彈力脈衝式無級變速傳動方法
2023-05-09 03:01:06
專利名稱：彈力脈衝式無級變速傳動方法
技術領域：
本發明涉及動力機械傳動領域內一種通用的機械式無級變速傳動方法。
目前已有的幾種機械式無級變速器雖在一些領域使用，但這些傳動設備的主要缺點是構造複雜，變速範圍小及效率不高，因此並不能廣泛使用，其中脈衝式傳動裝置是以單向離合器代替曲柄搖杆機構中的固定鉸鏈，當曲柄作勻速轉動時，搖杆通過單向離合器帶動從動軸作單向脈衝轉動，若改變曲柄長度或附加二級杆組，將獲得脈衝式無級變速轉動。其結構簡單，但穩定性差，主、從動軸不能同軸布置。(參考機械工業出版社出版機械設計手冊第二卷第八篇第二章『無級變速機構』)本發明的目的是提供一種新的機械式無級變速傳動方法，即彈力脈衝式傳動方法。
本發明的技術方案是一種彈力脈衝式無級變速傳動方法，由脈衝式傳動機構及彈力機構等組成變速傳動裝置，主、從動轉子同軸布置，主動轉子通過脈衝式傳動機構作用於彈簧機構，使彈簧在變形與恢復的過程中向從動轉子傳遞軸功。增加彈簧機構從根本上提高脈衝傳動性能，擴大傳動範圍，具體說明工作原理如下A.彈力脈衝式傳動機構由行星輪機構、曲柄脈衝式傳動機構及彈簧機構等組成，主、從動軸同軸布置，主動軸與中心齒輪連接，行星輪與曲柄軸固連，彈簧一端與固定件連接，另一端與曲柄機構連接。曲柄支架為固定件，單向離合器的中心棘輪為從動轉子與從動軸相聯，中心齒輪(主動轉子)與行星齒輪外嚙合，這樣在主動軸轉動時通過行星齒輪帶動曲柄脈衝傳動機構及運轉，搖杆通過單向離合器帶動從動軸作單向脈衝轉動，在此過程中彈簧受曲柄搖杆機構的作用隨之做變形與恢復的運動並傳遞部分軸功，起延時作功減緩衝擊的作用；為擴大變速範圍，行星輪與曲柄軸之間可增設超越離合器同軸相聯，當彈力大到一定程度時，就可超越主動轉子的約束，使從動轉子得到更大的轉速，這時彈簧傳遞全部軸功，可實現轉速比大於1的變速傳動。
B.利用A的結構形式，但單向離合器的中心棘輪為固定件，曲柄支架為從動轉子與從動軸相聯，彈簧一端與從動轉子連接，另一端與曲柄機構連接；主動轉子中心輪與行星輪內嚙合，當其帶動行星輪轉動時，脈衝式傳動機構及彈簧機構隨之運轉，其特點是脈衝機構使彈簧變形時一部分軸功直接傳給從動轉子，一部分轉化為彈性能；在彈簧恢復的過程中通過曲柄機構作用於單向離合器，因其中心棘輪固定，彈力反作用於從動轉子，使彈性能轉化為從動轉子軸功，其最大的特點是從根本上延長每次對從動轉子的做功時間，並隨轉速比增大而增加。
C.彈力脈衝式傳動機構由凸輪脈衝傳動機構及彈力機構等組成，主、從動轉子同軸布置，主動軸與凸輪固連，彈簧一端與固定件連接，另一端與凸輪脈衝傳動機構作用；這裡的凸輪脈衝傳動機構與曲柄脈衝傳動機構類似，只是單向離合器的脈動是由凸輪通過連杆連接作用的結果。整個機構傳動過程與原理類似於A，但在擴大變速範圍的辦法上不僅可採用超越離合器聯接凸輪與主動軸，也可採用不同形狀的凸輪實現。
D.利用C的結構形式，但單向離合器的中心棘輪為固定件，彈簧一端與從動轉子連接，另一端與凸輪脈衝傳動機構作用；傳動過程與原理類似於B。
從上述可知，本發明適合所有實現從轉動到脈動(或往復運動)的傳動機構與彈力機構組成彈力脈衝式無級變速傳動機構。這裡″彈簧″的概念為包括各類金屬彈簧、空氣彈簧和氣液彈簧等在內的廣義上的彈簧；單向離合器與超越離合器(從原理上講二者屬同一概念，這裡只是為敘述方便從用途上以示區分)是包括棘爪式、摩擦式和電磁式等在內的廣義概念，凸輪為包括普通及槽形凸輪偏心輪偏心槽輪等在內的廣義概念。
彈力脈衝式傳動機構的無級變速途徑一，無級調節曲柄的長度；二，利用多杆機構，詳見
；三，調節彈簧剛度(如增減空氣彈簧內空氣品質)或改變彈力範圍(彈簧預壓緊或預拉長的調節)，使彈簧傳遞軸功量改變；四，改變凸輪最大偏心度；五，調整槓桿式脈衝杆的支點位置；六，綜合或其它途徑。
本發明的優點是(1)轉速比變化範圍大，理論上前述原理B和D的情況可實現0-1，A和C可超出0-1到更大。
(2)由於彈力的作用，主、從動轉子之間為柔性傳動或包含有柔性傳動，可緩減脈衝，提高傳動性能，對於主動軸輸入轉速很高時，可在主動軸與超越離合器之間聯接一適當的減速機構，進一步降低脈衝頻率減小磨損。
(3)對於B和D的情況，隨轉速比從0升到1，脈衝頻率從大減小到0，傳動損失與離合器的磨損亦從大減小到0，效率增大到1。
(4)因彈簧和離合器及凸輪等部件或機構的型式豐富多樣，本發明必將產生廣泛適合各種領域的型式豐富的無級變速器。
(6)集變速範圍大效率高成本低及適合範圍廣於一身，必將對動力機械行業的節能降耗產生重大的意義。
本發明的
(1)圖1、圖2為在行星輪與曲柄之間裝有超越離合器的B型(符合原理B，以下類推)彈力脈衝無級變速器的原理結構簡圖。
(2)圖3為A型彈力脈衝式無級變速器的結構簡圖。
(3)圖4為多杆變速機構，當曲柄勻速轉動時，通過滑塊04在曲槽03內位置的改變，來改變搖杆02的擺動角度，以調節中心棘輪01的轉速。
(4)圖5為一種以原理C設計彈力脈衝式穩速器的結構簡圖。
(5)圖6為一種以原理D設計的通用型彈力脈衝式無級變速器的結構簡圖。
(6)圖7為一種偏心槽輪結構圖。
以實施例進一部說明本發明實施例1包括附圖1、附圖2，一種以原理B設計的B型彈力脈衝變速器，由行星輪機構、曲柄脈衝式傳動機構、彈力機構及超越式離合器等組成變速傳動裝置。主、從動軸同軸布置，行星輪機構為內嚙合，超越離合器5的外殼與行星輪軸固連，軸端與曲柄6固連使曲柄6可以超越行星輪4運轉，包括曲柄6連杆7搖杆8鍥塊(磨擦式棘爪)10和中心棘輪3組成脈衝式傳動機構，其中中心棘輪3為固定件。行星齒輪架及曲柄軸架與外殼2為一體，彈簧機構9一端與外殼2鉸接，另一端與曲柄搖杆機構中的搖杆8鉸接。主動轉子即中心齒輪1順時針轉動時，通過行星輪4使脈衝式傳動機構隨之運轉，當搖杆8順時針擺動時，鍥塊10不與中心棘輪3作用，彈簧機構9被壓縮，同時受彈簧作用外殼產生順時針扭矩而轉動，通過與之固連的從動軸11輸出；當搖杆8逆時針搖動時，鍥塊10與中心棘輪3作用，阻止擺杆擺動，並向曲柄6和彈簧機構9產生反作用力，使外殼2受其作用再次向從動軸11輸出轉矩，同時使彈簧將原吸收的軸功傳給從動軸11。超越式離合器5的作用是使行星輪4與曲柄6通過超越離合器同軸相聯，當從動轉子轉速升高到一定程度時，可使被壓縮後的彈簧機構9超越主動轉子的約束將原吸收的軸功全部傳給外殼2，進而使從動轉子獲得更大的轉速，適當選取彈簧的剛度可使轉速比範圍接近0-1。
為實現反衝式彈力脈衝變速器的無級變速，採用附圖4所示的多杆變速機構，但滑塊04和曲槽03是隨外殼一起轉動的，要想實現運行中的無級變速，需在從動軸上增加滑塊機構或液壓裝置使變速控制實現動靜傳遞。
實施例2如附圖3所示，彈力脈衝式變速器，同樣由行星輪機構、曲柄脈衝式傳動機構及彈力機構等組成變速傳動裝置，主、從動軸同軸布置，不同之處是行星輪機構為外嚙合，中心齒輪13為主動轉子，中心棘輪14為從動轉子，二者轉軸都裝在外殼12上，外殼12為固定件。隨主動轉子13順時針勻速轉動，當搖杆逆時針搖動時不向從動轉子作功，但彈簧被壓縮，當搖杆順時針搖動時，主動轉子和彈簧共同向從動轉子作功。同樣，在行星輪與曲柄之間增設超越離合器(圖中未畫出)，可使從動轉子14超越主動轉子13的約束獲得更大轉速，適當選取彈簧的剛度甚至可使從動轉子轉速超過主動轉子。
使用圖4所示多杆機構以實現運轉中的無級變速調節。
實施例3如附圖5，一種以原理C設計的適合於風力發電等設備的彈力脈衝式穩速器，主要由凸輪18、單向離合器17和空氣彈簧23等組成，主動軸20與凸輪18固連，當其轉動時迫使空氣彈簧體積縮小而變形，當凸輪作用半徑減小時，空氣彈簧通過連杆22作用於單向離合器，使單向離合器的中心棘輪轉動；為實現恆轉速輸出調節，採用空氣彈簧的注氣與排氣控制從動轉子轉速的增與減，為此增設微型注氣機21由主動軸通過齒輪組19帶動，增設離心飛錘機構24由從動軸15通過齒輪組16帶動。當從動軸轉速低於設定轉速範圍時，離心飛錘機構觸動注氣常開開關使微型注氣機轉軸上的電磁離合器閉合，空氣彈簧開時注氣，從動軸隨之增速，達到設定轉速範圍時離心飛錘機構使注氣常開開關復位，停止增速控制；當從動軸轉速高於設定轉速範圍時，離心飛錘機構觸動排氣閥排氣，同樣在轉速恢復時，排氣閥關閉，停止減速控制，整個裝置簡單可靠。
實施例4包括附圖6及附圖7，一種以原理D設計的通用型彈力脈衝式無級變速器，其中由單向離合器25連杆26槓桿27以及偏心槽輪33組成凸輪脈衝傳動機構，單向離合器的中心棘輪與外殼31通過軸套固定；彈簧29一端作用於槓桿27一端與從動轉子28相連與凸輪脈衝傳動機構共同組成彈為脈衝式傳動機構。主動軸30通過超越離合器32與偏心槽輪33聯接，偏心槽輪(形狀如附圖7所示)與超越離合器外輪柱銷式連接，這樣偏心槽輪既可超越主動軸運轉，又可有軸向位移。液壓缸34連接於主動軸軸端與偏心槽輪之間控制偏心槽輪的偏心度，外界的控制用液壓油的引入可設計為在主動軸上加設液壓軸套使動靜油路導通後沿主動軸引入液壓缸。隨著主動軸的轉動，當偏心槽輪與主動軸同心時，彈簧不發生變形從動轉子因不獲得軸功而轉速為0；當偏心槽輪偏心度較小時，隨偏心槽輪通過槓桿使彈簧變形的同時向從動轉子作功，槓桿帶動單向離合器的外輪空轉，隨偏心槽輪轉動半徑開始減小，單向離合器反向鎖死，偏心槽輪外槽緣與彈簧共同作用於槓桿使從動轉子受反作用力再次獲得軸功，其特點是轉速小扭矩大；當偏心槽輪偏心度較大時，從動轉子轉速大到一定程度可超越主動軸，彈簧傳遞全部軸功；當偏心槽輪偏心度調向最大時，彈簧在達到最大變形前若主、從動轉子扭矩達到平衡而同步轉動，則轉速比為1。
對於主動軸輸入轉速很高時，可在主動軸與超越離合器之間聯接一適當的減速機構，可大幅度降低脈衝頻率和磨損，這顯然對本發明具有普遍意義。
權利要求
1.一種機械式可無級變速傳動方法，使用彈力脈衝式傳動機構，其特徵是主動轉子通過脈衝式傳動機構作用於彈簧機構，使彈簧在變形與恢復的過程中向從動轉子傳遞軸功，組成彈力脈衝式傳動機構。
2.如權利要求1所述方法，其特徵是彈力脈衝式傳動機構由行星輪機構、曲柄脈衝式傳動機構及彈力機構等組成，主、從動轉子同軸布置、主動軸與中心齒輪聯接，行星輪與曲柄軸聯接。
3.如權利要求2所述方法，其特徵是曲柄支架為固定件，中心棘輪為從動轉子與從動軸相聯，彈簧一端與固定件連接，另一端與曲柄脈衝傳動機構連接。
4.如權利要求2所述方法，其特徵是中心棘輪為固定件，曲柄支架為從動轉子與從動軸相聯，彈簧一端與從動轉子連接，另一端與曲柄脈衝傳動機構連接。
5.如權利要求1所述方法，其特徵是彈力脈衝式傳動機構由凸輪脈衝傳動機構及彈力機構等組成，主、從動轉子同軸布置，主動軸與凸輪聯接。
6.如權利要求5所述方法，其特徵是中心棘輪為從動轉子與從動軸相聯，彈簧一端與固定件連接，另一端與凸輪脈衝傳動機構作用。
7.如權利要求5所述方法，其特徵是中心棘輪為固定件，彈簧一端與從動轉子連接，另一端與凸輪脈衝傳動機構作用。
8.如權利要求6所述方法，其特徵是採用空氣彈簧，增設離心飛錘機構由從動軸通過齒輪組帶動，自動控制空氣彈簧注氣和排氣進而控制轉速比。
9.如權利要求1所述方法，其特徵是主動轉子與脈衝式傳動機構之間聯接有超越離合器。
10.如權利要求1所述方法，其特徵是主動轉子與脈衝式傳動機構之間聯接有減速機構。
全文摘要
本發明涉及動力機械傳動領域內一種彈力脈衝式無級變速傳動方法,由脈衝式傳動機構、彈力機構及超越式離合器等組成變速傳動裝置,主動轉子通過脈衝式傳動機構作用於彈簧機構,使彈簧在變形與恢復的過程中向從動轉子傳遞軸功,轉速比範圍0—1或更大,效率高,運行穩定可靠,對動力機械行業的節能降耗必將發揮重大作用。
文檔編號F16H33/02GK1260454SQ9911820
公開日2000年7月19日 申請日期1999年8月16日 優先權日1998年8月16日
發明者張玉良 申請人:張玉良