本发明涉及一种机械式磨擦变速器。特别是本变速器由电气按钮控制，能输出快慢二档速度并兼有磨擦离合器功能，在快慢速变换时有一定时间的惯性转换过程。适用作梳棉机道夫传动件。 目前的高产梳棉机棉条输出速度较高。为便于挡车工生头或观察棉网质量，需要将道夫等部件设计成快慢二档转速并可停转。又为使快慢速变换时不产生粗细节棉条，需要有5至15秒的惯性转换过程。
现有的梳棉机上安装的道夫变速机构有多种。国产梳棉机主要采用三种：
1、“锥轮宽三角带无级变速器”，用于A186型梳棉机，参阅《棉纺学》上册，257页。华东纺织工学院编。
2、“电磁滑差电机”变速，用于A187型梳棉机。参阅《棉纺手册》上册，273页。上海市棉纺织工业工司编。
3、“双速电机附惯性轮”变速，用于A186C型梳棉机。参阅《棉纺织技术》，1981年第4期。“A186C型梳棉机道夫变速机构的测试”。青岛第一棉纺织厂，郭崇安。
国内还曾研制试用：
1、“磁粉离合器”变速。参阅《棉纺织技术》，1977年第11、12期。“磁粉离合器-梳棉机道夫调速装置”。西北第二棉纺织厂、西北轻工业学院纺织系。
2、“平胶带二级塔轮机械变速”。参阅《棉纺织技术》1980年第8期。“梳棉机道夫变速瞬间生条条干及形式探讨”。石家庄第五棉纺织厂，李双庆。
在国外梳棉机上，除用“电磁滑差电机”、“双速电机”外，还有用“液压马达”、“直流电机”、“变频调速”等，还有如：意大利圣乔治（San Giorgio）梳棉机采用“电磁离合器油浴齿轮变速”。西德特吕茨施勒尔DK2型梳棉机采用“PIV无级变速单独直流拖动附测速电机由电压表任意调速”。瑞士立达C1/3型梳棉机采用刺棍传动“周转轮系附加电磁气动转片调速”。日本丰田CK-7C型梳棉机采用“滑环锥头”调速。日本丰田自动织机制作所专利《特公昭57-42730》的“平胶带塔轮调速”。
对近二十年来中外资料检索结果可见于，中国专利局文献服务中心代为检索的报告。
由上述可知，可以用作梳棉机道夫变速器的机构是较多的。但都有一个共同缺陷，就是结构较复杂，使维修保养不便，维修费用也较高。有少数机构虽然简单，但变速性能不良（变速时间过短），如“平胶带二级塔轮变速”。有的易出故障，有时还会因机构失灵引起事故，如“锥轮宽三角带无级变速器”和“双速马达惯性轮”变速。有的虽然变速性能优良，但传输效率很低，易发热，要额外消耗电能，如“电磁滑差电机”。
梳棉机道夫一般都在快速即正常生产速度下运转，很少慢速运行，每天不过数次，每次不过数十秒钟。所以采用结构复杂，造价昂贵的变速机构是不适宜的。
本发明的目的就是要提供一种变速性能良好，而结构又较为简单的变速机构，以便于维修保养，减少维修和运行费用，增加工作可靠性，并且要杜绝因变速器的故障引起的事故，在道夫卡车时能起一定保护作用。
本发明的目的是以下述机构来实现的。图1是它的原理图。
图1中由刺棍带轮〔1〕传动输入带轮〔2〕，再由紧固在中心轴〔21〕上的输出带轮〔22〕通过另外地一对过桥轮传动道夫。输入带轮〔2〕上装有轴承〔7〕和滑套〔6〕，可沿中心轴〔21〕轴向滑动。其和二边的磨擦片〔4〕〔5〕、定磨擦盘〔3〕、动磨擦盘〔14〕、加压盘〔8〕、三加压弹簧〔9〕组成一磨擦离合器。三拉杆〔15〕、杠杆〔16〕和头上的滑抡〔18〕组成扛杆机构控制磨擦离合器的压力和离合。该离合器旁同轴地安装有惯轮〔17〕，惯轮紧固着控制盘〔19〕，其有三条右旋的、螺旋角α1较小的螺旋斜面和左旋的螺旋角α2较大的螺旋斜面。（各螺旋斜面的旋向与变速器的转向有关，这里从变速器左端看是逆时针方向旋转的如图1中ω）。图2是控制盘〔19〕螺旋斜面沿圆周的展开图，图中也画出了三滑轮〔18，〕的相对位置，控制盘转动方向ω角加速度方向ε。惯轮〔17〕可相对中心轴〔21〕旋转120°。在它转动到二端极限位置时，可使三滑轮〔18〕滑上控制盘〔19〕的相邻的二顶端平面上，从而由杠杆机构拉起动磨擦盘〔14〕，输入带轮〔2〕空转。在运转时，三滑轮〔18〕是靠在右旋螺旋斜面上的。可以从图2、图3分析它的受力。
如果在惯轮〔17〕上施加有制动力矩Mr，同时三滑轮〔18〕推动惯轮作角加速度ε的转动，则相当在滑轮〔18〕上作用有切向力Ft（Ft指三滑轮上所受力的总和，以下分析Fn、T也一样），于是产生了法向推力Fn。图3中杠杆机构对动磨擦盘〔14〕的拉力T为：
T=KFn=KFt ctgα1=K (Mr+Jε)/(r) ctgα1
式中K-杠杆放大倍数。K＝L1/L2
J-惯轮惯量。
-控制盘半径。
离合器的压力这时为三根加压弹簧（9）的总压力N和T的差值。如果道夫部分传动的阻力矩为Md，忽略道夫部分的惯性力（道夫部分转速较低，反映到变速器上的惯量很小），可列出方程式：
Md=2(N-T)μR=2(N-K (Mr+Jε)/(r) ctgα1)μR
=2NμR-2Kμ (R)/(r) ctgα1(Mr+Jε) （1）
式中：μ-磨擦片和磨擦盘间磨擦系数。
R-磨擦片中径。
从上式可知，通过杠杆螺旋斜面机构的放大作用，惯轮〔17〕的惯量J和施于惯轮的制动力距都相当于增加了2μK (R)/(r) ctaα1倍，这样用较小重量和较低转速的惯轮就能达到预期的缓慢升速时间，用很小的制动力矩就能控制惯轮也即是输出带轮〔22〕的慢转和停转。以下陈述其具体速度转换过程。
本发明的速度变换和停车是用“快”、“慢”和“停”三个电气按钮控制二电磁铁〔25〕、〔26〕动作来实现的。惯轮〔17〕外圆周处装有刹带〔23〕，刹住惯轮的力由刹带弹簧〔24〕提供。刹带〔23〕对惯轮〔17〕可处于“刹紧”和“释放”二稳态位置。电磁铁〔25〕动作时刹带“刹紧”惯轮，这时把该电磁铁断电，刹带仍保持“刹紧”状态。只有当电磁铁〔26〕通电动作，刹带才“释放”。这时如果该电磁铁断电，刹带也仍保持“释放”状态。二电磁铁由电气线路保证不能同时作用。电磁铁〔26〕动作时，也同时带动大小靠轮〔10〕、〔13〕分别靠上输入带轮〔2〕上的三角带和惯轮〔17〕，起过桥传动作用。这时小靠轮〔13〕依靠靠轮弹簧〔11〕通过靠轮摆杆〔31〕对惯轮〔17〕施加一合适的力。在电磁铁〔26〕断电后，依靠一复位拉簧〔12〕复位，大小靠轮和输入三角带及惯轮脱离接触。其速度转换过程如下：
1、道夫慢速或快速转停：电磁铁〔25〕动作，刹带〔23〕刹住惯轮〔17〕，惯轮很快停转，其他部分则依靠惯性继续旋转，使三滑轮〔18〕从控制盘〔19〕的右旋螺旋斜面冲上顶端平面后被挡住，使离合器脱开，输出带轮〔22〕停转。这时如该电磁铁断电释放，输出仍处于停止状态。
2、道夫停转慢速：电磁铁〔26〕动作，刹带〔23〕释放，大小靠轮〔10〕〔13〕分别靠上输入带轮〔2〕上三角带和惯轮〔17〕，由输入带轮传动惯轮和控制盘〔19〕向前转动，三滑轮〔18〕得以从控制盘〔19〕顶端平面退回到螺旋斜面上，离合器合上，带动中心轴〔21〕和输出带轮〔22〕旋转。但这时由大小靠轮传动惯轮〔17〕的是慢速转动，低于输入带轮〔2〕的转速。而中心轴〔21〕不能超过惯轮〔17〕的速度转动，因为如果稍有超过，则离合器将有脱离的趋势使之降速。中心轴也不会低于惯轮的速度转动，因为如果稍低于惯轮速度，三滑轮〔18〕就会从控制盘〔19〕的螺旋斜面上脱离，使杠杆机构对动磨擦盘〔14〕的拉力为零，三根加压弹簧〔9〕施加全部压力于动磨擦盘，使中心轴〔21〕加速。所以中心轴只能依随惯轮〔17〕作慢速转动。离合器中压力较小，输入带轮〔2〕滑差运行。
3、慢速转快速：电磁铁〔26〕断电释放，大小靠轮〔10〕、〔13〕和输入带轮〔2〕及惯轮〔17〕脱离接触。图2中控制盘〔19〕受到Ft力的反作用力的作用下作角加速转动。在方程式（1）中Mr＝0，可以计算出角加速度ε。力Ft的数值是较小的，所以角加速度也较小。进而可得升速时间t为：
t= (ω1-ω2)/(ε)
式中ω1-输入带轮〔2〕转速。
ω2-中心轴慢转转速。
在惯轮〔17〕达到输入带轮〔2〕转速时，其不再作加速转动，图2中Ft＝0，于是Fn或者杠杆〔15〕拉力T＝0，三加压弹簧〔9〕施加全部压力于动磨擦盘〔14〕，这时处于正常快速转动状态。
4、快速转慢速：这时电磁铁〔26〕吸合，大小靠轮〔10〕〔13〕靠上输入带轮〔2〕上三角带和惯轮〔17〕，由于小靠轮施加一定大小的力于惯轮，磨擦力使中心轴〔21〕依随惯轮缓慢降至慢速，并保持慢速转动，式（1）中角加速度ε的值为负值。
5、道夫卡车自停：当道夫发生卡车时，道夫部分也即中心轴〔21〕迅速降速，惯轮〔17〕依靠惯性超前，三滑轮〔18〕则从控制盘〔19〕上的左旋螺旋斜面反向冲上顶端平面使离合器脱开，从而起到保护作用。这时如按慢速按钮使电磁铁〔26〕吸合，也不能启动道夫，必须处理好故障，人工使惯轮〔17〕反向迥转一角度，使三滑轮〔18〕进入控制盘〔19〕斜面槽中，才能启动道夫。
通过上述原理分析可知，本发明实际上相当于一个特殊的磨擦离合器增加了惯轮，螺旋斜面和杠杆机构，再加上控制机构，所以结构是较简单的。本变速器不仅具有良好的变速性能，在正常运转时，二电磁铁均不通电工作，大小靠轮也处于静止状态，整个机构仅相当于一个过桥传动皮带轮，所以机配件损耗量及运行费用很低。本变速器较其他类型的变速器省去一级传动，传输效率高，不会消耗额外的能量。工作可靠性也较高，不易发生故障。生产速度不会变化。轴承内圈和轴间可设计为动配合加罗母紧固，这样就使折装很方便。由于增加了道夫卡车保护机能，使安全性能得以提高。
以下通过本发明的实施例对具体结构作进一步描述。
图4是本发明实施例的俯视平面总图。
图5是加压盘〔8〕上三杠杆〔16〕、三安装加压弹簧〔9〕的弹簧盒〔29〕等另件的布置。
图6是图4的右视图。
图7是图4的底视图。
图8是图4的左视图。
图4中，中心轴〔21〕左端有罗母〔32〕和止推垫圈〔33〕，用于调整离合器脱离时的间隙，同时又要保证在工作时可靠加压，不使输入带轮〔2〕打滑。输入带轮也同时作磨擦盘用，二边有凸出的台阶，磨擦片〔4〕〔5〕稍紧地套于台阶上，不必铆合。
滑套〔6〕材料用黄铜，套于轴承〔7〕中，二边突出轴承2毫米，铆数点于轴承内套边上。其上开有键槽，它与中心轴〔21〕及键的配合较松以能自由地左右滑动，滑套内孔中还开一圈沟槽用于贮油。
加压盘〔8〕和动磨擦盘〔14〕上安装拉杆〔15〕的各三个孔应配合加工，并在加压盘的孔中装有含油轴衬〔34〕，拉杆〔15〕和动磨擦〔14〕铆合以防松动，提高工作可靠性。拉杆〔15〕在加压盘〔8〕上含油轴衬孔中配合较松，达0.10-0.20毫米，以允许二盘能倾斜一角度，保证动作灵活。
三加压弹簧〔9〕可用2.2毫米的弹簧钢丝制造，中径14毫米，每根弹簧设计工作压力可为200牛顿
三弹簧盒〔29〕和加压盘〔8〕铆合在一起，并与三杠杆〔16〕在加压盘上交叉对称均布，参见图5，三杠杆〔16〕头二旁各有二只与加压盘〔8〕铆合在一起的立柱〔28〕起定位作用，加压杠杆在其中间可上下灵活移动。
加压支座〔35〕的高度应接近于杠杆〔16〕呈和加压盘〔8〕端面平行时加压销轴〔36〕的高度。以小于4毫米为宜，以减少调节罗丝〔30〕径向滑动和加压支座的磨损。加压支座表面应经过淬火处理。三调节罗丝〔30〕用于调节动磨擦盘〔14〕和加压盘〔8〕间间隙，在三滑轮都压入加压盘底部时，此间隙应为1-2毫米，四周应一致。加压杠杆的杠杆比可设计为K＝3。
控制盘〔19〕上的右旋螺旋斜面是工作面，其螺旋角大小可设计为余切值ctgα1＝3-3.5。左旋螺旋斜面可为ctgα2＝1。缺口深度可为8-12毫米。该另件机加工效率较低，可考虑模锻或精密铸造。表面应淬火处理提高使用寿命。
加压盘上安装一挡块〔27〕，挡块伸入到惯轮〔17〕的幅板处，在幅板相应处安装二罗钉能与挡块相碰，使惯轮只能有120°的相对于中心轴〔21〕的转动范围。在惯轮转到二端极限处时，三滑轮〔18〕应各自转到控制盘〔19〕上相邻的二顶端平面上。
惯轮的最大外径为260毫米，重量14公斤，可得到约10秒的升速时间和约6秒的降速时间。
图6、图7、图8是控制机构的视图。
刹杆〔37〕的内圆弧直接铸造而成，不进行机加工，其装刹带〔23〕的圆弧处不能有铸造分型面通过。圆弧中心分别到刹带〔23〕中心连线及到刹杆销轴〔38〕中心连线间的夹角应为60°-100°，以使整个刹带面压力及磨损均匀一致，刹杆支座〔39〕可左右移动调节刹带〔23〕圆弧与惯轮〔17〕吻合。刹带弹簧〔24〕结构尺寸同加压弹簧〔9〕，其压力用增减垫圈方法调节。压力不可过大，以免停车时冲击力过大。压力也不可过小，以免在慢车转停时滑抡〔18〕不能冲上控制盘〔19〕顶端平面，使离合器不能完全脱开，停车不可靠。刹杆头端制成L形台阶和一斜面，滚轮〔40〕从斜面滑向L形台阶时刹杆顶下，刹带〔23〕释放惯轮〔17〕。反之滚轮从L形台阶上滚下时，刹带刹紧惯轮。L形台阶的平面长度应大于滚轮〔40〕的半径。同时在滚轮〔40〕置于L形台阶上时，滚轮轴心到直角拨杆〔41〕轴心的连线与垂线间的夹角应在5°-15°之间，以保证滚轮〔40〕自锁于L形台阶上，同时又不致使电磁铁〔25〕吸合时拉力过大。
电磁铁〔25〕与直角拨杆〔41〕同装于一支架〔42〕上，支架可左右移动调节直角拨杆头在最高位置时（电磁铁〔25〕吸合）及最低位置时（滚轮〔40〕滑上L形台阶）的高度，分别比电磁铁〔26〕上的磁铁杠杆〔43〕尾的最高及最低位置低5-15毫米。这样保证开慢车电磁铁〔26〕吸引时把刹带〔23〕拉到“释放”状态。电磁铁本身又不被卡住而烧毁。同样在停车电磁铁〔25〕吸合时，不被磁铁杠杆〔43〕卡住，刹带能得以刹紧惯轮。
电磁铁〔25〕〔26〕都使用3公斤，行程25毫米牵引电磁铁，其中〔25〕倒装。磁铁杠杆〔43〕头部施于大小靠抡〔10〕〔13〕压力，尾部控制刹带〔23〕释放惯轮。
大靠轮〔10〕用铸铁制造，圆周表面滚有网形或直齿形花纹以增加和三角带的磨擦力。其外径可设计为90毫米，小靠轮〔13〕材料使用橡胶，外径可设计为30毫米，应基本保证输入带轮〔2〕的直径与大靠轮〔10〕直径之和等于惯轮〔17〕和小靠轮〔13〕直径之和。靠轮轴〔44〕上加工有数条沟槽防止胶圈滑脱。参见图4。
靠轮轴承座〔45〕〔46〕为二长方形对合拼紧，靠近惯轮〔17〕处切去一角以免碰撞。其下部接缝处有一圆孔安装立轴〔47〕，立轴上部有一小孔与靠轮轴承座共用罗丝夹紧。立轴上部有一小平面，在立轴装入靠轮摆杆〔31〕上时，调节限位罗丝〔48〕使靠轮能左右旋转一小角度，以保证二靠轮都能靠上三角带或惯轮〔17〕。但转角不能过大，以免迥转过量卡死。
靠轮摆杆〔31〕装有复位拉簧〔12〕，其作用是电磁铁〔26〕断电时应使磁铁复位，使大小靠轮〔10〕〔13〕与输入带轮〔2〕和惯轮〔17〕脱离接触。复位拉簧拉力不可过大，以免电磁铁过载。用摆杆罗丝〔49〕调节电磁铁〔26〕行程，不能超过25毫米。
大小靠轮〔10〕〔13〕的加压由靠轮弹簧〔11〕提供。弹簧在装入靠簧套〔50〕中时应加有4-6公斤的预压力（根据电磁铁〔26〕的最大拉力和快速转慢速时间决定）。弹簧拉杆〔51〕下头开有槽，骑入连接靠轮摆杆和靠簧套的销轴〔55〕上，以防止旋转松动。弹簧拉杆头上有调节罗母〔52〕可上下调节，使电磁铁〔26〕吸合时，将弹簧拉杆拉出3-10毫米。
支杆〔53〕二旁各开一槽，电磁铁罩壳〔54〕上也开有相应的缺口，罩壳上另开有缺口与支架〔42〕相对应，这二缺口使罩壳套入时定位。
上述实施例方案经一年多试验证明是符合本发明的目的要求的。