技术领域
[0001] 本
发明涉及一种变速传动装置，尤其是一种自动无级变速传动装置。
背景技术
[0002]
汽车自动
传动系统已众所周知，传统传动系统基于在变速箱中变挡的自动换挡。近年来，无级变速传动液得到了广泛应用，较早的无级变速传动分为电动和液压两种,但是由于其复杂性和昂贵，他们没能在轿车和大多数
卡车中得到发展。采用摩擦无级
变速器的机械无级变速传动也是众所周知的，带有三
角传送带和能分开的锥形盘的摩擦变速器在汽车中得到最广泛的应用，但是他们没有足够宽的调节范围和有限的承载能
力。因此，他们仅限于在功率不大的小汽车中应用。
[0003] 为了增加调节范围和提高承载能力，出现了脉冲式
无级变速器。2012年5月27日公开的公开号为RU116595的俄罗斯
专利公开了在汽车传动装置中采用脉冲变速器的技术方案。在该技术方案的传动装置中，脉冲变速器安装在汽车
内燃机中，这使得汽车机组结构更加复杂。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种调节范围大、承载能力强的自动无级变速传动装置。
[0005] 本发明所述的一种自动无级变速传动装置，包括内燃机、机壳、脉冲变速器和传动
自动调节装置。
[0006] 所述脉冲变速器安装在机壳内，包括变速器轴和两个对称设置的结构完全相同的两个部分，均包括
曲轴、
曲柄摇臂机构、
输出轴、中间轴、单向
齿轮离合器、回转减速器输出轴。
[0007] 所述第一部分的曲轴和第二部分的曲轴均通过曲柄摇臂机构与变速器轴连接。
[0008] 所述第一部分和第二部分结构均如下：
[0009] 所述单向齿轮离合器包括第一和第二单向齿轮离合器，第一单向齿轮离合器安装在输出轴上，第二单向齿轮离合器安装在中间轴上，第一单向齿轮离合器和第二单向齿轮离合器均由曲轴驱动；输出轴驱动回转减速器输出轴；输出轴和中间轴之间通过齿轮组连接。
[0010] 所述传动自动调节装置包括
转向节；在转向节上铰接固定着长度相同的第一和第二杆件，第一和第二杆件自由端用于负载
载荷；在第一和第二杆件上一点铰接长度相同的第一和第二固定杆件，第一、二固定杆件底端形成能够沿转向节自由移动的第一
套管；所述传动自动调节装置还包括第二套管，第二套管与第一套管刚性连接；第二套管和第一套管上均设置触头，还设置有与该触头对应的固定触头。
[0011] 作为上述技术方案的进一步改进，所述第一曲轴上安装第三摇臂，在机壳内还安装
导轨，在导轨中设置横梁，套筒安装在横梁上，第三摇臂一端伸入套筒，套筒在第三摇臂摆动下在横梁中进行转动；第四摇臂通过
连杆连接到第三摇臂的自由端，第四摇臂的
凸轮驱动第一齿轮
单向离合器；第五摇臂与第四摇臂
啮合，第五摇臂通过凸轮驱动第二单向齿轮离合器。
[0012] 所述输出轴上安装回转装置
支架，支架有内部啮合的两个齿环；回转减速器输出轴有两个运动方向的齿轮，与支架的两个齿环分别对应。
[0013] 所述输出轴和中间轴上分别安装第一和二齿轮,第一和二齿轮用惰性齿轮联系。
[0014] 所述单向齿轮离合器包括主动圈、
推杆、卡爪、从动
棘轮，在主动圈中制作了用推杆弹起卡爪的承座，承座齿数为ZC；从动棘轮安装在所述输出轴上；从动棘轮的棘
轮齿数为ZII；从动棘轮上卡爪与轮齿工作面之间的最大间隙角φH，φH以下面的公式计算：
[0015]
[0016] 式中，ZH是传递荷载的齿数，由强度条件确定，ZH＝1，或ZH＞1，则ZH取值为ZC和ZII的最小公约数。
[0017] 将所述单向齿轮离合器置换为楔型单向离合器；所述中间轴和输出轴上均设置镗孔，楔型单向离合器的
轴头通过镗孔安装到中间轴和输出轴。所述轴头制作成偏心的，其偏心率使用如下公式计算：
[0018] e≤f(r2+r3) (2)
[0019] 式中，f是在卡紧楔子51表面上的
摩擦系数；
[0020] r2和r3是楔子51内、外面的半径。
[0021] 将所述单向齿轮离合器置换差动式单向离合器，按照以下方式安装差动式单向离合器：用两侧具有销孔的卡箍箍住安装在输出轴上的
滑轮，销孔把导杆与卡箍连接起来；在导杆上做出用销子连接差动式单向离合器与第四摇臂的销孔。所述差动式单向离合器卡紧的条件用以下不等式确定：
[0022]
[0023] 式中，a是两个销孔之间的距离；
[0024] l是外侧的销孔到输出轴23轴线的距离；
[0025] β是系数，在0.8到0.9之间取值；
[0026] e是自然对数的底；
[0027] f是卡箍62与滑轮61
接触中的摩擦系数。
[0028] 本发明的自动无级变速传动装置可广泛用于所有使用内燃机的交通工具，如汽车，摩托车和
拖拉机等，建立无级调节传动装置，与此同时实现车辆在行使中从最大速度到零速度的宽广区域的可调节，就像使用现有已知的传动装置时，在未切断传动链时经常发生的那样，即
发动机在工作中，而
车轮却静止不动。本发明的自动无级变速传动装置同样还适用于石油、航空等各类使用内燃机的机械设备。
附图说明
[0029] 图1是本发明
实施例一的自动无级变速传动装置的纵剖图；
[0030] 图2是脉冲变速器的横断面示意图；
[0031] 图3是沿中间轴和输出轴脉冲变速器纵剖面；
[0032] 图4是单向齿轮离合器结构示意图；
[0033] 图5是图4是单向齿轮离合器第一局部剖视图；
[0034] 图6是图4是单向齿轮离合器第二局部剖视图；
[0035] 图7是传动自动调节装置的原理结构图；
[0036] 图8是脉冲变速器输出组合轴及其所安装的楔形单向离合器的剖视图；
[0037] 图9是图8所显示结构的左视图；
[0038] 图10是脉冲变速器输出组合轴及其所安装的差动单向离合器的剖视图；
[0039] 图11是图10所显示结构的左视图。
具体实施方式
[0040] 下面结合附图和实施例对本发明的自动无级变速传动装置作进一步的说明。
[0041] 实施例一
[0042] 如图1和2所示，本发明的自动无级变速传动装置包括内燃机、机壳16、脉冲变速器和传动自动调节装置。脉冲变速器安装在机壳16内，脉冲变速器包括变速器轴1、第一、二曲轴2、3和第一、二曲柄摇臂机构。内燃机输出轴驱动脉冲变速器的轴1(在图1上没有显示内燃机)。第一摇臂机构和第二曲柄摇臂机构对称设置，分别包括第一、二曲柄4、5，第一、二摇臂6、7，第一连杆8。变速器轴1通过第一、二曲柄4、5驱动第一、二曲轴2、3。第一、二摇臂6、7通过第一连杆8与第一、二曲柄4、5连接。这样，对于驱动曲轴2和3来说有曲柄摇臂式机构4-6-8和5-7-8。如图2所示，曲柄摇臂式机构的角
传动比是这样的，当第一、二曲柄4、5旋转180°时，第一、二摇臂6、7旋转150°；当第一、二曲柄4、5旋转360°时，第一、二摇臂6、7旋转到原始状态，亦即第一、二摇臂6、7以及与其一起的第一、二曲轴2、3在轴1旋转时完成摆动(在这种情况下角度为150°)。第一曲轴2相对第二曲轴3转动90°。
[0043] 如图3所示，由于曲轴2和3驱动的机构是一样的，因此,本实施例中仅说明由轴2驱动的机构。如图2所示，曲轴2上安装第三摇臂9，在机壳16内还安装导轨15，在导轨
15中设置横梁11，套筒10安装在横梁11上，第三摇臂9伸入套筒10，套筒10在第三摇臂
9摆动下在横梁11中进行转动。第四摇臂21通过连杆18连接到第三摇臂9的自由端，第四摇臂21的凸轮22驱动第一齿轮单向离合器19，使得第四摇臂21和第一齿轮单向离合器
19的主动零件随第三摇臂9的运动而摆动和转动。
[0044] 本发明中的脉冲变速器包括第一至第四四个单向齿轮离合器。四个单向齿轮离合器的结构相同，如图4、5和6所示，单向齿轮离合器包括主动圈401，在主动圈401中制作了用推杆403弹起卡爪402的承座，承座齿数为ZC。也可以采用卡爪402弹起不使用推杆403的技术方案。从动棘轮404装在脉冲变速器轴23上，从动棘轮404上切割出棘轮齿ZII。
在本发明的单向齿轮离合器中实现了在启动前两棘轮齿之间间隙最小的条件，这就保证了在工作行程开始前轮齿的撞击力最小，这是本发明的齿轮离合器与其他离合器的区别。本发明的单向齿轮离合器通过齿数ZC和ZII的选择达到冲击力最小的目的。,工作行程开始前确定撞击力：在从动棘轮404上卡爪402与轮齿工作面之间的最大间隙角φH，(以角度计算)应该根据以下表达式计算：
[0045]
[0046] 式中，ZH是传递荷载的齿数，由强度条件确定，如果ZH＝1，齿数和ZC和ZII应该都是简单的；如果ZH＞1，则ZH取值为ZC和ZII的最小公约数。
[0047] 在本发明中，我们依据是一个棘轮齿传递有效载荷。
[0048] 如图4所示，取ZC＝13，ZC＝37，这时由式(1)得 齿距t＝9.73mm,在普通棘轮啮合中正是这个齿距确定冲击力。
[0049] 为了减小变速器的尺寸，将第二摇臂21做成向两侧摆动，使得变速器的输出轴23向一侧传递旋转力矩。
[0050] 第四摇臂21具有齿轮啮合25，在齿轮啮合25处与第五摇臂24啮合，一驱动安装在中间轴29上的第五摇臂24，由第五摇臂24通过与凸轮22一样的凸轮,使第二单向齿轮离合器26摆动。第一单向离合器19和第二单向齿轮离合器26在结构上是一样的,但是第一单向齿轮离合器19被卡住并在它的主动件逆
时针方向摆动时传递
扭矩；而第二单向齿轮离合器26被卡住并在第三摇臂21顺时针方向摆动时传递扭矩。在输出轴23和中间轴29上安装第一、二齿轮30和34,第一、二齿轮30和34用惰性齿轮32联系。
[0051] 变速器的输出轴23上安装变速器回转装置的支架36。支架36有内部啮合的两齿环并且在沿出轴23移动时运动，例如，如图3所示，支架36向右移动，相应齿环与回转减速器输出轴37的一个旋转方向的齿轮啮合，而支架36向左移动时，另一个齿环与回转减速器输出轴37的另一个旋转方向的相应齿轮啮合。
[0052] 本发明的自动无级变速传动装置按照以下方式工作：
[0053] 在第三摇臂9逆时针方向向同一侧摆动(图2上的箭头s1)时，第四摇臂21和第一单向离合器19的主动零件也摆动，第一单向离合器19卡住并向输出轴23传递转矩。不论支架36在哪个
位置，回转减速器从动轴37向同侧或另一侧传递转矩。这时，第二单向离合器26是不闭合的，因此第二单向离合器26的运动没有传递到中间轴29上，而使得第一、二齿轮30、34转动。因为第一、二齿轮30、34受惰性轮轮32制约，所以中间轴29逆时针方向旋转,因此第二单向离合器26是楔开的，且不妨碍轴29的自由旋转。
[0054] 当第三摇臂9顺时针方向向同一侧摆动(图2上的箭头s2)时，第一单向离合器19没有卡住，因此由第一单向离合器19的转动没有传递到变速器的输出轴23上。但是第二单向离合器26卡住了并使得中间轴29转动，并且第一、二齿轮34、30和中间轴轴29顺时针方向旋转，亦即当第三摇臂9顺时针方向摆动向同一侧旋转。
[0055] 第二曲轴3在其摆动时也导致与之相连的机构摆动，并使得与之相连的两个单向离合器和第一曲轴2产生同样的运动。这些细节在图3上没在剖面图上显示，但由于曲轴3相对曲轴2转了90°，四个单向离合器中每一个离合器的旋转力矩只发生在轴1旋转90°时传递。这是由于在一个轴上安装几个单向离合器，在这种情况下是安装在输出轴23上，只有输出轴23上的单向离合器传递扭矩，它传给输出轴23最大旋转角6度。这是单向离合器的工作原理。回转减速器从动轴37的旋转
角速度是条外包曲线，它是
相移90°的四条正弦曲线形成的。
[0056] 在变速器中传动比的调整是靠改变第三摇臂9的d点摆动幅度实现的。这是沿导轨15移动横梁11实现的(如图1所示)，这种位移用螺丝12进行，它由调节机构的
电动机(图上没有显示)用设置在轴套14外的齿传动13进行旋转。为了获取横梁11的
直接驱动，横梁11应该占着套筒10的摆动轴线把第三摇臂9长度分成两等分的位置。
[0057] 为了在变速器中获得等于无穷大的传动比，必须把横梁11移动到第三摇臂9的d点与套筒10的摆动轴线相重合的位置。在这个位置单向离合器主动件的摆动幅度等于零，亦即输出轴23不动，而内燃机的输出轴转动。
[0058] 传动比的这种调整方法可以不断开汽车主动轮传动链做到，因此绕到拟议的离合器无级传动。
[0059] 传动自动调节装置的说明：
[0060] 现有的离心调速器，驱动汽车内燃机输出轴转动的转向节103是设备的
基础(如图7所示，图中没有显示内燃机)。从图7中可以看出，在转向节103上铰接固定着同样长度的第一、二杆件101和106，在其两端有荷载М。在杆件的С点上用同样的方式连接第一、二固定杆件102和105。第一、二固定杆件102和105底端形成能够沿转向节103自由移动的第一套管104。第一套管104与第二套管108通过刚性杆107刚性连接。在围转向节103旋转速度变化时
修改的第一、二杆件101和106的发散角，进而改变第一、二套管104和108的位置。
[0061] 调节无级变速装置和
燃料供给机构(供油机构)的传动自动调节装置包含两个独立的
电路。这时，在变速器调节机构供给电路中具有固定在套管108上的触头K2和第二固定触头110，而在供油机构的电动机供电电路中有固定在套管104上的触点K1和第一固定触头109。这样，触头K1和K2可以沿着转向节103的
中轴滑动，而第一、二固定触头109和110具有О点,用О点分成两段О1和О2，在О点中到电动机的电路是断开的。亦即，在触头K1和K2接触О点时，供油控制机构的电动机和调节变速器的电动机都是断开的。
触头K1和K2在О1段上的滑动确定电动机轴的一个转动方向，而触头K1和K2在О2段上的滑动确定了相反的转动方向。
[0062] 在第一工况下工作时控制无级变速装置的电动机驱动电路断开；在第二工况下工作时供油机构的电动机电路断开；而在第三工况下工作时两个电动机的电路都接通了。
[0063] 下面具体来讲在上述工况下设备的工作：
[0064] 因为在第一工况下控制变速器的电动机驱动电路断开，无级传动装置在设备(比如汽车)主动轮驱动机构的固定传动数下工作。但是，因为在变速器中传动数可能有变化，这意味着无级传动装置是在变速器固定传动比下工作。
[0065] 现在假定在T2-T1(T2＜T1)时段汽车运动阻力矩减小，在给定功率N1下，亦即在供油机构给定状态下，荷载减少导致设备运动速度和发动机曲轴转动
频率增加。这意味着发动机走出最佳工况。设备按照逻辑应该回到这个工况，由传动自动调节装置控制完成。
[0066] 当设备的发动机在最佳工况工作时，转向节103转动的角速度ω0相当于发动机曲轴的最佳转速。发动机曲轴的转速增加也增大了转向节的转速。结果是，第一杆件101与转向节103中轴的夹角(或者说是第二杆件106与转向节103中轴的夹角)α越大，第一、二套管104和108向上移动，触头K1处于与第一固定触头109的O1段接触中(暂时不考虑触头K2，因为这条电路在第一工况下是断路)。触头K1这样移动可以启动供油控制机构的发动机，发动机轴向减少供油一侧转动。随着这个过程，第一杆件101与转向节103中轴的夹角α将减小，第一套管104向下移动，触头K1沿第一固定触头109向下滑动，直至触头K1触及第一固定触头109上的О点，设备在此停车。此时，第一杆件101与转向节103中轴的夹角α为其初始值α0，亦即设备的额发动机回到最佳工况，表示曲轴具有同样的最佳速度i0，此时为另一功率N2。因为变速装置的传动比没有变动，因此设备(汽车)的运动速度V1也没有变化，因此第一工况可以称为设备固定速度工况。
[0067] 降低曲轴最佳速度i0时，按照倒序进行，第一杆件101与转向节103中轴的夹角α减小，第一、二套管104和108向下移动。
[0068] 类似的，第二工况可能被称为是固定功率的工况。而在第三工况下工作时，要同时改变发动机的功率和变速装置的传动比。
[0069] 实施例二
[0070] 自动无级传动装置上述方案中，主动圈401相对从动棘轮404旋转时，卡爪402(见图4)撞击棘轮404并发出燥音。在自动无级传动装置的第二方案中消除了这个缺点，即用楔型单向离合器取代齿轮单向离合器，楔型单向离合器是摩擦离合器且运行无声。
[0071] 下面说明驱动曲轴2的第一楔型单向离合器。用一楔型单向离合器取代第一齿轮单向离合器。为了在变速器中安装第一楔型单向离合器，不得不把变速器的输出轴做成组合式的，亦即由固有的输出轴23，在该轴上安装第四摇臂21，该摇臂在端部有输出轴23与轴头44的连接镗孔，如图8和9所示，在镗孔上安装第一楔型单向离合器。中间轴29也是做成类似的组合式(在图8和9上没有表示出来)。
[0072] 楔型单向离合器按照以下方式安装：相对输出轴23与轴头44的轴线来说，轴头44做成偏心的，其偏心率根据在楔型单向离合器执行工作行程时能卡紧它的条件来确定。
[0073] 在
滚针轴承上的轴头44安装一个环46，它在外圆柱面有一个齿圈，齿圈与主动
外圈47内圆柱面上的齿圈进行啮合。在外圈47上固定了
滚针轴承上的左盖49和右盖50，他们相应地安装在输出轴23与轴头44上。
支撑这些轴承的输出轴23与轴头44表面具有共同的几何旋
转轴线。在外圈47和环46之间的安装了用
弹簧压紧的楔子51，而在楔子51的工作面上开了间距为1毫米的小槽。由凸轮22驱使外套47摆动。还安置了剩下的三个楔型单向离合器，他们取代齿轮单向离合器。由一个曲轴驱动的一对楔型单向离合器安装在支撑52上，支撑52安装在的壳体16上。
[0074] 由第二曲轴3驱动的取代齿轮单向离合器的一对楔型单向离合器的安装如上所述。
[0075] 轴头44的偏心率e按照下式计算：
[0076] e≤f(r2+r3) (2)
[0077] 式中，f是在卡紧楔子51表面上的摩擦系数；
[0078] r2和r3是楔子51内、外面的半径。
[0079] 带有楔型单向离合器的变速器的工作同上述第一方案的带有齿轮单向离合器的变速器一样。
[0080] 实施例三
[0081] 而带有楔型单向离合器不得不采用组合轴，这使得变速器复杂化。为了摆脱这种缺点,拟在变速器结构中采用差动式单向离合器。
[0082] 图10和11上示出输出轴23的局部剖面图和左视图，在该轴上差动式单向离合器代替第一齿轮单向离合器。按照以下方式安装差动式单向离合器：用两侧具有销孔63的卡箍62箍住安装在输出轴23上的滑轮61，销孔63把导杆64与卡箍62连接起来(导杆64做成具有大弯曲
刚度的销子)。在导杆64上做成用销子67连接单向离合器与第四摇臂21的销孔。
[0083] 在导杆64上安装了弹簧。弹簧用于选择卡箍62与滑轮61接触中的间隙以及在这种接触中离合器卡住时所形成的首次
摩擦力。第四摇臂21有齿轮啮合25，在齿轮啮合啮合25处与第四摇臂24上的齿啮合，这正如在本发明实施例1中所述。差动单向离合器按照以下方式工作：
[0084] 第三摇臂21进行摆动，用销子67导致差动单向离合器摆动。当第三摇臂21顺时针方向摆动时，导杆64使得卡箍62
变形，在卡箍62与滑轮61增加摩擦力，且卡箍62在滑轮61上卡紧。结果使得旋转力矩传递到输出轴23上。
[0085] 离合器卡紧的条件用以下不等式确定：
[0086]
[0087] 式中，a是两个销孔之间的距离；
[0088] l是外侧的销孔到输出轴23轴线的距离；
[0089] β是系数，在0.8到0.9之间取值；
[0090] e是自然对数的底；
[0091] f是卡箍62与滑轮61接触中的摩擦系数。
[0092] 因为离合器在
油槽中工作，所以，为了迅速从卡紧表面压出油，在滑轮61上开凿间距约为1毫米的小槽。
[0093] 当第三摇臂21逆时针方向摆动时，卡箍62向另一侧变形，离合器卡紧，且卡箍62与其连接在一起的零件沿滑轮61自由滑动。
[0094] 其他三个差动单向离合器的安装类似于上述，替代本发明方案中所述的齿轮单向离合器。
[0095] 基于对本发明优选实施方式的描述，应该清楚，由所附的
权利要求书所限定的本发明并不仅仅局限于上面
说明书中所阐述的特定细节，未脱离本发明宗旨或范围的对本发明的许多显而易见的改变同样可能达到本发明的目的。
