CN105972179B - 锥盘式无级变速器及其调速机构 - Google Patents
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Abstract
一种锥盘式无级变速器及其调速机构，锥盘式无级变速器包括主动锥盘、从动锥盘、传动轴、挠性传动元件、主动轴承、从动轴承和调速机构，所述调速机构包括调速螺母、主动轴杠杆支架、从动轴杠杆支架、主动轴调速杠杆和从动轴调速杠杆，所述调速轴上设有螺纹，所述调速螺母连接在螺纹上，所述主动轴调速杠杆铰支在主动轴杠杆支架上且一端抵靠在调速螺母上，所述主动轴调速杠杆的另一端通过主动轴承抵靠在主动轴动锥盘上，所述从动轴调速杠杆铰支在从动轴杠杆支架上且一端抵靠在调速螺母上，所述从动轴调速杠杆的另一端通过从动轴承抵靠在从动轴动锥盘上。本发明缩减了变速器轴向尺寸，结构简单，易于加工，调速机构寿命长，调速轴不易损坏。
Description
技术领域
本发明属于无级变速器, 具体涉及一种锥盘式无级变速器及其调速机构。
背景技术
锥盘式无级变速器的调速机构包括调速轴和分别设置在锥盘式无级变速器的主动轴动锥盘及从动轴动锥盘背面的空心螺杆和螺母；锥盘式无级变速器的主动轴和从动轴分别置于空心螺杆内；空心螺杆和螺母以滚珠丝杠方式或滑动螺旋方式连接；螺母中通过可承受轴向载荷和径向载荷的动锥盘轴承与其对应的锥盘式无级变速器的动锥盘相连接，空心螺杆通过可承受轴向载荷和径向载荷的传动轴轴承与其对应的锥盘式无级变速器的传动轴相连接。这种调速机构轴向尺寸大，结构复杂，不易加工，且由于螺母需通过调速机构的动锥盘轴承连接动锥盘,调速机构的动锥盘轴承会承受较大的压力及摩擦力，会导致调速机构的动锥盘轴承产热过多，影响调速机构的使用寿命。
装有无级变速器的汽车，其经济性、动力性及排放比装有其他自动变速器的汽车更佳。对于锥盘式无级变速器的设计而言，对变速比控制的设计关系到无级变速器的性能。传统无级变速器采用电控液压控制机构，主要通过改变主动带轮油缸压力及从动带轮油缸压力的方式，改变无级变速器的传动比。但由于液压系统的介入，电控液压控制机构不可避免的会出现液压能量损失，具有结构复杂，成本高等缺点。
中国专利申请号201410106539.5公开了一种电控机械控制机构的锥盘式无级变速器，包括调速轴和分别设置在主动轴动锥盘及从动轴动锥盘背面的螺母；主动轴和从动轴分别置于空心螺杆内；空心螺杆和螺母以滚珠丝杠方式或滑动螺旋方式连接；螺母中的一个通过可承受轴向载荷和径向载荷的动锥盘轴承与其对应的动锥盘相连接，空心螺杆通过可承受轴向载荷和径向载荷的传动轴轴承与其对应的传动轴相连接。这种锥盘式无级变速器的调速机构轴向尺寸大，结构复杂，不易加工。且由于螺母需通过调速机构的动锥盘轴承连接动锥盘,调速机构的动锥盘轴承会承受较大的压力及摩擦力，会导致调速机构的动锥盘轴承产热过多，影响调速机构的使用寿命。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种轴向尺寸小，结构简单，易于加工且调速轴不易损坏的调速机构。
实现上述第一目的的技术方案是：
一种调速机构 ，包括调速轴和调速电机，调速轴与调速电机传动连接，其特征在于：还包括调速螺母、主动轴杠杆支架、从动轴杠杆支架、主动轴调速杠杆和从动轴调速杠杆，所述调速轴上设有螺纹，所述调速螺母连接在调速轴的螺纹上，所述主动轴调速杠杆铰支在主动轴杠杆支架上且一端与调速螺母的一端相抵，所述从动轴调速杠杆铰支在从动轴杠杆支架上且一端与调速螺母的另一端相抵。
所述调速螺母由周向限位元件周向限位。
上述技术方案的有益效果是：（1）由于调速机构采用调速杠杆，因而缩减了调速机构的轴向尺寸，结构简单，易于加工。（2）由于主动轴调速杠杆和从动轴调速杠杆对称设置，因而消除了非对称设置时在调速轴上产生的附加弯矩，使调速轴受力均匀，不易损坏。
本发明的第二目的是提供一种调速机构轴向尺寸小，结构简单，易于加工，使用寿命长且调速轴不易损坏的锥盘式无级变速器。
实现上述第二目的的技术方案是：
一种锥盘式无级变速器，包括主动锥盘、从动锥盘、传动轴、挠性传动元件、主动轴承、从动轴承和调速机构，所述传动轴包括主动轴和从动轴，所述主动锥盘和从动锥盘分别安装在主动轴和从动轴上，所述主动锥盘包括主动轴动锥盘和主动轴定锥盘，所述从动锥盘包括从动轴动锥盘和从动轴定锥盘，所述主动锥盘的主动轴动锥盘和主动轴定锥盘之间夹持着挠性传动元件，所述从动锥盘的从动轴动锥盘和从动轴定锥盘之间夹持着挠性传动元件，所述调速机构包括调速轴和调速电机，调速轴与调速电机传动连接，其创新点在于：
所述调速机构还包括调速螺母、主动轴杠杆支架、从动轴杠杆支架、主动轴调速杠杆和从动轴调速杠杆，所述调速轴上设有螺纹，所述调速螺母连接在调速轴的螺纹上，所述主动轴调速杠杆铰支在主动轴杠杆支架上且一端与调速螺母的一端相抵，所述主动轴调速杠杆的另一端与主动轴承的一端相抵，主动轴承的另一端抵靠在主动轴动锥盘的端面，所述从动轴调速杠杆铰支在从动轴杠杆支架上且一端与调速螺母的另一端相抵，所述从动轴调速杠杆的另一端与从动轴承的一端相抵，从动轴承的另一端抵靠在从动轴动锥盘的端面。
所述主动轴调速杠杆的另一端与主动轴承之间设有杠杆挡圈，所述从动轴调速杠杆的另一端与从动轴承之间设有杠杆挡圈。
所述调速轴包括光轴和调速螺杆，所述光轴与调速螺杆固定连接，所述调速螺杆上设有螺纹且调速螺母连接在调速螺杆的螺纹上。
所述主动轴调速杠杆有两个且两个主动轴调速杠杆对称安装在主动轴杠杆支架的两侧，所述从动轴调速杠杆有两个且两个从动轴调速杠杆对称安装在从动轴杠杆支架的两侧。
所述主动轴杠杆支架的一端通过主动轴轴承支承在主动轴上，另一端通过第一调速轴轴承支承在调速轴上，所述从动轴杠杆支架的一端通过从动轴轴承支承在从动轴上，另一端通过第二调速轴轴承支承在调速轴上。
所述主动轴调速杠杆通过第一杠杆中心轴铰支在主动轴杠杆支架上，所述从动轴调速杠杆通过第二杠杆中心轴铰支在从动轴杠杆支架上。
所述调速螺母由周向限位元件周向限位。
所述主动轴调速杠杆的一端与调速螺母的一端具有第一接触面，所述从动轴调速杠杆的一端与调速螺母的另一端具有第二接触面，第一接触面与第二接触面对称分布在调速螺母的两端。
所述主动轴定锥盘和从动轴定锥盘中的一个定锥盘的背面设有加压机构，所述加压机构为凸轮加压机构，背面设有凸轮加压机构的一个定锥盘与对应的传动轴保持既可作轴向相互移动、又可相互转动的连接关系；背面未设凸轮加压机构的另一个定锥盘与对应的传动轴固定连接，该凸轮加压机构包括轴向相对布置的主动凸轮、钢球和从动凸轮，且主动凸轮和从动凸轮均与对应的传动轴连接。
上述技术方案的有益效果是：（1）由于锥盘式无级变速器的调速机构采用了调速杠杆，因而缩减了锥盘式无级变速器的调速机构轴向尺寸，结构简单，易于加工。（2）由于锥盘式无级变速器的调速机构采用了调速杠杆且由调速杠杆推动动锥盘轴承，因而克服了现有技术调速机构的空心螺母一边要转动一边要推动动锥盘轴承会产生很大的压力及摩擦力因而动锥盘轴承产热过多的问题，提高了锥盘式无级变速器的使用寿命。（3）由于锥盘式无级变速器的主动锥盘调速机构和从动锥盘调速机构对称分布，主动轴调速杠杆和从动轴调速杠杆对称设置，因而消除了非对称设置时在调速轴上产生的附加弯矩，使调速轴受力均匀，不易损坏。
附图说明
图1为锥盘式无级变速器的结构示意图；
图2为周向限位元件为销轴的调速机构的立体示意图；
图3为主动轴杠杆支架的立体示意图 ；
图4为主动轴杠杆支架和主动轴调速杠杆装配后的立体示意图；
图5为周向限位元件为螺栓的调速机构的立体示意图；
图6为周向限位元件为板的调速机构的立体示意图；
图7为调速轴的光轴示意图；
图8为调速轴的调速螺杆与调速螺母装配示意图；
图9为正常状态下主动锥盘、从动锥盘与挠性传动元件的连接示意图；
图10为减小传动比状态下主动锥盘、从动锥盘与挠性传动元件的连接示意图；
图11为增加传动比状态下主动锥盘、从动锥盘与挠性传动元件的连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图以及给出的实施例，对本发明作进一步的说明：
如图1-8所示，一种调速机构 ，包括调速轴4和调速电机6，调速轴4与调速电机6传动连接，其特征在于：还包括调速螺母7、主动轴杠杆支架8、从动轴杠杆支架9、主动轴调速杠杆10和动轴调速杠杆11，所述调速轴4上设有螺纹，所述调速螺母7连接在调速轴4的螺纹上，所述主动轴调速杠杆10铰支在主动轴杠杆支架8上且一端与调速螺母7的一端相抵，所述从动轴调速杠杆11铰支在从动轴杠杆支架9上且一端与调速螺母7的另一端相抵。
所述调速螺母7可由周向限位元件14进行周向限位。周向限位元件14可以是销轴或螺栓，也可以是板，这种限位方式可提高调速螺母的使用寿命。
如图1-8所示,一种锥盘式无级变速器，包括主动锥盘1、从动锥盘2、传动轴3、挠性传动元件5、主动轴承12、从动轴承13和调速机构22，所述传动轴3包括主动轴3-1和从动轴3-2，所述主动锥盘1和从动锥盘2分别安装在主动轴3-1和从动轴3-2上，所述主动锥盘1包括主动轴动锥盘1-1和主动轴定锥盘1-2，所述从动锥盘2包括从动轴动锥盘2-1和从动轴定锥盘2-2，所述主动锥盘1的主动轴动锥盘1-1和主动轴定锥盘1-2之间夹持着挠性传动元件5，所述从动锥盘2的从动轴动锥盘2-1和从动轴定锥盘2-2之间夹持着挠性传动元件5，所述调速机构22包括调速轴4和调速电机6，调速轴4与调速电机6传动连接，其创新点在于：
所述调速机构22还包括调速螺母7、主动轴杠杆支架8、从动轴杠杆支架9、主动轴调速杠杆10和从动轴调速杠杆11，所述调速轴4上设有螺纹，所述调速螺母7连接在调速轴4的螺纹上，所述主动轴调速杠杆10铰支在主动轴杠杆支架8上且一端与调速螺母7的一端相抵，所述主动轴调速杠杆10的另一端与主动轴承12的一端相抵，主动轴承12的另一端抵靠在主动轴动锥盘1-1的端面，所述从动轴调速杠杆11铰支在从动轴杠杆支架9上且一端与调速螺母7的另一端相抵，所述从动轴调速杠杆11的另一端与从动轴承13的一端相抵，从动轴承13的另一端抵靠在从动轴动锥盘2-1的端面。
所述主动轴调速杠杆10的另一端与主动轴承12之间设有杠杆挡圈23，所述从动轴调速杠杆11的另一端与从动轴承13之间设有杠杆挡圈24，这样可增加主动轴调速杠杆10与主动轴承12的接触面积，也可增加从动轴调速杠杆11与从动轴承13的接触面积，使主动轴承12和从动轴承13的受力均匀。
如图7、8所示，所述调速轴4包括光轴4-1和调速螺杆4-2，所述光轴4-1与调速螺杆4-2固定连接，所述调速螺杆4-2上设有螺纹且调速螺母7连接在调速螺杆4-2的螺纹上。
如图1-8所示，所述主动轴调速杠杆10有两个且两个主动轴调速杠杆10对称安装在主动轴杠杆支架8的两侧，所述从动轴调速杠杆11有两个且两个从动轴调速杠杆11对称安装在从动轴杠杆支架9的两侧。这样可使主动轴承12或从动轴承13受力均匀。
所述主动轴杠杆支架8的一端通过主动轴轴承16支承在主动轴3-1上，另一端通过第一调速轴轴承17支承在调速轴4上，所述从动轴杠杆支架9的一端通过从动轴轴承18支承在从动轴3-2上，另一端通过第二调速轴轴承19支承在调速轴4上。这种固定方式结构简单。
所述主动轴调速杠杆10通过第一杠杆中心轴20铰支在主动轴杠杆支架8上，所述从动轴调速杠杆11通过第二杠杆中心轴21铰支在从动轴杠杆支架9上。这种连接方式结构简单。
所述调速螺母7可由周向限位元件14进行周向限位。周向限位元件14可以是销轴或螺栓，也可以是板，这种限位方式可提高调速螺母的使用寿命。
所述主动轴调速杠杆10的一端与调速螺母7的一端具有第一接触面7-1，所述从动轴调速杠杆11一端与调速螺母7的另一端具有第二接触面7-2，第一接触面7-1与第二接触面7-2对称分布在调速螺母7的两端。这样消除了在非对称设置时在调速轴上产生的附加弯矩。
所述主动轴定锥盘1-2和从动轴定锥盘2-2中的至少一个定锥盘的背面设有加压机构15，对定锥盘设加压机构的目的是增加挠性传动元件传递的扭矩。
所述加压机构15为凸轮加压机构，背面设有凸轮加压机构15的一个定锥盘与对应的传动轴3保持既的轴向相互移动、又可相互转动的连接关系；背面未设凸轮加压机构15的另一个定锥盘与对应的传动轴3固定连接。该凸轮加压机构包括轴向相对布置的主动凸轮15-1、钢球15-3和从动凸轮15-2，且主动凸轮15-1和从动凸轮15-2均与对应的传动轴3连接。
所述调速螺母7与调速轴4上的螺纹之间设有中间滚动体，所述中间滚动体可以是滚珠或钢珠。这样可减小调速力矩，提高调速螺母与调速轴的使用寿命。
所述挠性传动元件5为钢带，或金属带，或链，或V型带。
如图9、10所示，当需要减小传动比时，调速电机6带动调速轴4顺时针转动，由于调速螺母7的端面受主动轴调速杠杆10的轴向力，且由于加压机构15的作用，这一轴向力是根据外部载荷变化的，通过设置合适的接触点的位置,使这一轴向压力产生的摩擦力矩大于调速螺母7的驱动转矩，保证调速螺母7在任意时刻都不会周向运动。调速螺母7的周向运动也可以被周向限位元件14限制，这种限位方式可提高调速螺母的使用寿命。因此调速螺母7只能做轴向运动，减小传动比时调速螺母7向左移动，进而推动主动轴调速杠杆10的与调速螺母7相抵的一端向左移动，这样导致主动轴调速杠杆10的与主动轴承12相抵的另一端向
右移动，进而推动主动轴动锥盘1-1向右移动，由于主动轴定锥盘1-2轴向固定不动或只能轴向移动, 因此主动轴动锥盘1-1与主动轴定锥盘1-2端面间的距离L会减小为L－δ，挤压挠性传动元件5与主动锥盘1接触端产生径向向外偏移，使得挠性传动元件5在主动锥盘1一端的传动半径R1变大，由于挠性传动元件5总长不变，这样会使从动锥盘2一端的传动半径R2变小。同时挠性传动元件可挤压从动轴动锥盘2-1向右移动，进而通过从动轴承13推动从动轴调速杠杆11的另一端向右运动，从而使从动轴调速杠杆11的一端向左移动。当达到预期传动比时，调速电机6停止工作，同时调速轴4停止转动。这样即是减小传动比的过程。
如图9、11所示，当需要增加传动比时，调速电机6带动调速轴4逆时针转动，由于调速螺母7的端面受从动轴调速杠杆11的轴向力，且由于加压机构15的作用，这一轴向力是根据外部载荷变化的，通过设置适合的接触点位置，使这一轴向压力产生的摩擦力矩大于调速螺母7的驱动转矩，保证调速螺母7在任意时刻都不会周向运动。调速螺母7的周向运动也可以被周向限位元件14限制，这种限位方式可提高调速螺母的使用寿命。因此调速螺母7只能做轴向运动，增加传动比时调速螺母7向右移动，进而推动从动轴调速杠杆11的与调速螺母7相抵的一端向右移动，这样导致从动轴调速杠杆11的与从动轴承13相抵的另一端向左移动，进而推动从动轴动锥盘2-1向左移动，由于从动轴定锥盘2-2轴向固定不动或只能轴向移动因此从动轴动锥盘2-1与从动轴定锥盘2-2端面间的距离L会减小为L－δ，挤压挠性传动元件5与从动锥盘2接触端产生径向向外偏移，使得挠性传动元件5在从动锥盘2一端的传动半径R2变大，由于挠性传动元件5总长不变，这样会使主动锥盘2一端的传动半径R1变小。同时可挤压主动轴动锥盘1-1向左移动，进而通过主动轴承12推动主动轴调速杠杆10的另一端向左运动，从而使主动轴调速杠杆10的一端向右移动。当达到预期传动比时，调速电机6停止工作，同时调速轴4停止转动。这样即增加传动比的过程。
Claims (11)
1.一种调速机构，包括调速轴(4)和调速电机(6)，调速轴(4)与调速电机(6)传动连接，其特征在于：还包括调速螺母(7)、主动轴杠杆支架(8)、从动轴杠杆支架(9)、主动轴调速杠杆(10)和从动轴调速杠杆(11)，以及主动轴承(12)和从动轴承(13)，所述调速轴(4)上设有螺纹，所述调速螺母(7)连接在调速轴(4)的螺纹上，所述主动轴调速杠杆(10)铰支在主动轴杠杆支架(8)上且一端与调速螺母(7)的一端相抵，所述主动轴调速杠杆(10)的另一端与主动轴承(12)的一端相抵，所述从动轴调速杠杆(11)铰支在从动轴杠杆支架(9)上且一端与调速螺母(7)的另一端相抵，所述从动轴调速杠杆(11)的另一端与从动轴承(13)的一端相抵。
2.根据权利要求1所述的调速机构，其特征在于：所述调速螺母(7)由周向限位元件(14)周向限位。
3.一种锥盘式无级变速器，包括主动锥盘(1)、从动锥盘(2)、传动轴(3)、挠性传动元件(5)、主动轴承(12)、从动轴承(13)和调速机构(22)，所述传动轴(3)包括主动轴(3-1)和从动轴(3-2)，所述主动锥盘(1)和从动锥盘(2)分别安装在主动轴(3-1)和从动轴(3-2)上，所述主动锥盘(1)包括主动轴动锥盘(1-1)和主动轴定锥盘(1-2)，所述从动锥盘(2)包括从动轴动锥盘(2-1)和从动轴定锥盘(2-2)，所述主动锥盘(1)的主动轴动锥盘(1-1)和主动轴定锥盘(1-2)之间夹持着挠性传动元件(5)，所述从动锥盘(2)的从动轴动锥盘(2-1)和从动轴定锥盘(2-2)之间夹持着挠性传动元件(5)，所述调速机构(22)包括调速轴(4)和调速电机(6)，调速轴(4)与调速电机(6)传动连接，其特征在于：
所述调速机构(22)还包括调速螺母(7)、主动轴杠杆支架(8)、从动轴杠杆支架(9)、主动轴调速杠杆(10)和从动轴调速杠杆(11)，所述调速轴(4)上设有螺纹，所述调速螺母(7)连接在调速轴(4)的螺纹上，所述主动轴调速杠杆(10)铰支在主动轴杠杆支架(8)上且一端与调速螺母(7)的一端相抵，所述主动轴调速杠杆(10)的另一端与主动轴承(12)的一端相抵，主动轴承(12)的另一端抵靠在主动轴动锥盘(1-1)的端面，所述从动轴调速杠杆(11)铰支在从动轴杠杆支架(9)上且一端与调速螺母(7)的另一端相抵，所述从动轴调速杠杆(11)的另一端与从动轴承(13)的一端相抵，从动轴承(13)的另一端抵靠在从动轴动锥盘(2-1)的端面。
4.根据权利要求3所述的锥盘式无级变速器，其特征在于：所述主动轴调速杠杆(10)的另一端与主动轴承(12)之间设有主动杠杆挡圈(23)，所述从动轴调速杠杆(11)的另一端与从动轴承(13)之间设有从动杠杆挡圈(24)。
5.根据权利要求3所述的锥盘式无级变速器，其特征在于：所述调速轴(4)包括光轴(4-1)和调速螺杆(4-2)，所述光轴(4-1)与调速螺杆(4-2)固定连接，所述调速螺杆(4-2)上设有螺纹且调速螺母(7)连接在调速螺杆(4-2)的螺纹上。
6.根据权利要求3所述的锥盘式无级变速器，其特征在于：所述主动轴调速杠杆(10)有两个且两个主动轴调速杠杆(10)对称安装在主动轴杠杆支架(8)的两侧，所述从动轴调速杠杆(11)有两个且两个从动轴调速杠杆(11)对称安装在从动轴杠杆支架(9)的两侧。
7.根据权利要求3所述的锥盘式无级变速器，其特征在于：所述主动轴杠杆支架(8)的一端通过主动轴轴承(16)支承在主动轴(3-1)上，另一端通过第一调速轴轴承(17)支承在调速轴(4)上，所述从动轴杠杆支架(9)的一端通过从动轴轴承(18)支承在从动轴(3-2)上，另一端通过第二调速轴轴承(19)支承在调速轴(4)上。
8.根据权利要求3所述的锥盘式无级变速器，其特征在于：所述主动轴调速杠杆(10)通过第一杠杆中心轴(20)铰支在主动轴杠杆支架(8)上，所述从动轴调速杠杆(11)通过第二杠杆中心轴(21)铰支在从动轴杠杆支架(9)上。
9.根据权利要求3所述的锥盘式无级变速器，其特征在于：所述调速螺母(7)由周向限位元件(14)周向限位。
10.根据权利要求3所述的锥盘式无级变速器，其特征在于：所述主动轴调速杠杆(10)的一端与调速螺母(7)的一端具有第一接触面(7-1)，所述从动轴调速杠杆(11)的一端与调速螺母(7)的另一端具有第二接触面(7-2)，第一接触面(7-1)与第二接触面(7-2)对称分布在调速螺母(7)的两端。
11.根据权利要求3所述的锥盘式无级变速器，其特征在于：所述主动轴定锥盘(1-2)和从动轴定锥盘(2-2)中的一个定锥盘的背面设有加压机构(15)，所述加压机构(15)为凸轮加压机构，背面设有凸轮加压机构(15)的一个定锥盘与对应的传动轴(3)保持既可作轴向相互移动、又可相互转动的连接关系；背面未设凸轮加压机构(15)的另一个定锥盘与对应的传动轴(3)固定连接，该凸轮加压机构包括轴向相对布置的主动凸轮(15-1)、钢球(15-3)和从动凸轮(15-2)，且主动凸轮(15-1)和从动凸轮(15-2)均与对应的传动轴(3)连接。
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