CN101617150A - 无级变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无级变速器，所述无极变速器带有推进式传动带(3)，所述传动带(3)包括可沿所述带(3)的无接头的拉伸装置(31)移动的多个横向元件(33)，由此所述拉伸装置(31)带有一些间隙地被容纳在所述元件(33)的凹部(37)中，所述一些间隙在轴向方向设置在所述拉伸装置(31)和所述凹部(37)之间，并且所述无极变速器还设有一组滑轮(1、2)，其中每个滑轮包括设置在相应的滑轮轴(6、7)上的两个滑轮盘(4、5)，在所述两个滑轮盘(4、5)之间限定出主要呈V形的滑轮槽，所述滑轮槽相互轴向地偏移或至少可以变得相互轴向地偏移，围绕滑轮(1、2)卷绕的传动带(3)被楔入在其相应的滑轮盘(4、5)之间。根据本发明，所述变速器(1)安装有用于将所述带(3)的横向元件(33)定位在滑轮(1、2)之间的引导装置(50)。

Description

无级变速器
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所限定的无级变速器，其包括围绕所述变速器的两个可调节滑轮而卷绕的推进式传动带，所述两个可调节滑轮中的每一个在其滑轮盘之间都限定出可变宽度的锥形槽，并且本发明还涉及一种用于操作这种变速器的方法。
背景技术
这种变速器例如根据本申请人的欧洲专利申请EP-A-1 427 953是公知的。一个通常的改进目的是对于变速器传动比的给定范围，即变速器的传动比范围，在变速器的每质量单位和/或每体积单位的驱动动力的输出量方面优化已知变速器的设计。然而，由于变速器中可能发生的转矩波动，特别地在动力输出量的所需增长方面，变速器的性能实际上会受到限制。在变速器的耐久性、噪音或甚至由其所产生的传动系统振动方面，这些扭矩波动会在一定工作条件下超过一定临界值，或至少超过可接受的水平。
发明内容
为了改进变速器的耐久性和/或允许动力输出量的进一步增加，本发明的目的在于减小与变速器动力输出量相关的这种扭矩波动。此外，本发明的目的在于，在没有特别地对变速器传动带部件进行较大的重新设计的情况下实现所述目的，即，以成本节约的方式实现所述目的，所述方式优选地甚至在现有的变速器设计中也可以迅速地应用。
根据本发明，通过应用如权利要求1的特征部分提供的措施并且引入用于引导传动带的特别地为其横向元件的引导装置，实现了所述目的。通过这些引导装置，在进入特别是传动滑轮的滑轮槽之前，横向元件的横向位置、移动和/或转动得以稳定。已经发现，由于这种引导装置的存在，所述转矩波动被显著地减小并且甚至动力变速器的效率也甚至可以被稍稍改进。
优选地，引导装置至少在轴向方向上定位元件，从而将横向元件与传动滑轮的滑轮槽轴向地对准。典型地在变速器工作期间，各个横向元件到达相对于滑轮槽轴向地偏移的传动滑轮处。然而，所述偏移在所述横向元件进入、即被夹持在滑轮盘之间时，被自动地修正，并且既然所述偏移处于容许极限内，因此其以前并未被认为是问题，正如例如在EP-A-0291 129中所描述的那样。
尽管如此，基于在下文中所示出的测量结果，根据本发明，出乎意料地发现，通过将横向元件在轴向方向上预先定位为与滑轮槽一致，即刚好在它们被接收在滑轮盘之间之前，上述转矩波动显示出明显的减小。显然，横向元件然后更平滑地被接收在滑轮盘之间，已经发现，这在高转矩水平和高转速时以及在驱动滑轮处特别重要。
在这样的高转矩水平时，滑轮盘被强有力地推动到一起以与带作用产生足够用于传递这样的转矩的摩擦力，但结果滑轮盘以这种方式弹性地变形以使得在横向元件进入槽的位置处滑轮槽闭合至一定程度。所述元件从而需要同时对准和变形以配合所述滑轮槽并且因此在进入所述滑轮槽时经受相当大的且较明显的波动阻力。可以认为，当横向元件在进入滑轮槽之前与其轴向地对准时，这种阻力被显著地减小。
附图说明
现在将进一步结合附图通过具体实施方式来描述本发明，其中：
图1是包括本发明所涉及的传动带的无级变速器的示意图；
图2以透视的方式示出了所述带的节段；
图3是作为时间的函数的变速器输入转速和输入输出转矩的测量结果的图表；
图4是以透视的方式示出根据本发明的引导装置的实施方式的示意图；
图5示出了根据本发明的引导装置的原理工作；并且其中
图6是类似于图3的另一个测量结果的图表。
具体实施方式
图1示出了公知的无级变速器的主要部分，其通常应用在发动机与其驱动轮之间的机动车辆的传动系统中。变速器包括两个滑轮(皮带轮)1、2，其中每一个滑轮都设有两个圆锥形的滑轮盘4、5，在所述滑轮盘4、5之间限定出主要呈V形的滑轮槽并且其中一个盘4可沿相应的滑轮轴6、7轴向地移动，所述盘4设置在所述相应的滑轮轴上。推进式传动带3卷绕在滑轮1、2上，用于从一个滑轮1、2向另一个滑轮2、1传递旋转运动以及伴随的转矩。
变速器通常还包括启动装置，所述启动装置将朝向相应的另一个滑轮盘5指向的轴向定向的夹持力Fax传递到所述至少一个盘4上，以使得带3被夹持在它们之间。并且，变速器的传动比由此被确定，所述传动比在下文中被定义为从动滑轮2的转速与驱动滑轮1的转速之间的比率。
推进式传动带3包括无接头的(环形)拉伸装置31以及设置在拉伸装置31上的大量板状的横向元件33，所述横向元件33可沿其纵向方向移动并且主要横向地定向。元件33承受夹持力Fax，以使得当输入扭矩Tin作用在所谓的驱动滑轮1上时，盘4、5与带3之间的摩擦使得元件33从驱动滑轮1被推挤到所谓的从动滑轮2，并且在其上施加输出转矩Tout。因此，横向元件33被拉伸装置31引导和支承。
图2以透视图的方式示出了带3的节段，其表示两部分式拉伸装置31和多个横向元件33，所述带3在例如所述的欧洲专利公报EP-A-0 626 526中更详细地被描述。在所述类型的带3中，横向元件限定出两个主要横向延伸的凹部37，所述凹部37在轴向方向上朝向带3的外部开口并且其中每一个凹部都与元件33的支承面19相关联，以用于带有它们之间的一些轴向间隙地容纳拉伸装置31。
横向元件33设有在工作期间被相应地夹持在驱动和从动滑轮1、2的盘4、5之间并且相应地与驱动和从动滑轮1、2的盘4、5进行摩擦接触的横向侧面或滑轮接触面35。为了允许元件33围绕在带3的弯曲轨迹部分中的两个相邻元件33之间的接触的大致轴向定向的线而相互摇摆，它们在其相应的前侧主表面38上设有所谓的摇摆边缘34，所述边缘34在以小角度但是为名义角度相互定向的前侧主表面38的两个节段之间限定出轴向定向的、尖锐的或稍稍倒圆的边缘。元件33还设有从其前侧主表面38突出的突起39，用于与设置在其后侧主表面中的互补的孔和元件33相互作用。图2还示出了元件33的顶部40朝向带3的径向外侧渐缩形成锥形。
在带3中，由于设置在突起39与相应的元件33的孔之间的间隙，因此相邻的横向元件33可相对于彼此横向地移动。设置所述特征以特别地用于使得传动带3能够容纳相应的滑轮1、2的滑轮槽之间的轴向偏移。同样，相邻的横向元件33可以至少围绕沿所述带的纵向方向定位的假想轴绕所述突起39转动。
当在变速器工作中并且处于相对较高的标称输入扭矩Tin时，发现有相当大的转矩和转速波动出现，如图3所示。图3提供了作为时间t的函数的从动滑轮1的转速ω2、变速器输入扭矩Tin和变速器输出转矩Tout的试验台测量结果，在所述测量期间，驱动滑轮转速ω1大致保持恒定，即被控制在稳定的rpm。
同样在图3中，在刚好在6秒后开始并且刚好在8秒后结束的时间范围内，可以观察到所述转矩和转速的波动的很大的减小。所述范围与根据本发明的引导装置被启动的时间范围准确地相对应，这意味着通过将其设置在预先确定的位置，因此除去其任何的偏离的移动或转动，从而稳定横向元件33。在该实施方式中，引导装置还额外地将元件33相对于驱动滑轮1的滑轮槽轴向地对准。
此外在图3中还可以观察到，在所述引导装置启动的时间范围内，从动滑轮转速ω2实际上还平均地稍稍增大，从而在那段时间期间，变速器有利地以较高效率工作。根据本发明的引导装置的实际实施方式的一个示例在图4中以透视侧视图被示出。
图4以透视图示出了根据本发明的引导装置50的一个可能的实施方式。所述装置包括滚子51，其示出主要呈V形的圆周槽(周向槽)52。滚子51可转动地安装在副架53中，所述副架53可以在沿引导装置50的中心销56被引导的同时，通过气缸55相对于引导装置50的安装板54移动。所述安装板54被螺栓连接到例如变速器壳体上，由此滚子51位于带3的径向外侧并且由此滚子51的V形圆周槽52在变速器的至少一个速度传动比中与滑轮1、2的V形滑轮槽轴向地对齐，所述滑轮1、2优选地为驱动滑轮1并且所述至少一个速度传动比优选地为至少是由变速器传递的最大(发动机)动力的传动比，即所谓的TOP传动比。
在该实施方式中，引导装置50仅在所述TOP传动比中被启动，由此气缸55被加压，以使得滚子51向传动带3延伸并且与传动带3接合，由此横向元件33的锥形顶部40在圆周槽51中被接收。气缸55中的压力确定在大致径向向内的方向上由滚子51作用在带3上的力。正在进入滚子51的V形圆周槽52、且相对于所述圆周槽52轴向偏移的横向元件33a将通过其顶部40与滚子51的相互作用而被定位，以使得正在离开所述槽52的元件33b与其轴向对准，如图5所示。因此，通过提供与相应的滑轮1、2的V形槽成一直线的滚子51的V形圆周槽52，横向元件33在轴向方向上与其预先对准。根据本发明，这种措施有利地减小了在进入相应的滑轮1、2的盘4、5之间时元件33所经受的阻力，因此上述转矩波动显示出明显的减小。
应该注意的是，例如为了使由于滚子51与横向元件33之间的摩擦产生的动力损失最小化，滚子51可以被主动地启动(actively driven)。优选地，滚子51转动地与相应的滑轮1、2相连接。此外，可以使引导装置50可轴向偏移地被布置在变速器中，由此滚子51(的V形圆周槽52)的轴向位置优选地与相应的滑轮1、2的可轴向移动的滑轮盘相关联。所述特征允许引导装置50在变速器的任意传动比中被启动，即跟随相应的滑轮槽的轴向偏移而被启动。
此外，根据本发明，滚子51所利用的与带3接合的力、即气缸55中的压力至少相对于其转速是可控制的。根据本发明，所述力应当被控制为随带3转速的增加而增加，并且反之亦然。本发明的所述特别的特征是基于实验观察的。一方面已经观察到，如果所述力相对所述带的速度太低，那么所述转矩波动持续或者至少可以通过增大所述力而被抑制。另一方面还观察到，如果所述力相对所述带的速度太高，那么从动滑轮转速ω2减小，以使得即使所述转矩波动保持有效地被抑制时，变速器也以不利的被降低的效率工作。
根据与图3的图表相类似的的图表，在图6中示出了所述后一个实验观察。在所述特定的实验中，引导装置50在约9秒后被启动直到约13秒，然而，由此由引导装置50的滚子51在径向向内的方向上施加到传动带3上的力为相对于在前一个实验中确定的其最佳水平的约三倍。
优选地，根据本发明，所述力与变速器传递的转矩成比例地被控制，所述转矩即输入扭矩Tin。
本发明除以上描述和相关附图示出的所有细节外的部分可以由本领域技术人员容易地且明确地得到，所述部分也涉及由所附权利要求的限定而提供的所有主要部分和细节。

Claims (11)

1.无级变速器，所述无极变速器设有推进式传动带(3)，所述传动带(3)包括可沿所述带(3)的无接头的拉伸装置(31)移动的多个横向元件(33)，由此所述拉伸装置(31)带有一些间隙地被容纳在所述元件(33)的凹部(37)中，所述一些间隙在轴向方向设置在所述拉伸装置(31)和所述凹部(37)之间，并且所述无极变速器还设有一组滑轮(1、2)，其中每个滑轮包括设置在相应的滑轮轴(6、7)上的两个滑轮盘(4、5)，在所述两个滑轮盘(4、5)之间限定出主要呈V形的滑轮槽，所述滑轮槽相互轴向地偏移或至少可以变得相互轴向地偏移，围绕滑轮(1、2)卷绕的传动带(3)被楔入在其相应的滑轮盘(4、5)之间，其特征在于，所述变速器(1)安装有用于将所述带(3)的横向元件(33)定位在滑轮(1、2)之间的引导装置(50)。
2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述引导装置(50)在相对于至少一个滑轮(1)的滑轮槽的轴向方向上将所述横向元件(33)设置在预先确定的位置。
3.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述引导装置(50)被设置为使得所述横向元件(31)被定位为与相应的滑轮槽轴向对准，即所述横向元件(31)轴向地被定位为使得所述元件(33)的中部在轴向方向上与相应的滑轮(1)的滑轮槽的轴向中部成一直线。
4.根据权利要求1、2或3所述的变速器，其特征在于，所述引导装置(50)设有用于从所述带(3)的径向外侧与横向元件(33)相接合的接合装置(51)。
5.根据权利要求4所述的变速器，其特征在于，所述接合装置(51)被布置为将指向所述带(3)的径向内侧的可变且可控制的力施加在所述横向元件(33)上。
6.根据权利要求5所述的变速器，其特征在于，所述接合装置(51)被布置为相对于所述带(3)的转速、并且优选地还相对于由所述变速器传递的转矩而控制所述力。
7.根据上述权利要求中的一项所述的变速器，其中所述横向元件(33)设有位于所述带(3)的径向外侧的锥形顶部(40)，其特征在于，所述引导装置(50)设有滚子(51)，所述滚子(51)呈现出位于所述元件(33)的所述顶部(40)上方并且与所述元件(33)的所述顶部(40)相接合的主要呈V形的圆周槽(52)。
8.根据权利要求7所述的变速器，其特征在于，所述滚子(51)的圆周槽(52)与相应的滑轮(1)的滑轮槽轴向地对准，由此所述滚子(51)的圆周槽(52)的轴向中部与所述滑轮槽的轴向中部成一直线。
9.根据权利要求7或8所述的变速器，其特征在于，所述滚子(51)可转动地安装在可借助于移动装置(55)相对于所述带(3)移动的副架(53)中，以使其可以将指向所述带(3)的径向内侧的力施加在所述横向元件(33)上。
10.用于操作无级变速器的方法，所述无级变速器设有推进式传动带(3)，所述传动带包括可沿所述带(3)的无接头的拉伸装置(31)移动的多个横向元件(33)，由此所述拉伸装置(31)带有一些间隙地被容纳在所述元件(33)的凹部(37)中，所述一些间隙在轴向方向设置在所述拉伸装置(31)和所述凹部(37)之间，并且所述无极变速器还设有一组滑轮(1、2)，其中每个滑轮包括设置在相应的滑轮轴(6、7)上的两个滑轮盘(4、5)，在所述两个滑轮盘(4、5)之间限定出V形的滑轮槽，所述滑轮槽在所述变速器工作期间相互轴向地偏移或至少可以变得相互轴向地偏移，围绕滑轮(1、2)卷绕的传动带(3)被楔入在其相应的滑轮盘(4、5)之间，其中所述带(3)的横向元件(33)在它们被接收在至少一个滑轮(1)的相应的滑轮槽中之前借助于所述变速器的引导装置(50)被设置在预先确定的位置。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述横向元件(31)被定位为与相应的滑轮槽轴向对准，即所述横向元件(31)轴向地被定位为使得所述元件(33)的中点在轴向方向上与相应的滑轮(1)的滑轮槽的轴向中点成一直线。
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