專利名稱：具有可連續(xù)變化傳動比的齒輪變速器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種齒輪傳動器或變速器，尤其是涉及一種具有輸入/輸出傳動比可連續(xù)變化的齒輪傳動器或變速器。
背景技術：
齒輪傳動器或者變速器常被用來設置到馬達和諸如回轉軸、傳動軸、車輪等被驅動裝置之間來使裝置以比馬達軸更高的轉矩、更低轉速進行轉動，反之亦然。變速齒輪傳動器設有多個齒輪或者齒輪組，其可以選擇性地設置在輸入和輸出軸之間以便于在傳動中改變齒輪或者傳動裝置的傳動比。
現有技術中已有輸入/輸出傳動比可連續(xù)變化的變速器，通常這些變速器具有一個錐形的第一旋轉構件和一個圓柱旋轉構件，兩構件由環(huán)繞在這兩個構件上的環(huán)形帶連接。施加于一個構件上的扭矩通過帶傳遞給另一構件。速度比可以通過改變環(huán)形帶在圓錐構件的不同位置來變化。也就是說，如果圓錐構件按給定速度進行旋轉而環(huán)形帶位于圓錐構件較大半徑的一端，則另一構件將以比較高的速度進行旋轉。另一方面，當環(huán)形帶位于圓錐構件半徑較小的一端，另一構件將低速旋轉，速度比由圓錐構件的錐角決定。
然而，這種使用帶的變速器有很多不便，帶環(huán)在驅動構件和被驅動構件之間存在滑動。同時帶環(huán)在負荷下有可能被拉長變形。因此，在驅動構件和被驅動構件之間不能實現動力的正傳輸。
為了解決上述問題，進行了多次嘗試來構造一種變速器或者齒輪驅動器，其中，驅動和被驅動構件均包括齒輪且齒輪的齒能相互嚙合，從而將動力從驅動構件傳送到被驅動構件。例如在專利5608390、5653143、6321613中所示的變速器包括了由一系列單獨的錐形部分組成的且被旋轉軸支承的圓錐齒輪構件，以及以小齒輪形式滑動安裝在位于圓錐齒輪旁的第二旋轉軸上的第二構件。直齒齒輪轉動連接在第二軸上且能相對該軸滑動，因此，小齒輪能位于組成圓錐構件的不同錐形部分的相對位置上以改變變速器的輸入/輸出傳動比。
這種常見的傳動比可連續(xù)變化的齒輪傳動器存在一個問題是，當小齒輪沿著它的軸移動來改變變速器的齒輪傳動比時，小齒輪將同時位于圓錐構件的相對兩個部分上。由于這些部分具有不同的半徑，所以也設有不同的齒數。因此，必須采用相當精確的步驟來確保小齒輪在各種位置上都能與圓錐齒輪構件進行適當的嚙合。通常這包括在構成圓錐齒輪構件的不同錐形部分之間提供一定量的的旋轉竄動量并且通過連軸器連接這些部分到它們的共用軸上。在另一些這樣的驅動器中，構成圓錐齒輪構件的圓錐齒輪部分沿其半徑成階梯狀并且設有特殊形狀的齒。但是，這些使變速器的傳動比進行改變的解決辦法導致機器過于復雜和昂貴。而且，由于小齒輪一旦位于圓錐齒輪構件上的兩個相對錐形部分上過長的時間將導致齒輪的輪齒的過度磨損和極大的增加變速器卡滯或者卡住的可能性，所以這些變速器并不能進行真正連續(xù)的傳動比變化。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的可變傳動比的齒輪傳動器或者變速器，以便在輸入和輸出軸之間傳輸扭矩。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種在變速器的全部操作范圍內傳動比確實連續(xù)變化的變速器。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種較前述現有的可變傳動比的正傳動變速器更簡單的齒輪傳動器。
其他目的，部分是明顯的，部分將在下文變得明了。在下面的具體說明中將示例本發(fā)明所包括的結構特征、元件組合以及零件的設置，并在權利要求書中指出本發(fā)明的范圍。
簡要的說，本發(fā)明的變速器包括一個第一轉動軸，該轉動軸承載一個其半徑沿軸向逐漸增大的、連續(xù)同軸的螺旋狀帶齒條。一個第二轉動軸設置成平行于齒條的帶齒表面，該第二轉動軸上載有小齒輪，小齒輪的齒與齒條上的齒嚙合。小齒輪可旋轉地連接在第二轉動軸上且可沿第二轉動軸進行滑動以便于小齒輪的齒可沿齒條長度的任意位置處與齒條的齒嚙合。
通過借助手動或者其他諸如線性致動器、絲杠驅動器、活塞等合適裝置使小齒輪沿著第二傳動軸進行滑動，可改變變速器的傳動比。兩個軸中的任一個軸作為驅動或輸入件，另一個軸則作為從動或者輸出件。在上述兩種情況下，由于滑動小齒輪在沿齒條長度的任何點處與齒條保持驅動接合，因此變速器能夠在變速器的全部運行范圍內具有確實連續(xù)變化的傳動比。
由于螺旋齒條是單個連續(xù)部件，所以其能直接連接在其軸上，而不迫于要有離合器或其他類似的裝置，就好像現有齒輪傳動器中所見的，其中的錐形齒輪部件是由一系列單獨的錐形齒輪部分組成的。


為了對本發(fā)明的目的和實質作進一步的了解，下面將對附圖做詳細的介紹，圖中圖1是本發(fā)明的傳動比可連續(xù)變化的變速器沿正面觀察各部件的剖視圖；圖2是對圖1所示變速器操作過程的圖示說明；圖3是對圖1所示變速器某一部分的局部放大正視圖；以及圖4A和4B分別是圖3中沿4A-4A線和沿4B-4B線的剖面圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的變速器包括一個箱體10，箱體包括有相對的側壁10a和10b，兩個側壁上分別設有用于旋轉支承軸16的兩個相對端的軸承元件12和14。軸16上安裝有一個連續(xù)齒條18，齒條纏繞在軸上以形成隔開的盤卷18a。齒條18具有錐形型面，而且其上的盤卷18a的直徑沿軸16的長度逐漸增大，如同圖2虛線所示齒條18螺旋纏繞在錐形包絡面20上。錐形包絡面20可以是真實的，即如圖1所示軸16上的圓錐段；或者錐形包絡面20可以是假想的，此時，盤卷18a通過不同長度的輻條22連接到軸16上，其中輻條22沿齒條以隔開的位置從軸16延伸出來到盤卷18a。在這兩種情況下，齒條盤卷18a的齒朝向離開軸16的方向并且或多或少的平行于軸的軸線。另一方面，這些齒可以朝向軸的軸線。
圖1所示的變速器還包括相間隔地平行于錐形包絡面20表面的第二軸26，軸26的相對兩端分別通過位于側壁10a和10b上的軸承元件28和30旋轉支承。軸26具有一個或更多花鍵26a并且支承總體以32表示的齒輪元件，齒輪元件可旋轉連接到軸26上并且還能沿軸26滑動，這樣，使得齒輪元件32上的齒沿齒條任意位置能與齒條盤卷18a上的齒嚙合。
軸16和軸26的任意一個可作為變速器的輸入或者輸出，即驅動軸或從動軸。雖然不是必須的，但為了使變速器的輸入和輸出軸在一條線上，軸26的一端可設有一個能與第二錐齒輪38進行嚙合的錐齒輪36，其中第二錐齒輪38位于第三軸42的末端處，該第三軸42通過位于箱體的側壁10c上的軸承元件44可轉動地安裝以使軸42圍繞與軸16相同的軸線進行旋轉。因此，傳動完全是可互換的，而且軸16或者軸42中的任意一個能被用作變速器的驅動件，另一個軸則作為從動件。
圖1中還示出，齒輪元件32能借助于總體以52所示的滑動裝置沿其軸26滑動。在圖示變速器的實施例中，滑動裝置52包括一個滑動架54，滑動架54通過臂54a與齒輪元件32連接且能沿絲杠56平移，螺桿56的一端通過位于側壁10a上的軸承元件58可轉動支承，其另一端與裝配在側壁10c上的雙向步進電機58的軸58a相連接。當軸58a沿一個或另一個方向旋轉時，齒輪元件32沿著軸26的一個或另一個方向移動以與齒條18不同的盤卷進行嚙合從而改變變速器的傳動比。由于齒條18是一個單一連續(xù)的構件，所以當齒輪元件32在齒條18的較大半徑端和較小半徑端之間移動時，齒輪元件32可定位在齒條的任意位置上，從而使變速器的傳動比可以是確實連續(xù)變化的。當然，還可以使用現有的任意其他的致動器用來使齒輪元件沿著軸進行移動。
通過圖3可對齒輪元件32有更詳細的了解。齒輪元件32包括套筒62，該套筒的內表面上開槽以容納軸26的花鍵26a。因此，套筒62可旋轉地固定在軸26上并且可沿軸26進行滑動。至少一個小齒輪64a相對松動地環(huán)繞在套筒62上。這個至少一個的小齒輪64a由套筒端部凸緣62a和62b約束在套筒上。從圖2可以清晰的看出，小齒輪64a上的齒與螺旋齒條18的齒進行嚙合。根據盤卷18a的間隔X，齒輪元件32可有一可旋轉固定在套筒62進而固定到軸32或元件32上的單個小齒輪64a并在小齒輪64a后還可以有在套筒62上的附加小齒輪64b。
更特別地，如間距X小而且齒條18有相當小的錐角，則相鄰盤卷18a的齒將僅僅略微相對于彼此偏置。因此，可以使用一單個小齒輪64a，其寬度Y至少比X略微寬，而且該小齒輪的齒并構造成可與齒條18的齒稍微松動的配合。
在另一方面，對于更大的盤卷的間距X和更大的齒條錐角而言，齒輪元件32可以包括如圖所示的第二小齒輪64b，其中兩個小齒輪的寬度Y和Z相加后應當比X寬，而且兩個小齒輪的齒都能與齒條的齒進行正常的嚙合。
如果齒輪元件32上確實設有兩個小齒輪64a和64b，則小齒輪優(yōu)選被構造成能在套筒62上進行旋轉并且相互間的角度范圍相當于在任一方向上可以至少一個齒輪齒旋轉。因此，如圖3、4A和4B所示，套筒62設有徑向向外延伸鍵66，鍵66伸入到小齒輪64a相對于小齒輪64b的一面上的弧形凹槽68內。該同一鍵66還伸入到小齒輪64b上類似的弧形凹槽72內，弧形凹槽72正相對于弧形凹槽68設置。更優(yōu)選的是，兩個凹槽中的一個(如凹槽72)中設有彈簧74，當對應的小齒輪64a沒有與螺旋齒條18嚙合時，即當小齒輪64a位于兩個盤卷18a之間時，該彈簧74用來將小齒輪64a偏壓到套筒62(和軸26)上空檔角度位置。
如圖4A和4B更清楚的示出，小齒輪之一，也就是小齒輪64a設有一個彈性加載的滾珠78，該滾珠78突入位于另一個小齒輪64b的相對表面上的弧形凹槽82內。凹槽82的底壁82a是傾斜的，這樣，凹槽的中間部分比端部更深。由于凹槽82內的彈性加載滾珠78的楔入效應，從而使小齒輪64b成角度地偏壓到小齒輪64b的齒與小齒輪64a的齒對齊的初始位置。在變速器操作過程中，當軸16和軸42中的任意一個軸由合適的運動機構(圖中未示出)轉動時，軸42和16中的另一個軸轉動的速度取決于齒輪元件32沿螺旋齒條18的設置。通常對于一個給定的速度而言，齒輪元件32被設置成其定位于選定齒條盤卷18a的中間位置上。當改變速度時齒輪元件被移動到或者跨過相鄰的盤卷。在此改變的過程中，小齒輪64a和64b中的一個、也就是引導齒輪將脫離開被選定的盤卷18a并與鄰近的盤卷嚙合，同時另一個尾隨齒輪片刻間保持與被選定的盤卷嚙合。通過兩個小齒輪64a和64b之間的小角度偏置會包容兩個鄰近齒條盤卷的對應齒之間的小錯位，直到尾隨齒輪脫離被選擇的盤卷，此時兩個小齒輪將返回在套筒62上的初始位置而齒輪元件32居中位于鄰近盤卷18a上。由于齒條在轉動，齒輪元件能很容易從一個盤卷移動到下一個，并使小齒輪64a和64b同時與兩個鄰近的盤卷18a、18a嚙合，而小齒輪也被偏壓至相對于軸26以及相對于彼此的起始位置。
由于齒條18是連續(xù)的且螺旋或盤旋地纏繞，所以即使齒輪元件32一次與兩個盤卷18嚙合，該齒輪元件也能被設置在沿齒條長度上的任意位置且能保持在這個位置，并不會造成齒輪齒的磨損或者變速裝置的卡住。也就是說，齒輪元件32不會出現如同在前述的現有的采用由單獨的齒輪部分組成的錐形齒輪的變速器所存在的不確定的位置。
從前文的描述中可以明顯的看出本發(fā)明的目的得到了有效的實現，同樣，上述構造的各種變形都落于在本發(fā)明的保護范圍之內，上述說明書的內容和附圖中的顯示是為了解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制。
應當理解，附屬的權利要求是用于覆蓋本發(fā)明所介紹的所有一般和特定特征的。
權利要求
1.一種可變傳動比的變速器，包括一個箱體(10)，一個可轉動安裝在箱體(10)上的第一軸(16)，該第一軸能繞第一軸線旋轉，一個由第一軸(16)支承的螺旋齒條(18)，該螺旋齒條沿著第一軸設有多個間隔排列的帶齒的盤卷(18a)，所述這些盤卷的直徑一起限定出一個圍繞第一軸的假想錐形包絡面(20)，一個可轉動安裝在箱體(10)上的第二軸(26)，該第二軸與所述的包絡面(20)間隔開且平行于包絡面(20)延伸，一個安裝到第二軸(26)隨之轉動的齒輪元件(32)，所述齒輪元件包括一對相似的小齒輪(64a，64b)，小齒輪的齒與齒條(18)的齒相嚙合，所述齒輪元件(32)可沿第二軸(26)滑動以使齒輪元件沿齒條的任意位置定位，其特征在于所述的小齒輪(64a，64b)可通過相對于軸(26)以及相對于彼此的小角度轉動，第一彈性構件(74)偏壓所述小齒輪中的一個(64b)至第二軸(26)上的起始角度位置，且第二彈性構件(78)使所述小齒輪(64a，64b)相對于彼此偏壓朝向兩者的齒相互對準的起始位置。
2.如權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述的小齒輪(64a，64b)的相對表面設有相對的凹槽(68，72)，將一個設置成與第二軸(26)一起旋轉的鍵(66)伸入到所述的凹槽(68，72)中用以限制小齒輪(64a，64b)相對軸(26)的轉動，且第一彈性構件(74)偏壓鍵(66)至小齒輪(64a，64b)中的一個(64b)的凹槽中的初始位置。
3.如權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述小齒輪中的一個(64b)的相對表面設有一個具有傾斜底壁(82a)的凹槽(82)，且第二彈性構件包括一個位于所述小齒輪中的另一個(64a)的相對表面上的彈簧加載滾珠(78)，所述滾珠(78)彈性接合所述底壁(82a)，并且當滾珠(78)接合所述底壁(82a)的最深位置時第一和第二個小齒輪(64a，64b)的齒相互對準。
4.如權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述齒條(18)通過多個剛性輻條(22)連接在第一軸(16)上，其中所述剛性輻條(22)從第一軸(16)向外延伸到沿齒條(18)間隔排列的齒條盤卷(18a)。
5.如權利要求1所述的變速器，其特征在于，齒條(18)通過第一軸上的錐壁(20)連接在第一軸(16)上。
6.如權利要求1所述的變速器，還包括用于使齒輪元件(32)沿第二軸(26)移動的機構(52，56，58)。
7.如權利要求6所述的變速器，其特征在于，所述移動機構包括安裝在箱體(10)上且可操作地連接到齒輪元件(32)的機動化致動器(56，58)。
8.如權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述盤卷(18a)朝向遠離于第一軸(16)的方向。
9.如權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述盤卷(18a)朝向所述第一軸(16)。
全文摘要
一種傳動比可連續(xù)變化的變速器，該變速器包括一個箱體(10)，一個可旋轉地安裝在箱體(10)上并繞第一軸線轉動的第一軸(16)，一個由第一軸(16)支承且設有沿著軸間隔排列的多個帶齒的盤卷(18a)的螺旋齒條(18)，所述盤卷(18a)的直徑都由圍繞第一軸上的假想圓錐包絡面所確定。一個可旋轉地安裝在箱體(10)上的第二軸(26)，第二軸與包絡面(20)間隔開并且平行于該包絡面延伸，一個安裝在第二軸上且能與之一起轉動的齒輪元件(32)，齒輪元件(32)的齒與齒條(18)的齒嚙合。齒輪元件(32)可沿第二軸(26)滑動以便使齒輪元件能沿著齒條(18)設置在任意位置上。齒輪元件(32)包括位于第二軸(26)上并排設置的一對小齒輪(64a，64b)，小齒輪相對彼此及相對第二軸(26)可轉動小角度，第一彈性構件(74)偏壓一個小齒輪(64b)至在第二軸(26)上的起始角度位置，第二彈性構件(78)分別偏壓兩個小齒輪(64a，64b)從而使它們的齒相互對準。
文檔編號F16H3/02GK1809706SQ200480015253
公開日2006年7月26日 申請日期2004年6月2日 優(yōu)先權日2003年6月2日
發(fā)明者邁克爾·蘭伯特 申請人:邁克爾·蘭伯特