CN101275662A - 大功率无级变速器的传动变径锥盘和无级变速传动机构 - Google Patents

大功率无级变速器的传动变径锥盘和无级变速传动机构 Download PDF

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Abstract

大功率车用无级变速器传动变径锥盘和无级变速传动机构属于无级变速技术领域，其特征在于，该锥盘呈正圆锥体形，在其圆弧面上依次间隔的分布着扇形空间曲面和正圆锥体弧面，各扇形空间曲面的母线与各正圆锥体弧面的母线平行；各扇形空间曲面的任意一条母线与正圆锥体中心线间的夹角都相等；扇形空间曲面是与正圆锥体弧面不同的凸弧和凹弧面中的一种空间曲面，当两个所述锥盘的扇形空间曲面、正圆锥体弧面各自自相对齐的装在同一根花键轴上时，便和环绕在两个锥面包角内的传动带或链构成大功率车用无级变速传动机构，具有避免传动构件间的相对滑动，提高传动效率和传动功率，以及延长使用寿命的优点。

Description

大功率无级变速器的传动变径锥盘和无级变速传动机构
技术领域
大功率无级变速器的传动变径锥盘和无级变速传动机构属于车用无级变速传动技术领域。
背景技术
装有机械式无级变速器的汽车不仅省油且加速性能好，但目前的车用无级变速器都是直接通过摩擦力来传递动力的，其中主要的传动构件如传动带或链、变径传动锥盘等，存在着摩擦系数及单位承受压力的限制，不能传递较大功率，其传动效率和工作可靠性也不能满足汽车性能的要求，因而仅限于在少数中小排量的汽车上使用。
减少和避免无级变速器传动构件之间运转时的相对滑动，是提高车用无级变速器传动效率和可传动功率，延长其使用寿命的最有效方式。
发明内容
本发明的目的在于；提供一种传动效率高、使用寿命长且可用于传递较大功率的金属带或链式无级变速器用的传动变径锥盘和大功率无级变速传动机构。
本发明所述的大功率无级变速器的传动变径锥盘，其特征在于，所述的传动变径锥盘呈正圆锥体形，在圆锥表面依次间隔的分布着多个扇形空间曲面和正圆锥体弧面，其中：
组成所述各扇形空间曲面的母线与相邻的正圆锥体弧面的母线相平行；
组成所述各扇形空间曲面的任意一条母线与所述正圆锥体中心线构成的夹角都相等；
所述各扇形空间曲面是与所述正圆锥体弧面形形状不同的凹弧或凸弧曲面中的一种空间曲面。所述扇形空间曲面和正圆锥体弧面在面积上不相等。
本发明所述的无级变速传动机构，其特征在于，含有：四个传动变径锥盘、输入轴、输出轴和传动带，其中：
所述的每一个传动变径锥盘呈正圆锥体形，在圆锥表面依次间隔的分布着多个扇形空间曲面和正圆锥体弧面，其中：
组成所述各扇形空间曲面的母线与相邻的正圆锥体弧面的母线相平行；
组成所述各扇形空间曲面的任意一条母线与所述正圆锥体中心线构成的夹角都相等；
所述各扇形空间曲面是与所述正圆锥体弧面形状不同的凹弧或凸弧曲面中的一种空间曲面；
输入轴和输出轴，当每两个所述传动变径锥盘锥面上的扇形空间曲面、正圆锥体弧面各自相互对齐的安装在同一根输入轴或输出轴上时，所述的四个传动变径锥盘、输入轴、输出轴便和环绕在所述四个传动变径锥盘包角内的传动带组成一个无级变速传动机构。
使用证明：它可达到预期目的。在实施例试验中使用了原本只能传递扭矩为180N·m的传动带，台架试验中传递扭矩超过了470N·m而未出现带、盘打滑现象，可传递扭矩超过了目前所有的车用无级变速器，证明了这种变径锥盘可以传递大扭矩的可行性。
附图说明：
图1、本发明所述的无级变速传动机构的纵剖视图：
1a，变速前；1b变速后。
图2、本发明所述的无级变速传动机构的正视图2a，
A-A剖视图2b。
图3、本发明所述的传动变径锥盘的原理示意图：
3a、传动变径锥盘纵向剖视图，
扇形空间曲面与正圆锥体弧面的母线相平行的放大示意图C、D；
3b、扇形空间曲面任意一条母线与正圆锥体中心线构成的夹角均等的示意图。
图4、本发明所述传动变径锥盘与传动带的连接关系示意图之一：
4a、俯视图，4b、B-B向剖视图。
图5、本发明所述传动变径锥盘与传动带的连接关系示意图之二：
5a、连接关系正视图，5b、传动带4的侧视图，
5c、楔形金属块2的正视图。
附图标志的说明：
11～14：传动变径锥盘1，21～214：楔形金属块2；
3：花键轴，4：传动带，
51～54：正圆锥体弧面，61、62：扇形空间曲面，
7：金属环，8：输出轴，
9：扇形空间曲面母线的轴向投影尺寸，
10：正圆锥体弧面母线的轴向投影尺寸，
Δ：扇形空间曲面母线的轴向投影尺寸与正圆锥体弧面母线的轴向投影尺寸之差。
F1、F2：传动带4的张紧力，F3、F4：扇形空间曲面61、62对传动带4的圆周向阻挡力，
θ：传动带4在传动变径锥盘1的锥面上的包角。
具体实施方式：
本发明的变速过程与传统的金属带或链式无级变速传动相同，通过轴向移动变径锥盘11～14使金属带或链21、214、及22、215在两对变径锥盘不同的接触半径上来实现无级变速的(见图1)，
在实施例试验中使用的钢带是荷兰VDT公司生产的传动带，这种传动带4是由数百片的楔形金属块2和两组金属环7组合而成的(见图5)，金属环7嵌入所述金属块2上部两侧的缺口中，将数百片金属块联成一体，形成了一条挠性传动带4，传统的无级变速器是由传动带的楔形接触面与锥盘正圆锥体弧面接触通过摩擦力来传递动力的。
本发明与传统的带或链式无级变速器摩擦传动不同，它是通过传动带4或链与变径锥盘11～14之间的接触方式的创新，实现了传动带4或链与锥盘11～14之间楔紧力的动力传递。本发明的关键技术是：在变径锥盘圆锥1的圆锥表面上依次间隔分布的多个扇形空间曲面61、62和正圆锥体弧面51、52，此变径锥盘1的形状是正圆锥台体，各扇形空间曲面61、62和正圆锥体弧面51、52具有以下特征：
1、所述的各扇形空间曲面的母线与组成正圆锥体弧面51、52对应的母线相平行(见图3a中的放大示意图C、D，实线为正圆锥体弧面母线，虚线为扇形空间曲面母线，不同半径两端两条线的距离相等且平行)；
2、所述的空间曲面上的任意一条母线(见图3b中的虚线)与正圆锥体中心线构成的夹角必须都相等；
3、同时符合上述1、2特征的空间曲面，可以由与正圆锥体弧面不同的凹形或凸形中的一种空间曲面形成；
4、由正圆锥体弧面和扇形空间曲面所组成的变径锥盘锥面适用于无级变速器专用的各种类型金属带和金属链。
其工作原理为：变径锥盘轴孔制做有花键(见图2b)，两个变径锥盘11、12锥面相对应安装在同一根花键轴3上，两个变径锥盘的扇形空间曲面61、62、正圆锥体弧面51、52各自相互对齐。环绕在两个变径锥盘包角内的传动带4或链在自身张紧力F1、F2(见图4)的作用下，在带或链包角θ内(见图4b，圆弧线段内的传动带或链)的各曲面上自适应改变其接触半径。因为两个变径锥盘扇形空间曲面61、62之间的轴向投影尺寸要大于两个正圆锥体弧面51、52之间的轴向投影尺寸(见图2a)，所以，处在扇形空间曲面61、62上的传动带4的金属块2或链节的接触半径R2要小于处在正圆锥体弧面51、52上传动带4金属块2或链节的接触半径R1(见图4，b)，因此，环绕在两个扇形空间曲面61、62上的传动带4金属块23～213或链节(见图4，b，以环绕在扇形空间曲面上的传动带金属块或链节其中的一组为例)的两侧楔形接触面均受到前后两个正圆锥体弧面51、52轴向凸起曲面圆周向的阻挡力F3、F4，同时处在两个扇形空间曲面61、62上的传动带4金属块2或链节还受到传动带或链张紧力F1、F2的约束，使其不能向所处半径外滑动，从而不能越过两侧阻挡其圆周向滑动的轴向凸起曲面，因此，传动带4或链与变径锥盘1之间的圆周向作用力便形成了自楔紧力工况，使两者等速、同向转动，动力得到有效的传递。
实践证明：这种自楔紧力工况传动能有效的避免传动带或链在工作时与两个变径锥盘之间容易出现的圆周向相对滑动，因而可以实现带或链与锥盘之间的大扭矩传动。
请见图1-5，具有扇形空间曲面和正圆锥体弧面所形成的圆周向自楔紧性能的变径锥盘，和各部件相互之间的连接作用关系已如上述。整个变速传动系统由传统的双轴四锥盘式对称调速机构组成，动力由输入轴即花键轴3输入，经两个主动变径锥盘11、12通过传动带4或链传递至两个从动变径锥盘13、14进行变速后，最后由输出轴8输出动力。
输入轴和输出轴上均有一个固定的变径锥盘和一个可以轴向移动的变径锥盘，两根轴上可以轴向移动的变径锥盘由现有成熟的无级变速器(ECVT)电、液控制系统控制其变速动作，此技术为已经成熟的公知技术，在此不再赘述。

Claims (4)

1. 大功率车用无级变速器的传动变径锥盘，其特征在于，所述的传动变径锥盘呈正圆锥体形，在圆锥表面依次间隔的分布着多个扇形空间曲面和正圆锥体弧面，其中：
组成所述各扇形空间曲面的母线与相邻的正圆锥体弧面的母线相平行；
组成所述各扇形空间曲面的任意一条母线与所述正圆锥体中心线构成的夹角都相等；
所述各扇形空间曲面是与所述正圆锥体弧面形状不同的凹弧或凸弧曲面中的一种空间曲面。
2. 根据权利要求1所述的大功率车用无级变速器的传动变径锥盘，其特征在于，所述扇形空间曲面和正圆锥体弧面在面积上不相等。
3. 无级变速传动机构，其特征在于，含有：
四个传动变径锥盘、输入轴输出轴和传动带，其中：
所述的每一个传动变径锥盘呈正圆锥体形，在圆锥表面依次间隔的分布着多个扇形空间曲面和正圆锥体弧面，其中：
组成所述各扇形空间曲面的母线与相邻的正圆锥体弧面的母线相平行；
组成所述各扇形空间曲面的任意一条母线与所述正圆锥体中心线构成的夹角都相等；
所述各扇形空间曲面是与所述正圆锥体弧面形状不同的凹弧或凸弧曲面中的一种空间曲面；
输入轴和输出轴，当每两个所述传动变径锥盘锥面上的扇形空间曲面、正圆锥体弧面各自相互对齐的安装在同一根输入轴或输出轴上时，所述的四个传动变径锥盘、输入轴、输出轴便和环绕在所述四个传动变径锥盘包角内的传动带或链组成一个无级变速传动机构。
4. 根据权利要求3所述的无级变速传动机构，其特征在于，所述的输入轴是花键轴。
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