CN102278436B - 无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变速器领域，具体为一种无级变速器，主要应用于交通运输工具、工程机械、动力机械等领域，解决现有无级变速器技术中由于依赖液压调速和加压系统导致的传递效率较低，成本较高，系统寿命和可靠性较差等问题。有至少两根互相平行的传动轴，一根传动轴上的与此轴之间可以轴向移动的锥盘背面连接有螺旋机构，螺旋机构由一个空心螺杆和一个与此空心螺杆配合的螺母组成，传动轴布置于此空心螺杆内；空心螺杆和螺母中的不与减速机构和电机相连接的一个通过挡销，或挡块，或其它可以阻止其转动，但不会对其产生轴向载荷和进行轴向定位的结构、机构、或零件与无级变速器壳体相连。本发明降低了成本和各部件的负载。

Description

无级变速器

技术领域：

本发明涉及变速器领域，具体为一种无级变速器，主要应用于交通运输工具、工程机械、动力机械等领域。

背景技术：

锥盘式无级变速器广泛应用于交通工具、工程机械、农机、发电设备及其他工业领域，由夹持于锥盘间的挠性传动组件，如橡胶带、钢带、链等，以摩擦方式传递动力和运动。其加压系统保证了锥盘和挠性传动组件之间的摩擦连接，调速系统实现其变速功能，是此类无级变速器中的关键部分。

目前，通用的无级变速器调速及加压系统为电子控制液压系统，此类系统的特点是可以按照预先设定的控制策略，根据转速和扭矩的需求调速和对锥盘施加压力，但液压系统的能耗和成本较高，可靠性较低。

机械电子控制的无级变速器也有小功率工况中的应用，如摩托车，或微型汽车，但由于其功率较小，尚无必要对加压系统和调速系统的负载加以优化。但在大功率的应用中，如汽车，加压和调速系统过高的载荷就会大大影响系统的性能、可靠性和寿命。

发明内容：

本发明的目的是提供一种无级变速器，解决现有技术中存在的无级变速器的成本较高，传递效率较低，系统寿命和可靠性较差等问题。

本发明的技术方案是：

一种无级变速器，有两根互相平行的传动轴，其中两根传动轴上分别各有一对锥盘，锥盘间夹持有一个挠性传动元件，每对锥盘中一个锥盘为在传动轴上轴向移动的安装结构，另一个锥盘为在传动轴上不能轴向移动的结构；一根传动轴上的与此轴之间轴向移动的锥盘背面连接有螺旋机构，螺旋机构由一个空心螺杆和一个与此空心螺杆配合的螺母组成，一根传动轴布置于此空心螺杆内，与此空心螺杆及螺母同轴；此螺旋机构的空心螺杆和螺母中的一个与与其同轴的传动轴通过轴承相连接；此螺旋机构的空心螺杆和螺母中的另一个与与其同轴的可轴向移动的锥盘通过轴承相连接；空心螺杆和螺母中的一个通过减速机构与一个电机相连接；

空心螺杆和螺母通过带有滚动体的滚动螺旋方式连接；

分别位于两根传动轴上的两个可轴向移动的锥盘分别通过至少一个一端直接或间接连接于此锥盘，另一端直接或间接连接于锥盘所属的传动轴上的弹簧或弹簧组压紧于挠性传动元件和定锥盘上；其中，连接有调速螺旋机构的锥盘和传动轴上的弹簧或弹簧组的倔强系数或总倔强系数大于另一根传动轴上的弹簧或弹簧组的倔强系数或总倔强系数。

所述的无级变速器，滚动螺旋的滚动体只在空心螺杆和螺母之间的滚道内运动；空心螺杆和螺母之间的滚道的有效工作长度大于所有滚动体的总长度。

所述的无级变速器，空心螺杆和螺母之间的滚道带有内循环机构，滚动螺旋的滚动体只在空心螺杆和螺母之间的滚道内循环运动。

所述的无级变速器，空心螺杆或螺母上设有轴向循环孔，滚动螺旋的滚动体通过滚道端部连接滚道和循环孔的循环器在滚道和循环孔内循环运动。

所述的无级变速器，安装于无级变速器壳体上的角位移传感器的探头或摆杆与空心螺杆或螺母上所设的圆周方向的滚道相连。

所述的无级变速器，装有螺旋机构的传动轴上设有螺旋叶片。

所述的无级变速器，无级变速器壳体上设有一个或一个以上在锥盘轴向移动到特定位置时可触发的位置开关。

所述的无级变速器，空心螺杆和螺母中的不与减速机构和电机相连接的一个，通过可以阻止其转动，但不会对其产生轴向载荷和进行轴向定位的结构与无级变速器壳体相连。

所述的无级变速器，每对锥盘中，或两个盘都为锥盘，或其中一个为锥盘，另一个为平盘。

本发明的有益效果是：

1、本发明调速系统利用带有中间滚动体的滚动螺旋实现将电机的转动转化为锥盘的轴向平动，可以大大减小调速所需的力矩，从而降低电机和调速系统的负载。

2、本发明空心螺杆和螺母中的不与减速机构和电机相连接的一个通过挡销，或挡块，与变速器壳体相连，可以将调速的轴向力封闭在传动轴内，不会将载荷传递至相对强度较低的壳体上，降低对壳体的负载。

3、本发明连接有螺旋机构的锥盘和传动轴上的弹簧或弹簧组的倔强系数或总倔强系数大于另一根传动轴上的弹簧或弹簧组的倔强系数或总倔强系数，可以减小调速系统的负载。

4、本发明空心螺杆和螺母之间的滚动体只在空心螺杆和螺母之间的滚道内运动；为了保证调速机构的调速距离和滚动体的运动空间，空心螺杆和螺母之间的滚道的有效工作长度应大于所有滚动体的总长度，或设有滚动体内循环机构，可以减小调速机构及壳体的体积和重量。

5、本发明锥盘移动位置测量由安装于变速器壳体上的角位移传感器，其探头或摆杆与空心螺杆或螺母上所设的圆周方向的滚道相连而实现，可以提高测量的可靠性，降低成本。

6、本发明传动轴上设有螺旋桨式叶片，改善润滑和冷却，可以提高系统的可靠性和效率。

7、本发明没有设置机械式的锥盘位移限位，而代之以在锥盘轴向移动到极限位置时可触发的位置开关，可以提高系统的可靠性，减小机械部分的负载。

附图说明：

图1：本发明无级变速器传动结构示意图。

图中，1—电机驱动调速机构；101—调速螺母；102—调速螺杆；2—止动挡销；3—主动轴压紧弹簧；4—旋转叶片；5—主动轴动锥盘；6—角位移传感器；7—从动轴定锥盘；8—位置开关；9—主动轴定锥盘；10—挠性传动元件；11—从动轴动锥盘；12—从动轴压紧弹簧；13—球键；14—主动轴；15—从动轴。

具体实施方式：

本发明无级变速器，有至少两根互相平行的传动轴，其中两根传动轴上分别各有至少一对锥面相对设置的锥盘；每对锥盘中，或两个盘都为锥盘，或其中一个为锥盘，另一个为平盘；锥盘间夹持有至少一个挠性传动元件；挠性传动元件为无级变速器用推力钢带，或无级变速器用金属带，或链，或V型带，或其它闭环挠性组件；每对锥盘中一个锥盘在传动轴上可以轴向移动，另一个锥盘在传动轴上不能轴向移动，可以随传动轴转动；一根传动轴上的与此轴之间可以轴向移动的锥盘背面连接有螺旋机构（电机驱动调速机构1），螺旋机构由一个空心螺杆（调速螺杆102）和一个与此空心螺杆配合的螺母（调速螺母101）组成，传动轴布置于此空心螺杆内；此螺旋机构的空心螺杆和螺母中的一个与其所属的传动轴通过可同时承受轴向载荷和径向载荷的轴承相连接，且与其所属的可轴向移动的锥盘直接相连接；空心螺杆和螺母中的另一个与其所属的可轴向移动的锥盘通过可同时承受轴向载荷和径向载荷的轴承相连接，且与其所属的传动轴直接相连接；空心螺杆和螺母中的一个通过减速机构与一个电机相连接。

调速系统利用带有中间滚动体的滚动螺旋实现将电机的转动转化为锥盘的轴向平动，可以大大减小调速所需的力矩，从而降低电机和调速系统的负载。

空心螺杆和螺母中的不与减速机构和电机相连接的一个通过挡销（止动挡销2），或挡块，或其它可以阻止其转动，但不会对其产生轴向载荷和进行轴向定位的结构、机构、或零件与无级变速器壳体相连，可以将调速的轴向力封闭在传动轴内，不会将载荷传递至相对强度较低的无级变速器壳体上，又不会随着调速机构转动，可以实现调速功能。从而，消除调速力对无级变速器壳体的影响，提高可靠性。

空心螺杆和螺母通过带有中间滚动体（如滚珠）的滚动螺旋方式连接。相对于普通滑动螺旋，减小调速力矩，提高螺旋寿命，降低对调速电机的要求。

两根传动轴上的两个可轴向移动的锥盘分别通过至少一个一端直接或间接连接于此锥盘，另一端直接或间接连接于锥盘所属的传动轴上的弹簧或弹簧组压紧于挠性传动元件和定锥盘上；由无级变速传动理论得知及实验验证，调速所需要的轴向力要大于另一根传动轴上的用于压紧的轴向力，为了减小调速系统的负载，连接有螺旋机构的锥盘和传动轴上的弹簧或弹簧组的倔强系数或总倔强系数大于另一根传动轴上的弹簧或弹簧组的倔强系数或总倔强系数。实验表明，加大主动锥盘的压力，有助于减小调速力。

为了减小调速机构的体积和重量，以及运动所需的空间，空心螺杆和螺母之上没有循环机构，或其它将滚动体导引至空心螺杆和螺母之间的滚道之外的机构，以滚动螺旋方式连接的空心螺杆和螺母之间的滚动体只在空心螺杆和螺母之间的滚道内运动；为了保证调速机构的调速距离和滚动体的运动空间，空心螺杆和螺母之间的滚道的有效工作长度应大于所有滚动体的总长度，或设滚珠内循环机构，可以减小空间尺寸，空间尺寸对汽车变速器比较关键。

锥盘移动位置是无级变速器的控制的重要参数，但汽车电子中，直线位移测量在成本、空间和可靠性上都不如角位移测量，本发明的锥盘移动位置测量由安装于无级变速器壳体上的角位移传感器6，其探头或摆杆与空心螺杆或螺母上所设的圆周方向的滚道相连而实现。角位移传感器更可靠，同等精度条件下成本更低。

为了减少系统能耗，变速器中不设冷却及润滑用的油泵，针对润滑和冷却条件较差的调速机构，装有电机驱动调速机构1的轴上设有螺旋桨式旋转叶片4，改善润滑和冷却条件。

无级变速器壳体上设有一个或一个以上在锥盘轴向移动到变速极限位置时可触发的位置开关8。为了减小机械部分的负载，对于锥盘的位移没有设机械式的限位，而代之以在锥盘轴向移动到极限位置时可触发的位置开关，作为安全措施。

如图1所示，本发明无级变速器设有主动轴14、主动轴动锥盘5、主动轴定锥盘9、主动锥盘加压机构（主动轴压紧弹簧3）、从动轴15、从动轴动锥盘11、从动轴定锥盘7、从动锥盘加压机构（从动轴压紧弹簧12）、挠性传动元件10，主动轴14上安装有一对锥面相对设置的锥盘：主动轴动锥盘5和主动轴定锥盘9，从动轴15上安装有一对锥面相对设置的锥盘：从动轴定锥盘7和从动轴动锥盘11；主动轴14和从动轴15的定锥盘与其所属的传动轴不能相对转动，不能轴向移动；主动轴14和从动轴15的动锥盘与其所属的传动轴之间通过球键13或花键连接，或其它不能相对转动，可以相对轴向移动的方式连接；主动轴14上的锥盘和从动轴15上的锥盘之间夹持挠性传动元件10，主动轴14和从动轴15通过挠性传动元件10传动连接；主动轴动锥盘5的背面设有电机驱动调速机构1，电机驱动调速机构1为螺旋调速结构，该机构设有调速螺母101和调速螺杆102，调速螺杆102与调速螺母101通过螺旋配合安装，调速螺杆102通过轴承连接至主动轴动锥盘5，调速螺母101通过轴承安装于主动轴14上，电机驱动调速机构1的输出端调速螺杆102与主动轴14通过轴承连接，电机驱动调速机构1的输入端与调速电机连接。

本发明中，每对锥盘中（主动轴动锥盘5、主动轴定锥盘9，或从动轴动锥盘11、从动轴定锥盘7），或两个盘都为锥盘，或其中一个为锥盘，另一个为平盘。

本发明中，挠性传动元件10为无级变速器用推力钢带，或无级变速器用金属带，或链，或V型带，或其它闭环挠性组件。

本发明中，无级变速器中的挠性传动元件10可以采用闭环式挠性传动元件，如：中国实用新型专利提及的：“一种摩擦片金属带式传动组件（公告号CN2428624Y）”；或者，中国实用新型专利提及的：“无级变速传动用干式复合型金属带组件（公告号CN2662006Y）”。

本发明的工作过程如下：

发动机输出的动力直接传到主动轴上，挠性传动元件10被主动轴压紧弹簧3压紧于主动轴动锥盘5与主动轴定锥9之间，同时挠性传动元件10带动从动轴动锥盘11和从动轴定锥盘7，从而使动力输出。调速电机通过电机驱动调速机构1推动主动轴动锥盘5，从而使挠性传动元件10的工作半径产生变化，实现无级变速。

Claims (9)

1.一种无级变速器，有两根互相平行的传动轴，其中两根传动轴上分别各有一对锥盘，锥盘间夹持有一个挠性传动元件，每对锥盘中一个锥盘为在传动轴上轴向移动的安装结构，另一个锥盘为在传动轴上不能轴向移动的结构；一根传动轴上的与此轴之间轴向移动的锥盘背面连接有螺旋机构，螺旋机构由一个空心螺杆和一个与此空心螺杆配合的螺母组成，一根传动轴布置于此空心螺杆内，与此空心螺杆及螺母同轴；此螺旋机构的空心螺杆和螺母中的一个与与其同轴的传动轴通过轴承相连接；此螺旋机构的空心螺杆和螺母中的另一个与与其同轴的可轴向移动的锥盘通过轴承相连接；空心螺杆和螺母中的一个通过减速机构与一个电机相连接；其特征在于：

空心螺杆和螺母通过带有滚动体的滚动螺旋方式连接；

分别位于两根传动轴上的两个可轴向移动的锥盘分别通过至少一个一端直接或间接连接于此锥盘，另一端直接或间接连接于锥盘所属的传动轴上的弹簧或弹簧组压紧于挠性传动元件和定锥盘上；其中，连接有调速螺旋机构的锥盘和传动轴上的弹簧或弹簧组的倔强系数或总倔强系数大于另一根传动轴上的弹簧或弹簧组的倔强系数或总倔强系数。

2.按照权利要求1所述的无级变速器，其特征在于：

滚动螺旋的滚动体只在空心螺杆和螺母之间的滚道内运动；空心螺杆和螺母之间的滚道的有效工作长度大于所有滚动体的总长度。

3.按照权利要求2所述的无级变速器，其特征在于：

空心螺杆和螺母之间的滚道带有内循环机构，滚动螺旋的滚动体只在空心螺杆和螺母之间的滚道内循环运动。

4.按照权利要求2所述的无级变速器，其特征在于：

空心螺杆或螺母上设有轴向循环孔，滚动螺旋的滚动体通过滚道端部连接滚道和循环孔的循环器在滚道和循环孔内循环运动。

5.按照权利要求2所述的无级变速器，其特征在于：

安装于无级变速器壳体上的角位移传感器的探头或摆杆与空心螺杆或螺母上所设的圆周方向的滚道相连。

6.按照权利要求1所述的无级变速器，其特征在于：

装有螺旋机构的传动轴上设有螺旋叶片。

7.按照权利要求1所述的无级变速器，其特征在于：

无级变速器壳体上设有一个或一个以上在锥盘轴向移动到特定位置时可触发的位置开关。

8.按照权利要求1所述的无级变速器，其特征在于：

空心螺杆和螺母中的不与减速机构和电机相连接的一个，通过可以阻止其转动，但不会对其产生轴向载荷和进行轴向定位的结构与无级变速器壳体相连。

9.按照权利要求1所述的无级变速器，其特征在于：

每对锥盘中，或两个盘都为锥盘，或其中一个为锥盘，另一个为平盘。

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