可变传动装置以及制造方法和系统的制作方法
【专利摘要】一种连续可变的传动装置包括绕一个第一轴线旋转的一个驱动构件、绕一个第二轴线旋转的一个从动构件以及插入在该驱动构件与从动构件之间并且绕一个第三轴线旋转的一个中间构件，该第三轴线被配置成与该第一轴线和第二轴线相交。该中间构件将扭矩从该驱动构件传递到该从动构件上。一种用于形成一个扭矩传递构件的方法包括提供一个底座结构，将一个针组件缠绕在该底座结构周围以使得这些针自该底座结构向外延伸，并且将该针组件附连到该底座结构上。一种制造一个针组件的方法包括在一个带状物的一侧上形成一系列的凹座，将一系列的针组织到一系列的凹座中，并且将该系列的针附连到该系列的凹座中。
【专利说明】可变传动装置以及制造方法和系统
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2012年5月3日提交的美国临时申请号61/641，939的权益，其披露内容通过引用以其全部内容结合在此。
【技术领域】
[0002]不同实施例涉及一种用于在广泛扭矩范围和速比范围内传送扭矩的连续可变传动机构，并且涉及用于制造该传动机构的一种方法和一种系统。
进旦冃月^
[0003]用于一种动力传动装置的连续可变的扭矩范围特征可以使用一种摩擦皮带和皮带轮安排实现。由一个环形皮带连接的一个驱动皮带轮和一个从动皮带轮被适配成通过调整这些皮带轮的节圆直径来在一个无限可变的扭矩范围内传递扭矩。该驱动皮带轮的节圆直径随着该从动皮带轮的节圆直径减小而增大，并且反之亦然。
[0004]连续可变的扭矩范围特征还可以使用一个液压泵作为一个驱动构件和一个液压马达作为一个从动构件来实现。该泵和马达位于一个闭合的流体静液压回路中。通过改变泵排量，静液压传动装置的有效速比可以通过宽广的扭矩范围而改变。
[0005]不同类型的可变摩擦驱动装置也是已知的。可以调整一个驱动锥形构件和一个从动锥形构件的相对位置以便提供一种可变扭矩范围特征。已知的摩擦锥形驱动装置典型地在摩擦锥形件之间建立的接触面处具有这些摩擦锥形件的表面之间的摩擦接触；然而，这些系统可能具有较低水平的扭矩能力。接触面处的摩擦扭矩是通过每个锥形构件的表面上的一个切向力分量产生的。由于这些圆锥形表面的几何形状，所以接触面在该接触面内具有增量区域，其中滑动运动在该驱动构件与从动构件的圆锥形表面之间发生。这种滑动运动要求存在一个液压润滑油膜以便避免这些圆锥形构件的摩擦表面的磨损和劣化。然而，油膜的存在不完全保护免于这些摩擦表面的劣化和磨损。
概述
[0006]在一个实施例中，提供一种连续可变的传动装置以用于在绕一个第一纵轴线旋转的一个驱动轴与绕一个第二纵轴线旋转的一个从动轴之间传送扭矩。一个驱动构件绕该第一纵轴线旋转。一个从动构件绕该第二纵轴线旋转。一个中间构件被插入在该驱动构件与该从动构件之间。该中间构件绕一个第三纵轴线旋转，该第三纵轴线具有相对于该第一轴线和第二轴线的一个可变角度。该第三纵轴线被配置成与该第一轴线和第二纵轴线相交。扭矩经由该中间构件从该驱动构件传递至该从动构件。
[0007]在另一个实施例中，提供一种用于形成用于一种可变传动装置的一个扭矩传递构件的方法。提供一个底座结构，并且该底座结构具有彼此轴向相对的第一端和第二端，其中该第一轴向端的横截面积小于该第二端的横截面积。具有一个带状物(该带状物支撑从该带状物所限定的凹座延伸的多个针)的一个针组件通过使该带状物的一个边缘抵接到该底座结构的一个外表面上而缠绕在该底座结构的该外表面周围，这样使得该系列针从该底座结构向外延伸。该针组件被附连到该底座结构上。
[0008]在又另一个实施例中，提供一种制造用于与一个可变传动装置一起使用的一个针组件的方法。第一系列的凹座形成在一个第一带状物的一个第一侧上。第一系列的针被组织成使得该第一系列的针中的每一个都被定位到该第一系列的凹座中的一个对应凹座中。该第一系列的针被附连到该第一系列的凹座中。
附图简要说明
[0009]图1是根据一个实施例的一个传动装置的端视图；
[0010]图2是图1的传动装置的俯视图，其中该传动装置的内部构件以虚线示出；
[0011]图3是图1的传动装置的另一个俯视图，其中该传动装置的一个顶板被移除；
[0012]图4是该传动装置的一对圆锥形构件的俯视图，该图示出一个接合界面，其中扭矩传递在这些构件之间发生；
[0013]图5是从图4中的截面线所见的该接合界面的截面视图；
[0014]图6是图4中所示的构件的表面和该接合界面的透视图；
[0015]图7是根据一个实施例的一个针和带状物组件的局部视图；
[0016]图8是图7的局部视图的端视图；
[0017]图9是示出用于提供一个针和带状物组件的一种系统和方法的示意图；
[0018]图10是示出用于提供一个针和带状物组件的一种系统和方法的另一个示意图；
[0019]图11是示出用于在一个传动装置的一个构件上提供一个针和带状物组件的一种系统和方法的示意图；
[0020]图12是安装在一个传动装置的一个构件上之后的一个针和带状物组件的俯视图；
[0021]图13是示出用于提供一个针和带状物组件并且将该组件连接到一个传动装置的一个构件上的一种方法的流程图；
[0022]图14是处于一种超速传动配置的图1的传动装置的示意图；并且
[0023]图15是处于一种减速传动配置的图1的传动装置的示意图。
详细说明
[0024]按照要求，在此披露了本发明的多个详细实施例，然而将理解的是披露的这些实施例仅是本发明的示例，这些实施例可以按不同的和替代的形式来实施。这些附图不一定是按比例的，一些特征可能被夸大或最小化以便示出具体部件的细节。因此在此披露的具体结构和功能上的细节不得理解为进行限制，而仅是作为用于传授本领域技术人员去按不同方式采用本发明的代表性基础。
[0025]—种可变传动机构和与该传动装置相关的方法描述于2002年I月15日颁布的美国专利号6，338, 692B1 ;2005年11月15日颁布的美国专利号6，964，630B1 ;2008年7月15日颁布的美国专利号7，399，254B2 ;以及2012年4月27日颁布的美国专利号7，704，184B2中，这些专利的内容通过弓I用以其全文结合在此。
[0026]根据一个实施例的一种传动组件在图1至图3中总体上由参考字符10指代。传动装置10包括具有一个底座13和一个顶板14的一个主外壳或壳体12。一对侧板16和18将顶板14支撑在底板13的上方。出于本说明书的目的，壳体12被不出为一个打开的壳体以便允许内部扭矩传递构件的局部视图。在实际实践中，壳体12可以闭合以便有助于使用润滑剂，如粉状石墨、粉状聚合物、液体烃润滑剂、或本领域中已知的其他湿式或干式润滑剂。在一个闭合的壳体中，可以保护内部构件免于各种恶劣的外部环境条件的侵害。
[0027]一对内部扭矩传递构件见于图1的侧视图中的20和22处。一个中间扭矩传递构件在28处示出。构件20、22、28是旋转式的并且通常是圆锥形或弯曲构件。出于本说明书的目的，内部扭矩传递构件20、22、28被称为圆锥形或锥形构件；然而，它们的几何形状和表面形状不限于一个锥体或一个锥体的截面的形状，并且可以包括其他凸形形状，以及包括变化的曲率的弯曲几何形状。
[0028]一个扭矩输入轴24与锥形构件20的几何轴线重合并且被连接到该锥形构件上。在图1中的26处示意性地示出的一个扭矩输出轴被连接到锥形构件22上。每个锥形构件20,22被轴颈连接(journalled)以用于绕其几何轴线或纵轴线旋转，该纵轴线也是其对应轴24、26的纵轴线。锥形构件20是固定的并且仅可以在传动装置10内旋转。由于一个轴颈式连接25，所以锥形构件22可以在传动装置10内旋转和平移，从而允许锥形构件22沿着它的轴26的纵轴线平移。锥形构件22通过一个下降或插入式花键27连接到一个驱动轴上，该花键允许锥形构件22相对于该驱动轴平移。在替代实施例中，锥形构件20可以经由一个轴颈式连接旋转和平移，并且具有到其驱动轴上的一个插入式花键连接，同时锥形构件22可以是固定的并且只能旋转。扭矩输入轴24与锥形构件20的纵轴线重合并且连接到该锥形构件20上。扭矩输出轴26与锥形构件22的轴线重合并且连接到该锥形构件22上。
[0029]第三中间锥形构件28是在一个托架30上。托架30具有一个上板32和一个下板34。侧构件36和38连同板32和34 —起限定用于锥形构件28的托架30壳体。虽然仅一个中间锥形构件28被示出用于与传动装置10 —起使用，但是还可以与单个或多个托架配置一起使用多个中间锥形构件28。
[0030]锥形构件28被安装用于在托架30内绕其几何轴线旋转。锥形构件28由轴39支撑以便旋转，该轴延伸穿过在侧构件36和38中形成的轴颈式开口。
[0031]轴24和26可以分别连接到一个驱动轴和一个从动轴上，或可替代地，本身可以是驱动轴和从动轴。例如，对于车辆中传动装置的使用来说，驱动轴被连接到一个原动机(如一个发动机或一个电机)上，并且从动轴被连接到车轮上。
[0032]扭矩从输入轴24传递到所连接的驱动锥形件20上并且然后通过锥形件20、28之间的一个接触面传递到中间锥形件28上。扭矩然后通过锥形件28、22之间的另一个接触面从中间锥形件28传递到驱动锥形件22上，并且传递到所连接的输出轴26上。锥形件22的位置可以相对于锥形件20进行调整，从而引起锥形件28的角位置的变化(如以下所描述)，以便改变和控制跨传动单元10的速比和扭矩。通常，在锥形件22沿其纵向或旋转轴线移动时，锥形件20、22、28的几何形状致使力被施加在锥形件28上，从而导致该锥形件改变其角位置。锥形件28被支撑成使得它可以响应于锥形件22的移动而移动。
[0033]一个可调整机构42可以可操作地连接到轴颈式壳体25上以便允许锥形件22在传动装置10内的受控平移，如由方向箭头46所示。虽然示出了一个机械滑动件42，但是可以使用其他类型的致动器用于调整锥形构件28。例如，伺服致动器或一个滚珠螺杆传动可以被适配用于执行机构42的功能。其他机构也可用于提供如在此所述的锥形件22的受控定位。
[0034]在一个替代实施例中，当锥形件20是被配置用于平移的一个锥形件时，机构42被附接到轴颈式连接上，从而允许锥形件20的平移。在其他实施例中，锥形件22的位置是不受控制的，并且锥形件22的纵向位置被允许浮动，从而消除了机构42。在这种情况下，锥形件22和中间锥形件28将基于锥形件20的输入速度与轴26上的阻力负载的组合而自身定位成一定速比。
[0035]当机构42致使锥形构件22平移时，锥形件22的变化位置与中间锥形构件28相互作用并且致使该中间锥形构件改变其在壳体12内的角位置。托架30的结构和支撑允许中间构件28响应于锥形件22的移动而移动。托架30的上板32具有沟槽56、58，这些沟槽分别由紧固到上板14的下侧上的导销60、62接合。沟槽56和58连同销60和62 —起分别在锥形件28移动时确定托架30的角位置。
[0036]用于中间锥形构件28的托架30通过滚珠轴承54支撑在壳体12的下板13上。轴承54可以是坐落在下板13中形成的一个半球形凹座中的球形轴承元件。这些球形轴承元件当被适配用于在半球形凹座中万向运动时允许托架30的下板34在壳体12的下板13上浮动。
[0037]如图1中所示，顶板14的下侧配备有滚珠轴承64。虽然仅示出一个滚珠轴承64，但是多个滚珠轴承64可以与传动装置10 —起使用。这些轴承64可以是类似于轴承54的接纳在一个半球形凹座中的一个球形轴承元件。轴承54、64允许托架30在由上板14和下板13以及侧挡块66、68限定的壳体12的约束内浮动。此外，如在本领域中已知的任何轴承安排都可以用于获得轴承54和64的浮动功能和轴承条44的导向功能。
[0038]在图1至图3中，锥形构件20是一个驱动构件并且锥形构件22是一个从动构件。构件20的旋转轴线在图2中在70处示出，并且锥形构件22的相应旋转轴线在72处示出。传动装置10的输入轴24与输出轴26之间的总体速比将随着锥形件22的移动而改变，从而改变锥形件28相对于锥形件20、22的位置并且使托架30移动。通过移动锥形件22以使得中间锥形件28在由位于导向槽缝52的任一端处的托架30导向构件50限定的其极限位置之间移动时，锥形件20、28和锥形件28、22之间的接触区域的位置将改变以便提供传动比范围。
[0039]锥形构件28具有相对于锥形构件20、22的一个可变角取向。驱动锥形构件20被固定在壳体12中，这样使得该驱动锥形构件仅可以绕其纵向旋转轴线70旋转。从动锥形构件22被定位于壳体12中，这样使得该从动锥形构件可以绕其纵向旋转轴线72旋转以及沿着轴线72平移。当如图2中所示从一个自顶向下角度观察时，锥形件20、22的角位置在图1至图3中所示的实施例中不会改变。换言之，锥形件20、22的旋转轴线70、72是固定的。
[0040]通过使锥形件20在其旋转轴线70上固定以使得该锥形件不能平移，传动装置10的一个输入轴可以被直接连接或者直接花键连接到锥形件20上，而不需要额外的机械连接如提供长度延伸的花键连接(如插入式花键)，旋转连接器如U形接头等。通过使锥形件22在其旋转轴线72上固定以使得该锥形件仅可以绕轴线72旋转并沿着该轴线平移，但当如图2中所示从一个俯视图观察时具有一个固定的角位置，传动装置10的一个输出轴可以仅使用一个下降或插入式花键或提供长度延伸的其他机械连接来连接，而不需要额外的机械连接，如包括U形接头的旋转连接器等。通过消除这些额外的机械连接器，传动装置10的设计扭矩极限可以增加，因为扭矩并不局限于可以由任何额外的机械连接器所承载的扭矩。这些机械连接器的消除还用于简化系统以及减轻重量。而且，固定输入旋转轴线和输出旋转轴线可以允许在实施中改进传动装置的封装。
[0041 ] 中间锥形件28绕其纵向旋转轴线74旋转，并且通过使用导销50和槽缝52而具有相对于壳体12的变化的角位置。换言之，当相对于传动装置从一个自顶向下角度观察时，中间锥形件28的旋转轴线74的位置可以在如箭头75所示的方向上改变，如图2中所示。通过改变中间锥形构件28的角位置并且改变锥形件22沿其轴线的平移位置，传动装置10可以被配置用于减速传动、超速传动和中间速比。
[0042]图4和图5示出根据一个实施例的这些锥形构件中的两个之间的相互作用的细节。任何两个锥形构件之间的相互作用通常以类似的方式表现。这些锥形构件是由一种合适的刚性结构材料形成。在所示的实例中，锥形构件20被固定用于旋转，如先前所解释的，其中扭矩输入轴24和锥形构件28可经由托架30和板32调整。锥形构件20的弯曲表面具有扭矩传送元件80并且锥形构件28的弯曲表面具有相应元件82。元件80、82可以是针(如在此所提及的)、金属丝、纤维、销、刷元件、小齿状突起(denticles)、齿等。锥形件22(图4中未图示)也具有一个弯曲表面，该弯曲表面具有针以便与中间锥形件28上的相应针82相互作用。
[0043]针80和82可以以悬臂方式紧固到锥形构件20、28的表面上并且大体上向外延伸或从这些锥形构件的对应弯曲表面垂直延伸。针80与针82互相卩齿合,这样使得在扭矩被施加到锥形构件20上时，锥形构件28被同步驱动。在这些锥形构件旋转时，针80和82移动成对齐或不对齐，这样使得在扭矩跨该界面传送时在这些锥形构件之间存在一种连续驱动连接(如图5中所示)。该界面是由这些互相啮合的针建立的。针界面区域形成这些锥形构件之间的接触面。在该界面处可以存在这些针的一定挠曲以便适应一个锥形件弯曲表面上的增量区段相对于一个伴随锥形件弯曲表面上的相应增量表面的变化角速度。在这个实施例中，在这些下面弯曲表面之间不存在物理接触，如在一个常规的摩擦锥形驱动装置的情况下。该界面的面积可以取决于每个锥形件相对于彼此的位置和该界面相对于该锥形件的纵轴线的位置而变化。该界面面积可以基于该界面处的锥形件的直径和任何变化的曲率而改变。
[0044]这些锥形构件上的针的密度可以取决于一个具体应用的设计要求而变化。此外，这些针的大小(即长度和直径)也可以根据要求而变化。
[0045]锥形件20、22、28可以是相同大小，或可以是大小不相等的。这些锥形构件的表面的几何形状随传动装置10的一个具体应用所需的总传动比范围而变化。这些锥形件可以具有大体上半球形形状、大体上圆锥形截面形状，或具有根据另一种几何形状的一个弯曲表面。
[0046]图6是两个相邻锥形构件的弯曲表面的透视图，例如一个驱动构件20和一个中间构件28，或者可替代地，一个中间构件28和一个从动构件22。构件20和28上的这些针的网格、界面或接触面的区域在90处指示。网格90的区域可以是大体上椭圆形的，或可以是基于这些相邻锥形构件的大小和形状的另一种形状。构件20和28上的网格90的区域的位置基于在这些构件之间传递的扭矩是增加还是减少而在构件20、28的端之间移动。
[0047]这些锥形构件的端区域92可以被设计成使得它们不被针覆盖(即，它们是光秃的)。当在端区域92处于基本对齐的情况下这些锥形构件被调整至最大减速传动位置时，传动装置10将处于一种空档(neutral)模式，其中这些锥形构件之间无扭矩传递。托架30可以被设计成当端表面92处于对齐时在这些端表面之间提供一个微小间隙。这种空档模式特征使得能够通过扭矩流动路径提供扭矩传递的中断而无需一个单独的空档离合器。
[0048]每个锥形构件的针的密度可以是不均匀的，如果这是一个具体设计应用所需的。此外，一个锥形件的针的密度可以不同于一个相邻锥形构件的针的密度。
[0049]这些针可以由高碳合金钢形成。可以用于此目的的其他材料是结构聚合物、弹簧钢等。对于低扭矩应用，可以使用非金属针如模制尼龙针或各种非铁基于聚合物的材料。在一些实施例中，针密度可以是在每个锥形件上每平方英寸约一万个针。在其他实施例中，可以使用其他针密度。
[0050]在一个实施例中，用于一种高负载应用如汽车或卡车变速器，针密度可以是每平方英寸10，000根金属丝，使用以0.009英寸中心间距定位的0.006英寸不锈钢丝。用于一种高负载应用的每个接触面面积可以是大约两平方英寸，并且可以主要是椭圆形形状的。针至针的穿透深度基于这些锥形构件的相对直径而在该接触区域内变化。
[0051]该接触面的面积可以基于锥形构件的大小和直径并取决于应用而大于或小于2平方英寸。
[0052]粉状石墨可以用作这些锥形构件的润滑剂以便减少摩擦，但是可以使用润滑油或一种润滑油雾，特别是在需要冷却的情况下。还可以使用聚合物粉末或一种液态聚合物润滑油。然而，在这些锥形构件的针界面处的一个油膜不是扭矩传递所需要的，如在摩擦锥形驱动装置的情况下。扭矩传递是由这些针来调节的，因为这些针挠曲而这些针没有过度应力。这些针本身用作经受远低于弹性极限的挠曲程度的悬臂梁。
[0053]虽然本发明所披露的实施例的这些针从这些锥形构件的旋转轴线径向延伸，但它们可以按一种非垂直的方式偏移或偏置，如果该配置是一种具体设计或实现方式所希望的。
[0054]一个针组件100的一个区段的一个实施例是图7至图8中所示。针102被定位在带状物备料106中所形成的凹座104或卷边中。针102被连接到带状物106上，例如，使用焊接、微型焊接或另一种附接方法如粘合剂。在一个实例中，使用电阻焊接来将针102附接到带状物106的凹座104中。该电阻焊接过程提供穿过带状物106并且到针102上的一个焊缝108a，并且可以延伸越过大约带状物106的宽度。在另一个实例中，一个激光定位焊缝108b可以用于将针102附接到凹座104上。焊缝108a或108b可以延伸该带状物的宽度，或可以仅沿着该带状物的一部分宽度延伸。凹座104可以使用一个卷边工具预先形成到带状物106中，该卷边工具在这些针102被插入之前形成凹座104。虽然一个定位焊缝108b在针102的两侧上示出，但是可以在针的一侧上使用一个单个焊缝。针组件100围绕一个锥形构件卷绕。带状物106的一个边缘109被连接到一个锥形构件的外表面上，这样使得针102从该锥形构件向外延伸。
[0055]针组件100可以使用如关于图9至图11所描述并且对应于图13中所示的流程图和步骤的一种方法和系统制造并安装到一个锥形构件上。在步骤180提供带状物备料。将带状物备料106从带状物备料106的卷轴112进给到一个针组件设备110中。在所示的实施例中，一对带状物备料106被进给到设备110中。该带状物备料被间隔开，其中仅前部带状物在图9中示出。当然，其他数目的带状物备料106可以被进给到组件设备110中并与该组件设备的不同实施例一起使用，包括带状物备料106的一个单个进料，或带状物备料106的两个、四个或更多个进料。
[0056]带状物备料106可以是具有如图7中所示的一个矩形截面的金属丝。带状物备料的两个进料使用一种导向系统(未示出)间隔开一个预定量。每个带状物备料106具有在步骤182使用一对卷边链轮114形成的凹座104或卷边。其他数目的轮114或提供一个卷边到带状物106上的替代方法也可以与设备110—起使用。卷曲的带状物116前进到一个针加载台118。
[0057]针加载台118具有一个加料斗120，该加料斗含有预切割至一个预定长度的金属丝122。针加料斗120可以手动再填充或可以在上游具有一个自动金属丝切割器以便将备料122在184提供为无序针。一个分选机构124将无序金属丝122组织成使得它们可以被进给到通道126、128中。分选机构124用于组织金属丝122以使得在步骤186通过通道126,128的出口区域在这些通道内存在成单行的金属丝122的一个进料。在另一个实施例中，金属丝切割和分选操作将金属丝122放置到筒中，其中金属丝122处于一种有组织的方式，如成多行。这些筒然后可以被插入到设备110中并且直接用于该设备，这样使得金属丝122从这些筒进给到带状物的凹座中。
[0058]带状物116被间隔开大约一个金属丝122的长度。第一通道126将金属丝122进给到一对带状物116的一个第一侧。一个销加载轮130和导向件132将一个金属丝122定位在带状物104的第一侧上的相应凹座104内。金属丝122的端区域与两个带状物备料106对准(参见图10)，这样使得形成一种梯状结构。轮130被成形为使得一个单个金属丝122通过轮130上的一个凹陷134传递。
[0059]第二通道128将金属丝122进给至带状物116的第二相对侧。一个销加载轮136和导向件138将一个金属丝122定位在带状物104的第二侧上的相应凹座104内。金属丝122的端区域与两个带状物备料106对准(参见图10)，这样使得形成一种梯状结构。轮136被成形为使得一个单个金属丝122通过轮136上的一个凹陷140传递。
[0060]在金属丝122在步骤186被定位到带状物106上的凹座104中之后，组装的、但未连接的部分被进给到一个通道142中，该通道的大小被设置成使得金属丝122保留在其对应的凹座104内。在一个实施例中，一对焊机144被定位成在通道142的任一侧上具有一个点焊机以便在步骤188将金属丝122焊接在带状物106中的其凹座104内。另外的焊机144也可以与设备110—起使用，其中一个焊机144用于一对带状物106中的每个的每一侦牝和/或用于有组织的或顺序的焊接过程。焊机144可以提供一个点焊并且可以基于金属丝122和带状物106的速度、穿透、精度和/或材料特性进行选择。焊机142、144可以提供电阻微型焊接。在其他实施例中，焊机142、144可以是固定式点焊机、旋转式点焊机或其他焊接装置，并且可以提供一种激光点焊、一种电阻焊接等。
[0061]设备110可以使用一个控制器148进行控制。控制器148用于协调和控制不同过程以便产生组件产品146。该控制器可以使用传感器或其他系统以便提供自动检查、过程控制和质量控制，并且可以包括自动光学检查、机器视觉技术等。
[0062]金属丝和带状物组件146离开组件设备110并且在步骤190前进至一个分离过程并且如图10中所示。将组件146通过来自设备150的一种激光或热工艺进行处理，该设备150可以是一个激光器、由反射器引导的一个辐射热源等。来自设备150的能量束152被引导至组件146中的金属丝122的一个中心区域154中。金属丝122通过来自束152的能量在一个局部区域154中软化。
[0063]然后使用提供相反力的进料导向件或另一个机构将带状物106在区域154处于一种弱化状态时拉开，以便在步骤190形成单独的针和带状物组件100。软化的金属丝122在此过程中在局部区域154处分离以便形成针102。基于所提供的能量的量和金属丝122的材料特性，这些针可以在该分离过程中被形成为具有圆化的形状或其他尖端形状，其中该尖端形状在这些针冷却时定型。
[0064]在一个替代实施例中，金属丝和带状物组件146可以在步骤190通过在金属丝122的一个中心区域中机械切割金属丝丨22来分离以便形成针102。
[0065]这些针的端部可以是子弹形状的或圆化的(如图7中所见)以便在这些锥形构件旋转时促进一个锥形构件的针移动成与另一个锥形构件的针对齐。这些针的端部的其他设计也是可能的。例如，这些针可以具有一个尖锐尖端或钝尖端。这些针的截面积可以是从底部至尖端可变的。
[0066]针和金属丝组件100可以在步骤192被进给并卷绕到一个卷轴156上以备后用，或者可替代地，组件100可以被引导至如图11中所示的一个锥形件卷绕过程160。
[0067]一个锥形件支撑构件162由一个卷绕机构支撑。锥形件支撑构件162提供用于传动装置10中的一个锥形件的下层结构。例如，锥形件支撑构件162是一个中空结构，并且是由一种金属制成的。在其他实例中，锥形件支撑构件162可以是实心的或含有另外的内部支撑结构，并且可以由其他适当的材料制成。支撑构件162提供下层结构和对锥形件的支撑，并且可以使用一种铸造工艺、模制工艺或如针对所使用的材料适当的其他制造技术来制造。针和金属丝组件100被进给到支撑构件162上并且以一种有组织的方式卷绕在沿着支撑构件162的轴向长度前进的外表面周围。
[0068]边缘109邻近锥形件162的外表面定位，这样使得针102延伸远离锥形构件162。例如，针102可以从锥形件表面大体上垂直地延伸。
[0069]锥形构件162可以在将组件100卷绕到其表面上之前在步骤194用一种焊料粉末材料涂覆。一旦组件100在步骤196已被卷绕到焊料覆盖的锥形件162表面上，在步骤198的一个加热过程就可以被启动以便在带状物106与锥形件162之间和相邻的带状物106之间形成一种键合。该加热过程可以是如本领域中已知的一种钎焊技术。由于带状物106与下层锥形件结构162之间的键合，最终的锥形件20、22、28变成一个熔合的单个单元。
[0070]可替代地，组件100可以使用一种粘合剂材料或环氧树脂连接到锥形构件162上。这可以例如在这些针或针组件由一种聚合物材料制成时或在粘合强度不会因有待由传动装置10传送的负载超过时使用。
[0071]锥形件20、22、28可以具有一个中空内部或多个中空内部部分，从而减少传动装置10的重量。
[0072]这些针以一种密集模式安排在每个锥形构件的表面上。如安排在一个锥形构件上的针的一个区段通过关于图11所讨论的过程在图12中示出。针和带状物组件100被安排成大体平行的行170，这样使得每一行170与其相邻行170对准。基于下层锥形件结构162上的几何形状，一个行170中的针102可以与一个相邻行170中的针102以不同程度偏移。通过将针102组织在锥形件结构162上，当用于一个传动装置10中时，一个锥形件上的针将与一个相邻锥形件上的针干净地接界。
[0073]在一个实例中，相邻针之间的间距可以是在每个锥形构件的纵轴线的方向上大约0.009英寸。在横向于每个锥形构件的轴线的方向上测量的相邻针之间的间距也是大约0.009英寸以便形成凹座104的中心。针本身是大体上圆柱形的，如图7的视图中所指示。这些针的直径可以是大约0.006英寸，这样使得相对于另一个锥形构件的针在一个锥形构件的针之间仅提供一个微小间隙。在带状物之上的针的一个典型长度可以是0.100英寸。在其他实施例中，在带状物之上的针长度可以是0.050至0.150英寸。当然，这些针和针间距的其他尺寸也可以用于传动装置10的一个锥形件。
[0074]在图13中示出一个流程图，该流程图示出一种用于形成针组件并且将这些针组件附接到一个扭矩传递构件结构上的方法的一个实施例。该方法包括如先前关于图9至图11所描述的步骤。
[0075]在图14中示出处于一种超速传动配置的传动装置的扭矩传递构件的一个示意图。在一种超速传动配置中，该传动装置的输出轴的速度高于该传动装置的输入轴的速度。例如，如果每个锥形构件具有4:1的可用传动比，那么锥形件20与锥形件28之间的界面位置将致使锥形件28四倍快于锥形件20旋转，并且锥形件28与锥形件22之间的界面位置将致使锥形件22四倍快于锥形件28旋转。这导致跨该传动装置的16:1速比(输出到输入)。
[0076]在图15中示出处于一种减速传动配置的传动装置的扭矩传递构件的一个示意图。在一种减速传动配置中，该传动装置的输出轴的速度低于该传动装置的输入轴的速度。例如，如果每个锥形构件具有4:1的可用传动比，那么锥形件20与锥形件28之间的界面位置将致使锥形件28四倍慢于锥形件20旋转，并且锥形件28与锥形件22之间的界面位置将致使锥形件22四倍慢于锥形件28旋转。这导致跨该传动装置的1:16速比(输出到输入)。
[0077]如在图14和图15中所示的传动装置的两种配置仅仅是举例。其他配置提供跨传动装置的其他传动比，并且传动比是在最小减速传动配置与最大超速传动配置之间连续可变的，并且可以包括一个直接传动比，其中输入速度和输出速度是相同的。另外，在曲率半径变化和锥形件的大小不同的情况下，传动装置10的可用传动比范围可被控制和改变。
[0078]如此，根据本披露的不同实施例提供一种具有连续可变传动比的传动装置，其中输入轴和相应的驱动构件绕一个共同的固定轴线旋转，并且输出轴和相应的从动构件绕另一个共同的固定轴线旋转，从而消除这些轴与这些锥形件之间的旋转连接器。输入锥形件20与输出锥形件22中的一个可以沿着其轴线平移，从而消除插入式花键或这些轴与所连接的构件之间的其他旋转连接器。一个中间扭矩传递构件被插入在该驱动构件与从动构件之间并且该中间构件的旋转轴线的位置可以改变以便改变跨该传动装置的传动比。还披露了一种制造这些扭矩传送构件的方法，并且该方法包括一种用于提供针组件的方法和一种用于将这些针组件钎焊到一个扭矩传递构件的一个支撑结构上的方法。
[0079]虽然以上描述了多个示例性实施例，但这些实施例并不旨在描述本发明的所有可能形式。而是，在本说明书中使用的词语是描述性词语而并非限制性词语，并且可以理解的是可以做出不同修改而不脱离本发明的精神和范围。此外，可以组合不同实现的实施例的特征以形成本发明的另外的实施例。
【权利要求】
1.一种连续可变的传动装置，用于在绕一个第一纵轴线旋转的一个驱动轴与绕一个第二纵轴线旋转的一个从动轴之间传送扭矩，该传动装置包括: 绕该第一纵轴线旋转的一个驱动构件； 绕该第二纵轴线旋转的一个从动构件；以及 插入在该驱动构件与该从动构件之间的一个中间构件，该中间构件绕一个第三纵轴线旋转，该第三纵轴线具有相对于该第一轴线和该第二轴线的一个可变角度并且被配置成与该第一纵轴线和该第二纵轴线相交； 其中扭矩经由该中间构件从该驱动构件传递至该从动构件。
2.如权利要求1所述的传动装置，其中每个构件具有一个第一端和与该第一端轴向相对的一个第二端，该第一端的横截面积小于该第二端的横截面积。
3.如权利要求1所述的传动装置，其中该驱动构件和该中间构件相互作用以便形成一个第一接触面；并且 其中该中间构件和该从动构件相互作用以便形成一个第二接触面。
4.如权利要求1所述的传动装置，其中该第一纵轴线平行于该第二纵轴线，并且该第一纵轴线和该第二纵轴线是固定的。
5.如权利要求1所述的传动装置，进一步包括: 一个外壳，该外壳被配置成支撑该驱动构件以用于旋转并且支撑该从动构件以用于旋转；以及 一个托架，该托架由该外壳支撑以用于相对于该外壳旋转运动，该托架被配置成支撑该中间构件以用于绕该第三纵轴线旋转。
6.如权利要求5所述的传动装置，进一步包括由该外壳支撑并且可操作地连接到该驱动构件和该从动构件中的一个上的一个机构，该机构被配置成轴向地移动该驱动构件和该从动构件中的该一个构件，并且由此移动该托架以便改变该第三纵轴线相对于该第一纵轴线和该第二纵轴线的位置，并且改变该中间构件相对于该驱动构件和该从动构件的角位置。
7.如权利要求1所述的传动装置，其中该驱动构件和该从动构件中的一个被配置成分别沿着其对应纵轴线平移，并且由此改变该中间构件的角位置以便改变该驱动轴与该从动轴之间的速比。
8.如权利要求1所述的传动装置，其中每个构件都包括多个扭矩传递元件，这些扭矩传递元件环圆周地覆盖每个构件的外表面区域。
9.如权利要求8所述的传动装置，其中这些构件之一的多个扭矩传递元件与一个相邻构件上的多个扭矩传递元件互相啮合以用于在相邻的构件之间扭矩传递。
10.如权利要求1所述的传动装置,其中每个构件都进一步包括一个针组件,该针组件具有限定含有针的凹座一个带状物，该针组件环圆周地缠绕在该构件的外表面周围。
11.一种用于形成用于一种可变传动装置的一个扭矩传递构件的方法，该方法包括: 提供一个底座结构，该底座结构具有彼此轴向相对的第一端和第二端，该第一轴向端的横截面积小于该第二端的横截面积； 通过使一个带状物的一个边缘抵接到该底座结构的一个外表面上而将具有该带状物的一个针组件缠绕在该底座结构的该外表面周围，这样使得这些针从该底座结构向外延伸，其中该带状物对从该带状物所限定的多个凹座中延伸的多个针进行支撑；并且 将该针组件附连到该底座结构上。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括在缠绕之前用一种焊剂材料涂覆该底座结构； 其中附连包括将该针组件钎焊到该底座结构上，这样使得该带状物被附接到该底座结构上。
13.如权利要求12所述的方法，其中钎焊将带状物的一个区段附接到该带状物的另一个相邻区段上。
14.如权利要求11所述的方法，进一步包括在缠绕之前用一种粘合剂涂覆该底座结构和该带状物中的一个，这样使得使用该粘合剂将该针组件附连到该底座结构上。
15.如权利要求11所述的方法，进一步包括通过以下步骤形成一种针组件:(i)在一个带状物的一个第一侧上形成第一系列的凹座，(?)组织第一系列的针以使得这些针中的一个被定位到该第一系列的凹座中的一个凹座中，并且(iii)将该第一系列的针附连到该对应第一系列的凹座中。
16.一种制造用于与一种可变传动装置一起使用的一个针组件的方法，该方法包括: 在一个第一带状物的一个第一侧上形成第一系列的凹座； 组织第一系列的针以使得该第一系列的针中的每个被定位到该第一系列的凹座中的一个对应凹座中；并且 将该第一系列的针附连到该第一系列的凹座中。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括: 在一个第二带状物的一个第一侧上形成第二系列的凹座； 组织该第一系列的针以使得该第一系列的针中的每一个被定位到该第二系列的凹座中的一个对应凹座中； 将该第一系列的针附连到该第二系列的凹座中，从而形成一种梯状结构；并且通过使该第一系列的针中的每个针在每个针的一个中间区域处分离来使该第一带状物与该第二带状物分开以便形成一对针组件。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括在分开之前在该针的该中间区域中创建一个分开区。
19.如权利要求18所述的方法，其中创建该分开区包括提供能量到该针的该中间区域以便弱化该针。
20.如权利要求16所述的方法，进一步包括: 在该第一带状物的与该第一侧相对的一个第二侧上形成第二系列的凹座； 组织第二系列的针以使得该系列的针中的每一个被定位到该第二系列的凹座中的一个对应凹座中； 将该第二系列的针附连到该第二系列的凹座中。
【文档编号】F16H15/24GK104395642SQ201380032163
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年5月2日 优先权日:2012年5月3日
【发明者】道格拉斯·马格雅利 申请人:道格拉斯·马格雅利