專利名稱：中鼓錐輪機械式無級變速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于機械傳動領(lǐng)域，特別是涉及一種機械式自適應(yīng)無級變速裝置。
背景技術(shù)：
在機械傳動領(lǐng)域，變速始終和傳動共生共存。有級變速器通過離合器和排檔切換，以不同的齒輪比來實現(xiàn)變速，在運行中難免 有速度的突變、瞬時的動力中斷、容易造成打齒和對機械的沖擊等缺陷。剛性機械無級變速器CVT(Continuously Variable Transmission)都是基于摩擦 傳遞動力，通過改變輸入輸出輪的工作半徑(直接式或某些間接式CVT)或改變中間輪的工 作半徑(間接式CVT)來實現(xiàn)無級變速的。長錐式CVT技術(shù)，通常是通過對錐輥間的中間摩擦件(中間摩擦件可以是摩擦輪 或摩擦帶、甚至是高彈性鋼環(huán)帶)的操控來實現(xiàn)無級變速的。而對中間摩擦件的操控則可 通過使用導(dǎo)輪導(dǎo)桿、甚至軸控的方式來實現(xiàn)。(如圖la，圖Ib和圖Ic所示)專利申請?zhí)?00910195154. X《中鼓錐輪軸控機械式無級變速裝置》提出了一種中 鼓長錐式CVT結(jié)構(gòu)，其采用中鼓長錐輪作為輸入輸出輪，由二輪直接接觸來傳遞動力，省略 了中間環(huán)節(jié)，并通過軸控的方式來實現(xiàn)無級變速(如圖2所示)。較原有技術(shù)有較大的改進 和簡化，具有結(jié)構(gòu)更精簡、傳遞更可靠等特點。然而，科技創(chuàng)新和技術(shù)進步是無止境的，廣大用戶和科技人員希望新科技和新技 術(shù)能在各個相應(yīng)領(lǐng)域獲得有效的推廣和應(yīng)用，并不斷取得進步和發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，傳遞可靠，動力損耗和機件磨損小，并在 一定程度上能依據(jù)動力輸出時負載之反作用力而自動調(diào)整傳動比的機械式自適應(yīng)無級變 速裝置?！布夹g(shù)方案〕本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。中鼓錐輪機械式無級變速裝置，包括中鼓錐輪CVT箱、動力輸入軸系和輸出軸系； 其特征是所述中鼓錐輪CVT箱有一對大小端相對配置、軸線處于同一平面、且始終保持相 互接觸與足夠的表面壓力的中鼓型錐輪，分別與輸入軸同軸結(jié)合成定軸、與輸出軸同軸結(jié) 合成可變軸；定軸之軸端軸承與CVT機箱固定；可變軸受軸端軸承徑向之預(yù)緊彈簧和輸出 軸系的反作用力約束，使得兩軸軸線之夾角可變。所述定軸和可變軸可以是相同規(guī)格的中鼓錐輪，也可以是不同規(guī)格的中鼓錐輪； 其中之一軸甚至也可以是普通錐輪或圓柱輪。所述預(yù)緊彈簧上復(fù)一壓板、并配預(yù)緊調(diào)節(jié)螺絲；壓板上設(shè)有調(diào)節(jié)支點。所述調(diào)節(jié)螺絲也可通過調(diào)節(jié)支點和壓板作用于預(yù)緊彈簧。所述動力輸入軸系包括輸入齒輪副和止逆棘輪；止逆棘輪可以是離合式的。[0016]所述動力輸出軸系包括萬向節(jié)聯(lián)軸器、推力關(guān)節(jié)軸承和輸出齒輪副。所述定軸和可變軸軸端配置相宜的軸端軸承。中鼓錐輪CVT，其錐輪(即定軸和可變軸)為中鼓式，如炮彈型。由于預(yù)緊彈簧之 作用，使兩中鼓錐輪始終保持相互接觸與足夠的表面壓力，錐輪間動力的傳遞可通過特種 潤滑油(牽引液)在表面壓力下所形成的抗剪切油膜來實現(xiàn)。速度之改變，通過調(diào)節(jié)預(yù)緊 彈簧上壓板支點的位置，經(jīng)預(yù)緊彈簧而影響兩軸之夾角，從而改變兩中鼓錐輪(即定軸和 可變軸)的接觸位置，也即改變兩錐輪的工作半徑來實現(xiàn)。同時在運行中，速度之改變，還 能通過動力輸出時負載之反作用力作用于可變軸，以至于改變CVT箱中預(yù)緊彈簧與可變軸 原來的平衡，使之達到新的平衡；從而使得動力在輸出阻力大時，能自動趨向于較大的傳動 比(呈減速狀態(tài))，反之，則趨向于較小的傳動比(呈增速狀態(tài))，即使得本裝置具有“自適 應(yīng)”性能，其傳動比能自動進行調(diào)適，無須干涉。實際應(yīng)用時，通過調(diào)節(jié)螺絲對輸出錐輪上左右兩個預(yù)緊彈簧的調(diào)節(jié)，可預(yù)設(shè)本裝 置的靜態(tài)傳動比、和調(diào)節(jié)“自適應(yīng)”的“剛?cè)帷倍?。對預(yù)緊彈簧上壓板支點的調(diào)控，則可在運行中通過機械方式來執(zhí)行，這是對本裝 置的動態(tài)傳動比的調(diào)節(jié)。 在輸入端設(shè)一止逆棘輪是為了防止CVT箱的“內(nèi)力，，前傳。實際應(yīng)用時，更可通過使用不同規(guī)格的中鼓錐輪、其中之一軸甚至也可以采用普 通錐輪或圓柱輪，以使本裝置在變速之前先天就具有增速或減速之特質(zhì)。有益效果本實用新型的優(yōu)越性和有益效果表現(xiàn)于①部件少，結(jié)構(gòu)精簡。②對材料要求和設(shè) 計要求不苛刻。因此實現(xiàn)成本低，易加工，易維護保養(yǎng)。③適用范圍廣，從簡單的人力車到 高級機車，或相應(yīng)機械領(lǐng)域，均可采用。④操控簡單。通過對壓板上調(diào)節(jié)支點的定位來對兩 軸的夾角進行操控，即可實現(xiàn)理想的傳動比。⑤機件磨損小，動力損耗低，傳動效率高。⑥ 受力狀況優(yōu)于現(xiàn)有無級調(diào)速裝置，傳動比范圍可超出現(xiàn)有無級調(diào)速裝置。⑦變速平滑，在運 行時，更因操控單一，不會使機械發(fā)生滯澀、失速和突然變速之現(xiàn)象。⑧對機械的剛性沖擊 小。⑨在靜止時，即轉(zhuǎn)速為零時也能進行傳動比的調(diào)節(jié)和設(shè)定。⑩傳動比在一定范圍內(nèi)可 通過動力輸出時負載之反作用力而自動調(diào)適。

圖Ia為長錐輪無級調(diào)速原理示意圖，采用移動摩擦輪方式進行調(diào)速；圖Ib為長錐輪無級調(diào)速原理示意圖，采用移動摩擦帶方式進行調(diào)速；圖Ic為長錐輪無級調(diào)速原理示意圖，為通過軸控、以改變兩軸夾角方式來移動摩 擦帶從而進行調(diào)速；圖2為專利申請?zhí)?00910195154. X的中鼓錐輪無級調(diào)速原理示意圖，為采用中鼓 型錐輪作為輸入輸出輪，令二輪直接接觸，省略了中間環(huán)節(jié)，并通過軸控的方式來實現(xiàn)無級 變速；圖3為本實用新型中鼓錐輪自適應(yīng)無級調(diào)速裝置的一種實施方式示意圖，輸入軸 為定軸，輸出軸為可變軸，可變軸受預(yù)緊彈簧和動力輸出時負載之反作用力約束，在一定 程度上能自動調(diào)整傳動比。[0030]圖4為圖3之俯視圖；圖5為本實用新型中鼓錐輪自適應(yīng)無級調(diào)速自行車結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖5之俯視圖；圖7a_圖7c為美國紐芬奇無級變速自行車調(diào)速原理示意圖，通過調(diào)節(jié)輸入和輸出 輪盤間的鋼球的旋轉(zhuǎn)角度來實現(xiàn)無級變速；圖中1-腳蹬牙盤向內(nèi)側(cè)齒輪，2-輸入端齒輪，3-止逆棘輪，4-軸端軸承，5-預(yù)緊 彈簧，6-調(diào)節(jié)螺絲，7-壓板；8-調(diào)節(jié)支點，9-可變軸(中鼓型錐輪)，10_定軸(中鼓型錐 輪)，11-萬向節(jié)聯(lián)軸器，12-推力關(guān)節(jié)軸承，13-輸出軸，14-后輪向外側(cè)齒輪，15-輸出端齒 輪。
具體實施方式
實施例自適應(yīng)無級變速自行車
以下結(jié)合附圖進一步詳細說明本實用新型的結(jié)構(gòu)。自行車作為無污染、環(huán)保而有益健康的交通工具，深為人們喜愛和得到普及，尤以 我國為甚，堪稱自行車的王國。在形形色色的自行車中，有很多具有變速的功能，如某些車 型，變速甚至可達十幾檔，但均為有級變速，且無一例外是通過不同的齒輪比來實現(xiàn)的。最近見諸報道，榮獲美國《大眾科學(xué)》2007年度最佳設(shè)計獎的由Ellsworth公司研 制的 NuVinci Continuously Variable Planetary (CVP) drive (紐芬奇無級變速行星傳動 裝置)自行車，是將CVT技術(shù)用于自行車的首例。如圖7a_圖7c所示。其原理是通過調(diào)節(jié)輸入和輸出輪盤間的鋼球的旋轉(zhuǎn)角度來獲 得無級變速的。從結(jié)構(gòu)原理圖可知此裝置結(jié)構(gòu)并不簡單，運行時各機件的配合要求甚高， 且機件磨損和動力損耗都很大，手控調(diào)節(jié)須按部就班，即控制反應(yīng)不能即時發(fā)生。而采用本實用新型的自行車，除具備無級變速特征外，還具備“自適應(yīng)”特征。所 謂的“自適應(yīng)”是指車輛在一定的狀態(tài)中能自動維持“適宜”的傳動比，即在啟動加速時或 上坡增阻時能自動傾向于大傳動比(呈減速狀態(tài))，反之則自動傾向于小傳動比(呈增速 狀態(tài))；而勻速續(xù)行時的傳動比則既可預(yù)設(shè)也可隨時通過手控來調(diào)節(jié)。如圖3所示。其核心部件為一 CVT箱。箱內(nèi)有二個中鼓型錐輪(可變軸9和定軸10)，輸出軸 的兩端使用關(guān)節(jié)軸承4，軸承座被限定于CVT箱兩側(cè)的軌槽中，僅允許其受控上下移動。軸 一端采用推力軸承4以阻止傳動時由軸向分力所引致的軸向位移，另一端則采用自由軸承 4以解決因軸線變動而引起的竄軸現(xiàn)象。輸入軸端配止逆棘輪3。輸出錐輪(可變軸9)的軸承座上有預(yù)緊彈簧5，兩預(yù)緊彈簧5上復(fù)有一壓板7，壓 板7上有調(diào)節(jié)支點8，可受控左右移動。將傳統(tǒng)自行車的腳蹬牙盤1和棘輪14的鏈條直齒改為側(cè)齒。令輸入輸出錐輪(定 軸10和可變軸9)伸出CVT箱外的軸端齒輪2(和15)分別與牙盤1的向內(nèi)側(cè)齒和后輪14 的向外側(cè)齒嚙合。動力經(jīng)錐輪(定軸10和可變軸9)和萬向節(jié)聯(lián)軸器11及與后輪14同心的推力關(guān) 節(jié)軸承12傳遞。[0047]通過萬向節(jié)聯(lián)軸器技術(shù)，可使齒輪嚙合更合理，并使本實用新型裝置對因結(jié)構(gòu)限 制、加工安裝等引致的、可能使諸軸不能保持于同一平面所產(chǎn)生的偏差問題也能迎刃而解。整個CVT箱與車架固定。當自行車蹬踏啟動或加速時，牙盤側(cè)齒輪1通過對輸入端齒輪2的嚙合，使輸入軸 (定軸10)獲得相應(yīng)的扭矩；由于兩錐輪(定軸10和可變軸9)因預(yù)緊彈簧5之作用而始 終保持相互接觸與足夠的表面壓力，且錐輪間充滿在表面壓力下能形成抗剪切油膜的牽引 液，故使得相應(yīng)扭矩能通過輸出軸(可變軸9和輸出軸13)、經(jīng)萬向節(jié)聯(lián)軸器11和與后輪 14同心的推力關(guān)節(jié)軸承12、及輸出端齒輪15傳遞到與之嚙合的后輪側(cè)齒輪14，從而使車 輛獲得動力；同時，后輪側(cè)齒輪14對輸出端齒輪15的阻力對輸出軸13產(chǎn)生一個向下的剪 力。此向下剪力將使萬向節(jié)11后該段輸出軸13以推力關(guān)節(jié)軸承12為圓心產(chǎn)生順時針的偏 轉(zhuǎn)，又因為CVT箱與車架固定，所以又導(dǎo)致萬向節(jié)11前輸出軸(可變軸9)克服原來預(yù)緊 彈簧5的平衡而產(chǎn)生逆時針的偏轉(zhuǎn)；加速或阻力愈大時，剪切力也愈大，偏轉(zhuǎn)也愈甚；由示 意圖可知，此時兩錐輪(定軸10和可變軸9)接觸點也愈向左，從而使CVT箱的傳動比也愈 大，轉(zhuǎn)速愈小愈省力。隨著加速或阻力趨小，剪切力和偏轉(zhuǎn)也相應(yīng)趨小，從而使兩錐輪(定 軸10和可變軸9)接觸點也趨向于恢復(fù)到原來預(yù)緊彈簧5的平衡點和原設(shè)定的傳動比。換言之無論是因加速引起的偏轉(zhuǎn)還是因車輛運動受阻引起的偏轉(zhuǎn)，都將導(dǎo)致車 輛動力傳遞以非剛性、連續(xù)而恰當?shù)膫鲃颖人S系。此即“自適應(yīng)”之本義，且“自適應(yīng)”是“即時”的，在行駛中無須干涉和調(diào)控。通過調(diào)節(jié)螺絲6對輸出錐輪9上左右兩個預(yù)緊彈簧5的調(diào)節(jié)，可預(yù)設(shè)車輛的靜態(tài) 傳動比、和調(diào)節(jié)“自適應(yīng)”的“剛?cè)帷倍龋詽M足不同騎行者的習(xí)慣和要求。(其中調(diào)節(jié)螺絲 6也可為單一組件，通過作用于調(diào)節(jié)支點8，再經(jīng)壓板7而作用于兩個預(yù)緊彈簧5。)對預(yù)緊彈簧5上壓板7的支點8的調(diào)控，則可由騎行者在行駛中通過手柄、絲桿等 機械方式來執(zhí)行，這是對車輛的動態(tài)傳動比的調(diào)節(jié)。在輸入端設(shè)一止逆棘輪3是為了防止CVT箱的“內(nèi)力”前傳，以免影響蹬踏；而止 逆棘輪3采用可離合形式則是為了避免一旦車輛須向后推行時能不受棘輪之羈絆。同時，由于本裝置的輸出軸13和可變軸9呈動平衡狀態(tài)(即傳動與變速的過程必 須滿足各作用力的平衡，尤其是與預(yù)緊彈簧5的動平衡)，客觀上也減小了對機械的沖擊。與美國Ellsworth公司的紐芬奇無級變速自行車比較，主要特點有
權(quán)利要求中鼓錐輪機械式無級變速裝置，包括中鼓錐輪CVT箱、動力輸入軸系和輸出軸系；其特征是所述中鼓錐輪CVT箱有一對大小端相對配置、軸線處于同一平面、且表面始終保持相互接觸的中鼓型錐輪，分別與輸入軸同軸結(jié)合成定軸(10)、與輸出軸同軸結(jié)合成可變軸(9)；所述定軸(10)，其軸端軸承(4)與CVT機箱固定；所述可變軸(9)，其軸端軸承(4)沿徑向配置預(yù)緊彈簧(5)，兩軸軸線之夾角可變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中鼓錐輪機械式無級變速裝置，其特征是所述定軸(10)和 可變軸(9)可以是相同規(guī)格的中鼓錐輪，也可以是不同規(guī)格的中鼓錐輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中鼓錐輪機械式無級變速裝置，其特征是所述定軸(10)和可變軸(9)中之一軸為中鼓錐輪，另一軸也可以是普通錐輪或圓柱輪。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中鼓錐輪機械式無級變速裝置，其特征是所述預(yù)緊彈簧(5) 上復(fù)一壓板(7)，并配調(diào)節(jié)螺絲(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的中鼓錐輪機械式無級變速裝置，其特征是所述壓板(7)上 設(shè)有調(diào)節(jié)支點⑶。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的中鼓錐輪機械式無級變速裝置，其特征是所述調(diào)節(jié)螺 絲(6)通過調(diào)節(jié)支點(8)和壓板(7)作用于預(yù)緊彈簧(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中鼓錐輪機械式無級變速裝置，其特征是所述動力輸入軸 系包括輸入齒輪副和止逆棘輪(3)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中鼓錐輪機械式無級變速裝置，其特征是所述動力輸出軸 系包括萬向節(jié)聯(lián)軸器(11)、推力關(guān)節(jié)軸承(12)和輸出齒輪副。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的中鼓錐輪機械式無級變速裝置，其特征是所述止逆棘輪(3) 是離合式的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中鼓錐輪機械式無級變速裝置，其特征是所述定軸(10) 和可變軸(9)軸端配置相宜的軸端軸承(4)。
專利摘要中鼓錐輪機械式無級變速裝置，包括中鼓錐輪CVT箱、動力輸入軸系和輸出軸系；所述中鼓錐輪CVT箱有一對大小端相對配置、且始終保持相互接觸與足夠的表面壓力的中鼓型錐輪，分別與輸入軸同軸結(jié)合成定軸(10)、與輸出軸同軸結(jié)合成可變軸(9)；可變軸(9)受軸端軸承(4)之預(yù)緊彈簧(5)和輸出軸系的反作用力約束，使得兩軸軸線之夾角可變；預(yù)緊彈簧(5)上配調(diào)節(jié)螺絲(6)、并復(fù)一壓板(7)；壓板上另設(shè)有調(diào)節(jié)支點(8)。本實用新型具有部件少，結(jié)構(gòu)精簡；對機械的剛性沖擊??；傳動比在一定范圍內(nèi)通過輸出時負載之反作用力而自動調(diào)適等優(yōu)點。配置本裝置的自行車，較之美國紐芬奇無級變速自行車，還具有省略鏈傳動和易于普及等優(yōu)點。
文檔編號F16H15/34GK201747881SQ201020106429
公開日2011年2月16日 申請日期2010年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月25日
發(fā)明者葉大衛(wèi), 葉廉華 申請人:葉大衛(wèi);葉廉華