滑片變形活齒嚙合型機械無級變速器的製作方法

2023-05-31 15:32:36

專利名稱：滑片變形活齒嚙合型機械無級變速器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於機械無級變速器設計及製造技術領域。
背景技術：
無級變速器是一種可連續無級改變傳動比的變速裝置，其應用範圍非常廣泛，特別適用於(1)工藝參數多變的機器；(2)要求轉速連續變化的機器；(3)探求最佳工作轉速的設備；(4)協調幾臺或一臺設備傳動系統中幾個運轉單元間的運轉速度；(5)緩速起動對於具有大慣量或帶負荷起動的機器，採用此無級變速器之後，可在近零轉速下大扭矩起動，在負荷下連續變速達到額定轉速，避免了過大的慣性負荷，從而可採用功率較小的原動機。
對於機械無級變速器，大量採用摩擦傳動，其大致存在以下缺陷1、很難獲得超低轉速輸出，變速範圍比較窄；2、存在傳遞扭矩小、傳輸功率不大等缺陷；3、承載能力低、抗過載及耐衝擊性能較差；4、零部件加工及潤滑要求較高、壽命短，結構、工藝複雜、製造成本高；5、滑動率大，機械效率低；有的還存在脈動輸出及功率流不連續現象。
就目前而言幾乎所有的摩擦式無級變速器傳動功率均需靠大的法向壓緊力，致使各軸承負荷加大，傳動體間的彈性滑動、幾何滑動現象明顯，用於傳輸功率的有效接觸面小，理論上為線接觸或點接觸，局部應力大，嚴重時甚至導致工作表面擦傷或膠合，傳動效率低，傳遞功率有限，壽命短。

發明內容
本實用新型針對現有無級變速器的缺憾進行革新改進，在此基礎上提供一種新型「滑片變形活齒嚙合型機械無級變速器」，其目的在於滿足、適應現代化工業需求、尤其是汽車工業的需求，兼具並拓展了目前大多無級變速器功能點，實現了特有的「非摩擦式齒輪嚙合無級變速」，屬一種全新概念的大功率高效(與齒輪傳動效率接近)機械無級變速器。
本實用新型的技術方案如下滑片變形活齒嚙合型機械無級變速器，其特徵是輸入軸(8)與齒槽輪(6)固定聯接，活齒輪(22)與輸出軸(1)之間通過導向鍵或花鍵(10)滑動聯接；活齒輪(22)由輪體(3)、滑片組環(23)構成；滑片組環(23)由若干個滑片組(24)構成，滑片組(24)由同類型滑片(25)同向貼合構成，滑片(25)密布於輪體(3)上滑片倉(26)內，滑片可在滑片倉(26)內一定範圍內自由徑向移動，靠滑片(25)的自由徑向移動可以組合形成嚙合齒形；齒槽輪(6)是與活齒輪(22)進行嚙合傳動的輪盤，工作盤面由凸凹齒槽(7)組成；活齒輪(22)旋轉時滑片(25)可在離心力作用下向輪體徑向外延作離心運動，與齒槽輪(6)接觸的滑片(25)在凸凹齒槽(7)的推動下發生隨動變形組合形成與之吻合的嚙合齒面。
基本工作原理整個齒輪工作表面是由大量薄滑片疊合組成，通過滑片的自由徑向滑移可構成任意形狀的嚙合齒形，此設計思想等效於對齒輪進行微元分割，通過多個微元面的有機組合即可形成任意所需齒形。即構成滑片無級嚙合活齒輪。
由於滑片的滑移方向與受力方向不同向，所以滑片可以自由輕鬆隨當前嚙合齒形所需及時變形與之吻合實現無級嚙合，而傳遞功率時的受力方向與自由滑移方向垂直或其夾角在當量摩擦角之內(參見下文)，具有自鎖性，所以滑片承載受力時不會改變齒廓形狀，可保持正常嚙合態，靠滑片與對應齒槽盤的嚙合傳遞功率，實現非摩擦式變形活齒嚙合無級變速。
活齒的奧妙處在於組成齒形的滑片徑向尺寸可以隨著齒輪、槽盤的旋轉隨嚙合區的槽面形狀變化隨時自動變形，始終保持齒形的吻合，所以對滑片、槽盤的齒形加工精度要求很低，不必磨齒，可跑合。而且更適應高速場合。
本實用新型的特點、優點該變速器實現了真正意義上的「齒輪嚙合無級變速」，結構簡單，成本低，可靠性強，整個無級變速過程為一級傳動，且可方便實現正反向等傳動鏈輸出，傳動鏈短，效率高！滑片活齒輪為浮動無級變形嚙合，對嚙合齒槽的精度要求極低，對齒距，齒形無加工精度要求，可採取鑄造法高效廉價產業化生產，成本低，其加工、裝配精度不會明顯影響傳動性能，跑合後性能更好，滑片有磨損自動補償功能，壽命長，噪音低，高速適應性能好。
與現有金屬帶車用無級變速器相比，成本幾乎不及其1/5，而綜合性能卻明顯優於現有無級變速器。此變速器關鍵部件只有兩件，結構簡單體積小，整體變速箱成本比最廉價的直齒無同步器手動齒輪變速箱都低。在一般場合，其傳動性能甚至可完全取代齒輪變速，而其特有的無級變速性能使得其有取代目前應用最為廣泛的齒輪變速器趨向。與現有無級變速器相比，其性能更是明顯，其整體優越性能可以代替及拓展乃至大、中、小、微功率領域的所有無級變速器。
決定該類變速器承載能力的關鍵點是滑片與槽盤的嚙合區，這是整個傳動鏈的薄弱環節，其他環節在滿足等功率匹配基礎上應儘可能縮小體積，按等功率流承載負荷設計，儘管如此該承載能力甚至可與齒輪傳動媲美(齒輪傳動由於齒形固定，旋轉嚙合中為線接觸傳動)，滑片活齒輪的嚙合點面積大於齒輪，所有滑片形成一整體封閉彈力閉合環，等效於將所有滑片束縛在一封閉受力體內，加之與剛性齒槽輪的相互依存實現了「剛柔融合、活齒固化」效應，最大程度的消弱了懸梁受力現象(類似於將彈性平面薄鋼片墊在剛性鋼件中)，理論上可等效承載整體鋼環在圓周向的負荷量，承載能力極強!「滑片變形齒無級嚙合活齒輪」齒形可變，可以隨時根據嚙合區「遇齒成槽」變化齒形，最大限度延展齒槽與所有參工作滑片區域間儘可能多的嚙合受力點，尤其在壓力角最小區為整體面接觸，接觸應力小；此外其離心復位嚙合傳動特點使得其在高速場合可靠性更強，更適應高速及大功率領域工作特性要求。


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以下結合附圖和實施例對本實用新型進行具體說明(注「\」代表「或」的意義)圖1、圓柱活齒輪無級變速器結構圖圖4、圓柱活齒輪用滑片結構圖圖2、圓柱活齒輪外形結構圖 圖5、圓柱活齒輪內部結構圖圖3、圓柱活齒輪輪體結構圖其中1、輸出軸 12、定位支撐卡擋臺23、滑片組環2、軸承 13、潤滑油孔 24、滑片組3、圓柱活齒輪體 14、潤滑油縫 25、滑片4、填充滑片 15、定位銷孔 26、滑片倉5、支撐滑片 16、滑片回縮落座限位面27、滑片倉環6、平盤齒槽輪 17、定位聯接銷28、填充滑片組7、凸凹齒槽 18、軸裝配孔(含鍵槽) 29、支撐滑片組8、輸入軸 19、輪盤對合貼合面30、填充滑片倉9、中心凹坑 20、滑片離心約束面31、支撐滑片倉10、導向鍵\花鍵 21、滑片擋腳 32、支撐滑片約束壁面11、滑片約束壁面22、活齒輪33、填充滑片約束壁面名詞解釋(注相關名詞釋義在此一併注釋，供下文參考)*支撐滑片一般指與滑片倉壁相接觸傳遞動力的滑片，如支撐滑片(5)。
*填充滑片一般指與支撐滑片接觸傳遞動力的滑片，如填充滑片(4)。
*滑片(25)包括填充滑片(4)、支撐滑片(5)兩大類。
*等功效滑片(即同類型滑片)形狀完全相同、裝配方向也相同的滑片，即同形狀滑片同向布置。形狀完全相同但反方向裝配的滑片屬不同功能，即功能不等效。
*滑片組即滑片基本單元集合，是等功效滑片的分組集合，即滑片組(24)由多個同形狀滑片(25)同向貼合組成；滑片組(24)分為支撐滑片組(28)、填充滑片組(29)。
*滑片組環由若干個滑片組組合而成的可獨立完成工作循環的滑片組的集合總成(如圖2中的所有滑片組集合總成稱之為一個滑片組環)。包括連續型滑片組環、間隔型滑片組環。連續型滑片組環滑片組間相貼合、無間隙，整體呈滿環密布滑片組環(如圖2)，一般連續型滑片組環由非同類型滑片組間隔交替組合，包括「支撐滑片組」、「填充滑片組」。間隔型滑片組環滑片組間有間隙的滑片組環，一般間隔型滑片組環內滑片組均為同類型滑片組；即滑片組環(23)由若干個滑片組(24)構成。
*滑片倉活齒輪體上用來擱置、限位、約束滑片組的腔體槽倉，「支撐滑片組」、「填充滑片組」對應的限位約束滑片倉有支撐滑片倉(31)、填充滑片倉(30)；
*滑片倉環由多個滑片倉(26)組成滑片倉環(27)；滑片組環放在滑片倉環內。(如圖2中的活齒輪(22)中包含一個滑片倉環)；滑片倉環包括連續型(一般為支撐滑片倉、填充滑片倉交錯組成)，間隔型(一般由等寬度滑片倉間隔布置組成)。
本實施例中滑片倉(26)由滑片約束壁面(11)、定位支撐卡擋臺(12)、滑片離心約束面(20)、滑片回縮落座限位面(16)對合組成，由多個滑片倉(26)組成滑片倉環(27)。
*滑片總成指活齒輪(22)上所有滑片體系總和。按輪體上滑片組環的數量分為單環型滑片總成——滑片總成由一套滑片組環構成(包括單環間隔型、單環滿環密布型)；多環型滑片總成——滑片總成由多套滑片組環組合構成(包括多環間隔型、多環滿環密布型)。
*滑片變形齒無級嚙合活齒輪(簡稱活齒輪)由滑片(薄片)組合而成可自由滑移無級改變齧否齒形的齒輪。由輪體、至少一套滑片組環構成，滑片組環由若干個滑片組構成，滑片組由多個等功效滑片貼合構成；滑片可在彈簧力、離心力等復位驅動力作用下進行復位；輪體上至少有一套由滑片倉組成的滑片倉環，滑片組放置在對應滑片倉內構成一套功能獨立完整滑片組環，滑片可在各自滑片倉內一定範圍內自由移動，靠滑片的自由移動可以形成任意形狀的齒形。輔助件有連接定位銷等。活齒輪一般至少由輪體、滑片組環組成，一個輪體上至少有一個滑片倉環，裝置一套滑片組環，稱為「單環型活齒輪」(如圖2中的活齒輪(22)包含一套滑片組環)；同理有多個滑片倉環，裝置多套滑片組環的齒輪稱為「多環型活齒輪」，本文只介紹單環型活齒輪。
活齒輪(22)是一基本部件，由輪體(3)、滑片組環(23)零件構成。
活齒輪類型一般分為圓柱活齒輪(如圖2)，圓錐活齒輪，平盤型活齒輪、內錐盤型活齒輪，分別又可分為單環型活齒輪、多環型活齒輪。本文只介紹圓柱活齒輪。
按滑片組環中滑片組的布置方式分為間隔型、滿環密布型(或稱為連續型)。
按輪體上滑片組環的數量分為單環型、多環型，分別又可分為單環間隔型、單環滿環密布型；多環間隔型、多環滿環密布型。
按滑片與輪體間的鑲嵌插裝方式、輪體對滑片的定位支撐卡擋方式分為外側支撐型、外側互動交叉支撐型、中心支撐型、中心互動交叉支撐型、外側中心雙重支撐型、外側中心互動交叉支撐型。
按滑片復位驅動力類型、方式分，有彈簧力、離心力等復位型。在此復位驅動力作用下滑片與嚙合齒槽緊緊接觸實現無級嚙合。彈簧力復位過程為用彈簧推動滑片復位，歸於自由復位型；所以，按滑片的復位工作特性可分為滑片自由復位型，滑片受迫復位型。
*復位指滑片工作中在復位驅動力作用下，向參與嚙合的方位發生運動的過程或運動趨勢狀態。例如圓柱活齒輪中滑片在自由復位驅動方(離心力)作用下向齒輪體徑向外延運動或運動趨勢的狀態。
*約束限位為防止滑片在自由每位驅動力作用下甩離活齒輪體而加的約束限位裝置，如本文中的「滑片擋腳21」。
*齒槽輪與活齒輪可講行嚙合傳動的輪盤，工作盤面由齒、槽組成，凸起部分稱為齒，凹陷部分稱為槽。與活齒輪配合構成該類無級變速器兩大核心部件。按齒槽輪工作盤面形狀分為平盤型、錐盤型，本文只介紹平盤型齒槽輪。
具體實施方式
如圖1所示輸入軸(8)與齒槽輪(6)固定聯接，活齒輪(22)與輸出軸(1)之間通過導向鍵或花鍵(10)滑動聯接，在傳遞扭矩的同時可以自由軸向移動從而無級改變活齒輪(22)與齒槽輪(6)的嚙合半徑進行無級變速(圖1中A、B、C分別代表前進檔區、倒檔區、空檔區)。
其中活齒輪(22)由輪體(3)、滑片組環(23)構成。滑片組環(23)由若干個滑片組(24)構成，滑片組(24)由同類型滑片同向貼合構成，滑片一般有支撐滑片(5)、填充滑片(4)兩類。當活齒輪(22)旋轉時滑片(25)可在離心力作用下進行自由復位與齒槽輪(6)上的凸凹齒槽(7)進行嚙合，其中凸起部分稱為齒，凹陷部分稱為槽。輪體(3)一般由兩半對合而成，每半輪體上均有滑片約束壁面(11)，其中凹陷部分為支撐滑片約束壁面(32)、凸起部分為填充滑片約束壁面(33)，定位支撐卡擋臺(12)、滑片離心約束面(20)、滑片回縮落座限位面(16)，輪盤對合貼合面(19)、定位銷孔(15)等；兩半輪體對合組成完整輪體，由滑片約束壁面(11)，定位支撐卡擋臺(12)、滑片離心約束面(20)、滑片回縮落座限位面(16)等對合組成滑片倉環(27)，定位銷孔(15)內裝入定位銷(17)以保證各滑片倉(26)不發生錯位，可進一步通過螺栓將兩半輪體連接緊固。支撐滑片組、填充滑片組交替排列密布於相對應滑片倉內，滑片可在滑片倉內一定範圍內自由徑向移動，靠滑片的自由徑向移動可以組合形成任意形狀的嚙合齒形。
齒槽輪(6)是與活齒輪(22)進行嚙合傳動的輪盤，工作盤面有凸凹齒槽(7)，凸起部分稱為齒，凹陷部分稱為槽。與活齒輪(22)配合構成該類無級變速器兩大核心部件。
工作時，活齒輪(22)高速旋轉，滑片(25)在旋轉離心力驅動作用下向輪體徑向外延作離心運動(或離心運動趨勢)，在滑片擋腳(21)約束作用下，所有滑片均自由復位停留到同一半徑圓周處，與齒槽輪(6)上的工作盤面接觸的滑片在凸凹齒槽(7)的推動下發生隨動變形組合形成與之吻合的嚙合齒面，隨著齒槽輪(6)的旋轉帶動活齒輪(22)旋轉，進入嚙合區域的滑片不斷與齒槽輪盤面接觸發生「徑向滑動、遇齒成槽」，與齒槽輪(6)的凸凹齒槽(7)進行嚙合實現連續傳動輸出功率。
由於活齒輪(22)充當主動輪時，在滑片未嚙合前滑片處於壓緊承載態，不利於滑動變形，所以，最好為從動輪。離心復位型活齒輪需先輕載啟動，一旦轉速達到離心轉速低限(120～200轉/分)即可加載運行。
在齒槽輪(6)中心可以設計有中心凹坑(9)，這樣活齒輪(22)在沿輸出軸軸向移動時可以順利越過齒槽輪中心區實現反方向傳動，在中心區為空檔區，其變速檔區域分布示意參見圖1所示(圖1中A、B、C分別代表前進檔區、倒檔區、空檔區)。
為防止填充滑片(4)在受壓力時擠入支撐滑片倉(31)發生支撐滑片、填充滑片混位，填充滑片組(28)兩端可各加一厚滑片(4)，同時可起到加固作用，增強承載能力。
說明書附圖中的件號指引線說明1、前端帶箭頭的件號指引線——為部件指引線或零件概述性總名稱指引線(如活齒輪22由輪體3、滑片組環23組成；滑片25包括填充滑片4、支撐滑片5兩大類)。
2、前端不帶箭頭的件號指引線——為零件指引線(如填充滑片4)。
權利要求1.滑片變形活齒嚙合型機械無級變速器，其特徵是輸入軸(8)與齒槽輪(6)固定聯接，活齒輪(22)與輸出軸(1)之間通過導向鍵或花鍵(10)滑動聯接；活齒輪(22)由輪體(3)、滑片組環(23)構成；滑片組環(23)由若干個滑片組(24)構成，滑片組(24)由同類型滑片(25)同向貼合構成，滑片(25)密布於輪體(3)上滑片倉(26)內，滑片可在滑片倉(26)內一定範圍內自由徑向移動，靠滑片(25)的自由徑向移動可以組合形成嚙合齒形；齒槽輪(6)是與活齒輪(22)進行嚙合傳動的輪盤，工作盤面由凸凹齒槽(7)組成； 活齒輪(22)旋轉時滑片(25)可在離心力作用下向輪體徑向外延作離心運動，與齒槽輪(6)接觸的滑片(25)在凸凹齒槽(7)的推動下發生隨動變形組合形成與之吻合的嚙合齒面。
2.根據權利要求1所述的滑片變形活齒嚙合型機械無級變速器，其特徵是輪體(3)由兩半對合而成，每半輪體上均有滑片約束壁面(11)、定位支撐卡擋臺(12)、滑片離心約束面(20)、滑片回縮落座限位面(16)、輪盤對合貼合面(19)、定位銷孔(15)；兩半輪體對合組成完整輪體，由滑片約束壁面(11)，定位支撐卡擋臺(12)、滑片離心約束面(20)、滑片回縮落座限位面(16)對合組成滑片倉環(27)；定位銷孔(15)內裝入定位銷(17)。
3.根據權利要求1所述的滑片變形活齒嚙合型機械無級變速器，其特徵是滑片(25)包括支撐滑片(5)、填充滑片(4)兩類；滑片(25)的尾部有滑片擋腳(21)。
4.根據權利要求2所述的滑片變形活齒嚙合型機械無級變速器，其特徵是滑片約束壁面(11)包括凹陷的支撐滑片約束壁面(32)、凸起的填充滑片約束壁面(33)。
5.根據權利要求1所述的滑片變形活齒嚙合型機械無級變速器，其特徵是填充滑片組(28)兩端的填充滑片(4)為厚滑片。
6.根據權利要求1所述的滑片變形活齒嚙合型機械無級變速器，其特徵是齒槽輪(6)中心有中心凹坑(9)。
專利摘要滑片變形活齒嚙合型機械無級變速器，屬於機械無級變速器設計及製造技術領域。輸入軸與齒槽輪固定聯接，活齒輪與輸出軸之間通過導向鍵或花鍵滑動聯接；活齒輪由輪體、滑片組環構成；齒槽輪與活齒輪配合構成無級變速器兩大核心部件；活齒輪旋轉時滑片可在離心力作用下向輪體徑向外延作離心運動，與齒槽輪接觸的滑片在凸凹齒槽的推動下發生隨動變形組合形成與之吻合的嚙合齒面，實現了「非摩擦式齒輪嚙合無級變速」，結構簡單成本低，可方便實現正反向等傳動鏈輸出，滑片活齒輪為浮動無級變形嚙合，具有磨損自動補償功能，壽命長，高速適應性能好，廣泛適用於車輛及機械傳動領域。
文檔編號F16H55/08GK2937665SQ20052010420
公開日2007年8月22日 申請日期2005年8月19日 優先權日2004年9月21日
發明者王國斌 申請人:王國斌