一种球伞接触式无级变速器及其设计方法

技术领域

本发明涉及摩擦传动技术领域，具体涉及一种球伞接触式无级变速器。

背景技术

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。

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。

发明内容

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。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

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。

其中，可能布置的形式有：

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；

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；

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

附图说明

图1为实施例中球伞接触式无级变速器在静止状态下的俯视图；

图2为实施例中球伞接触式无级变速器在静止状态下的剖视图；

图3为实施例中球伞摩擦组件在张开状态下的俯视图；

图4为实施例中主动轴和旋转盘的俯、侧视图；

图5为实施例中齿合臂的侧视图；

图6为实施例中滑块座的俯视图；

图7为实施例中滑块盖的俯视图；

图8为实施例中半球形支架的俯视图；

图9为实施例中弧面接触组件的俯视图。

附图标记：主动轴1，旋转盘2，半球形支架3，齿合臂4，咬合头5，连杆6，滑块7，从动轴8，锥台9，弹簧10，第一连接销11，第二连接销12，第三连接销13，第一凹槽21，第二凹槽22，第一轨道凹槽31，第二轨道凹槽32，第三轨道凹槽33，第一连接销槽41，第二连接销槽42，第三连接销槽43，第四连接销槽44，第五连接销槽45，第六连接销槽46，滑块座51，滑块盖52，球伞摩擦组件101，弧面摩擦组件102。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

本发明的球伞接触式无级变速器的一种具体实施方式，请见图1-图3，包括一个球伞摩擦组件和弧面接触组件，本实施例以应用在空调无级变速中为例进行说明，球伞摩擦组件和弧面摩擦组件相对设置。

在本实施例中，咬合头5与锥台9相互摩擦接触，用于传递动力。球伞接触式无级变速器工作时，主动轴1旋转，带动旋转盘2旋转，带动齿合臂4旋转，齿合臂4上的咬合头与锥台9摩擦接触，产生摩擦力，带动锥台9旋转，带动从动轴8旋转，完成动力的传递过程。

在本实施例中，旋转盘2旋转时，带动齿合臂4旋转，齿合臂4旋转时产生离心力，离心力通过连杆传递至滑块7，压缩弹簧10，使齿合臂张开，导致传动比改变。经过一段时间后，离心力与弹簧弹性力平衡，并保持传动比为定值。显然，随着旋转盘转动速度的增加，齿合臂的张角也增加，通过结构限制，保证张角范围为0～90°。

在本实施例中，球伞摩擦组件101包括主动轴1和旋转盘2。旋转盘2沿周向方向开有用于放置齿合臂4的第一凹槽21。在第一凹槽的隔板间，开有用于放置第一连接销11的第一连接销槽41。在实际应用中，第一凹槽21与第一连接销槽41的结构可以根据实际应用改变，但仍需要使旋转盘2与齿合臂4之间形成旋转副，保证齿合臂4的开合过程。

在本实施例中，球伞摩擦组件101包括半球形支架3.半球形支架3中部开有通孔，用于安装在主动轴1上。半球形支架3与主动轴1之间为固定连接。半球形支架3沿周向方向上开有与第一凹槽21一一对应的第一轨道凹槽31，轨道凹槽31用于放置齿合臂4，且保证齿合臂4能够正常开合。同时，第一轨道凹槽31能够对齿合臂4起到支撑作用，在摩擦传动时，咬合头5与锥台9在接触时会产生切向冲击，轨道凹槽31能够限制齿合臂4的位移，防止齿合臂折断。

在本实施例中，球伞摩擦组件101包括齿合臂4。齿合臂4的一端开有放置第一连接销11的第二连接销槽42，另一端用于连接咬合头5。齿合臂的一侧开有第二轨道销槽32，齿合臂2的中部开有用于放置第二连接销12的第三连接销槽43。在实际应用中，第二连接销槽42、第二轨道凹槽32、第三连接销槽43的结构可以根据实际应用改变，但仍需要旋转盘2与齿合臂4、齿合臂4与连杆6之间形成旋转副，且需要保证连杆6与齿合臂4的张角保持一定范围，能够满足齿合臂4开合过程的要求。

在本实施例中，球伞摩擦组件101包括咬合头5。咬合头5一端安装与齿合臂4，另一端与弧面摩擦组件102的锥台9摩擦接触。咬合头5的摩擦面为球面，保证与锥台的接触面积。咬合头5与齿合臂4之间应具有弹性组件，保证咬合头5在与锥台9接触时能够有缓冲，减小系统冲击。

在本实施例中，球伞摩擦组件101包括连杆6。连杆6的两端开有第四连接销槽44、第五连接销槽45。第四连接销槽44用于放置连接连杆6和齿合臂4的第二连接销12，第五连接销槽用于放置连接连杆6和滑块7的第三连接销13。

在本实施例中，球伞摩擦组件101包括滑块7。滑块7包括滑块座51、滑块盖52。滑块7中部开有通孔，通过通孔将滑块安装于主动轴上。滑块座51沿周向方向开有用于放置连杆的第二凹槽22，且各个第二凹槽22与第一凹槽21一一对应，第二凹槽各隔板间开有用于放置第三连接销13的第六连接销槽46。在实际应用中，滑块7的结构可以根据实际应用改变，但仍需保证保证滑块能够在主动轴1上运动，且与连杆6之间形成旋转副。

在本实施例中，弧面摩擦组件102包括锥台9，锥台9固定于从动轴8上。锥台中部开有通孔，通过通孔将锥台安装于从动轴上。锥台的母线为圆弧线，且与咬合头5的运动轨迹重合，保证在齿合臂4的不同张角下，咬合头与锥台仍能有良好的接触，保证了球伞接触式无级变速器在不同传动比下能够正常工作。

主动轴1、齿合臂4、连杆6和滑块7组成曲柄滑块系统，通过第二轨道凹槽32可以限制连杆6与齿合臂4之间的相对角度，可以限制齿合臂4的张角在0～90°之间，保证了球伞接触式无级变速器的动力能够正常传输，且传动比范围相比于传统无级变速器更大。同时，在主动轴上安装的弹簧10，可以通过压缩弹簧10，使其产生对滑块7的反作用力，使滑块7在主动轴1轴向方向上的力达到平衡状态，保证了在外输入信号稳定状态下，球伞接触式无级变速器的传动比的一致性。同时，球伞接触式无级变速器的变传动比功能不需要外部控制系统，能够通过自身的力平衡来实现传动比的改变，相比其他无级变速器取消了复杂的控制系统，保证了球伞接触式无级变速器的稳定性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。