CN101280835A - 一种虚齿数可调的链传动机构和应用该装置的自动变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种虚齿数可调的链传动机构和应用该装置的自动变速器，该传动机构利用一组齿形链圈和扩径锥盘构成传动链轮，该链轮的实际齿数不变，其虚拟齿的齿数可随齿形链圈节圆半径的变化而连续改变；这种链轮和专用的传动链条相配合使用，借助链齿之间的啮合力以及传动链条侧销与锥盘间的摩擦力共同传递动力；应用这种传动机构的自动变速器具有多个传动挡位，各挡之间可以自动无级变速；这种链传动机构和自动变速器可用在车辆等需要频繁改变传动比的机械设备上。

Description

一种虚齿数可调的链传动机构和应用该装置的自动变速器

技术领域

本发明涉及机械传动，是一种虚齿数可调的链传动机构和应用该装置的自动变速器。

背景技术

目前实现较大功率自动变速主要依靠液体传动和电力传动，液体传动设备传送功率大，可以缓和瞬时冲击，能有效保护原动机，而且过载能力强，易于实现较高程度的自动化。但是其传动效率低，价格贵；对元件的精度要求高，运转过程中还容易发生泄漏。

电力传动具有调速精度高，调速范围大的优点，但其设备复杂，维护困难。实际应用较多的是变频交流电机调速，但这类设备在低速转动时运转不平稳、传动效率较低。

机械式无级变速器具有结构简单、价格便宜、恒功率特性好，传动效率高的优点，目前主要有摩擦式、链式、带式和脉动式四大类型，上述的无级变速器多以摩擦传动机构为基础，普遍存在体积大，传动功率小的问题，一般输入功率在0.18～7.5KW，个别的才能达到25KW以上。

机械式无级变速器虽然优点很多，但由于传动元件受材质和工艺方面的条件限制较多，其承载能力有限，长期以来一直只用于中、低功率传动。

发明内容

为解决以上问题，改善机械式变速箱的动力性能，使机械传动装置传动效率高、恒功率特性好的优势进一步发挥，本发明提出了一种具有较大承载能力的链传动机构和应用该装置的自动变速器。

本发明一种虚齿数可调的链传动装置，包括主动轮1、从动轮2、齿形传动链3和张紧轮4，其特征在于：所述主动轮、从动轮或其中之一为虚齿数可调的链轮，所述链轮包括一对扩径锥盘5、5-1、5-2和活动牵引链圈6；所述扩径锥盘锥面上刻有轨道槽9、9-1、9-2；所述活动牵引链圈6由几条活动牵引链6-1、6-2、6-10、6-20、6-30、6-40通过弹性件8、8-1、8-2首尾相接构成；所述活动牵引链圈6通过边侧支承件7、7-1、17-1、17-2、7-2、7-3滑动地安装在扩径锥盘的轨道槽或光滑锥面上；相邻活动牵引链6-1、6-2连接处的虚拟齿6-01、6-02齿数为整数；其虚齿齿数在链圈6固定的转角范围内连续可调；前述齿形传动链3通过其齿侧支承件3-1、3-3作用在所述扩径锥盘的锥面上，并与活动牵引链圈6构成传动副；所述张紧轮4安装在齿形传动链3松边一侧。

本发明一种虚齿数可调的链轮，其特征在于，所述扩径锥盘5-1由一对扇形半锥盘5-10拼合而成，所述的两个扇形半锥盘通过后轴承10、前轴承11、锥顶连接套12-1径向固定在轴12上；所述扇形半锥盘锥面上刻有一组曲线轨道槽9；所述活动牵引链圈由两条活动牵引链6-10、6-20通过弹簧8-1首尾连接构成；其齿侧支承销7-1滑动地安装在曲线轨道槽9中，所述前轴承的内圈11-1顶在半轴肩5-12上，所述后轴承的内圈10-1顶在半轴肩5-11和半轴肩5-13上；两个锥顶连接套12-1间安装有弹簧12-2；所述前轴承11、后轴承10的外圈轴向可移地安装在机座上。

本发明一种虚齿数可变的链轮，其特征在于，所述扩径锥盘5-2表面对称布置有两条直线轨道槽9-1、9-2，所述直线轨道槽的对称中线与锥盘5-2锥面的母线平行；所述扩径锥盘安装在花键轴13上，其背部安装有两个螺母5-31、5-32；所述两个扩径锥盘通过一对长螺杆14、14-z相连，每根长螺杆上有两段与所述螺母相配的外螺纹14-S1、14-S2，其旋向相反；所述的长螺杆一端装有小齿轮15、15-z，其与大齿圈16啮合；所述活动牵引链圈由两条活动牵引链6-30、6-40通过作用在滚子6-3g上的弹性收缩钢带8-2连接构成；每条活动牵引链6-30的首节齿排17通过一对卡装座17-1、17-2滑动地安装在所述直线轨道槽中，其余齿排通过齿侧支承销7-2、7-3滑动地安装在扩径锥盘5-2的光滑锥面上；所述卡装座17-1、17-2的侧斜面17-x与轨道槽9-1、9-2的槽底斜面构成滑动副。

本发明一种虚齿数可变的链传动装置，其特征在：所述活动牵引链6-30、6-40和齿形传动链3同为多排圆齿滚子链，所述圆齿滚子链由圆齿外链板19、圆齿内链节20通过节线销轴3-1、7-2组接而成，其上还装有第三孔销轴3-3、7-3；所述内链节20上装有滚子；所述活动牵引链6-30、6-40侧面还装有楔形加强板18和卡装座17-1、17-2；其节线销轴7-2长于第三孔销轴7-3；所述齿形传动链3的链排排数比活动牵引链6-30多一排，其节线销轴3-1短于第三孔销轴3-3；前述两链3、6-30的节线销轴7-2、3-1等长，所述销轴7-2、7-3、3-1、3-3两端都作用在扩径锥盘5-3的锥面上。

本发明一种圆齿滚子链，其特征在于：所述活动牵引链6-30、6-40和齿形传动链3的节距P相等，排距Pt也相等，所述活动牵引链6-30的圆齿6-c与齿形传动链3的滚子3-g构成啮合副；所述齿形传动链3的圆齿3-c与活动牵引链6-30的滚子6-g构成啮合副；所述两链3、6-30在链节节距P方向上链齿6-c、3-c交错对中布置；在链排排距Pt方向上两链的链齿片组6-cc、3-cc也交错对中布置，链齿片组的中线分别与对应滚子3-g、6-g的中线相对。

本发明一种圆齿滚子链，其特征在于：所述圆齿内链板20-1和圆齿外链板19同为三孔三角形结构，且外廓曲线相同，其上有活动牵引链齿弧r1s1、r2s2和传动链齿弧r1t1、r2t2，所述链板上有第三孔o3和两个节线销轴孔o1、o2，两孔连线o1o2中点处有一凹弧u1zu2，其直径大于配对滚子3-g、6-g的直径。所述齿弧r1s1、r2s2、r1t1、r2t2关于链板对称中线L0及线段o1o2对称布置；其理论齿弧r1t1v1、r2s2v2曲线关于链轮多边形边数n的极坐标参数方程是：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\θ}=3\mathrm{\π}/2n\\ \mathrm{\ρ}=[P/2\cos (\mathrm{\π}/2n)]-R\end{array}\right.$

式中，P是圆齿滚子链链节节距，R是圆齿滚子链的滚子半径。

本发明应用“一种虚齿数可调的链传动机构”的自动变速器，包括箱体21、动力输入轴22、动力输出轴23、主动轴24、从动轴25、直联轴26和倒挡惰轮39；其特征在于；所述动力输入轴22、直联轴26和动力输出轴23位处同一轴线并通过离合器40活动联接；所述两轴22、23通过各自的离合器22-1、23-1及相应的减速齿轮分别主动轴24、从动轴25连接；所述主动轴24和从动轴25同为单向自动变齿轴，其轴端装有单向轴承24-d、25-d；两轴24、25通过齿形传动链3单向传递动力；所述单向自动变齿轴安装有虚齿数可调的链轮及调挡套27、控制架28、换齿架29；所述控制架28的控制盒30安装在箱体21上，其表面有电线插槽30-1。

本发明一种自动变速器，其特征在于；所述单向自动变齿轴的调挡套27过盈的压装在花键轴13上，其径向用平键13-1联接；前述连接两个扩径锥盘5-2的一对长螺杆14分别从调挡套的通孔中穿过，并通过两弹性挡圈14-1、14-2轴向固定；所述花键轴13的轴肩13-3处装有大齿圈16，其用弹性挡圈31轴向固定，所述大齿圈16与长螺杆14一端的小齿轮15相啮合；所述调挡套27上有三道环形槽27-1、27-2、27-3，相邻槽有缺口27-4相通，所述控制架28上偏心轮挡块28-2的销头选择的插在所述三槽27-1、27-2、27-3之一中，所述调挡套27上安装有两个自动拨挡的偏心凸轮32、32-z；其与换齿架29上相应的拨挡齿轮35、35-z同轴并通过键32-1径向联接；所述控制架28上换齿架拨块28-1的销头插在移动盘29-1的环形槽29-c中；并通过移动盘29-1带动拨挡齿轮35、35-z选择地与小齿轮15、15-z或大齿圈16分别啮合；所述控制架28锥盘测位块28-3的销头插在锥盘5-2的槽5-c中测取锥盘轴向位置信息。

本发明一种自动变速器，其特征在于：所述换齿架29的移动盘29-1上装有两根传动轴33，所述轴33上通过单向滚针轴承34安装着拨挡齿轮35、35-z；所述轴33一端打孔33-1穿扭力弹簧33-3，另一端开有键槽33-c，所述偏心凸轮32、32-z的联结键32-1滑动地安装在键槽33-c中；所述轴33通过轴肩33-2和扭力弹簧33-3轴向固定地安装在移动盘29-1上。

本发明一种自动变速器，其特征在于，所述控制架28利用其四根连杆36-1、36-2、37、38安装箱体21上，其包括锥盘测位块28-3、偏心轮挡块28-2、换齿架拨块28-1，所述三个滑块28-1、28-2、28-3上各装有一个销头；所述四根连杆包括两根锥盘测位块连杆36-1、36-2、偏心轮挡块连杆37和换齿架连杆38；所述三组连杆36-1、36-2；37；；38分别与所述三个滑块28-3；28-2；28-1固联；所述连杆37、38的一端还装有弹簧，其由控制盒30内的微型电磁铁控制。

附图说明

图1是一种虚齿数可调的链传动机构简图；

图2是一种应用扇形半锥盘的虚齿数可调的链轮；

图3是图2所示链轮的平视图；

图4是扇形半锥盘的拆分示意图；

图5是一种应用长螺杆调节虚齿数的链轮；

图6是图5所示链轮的结构拆分图；

图7(a)、(b)是活动牵引链和齿形传动链及相互作用的示意图

图8(a)、(b)是活动牵引链和齿形传动链分别作用在扩径锥盘上的示意图；

图9(a)、(b)是活动牵引链和齿形传动链在扩径锥盘上相互作用的示意图；

图10(a)、(b)是圆齿滚子链齿形链板的结构原理及受力图

图11(a)、(b)是圆齿滚子链的传动原理图；

图12是一种应用虚齿数可调链传动机构的自动变速器结构图；

图13是自动调齿轴的结构示意图；

图14是调挡套、换齿架的结构图；

图15是调挡套、换齿架的拆分图；

图16是控制架安装在箱体底座上的示意图；

图17(a)、(b)是换齿架的换齿原理图；

图18(a)、(b)、(a1)、(b1)是调节虚齿齿数的过程原理图；

图19是自动变速器总装配图；

图20(b)、(a)是自动变速器总装配图右上角的放大图及剖切面示意图；

图21(b)、(a)是自动变速器总装配图左下角的放大图及剖切面示意图；

具体实施方式

以下将结合附图对本发明一种虚齿数可调的链传动机构和应用该装置的自动变速器具体实施方式作详细介绍。

图1～图11是虚齿数可调的链传动机构传动原理及其结构详解。

图1是传动原理简图：图示传动机构以活动牵引链圈6和齿形传动链3之间的啮合力为主，传动链3齿侧的支承件3-1、3-3和扩径锥盘5锥面之间的摩擦力为辅传递动力；活动牵引链6-1和6-2可随链圈6节圆半径的改变而改变弧形；因链齿齿形的特殊设计，活动牵引链6-1和6-2位于锥盘不同节圆半径时总能与传动链3保持正确的啮合；引入“虚齿数”的概念是为了保证相邻牵引链6-1和6-2准确的间距，使传动带3不至于和牵引链圈6发生运动干涉。

当应用两条活动牵引链时，两条牵引链6-1、6-2等长并对称布置，每次调节所增减的虚齿齿数是2的倍数。为保证链条3一定的张紧程度，主动轮1增减两个虚齿，从动轮2就要相应减增两个虚齿，主动轮1和从动轮2的总齿数(实齿数与虚齿数之和)相加应为定值，使用张紧轮4时两轮1、2总齿数可以允许有一定变动。

应用这种链传动装置，虚齿可变的链轮1、2不能随意调节虚齿齿数，否则就会与齿形传动链3的齿发生运动干涉，链圈6必须在其一条活动牵引链6-1或6-2与传动链3完全脱离啮合后才能调节虚齿齿数，而且该过程必须在进入下一次啮合前完成。图1中的主动轮1所处的状态正好适合调节虚齿数齿，但是可供利用的链圈转角范围是有限的。

为解决链轮调节虚齿齿数受限的问题，设计了图2～图4所示的应用扇形锥盘的链轮。

图2所示的链轮，其活动牵引链6-10和6-20分别安装在两组扇形锥盘上，同侧径向相邻的扇形锥盘其轴向运动互不干涉，所以两条活动牵引链6-10和6-20的节圆半径可以先后调节，这样可以有效的增大调节虚齿齿数的机会。这种链轮只能传递单向转矩，其作为主动轮使用时，沿Vs方向转动；作为从动轮使用时，沿Vn方向转动，弹簧8-1的作用仅是收紧链圈，并平衡活动牵引链6-10、6-20转动时的离心力。

图3是图2的平视图，所示的链轮是对称结构，两边各有一对扇形锥盘和驱动扇形锥盘轴向移动的前轴承11和后轴承10，两侧的扇形锥盘安装在同一根轴12上。

图4是扇形锥盘结构的拆分图：前轴承11的内圈11-1顶在半轴肩5-12上，后轴承10的内圈10-1顶在半轴肩5-11和半轴肩5-13上；两锥顶连接套12-1间安装有弹簧12-2；

应用扇形锥盘的虚齿数可调的链轮虽然调齿方便，但是工作不可靠，且对加工精度要求高，为了提高链轮的可靠性，可应用图5和图6所示一种应用整体式扩径锥盘5-2的虚齿齿数可调的链轮。

图5所示的链轮利用一对长螺杆14、14-z调节两个扩径锥盘5-2的相对间距，达到改变虚拟齿齿数的目的，两根长螺杆通过各自轴端的小齿轮15、15-z与大齿圈16的啮合保证同步转动。长螺杆上有螺纹14-S1，与其配套的螺母是5-31；两螺母5-31、5-32过盈的压装在锥盘5-2背面的孔中。活动牵引链6-30通过首节齿排17两侧的卡装座17-1和节线销轴7-2作用在锥盘的直线槽9-1和光滑面上，其底部安装有三条弹性收缩钢带8-2。

图6是链轮结构拆分图，长螺杆14上有两道旋向相反的外螺纹14-S1和14-S2，因为螺纹是单向受力的，为了增大其承载能力，宜采用锯齿形传动螺纹。图中所示卡装座17-1的侧斜面17-x与轨道槽9-1、9-2槽底构成滑动副，为减小摩擦，此处可应用直线轴承构成滚动副。齿轮15用平键安装在长螺杆14轴端并与齿圈16啮合。弹性收缩钢带8-2作用在活动牵引链6-30、6-40的第三孔滚子6-3g上。

图7～图11表示了一种两用多排圆齿滚子链的结构，这种链既可以用作活动牵引链6-30、6-40，又可以用作齿形传动链3。而且其兼有齿形链和滚子链的部分特征。

图7(a)、(b)显示了两用圆齿滚子链6-30、3的结构，其与普通的套筒滚子链结构不同点在于其外链板19和内链板20-1上都有三个孔，内链节20上装有三个滚子，链排上还装有第三孔销轴7-3、3-3。(a)是用作活动牵引链6-30的情形，其首节齿排17两侧有卡装座17-1、17-2，链侧还装有楔形加强板18。(b)图是齿形传动链3和活动牵引链6-30相互啮合的情形。所述两链6-30、3的节线销轴7-2、3-1长度相等。

图8(a)和(b)对比的示出了一组配对使用的活动牵引链和齿形传动链分别在两片间距为L的锥盘5-2上各自所处的位置，两链所处的节圆直径都是D0。(a)图是活动牵引链的情形，其链齿片组6-cc在中间由四片链片叠装组成，边侧是两片；滚子6-g装在节线销轴7-2上，第三孔滚子6-3g装在第三孔销轴7-3上。(b)图是齿形链的情形，其链齿片组3-cc的布置形式和活动牵引链相同；其滚子3-g装在节线销轴3-1上，第三孔滚子3-3g装在第三孔销轴3-3上。

图9(a)和(b)是活动牵引链6-30、6-40与齿形传动链3在相同节圆直径D0、相同锥盘间距L时啮合传动的两个视图，链齿片组3-cc、6-cc的中线分别与相应的滚子6-g、3-g的中线对中；链齿6-c和3-c在节距P方向上交错对中布置。

图10(a)是圆齿滚子链链板的截面图，其理论齿弧r1t1v1、r2s2v2的曲线关于链轮多边形边数n的极坐标参数方程是：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\θ}=3\mathrm{\π}/2n\\ \mathrm{\ρ}=[P/2\cos (\mathrm{\π}/2n)]-R\end{array}\right.$

上式中，P是链节节距，R是滚子半径，n在取3以上的自然数时有意义，方程所表示的是一系列离散的点的集合，所述的理论齿弧r1t1v1、r2s2v2实际上是连接所述离散点的光滑曲线。因为链轮多边形的边数不可能取3、4、5这样小的值，所以应以实际最小边数来确定实际齿弧曲线r1t1、r2s2；以图中所示的链片为例：链轮多边形的最小边数n取12，此时极角∠r1o1t1的值是22.5度，极径|o1t1|的值是(0.504P-R)。而代表n在3～12之间值取的弧段t1v1因没有实际用处，所以用过渡弧线t1u1代替。

(b)图上下两例分别表示两用链板用作活动牵引链、齿形传动链时与配对滚子3-g、6-g相互作用受力的情形。

图11(a)图是两用链板用作活动牵引链6-30、6-40时，其圆齿6-c和齿形传动链的各个滚子3-g相互作用的情形；(b)图是两用链板用作齿形传动链3时，其圆齿3-c和活齿牵引链的各个滚子6-g相互作用的情形；

以下结合(b)图给出图10(a)所示理论齿弧r1t1v1曲线参数方程的求解过程：为了保证可靠的传递动力，该曲线方程的求解应参照两个基本准则：第一，必须保证链轮多边形边数n取任意值时，链板节线销轴孔o1、o2的圆心以及配对滚子的圆心o4、o5同处一个节圆o上；第二，必须保证链板与滚子的力作用点A在任意边数取值n时，都经过链板节线销轴孔圆心o1与滚子圆心o4的连线MN。

求解过程如下；

以x1轴为极轴建立极坐标，极角θ＝∠x1o1A；极轴ρ＝|o1A|

(1)∠x1o1A＝π-∠o2o1o-∠oo1o4

∵∠o2oo1＝2π/n；∠o1oo4＝2π/2n

而三角形o2oo1和o1oo4是等腰三角形；

∴∠o2o1o＝(π-2π/n)/2；∠oo1o4＝(π-2π/2n)/2

θ＝π-(π-2π/n)/2-(π-2π/2n)/2＝3π/2n

当n∝[3，+∞)时，θ∝(0，+90]

(2)ρ＝|o1A|＝|o1o4|-|Ao4|，线段Ao4的长度等于滚子半径R

在等腰三角形o1o4o5中

∵o4o5⊥oo1；|o4o5|＝P

∴|o1o4|＝(P/2)/cos(∠o1o4o5)

∠o1o4o5＝π/2-∠oo1o4；∠oo1o4＝(π-2π/2n)/2

ρ＝|o1o4|-R＝[P/2cos(π/2n]-R

当n∝[3，+∞)时，ρ∝(

3P/3-R，P/2-R]

图12～图21是应用“一种虚齿数可调的链传动机构”的自动变速器结构详解图。

图12是自动变速器的装配立体图，该自动变速器的常规传动路线是：轴22→离合器22-1→减速齿轮→轴24→齿形传动链3→轴25→减速齿轮→离合器23-1→轴23；其中自动变速环节：轴24→齿形传动带3→轴25能够实现无级调速；此外还有一个直联传动路线：轴22→直联轴26→轴23。常规传动路线的最小传动比接近1；直联传动路线的传动比等于1。轴24和25是同一规格的自动变齿轴，其上都装有虚齿数可变的链轮。

以下结合该自动变速器在车辆上应用的实例具体介绍其特征：在带动车辆由静止到高速行驶的过程中，使用上述常规传动路线，中间自动变速环节的传动比自动由最大逐步调节至最小，总传动也随之由大变小，当自动变速环节调节到最小传动比时，总传动比接近1，此时就可以切入直联传动路线：离合器23-1先与轴23脱离接合，直联轴26随即通过其内部的离合器将轴22和轴23直接联系起来。动力实现直接传递后，离合器22-1仍保持与轴22的结合，并开始调整自动变速环节的传动比，使其由最小传动比增至最大传动比或一预设挡位；该操作完成后，离合器22-1和轴22脱离结合。轴24、25停转。

当车辆减速后，直联轴26与轴22脱离接合，变速器由直联传动模式切换到常规传动模式；此时离合器22-1、23-1分别和轴22、23再次接合；直至到高速行驶状态再切入直联传动模式。对于路况复杂或起步频繁的状况，可以不选择直联而始终用常规传动路线。

图13是自动变齿轴的结构图，花键轴13上安装调挡套27，其上的偏心凸轮32装在轴33上，并随轴13公转；当需要调节虚齿齿数时，偏心轮挡块28-2沿轴13轴线方向移动并阻挡偏心凸轮32随轴13的公转，这迫使凸轮32克服弹簧扭力而绕轴33自传，并带动同轴的调挡齿轮35转动，齿轮35再通过齿轮15驱动长螺杆14；长螺杆与扩径锥盘5-2上的螺母作用，调节一对扩径锥盘5-2的间距就能实现活动牵引链圈虚齿齿数的改变。

由于链轮的虚齿数只能整数倍的增减，所以长螺杆每次只可旋转固定的角度，为防止链轮乱齿(乱齿指虚齿数不为整数)，长螺杆14的动力提供者凸轮32每次的动作必须一致和完整；在挡块28-2在与凸轮32作用时，不允许挡块28-2中途移走。为达到以上目的，在调挡套27上开了三道槽27-1、27-2、27-3，相邻槽之间有缺口27-4相通，但缺口27-4都避开凸轮32的转角对应区。挡块28-2上的销头选择地插在所述三个槽中。

图中挡块28-1、28-3在正确安装后，其销头分别插在对应的槽29-c和5-c中；连杆37、38分别和挡块28-2、28-1固联；连杆36-1、36-2固联在锥盘测位块28-3上。

图14是将调挡套27从轴13上拆下来的视图，调挡套27过盈压装在轴13上，其径向用键13-1联接。偏心凸轮32-z、32分别与齿轮35-z、35同轴连接。为保证两个偏心凸轮转动自如，轴13相应的部位开有缺口。凸轮32装在调挡套27上的凹槽27-a处。

图15是自动调挡装置的进一步拆分图，上图拆分了一根凸轮轴33：拨挡齿轮35安装在扭力弹簧33-3和轴肩33-1之间，其内孔装有单向滚针轴承34，扭力弹簧33-3的簧丝安装后穿过孔33-1。偏心凸轮32、32-z分别和拨挡齿轮35、35-z利用键槽33-c上的滑动键32-1实现其径向联接。下图是将大齿圈移出其安装位置13-3处的情形。因有弹性挡圈31和14-2的作用，齿圈16和长螺杆14及齿轮15都不能轴向移动。

图16是安装在箱体上的控制架28的示意图，所述自动变速器的主动轴和从动轴是两根相同规格的自动变齿轴，有两套完全相同的控制架28。其中28-3是锥盘测位块；28-2是偏心轮挡块，其由偏心轮挡块连杆37控制；28-1是换齿架拨块，其由换齿架连杆38控制；控制盒(30)内装有驱动连杆37和38的微型电磁铁。图中还可看到倒挡惰轮39。

图17表示了图12所示调挡套27、换齿架29以及图16所示控制架28的相互关系。拨挡偏心凸轮32通过轴33安装在调挡套27上并与拨挡齿轮35连接，其旋向单一；而长螺杆14需要随时正转或反转，为解决这个问题，将拨挡齿轮35安装在换齿架的移动盘29-1上，齿轮35与拨挡凸轮32通过轴33活动连接。移动盘29-1通过导向平键13-4轴向可移地装在轴13上，其由拨块28-3控制，拨块28-3的销头插在移动盘29-1的槽29-c中。拨挡齿轮35随移动盘29-1沿轴13轴线方向移动，可以选择地与小齿轮15或齿圈16啮合，小齿轮15和齿圈16则保持常啮合状态。

(a)图所示的是拨挡齿轮35和和齿圈16啮合的情形，齿轮35的转矩经由齿圈16、齿轮15间接的传到长螺杆14上，齿轮15和齿轮35同向转动

(b)图所示的是移动块28-3作用移动盘29-1轴向移动，拨挡齿轮35脱离与齿圈16的啮合后，直接啮合到齿轮15上，齿轮15和齿轮35反向转动。

图18表示了虚齿可变的链轮的变齿原理。(a)、(b)分别表示调齿前后拨挡凸轮32的状态：凸轮32绕图中箭头所示方向公转，当遇到挡块28-2时，公转受阻，被迫克服轴33上扭力弹簧的扭力绕轴33自转，在(a)→(b)过程中，凸轮32与挡块28-2的接触点由凸轮的远止休点转至近止休点，凸轮通过轴33带动拨挡齿轮35顺时针转过180度。此过程中，与拨挡齿轮35及齿圈16啮合的齿轮15、15-z、35-z均转动180度。而另一个拨挡凸轮32-z由于单向滚针轴承的作用，不受齿轮35-z的作用，仍保持原状态。

(a1)、(b1)分别表示调齿前后活动牵引链6-30、6-40的状态。(a1)是即将进入调齿动作前的状态，6-30的首节齿排17还未进入与齿形传动链3的啮合区，而6-30的末节齿排也即将脱离其与齿形传动链3的啮合。(b1)图是调齿操作完成后的状态，链轮虚齿数增加了两个，而活动牵引链6-30的首节齿排还没有转到与齿形传动链3的啮合区。

图19是总装配图。图中所示的直联轴26通过其上的圆锥离合器40活动地与动力输入轴22相连接；直联轴26与动力输出轴23用导向平键活动连接。轴24和轴25上装的单向轴承24-d和25-d内圈有键槽。轴22、23上的离合器22-1、23-1用导向平键联接。

图20(b)是图19右上角的放大图，(a)图表示了剖切面的位置。偏心凸轮32和32-z在花键轴13的径线方向上对称布置，在其轴线方向上错位布置。(b)图所示的偏心轮挡块28-2的销头插在调挡套27的槽27-2中，挡块28-2阻挡了偏心凸轮32-z绕轴13的公转，凸轮32-z被迫克服扭力弹簧33-3的扭转力而绕轴33自转，并经单向滚针轴承34推转齿轮35。

偏心轮挡块28-2的销头插在槽27-1中时，挡块28-2与凸轮32和32-z都没有接触机会；插在槽27-2中时，挡块只与主偏心凸轮32-z接触，花键轴13转一圈调齿一次；插在槽27-3中时，挡块与两个偏心凸轮32、32-z都接触，轴13转一圈调齿两次。

换齿架29上装的拨挡齿轮35只能与齿圈16或齿轮15其中之一啮合，故不会产生运动干涉。图中还可看到活动牵引链圈的卡装座17-1与锥盘5-2表面的轨道槽9-1槽底相配合构成滑动副的情形。

图21(b)是图19左下角的放大图，(a)图表示了剖切面的位置。(b)图剖出了两根长螺杆14、14-z及相应的齿轮15、15-z。长螺杆14从调挡套27的通孔中穿过，两端用弹性挡圈14-1和14-2轴向固定。长螺杆14通过其上的外螺纹14-S1与扩径锥盘5-2上的螺母5-31相互作用，推动锥盘5-2在花键轴13上轴向移动。

锥盘测位块28-3的销头插在锥盘5-2的槽5-c中，其跟随锥盘5-2沿花键轴13轴向移动，并测取锥盘5-2的轴向位置信息。长螺杆14和14-z与换齿架29没有机械连系。

以下结合图19～图21及图1说明自动变速的特点。

该自动变速器的自动变速环节：轴24→齿形传动带3→轴25的传动比取决于从动轮节圆与主动轮节圆半径之比，该值与两轮总齿数(实有齿加虚拟齿)之比基本相当。

两轴24、25变齿链轮的扩径锥盘上各有一个锥盘测位块28-3，其位置反映了各自链轮的总齿数，测取两轮锥盘的位置信息(比如在锥盘测位块连杆36-1、36-2上装滑动变阻器并通电测取电阻)即可得到当前传动比。根据当前传动比和期望传动比，就可以确定相应的自动变速程序。所述的变速程序实际上是轴24、25各侧的偏心轮挡块28-2和换齿架拨块28-1的工作程序：换齿架29的轴向位置确定虚齿数增减的方向；因为主动轮1和从动轮2虚齿数增减的方向始终相反，所以对于变速器来说，只有正向调节和反向调节两钟情况。所说的自动变速程序主要是轴24、25各自偏心轮挡28-2的工作程序。

在实际应用中，主动轴24和从动轴25的转速不尽相同，两轴24、25的链轮同步、等时调节虚齿齿数的概率很低。对于这种情况，可采用中断其中一轴偏心轮挡块28-2工作过程的方法解决以上问题。这里针对两轴24、25转速高的一轴，将其偏心轮挡块28-2中途退出，暂停其调齿动作，以此保证两轴链轮总齿数不发生瞬时超标。当两轴24、25转速比较大时(比如相对转速比超过2)，转速较快一轴的偏心轮挡块28-2就会出现中断频繁的情况。为解决这个问题，在两轴24、25调挡套上各装两个调挡凸轮32、32-z，两凸轮在其转轴轴线方向上错位布置(参考图20的有关说明)，这样就可以选择轴13转一圈一次调齿或两次调齿。如果令转速慢的一轴执行每圈两次调齿；转速快的一轴每圈一次调齿。这样就可以降低偏心轮挡块28-2中断工作的频度。

所述自动变速器有多个密集分布并能可靠传送动力的挡位供选择。其所需调挡动力借助机械装置从动力轴获取，无需大功率电源或油泵。在实际应用中需根据不同原动机的特点和负载特性，借助微型计算机控制两个控制盒30内的微型电磁铁即可实现自动控制。

Claims (10)

1. 一种虚齿数可调的链传动装置，包括主动轮(1)、从动轮(2)、齿形传动链(3)和张紧轮(4)，其特征在于：所述主动轮、从动轮或其中之一为虚齿数可调的链轮，所述链轮包括一对扩径锥盘(5、5-1、5-2)和活动牵引链圈(6)；所述扩径锥盘锥面上刻有轨道槽(9、9-1、9-2)；所述活动牵引链圈(6)由几条活动牵引链(6-1、6-2、6-10、6-20、6-30、6-40)通过弹性件(8、8-1、8-2)首尾相接构成；所述活动牵引链圈(6)通过边侧支承件(7、7-1、17-1、17-2、7-2、7-3)滑动地安装在扩径锥盘的轨道槽或光滑锥面上；相邻活动牵引链(6-1、6-2)连接处的虚拟齿(6-01、6-02)齿数为整数；其虚齿齿数在链圈(6)固定的转角范围内连续可调；前述齿形传动链(3)通过其齿侧支承件(3-1、3-3)作用在所述扩径锥盘的锥面上，并与活动牵引链圈(6)构成传动副；所述张紧轮(4)安装在齿形传动链(3)松边一侧。

2. 如权利要求1所述一种虚齿数可调的链轮，其特征在于，所述扩径锥盘(5-1)由一对扇形半锥盘(5-10)拼合而成，所述的两个扇形半锥盘通过后轴承(10)、前轴承(11)、锥顶连接套(12-1)径向固定在轴(12)上；所述扇形半锥盘锥面上刻有一组曲线轨道槽(9)；所述活动牵引链圈由两条活动牵引链(6-10、6-20)通过弹簧(8-1)首尾连接构成；其齿侧支承销(7-1)滑动地安装在曲线轨道槽(9)中，所述前轴承的内圈(11-1)顶在半轴肩(5-12)上，所述后轴承的内圈(10-1)顶在半轴肩(5-11)和半轴肩(5-13)上；两个锥顶连接套(12-1)间安装有弹簧(12-2)；所述前轴承(11)、后轴承(10)的外圈轴向可移地安装在机座上。

3. 如权利要求1所述一种虚齿数可变的链轮，其特征在于，所述扩径锥盘(5-2)表面对称布置有两条直线轨道槽(9-1、9-2)，所述直线轨道槽的对称中线与锥盘(5-2)锥面的母线平行；所述扩径锥盘安装在花键轴(13)上，其背部安装有两个螺母(5-31、5-32)；所述两个扩径锥盘通过一对长螺杆(14、14-z)相连，每根长螺杆上有两段与所述螺母相配的外螺纹(14-S1、14-S2)，其旋向相反；所述的长螺杆一端装有小齿轮(15、15-z)，其与大齿圈(16)啮合；所述活动牵引链圈由两条活动牵引链(6-30、6-40)通过作用在滚子(6-3g)上的弹性收缩钢带(8-2)连接构成；每条活动牵引链(6-30)的首节齿排(17)通过一对卡装座(17-1、17-2)滑动地安装在所述直线轨道槽中，其余齿排通过齿侧支承销(7-2、7-3)滑动地安装在扩径锥盘(5-2)的光滑锥面上；所述卡装座(17-1、17-2)的侧斜面(17-x)与轨道槽(9-1、9-2)的槽底斜面构成滑动副。

4. 如权利要求1所述一种虚齿数可变的链传动装置，其特征在：所述活动牵引链(6-30、6-40)和齿形传动链(3)同为多排圆齿滚子链，所述圆齿滚子链由圆齿外链板(19)、圆齿内链节(20)通过节线销轴(3-1、7-2)组接而成，其上还装有第三孔销轴(3-3、7-3)；所述内链节(20)上装有滚子；所述活动牵引链(6-30、6-40)侧面还装有楔形加强板(18)和卡装座(17-1、17-2)；其节线销轴(7-2)长于第三孔销轴(7-3)；所述齿形传动链(3)的链排排数比活动牵引链(6-30)多一排，其节线销轴(3-1)短于第三孔销轴(3-3)；前述两链(3、6-30)的节线销轴(7-2、3-1)等长，所述销轴(7-2、7-3、3-1、3-3)两端都作用在扩径锥盘(5-3)的锥面上。

5. 如权利要求4所述的圆齿滚子链，其特征在于：所述活动牵引链(6-30、6-40)和齿形传动链(3)的节距(P)相等，排距(Pt)也相等，所述活动牵引链(6-30)的圆齿(6-c)与齿形传动链(3)的滚子(3-g)构成啮合副；所述齿形传动链(3)的圆齿(3-c)与活动牵引链(6-30)的滚子(6-g)构成啮合副；所述两链(3、6-30)在链节节距(P)方向上链齿(6-c、3-c)交错对中布置；在链排排距(Pt)方向上两链的链齿片组(6-cc、3-cc)也交错对中布置，链齿片组的中线分别与对应滚子(3-g、6-g)的中线相对。

6. 如权利要求4所述圆齿滚子链，其特征在于：所述圆齿内链板(20-1)和圆齿外链板(19)同为三孔三角形结构，且外廓曲线相同，其上有活动牵引链齿弧(r1s1、r2s2)和传动链齿弧(r1t1、r2t2)，所述链板上有第三孔(o3)和两个节线销轴孔(o1、o2)，两孔连线o1o2中点处有一凹弧(u1zu2)，其直径大于配对滚子(3-g、6-g)的直径。所述齿弧(r1s1、r2s2、r1t1、r2t2)关于链板对称中线L0及线段o1o2对称布置；其理论齿弧(r1t1v1、r2s2v2)曲线关于链轮多边形边数n的极坐标参数方程是：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\θ}=3\mathrm{\π}/2n\\ \mathrm{\ρ}=[P/2\cos (\mathrm{\π}/2n)]-R\end{array}\right.$

式中，P是圆齿滚子链链节节距，R是圆齿滚子链的滚子半径。

7. 一种应用权利要求1～3之一所述的“一种虚齿数可调的链传动机构”的自动变速器，包括箱体(21)、动力输入轴(22)、动力输出轴(23)、主动轴(24)、从动轴(25)、直联轴(26)和倒挡惰轮(39)；其特征在于；所述动力输入轴(22)、直联轴(26)和动力输出轴(23)位处同一轴线并通过离合器(40)活动联接；所述两轴(22、23)通过各自的离合器(22-1、23-1)及相应的减速齿轮分别主动轴(24)、从动轴(25)连接；所述主动轴(24)和从动轴(25)同为单向自动变齿轴，其轴端装有单向轴承(24-d、25-d)；两轴(24、25)通过齿形传动链(3)单向传递动力；所述单向自动变齿轴安装有虚齿数可调的链轮及调挡套(27)、控制架(28)、换齿架(29)；所述控制架(28)的控制盒(30)安装在箱体(21)上，其表面有电线插槽(30-1)。

8. 如权利要求7所述的自动变速器，其特征在于；所述单向自动变齿轴的调挡套(27)过盈的压装在花键轴(13)上，其径向用平键(13-1)联接；前述连接两个扩径锥盘(5-2)的一对长螺杆(14)分别从调挡套的通孔中穿过，并通过两弹性挡圈(14-1、14-2)轴向固定；所述花键轴(13)的轴肩(13-3)处装有大齿圈(16)，其用弹性挡圈(31)轴向固定，所述大齿圈(16)与长螺杆(14)一端的小齿轮(15)相啮合；所述调挡套(27)上有三道环形槽(27-1、27-2、27-3)，相邻槽有缺口(27-4)相通，所述控制架(28)上偏心轮挡块(28-2)的销头选择的插在所述三槽(27-1、27-2、27-3)之一中，所述调挡套(27)上安装有两个自动拨挡的偏心凸轮(32、32-z)；其与换齿架(29)上相应的拨挡齿轮(35、35-z)同轴并通过键(32-1)径向联接；所述控制架(28)上换齿架拨块(28-1)的销头插在移动盘(29-1)的环形槽(29-c)中；并通过移动盘(29-1)带动拨挡齿轮(35、35-z)选择地与小齿轮(15、15-z)或大齿圈(16)分别啮合；所述控制架(28)锥盘测位块(28-3)的销头插在锥盘(5-2)的槽(5-c)中测取锥盘轴向位置信息。

9. 如权利要求7所述的自动变速器，其特征在于：所述换齿架(29)的移动盘(29-1)上装有两根传动轴(33)，所述轴(33)上通过单向滚针轴承(34)安装着拨挡齿轮(35、35-z)；所述轴(33)一端打孔(33-1)穿扭力弹簧(33-3)，另一端开有键槽(33-c)，所述偏心凸轮(32、32-z)的联结键(32-1)滑动地安装在键槽(33-c)中；所述轴(33)通过轴肩(33-2)和扭力弹簧(33-3)轴向固定地安装在移动盘(29-1)上。

10. 如权利要求7所述的自动变速器，其特征在于，所述控制架(28)利用其四根连杆(36-1、36-2、37、38)安装箱体(21)上，其包括锥盘测位块(28-3)、偏心轮挡块(28-2)、换齿架拨块(28-1)，所述三个滑块(28-1、28-2、28-3)上各装有一个销头；所述四根连杆包括两根锥盘测位块连杆(36-1、36-2)、偏心轮挡块连杆(37)和换齿架连杆(38)；所述三组连杆(36-1、36-2)、(37)、(38)分别与所述三个滑块(28-3)、(28-2)、(28-1)固联；所述连杆(37、38)的一端还装有弹簧，其由控制盒(30)内的微型电磁铁控制。

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