CN102099601B - 具有凸面状滑轮轮盘和传动带的变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的无级变速器，其设有驱动滑轮(1)和从动滑轮(2)，围绕所述驱动滑轮(1)和从动滑轮(2)设置传动带(3)，至少当所述变速器运行时，所述传动带(3)被夹持在所述两个滑轮(1、2)的两个基本上锥形的轮盘(4、5)之间。所述驱动滑轮(1)的滑轮轮盘(4、5)的锥形表面(10)在包括中心滑轮轴线(9)的横截面中具有凸曲率，所述凸曲率具有在径向向外的方向上减小的曲率半径(R10)，并且所述从动滑轮(2)的滑轮(4、5)的锥形表面(10)在包括所述中心滑轮轴线(9)的横截面中具有凸曲率，所述凸曲率具有在径向向外的方向上增大的曲率半径(R10)。

Description

具有凸面状滑轮轮盘和传动带的变速器

技术领域

本发明涉及一种如以下权利要求1的前序部分所述的设有带凸面状锥形滑轮轮盘的滑轮以及传动带和/或链条的无级变速器。

背景技术

该类变速器的结构和操作通常是已知的并且例如在荷兰专利公开文件1024918中进行了描述，该专利公开文件还示出了一种已知类型的传动带。所示传动带通常被称为Van Doorne推带(或推式带)，并且例如在专利公开文件WO-A-2006/049493中被更详细描述。已知的推带包括一系列所谓的横向元件和两个连续的或者环形的张紧元件，横向元件被容纳在推带中，以便可沿张紧元件的周边移位。已知的推带包括许多所述横向元件，所述横向元件如此设置，以使得实际上至少装填在张力元件的整个圆周上，以便在操作期间，由滑轮(皮带轮)的滑轮轮盘施加在传动带上的夹持力或者夹紧力被近乎均匀地分配在多个横向元件上。

更具体地，各横向元件包括大体上梯形的本体部分和大体上箭头形状一的头部部分，所述两个部分借助于横向元件的相对窄的颈部相互连接。相互成锐角地定向的本体部分的横向侧面在该情况下设有与变速器的驱动滑轮和从动滑轮的锥形滑轮轮盘(摩擦)接触的接触面，而本体部分的径向向外定向的侧面、即朝向头部部分定向的侧面的部分形成推带的张紧元件的支承面。横向元件的头部部分位于张紧元件的径向外侧并且将其保持在所述方向上，而颈部部分位于张紧元件的高度处。各张紧元件由多个嵌套、扁平和相对薄的金属环形成。

在所述变速器中，在所有情况下，滑轮的两个滑轮轮盘中的一个被固定连接到滑轮轴上，而另一个滑轮轮盘设置在滑轮轴上，以便可以轴向地移位。在该情况下，滑轮轮盘之间的轴向距离确定传动带在相应滑轮的位置处的径向位置或运行半径，并且传动带在两个滑轮的位置处的相应运行半径之间的比率确定变速器的传动比。

已知将变速器的滑轮轮盘的锥形表面设计为弧形或凸面状(凸状)。在此方面，术语拱形(弧形)或凸面状指通过凸面或中凸状弯曲的锥形表面替代此类变速器通常使用的滑轮轮盘的直锥形表面。锥形表面的相应的凸面状形状或轮廓在包括滑轮轴的中心轴线(即，旋转轴线)的滑轮轮盘的横截面(即，沿正切方向定向的横截面)中是很明显的。顺便提及，可能是或不是凸面或中凸状弯曲的滑轮轮盘的锥形表面也被称为(传动带)运行表面或跑合面。

取决于所述运行半径，运行表面的所述凸面状轮廓引起包括一方面滑轮的滑轮轮盘和另一方面传动带之间的摩擦接触的接触角(即，相对于真正的径向方向的角度)方面的变化。更具体地，随着运行半径增大，局部接触角逐渐变大，反之亦然。NL-A-1024918规定了用于极限运行半径的滑轮的局部接触角的极限值之间的具体比率，所述比率据说导致变速器效率的提高。因此，虽然该文件规定了运行表面和/或在正切方向上观察的相应的滑轮轮盘的横截面中的锥形表面的接触角的范围，但是其总轮廓未被完全规定并且在该方面仅提到多个笼统的边界条件。

发明内容

本发明的目的是增加或补充用于滑轮轮盘的运行表面轮廓的已知设计规则，以便获得变速器的有利的功能特性。因此，本发明的目的是基于变速器的工作原理提供一种用于所述运行表面轮廓的更具体的技术要求。更具体地，本发明的目的是以有利的方式减小传动带的机械负载。

为此，本发明提供一种变速器，其中采用了权利要求1的特征部分中的措施或技术特征。通过根据本发明的变速器，在包括滑轮的中心轴线的横截面中观察，驱动滑轮的滑轮轮盘的所述运行表面的轮廓具有凸曲率(convex curvature)，其曲率半径随着传动带在所述滑轮上的运行半径的增大(即，径向向外地从圆锥形状的顶部到底部)而减小。所述运行表面轮廓具有以下优点：在横向元件和驱动滑轮的滑轮轮盘之间的(摩擦)接触期间在运行中产生的(赫兹)接触应力有利地相对小，也就是说，因此给定了所规定的接触角的特定范围。

虽然根据本发明变化的运行表面轮廓的曲率半径可能平均起来大致等于表述类似接触角范围的恒定的曲率半径，但是实际上其具有以下优点，其至少可以局部地补偿每个横向元件相对于所述运行半径的夹持力方面的变化。通过滑轮的每个横向元件施加在传动带上的夹持力方面的差异由以下事实引起，一方面，由于减小了运行半径，扭矩传递所需的总夹持力增大，并且另一方面，位于滑轮轮盘之间并且被滑轮轮盘夹持的横向元件的数量减小。

显然，所述两个效果也适用于从动滑轮，因此人们可能预期，为该滑轮提供相同的运行表面轮廓同样是有利的。然而，令人惊讶地，根据本发明，至少特别是关于在机动车辆中使用变速器方面情况正好相反，即，提供在包括中心轴线的横截面中观察时从动滑轮的滑轮轮盘的所述运行表面轮廓的以下凸曲率是有利的，其中所述凸曲率具有随着所述滑轮上的传动带的运行半径的增大而增大的可变曲率半径。

当变速器用于机动车辆中时，其将在相对短的时间段中在变速器的最大减速传动比时承受相对重的负载，相反，其在相对长的时间段中在最大加速传动比时承受非常小的负载。在所述最大减速传动比或低速运行中，传动带与从动滑轮之间的(摩擦)接触出现在可能的最大运行半径处，而在所述最大加速传动比(或者OD)中，其出现在可能的最小运行半径处。根据本发明，关于运行半径的后一种作用对传动带和从动滑轮之间的夹持力的影响以如下程度补偿上述两种作用，以使得有利地使轮盘具有如下运行表面轮廓，所述运行表面轮廓具有随着滑轮上的传动带的运行半径的增大而增大的曲率半径，以便优化传动带和从动滑轮之间的(赫兹)接触应力。

附图说明

下面参照附图解释本发明，其中：

图1简略地并且以局部横截面示出了根据现有技术设有两个滑轮和传动带的无级变速器，

图2示出了已知的传动带的横截面，

图3简略地示出了变速器的滑轮和传动带之间的摩擦接触，以及

图4以图表方式示出了根据本发明的变速器滑轮的可能的运行表面轮廓。

具体实施方式

图1简略地示出了根据现有技术的无级变速器的横截面。已知的变速器包括主滑轮或驱动滑轮1和副滑轮或从动滑轮2，所述主滑轮或驱动滑轮1可被具有一对作用力Tp的发动机(未示出)旋转驱动，所述副滑轮或从动滑轮2可利用一对作用力Ts驱动负载(未示出)。滑轮1和2均设有固定地附接到相应的滑轮轴6、7上的滑轮轮盘5并且设有相对于该相应的轴6、7可轴向地移位的滑轮轮盘4。滑轮轮盘4、5至少基本上具有截头和相对扁平的锥体形状。传动带3被夹持在滑轮轮盘4、5之间，以便可以利用摩擦力在两个滑轮轴6和7之间传输机械动力。

变速器的传动比Lr2/Lr1由传动带20的副运行半径Lr2和主运行半径Lr1(也就是说，分别为从动滑轮2和驱动滑轮1的滑轮轮盘4、5之间的有效径向位置)之间的比率确定。所述运行半径Lr1和lr2以及由此变速器的传动比Lr2/Lr1可以通过在相应的滑轮轴6和7上沿相反的轴向方向移动所述可移位的轮盘而改变。在图1中，以示例的方式，以最大减速传动比Lr2/Lr1或低速运行图解变速器，也就是说，具有相对小的主运行半径Lr1和相对大的副运行半径Lr2。

对于每个滑轮1、2夹持传动带3且在下面分别称作主夹持力F1和副夹持力F2的轴向定向的作用力在此情况下由变速器的控制系统(未示出)确定和实现，此外相应的夹持力F1；F2的大小取决于相应的运行半径Lr1；Lr2和相应的扭矩T1；T2。

图1中所示的传动带3为所谓的推带并且实际上由一连续系列的横向元件32和至少一个(但通常为两个)张紧元件31构成。该推带3在图2中按沿其圆周方向定向的横截面详细示出，其中在前视图中示出了横向元件32。横向元件32包括大体上梯形的本体部分33和大体上箭头形状的头部部分35，所述两个部分33、35借助于横向元件32的相对窄的颈部部分34相互连接。相互以锐角定向的本体部分35的横向侧面在该情况下设有凸面(或中凸)状弯曲的接触面40，以用于与变速器的滑轮1、2的锥形的滑轮轮盘4、5的表面10、即运行表面10(摩擦)接触。本体部分33的径向向外定向的侧面部分、即朝向头部部分35定向的侧面形成用于推带3的各张紧元件31(a)和31(b)的支承面36。横向元件3的头部部分35位于张紧元件31的径向外侧并且将其保持在所述方向上，而颈部部分34位于张紧元件31的高度处。横向元件32的前侧还沿推带3的圆周方向设有突起37或者栓柱37，以及设有布置在横向元件32的相反的后侧上的凹坑(未示出)，所述栓柱37容纳在推带3中的相邻横向元件32的凹坑中，以用于使横向元件32彼此之间相对稳定。横向元件32的最低或径向最里面的部分在横向元件32的前侧处的所谓倾斜线38下面径向地向内延伸，至少实际上呈锥形，以使推带3中相邻的横向元件32可相互之间围绕倾斜线38倾斜并且推带3可以形成一弧，例如，在此处，其被夹持在滑轮1和2的滑轮轮盘4、5之间。

各张紧元件31(a)和31(b)由在径向方向上堆叠的一组多个扁平和相对薄的金属环构成。张紧元件31和横向元件32相互保持在径向或高度方向上，但是横向元件32被容纳在推带3中，以可在环组31的圆周方向上移位，以便在使用中，驱动滑轮1的转动借助于摩擦力被传递给夹紧的推带3的横向元件32。这在横向元件32之间产生相当大的推力，由于所述推力的结果，它们相互沿环组31在朝向从动滑轮2的方向上前进。于是，在推带3被夹持在从动滑轮2的轮盘4和5之间的情况下，所述推力实际上完全经由摩擦力被传递到那里。最后，当施加相对低的推力时，横向元件32相互从从动滑轮2推回到驱动滑轮1处。

在图3中，借助于包括滑轮轴6、7的中心轴线9的横截面、即在正切方向上观察的横截面图解变速器的驱动滑轮1的部分。锥形表面10、即所谓的运行表面10被示出为凸面状地弯曲，其中借助于所述锥形表面10，滑轮与横向元件32的接触面40接触。运行表面10的所示轮廓导致相对于真正的径向方向的角度λ，所述角度λ在径向向外的方向上、即相对于所述主运行半径Lr1增大。更具体地，随着运行半径Lr1增大，局部接触角λ(Lr1)逐渐变大，反之亦然。在该例子中，在其沿正切方向定向的横截面中，运行表面10的凸面形状也通过关于运行半径Lr1的局部曲率半径R10或者运行表面10的曲线R10(Lr1)确定。

例如由NL-A-1024918所描述的现有技术仅规定了关于局部接触角λ(Lr1)用于最小运行半径Lr1-min的最低值λ(Lr1-min)和用于最大运行半径Lr1-max的最高值λ(Lr1-max)，在一定程度上仍然可以在所述极端运行半径Lr1-min、Lr1-max之间自由地选择滑轮1、2在包括其中心轴线9的横截面中的运行表面10的轮廓。在此方面非常明显的轮廓为真正的圆弧形状，即，运行表面10具有恒定的曲率半径R10，因此其相对于运行半径Lr1不变化。然而，根据本发明，有利的是，如借助于驱动滑轮1的固定的滑轮轮盘5在图3中所图解，驱动滑轮1的滑轮轮盘4、5的运行表面10的曲率半径R10随着传动带3的运行半径Lr1的增大而减小(相对于传动带3的增大的运行半径Lr1而减小)。根据本发明，这意味着，驱动滑轮1的运行表面10的曲率半径R10必须从所述最小运行半径Lr1-min处、即运行表面10的锥形的顶部开始沿着所述最大运行半径Lr1-max、即运行表面10的锥形的底部的方向优选均匀地减小。

另外，根据本发明并且至少特别是当变速器用于机动车辆时，对于从动滑轮2情况相反，即，有利的是，从动滑轮2的滑轮轮盘4、5的运行表面10的曲率半径R10随着传动带3的副运行半径Lr2的增大而增大、即在从所述运行表面10的锥形形状的顶部到底部的方向上增大。

图4借助于两个图表示出了现在分别用于驱动滑轮1和从动滑轮2的规定轮廓的局部曲率半径的优选实施例，在所述图表中，相应的曲率半径R10被绘制成上述运行半径Lr1和Lr2以及它们之间的比率(即，变速器的传动比Lr2/Lr1)的函数。图4中所示的用于变速器的两个滑轮1、2的具有曲率半径R10的轮廓对于驱动滑轮1特别应用于大约7度到大约11度的接触角范围，并且对于从动滑轮2特别应用于大约7度到大约9度的接触角范围。

Claims (7)

1.一种用于机动车辆的无级变速器，其设有驱动滑轮（1）和从动滑轮（2），围绕所述驱动滑轮（1）和从动滑轮（2）设置传动带（3），至少当所述变速器运行时，所述传动带（3）被夹持在所述两个滑轮（1、2）的两个基本上锥形的滑轮轮盘（4、5）之间，每个轮盘（4；5）的锥形表面（10）在包括相应的滑轮（1；2）的中心轴线（9）的横截面中具有凸面状弯曲的轮廓，其特征在于，所述驱动滑轮（1）的滑轮轮盘（4、5）的锥形表面（10）的凸面状轮廓的局部曲率半径（R10）在径向向外的方向上减小，并且所述从动滑轮（2）的滑轮轮盘（4、5）的锥形表面（10）的凸面状轮廓的局部曲率半径（R10）在径向向外的方向上增大。

2.根据权利要求1所述的无级变速器，其特征在于，与所述驱动滑轮（1）相关的局部曲率半径（R10）沿着其整个径向尺寸减小到1/2至1/3。

3.根据权利要求1或2所述的无级变速器，其特征在于，与所述从动滑轮（2）相关的局部曲率半径（R10）沿着其整个径向尺寸增大到1.5至2倍。

4.根据权利要求1或2所述的无级变速器，其特征在于，与所述驱动滑轮（1）相关的最小局部曲率半径（R10）比与所述从动滑轮（2）相关的最小局部曲率半径（R10）小。

5.根据权利要求1或2所述的无级变速器，其特征在于，与所述驱动滑轮（1）相关的最大局部曲率半径（R10）比与所述从动滑轮（2）相关的最大局部曲率半径（R10）小。

6.根据权利要求1或2所述的无级变速器，其特征在于，与所述从动滑轮（2）相关的最小局部曲率半径（R10）比与所述驱动滑轮（1）相关的最大局部曲率半径（R10）小。

7.根据权利要求1或2所述的无级变速器，其特征在于，所述驱动滑轮（1）和所述从动滑轮（2）的滑轮轮盘（4、5）的锥形表面（10）的凸面状轮廓的局部曲率半径（R10）沿着其整个径向尺寸具有在从500毫米到2500毫米范围内的值。

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