CN100394079C - 无级变速器 - Google Patents

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Abstract

用于机动车的无级变速器(1)，设置有主带轮(2)和从带轮(3)，传动带(10)被围绕着它们布置，并被夹持在各带轮(2；3)的两个圆锥形带轮盘(21，22；31，32)之间，在垂直于切向的剖面中，主带轮(2)和从带轮(3)的至少一个带轮盘(44)的运转表面(40)具有一曲度，通过该运转表面，该带轮盘与传动带(10)相接触，运转表面(40)具有曲度使得运转表面(40)上的切线(41)和径向(42)之间的带轮角(α)在运转表面(40)上径向的最里面位置处的最低值和运转表面(40)上径向的最外面位置处的最高值之间变化，其特征在于，主带轮(2)的运转表面(40)的曲度和从带轮(3)的运转表面(40)的曲度彼此不同。

Description

无级变速器
技术领域
本发明涉及用于机动车的无级变速器(continuously variabletransmission)，用于在发动机和负载之间传送机械功率，带轮之间的扭力水平和转动速度的传递比在设置的范围内可以被连续改变。这种类型的变速器通常是已知的，并且特别适合使用在机动车上。
背景技术
已知在变速器中，传动带被夹持在两带轮的各圆锥形带轮盘之间，传动带在主带轮和从带轮上的径向位置的比，或者说是已知的第一旋转半径和第二旋转半径的比，用来确定变速器的变速比。由于每个带轮的带轮盘之一被布置成能够在轴向上被移动，所以上述旋转半径的尺寸能够在相反方向上被改变。在变速比等于1的情况下，传动带的上述旋转半径彼此相等，而当变速比大于1时，第一旋转半径比第二旋转半径大，反之亦然。
从EP-A-0291129中得知，当变速比被改变时，传动带的中心，即，在沿着带轮盘之间轴向距离一半的位置，以对每个带轮不同的方式移动。从而，带轮之间的传动带在实际所有可能的变速比下将不垂直于带轮轴，即，轴向，而是相对于带轮轴有一小的和可变的角度。这种现象被称作传动带的歪斜运转(skewrunning)。传动带的歪斜运转被认为可能对变速器功能具有不利影响，例如会增大噪音或使磨损不均匀。作为对这种现象的解决办法，在日本专利申请63-053352中提出了其他方法，而且，例如在JP-2002-031215中，在每个带轮的至少一个带轮盘的运转表面上，即，该带轮盘与传动带的接触表面上设置有曲度，这在垂直于切向的剖视图中可以看出。通过适当选择所述曲度，有可能保证传动带总是有利地保持大致垂直于带轮轴，这不考虑变速器的瞬时变速比。
在某些情况下，也可能通过至少减小传动带相对于轴向的最大角度，选择对歪斜运转进行部分补偿。此外，除了对歪斜运转进行补偿之外，该文献还公开了使用弯曲到规定程度的运转表面可能对其有利的其他情况。在每种情况下，在各接触表面上的切线和径向之间的角度(在这里被称为带轮角)，从在接触表面上径向的最里面位置处的最低值运转到接触表面上径向的最外面位置处的最高值。
虽然已知的变速器基本上能正确运行，仍然需要根据本发明对其进行改进。尤其是，本发明涉及变速器工作期间传动带上的机械负载的减小，在这种方式下，它的使用寿命和/或最大承载能力得以提高。
发明内容
为此，根据本发明的变速器设置有主带轮和从带轮，传动带被围绕着它们布置，并被夹持在各所述带轮的两个圆锥形带轮盘之间，在垂直于切向的剖面中，所述主带轮和所述从带轮的至少一个带轮盘的运转表面具有一曲度，通过该运转表面，该带轮盘与所述传动带相接触，运转表面具有所述曲度使得所述运转表面上的切线和径向之间的带轮角在所述运转表面上径向的最里面位置处的最低值和所述运转表面上径向的最外面位置处的最高值之间变化，其特征在于，所述从带轮的带轮角的最高值比所述主带轮的带轮角的最高值低，从而所述主带轮的所述运转表面的曲度和所述从带轮的所述运转表面的曲度彼此不同。值得一提的是，在这种类型的变速器中，对变速器工作期间传动带和带轮之间产生的力进行了考虑。本发明基于以下原理，即，为了扭矩传输的目的，通过带轮盘施加在传动带上的轴向夹持力，由于带轮盘和传动带之间的带轮角而在所述传动带上施加径向力分量。由于该力分量被施加在所述两个带轮上，所述传动带的径向位置或旋转半径能够保持不变，但代价是所述传动带内的张紧力。该张紧力把机械负载施加到所述传动带上，理论上这是不希望的，因为该负载对所述带轮之间的扭矩传输贡献很小或没有贡献。上述力分量和传动带内的张紧力当所述带轮角变大时会因此增大。因此，从这方面看，使用尽可能小的带轮角看起来更有利。
不过，小带轮角具有明显缺点，即，如果所述带轮盘发生特定变形，也就是在工作过程中在夹持力的影响下所述带轮盘产生膨胀情况，则所述传动带在所述带轮盘之间沿径向上有一定程度的向内卷，而离开理想的准确路径轮廓。该影响产生的程度被称作传动带的径向垂度。当上述情况发生时，部分所述传动带相对于所述带轮盘滑动，使得变速器效率受到不利影响，这是根本不希望的。几何方面的考虑意味着，当所述传动带的所述旋转半径变大或当夹持力增大时所述带轮角变小，此时上述径向垂度和导致的效率损失增大。从这方面看，显然在相对高的旋转半径上，使用尽可能大的带轮角看起来更有利。
本发明以难以想象的方式把上述根本相反的影响结合起来，使得已有变速器的使用寿命和/或耐用性被加强，而其效率不会或几乎不会受到不利影响。为此，本发明部分基于在机动车上使用该变速器而产生的特征，由此，在工作过程中，在根据本发明描述的最低变速比下，其承受相对重但短的负载，而在最高变速比下，其承受不太重但周期长的负载。当负载，例如机动车从例如停止位置被加速时，最低变速比被使用，而当例如所述负载已经达到所希望的几乎不变的速度后，最高变速比被使用。
因此，根据本发明可以总结出下列有利情况，如果在最低变速比下，在所述主带轮和所述传动带之间，以及所述从带轮和所述传动带之间的接触发生在相对低的带轮角上，以便减小上述张紧力，并且，如果在最高变速比下，应用相反，以便减少上述径向垂度。虽然所述主带轮的所述运转表面的上述曲度与该特征下的所述带轮角的有利轮廓一致，根据本发明，对于所述从带轮情况并非如此。根据本发明，如果所述从带轮的所述带轮角的最大值比所述主带轮的所述带轮角的最大值低，这是有利的。毕竟，正是该带轮角确定所述传动带和所述从带轮在最低变速比下的接触，在最低变速比下，张紧力的影响超过径向垂度的影响。
为了使所述从带轮的所述带轮角的改变范围，即，该角度的最高和最低值之间的差不发生改变，所述带轮角在小旋转半径上的最低值应该相应较低。可以预料到这将对最高变速比下的变速器效率具有相应的不利影响。不过，根据本发明，该特征的不利影响不发生或几乎不发生，因为正如曾经指出的那样，所述径向垂度以初始近似、然后以甚至可达三次方(power ofthree)的方式随所述旋转半径的减小而成比例地减小。因此，在接近所述最小旋转半径处，不产生或很少产生径向垂度。
不过，在根据本发明的变速器的一优选实施例中，有利的是，所述从带轮的带轮角的最低值不对应较低值，使得所述从带轮的带轮角的范围比所述主带轮的带轮角的范围小。这是因为对所述带轮角的值的下限通常是必须的，以便得到足够量的径向夹持力分量，使得能克服带轮和传动带在径向上的摩擦力，从而改变变速器的变速比。此外，在所述传动带被设计成已知的具有至少一个连续柔性环的推进带，一系列横向部件被布置在所述柔性环的外围并能够至少在其纵向上在所述环上自由移动的情况下，必须在所述环中获得足够的张紧力，从而利用所述横向部件之间的推力，使所提供的扭矩能够在所述带轮之间被传送。这方面的情况在公开的欧洲专利EP-A0931959中被介绍。在变速器的特殊实施例中，由于上述原因，两个带轮的所述带轮角的最低值相等。
为了保持现有技术所希望获得的接触表面的曲度的影响，其中所述主曲度和所述从曲度相等，尽管所述从带轮的所述带轮角的范围较窄，实际上通常希望通过例如减小所述带轮角的最低值或增大其最高值，增大所述主带轮的带轮角的范围。在前一情况下，根据本发明，变速器效率将不受到或几乎不受到不利影响，因为正如上面已经表明的，所述带轮盘在最低旋转半径附近几乎不膨胀。在后面的情况下，根据本发明，甚至可以期望提高变速器的作用，因为径向垂度在最高变速比下有利地减少。
本发明将参照附图和示范性的实施例在下面详细介绍。
附图说明
图1示出了现有类型的无级变速器的剖面图。
图2详细示出了已知变速器的带轮盘，特别是其接触表面。
图3示出了图1示出的变速器的简化侧视图。
图4示出了根据本领域的现有技术，带轮角作为主带轮和从带轮的传动带的旋转半径的函数的曲线。
图5示出了与图4中曲线相对应的、根据本发明可能实施例确定的带轮角的曲线。
具体实施方式
图1描述了现有无级变速器1的剖面图。变速器1包括能够由发动机(未画出)驱动的主带轮2和驱动负载(未画出)的从带轮3，两个带轮都设置有分别固定到带轮轴20，30上的带轮盘21，31，以及能够在轴向上相对于所述轴20，30被移动的带轮盘22，32。传动带10被夹持在带轮盘21，22，31，32之间，使得能够在摩擦力的帮助下在带轮轴20和带轮轴30之间传送机械功率。在这种情况下，变速器1的变速比由传动带10的第一旋转半径RP和第二旋转半径RS，即，带轮10和带轮20的带轮盘21，22，31，32之间的有效径向位置的比率确定。可以通过使可移动的带轮盘22，32沿着带轮轴20和带轮轴30向相反的轴向移动而使旋转半径RP和RS改变，从而改变变速器1的变速比RP/RS。在图中，通过具有高变速比，即，具有相对大的第一旋转半径RP和相对小的第二旋转半径RS的例子示出变速器1。
图2在切向的剖视图基础上更详细地示出了一任意带轮盘43。带轮盘43的运转表面40或接触表面40具有一曲度，具有被限定于接触表面40上的点R处的切线41和径向42之间的带轮角α，正如所看到的，其沿着该径向增加。
图3示出了已知变速器1的侧视图，其具有在图中左侧的带有第一轴20的主带轮2，以及在图中右侧的带有第二轴30的从带轮3。线L，M和H表示传动带10在变速器的三个变速比下的位置。长短划线L表示最低变速比，其是变速器1在正常工作状态下承受相对短但重的负载的情况，相对短但重的负载例如是机动车从停止位置加速时的负载。点划线H表示最高变速比，其是变速器1在正常工作状态下承受相对长但不太重的负载的情况，相对长但不太重的负载例如是当机动车已经达到了期望的速度之后的负载。虚线M作为额外的例子表示变速比等于1的情况，在这种情况下，第一旋转半径RP与第二旋转半径RS相等，并且，第一轴20和第二轴30具有相同的运转速度。
图4示出了根据图2确定的、与传动带10的旋转半径RP和RS相关的主带轮2和从带轮3的带轮角α的曲线。在该例中，与旋转半径α(RP)和α(RS)相关的带轮角由已知要求给出，传动带10在所有可能的变速比RP/RS的情况下大致垂直于带轮轴20和带轮轴30。对于带轮2和带轮3，带轮角α在大约7.5°和10.8°之间变化。
图5示出了根据本发明的一可选实施例的、与旋转半径α(RP)和α(RS)相关的带轮角的同类曲线。根据本发明，从带轮的带轮角的最高值(±8.8°)比主带轮的带轮角的最高值(±11°)小，这是有利的，而各最低值(±7°)大约彼此一致。与图4中的曲线相比较，在根据本发明的变速器中，从带轮3的带轮角α的范围变小了。不过，根据本发明的变速器也能够大致符合上述给定要求。
除了上述已经描述过的内容之外，本发明还涉及图中所示的所有细节，至少涉及那些对本领域技术人员直接和明确可识别的内容，以及下面的权利要求里描述的特征。

Claims (4)

1.用于机动车的无级变速器(1)，设置有主带轮(2)和从带轮(3)，传动带(10)被围绕着它们布置，并被夹持在各所述带轮(2；3)的两个圆锥形带轮盘(21，22；31，32)之间，在垂直于切向的剖面中，所述主带轮(2)和所述从带轮(3)的至少一个带轮盘(44)的运转表面(40)具有一曲度，通过该运转表面，该带轮盘与所述传动带(10)相接触，运转表面(40)具有所述曲度使得所述运转表面(40)上的切线(41)和径向(42)之间的带轮角(α)在所述运转表面(40)上径向的最里面位置处的最低值和所述运转表面(40)上径向的最外面位置处的最高值之间变化，其特征在于，所述从带轮(3)的带轮角(α)的最高值比所述主带轮(2)的带轮角(α)的最高值低，从而所述主带轮(2)的所述运转表面(40)的曲度和所述从带轮(3)的所述运转表面(40)的曲度彼此不同。
2.根据权利要求1所述的变速器(1)，其特征在于，所述从带轮(3)的带轮角(α)的最高值和最低值之间的范围比所述主带轮(2)的带轮角(α)的对应范围小。
3.根据权利要求1或2所述的变速器(1)，其特征在于，所述从带轮(3)的带轮角(α)的最低值与所述主带轮(2)的带轮角(α)的最低值相等。
4.具有发动机和被驱动的负载以及位于它们之间的根据上述权利要求中任一所述的变速器(1)的机动车，由发动机产生的功率通过所述传动带(10)从所述主带轮(2)传送到所述从带轮(3)，并通过所述从带轮(3)释放给所述负载。
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