CN102252076A - 双金属带多段无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明介绍一种双金属带多段无级变速器，包括输入轴和输出轴，在输入轴两侧各设有一根中间轴，在输入轴上设有四个并排的锥盘，其中，位于两端的锥盘相向设置且固定在输入轴上，位于中间的锥盘背向设置且相互固定并与输入轴滑动连接，在锥盘之间分别形成宽度可调的带槽；从动变速机构是由两个相向设置且固定在对应中间轴上的锥盘构成，在中间轴上的锥盘之间各自形成宽度固定的带槽；在带槽之间对应的设有环形的金属带；在中间轴上还分别安装有若干个带有同步器的档齿轮组，档齿轮组分别与安装在输出轴上的输出齿轮啮合。本发明的变速器具有大范围传动比，而且增大了传递的扭矩，还达到了延长了变速器使用寿命的目的。

Description

双金属带多段无级变速器

技术领域

本发明涉及一种汽车变速器，具体为一种双金属带多段无级变速器。

 

背景技术

 现有汽车变速技术中，变速机构分为两种类型：一种为有级变速器，另一种为无级变速器（Continuously Variable Transmission，简称CVT）。有级变速器的优点在于能传递大功率和大扭矩，其动力传递较准确、可靠性高，但其缺点是挡数有限，不能充分发挥汽车发动机的性能，而且有级变速器中的自动变速箱还存在油耗高的缺陷。另一种的无级变速器（以下统一用CVT表示）在理论上有无穷个挡位，CVT和有级变速器相比较，其优点是在一定范围内的传动比连续可变，使汽车发动机总能在动力输出较好的转速范围段工作，有利于降低油耗，而且没有有级变速器改变传动比时的换挡冲击，这样换挡时更为平滑。

 随着CVT的发展，出现了金属带式CVT，但是现有的金属带式CVT存在传递扭矩有限、变速比不够大的弱点，目前只用于中小排量的汽车。由于金属带式CVT采用的是对称直母线锥盘，金属带在变速过程中必然会产生偏斜，而偏斜对于CVT的传递能量过程是极为不利的。此偏斜量一方面会限制锥盘工作半径的变化范围，使得变速比的变化范围较小；另一方面还限制了锥盘最小工作半径的增大，使得可传递的转矩有限，即传动能力被限制，无法在更大排量汽车上使用。

 

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明的主要目的在于解决现有金属带式无级变速器传动比范围不够大的问题，进一步还解决了控制不灵活的问题，而提供一种具有大传动比和大传递扭矩的双金属带多段无级变速器。而且运用了两个超越离合器使控制更加简便。 

本发明的技术方案：本方案变速器由采用两根金属带组成一轴输入两轴输出的无级变速部分和两轴输入一轴输出可以变换档位的档齿轮组部分以及连接以上两个部分的两个超越离合器组成。双金属带多段无级变速器，包括输入轴和输出轴，其特征在于，在输入轴的两侧分别设有第一中间轴和第二中间轴，在输入轴上设有主动变速机构和起步离合器，在所述的第一中间轴和第二中间轴上分别设置有用于与所述主动变速机构配合的从动变速机构；所述主动变速机构是由四个并排设置的锥盘构成，其中，位于两端的第一锥盘和第四锥盘相向设置且固定在输入轴上，位于中间的第二锥盘和第三锥盘背向设置且相互固定并与输入轴滑动连接，在第一锥盘和第二锥盘以及第三锥盘和第四锥盘之间分别形成宽度可调的第一带槽和第二带槽；所述从动变速机构是由两个相向设置且固定在对应中间轴上的锥盘构成，在第一中间轴上的第五锥盘和第六锥盘以及第二中间轴上的第七锥盘和第八锥盘之间各自形成宽度固定的第三带槽和第四带槽；在第三带槽和第二带槽之间以及第四带槽和第一带槽之间对应的设有环形的第一金属带和第二金属带，所述第一金属带和第二金属带均一端套在输入轴上，另一端分别套在对应的中间轴上；在第一中间轴上还安装有第一超越离合器、第一档齿轮和第三档齿轮，在第二中间轴上安装有第二超越离合器和第二档齿轮，所述的三个档齿轮各带有一个同步器，通过同步器有级地改变中间轴与输出轴的传动比，所述的三个档齿轮分别与设于输出轴上对应的第一档输出齿轮、第二档输出齿轮或第三档输出齿轮相啮合，三个输出齿轮分别带动输出轴转动。

本发明中通过在两根中间轴上设置的可滑动锥盘，同时调节两副带传动传动比，特别是，两副金属带传动的传动比变化方向相反，当其中一个带传动的传动比是由大变小时，另一个带传动的传动比是由小变大，反之亦然。由于利用了这一特点，运用超越离合器连接两条金属带和档齿轮，并配合有级的档齿轮传动结构，使得传动比的变化范围得到极大的拓展，还使得传递的扭矩也大幅提高，相对于传统的无级变速器，本发明变速器的变速比理论上能达到不受限制，采用同样强度规格的金属，传动转矩也扩大到两倍以上，甚至更大。

进一步，第一档输出齿轮、第二档输出齿轮和第三档输出齿轮按直径由大到小依次排列。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、具有大范围传动比：本发明的变速器由于采用两根金属带交替工作（两根金属带分别传递动力），与不同档位的档齿轮组配合，就能使整个变速器的传动比能在大的范围内连续变化，且换挡过程中动力不会中断，从而进一步改善车辆燃油经济性和排放。

2、增大了传递的扭矩：通过设计档齿轮组的传动结构，使整个无级变速器的传动比增大，进而可以使金属带式CVT自身的传动比变化范围（即变速比）减小，这样在制造时可以增大CVT输入轴的锥盘最小工作半径，从而增大了传递扭矩。按照本发明的方案，使用现有CVT同样强度规格的金属带，可以设计出传递扭矩扩大为原来的两倍甚至更大的无级变速器，可以使CVT应用于更大排量的车辆。

3、延长了变速器的使用寿命：由于本发明的变速器采用两根金属带交替工作，从而延长了变速器的使用寿命。

4、在两中间轴上分别用超越离合器使控制变得更加简便。

 

附图说明

图1为本发明双金属带多段无级变速器的结构示意图。

图2为本发明双金属带多段无级变速器的另一种结构示意图。

图中，1—输入轴，2—输出轴，31—第一中间轴，32—第二中间轴，41—第一锥盘，42—第二锥盘，43—第三锥盘，44—第四锥盘，45—第五锥盘，46—第六锥盘，47—第七锥盘，48—第八锥盘，51—第一带槽，52—第二带槽，53—第三带槽，54—第四带槽，61—第一金属带，62—第二金属带，70—起步离合器，71—第一超越离合器，72—第二超越离合器，81—第一档齿轮，82—第二档齿轮，83—第三档齿轮，91—第一档输出齿轮，92—第二档输出齿轮，93—第三档输出齿轮，10—第一档同步器，12—第二档同步器，11—第三档同步器。

 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的双金属带多段无级变速器，包括输入轴1和输出轴2，在所述输入轴1的两侧各设有一根中间轴，所述输入轴1与两根中间轴均通过金属带连接；在输入轴1上设有主动变速机构，在第一中间轴31和第二中间轴32上分别设置有用于与所述主动变速机构配合的从动变速机构；所述主动变速结构是由四个并排设置的锥盘构成，所述锥盘为具有圆锥形斜面的圆盘，是现有的机械部件，在此不详述；其中，位于两端的第一锥盘41和第四锥盘44相向设置且固定在输入轴1上，位于中间的第二锥盘42和第三锥盘43背向设置且相互固定并与输入轴1滑动连接，第一锥盘41和第二锥盘42以及第三锥盘43和第四锥盘44之间分别形成宽度可调的第一带槽51和第二带槽52。所述从动变速机构是由两个相向设置在对应中间轴上的锥盘构成，在第一中间轴31上的第五锥盘45和第六锥盘46以及第二中间轴32上的第七锥盘47和第八锥盘48之间各自形成宽度固定的第三带槽53和第四带槽54；在第三带槽53和第二带槽52之间以及第四带槽54和第一带槽51之间对应的设有环形的第一金属带61和第二金属带62，所述第一金属带61和第二金属带62均一端套在输入轴1上，另一端分别套在对应的中间轴上，形成同时运动的两副速比可变带传动结构。当输入轴1旋转时，第一金属带61和第二金属带62将分别带动第一中间轴31和第二中间轴32旋转。在输入轴1上设有起步离合器70，通过起步离合器70能够对输入端起到保护作用，在电机出现故障时，通过起步离合器70能够断开输入轴1与电机输出轴的连接，避免无级变速器被损坏。在第一中间轴31上还设有第一超越离合器71、第一档齿轮81和第三档齿轮83，在第二中间轴32上还设有第二超越离合器72和第二档齿轮82，所述第一档齿轮81、第二档齿轮82和第三档齿轮83分别通过同步器10、12、11与对应的中间轴结合；在输出轴2上对应的设有用于分别与第一档齿轮81、第二档齿轮82和第三档齿轮83啮合的第一档输出齿轮91、第二档输出齿轮92和第三档输出齿轮93。

工作原理：参见图1，闭合起步离合器70，输入轴1引入外部动力并带动套在输入轴1上的第一金属带61和第二金属带62旋转，汽车起步时，第一金属带61处于速比最大状态，第一中间轴31上的动锥盘46处于最靠近固定锥盘45的位置，相应的输入轴1上的动锥盘42、43处于远离固定锥盘44而靠近固定锥盘41的位置，相应的第二中间轴32上的动锥盘47处于远离固定锥盘48的位置，因而，第二金属带62处于最小速比状态，同步器10结合，同步器11、12处于脱离状态，随着第一超越离合器71的自然结合，动力经第一金属带61和第一档齿轮81传给输出轴2，虽然第二超越离合器72也自然结合，但由于同步器12脱开，所以第二金属带62空载，并不传递动力；随着车速的提高，如果需要变速器减小传动比，则使动锥盘47上的油缸压力增加，迫使动锥盘47向固定锥盘48靠拢，通过第二金属带62推动输入轴上的动锥盘42、43一起向固定锥盘44靠拢，通过第一金属带61推动第一中间轴上的动锥盘46远离固定锥盘45，从而使第一金属带61速比减小，而空载的第二金属带62速比变大；当第一金属带61速比速比变化到已经最小（此时，空载的第二金属带速比随之变化到最大），而车辆仍然需要变速器减小传动比时，同步器12结合，使第二档齿轮82和第二中间轴32结合，通过齿轮组一档、二档传动比的恰当设计，使得这时以第二超越离合器72为分界的中间轴32的右端轴转速略大于左端轴转速，所以第二超越离合器72自然脱开，随后，通过增加锥盘47上的油缸压力，使第一金属带61传动比增大，同时第二金属带62传动比减小，第二中间轴32的左半轴转速增加，当第二中间轴32的左半轴增加到等于第二中间轴32的右端轴时，第二超越离合器72自然结合，动力传递由第一中间轴31逐渐切换到第二中间轴32，最后，第一超越离合器71完全脱开，动力全部由第二金属带62、第二中间轴32、第二档齿轮82传递到输出轴2，而第一金属带61空载；然后脱开同步器10，这样就完成了从一档到二档的切换。从第二档齿轮传动切换到第三档齿轮传动的过程与上述类同。

在车辆需要变速器增大传动比的减档过程中，以从二档到一档的过程为例，在二档时，同步器12结合，同步器10、11处于脱离状态，第二超越离合器72的自然结合，动力经第二金属带62和第二档齿轮82传给输出轴2，第一金属带61空载，不传递动力；当第二金属带62当传动比增加到换挡同步点时，第一中间轴31上以第一超越离合器71为分界的左半轴的转速与一档齿轮81的转速相同或略低，便于第一档齿轮81与同步器10结合，第一超越离合器71处于自然脱开或临界脱开状态，随后，使第一金属带61传动比增大，第一超越离合器71自然结合，动力传递由第二中间轴32逐渐切换到第一中间轴31，最后，第二超越离合器72完全脱开，动力全部由第一带传动、第一中间轴31、第一档齿轮81传递到输出轴2，而第二金属带62空载；然后脱开同步器12，这样就完成了从二档到一档的切换。从第三档齿轮传动切换到第二档齿轮传动的过程与上述类同。

这样，配合着档位的切换，第一、第二两组金属带交替工作，使变速器速比可以在很大的范围内无间断、无重叠的连续变化。

本发明中，配合金属带传动的变速比，适当设计各档齿轮组的传动比，档位切换时的冲击很小，此外，两个离合器切换的控制也是自动的，相当简便。

本发明中，档齿轮的数量不仅仅限于三组，根据实际档位的需要，也可以设置更多的档齿轮，进而使变速器具有更大的变速比，或者，可以通过增加档位来减小金属带自身的速比变化范围，从而增大金属带传动的最小工作半径，由此达到进一步扩大无级变速器传递扭矩的目的。

本发明中，传动带也不局限于金属带，采用其他类型的传动带（如但不限于橡胶带）也同样具有扩大其传递扭矩及变速比的作用。

Claims (2)

1.双金属带多段无级变速器，包括输入轴（1）和输出轴（2），其特征在于，在输入轴（1）的两侧分别设有第一中间轴（31）和第二中间轴（32），在输入轴（1）上设有主动变速机构和起步离合器（70），在所述的第一中间轴（31）和第二中间轴（32）上分别设置有用于与所述主动变速机构配合的从动变速机构；所述主动变速机构是由四个并排设置的锥盘构成，其中，位于两端的第一锥盘（41）和第四锥盘（44）相向设置且固定在输入轴（1）上，位于中间的第二锥盘（42）和第三锥盘（43）背向设置且相互固定并与输入轴（1）滑动连接，在第一锥盘（41）和第二锥盘（42）以及第三锥盘（43）和第四锥盘（44）之间分别形成宽度可调的第一带槽（51）和第二带槽（52）；所述从动变速机构是由两个相向设置且固定在对应中间轴上的锥盘构成，在第一中间轴（31）上的第五锥盘（45）和第六锥盘（46）以及第二中间轴（32）上的第七锥盘（47）和第八锥盘（48）之间各自形成宽度固定的第三带槽（53）和第四带槽（54）；在第三带槽（53）和第二带槽（52）之间以及第四带槽（54）和第一带槽（51）之间对应的设有环形的第一金属带（61）和第二金属带（62），所述第一金属带（61）和第二金属带（62）均一端套在输入轴（1）上，另一端分别套在对应的中间轴上；在第一中间轴（31）上还安装有第一超越离合器（71）、第一档齿轮（81）和第三档齿轮（83），在第二中间轴（32）上安装有第二超越离合器（72）和第二档齿轮（82），所述的三个档齿轮各带有一个同步器，所述的三个档齿轮分别与设于输出轴（2）上对应的第一档输出齿轮（91）、第二档输出齿轮（92）或第三档输出齿轮（93）相啮合，三个输出齿轮分别带动输出轴（2）转动。

2.根据权利要求1所述的双金属带多段无级变速器，其特征在于，第一档输出齿轮（91）、第二档输出齿轮（92）和第三档输出齿轮（93）按直径由大到小依次排列。

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