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新型变速器构造及性能特征
来源:欣纬机电 浏览次数:1655 日期:2011-6-5
    1自动链式无级变速器变速原理 
  将链轮的轮齿用若干个同一圆周上的行星链轮来代替,用以啮合链条达到传动的目的,这些行星链轮所在同心圆的半径R可以连续改变,传动速度随之连续变化,一般地说,这个由行星链轮组合而成的链轮应该作为主动轮或高速轴,从动轮或低速轴则应安排普遍的标准链轮。

  行星链轮的中心,即上述同心圆半径R的改变可以采用机构简图来说明,盘1、2相对转动时,其上的各自的滑道6将改变它们的交点,行星链轮分别利用轴两端的滑块5套在滑道6上,使得行星链轮的中心与这个交点重合,交点的改变就是行星链轮所在同心圆半径R的改变,从力平衡的角度看,弹簧20应该使这个同心圆的半径趋向于增大,显然,盘1、2上可以均匀地分布几个这样的机构以便形成行星链轮组,而盘1、2的相对转动就可以调节行星链轮的同心圆半径R,从而改变传动速度。

  行星链轮的同心圆半径R变化时,所围链条边长也会随之变化,相应的被围的行星链轮也应有所转动以适应边长的变化,对这个转动常见的设计是采用超越离合器,但是,这样会使得结构复杂,故障增多,成本大大提高,而且在自行车上难以实现,这里采用3个不转的和3个可以转动的行星链轮相互间隔配置,设计上保证这个组合链轮包角大于或等于180度,被链条同时围住的行星链轮在3到4个,而被围住的行星链轮为3个时,总会出现只有一个不转的行星链轮的情况,此时链条边长即会自动调整,对于自行车这样的低速传动来说,边长这样的不连续调整并不影响使用,而对结构的简化和成本的降低却有很大的作用。

  2自动链式无级变速器结构
  根据上述原理,变速器的结构可能是零件最少的自行车变速器了。
  2.1结构设计要点
  1)在6个行星链轮中,有3个(件7)是可以自转的,有3个(件3)是不转的,并且相互间隔。这样,回转托盘2上有3个滑块的孔是花键孔,相应的行星链轮也是花键孔,让行星链轮不能转动,其余9个滑块和3个链轮则都是光孔与光轴的连接(在其他安装空间足够的机械中也可使用棘轮结构)。
  2)为了保证行星链轮组在旋转一周的过程中,会出现只有一个不转的行星链轮与链条接触的时段,链条对链轮组的包角必须适当。此包角随行星链轮的个数不同而不同,对于6个行星链轮,链轮同心半径R最大时包角应大于或等于180度,包角越大,链条边长调整持续的时间越长,但也不能过大,要保证行星链轮在半径R最小时至少有3个行星链轮被链条围住,否则,链条会打滑。
  3)连接不转的行星链轮所用的花键轴只能一端有花键,另一端是光滑圆柱,由于盘1、2上开的是滑槽,链轮同心半径R变化时,连接链轮与滑块的轴相对于两边的滑块的孔是有转动的,所以,连接不转的3个链轮的花键轴只能一端有花键,另一端是光滑圆柱,否则两个盘将锁死,无法改变传动半径。
  4)盘1、2之间的间距应尽可能的小,减少由于轴的偏转而引起的滑块与盘1、2上的滑槽之间的卡滞力矩。
  滑块与盘1、2上的滑槽之间的滑动副应设置滚珠如图4,消除这种卡滞并改善滑动副的加工安装精度。
  滑动副的滚珠设置5)扭转弹簧的设计应保证自行车骑行时,平路状态的弹力把链轮同心半径R保持在最大,静止状态的弹力要让一个成年人在一个踏板上能把链轮同心半径R压到最小。

  3变速器的调速关系
  传动时行星链轮组的运动有3个,一是行星链轮组随主动盘、回转托盘绕主轴公转带动链条的运动,二是行星链轮组在扭转弹簧与链条负荷共同作用下沿滑槽的径向运动,三是回转托盘相对于主动盘的自转,正是后两个运动实现了变速器的自动变速,下面来看看它们的运动规律。
  从力矩平衡可以知道主轴的扭矩应与扭转刚度为k的扭转弹簧的力矩MS相等。根据加工工艺可以设定盘上滑槽为圆弧槽,并将其圆弧的极坐标曲线简化为余弦曲线如图5,这在工程上是可以接受的,曲线的远端点和主轴中心的联线作为坐标轴。
  由这条简化曲线上的两端、中间三个点就可以作出自行车变速盘1、2的滑槽圆弧线,这样的精度在工程实际中已经足够了。另外要说明的是,如果图2中的主动盘1的转向不是象表示的那样向右旋,而是向左旋,受力情况就要复杂得多,不能象上面那样简化,这时的滑槽曲线则为R是待定系数,就实际应用来说,这个曲线的理论探讨实在乏善可陈。这条曲线的线形程度很高,说明它的变速性能是非常好的。

  4结语
  这种结构的无级变速器零件少、加工要求不高、易于组织大批量生产,其变速特性能够满足低速传动的要求,适合用于自行车、农用机械等低速、小功率无级变速传动,具有价格低、加工维修简单的优点,易于推广普及。使用中反应灵敏、随载荷变化自动变速,可以大大改善工作效率和工作质量。本文在结构要点说明中,阐述了这种无级变速器的结构和保证该结构正常工作的技术要点,对该结构的变速原理作了有意义的分析,得到了负荷与速度之间的关系和主要设计参数的计算公式与求法。

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