專利名稱：脈動無級變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機械無級變速器，具體地說，涉及一種脈動無級變速器。
背景技術(shù)：
眾所周知，傳統(tǒng)脈動無級變速器采用傳動機構(gòu)將變速器主軸的勻速旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成施加在單向超越離合器上的變速旋轉(zhuǎn)運動，然后再經(jīng)過單向超越離合器轉(zhuǎn)換成輸出軸的單向脈動性旋轉(zhuǎn)運動；通過數(shù)個具有一定相位差的組合機構(gòu)，使輸出軸獲得脈動幅度很小的單向旋轉(zhuǎn)運動。用調(diào)速機構(gòu)來改變傳動機構(gòu)中某一構(gòu)件長度或改變某一構(gòu)件的偏心距來形成構(gòu)件間新的尺寸比例關(guān)系，從而改變變速旋轉(zhuǎn)運動的角速度變化率，通過超越離合器使輸出軸的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，從而達到無級變速的目的。在阮忠唐主編的《機械無級變速器設(shè)計與指南》，中國發(fā)明專利申請公開號2128983和2083263的說明書中作了詳細描述。
傳統(tǒng)脈動無級變速器的缺點是受單向超越離合器的承載能力和抗沖擊能力限制，輸出機構(gòu)成為傳統(tǒng)脈動無級變速器的致命缺陷，因此只能適用于低速中小功率。且單向超越離合器只能將瞬時角速度最大的那套傳動機構(gòu)的動力輸出，脈動性較大，用多增加組合機構(gòu)相數(shù)的方法來減小脈動，又會使脈動無級變速器結(jié)構(gòu)趨于復雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題提供了一種脈動無級變速器，其要解決的技術(shù)問題在于改變傳統(tǒng)脈動無級變速器中由超越離合器作為輸出機構(gòu)主要部件來傳遞動力的方法。用其它構(gòu)件取代超越離合器來實現(xiàn)輸出機構(gòu)的功能，使整個機構(gòu)動力鏈無薄弱環(huán)節(jié)，且輸出動力時能與傳動機構(gòu)配合將傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)變成的變速旋轉(zhuǎn)運動中角速度變化較小的那部分動力傳遞給輸出軸，降低輸出動力的脈動性。
本發(fā)明的上述技術(shù)問題可以用2Z-X型正號機構(gòu)差動輪系與傳動機構(gòu)組合來實現(xiàn)輸出機構(gòu)的功能，用傳動機構(gòu)一端聯(lián)接變速器輸入軸，另一端和變速器的輸入軸分別去封閉二自由度差動輪系的兩個中心輪，由轉(zhuǎn)臂通過變速器的輸出軸輸出動力；利用兩個或兩個以上具有一定相位差的上述組合機構(gòu)通過多項逐差原則來輸出動力。利用差動輪系逐相輸出時，不一定將角速度最大的那套機構(gòu)的動力輸出的特點，用具有將勻速旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成能含有一部分較小角速度變化的變速旋轉(zhuǎn)運動功能的傳動機構(gòu)與差動輪系互相配合，使變速器逐相輸出動力時將轉(zhuǎn)速變化較小的那部分動力輸出，達到減小輸出動力的脈動幅度的作用。
在優(yōu)選實施方式中，差動輪系采用傳動比為1∶1的2Z-X型正號機構(gòu)圓錐齒輪差動輪系，轉(zhuǎn)臂采用單排雙圓錐齒輪形式，傳動機構(gòu)一端聯(lián)接變速傳動裝置輸入軸，另一端和輸入軸分別去封閉圓錐齒輪差動輪系的兩錐形中心輪，由轉(zhuǎn)臂通過變速器輸出軸輸出動力，并采用兩個上述組合機構(gòu)按180°相位差逐相輸出動力。傳動機構(gòu)利用“等線速同向翻轉(zhuǎn)位似性原理”設(shè)計，使傳動機構(gòu)將勻速旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成的變速旋轉(zhuǎn)運動中有180°輸入軸轉(zhuǎn)角的勻速旋轉(zhuǎn)運動能轉(zhuǎn)化成另一速度的勻速運動。通過傳動機構(gòu)與差動輪系的合適相位組合，達到輸出勻速運動的目的。
本發(fā)明脈動無級變速器與傳統(tǒng)脈動無級變速器相比有如下優(yōu)點由于采用了傳動機構(gòu)封閉差動輪系中心輪的組合機構(gòu)來實現(xiàn)輸出機構(gòu)功能，不再采用超越離合器，使整個脈動無級變速器動力鏈無薄弱環(huán)節(jié)，可最大限度發(fā)揮各環(huán)節(jié)潛能，提高了脈動無級變速器的可靠性，承載能力和抗沖擊能力，使脈動無級變速器能運用于高速大功率。同時組合機構(gòu)能將傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)化后的變速旋轉(zhuǎn)運中角速度變化較小的那一部分動力輸出，使脈動無級變速器輸出平穩(wěn)精確，性能穩(wěn)定。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細的說明圖1本發(fā)明脈動無級變速器的構(gòu)造簡2輸入軸圓筒(2)、同心圓筒(14)和偏心圓筒(16)的端部切面3轉(zhuǎn)臂(10)與輸出軸(3)作用面的切面圖具體實施方法圖1示出了本發(fā)明所提供的脈動無級變速器的簡圖，該脈動無級變速器輸入軸(1)及與輸入軸一體的輸入軸圓筒(2)和輸出軸(3)互相同心，能過軸承(4)和軸承(5)互相支承，輸入軸通過軸承(6)支承在殼體(8)上，輸出軸通過軸承(7)支承在殼體(8)上。(9)、(11)為傳動比1∶1的2Z-X型正號機構(gòu)圓錐齒輪差動輪系的兩個錐形中心輪，(10)為差動輪系的轉(zhuǎn)臂，兩錐形中心輪(11)、(13)和轉(zhuǎn)臂(12)構(gòu)成另一圓錐齒輪差動輪系。兩圓錐齒輪差輪系共用一個中心輪(11)，且中心輪(11)與輸入軸圓筒(2)聯(lián)為一體，中心輪(11)通過軸承(5)套裝在輸出軸(3)上。與輸入軸(1)輸出軸(3)同心的同心圓筒(14)和同心圓筒(15)分別與中心輪(9)中心輪(13)聯(lián)為一體，它們都通過軸承套裝在輸出軸(3)上。轉(zhuǎn)臂(10)和轉(zhuǎn)臂(12)也通過軸承套裝在輸出軸(3)上。如圖3所示，轉(zhuǎn)臂(10)上設(shè)有兩個對稱的直齒(28)和(29)，輸出軸(3)上也對應(yīng)設(shè)有兩個對稱的直齒(26)、(27)。正常工作時轉(zhuǎn)臂(10)可以通過直齒(28)推動輸出軸(3)上的直齒(27)，直齒(29)推動直齒(26)帶動輸出軸(3)旋轉(zhuǎn)輸出動力。轉(zhuǎn)臂(12)和與之對應(yīng)位置的輸出軸(3)上也設(shè)有與之作用的直齒。輸出軸(3)上與轉(zhuǎn)臂(10)作用的直齒和與轉(zhuǎn)臂(12)作用的直齒相位相同。輸出軸(3)與轉(zhuǎn)臂(10)及輸出軸(3)與轉(zhuǎn)臂(12)之間可以在一定范圍內(nèi)相對轉(zhuǎn)動，可轉(zhuǎn)動角度一般在90°左右。偏心圓筒(16)通過能保持與輸入軸等角速的聯(lián)軸器(17)與輸入軸圓筒(2)聯(lián)接，并套在輸入軸圓筒(2)的外面。偏心圓筒(16)通過軸承固定在偏心圓筒支架(18)上，偏心圓筒支架(18)通過軸承固定在偏心圓筒支架軸(19)上，偏心圓筒支架軸(19)與殼體(8)聯(lián)為一體，偏心圓筒調(diào)節(jié)機構(gòu)(21)固定在殼體(8)上，偏心圓筒調(diào)節(jié)機構(gòu)(21)的輸出齒輪(20)與偏心圓筒支架(18)上的半圓齒輪(22)互相咬合，偏心圓筒調(diào)節(jié)機構(gòu)(21)可以通過輸出齒輪(20)帶動半圓齒輪(22)轉(zhuǎn)動，從而帶動偏心圓筒支架(18)及其上的偏心圓筒(16)繞偏心圓筒支架軸(19)在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，使偏心圓筒(16)與輸入軸圓筒(2)和同心圓筒(14)、(15)形成不同偏心度，如圖2偏心圓筒(16)內(nèi)圓周上帶有一條一定高度的具有一定螺旋角的斜齒(23)，斜齒(23)占偏心圓筒(16)內(nèi)圓周一半。輸入軸圓筒(2)上與斜齒(23)相對應(yīng)的位置開有一條斜槽，可以供斜齒(23)穿過輸入軸圓筒(2)，在同心圓筒(14)的外圓周上也帶有一條與斜齒(23)旋向相同的斜齒(24)，斜齒(24)的齒頂以不接觸輸入軸圓筒(2)為限，一般齒頂離輸入軸圓筒(2)內(nèi)壁1mm左右。斜齒(24)上距同心圓筒(14)的中心相同半徑的齒面對應(yīng)一固定螺旋角，隨著距同心圓筒(14)中心半徑的增大，斜齒(24)對應(yīng)齒面的螺旋角均勻減小。當同心圓筒(14)和偏心圓筒(16)同心時斜齒(24)和斜齒(23)從齒端到齒尾能緊密貼合，即此時的斜齒(24)齒面的螺旋角等于斜齒(23)的螺旋角，且此時斜齒(23)和斜齒(24)齒長相等；斜齒(24)齒尾的實際齒根厚與斜齒(24)如果整個齒面與斜齒(23)具有相同螺旋角時齒尾應(yīng)有的齒根厚之差小于斜齒(24)齒面上與斜齒(23)具有相同螺旋角時的齒面處到同心圓筒(14)中心的半徑和斜齒(24)齒根到同心圓筒(14)中心半徑差的π倍。在輸入軸圓筒(2)與同心圓筒(14)之間設(shè)有一個彈簧(25)，彈簧(25)的彈力所能支撐力距遠小于輸入軸輸入力距，彈簧(25)可以使斜齒(23)和斜齒(24)盡可能貼合。同樣在同心圓筒(15)及偏心圓筒(16)上也有相應(yīng)的斜齒，輸入軸圓筒(2)與同心圓筒(15)之間也設(shè)有彈簧。偏心圓筒(16)上的兩個斜齒相位相差180°。
由傳動比1∶1的2Z-X型錐齒輪正號機構(gòu)差動輪系特性可知，兩中心輪的轉(zhuǎn)向相同轉(zhuǎn)速不相等時，轉(zhuǎn)臂就會處于與中心輪轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)運動狀態(tài)。如圖1所示，輸入軸圓筒(2)與中心輪(11)聯(lián)接，使中心輪(11)轉(zhuǎn)速始終等于輸入轉(zhuǎn)速，同心圓筒與另一個中心輪聯(lián)接，只要同心圓筒在偏心圓筒推動下，轉(zhuǎn)速與輸入軸圓筒(2)轉(zhuǎn)速不一致時，就會使轉(zhuǎn)臂反向輸出動力。由于差動輪系的兩個中心輪被傳動機構(gòu)封閉，轉(zhuǎn)臂輸出動力時加在兩個中心輪上的力距處于一種自舉狀態(tài)，只要兩個中心輪的轉(zhuǎn)速不一致，加在兩個中心輪上的力距都隨兩個中心輪的轉(zhuǎn)速差的絕對值變大而減小，即轉(zhuǎn)臂輸出動力的力距會隨轉(zhuǎn)臂的速度變大相應(yīng)變小。
當偏心圓筒(16)在偏心圓筒調(diào)節(jié)機構(gòu)(21)的調(diào)節(jié)下處于與輸入軸圓筒(2)同心時，動力由輸入軸(1)輸入，使輸入軸圓筒(2)通過聯(lián)軸器(17)帶動偏心圓筒(16)以一固定旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。偏心圓筒(16)又通過其上的斜齒帶動同心圓筒(14)和同心圓筒(15)同向旋轉(zhuǎn)，由于此時同心圓筒(14)和同心圓筒(15)與輸入軸圓筒(2)同心，此時同心圓筒(14)和同心圓筒(15)的轉(zhuǎn)速等于偏心圓筒(16)及輸入軸圓筒(2)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)臂(10)和轉(zhuǎn)臂(12)處于靜止狀態(tài)，輸出軸(3)無動力輸出，脈動無級變速器處于零輸出狀態(tài)。
當脈動無級變速器的偏心圓筒(16)在偏心圓筒調(diào)節(jié)機構(gòu)(21)的調(diào)節(jié)下，偏心圓筒(16)和輸入軸圓筒(2)同心圓筒(14)及同心圓筒(15)具有一定偏心度時，由偏心圓筒(16)和同心圓筒(14)的幾何位置可知，斜齒(23)和斜齒(24)相互推動的作用點(面)發(fā)生了變化，由于斜齒(24)齒尾的實際齒根厚與斜齒(24)如果整個齒面與斜齒(23)具有相同螺旋時齒尾應(yīng)有的齒根厚之差小于斜齒(24)齒面上與斜齒(23)具有相同螺旋角時的齒面處到同心圓筒(14)中心的半徑和斜齒(24)齒根到同心圓筒(14)中心半徑差的π倍。因此斜齒(23)齒端和斜齒(24)齒端的推動點(面)處于沿輸入軸圓筒(2)旋轉(zhuǎn)方向斜齒(23)齒頂距同心圓筒(14)中心最近處之后某一位置時，斜齒(23)與斜齒(24)以推動點(面)處線速度等線速同向翻轉(zhuǎn)，斜齒(23)與斜齒(24)互相推動時推動點(面)從剛接觸時的齒端一直到齒尾不斷變化，推動點(面)始終處于相似的幾何位置。斜齒(23)與斜齒(24)互相推動翻轉(zhuǎn)時，同心圓筒(14)會保持某一大于輸入軸圓筒(2)轉(zhuǎn)速的勻速運動，轉(zhuǎn)臂(10)反向勻速轉(zhuǎn)動輸出動力。隨著斜齒(23)和斜齒(24)的不停翻轉(zhuǎn)，斜齒(23)和斜齒(24)的齒端距離不斷加大，齒尾不斷接近，當推動點(面)變化到齒尾時，斜齒(23)和斜齒(24)的推動點(面)將不再變化，同心圓筒(14)也不再保持勻速運動，根據(jù)偏心圓筒(16)和同心圓筒(14)的幾何位置關(guān)系可知，同心圓筒(14)將處于減速狀態(tài)。由于正常工作時，偏心圓筒(16)旋轉(zhuǎn)360°推動同心圓筒(14)也旋轉(zhuǎn)360°，因此同心圓筒(14)轉(zhuǎn)速大于偏心圓筒(16)轉(zhuǎn)速時，同心圓筒(14)與輸入軸圓筒(2)轉(zhuǎn)角差和同心圓筒(14)轉(zhuǎn)速小于偏心圓筒(16)轉(zhuǎn)速時輸入軸圓筒(2)與同心圓筒(14)的轉(zhuǎn)角差相等。即同心圓筒(14)處于勻速運動時，同心圓筒(14)與輸入軸圓筒(2)的轉(zhuǎn)角差與同心圓筒(14)處于非勻速運動時，輸入軸圓筒(2)與同心圓筒(14)的轉(zhuǎn)角差相等。使得轉(zhuǎn)臂(10)在勻速運動時轉(zhuǎn)角和在非勻速運動時轉(zhuǎn)角相同。同理，同心圓筒(15)和轉(zhuǎn)臂(12)也會處于同樣的運行狀態(tài)，因此由輸入軸圓筒(2)同心圓筒(14)及兩中心輪(9)、(11)轉(zhuǎn)臂(10)組成的組合機構(gòu)和與之相位相差180°的由輸入軸圓筒(2)同心圓筒(15)及中心輪(11)、(13)轉(zhuǎn)臂(12)組成的組合機構(gòu)在偏心圓筒(16)的推動下通過輸出軸(3)逐相輸出動力時，輸出軸(3)會維持勻速狀態(tài)。
具體運行狀態(tài)如下當輸入軸圓筒(2)同心圓筒(14)及中心輪(9)、(11)轉(zhuǎn)臂(10)組成的組合機構(gòu)中同心圓筒(14)處于勻速狀態(tài)時，轉(zhuǎn)臂(10)勻速推動輸出軸(3)勻速轉(zhuǎn)動，當同心圓筒(14)從勻速狀態(tài)轉(zhuǎn)到減速狀態(tài)時，轉(zhuǎn)臂(10)轉(zhuǎn)速減慢，由于逐相輸出時每個組合機構(gòu)的轉(zhuǎn)臂在勻速運動時轉(zhuǎn)角和在非勻速狀態(tài)時轉(zhuǎn)角相同，因此由輸入軸圓筒(2)同心圓筒(15)及中心輪(11)、(13)轉(zhuǎn)臂(12)組成的組合機構(gòu)的轉(zhuǎn)臂(12)會繼續(xù)推動輸出軸(3)維持勻速狀態(tài)。此時，轉(zhuǎn)臂(10)上的直齒(28)與輸出軸(3)上的直齒(27)及直齒(29)與直齒(26)之間距離逐漸加大。當同心圓筒(14)在斜齒推動下轉(zhuǎn)速減小到小于輸入軸圓筒(2)轉(zhuǎn)速時，雖然在差動輪系作用下，同心圓筒(14)有保持與輸入軸圓筒(2)同樣轉(zhuǎn)速的趨勢，但由于彈簧(25)的作用，同心圓筒(14)仍保持繼續(xù)減速，直齒(28)與直齒(27)、直齒(29)與直齒(26)距離進一步加大。直至同心圓筒(14)減速至輸入圓筒(2)與同心圓筒(14)的轉(zhuǎn)速差大于同心圓筒(14)處于勻速運動時的轉(zhuǎn)速與輸入軸圓筒(14)的轉(zhuǎn)速差時，轉(zhuǎn)臂(10)的轉(zhuǎn)速大于輸出軸(3)轉(zhuǎn)速，直齒(28)與直齒(27)、直齒(29)與直齒(26)之間的距離逐漸減小。當直齒(28)與直齒(27)、直齒(29)與直齒(26)互相貼合時，斜齒(23)和斜齒(24)齒端互相貼合，互相推動，使同心圓筒(14)再處于勻速運動，轉(zhuǎn)臂(10)代替轉(zhuǎn)速剛下降的轉(zhuǎn)臂(12)繼續(xù)推動輸出軸轉(zhuǎn)動。如此往復循環(huán)，使脈動無級變速器持續(xù)運轉(zhuǎn)。
隨著偏心圓筒(16)在偏心圓筒在調(diào)節(jié)機構(gòu)(21)的調(diào)節(jié)下，偏心圓筒(16)與輸入軸圓筒(2)的偏心度加大時，偏心圓筒(16)上的斜齒與同心圓筒上的斜齒推動點(面)不斷向同心圓筒上的斜齒根部變動，由于同心圓筒上的斜齒齒面越至根部螺旋角越大，使同心圓筒勻速轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)速越大，轉(zhuǎn)臂勻速轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)速也不斷增大，逐相輸出后輸出軸(3)的轉(zhuǎn)速也不斷增大，實現(xiàn)了無級變速傳動。
實際設(shè)計中，偏心圓筒和同心圓筒上的斜齒可設(shè)計成人字齒或其它形狀來減小同心圓筒和偏心圓筒的軸向應(yīng)力，以便采用較短的同心圓筒、偏心圓筒和輸入軸圓筒，減小脈動無級變速器的體積。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，較實用于車輛變速箱。應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可做出若干變形和改進，特別是采用類似功能的其它種類差動輪系來實現(xiàn)脈動無級變速器裝置的輸出機構(gòu)功能，這些也應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種脈動無級變速器，由能將勻速旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成變速旋轉(zhuǎn)運動的傳動機構(gòu)，輸出動力的輸出機構(gòu)和能改變傳動機構(gòu)輸出的變速旋轉(zhuǎn)運動角速度變化率的調(diào)速機構(gòu)組成。其特征在于用傳動機構(gòu)一端聯(lián)接脈動無級變速傳動器的輸入軸，另一端和脈動無級變速器的輸入軸分別去封閉2Z-X型正號機構(gòu)差動輪系的兩個中心輪，由轉(zhuǎn)臂輸出動力，用兩個或兩個以上具有一定相位差的上述組合機構(gòu)逐相輸出來實現(xiàn)輸出機構(gòu)的功能。
2.權(quán)利要求1所述的2Z-X型正號機構(gòu)差動系其特征在于差動輪系為傳動比1∶1的2Z-X型正號機構(gòu)圓錐齒輪差動輪系，轉(zhuǎn)臂采用單排雙圓錐齒輪形式。
3.權(quán)利要求1所述的傳動機構(gòu)其特征在于傳動機構(gòu)由與差動輪系中心輪相聯(lián)接的輸入軸圓筒、與差動輪系另一中心輪相聯(lián)接且與輸入軸圓筒同心的同心圓筒和套在輸入軸圓筒外面的偏心圓筒構(gòu)成。偏心圓筒通過聯(lián)軸器與輸入軸圓筒相聯(lián)，在調(diào)節(jié)機構(gòu)作用下，偏心圓筒可以改變與輸入軸圓筒的同心度。偏心圓筒內(nèi)壁和同心圓筒外壁上各有一條相同旋向的斜齒。偏心圓筒內(nèi)壁上的斜齒具有一定螺旋角。輸入軸圓筒套在同心圓筒的外面，且同心圓筒上開有一條槽口，可以使偏心圓筒上的斜齒穿過輸入軸圓筒。同心圓筒上的斜齒齒頂距輸入軸圓筒內(nèi)壁有一定間隙。
4.權(quán)利要求3所述的同心圓筒上的斜齒其特征在于斜齒上距同心圓筒的中心同樣半徑的齒面對應(yīng)一個固定的螺旋角，隨著距同心圓筒中心半徑的增大，斜齒對應(yīng)齒面的螺旋角均勻減小。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種脈動無級變速器，該脈動無級變速器用根據(jù)“等線速同向翻轉(zhuǎn)位似性原理”來設(shè)計的傳動機構(gòu)一端聯(lián)接脈動無級變速器輸入軸，另一端和脈動無級變速器輸入軸分別去封閉傳動比1∶1的2Z－X型正號機構(gòu)錐齒輪差動輪系兩個中心輪，由轉(zhuǎn)臂輸出動力，再由兩個具有180°相位差的組合機構(gòu)逐相輸出動力，該脈動無級變速器克服了傳統(tǒng)脈動無級變速器的相關(guān)致命缺陷，整個傳動裝置動力鏈無薄弱環(huán)節(jié)，可最大限度發(fā)揮各環(huán)節(jié)潛能。具有結(jié)構(gòu)合理、控制簡便、經(jīng)濟高效，承載能力高，變速范圍廣，能精密平穩(wěn)輸出轉(zhuǎn)距，特別適用于高速大功率。最適用于車輛變速系統(tǒng)。
文檔編號F16H37/02GK1800674SQ20051009424
公開日2006年7月12日 申請日期2005年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月6日
發(fā)明者吳華峰 申請人:吳華峰