【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供一种用于“球伞弧锥自动变速器”(专利号：2021104647311)的多球伞单弧锥耦合传动机构及其设计方法，是“球伞弧锥自动变速器”的核心关键技术。
技术介绍
1、球伞弧锥自动变速器和cvt比较具有显著的优点，其免去了传动皮带和复杂的变速控制系统，实现了较宽速度区域内无级自动变速。在同等性能的要求下，球伞弧锥无级自动变速器具有体量更小、能损更低、运行顺畅、速比度大、维护简单等优势。
2、但是在试验过程中，发现球伞弧锥自动变速器的传动机构存在一定的问题：
3、1、若采用单球伞单弧锥传动机构，在球伞上的齿合臂张角过大时，各个咬合头之间的周向距离很大，造成有些时间段球伞没有与弧锥咬合进而没有驱动力传递至弧锥机构，造成整体传动效率降低，并且容易造成较大的冲击；
4、2、若采用多球伞或多弧锥的传动机构，直接增加球伞机构或弧锥机构的个数时，各个机构之间容易造成运动干涉，不能稳定进行动力传递，同时容易出现机构冗余的情况，增加制造成本。
5、为解决以上难题特专利技术“多球伞单弧锥耦合传动机构设计方法”：
6、1、通过“作动度”进行分析，分析单球伞单弧锥机构的传动特性，设计多球伞单弧锥耦合传动机构中应布置的球伞个数；
7、2、针对多个球伞机构的情况，设计多球伞单弧锥的耦合安装结构，布置各球伞的相位，提高传动的稳定性和可靠性。
8、多球伞弧锥耦合传动机构设计方法的专利技术解决了球伞弧锥自动变速器在采用单球伞单弧锥传动机构时传动不连续的核心难题，使球伞弧
技术实现思路
1、本专利技术需要解决的技术问题是：提供一种多球伞单弧锥耦合传动机构，并给出其设计方法，以便解决“球伞弧锥自动变速器”(专利号：2021104647311)在采用单球伞单弧锥传动机构时传动不连续的缺陷。
2、本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案：
3、本专利技术提出的多球伞单弧锥耦合传动机构，其包含两个部分，其中：第一部分是变速传动部分，在原来的单球伞单弧锥传动机构基础上增加多个球伞布置在弧锥的周围；第二部分是齿轮耦合机构，其作用一是将动力源传来的动力分流给球伞同时保证各个球伞的转速一致，二是控制球伞之间的相位差以保证各球伞有序咬合。
4、选择多球伞方案而不是多弧锥方案的原因：一是考虑到球伞弧锥机构属于摩擦传动，球伞上的咬合触头容易磨损，多球伞方案相比多弧锥方案使用寿命更长；二是多弧锥方案无法对弧锥之间的相位差进行控制，不能控制不同的弧锥有序进入咬合。
5、本专利技术提供的多球伞单弧锥耦合传动机构的设计方法，包括以下步骤：
6、step1、计算单球伞单弧锥机构作动度，将咬合头与弧锥咬合的总弧长与咬合头转动一周扫掠轨迹的圆周长的比值定义为球伞弧锥传动机构的作动度。这里的作动度是针对球伞弧锥传动机构提出的，在摩擦传动领域属于新概念，单球伞单弧锥传动机构的作动度计算公式为：
7、
8、其中是咬合头与弧锥接触的弧长，可通过几何关系求得，计算公式为：
9、
10、
11、l1是咬合头转动一周扫掠轨迹的圆周长，计算公式为：
12、l1＝2π(r1+h)
13、step2、得到单球伞单弧锥传动机构作动度之后，要增加球伞数量，首先需要确定球伞个数，球伞个数n2应满足的边界条件：n2不能太少，单球伞弧锥机构作动度乘以球伞个数n2得到的名义作动度必须大于1，为增加可靠性，引入了安全系数ξ；n2不能太多，球伞之间不能发生运动干涉。公式为：
14、
15、
16、其中ψ为相邻球伞中心与弧锥中心连线的夹角：
17、
18、step3、为保证动平衡将球伞等距布置在弧锥周围，但是仅仅如此仍然无法保证整个机构传动连续，有可能出现有时有多个球伞咬合而有时没有球伞咬合的情形，因此需要控制不同球伞之间的相位差，使球伞有序咬合，保证每一时刻都至少有一个球伞与弧锥咬合。考虑到可靠性，将球伞通过齿轮机构耦合。
19、将球伞按逆时针编号，以球伞1为基准，球伞1上咬合头刚刚完全进入咬合的位置为零相位，计算2～n2号球伞与球伞1之间的相位差。本专利技术基于运动学等效，将2～n2号球伞看作是在球伞1位置安装后再运动到实际的位置，则此时2～n2球伞各假想地“转动”了一个角度。这个假想的转动角度为：
20、
21、将假想的转动角度对θb取模，得到与齿轮齿数相关的2～n2号球伞与球伞1之间的相位差。计算公式为：
22、
23、
24、step4、在推导出2～n2号球伞与球伞1之间的相位差之后，推导球伞1通过平移得到的“假想2～n2号球伞”距进入咬合的相位差，公式为：
25、
26、
27、为保证球伞有序咬合，最理想的情况是名义作动度大于1且作动度裕量被平均分配，公式为：
28、
29、非理想情况下，作动度裕量未被平均分配，满足连续传动的边界条件是任意相邻两球伞咬合时序之间都有重叠部分。相邻两球伞传动相位之间的重叠角度可以通过咬合时序推导，计算公式为：
30、
31、满足连续传动的边界条件为每相邻两个球伞传动相位之间的重叠角度大于0，即
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1.一种多球伞单弧锥耦合传动机构及其设计方法，其特征在于，采用多个球伞驱动单个弧锥的传动方案，且球伞之间的相位通过齿轮机构进行了控制，该机构的设计方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多球伞单弧锥耦合传动机构设计方法，其特征在于，首先需要计算只有单个球伞时机构的作动度，不同于一般的变速机构，本专利基于的是一种全新的球伞弧锥变速机构，其依靠摩擦传动，球伞弧锥传动机构的作动度被定义为咬合头与弧锥咬合的总弧长与咬合头转动一周扫掠轨迹的圆周长的比值；球伞弧锥变速机构的作动度的大小还与球伞上齿合臂的张开角有关，张角越大机构作动度越小，以齿合臂张角最大时为场景计算连续传动应满足的边界条件。
3.根据权利要求1所述的多球伞单弧锥耦合传动机构，其特征在于，设计多球伞单弧锥机构时，球伞个数需满足边界条件：左边界条件是球伞个数不能过少，多球伞单弧锥机构的名义作动度必须大于1，为增加可靠性，引入了安全系数ξ；右边界条件是球伞个数不能过多，否则工作时球伞之间会发生运动干涉。
4.根据权利要求1所述的多球伞单弧锥耦合传动机构设计方法，其特征在于，通过齿轮机构将所有
5.根据权利要求1所述的多球伞单弧锥耦合传动机构设计方法，其特征在于，给出了2～N2号球伞与球伞1之间的相位差应满足的条件，满足该条件时是最理想的情况，这种情况下作动度裕量被平均分配，力矩输出最平稳。设计时允许存在一定的误差，满足边界条件即可保证整个机构传动连续。各球伞传动相位之间重叠的角度为：
...【技术特征摘要】
1.一种多球伞单弧锥耦合传动机构及其设计方法，其特征在于，采用多个球伞驱动单个弧锥的传动方案，且球伞之间的相位通过齿轮机构进行了控制，该机构的设计方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多球伞单弧锥耦合传动机构设计方法，其特征在于，首先需要计算只有单个球伞时机构的作动度，不同于一般的变速机构，本专利基于的是一种全新的球伞弧锥变速机构，其依靠摩擦传动，球伞弧锥传动机构的作动度被定义为咬合头与弧锥咬合的总弧长与咬合头转动一周扫掠轨迹的圆周长的比值；球伞弧锥变速机构的作动度的大小还与球伞上齿合臂的张开角有关，张角越大机构作动度越小，以齿合臂张角最大时为场景计算连续传动应满足的边界条件。
3.根据权利要求1所述的多球伞单弧锥耦合传动机构，其特征在于，设计多球伞单弧锥机构时，球伞个数需满足边界条件：左边界条件是球伞个数不能过少，多球伞单弧锥机构的名义作动度必须大于1，为增加可靠性，引入了安全系...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾昭达，张云清，吴景铼，郭军，周水亭，窦景阳，刘龙熙，
申请(专利权)人：湖北信稳精密机械有限公司，
类型：发明
国别省市：
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