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新型變速器構造及性能特征
來源:欣緯機電 瀏覽次數:2104 日期:2011-6-5
    1自動鏈式無級變速器變速原理 
  將鏈輪的輪齒用若幹個同一圓周上的行星鏈輪來代替,用以齧合鏈條達到傳動的目的,這些行星鏈輪所在同心圓的半徑R可以連續改變,傳動速度隨之連續變化,一般地說,這個由行星鏈輪組合而成的鏈輪應該作為主動輪或高速軸,從動輪或低速軸則應安排普遍的標準鏈輪。

  行星鏈輪的中心,即上述同心圓半徑R的改變可以采用機構簡圖來說明,盤1、2相對轉動時,其上的各自的滑道6將改變它們的交點,行星鏈輪分別利用軸兩端的滑塊5套在滑道6上,使得行星鏈輪的中心與這個交點重合,交點的改變就是行星鏈輪所在同心圓半徑R的改變,從力平衡的角度看,彈簧20應該使這個同心圓的半徑趨向於增大,顯然,盤1、2上可以均勻地分布幾個這樣的機構以便形成行星鏈輪組,而盤1、2的相對轉動就可以調節行星鏈輪的同心圓半徑R,從而改變傳動速度。

  行星鏈輪的同心圓半徑R變化時,所圍鏈條邊長也會隨之變化,相應的被圍的行星鏈輪也應有所轉動以適應邊長的變化,對這個轉動常見的設計是采用超越離合器,但是,這樣會使得結構複雜,故障增多,成本大大提高,而且在自行車上難以實現,這裏采用3個不轉的和3個可以轉動的行星鏈輪相互間隔配置,設計上保證這個組合鏈輪包角大於或等於180度,被鏈條同時圍住的行星鏈輪在3到4個,而被圍住的行星鏈輪為3個時,總會出現隻有一個不轉的行星鏈輪的情況,此時鏈條邊長即會自動調整,對於自行車這樣的低速傳動來說,邊長這樣的不連續調整並不影響使用,而對結構的簡化和成本的降低卻有很大的作用。

  2自動鏈式無級變速器結構
  根據上述原理,變速器的結構可能是零件最少的自行車變速器了。
  2.1結構設計要點
  1)在6個行星鏈輪中,有3個(件7)是可以自轉的,有3個(件3)是不轉的,並且相互間隔。這樣,回轉托盤2上有3個滑塊的孔是花鍵孔,相應的行星鏈輪也是花鍵孔,讓行星鏈輪不能轉動,其餘9個滑塊和3個鏈輪則都是光孔與光軸的連接(在其他安裝空間足夠的機械中也可使用棘輪結構)。
  2)為了保證行星鏈輪組在旋轉一周的過程中,會出現隻有一個不轉的行星鏈輪與鏈條接觸的時段,鏈條對鏈輪組的包角必須適當。此包角隨行星鏈輪的個數不同而不同,對於6個行星鏈輪,鏈輪同心半徑R最大時包角應大於或等於180度,包角越大,鏈條邊長調整持續的時間越長,但也不能過大,要保證行星鏈輪在半徑R最小時至少有3個行星鏈輪被鏈條圍住,否則,鏈條會打滑。
  3)連接不轉的行星鏈輪所用的花鍵軸隻能一端有花鍵,另一端是光滑圓柱,由於盤1、2上開的是滑槽,鏈輪同心半徑R變化時,連接鏈輪與滑塊的軸相對於兩邊的滑塊的孔是有轉動的,所以,連接不轉的3個鏈輪的花鍵軸隻能一端有花鍵,另一端是光滑圓柱,否則兩個盤將鎖死,無法改變傳動半徑。
  4)盤1、2之間的間距應盡可能的小,減少由於軸的偏轉而引起的滑塊與盤1、2上的滑槽之間的卡滯力矩。
  滑塊與盤1、2上的滑槽之間的滑動副應設置滾珠如圖4,消除這種卡滯並改善滑動副的加工安裝精度。
  滑動副的滾珠設置5)扭轉彈簧的設計應保證自行車騎行時,平路狀態的彈力把鏈輪同心半徑R保持在最大,靜止狀態的彈力要讓一個成年人在一個踏板上能把鏈輪同心半徑R壓到最小。

  3變速器的調速關係
  傳動時行星鏈輪組的運動有3個,一是行星鏈輪組隨主動盤、回轉托盤繞主軸公轉帶動鏈條的運動,二是行星鏈輪組在扭轉彈簧與鏈條負荷共同作用下沿滑槽的徑向運動,三是回轉托盤相對於主動盤的自轉,正是後兩個運動實現了變速器的自動變速,下麵來看看它們的運動規律。
  從力矩平衡可以知道主軸的扭矩應與扭轉剛度為k的扭轉彈簧的力矩MS相等。根據加工工藝可以設定盤上滑槽為圓弧槽,並將其圓弧的極坐標曲線簡化為餘弦曲線如圖5,這在工程上是可以接受的,曲線的遠端點和主軸中心的聯線作為坐標軸。
  由這條簡化曲線上的兩端、中間三個點就可以作出自行車變速盤1、2的滑槽圓弧線,這樣的精度在工程實際中已經足夠了。另外要說明的是,如果圖2中的主動盤1的轉向不是象表示的那樣向右旋,而是向左旋,受力情況就要複雜得多,不能象上麵那樣簡化,這時的滑槽曲線則為R是待定係數,就實際應用來說,這個曲線的理論探討實在乏善可陳。這條曲線的線形程度很高,說明它的變速性能是非常好的。

  4結語
  這種結構的無級變速器零件少、加工要求不高、易於組織大批量生產,其變速特性能夠滿足低速傳動的要求,適合用於自行車、農用機械等低速、小功率無級變速傳動,具有價格低、加工維修簡單的優點,易於推廣普及。使用中反應靈敏、隨載荷變化自動變速,可以大大改善工作效率和工作質量。本文在結構要點說明中,闡述了這種無級變速器的結構和保證該結構正常工作的技術要點,對該結構的變速原理作了有意義的分析,得到了負荷與速度之間的關係和主要設計參數的計算公式與求法。

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