专利名称：脉动无级变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械无级变速器，具体地说，涉及一种脉动无级变速器。
背景技术：
众所周知，传统脉动无级变速器采用传动机构将变速器主轴的匀速旋转运动转换成施加在单向超越离合器上的变速旋转运动，然后再经过单向超越离合器转换成输出轴的单向脉动性旋转运动；通过数个具有一定相位差的组合机构，使输出轴获得脉动幅度很小的单向旋转运动。用调速机构来改变传动机构中某一构件长度或改变某一构件的偏心距来形成构件间新的尺寸比例关系，从而改变变速旋转运动的角速度变化率，通过超越离合器使输出轴的转速发生变化，从而达到无级变速的目的。在阮忠唐主编的《机械无级变速器设计与指南》，中国发明专利申请公开号2128983和2083263的说明书中作了详细描述。
传统脉动无级变速器的缺点是受单向超越离合器的承载能力和抗冲击能力限制，输出机构成为传统脉动无级变速器的致命缺陷，因此只能适用于低速中小功率。且单向超越离合器只能将瞬时角速度最大的那套传动机构的动力输出，脉动性较大，用多增加组合机构相数的方法来减小脉动，又会使脉动无级变速器结构趋于复杂。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题提供了一种脉动无级变速器，其要解决的技术问题在于改变传统脉动无级变速器中由超越离合器作为输出机构主要部件来传递动力的方法。用其它构件取代超越离合器来实现输出机构的功能，使整个机构动力链无薄弱环节，且输出动力时能与传动机构配合将传动机构转变成的变速旋转运动中角速度变化较小的那部分动力传递给输出轴，降低输出动力的脉动性。
本发明的上述技术问题可以用2Z-X型正号机构差动轮系与传动机构组合来实现输出机构的功能，用传动机构一端联接变速器输入轴，另一端和变速器的输入轴分别去封闭二自由度差动轮系的两个中心轮，由转臂通过变速器的输出轴输出动力；利用两个或两个以上具有一定相位差的上述组合机构通过多项逐差原则来输出动力。利用差动轮系逐相输出时，不一定将角速度最大的那套机构的动力输出的特点，用具有将匀速旋转运动转变成能含有一部分较小角速度变化的变速旋转运动功能的传动机构与差动轮系互相配合，使变速器逐相输出动力时将转速变化较小的那部分动力输出，达到减小输出动力的脉动幅度的作用。
在优选实施方式中，差动轮系采用传动比为1∶1的2Z-X型正号机构圆锥齿轮差动轮系，转臂采用单排双圆锥齿轮形式，传动机构一端联接变速传动装置输入轴，另一端和输入轴分别去封闭圆锥齿轮差动轮系的两锥形中心轮，由转臂通过变速器输出轴输出动力，并采用两个上述组合机构按180°相位差逐相输出动力。传动机构利用“等线速同向翻转位似性原理”设计，使传动机构将匀速旋转运动转化成的变速旋转运动中有180°输入轴转角的匀速旋转运动能转化成另一速度的匀速运动。通过传动机构与差动轮系的合适相位组合，达到输出匀速运动的目的。
本发明脉动无级变速器与传统脉动无级变速器相比有如下优点由于采用了传动机构封闭差动轮系中心轮的组合机构来实现输出机构功能，不再采用超越离合器，使整个脉动无级变速器动力链无薄弱环节，可最大限度发挥各环节潜能，提高了脉动无级变速器的可靠性，承载能力和抗冲击能力，使脉动无级变速器能运用于高速大功率。同时组合机构能将传动机构转化后的变速旋转运中角速度变化较小的那一部分动力输出，使脉动无级变速器输出平稳精确，性能稳定。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明图1本发明脉动无级变速器的构造简2输入轴圆筒(2)、同心圆筒(14)和偏心圆筒(16)的端部切面3转臂(10)与输出轴(3)作用面的切面图具体实施方法图1示出了本发明所提供的脉动无级变速器的简图，该脉动无级变速器输入轴(1)及与输入轴一体的输入轴圆筒(2)和输出轴(3)互相同心，能过轴承(4)和轴承(5)互相支承，输入轴通过轴承(6)支承在壳体(8)上，输出轴通过轴承(7)支承在壳体(8)上。(9)、(11)为传动比1∶1的2Z-X型正号机构圆锥齿轮差动轮系的两个锥形中心轮，(10)为差动轮系的转臂，两锥形中心轮(11)、(13)和转臂(12)构成另一圆锥齿轮差动轮系。两圆锥齿轮差轮系共用一个中心轮(11)，且中心轮(11)与输入轴圆筒(2)联为一体，中心轮(11)通过轴承(5)套装在输出轴(3)上。与输入轴(1)输出轴(3)同心的同心圆筒(14)和同心圆筒(15)分别与中心轮(9)中心轮(13)联为一体，它们都通过轴承套装在输出轴(3)上。转臂(10)和转臂(12)也通过轴承套装在输出轴(3)上。如图3所示，转臂(10)上设有两个对称的直齿(28)和(29)，输出轴(3)上也对应设有两个对称的直齿(26)、(27)。正常工作时转臂(10)可以通过直齿(28)推动输出轴(3)上的直齿(27)，直齿(29)推动直齿(26)带动输出轴(3)旋转输出动力。转臂(12)和与之对应位置的输出轴(3)上也设有与之作用的直齿。输出轴(3)上与转臂(10)作用的直齿和与转臂(12)作用的直齿相位相同。输出轴(3)与转臂(10)及输出轴(3)与转臂(12)之间可以在一定范围内相对转动，可转动角度一般在90°左右。偏心圆筒(16)通过能保持与输入轴等角速的联轴器(17)与输入轴圆筒(2)联接，并套在输入轴圆筒(2)的外面。偏心圆筒(16)通过轴承固定在偏心圆筒支架(18)上，偏心圆筒支架(18)通过轴承固定在偏心圆筒支架轴(19)上，偏心圆筒支架轴(19)与壳体(8)联为一体，偏心圆筒调节机构(21)固定在壳体(8)上，偏心圆筒调节机构(21)的输出齿轮(20)与偏心圆筒支架(18)上的半圆齿轮(22)互相咬合，偏心圆筒调节机构(21)可以通过输出齿轮(20)带动半圆齿轮(22)转动，从而带动偏心圆筒支架(18)及其上的偏心圆筒(16)绕偏心圆筒支架轴(19)在一定范围内转动，使偏心圆筒(16)与输入轴圆筒(2)和同心圆筒(14)、(15)形成不同偏心度，如图2偏心圆筒(16)内圆周上带有一条一定高度的具有一定螺旋角的斜齿(23)，斜齿(23)占偏心圆筒(16)内圆周一半。输入轴圆筒(2)上与斜齿(23)相对应的位置开有一条斜槽，可以供斜齿(23)穿过输入轴圆筒(2)，在同心圆筒(14)的外圆周上也带有一条与斜齿(23)旋向相同的斜齿(24)，斜齿(24)的齿顶以不接触输入轴圆筒(2)为限，一般齿顶离输入轴圆筒(2)内壁1mm左右。斜齿(24)上距同心圆筒(14)的中心相同半径的齿面对应一固定螺旋角，随着距同心圆筒(14)中心半径的增大，斜齿(24)对应齿面的螺旋角均匀减小。当同心圆筒(14)和偏心圆筒(16)同心时斜齿(24)和斜齿(23)从齿端到齿尾能紧密贴合，即此时的斜齿(24)齿面的螺旋角等于斜齿(23)的螺旋角，且此时斜齿(23)和斜齿(24)齿长相等；斜齿(24)齿尾的实际齿根厚与斜齿(24)如果整个齿面与斜齿(23)具有相同螺旋角时齿尾应有的齿根厚之差小于斜齿(24)齿面上与斜齿(23)具有相同螺旋角时的齿面处到同心圆筒(14)中心的半径和斜齿(24)齿根到同心圆筒(14)中心半径差的π倍。在输入轴圆筒(2)与同心圆筒(14)之间设有一个弹簧(25)，弹簧(25)的弹力所能支撑力距远小于输入轴输入力距，弹簧(25)可以使斜齿(23)和斜齿(24)尽可能贴合。同样在同心圆筒(15)及偏心圆筒(16)上也有相应的斜齿，输入轴圆筒(2)与同心圆筒(15)之间也设有弹簧。偏心圆筒(16)上的两个斜齿相位相差180°。
由传动比1∶1的2Z-X型锥齿轮正号机构差动轮系特性可知，两中心轮的转向相同转速不相等时，转臂就会处于与中心轮转向相反的旋转运动状态。如图1所示，输入轴圆筒(2)与中心轮(11)联接，使中心轮(11)转速始终等于输入转速，同心圆筒与另一个中心轮联接，只要同心圆筒在偏心圆筒推动下，转速与输入轴圆筒(2)转速不一致时，就会使转臂反向输出动力。由于差动轮系的两个中心轮被传动机构封闭，转臂输出动力时加在两个中心轮上的力距处于一种自举状态，只要两个中心轮的转速不一致，加在两个中心轮上的力距都随两个中心轮的转速差的绝对值变大而减小，即转臂输出动力的力距会随转臂的速度变大相应变小。
当偏心圆筒(16)在偏心圆筒调节机构(21)的调节下处于与输入轴圆筒(2)同心时，动力由输入轴(1)输入，使输入轴圆筒(2)通过联轴器(17)带动偏心圆筒(16)以一固定旋转方向旋转。偏心圆筒(16)又通过其上的斜齿带动同心圆筒(14)和同心圆筒(15)同向旋转，由于此时同心圆筒(14)和同心圆筒(15)与输入轴圆筒(2)同心，此时同心圆筒(14)和同心圆筒(15)的转速等于偏心圆筒(16)及输入轴圆筒(2)的转速，转臂(10)和转臂(12)处于静止状态，输出轴(3)无动力输出，脉动无级变速器处于零输出状态。
当脉动无级变速器的偏心圆筒(16)在偏心圆筒调节机构(21)的调节下，偏心圆筒(16)和输入轴圆筒(2)同心圆筒(14)及同心圆筒(15)具有一定偏心度时，由偏心圆筒(16)和同心圆筒(14)的几何位置可知，斜齿(23)和斜齿(24)相互推动的作用点(面)发生了变化，由于斜齿(24)齿尾的实际齿根厚与斜齿(24)如果整个齿面与斜齿(23)具有相同螺旋时齿尾应有的齿根厚之差小于斜齿(24)齿面上与斜齿(23)具有相同螺旋角时的齿面处到同心圆筒(14)中心的半径和斜齿(24)齿根到同心圆筒(14)中心半径差的π倍。因此斜齿(23)齿端和斜齿(24)齿端的推动点(面)处于沿输入轴圆筒(2)旋转方向斜齿(23)齿顶距同心圆筒(14)中心最近处之后某一位置时，斜齿(23)与斜齿(24)以推动点(面)处线速度等线速同向翻转，斜齿(23)与斜齿(24)互相推动时推动点(面)从刚接触时的齿端一直到齿尾不断变化，推动点(面)始终处于相似的几何位置。斜齿(23)与斜齿(24)互相推动翻转时，同心圆筒(14)会保持某一大于输入轴圆筒(2)转速的匀速运动，转臂(10)反向匀速转动输出动力。随着斜齿(23)和斜齿(24)的不停翻转，斜齿(23)和斜齿(24)的齿端距离不断加大，齿尾不断接近，当推动点(面)变化到齿尾时，斜齿(23)和斜齿(24)的推动点(面)将不再变化，同心圆筒(14)也不再保持匀速运动，根据偏心圆筒(16)和同心圆筒(14)的几何位置关系可知，同心圆筒(14)将处于减速状态。由于正常工作时，偏心圆筒(16)旋转360°推动同心圆筒(14)也旋转360°，因此同心圆筒(14)转速大于偏心圆筒(16)转速时，同心圆筒(14)与输入轴圆筒(2)转角差和同心圆筒(14)转速小于偏心圆筒(16)转速时输入轴圆筒(2)与同心圆筒(14)的转角差相等。即同心圆筒(14)处于匀速运动时，同心圆筒(14)与输入轴圆筒(2)的转角差与同心圆筒(14)处于非匀速运动时，输入轴圆筒(2)与同心圆筒(14)的转角差相等。使得转臂(10)在匀速运动时转角和在非匀速运动时转角相同。同理，同心圆筒(15)和转臂(12)也会处于同样的运行状态，因此由输入轴圆筒(2)同心圆筒(14)及两中心轮(9)、(11)转臂(10)组成的组合机构和与之相位相差180°的由输入轴圆筒(2)同心圆筒(15)及中心轮(11)、(13)转臂(12)组成的组合机构在偏心圆筒(16)的推动下通过输出轴(3)逐相输出动力时，输出轴(3)会维持匀速状态。
具体运行状态如下当输入轴圆筒(2)同心圆筒(14)及中心轮(9)、(11)转臂(10)组成的组合机构中同心圆筒(14)处于匀速状态时，转臂(10)匀速推动输出轴(3)匀速转动，当同心圆筒(14)从匀速状态转到减速状态时，转臂(10)转速减慢，由于逐相输出时每个组合机构的转臂在匀速运动时转角和在非匀速状态时转角相同，因此由输入轴圆筒(2)同心圆筒(15)及中心轮(11)、(13)转臂(12)组成的组合机构的转臂(12)会继续推动输出轴(3)维持匀速状态。此时，转臂(10)上的直齿(28)与输出轴(3)上的直齿(27)及直齿(29)与直齿(26)之间距离逐渐加大。当同心圆筒(14)在斜齿推动下转速减小到小于输入轴圆筒(2)转速时，虽然在差动轮系作用下，同心圆筒(14)有保持与输入轴圆筒(2)同样转速的趋势，但由于弹簧(25)的作用，同心圆筒(14)仍保持继续减速，直齿(28)与直齿(27)、直齿(29)与直齿(26)距离进一步加大。直至同心圆筒(14)减速至输入圆筒(2)与同心圆筒(14)的转速差大于同心圆筒(14)处于匀速运动时的转速与输入轴圆筒(14)的转速差时，转臂(10)的转速大于输出轴(3)转速，直齿(28)与直齿(27)、直齿(29)与直齿(26)之间的距离逐渐减小。当直齿(28)与直齿(27)、直齿(29)与直齿(26)互相贴合时，斜齿(23)和斜齿(24)齿端互相贴合，互相推动，使同心圆筒(14)再处于匀速运动，转臂(10)代替转速刚下降的转臂(12)继续推动输出轴转动。如此往复循环，使脉动无级变速器持续运转。
随着偏心圆筒(16)在偏心圆筒在调节机构(21)的调节下，偏心圆筒(16)与输入轴圆筒(2)的偏心度加大时，偏心圆筒(16)上的斜齿与同心圆筒上的斜齿推动点(面)不断向同心圆筒上的斜齿根部变动，由于同心圆筒上的斜齿齿面越至根部螺旋角越大，使同心圆筒匀速转动时的转速越大，转臂匀速转动时的转速也不断增大，逐相输出后输出轴(3)的转速也不断增大，实现了无级变速传动。
实际设计中，偏心圆筒和同心圆筒上的斜齿可设计成人字齿或其它形状来减小同心圆筒和偏心圆筒的轴向应力，以便采用较短的同心圆筒、偏心圆筒和输入轴圆筒，减小脉动无级变速器的体积。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，较实用于车辆变速箱。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可做出若干变形和改进，特别是采用类似功能的其它种类差动轮系来实现脉动无级变速器装置的输出机构功能，这些也应视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种脉动无级变速器，由能将匀速旋转运动转换成变速旋转运动的传动机构，输出动力的输出机构和能改变传动机构输出的变速旋转运动角速度变化率的调速机构组成。其特征在于用传动机构一端联接脉动无级变速传动器的输入轴，另一端和脉动无级变速器的输入轴分别去封闭2Z-X型正号机构差动轮系的两个中心轮，由转臂输出动力，用两个或两个以上具有一定相位差的上述组合机构逐相输出来实现输出机构的功能。
2.权利要求1所述的2Z-X型正号机构差动系其特征在于差动轮系为传动比1∶1的2Z-X型正号机构圆锥齿轮差动轮系，转臂采用单排双圆锥齿轮形式。
3.权利要求1所述的传动机构其特征在于传动机构由与差动轮系中心轮相联接的输入轴圆筒、与差动轮系另一中心轮相联接且与输入轴圆筒同心的同心圆筒和套在输入轴圆筒外面的偏心圆筒构成。偏心圆筒通过联轴器与输入轴圆筒相联，在调节机构作用下，偏心圆筒可以改变与输入轴圆筒的同心度。偏心圆筒内壁和同心圆筒外壁上各有一条相同旋向的斜齿。偏心圆筒内壁上的斜齿具有一定螺旋角。输入轴圆筒套在同心圆筒的外面，且同心圆筒上开有一条槽口，可以使偏心圆筒上的斜齿穿过输入轴圆筒。同心圆筒上的斜齿齿顶距输入轴圆筒内壁有一定间隙。
4.权利要求3所述的同心圆筒上的斜齿其特征在于斜齿上距同心圆筒的中心同样半径的齿面对应一个固定的螺旋角，随着距同心圆筒中心半径的增大，斜齿对应齿面的螺旋角均匀减小。
全文摘要
本发明涉及一种脉动无级变速器，该脉动无级变速器用根据“等线速同向翻转位似性原理”来设计的传动机构一端联接脉动无级变速器输入轴，另一端和脉动无级变速器输入轴分别去封闭传动比1∶1的2Z－X型正号机构锥齿轮差动轮系两个中心轮，由转臂输出动力，再由两个具有180°相位差的组合机构逐相输出动力，该脉动无级变速器克服了传统脉动无级变速器的相关致命缺陷，整个传动装置动力链无薄弱环节，可最大限度发挥各环节潜能。具有结构合理、控制简便、经济高效，承载能力高，变速范围广，能精密平稳输出转距，特别适用于高速大功率。最适用于车辆变速系统。
文档编号F16H37/02GK1800674SQ20051009424
公开日2006年7月12日 申请日期2005年9月6日 优先权日2005年9月6日
发明者吴华峰 申请人:吴华峰