CN105221692B - 一种无离合无级变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无离合无级变速器，包括输入轴、第一差速器、第二差速器和无级变速机构，该变速器在汽车驻车、倒车、前进、加减速等所有情况下，所有机构均出于连接状态，无需断开任何一处连接来改变变速器工作状态，其只需调节变速机构的变速比即可实现以上所有工作状态；此外，该无级变速器传输扭矩更大，效率更高，是一种非常理想的变速器。

Description

一种无离合无级变速器
技术领域
本发明涉及车辆变速器，涉及一种无离合无级变速器。
背景技术
目前，汽车上采用的金属带式CVT(无级变速器)普遍适用于小排量，且需与之配套使用液力变矩器。其缺点主要表现在：液力变矩器传输效率低，金属带式传输效率也较低(普遍低于80％)，金属带式CVT承载能力小，传输扭矩小。由此看出，无级变速带来的燃油经济性优势并没有很大程度凸显出来。此外，这种传统的CVT在大载荷情况下将发生打滑，使得金属带与锥轮间发生剧烈摩擦，导致温度迅速升高，出于保护变速器，将自动切断动力，也就是说，行驶过程中可能突然失去动力，这对于高速公路上，特别是超车时特别危险，可能危及生命。
就CVT所面临的种种缺点，有很多人提出了一些创新的想法。据目前了解，已经有人提出双差式无极变速器，其虽然均使用两个差速器，但变速器效率仍然很低。
总体看来，金属带式CVT的研究都在进行当中，也在大力发展当中，目前的瓶颈在于金属带CVT的效率与承载能力始终在一个较低的水平，因此。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无离合无级变速器，解决传统变速器效率低、承载扭矩小的问题，结构更加简化，操纵简化，调速宽。
本发明采用如下技术方案：
一种无离合无级变速器，包括输入轴、第一差速器、第二差速器和无级变速机构，输入轴上依次固定有第一输入轴齿轮和第二输入轴齿轮，第一输入轴齿轮和第二输入轴齿轮分别与第一差速器差速壳齿轮和第二差速器差速壳齿轮啮合，第一输入轴齿轮和第二输入轴齿轮在一条直线上、且共用一根半轴-中间半轴，中间半轴上固定有中间半轴锥齿轮，第二差速器的另一半轴作为变速器的输出轴，第一差速器的另一半轴上固定有第一差速器半轴锥齿轮，中间半轴锥齿轮和第一差速器半轴锥齿轮与无级变速机构的齿轮啮合，通过无级变速机构改变第一差速器半轴锥齿轮与无级变速机构所在的轴的转速关系。
优选地，所述第一输入轴齿轮和第二输入轴齿轮为圆柱直齿轮或斜齿轮。
优选地，所述第一差速器、第二差速器为行星差速器，第一差速器差速壳齿轮和第二差速器差速壳齿轮为圆柱直齿轮或斜齿轮。
优选地，所述无级变速机构为金属带式无级变速器、摩擦轮式无级变速器或锥环式无级变速器。
优选地，所述金属带式无级变速器输入齿轮和输出齿轮都为锥齿轮。
优选地，所述第二差速器另一半轴上固定有输出轴齿轮。
本发明的无离合无级变速器，采用两个差速器以及一个无级变速机构整体没有分离机构，所有机构工作时或不工作时均处于连接状态。即可实现驻车、起步、高速运转等功能，其利用功率分流原理实现调速与动力传输分开，该CVT能承受超大扭矩，能以高效率传输动力，可实现超大范围调速的功能，即，其既有手动档的高效率、大承载能力的优点，又有无级变速良好的经济燃油性，非常巧妙得将二者结合起来，不仅如此，其还有意外的功能，那就是不需要离合器即可切断动力，只需调节两个锥轮的传动比即可实现。
相对于传统金属带式CVT，本发明既采用金属带传动，又不抛弃齿轮刚性传动；利用功率分流原理，无级变速机构承担的作用主要是调速，使得少部分扭矩通过效率较低的CVT，而大部分扭矩通过效率很高的齿轮传动的方式传输；创新性地将两个差速器巧妙地与CVT以及输入输出轴结合，实现了从0到nmax超大范围调速，抛弃了效率极低的液力变矩器。因此，能发挥齿轮高效大扭矩传动的优势，调速范围广。
附图说明
图1是本发明的三维模型图；
图2是本发明的机械结构简图；
图中：1.第一输入轴齿轮；2.中间半轴锥齿轮；3.第二输入轴齿轮；4.第二差速器；5.输出轴齿轮；6.第二差速器差速壳齿轮；7.无级变速机构；8.无级变速机构输出锥齿轮；9.第一差速器；10.无级变速机构输入锥齿轮；11.第一差速器半轴锥齿轮；12.第一差速器差速壳齿轮。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图和实例对本发明的工作原理及系统结构详细说明。
如图1和图2所述，本发明包括第一输入轴齿轮1；中间半轴锥齿轮2；第二输入轴齿轮3；第二差速器4；输出轴齿轮5；第二差速器差速壳齿轮6；无级变速机构7；无级变速机构输出锥齿轮8；第一差速器9；无级变速机构输入锥齿轮10；第一差速器半轴锥齿轮11；第一差速器差速壳齿轮12。
本发明包括输入轴，输入轴上依次固定有第一输入轴齿轮1和第二输入轴齿轮3，其分别与第一差速器差速壳齿轮12和第二差速器差速壳齿轮6啮合啮合。两个差速器轴线在一条直线上，且具有一根共用的半轴，此半轴称为中间半轴，中间半轴上固定有中间半轴锥齿轮2，第二差速器4的另一半轴作为变速器的输出轴，第一差速器9的另一半轴上固定有第一差速器半轴锥齿轮11，中间半轴锥齿轮2和第一差速器半轴锥齿轮11的作用是通过与无级变速机构7部分的齿轮进行啮合，以使得这两个齿轮所在的轴的转速关系(转速比、传动比)靠无级变速机构来确定。
进一步，所述第一差速器9、第二差速器4为行星差速器，第一差速器差速壳齿轮12和第二差速器差速壳齿轮6为圆柱直齿轮或斜齿轮。一个差速器具有两根半轴，其中一个差速器的两个半轴采用无级变速机构连接，即该差速器的一个半轴和中间半轴之间存在一种变速关系，且为无级变速关系，二者之间通过无级变速机构实现连接，例中所列通过锥齿轮以及金属带式无级变速器使其相连，但不局限于使用该种连接方式。
进一步，第一输入轴齿轮1和第二输入轴齿轮3为圆柱直齿轮或斜齿轮。
进一步，无级变速机构为金属带式无级变速器、摩擦轮式无级变速器或锥环式无级变速器，其有无级变速机构输入锥齿轮10和无级变速机构输出锥齿轮8，无级变速机构输入锥齿轮10和无级变速机构输出锥齿轮8都为锥齿轮。
进一步，第二差速器4另一半轴上固定有输出轴齿轮5。
动力通过输入轴与动力机相连，工作时，调节无级变速机构的变速比，其直接目的是改变中间半轴锥齿轮2和第一差速器半轴锥齿轮11的速度关系，即可实现该变速器输出轴的转速变化。在输入轴转速不变的情况下，通过给定中间半轴锥齿轮2和第一差速器半轴锥齿轮11之间不同转速比，即可实现输出轴齿轮5的转速变化。并且，其变速范围很广，可正转、反转、停转。
原理阐述
变速分析
如图1，已知i11,2为图中11与2之间的传动比，其值与i9,8相等，通过无级变速机构来确定；
i3,6＝3 (1)
i1,12＝2 (2)
其它锥齿轮传动比均为1。
差速器的转速计算公式：两个半轴的转速之和等于差速器壳转速的2倍。
现假设输入转速(即1或3的转速)为n1，输出转速n5有以下的推导过程：
根据差速器转速公式：
n2+n11＝2n12 (3)
n1即为n3。
又有差速器转速公式:
n2+n5＝2n6 (6)
由以上各式可解出
由以上计算可知，当输入转速为n1时，i11,2由变速机构调节确定。并且由式(8)可知，n5可为正、负数以及零。现假设：
i11,2∈[0.4,2] (9)
由式(8)及式(9)可得出：
根据式(10)可知，该变速器在变速机构一定范围内连续速比的变化，使得变速器输出转速由负值连续变化至一个正值，这意味着当该变速器应用于汽车上时，即使发动机输出转速不变的情况下，汽车能在该变速器的功用下实现前进、驻车及后退等功能，且期间不需断开机构连接，只需要给定变速机构传动比即可。
本发明的无离合无级变速器，动力通过齿轮结构与无级变速机构共同传输，根据齿轮高效率传动以及大承载能力的特点，变速器整体效率以及承载能力必然相对于现有的无级变速器有极大的提升。初步估算工作效率达90％以上。
本发明提出的全新结构的CVT无需离合器、液力变矩器。传统的无级变速器多为金属带式无级变速器，其效率低、承载扭矩小，且需要倒车机构，结构复杂。本发明变速机构部分同样可采用金属带式无级变速器，但此时，其承担的作用主要是调速，而非传输扭矩。本发明的扭矩大部分通过齿轮传动的方式传输，并非所有动力通过金属带式无级变速器传输。因此，能发挥齿轮高效大扭矩传动的优势。调速范围广可通过计算说明。其范围广表现在能使得输出轴转速有正到负值的变化，使得变速器不需要倒挡机构，使得结构简单，操控简单。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种无离合无级变速器，其特征在于：包括输入轴、第一差速器(9)、第二差速器(4)和无级变速机构(7)，输入轴上依次固定有第一输入轴齿轮(1)和第二输入轴齿轮(3)，第一输入轴齿轮(1)和第二输入轴齿轮(3)分别与第一差速器差速壳齿轮(12)和第二差速器差速壳齿轮(6)啮合，第一输入轴齿轮(1)和第二输入轴齿轮(3)在一条直线上、且共用一根半轴，此半轴为中间半轴，中间半轴上固定有中间半轴锥齿轮(2)，第二差速器(4)的另一半轴作为变速器的输出轴，第一差速器(9)的另一半轴上固定有第一差速器半轴锥齿轮(11)，中间半轴锥齿轮(2)和无级变速机构输出锥齿轮(8)啮合，第一差速器半轴锥齿轮(11)和无级变速机构输入锥齿轮(10)啮合，以使得中间半轴锥齿轮(2)和无级变速机构输出锥齿轮(8)所在的轴的转速关系通过无级变速机构来确定；
所述无级变速机构为金属带式无级变速器、摩擦轮式无级变速器或锥环式无级变速器；
所述金属带式无级变速器输入齿轮和输出齿轮都为锥齿轮；
所述第二差速器(4)另一半轴上固定有输出轴齿轮(5)。
2.根据权利要求1所述的无离合无级变速器，其特征在于：所述第一输入轴齿轮(1)和第二输入轴齿轮(3)为圆柱直齿轮或斜齿轮。
3.根据权利要求1所述的无离合无级变速器，其特征在于：所述第一差速器(9)、第二差速器(4)为行星差速器，第一差速器差速壳齿轮(12)和第二差速器差速壳齿轮(6)为圆柱直齿轮或斜齿轮。
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