CN104214291A - 一种优化活齿无级变速器传动特性的控制策略设计方法 - Google Patents

Abstract

一种优化活齿无级变速器传动特性的控制策略设计方法，本发明属于机械传动设计及制造技术领域。此技术是建立在专利200580039668.6基础上的改进技术，专利200580039668.6中记录了依靠滑片组合滑移变形实现活齿无级啮合的功能，可以实现非摩擦啮合无级变速。本发明提出了“标径控制理论”，可以有效规避掉由于活齿滑片自身厚度产生的啮合齿隙负面因素，对于变速器所有工况，尽可能去取最接近于其当前最佳理论传动比的“标径区”对应实际传动比作为当前控制目标传动比，从而达到任何工况下都能实现无啮合齿隙精密传动。

Description

一种优化活齿无级变速器传动特性的控制策略设计方法

技术领域

本发明属于机械传动设计及控制技术领域。

背景技术

本发明是建立在专利200580039668.6基础上的改进技术，专利200580039668.6中记录了依靠滑片组合滑移变形实现活齿无级啮合的功能，可以实现非摩擦啮合无级变速。

发明内容

专利200580039668.6记载的活齿滑片无级变速器，由于活齿滑片自身有一定厚度，所以从理论角度讲，活齿传动可能出现一定的啮合齿隙，影响传动平稳性，针对此问题，本发明提出一种解决方案，在实际使用中，如果采取下文所述“标径控制理论”，则可以有效规避掉此啮合齿隙负面因素，使其传动过程总是工作在最平稳“标径”区域。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进行具体说明：

图1：活齿单元体位于“标径区”状态说明示意图

图2：活齿单元体位于“非标径区”状态说明示意图

图3：稳扭器A

图4：稳扭器B

其中：

1、锥盘                        9、过载保护控制块

2、活齿滑片、滑块              10、过载保护弹簧

3、锥盘轨道槽                  11、扭矩输出端

4、带或链啮合齿                12、扭矩输入轴

5、活齿单元体                  13、定位连接盘

6、传动轴                      14、双向减震弹簧

7、扭矩输入端                  15、扭矩输入盘

8、减震弹簧

具体实施方式

图1、图2均以主动轮为例分析，图示状态下，锥盘顺时针旋转，功率流路径流向为：锥盘→活齿滑片→链齿。

该“标径控制理论”所述方案需满足条件：在同一组锥盘上布置的两相邻活齿单元体上的任一滑片(含滑块)与其相互啮合的链齿的啮合点之间的节圆弧长等效于当前半径处链齿节距的整数倍(注：此定义语句中用的是“等效于”而不是“等于”，是因为本句定义中的链齿节距整数倍并不是在数值上与本句定义中的节圆弧长相等，只是达到了等效对应；如果用另一种传动特性方式来描述定义此概念，则应该是：在同一组锥盘上布置的两相邻活齿单元体上的任一滑片(含滑块)与其相互啮合的链齿能紧紧啮合，无啮合齿隙，即：在两相邻的活齿单元体上都至少有任一滑片(含滑块)能同时与其相互对应啮合的链齿能紧紧啮合，能共同进行扭矩传递，即：达到在旋转过程中无动力流中断连续传递功率)。

满足此条件的传动，属于“标径区”传动，为零齿隙传动，传动平稳无脉动。

“标径区”：指活齿单元体所在半径位置满足“相邻活齿单元滑片与链齿的啮合点节圆弧长等效于当前半径处链齿节距整数倍”的所有半径区。

对于同一款无级变速器，符合其“标径区”的半径存在很多，我们可以将所有符合此传动特性的“标径区”半径统称为“标准半径群”，简称“标径群”，符合此特征的半径数量称之为“标径群数”。通过合理设计活齿滑片厚度及数量以及链条链齿节距及齿宽，可以获得数量非常密集的“标径群”，例如：标径群数＝10，则说明该款活齿无级变速器具有10个不同半径的“标径区”，这样，在该款活齿无级变速器工作时，就有10个“标径区”可以作为最佳传动半径区，相当于找到10个精密稳定传动比，等效于10档高效变速器。

这样，在做控制策略研究时，对于变速器所有工况，我们就尽可能去取最接近于其当前最佳理论传动比的“标径区”对应实际传动比作为当前控制目标传动比，从而达到任何工况下都能实现无啮合齿隙精密传动。

对于一般车辆，10档足够用了，对于重型车辆或特种车辆，我们仍可以按此方法设计出10档以上甚至20档以上档位，以满足不同路况需求。

当变速器的传动比变化时，在相邻的“标径区”进行调速过渡时需经过“非标径区”，此时会有一定啮合齿隙，但由于此“非标径区”过渡时间非常短暂，基本不会影响变速器整体性能，大多数时间段，变速器均工作在“标径区”，我们把此控制策略称之为“标径控制理论”，显见，采用“标径控制理论”优化控制策略，可以合理有效规避掉活齿滑片厚度导致的啮合齿隙缺陷，其扭矩脉动问题可以从源头彻底消除，从而使活齿滑片无级变速器的性能优势进一步提升。

如图3、图4所示，可以在整体系统动力流传动链中串联一用来稳定速度脉动的稳扭器，则可以进一步优化传动特性，尤其是优化在调速经过“非标径区”过渡时的扭矩波动。

图3所示的稳扭器A，由弹性缓冲区、过载保护区组成，包括：扭矩输入端、减震弹簧、过载保护控制块、过载保护弹簧、扭矩输出端等，当扭矩在正常工作允许范围内时，只有弹性缓冲区起作用，如果扭矩超过正常工作允许范围，则过载保护控制块分离达到安全保护作用。

一般情况下，也可以只设置弹性缓冲区，如图4所示的稳扭器B，其结构相当于一弹性减震器，由主动盘，从动盘，弹性连接元件组成，其中，弹性连接元件可以根据实际情况需要设计为双向减震、单向减震类型。如图所示包括：扭矩输入轴、定位连接盘、双向减震弹簧、扭矩输入盘等。其弹性缓冲减震元件可以是金属弹簧、非金属弹簧、气体弹簧、液力弹簧、液力阻尼器等。

注1：本文所述的无齿隙或零齿隙概念，并不是理论上完全无齿隙，实践证明：有微量齿隙有利于改善润滑及寿命，并有利于降低加工精度及装配精度要求，所以，本文所述的无齿隙或零齿隙概念只是相对而言，只要在现有技术标准下的通用传动机械(如齿轮传动)允许范围内，就可以视为无齿隙或零齿隙。

注2：滑片滑块从结构上讲没有本质区别，基本区别多数情况下只是厚度不同，但从功能上讲，滑块起承载扭矩作用，而滑片起填充啮合齿隙作用，滑块与滑片的有机组合，可以等效于齿厚可以任意变化的齿轮，这就是活齿轮的概念。在非精密场合，对滑块啮合齿隙要求不严格场合，滑块可以独立使用，完全用滑块组合成纯滑块组进行进行功率传递，但滑片不能独立使用承载扭矩，应该与滑块组合使用。所以，滑片是指其厚度不足以单独满足当前设计指标范围内的功率传递所需承载能力，需依靠厚度较大滑块来承载扭矩，其滑片功能只是用来起填充啮合齿隙作用。

或者，也可以命名为：厚度较大用于承载扭矩的滑块命名为：承载滑片；厚度较小不能独立承载扭矩的滑片命名为：填充滑片。在本文的控制策略分析中提及的滑片包含此两类。

按目前中小排量车辆领域的扭矩工况讲：一般取厚度大于1mm的滑片以滑块功能来设计，一般取厚度小于1mm的滑片以滑片功能来设计。

注3：图3、图4所示的稳扭器A、稳扭器B，其中的扭矩输入端7、扭矩输出端10，扭矩输入轴11、扭矩输入盘14，均为功能解说方便而定义，在实际使用过程中，可以互换作为输出端或输出端。

Claims (5)

1.一种优化活齿无级变速器传动特性的控制策略设计方法，活齿无级变速器包括：含有轨道槽的锥盘、含啮合齿的金属链、活齿单元体、包含有滑块、滑片的活齿滑片组，其特征是：该变速器的控制策略采用“标径控制理论”，对于变速器所有工况，取最接近于其当前最佳理论传动比的“标径区”对应实际传动比作为当前控制目标传动比，“标径区”：指活齿单元体所在半径位置满足“相邻活齿单元滑片与链齿的啮合点节圆弧长等效于当前半径处链齿节距整数倍”的所有半径区。

2.根据权利要求1所述的优化活齿无级变速器传动特性的控制策略设计方法，其特征是：在整体系统动力流传动链中可以串联一用来稳定速度脉动的稳扭器，稳扭器由弹性缓冲区、过载保护区组成，可以包括：扭矩输入端、扭矩输出端、减震弹簧、过载保护控制块、过载保护弹簧。

3.根据权利要求2所述的优化活齿无级变速器传动特性的控制策略设计方法，其特征是：稳扭器由主动盘，从动盘，弹性连接元件组成，可以包括：扭矩输入轴、扭矩输入盘、定位连接盘、双向减震弹簧。

4.根据权利要求2、3所述的优化活齿无级变速器传动特性的控制策略设计方法，其特征是：稳扭器的弹性连接元件为双向减震、或单向减震类型。

5.根据权利要求2、3、4所述的优化活齿无级变速器传动特性的控制策略设计方法，其特征是：稳扭器的弹性缓冲减震元件可以是金属弹簧、非金属弹簧、气体弹簧、液力弹簧、液力阻尼器。