CN203770564U - 轴交角可变的变径式摩擦无级变速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种轴交角可变的变径式摩擦无级变速装置，锥齿轮输入轴安装在机架上，锥齿轮输入轴和锥齿轮摩擦盘（锥齿轮和摩擦盘集成为一体）通过锥齿轮啮合；锥齿轮摩擦盘固联在中间轴上，中间轴安装在机架上，滚轮和锥齿轮摩擦盘相互压紧，以实现摩擦传动；滚轮固联在滚轮轴上，第一传动轴通过万向节和滚轮轴连接，第二传动轴和第一传动轴轴线重合，二者为移动副（花键或其他）连接，移动方向为二者轴线方向；第二传动轴安装在机架上，通过输出万向节与输出轴相连；电机壳体与机架移动副连接。其优点是成本低，结构简单，无需润滑，传动效率高，摩擦阻力小以及无需要断开动力传输。

Description

轴交角可变的变径式摩擦无级变速装置

技术领域

本实用新型属于机械传动领域，具体涉及一种输入输出轴交角可变的变径式摩擦无级变速装置。

背景技术

机械无级变速装置传动是指在某种控制作用下，使装置的输出转速能在一定范围内连续变化的传动方式。机械无级变速装置有多种传动形式，其中摩擦传动是机械无级变速装置的常用结构型式。摩擦传动机构利用一定正压力作用下传动件之间的摩擦力传动运动和动力。其传递摩擦力和转矩的能力取决于传动件接触表面的摩擦系数和正压力。现有的摩擦式无级变速机构，当需要增加机构的承载能力（即需要增大正压力或增大摩擦传动轮表面接触处的摩擦系数），会导致传动过程中改变传动轮有效摩擦接触半径实现无级变速所需克服的摩擦阻力，以及由此产生的传动件接触表面磨损都将急剧增大等问题。所以，现有的摩擦式无级变速机构实际上都只能选择摩擦系数较小而表面耐磨损性较高的金属式摩擦传动部件，甚至还需在传动件摩擦接触处加注牵引滑润油，导致其承载能力受到很大限制。所以摩擦式无级变速装置受限于材质，加工工艺，润滑等因素，应用上受到很大限制。

本实用新型设计的变径式摩擦无级变速装置，可以控制高摩擦系数的传动轮在低阻力，低磨损条件下进行平滑和连续的变化，而且能适应多种工况的使用要求。具有结构简单、变速机构操作轻便、变速过程平滑、实用性强等特点，以摩擦轮为输出端，并结合万向传动装置，实现输入输出轴之间交角的变化，具有装配和使用上的适应性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，在于提出一种轴交角可变的变径式摩擦无级变速装置，这套装置可以应用在输入输出轴具有一定交角的传动工况，具有较广的应用范围。机构特点在于其调速装置，在中间滚轮上使用一套类似于车轮转向机构的调速执行机构，使中间滚轮产生侧偏，利用中间滚轮的侧偏特性，使中间滚轮在侧向力的作用下改变径向位置，实现调速功能。

本实用新型采用的技术方案：

主要由锥齿轮输入轴、中间轴、锥齿轮摩擦盘、滚轮、滚轮轴、万向节、第一传动轴、第二传动轴、输出万向节、输出轴、齿轮转动杆、承力杆、电机组成。

其中，锥齿轮输入轴安装在机架上，锥齿轮输入轴和锥齿轮摩擦盘（锥齿轮和摩擦盘集成为一体）通过锥齿轮啮合；锥齿轮摩擦盘固联在中间轴上，中间轴安装在机架上，滚轮和锥齿轮摩擦盘相互压紧，可以实现摩擦传动；滚轮固联在滚轮轴上，第一传动轴通过万向节和滚轮轴连接，第二传动轴和第一传动轴轴线重合，二者为移动副（花键或其他）连接，移动副方向为二者轴线方向；第二传动轴安装在机架上，万向节与输出轴相连。

电机壳体与机架连接，电机的输出轴齿轮和齿轮转动杆齿轮啮合，齿轮转动杆和滚轮轴连接，为了承受滚轮轴传递过来的压紧力，承力杆一端和电机壳体固联，另一端和齿轮转动杆为转动副连接；为了防止滚轮侧偏时电机的壳体产生扭转，齿轮转动杆的齿轮轴线方向应过其对应的万向节中心。

减速传动时，动力通过锥齿轮输入轴输入，经由锥齿轮摩擦盘传递至滚轮、通过万向节和花键传递到第二传动轴，最后通过输出万向节传递到输出轴，由输出轴输出动力。

由于输出端连接有万向节，该装置可以实现输入输出轴线之间任意角度的传动，具有一定的自适应性，但是考虑到万向节的传动特性，输入输出轴传动方向的夹角宜为正负30度之间变化。如装配时，输出轴在一定位置与机架连接，那此机构只具有传动自由度。

这类装置调节传动比时，由小型电机带动齿轮转动杆转过一个角度，则会相应的带动中间滚轮产生侧偏，由于侧偏角很小，小型电机不用消耗太多的功率，阻力也不大。假设此时滚轮和输入摩擦盘的接触点为p1，p1点的速度为Vp1，滚轮和输入摩擦盘之间是纯滚动，那么滚轮上p1点的速度也为Vp1，滚轮上p1点的速度可以理解为一个合速度，由两部分组成：一是p1点相对于滚轮的转动轴线的转动速度Vr1，其方向垂直于滚轮的转动轴线；二是滚轮整体的平动速度Vs1。由于导向机构的存在Vs1的方向也是确定的，且有Vp1=Vr1+Vs1，则滚轮会沿着输入摩擦盘的半径方向以的速度Vs1移动，到达一个新的传动位置，实现传动比的变化。转向电机回正后，滚轮到达新的传动接触半径位置，此时电机被锁止（锁止机构可采取电磁制动方式等方式，图中未画出），以保证传动比处于稳定状态。

为保证摩擦盘和滚轮之间的摩擦副有足够正压力，整个机构需要压紧。压紧力作用在摩擦盘上。为使装置在产生磨损后仍能施加压紧力，可以使用压缩的弹簧来施加压紧力（图中未画出）。压紧力通过摩擦盘传递到滚轮，通过滚轮轴、齿轮转动杆、承力杆传递到电机壳体，由电机壳体承受。

本实用新型的优越性在于：

1. 关键传动部件为具有一定粘弹特性的滚轮，其与摩擦盘的摩擦系数高，而且成本低，结构简单，无需润滑，传动效率高，且滚轮可更换；

2. 当需进行调速时，改变传动轮有效摩擦接触半径实现无级变速所需克服的摩擦阻力小，转向变径机构操作轻便，造成的磨损小；

3. 调速时不需要断开动力传输，变速过程平滑；

4. 以滚轮轴为输出轴，并引入万向传动机构，装置适应性强，输入和输出轴交角可变。在装配时，可以根据需要改变输入和输出轴之间的交角，即具有装配的自适应性；

5. 为了解决制造、装配误差和使用中的磨损导致的传递动力不准确，电机可以采用闭环控制。通过闭环控制来修正机构运动过程的运动误差，确保精确控制；

6. 锥齿轮摩擦盘采用了一体化结构，集成度高，结构紧凑。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理示意图；

图2为本实用新型的调速原理图。

图中标号说明：

1中间轴、2锥齿轮摩擦盘、3滚轮轴、4万向节、5第一传动轴、6锥齿轮输入轴、7滚轮、8电机、9承力杆、10齿轮转动杆、11第二传动轴、12输出万向节、13输出轴。

具体实施方式

请参阅附图1和附图2所示，对本实用新型作进一步的描述。

图1中间轴1、锥齿轮摩擦盘2、滚轮轴3、万向节4、第一传动轴5、锥齿轮输入轴6、滚轮7、电机8、承力杆9、齿轮转动杆10、第二传动轴11、输出万向节12、输出轴13组成。

锥齿轮输入轴6安装在机架0上，锥齿轮输入轴6和锥齿轮摩擦盘2（锥齿轮和摩擦盘集成为一体）通过锥齿轮啮合；锥齿轮摩擦盘2固联在中间轴1上，中间轴1安装在机架0上，滚轮7和锥齿轮摩擦盘2相互压紧，可以实现摩擦传动；滚轮7固联在滚轮轴3上，第一传动轴5通过万向节4与滚轮轴3连接，第二传动轴11和第一传动轴5轴线重合，二者为移动副（花键或其他）连接，移动方向为二者轴线方向；第二传动轴11安装在机架0上；第二传动轴11通过输出万向节12与输出轴13相连。

电机8壳体与机架0连接，移动方向与第一传动轴5、第二传动轴11组成的移动方向相同；电机8的输出轴齿轮和齿轮转动杆10齿轮啮合，齿轮转动杆10与滚轮轴3连接，为了承受滚轮轴3传递过来的压紧力，承力杆9一端和电机8壳体固联，另一端和齿轮转动杆10为转动连接；为了防止滚轮7侧偏时电机8的壳体产生扭转，齿轮转动杆10的齿轮轴线方向应过其对应的万向节4中心。

减速传动时，动力通过锥齿轮输入轴6输入，假设锥齿轮输入轴6的转速为                                                。锥齿轮输入轴的齿数为，锥齿轮摩擦盘的齿数2为，那么中间轴1的转速为。滚轮7和锥齿轮摩擦盘2的接触点距离中间轴1轴线的距离为。则滚轮和摩擦盘接触点的速度。设滚轮7的半径为，则滚轮7转动的角速度 ,通过万向节和移动副不改变角速度大小，则输出轴的角速度，那么减速比

设输入锥齿轮摩擦盘2的半径为，那么，由于是连续变化的，是定值。故可以实现无级传动，传动比的变化范围为：

注：无穷大只是理论上的，实际上其承载能力是有限的。由于是变角度变方向传递动力，这的传动比只表示大小。

附图2阐述调速原理：

当需要调节传动比时，由小型电机同步带动所有齿轮转动杆转过一个角度，则会相应的带动滚轮产生侧偏，由于侧偏角很小，小型电机不用消耗太多的功率，阻力也不大。假设此时滚轮和输入摩擦盘的接触点为p1，p1点的速度为Vp1，滚轮和输入摩擦盘之间是纯滚动，那么滚轮上p1点的速度也为Vp1，滚轮上p1点的速度可以理解为一个合速度，由两部分组成：一是p1点相对于滚轮的转动轴线的转动速度Vr1，其方向垂直于滚轮的转动轴线；二是滚轮整体的平动速度Vs1。由于导向机构的存在Vs1的方向也是确定的，且有Vp1=Vr1+Vs1，则滚轮会沿着输入摩擦盘的半径方向以的速度Vs1移动，到达一个新的传动位置，实现传动比的变化。转向电机回正后，滚轮到达新的传动接触半径位置，此时电机被锁止（锁止机构可采取电磁制动方式等方式，图中未画出），以保证传动比处于稳定状态。

Claims (1)

1.轴交角可变的变径式摩擦无级变速装置，包括锥齿轮输入轴、中间轴、锥齿轮摩擦盘、滚轮、滚轮轴、万向节、第一传动轴、第二传动轴、输出万向节、输出轴、齿轮转动杆、承力杆、电机，其特征在于：锥齿轮输入轴安装在机架上，锥齿轮输入轴和锥齿轮摩擦盘通过锥齿啮合；锥齿轮摩擦盘固联在中间轴上，中间轴安装在机架上，滚轮和锥齿轮摩擦盘相互压紧，以实现摩擦传动；滚轮固联在滚轮轴上，第一传动轴通过万向节和滚轮轴连接，第二传动轴和第一传动轴轴线重合，两者通过花键连接，可以沿二者轴线方向相互移动；第二传动轴安装在机架上，通过输出万向节与输出轴相连；电机壳体与机架移动副连接。