级联式活齿无级变速传动装置.pdf

一种级联式活齿无级变速传动装置，本发明属于无级变速传动装置设计及制造技术领域。本发明兼具并拓展了活齿无级变速器的功能、技术，实现了两级甚至多级无级变速，是一种大范围速比的无级变速传动装置，可实现较大转矩的传递。级联式无级变速传动装置是指把一级传动从动轮的输出轴作为第二级传动的输入轴，而第二级传动的从动轮布置可以绕第二级传动主动轮360°旋转布置，以满足不同车辆无级变速装置的设计要求。所述的级联式传动布置可以是两级式，也可以根据具体的速比范围要求设计为多级式。级联式传动方式增大了传统无级变速速比范围，是一种大范围速比的无级变速传动装置，能实现无级变速装置与发动机的良好匹配，可应用于各类需求的变速领域。

1.  一种级联式无级变速传动装置，其特征在于，包括两对活齿轮、输入轴、至少一根中间轴、输出轴，每一对活齿轮内部通过金属链或带连接，采用活齿啮合传动，中间轴既是前一级输出轴，也是后一级输入轴。

2.  根据权利要求1所述的级联式活齿无级变速传动装置，其特征是，所述的级联式无级变速传动装置是两级式或者多级式。

3.  根据权利要求1所述的级联式活齿无级变速传动装置，其特征是，所述的级联式无级变速传动装置其后一级的从动轮绕中间轴360°旋转布置，中间轴也就是该级输入轴。

级联式活齿无级变速传动装置
技术领域
本发明属于无级变速传动装置设计及制造技术领域。
背景技术
在汽车制造领域，随着科技的迅猛发展，无级变速器作为较为理想的变速器，在汽车行业得到普遍应用。对于机械无级变速器，大量采用的是摩擦传动，需要有较大的轴向夹紧力来传递功率。随着活齿无级变速装置的出现，解决了传统摩擦式无级变速器的摩擦传动问题。专利200580039668.6(滑片变形齿无级啮合活齿锥轮，授权公告日：2009年6月10日，授权公告号：CN 100498006C)中介绍了一种滑片变形活齿无级啮合活齿轮装置，活齿无级变速器是建立在活齿啮合理论基础上的一种新型无级变速器，这种活齿无级变速器是一种非摩擦式变形活齿无级变速传动装置，它改变了传统无级变速摩擦/牵引传动方式，突破了无级变速固有的功率/效率屏障，可以实现大功率、高效率传递动力。
无级变速器可以实现速比的连续变化，从而适应变工况下的发动机输出特性。然而，虽然无级变速器可以实现不间断速比变化，但是其速比变化范围是很有限的。因此，有限的速比变化范围不能使无级变速器适应任意工况下的发动机输出特性，即无级变速器由于速比范围的有限不能实现其与发动机的良好匹配，也即传统无级变速装置不能时时刻刻满足发动机在最佳工况下工作的要求，因而使发动机效率受到限制，也会因此增加废气的产生。
发明内容
本发明在专利200580039668.6的基础上，提出了级联式活齿无级变速传动装置的设计发明，旨在从根本上解决传统无级变速器传动比有限，而不能实现 无级变速器与发动机的良好匹配问题，以满足、适应现代化需求，尤其是汽车工业的需求。本发明兼具并拓展了活齿无级变速器的功能、技术，实现了两级甚至多级无级变速，是一种大范围速比的无级变速传动装置。
传统无级变速装置均为一级式，即由一对锥齿轮组合而成，本发明属级联式无级变速传动装置，由两对甚至多对活齿锥轮组合而成。传统无级变速装置不能实现级联式无级变速传动的主要原因在于传统无级变速器是靠锥轮轴向夹紧力使锥轮和传动带之间产生摩擦来传动的，其传递的转矩受限，且需要较大的轴向夹紧力，变速器通常是起减速增距作用，对于传统无级变速器的级联，其每一级传递的转矩都是有限的，如果要求的转矩过大则可能使传动带出现打滑现象，速比范围不能有效增大，且对轴向夹紧力的要求更高，因此传统无级变速传动装置的级联是没有太大的现实意义的。但本发明属级联式活齿无级变速传动装置，这种非摩擦式无级传动装置是一种活齿啮合传动，轴向夹紧力要求很低，可实现大转矩传递而不会出现打滑现象。
一种级联式无级变速传动装置，其特征在于，包括两对活齿轮、输入轴、至少一根中间轴、输出轴，每一对活齿轮内部通过金属链或带连接，采用活齿啮合传动，中间轴既是前一级输出轴，也是后一级输入轴。
进一步，所述的级联式无级变速传动装置是两级式或者多级式。
进一步，所述的级联式无级变速传动装置其后一级的从动轮绕中间轴360°旋转布置，中间轴也就是该级输入轴。
级联式无级变速传动装置是指把一级传动从动轮的输出轴作为第二级传动的输入轴，即中间轴，而第二级传动的从动轮布置可以绕第二级传动输入轴360°旋转布置，以满足不同车辆无级变速装置的设计要求。级联式传动方式增大了传统无级变速速比范围，是一种大速比范围的无级变速传动装置，能实现无级 变速器与发动机的良好匹配。
级联式无级变速传动装置的活齿锥轮设计为锥轮，锥轮中的一个固定，另一个可以轴向移动，锥轮开有通道，活齿体两端安装有滑轮，滑轮在锥轮通道内与锥轮直接接触，当可动锥轮轴向移动时，活齿体依靠滑轮沿锥轮通道上下移动，传动带与活齿体直接接触，进而通过活齿体的上下移动来改变传动带的直径，由此来实现活齿无级变速传动。活齿体上开有两个活齿槽，活齿片装于活齿槽内，即两套活齿片，活齿片靠离心力可以从活齿槽中甩出，活齿片中间有开孔，其中有限位元件穿过，限位元件用于约束活齿片的上下移动范围，传动带上带有啮合齿，啮合齿可以和活齿片完成啮合，实现非摩擦传动。一个活齿锥轮上可布置多个活齿体。
本发明所述的活齿装置可以采用滑片变形活齿，也可以采用带有复位元件的活齿片，复位元件是由弹性材料构成的，可以是弹簧、弹簧片、橡胶。这种复位元件能使活齿片始终保持在上述的向外伸展状态，当无级变速装置开始工作时，金属链或带会将不需要与其相啮合的活齿片压下，未被压下的活齿片即完成啮合，当活齿片与金属链或带啮合齿脱离时，在复位元件的作用下会恢复到原始状态，周而复始，实现非摩擦式无级传动。因此，在无级传动运行前，活齿片就是与啮合齿相啮合的，而不需要启动时较大的离心力将活齿片甩出，可以解决启动时的摩擦传动问题，以及由此带来的装置磨损和噪音问题，延长装置使用寿命，提高了传动装置的效率。
此外，由于本发明属于带传动无级变速装置，可以通过改变带长来改变带轮的轴心距，可以根据具体要求设计出需要的轴心距，比如通过减小轴心距能够设计出结构紧凑的无级变速传动装置。对于传统齿轮传动虽然可以实现级联式设计，但是齿轮传动不能实现连续改变传动比，而且齿轮传动要想增大传动 比就必须增大从动轮直径，这会造成从动轮尺寸过大，重量增加，转动惯量增加，从而使传动不稳定，增大从动轮尺寸还会使轴心距增大，很容易不满足设计要求。
综上所述，本发明具有如下特点：本发明属于无级变速传动装置，可以连续改变传动比；本发明采用带有复位元件的活齿装置，可以解决启动时的摩擦传动问题，以及由此带来的装置磨损和噪音问题，延长装置使用寿命，提高了传动装置的效率。可以通过改变带长来改变轴心距，设计出结构紧凑的传动装置；本发明属于活齿无级变速传动装置，可以实现大转矩、大功率传动；本发明属于级联式活齿无级变速传动装置，可有效增大传动比范围而不增加带轮尺寸。因此，本发明集传统机械变速器、传统无级变速器和活齿无级变速器的优势于一身，并可以实现大范围的速比调节，真正实现无级变速器与发动机的良好匹配。
附图说明
图1为级联式活齿无级变速传动装置(两级)的结构组成示意图。
图2为第二级传动的从动轮布置可以绕第二级传动输入轴360°旋转布置图。
图3为级联式活齿锥轮(运行前)结构组成示意图。
图4为带有复位元件的活齿装置结构组成示意图。
图5为带有复位元件的活齿装置工作过程示意图。
其中：
1、活齿锥轮      2、一级输入轴
3、二级输出轴    4、金属链或带
5、中间轴        6、活齿体
7、活齿片             8、复位元件及其装置
9、垫片               10、限位元件
11、复位元件(弹簧片)  12、复位元件座
13、固定元件
具体实施方式
本发明的实施例如图1-图5所示。
参见图1，级联式活齿无级变速传动装置的结构主要包括活齿无级变速活齿锥轮、含啮合齿的金属链或带、输入轴、中间轴、输出轴。本发明采用的是带有复位元件的活齿装置，这种复位元件能使活齿片始终保持在向外伸展状态，如图3、图4所示。当无级变速装置开始工作时，金属链或带会将不需要与其相啮合的活齿片压下，未被压下的活齿片即完成啮合，如图5所示。当活齿片与金属链或带啮合齿脱离时，在复位元件的作用下会恢复到原始状态，周而复始，实现非摩擦式无级传动。因此，在无级传动运行前，活齿片就是与啮合齿相啮合的，而不需要启动时较大的离心力将活齿片甩出。安装时先将复位元件座装入活齿槽，再把弹簧片装入槽内，由于弹簧片的形状优势，弹簧片可以放入活齿槽内，再把垫片装在弹簧片上部，活齿片放在垫片上并用限位元件穿过，如图4所示。
本发明在此基础上，创新地实现了级联式无级变速传动，图1所示为两级式活齿无级变速传动装置，其中间轴前一级输出轴，也是后一级输入轴，并且后一级从动轮可以绕中间轴360°旋转布置，以满足不同车辆的布置设计要求。并且可以根据要求进行多级布置，以求更大的速比变化范围。大范围的速比变化可以从根本上实现无级变速传动装置与发动机的良好匹配。