变速传动装置及其使用方法

专利名称：变速传动装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及动力机械，例如包括(但并非局限于)割草机、翻土机、吹雪机和拖拉机等。更具体地说，本发明涉及变速传动装置及其使用方法。
背景技术：
传统的动力机械，例如草坪割草机、吹雪机、草皮覆盖机等通常都具有“自行推进”装置，用以自动地驱动其车轮、履带或其它的用来推进该动力机械的驱动机构。典型的“自行推进”装置通过啮合一个传动装置而启动，该传动装置使得传动轴与驱动车轮相互连接或者脱离连接。驱动车轮的速度与发动机的速度成正比地变化。因此，只有通过改变发动机的油门状态使发动机增速或减速，或者通过改变传动装置内部的传动比，才能够改变驱动车轮的速度。
目前日益需要为各种类型的动力机械配备变速传动装置(简称VST)，以便能够平稳地改变该动力机械的驱动速度，而不必通过发动机的增速和减速来改变驱动速度。在由法国减速机股份有限公司(France Reductor Inc)生产并在欧洲销售的动力机械中已经尝试着配备了这样的传动装置。各种的空转皮带轮装置也已经被用来配备于变速动力机械中。
法国减速机股份有限公司的变速传动装置包括第一皮带，它被安装在发动机输出轴上的主动皮带轮和旋转轴上的被动皮带轮之间。在同一个旋转轴上还装有作为驱动皮带轮的第二皮带轮，它与前述的被动皮带轮(即第一被动皮带轮)连锁并与之同步转动。第二皮带安装在第二皮带轮和连接于传动轴的第二被动皮带轮之间。传动轴与一个传动装置相连，该传动装置将旋转动力传递至驱动车轮或其它的驱动机构。可以启动该传动装置中的离合器，以便啮合或者脱开该传动装置，以及传递或者中断通向驱动机构的旋转动力。
为了改变驱动机构的速度，一个支承着旋转轴的板可以克服弹簧的偏压力而移动，从而分别张紧第一皮带并且松开第二皮带。第一被动皮带轮和第二驱动皮带轮(两者都位于同一个旋转轴上)都具有宽度可变的皮带槽，当各自的皮带被张紧或松开时，也使得皮带槽的宽度发生改变。因此，当第一皮带被张紧时，第一皮带朝着旋转轴的轴线移向第一被动皮带轮皮带槽的深处，于是当第一皮带的张力增加时，旋转轴的转动总是增速的。类似地，当第二皮带同时被松开时，第二驱动皮带轮上的皮带槽变得更窄，第二皮带离开旋转轴的轴线移向皮带槽的外部，这就使得第二皮带增速并最终导致了驱动机构的增速。为了提供所要求的、动力机械驱动机构的增速变速输出，该装置需要有两条皮带。此外，还需要有两个控制机构，其中一个控制机构能够启动传动装置，另一个控制机构能够改变传动装置的速度。
由于法国减速机股份有限公司的变速传动装置需要两条皮带、四个皮带轮、两个控制机构和一个独立的可离合传动装置，所以该装置的成本和所要求的空间都相当大。为了将这个庞大的变速传动装置安装到动力机械上，通常要把它安装到箱体结构的顶部。此外，众多不同的零件使得该装置易于发生机械故障，配备有这种装置的动力机械在其美观设计方面也存在诸多问题。还有，该装置的启动是分两步进行的，如果未能够以正确的顺序启动其传动装置和变速启动机构，就将时常发生突然的变速。在现有技术的变速传动装置中，皮带也需要不断地移动。
在动力机械中常用的另一种类型的变速传动装置包括一个用来改变驱动机构输出速度的液压传动装置。在这种装置中，可以使用单一个控制机构来改变驱动机构的速度，从空档位置直至其最大速度。然而，这种传动装置的制造成本极其昂贵。此外，较之皮带和/或齿轮传动的传动装置，这种液压传动装置的维护和修理也相当困难和耗资。

发明内容
因此，本发明的目的是要提供一种变速传动装置，它基本上避免了由于现有技术的局限和不足而产生的一个或多个问题。
本发明的另一个目的是要提供一种高效、紧凑和低成本的变速传动装置，它能够由单一的启动机构从空档位置启动，直至其全速位置。
本发明的另一个目的是要将皮带结合到变速传动装置的离合器结构中。
本发明的再一个目的是要提供一种紧凑的、单一致动器的变速传动装置，它能够产生很高的输出速度。
本发明的另一个目的是要提供一种紧凑的组件，它易于有效地防护并且只需要很少的元件。
本发明的再一个目的是要减少所需皮带和皮带轮的数量，并且提供一种变速传动装置，它使用连接在两个皮带轮之间的单一皮带，因而减少了运动元件的数量以及发生故障的可能性。
本发明的另外一个目的是要提供一种控制机构，它能够在空档、中速和全速之间改变驱动速度，并且能够在这三种状态之间变换操作。
本发明的另一个目的是要以平稳和可靠的方式来改变动力机械驱动机构的速度。
本发明的进一步的目的是要提供一种紧凑的单一致动器机构，它以单一的均匀运动来移动该致动器机构，以此控制驱动机构的输出速度，从零直至其最大速度。
本发明的另一个目的是要将变速传动装置与电机的驱动轴相结合，从而获得紧凑的传动装置结构。
说明书的下文将显示出本发明其它的特征和优点，在某种程度上说，通过说明书、权利要求书及其附图，这些特征和优点将是显而易见的。
作为一种具体的和广义的描述，按照本发明的目的以及为了实现上述的和其它的优点，提供了一种变速传动装置，它包括具有转动轴线以及第一表面和第二表面的第一皮带轮，所述第一表面能够相对于第二表面运动；位于第一皮带轮的第一表面和第二表面附近的皮带；以及位于第一皮带轮附近的致动器，它能够驱使第一表面相对于第二表面在空档位置、中速位置和全速位置三者之间运动；在由第一表面所确定的空档位置时，第一表面位于其相对于第二表面的第一位置，而且第一表面能够相对于第二表面转动；在由第一表面所确定的中速位置时，第一表面位于其第二位置，这一位置，较之第一表面位于其第一位置时的位置，更加靠近第二表面；而且皮带与第一表面及第二表面摩擦啮合，因而第一表面、第二表面和皮带其中之一的运动使得上述三者中的另一个也产生运动；以及在由第一表面所确定的全速位置时，第一表面位于其第三位置，这一位置，较之第一表面位于其第二位置时的位置，更加靠近第二表面；而且此时皮带的位置，较之第一表面位于其第二位置时的皮带位置，更加远离第一皮带轮的转动轴线。
本发明还包括一种变速传动装置，用以连续地改变驱动车轮的输出速度，从零转速直至其最高限速，它包括能够从零直至最高限速控制所述驱动车轮的速度的单一控制机构；连接于所述控制机构的致动器；以及可操作连接于控制机构和驱动车轮之间的传动系统，所述传动系统包括第一皮带轮和第二皮带轮以及不多于一条的皮带。
此外，本发明还包括一种变速传动装置，用以连续地改变驱动车轮的输出速度，从零转速直至其最高限速，它包括能够从最高限速至零转速控制所述驱动车轮的速度的单一控制机构；连接于所述控制机构的致动器；以及可操作连接于控制机构和驱动车轮之间的传动系统，所述传动系统包括由皮带相连的第一皮带轮和第二皮带轮，所述的第一皮带轮具有转动轴线以及第一表面和第二表面，第一表面能够相对于第二表面而运动；所述的致动器位于第一皮带轮附近，并且能够驱使第一表面相对于第二表面在空档位置、中速位置和全速位置三者之间运动；在由第一表面所确定的空档位置时，第一表面位于其相对于第二表面的第一位置，而且第二表面能够相对于第一表面转动；在由第一表面所确定的中速位置时，第一表面位于其第二位置，这一位置，较之第一表面位于其第一位置时的位置，更加靠近第二表面；而且皮带与第一表面及第二表面摩擦啮合，因而第一表面、第二表面和皮带其中之一的运动使得上述三者中的另一个也产生运动；以及在由第一表面所确定的全速位置时，第一表面位于其第三位置，这一位置，较之第一表面位于其第二位置时的位置，更加靠近第二表面；而且此时皮带的位置，较之第一表面和第二表面位于其中速位置时的皮带位置，更加远离第一皮带轮的转动轴线。
进一步地，本发明还包括一种变速传动装置，它包括具有转动轴线以及第一表面和第二表面的第一皮带轮，所述第一表面能够相对于第二表面而运动；具有第二皮带轮转动轴线以及第二皮带轮第一表面和第二表面的第二皮带轮；安装在第一皮带轮和第二皮带轮上的皮带；以及位于第一皮带轮附近的致动器，它能够驱使第一表面相对于第二表面在空档位置和驱动状态之间运动；在由第一表面所确定的空档位置时，第一表面位于其相对于第二表面的第一位置，而且第一表面能够相对于第二表面转动；在由第一表面和第二表面与皮带之间的摩擦啮合而确定的驱动状态时，第一表面、第二表面以及皮带三者一起转动。
本发明还包括一种变速传动装置，它包括具有转动轴线以及第一表面和第二表面的第一皮带轮，所述第一表面能够相对于第二表面而运动；具有第二皮带轮转动轴线以及第二皮带轮第一表面和第二表面的第二皮带轮，第二皮带轮的第一表面能够沿着第二皮带轮的转动轴线相对于其第二表面而运动；位于第二皮带轮的第一表面和第二表面其中之一附近的推压机构，它能够将第一皮带轮的第一表面推向其第二表面；安装在第一皮带轮和第二皮带轮上的皮带；以及位于第一皮带轮附近的致动器，它能够驱使第一皮带轮的第一表面相对于第二表面在空档位置和驱动状态之间运动；在由第一表面所确定的空档位置时，第一表面位于其相对于第二表面的第一位置，而且第一表面能够相对于第二表面转动；在由第一表面和第二表面与皮带之间的摩擦啮合而确定的驱动状态时，第一表面、第二表面以及皮带三者一起转动。
此外，本发明还包括变速传动装置的使用方法，该变速传动装置包括具有转动轴线以及第一表面和第二表面的第一皮带轮，所述第一表面能够沿着转动轴线相对于第二表面而运动；以及位于第一皮带轮的第一表面和第二表面附近的皮带；该方法包括驱使第一表面、第二表面和皮带三者之一围绕着第一皮带轮的转动轴线而运动；驱使第一表面沿着转动轴线相对于第二表面而运动，因而第一表面、第二表面各自的一部分与皮带摩擦啮合，从而使得第一表面、第二表面和皮带三者之一开始围绕着第一皮带轮的转动轴线而运动；以及驱使皮带作离开第一皮带轮转动轴线的运动，从而使得皮带围绕着第一皮带轮转动轴线的运动更快。
本发明还包括所述变速传动装置的使用方法，该变速传动装置包括具有转动轴线以及第一表面和第二表面的第一皮带轮，所述第一表面能够沿着转动轴线相对于第二表面而运动；具有第二皮带轮转动轴线以及第二皮带轮第一表面和第二表面的第二皮带轮，第二皮带轮的第一表面能够沿着第二皮带轮的转动轴线相对于第二表面而运动；连接在第一皮带轮和第二皮带轮之间的皮带；该方法包括驱使第一表面、第二表面和皮带三者之一围绕着第一皮带轮的转动轴线而运动；驱使第一表面沿着转动轴线相对于第二表面而运动，因而第一表面、第二表面各自的一部分与皮带脱离摩擦，从而使得第一表面、第二表面和皮带三者之一相对于三者当中的另一个开始运动。
本发明还包括所述变速传动装置的使用方法，该变速传动装置用来驱动动力机械上的推进机构，该方法包括提供一个连接于推进机构的驱动系统上的控制机构，所述的驱动系统包括具有转动轴线以及第一半轮(shave)和第二半轮的第一皮带轮，以及皮带，其内表面环绕着第一皮带轮；允许第一半轮相对于第二半轮基本上保持固定；驱使第一皮带轮的第一半轮相对于皮带而转动；使得皮带与第一皮带轮的第一半轮以足够的作用力相互啮合，以使皮带围绕着第一皮带轮开始运动。
应该理解，上面的概括性描述和下文的详细描述只是举例和说明，是为了对权利要求书所定义的本发明作进一步的解释。


与说明书相结合并作为说明书一部分的附图是为了进一步理解本发明。附图表示了本发明的一些实施例，并与说明书一起用来解释本发明的原理，其中图1是按照本发明原理制造的变速传动装置的立体图；图2是图1结构中的第一皮带轮和致动器的立体图；图3是图1结构中的第一皮带轮和致动器的顶视图；图4是图1结构中的第一皮带轮和致动器的侧视图；图5是图1结构中的第一皮带轮和致动器在空档位置时的运行侧视图；图6是图1结构中的第一皮带轮和致动器在全速位置时的运行侧视图；图7是图1结构中的第一皮带轮和致动器在中速位置时的第二运行侧视图；图8是图1的第二皮带轮的立体图；图9是图1的第二皮带轮的侧视图；图10是图1的第二皮带轮的分解图；图11是致动器和第一皮带轮组件的另一个实施例的截面剖视图；图12是致动器和第一皮带轮组件的另一个实施例的截面剖视图；图13是致动器和第一皮带轮组件的另一个实施例的截面剖视图；以及图14是致动器和第一皮带轮组件的另一个实施例的截面剖视图。
具体实施例方式
下面详细地描述本发明的优选实施例，附图表示了其中的一些实施例。
图1是变速传动装置(VST)的一个优选实施例的顶视立体图。该VST包括第一皮带轮100和与发动机输出轴600相连的致动器400。皮带300将第一皮带轮100与第二皮带轮200相连，第二皮带轮200然后又连接于动力机械相关元件的驱动机构。这样，来自发动机输出轴600的旋转动力可通过致动器400、第一皮带轮100、皮带300和第二皮带轮200传递至驱动机构。控制机构500可连接于致动器400，以改变驱动机构的输出速度，从大约零转速变化到啮合转速/或称中速，再到最大转速/或称全速。如同下文中更详细地解释的那样，控制机构500使得致动器400去改变第一和第二皮带轮100，200各自的皮带槽宽度，从而改变皮带300在第一和第二皮带轮100，200上的转动半径，以此改变驱动机构的输出速度的范围。下面详细解释。此外，本发明还提供了一个空档位置，此时驱动轴600的旋转动力脱离动力机械的驱动机构。通过将皮带300用作一个“离合器”而实现这一空档位置。这也将在下文中予以详细的描述。
一个(未示出的)连接于控制机构500的致动器能够控制该动力机械，以便控制上述致动器400的启动，以及最终控制该动力机械驱动机构的启动和改变其输出速度。最好是使用单一运动来控制致动器，使该致动器在空档档位和全速档位之间运动。致动器的类型之一是一种铰接于动力机械的U型手柄上的U形杆式的致动器。这种类型的致动器的控制是通过推压U形杆并使它相对于U型手柄转动、使得控制线515相对于手柄运动而进行的。当U形的致动器杆变得与U形手柄平齐和/或两者共面时，控制机构500使得致动器400处于其最大速度。当U形的致动器杆转动到其相对于U型手柄的最大角时，致动器处于其空档。这样，通过推压U形的致动器杆，或者说使U形的致动器杆相对于U型手柄转动，操作者就可以驱动该动力机械，使其从静止到达其最大速度。当然，也可以使用其它类型的致动器，例如旋转钮或转动杆式的致动器来代替U形杆式的致动器，以便在空档和最大速度之间控制该动力机械的速度。
如图2-7所示，致动器400包括第一致动器盘410和第二致动器盘420，当控制机构500启动时，这两个致动器盘可以相互转动。第一致动器盘410的顶面413可具有一个伸出的锁定件417，用于将第一致动器盘锁定于壳体或动力机械的其它元件。这样，第二致动器盘420就能够相对于第一致动器盘410以及整个的动力机械而转动。或者，也可以是第一致动器盘410能够相对于第二致动器盘420以及整个的动力机械而转动。一些轴承404使得第一和第二致动器盘能够相对于驱动轴600而转动，该驱动轴600位于致动器盘410、420的轴孔403中。各个轴承404可以是相同类型或者不同类型的，可对其加以选择以满足本发明特定应用场合所需的性能要求。此外，当需要考虑经济性时，在某些场合也可以不使用轴承，或者只使用同一类型的轴承。可以设置固定夹601用以将致动器400定位在驱动轴600上。
控制机构500最好是通过一个连接头517连接于致动器400，该连接头517锁定在第二致动器盘上的一个相配合的致动器切口426中。把从缆线保持器510上延伸出的锁定块512插入到第一致动器盘410的延伸部418的孔中，就可以将缆线保持器510固定到第一致动器盘410的延伸部418上。位于缆线保持器510中的控制缆(或者说控制线)515能够相对于缆线保持器510和第一致动器盘410运动。因此，控制线515的运动使得第二致动器盘420产生相对于第一致动器盘410的运动/转动。球体/斜面机构443(见图3)可以与致动器弹簧430配合使用，以便当控制线515上的拉力被释放后，将第二致动器盘420推压到相对于第一致动器盘410的初始位置。
球体/斜面机构443包括位于第一和第二致动器盘410、420之间的球体440，球体440骑在第一和第二致动器盘410、420之一的斜面441上。当第二致动器盘420相对于第一致动器盘410转动时，球体440骑到斜面441上，并且使得第二致动器盘420克服弹簧430的作用力，分开并远离第一致动器盘410。弹簧430连接在第一致动器盘410上，并且延伸穿过位于第二致动器盘420的弹簧容纳部423中的槽427。槽427如此成形，使得当第二致动器盘420相对于第一致动器盘410转动时，弹簧430顺抵着第二致动器盘的下表面424。当两个盘相互转动时，弹簧430始终将第二致动器盘420推向第一致动器盘410。通过将每个弹簧430的一端插入到第一致动器盘410顶面的弹簧锁定孔416中，就可以将弹簧连接于第一致动器盘410。弹簧430然后向下穿过第一致动器盘410上的弹簧槽415。
通过分别设置在第一和第二致动器盘410，420上的凸台412，422就可以限制第一致动器盘410相对于第二致动器盘420的转动。凸台412，422分别凸伸到对面的第一和第二致动器盘420，410的滑道421，411中。这样，第一和第二致动器盘410，420之间的转动就受限于滑道411，421的长度以及相应的凸台422，412的长度。
第一皮带轮100包括第一半轮110和第二半轮120，两者之间形成了皮带槽130。第二半轮120可连接于驱动轴600并与其一起转动，这样，第二半轮和驱动轴600就能够相对于第一皮带轮100的第一半轮110而转动。第一半轮110也可以相对于驱动轴600和第二致动器盘420而转动。为了便于相对转动，轴承404可设置在第一半轮110和驱动轴600之间，以及设置在第一半轮110和第二致动器盘420之间。当第二致动器盘420由于控制机构500的作用而向下运动时，它迫使第一皮带轮的第一半轮110朝着第二半轮120运动，这就减小了第一皮带轮100的皮带槽130的宽度。由于皮带槽的宽度变窄，皮带300便啮合于第二半轮120的表面121。当皮带300啮合于表面121时，皮带300被张紧；并且由于转动面121与皮带表面之间的摩擦力而使皮带300开始围绕着第一皮带轮100的转动轴线而转动。这一作用就是上文所说的“将皮带300用作一个离合器”。
通过控制机构500的运动而迫使致动器盘410，420进一步分离，使得第一半轮110更加靠近第二半轮120，就可以使皮带槽130变得更窄。第一和第二半轮110，120的表面111，121分别包括斜面114，124。当第一和第二半轮110，120相互靠近时，迫使皮带300沿着这两个斜面114，214径向上升，移向皮带槽130的外部。于是当第一和第二半轮110，120相互靠近时，皮带向外运动，远离驱动轴600的转动轴线，并且使皮带的转速增加。当皮带300位于其距离转动轴线的最远处，以及第一皮带轮的第一半轮110最靠近第二半轮120时，驱动机构处于其最大速度。
第一半轮110还可以包括一个延伸表面112，它沿着驱动轴600的转动轴线而延伸，并且位于第一和第二半轮110，120各自的第一斜面114和第二斜面124之间。当本发明的装置处于其空档位置时(也就是没有致动力作用于控制机构500，第一和第二致动器盘410，420靠向一起，第一皮带轮的第一和第二半轮110，120两者处于最宽的状态时)，皮带300的张力使得第一皮带轮的皮带槽回到其最宽的状态，皮带300置于延伸面112上。该驱动机构有效地保持在齿轮传动的空转或称齿轮传动的空档位置。
皮带300最好连接于第二皮带轮20，并将动力从驱动轴600提供到第二皮带轮200。第二皮带轮200可连接于动力机械的驱动机构，以便推进该动力机械。
如图8-10所示，第二皮带轮200可包括第二皮带轮的第一半轮210，它可以连接于第二皮带轮的第二半轮220并与其一起转动。第二皮带轮的第二半轮220上可设有一个轮毂227，它延伸穿过第一半轮210的凸缘217中的键槽孔218。轮毂227与键槽孔218的相应形状将两个半轮210，220转动锁定到一起。轮毂227包括轴孔225，用以连接驱动机构的输入轴。当第二皮带轮的第一半轮210连接至第二半轮220后，可将一个连接盘250连接于第二半轮220的轮毂227，以保持第一和第二半轮210，220连为一体。连接盘250可通过一些螺钉253而连接于轮毂227，这些螺钉253延伸穿过连接盘250上的孔251，并且拧入到第二半轮220的轮毂227上的螺钉孔223中。本发明还可以采用其它形式的轮毂，包括单键的轮毂。
弹簧240，它可以是薄片簧或者是盘形簧，位于连接盘250和第一半轮210的顶面216之间，以便将第二皮带轮的第一半轮210压向第二半轮220。弹簧240套在第二皮带轮第一半轮210的凸缘217的外面，它可包括上圈241和下圈242，两者通过中间簧片243相互分开。上圈241和下圈242分别平贴在连接盘250的下表面和第一半轮210的顶面上。弹簧240能够使得第二皮带轮200的第一半轮210和第二半轮220之间的皮带槽230根据皮带300的张力而改变其宽度。
皮带300可以骑跨在第二皮带轮200的第一和第二半轮210，220各自的第一表面211和第二表面221之间。当第二皮带轮200的第一和第二半轮210，220在弹簧240的推压作用下相互靠近时，第一和第二表面211，221各自的斜面214，224趋向于使皮带300向外运动，远离第二皮带轮的转动轴线。于是当皮带300中的张力降低时，弹簧240的推压力使第一和第二半轮210，220相互靠近，从而减小皮带槽230的宽度。因而使得皮带300进一步远离第二皮带轮的转动轴线，从而减小第二皮带轮200的转速以及连接在第二皮带轮上的驱动机构的转速。与此相反，当皮带300被张紧时，(也就是启动控制机构500，使得致动器400驱使第一皮带轮的两个半轮110，120相互靠近，将皮带300“接合到”运动状态或称张紧状态时)，皮带300中的张力克服了弹簧240的推压力，将第二皮带轮的两个半轮210，220分开，从而增大皮带槽230的宽度。当皮带槽230加宽时，皮带300沿着第二皮带轮200的第一和第二表面向内运动，靠近第二皮带轮的转动轴线。由于皮带300更靠近第二皮带轮200的转动轴线，也就减小了围绕皮带轮的转动半径，转速因此而增大。于是当皮带300通过控制机构500而被张紧时，驱动机构就以更高的速度被驱动。当皮带被张紧(或放松)时，由于第一和第二皮带轮100，200上的皮带槽宽度相互间是反向变化的，于是在第二皮带轮200的输出轴上就获得了双倍的增速(或减速)效果。
如图11-12所示，可以设计成将第一皮带轮100和致动器400安装在割草机的刀片700与割草机箱体的下部800之间。图11，12的剖视图各自的右半部分表示了一个实施例，其中皮带轮100和致动器400的诸多元件都是模制元件，以及第一皮带轮处于其最大速度(也就是致动器400被启动，第一皮带轮100的两个半轮110，120处于其最小分离状态，皮带300离开驱动轴600的转动轴线最远)。图11的剖视图的左半部分表示了一个实施例，其中皮带轮100和致动器400的诸多元件都是板式元件，以及第一皮带轮100和致动器400处于空档位置。然而，在该剖视图的左半部分中，同时表示出皮带300处于空档和最大转速。
图13-14表示了本发明的另一个实施例，在这个实施例中，“刀片式的制动离合器”900如同第一皮带轮100和致动器400一样，安装在同一个驱动轴600上。在这个实施例中，所示的许多元件都由金属板材制造。然而，这些元件也可以制造成模制元件。剖视图13，14的右半部分表示了刀片式制动离合器处于启动状态，此时，一个独立的刀片式离合器将驱动轴从输出元件上脱开，刀片式制动器作用于脱开后的输出元件，以停止输出元件和任何部件的转动，例如连接在输出元件上的割草机刀片的转动。剖视图13，14的左半部分表示了刀片式制动离合器处于未启动状态，此时，驱动轴600连接在输出元件上并驱使它转动。
当皮带300骑跨在第一皮带轮100上时，从皮带外部测量的第一皮带轮100的外径值，其推荐范围如下低速/空档时48.2mm；中速时68.2mm；最大速度时88.2mm；类似地，当皮带300骑跨在第二皮带轮200上时，从皮带外部测量的第二皮带轮200的外径值，其推荐范围如下低速/空档时103mm；中速时83.5mm；最大速度时64mm。当然，第一和第二皮带轮的具体的直径值可以根据特定的应用场合或者所要求的传动比而加以变化。为了以每分钟3100转的速度(3100rpm)驱动一个配备了具有上述直径值的第一和第二皮带轮的、且在空档和最大速度之间作输出变化的割草机发动机，所需的功率在行进时大约是0.16马力，在最大载荷时大约是0.47马力。此外，在本发明的实施例中，前进速度可在1.22英里/小时～3.61英里/小时(mph)之间变化。
在本发明的上述实施例中，致动器400启动时所需的作用力可以非常小，因而缆线515中只需很小的拉力。这一很小的拉力为变速传动装置提供了良好的操作稳定性和使用的耐久性，而且也便于使用者的操作。
尽管以优选实施例的方式对本发明作了描述，然而应当理解，在本发明的权利要求书的精神和范围内，这些实施例可以有各种变化。例如，可以对上述具体的速度值、功率值和直径值加以改变，以适应特定的应用场合或者满足不同的目的。此外，本发明还可以包括这样的一个实施例，其中的致动器和第一皮带轮都连接到被动轴上，如上所述的第二皮带轮则安装到驱动轴或者发动机输出轴上。本发明的装置还能够以多种不同的方式安装到动力机械上，其中包括安装在箱体的下面、箱体的上面、甚至是动力机械某一部分的侧面。
这里所公开的致动器包括一个用于使致动器盘分离的球体/斜面机构243。然而，在本发明的精神和范围内还可以采用其它的已知类型的致动器，例如，正在审查中的美国专利申请09/628,447号中所描述的刀片式制动离合机构，可用来代替前面所述的致动器机构，该专利申请在此引用作为参考。还可以用不同的方式将致动器安装到动力机械上，例如，可以将第二致动器盘(也就是下方的那个致动器盘)固定于动力机械，而将第一致动器盘(也就是上方的那个致动器盘)连接于控制机构，并且它可以相对于动力机械和第二致动器盘转动。
尽管这里所公开的第二皮带轮具有相互转动锁定的第一和第二半轮，但在本发明的范围内，还包括其第一和第二半轮能够相互转动的第二皮带轮。在变速时，当驱动机构和/或致动器机构啮合时这种结构能够提供更平稳的传动。这里所公开的第一皮带轮，其第一半轮和第二半轮相互分离。然而，这一结构也可以考虑为相互接触，或者通过轴承或类似物相互分离。此外，第一皮带轮的第一半轮上的延伸部(即轮毂部分)也可以不连接于第一半轮，而是自由地套在驱动轴上。还有，根据所使用的皮带类型和所有运动元件的摩擦特性，也可以在该结构中省略第一半轮的延伸部。
另外，在本发明的范围内，还可以考虑使第一皮带轮相对于致动器处于不同的位置，其中包括在驱动轴上位于致动器的上方或下方。也可以由驱动轴来驱动第一半轮(而不是前面所述的那样第二半轮受驱动)，以及可以驱使第二半轮朝着第一半轮运动，以使第一皮带轮的皮带槽变窄，并且移动皮带使之与转动的第一半轮相接触。此外，上面所述的致动器和第一皮带轮可以位于传动系统的被动轴上，而且皮带可由一个构造成与上述实施例中所述的第二皮带轮相类似的驱动皮带轮来驱动。可以启动致动器，使得被动皮带轮的第一和第二半轮与位于传动装置被动皮带轮一侧的正在运动的皮带相接触。在这种结构中，可以使皮带运动，而被动皮带轮则可以“离合”于正在运动的皮带，以启动该变速传动装置。
第一和第二皮带轮以及皮带的相对尺寸，可根据所要求的速度比以及具体动力机械的设计参数而加以改变。同样，致动器的尺寸也可以改变。制造该系统所使用的材料可以广泛选择，其中包括铸造金属、金属板、塑料、橡胶、陶瓷等。材料的选择要满足皮带啮合或离合时所需要的摩擦值，因此，这是为特定应用场合设计本发明装置时需要着重考虑的内容。
在本发明的范围内，控制装置也可以由其它形式构成，例如，控制机构可以是磁性的、液压的、气动的、双臂曲柄式的、或其它类型的致动装置；也可以是电磁线圈式的，或者其它类型的电气致动装置。
对于本领域的技术人员而言，在本发明的精神和范围内显然可以对本发明的传动装置作出各种的改进和变化。因此，在所附权利要求书及其等同物的表述所确定的范围内所提出的、所有关于本发明的各种改进和变化都将属于本发明的范围。
权利要求
1.一种变速传动装置，它包括具有转动轴线以及第一表面和第二表面的第一皮带轮，所述第一表面能够相对于第二表面而运动；位于第一皮带轮的第一表面和第二表面附近的皮带；以及位于第一皮带轮附近的致动器，它能够驱使第一表面相对于第二表面在空档位置、中速位置和全速位置三者之间运动；在由第一表面所确定的空档位置时，第一表面位于其相对于第二表面的第一位置，而且第一表面能够相对于第二表面转动；在由第一表面所确定的中速位置时，第一表面位于其第二位置，这一位置，较之第一表面位于其第一位置时的位置，更加靠近第二表面，而且皮带与第一表面及第二表面摩擦啮合，因而第一表面、第二表面和皮带其中之一的运动使得上述三者中的另一个也产生运动；以及在由第一表面所确定的全速位置时，第一表面位于其第三位置，这一位置，较之第一表面位于其第二位置时的位置，更加靠近第二表面，而且此时皮带的位置，较之第一表面位于其第二位置时的皮带位置，更加远离第一皮带轮的转动轴线。
2.如权利要求1所述的变速传动装置，其中该装置还包括具有第二皮带轮转动轴线以及第二皮带轮第一表面和第二表面的第二皮带轮；其中的皮带位于第二皮带轮的第一表面和第二表面附近。
3.如权利要求2所述的变速传动装置，其中第二皮带轮包括一个位于其第一表面附近的推压机构，它将第二皮带轮的第一表面推向其第二表面。
4.如权利要求3所述的变速传动装置，其中推压装置是一个弹簧。
5.如权利要求2所述的变速传动装置，其中该装置还包括沿着第一皮带轮和第二皮带轮其中之一的转动轴线而设置的驱动轴，以及沿着第一皮带轮和第二皮带轮其中另一个的转动轴线而设置的被动轴。
6.如权利要求5所述的变速传动装置，其中所述的驱动轴连接成与第一皮带轮的第二表面和第二皮带轮的第二表面其中之一共同转动。
7.如权利要求2所述的变速传动装置，其中第二皮带轮的第一表面和第二表面可以相互运动。
8.如权利要求7所述的变速传动装置，其中当第一皮带轮的第一表面和第二表面处于其空档位置时，皮带位于其相对于第二皮带轮转动轴线的第一位置；当第一皮带轮的第一表面和第二表面处于其全速位置时，皮带位于其第二位置，这一位置，较之皮带位于其第一位置时的位置，更加靠近第二皮带轮的转动轴线。
9.如权利要求7所述的变速传动装置，其中与第一皮带轮的第一表面和第二表面处于其全速位置时相比较，当第一皮带轮的第一表面和第二表面处于其空档位置时，第二皮带轮的第一表面更加靠近第二皮带轮的第二表面。
10.如权利要求1所述的变速传动装置，其中当第一表面和第二表面处于其空档位置时，皮带与第一皮带轮的第一表面和第二表面其中之一相分离。
11.如权利要求1所述的变速传动装置，其中所述的致动器是球体/斜面型的致动器。
12.如权利要求1所述的变速传动装置，其中该装置还包括连接于致动器的控制机构，该控制机构被构造成能够使得致动器驱动第一皮带轮的第一表面产生相对于第二表面的运动。
13.如权利要求12所述的变速传动装置，其中控制机构包括连接于致动器的控制线，控制线的运动使得致动器驱动第一皮带轮的第一表面产生相对于第二表面的运动，于是控制线在三个独立位置间的运动，使得第一皮带轮的第一表面和第二表面相应地在空档位置、中速位置和全速位置运动。
14.如权利要求1所述的变速传动装置，其中该装置还包括使得致动器驱动第一皮带轮的第一表面相对于第二表面产生运动的装置。
15.如权利要求1所述的变速传动装置，其中第一皮带轮的第一表面包括沿着第一皮带轮的转动轴线而延伸的第一部分，当第一表面处于空档位置时，皮带连接于第一表面的所述第一部分。
16.如权利要求1所述的变速传动装置，其中第一皮带轮的第一表面和第二表面随着它们靠近第一皮带轮的转动轴线，两者之间形成一个角度，于是当第一表面和第二表面相互靠近时，通过第一表面和第二表面而迫使皮带远离第一皮带轮的转动轴线。
17.一种变速传动装置，用以连续地改变驱动车轮的输出速度，从零转速直至其最高限速，它包括能够从零直至最高限速控制所述驱动车轮的速度的单一控制机构；连接于所述控制机构的致动器；以及可操作连接于控制机构和驱动车轮之间的传动系统，所述传动系统包括第一皮带轮和第二皮带轮以及不多于一条的皮带。
18.一种变速传动装置，用以连续地改变驱动车轮的输出速度，从零转速直至其最高限速，它包括能够从最高限速至零转速控制所述驱动车轮的速度的单一控制机构；连接于所述控制机构的致动器；以及可操作连接于控制机构和驱动车轮之间的传动系统，所述传动系统包括由皮带相连的第一皮带轮和第二皮带轮，所述的第一皮带轮具有转动轴线以及第一表面和第二表面，第一表面能够相对于第二表面而运动；所述的致动器位于第一皮带轮附近，并且能够驱使第一表面相对于第二表面在空档位置、中速位置和全速位置三者之间运动，在由第一表面所确定的空档位置时，第一表面位于其相对于第二表面的第一位置，而且第二表面能够相对于第一表面转动，在由第一表面所确定的中速位置时，第一表面位于其第二位置，这一位置，较之第一表面位于其第一位置时的位置，更加靠近第二表面，而且皮带与第一表面及第二表面摩擦啮合，因而第一表面、第二表面和皮带其中之一的运动使得上述三者中的另一个也产生运动，以及在由第一表面所确定的全速位置时，第一表面位于其第三位置，这一位置，较之第一表面位于其第二位置时的位置，更加靠近第二表面，而且此时皮带的位置，较之第一表面和第二表面位于其中速位置时的皮带位置，更加远离第一皮带轮的转动轴线。
19.一种变速传动装置，它包括具有转动轴线以及第一表面和第二表面的第一皮带轮，所述第一表面能够相对于第二表面而运动；具有第二皮带轮转动轴线以及第二皮带轮第一表面和第二表面的第二皮带轮；安装在第一皮带轮和第二皮带轮上的皮带；以及位于第一皮带轮附近的致动器，它能够驱使第一表面相对于第二表面在空档位置和驱动位置之间运动，在由第一表面所确定的空档位置时，第一表面位于其相对于第二表面的第一位置，而且第一表面能够相对于第二表面转动，在由第一表面和第二表面与皮带之间的摩擦啮合而确定的驱动位置时，第一表面、第二表面以及皮带三者一起转动。
20.一种变速传动装置，它包括具有转动轴线以及第一表面和第二表面的第一皮带轮，所述第一表面能够相对于第二表面而运动；具有第二皮带轮转动轴线以及第二皮带轮第一表面和第二表面的第二皮带轮，第二皮带轮的第一表面能够沿着第二皮带轮的转动轴线相对于其第二表面而运动；位于第二皮带轮的第一表面和第二表面其中之一附近的推压机构，它能够将第一皮带轮的第一表面推向其第二表面；安装在第一皮带轮和第二皮带轮上的皮带；以及位于第一皮带轮附近的致动器，它能够驱使第一皮带轮的第一表面相对于第二表面在空档位置和驱动位置之间运动，在由第一表面所确定的空档位置时，第一表面位于其相对于第二表面的第一位置，而且第一表面能够相对于第二表面转动，在由第一表面和第二表面与皮带之间的摩擦啮合而确定的驱动位置时，第一表面、第二表面以及皮带三者一起转动。
21.如权利要求20所述的变速传动装置，其中推压装置是一个弹簧。
22.如权利要求20所述的变速传动装置，其中第二皮带轮的第一表面具有一个开孔，第二表面包括一个插入到第一表面的上述开孔中的轮毂。
23.如权利要求22所述的变速传动装置，其中第二皮带轮包括一个连接于第二表面的轮毂上的连接盘，该连接盘限制了第一表面相对于第二表面的运动；以及推压机构位于第二皮带轮的第一表面和连接盘之间，将第一表面推离连接盘并推向第二表面。
24.如权利要求20所述的变速传动装置，其中致动器能够驱使第一表面相对于第二表面在空档位置、驱动位置和全速位置三者之间运动；在由第一表面所确定的全速位置时，第一表面所处的位置，较之第一表面在驱动状态下位于其第二位置时的位置，更加靠近第二表面；而且此时皮带的位置，较之第一表面和第二表面位于其驱动位置时的皮带位置，更加远离第一皮带轮的转动轴线。
25.一种使用变速传动装置的方法，该变速传动装置包括具有转动轴线以及第一表面和第二表面的第一皮带轮，所述第一表面能够沿着转动轴线相对于第二表面而运动；以及位于第一皮带轮的第一表面和第二表面附近的皮带；该方法的特征包括驱使第一表面、第二表面和皮带三者之一围绕着第一皮带轮的转动轴线而运动；驱使第一表面沿着转动轴线相对于第二表面而运动，因而第一表面、第二表面各自的一部分与皮带摩擦啮合，从而使得第一表面、第二表面和皮带三者之一开始围绕着第一皮带轮的转动轴线而运动；以及驱使皮带作离开第一皮带轮转动轴线的运动，从而使得皮带围绕着第一皮带轮转动轴线的运动更快。
26.如权利要求25所述的使用变速传动装置的方法，其中所说的驱使皮带作离开第一皮带轮转动轴线的运动还包括驱使第一表面沿着转动轴线连续地朝着第二表面运动，因而通过第一皮带轮的第一表面和第二表面迫使皮带远离转动轴线。
27.如权利要求25所述的使用变速传动装置的方法，其中所说的驱使第一表面沿着第一皮带轮的转动轴线朝向第二表面而运动还包括启动一个位于第一皮带轮附近的致动器。
28.如权利要求25所述的使用变速传动装置的方法，其中所述的致动器是球体/斜面型的致动器。
29.如权利要求25所述的使用变速传动装置的方法，其中致动器的启动包括在空挡状态和驱动位置之间移动所述的控制线。
30.如权利要求29所述的使用变速传动装置的方法，其中该方法还包括提供一个被动轮，移动控制线使得当控制线处于空档位置时被动轮基本上不运动，当控制线从空档位置移动至中速位置时，被动轮开始转动，以及当控制线从中速位置移动至第二位置时，被动轮增加其转速。
31.如权利要求25所述的使用变速传动装置的方法，其中该方法还包括提供一个具有转动轴线的第二皮带轮；沿着第一皮带轮和第二皮带轮其中之一的转动轴线设置所述的驱动轴，沿着第一皮带轮和第二皮带轮其中另一个的转动轴线设置所述的被动轴。
32.如权利要求31所述的使用变速传动装置的方法，其中第二皮带轮包括第一表面和第二表面，该方法还包括当第一皮带轮的第一表面朝着其第二表面运动时，移动第二皮带轮的第一表面使其远离第二表面。
33.如权利要求25所述的使用变速传动装置的方法，其中第一皮带轮的第一表面包括沿着第一皮带轮的转动轴线而延伸的延伸部，该方法还包括在沿着转动轴线朝着第一皮带轮的第二表面移动第一表面之前，将皮带支承在第一表面的延伸部上。
34.如权利要求25所述的使用变速传动装置的方法，其中第一皮带轮的第一表面和第二表面随着它们靠近第一皮带轮的转动轴线，两者之间形成一个角度，于是当第一表面朝着第二表面靠近时，通过第一表面和第二表面而迫使皮带远离第一皮带轮的转动轴线。
35.如权利要求25所述的使用变速传动装置的方法，其中该方法还包括提供一个第二皮带轮，它具有第二皮带轮转动轴线以及第二皮带轮的第一表面和第二表面，皮带连接于该第二皮带轮；朝着第二表面推压第一表面；使皮带围绕着第二皮带轮的转动轴线而转动；沿着第一方向和第二方向其中之一移动皮带；所说的第一方向是朝着第二皮带轮的转动轴线、并且使得第二皮带轮更快地转动的方向，所说的第二方向是远离第二皮带轮的转动轴线、并且使得第二皮带轮更慢地转动的方向。
36.如权利要求35所述的使用变速传动装置的方法，其中移动皮带使其远离第一皮带轮的转动轴线还包括驱使皮带朝着第二皮带轮的转动轴线而运动，以使得第二皮带轮转动得更快。
37.一种使用变速传动装置的方法，该变速传动装置包括具有转动轴线以及第一表面和第二表面的第一皮带轮，所述第一表面能够沿着转动轴线相对于第二表面而运动；具有第二皮带轮转动轴线以及第二皮带轮第一表面和第二表面的第二皮带轮，第二皮带轮的第一表面能够沿着第二皮带轮的转动轴线相对于其第二表面而运动；连接在第一皮带轮和第二皮带轮之间的皮带；该方法的特征包括驱使第一表面、第二表面和皮带三者之一围绕着第一皮带轮的转动轴线而运动；驱使第一表面沿着转动轴线相对于第二表面而运动，因而第一表面、第二表面各自的一部分与皮带脱离摩擦，从而使得第一表面、第二表面和皮带三者之一相对于三者当中的另一个开始运动。
38.如权利要求37所述的使用变速传动装置的方法，其中所说的驱使第一表面沿着转动轴线相对于第二表面而运动，因而第一表面、第二表面各自的一部分与皮带脱离摩擦这一步骤还包括将第一表面、第二表面和皮带三者之一的速度减小到相对于其余两者基本为零转速。
39.如权利要求37所述的使用变速传动装置的方法，其中在所说的驱使第一表面沿着转动轴线相对于第二表面而运动，因而第一表面、第二表面各自的一部分与皮带脱离摩擦这一步骤之前，该方法还包括沿着第一方向和第二方向其中之一移动皮带；所说的第一方向是朝着第一皮带轮的转动轴线和远离第二皮带轮的转动轴线、并且使得皮带围绕着第一皮带轮的转动轴线和第二皮带轮围绕着第二皮带轮的转动轴线更慢地转动的方向；所说的第二方向是远离第一皮带轮的转动轴线和朝着第二皮带轮的转动轴线、并且使得皮带围绕着第一皮带轮的转动轴线和第二皮带轮围绕着第二皮带轮的转动轴线更快地转动的方向。
40.如权利要求39所述的使用变速传动装置的方法，其中所说的沿着第二方向移动皮带还包括在第二皮带轮上设置一个推压机构，推压第一表面和第二表面相互靠近，以使皮带远离第二皮带轮的转动轴线。
41.如权利要求39所述的使用变速传动装置的方法，其中所说的沿着第一方向和第二方向其中之一移动皮带还包括设置一个致动器，它能够在空挡状态和驱动位置之间运动，驱使第一表面和第二表面相互靠近或者相互分离，以使皮带分别远离或者靠近第一皮带轮的转动轴线。
42.如权利要求41所述的使用变速传动装置的方法，其中该方法还包括提供一个被动轮；其中所说的在空挡状态和驱动位置之间的该致动器的运动还包括当致动器处于空档位置时，被动轮基本上不运动，当致动器从空档位置朝着驱动位置运动时，被动轮开始转动，当致动器从空档位置朝着驱动位置继续运动时，被动轮增加其转速，当致动器朝着空档位置运动时，被动轮减小其转速。
43.一种使用变速传动装置的方法，该变速传动装置用来驱动动力机械上的推进机构，该方法的特征包括提供一个连接于推进机构的驱动系统上的控制机构，所述的驱动系统包括具有转动轴线以及第一半轮和第二半轮的第一皮带轮；以及皮带，其内表面环绕着第一皮带轮；允许第一半轮相对于第二半轮基本上保持固定；驱使第一皮带轮的第一半轮相对于皮带而转动；以及使得皮带与第一皮带轮的第一半轮以足够的作用力相互啮合，以使皮带围绕着第一皮带轮开始运动。
44.如权利要求43所述的方法，其中第一皮带轮的第一半轮包括第一表面，第一皮带轮的第二半轮包括第二表面；第一表面和第二表面相互面对并形成一个皮带槽；其中皮带的啮合包括皮带与第一皮带轮第一半轮的第一表面相接触，使得皮带围绕着第一皮带轮开始运动。
45.如权利要求44所述的方法，其中皮带的啮合还包括驱使第一表面沿着转动轴线朝着第二表面而运动，使得第一表面、第二表面各自的一部分以足够的作用力与皮带摩擦啮合，从而使得皮带围绕着第一皮带轮的转动轴线开始运动。
46.如权利要求45所述的方法，其中该方法还包括驱使皮带远离第一皮带轮的转动轴线运动，使得皮带围绕着第一皮带轮的转动轴线更快地运动。
全文摘要
一种变速传动装置，包括一个致动机构，它能遥控启动以啮合驱动机构，通过致动机构而改变驱动机构的速度。该变速传动装置包括第一皮带轮，其具有通过致动机构的启动而相互运动的第一表面和第二表面。当第一皮带轮的第一表面和第二表面处于第一位置时，第一皮带轮上的皮带保持静止。第一表面和第二表面通过致动机构运动到第二位置，此时第一皮带轮的第一和第二半轮以足够的摩擦作用力与皮带相啮合，使皮带围绕第一皮带轮开始转动。第一皮带轮的第一和第二表面还可在第二位置和第三位置之间运动，使两表面之间的距离变得更小。当第一皮带轮的第一和第二表面之间的距离变得更小时，皮带向外运动，远离皮带轮的转动轴线，这时，皮带围绕转动轴线转动得更快。
文档编号F16H7/08GK1488044SQ01822434
公开日2004年4月7日 申请日期2001年12月18日 优先权日2000年12月20日
发明者杰弗里·A·瓦恩斯, 杰弗里 A 瓦恩斯 申请人:本田技研工业株式会社