CN101016937A - 球形无级传动变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于车辆变速的球形无级传动变速器，其碗形输入盘和输出盘同轴心相对，相对的内凹面形成上下两个不同心的半球，同轴的传力轮分别对称支撑张紧在上下半球的输入盘和输出盘之间，传力轮的侧面与所接触的球面吻合；由变速轴控制的传力轮在各自半球的范围内绕球心同步反向转动；输入盘和输出盘相对的端面之间留有间隙，间隙的宽度大于变速轴的直径；上下半球的圆心距大于上下半球内传力轮发生干涉的尺寸。本发明的特点是球形面与传力轮的侧面接触面积大，可以进行大功率的动力传递，且变速过程基本上不消耗发动机的功率，其结构简单，非常省油，可以供不同功率的车辆使用。

Description

球形无级传动变速器
(一)技术领域：
本发明涉及一种汽车传动变速器，特别是一种球形无级传动变速器。
(二)背景技术：
进口汽车上较早使用的无级传动变速器是效率较低的皮带轮式，皮带轮式无级传动变速器进一步发展是在2000年，日本公爵车首次采用了滚柱式无级传动变速器，并且延用至今。这种滚柱式无级传动变速器的输入盘和输出盘之间形成喇叭口状，被操纵的传力滚柱分别与输入盘和输出盘的不同半径曲面相接触，通过摩擦传动将输入盘的转动动力传递给输出盘，而使输出盘具有不同的输出速度。这种滚柱式无级传动变速器较皮带轮式无级传动变速器来说结构简单、换档平稳、省油效果相对较好；但由于滚柱与输入盘和输出盘的接触为点接触，传递摩擦力有限，而且容易磨损，只限于在功率较小的轿车上使用，对于大功率的运输车辆，滚柱式无级传动变速器还无能为力。
(三)发明内容：
针对上述滚柱式无级传动变速器的不足之处，本发明的目的是提供了一种适用于不同功率运输车辆的球形无级传动变速器。
能够实现上述目的的球形无级传动变速器，包括输入盘、输出盘及输入盘和输出盘之间的传力轮，所不同的是：碗形输入盘和输出盘同轴心相对，输入盘和输出盘相对的的凹面形成上下两个球心相离的半球，同轴的传力轮分别对称支撑张紧在上下半球的输入盘和输出盘之间，传力轮的侧面与所接触的球面吻合形成线接触；由变速轴控制的传力轮在各自半球的范围内绕球心同步反向摆动；输入盘和输出盘的端面之间留有间隙，间隙的宽度大于变速轴的直径；两个半球的球心距大于上下半球内的传力轮发生干涉的尺寸。
输入盘的转动通过传力轮传递给输出盘，当变速轴控制传力轮的轴线处于水平位置时，输入盘与输出盘的传动比为1∶1，变速轴控制传力轮的轴线摆动倾斜时，如果一侧传力轮与输入盘球面的接触的旋转半径小于与输出盘球面接触的旋转半径，则为降速输出；如果一侧传力轮与输入盘球面接触的旋转半径大于与输出盘球面接触的旋转半径，则为升速输出。
所述传力轮支撑张紧机构保证传力轮与输入盘、输出盘球面之间的压力，确保一定的摩擦传动力。支撑张紧机构包括轴套、轴承、转轴、支撑套、导向销、压缩弹簧，变速轴也是支撑张紧机构的一部分；轴承分别安装于轴套的两端，纵向水平轴套中的转轴两端的轴颈分别与轴承紧固套逄，传力轮固连于转轴的两端；变速轴横向水平设置，变速轴的轴心与各半球球心重合；轴套中部两侧向外延展的套耳上固设与变速轴垂直的导向销，与导向销对应配合的是支撑套，支撑套套装固定在变速轴上，支撑套轴阶与套耳之间设有压缩弹簧。
所述变速轴的两端伸出输入盘和输出盘之间的间隙，并安装在固定的变速轴承上，变速从动齿轮同轴固连在变速轴的一端，变速器总成的变速主动齿轮与变速从动齿轮啮合，变速器总成的驱动电机由电脑控制。球形无级传动变速器的无级变速由电脑控制完成，电脑以车速表的传感信号为依据，控制变速器总成的正反转，通过齿轮的传动调节两副传力轮的偏摆程度与相应的车速相对应。
球形无级传动变速器还可以通过手动控制实现无级变速，手动变速的结构之一为：变速从动链轮与变速从动齿轮同轴固连，变速从动链轮通过链条与变速主动链轮连接，手动变速操纵杆控制变速主动链轮的正反转。手动无级变速和电脑控制无级变速可以同时装配在一起，当电脑控制起作用时，手动变速操纵杆自动与变速主动链轮分离，电脑控制停止时，手动变速操纵杆与变速主动链轮结合。
输入盘、输出盘半球内壁上涂附有耐磨附着层，以增强耐摩及磨擦能力，延长使用寿命；传力轮的侧面上开设有增大摩擦力的轴向滚花。
球形无级传动变速器各主要部件的理想配合尺寸分别为：传力轮上底直径为20mm，传力轮下底直径为80mm，传力轮的高为28mm；上、下半球半径均为100mm，上、下半球球心间距为60mm；变速轴的直径为20mm。
本发明的优点：
本发明球形无级传动变速器输入盘、输出盘的球面结构，增大了与传力轮的接触面积，提高了传动摩擦力，满足了发动机的高功率输出。本发明不仅可以供轿车使用，更可以配套给大型客车货车和载重汽车，使之实现无级变速功能。
(四)附图说明：
图1是本发明一种实施方式的结构示意图。
图2是图1实施方式中的传力轮支撑张紧结构的剖示图。
图3是图1实施方式中A--A剖示图。
图4是图1实施方式中变速轴的安装示意图。
图5是图1实施方式中无级控制机构的工作原理图。
图号标识：1、输入盘；2、输出盘；3、传力轮；4、变速轴；5、轴套；6、转轴轴承；7、转轴；8、支撑套；9、导向销；10、压缩弹簧；11、传动壳体；12、变速轴承；13、变速从动齿轮；14、变速器总成；15、变速主动齿轮；16、变速从动链轮；17、链条；18、变速主动链轮；19、手动变速操纵杆。
(五)具体实施方式：
本发明球形无级传动变速器主要包括输入盘1、输出盘2及输入盘1和输出盘2之间的传力轮3，如图1所示，平底的碗形输入盘1和输出盘2通过两侧的轴端安装在传动壳体11内且左右相对，其端面之间的距离大于20mm；输入盘1和输出盘2的内凹面构成上下两个相同半径的半球，上下半球的球心距为60mm。两根变速轴4横向水平设置，变速轴4的轴心分别与上下半球的球心同心，如图5所示，变速轴4的两端从输入盘1和输出盘2之间的间隙伸出并安装在传动壳体11的变速轴承12中。
在输入盘1和输出盘2构成的上下半球内部各设有一组传力轮3，以上半球内的传力轮3为例：两个相同的传力轮3由支撑张紧机构保持在输入盘1和输出盘2之间，传力轮3为圆台状，其上底直径为20mm，下底直径为80mm，高为28mm，传力轮3的侧面圆弧与半球内壁吻合接触，如图1、图2所示。支撑张紧机构包括轴套5、转轴轴承6、转轴7、支撑套8、导向销9、压缩弹簧10。轴套5的轴线处于输入盘1和输出盘2中心的纵向面内，转轴轴承6安装在轴套5的两端，轴套5中的转轴7两头轴颈与转轴轴承6套装固定，传力轮3分别固定安装在转轴7的两端，如图1、图2所示。
如图3所示，轴套5中部的两侧横向延展形成套耳，套耳面上固定有朝向变速轴4且与变速轴4垂直的导向销9，两个支撑套8的底部通孔与变速轴4套装固定，支撑套8的上部销孔分别与导向销9配合，支撑套8上的轴阶与轴套5套耳面间压装着压缩弹簧10，压缩弹簧10上顶轴套5将传力轮3压紧在半球面上；变速轴4的转动带动整个支撑张紧机构绕球心在半球的范围内摆动，传力轮3沿球面移动。
而在下半球内具有与上半球内相同的结构，不同之处是下半球内的变速轴4的转动方向与上半球内变速轴4的转动方向相反，实现上下球面内的两组传力轮3同步反向摆动。
如图4所示，变速轴4的一端伸出传动壳体11外，其端头同轴固连着变速从动齿轮13。如图5所示，变速从动齿轮13与变速主动齿轮15啮合，变速主动齿轮15啮合受控于变速器总成14，变速器总成14的驱动电机由电脑控制，电脑根据车速表的信息自动调节传力轮3的摆动位置，达到车辆自动变速的目的。本发明还具有手动变速机构：变速从动链轮16与变速从动齿轮13同轴固连在变速轴4的同一端，变速从动链轮16通过链条17与变速主动链轮18连接，变速主动链轮18的转动由手动变速操纵杆19控制。手动变速操纵杆19与变速主动链轮18脱离时，本发明球形无级传动变速器由电脑控制变速，手动变速操纵杆19与变速主动链轮18结合时，电脑失去对变速机构的控制。

Claims (7)

1、球形无级传动变速器，包括输入盘、输出盘及输入盘和输出盘之间的传力轮，其特征在于：碗形输入盘(1)和输出盘(2)同轴心相对，相对的的凹面形成上下两个半球，同轴的传力轮(3)分别对称支撑张紧在输入盘(1)和输出盘(2)之间，传力轮(3)的侧面与所接触的球面吻合；由变速轴(4)控制的传力轮(3)在各自半球的范围内绕球心同步反向摆动；输入盘(1)和输出盘(2)的端面之间留有间隙，间隙的宽度大于变速轴(4)的直径；上下半球的圆心距大于传力轮转动至极限时发生干涉的尺寸。
2、根据权利要求1所述的球形无级传动变速器，其特征在于：支撑张紧机构包括轴套(5)、轴承(6)、转轴(7)、支撑套(8)、导向销(9)、压缩弹簧(10)，轴承(6)分别安装于轴套(5)的两端，轴套(5)中的转轴(7)两端的轴颈分别与轴承(6)紧固套连，传力轮(3)固连于转轴(7)的两端；变速轴(4)水平设置且与所对应的轴套(5)轴心垂直，变速轴(4)的轴心同心于与各半球球心；轴套(5)中部两侧向外延展的套耳上设有垂直朝向变速轴(4)的导向销(9)，与导向销(9)对应配合的支撑套(8)套装固定在变速轴(4)上，支撑套(8)轴阶与套耳之间压设有压缩弹簧(10)。
3、根据权利要求2所述的球形无级传动变速器，其特征在于：变速轴(4)的两端伸出输入盘(1)和输出盘(2)并安装在轴承(12)上，变速从动齿轮(13)同轴固连在变速轴(4)的一端上，由变速器总成(14)控制的变速主动齿轮(15)与变速从动齿轮(13)啮合，变速器总成(14)的驱动电机由电脑控制。
4、根据权利要求3所述的球形无级传动变速器，其特征在于：变速从动链轮(16)与变速从动齿轮(13)同轴固连，变速从动链轮(13)通过链条(17)与变速主动链轮(18)连接，手动变速操纵杆(19)控制变速主动链轮(18)；电脑控制起作用时手动变速操纵杆(19)与变速主动链轮(18)分离，电脑控制停止时，手动变速操纵杆(19)与变速主动链轮(18)结合。
5、根据权利要求1～4所述的任何一种球形无级传动变速器，其特征在于：输入盘(1)、输出盘(2)的内壁上涂附有耐磨附着层；传力轮(3)的侧面上开设有轴向滚花。
6、根据权利要求1～4所述的任何一种球形无级传动变速器，其特征在于：传力轮(3)为上底小、下底大的圆台。
7、根据权利要求6所述的球形无级传动变速器，其特征在于：传力轮(3)上底直径为20mm，下底直径为80mm，高为28mm；输入盘(1)、输出盘(2)形成的上、下半球半径均为100mm，上、下半球圆心间距为60mm，变速轴的直径为20mm。
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