CN101463893B - 功率分流式cvt变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率分流式CVT变速器及其扭矩传递方法，扭矩传递方法就是动力扭矩经由行星轮机构输出两路扭矩，其一路传递到主动锥形盘组件并带动从动锥形盘组件和其间设置的钢带传递至动力输出轴；同时，另一路是由行星轮机构与中间过渡齿轮机构配合传输到动力输出轴；功率分流式CVT变速器中，与动力相连的行星轮机构的一个输出端与输入带轮轴机构相连，输入带轮轴机构与输出带轮轴机构机构之间设置传输钢带，输出带轮轴机构与扭矩输出轴轴向固定传递扭矩，另一个输出端与中间过渡齿轮减速机构相连再向与扭矩输出轴传递扭矩。本发明使得大部分转矩经过中间齿轮传递输出，由于齿轮传动效率很高，因而大大提高CVT的传递效率，提高整体经济性。

Description

功率分流式CVT变速器

技术领域

本发明涉及传动系中的变速机构，具体讲就是无级变速器。

背景技术

CVT即英文Continuousl Variable Transmission缩略语，简称无级变速传动或无段变速传动，采用了该机构的变速器称为无级变速器或变速箱，简称CVT变速器。这种CVT变速器主要包括两个锥形盘和一个钢带链条组成，锥形盘就是把两个圆锥形的盘片组合在一起形成一个带V型槽的驱动盘，通过锥形盘轴向间距的改变来实现传动比的调节。推力钢带式CVT经过近些年的发展，已取得了很大的进步，并在小型车上得到成功的应用和推广，但由于金属间摩擦系数的限定以及带抗拉能力的制约，使得其在大扭矩传递中一直没有获得突破性进展，使得CVT实际油耗和成本优势并不明显。

发明内容

本发明的首要目的就是提供一种功率分流式CVT变速器的扭矩传递方法，继续应用比较成熟的推力钢带式CVT变速，保持其原有的变速比及稳定性，同时可以增大CVT的输出转矩。

实现上述扭矩传递方法的技术方案是：一种功率分流式CVT变速器的扭矩传递方法，其特征在于：动力扭矩一路经由主动锥形盘组件、从动锥形盘组件和其间设置的钢带与动力输出轴连接并实施扭矩传递，动力扭矩另一路经过齿轮传动机构传递到动力输出轴，输出扭矩为上述钢带、主、从动锥形盘组件传递扭矩和齿轮传动机构传递扭矩之合。

本发明的再一个目的就是提供一种功率分流式CVT变速器，适于大扭矩的传递。

技术方案是：动力传动机构包括三自由度行星机构、输入带轮轴机构，输出带轮轴机构、功率分流中间过渡齿轮减速机构，各传动轴系都通过轴承固定在箱体上，三自由度行星机构的输入端与动力相连，三自由度行星机构的输出端有两个，一个输出端与输入带轮轴机构相连，输入带轮轴机构与输出带轮轴机构机构之间设置传输钢带，输出带轮轴机构与扭矩输出轴轴向固定传递扭矩；三自由度行星机构的另一个输出端与中间过渡齿轮减速机构相连，中间过渡齿轮减速机构与扭矩输出轴上轴向固定的齿轮啮合传递扭矩。

基于对现今无级变速器技术难点及市场对其性能要求的考虑，本发明是在原有应用比较成熟的CVT技术基础上，利用其原有的变速比及稳定性，着重增大CVT的输出转矩。要想继续增大带的传力能力，由于金属间摩擦系数的限定以及带抗拉能力的制约，使得增加带的转矩难以实现，因此本发明采用分流的方式，保持原有带输出转矩不变，将转矩经过金属带与一组行星齿轮机构分流再将转矩输出，使得输出转矩为两者传递转矩之和，从而增大CVT的输出转矩。本发明使得大部分转矩经过中间齿轮传递输出，由于齿轮传动效率很高，因而该机构可以在原有基础上大大提高CVT的传递效率，提高整体经济性。

附图说明

图1是本发明的方法控制流程图；

图2是本发明的传动机构原理示意图；

图3是本发明的传动机构中行星轮的受力示意图；

图4是功率分流式CVT变速器的主视图；

图5是图4中的A-A剖视图。

具体实施方式

实施例1

参见图1、2，功率分流式CVT变速器的扭矩传递方法，动力扭矩一路经由主动锥形盘组件、从动锥形盘组件和其间设置的钢带与动力输出轴连接并实施扭矩传递，动力扭矩另一路经过齿轮传动机构传递到动力输出轴，输出扭矩为上述钢带、主、从动锥形盘组件传递扭矩和齿轮传动机构传递扭矩之合。

优选采用的方案是：所述的齿轮传动机构包括与动力输入轴相连的行星轮机构、中间过渡齿轮机构，动力扭矩一路经过所述的行星轮机构、中间过渡齿轮机构传输到动力输出轴。

行星轮机构输出两路扭矩，其一路传递到主动锥形盘组件并带动从动锥形盘组件和其间设置的钢带传递至动力输入轴；同时，另一路是由行星轮机构与中间过渡齿轮机构配合传输到动力输出轴。

中间过渡齿轮机构的齿轮减速比n按照以下关系确定： $\mathrm{Rbs}==\frac{\mathrm{Ra}+\frac{Z3}{Z1\×n}}{1/\mathrm{Ra}+\frac{Z3}{Z1\×n}},$ 在输出转矩明显增大的情况下，选择一合适的中间齿轮减速比n，整体的变速比Rbs将几乎保持原有变速比Ra不变。

上述方法具体说明如下：

功率分流原理由图1、2、3所示的原理所示，转矩通过输入轴输入后经过两部分分流再输出。由于保持了原有金属带的传递能力，因此设定金属带部分传递的最大转矩Mc＝150N*m，行星轮机构受力分析如图3所示，F1＝Mc/R1，F3＝F1，F2＝F3+F1＝2F1＝2MC/R1，

Min＝F2×R2＝2Mc×R2/R1    (1)

由行星轮机构转化机构转动比计算公式 $\frac{w1-\mathrm{wh}}{w3-\mathrm{wh}}=\±i---\left(2\right)$

上述(2)式中正负号表示齿轮1与齿轮3在转化机构中的旋转方向是否一致，由于齿轮1和齿轮3在该机构中的转向是一致的，因此由公式(2)转化可得

$\mathrm{\ωh}=\frac{i\·w3+w1}{1+i}---\left(3\right)$

上述(3)式中i＝Z3/Z1；

结合图形分析可以分别计算出输出最大转速ωoutm和输出最低转速ωouts。

由于ωout＝ω3×n，而ω3是随着金属带变速而随着变化的

ω3max＝Ra×ω1/n    ω1min＝ω3max/nRa

$\mathrm{Woutm}=\frac{(Z3/Z1+1)\×\mathrm{Win}}{1/\mathrm{Ra}+\frac{Z3}{Z1\×n}}---\left(4\right)$

$\mathrm{Wouts}=\frac{(Z3/Z1+1)\×\mathrm{Win}}{\mathrm{Ra}+\frac{Z3}{Z1\×n}}---\left(5\right)$

将上述(4)式除(5)式便得其输出的变速比Rbs

$\mathrm{Rb}=\frac{\mathrm{Woutm}}{\mathrm{Wouts}}=\frac{\mathrm{Ra}+\frac{Z3}{Z1\×n}}{1/\mathrm{Ra}+\frac{Z3}{Z1\×n}}---\left(6\right)$

由上面分析可以看出，该分流机构通过增加行星轮机构可以使得原金属带式无级变速机构变速比以及输出转矩发生改变，而调速动作仍然是通过改变带轮动盘的轴向移动来实现，通过分析式子(1)和(6)可以看出只要选择一合适的中间齿轮减速比n，在输出转矩明显增大的情况下，整体的变速比Rbs将几乎保持原有变速比Ra不变。

由于功率分两部分传递后输出，左侧的带轮传动效率可0.92。右侧中间减速部分传动效率为0.98×0.97＝0.9506，中间NGW型行星轮机构效率为0.98，由于功率传递可视为如下传递流程：

由于金属带部分传递输入功率的90％，中间部分传递10％，最后得总传动效率η＝(0.92×0.9+0.1×0.9506)×0.98＝0.905。通过上面分析可得，可以通过设计使得大部分转矩经过中间齿轮传递输出，由于齿轮传动效率很高，因而该机构可以在原有基础上大大提高CVT的传递效率，提高整体经济性。

上述实施例1中采用的标号齿轮1、2、3分别对应于以下实施例2中的太阳轮17、行星轮13和齿圈16，采用简单的编号主要是便于上述方程式的表达。

实施例2

结合图2、3、4、5，一种功率分流式CVT变速器，动力传动机构包括三自由度行星机构10、输入带轮轴机构20，输出带轮轴机构30、功率分流中间过渡齿轮减速机构60，各传动轴系都通过轴承固定在箱体70上，三自由度行星机构10的输入端与动力相连，三自由度行星机构10的输出端有两个，一个输出端与输入带轮轴机构20相连，输入带轮轴机构20与输出带轮轴机构30机构之间设置传输钢带40，输出带轮轴机构30与扭矩输出轴80周向固定传递扭矩；三自由度行星机构10的另一个输出端与中间过渡齿轮减速机构60相连，中间过渡齿轮减速机构60与扭矩输出轴80上轴向固定的齿轮81啮合传递扭矩。

所述的三自由度行星机构10包括相互固连的行星架输入轴11和行星架12，行星轮13空套在心轴14上，心轴14通过滚动轴承安装在行星架12上和行星架输入轴11上，参见图5，行星架12为桶状，其端口处与行星架输入轴11的法兰边结合，两者之间形成空腔，心轴14的一端由轴承固定在行星架12上，另一端由轴承固定在行星架输入轴11的法兰边上；所述的输入带轮轴机构20包括输入带轮轴21及其上设置的相互配合的轴向间距可调的固定锥盘22和移动锥盘23；整个行星机构10通过轴承外套安装在输入带轮轴21上，太阳轮17安装固定在输入带轮轴21上，同时位于行星架12与行星架输入轴11的法兰边之间形成空腔中；齿圈支架15通过轴承安装且轴向定位在输入带轮轴21上，齿圈支架15上有齿圈16，齿圈16的内、外两侧都带齿，通过卡环部件将齿圈支架15轴向固定在输入带轮轴21上，齿圈16内外两侧都带齿并与齿圈支架15焊接为一体；太阳轮14与行星轮13相互啮合，行星轮13与齿圈16的内齿相互啮合，行星架输入轴11及齿圈支架15相对输入带轮轴21轴向固定、周向能自由旋转。

所述的输入带轮轴21上开设沿轴长方向布置的槽211，活动锥盘23套设在输入带轮轴21上，活动锥盘23上开设有与槽211对应的槽部，两槽构成的空腔部设置钢球25，钢球25的设置即方便装配，同时保证活动锥盘23在输入带轮轴21上可以轴向移动，并且两者同步转动，弹簧挡圈26空套在输入带轮轴21上且在轴上轴向固定、轴向可以相对运动，在活动锥盘23与弹簧挡圈26之间安装着压紧的弹簧27，活动锥盘23通过钢球25安装在输入带轮轴21上并与输入带轮轴21周向固定、轴向可以相对运动，上述输入带轮轴21通过轴承固定安装在箱体上70。

输出带轮轴机构30包括扭矩输出轴80上套设的活动锥盘32，活动锥盘32与扭矩输出轴80轴向移动、周向固定连接，弹簧档圈33空套在输出轴31上通过螺母34在轴上轴向固定，在活动锥盘32与弹簧挡圈33之间安装有压紧的弹簧35；传输钢带40安装在输入带轮轴21上的固定锥盘22和活动锥盘23及扭矩输出轴80上的固定锥盘31和活动锥盘32分别所组成的锥面之间。

扭矩输出轴80上的齿轮81通过键安装在扭矩输出轴80上，扭矩输出轴80上的齿轮81与中间过渡齿轮减速机构60上的齿轮62啮合，所述的中间过渡齿轮减速机构60包括齿轮62通过键63安装在齿轮轴61上，整个齿轮轴61通过两端轴承安装在箱体70上，并且齿轮轴61上的小齿轮64与齿圈16的外齿相互啮合。

动力首先从行星架输入轴11输入，其中一部分动力通过行星轮13传递给太阳轮17，再从太阳轮17传递到输入带轮轴21，动力再从输入带轮轴21通过钢带40传递到扭矩输出轴80；另一部分动力通过行星轮13传递给齿圈16，再从齿圈16传递到齿轮轴61，动力接着通过齿轮轴61与扭矩输出轴80上相互啮合的齿轮81传递到扭矩输出轴80。最终实现两部分动力的汇合，即实现了功率的分流，在保持钢带传递功率不变的前提下，使整箱传递功率增加。

本发明采用的分流形式，客观地大大增加了输出的转矩，根据所选择的参数代入式1和6算得最大传递转矩为476Nm，钢带传递150Nm，输出变速比为4.02，整体效率可达0.905，而且输出最小转速为输入转速的0.98倍，输出最大转速为输入转速的3.93倍，因此该机构在保证原有无级变速器输出变速比，以及原有输出转速不变的前提下，传递转矩比原来提高的了3倍，很好的克服了金属带式无级变速器在传递转矩上的限制。

Claims (5)

1.一种功率分流式CVT变速器的扭矩传递方法，动力扭矩经由行星轮机构输出两路扭矩，其一路传递到主动锥形盘组件并带动从动锥形盘组件和其间设置的钢带传递至动力输出轴；同时，另一路是由行星轮机构与中间过渡齿轮机构配合传输到动力输出轴，其特征在于：中间过渡齿轮机构的齿轮减速比n按照以下关系确定：

在输出转矩明显增大的情况下，选择一合适的中间齿轮减速比n，整体的变速比Rbs将几乎保持原有变速比Ra不变。

2.一种功率分流式CVT变速器，其特征在于：动力传动机构包括三自由度行星轮机构(10)、输入带轮轴机构(20)，输出带轮轴机构(30)、功率分流中间过渡齿轮减速机构(60)，各传动轴系都通过轴承固定在箱体(70)上，三自由度行星轮机构(10)的输入端与动力相连，三自由度行星轮机构(10)的输出端有两个，一个输出端与输入带轮轴机构(20)相连，输入带轮轴机构(20)与输出带轮轴机构(30)机构之间设置传输钢带(40)，输出带轮轴机构(30)与扭矩输出轴(80)周向固定传递扭矩；三自由度行星轮机构(10)的另一个输出端与中间过渡齿轮减速机构(60)相连，中间过渡齿轮减速机构(60)与扭矩输出轴(80)上轴向固定的齿轮(81)啮合传递扭矩；

所述的三自由度行星轮机构(10)包括相互固连的行星架输入轴(11)和行星架(12)，行星轮(13)空套在心轴(14)上，心轴(14)通过滚动轴承安装在行星架(12)和行星架输入轴(11)上；

行星架(12)为桶状，其端口处与行星架输入轴(11)的法兰边结合，两者之间形成空腔，心轴(14)的一端由轴承固定在行星架(12)上，另一端由轴承固定在行星架输入轴(11)的法兰边上；

所述的输入带轮轴机构(20)包括输入带轮轴(21)及其上设置的相互配合的轴向间距可调的固定锥盘(22)和活动锥盘(23)；整个行星轮机构(10)通过轴承外套安装在输入带轮轴(21)上，太阳轮(17)安装固定在输入带轮轴(21)上；齿圈支架(15)通过轴承安装且轴向定位在输入带轮轴(21)上，齿圈支架(15)上有齿圈(16)，齿圈(16)的内、外两侧都带齿；太阳轮(17)与行星轮(13)相互啮合，行星轮(13)与齿圈(16)的内齿相互啮合，行星架输入轴(11)及齿圈支架(15)相对输入带轮轴(21)轴向固定、周向能自由旋转。

3.根据权利要求2所述的功率分流式CVT变速器，其特征在于：所述的输入带轮轴(21)上开设沿轴长方向布置的槽(211)，活动锥盘(23)套设在输入带轮轴(21)上，活动锥盘(23)上开设有与槽(211)对应的槽部，两槽构成的空腔部设置钢球(25)，弹簧挡圈(26)空套在输入带轮轴(21)上且在轴上轴向固定，在活动锥盘(23)与弹簧挡圈(26)之间安装着压紧的弹簧(24)，上述输入带轮轴(21)通过轴承固定安装在箱体上(70)。

4.根据权利要求3所述的功率分流式CVT变速器，其特征在于：输出带轮轴机构(30)包括扭矩输出轴(80)上套设的活动锥盘(32)，活动锥盘(32)与扭矩输出轴(80)轴向移动、周向固定连接，弹簧档圈(33)空套在扭矩输出轴(80)上通过螺母(34)在轴上轴向固定，在活动锥盘(32)与弹簧挡圈(33)之间安装有压紧的弹簧(35)；传输钢带(40)安装在输入带轮轴(21)上的固定锥盘(22)和活动锥盘(23)及扭矩输出轴(80)上的固定锥盘(31)和活动锥盘(32)分别组成的锥面之间。

5.根据权利要求4所述的功率分流式CVT变速器，其特征在于：扭矩输出轴(80)上的齿轮(81)通过键安装在扭矩输出轴(80)上，扭矩输出轴(80)上的齿轮(81)与中间过渡齿轮减速机构(60)上的齿轮(62)啮合，所述的中间过渡齿轮减速机构(60)包括齿轮(62)通过键(63)安装在齿轮轴(61)上，整个齿轮轴(61)通过两端轴承安装在箱体(70)上，并且齿轮轴(61)上的小齿轮(64)与齿圈(16)的外齿相互啮合。

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