CN102803797B - 用于带有发动机制动和内建皮带保护的驱动离合器和连续可变变速器 - Google Patents

Abstract

一种用于连续可变变速器的驱动离合器，包括适于与发动机结合的输入轴；绕输入轴安装的皮带轮组件；轴承组件，从输入轴分离皮带轮组件，使输入轴独立于皮带轮组件旋转；至少一个皮带轮离合器组件，绕输入轴定位；皮带轮离合器组件，构造成当输入轴旋转超过临界值时，在皮带轮组件和输入轴之间提供结合；轴向控制机构，安装在靠近第二皮带轮的输入轴上，该轴向控制机构控制第二皮带轮朝向和离开第一皮带轮的运动，该运动为输入轴速度的函数。还公开了连续可变变速器包括驱动离合器和被动离合器。

Description

用于带有发动机制动和内建皮带保护的驱动离合器和连续可变变速器

相关申请

本申请要求2009年6月4日提交的美国临时专利申请61/217,744的优先权，该申请文件的全部以引用方式并入这里。

技术领域

本发明涉及车辆传动系统，特别是带有发动机制动和皮带滑动保护的连续可变变速器，可用于如全地形车辆(ATV′s)和雪地汽车。

背景技术

连续可变变速器(CTV′s)应用于如雪地汽车和ATV′s来减少驾驶员通过像车辆在其速度范围内加速的一套固定齿轮来换挡的需要。典型地，CTV连接到车辆发动机的输出轴，给相对低的车辆驱动系统转速提供连续可变地减少相对较高的发动机转速。驱动系统既可以从CYT直接连接到驱动轴，也可以让CVT与附加齿轮箱和/或变速器协同。ATV′s上的附加齿轮箱允许驾驶员在中间、高速、低速和倒档齿轮之间转换。CTV的输出轴连接到齿轮箱，齿轮箱的输出通过合适的联动装置连接到车辆的驱动轴。其他传动系部件，如差速器可以用在CYT和驱动轴之间来提供最终减速比的齿轮减速。

典型地，CVT由连接到车辆发动机输出轴的分离皮带轮式主离合器(驱动离合器)和连接(经常通过附加的传动系部件和合适的联动装置)到车辆轴的分离皮带轮式辅助离合器(被动离合器)。一环形的挠性的V形传动皮带绕离合器布置。两个离合器具有一对互补的皮带轮，一个皮带轮相对于另一个可以横向移动。在每一个离合器中，可移动皮带轮的横向位置决定传动皮带随时停留处的直径，从而决定CVT的有效的齿轮比。驱动离合器皮带轮通常偏压分开，如通过一个螺旋弹簧，这样，当发动机在怠速时，传动皮带与皮带轮没有有效结合。结果，没有驱动力传输到被动离合器。被动离合器的皮带轮通常偏压在一起(如通过螺旋形凸轮结合工作的扭簧，如下所述的)，这样，当发动机怠速时，皮带停留在被动离合器皮带轮的最远端直径处。

驱动离合器上的皮带轮之间的间距通常取决于离心飞锤。当发动机转速增加时，它使直接连接的驱动离合器的转速增加。增加的速度引起飞锤在可移动的皮带轮上施加一个力来促使其朝向静止皮带轮移动。两个皮带轮夹在在传动皮带上，引起皮带旋转。这引起被动离合器开始旋转。发动机速度的增加引起驱动离合器皮带轮之间横向距离减少。驱动离合器皮带轮之间的横向距离的任何减少导致传动皮带绕驱动离合器旋转轴停留处的直径增加。因此，该离合器可以说是速度敏感的。

当驱动离合器的皮带轮夹在一起并迫使皮带向外攀升，皮带(非可伸缩的)的张力在驱动离合器的皮带轮之间向内拉动其自身，导致传动皮带绕被动离合器旋转轴停留处的直径增加。皮带在驱动和被动离合器上向内和向外的平滑移动提供无限可变增量中的变速器的有效齿轮比的无间隙变化，CVT’s因此有时被称作无级变速器。

被动离合器上的皮带轮之间的间距通常由不同机构控制。尽管螺旋弹簧用于将被动离合器的皮带轮偏压在一起，典型地，由于更多扭矩通过传动皮带传输给被动离合器，一个更复杂的扭矩灵敏系统用于更稳固地夹紧皮带。一个大体圆柱形凸轮一端固定到被动离合器的输出轴，带有如三个凸轮表面(经常被称作坡道)。由于坡道通常是螺旋形的，这个凸轮常常被称作螺旋。一套相应数量的凸轮跟随器(典型的按钮和滚轮)安装在可移动皮带轮上，而该可移动皮带轮安装在被动离合器内，从而横向自由移动且相对轴旋转。按钮和滚轮对准螺旋的坡道安装，扭簧典型地用于施加一个力促使可移动皮带轮旋转，来保持按钮或滚轮靠着他们各自的螺旋坡道结合。

扭矩通过传动皮带传输到被动离合器时，皮带促使可移动的皮带轮从静止皮带轮横向外，同时相对轴旋转可移动皮带轮。通过扭簧使按钮靠着坡道，通过皮带施加在可移动皮带轮上的扭矩引起按钮向坡道上滑动，从而推动可移动皮带轮朝向静止皮带轮。这样，螺旋将传动皮带的扭矩转换成将皮带轮夹在一起的力，在皮带轮和传动皮带之间提供良好的摩擦接触。通过皮带施加到被动离合器上的扭矩越大，被动离合器的皮带轮夹皮带更牢固，从而阻止皮带在负载下滑动，也导致变速器调低档速来增加动力(如驱使皮带在被动离合器皮带轮之间向外移动，引起皮带在驱动离合器皮带轮之间向内移动)。由于被动离合器的皮带轮之间的间距取决于扭矩，被动离合器也被称作扭矩敏感。

皮带在驱动离合器和被动离合器的皮带轮内的实际位置由作用在两个离合器中的可移动皮带轮上力的平衡来决定。在驱动离合器中，这些力包括促使皮带轮分离的螺旋弹簧和促使皮带轮结合在一起的离心飞锤的依赖速度的力。在被动离合器中，这些力包括促使皮带轮结合在一起的扭簧和由螺旋坡道上的滚轮产生的依赖扭矩的力。

如上所述，作用在可移动皮带轮上的力的平衡决定传动皮带在离合器皮带轮之间的位置。在一些情况下，这种平衡被打破。如当车辆在给定速度行驶，驾驶者随时放开风门，速度敏感的驱动离合器连续加紧传动皮带(由于没有立即影响车辆速度，发动机转速不会立即下降)。在同一时刻，由于发动机扭矩输出下降很快，扭矩敏感被动离合器相当大地减少传动皮带上的夹紧力。驱动离合器从而克服被动离合器并引起CVT调高档位。当驾驶者重新使用风门，被动离合器的扭矩恢复，但变速器需要一段时间来调低档位到合适的齿轮比来加速。调低档位需要在被动离合器上向外压皮带，事实证明当来自皮带的扭矩引起滚轮沿螺旋坡道移动时，可移动皮带轮必需相对于静止皮带轮旋转的运动可以控制。当两个皮带轮与传动皮带接触时，这种一个皮带轮相对于另一个皮带轮的旋转刮蹭传动皮带的侧面，且不总是像希望的那么快发生。因此，车辆需要一段时间降低档位，比希望的反应小。

当驾驶者放开风门时，由于CVT在某种程度上趋向升高档位，CVT不能通过逆转发动机提供有效的发动机制动。在一些型号的车辆传动系中，当车辆在给定速度行驶且风门下降(如怠速)时，车辆的驱动轮的旋转将逆转传动系，引起发动机在超过他应该的速度(基于风门位置)旋转。贯穿传动系的固有的摩擦力，特别包括发动机气缸内的压力，趋于减慢车辆。这种情况通常被称作发动机制动，是一个需要的有用的特征。所提供的发动机制动(在可以这样做的车辆中)的等级取决于变速器的齿轮比-在较高档位，提供较低的制动，而较低档位提供相对较多的制动。这样，当驾驶者放开风门时，CVT调高档位的趋势使CVT在制动发动机来减慢车辆效果更小。

传统CVT系统在发动机怠速时也不能提供发动机制动。当发动机简单怠速时，主驱动离合器通过一个螺旋弹簧偏压它的皮带轮分开，从而皮带轮不能有效地与传动皮带结合。通常，选择传动皮带的长度是在怠速位置有点松，来阻止车辆“爬行”。然而，这种传动皮带松的结果是当皮带和离合器在怠速位置时，被动离合器不能逆转驱动离合器(和发动机)。这会发生在车辆行驶但发动机怠速的时候。

也由于传统的CVT系统趋向于随发动机速度增加调高档位，随扭矩负载增加来减低档位，有一个点，在这个点上系统可以超载且传动皮带将在皮带轮表面滑动。传动皮带通过其自身与驱动离合器和被动离合器两者的皮带轮表面之间的接触，基于他们之间的摩擦力只能传输有限数量的扭矩。如果系统超载，发动机速度将高于怠速速度且发动机将给CVT系统输出高扭矩。驱动离合器企图在其皮带轮上向外推动皮带，被动离合器将皮带夹的非常紧并同样企图在其皮带轮上向外推动皮带。由被动离合器皮带轮施加在传动皮带上的横向力企图以与被动离合器和随后的传动系部件相同速度(其相对慢于超载情况下的驱动离合器的转速和发动机速度)抓住皮带。这个转速的差异引起传动皮带在一个(通常是驱动离合器)或两个离合器的皮带轮上滑动。结果，皮带会燃烧或非常快磨损，通常需要更换来使CVT恢复到正常功能状态。

这个问题的共同解决方案是使用安装在车辆发动机输出轴上的湿式浮筒离心离合器，其位于发动机曲轴箱内。离心离合器结合在连接到CVT系统上的驱动离合器的输入轴上的鼓上。当发动机以一定转速旋转时，离心离合器结合在离合器鼓上并开始旋转驱动离合器。在超载情况下，离心离合器不能保持必要的扭矩，来完成离心离合器蹄片和离合器鼓之间的稳固连接，从而不能连接发动机输出轴和离合器输入轴。离心离合器的滑动阻止传动皮带的损坏。

然而，对于没有湿式浮筒离心离合器的发动机，当是时候替换现有CVT单元时，加入离心离合器是非常昂贵和困难的。在传统湿式浮筒系统中调整、维修和替换离心离合器也是很昂贵和费时间的。

发明内容

本发明指向连续可变变速器的驱动离合器。驱动离合器包括设计与发动机结合的输入轴。支撑罩绕输入轴的一部分布置，使支撑罩相对输入轴旋转。支撑罩有一个与输入轴的旋转轴重合的中心轴。

第一皮带轮绕支撑罩的一部分布置并与支撑轴一部分配合，使第一轴与支撑罩结合共同旋转。第一皮带轮具有与输入轴的旋转轴重合的旋转轴。第一皮带轮具有一个在一个面的一部分上形成的皮带配合表面。

第二皮带轮绕支撑罩布置并安装，以便相对第一皮带轮可轴向移动。第二皮带轮具有一形成在面对第一皮带轮的皮带配合表面的那一面的一部分上的皮带配合表面。该皮带配合表面限定一接收与被动离合器配合的皮带的凹槽。第一和第二皮带轮以及支撑罩形成皮带轮组件。

一轴承组件位于输入轴和皮带轮组件之间，允许输入轴相对于皮带轮组件旋转。也就是，皮带轮组件安装成不直接与输入轴结合。

至少一个皮带轮式离合器组件绕输入轴定位。该皮带轮式离合器组件构造成在皮带轮组件和输入轴之间提供受控制的结合。为了提供受控制的结合，皮带轮式离合器组件包括安装在输入轴上的离合器毂，形成在皮带轮组件上或连接到皮带轮组件的配合(摩擦或扭矩传输)表面，和将离合器毂与以一速度相对皮带轮组件旋转的输入轴上的配合表面结合的装置，该速度超过临界值。也就是，皮带轮式离合器组件设计成依靠输入轴的最初旋转，直到输入轴的速度增加到超过某一临界值，皮带轮组件才旋转。

一轴向控制机构安装在靠近第二皮带轮的输入轴上。该轴向控制机构控制第二皮带轮朝向和离开第一皮带轮的运动，该运动作为输入轴速度的函数。

在本发明的一个实施例中，皮带轮式离合器组件是离心离合器组件，其中，将离合器毂结合到配合表面的装置是设置在离合器毂上的多个蹄片和弹簧。蹄片可响应于离合器毂的旋动而径向移动。弹簧朝输入轴径向偏压蹄片，使蹄片不能结合配合表面。配合表面优选是安装在第一或第二皮带轮上的鼓。

优选有两个离心离合器组件，一个靠近第一皮带轮安装，而另一个靠近第二皮带轮安装。每个皮带轮包括一个通过一关联离合器组件的蹄片结合的鼓。

在本发明的一个实施例中，一单项超速离合器安装在输入轴和皮带轮组件之间。该超速离合器设计成当输入轴旋转比皮带轮组件快时，不将输入轴结合到皮带轮组件。然而当皮带轮组件旋转比输入轴快时，超速离合器直接将输入轴结合到皮带轮组件上。这允许通过被动离合器逆转输入轴。

轴向控制机构优选一塔组件，其包括绕输入轴布置的基部、多个铰接到基部的飞锤和靠近飞锤布置的三脚架。该三脚架包括曲面，当飞锤枢转时，抵靠这些曲面。三脚架相对于基部可移动并连接到输入轴。一弹簧安装在三脚架和塔罩之间。该弹簧促使第二皮带轮离开第一皮带轮。

本发明提供一个驱动离合器和CVT系统，其保护传动皮带在超载期间不滑动和燃烧，这样，当车辆的扭矩需要克服皮带轮在皮带上的挤压负载时，引起其滑动。本发明的驱动离合器还优选将传动皮带保持在驱动和被动皮带轮之间持续张紧(如不放松)，从而消除驱动离合器最初结合时的皮带刮蹭。

本发明的驱动离合器还结合了需要时使发动机减速来实现发动机制动的能力，允许CVT采用发动机压缩来降低车辆速度。本发明的驱动离合器的优选结构是独立单元，这样方便在现有车辆上改进。

结合附加的权利要求和附图说明，本领域的技术人员阅读随后详细的说明书，会清楚本发明的其他目的、方面和优点。

附图说明

为了描述本发明，附图中显示了优选的实施例，应该理解这个发明不限于所详细显示的明确的布局和结构。

图1所示为根据本发明的连续可变变速器的示意图。

图2所示为图1中CVT的驱动离合器的分解视图。

图3所示为图2的驱动离合器的前视图。

图4所示为图3的驱动离合器沿线4-4的横截面视图。

图5所示为图2的驱动离合器的后侧透视图。

图6所示为图2的驱动离合器的前侧透视图。

图7所示为图2的皮带轮组件的剖视图。

具体实施方式

现在参考附图，其显示了本发明的优选实施例，用于机动车的连续可变变速器(CVT)。CVT用于多种不同车辆，特别用于雪地汽车、ATV’s和类似车辆。CVT便于在怠速和高于怠速情况时平稳的、无缝的发动机制动，其增强运转期间变速器的响应性。还建立皮带保护系统，其预防超载发生时传动皮带的损坏。

CVT10包括或连接到一个可连接到车辆发动机(图中未显示)的可旋转的输入轴12和一连接到输入轴12的可旋转的分离皮带轮式主离合器(驱动离合器)14。驱动离合器14有一个带有内部皮带配合表面18的横向静止皮带轮16和一个带有互补的内部皮带配合表面22的横向可移动皮带轮20。很清楚，由于安装，静止皮带轮仅横向静止，可以在某些情况下绕输入轴旋转。静止皮带轮16罩住或包括鼓24，鼓24是第一离心离合器26的零件。鼓24可以是个单独的部件或者与静止皮带轮16集成在一起。离心离合器26还包括多个离合器蹄片36，蹄片36可滑动地安装在离合器毂25内，离合器毂25通过任何常用方式连接或结合到输入轴12。

可移动皮带轮20也罩住或包括鼓28，鼓28是第二离心离合器30的零件。与静止皮带轮一样，鼓28可以集成或单独附加在可移动皮带轮20上。第二离心离合器还包括多个离合器蹄片36和离合器毂35，且离合器毂35通过下面将描述的塔组件32直接连接到输入轴12。如图所示，离合器毂35用螺栓连接到塔组件32的一部分。这样，塔组件32和可移动皮带轮20可旋转地相互分离，直到输入轴的转速足够大引起第二离心离合器的蹄片结合到可移动皮带轮的鼓。很明显第一和第二离心离合器不需要是一样的。，

离心离合器26、30优选针对每个申请是可调的，从而获得希望的离合器运行性特性。离心离合器可以通过改变弹簧34的弹性系数、蹄片36的形状、蹄片的材质、蹄片的重量等来调整，从而修改结合速度和最大转速。离心离合器的调整是本领域公知的。详细的调整布局在本申请的受让人拥有的美国专利7,717,250(申请号11/649,154)中描述过，该专利以引用的方式全文并入本文中。离心离合器可以是任何合适的离心离合器，包美国专利6,857,515和美国专利7,717,250以及美国专利6,857,515中描述的离心离合器，他们以引用的方式全文并入本文中。蹄片36通过蹄片保持盘38保持在各自的离合器毂25、35中，保持盘典型地由低摩擦轴承材料制成，例如卡勒克公司的(Garlock)轴承材料。低摩擦材料限制或阻止负载从离心离合器组件通过保持盘传输到离合器皮带轮。这样，怠速蹄片不结合的时候，保持盘不会引起任何对离合器皮带轮的拖延。还有，在超载情况下，蹄片在配合表面滑动，轴承材料允许保持盘滑靠离合器皮带轮。设想到某些申请需要更高的扭矩负载，在这种情况下，轴承材料由具有高摩察系数的材料替代来增加离合器的最大扭矩(如通过飞锤在运行期间(如当飞锤促使塔组件朝向可移动皮带轮时)增加皮带轮的鼓表面的摩擦力)，蹄片保持盘38压入可移动皮带轮的后表面。

当输入轴结合或达到临界速度(RPM)时，离合器蹄片36径向平移直到他们配合鼓24、28，由此通过皮带轮16、20和输入轴12之间的各自的离合器毂25、35产生连接(配合)。这导致输入轴引起皮带轮旋转并允许扭矩传输给CVT。在发动机怠速或低速(如输入轴的转速在希望的结合点以下，飞锤不推靠保持盘)时，离心离合器蹄片36处于休息或分离位置，通过弹簧34从鼓缩回，从而不能接触鼓24、28并不能传输扭矩到CVT系统。

在怠速时驱动离合器上的皮带轮16、20的间距通过一个挡块40预先设定。在图示的实施例中，挡块40是一个安装保留槽41内的卡环，保留槽41形成在静止皮带轮16的支撑罩46上，支撑罩优选为管状。该间距设计来保持与皮带持续配合，即使在怠速时，这样阻止皮带降到支撑罩46的最低点。为了控制皮带轮之间的间距(皮带间隙)，一个或多个垫片安装在挡块40和可移动皮带轮之间来调整间隙距离，这用于控制启动时传动比的调整。

在皮带轮结合期间，他们的间距取决于发动机转速和传输的扭矩。如上面所速，第二、可移动皮带轮20相对于输入轴和第一皮带轮16横向可移动。第二皮带轮20的横向移动由塔组件控制。塔组件包括一套离心飞锤42，优选3个或更多，铰接安装在塔基部43上。基部43包括间隔的安装支架45组，三脚架48的臂位于安装支架之间。三脚架48通过螺栓连接到支架上的塔盖50保持在支架45之间。三脚架通过任何常用的机构，如螺纹结合或连接到输入轴12上。

本领域众所周知，输入轴12的转速引起离心飞锤42径向向外枢转。他们这样做时，径向运动通过三脚架48的径向臂上的抵靠滚柱转换成第二皮带轮20上的轴向或横向力，迫使皮带轮朝向第一皮带轮16。因此，随着发动机转速增加，飞锤42施加一个力在可移动皮带轮上，推动其朝向静止皮带轮。发动机转速的增加引起驱动离合器皮带轮之间的横向间距减少。驱动离合器皮带轮之间横向距离的任何减小导致传动皮带绕驱动离合器旋转轴停留处的直径增加。这样，当发动机(和驱动离合器)低速旋转时，皮带B骑坐在离合器中心附件。转速更高时，离心飞锤42向第一皮带轮16推动第二皮带轮20，从而夹紧皮带并引起其在皮带轮之间向外移动。本领域众所周知，离心飞锤42也可以调节。可使用不同形状和重量的飞锤来获得第二(可移动)皮带轮不同的换挡特性。

三脚架48优选直接螺纹连接到输入轴12。螺旋弹簧52定位在三脚架48和塔盖50之间并构造成推动盖和第二皮带轮20离开第一皮带轮16。塔组件在本领域众所周知，不需要进一步描述。

本发明的一个特点在于离心离合器的调节独立于CVT的正常功能。这样，离心离合器的调节不会影响飞锤的运作或CVT自身的调节。这样，离心离合器可以调节到离合器预期的性能。如，离心离合器优选调节到在希望的发动机转速结合并平稳地将扭矩从驱动离合器的输入轴传输到皮带轮，来驱动皮带B。对于给定车辆，可以绘制扭矩曲线，离合器调节到在一定发动机转速时保持一定希望的扭矩。超载情况下(扭矩值高于扭矩曲线)，离心离合器不能将需要的扭矩传输给皮带轮的鼓来旋转随后的传动系。皮带轮之间的夹紧(至少部分由被动离合器的螺旋和弹簧以及驱动离合器内的飞锤产生)在皮带上产生加紧力(在皮带轮和皮带支架产生摩擦力)，该力大于离合器蹄片在鼓上传输的摩擦。这样，离合器蹄片将在鼓表面滑动，阻止有效的扭矩传输到皮带轮来克服所施加的负载，最小化或消除传统CVT系统出现的皮带在皮带轮上滑动的发生。在本发明中，皮带轮16、20和传动皮带B随被动离合器保持静止(或比驱动离合器旋转慢)，并在这个点独立于驱动离合器。这些发生时，驾驶者意识到给定条件的CVT的极限已经超过并适当调整(如，将车辆齿轮箱换到低速档)。超载期间，皮带轮的鼓内的离心离合器的滑动阻止皮带烧和传动皮带不必要的磨损，相当大地增加皮带寿命。

在休息位置的皮带轮16、20与传动皮带B接触并所有时间都与传动皮带接触。相对于传统CVT，这保护皮带。在传统CVT系统中，在传动系统由怠速(皮带与皮带轮不接触)增加到超过怠速的速度(皮带轮配合皮带来驱动)时，会有瞬间的皮带刮擦。

在本发明中，皮带轮组件(静止和可移动皮带轮)从输入轴12分离。更特别的是，轴承组件44位于输入轴12和支撑罩46之间。轴承组件44允许输入轴12相对于支撑罩46和皮带轮组件16、20旋转。轴承组件可以是传统的有保持架的滚柱轴承，带有安装在输入轴12上的内座圈或毂和一个安装在支撑罩46的内径上的外座圈。多种传统滚柱轴承和/或衬套可用作轴承。座圈之间的滚柱或轴承允许输入轴12相对于支撑罩自由旋转。

在一个优选实施例中，轴承组件包括单向滚柱离合器(通常称作超速离合器)。超速离合器44构造成驱动离合器通过传动皮带B驱动被动离合器的正常操作期间超限。这样，输入轴保持怠速时从支撑罩分离和CVT的正常运转。这样，当输入轴旋转(如，静止和可移动皮带轮从输入轴脱开)时，皮带轮组件16、20允许基本保持静止，从而，在发动机怠速或车辆休息时，允许皮带和被动离合器保持基本静止。在逆转期间(被动离合器比驱动离合器旋转快时)，传动皮带B将引起静止的可移动皮带轮结合滚柱离合器44，在支撑罩46和输入轴12之间产生结合。该结合允许皮带B逆转发动机。这样，当CVT在怠速位置时，滚柱离合器44允许发动机制动。如图2所示，滚柱离合器44优选安装在输入轴12的外表面和支撑罩46的内表面80之间。滚柱离合器44优选包括安装到支撑罩46或和支撑罩一体的外座圈80。一套内滚柱82位于离合器腔内并设计成夹在输入轴的外表面和支撑罩46的内部时传输输入轴和外座圈内表面之间的扭矩。作为本领域惯例，滚柱82保持在滚柱架84内，可以设想，超速离合器44与单独的滚柱离合器接合用于轴承组件中。如上面所记录的，在皮带轮16、20和输入轴12之间的轴承组件的组合允许皮带轮设计成总是结合或加紧皮带。在这种设计中，输入轴从CVT分离，但通过离心离合器可以结合。

CVT还包括可连接到车辆(或其他驱动装置)的驱动轴的可旋转输入轴102。一个可旋转分离皮带轮式第二离合器(被动离合器)100连接到输入轴102。被动离合器100具有带有内部皮带配合表面106的横向静止皮带轮104和带有内部皮带配合表面110的横向可移动皮带轮108。被动离合器100还包括一通常用于偏压可移动皮带轮朝向静止皮带轮的机构。在一个实施例中，偏压机构包括螺旋凸轮，其安装在输入轴上并位于靠近可移动皮带轮的位置。该凸轮上至少有一个凸轮表面。该凸轮表面适于与可移动皮带轮上的凸轮跟随器配合。在凸轮表面的凸轮跟随器的接触和运动使可移动皮带轮产生相对于输入轴的轴向平移，输入轴提供可移动皮带轮和输出轴之间的扭矩传递。偏压机构还包括一朝静止皮带轮偏压可移动皮带轮的弹簧。被动离合器的设计对本领域技术人员众所周知，包括迫使可移动皮带轮108朝向静止皮带轮104的偏压安排。参考如美国专利6,149,540，其所有内容以引用方式并入本文。

环形挠性传动皮带B绕驱动和被动离合器14、100设置，皮带具有一对侧传动表面，抵靠皮带轮的内部皮带配合表面配合。传动皮带的尺寸选择是发动机怠速时，皮带的表面紧紧地与皮带轮的内部皮带配合表面配合，并所有时间与皮带轮接触。

在本发明的替换实施例中，第一和第二皮带轮安装在支撑罩上，这样，第一和第二皮带轮结合旋转，但第二皮带轮安装成可以相对于第一皮带轮轴向平移。在一个结构中，第一皮带轮连接到支撑轴，而第二皮带轮通过花键配合到支撑轴上，从而使第二皮带轮可以相对于第一皮带轮轴向移动。通过上面描述的塔组件来控制第二皮带轮的轴向平移。皮带轮组件(如第一和第二皮带轮和支撑轴)通过轴承组件安装在输入轴上。这样，输入轴独立于皮带轮组件旋转。离心离合器包括提供皮带轮组件和输入轴之间的结合，如上面所述。离心离合器类似于上面描述的离心离合器，具有离合器毂和安装在输入轴上的蹄片以及安装在皮带轮组件(或第一或第二皮带轮)上的鼓。如果需要附加扭矩，可以使用两个离心离合器。如上所述，一个超速离合器可以结合到这个实施例中，来提供逆转能力。

虽然本发明已经描述了使用离心离合器来使输入轴与皮带轮组件结合，还可以设想其他皮带轮式离合器组件可以用来将皮带轮组件与输入轴结合。例如，设想离合器副结合到驱动离合器中。离合器副包括连接到输入轴的离合器毂和连接到其中一个皮带轮的配合表面。毂和配合表面之间的摩擦片提供了用于将毂与配合表面结合的机构。

一个实施例中，测试驱动离合器来决定其在最小化皮带退化时处理扭矩的能力。在拉伸试验中，具有包括驱动离合器的CVT的车辆满载到最大容量。该车辆用钩挂在干燥、粗糙、混泥土表面上的电线杆上，随着钩挂的拖绳长度低于该杆，产生最大牵引力。然后，将车辆推入高速档，从怠速缓慢加速到全风门大约5-10秒，引起四轮旋转或导致发动机停止必需换挡。该CVT成功通过测试。

寿命测试在有山的试验跑道上进行，跑道具有两个17°倾坡、30英尺长和两个30°倾坡，每个15英尺长，一个对着另一个。为了良好的牵引，试验跑道表面是粗糙的混泥土。跑道的环形距离大袋是一英里的十分之1.5。目的是在斜坡上重复加速和减速，来测试发动机制动期间离心离合器和超速离合器的寿命。测试发动机制动是通过在30°斜坡底部开始缓慢加速，直到车辆达到斜坡的顶部，然后放开气门来测试下坡发动机的制动。在跑道上每5圈重复循环。剩下的驾驶时间是模仿正常驾驶以及猛烈加速和下坡停车。累积超过200小时的测试，驱动离合器无测试故障记录。

通过驾驶车辆无维修5000英里来测试驱动离合器的寿命。驱动车辆模仿苛刻的客户使用。在5200英里检查，检查驱动离合器且部件仍然功能正常。

如上所述，本发明的一个有益之处在于减少并优选消除怠速时的皮带刮擦。由于第一和第二皮带轮从输入轴和塔组件(通过轴承组件和离心离合器)分离，皮带轮可以安排成总是与皮带直接接触(如加紧配合)。这样，皮带不松弛，预防其滑动或燃烧。结果，启动期间，一旦皮带和皮带轮与输入轴结合，皮带主动配合皮带轮。另外，当被动离合器比驱动离合器旋转快时，输入轴和皮带轮组件之间加入超速离合器允许发动机立即从皮带到输入轴制动。

对本领域的技术人员而言，很明显在不脱离本发明的精神和范围，可以对本发明的结构进行修改和变形。应注意本发明覆盖这些在附加权利要求或他们的等同物范围内的修改和变形。

Claims (18)

1.用于连续可变变速器的驱动离合器，包括：

输入轴，适于与发动机传动部件结合，该输入轴具有一旋转轴；

支撑罩，绕输入轴的一部分布置，使该支撑罩可相对于输入轴旋转，支撑罩具有与输入轴的旋转轴重合的中心轴；

第一皮带轮，绕支撑罩的一部分布置并与其结合，使第一皮带轮与支撑罩结合一起旋转，第一皮带轮具有与输入轴的旋转轴重合的旋转轴，第一皮带轮具有在一个面的一部分上形成的皮带配合表面；

第二皮带轮，绕支撑轴布置并安装，使其相对于第一皮带轮可轴向移动，第二皮带轮具有在面对第一皮带轮的皮带配合表面的一个面的一部分上形成的皮带配合表面，该皮带配合表面限定一个凹槽，来接收适于与被动离合器结合的皮带；

第一和第二皮带轮和支撑罩界定皮带轮组件；

轴承组件，位于输入轴和皮带轮组件之间，允许输入轴相对于皮带轮组件旋转；

至少一个皮带轮离合器组件，绕输入轴布置，适于在皮带轮组件和输入轴之间提供受控制的结合，该皮带轮离合器组件包括安装在输入轴上的离合器毂、在皮带轮组件上形成或连接到皮带轮组件上的配合表面、和将离合器毂结合到以一超过临界值的速度相对皮带轮组件旋转的输入轴上的配合表面的装置，所述皮带轮离合器组件包括至少一个离心离合器组件，其中，所述将离合器毂结合到配合表面的装置是多个安装在离合器毂上的蹄片和弹簧，蹄片可响应于离合器毂的旋转而径向移动，弹簧朝输入轴径向偏压蹄片，其中所述配合表面是安装或形成在第一或第二皮带轮后面的一凹槽内上的鼓；

轴向控制机构，安装在靠近第二皮带轮的输入轴上，该轴向控制机构控制第二皮带轮朝向和离开第一皮带轮的运动，该运动为输入轴速度的函数，其中，轴向控制机构和第二皮带轮可旋转地相互分离，直到输入轴的转速超过临界值。

2.根据权利要求1所述的驱动离合器，其特征在于，有两个离心离合器组件，一个安装在第一皮带轮后侧形成的凹槽内，另一个安装在第二皮带轮后侧形成的凹槽内，其中，每个皮带轮具有通过关联的离心离合器组件的蹄片结合的鼓。

3.根据权利要求1所述的驱动离合器，其特征在于，还包括一位于输入轴和皮带轮组件之间的单向超速离合器，该超速离合器构造成当输入轴旋转比皮带轮组件快时，不将输入轴与皮带轮组件结合，而皮带轮组件旋转比输入轴快时，将输入轴与皮带轮组件结合。

4.根据权利要求1所述的驱动离合器，其特征在于，所述轴向控制机构包括一塔组件，塔组件包括：

基部，围绕输入轴布置；

多个飞锤，铰接在基部；

三脚架，靠近飞锤布置，该三脚架包括飞锤枢转时抵靠的曲面，三脚架相对于基部可以移动并连接到输入轴，和

弹簧，安装在三脚架和塔盖之间，迫使第二皮带轮离开第一皮带轮。

5.用于连续可变变速器的驱动离合器，包括：

输入轴，适于与发动机传动部件结合，该输入轴具有旋转轴；

第一皮带轮，绕输入轴的一部分布置并具有与输入轴的旋转轴重合的旋转轴，第一皮带轮相对于输入轴旋转，第一皮带轮具有在一个面的一部分上形成的皮带配合表面；

支撑罩，从第一皮带轮表面向外延伸，具有与输入轴的旋转轴重合的中心轴；

第一离心离合器组件，绕输入轴布置，适于在第一皮带轮和输入轴之间提供受控制的结合，该离心离合器组件包括安装在输入轴上的离合器毂、在第一皮带轮上形成或连接到其上的配合表面、多个布置在毂上并绕输入轴的一部分间隔布置的蹄片，蹄片安装成输入轴超过临界转速旋转时，从输入轴径向向外移动，蹄片的径向平移由弹簧限制，蹄片安装在毂内，使输入轴旋转产生同时蹄片旋转，蹄片的一端有摩擦表面，该摩擦表面用于在蹄片从输入轴径向移动时与第一皮带轮的配合表面结合；

轴承组件，位于输入轴和第一皮带轮或支撑罩之间，构造成允许第一皮带轮和支撑罩保持从输入轴分离；

第二皮带轮，绕支撑罩布置并安装，使其相对于支撑罩可轴向移动，第二皮带轮具有在面对第一皮带轮的皮带配合表面的一个面的一部分上形成的皮带配合表面，该皮带配合表面限定一个凹槽，用来接收适于与被动离合器结合的皮带；

第二离心离合器组件，具有形成在第二皮带轮或连接到其上的配合表面、离心离合器毂、多个位于毂上的蹄片，蹄片安装成输入轴超过临界转速旋转时可径向向外运动，该蹄片的径向运动由弹簧限制，蹄片布置在离心离合器毂内，使输入轴旋转产生同时蹄片旋转，蹄片的一端有摩擦表面，该摩擦表面用于在蹄片径向移动时与第二皮带轮的配合表面结合；和

塔组件包括：

基部，围绕输入轴布置；

多个飞锤，铰接在基部；

三脚架，靠近飞锤布置，该三脚架包括飞锤枢转时抵靠的曲面，三脚架相对于基部可以移动并连接到输入轴，和

弹簧，安装在三脚架和塔盖之间，迫使第二皮带轮离开第一皮带轮，

其中，输入轴的转速超过临界值时，塔组件迫使第二皮带轮朝向第一皮带。

6.根据权利要求5所述的驱动离合器，其特征在于，所述轴承组件包括一单向超速离合器，该超速离合器构造成当输入轴转速大于或等于第一皮带轮转速时超速，不将输入轴与第一皮带轮结合，而第一皮带轮转速大于输入轴转速时，将输入轴与第一皮带轮结合。

7.根据权利要求5所述的驱动离合器，其特征在于，所述轴承组件安装在输入轴的外部和支撑罩的内部之间。

8.根据权利要求6所述的驱动离合器，其特征在于，所述超速离合器安装在输入轴的外部和支撑罩内部之间，包括一安装在支撑罩内表面的外部件。

9.根据权利要求6所述的驱动离合器，其特征在于，所述超速离合器是滚柱离合器。

10.根据权利要求5所述的驱动离合器，其特征在于，第一和第二皮带轮之间的最小间距通过安装在支撑罩上的挡块设定，其限制第二皮带轮向第一皮带轮的轴向运动并设定皮带间隙，从而通过皮带配合表面和皮带维持持续的主动结合。

11.根据权利要求5所述的驱动离合器，其特征在于，第一离心离合器的配合表面位于第一皮带轮上，第二离心离合器的配合表面位于第二皮带轮上，每个配合表面在与皮带配合表面相对那侧的关联皮带轮内形成的凹槽内，该凹槽限定各自离心离合器的鼓。

12.根据权利要求5所述的驱动离合器，其特征在于，所述第一和第二离心离合器毂包括用于将蹄片固定在相关离合器毂内的盖。

13.根据权利要求5所述的驱动离合器，其特征在于，所述驱动离合器是连续可变变速器的一部分，该变速器包括被动离合器和传动皮带，传动皮带可与被动离合器结合并布置在驱动离合器的皮带配合表面之间，驱动离合器适于通过皮带将扭矩传输给被动离合器。

14.一种连续可变变速器系统，包括：

根据权利要求1的驱动离合器；

被动离合器，包括：

第一皮带轮，具有皮带配合表面，第一皮带轮安装在输出轴，可相对于输出轴旋转并阻止相对于输出轴的轴向运动；

第二皮带轮，具有皮带配合表面，该第二皮带轮的皮带配合表面面对第一皮带轮的皮带配合表面，第二皮带轮安装在输出轴，可相对于输出轴旋转并轴向平移；

螺旋凸轮，安装在输出轴上并位于靠近第二皮带轮，该凸轮具有至少一个在其上形成的凸轮表面，该凸轮表面适于与第二皮带轮结合，用于控制第二皮带轮相对于输出轴的轴向平移，凸轮表面和第二皮带轮之间的接触允许第二皮带轮和输出轴之间的扭矩传递；和

弹簧，用于朝第一皮带轮偏压第二皮带轮；和

环形挠性传动皮带，绕驱动和被动离合器布置并与皮带配合表面结合，皮带在驱动和被动离合器之间提供扭矩传递。

15.用于连续可变变速器的驱动离合器，包括：

输入轴，适于与发动机传动结合，该输入轴具有旋转轴；

皮带轮组件包括安装在支撑罩上的第一和第二皮带轮，与支撑罩结合一起旋转，皮带轮中的一个相对于另一个可轴向移动，皮带轮组件绕输入轴布置并可从输入轴旋转分离；

轴承组件，位于输入轴和皮带轮组件之间，用于为输入轴上的皮带轮组件提供一些支撑，同时允许输入轴相对于皮带轮组件旋转；

至少一个离心离合器组件，绕输入轴布置，适于在皮带轮组件和输入轴之间提供受控制的结合，该离心离合器组件包括安装在输入轴上的离合器毂、在皮带轮组件上形成或连接到皮带轮组件上的扭矩传递表面和将离合器毂结合到以一超过临界值的速度相对皮带轮组件旋转的输入轴上的扭矩传递表面的装置，该将离合器毂结合到扭矩传递表面的装置是多个安装在离合器毂上的蹄片和弹簧，蹄片可响应于离合器毂的旋转而径向移动，弹簧朝输入轴径向偏压蹄片，其中所述扭矩传递表面是安装或形成在第一或第二皮带轮后面的一凹槽内上的鼓，和

轴向控制机构，安装在靠近第二皮带轮的输入轴上，该轴向控制机构控制第二皮带轮朝向和离开第一皮带轮的运动，该运动为输入轴速度的函数，其中，轴向控制机构和第二皮带轮可旋转地相互分离，直到输入轴的转速超过临界值。

16.根据权利要求15所述的驱动离合器，其特征在于，有两个离心离合器组件，一个安装在第一皮带轮后侧形成的凹槽内，另一个安装在第二皮带轮后侧形成的凹槽内，其中，每个皮带轮具有通过关联的离心离合器组件的蹄片结合的鼓。

17.根据权利要求15所述的驱动离合器，其特征在于，还包括一位于输入轴和皮带轮组件之间的单向超速离合器，该超速离合器构造成当输入轴旋转比皮带轮组件快时，不将输入轴与皮带轮组件结合，而皮带轮组件旋转比输入轴快时，将输入轴与皮带轮组件结合。

18.根据权利要求15所述的驱动离合器，其特征在于，第一和第二皮带轮之间的最小间距通过安装在支撑罩上的挡块设定，其限制第二皮带轮向第一皮带轮的轴向运动。