CN104822972B - 用于车辆的无级变速传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无级变速传动系统。该系统包括输入轴（10）和输出轴（14）。传动装置操作性地在输入轴（10）与输出轴（14）之间传输旋转驱动。传动装置包括变速器（20），变速器（20）能以在最小变速器比与最大变速器比之间的连续式无级变速器比传输驱动。传动装置能以低速状态和高速状态操作。传动装置能在低速状态以空挡低状态变速器比操作，传动装置处于齿轮空挡，在齿轮空挡，传动装置的输出是静止的，与传动装置的输入速度无关，并且在最大低状态变速器比，传动装置的输出从传动装置的输入以最大低状态传动比驱动。在高速状态，在最小高状态变速器比，传动装置的输出从传动装置的输入以最小高状态比例驱动，并且在最大高状态变速器比，传动装置的输出从传动装置的输入以最大高状态传动比驱动。

Description

用于车辆的无级变速传动装置
技术领域
本发明涉及用于车辆的无级变速传动装置(IVT)。其特别地，但并非排他性地应用于必须频繁地使它们的驱动方向反向并且在前进和倒车方向/反向二者上都具有高效发动特征、以及具有装载车辆的特征的车辆，诸如反铲式(back-hoe)装载机、轮式装载机或叉车/叉式升降机(fork-lift)。
背景技术
反铲式装载机需要具有相当不寻常驱动特征的传动装置。在装载操作期间，驱动的方向频繁改变，并且当车辆静止或接近静止时高扭矩必须在任一方向上被递送到驱动轮。装载操作通常在低速发生。然而，传动装置必须也提供高速驱动(其需要仅在一个方向上)以允许车辆从一个地点移动到另一地点，例如在公路上。
能使用通过扭矩转换器和多速齿轮箱进行驱动的传动装置来成功地实施这种车辆的传动。通常，多速齿轮箱具有多个前进速度和倒车速度。然而，在低速(这种传动装置将大部分时间在低速操作)，这种类型的传动装置具有显著的缺点：扭矩转换器不能被锁定，并且因此将造成显著动力损失，且结果是导致配备了这种传动装置的车辆的燃料消耗很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种传动系统，其提供了在前进和倒车方向上提供低速、高扭矩驱动的驱动特征，而不会造成与合并了扭矩转换器的现有驱动器相关联的动力损失。
为此目的，从第一方面，本发明提供一种传动系统，其包括输入轴和输出轴，传动装置操作性地在输入轴与输出轴之间传输旋转驱动，传动装置包括变速器(variator)，变速器能以在最小变速器比与最大变速器比之间的连续式/无级变速比来传输驱动，所述传动装置能以低速状态和高速前进状态而操作，传动装置：
在低速状态，以空挡(neutral)低状态变速器比而操作，传动装置处于齿轮空挡，在齿轮空挡，传动装置的输出是静止的，与传动装置的输入速度无关，并且在大于空挡低状态变速器比的最大低状态变速器比，所述传动装置的输出从传动装置的输入以最大低状态传动比而受驱动；
在高速状态，以最小高状态变速器比而操作，传动装置的输出从传动装置的输入以最小高状态比例而受驱动并且在大于最小高状态比例的最大高状态变速器比，传动装置的输出从传动装置的输入以大于最小高状态传动比的最大高状态传动比而受驱动。
可选地，其仅在高速状态能够以高于最大低状态传动比的传动比而操作。
在上文的陈述中、并且贯穿本说明书，“齿轮空挡”是其中所述传动装置的输出是静止的、而与传动装置的输入的速度无关的状态，这通过造成两个旋转速度在(通常周转圆的)齿轮组中发生组合以形成静止输出的合适齿轮传动来实现。“传动比”是传动系统的输出速度与传动系统的输入速度(所述输入被连接到发动机)之比。“变速器比”是变速器的输出速度与输入速度之比，其中变速器连接到发动机。当使用词语诸如“高”、“最大”、“低”、“最小”或描述比值的其它词来描述比例时，这应意味着表示比例的绝对值，忽略比例值的符号，除非陈述为其它情况。
将会显然的是，变速器在从低速状态转变到高速状态期间必须从最大低状态变速器比扫略到最小高状态变速器比，并且在发生这种转变的时间期间，驱动不能在不发生离合器打滑和相关联的动力损失和磨损的情况下从传动装置的输入传递到输出。这通常被认为是将会抵消连续式变速传动装置的某些益处的不利条件。然而，在实现本发明时，应认识到对于某些应用而言，状态变化无需是同步的，只要其不在需要连续扭矩传递时诸如在装载操作期间发生、并且排除了对于同步状态变化的需要可能有利于其对于传动装置设计的各种方面的影响。
这与具有同步状态转换的常规CVT形成对照，其中，变速器比在两个状态在相反方向上扫过以实现传动比相同的变化感。例如，在低状态，变速器比的增加将造成传动比的减小；而在高状态，变速器比的增加将造成传动比的增加。这种传动装置可以被配置成使得并不由于状态变化而存在变速器比或传动比的变化，这允许在状态变化期间维持通过传动装置的驱动。
实施本发明的传动装置并不具有与扭矩转换器相关联的动力损失，因此能赋予与从常规传动装置所获得的性能相等的性能，但具有有所减少的燃料消耗因此降低了操作成本。也可以使用较低功率发动机，而不会有性能损失，因此节省了车辆的制造成本并且有助于燃料效率的进一步增益。
通常，最大低状态传动比基本上等于或大于最小高状态传动比。以此方式，尽管状态变化并非同步的，当发生状态变化时，并不存在传动比的有级变化。
实施本发明的传动装置通常包括周转齿轮组/行星齿轮组。在低速状态(并且通常仅低速状态)，周转齿轮组通过操作以减小传动比并且由此当变速器在空挡低状态变速器比并且传动装置在低速状态时提供静止的齿轮空挡输出。通常，这种传动装置包括低速离合器，低速离合器在低速状态操作期间接合以将周转齿轮组操作性地联接到变速器并且在高速状态脱开/断开以使周转齿轮组与变速器操作性地分开。通常，这种传动装置通常还包括高速离合器，高速离合器在高速状态操作期间接合以将变速器的输出联接到传动装置的输出，并且在低速状态操作期间脱开以使变速器的输出与传动装置的输出分开。
如在这种类型的传动装置中已知，通过使变速器扫过空挡低状态变速器比到更低变速器比而能够在低速状态实现输出方向的反向。这具有在驱动方向上提供无缝变化的优点。然而，在本发明的实施例中，可以优选地通过传动装置将齿轮组选择性地连接到驱动路径内或与驱动路径断开而提供操作方向的反向。这能减小为了实现所需要的总传动比范围所需要的变速器比的范围，因此造成有所减少的动力损失和增进耐用性的益处。
在本发明的实施例中，在高速状态，通过传动装置传递的所有动力(经受损失)通过变速器传递。或者，在高速状态，通过传动装置传递的动力的部分绕开变速器。
变速器可以是比例控制的(即，变速器比由外部控制系统直接控制)，但优选地是扭矩控制的(即，变速器比响应于传动装置的输入和输出上的扭矩而变化)。
变速器通常在牵引流体的体积中操作，牵引流体具有熟知的粘度性质，使之适合于在变速器内传输驱动。传动系统的变速器其它部件可以在牵引流体的共同体积中操作。替代地，传动系统的变速器其它部件可以在单独体积的齿轮油中操作。由于与牵引流体相比相对更低成本的齿轮油，这可能是有利的。
用于本发明中的变速器可以选自基本上任何配置的已知变速器，其能提供所需的变速器比范围和扭矩能力以满足本发明的任何特定实施例的要求。然而，通过选择特定类型的变速器可以获得优点。虽然参考环型变速器并且特别是全环型变速器描述了实施例，也可以使用其它布置，诸如半环型变速器，摩擦锥变速器、推送带变速器，仅给出几个例子。然而，在某些情形下，变速器的具体选择可能是有利的。
最通常地，在本发明的实施例中的变速器是全环型变速器。全环型变速器可以例如包括两腔式变速器，其包括：第一驱动表面和第一从动表面，第一驱动表面和第一从动表面限定第一环型腔并且同轴地安装成用于绕变速器轴线旋转；多个第一滚轮，其与第一驱动表面和第一从动表面成驱动接合；第二驱动表面和第二从动表面，其限定第二环型腔并且同轴地安装以用于绕变速器轴线旋转；以及，多个第二滚轮，其与第二驱动表面和第二从动表面成驱动接合；以及，控制组件，在第一腔中的滚轮和在第二腔中的滚轮可旋转地安装到控制组件上，并且组件适于利用来自第二腔的反作用扭矩来平衡来自第一腔的反作用扭矩。
在本发明的实施例中的全环型变速器可以包括：驱动表面和从动表面，驱动表面被安装成用于在限定变速器轴线的输入轴上旋转，并且从动表面同轴地安装成用于随驱动表面旋转，这些表面限定环型腔以及在该环型腔或每个环型腔中与驱动表面和从动表面成驱动接合的两个滚轮；动力输出驱动器(take-off drive)，其与从动表面操作性地接合并且安置于变速器轴线的径向，由此生成了垂直于变速器轴线并且与变速器轴线相交的径向接触力且其中滚轮被定位成使得在变速器的操作范围内的一个特定比例，滚轮与驱动表面和从动表面的接触点通常位于基本上垂直于接触力方向的平面中。
在本发明的实施例中的全环型变速器可以包括：驱动盘和从动盘，其具有变速器轴线；多对接触滚轮，其插置于所述盘之间并且这些盘由所施加的端负荷力而被推压成接触，滚轮中的每一个具有第一滚动表面和第二滚动表面，利用第一滚动表面，其接触这对中的另一滚轮，利用第二滚动表面，每个滚轮接触相对应盘的环型表面，每个滚轮安装于支承轮轴上，滚轮能绕支承轮轴旋转；一对中滚轮的旋转轴线被支承于包含其中成对滚轮接触着所述盘的两个点的一个或多个平面中；在每一对中滚轮中的至少一个适于移动以由这对中的另一滚轮所施加于其上的反作用力而采取在所述平面内的稳定位置。
从第二方面，本发明提供一种车辆，其包括实施本发明的第一方面的传动系统。当车辆是装载车辆，诸如反铲式装载机、轮式装载机或叉车时，本发明的方面具有特别的，但非排他的优点。
附图说明
现将参考附图以举例说明的方式来详细描述本发明的实施例，在附图中：
图1是本发明的第一实施例的传动系统的示意图；
图2是图1的传动装置的机制的示意图；
图3为图1的传动装置的部件的布局的视图；
图4为示出配备有图1的传动装置的车辆的变速器比与车辆速度之间的关系的曲线图；
图5为适合用于图1至图3的实施例的部分的传动系统中的两腔式变速器的透视图；
图6为适合用于图1至图3的实施例的部分的传动系统中的单腔式变速器的侧视图；
图7为适合用于图1至图3的实施例的部分的传动系统中的两腔式、双滚轮变速器的示意截面图；
图8为图7的变速器的局部截面示意立视图；
图9为类似于图8的视图，示出了滚轮处于另一位置；
图10为示出了通过在装载车辆中使用本发明的实施例可以实现的动力损失减少的曲线图；以及
图11示意性地示出了在通过传动装置包括变速器且绕开变速器的路径之间运用动力分配的本发明的实施例的替代配置。
具体实施方式
参考图1至图3，传动系统包括输入轴10，输入轴10被连接以用于车辆的发动机的输出轴。前输出轴12被连接以用于在车辆的前部处的末级驱动单元，并且后输出轴14被连接以用于在车辆的前部处的末级驱动单元。辅助输出轴16被直接地从输入轴10驱动。辅助输出轴16用于驱动车辆的附属部件，诸如液压泵。第一正齿轮18被承载于输入轴10上。
传动系统包括全环型变速器20。这是已知的构造，因此，将仅在此处简要描述其主要部件。变速器包括两个输入盘22和两个输出盘24，每一个盘具有部分环型凹部，由此，环型腔形成于每个输入盘22与每个输出盘24之间。所有盘具有共同旋转轴线，在此实施例中，共同旋转轴线与输入轴10同轴，输入轴10被联接以用于随着输入盘22旋转。每个腔包含一组滚轮26，滚轮26能通过牵引流体的介质在输入盘22与输出盘24之间传输驱动。输入盘22和输出盘24的速度的比例Rv取决于滚轮26相对于盘22、24的倾斜角。输出齿轮28被设置于输出盘24之间并且被固定以用于随着它们旋转。
传动系统还包括周转齿轮组/行星齿轮组(epicyclic gearset)40，周转齿轮组40是常规的，包括太阳轮/恒星齿轮42、齿圈(annulus)44和行星架/行星齿轮架46，在行星架46上承载多个行星轮48。太阳轮42被固定以用于随着太阳轮轴50旋转。第二正齿轮52也固定于太阳轮轴50上，第二正齿轮52与第一正齿轮18以比例R1啮合。行星齿轮54被承载于行星架46上并且被固定以用于随着行星架46旋转。太阳轮42与行星架54的速度的比例将被表示为Rce。
第三正齿轮60和第四正齿轮62被承载于第一中间轴64上并且被固定用于随着第一中间轴64旋转。第三正齿轮60与变速器20的输出齿轮28以比例R2啮合，并且第四正齿轮62与行星齿轮54啮合。
行星齿轮54以比例R3驱动高状态离合器68的输入齿轮66。高状态离合器68能选择性地连接或断开从其输入齿轮66到后输出轴14的驱动。
连接所述齿圈以驱动第二中间轴70。第二中间轴70驱动输入到低状态离合器72和换向离合器74。低状态离合器72能选择性地连接或断开从第二中间轴70到高状态输出齿轮78的驱动。高状态输出齿轮78与第五正齿轮80以比例R4啮合，第五正齿轮80被承载于后输出轴14上并且被固定以用于随着后输出轴14旋转。换向离合器74能选择性地连接或断开从第二中间轴70到倒挡中间齿轮82的驱动，倒挡中间齿轮82通过惰轮84以总比例R5连接到第六正齿轮88，第六正齿轮88被承载于后输出轴14上并且被固定以用于随着后输出轴14旋转。
第六正齿轮88将输入齿轮90驱动到前驱动离合器92。前驱动离合器92能选择性地连接或断开从其输入齿轮90到前输出轴12的驱动。
传动装置能以三种状态操作：低速前进、倒车、和高速前进。现将描述传动装置在这三种状态的操作。
始终，太阳轮42由输入轴10通过第一正齿轮18和第二正齿轮52在与输入轴10相反方向上驱动。第一正齿轮18和第二正齿轮52在输入轴10与太阳轮42之间提供减速比。始终，行星架48从变速器的输出通过第三正齿轮60和第四正齿轮62以及行星齿轮54在与输入轴10相反的方向上受驱动。以此模式，由下式给出周转齿轮组的输出速度na：
其中np和ns分别为行星架48和太阳轮42的输入速度，并且za和zs分别为齿圈44和太阳轮42上的齿数。
在低速前进状态，低状态离合器72被接合，并且换向离合器74和高状态离合器68脱开。输出轴14由齿圈44通过低状态离合器72、高状态输出齿轮78和第五正齿轮来驱动。
在低速前进状态，当变速器20被设置为空挡变速器比(其可以或可以不在其最低比例)时，传动装置的输出总体上是静止的，即，其处于齿轮空挡。从上述方程式(1)将看出：
因此，通过合适地选择第一正齿轮18和第二正齿轮52的比例、第三正齿轮60和第四正齿轮62与行星齿轮54的比例、和变速器20的最小比例以满足方程式2而实现了齿轮空挡。
现在假定变速器20的比例增加。这导致np值的线性增加，且由za/zs的值来确定了传动比和增加速率。在低速前进状态，当变速器20从实现齿轮空挡的比例(空挡低状态变速器比)经过其整个比例范围移动到传动比为rlow,max的最大低状态变速器比时，传动装置的传动比能连续地变化。
在倒车状态，换向离合器74被接合，并且低状态离合器72和高状态离合器68脱开。输出轴10由齿圈44通过换向离合器74、倒挡中间齿轮82、惰轮84和第六正齿轮88而加以驱动。惰轮84用于使驱动方向反向到后输出轴14。在此示例中，在倒车状态的传动比高于在低速前进状态的情况。这通过选择大于高状态输出齿轮78的中间齿轮82而实现。
在高速前进状态，高状态离合器68被接合，并且换向离合器74和低状态离合器72脱开。输出轴14从变速器20的输出而得以被驱动，变速器20的输出通过第三正齿轮60和第四正齿轮62、行星齿轮54而进行驱动，行星齿轮54通过输入齿轮66和高状态离合器68驱动。齿圈44自由旋转，因此在这个状态周转齿轮组并不作为传动系的部分而操作。因而，变速器20的比例的变化对于总传动比而言具有直接影响。高速前进状态的传动比在rhigh,min与rhigh,mxz之间延伸。
为了在低速前进状态与高速前进状态之间改变，必须首先从输入轴移除驱动。然后使低状态离合器72脱开，并且变速器20朝向其低比例极限被扫回到传动装置将具有传动比rhigh,min＝rlow,max的位置。然后，高状态离合器68接合，并且动力可以再次被施加到输入轴10上。在图4中示出了在三种操作状态中，在发动机速度与道路速度之间的关系。
能通过脱开或者接合所述前驱动离合器92来以两轮驱动模式或四轮驱动模式操作所述传动装置。
本发明的固有性质是变速器比必须在状态变化点处‘重设/重置’。因此，对于本发明的实施例的设计者而言开放的选择是扩展低状态到高速前进状态，并且然后不使用在高速前进状态中的整个变速器比范围。
当使变速器比重设时，在低至高状态变化点处将存在向轮递送扭矩的暂时中断。因此，认为需要确保所述状态变化将不在其中需要连续扭矩递送的操作条件期间发生。例如，在用于装载车辆诸如反铲式装载机或轮式装载机的传动装置中，希望状态变化以大于将发生装载操作的速度而发生。这可能通常为约9至12km/h，其对应于以常规多速扭矩转换器传动装置的第二齿轮中所实现的速度。
紧跟着变化为高速状态，当在变速器20的比例最小并且滚轮26的进动角最高处于其最高值时，变速器20的端盘22经受它们的最高水平的接触应力。在这个条件下花费的时间可能对于变速器20的耐用性具有非常不利的影响。如果减小了在高速状态的变速器比的范围(和因此传动比范围)，而同时仍在最大变速器比具有最大速度/传动比，那么能避免这个峰值应力区域。
例如，令状态变化为9.0km/h(从上方)，则在高速状态的变速器比/传动比范围将会是40/9＝4.44。如果在低速状态中的变速器比范围是6.5并且在大约1:1位置对称，那么变速器比能力为-0.39至-2.55(应当指出的是负号只是表示变速器输入和输出在相反方向上旋转)。在变化为高速状态之后，作为使变速器比重置到-0.39的替代，其仅需要被重置为-0.57(即，-2.55/4.44)。这从图4显然，其中，在齿轮空挡处(在A处)的变速器比的绝对值略微小于到高速前进状态的过渡/转变(在B处)。
为了操作，此实施例的全环型变速器必须具备一定的牵引流体体积。虽然其也可以用于润滑所述传动装置中的其它部件，这是不利的，因为牵引流体可能比常规齿轮油更昂贵。因此，本实施例被构造成使得仅变速器20在牵引流体中操作，而其余部件是单独的并且在常规齿轮油中操作。这确保了用于进行传动装置的操作所需的牵引流体的量为最小的，这在最小化成本方面是有利的。此外，齿轮在齿轮油中操作的效率可能在齿轮油中比在牵引流体中略微更好。
图5示出了适合用于本发明实施例的两腔式全环型变速器。变速器具有第一环型凹入驱动盘110，第一环型凹入(凹部未图示)从动盘112朝向第一环型凹入驱动盘110。第一环型腔被限定于驱动盘110和从动盘112的相对着的环型凹入面之间。从动盘112也具有第二环型凹部111，第二环型凹部111在从动盘112的提供第二环型凹入从动表面的相对侧上。提供了第二环型凹入驱动盘113，与第二从动表面111限定第二环型腔。盘110、112、113中每一个位于共同轴线上，共同轴线将被称作变速器轴线。输入轴10与变速器轴线同轴。驱动盘110、113中每一个被固定到输入轴10上以用于随之旋转。从动盘112被承载用于在输入轴10上旋转。
第一滚轮114和第二滚轮116被安装于第一环型腔中，按照随着第一滚轮114和第二滚轮116倾斜而变化的变速器比而从驱动盘110传输驱动到从动盘112。第三滚轮115和第四滚轮117被安装于第二环型腔中，按照通过倾斜第三滚轮115和第四滚轮117而可变的比例来从驱动盘111向从动盘113传输驱动。
第一滚轮114和第二滚轮116可旋转地安装于第一滚轮架140中。第一滚轮架140包括用于第一滚轮114的第一滚轮托架144、146和用于第二滚轮116的第二滚轮托架。第二滚轮托架141包括用于第三滚轮115和第四滚轮117的类似滚轮托架。滚轮114、116和115、117各自由相应短轴(stub axle)142而安装，相应短轴142可旋转地安装于相应滚轮托架中，每个滚轮托架由相对的平面支承板144、146所限定。为了说明目的和清楚起见，滚轮的安装仅在一个滚轮上标出。滚轮114、116；115、117经由球面轴承而安装于支架140、141上以提供所需的运动自由度。第一滚轮架140承载着第一滚轮114和第二滚轮116并且第二滚轮架141承载着第三滚轮115和第四滚轮117。
每个滚轮架140、141包括相应横杆148、149，横杆148、149链接了在滚轮架140、141内的两个滚轮托架。每个滚轮托架被安装于横杆148、149上使得其能相对于横杆绕垂直于变速器轴线和短轴142旋转轴线二者的轴线枢转，也就是说，在盘110、112、113的切向。每个横杆被枢转地安装，枢转轴线平行于变速器轴线并且垂直于滚轮114、116；115、117的旋转轴线。
每个横杆148、149具有促动臂160、161，促动臂160、161从变速器轴线在径向方向上在大体上与横杆148、149上的相关联滚轮托架上的旋转轴线相平行的方向上突伸出。从变速器外壳突伸出的臂160、161的端部具有C形凹部(当沿着变速器轴线查看时)，用于与控制联动装置直接机械接合。
控制联动装置164包括联动杠杆166，联动杠杆166安装成用以在枢转轴承168上绕垂直于变速器轴线并且与变速器轴线相交的轴线而枢转。枢转轴承168被承载于促动器170的输出元件上。在联动杠杆的枢转轴线的相对侧，联动杠杆166的端部各自被接纳于臂160、161中相应臂的凹部中，由此，联动杠杆166操作性地链接到支架140、141。这些端部为部分球形以使得它们能在凹部内平稳地移动。因而，当联动杠杆166绕其枢转轴承168旋转时，臂160、161在与变速器轴线垂直的相应平面中在相反方向上移动所述臂160、161。当臂160、161施加在联动杠杆166上的力的量值相等并且方向相反时，联动杠杆166的旋转将停止。
在此实施例中，促动器170是双作用液压促动器。能使其输出元件在盘110、112、113切向的方向上移动，随之携带着联动杠杆166。
在变速器的操作期间，当促动器170从中央位置(其中，盘绕垂直于变速器轴线的轴线旋转)，其力由绕变速器轴线作用于滚轮114、116；115、117上的反作用扭矩来平衡。第一滚轮114和第二滚轮116上的扭矩是在与第三滚轮115和第四滚轮117的扭矩相反的方向上。因此，在联动杠杆166的相对端部上的力在相反方向上起作用。如已讨论那样，联动杠杆166将旋转直到平衡了这些力，这意味着来自一个腔的反作用扭矩也将被来自另一腔的反作用扭矩所平衡。
从动盘112在其圆周上设有齿130以形成正齿轮，由此驱动可以通过第三正齿轮60进行。生成了齿轮力Fg，其可能向驱动轴赋予弯曲力并且造成驱动表面110、113的更远部分远离从动表面112、111成弓形或张开。
图6示出了适用于本发明的实施例的另一变速器。在此实施例中，变速器具有形成于环型凹入驱动盘110与面对的环型凹入从动盘112之间的单个腔。这些盘是同轴的并且绕变速器轴线旋转。两个滚轮114、116(116未图示)被安装在限定于驱动盘110与从动盘112的相对着的环型凹入面之间的环型腔中，按照通过倾斜所述滚轮114、116而可变的比例从驱动盘110向从动盘112传输驱动。滚轮绕共同轴线旋转，共同轴线将被称作滚轮轴线。输入轴10与变速器轴线是同轴的。驱动盘110被固定到输入轴10以用于随之旋转。从动盘112被承载用于在输入轴10上旋转。
从动盘112在其圆周上设有齿130，由此，向第三正齿轮50进行驱动。生成了齿轮力Fg，其向输入轴10赋予弯曲力矩，这造成驱动盘110的驱动表面和从动盘112的从动表面的更远的部分外张分开。
每个滚轮114、116接触所述驱动盘110和从动盘112，驱动盘110和从动盘112被布置成使得当变速器在-1.0比例时(即，当滚轮轴线垂直于变速器轴线时)力Fg与穿过滚轮-盘接触点的两个平面垂直。这通过确保联结所述第三正齿轮60的旋转轴线与变速器轴线的线垂直于滚轮轴线来实现。
利用这种取向，对于每个盘110、112而言，滚轮-盘接触点位于穿过变速器的空挡弯曲轴线的平面中。这意味着当轴10弯曲时在每个滚轮114、116与盘110、112之间的两个接触点之间的距离基本上不变，并且发生的任何这样的变化将基本上相同地影响每个滚轮。这意味着在盘110、112与滚轮114、116之间的法向接触力基本上不受径向力Fg影响并且每个滚轮接触件承载着相同比例的所施加的端负荷力。
滚轮114和116可以各被促动器170促动或者可以都被单个促动机构促动。液压促动器可以用于提供比例控制。变速器优选地是扭矩控制的。
图7示意性地示出了适用于本发明实施例的两腔式变速器的另一变型。如同图5的实施例，这个变速器具有从动盘210，以及第一驱动盘201和第二驱动盘200。第一环型腔被形成于第一驱动盘201与从动盘210之间，并且第二环型腔被形成于第二驱动盘200与从动盘210之间。
作为在先前实施例中存在的从驱动盘到从动盘延伸的盘形滚轮的替代，这个变速器具有被支承于驱动盘与从动盘之间的若干双/对的滚轮组。在图7中，一个滚轮组包括第一滚轮212和第二滚轮213，并且也示出了三个类似的滚轮组。
每个滚轮具有带两个不同区域的外表面。圆锥形区域表示外部的大体上截头圆锥形的滚动表面214，并且球形区域表示外部的大体上部分球形的滚动表面215。(作为精确截头圆锥形的替代，圆锥形区域可以形成为具有很大冠半径或者具有弯曲边缘以便减小在圆锥形表面的边缘处的应力集中)。
来自驱动盘201的驱动被传输到滚轮组的第一滚轮212，因此到滚轮组的第二滚轮213，其然后驱动所述从动盘210。在滚轮组中的滚轮212、213被布置成使得仅它们的球形区域与盘接触并且仅它们的圆锥形区域彼此接触。
在每个滚轮组内，滚轮被承载于滚轮架上，滚轮架允许它们绕相对于彼此具有固定角度的轴线旋转。圆锥形区域的锥角、和在轴线之间的角度被布置成使得当由盘201、200、210沿着变速器轴线而被夹持在一起时，所有滚轮的旋转轴线位于穿过变速器轴线的平面内但伸展经过变速器轴线216。轴线仅在圆锥形表面和夹持反作用的影响下从彼此移位。移位的程度使得在至少一个位置，每个滚轮(未必同时)经历了下面的状态：其中跨整个接触表面上的差速小于0.5％，且在接触点中心处所述盘和所述滚轮表面210的切线、和滚轮旋转轴线211、以及盘旋转轴线216大体上经过相同点217。
图9和图10所示的变速器具有至少一对滚轮。滚轮沿着理论线彼此接触，理论线的中心点由m指示，该线基本上总是保持垂直于线AB，线AB穿过两个滚轮的接触线的、和每个滚轮及其相对应盘的接触线的中心点。每对中的两个滚轮的轴线X_Y分别相交或者是共点的并且总是位于包含驱动盘和从动盘的变速器轴线CD的平面中。
如已经陈述那样，本发明的重要目的在于提供一种用于车辆的传动系统，与常规传动装置相比，其减少了动力损失并且由此实现了操作成本的节省。图10表示出了，当施加到反铲式装载机或轮式装载机上时，通过扭矩转换器和实施本发明的传动装置来进行驱动的常规5前进/3倒车有级变化传动装置的功率损失的模型的预测。车辆道路速度在x轴线上表示并且在每个齿轮中，动力损失在Y轴线上表示。标记为1f至5f的迹线用于五个前进速度并且标记为1r至2r的迹线用于三个倒车速度。绘制了常规齿轮箱中的每个个别速度的动力损失，正如单线曲线表示使用本发明实施例的动力损失。
在图10中，阴影线区表示在两个传动系统之间的动力损失的差异。这表示与常规传动系统相比，本发明的实施例能实现显著的动力损失减少。
在上文所描述的实施例中，这些状态利用变速器以直接模式操作。即，通过传动装置流动的所有动力通过变速器传递。如本领域技术人员熟知的那样，在传动装置内至少两个替代布置是可能的。
在将被称作“动力分配”的第一替代布置中，仅总动力的一部分通过变速器，其余则沿循从传动装置的输入到输出的直接机械路径，绕开变速器。在此布置中，周转齿轮组被安置于传动装置的输入与变速器之间。
在将被称作“动力再循环”的第二替代布置中，总动力的一部分在从输出到输入的方向上通过变速器传递，超出通过传动装置传递的总量的动力沿循着从传动装置的输入到输出的直接机械路径，绕开变速器。在此布置中，周转齿轮组被安置于传动装置的输出与变速器之间。
应设想到本发明的实施例可以在高速状态使用至少动力分配或动力再循环。合适地，动力通过直接机械路径和变速器的流动方向是在相同方向。
在图11中示出了使用动力分配的传动装置的一种可能布置。这种布置包括低速状态周转齿轮组310和高速状态周转齿轮组312，每一个具有相关联的离合器314、316，离合器314、316能将相关联的周转齿轮组的输入连接到输出。当传动装置以高速状态操作时，这种布置在传动装置的输入上设置周转齿轮组。

Claims (24)

1.一种传动装置，其包括：
输入轴和输出轴，所述传动装置操作以在所述输入轴与所述输出轴之间传输旋转驱动，所述传动装置包括变速器，所述变速器能以介于最小变速器比与最大变速器比之间的无级变速比传输驱动，所述传动装置能在低速状态和在高速前进状态操作，所述传动装置：
在所述低速状态、以空挡低速状态变速器比操作，其中，所述传动装置的输出轴是静止的，与所述传动装置的输入轴的速度无关，并且以大于所述空挡低速状态变速器比的最大低速状态变速器比操作，其中，所述传动装置的输出轴在前进方向上从所述传动装置的输入轴以最大低速状态传动比而驱动；以及
在高速前进状态、以最小高速状态变速器比操作，其中，所述传动装置的输出轴在前进方向上从所述传动装置的输入轴以最小高速状态传动比驱动，并且以大于所述最小高速状态变速器比的最大高速状态变速器比操作，其中，所述传动装置的输出轴在前进方向上从所述传动装置的输入轴以大于所述最小高速状态传动比的最大高速状态传动比而驱动；以及
其中所述传动装置被设置使得所述低速状态和高速前进状态之间的改变不是同步的。
2.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述最大低速状态传动比基本上等于或大于所述最小高速状态传动比。
3.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，其还包括周转齿轮组，所述周转齿轮组操作以允许在所述低速状态中所述传动装置的输出轴是静止的，与所述传动装置的输入轴的速度无关。
4.根据权利要求3所述的传动装置，其特征在于，还包括低速离合器，所述低速离合器在所述低速状态中的操作期间接合以将所述周转齿轮组操作性地接合到所述变速器或所述输出轴并且在高速前进状态操作性地脱开以使所述周转齿轮组与所述变速器或所述输出轴操作性地断开联接。
5.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，还包括高速离合器，所述高速离合器在所述高速前进状态中的操作期间接合以将所述变速器联接到所述传动装置的输出轴，并且在所述低速状态中的操作期间脱开以使所述变速器与所述传动装置的输出轴断开联接。
6.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述传动装置仅操作以允许在所述变速器操作的比例的范围内实现齿轮空档传动比。
7.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述传动装置仅在所述高速状态能以高于所述最大低速状态传动比的传动比操作。
8.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，其还包括齿轮组，所述齿轮组至少在所述低速状态能选择性地连接到传动装置的驱动路径或与传动装置的驱动路径断开，以造成所述传动装置的输出轴发生反向。
9.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，在所述高速前进状态，通过所述传动装置传递的所有动力通过所述变速器传递。
10.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，在所述高速前进状态，通过所述传动装置传递的动力的部分绕开所述变速器。
11.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述变速器是扭矩控制的。
12.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述变速器在牵引流体的体积中操作，并且所述传动装置的其它部件在单独体积的齿轮油中操作。
13.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述传动装置的所述变速器和其它部件在共同的牵引流体体积中操作。
14.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述变速器是全环型变速器。
15.根据权利要求14所述的传动装置，其特征在于，其中所述全环型变速器包括两个腔，在各个腔中布置有两个滚轮。
16.一种包括前述权利要求1所述的传动装置的车辆。
17.根据权利要求16所述的车辆，其特征在于，其可操作以执行加载操作。
18.根据权利要求17所述的车辆，其特征在于，所述车辆为反铲式装载机、轮式装载机、或叉车之一。
19.一种在根据权利要求1至15中任一项所述的传动装置中或在根据权利要求16、17或18所述的车辆中执行状态改变的方法，所述方法包括：
将所述变速器比扫向所述最小变速器比以便从所述低速状态到所述高速状态改变所述传动装置的状态。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法还包括从所述输入轴移除扭矩。
21.一种装载车辆，包括：
传动装置，所述传动装置包括输入轴和输出轴，所述传动装置操作以在所述输入轴与所述输出轴之间传输旋转驱动；
所述传动装置还包括变速器，所述变速器被设置为以包括最小变速器比与最大变速器的变速器比范围内的无级变速比传输驱动；
所述传动装置能够在低速状态、以空挡低速状态变速器比操作，其中，所述传动装置的输出轴是静止的，与所述传动装置的输入轴的速度无关，并且处于大于所述空挡低速状态变速器比的最大低速状态变速器比，其中所述传动装置的输出轴从所述传动装置的输入轴以最大低速状态传动比而驱动；
其中所述传动装置还被设置使得在所述低速状态，随所述变速器比向上扫，传动比向上扫以在前进方向上提供低速、高扭矩驱动。
22.根据权利要求21所述的装载车辆，其特征在于，所述传动装置仅在所述低速状态操作以允许在所述变速器操作的比例的范围内实现齿轮空档传动比。
23.根据权利要求21或22所述的装载车辆，其特征在于，其是叉式升降机。
24.根据权利要求21或22所述的装载车辆，还包括齿轮组，所述齿轮组在所述低速状态能选择性地连接到所述传动装置的驱动路径或与驱动路径断开，以造成所述传动装置的输出轴发生反向。
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