基于变节圆半径的星形链传动无级变速装置

摘要

基于变节圆半径的星形链传动无级变速装置，采用由电机带动传动主轴上的星型链轮装置，并经套筒滚子链配合组成链传动副，星型链轮装置包括设置于传动主轴上的控制轮，分设于控制轮两侧的左副轮和右副轮，控制轮本体内径设置连接传动主轴的控制轮定子与控制轮转子，控制轮外轮廓圆周上均匀布设两排相互错开的支座，该支座经连杆与设置于左副轮和右副轮上的同步器相连的技术方案；解决了现有传统摩擦型无级变速器一定需要摩擦力才能完成动力传递，大功率无级变速器则需要采用液压系统实现大推力的调节和齿形链传动无级变速系统的价格较昂贵等难题；适合作重载低速工况下使用的各种重型工程设备，比如中高档轿车，机床、起重机械、载重汽车，电梯，传送机械。

说明书

技术领域

本发明涉及基于变节圆半径的星形链传动无级变速装置。

背景技术

现有的无级变速装置大部分是依靠摩擦力进行传动，比如金属带推块式无级变速装置是 借助金属带与锥盘之间产生摩擦作用力进行传动，要获得较大的摩擦力，对金属带有很高的 要求，金属带容易损坏，影响使用寿命，而且该类无级变速装置无法应用于重载、低转速的 设备及工况中。如要在重载、低转速的工程设备工况中应用无级变速装置，只有增大正压力 才能获得较大的摩擦力和大功率传递，而在现有的无级变速系统中，一般采用液压缸来实现 大推力即正压力的调节，因此，需要配备液压设备，但液压设备涉及液压系统的体积较大， 能耗较高。此外，在无级变速系统中，也存在一些非摩擦型无级变速装置，如采用齿形链作 为传动介质，可实现大扭矩、低转速下的运动和动力的传递，但齿形链的价格较套筒滚子链 的价格高，其无级变速系统的价格更加昂贵，一般只能在精度要求较高的精密机械设备中采 用。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的在于提供一种既能用于传递大功率又不需配用液压系统并 采用套筒滚子链作为传动介质，也不需要离合器，还可在主、从动轮静止的情况下实现变速， 且结构简单，制造容易，成本低，应用范围大，便于普及推广的基于变节圆半径的星形链传 动无级变速装置。

为了实现上述目的，基于变节圆半径的星形链传动无级变速装置，它由电机带动传动主 轴上的星型链轮装置，并经套筒滚子链配合组成链传动副，所述星型链轮装置包括设置于传 动主轴上的控制轮，分设于控制轮两侧的左副轮和右副轮，控制轮本体内径设置连接传动主 轴的控制轮定子与控制轮转子，控制轮外轮廓圆周上均匀布设两排相互错开的支座，该支座 经连杆与设置于左副轮和右副轮上的同步器相连。

为了实现结构、效果优化，其进一步的措施是：

所述的同步器包括连接左副轮和右副轮的传动副轴、套装于传动副轴的滑齿套。

所述的滑齿套的一端为无齿圆柱套，并于无齿圆柱套套端轴向均匀设置数个配套的定位 键口，滑齿套的内锥面设置细螺纹。

所述的传动副轴从左端起始依次设为小圆柱段、圆锥段、齿轮段和大圆柱段及设置在大 圆柱段上的键槽，该键槽经键连接一小链轮。

所述的控制轮的支座为每排8个分设于两个轴向平面内。

所述的连杆的一端设连接控制轮支座的U型闭式耳座，连杆的另一端设连接传动副轴的 L型开式拔叉。

所述的左副轮的轴肩部连接一圆环形电磁铁。

所述的左副轮和右副轮的径向圆周上均设有导滑槽及外固定环和与导滑槽配套的左滑 块、右滑块。

所述的左滑块的内径设有内齿圈和滑槽，滑槽内设置滑销及弹簧。

所述的左滑块和右滑块的两侧设有与左副轮和右副轮的导滑槽配合的定位凸筋。

本发明采用由电机带动传动主轴上的星型链轮装置，并经套筒滚子链配合组成链传动副， 所述星型链轮装置包括设置于传动主轴上的控制轮，分设于控制轮两侧的左副轮和右副轮， 控制轮本体内径设置连接传动主轴的控制轮定子与控制轮转子，控制轮外轮廓圆周上均匀布 设两排相互错开的支座，该支座经连杆与设置于左副轮和右副轮上的同步器相连的技术方案， 解决了现有传统摩擦型无级变速器一定需要摩擦力才能完成动力传递，大功率无级变速器则 需要采用液压系统实现大推力的调节和齿形链传动无级变速系统的价格较昂贵等难题。

本发明相比现有技术所产生的有益效果：

(I)本发明采用普通的套筒滚子链进行动力的传递，传递功率，传递力矩远大于摩擦 型无级变速装置；

(II)本发明采用的零部件都较普通，没有特殊的精度要求，结构简单、加工容易，生 产成本低；

(III)本发明采用全机械式结构实现无级变速，不但省去了复杂的液压系统，而且装置 的体积大大缩小，变速过程所耗能量也少于传统的液压式无级变速器；

(IV)本发明采用滑齿套与传动副轴结合的结构，能有效减少变速过程中的冲击，达到 平稳变速的效果；

(V)本发明只要适配一步进电机，其整个变速过程就完全能实现自动控制，如通过程 序模块设计或传感器反馈信号使机器在工作过程中，变速器的传动比连续变化成某条合适的 曲线，输出转速也会作相应变化，达到最佳工作效果和最高工作效率；

(VI)本发明能在主动轮从动轮都静止的情况且不需要外加的离合器的情况下实现变 速；

(VII)本发明变速的过程不需要使用离合器，可以随时变速，减少了复杂的变速程序和 机构；

(VIII)本发明的主动轮和从动轮采用同样的结构，可以同时变速，即可以增速又可以减 速，还可以使速度不变；即当传动比小于1时为增速器，等于1时，速度不变，大于1时为 减速器；传动比变化的范围大；

(IX)本发明还可以拓展为多排链传动，使传动功率进一步增大；

(X)本发明使用套筒滚子链作传动介质，不需要投入新的生产设备且生产工艺过程改 善，操作容易，维护方便，生产效率高，产品质量好，应用范围扩大，便于普及推广。

本发明适合作重载低速工况下使用的各种重型工程设备。比如中高档轿车，机床、起重 机械、载重汽车，电梯，传送机械.

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明链传动副的主视图。

图2为本发明星型链轮装置的剖视图。

图3为本发明同步器与左滑块连接的局部放大图。

图4为本发明左滑块与左副轮结合的局部放大图。

图5为本发明左滑块的主视图。

图6为本发明左滑块的剖视图。

图7为本发明左副轮的半剖视图。

图8为图7的A-A剖视图。

图9为本发明控制轮的主视图。

图10为图9的C-C剖视图。

图11为本发明传动副轴的主视图。

图12为本发明传动副轴的左侧视图。

图13为本发明右副轮的径向半剖视图。

图14为本发明滑齿套的主视图。

图15为本发明图14的F-F的剖视图。

图16为本发明右滑块的主视图。

图17为本发明连杆的主视图。

图18为本发明连杆的左侧视图。

图中：1、电机，2、传动主轴，3、星型链轮装置，30、凸筋，31、控制轮，311、支座， 312、控制轮定子，313、控制轮转子，32、左副轮，323、圆环形电磁铁，33、右副轮，34、 连杆，341、U型闭式耳座，342、L型开式拔叉，35、同步器，351、传动副轴，352、滑齿套， 353、定位键口，354、小链轮，36、导滑槽，37、左滑块，371、内齿圈，372、滑槽，373、 滑销，38、右滑块，39、外固定环，4、套筒滚子链，5、张紧轮。

具体实施方式

结合附图，基于变节圆半径的星形链传动无级变速装置，它由电机1带动传动主轴2上 的星型链轮装置3，并经套筒滚子链4配合组成链传动副，所述星型链轮装置3包括设置于 传动主轴2上的控制轮31，分设于控制轮31两侧的左副轮32和右副轮33，控制轮31本体 内径设置连接传动主轴2的控制轮定子312与控制轮转子313，控制轮定子312通过花键与 传动主轴2过盈配合，控制轮转子313与控制轮定子312配合，控制轮转子313可在控制信 号的驱动下绕控制轮定子312转动一角度，控制轮转子313与控制轮31本体相连，并一起运 动；控制轮31外轮廓圆周上均匀布设两排相互错开的支座311，该支座311经连杆34与设 置于左副轮32和右副轮33上的同步器35相连。同步器35包括连接左副轮32和右副轮33 的传动副轴351、套装于传动副轴351的滑齿套352。滑齿套352的一端为无齿圆柱套，并于 无齿圆柱套套端轴向均匀设置3个以上配套的定位键口353；为了增大滑齿套352的内锥面 与传动副轴351上圆锥段外锥面的摩擦力，使传动副轴351能够快速相对于左滑块37同步， 故在滑齿套352的内锥面设置能破坏滑齿套352的内锥面与传动副轴351上圆锥段外锥面两 个锥面间的润滑油膜的细螺纹。传动副轴351从左端起始依次设为小圆柱段、圆锥段、齿轮 段和大圆柱段及设置在大圆柱段上的键槽，该键槽经键连接一小链轮354。控制轮31的支座 311为每排8个分设于两个轴向平面内。支座311与连杆34一端的U型闭式耳座341连接， 连杆34的另一端为L型开式拔叉342，它与传动副轴351卡式连接。为了使左副轮32内的 左滑块37的内齿圈371与传动副轴351上齿轮段的外齿脱离，传动副轴351能够自转，在左 副轮32的轴肩部连接一吸引左副轮32本体的圆环形电磁铁323。左副轮32和右副轮33的 径向圆周上均设有导滑槽36及外固定环39和与导滑槽36配套的左滑块37、右滑块38。为 了使传动副轴与左滑块在变速的第三阶段即复位阶段同步，在左滑块37的内径设有内齿圈 371和滑槽372，滑槽372内设置滑销373及弹簧。为了保证滑块能够在相应的滑槽内不会因 为左右位置受力不均而引起的卡死现象，故在左滑块37和右滑块38的两侧设有与左副轮33 和右副轮34的导滑槽37配合的定位凸筋30。左副轮32与传动主轴2通过花键间隙配合， 其能在圆环形电磁铁323的作用下向左移动，左滑块37上的凸筋30与左副轮32上的导滑槽 36配合，左副轮32和左滑块37一起随传动主轴2公转，右副轮33通过花键与传动主轴2 过盈配合，右滑块38上的凸筋30与右副轮33上的导滑槽36配合，右副轮33和右滑块38 一起随传动主轴2公转，确定传动副轴351在星型链轮装置3中的轴向位置。

由附图所示，本发明基于变节圆半径的星形链传动无级变速装置的工作原理是：

本发明根据链传动多边形原理，将传统的定半径传动链轮沿径向拆分成若干部分，通过 改变每一部分的长度，达到改变链轮传动的节圆半径。具体措施是：参见附图，本装置变速 过程分为三个步骤，一、分离阶段，二、变速阶段，三、复位阶段。

变速的过程：变速的第一步：分离阶段；即在圆环形电磁铁323的作用下，左副轮32向 左移动一小段距离，与此同时，左副轮32带动左滑块37一起运动，使得左滑块37的内齿圈 371与传动副轴351上齿轮段的外齿脱离，此时传动副轴351能够相对于左副轮32、右副轮 33自由转动即自转，传动主轴2上的动力无法传到传动副轴351上；第二步：变速阶段；此 时，控制轮31在相应的控制系统控制下，控制轮31的控制轮转子313相对于控制轮31的控 制轮定子312转动一角度，即控制轮31本体相对于传动主轴2转动一角度；连接控制轮31 支座311的连杆34带动同步器35中传动副轴351上的左滑块37、右滑块38沿左副轮32、 右副轮33导滑槽36运行，从而改变同步器35的位置，即改变星形链传动无级变速装置的节 圆半径；此过程中，安装于传动副轴351的小链轮354是自由转动，即小链轮354自转；在 张紧轮5的协同作用下，保证链条始终是张紧状态，且不会出现跳齿、卡死、打滑现象；第 三步：复位阶段；当同步器35运行至新的位置，小链轮354亦同时达到新的位置；此时，圆 环形电磁铁323断电，左副轮32在圆环形电磁铁323内的复位弹簧作用下向右移动，左滑块 37在左副轮32带动下也向右移动，同时滑槽372内的滑销373也推动滑齿套352向右移动， 直到滑齿套352的内锥面与传动副轴351的圆锥段的外锥面接触，接触后，滑齿套352内锥 面上的细螺纹亦会破坏滑齿套352的内锥面与传动副轴351的圆锥段的外锥面间的润滑油膜， 滑齿套352的内锥面与传动副轴351的圆锥段的外锥面产生摩擦力，此时，左滑块37继续右 移，滑销373与左滑块37之间的弹簧被压缩，滑齿套352与传动副轴351之间的摩擦力进一 步增大，传动副轴351速度降低，当滑齿套352被完全压缩进左滑块37时，左滑块37内齿 圈371与传动副轴351齿轮段的外齿轮在齿端倒角的导向作用下啮合，左滑块37继续右移直 至左滑块37的内齿圈371与传动副轴351齿轮段的外齿轮完全啮合，小链轮354被锁死，传 动主轴2上的转动力矩通过左副轮32，左滑块37，传动副轴351，小链轮354传递到套筒滚 子链4上，从而将电机1输出的动力通过星型链轮装置3传到从动轮；星形链传动无级变速 装置的变速任务完成。