CN103968030A - Ncvt无级变速器 - Google Patents

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Abstract

NCVT无级变速器涉及变速器领域，所述无级变速器包含：行星齿轮、差速器、变量滑片泵、变量轴向柱塞泵、变量径向柱塞泵、单向离合器、滑片液压马达、轴向柱塞液压马达、径向柱塞液压马达构成，NCVT无级变速器通过行星齿轮或差速器将输入轴动力分流成两条路径，一条路径是将它直接连接到变速器输出轴，另一条路径是通过变量泵将输入轴动力反馈到变速器输入轴或输出轴，通过连续调节变量泵的排量从而实现连续调节输出轴转速的大功率无级变速。

Description

NCVT无级变速器
所属技术领域：
本发明涉及无级变速器，所述无级变速器包括行星齿轮、差速器；变量滑片泵、变量轴向柱塞泵、变量径向柱塞泵；单向离合器；滑片液压马达、轴向柱塞液压马达、径向柱塞液压马达。
背景技术：
目前大多数汽车主要安装手动变速器，手动变速器增加了驾驶者的劳动强度，容易让欠熟练的驾驶者分心造成事故，同时发动机不能始终运行在最佳状态下，节能效果不理想；现有自动变速器或无级变速器结构复杂，自动变速器大多还是有级变速，发动机同样不能达到最佳工作状态，无级变速器可以实现发动机最佳工作状态，但它传输功率有限，这些极大地限制了其使用范围。
发明内容：
为了解决上述变速器存在的相关问题，本发明提供了两类全新的解决方案，这种变速器是真正的无级变速，变速器传输的功率可以做的很大，变速器能很方便地加装电子控制装置实现全自动无级控制。
NCVT无级变速器第一种方案由行星齿轮、变量泵、单向离合器、液压反馈马达以及电控装置构成，行星齿轮有中心轮、内齿圈轮和行星轮架三个轴，这三个轴分别连接动力轴、变量泵轴和动力承接轴，应用于车辆上就是分别连接发动机轴、变量泵轴和车轮传动系统轴，液压马达作为动力反馈装置通过单向离合器可选择性放置于两个位置，第一种放置位置是置于行量齿轮的发动机连接轴上，这种安装将变量泵扭矩直接反馈给输入轴；第二种放置位置是置于行星齿轮车轮传动系统连接轴上，这种安装将变量泵扭矩直接反馈给输出轴，变量泵轴上安装一个单向离合器使变量泵轴不能反向转动。
行星齿轮的三个轴可任意连接动力轴、变量泵轴和动力承接轴，当动力轴连接到行星齿轮的高速轴上时，所组成的无级变速器就是减速无级变速器，反之就是增速无级变速器。
NCVT无级变速器第二种方案由差速器、变量泵、单向离合器、液压反馈马达以及电控装置构成，差速器也有三个轴，这三个轴分别连接动力轴、变量泵轴和动力承接轴，应用于车辆上就是分别连接发动机轴、变量泵轴和车轮传动系统轴，同样液压马达作为动力反馈装置通过单向离合器可选择性放置于两个位置，第一种放置位置是置于差速器的发动机连接轴上，这种安装将变量泵扭矩直接反馈给输入轴；第二种放置位置是置于差速器车轮传动系统连接轴上，这种安装将变量泵扭矩直接反馈给输出轴，变量泵轴上安装一个单向离合器使变量泵轴不能反向转动。
差速器的三个轴也可任意连接动力轴、变量泵轴和动力承接轴，不同的连接方式所组成的变速器有减速无级变速器或增速无级变速器。
无级变速器通过行星齿轮或差速器将输入轴动力分流成两条路径，一条路径是将输入轴动力直接连接到变速器输出轴，另一条路径是通过变量泵将输入轴动力反馈到变速器输入轴或输出轴，我们通过连续调节变量泵的排量从而实现连续调节输出轴的转速，上述两种方案均能实现变速器的无级变速，NCVT无级变速器可传输的功率可以做的很大！
本发明所用关键部件：行星齿轮、差速器；变量滑片泵、变量轴向柱塞泵、变量径向柱塞泵；单向离合器；滑片液压马达、轴向柱塞液压马达、径向柱塞液压马达均为机械常用部件，这些部件生产量很大，产品成熟，生产成本低！本发明无级变速器各部件连接简单，制造方便，本发明无级变速器结构小巧，传动方向变化十分灵活，其动力输入轴和输出轴可以设计在一条直线上，也可以设计在同侧方向或同轴方式，也可以相互垂直或是任意角度设置！这对于机械或汽车设计十分有利；安装了这种无级变速器的车辆不需要安装离合器！这种变速器本身具有较大的传动比！可将发动机的高速转动减为中低速转动，可省去发动机过多的减速装置设置，从而节省整车制造成本！而且当所传输的功率不大时这种无级变速器可以使用变量滑片泵和滑片液压反馈马达或使用变量滑片泵和液力反馈叶轮，这时制造无级变速器成本很低。
附图说明：
图1为行星齿轮结构示意图。
图2为差速器结构示意图。
图3为变量滑片泵结构示意图。
图4为变量轴向柱塞泵结构示意图。
图5为带单向离合器的液力反馈叶轮结构示意图。
图6为图5的左视剖视图。
图7为单向离合器结构示意图。
图8为图7的左视剖视图。
图9以行星齿轮为中心部件并将变量液压泵扭矩反馈给动力输出轴方式的各部件连接关系示意图。
图10以行星齿轮为中心部件并将变量液压泵扭矩反馈给动力输入轴方式的各部件连接关系示意图。
图11以差速器为中心部件并将变量液压泵扭矩反馈给动力输出轴方式的各部件连接关系示意图。
图12以差速器为中心部件并将变量液压泵扭矩反馈给动力输入轴方式的各部件连接关系示意图。
各图中标记说明如下：
1、行星齿轮内齿圈。 2、行星齿轮行星轮。
3、行星齿轮中心齿轮轴。 4、行星齿轮内齿圈上的外齿轮。
5、行星齿轮行星轮架轴。 6、差速器上小圆锥齿轮。
7、差速器上左大圆锥齿轮。 8、差速器上小圆锥齿轮中心轴。
9、差速器上右大圆锥齿轮。 10、差速器上凸台。
11、变量滑片泵可动泵体 12、变量滑片泵中心轴。
13、变量滑片泵小滑片。 14、变量滑片泵外壳。
15、变量滑片泵变量推杆电机。 16、变量轴向柱塞泵出液接口。
17、变量轴向柱塞泵主轴。 18、变量轴向柱塞泵进液接口。
19、变量轴向柱塞泵变量推杆。 20、变量轴向柱塞泵变量推杆电机。
21、液力反馈叶轮进液接口。 22、液力反馈叶轮冲击叶片。
23、单向离合器锁止压簧。 24、液力反馈叶轮出液接口。
25、液力反馈叶轮外壳。 26、单向离合器外壳。
27、单向离合器锁止滚柱。 28、单向离合器中心轴。
29、液压反馈马达出液口。 30、液压反馈马达进液口。
31、液压油箱温度传感器及散热电机接线口。 32、液压油回流管线。
33、常闭电控单流阀。 34、扭矩传感器。
35、常开电控单流阀。 36、控制电缆信号线组。
37、电子控制装置。 38、液压反馈马达。
39、动力输入轴。 40、动力输出轴。
41、液压油箱。 42、变速器输出轴转速传感器。
43、单向离合器。 44、变量液压泵。
45、变速器输入轴转速传感器。 46、车辆手刹和脚刹信号输入端口。
47、司机倒车和前进控制信号输入端口。 48、发动机相关信号输入输出端口。
49、行星齿轮。 50、差速器。
具体实施方式：
如图1所示：行星齿轮内齿圈上的外齿轮(4)可以是圆柱齿轮，也可以是圆锥齿轮，这样可以实现它与动力输入轴或动力输出轴或变量泵轴形成0至180度范围内的齿合；同时行星齿轮内齿圈上的外齿轮(4)可以设计成链条式齿轮，这样它可以与动力输入轴或动力输出轴或变量泵轴隔开一定的距离用链条连接进行安装，方便机械设计；或者可以把内齿圈上的外齿轮(4)设计成凸台形式，凸台用于安装圆柱齿轮，也可以安装圆锥齿轮、或者安装链条式齿轮、或者安装同轴小齿轮，同轴小齿轮就是将内齿圈上的外齿轮(4)直径缩小到与行星齿轮中心齿轮轴(3)同轴方式而齿轮直径稍大于行星齿轮中心齿轮轴(3)的缩径齿轮；或者就是将内齿圈上的外齿轮(4)直径缩小到与行星齿轮行星轮架轴(5)同轴方式而齿轮直径稍大于行星齿轮行星轮架轴(5)的缩径齿轮。
如图2所示：差速器上的凸台(10)它可以安装圆柱齿轮，也可以安装圆锥齿轮、或者安装同轴小齿轮，这样可以实现它与动力输入轴或动力输出轴或变量泵轴形成0至180度范围内的齿合；同时差速器上的凸台(10)可以安装链条式齿轮，这样它可以与动力输入轴或动力输出轴或变量泵轴隔开一定的距离用链条连接进行安装，方便机械设计；或者可将差速器上的凸台(10)直接设计成圆柱齿轮，也可以设计圆锥齿轮；也可以设计成链条式齿轮。
如图4所示：变量轴向柱塞泵可以用变量滑片泵或变量径向柱塞泵取代。
如图5所示：液力反馈叶轮可以用滑片液压马达或轴向柱塞液压马达或径向柱塞液压马达取代。
如图7所示：单向离合器可以是楔块式或滚柱斜槽式。
如图9所示：液压反馈马达(38)通过单向离合器安装在行星齿轮(49)动力输出轴(40)上，变量液压泵(44)轴连接到行星齿轮中心齿轮轴上，同时变量液压泵(44)轴上安装一个单向离合器(43)限制液压泵反转，动力输入轴(39)通过行星齿轮内齿圈上的外齿轮(4)将动力传入变速器内，变速器液压油从油箱(41)流入变量液压泵，液压油被加压后流入液压反馈马达(38)将扭矩传给动力输出轴(40)上后流回到液压油油箱。这种连接关系中也可以把液压反馈马达(38)移到动力输入轴(39)上安装，这样安装无级变速器完全有效。
当本发明变速器不安装电控装置时，变量轴向柱塞泵的变量推杆电机(20)可换成人工手动变量推杆，只要操控人推动手动变量推杆，变量轴向柱塞泵排量就跟着发生变化。起初由于动力输出轴(40)上有负载，同时手动变量推杆推至零排量时手动变量推杆推带动常闭单流阀(33)打开，这时动力输入轴(39)输入的动力只能沿着有最小阻力的轴传递，其结果只能是变量轴向柱塞泵轴的无排量空转！当操控人推动手动变量推杆增加变量轴向柱塞泵排量，常闭单流阀(33)在手动变量推杆离开零排量时关闭，随着变量轴向柱塞泵排量的上升，变量轴向柱塞泵出油口油压上升，变量轴向柱塞泵轴上所需要的扭矩也同步上升，扭矩上升使得变量轴向柱塞泵主轴转速下降，由于动力输入轴(39)的转速在某一转速下，变量轴向柱塞泵主轴转速下降只能由变速器动力输出轴(40)转速上升来协调，同时上升的油压通过反馈马达作用于动力输出轴(40)上，在这两个扭矩作用下变速器动力输出轴(40)就转动起来了，这样就实现了变速器的无级变速，行星齿轮三个轴在特定的扭矩下会自动在某一点保持平衡，这时变速器进入稳定的变速比传递过程中，当变速器动力输出轴上的扭矩发生变化时，行星齿轮三个轴会立刻自动进行调整并在某一新的点保持平衡！这时变速器又会在新的变速比下进入稳定状态；当手动变量推杆推至最大排量时手动变量推杆带动常开单流阀(35)关闭，此时动力输入轴(39)通过齿轮将动力直接传给动力输出轴(40)，机械式扭矩传感器(34)压簧确保变速器扭矩在正常范围内，当变速器扭矩超过最大限定值时机械式扭矩限定推杆顶开处于关闭状态下的常开单流阀(35)从而保护变速器不超压。
当无级变速器安装有电控装置时，当接通起动电源，由于车辆未起步，无级变速器输出轴(40)不转动，变速器输出轴转速传感器(42)检测到停车状态，同时车辆停车时司机或是采着脚刹或是拉上手刹，此时脚刹或是手刹信号通过(46)端口传入电控装置内，在这两层控制下，电控装置立刻发出信号打开常闭单流阀(33)，同时电控系统发出信号起动变量泵变量推杆电机(20)通过变量推杆(19)将轴向柱塞泵排量推至零排量，变量轴向柱塞泵上没有任何扭矩阻力，此时发动汽车，发动机动力通过动力输入轴(39)传入无级变速器，发动机的转动只能全部传给变量轴向柱塞泵，变量轴向柱塞泵此时处于空转状态中，车辆处于静止状态。当司机放开脚刹和手刹，电控装置立刻关闭常闭单流阀(33)，但此时车辆依然不动！当司机采下油门踏扳时，发动机转速上升，变速器输入轴转速传感器(45)检测到发动机转速上升，电控装置立刻发出信号起动变量泵变量推杆电机(20)通过变量推杆(19)将轴向柱塞泵排量逐步提高，这时在变量轴向柱塞泵与液压反馈马达之间压力上升，变量轴向柱塞泵轴上扭矩逐步上升，这导致无级变速器输出轴上的扭矩也同步上升，此时液压反馈马达和变速器输出轴扭矩两个合力推动车轮传动系统转动，车辆进入行进状态，针对不同发动机和车辆传动系统扭矩参数特性，电控装置内事先存入了本车型的相关优化测试参数对照表，当发动机转数上升时，电控装置立刻给出此转速下发动机能承受的最大扭矩，此时电控装置同步检测扭矩传感器(34)的扭矩并与参数表进行比对，当扭矩小于当前转速下发动机能承受的最大扭矩时，电控装置连续发出信号给变量泵变量推杆电机(20)通过变量推杆(19)将轴向柱塞泵排量快速提高，直至达到当前转速下发动机能提供的最大扭矩为止，当车辆进入正常行驶状态后，司机继续提高发动机转速，控制装置继续比对扭矩，将车速提高到相应的车速，当变量推杆(19)将轴向柱塞泵排量提到最高时扭矩传感器(34)的扭矩依然小于发动机所能提供的扭矩时，电控装置发出信号将常开电控单流阀(35)关闭，此时发动机轴与车轮传动系统齿轮直接连接。当司机要停车减速时，直接丢掉油门或小采刹车，这时发动机转速下降，车辆减速直至停车。
电控装置上设置有倒车和前进控制信号输入接口，本发明无级变速器没有加装倒车齿轮，如需要只需将倒车齿轮加装到动力输出轴(40)上即可，电控倒车控制流程是这样的：它可以是推杆也可以是安装在方向盘上的按钮，本无级变速器可以在车辆高速前行时挂上倒挡！当司机挂上倒挡时变速器电控装置立刻打开常闭单流阀(33)同时发出信号将变量轴向柱塞泵排量推至零排量，之后再立刻关闭常闭单流阀(33)，这样就把发动机与车轮传动系统分离，此时电控装置检测变速器动力输出轴的转速传感器(42)，当变速器动力输出轴的转速为零时此时电控装置才能发出信号将倒挡齿轮挂上，这时司机轻采油门就可实现倒车。注意本无级变速器倒车速度与前行速度是一样高的速度！要使倒车速度控制在可控范围内，设计程序时要加入一段倒车速度检测程序，电控装置检测变速器动力输出轴的转速传感器(42)上的转速，当检测变速器动力输出轴的转速达到某一限定值时，程序通过限定变量泵的排量来限定倒车速度，而用手动变量推杆进行到车时手动推杆置于低排量区即可实现手动倒车。
电控装置上可设置有发动机相关信号输入输出接口，比如在北方的冬季，发动车辆后要进行暖车，当发动机温度未达要求时无级变速器处于分离状态，这时车辆无法开行，这一设置是为了保护发动机的良性运行，如果用户不需要这点，电控装置可以对这一端口加高电平或者是低电平，其它不用的端口都是这种处理方法。
由于不同的车辆其发动机性能和运行参数不同，同时各种车辆的车轮传动系千差万别，参数相差很大，本无级变速器电控装置无法给出统一的控制程序，这也为各厂差异化设计提供了条件，本专利介绍了未装电控装置的手动变速调速方式，同时电控装置又不在本专利权利要求中，所以只给出上述电控控制流程，加装电控装置的全自动无级变速器具有良好的驾驶性和节油性。
如图10所示：无级变速器各部件的安装是将变量轴向柱塞泵的扭矩反馈到动力输入轴(39)的安装关系示意图，同样这种安装方式中也可以把液压反馈马达(38)安装到动力输出轴(40)上。
如图11、图12所示：只是把行星齿轮换成了差速器，其工作原理与上述方式完全相同，这两种安装中液压反馈马达(38)同样可以安装动力输入轴(39)也可以安装在动力输出轴(40)上。

Claims (5)

1.NCVT无级变速器它由行星齿轮、差速器、变量滑片泵、变量轴向柱塞泵、变量径向柱塞泵、单向离合器、滑片液压马达、轴向柱塞液压马达、径向柱塞液压马达构成，其特征是：NCVT无级变速器通过行星齿轮或差速器将输入轴(39)动力分流成两条路径，一条路径是将输入轴(39)动力直接连接到变速器输出轴(40)，另一条路径是通过变量泵(44)将输入轴动力反馈到变速器输入轴(39)或输出轴(40)，通过连续调节变量泵(44)的排量从而实现连续调节输出轴(40)转速的大功率无级变速；变量泵主轴(17)上安装单向离合器(43)使变量泵轴不能反向转动；液压反馈马达(38)通过单向离合器安装于动力输入轴(39)或动力输出轴(40)上；无级变速器动力输入轴、输出轴和变量泵轴可任意选择连接到行星齿轮或差速器的三个轴上从而形成无级增速变速器或无级减速变速器。
2.根据权利要求1所述NCVT无级变速器，其特征是：将差速器用于无级变速器上对输入动力进行分流和反馈来实现变速器的无级变速；差速器上的凸台(10)它可以安装圆柱齿轮，也可以安装圆锥齿轮、也可以安装链条式齿轮、或者安装同轴小齿轮；或者可将凸台(10)直接设计成圆柱齿轮，也可以设计圆锥齿轮、也可以设成链条式齿轮。
3.根据权利要求1所述NCVT无级变速器，其特征是：将行星齿轮用于无级变速器上对输入动力进行分流和反馈来实现变速器的无级变速；行星齿轮内齿圈上的外齿轮(4)可以是圆柱齿轮，也可以是圆锥齿轮；也可以设计成链条式齿轮；或者可以将行星齿轮内齿圈上的外齿轮(4)设计成凸台形式，凸台用于安装圆柱齿轮，也可以安装圆锥齿轮或安装链条式齿轮或者安装同轴小齿轮。
4.根据权利要求1所述NCVT无级变速器，其特征是：无级变速器变量泵可以是变量轴向柱塞泵或变量滑片泵或变量径向柱塞泵。
5.根据权利要求1所述NCVT无级变速器，其特征是：无级变速器液力反馈马达可以是滑片液压马达或轴向柱塞液压马达或径向柱塞液压马达或液力反馈叶轮。
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