本发明为摩擦无级变速器,属于在运转中可连续无级调速的行星锥轮机械摩擦无级变速器。 已有的技术和存在的问题:
现有的同类行星锥轮机械摩擦无级变速器如图1所示,为3K型行星传动轮系,包括输入轮1、输出轮2、调速环3、圆锥轮4和锥轮保持架5,F1、F2和F3分别为圆锥轮对输入轮、输出轮和调速环的接触反力。
其变速比为
R= (n2)/(n1) =- (R1)/(R2) · (R3·R42-R2·R43)/(R1·R43+R3·R41)
输出转速为
n2=- (R1)/(R2) · (R3·R42-R2·R43)/(R1·R43+R3·R41) ·n1
式中:“-”表示输出转速与输入转速转向相反;n1为输入转速;R1、R2和R3分别为输入轮、输出轮和调速环的有效半径;R41、R42和R43分别为与输入轮、输出轮和调速环接触的圆锥轮接触点半径。如图1所示。
采用图1机构的无级变速器,其输入轮与圆锥轮接触点处曲率半径在三个接触点中最小,为机构中强度薄弱点,设该点所能承受的最大接触压力为F1max。
R43为可变量。若除上述接触点外的其余二接触点处的零件材料强度等性能满足承载能力要求,根据能量守恒原理,当R43较大时,输出转速较低,相应能够传递较大的转矩,因R2为恒量,这时需要较大的圆周摩擦力。而摩擦力与摩擦系数和接触反力成正比,在摩擦系数一定时,需要较大的接触反力F2。特别是当R43→ (R3)/(R2) ·R42时,n2→0时,理论上可传递很大的转矩,要求F2很大。
现有的图1所示机构中,与输出轮接触的圆锥轮面为环状平面。图中,α为与输出轮接触的圆锥轮面和圆锥轮外圆锥面的母线夹角,α′、F1′、F2′、F3′和R3′分别为虚线所示机构中与粗实线所示机构相应的角度、接触反力和半径值。由图可见,当α′<α、F1′=F1=F1max时,在同一轴向位置上,F2′>F2,R3′>R3,即当F1和R43一定时,α越小,F2/F1越大,F2相对越大,R3越大。由于太小地α角会导致R3过大,所以α角不能太小,这样就限制了机构低速输出时所能传递的转矩值。
本发明提出的无级变速方案,其圆锥轮具有双锥面结构,可提高低速输出转矩,改善输出特性,使变速器轻量化、小型化,可广泛用于汽车、造纸机械等有关领域。
发明内容:
如图2所示,为本发明的机构简图。图中:1、2、3、4和5同图1相应件,α、F1、F2、F3、R1、R2、R3和R41、R42、R43分别为与图1所示机构相应的角度、接触反力和半径值。
本发明的特征在于:其圆锥轮具有双锥面结构,其一即为已有的与调速环接触的外圆锥面,其二即与输出轮接触的圆锥轮面为环状内凹圆锥面,且该内凹圆锥面顶角φ大于调速环接触的外圆锥面顶角θ;而与输入轮接触的圆锥轮环状凹弧面和与输出轮接触的圆锥轮环状内凹圆锥面相切。
采用该机构的无级变速器可使α角较小,F2/F1较大,F2相对较大,而R3与α值无关。和图1机构相比,在基本尺寸R3等条件相同的条件下,当F1和R43一定时,由于该机构具有较小的α值,可使F2较大,从而使机构低速输出时能传递较大的转矩值,改善了输出特性;在负载转矩相同的条件下,和图1机构相比,该机构产生的接触力F1较小,轴向推力较小,对强度要求相对较低;紧凑的结构使该变速器体积小、重量轻,从而使变速器轻量化、小型化。可见,该机构改善了调速性能,提高了传动效率。
如图3所示,为输出特性曲线。图中,细实线与图1机构对应,粗实线与图2机构对应,可见,图2机构明显优于图1机构。
实施本发明时,要结合实际要求根据设计理论选择内凹圆锥面顶角φ、外圆锥面顶角θ以及α角,既要充分利用α角小的优点,又要考虑各点接触强度条件限制以及其它制约因素。