一种球伞接触式无级变速器及其设计方法与流程

本发明涉及摩擦传动，具体涉及一种球伞接触式无级变速器。

背景技术：

1、现有无级变速器主要有机械式无级变速器和金属带式无级变速器。机械式无级变速器通过改变链带和锥形轮的距离来变速；金属带式无级变速器通过改变传送带的回转半径来变速。其主要存在以下缺点：1、需要复杂的自动控制系统控制变速器的变速过程，机械式无级变速器需要通过控制系统控制链带和锥形轮的距离，金属带是无级变速器需要通过控制系统控制传送带的回转半径，无法做到仅依靠机械运动来实现变传动比功能。2、现有传动带结构复杂，提高了制造和维护难度。3、由于传动带转弯半径的限制，导致变速器体积受到限制。4、由于变速原理，机械式和无级变速器和金属带式无级变速器变速范围较小。

2、因此，需要设计一种新的变速器来解决上述无级变速器存在的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术存在的不足，提供一种球伞接触式无级变速器，采用该变速器可以解决现有动力传输过程的问题。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、提供一种球伞接触式无级变速器，包括至少一个球伞摩擦组件和至少一个与球伞摩擦组件对应的弧面摩擦组件；球伞摩擦组件包括主动轴和固定安装于主动轴上的旋转盘，旋转盘安装在主动轴的一端，旋转盘装有多个沿旋转盘周向均匀分布的齿合臂，各个齿合臂通过连接销与旋转盘连接，主动轴旋转时带动旋转盘旋转，旋转盘带动齿合臂旋转；弧面摩擦组件包括锥台和从动轴，锥台与从动轴固定连接，锥台的母线为球伞摩擦组件的咬合头运动轨迹做出的圆弧面。

4、其中，可能布置的形式有：

5、1、球伞摩擦组件设有一个，弧面摩擦组件设有一个，球伞摩擦组件的咬合头与弧面摩擦组件的锥台外曲面接触。球伞接触式无级变速器工作时，球伞摩擦组件的咬合头与弧面摩擦组件的锥台外曲面通过摩擦传递动力；

6、2、球伞摩擦组件设有一个，弧面摩擦组件设有多个，弧面摩擦组件围绕球伞摩擦组件周向方向均匀分布，且各个弧面摩擦组件的锥台均与球伞摩擦组件的咬合头接触。球伞接触式无级变速器工作时，球伞摩擦组件的咬合头与各个弧面摩擦组件的锥台外曲面摩擦，将球伞摩擦组件的动力传递给其他弧面摩擦组件，实现动力均匀分配；

7、3、球伞摩擦组件设有多个，弧面摩擦组件设有一个，球伞摩擦组件围绕弧面摩擦组件周向方向均匀分布，且各个球伞摩擦组件的咬合头均与弧面摩擦组件的锥台接触。球伞接触式无级变速器工作时，弧面摩擦组件的锥台外曲面与球伞摩擦组件的咬合头摩擦，将多个球伞摩擦组件的动力传递与弧面摩擦组件，实现动力耦合。

8、其中，旋转盘上开有沿旋转盘周向间隔布置的第一凹槽，各个凹槽的相邻隔板间开有第一连接销槽，第一凹槽用于放置与凹槽一一对应的齿合臂，第一凹槽各个壁间开有第一连接销槽，用于放置连接齿合臂和旋转盘的连接销。

9、其中，球伞摩擦组件包括半球形支架，半球形支架中部开有通孔，半球形支架的外侧开有多个第一轨道凹槽，第一轨道凹槽与旋转盘上的第一凹槽一一对应，使各个齿合臂可以在其中移动，并且可以为齿合臂提供支承作用。半球形支架通过通孔安装于主动轴上，并且半球形与旋转盘固定安装，并固定旋转盘上置于连接销槽的连接销。

10、其中，球伞摩擦组件包括齿合臂，齿合臂的一端开有第二连接销槽，用于安装与旋转盘连接的第一连接销；齿合臂的另一端装有咬合头，用于与弧面摩擦组件的锥台摩擦接触；齿合臂的一侧开有第二轨道凹槽，使各个连杆可以在其中移动；齿合臂开有凹槽一侧的中部开有第三连接销槽，用于安装与连杆连接的第二连接销。

11、其中，球伞摩擦组件包括咬合头。咬合头安装于齿合臂的一端，咬合头的另一端与弧面摩擦组件的锥台摩擦接触。

12、其中，球伞摩擦组件包括连杆，连杆两端开有第四、第五连接销槽，第四连接销槽通过第二连接销与齿合臂连接，第五连接销槽通过第三连接销与滑块连接。

13、其中，球伞摩擦组件包括滑块，滑块分为滑块盖和滑块座。滑块中部开有通孔，通过通孔将滑块安装于主动轴上。滑块座面向旋转盘方向沿周向开有第二凹槽，第二凹槽与第一凹槽对应，用于放置连杆，第二凹槽隔板间开有第六连接销槽，用于放置连接滑块与连杆的第三连接销。滑块盖沿周向方向开有第三轨道凹槽且与滑块座上的第二凹槽一一对应，用于连杆的移动。滑块盖与滑块座固定连接，通过滑块盖固定第三连接销。

14、其中，弧面摩擦组件包括锥台和从动轴。锥台中部开有通孔，通过通孔安装于从动轴上，且与从动轴固定连接。锥台母线与球伞摩擦组件中咬合头运动轨迹重合。

15、本申请的球伞接触式无级变速器的工作过程为：主动轴旋转，带动旋转盘旋转，旋转盘转动的同时带动齿合臂绕主动轴旋转，由于离心力的作用，齿合臂由收拢状态转变至撑开状态，齿合臂在撑开的过程中，咬合头与锥台接触摩擦，从而带动锥台转动，实现摩擦传动。

16、与现有技术相比，利用齿合臂转动所产生的离心力使齿合臂撑开，从而使球伞摩擦组件转化为可变传动比的组件，实现了与锥台的摩擦传动，具有体量更小、能损更低、运行顺畅、传动比范围大、维护简单等显著优点。

技术特征：

1.球伞接触式无级变速器，其特征在于：包括球伞摩擦组件和弧面摩擦组件；

2.球伞接触式无级变速器，其特征在于：所述球伞摩擦组件包括主动轴，旋转盘固定于主动轴一侧，滑块自由放置于主动轴另一侧，滑块与旋转盘之间放置有弹簧。主动轴旋转时，带动齿合臂旋转，齿合臂产生离心力，离心力通过连杆传递至滑块，滑块压缩弹簧，弹簧产生形变，对滑块产生反作用力，在反作用力与离心力的共同作用下滑块达到平衡状态，由于滑块发生位移，齿合臂开合角度发生改变，使球伞接触式无级变速器传动比改变。

3.根据权利要求1所述的球伞接触式无级变速器，其特征在于：所述球伞摩擦组件包括主动轴和旋转盘。旋转盘安装于主动轴上，且与主动轴固定连接。旋转盘沿其周向方向开有第一凹槽，用于放置齿合臂。第一凹槽各隔板间开有第一连接销槽，用于放置连接旋转盘和主动轴的第一连接销。

4.根据权利要求3所述的球伞接触式无级变速器，其特征在于：所述球伞摩擦组件还包括一个半球形支架。所述半球形支架中部开有通孔，通过通孔将主动轴穿过半球形支架，并将半球形支架与旋转盘固定连接。所述半球形支架外侧开设有多个第一轨道凹槽，第一轨道凹槽与第一凹槽对应，将球伞摩擦组件的齿合臂与第一轨道凹槽一一对应。

5.根据权利要求4所述的球伞接触式无级变速器，其特征在于：所述球伞摩擦组件包括齿合臂，齿合臂的一端开有第一连接销槽，用于安装与旋转盘连接的第二连接销；齿合臂的另一端装有咬合头，用于与弧面摩擦组件的锥台摩擦接触；齿合臂的一侧开有第二轨道凹槽，用于放置连个，并使各个连杆可以在其中移动；齿合臂开有凹槽一侧的中部开有第三连接销槽，用于安装于连杆连接的第二连接销。

6.根据权利要求5所述的球伞接触式无级变速器，其特征在于：所述球伞摩擦组件还包括咬合头。所述咬合头安装于齿合臂上，并于齿合臂之间装有弹性件，保证两者之间具有一定弹性。另一侧为摩擦面，与弧面摩擦组件的锥台接触，通过摩擦带动锥台旋转。

7.根据权利要求5所述的球伞接触式无级变速器，其特征在于：所述球伞摩擦组件还包括连杆。连杆两端开有第四、第五连接销槽。第四连接销槽用于放置第二连接销，与齿合臂连接。第五连接销槽用于放置第三连接销与滑块连接。

8.根据权利要求2所述的球伞接触式无级变速器，其特征在于：所述球伞摩擦组件还包括一个滑块。所述滑块中部开有通孔，通过通孔将主动轴穿过滑块，并使滑块可以在主动轴上移动。滑块开有第二凹槽，第二凹槽与第一凹槽对应，第二凹槽相邻隔板间开有第六连接销槽，用于放置连接连杆和滑块的第三连接销。

9.根据权利要求2所述的球伞接触式无级变速器，其特征在于：所述球伞摩擦组件还包括一个弹簧。弹簧安装于主动轴上滑块与旋转盘之间，为滑块提供弹性力。

10.根据权利要求1所述的球伞接触式无级变速器，其特征在于：所述弧面摩擦组件包括从动轴和锥台。锥台母线与咬合头运动轨迹重合。锥台中部开设通孔，通过通孔将从动轴穿过锥台，并将锥台与从动轴固定连接。

技术总结
本专利使用摩擦传动作为动力传输方式，设计了一种球伞接触式无级变速器，包括球伞摩擦组件和弧面摩擦组件：球伞摩擦组件包括：安装有旋转盘的主动轴、沿旋转盘周向间隔布置的齿合臂、安装于主动轴的滑块、连接旋转盘和滑块的弹簧、连接齿合臂和滑块的连杆和安装于齿合臂顶部的咬合头，旋转盘固定于主动轴上，齿合臂和旋转盘通过销连接，连杆和齿合臂通过销连接，连杆和滑块通过销连接；弧面摩擦组件包括从动轴和摩擦锥台，摩擦锥台的母线为咬合头外接触面运动的轨迹做出的圆弧线。与现有技术相比，本机构可以实现根据不同的工况输入达到期望的响应，同时具有传动比改变过程顺滑、传动流畅、传动比范围大、安装维护简单等显著优点。

技术研发人员：曾昭达,张云清,吴景铼,郭军,吴泽昊,刘龙熙,尤建辉,周水亭,窦景阳
受保护的技术使用者：湖北信稳精密机械有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15