CN1601144A - 带式无段变速器的倒档机构 - Google Patents

Abstract

一种带式无段变速器的倒档机构。为提供一种能传递正反向动力、达到不同减速比、适用于不同动力设备的机动车传动部件，提出本发明，它包括前带轮、动力源、后带轮、套设于前带轮及后带轮上的带圈及扭力凸轮组；前带轮及动力源组设于前转轴上；前带轮由滑动套设于前转轴上的前活动半轮及固设于前转轴上的前固定半轮组成；后带轮由套设于后轴上的后固定半轮及后活动半轮组成；扭力凸轮组包含设于活动半轮上的凸轮导槽及对应并容置于凸轮导槽内的凸轮销；凸轮导槽内周壁设有正转凸轮导轨及倒转凸轮导轨；凸轮销一端设于固定半轮上，其另一端置于凸轮导槽并与正转凸轮导轨或倒转凸轮导轨接触。

Description

带式无段变速器的倒档机构

技术领域

本发明属于机动车传动部件，特别是一种带式无段变速器的倒档机构。

背景技术

带式无段变速机构具有成本低廉、结构简单、维修容易、变速范围宽等优点，因此愈来愈被广泛使用于各种动力传动机器上。

常见的带式无段变速机构有两种：

1、为以一条V形橡胶皮带圈连接两组皮带轮，即主动皮带轮和被动皮带轮，其机构只在皮带轮内部施加局部的黄油润滑，整个机构是属干式的，不使用机油润滑，可传递较小的动力。

2、为以许多片V形片状金属并复合材料组合于钢带上，形成一整条复合材料金属链带圈。此复合材料并金属链带圈连接两组链带轮，即主动带轮和被动带轮，其机构可为干式，亦可将其整组置于机油箱内，以获得足够的润滑，属湿式润滑；常用于较大动力的传输。

这些带式变速机构的两组带轮各别皆是两个半轮组合而成，其一个为固定于转轴上的固定半轮，另一个为可在转轴上活动而调整两个半轮之间宽度的活动半轮，借以改变带圈与带轮的有效接触位置及有效旋转半径，使得两个带轮之间的转速比产生变化，进而达到无段变速的效果。

两个带轮的活动半轮调整位置的方式有许多种，有用离心块受转速变化产生离心力推挤而调整位置，有用外加油压控制而调整位置，有用外加电磁力推动而调整位置。

所有习知的带式变速机构，皆只能传递单一方向的动力，不能传递反方向的动力。当反向转动时，扭力会完全丧失，带圈与带轮之间无法卡紧以传递动力。由于这种功能上的缺失，使得习知的带式变速机构不能广泛的应用更多方面的动力传动机构上。

习知的带式变速机构只能传递一个方向的旋转动力而不能传递反方向的旋转动力的原因是因为两个带轮或其中一个带轮上，有一组以上的扭力凸轮的机构，此种扭力凸轮包含凸轮销和凸轮导槽，分别设计在各带轮的固定半轮和活动半轮上。当带轮旋转传递某一方向的扭力时，凸轮销会抵紧凸轮导槽的一个内侧面即凸轮导轨上，当凸轮销抵住凸轮导槽时，其作用力会垂直于凸轮导轨的接触点。此作用力可分解为两个分力向量，一个分力向量垂直于带轮的旋转轴，另一个分力向量平行于带轮的旋转轴。平行于带轮旋转轴的分力向量若为朝向带圈方向，活动半轮将被凸轮销的作用力推往带圈方向移动，带圈与带轮之间的磨擦力将增加，带轮可以借由带圈传递动力。反之若此平行于带轮旋转轴的分力向量是远离带圈方向，则活动半轮将被凸轮销的作用力推离带圈，带圈与带轮之间的磨擦力将减弱而打滑，无法持续传递动力。

习知的凸轮导槽的两个内侧面是平行的，当正转时，凸轮销所产生的作用力在带轮旋转轴上的分力是朝向带圈方向，使一凸轮导轨能发挥传递动力的功效。但是反转时，另一个凸轮导轨与凸轮销相作用，其作用力在带轮旋转轴上的分力，为背向带圈方向，故使活动半轮远离带圈，造成打滑，没有办法传递动力。

另外在工业使用及交通工具中，经常有正转及反转两种动力输出的应用需求，如电动机、空压机或液压机等动力设备皆可输出正转及反转的动力源，即使用内燃机或外燃机等活塞引擎为动力，也可以经由简易的倒档机构将单向输出的动力源变化成可正转及反转的双向输出动力源。虽然动力源已经很轻易能产生正转及反转双向的输出，但是作为扭力变换与传递的无段变速器，却一直只有单一转向，因此整个动力系统无法使用低成本且变速顺畅的带式无段变速机构，只能使用高成本的齿轮变速箱。

发明内容

本发明的目的是提供一种能传递正反向动力、达到不同减速比、适用于不同动力设备的带式无段变速器的倒档机构。

本发明包括前带轮、动力源、后带轮、套设于前带轮及后带轮上的带圈及扭力凸轮组；前带轮及动力源组设于前转轴上；前带轮由滑动套设于前转轴上的前活动半轮及固设于前转轴上的前固定半轮组成；后带轮由套设于后轴上的后固定半轮及后活动半轮组成；扭力凸轮组包含设于活动半轮上的凸轮导槽及对应并容置于凸轮导槽内的凸轮销；凸轮导槽内周壁设有正转凸轮导轨及倒转凸轮导轨；凸轮销一端设于固定半轮上，其另一端置于凸轮导槽并与正转凸轮导轨或倒转凸轮导轨接触。

其中：

前活动半轮设有离心块及具有凸轮面并对应转速控制离心块改变前带轮与带圈接触旋转半径的离心块背板。

扭力凸轮组设置于后带轮上；后固定半轮固设与后转轴连接的后固定半轮轴套；后活动半轮固设轴向滑动套设于后固定半轮轴套上的后活动半轮轴套；扭力凸轮组的凸轮导槽设于后活动半轮轴套上，凸轮销的一端设于后固定半轮轴套上。

后转轴一端上设有弹簧承座，并于弹簧承座与后活动半轮之间的后活动半轮轴套上套设使后活动半轮具有朝后固定半轮移动趋势的弹性件。

凸轮导槽呈L形，其内周壁的正转凸轮导轨及倒转凸轮导轨具有各种与凸轮销相作用以形成不同扭力凸轮达到不同变化速率变速比的不同曲率半径。

动力源为发动机或电动机。

带圈为V形皮带或复合材料金属链带。

扭力凸轮组为数个对称分布设置后带轮的后固定半轮的后固定半轮轴套及后活动半轮的后活动半轮轴套上。

扭力凸轮组可设在前带轮上。

凸轮销一端活动地穿设于后固定半轮轴套上，其与设于凸轮导槽内周壁的正转凸轮导轨或倒转凸轮导轨接触的一端设有借以减少滑动磨擦的滑轮；扭力凸轮组上套设有可将凸轮销固定于凸轮导槽内的塑胶外罩。

由于本发明包括前带轮、动力源、后带轮、套设于前带轮及后带轮上的带圈及扭力凸轮组；前带轮及动力源组设于前转轴上；前带轮由滑动套设于前转轴上的前活动半轮及固设于前转轴上的前固定半轮组成；后带轮由套设于后轴上的后固定半轮及后活动半轮组成；扭力凸轮组包含设于活动半轮上的凸轮导槽及对应并容置于凸轮导槽内的凸轮销；凸轮导槽内周壁设有正转凸轮导轨及倒转凸轮导轨；凸轮销一端设于固定半轮上，其另一端置于凸轮导槽并与正转凸轮导轨或倒转凸轮导轨接触。当动力源输出动力小、前转轴低速转动时，前带轮中的前活动半轮与前固定半轮的距离拉远，使前带轮及与其结合的带圈端的旋转半径缩小；且带圈设于后带轮端的旋转半径增大，使凸轮销顶住凸轮导槽中正转凸轮导轨的末段；以能够带动后转轴输出动力。当中速时，转速增加，使前带轮及与其结合的带圈端旋转半径增大；带圈设于后带轮端旋转半径缩小，凸轮销行至正转凸轮导轨中段。当高速时，前转轴转速增加，使前带轮及与其结合的带圈端旋转半径再增大，带圈设于后带轮端旋转半径再缩小，并依靠扭力凸轮组所产生的挤压力带来的摩擦力来传递动力。当倒转时，动力源输出反向动力，使前转轴反转，带动带圈反转，此时后活动半轮反转，凸轮销卡至倒转凸轮导轨中，使后转轴倒转，输出倒转的动力。即本发明利用具倒转功能的凸轮导槽，使得带式无段变速机构可以输出正转与反转的动力，且不需再增加倒档机构，可有效降低整体机构的复杂度与成本；并可依所使用的动力机构而改变凸轮导槽的形状，以获得不同的变速比，以可广泛应用在各种类型的工业上及车辆上，而独具特殊的功效。不仅能传递正反向动力，而且达到不同减速比、适用于不同动力设备，从而达到本发明的目的。

附图说明

图1、为本发明结构示意剖视图。

图2、为图1中A-A剖视图。

图3、为本发明结构示意剖视图(低速状态)。

图4、为本发明结构示意剖视图(中速状态)。

图5、为本发明结构示意剖视图(高速状态)。

图6、为本发明结构示意剖视图(倒转状态)。

图7、为本发明扭力凸轮动力原理示意图(正转状态)。

图8、为本发明扭力凸轮动力原理示意图(反转状态)。

图9、为图1中B部局部放大图(倒转凸轮导轨构成可变的变速比)。

图10、为图1中B部局部放大图(倒转凸轮导轨的曲率半径为有限的负值)。

图11、为图1中B部局部放大图(正转凸轮导轨的有效曲率半径为正值无限大)。

图12、为图1中B部局部放大图(正转凸轮导轨的曲率半径为有限的正值)。

图13、为本发明输入转速及输出转速曲线示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括前带轮1、动力源10、后带轮2、带圈3及扭力凸轮组4。

前带轮1及动力源10组设于前转轴11上。

动力源10可输出正转与反转的动力的发动机或电动机。

后带轮2组设于后转轴21上。

带圈3为V形皮带或复合材料金属链带，其套设于前带轮1及后带轮2上。

扭力凸轮组4设于后带轮2上。借由上述元件，使带式无段变速器可输出正转与倒转的动力。

如图1、图2所示，组设于前转轴11上的前带轮1由前活动半轮12及前固定半轮13组成。前活动半轮12滑动套设于前转轴11上，能够在前转轴11上作轴向移动。前固定半轮13固设于前转轴11上，并随前转轴11一同旋转。

组设于前转轴11上的动力源10可输出正转与反转的动力，使前转轮1依需要正转或反转。

组设于后转轴21上的后带轮2由后固定半轮22及后活动半轮23组成。

后固定半轮22固设与后转轴21连接的后固定半轮轴套24，借以使后固定半轮22可带动后转轴21一同旋转，以输出动力。

后活动半轮2 3固设轴向滑动套设于后固定半轮轴套24上的后活动半轮轴套25。

带圈3套设于前带轮1及后带轮2上，用以传动动力。

扭力凸轮组4包含对称分布于后活动半轮轴套25周壁的数个凸轮导槽41及对应并容置于凸轮导槽41内的凸轮销42。

凸轮导槽41呈L形，其为镂空成形于后活动半轮轴套25周壁，凸轮导槽41内周壁设有正转凸轮导轨43及倒转凸轮导轨44。

凸轮销42一端活动地穿设于后固定半轮轴套24上，其另一端与设于凸轮导槽41内周壁的正转凸轮导轨43或倒转凸轮导轨44接触。凸轮销42与正转凸轮导轨43或倒转凸轮导轨44接触的一端设有借以减少滑动磨擦的滑轮。

前活动半轮12中设有离心块14及离心块背板15。

离心块背板15上设有凸轮面151。当于前活动半轮12转动时，离心块14会产生离心力，并顺着离心块背板15上的凸轮面151移动，推挤前活动半轮12，迫使前活动半轮12变更轴向位置。

后转轴21一端上设有弹簧承座26，并于弹簧承座26与后活动半轮23之间的后活动半轮轴套25上套设弹性件27，使后活动半轮23具有朝后固定半轮22移动的趋势。

此外，前活动半轮12与前固定半轮13及后固定半轮22与后活动半轮23之间分别相对设有构成供与带圈3相接合V形槽的斜面。

扭力凸轮组4上套设有可将凸轮销42固定于凸轮导槽41内的塑胶外罩，借以防止凸轮销42脱落。

如图3所示，当动力源10输出动力小、前转轴11低速转动时，前带轮1中的前活动半轮12不受离心块14作用而与前固定半轮13的距离拉远，使前活动半轮12与前固定半轮13构成的V形槽及结合于其内带圈3一端的旋转半径缩小；且带圈3设于后带轮2的后活动半轮23与后固定半轮22构成的V形槽的另一端旋转半径增大，并借由回复弹簧27将后活动半轮23顶向后固定半轮22，使凸轮销42顶住凸轮导槽41中正转凸轮导轨43的末段。

当后活动半轮23与后固定半轮22一起转动时，由于后固定半轮22受到后转轴21的负载影响产生迟滞而与后活动半轮23之间产生相对角的差异，使得凸轮销42会更加顶紧正转凸轮导轨43，因此将后活动半轮23往后固定半轮22的方向推挤，使得带圈3被后活动半轮23及后固定半轮22夹紧，带圈3与后带轮2的摩擦力增加，因此能够带动后转轴21输出动力。

如图4所示，当中速时，转速增加，离心块14把前活动半轮12向前固定半轮13推近，使带圈3旋转半径增大；带圈3设于后带轮2的另一端旋转半径缩小，后活动半轮23抵抗回复弹簧27的力量而向外移，凸轮销42行至正转凸轮导轨43中段，直至回复弹簧27保持平衡。

如图5所示，当高速时，前转轴11转速增加，离心块14受巨大的离心力作用将前活动半轮12再向前固定半轮13推挤靠近，带圈3被推至顶端使旋转半径再增大，带圈3设于后带轮2的另一端旋转半径再缩小，使后活动半轮23推挤回复弹簧27向外移动，动力的传输仍然依靠扭力凸轮组4所产生的挤压力带来的摩擦力来传递动力。

如图6所示，当倒转时，动力源10输出反向动力，使前转轴11反转，带动带圈3反转，此时后活动半轮23反转，凸轮销42卡至倒转凸轮导轨44中，使后转轴21倒转，输出倒转的动力。

如图7所示，当正转时，凸轮销42在接触点1p产生的作用力pq垂直正转凸轮导轨43，此作用力pq可分为垂直于后转轴21的po向量及平行于后转轴21的oq向量。oq向量推挤后活动半轮23往带圈3方向作轴向移动，使得后带轮2与带圈3之间产生极大的磨擦力，足以传递极大的旋转动力。po向量则会使凸轮销42抵紧正转凸轮导轨43，使后活动半轮23与后固定半轮22连成一体，一起旋转。

如图8所示，当倒转时，倒转凸轮导轨44将与凸轮销42相抵紧，使凸轮销42卡在倒转凸轮导轨44中不能移动，其接触点1i上的作用力ij垂直于后转轴21，使得后活动半轮23的位置固定不能移动，保持一定的变速比。

如图9、图10、图11、图12所示，本发明为适用于各种动力机构，凸轮导槽41的正转凸轮导轨43与倒转凸轮导轨44可有不同的曲率半径的设计，以达成不同的变速比变化快慢。

如图9所示，与凸轮销42a接触的倒转凸轮导轨44a呈凹弧面而有可变的变速比，使变速比可随负载而变化。

如图10所示，与凸轮销42b接触的倒转凸轮导轨44b呈曲率半径为有限的负值的凸弧面，随着扭力变化，其减速比变化速率是先快后慢。

如图11所示，与凸轮销42c接触的正转凸轮导轨43c呈有效曲率半径为正值无限大的直线，正转时减速比会保持均匀变化；与凸轮销42c接触倒转凸轮导轨44c呈曲率半径为正值无限大的直线，倒转时减速比亦保持均匀变化。

如图12所示，与凸轮销42d接触的正转凸轮导轨43d呈曲率半径为有限的正值的凸弧面，减速比变化是先慢后快；与凸轮销42d接触的倒转凸轮导轨44d中设有凹槽，当倒转时凹槽会卡住凸轮销42d，使得减速比成固定值不能变化。

如图13所示，本发明所获得的输入转速与输出转速的变化曲线，不论正转或反转，在低速时皆可获得最大的扭力比(即最大的减速比)；当转速高于某一特定值时，亦能获得最大增速比；而在最大的减速比与最大增速比之间，可成连续滑顺的变速，使得本发明能够以最低成本的皮带式无段变速系统，应用在各种的动力机构上。

综上所述，本发明利用具倒转功能的凸轮导槽41，使得带式无段变速机构可以输出正转与反转的动力，且不需再增加倒档机构，可有效降低整体机构的复杂度与成本；并可依所使用的动力机构而改变凸轮导槽41的形状，以获得不同的变速比。如此本发明可广泛应用在各种类型的工业上及车辆上，而独具特殊的功效。

Claims (10)

1、一种带式无段变速器的倒档机构，它包括前带轮、动力源、后带轮及套设于前带轮及后带轮上的带圈；前带轮及动力源组设于前转轴上；前带轮由滑动套设于前转轴上的前活动半轮及固设于前转轴上的前固定半轮组成；后带轮由套设于后轴上的后固定半轮及后活动半轮组成；其特征在于所述的带轮设有扭力凸轮组；扭力凸轮组包含设于活动半轮上的凸轮导槽及对应并容置于凸轮导槽内的凸轮销；凸轮导槽内周壁设有正转凸轮导轨及倒转凸轮导轨；凸轮销一端设于固定半轮上，其另一端置于凸轮导槽并与正转凸轮导轨或倒转凸轮导轨接触。

2、根据权利要求1的述的带式无段变速器的倒档机构，其特征在于所述的前活动半轮设有离心块及具有凸轮面并对应转速控制离心块改变前带轮与带圈接触旋转半径的离心块背板。

3、根据权利要求1的述的带式无段变速器的倒档机构，其特征在于所述的扭力凸轮组设置于后带轮上；后固定半轮固设与后转轴连接的后固定半轮轴套；后活动半轮固设轴向滑动套设于后固定半轮轴套上的后活动半轮轴套；扭力凸轮组的凸轮导槽设于后活动半轮轴套上，凸轮销的一端设于后固定半轮轴套上。

4、根据权利要求1的述的带式无段变速器的倒档机构，其特征在于所述的后转轴一端上设有弹簧承座，并于弹簧承座与后活动半轮之间的后活动半轮轴套上套设使后活动半轮具有朝后固定半轮移动趋势的弹性件。

5、根据权利要求1的述的带式无段变速器的倒档机构，其特征在于所述的凸轮导槽呈L形，其内周壁的正转凸轮导轨及倒转凸轮导轨具有各种与凸轮销相作用以形成不同扭力凸轮达到不同变化速率变速比的不同曲率半径。

6、根据权利要求1的述的带式无段变速器的倒档机构，其特征在于所述的动力源为发动机或电动机。

7、根据权利要求1的述的带式无段变速器的倒档机构，其特征在于所述的带圈为V形皮带或复合材料金属链带。

8、根据权利要求1或3的述的带式无段变速器的倒档机构，其特征在于所述的扭力凸轮组为数个对称分布设置后带轮的后固定半轮的后固定半轮轴套及后活动半轮的后活动半轮轴套上。

9、根据权利要求1的述的带式无段变速器的倒档机构，其特征在于所述的扭力凸轮组可设在前带轮上。

10、根据权利要求1或3的述的带式无段变速器的倒档机构，其特征在于所述的凸轮销一端活动地穿设于后固定半轮轴套上，其与设于凸轮导槽内周壁的正转凸轮导轨或倒转凸轮导轨接触的一端设有借以减少滑动磨擦的滑轮；扭力凸轮组上套设有可将凸轮销固定于凸轮导槽内的塑胶外罩。

Images