齿条式无级变速器专利201120378492.X

yongpaod

大家好：
     伴随汽车工业的发展，变速器技术得到更多的重视。无级变速器作为最理想的汽车变速形式，获得更多关注。但是传统的无级变速器利用摩擦力工作，无法实现自身性能的突破。所以非摩擦式无级变速器成为无级变速技术发展的唯一途径。齿条式无级变速器就是以这种变速方式工作的，因此可以应用于更大功率及扭矩的动力传动，此外还可从零转输出向正反两个方向变速，更是对传统技术的一大超越。
齿条式无级变速器的原理是，将轴转动转变为直线运动，再将直线运动转变为轴转动。由以下结构构成，主动非圆齿轮、从动非圆齿轮、轴臂、平衡配重、导向槽、双联加速齿轮、齿条、输出齿轮、输出轴、固定盘、移动盘、销钉、弹簧、锥齿轮、两凸轮、控制转速的液压装置、控制转向的液压装置、齿条拉杆等。
主动非圆齿轮匀速运动带动从动非圆齿轮非匀速运动，从动非圆齿轮带动轴臂运动，轴臂一端的轴承带动滚动导轨块在导向槽中运动，导向槽连接齿条，齿条带动输出齿轮，输出齿轮带动输出轴。输出齿轮一侧均布十个孔，在齿轮周向，孔的两侧面与齿轮轴线倾斜3度。输出轴固定盘内均布九个通孔，输出轴移动盘由键与输出轴连接，盘内均布九个通孔。九个销钉穿过固定盘通孔和移动盘通孔，一端连接螺丝，另一端两平面与销钉轴线倾斜3度，与输出齿轮孔配合。固定盘内弹簧推动销钉与输出齿轮孔接触，从动非圆齿轮上的锥齿带动锥齿轮，锥齿轮带动可在锥齿轮中伸缩的两凸轮转动，控制转向的液压装置轴向拉动或推动两凸轮，转换与移动盘接触的凸轮，凸轮推动移动盘，两凸轮与移动盘间也可设置一顶杆，以增加销钉动作的灵活性，移动盘带动销钉与输出齿轮分离。控制转速的液压装置带动齿条拉杆，齿条拉杆带动双联加速齿轮，双联加速齿轮带动轴臂和平衡配重沿垂直于从动非圆齿轮轴线方向移动，改变轴臂末端轴承中心到从动非圆齿轮轴线的距离，可调节转速比。轴臂末端轴承中心在从动非圆齿轮轴线两侧，控制转向的液压装置控制不同凸轮与移动盘接触，输出齿轮轴转向相反。
主动非圆齿轮节圆、从动非圆齿轮节圆关于两条彼此垂直的直线对称，令主动非圆齿轮节圆、从动非圆齿轮节圆周长、瞬时接触半径、瞬时角速度为L1、L2、R1、R2、ω1、ω2。轴臂半径r，两节圆相切于两齿轮中心连线上，轴臂末端轴承中心沿齿条方向上的速度为V2，四个轴臂平分360度，每个轴臂分得90度，存在一对称线，对称线两侧各45度。轴臂瞬时角度为θ。轴臂的速度变化为COS（π/4），K个轴臂时，轴臂的速度变化为COS（π/K），轴臂数增加，速度变化减小。
因R1*ω1= R2*ω2， V2= r*ω2*COS θ，主动非圆齿轮节圆、从动非圆齿轮节圆为保证轴臂轴承中心在工作行程-45度到+45 度间V2不变，需ω2*COSθ为常数，且主动非圆齿轮节圆、从动非圆齿轮节圆保证L1= L2，R1加 R2为两齿轮中心距。
销钉与输出齿轮孔接合面与输出轴轴线倾斜3度，可实现自锁。九个销钉与输出齿轮十个孔均匀位于同一圆周上，保证销钉与输出齿轮孔在任意位置时，都有销钉异侧与输出齿轮孔接触，实现双向自锁。
控制转速的液压装置与控制转向的液压装置的关系是，输出轴正转前，轴臂末端轴承中心位于从动非圆齿轮轴轴心时，控制转向的液压装置带动两凸轮同时在可推动移动盘的位置，首先，控制转向的液压装置带动两凸轮，使控制正转的凸轮在可推动移动盘的位置，控制反转的凸轮离开可推动移动盘的位置，然后，控制转速的液压装置带动轴臂，使轴臂末端轴承中心偏离从动非圆齿轮轴轴心，使输出轴正转。输出轴停转前，控制转速的液压装置带动轴臂，使轴臂末端轴承中心处于从动非圆齿轮轴轴心，然后控制转向的液压装置带动两凸轮同时在可推动移动盘的位置。反转开始与停止过程，两液压装置变化规律相同。
第一轴臂在+40度到+45度时，第二轴臂对应的销钉与齿轮孔接触，第二轴臂在-45度到-40度时，第一轴臂对应的销钉与齿轮孔分离，四个轴臂依次循环，确保运动的连续性。
附图说明
图1是导向槽、齿条主视图        图2是导向槽、齿条左视断面图
图3齿条拉杆主视图              图4是齿条拉杆断面图
图5是齿条拉杆断面图           图6是主动非圆齿轮节圆、从动非圆齿轮节圆的曲线
图7是固定盘主视图              图8是固定盘断面图
图9是两凸轮俯视图              图10是两凸轮断面图
图11是销钉主视图               图12是销钉俯视图
图13是螺丝断面图               图14是锥齿轮断面图
图15是输出齿轮主视图（未画齿） 图16输出齿轮孔断面图
图17是可移盘主视图             图18是平衡配重断面图
图19是平衡配重主视图           图20是从动非圆齿轮轴局部主视图
图21是从动非圆齿轮轴局部俯视图 图22是轴承断面图
图23是滚动导轨块主视图         图24是滚动导轨块断面图
图25是装配图
1.控制转速的液压装置  2. 主动非圆齿轮  3.双联加速齿轮  4.轴臂  5. 滚动导轨快
6.轴承  7.齿条  8.输出齿轮  9.固定盘  10.锥齿轮  11.两凸轮  12.销钉  13. 移动盘    14. 螺丝   15.控制转向的液压装置  16.输出轴  17.齿条拉杆  18.弹簧  19.键 20. 从动非圆齿轮 21.导向槽
工作方式是控制转速的液压装置（1）带动齿条拉杆（17），齿条拉杆带动双联加速齿轮（3），双联加速齿轮带动轴臂（4）和平衡配重沿垂直于从动非圆齿轮（20）轴线方向上移动，改变轴臂末端到从动非圆齿轮轴线的距离，改变转速比。轴臂末端轴承（6）中心在从动非圆齿轮轴线两侧，控制转向的液压装置(15)控制不同凸轮(11)与移动盘(13)接触，输出轴（16）转向相反。
一种优化的设计是，取消两轴臂，增加两对同轴齿轮（22），一个齿轮与齿条配合另一齿轮与输出齿轮配合，这种设计有利于其结构的简化。
此设计还有待改良，变速器的复杂性对其可靠性的影响，齿条高频率运动对变速器的冲击及能量的损失，两轴臂交替时，有同时工作的工作行程，该行程可产生系统内力等都需被重视。
http://www.soku.com/t/nisearch/%E9%BD%BF%E6%9D%A1%E6%97%A0%E7%BA%A7%E5%8F%98%E9%80%9F%E5%99%A8/