓周速度方向。從輸出端方向看，當(dāng)輸入輪按逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，圓錐輪在輸入輪和調(diào)速環(huán)的作用下，沿調(diào)速環(huán)內(nèi)側(cè)滾動，即產(chǎn)生繞自身軸線的自轉(zhuǎn)運(yùn)動和繞主軸線的公轉(zhuǎn)運(yùn)動。輸出輪在圓錐輪組的作用下，產(chǎn)生與圓錐輪相適應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。變動調(diào)速環(huán)的軸向位置，可從輸出端得到不同的轉(zhuǎn)速。輸出端與輸入端轉(zhuǎn)向相反。
該輪系變速比為R= (n2)/(n1) =- (R1)/(R2) · (R3·R42-R2·R43)/(R1·R43+R3·R41)輸出轉(zhuǎn)速為n2=- (R1)/(R2) · (R3·R42-R2·R43)/(R1·R43+R3·R41) ·n1式中“-”表示輸出輪與輸入輪轉(zhuǎn)向相反;n1為輸入輪轉(zhuǎn)速。
如圖1所示，R1、R2和R3分別為輸入輪、輸出輪和調(diào)速環(huán)的有效半徑;R41、R42和R43分別為與輸入輪、輸出輪和調(diào)速環(huán)接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑。
R43為可變量，隨著調(diào)速環(huán)的軸向位置不同，R43變化范圍為0～ (R3)/(R2) ，當(dāng)R43→0時，R→- (R1·R42)/(R2·R41) ,n2→- (R1·R42)/(R2·R41) ·n1R43→- (R3)/(R2) ·R42時，R→0，n2→0，這時，機(jī)構(gòu)可能產(chǎn)生自鎖。
分析可知，變速比和輸出轉(zhuǎn)速的絕對值隨R43增大而減小，隨R43減小而增大，其變化范圍分別為- (R1·R42)/(R2·R41) ～0和- (R1·R42)/(R2·R41) ·n1～0。理論上可以保證很寬的調(diào)速范圍。
3.輸出特性如圖2所示，為圖1的受力分析圖。圖中F1、F2和F3分別為圓錐輪對輸入輪、輸出輪和調(diào)速環(huán)的接觸反力?？梢?，當(dāng)F1一定時，F(xiàn)2/F1和F2隨R43增大而增大，隨R43減小而減小。
若零件材料性能等滿足承載能力要求，能耗不計(jì)，在一定的摩擦系數(shù)下，根據(jù)能量守恒原理，當(dāng)R43較小時，輸出轉(zhuǎn)速較高，輸出輪可承受的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，相應(yīng)需要較小的圓周摩擦力和接觸反力F2;同理，當(dāng)R43較大時，輸出轉(zhuǎn)速較低，相應(yīng)需要較大的接觸反力F2。而由上段論述可知，該機(jī)構(gòu)正能滿足此變化要求，即若F1一定，當(dāng)R43較小時，F(xiàn)2/F1較小，F(xiàn)2取較小值;當(dāng)R43較大時，F(xiàn)2/F1較大，F(xiàn)2取較大值。這樣，在零件材料性能等因素滿足要求時，該機(jī)構(gòu)在一定功率范圍內(nèi)可做恒功率傳動。考慮到實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中由滑動摩擦等造成的能耗，這種恒功率傳動有一定的近似性。
當(dāng)R43→ (R3)/(R2) ·R42時，輸出轉(zhuǎn)速n2→0，按能量守恒原理，不計(jì)能耗，輸出輪所能承受的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)→∞。但這時的零件材料性能和摩擦系數(shù)等就構(gòu)成了決定性制約因素，只能傳遞一個最大的轉(zhuǎn)矩，即極限轉(zhuǎn)矩Tmax。
輸出特性曲線如圖3所示。
同現(xiàn)有的機(jī)械無級變速技術(shù)相比，采用本發(fā)明的無級變速器有很寬的調(diào)速范圍，有零轉(zhuǎn)速和大轉(zhuǎn)矩輸出，并可進(jìn)行恒功率調(diào)速;通過軸向平移控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)速，可在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中隨時調(diào)整、簡單方便;易于實(shí)現(xiàn)自動控制;結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、體積小，可用于各種中小功率調(diào)速場合;由于材料、制造和潤滑等有關(guān)因素影響，不宜用于大功率調(diào)速場合。
圖4是實(shí)施本發(fā)明的一個方案。圖中1、2、3、4、5同圖1，6為電機(jī)，7為電機(jī)輸出軸，8為接觸壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，9為輸出軸，10為手柄。輸入輪用鍵裝于電機(jī)輸出軸上;輸出輪通過接觸壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)裝于輸出軸上;輸入軸與輸出軸間用軸承相聯(lián)使其同軸。扳動手柄，使調(diào)速環(huán)產(chǎn)生軸向平移，從而實(shí)現(xiàn)輸出軸的無級調(diào)速。
實(shí)施本發(fā)明還應(yīng)注意1.選擇合適的潤滑油類作牽引液，保證各點(diǎn)接觸運(yùn)動副間為牽引傳動、彈流潤滑，以利于減緩磨損，提高傳動效率和使用壽命。
2.根據(jù)實(shí)際要求，保證有關(guān)接觸力設(shè)計(jì)為可調(diào)。
3.為適應(yīng)不同的使用要求，調(diào)速環(huán)的軸向平移機(jī)構(gòu)可設(shè)計(jì)為手動或自動控制。
4.設(shè)計(jì)時根據(jù)實(shí)際需要選擇調(diào)速范圍，并避免低速輸出時可能出現(xiàn)的自鎖問題。
權(quán)利要求
1.一種無級變速器，根據(jù)行星輪系和滾動摩擦傳動原理設(shè)計(jì)，是在運(yùn)轉(zhuǎn)中可連續(xù)無級調(diào)速的機(jī)械摩擦無級變速器，其特征是包括輸入輪、輸出輪、調(diào)速環(huán)、圓錐輪組和錐輪保持架；輸入輪、輸出輪、調(diào)速環(huán)和錐輪保持架的幾何中心線或回轉(zhuǎn)軸線與圓錐輪的公轉(zhuǎn)軸線均為同一直線，稱為主軸線；在輪系中，圓錐輪作行星輪，為多個對稱分布于錐輪保持架上，各輪相對于主軸線的外側(cè)表面母線均平行于主軸線；錐輪保持架作系桿，在安裝、調(diào)試和運(yùn)行中對圓錐輪進(jìn)行位置調(diào)節(jié)和約束；調(diào)速環(huán)只能做軸向平行移動，調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速；輸入輪、輸出輪和調(diào)速環(huán)，它們與圓錐輪間均為點(diǎn)接觸和滾動摩擦傳動。
2.按權(quán)利要求1的無級變速器，其特征是輸入輪、輸出輪和調(diào)速環(huán)的有效半徑依次增大，與調(diào)速環(huán)接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑的最大值大于與輸出輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑;與輸出輪接觸的圓錐輪面為環(huán)狀內(nèi)凹圓錐面或環(huán)狀平面，與調(diào)速環(huán)接觸的圓錐輪面為外圓錐面，且內(nèi)錐面頂角大于外錐面頂角，當(dāng)內(nèi)錐面頂角為180°時，即為環(huán)狀平面;與圓錐輪接觸的輸出輪表面為環(huán)狀凸弧面;與圓錐輪接觸的調(diào)速環(huán)內(nèi)周表面為環(huán)狀凸弧面。
3.按權(quán)利要求1和2的無級變速器，其特征是與輸入輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑大于與輸出輪接觸的圓錐輪接觸點(diǎn)半徑;輸入輪和圓錐輪的兩對應(yīng)接觸面分別為環(huán)狀凹弧面和環(huán)狀凸弧面。
全文摘要
一種無級變速器，屬于在運(yùn)轉(zhuǎn)中可連續(xù)無級調(diào)速的機(jī)械摩擦無級變速器，包括輸入輪、輸出輪、調(diào)速環(huán)、圓錐輪組和錐輪保持架，為同軸線輸入、輸出。運(yùn)用行星輪系和滾動摩擦傳動原理，以圓錐輪作行星輪，通過改變調(diào)速環(huán)的軸向位置實(shí)現(xiàn)輸出輪的無級調(diào)速。該型變速器具有很寬的調(diào)度范圍，有零轉(zhuǎn)速和大轉(zhuǎn)矩輸出，可進(jìn)行恒功率調(diào)速，易于實(shí)現(xiàn)自動控制，可廣泛用于中小功率無級調(diào)速領(lǐng)域。其變速比為
文檔編號F16H15/50GK1074736SQ92100349
公開日1993年7月28日 申請日期1992年1月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月21日
發(fā)明者顓清平 申請人:顓清平