齒輪式高勻速度無級變速器的制作方法

專利名稱：齒輪式高勻速度無級變速器的制作方法
本屬于傳動機械，用于動力機械的變速。
查考國內外專利和有關書籍，同類極多，僅近七、八年的專利就達數以千計。多數為摩擦類，如寬皮帶、鋼球、錐輪等類型，雖也有剛性齒輪類，如CN1045292、1056558、1066586、1068199和鏈條式、滑片式以及德國生產的GVSA型三相并列脈動變速器，美國生產的Lero---Max型的脈動變速器，尚有一類小機構反饋大機構的分流類如CN1045292、1056343、1019194、1068178等均具有代表性。摩擦式缺點很多，人們一直希望有高水平的剛性類型，因此出現大量專利，但機構總是很復雜，而且在輸出勻速平穩、高速振動和噪音及傳動效率等諸方面均不理想，所以長期來這一研究已成為機械行業的經典大題。
本發明的目的是要用簡單達類似一、二級齒輪的傳動付，設計出高勻速度、大速比范圍的無級調速器，使傳動剛度、機械效率、高速平穩度及工藝簡易性等，均不低于常見齒輪式變速箱。
經長期深層次的機構及運動學、數學等研究，發現行星機構(圖5)中設行星臂(圖3)OO’以定值角速度φ轉動，太陽輪也以(相對于行星臂)定角速度β轉動，，則兩速比β／φ=C為常數值，設定C是一個范圍(Ca至Cb)內的連續值，即C∈(Ca，Cb)，則可求在行星輪O’上任意點P(x，y)的軌跡。
又設OP=λr(λ為變幅系數)R、r分別為太陽、行星齒輪分度圓半徑，R／r=m，t為時間，θt為行星輪O’(相對于行星臂)轉角，因兩輪為嚙合運動所以有 ∴θ=βR／r=mβ=mCφ，又∵α=π／2-(θ+φ)t=π／2-φt(mC+1)∴X=OD=OE-DE=OE-PG=(R+r)cosφt-λr cosφt(mC+1)Y=PD=EO’-O’G=(R+r)sinφt-λr sinφt(mC+1)即得求P點的軌跡函數{Y=(R+r)sinφt-λrsinφt(mC+1)X=(R+r)cosφt-λrcosφt(mC+1)]]>這是因太陽及行星兩齒輪均為勻速旋轉而產生的曲線函數，為了方便不妨稱為“雙勻速擺線”函數，又因在實際設計中R、r、λ是定值，比值C是最具有代表性參變數，也不妨又稱為C曲線系，是周期性定波形曲線，周期為φt∈(0，2π／mC)。取其半周段φt∈(0，π／mC)研究可知，在可能范圍內相對地縮小速比區(Ca，Cb)，去掉曲線兩端，較短地取出其中間部分段來研究，將這速比區分割為差值盡可能小的等差級數，例如設Cb-Ca=H，如分10級，這級數為H／10，2H／10，3H／10，…H，再將各數代入函數，形成密集的曲線系(圖4)，設它們為C1，C2，C3，……C10，可發現這些曲線相當長的中間段十分精確地近似，僅只是轉角位置不同，中間段越短則近似度越高，只需用它們中某一條Ck旋轉，就可以極其精確地逐一替代其它各曲線，也就替代了整個C∈(Ca，Cb)曲線系。如這精度范圍要嚴格控制，則可根據速變區(Ca，Cb)等設計要求，以“雙勻速曲線擺線”為基礎，求出這曲線系與Ck的覆蓋差率函數，并規定出這差率的近似度，再精確地確定各曲線有效中間段。這“雙勻速擺線”理論的創建，使本發明“高勻速度無級變速器”結構設計有了可靠的基礎。
說明書附1、2是總圖。圖3是“雙勻速擺線”生成基礎圖。圖4是λ=1，R／r=1，速比c=0．4，0．6，0．8……“雙勻速擺線”曲線系，圖5、6分別是外行星系及調速機構總成。圖7、8分別為調速機構和外行星系各零件分解。圖9為機架零件分解。

圖10為內行星系式無級變速器總成。
本發明是由(圖1、2)外行星系齒輪系2、單向傳動機構3、高勻速度數學曲線調速機構1和機架4組成。外行星齒輪系由(圖5、8)由太陽軸5、行星臂6、太陽齒輪7、行星齒輪8組成。太陽齒輪中心有孔并套裝于太陽軸上，兩者緊固并位于輪系中心。行星臂是帶有長套的圓盤，長套孔用軸承裝配于太陽軸，套周用軸承裝于機架中心孔后又伸出機架作動力軸；盤周固定多個行星軸10，各軸用軸承安裝著行星輪8。行星齒輪上有單向傳動機構3，這機構是將常用鋼珠(柱)式單向傳動機構的外套圈上設置耳孔板成為偏心板9，耳孔上固定偏心軸11，軸上松配著滾套12而組成；兩者之間也可設置滾珠、滾柱等軸承。這鋼球(柱)式單向傳動機構也可以用棘爪單向傳動機構來代替。外行星輪系也可以改用內圓齒輪組成的新的內行星系來替代(圖10)，只要將這新行星臂39的中心孔與太陽軸緊固，又將太陽齒輪改換成與各行星齒輪相內嚙合的內圓齒輪38為新的太陽齒輪，它的中心設有長套40，套孔用軸承安裝于太陽軸，套周用軸承安裝于機架孔，這內行星系的其它機構與外行星系無級變速器相同。高勻速度數學曲線調速機構(圖6、7)由n組(n=2，3，4，……，圖中以n=2為例)，每組為1件的曲線板14、板軸13、軌鏈20、桿釘17、連桿18和整機僅為一件的軌板15、調輪19、調輪法蘭28、架板25、示速盤29、調柄30、定把31、架板法蘭32、蓋板34等組成。曲線板截面為寬槽，它的轉動中心板軸13位于槽前端中心孔上，其尾端內側有鏈孔16和桿釘17，曲線板槽的中心線是以上所敘的“雙勻速擺線”函數曲線。 C在(Ca，Cb)內取實際使用中用最需要的調速比值，或中值(Ca+Cb)／2，或根據精度而定。軌板15是中心有n組弧形邊孔的圓板，每組由回邊23和限位邊24兩條組成；回邊是曲線板槽外側尾端面沿板軸旋轉的軌跡圓面，限位邊與曲線板外側轉動的外極限位置相同；軌鏈20是多鏈片短節距鏈條，前端固定于鏈孔16，后端固定于調輪外周；軌鏈也可以是外形尺寸與它相同的有織物夾層的橡膠、聚胺脂等柔性帶條來代替。架板25是周邊有孔并緊固于軌板螺孔21的圓板，它中心有孔裝配于調輪19外圓成轉配，孔周附近有被軌鏈部分嵌入的等寬弧槽26；弧槽的前段外側邊是曲線板槽內側邊尾端面沿板軸旋轉的軌跡圓面，后段里側與架板中心孔的邊相切后又成平行。這樣，軌鏈前段外側與回邊24構成了一條以板軸為中心的圓弧回槽，它溝通了相鄰曲線板“雙勻速擺線”形中心槽，便組成多曲線波形的360°整圓周期回路，造成滾套在槽內調速運動中的周期循環；調輪19是中心有孔的槽輪，槽內插有調釘22，中心孔內用軸承裝于太陽軸；連桿18是兩端有孔的弧板，兩孔安裝于桿釘17和調釘；調輪法蘭28是帶盤的軸套，盤周裝在架板孔內成配轉，盤側緊固于調輪，軸套孔套裝在太陽軸上成轉配，套周有花鍵。架板法蘭32也是帶盤的軸套，盤側與架板緊固，軸套外端伸出機架作動力軸，軸套中部有寬方孔33，軸套孔外端用軸承裝配于太陽軸，里端轉配地裝配于調輪法蘭的軸套外周。調柄30是帶有螺孔耳板的軸套，軸套孔有花鍵與調輪法蘭軸套外圓的花鍵相滑配，這軸套的外圓裝配于寬方孔部的中心孔內成松轉配合；示速盤為板狀，上部刻有速度標，下端有孔緊配于架板法蘭軸套根周部；定把31頭部有螺紋，裝配于調柄螺孔內，它可在示速盤不同刻度處鎖定，擰松定把并轉動調柄，就可在寬方孔較大空隙里左右轉動，調柄套的花鍵孔就帶動調輪法蘭28，又帶動調輪19轉動，連桿18便推拉著曲線板14沿板軸13轉動，曲線板中心線在轉動中便能在(Ca，Cb)內與“雙勻速擺線”系各條曲線逐一精確地重合，相對地鎖死定把與示速盤各位置，便可固定這些重合關系。轉動行星架套伸出機架部分，滾套12便在曲線板的槽內受控作“雙勻速擺線曲線”的運動，通過單向傳動機構、行星齒輪、太陽輪等作用，太陽軸就能在可調范圍(Ca，Cb)內由小到大逐一輸出定速比C(即勻速運動)的轉速來。滾套轉出某一曲線板槽后又會通過軌鏈和回邊形成的回槽走進另一個曲線板槽，這樣不斷地循環運動，完成了連續無級勻速調速。機架(圖9)由機蓋35、機盒36、底板37組成；機盒成桶形，桶口有多個螺孔，桶底有中心孔并用軸承安裝著架板法蘭32的軸套，桶周邊連著平板狀作安裝用的底板37，機蓋是周邊有孔固定于機盒口的圓板，它中心有孔并用軸承安裝著行星架軸套。太陽軸5、行星臂6的軸套、架板法蘭32的軸套均可外伸，形成三件動力軸，將其中一件與機架固定，剩下二件后，則其中一件可作動力輸出軸，另一件便可作為動力輸入軸；三伸出軸之一件如作輸入(或輸出)軸，則其它兩件可協同作速度和(或差)的定值速度輸出(或輸入)軸；因多個行星輪的滾套分置于幾個曲線板槽內，在單向傳動機構的“取高速舍低速值”的功能作用下，使曲線板中心的“雙勻速擺線”槽僅只有極短的中部“高勻速段”起速度輸出作用，因此輸入勻速時輸出速度將應極為勻速的。
因成功地運用了近似、覆蓋等柔性數學方法和運動學基礎性設定的研究，首創了“雙勻速擺線”函數理論，從而產生的高勻速度、線性連續、大范圍剛性的無級調速機構，因此不但結構簡單達類似兩級齒輪傳動付，而且在傳動剛度、機械效率、高速平穩性、輸出勻速度、制造工藝性等諸方面均十分優越，它完全能滿足機械工程、機床加工、交通運輸、輕紡化工等一切領域的高要求。
權利要求
1．一種齒輪式高勻速度無級變速器，其特征在于它由外行星齒輪系2、單向傳動機構3、高勻速度數學曲線調速機構1和機架4組成；外行星齒輪系由太陽軸5、行星臂6、太陽齒輪7、行星齒輪8組成；太陽齒輪中心有孔并套裝于太陽軸上，兩者緊固并位于輪系中心；行星臂是帶長套的圓盤，套孔用軸承裝配于太陽軸，套周用軸承裝于機架中心孔，盤周固定多個行星軸10，各軸用軸承安裝著行星輪8；行星齒輪上有單向傳動機構3，這機構是將常用鋼珠(柱)式單向傳動機構的外套圈上設置耳孔成偏心板9，耳孔上固定偏心軸11，軸上松配著滾套12而組成；高勻速度數學曲線調速機構由n組(n=2．3．4．……)每組為1件的曲線板14、板軸13、軌鏈20、桿釘17、連桿18和整機僅一件的軌板15、調輪19、調輪法蘭28、架板25、示速盤29、調柄30、定把31、架板法蘭32等組成；曲線板的截面為等寬槽，它的轉動中心板軸13位于槽前端中心孔上，其尾端內側有鏈孔16和桿釘17，曲線板槽的中心是特定的“雙勻速擺線”函數曲線 速比C在(Ca，Cb)內取使用中最需要的調速比值，或取中值(Ca+Cb)／2，或根據精度而定；軌板15是中心有n組弧形邊孔的圓板，每組由回邊23和限位邊24兩條組成；回邊是曲線板槽外側邊尾端面沿板軸旋轉的軌跡圓面，限位邊的形狀與曲線板轉動外側面的外極限位置相同；軌鏈20是多鏈片短節距鏈條，它前端固定于鏈孔16上，后端周定于調輪外周；架板25是周邊有孔緊固于軌板螺孔21的圓板，它有中心孔裝配與調輪19外圓成轉配，孔周附近有被軌鏈底部嵌入的等寬弧槽26；弧槽前段的外側邊是曲線板槽內側邊尾端面旋轉的軌跡圓面；軌鏈前端外側與回邊24構成的圓弧回槽，溝通了相鄰曲線板中心槽，便組成多曲線波形的360°整圓周期回路槽；調輪19是有中心孔的槽輪，槽內插有調釘22，中心孔用軸承裝配于太陽軸；連桿18是兩端有孔的弧形板，兩孔分別裝配于桿釘17和調釘；調輪法蘭28是帶盤的軸套，盤周裝在與架板孔內成轉配，盤側緊固于調輪，軸套孔套裝在太陽軸上成轉配，套周有花鍵；架板法蘭32也是帶盤的軸套，盤側與架板緊周，軸套中部有寬方孔33，軸套孔的外端用軸承裝于太陽軸，里端轉配地裝于調輪法蘭的軸套外周；調柄30是帶有螺孔耳板的軸套，這軸套孔有花鍵與調輪法蘭軸套外圓的花鍵相滑配，這軸套的外圓裝配于寬方孔部的中心孔內成松轉配合；示速盤為板狀，上部刻有速度標，下端有孔緊配于架板法蘭盤的軸套根周部；定把31頭部有螺紋，裝配于調柄螺孔內；機架由機蓋35、機盒36、底板37組成；機盒成桶形，桶口有多個螺孔，桶底有中心孔并用軸承安裝著架板法蘭的軸套，桶邊連著平板狀的底板37，機蓋是周邊有孔并固定于機盒口的圓板，它中心有孔并用軸承安裝著行星架軸套。
2．權利要求1所述的一種齒輪式高勻速度無級變速器，其特征在于外行星齒輪系也可以是改用內圓齒輪組成的新的內行星齒輪系來代替，只要將新的行星臂39的中心孔與太陽軸緊固，又將中心部太陽齒輪改換為與各行星齒輪相內嚙合的內圓齒輪38，成為新的太陽齒輪，這齒輪中心有軸套40，套孔用軸承安裝著太陽軸，套周用軸承安裝于機架孔，這套又伸出機架作動力軸，其它結構與外行星系相同。
3．權利要求1所述的一種齒輪式高勻速度無級變速器，其特征在于偏心軸11與滾套12之間也可以設置滾珠、滾柱等軸承。
4．權利要求1所述的一種齒輪式高勻速度無級變速器，其特征在于行星臂6的軸套、太陽軸5、架板法蘭32的軸套均可外伸，形成三件動力軸，將其中一件與機架固定，剩下二件后，則其中一件可作動力輸出軸，另一件便可作成為動力輸入軸。
5．權利要求1所述的一種齒輪式高勻速度無級變速器，其特征在于行星臂軸套、太陽軸和架板法蘭軸套三伸出軸之一件如作輸入(或輸出)軸，則其它兩件可協同作速度和(或差)的定值輸出(或輸入)軸。
6．權利要求1所述的一種齒輪式高勻速度無級變速器，其特征在于軌鏈也可以用外形尺寸與它相同的有織物夾層的聚胺脂、橡膠等柔性帶條來代替。
7．權利要求1所述的一種齒輪式高勻速度無級變速器，其特征在于其鋼球(柱)式單向傳動機構也可以用棘爪式單向傳動機構等來代替。
全文摘要
一種齒輪式高勻速度無級變速器,屬于傳動機械,它主要由行星齒輪系、高勻速度數學曲線調速機構等組成。它是以近似、覆蓋等柔性數學方法和運動學等基礎性設定研究,首創了“雙勻速擺線”函數理論,從而產生的高勻速度、線性連續、大范圍剛性的無級調速機構。它不但機構簡單達類似兩級齒輪傳動副,而且在傳動剛度、機械效率、高速平穩性、輸出勻速性和工藝簡單度等諸方面均十分優越,它完全能滿足機械工程、機床加工、交通運輸、輕紡化工等領域的高要求。
文檔編號F16H61/04GK1292467SQ9912161
公開日2001年4月25日 申請日期1999年10月8日 優先權日1999年10月8日
發明者沈醒迪 申請人:沈醒迪