CN106122405B - 一种自适应变速平盘牵引式无级变速器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应变速平盘牵引式无级变速器，包括输入轴、平盘、滚轮和输出轴；其特征在于输入轴穿过机架与平盘之间固定连接，平盘绕着输入轴轴线旋转，且平盘与输入轴之间设置有加压弹簧机构，加压弹簧机构一端连接在机架上，另一端连接在平盘一端；滚轮设置于平盘上径向位置，与平盘构成牵引传动，且可以沿着平盘径向移动；输出轴一端设置有外螺纹，滚轮上设置有内螺纹，输出轴外螺纹与滚轮上的内螺纹构成螺纹连接，使得滚轮可以绕着输出轴轴线旋转；滚轮另一端与平衡弹簧机构一端连接，平衡弹簧机构的另一端连接在机架上。该无级变速器可以实现对于输出轴扭矩变化的自适应变速，结构简单，控制方便，容易实现。
Description
技术领域
本发明涉及牵引式无级变速器领域，尤其涉及一种自适应变速平盘牵引式无级变速器。
背景技术
无级变速器（CVT）是一种理想的机械传动方案，因为无级变速器可以提供一系列的连续传动比使得车辆发动机始终处于高效点工作，这就极大地提高了整车的效率，减小了车辆排放，达到节能减排的作用。据统计，采用无级变速器的汽车比采用自动变速器（AT）的汽车节油7%-15%,减少废气排放约10%，而且生产成本降低20%-30%。采用无级变速器传动系的混合动力车的油耗有可减少30%，排放可减少45%。无级变速器具有低油耗、高动力、少排放的优势。因此，无级变速器技术在日本、英国、美国等发达国家被长期研究，很多高校与汽车制造商联合研发出多种具有优越性能的无级变速器，但目前被广泛应用的仅有金属带无级变速器，然而研究表明：牵引式无级变速器具有功率密度高、效率高、传递功率大等特点，将会成为未来无级变速器技术的发展方向，因此已成为日本、美国等国家的研究重点。
对于牵引式无级变速器而言，主要由变速机构、加载机构与传动机构三大机构组成，实现变速的关键是变速机构。对于变速机构，现在多采用电控方式实现自动变速，工作原理是通过监测负载力信号，整车运动速度、加速度，油门开度等信号反馈给控制器，实现变速控制。可见，电控方式需要复杂的控制电路和监测传感器，成本较高。而在现代机械发展的背景下，对于具有自适应功能的智能机械情有独钟，智能机械是提升现代机械可靠性、高效率、简化控制及结构、降低成本的重要手段。如果针对牵引式无级变速器能够设计出可根据负载而自动变速的自适应变速机构，将进一步提高牵引式无级变速器的结构紧凑性，降低控制复杂度，对于牵引式无级变速器的技术发展和推广应用具有一定的推动作用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自适应变速平盘牵引式无级变速器，该无级变速器具有对负载变化实现自适应变速的功能。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种自适应变速平盘牵引式无级变速器，包括输入轴、平盘、滚轮和输出轴；其特征在于输入轴与平盘之间固定连接，平盘绕着输入轴轴线旋转，且平盘与输入轴之间设置有加压弹簧机构, 加压弹簧机构一端连接在机架上，另一端连接在平盘一端；滚轮设置于平盘上径向位置，与平盘构成牵引传动，且可以沿着平盘径向移动；输出轴一端设置有外螺纹，滚轮中心设置有内螺纹，输出轴外螺纹与滚轮上的内螺纹构成螺纹连接，使得滚轮可以绕着输出轴轴线旋转；滚轮另一端与平衡弹簧机构一端连接，平衡弹簧机构的另一端连接在机架上。
上述方案中，为了实现平盘牵引式无级变速器不同速比下的加载问题，将平盘设置为斜面锥盘，斜面倾斜方向为：沿着平盘从外缘到中心向上倾斜。
上述方案中，所述加压弹簧机构优选蝶形弹簧。
上述方案中，所述平衡弹簧机构优选圆柱螺旋弹簧。
上述方案中，所述螺纹连接传动角大于摩擦角，螺纹传动不自锁。
上述方案中，所述平衡弹簧机构的劲度系数确定的方法为：
步骤一：根据平盘牵引式无级变速器结构参数确定平衡弹簧机构的最大压缩量；
步骤二：根据输出轴螺纹段材料特性，确定摩擦系数f，计算摩擦角；
步骤三：根据耐磨性方法估算确定输出轴外螺纹的中径D2；
步骤四：计算平衡弹簧的劲度系数K，，其中T为输出轴在对应平衡弹簧机构的最大压缩量时承受的负载扭矩，即为设计时的最大传递扭矩，为螺纹传动的导程。
本发明实现自适应变速的工作原理为：假设变速前输出轴扭矩为，螺纹连接轴向力为，压缩弹簧形变，产生轴向弹性力，忽略径向摩擦力，对自适应变速机构进行轴向方向受力分析：；设此时平盘的接触半径为，滚轮的接触半径为，则不考虑自旋与滑移时的理论传动比为。
当输出轴扭矩突然增大时，会产生轴向，这时平衡被破坏，输出轴与滚轮之间产生相对位移，进一步压缩弹簧，形变为，最终输出轴轴向方向达到新的受力平衡，即。新平衡下，滚轮沿着平盘径向移动了，接触半径变为，则理论传动比变为，自适应了负载的改变进行了变速。
本发明的有益效果在于：现有技术中，实现自适应变速的方式多采用的电控方式，控制难度大、结构复杂、成本高，而对于平盘式无级变速器，还多停留在手动变速，本发明提供了一种可以实现对负载扭矩进行自适应变速的平盘式牵引式无级变速器，其具有力封闭作用的平衡弹簧机构、自动加压弹簧机构和螺纹连接组成的变速机构，结构简单，方便实现。
附图说明
图1为本发明所述的自适应变速平盘牵引式无级变速器的一个实施例，处于高速低载荷状态。
图2为本发明所述的自适应变速平盘牵引式无级变速器的一个实施例，处于低速高载荷状态。
图3为本发明所述的自适应变速平盘牵引式无级变速器的另一个实施例，描述了一种斜面锥盘结构类自适应变速平盘牵引式无级变速器。
图4为本发明所述的自适应变速平盘牵引式无级变速器的平衡弹簧机构劲度系数确定的方法流程。
附图中，各数字与箭头代表的含义如下：1-输入轴；2-输出轴；2-1：输出轴外螺纹；3-平盘；3-1：斜面锥盘；4：滚轮；4-1：滚轮内螺纹；5-平衡弹簧机构； 6-加压弹簧机构。
具体实施例
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
实施例一
本实施例如图1与图2所示，为一种自适应变速平盘牵引式无级变速器，其包括了输入轴1、平盘3、滚轮4和输出轴2；其特征在于输入轴1为台阶轴，穿过机架7与平盘3之间固定连接，平盘3绕着输入轴1的轴线旋转，且平盘3与输入轴1之间设置有加压弹簧机构6，加压弹簧6上端顶住输入盘1，下端顶住机架7，该加压弹簧机构具体为组合碟簧形式；滚轮4设置于平盘3上径向位置，与平盘3构成牵引传动，且可以沿着平盘3径向移动；输出轴2一端穿过机架轴承座8与滚轮4之间螺纹连接，具体为输出轴2一端设置有外螺纹21，滚轮中心设置有内螺纹41，输出轴外螺纹21与滚轮上的内螺纹41构成螺纹连接，且螺纹的传动角大于摩擦角，螺纹不能进行自锁，滚轮4可以绕着输出轴2的轴线旋转；滚轮4另一端连接有平衡弹簧机构5，平衡弹簧机构5的另一端转动连接在机架上，该平衡弹簧机构5具体为圆柱螺旋弹簧。
本实施例中，设计的输出轴最大负载扭矩T=125N·m，螺纹选取导程=6mm，圆柱螺旋弹簧的劲度系数K的确定的方法步骤如图4所示，具体为：（1）根据平盘牵引式无级变速器结构参数确定平衡弹簧机构的最大压缩量=100mm；（2）根据输出轴螺纹段材料特性，确定摩擦系数f=0.08，计算摩擦角=4.57°；（3）根据耐磨性方法估算确定输出轴外螺纹的中径D2=20mm；（4）：计算平衡弹簧的劲度系数=59.5 N/mm。
本实施例所述自适应变速平盘牵引式无级变速器在高速状态时，如图1所示，滚轮4的位置偏向位于平盘3径向朝外的位置，平衡弹簧机构5的压缩量较小，输出轴2与滚轮4之间螺纹传动轴向力较小，其承受的负载也相对较小；而当输出轴2扭矩增大时，输出轴2上的螺纹连接产生的轴向力就会增大，滚轮4沿着平盘3径向由外缘向中心移动，平盘3的接触半径减小，输出轴2的转速降低，平衡弹簧机构6的压缩量增大，直到达到稳定状态时，螺纹连接轴向力与平衡弹簧机构6的轴向力平衡，如图2所示。此时，自适应变速平盘牵引式无级变速器就实现了从输出轴高速小扭矩到低速大扭矩的自适应转变，可不需要外界的其他控制机构和控制方式。
实施例二
本实施例如图3所示，为一种自适应变速平盘牵引式无级变速器，除平盘3为斜面锥盘式平盘外，其余结构同实施例一。本实施例中由于平盘3为斜面锥盘式平盘，当输出轴2上的扭矩增大，滚轮4沿着平盘3径向由外缘向中心移动时，因斜面锥盘的结构特点，会在变速稳定状态后，增加加压弹簧机构6的压缩量，使得斜面锥盘式平盘3与滚轮4之间的法向力增大，从而增大斜面锥盘式平盘3与滚轮4之间牵引传动的牵引力，以适应大扭矩传递的需要，起到了一种法向力自适应作用。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理、创造性和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种自适应变速平盘牵引式无级变速器，包括输入轴、平盘、滚轮和输出轴；其特征在于输入轴穿过机架与平盘之间固定连接，平盘绕着输入轴轴线旋转，且平盘与输入轴之间设置有加压弹簧机构，加压弹簧机构一端连接在机架上，另一端连接在平盘一端；滚轮设置于平盘上径向位置，与平盘构成牵引传动，且可以沿着平盘径向移动；为了实现自适应变速平盘牵引式无级变速器在不同速比下的自适应法向力加载，所述平盘设置为斜面锥盘式平盘，斜面倾斜方向为：沿着平盘外缘到中心向力矩输出方向倾斜；输出轴一端设置有外螺纹，滚轮上设置有内螺纹，输出轴外螺纹与滚轮上的内螺纹构成螺纹连接，使得滚轮可以绕着输出轴轴线旋转；滚轮另一端与平衡弹簧机构一端连接，平衡弹簧机构的另一端连接在机架上；所述平衡弹簧机构的劲度系数确定的方法为：步骤一：根据平盘牵引式无级变速器结构参数确定平衡弹簧机构的最大压缩量；步骤二：根据输出轴螺纹段材料特性，确定摩擦系数f，计算摩擦角；步骤三：根据耐磨性方法估算确定输出轴外螺纹的中径D2；步骤四：计算平衡弹簧的劲度系数K，，其中T为输出轴在对应平衡弹簧机构的最大压缩量时承受的负载扭矩，即为设计最大扭矩，为螺纹传动的导程。
2.如权利要求1所述的一种自适应变速平盘牵引式无级变速器，其特征在于：所述加压弹簧机构为蝶形弹簧。
3.如权利要求1所述的一种自适应变速平盘牵引式无级变速器，其特征在于：所述平衡弹簧机构为圆柱螺旋弹簧。
4.如权利要求1所述的一种自适应变速平盘牵引式无级变速器，其特征在于：所述螺纹连接传动角大于摩擦角，螺纹传动不自锁。
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