CN1932336A - 套齿轮变速器 - Google Patents

Abstract

一种套齿轮变速器，两组套齿轮、每组套齿轮由直径不同的若干套齿轮组成、大的套齿轮套住小的套齿轮，每个套齿轮可以横向移动。通过更换两组套齿轮中不同套齿轮的啮合而达到变速。输出轴转速传递给离心滑块，离心滑块半径变化而带动不同的移齿圈、移件、套齿轮运动，使两端的套齿轮伸出啮合，同时，选择绳将正在啮合的套齿轮分离而完成变速，本发明随输出轴转速变化而实现自动变速。重量轻，体积小，变速性能好，容易自动变速。可用于自行车、电动自行车、摩托车、汽车和其他机械。

Description

套齿轮变速器

技术领域  本发明涉及一种机械变速装置，尤其是有两组套齿轮、每组套齿轮由直径不同的若干套齿轮组成、直径大一级的套齿轮套住直径小一级的套齿轮，这些套齿轮可以横向移动。

背景技术  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：在中国专利局检索，在“变速器”项下发现有3200余项有关的专利申请，它们中，申请号02117150.5的“变速器”与本发明有相似或类似之处，其他专利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。现有专利申请号02117150.5“变速器”与本发明有相似之处，但是又有根本不同，它是有圆盘带动齿的啮合来传递动力。本发明是每组套齿轮由直径不同的若干套齿轮组成、直径大一级的套齿轮套住直径小一级的套齿轮，每个套齿轮可以横向移动，与专利申请号02117150.5的“变速器”的结构不同。

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。

发明内容  本发明根据齿轮传动的原理，设立两组套齿轮、每组套齿轮由直径不同的若干套齿轮组成、直径大一级的套齿轮套住直径小一级的套齿轮，每个套齿轮可以横向移动。大一级的套齿轮的内环有槽键或内齿与小一级的套齿轮的外环的齿沟滑动连接，小一级的套齿轮的齿顶支撑着大一级的套齿轮的内环，两组套齿轮平行相对并且交错地安置，两组套齿轮中各伸出一个套齿轮(一对配合的套齿轮)的啮合来传递动力，通过更换两组套齿轮中不同工作半径的套齿轮的啮合而达到变速。

本发明的目的是这样实现的：有两组套齿轮，两组套齿轮平行相对并且交错地安置在输入轴和输出轴上，输入轴和输出轴位置不变，输出轴上的套齿轮组与棘轮连接，每组套齿轮由直径不同的若干个套齿轮组成、直径大一级的套齿轮套住直径小一级的套齿轮，每个套齿轮可以横向移动，大一级的套齿轮的内环有槽键或内齿与小一级的套齿轮的外环的齿沟滑动连接，轴支撑着最小的套齿轮，小一级的套齿轮支撑着大一级的套齿轮的内环，轴旋转带动最小的套齿轮旋转，小一级套齿轮旋转带动大一级套齿轮旋转，两组套齿轮中各伸出一个套齿轮(一对配合的套齿轮)的啮合来传递动力，通过更换两组套齿轮中不同的套齿轮的啮合而达到变速。每组套齿轮上的一个套齿轮只与另一组套齿轮上的唯一的套齿轮啮合，这两个套齿轮能同时伸出或同时缩回；每个套齿轮外侧有一圆周的槽，移件为圆圈状、内侧有杆穿过内板与套齿轮的侧槽滑动连接、外侧有斜凹槽与移齿圈的凸件滑动连接，移件不随轴和套齿轮旋转；挡板夹住移齿圈，使移齿圈的圆心位置不变并能够在规定的角度内旋转；移齿圈有凸轴与绳连接，每一对配合的套齿轮上的两个移齿圈上的绳连成一周，在四角有滑轮把绳绷紧并固定绳的长度，输入轴上的移齿圈外侧有凸条，凸条穿过引导板与离心圈、离心滑块相邻；选择绳两头固定、依次穿过移齿圈的凸轴、固定的滑轮、另一个移齿圈的凸轴、另一个固定的滑轮……，选择绳的长度以其中一对套齿轮啮合时绷紧为限，绳和选择绳用不伸缩的绳或链；在输入轴、输出轴上分别安装前齿轮、后齿轮并啮合，输入轴上的前齿轮与棘轮连接，输出轴与后齿轮及后副齿轮固定连接，后副齿轮与前副齿轮啮合，前副齿轮与摩擦片固定连接、弹簧将前副齿轮及摩擦片向内推；离心滑块与离心圈是滑动连接，它们之间有弹簧连接，离心圈外侧有摩擦片并与前副齿轮内侧的摩擦片贴紧，离心滑块上有钩和引导条，弹簧使钩伸出离心滑块；引导板上有若干个凸圈和凹圈，凸圈有缺口，离心滑块和引导条与引导板的凸圈和凹圈相对，引导条深入引导板的凹圈，钩和引导条随离心滑块旋转，引导条被限定在引导板的凹圈内旋转，离心圈的旋转速度决定离心滑块的旋转半径及引导条和钩所处的半径位置，引导条在引导板的凸圈缺口处，可以变换进入引导板不同的凹圈，钩可以打击到移齿圈的凸条并推动凸条及移齿圈旋转一定的角度，在移齿圈旋转了规定的距离后钩就会在引导板上的凸斜面的引导下完全缩回离心滑块内而与移齿圈的凸条分开。

本发明启动工作时，输入轴旋转使输入轴上的棘轮带动前齿轮旋转、输出轴上的后齿轮、输出轴、后副齿轮、前副齿轮旋转，(此时两组套齿轮上的套齿轮没有啮合，输入轴上套齿轮空转，输出轴上套齿轮不旋转)，在前副齿轮外侧的压缩弹簧将前副齿轮及摩擦片向内推，使摩擦片与离心圈外侧的摩擦片紧密贴紧，前副齿轮及摩擦片旋转带动了离心圈、离心滑块及钩、引导条旋转，输出轴的旋转速度决定了离心圈的旋转速度和离心滑块的旋转半径，当输入轴旋转速度增加，输出轴、前副齿轮及离心圈的旋转速度也增加，在离心力的作用下，离心滑块的旋转半径增加，离心滑块上的引导条就会在引导板的凸圈缺口处上升进入引导板的半径大一圈的凹圈，离心滑块的钩击打到相应的移齿圈的凸条并推动此凸条及此移齿圈旋转一定的角度，移齿圈内侧凸件带动移件上的斜凹槽使移件向内推进，并推进与之连接的一个套齿轮向内移动，移件不随套齿轮旋转；移齿圈旋转，移齿圈上的凸轴牵引绳运动，输入轴的移齿圈的凸轴上移，在绷紧的环形绳的拉动下，输出轴的移齿圈的凸轴就同时下移，使输出轴一侧的移齿圈旋转并使移件向内推进而使与之连接的一个套齿轮向内移动；输入轴一侧的移齿圈旋转，压下凸轴下方的选择绳，使选择绳绷紧带动其他移齿圈上的凸轴上升而带动其移齿圈向反方向旋转一定的角度而使相应的移件和套齿轮向外缩回；钩移动了一定距离后，在引导板上凸斜面的引导下钩缩回离心滑块内而与凸条分离，即离心滑块及钩的旋转，依次带动了输入轴一侧的移齿圈的凸条旋转并使移件、套齿轮向内推进，同时移齿圈上的绳把调节力传递给输出轴一侧的移齿圈使对应的移件、套齿轮向内推进，两个套齿轮同时向内伸出直到完全啮合，完成一次变速，此时，由启动时的前齿轮、后齿轮传递动力变换为两组套齿轮来传递动力，因为输入轴上的前齿轮连接棘轮，此时前齿轮处于空转状况、不受力；当输出轴旋转速度继续增加，离心滑块上的引导条就会在引导板的凸圈缺口处继续上升进入引导板的半径更大一圈的凹圈，钩就会击打到半径更大的新的移齿圈上的凸条，与上述运动过程相同而完成二次变速，依此可以自动提高挡位组合而实现自动变速，达到最高挡位；当输出轴旋转速度下降，离心滑块在弹簧作用力下和钩、引导条的旋转半径减小，引导条在引导板的凸圈缺口处，进入引导板半径小一圈的凹圈，离心滑块上的钩就会击打到相应的半径较小的移齿圈上的凸条，完成减速变速；当输出轴旋转速度不变，离心滑块、钩和引导条的旋转半径不变，保持在原来的凹圈内旋转，钩在旋转了一定距离后，在引导板上的凸斜面的引导下缩回离心滑块内而不与凸条相撞，不变速，钩通过引导板凸斜面后弹簧将钩推出；引导条和引导板的凹圈可使本变速器在工作时遭受碰撞时离心滑块旋转半径不会发生大幅度不规则运动；变速时，钩击打到一个新的移齿圈上的凸件，此移齿圈移动，凸轴使绷紧的选择绳滑动，迫使正在啮合的套齿轮的相应的移齿圈反方向移动，而使正在啮合中的套齿轮缩回，当它在离开啮合状态的瞬间，前述伸出的准备进行啮合的套齿轮还没接触，在钩的继续推动下，两个新的套齿轮伸出接触，在接触但还没有啮合时，前副齿轮上的摩擦片与离心圈上的摩擦片之间打滑、离心滑块、钩、引导条和移齿圈会瞬间停止旋转，当输出轴继续旋转，钩继续用力，因为输入轴上套齿轮旋转，输出轴上套齿轮不旋转，准备进行啮合的套齿轮容易进行啮合，使两边的套齿轮完全啮合，完成变速。

由于采用上述方案，两组套齿轮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、变速比大的优点；由于本发明的两组套齿轮的重量大大地小于普通齿轮的重量，变速时比移动普通齿轮只需更小的调节力，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。

附图说明  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是两组套齿轮图

图3是离心滑块、钩、引导条图

图4是移齿圈、绳、选择绳图

图中1.机架，2.输入轴，3.输出轴，4.套齿轮，5.移件，6.移齿圈，7.内板，8.引导板，9.挡板，10.前齿轮，11.后齿轮，12.前副齿轮，13.后副齿轮，14.棘轮，15.摩擦片，16.离心座，17.离心圈，18.离心滑块，19.引导条，20.钩，21.凸条，22.绳，23.选择绳，24.凸轴。

具体实施方式  如图1，输入轴(2)和输出轴(3)平行地安置在机架(1)上，两轴的距离不变，两组套齿轮(4)平行并且交错地分别安置在输入轴(2)和输出轴(3)上，输出轴(3)的套齿轮(4)与棘轮(14)连接；如图2，每组套齿轮(4)由直径不同的若干套齿轮(4)组成、直径大一级的套齿轮(4)套住直径小一级的套齿轮(4)，每个套齿轮(4)可以横向移动，大一级的套齿轮(4)的内环有槽键或内齿与小一级的套齿轮(4)的齿沟滑动连接，轴(2)、(3)支撑着最小的套齿轮(4)，小一级的套齿轮(4)外环支撑着大一级的套齿轮(4)的内环，输入轴(2)旋转带动最小的套齿轮(4)旋转，小一级套齿轮(4)旋转带动大一级套齿轮(4)旋转，两组套齿轮(4)中各伸出一个套齿轮(4)(一对配合的套齿轮)的啮合来传递动力，通过更换两组套齿轮(4)中不同的套齿轮(4)的啮合而达到变速。两组套齿轮(4)中的每个套齿轮(4)全部缩回时呈平面状、完全伸出时不会触及对面缩回的套齿轮(4)并能与对面伸出的套齿轮(4)能啮合；套齿轮(4)外侧有一圆周的槽，移件(5)为圆圈状、内侧有杆穿过内板(7)与套齿轮(4)的槽沟滑动连接、外侧有斜凹槽与移齿圈(6)的凸件滑动连接，移件(5)不随着套齿轮(4)旋转，内板(7)与引导板(8)夹住输入轴(2)一方的移齿圈(6)、内板(7)与挡板(9)夹住输出轴(3)一方的移齿圈(6)，它们之间滑动连接，如图4，移齿圈(6)上有凸轴(24)与绳(22)连接，每一对配合的套齿轮(4)上的两个移齿圈(6)上的绳(22)绕一圈相连接，在四角有滑轮把绳(22)绷紧，输入轴(2)上的移齿圈(6)上有凸条(21)，凸条(21)穿过引导板(8)并与离心圈(17)、离心滑块(18)相邻，移齿圈(6)只能在一定角度内来回旋转；有选择绳(23)，它两头固定，依次穿过移齿圈(6)上的凸轴(24)、固定的滑轮、另一移齿圈(6)上的凸轴(24)、另一固定的滑轮、……，选择绳(23)长度以一对配合的套齿轮(4)啮合时绷紧为宜，绳(22)和选择绳(23)用不伸缩的绳或链；输入轴(2)上的前齿轮(10)与棘轮(14)连接，后齿轮(11)与输出轴(3)固定连接，前齿轮(10)与后齿轮(11)、前副齿轮(12)与后副齿轮(13)啮合，前副齿轮(12)与齿轮座用滑轮滚珠连接、可左右移动其内侧与摩擦片(15)固定连接、外侧有压缩弹簧将前副齿轮(12)向内推；离心座(16)与机架(1)固定连接，离心圈(17)与离心座(16)用滚珠连接，离心滑块(18)与离心圈(17)的内槽用滚珠连接，离心滑块(18)和离心圈(17)之间有弹簧，离心圈(17)外侧有摩擦片(15)，如图3，离心滑块(18)上有引导条(19)和钩(20)，有弹簧使钩(20)伸出；引导板(8)外侧有呈圈状的凸圈和凹圈，凸圈有缺口，离心滑块(18)、引导条(19)与引导板(8)的凸圈和凹圈相对，引导条(19)深入引导板(8)的凹圈，引导条(19)随离心滑块(18)旋转，引导条(19)被限定在引导板(8)的凹圈内旋转，在离心滑块(18)与离心圈(17)之间的固定位置可有凸点和弹簧内旋转，在离心滑块(18)与离心圈(17)之间的固定位置可有凸点和弹簧配合或两块相斥磁铁配合来防止离心滑块(18)上的引导条(19)在引导板(8)的凸圈缺口处与凸圈正面相撞，钩(20)可以击打到移齿圈(6)的凸条(21)并推动移齿圈(6)旋转一定的角度，在移齿圈(6)旋转了规定的角度时，两组套齿轮(4)中的一对配合的套齿轮(4)啮合，钩(20)在引导板(8)凸斜面引导下缩回离心滑块(18)内而与凸条(21)脱离。

本发明可制造成为手动变速器，去掉后副齿轮(13)、前副齿轮(12)、摩擦片(15)、离心座(16)、离心圈(17)、离心滑块(18)等调速部件，把各个绳(22)连接到机架(1)外，拉动某一绳(22)其连接的移齿圈(6)、移件(5)、套齿轮(4)就如上述运动而达到变速。

本发明的工作情况，本发明启动工作时，输入轴(2)旋转使棘轮(14)带动前齿轮(10)旋转、后齿轮(11)旋转并使输出轴(3)、后副齿轮(13)和前副齿轮(12)旋转，前副齿轮(12)内侧的摩擦片(15)随着旋转，在前副齿轮(12)外侧的压缩弹簧将它向内推，使前副齿轮(12)内侧的摩擦片(15)与离心圈(17)外侧的摩擦片(15)紧密贴紧而使离心圈(17)及离心滑块(18)及钩(20)和引导条(19)旋转，此时两组套齿轮(4)上的套齿轮(4)没有啮合；输出轴(3)的旋转速度决定了离心圈(17)的旋转速度和离心滑块(18)的旋转半径，引导条(19)深入引导板(8)的凹圈，引导条(19)被限定在引导板(8)的凹圈内旋转，当输入轴(2)旋转速度增加，输出轴(3)的旋转速度也增加，在离心力的作用下，离心滑块(18)的旋转半径增加，离心滑块(18)上的引导条(19)就会在引导板(8)的凸圈缺口处，上升进入引导板(8)的半径大一级的凹圈，钩(20)击打到一个半径大一级的移齿圈(6)上的凸条(21)并带动此移齿圈(6)旋转，移齿圈(6)的凸件(24)带引移件(5)上的斜凹槽使此移件(5)向内推进并使滑动连接的套齿轮(4)向内推进，移件(5)不随着套齿轮(4)旋转；移齿圈(6)旋转，其上的凸轴(25)带引绳(22)运动，输入轴(2)一侧的凸轴(25)和绳(22)上移，输出轴(3)一侧的凸轴(25)和绳(22)就同时下移并使输出轴(3)一侧相应的移齿圈(6)旋转、推进与之连接的移件(5)和套齿轮(4)向内移动；输入轴(2)一侧的移齿圈(6)旋转，压下凸轴(25)下方的选择绳(23)并使其他移齿圈应的移件(5)和套齿轮(4)向外缩回；即钩(20)的旋转力带动输入轴(2)一侧的移齿圈(6)、移件(5)、套齿轮(4)移动并同时通过绳(22)把调节力传递给输出轴(3)一侧的移齿圈(6)、移件(5)、套齿轮(4)并使之移动，两端的套齿轮(4)伸出而啮合，完成一次变速，此时由启动时两轴上的前齿轮(10)与后齿轮(11)传递动力变换为两组套齿轮(4)传递动力，由于输入轴(2)上的前齿轮(10)连接棘轮(14)，前齿轮(10)处于空转状况、不受力；当输出轴(3)的旋转速度继续增加，离心滑块(18)的旋转半径继续增加，引导条(19)在引导板(8)的凸圈缺口处上升进入半径大一级的凹圈，离心滑块(18)上的钩(20)就会击打到半径大一级的移齿圈(6)上的凸条(21)，与上述运动过程相同而完成二次变速，依此可以自动提高挡位组合而实现自动变速；当输出轴(3)转速下降，离心滑块(18)和引导条(19)的旋转半径减小，引导条(19)在引导板(8)的凸圈缺口处进入与之相临小一级半径的凹圈，离心滑块(19)上的钩(20)击打到半径小一级的移齿圈(6)上的凸条(21)，而完成减速变速，依次可达到最低挡位[即启动时由前齿轮(10)和后齿轮(11)传递动力的状况，两组套齿轮(4)上的所有套齿轮(4)缩回、不啮合]；当输出轴(3)转速基本不变，引导条(19)在引导板(8)的凸圈缺口处不升不降，保持在原来的凹圈内旋转；变速时，钩(20)可以打击到移齿圈(6)的凸条(21)并推动移齿圈(6)旋转一定的角度，使移件(5)和套齿轮(4)推进一定的行程，在移齿圈(6)旋转了规定的角度后，钩(20)在引导板(8)凸斜面引导下完全缩回离心滑块(18)内，钩(20)与移齿圈(6)的凸条(21)分离，钩(20)通过引导板(8)凸斜面后，弹簧将钩(20)推出；变速时，钩(20)击打到一个新的移齿圈(6)上的凸条(21)，此移齿圈(6)及凸轴(24)移动而迫使选择绳(23)滑动，正在啮合的套齿轮(4)的相应的移齿圈(6)及凸轴(24)在选择绳(23)的带动下反方向移动，使正在啮合中的套齿轮(4)缩回，当它在离开啮合状态的瞬间，前述的两个伸出的准备啮合的套齿轮(4)还没接触，在离心滑块(18)和钩(20)的继续旋转推动下，两个准备啮合的套齿轮(4)继续伸出并接触，在接触但还没有啮合时，前副齿轮(12)内侧的摩擦片(15)与离心圈(17)外侧的摩擦片(15)之间会打滑，离心滑块(18)、钩(20)和移齿圈(6)会瞬间停止旋转，当输出轴(3)继续旋转，离心滑块(18)和钩(20)继续用力，因为输入轴(2)上套齿轮(4)旋转，输出轴(3)上套齿轮(4)不旋转，准备进行啮合的套齿轮(4)容易进行啮合，完成变速。应用于输出轴(3)具有一定旋转惯性的机械设备(如自行车、电动自行车、摩托车、汽车、轮船、风车等)变速效果好。

Claims (4)

1.一种变速器，有两组套齿轮平行相对且交错安置在输入轴和输出轴上，每个套齿轮外侧有一圆周的槽，移件为圆圈状、内侧有杆穿过内板与套齿轮的侧槽滑动连接、外侧有斜凹槽与移齿圈的凸件滑动连接，挡板夹住移齿圈，移齿圈有凸轴与绳连接，一对配合的套齿轮的移齿圈上的绳连成一周，输入轴上的移齿圈外侧有凸条，凸条穿过引导板与离心圈、离心滑块相邻，选择绳两头固定、依次穿过移齿圈的凸轴、固定的滑轮……，选择绳的长度以其中一对套齿轮啮合时绷紧为限，输入轴、输出轴的前齿轮、后齿轮啮合，输入轴上的前齿轮与棘轮连接，输出轴的后副齿轮与前副齿轮啮合，前副齿轮与摩擦片固定连接，离心滑块与离心圈滑动连接他们之间有弹簧连接，离心圈外侧有摩擦片与前副齿轮内侧的摩擦片贴紧，离心滑块上有钩和引导条，弹簧使钩伸出离心滑块，引导板上有若干个凸圈和凹圈，凸圈有缺口，引导条深入引导板的凹圈，其特征是：两组套齿轮平行相对且交错安置在输入轴和输出轴上，套齿轮组由直径不同的若干个套齿轮组成、直径大的套住直径小的，套齿轮可横向移动。

2.根据权利要求1所述的变速器，其特征是：移件内侧有杆与套齿轮外侧的槽滑动连接，移件外侧有斜凹槽与移齿圈的凸件滑动连接。

3.根据权利要求1所述的变速器，其特征是：移齿圈与绳连接，一对配合的套齿轮上的两个移齿圈的绳连成一周，有滑轮把绳绷紧。

4.根据权利要求1所述的变速器，其特征是：选择绳一头固定在机架上，依次穿过移齿圈的凸轴、固定的滑轮……、选择绳的另一头固定在机架上，选择绳长度以其中一对套齿轮啮合时绷紧为限。

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