離心摩擦無級變速的製作方法

2023-10-21 07:39:12 1

專利名稱：離心摩擦無級變速的製作方法
技術領域：
本發明屬機械傳動領域，是基於中國專利文獻第90104953號及美國專利文獻07-735，330號之上而進一步作出的。
上述專利文獻提出了以離心力為摩擦正壓力之傳動，但未能解決無級變速問題。其它先有技術文獻有大量關於摩擦無級變速器的介紹，但未能解決摩擦正壓力作用於軸承和傳動效率低這兩大問題，這是幾十年來困擾摩擦無級傳動設計者的兩大難題。
本發明的示意1中，輸入軸5上裝有轉臂7，轉臂7的缺口內對稱地裝有滑塊9，9內套裝行星軸承8，8支承行星摩擦輪1a和1b，當轉臂如n1方向轉動，轉得很快時，離心力作用使行星輪1a和1b貼緊內摩擦輪2，行星輪自動方向如圖中箭頭所示，與n1相反，因此機構可作減速器使用。小彈簧10使8、9、1a、2b向外撐開，以消除行星輪與內摩擦輪接觸時的衝擊。
圖2中，輸入軸5上固連的轉臂6、7的缺口內可滑動地裝有滑塊9，其內套裝行星軸承8。同軸線一體固連的行星摩擦輪1、3，以兩端軸端支承於行星軸承8內，中間軸經轉臂12的開孔穿過，1旁還有一個一體固連同軸線的倒檔行星輪11。1、3分別與內摩擦輪2、4之凸截面的環接觸，1、3接觸處之半徑分別為R1、R3。2是經滑鍵18套於機殼16之內可沿軸向滑動但不可轉動，4輸出動力，它套裝於16之內，可轉動也可沿軸向滑動，並經推力軸承17與2連接以軸向聯動。4的輸出端別有螺旋內齒輪13，內套具有螺旋外齒輪的輸出軸14，14與4之間套裝有彈簧15。
輸入軸轉速為n1，經軸承25和24支承於機殼16a和輸出內摩擦輪4之內，5經轉臂6、7及滑塊9、行星軸承8帶動行星輪1、3公轉，1、3以離心力為摩擦正壓力而貼緊2、4並自轉，當2、4之接觸半徑分別為R2、R4時，傳動比i= (輸入轉速n1)/(輸出轉速n4) =11-R2R3R1R4]]>當2、4一體沿軸向滑動時，在圖2中，左滑則1、3被壓下一些，右滑則1、3在離心力作用下會跟隨上升貼緊，轉臂6、7中的缺口和滑塊9使得1、3的徑向上、下成為可能。2、4軸向滑移時，1、3的接觸半徑R1和R3隨之改變，傳動比i隨之改變，成為無級變速。1、3軸線始終保持與5、2、4三軸線平行。
圖2中，杆21經銷20與2連接，可推、拉2、4沿軸向移動，19為導向滑塊，為20做軸嚮導向。內、外螺旋齒輪13、14構成的輸出齒輪付，當傳遞較大扭矩時，會產生較大之軸向嚙合力，這個軸向力可用來推或拉4、2沿軸向移動，自動改變傳動比。例如設計成輸入軸5是恆轉矩的，則4、13齒輪付負荷扭矩加大時，軸向嚙合力推動4、2向傳動比i增大的方向移動，i的增大使輸入扭矩保持不變，反之亦然。回位彈簧15用來使2、4回位，軸向嚙合力減弱時，使2、4在彈簧力作用下回位。
4a是4上的直接檔內摩擦環，通常是內園柱面摩擦環。12的外園面也可以是外園柱面，推、拉4、2使4a與12接觸，則摩擦力使5帶動4直接旋轉，i＝1。此時4或4與2的凸環移至空處，與行星輪的接觸落空脫開。4a與12之接觸，應是線接觸，以提高傳動效率。為使二者之接觸有力，可使4a或/和12之園環表面敷設高摩擦係數且具彈性之材料，取得較大之摩擦轉矩。或者使2個環面做成內、外齒輪，齒數相同，二者被推入接合時，內、外齒輪嚙合。也可在2個環面上設任何銷、釘阻擋物，取得足夠之接合轉矩，或使12外園面的一部分或多部分做成是可沿徑向滑移的滑塊，仍靠高轉速時的離心力與4a貼緊產生足夠摩擦轉矩。這裡不必一一列舉。應注意的是，2、4軸向滑移趨向4a與12接合時，傳動比i應趨向於1，使得4a與12接合時，相對轉速已趨於零，則這個接合(例如上述的齒輪齧入方式)是無衝擊和平穩的。前面已提過，改變傳動比是使R1、R3沿軸向而有變化。
杆23與內摩擦環22固連，沿軸向推22左移使之與行星輪11接合時(此時整個行星輪已被4之左移而壓下)，2與1脫開而僅4與3接合，由於11之直徑小於此時之R3(較大)，而通常R1是大於R3的，因此22與11之接合，將使4之轉向與5之轉向相反，成為「倒擋」，即反向傳動位置。
還可以有「空檔」，例如令1與一個可在殼體內自由轉動的滑環接觸，則變速器無輸出扭矩，4與5之聯繫被切斷。相當於離合器脫開。這一機構在圖二中未示出。
行星輪可如

圖1那樣有兩組，也可有3組、4組、5組等，都是形狀相同而均勻分布的，使得4、2及5受力平衡。
行星輪3、1的外園面與軸向剖面的交線，可以如圖2那樣是凹的曲線，也可以是任何形狀之曲線，或是斜的直線(此時行星輪成為錐形輪)，視無級變速的需要而定。唯須設計成變速時行星輪軸線與輸入軸及內摩擦輪之軸線保持平行，這需要使等式R1-R3＝R2-R4
保持成立。
本發明適用於一切帶負荷無級變速之場合。並特別適用於汽車無級變速。這是因為，本發明在通常狀態是內、外摩擦輪之間的點接觸，損耗相對較大，但在直接檔(4a與12接合)是線接觸或齒輪接合等，損耗小，效率高，而汽車通常是在起步、爬坡時用傳動比較大，在平坦道路上高速行駛時用傳動比很小，而高速行駛通常佔去90%以上行駛路程。本發明變速器在傳動比大時效率相對差一些，而直接檔則具有超過齒輪變速器的最高效率，因此，平均使用傳動效率會很高，達到甚至超過齒輪變速器的傳動效率，又能在起步換檔時做到帶負荷自動連續無級變速，可以在特性(動力性等)方面優於目前的液力機械式無級變速器，傳動效率很高，體積小，因結構簡單、無齒輪和省去離合器而造價很低，同時具有摩擦傳動的低噪聲，工作柔和和具保護性的特點。
本發明另一個特別用途是用於電動機的起動及變速。電動機帶滿負荷起動通常很困難，給電網也造成很大衝擊。使用液力偶合器起動，變頻起動成本昂貴，體積大，可靠性差，使用△-Y、變壓、變極、串阻、電感或電容式起動則效果不大好。使用摩擦離合器起動會遇到滑動摩擦不易控制的問題。
利用本發明變速器兼做大、中功率交流電動機的帶滿負荷起動器，在本來特性上是非常適合的。電動機初起動時，轉速低，輸入軸5即為電動機軸的轉速也就很低，行星輪離心力小因而摩擦轉矩小，負荷可能未被轉動但電動機負荷亦極小;隨著轉速升高，離心力升高，摩擦轉矩增大，起動負荷直至滿負荷，這樣，電動機在初起動瞬間負荷為零，相當於空載起動，對電網衝擊很小，轉速升高過程中負荷被柔性接入，整個特性與使用液力偶合器極為相似。但是，本發明體積很小，可與電動機用同一殼體，同一個軸(輸入軸)，省去2個支承軸承，並可兼做減速器、帶負荷變速器，因而成本有很大降低，本發明利於用在高轉速場合，離心力與轉速之平方正比，利於減輕行星輪系的重量，縮小體積。因此，可用於同步轉速為3000轉/分的2級交流電機。2極電極比4極、6極、8極的體積小重量輕成本低，而效率也好，使電機起動器-變速器總體效能提高。當然，本發明也可只做為起動器而不做變速器，則結構更簡單，只有前述的一個i＝1的「直接檔」，使圖2中12的外園面的部分做成可沿徑向滑移的滑塊成為離心塊，輸入軸直接靠離心塊產生摩擦轉矩帶動輸出軸轉動。這樣的離心式起動器可與電動機裝在一個機殼內。兼做為電動機起動器的變速器不必非得是本發明所述的無級變速器，也可以是中國專利文獻第90104953號所述的有級的離心摩擦式行星減速器。
對於本發明，把凸截面摩擦環放在行星輪外園上，而使內摩擦輪具有內園面與軸向剖面之交線為曲線或斜直線的可連續改變接觸半徑的外園段，利用本發明原理，以行星輪離心力為正壓力，內、外摩擦輪間之相對軸向位移，同樣可以連續地無級變速。
這樣，本發明解決了摩擦式無級變速器的正壓力作用於軸承及傳動效率低這兩個難題。
權利要求
1.一種摩擦式無級變速器，具有輸入軸、轉臂、行星摩擦輪、內摩擦輪、輸出軸及機殼，其特徵是，具有至少兩組同軸線固連的行星摩擦輪，每組的其中一個行星摩擦輪在離心力作用下與一個不可轉動的內摩擦輪接合，其中另一個行星摩擦輪在離心力作用下與一個可轉動的內摩擦輪接合，內摩擦輪具凸截面的環以與行星摩擦輪接合，行星摩擦輪外園輪廓面與軸向剖面之交線至少有一段是曲線或斜直線，以使行星摩擦輪之接觸半徑可連續變化，行星輪系經滑塊可在轉臂的缺口內沿徑向滑移，行星輪之軸線始終保持與輸入軸及內摩擦輪之軸線保持平行，行星輪系依靠公轉產生的離心力為摩擦正壓力貼緊內摩擦輪產生摩擦轉矩，內、外摩擦輪間之相對軸向位移使摩擦輪接觸半徑連續變化而使變速器能夠無級變速。
2.權利要求1所述的無級變速器，其特徵是，還具有與輸入軸固連的轉臂，其外園面可與可轉動內摩擦輪的內園面接合，構成傳動比為1的直接檔。
3.權利要求2所述的無級變速器，其特徵是，所述內、外園面上敷設有可增加摩擦係數的彈性材料，或是轉臂外園面的一部分或各部分是可徑向滑移的滑塊，在離心力作用下緊貼內摩擦輪，使輸入軸可直接驅動輸出軸。
4.權利要求2所述的無級變速器，其特徵是，所述內、外園面是齒數相同的內、外齒輪，可推入嚙合，或內、外園面上設有任何銷、釘阻擋物，使輸入軸有足夠轉矩驅動輸出軸。
5.權利要求1所述的無級變速器，其特徵是，還具有特定直徑的行星摩擦輪和內摩擦輪，二者接合時，輸出轉向會反過來，使變速器具有倒檔。
6.權利要求1所述的無級變速器，其特徵是，輸出軸處還具有一對相嚙合的內、外螺旋齒輪及回位彈簧，輸出扭矩的變化使螺旋齒輪付嚙合軸向力變化，推或拉內摩擦輪產生軸向滑動達至無級變速，回位彈簧可使內摩擦輪軸向回位。
7.一種帶有離心式摩擦起動器的電動機，具有與電動機軸一起轉動的離心塊及內摩擦輪，其特徵是，電動機起動時轉速漸升而離心力漸升，使離心塊與內摩擦環間之摩擦轉矩逐步升高，可使電動機能夠帶滿負荷起動而對電網衝擊甚小。
8.權利要求7所述的電動機，其特徵是，還具有以離心力為摩擦正壓力的離心摩擦式無級變速器，或具有這樣的有級變速器或減速器。
9.權利要求7和8所述的電動機，其特徵是，電動機軸與所述起動器、變速器的輸入軸是同一根軸，這樣可省去2個支承軸承。
全文摘要
以離心力為正壓力的無級變速器，正壓力直接作用於內摩擦輪而不作用於軸承，提高了傳動效率。適用於汽車變速器及電動機帶滿負荷起動器和變速器。
文檔編號F16H15/50GK1104731SQ93115309
公開日1995年7月5日 申請日期1993年12月30日 優先權日1993年12月30日
發明者鄭悅 申請人:李蘊藻, 鄭悅