CN1453486A - 变速器 - Google Patents

Abstract

一种变速器，两个圆盘平行并且交错地安置在输入轴和输出轴上，圆盘上有许多呈等距离、圆周排列的孔，孔内有可移动的柱，圆盘上有两个或两个以上由柱组成的柱环，柱内端形同齿轮的齿、伸出时与另一个圆盘伸出的柱的齿啮合而传递动力，伸出圆盘上不同半径的柱就可变速，可选择自动或手动变速；可多台并列来增加转矩；可用于汽车、摩托车、自行车等交通工具和其他机械，变速性能好。

Description

变速器

本发明涉及一种机械变速装置，尤其是有两个圆盘、在圆盘上有许多可以移动的柱。

目前，公知的机械变速器种类多，主要有以下几类；

1、普通齿轮变速器，是以齿轮的啮合来传递动力，有两个或两个以上的齿轮组合，将一齿轮组合变换为另一齿轮组合时，就可以变速。如在汽车上广泛使用的齿轮变速器。

2、链式塔形变速器，以链条传递动力，在输入轴和(或)输出轴上有两个或两个以上半径不等的链轮，当链条变换链轮时，就可以变速，如在变速自行车、山地自行车上普遍使用的链式塔形变速器。

3、链式无极变速器，是利用链轮(通常是用锥形盘)和钢质绕性链条作为传动元件来传递动力，通过改变接触处的工作半径进行无极变速。如滑片链无极变速器、滚柱链无极变速器、链式卷绕无极变速器等等。

4、摩擦式无极变速器，是利用主动、从动刚性元件(或通过中间元件)在接触处产生的摩擦力或润滑油膜牵引力进行传动，并可通过改变接触处的工作半径进行无极变速。如锥盘环盘式无极变速器、多盘式无极变速器、转环直动式无极变速器、钢球锥式无极变速器、菱锥式无极变速器、行星锥盘式无极变速器、行星环锥式无极变速器等等。

5、带式无极变速器，是用主动、从动锥轮和紧套在它们上面的传动带组成，通过改变传动带与主动、从动锥轮接触的位置进行无极变速。如普通V带无极变速器、宽V带无极变速器、金属带无极变速器等。

6、脉动式无极变速器，是用连杆传递动力，通过改变曲柄的长度来改变摇杆往复摆动的幅度，它的输出转速是脉动的。常用的有三相并列连杆式脉动无极变速器、四相并列连杆式脉动无极变速器。

现有变速器有关专利检索情况：经在中国专利局检索，在“变速器”项下发现有663项有关的专利申请，它们中没有与本发明有相似或类似的申请。

现有齿轮变速器，传动稳定、变速比大、输出转矩大，但有重量大、体积大的弱点；现有摩擦式变速器、带式变速器，有传动不太稳定、输出转矩小、零部件易损的弱点；现有链式塔形变速器，有输出转矩小的弱点；现有链式无极变速器，有零部件易损等弱点；现有脉动式无极变速器的输出转速是脉动的，有传动不稳定的弱点。

本发明的目的是提供一种变速器，它重量轻，体积小，传动稳定，变速性能好，变速比大，输出转矩大，容易实现自动控制变速；而且结构简单、容易生产加工。

本发明根据齿轮传动的原理，设立两个圆盘，圆盘有许多孔，柱***孔内，用两个圆盘上伸出的柱的啮合来传递动力，通过更换两个圆盘上的不同的柱的工作半径来变速。

本发明的目的是这样实现的：有两个圆盘，圆盘上面有许多孔，孔呈等距离、圆周排列，每个孔内***一个可移动(伸出和缩回)的柱，柱的内端形同齿轮的齿，它伸出时可与对面另一个圆盘伸出的柱交错啮合而传动动力，柱的外端与对应的固定圈固定连接，移动固定圈就能使一圈的柱同时伸出或缩回，半径最小的一圈柱以伸出形态固定在圆盘上，轴和圆盘旋转时，所有固定圈和柱随之一起旋转；输入轴与输出轴距离不变地安置在机架上，两个圆盘平行并且交错地安置在输入轴和输出轴上，两个圆盘的内面距离比柱可伸出的最大距离略大、并能使两个圆盘上的柱在完全伸出的时候，其伸出部分可大部分交错啮合，两个圆盘上的柱内端方向相对地安置；一个圆周上的所有的柱组成一个柱环，它们有共同的一个固定圈，某个柱环只能与另一个圆盘上唯一的柱环上的齿啮合，一对啮合柱环的工作半径之和等于输入轴与输出轴轴心之间的距离，一对啮合柱环为一个柱组合，在每个圆盘上有两个或两个以上的柱环，当输入轴上柱的工作半径增加(减少)某一长度则输出轴上柱的工作半径就减少(增加)这一长度，一个柱组合中的两个柱环只能同时伸出或同时缩回(半径最小的一圈柱固定不变)；固定圈上有一圆周的槽沟，导杆呈垂直形状、穿过机架，导杆的内端有直角弯钩平滑镶入固定圈的槽沟，工作时导杆不随着固定圈旋转，中端与机架用轴连接，导杆的外端有槽沟平滑镶入移齿圈上的凸柱，移齿圈上有凸件，挡板和机架夹住移齿圈，使移齿圈在规定的轨道上旋转；每个柱组合都有移齿圈、竖杆、横杆、竖杆(或/和调速手柄)、移齿圈依次用轴连接，即竖杆的下端与移齿圈用轴连接，上端与横杆用轴连接，横杆中间与机架用轴连接，横杆的另一端与另一竖杆、另一竖杆与另一移齿圈用轴连接，每两个柱组合的横杆的下面有一个选择杆；在挡板外侧、输入轴和输出轴上分别安装皮带轮，输出轴与皮带轮固定连接，输入轴上有皮带轮和离心座，输入轴上的皮带轮与离心座固定连接，离心杆与离心座固定连接，离心滑块有孔、孔内***离心杆，离心滑块和离心座之间用拉伸弹簧连接(或者离心滑块和离心杆的未端之间用压缩弹簧连接)，输入轴与其上的皮带轮及离心座用滚珠滚动连接，两皮带轮上安置皮带。在挡板外侧有凸条，凸条是以输入轴为圆心，呈弧形条状，离心滑块与挡板相临方向上有一条槽沟、槽沟内有斜向伸出的稳定片，稳定片一端与离心滑块用轴连接(离心滑块旋转时在前端)，另一端与压缩弹簧连接(离心滑块旋转时在后端)，压缩弹簧使稳定片后端斜向伸出离心滑块，能够与挡板外侧的凸条之间的沟互相镶入，凸条和稳定片可使本变速器在工作时遭受碰撞时离心滑块不会发生大幅度不规则滑动。

本发明启动工作时，输入轴上最小半径的柱环与输出轴上最大半径的柱环的齿是啮合状态，输入轴旋转带动圆盘及柱、固定圈旋转，也带动输出轴旋转，输出轴的旋转速度决定了离心滑块的旋转半径，当输出轴的旋转速度增加，离心滑块的旋转半径就会增加，离心滑块增加到一定程度就会击打到一个相临的新的移齿圈的凸件(即输入轴上第二小的半径的柱环上的凸件)，在离心滑块旋转推动力作用下，凸件顺势旋转并带动与之相连的移齿圈、导杆、固定圈运动并同时通过横杆、竖杆使另一端的移齿圈、导杆、固定圈依次运动，两边移齿圈的凸柱引导导杆外端运动，使导杆内端压迫固定圈使两端的柱伸出，选择杆迫使啮合中的柱缩回，在它缩回并离开啮合状态的瞬间，前述伸出柱的齿还没接触，在离心滑块的继续旋转推动力作用下，两边柱继续伸出并接触，在它们接触但还没有啮合时，皮带打滑、在输入轴上的离心座、离心杆和皮带轮会瞬间停止旋转，当输出轴旋转惯性过小时，本发明会出现自动变速困难，应该选择本发明的手动变速器或加装同步器和手动调速手柄，当输出轴有一定的旋转惯性时，输出轴上的皮带轮继续旋转，在皮带摩擦力作用下推动输入轴上的皮带轮及离心座、离心杆和离心滑块向前用力，直到柱完全啮合，完成一次变速；当输出轴的旋转速度不断增加，离心滑块旋转半径也不断增加，离心滑块又会击打到一个与之相临的新的移齿圈的凸件而完成变速，自动提高挡位组合而实现自动变速，直到达到最高挡位；当输出轴的旋转速度不断减少，离心滑块旋转半径也不断减少，它自动降低挡位组合而实现自动变速，直到达到最低挡位。当用手动变速时，压下一个调速手柄，与它连接的移齿圈、横杆、竖杆、导杆、柱、选择杆进行上述运动，使新柱伸出，完成一次变速。离心滑块旋转时，离心滑块上的压缩弹簧使稳定片后端斜向伸出离心滑块，而与挡板外侧的凸条之间的沟互相镶入，凸条和稳定片可使本变速器在工作时遭受碰撞时离心滑块不会发生大幅度不规则滑动。

由于采用上述方案，两个圆盘代替了现有普通齿轮变速器的多组齿轮，减少了重量和体积，又具有齿轮传动准确、稳定、变速比大、输出转矩大的优点；由于本发明的柱的重量大大地小于普通齿轮的重量，变速时，移动柱比移动普通齿轮只需要更小的调节力，所以，本发明比现有普通齿轮变速器更容易实现自动控制变速。

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

图1是本发明的正视图

图2是本发明的仰视图

图3是本发明的左视图

图4是离心滑块、弹簧、离心杆和离心座图

图5是横杆和选择杆工作示意图

图6是本发明的手动变速结构图

图7是本发明的并列结构图

图中1.机架，2.输入轴，3.输出轴，4.圆盘，5.孔，6.柱，7.柱环，8.柱组合，9.固定圈，10.导杆，11.移齿圈，12.凸柱，13.凸件，14.挡板，15.滚珠，16，竖杆，17，横杆，18.选择杆，19.调速手柄，20.皮带轮，21.皮带，22.离心滑块，23.离心杆，24.离心座，25.弹簧，26.弹簧片，27.单向轴承，28.凸条，29.稳定片。

如图1、2、3，输入轴(2)和输出轴(3)平行地安置在机架(1)上，两轴的距离保持不变，两个圆盘(4)平行并且交错地分别安置在输入轴(2)和输出轴(3)上，圆盘(4)是刚性材料制成的圆形的平盘，上面有许多孔(5)，孔(5)呈圆周排列，每一圆周上的孔(5)的间距相等，圆盘(4)的半径小于两轴之间的距离，两个圆盘(4)平面之间的距离比柱(6)可伸出的最大距离略大、伸出的柱(6)不会触及另一个圆盘(4)的盘面、并能使两个圆盘(4)上的柱(6)在完全伸出的时候，其伸出部分能大部分交错啮合；柱(6)***圆盘(4)的孔(5)，柱(6)的内端形状与普通齿轮的齿相同，柱(6)的外端与固定圈(9)固定连接，两个圆盘(4)上的柱(6)的内端相对，一个圆周上的所有的柱(6)组成一个柱环(7)，柱(6)的位置布局与上述圆盘(4)上孔(5)的位置布局一致，某个柱环(7)只能与另一个圆盘(4)上唯一的柱环(7)上柱(6)的齿啮合，并且它们的工作半径之和等于输入轴(2)和输出轴(3)的轴心之间的距离，它们为一个柱组合(8)，在每个圆盘(4)上有两个或两个以上的柱组合(8)；固定圈(9)的侧面有一圆周的槽沟，导杆(10)呈垂直形状、穿过机架，导杆(10)的内端有直角弯钩平滑镶入固定圈(9)的槽沟，每个固定圈(9)的槽沟内有4至8个等距离镶入的导杆(10)，导杆(10)不随着固定圈(9)旋转，导杆(10)中端与机架(1)用轴连接，导杆(10)的外端有槽沟平滑镶入移齿圈(11)上的凸柱(12)，移齿圈(11)上有凸件(13)，挡板(14)和机架(1)夹住移齿圈(11)，它们的中间有滚珠(15)，移齿圈(11)上有凹槽、凹槽与机架(11)上的弹簧片(26)相啮而可以暂时固定移齿圈(11)，移齿圈(11)上有一个可活动的斜向伸出挡板(14)外的凸件(13)，移齿圈(11)能定方向定距离地旋转，凸件(13)在移齿圈(11)旋转了规定的距离后就会完全缩回挡板(14)内；竖杆(16)的下端与移齿圈(11)用轴连接，上端与横杆(17)用轴连接(或者竖杆(16)的上端再与调速手柄(19)固定连接)，横杆(17)中间与机架(1)用轴连接，横杆(17)的另一端与另一竖杆(16)、另一移齿圈(11)用轴连接，每两个柱组合(8)的横杆(17)的下面有与之垂直安置的选择杆(18)，选择杆(18)中间与机架(1)用轴连接；在输入轴(2)、输出轴(3)上挡板(14)的外侧分别安装皮带轮(20)，输出轴(3)与皮带轮(20)固定连接，输入轴(2)上有皮带轮(20)和离心座(24)，输入轴(2)上的皮带轮(20)与离心座(24)固定连接，(如图4)2个离心杆(23)与离心座(24)固定连接，离心滑块(22)有孔、孔内***离心杆(23)，离心滑块(22)和离心座(24)之间用拉伸弹簧(25)连接(或者离心滑块(22)和离心杆(23)的未端之间用压缩弹簧(25)连接)，输入轴(2)与其上的皮带轮(20)及离心座(24)用滚珠滚动连接，两个皮带轮(20)上安置皮带(21)，离心滑块(22)与挡板(14)相临；在挡板(14)外侧有凸条(28)，凸条(28)是以输入轴(2)为圆心，呈弧形条状，离心滑块(22)与挡板(14)相临方向上有一条槽沟、槽沟内有斜向伸出的稳定片(29)，稳定片(29)一端与离心滑块(22)用轴连接(离心滑块(22)旋转时，用轴连接的一端在前方)，另一端与压缩弹簧连接(离心滑块(22)旋转时在后方)，压缩弹簧使稳定片(29)后端斜向伸出离心滑块(22)，能够与挡板(14)外侧的凸条(28)之间的沟互相镶入，凸条(28)和稳定片(29)可使本变速器在工作时遭受碰撞时离心滑块(22)不会发生大幅度不规则滑动。可在本发明基础上加装手动调速手柄(19)，每个柱组合(8)有一个调速手柄(19)与一个竖杆(16)固定连接。

本发明启动工作时，输入轴(2)上最小半径的柱环(7)与输出轴(3)上最大半径的柱环(7)的齿是啮合状态，输入轴(2)旋转带动圆盘(4)及柱(6)、固定圈(9)旋转，也带动输出轴旋转；输出轴(3)的旋转速度决定了离心滑块(22)的旋转半径，当输出轴(3)的旋转速度增加，在离心力的作用下，离心滑块(22)的旋转半径就会增加，离心滑块(22)增加到一定程度就会击打到一个在输入轴(2)上的新的移齿圈(11)的凸件(13)(即输入轴(2)上第二小的半径的柱环(7)上的凸件(13))，凸件(13)带动移齿圈(11)旋转，移齿圈(11)的凸柱(12)引导导杆(10)外端移动，在凸件(13)移动了一定距离后在挡板(14)斜面的引导下完全缩回挡板(14)内而与离心滑块(22)完全分离，移齿圈(11)移动完毕，移齿圈(11)上有凹槽、凹槽与机架(1)上的弹簧片(26)相啮，使导杆(10)并固定圈(9)及柱(6)相对固定不移动(使柱(6)保持完全伸出或完全缩回状态)，即凸件(13)的移动依次带动了输入轴(2)一端的移齿圈(11)、导杆(10)、固定圈(9)及柱(6)运动并同时通过横杆(17)把调节力传递给输出轴(3)一端的竖杆(16)、移齿圈(11)、导杆(10)、固定圈(9)及柱(6)运动，两端的柱(6)伸出，如图5所示，选择杆(18)迫使横杆(17)移动而使正在啮合中的柱组合的柱(6)缩回，当它在离开啮合状态的瞬间，前述伸出柱(6)的齿还没接触，在离心滑块(22)的继续旋转推动力作用下，两边柱(6)继续伸出并接触，在它们接触但还没有啮合时，皮带(21)打滑、在输入轴(2)上的离心座(24)、离心杆(23)和皮带轮(20)会瞬间停止旋转，当输出轴(3)旋转惯性过小时，本发明会发生自动变速困难，应选择本发明的手动变速器或加装同步器和手动调速手柄，当输出轴(3)有一定的旋转惯性力时，输出轴(3)上的皮带轮(20)继续旋转，在皮带(21)摩擦力作用下推动输入轴(2)上的皮带轮(20)及离心座(24)、离心杆(23)和离心滑块(22)向前用力，直到柱(6)完全啮合，完成一次变速。当输出轴(3)的旋转速度不断增加，离心滑块(22)旋转半径也不断增加，离心滑块(22)又会击打到一个与之相临的新的移齿圈(11)的凸件(13)，并带动新的移齿圈(11)、竖杆(16)、横杆(17)、另一竖杆(16)、另一移齿圈(11)依次运动，在两边移齿圈(11)旋转下引导两边的导杆(10)压迫两边的固定圈(9)使两边的柱(6)伸出而啮合，完成第二次变速，即自动提高挡位组合而实现自动变速，直到达到最高挡位；当输出轴(3)的旋转速度不断减少，离心滑块(22)旋转半径也不断减少，自动降低挡位组合而实现自动变速，直到达到最低挡位；离心滑块(22)旋转时，离心滑块(22)上的压缩弹簧使稳定片(29)后端斜向伸出离心滑块(22)，能够与挡板(14)外侧的凸条(28)之间的沟互相镶入，凸条(28)和稳定片(29)可使本变速器在工作时遭受碰撞时离心滑块(22)不会发生大幅度不规则滑动。应用于输出轴(3)有一定的旋转惯性的情况(如汽车、自行车、摩托车、轮船、风车等)变速效果较好，如果配合使用同步器和/或离合器，变速效果更好。如在输出轴(3)连接锥形齿轮传递输出动力和速度，并在输入轴(2)与其上的圆盘(4)用单向轴承(27)连接，可应用于汽车、自行车、摩托车、轮船、风车等，制成自动变速汽车、自行车。当应用于输入轴(2)旋转速度恒定的情况(如电动机动力)，为了使变速更加顺利，可配合使用同步器和/或离合器，或者选择采用手动变速。当选择手动变速形式时(如图6)，压下一个与啮合中的柱组合(8)相临的调速手柄(19)，则与它用轴连接的移齿圈(11)、横杆(17)、竖杆(16)、导杆(10)、固定圈(9)进行运动，使啮合的柱(6)缩回，新的柱(6)伸出而啮合，完成变速。

本发明的并列结构形式是(如图7)：把两组或多组相同规格尺寸的本发明并列在一起，并列后也只有一根输入轴(2)和一根输出轴(3)，每个单机上入相同档位的柱环(7)上的调速手柄(19)固定连接成一个总手柄，自动变速形式只安置上述一套自动变速装置：2个皮带轮(20)、1个皮带(21)、1个离心座(24)、1对离心杆(23)、1对离心滑块(22)、弹簧(25)、凸件(13)。并列结构形式可以增加转矩。

本发明在变速的过程中，会暂时发生输入轴和输出轴之间动力传递中断，当输出轴所带动的运动部件的旋转惯性及其惯性力过小时，木发明会发生自动变速困难，应该在木发明的基础上另外加装同步器和/或离合器或选择采用本发明的手动变速形式。

Claims (6)

1.一种变速器，输入轴与输出轴距离不变地安置在机架上，轴上有圆盘，圆盘上有孔，柱、固定圈、导杆、移齿圈依次连接，机架和挡板夹住移齿圈，移齿圈、竖杆(调速手柄)、横杆、竖杆、移齿圈依次连接，每两个相临横杆的下面有选择杆，其特征是：有两个圆盘，圆盘的孔等距离、圆周排列，孔内有柱，柱的内端形同齿轮的齿，柱的外端与固定圈或圆盘固定连接，两个圆盘平行并且交错地安置于输入轴和输出轴，圆盘上有两个或两个以上半径不同的由柱组成的柱环，两个圆盘上的柱内端相对安置，半径最小的一柱环上的柱以伸出形态固定于圆盘，其它柱与对应的固定圈固定连接，它们在圆盘孔内可伸出和缩回，一对啮合工作的两个柱环的工作半径之和等于输入轴与输出轴轴心之间的距离；输出轴与皮带轮固定连接，输入轴上的皮带轮与离心座固定连接，输入轴与其上的皮带轮及离心座用滚珠滚动连接，离心杆固定于离心座，离心滑块内***离心杆，离心滑块与离心座或与离心杆的未端用弹簧连接，两个皮带轮上安置皮带，固定圈上有槽沟，导杆的内端有直角弯钩平滑镶入固定圈的槽沟、中端与机架连接、外端有凹槽与移齿圈的凸柱连接，每个移齿圈与竖杆、每个竖杆与横杆、每个横杆与机架、选择杆与机架都是用轴连接；挡板外侧有凸条，离心滑块的槽沟内有斜向伸出的稳定片，稳定片一端与离心滑块用轴连接，另一端与压缩弹簧连接，压缩弹簧使稳定片后端斜向伸出离心滑块、可与挡板外侧的凸条之间的沟互相镶入。

2.根据权利要求1所述的变速器，其特征是：移齿圈上有凹槽，凹槽可与机架上的弹簧片吻合相接，移齿圈上连接一个可活动的斜向伸出挡板外的凸件。

3.根据权利要求1所述的变速器，其特征是：挡板、机架与移齿圈之间有滚珠。

4.根据权利要求1所述的变速器，其特征是：输入轴与圆盘用单向轴承连接。

5.根据权利要求1所述的变速器，其特征是：调速手柄与竖杆固定连接。

6.根据权利要求1所述的变速器，其特征是：可以把两组或两组以上相同规格的并列在一起，并列后只有一根输入轴和一根输出轴，相同档位的单机上的调速手柄固定连接成一个总手柄。

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