CN106545629B - 用于无级变速箱的旋转变速器 - Google Patents

Abstract

无级变速箱皮带轮包括限定了具有纵向中心孔的中空管的主体。多个汽缸固定至所述主体，每个汽缸具有与所述纵向中心孔流体连通的缸膛。活塞可滑动地定位在每个所述汽缸的所述缸膛中。存在于中心孔中的加压流体平均地抵靠每个所述活塞以将该活塞平均地向外移位。偏压构件连接至每个活塞并且与加压流体直接接触。摩擦构件连接至每个活塞的自由端。摩擦构件中完全相对的摩擦构件限定了皮带轮直径，该皮带轮直径取决于活塞中完全相对的活塞从汽缸向外延伸的一部分而变化。

Description

用于无级变速箱的旋转变速器

技术领域

本发明涉及自动变速箱，而且更具体地涉及用于无级变速箱的皮带轮。

背景技术

这部分的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，并且可能构成或不构成现有技术。

无级变速箱（“CVT”）通常包括皮带和皮带轮系统，该皮带轮系统可操作地将旋转动力源，例如发动机或电动马达，联接至双齿轮最终驱动单元。皮带和皮带轮系统通常包括第一和第二对锥轮，该第一和第二对锥轮具有在锥体对之间延伸的扭矩传递带或链。每个锥轮对包括轴向固定的皮带轮构件和轴向可移动的皮带轮构件。相对于固定的皮带轮构件而言，每个可移动的皮带轮构件通过液压系统轴向可调。液压系统为相应的可移动的皮带轮构件提供了第一和第二液压，从而调节该第一和第二锥轮对的运行半径，而它接着控制无级变速箱的输出/输入比。锥体的移动无极或连续改变输入速度与输出速度的比率。利用无级变速箱能够获得虽小但有效的比率变化。这与固定齿数比的单元相反，后者任何比率变化都是阶梯值。

已知的皮带轮设计由于摩擦对轴造成高轴向负荷。为使对轴的轴向负荷最小化，使用高负荷量的轴承来安装所述轴，由此导致动力装置的成本和重量增加。高负荷量轴承进一步增加了组件的空间外壳，从而增加了变速箱的轴向长度。

用于CVT变速箱的已知变速器设计具有其优点，然而，本领域仍需要限制作用于输出轴上的轴向负荷的CVT变速器，从而允许淘汰现在所使用的高负荷量轴承。

发明内容

根据本发明的一个方面，无极变速箱皮带轮包括限定中空管的主体，该中空管具有纵向中心孔。多个汽缸固定在主体，该主体具有等距地围绕在该主体周边的连续汽缸。每个汽缸的中心轴线与主体中心孔的纵向中心轴线对齐。活塞可滑动地定位在每个汽缸的缸膛中，该活塞与汽缸中心轴线同轴地对齐。存在于中心孔中的加压流体平均地抵靠着每个活塞，以使活塞平均地向外滑移。

根据另一方面，摩擦构件连接至每个活塞的自由端，摩擦构件中完全相对的摩擦构件限定了皮带轮直径，该皮带轮直径取决于活塞从每个汽缸向外延伸的部分而变化。

另一方面，该直径与流体的压力成正比。

在又一个方面，偏压构件连接至每个活塞，每个偏压构件与加压流体直接接触并且当活塞向外延伸时还部分地定位在缸膛之一内。

在又一个方面，偏压构件的偏压力同轴地作用于汽缸的中心轴线并且用于使活塞连续地缩回至活塞完全缩回位置。

在又一个方面，偏压构件的第一端连接至摩擦构件且偏压构件的第二端连接至定位在中心孔内的轴。

在又一个方面，摩擦构件连接至每个活塞的自由端；并且偏压构件延伸穿过活塞孔且连接至每个活塞的摩擦构件，每个偏压构件与加压流体直接接触并且当活塞向外延伸时还部分地定位在缸膛中的一个内。

在又一个方面，每个活塞可滑动地容纳于缸膛内且活塞与汽缸中心轴线同轴对齐，并且每个活塞的一部分保持在活塞的完全缩回位置和伸出位置之间的缸膛内。

在又一个方面，加压流体是具有受液压控制系统控制的压力的液压流体。

在又一个方面，摩擦构件包括第一部分和第二部分，第一部分包括朝外的面，该朝外的面直接且不可滑动地接触柔性驱动构件的朝内的周边壁。

在又一个方面，第二部分包括朝内的面，该面直接且不可滑动地接触柔性驱动构件的朝外的周边壁，该柔性驱动构件限制在第一部分和第二部分之间。

在又一个方面，第一部分直接固定到柔性驱动构件外部的第二部分。

在又一个方面，从中心轴线测量的、设置成与多个摩擦构件接触的柔性驱动构件的径向间隔维持在摩擦构件中的连续摩擦构件之间。

根据本文中提供的描述，其它方面、实例和适用领域将变得显而易见。应该理解的是，该描述和具体的实例仅旨在说明的目的，并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

本文所描述的附图仅仅出于说明的目的，并不试图以任以任何方式来限制本发明的范围。

图1是根据本发明原理的无级变速箱的变速器的端视图；

图2是在图1的截面2处截取的截面正视图，示出处于活塞完全伸出位置的图1的无级变速箱的变速器的单个活塞与汽缸组件；

图3是类似于图2的单个活塞与汽缸组件的截面正视图，改变成示出活塞完全缩回位置；

图4是本发明的第一和第二变速器在高比率配置下运行的前视图；

图5是图4中的第一和第二变速器在低比率配置下运行的前视图；

图6是图5中区域6的端视图；以及

图7是具有本发明的第一和第二变速器皮带轮的无级变速箱的示意图。

具体实施方式

以下的描述在性质上仅是示例性的，并不旨在限制本发明、应用或者使用。

参见图1，机动车辆CVT的车轮或变速器皮带轮10包括轮毂或主体12，轮毂或主体12可以是例如具有纵向中心孔14的中空管或轴。根据一些方面包括汽缸16a到16k的多个汽缸16，例如通过焊接或通过锻造操作固定于主体12，使得汽缸中的连续汽缸（例如16a、16b）等距地围绕主体12的周边，并且因此以相同的连续角度定位。每个汽缸16的中心轴线22与主体12的中心孔14的纵向中心轴线18对齐。每个汽缸16可滑动地容纳活塞20，每一活塞20与其各自的汽缸16的中心轴线22共轴对齐。摩擦构件24连接至每个活塞20的自由端。摩擦构件24中完全相对的摩擦构件限定直径“A”，该直径可取决于活塞20从每个汽缸16向外延伸的多少而变化。流体“F”（例如中心孔14中存在的液压流体）的压力由液压控制系统（参见图7所示及描述）控制。加压的流体“F”平均地抵靠每个活塞20，使活塞20从它们各自的汽缸16向外滑动延伸，使得直径“A”与液压流体压力成正比。因此可通过增加或减少中心孔14中的液压流体的压力来改变直径“A”。

参考图2并且再次参考图1，示出了汽缸16中的示例性的一个汽缸，为了清楚，移除了剩余的汽缸。活塞20可滑动地容纳在汽缸16中形成的缸膛26中，使得活塞20与汽缸16的中心轴线22共轴地对齐。随着中心孔14中的液压流体“F”的压力升高并且抵靠活塞20，活塞20在方向“B”上径向向外地滑动穿过缸膛26。该位移改变了摩擦构件24和汽缸16的端面28之间的高度“C”，该高度限定了活塞延伸到汽缸16外的第一部分30a。活塞20的第二部分30b保持在缸膛26内，以抵消在横向方向“D”或者相反方向“E”上作用在摩擦部件24上的横向力，该力来自由皮带或者链施加到摩擦构件24上的负荷，参考附图3和4示出并描述。根据几个方面，在完全伸出位置处，活塞20的大约15％的长度保持在缸膛26内，以抵消施加到活塞20上的横向负荷。根据另一方面，活塞20是方形或者矩形的形状，以防止活塞20在缸膛26内的轴向旋转，然而，其它的形状或者特征也可用于活塞20，以阻止活塞轴向旋转，包括但是不限于键和槽（未示出），用于活塞和缸膛26的椭圆形状，或者类似物。根据其它方面，肩部（未示出）可被包括在每个活塞20中，肩部在缸膛26内接触内架或者壁（未示出），以用作前挡块，来防止活塞20移出汽缸16。

根据几个方面，活塞20基本上是中空的，具有中心活塞孔32。摩擦构件24固定到活塞20的自由端34。作用在方向“B”上的、施加到活塞20的端面36以及摩擦构件24的内表面38的压力与在方向“F”上的、从皮带或者链施加到摩擦构件24的力大小相等，方向相反（参考图4所示及描述）。一个或多个密封构件40，例如O形圈，可被提供在活塞孔壁42上形成的凹槽中，从而允许活塞20的滑动运动，同时保持中心孔14中的压力，以及因此保持缸膛26内中心孔14和活塞20的端面36之间的压力。偏压构件，例如螺旋拉伸弹簧44，在第一端处连接至摩擦构件24，延伸穿过活塞孔32，并且在相对的第二端处固定至定位于中心孔14内的轴46。为了将弹簧44的力轴线与汽缸16的中心轴线22直接对齐，弹簧44直接与液压流体直接接触，并且当活塞20在方向“B”上向外延伸时，弹簧44部分定位于缸膛26和活塞孔32内。弹簧44的偏压力连续地作用，以将摩擦构件24和活塞20拉向如参考图3所示并描述的关闭或者缩回位置。

参考图3并且再次参考图1和2，活塞20在缸膛26内被示出在其完全缩回位置。进一步参考图2，当缸膛26内抵靠活塞20的端面32以及摩擦构件24的内表面38的压力降低时，活塞20在弹簧44的偏压力的帮助下，朝着中心轴线18缩回。在完全缩回的位置，活塞20的端面36可定位于中心孔14内。在完全缩回的位置，中心孔14中的流体压力被控制以防止摩擦构件24与汽缸16的端面28直接接触，以及皮带轮10的最小直径“A”由完全缩回位置限定。

参考图4并且再次参考图1-3，本发明的两个皮带轮以示例性的安装方式示出，用于以无极变速箱皮带轮单元的方式运行。第一皮带轮，即皮带轮10，安装在输入轴上，而与第一皮带轮10基本上相同并且标注为第二皮带轮46的第二皮带轮安装在主轴或者输出轴上。第二皮带轮包括多个滑动地设置在汽缸50中的活塞48，汽缸50固定到轮毂或者主体52。摩擦构件54连接至每个活塞48的自由端，并且相对于主体52的纵向中心轴线56向内或向外移动，以建立第二皮带轮46的直径。第一皮带轮10的纵向中心轴线18和第二皮带轮46的纵向中心轴线56之间的距离“S”是恒定的。

对于无极变速箱皮带轮单元的较高比率运行，第一皮带轮10上的液压被降低，由于弹簧44的偏压力，引起活塞20的缩回，从而产生相对于主体12的中心孔14的纵向中心轴线18的最小直径A_min。第一皮带轮10的活塞20被完全缩回至它们各自的汽缸16，而柔性驱动构件58，例如弹性材料皮带，与摩擦构件24中的多个接触。同时，施加至第二皮带轮46的活塞48上的液压升高。第二皮带轮46的活塞48从它们各自的汽缸50向外延伸，并且柔性驱动件58同样与多个摩擦构件54中的多个接触。增加第二皮带轮46上的液压产生最大直径A_max，最大直径A_max由摩擦部件54相对于第二皮带轮46的主体52的纵向中心轴线56来确定。

参考图5并且再次参考图1-4，对于无极变速器皮带轮单元的较低比率运行，第一皮带轮10上的液压升高，从而向外延伸活塞20，并且产生第一皮带轮10的相对于主体12的中心孔14的纵向中心轴线18的最大直径A_max。在最大直径A_max时，活塞20从它们各自的汽缸16中完全伸出，并且柔性驱动构件58与摩擦构件24中的多个接触。同时，施加至第二皮带轮46上的液压降低。由于第二皮带轮46的弹簧的偏压力，第二皮带轮46的活塞48完全缩回至它们各自的汽缸50中，其中弹性驱动构件58与摩擦构件54中的多个接触。降低第二皮带轮46上的液压在完全相对的摩擦构件54之间产生相对于第二皮带轮46的主体52的纵向中心轴线56的最小直径A_min。根据几个方面，为了帮助保持柔性驱动构件58，摩擦构件24、54可包括第一和第二部分，这将参考图6进行详细描述。

同时参考图4和5，施加到第一皮带轮10上的第一液压和施加到第二皮带轮46上的可以从第一液压变化的第二液压，还可以成比例地调节，以在最小直径A_min和最大直径A_max之间改变第一和第二皮带轮10，46的直径。这在最小直径A_min和最大直径A_max之间提供了基本上无限的直径范围。

参照图6，为了帮助在所有的皮带轮直径并在第一皮带轮10和第二皮带轮46的直径变化期间保持柔性驱动构件58，摩擦构件24、54可包括第一和第二部分。因为摩擦构件54基本上与摩擦构件24相同，所以摩擦构件24的以下论述同样地适用于摩擦构件54。摩擦构件24可包括第一部分24a和第二部分24b。第一部分24a包括朝外的面60，面60直接且非滑动地接触柔性驱动构件58的向内的周边壁62。第二部分24b包括朝内的面64，面64同时直接且非滑动地接触柔性驱动构件58的向外的周边壁66。因此，柔性驱动构件58摩擦地固定在第一部分24a和第二部分24b之间。如在图6中所示，第一部分24a通过位于柔性驱动构件58中背向观察者的一侧上的构件直接地固定到第二部分24b。还为第二皮带轮46的摩擦构件54提供了类似构造，因此其未示出。柔性驱动构件58距中心轴线18的径向间隔68因此维持在第一皮带轮10的连续的摩擦构件24之间，且柔性驱动构件58的相同或不同径向间隔因此维持在第二皮带轮46的连续的摩擦构件54之间。

扭矩传递且环形柔性驱动构件58，例如皮带或链，安装在第一皮带轮10和第二皮带轮46之间。向第一皮带轮10传递的驱动扭矩经由摩擦传递到环形构件58，并经由摩擦传递到第二皮带轮46。通过改变第一和第二皮带轮10、46的直径“A”来调节第一皮带轮10的直径与第二皮带轮46的直径的比值。因此，第一和第二皮带轮10和46的有效直径发生改变，这接着改变第一皮带轮10和第二皮带轮46之间的总齿数比。继续参照图4，因为第一皮带轮10的纵向中心轴线18和第二皮带轮46的纵向中心轴线56之间的距离“S”是恒定的，以及环形构件58的长度也是恒定的，所以第一和第二皮带轮10、46的活塞20、48的径向向内或向外位移必须同时发生，以便在环形构件58上维持适当量的张力以确保扭矩在第一和第二皮带轮10、46与环形构件58之间传递。

参照图7，用于机动车辆的动力传动系统的无级变速箱（“CVT”）通常由参考数字70表示。CVT 70是可变直径皮带轮驱动变速箱。CVT 70与发动机72和最终驱动单元74互相连接。发动机72可以是常规汽油、柴油、或混合燃料内燃机、混合式发动机、或电动马达、或任何不脱离本发明范围的其它类型的原动机。发动机72通过例如变速箱输入构件或轴76将驱动扭矩提供给CVT 70。变速箱输入构件或输入轴76可从CVT 70中分离并且形成来自发动机72的飞轮或其它输出的一部分或与来自发动机72的飞轮或其它输出相连接。

CVT 70包括包住并保护CVT 70的各部件的通常铸造的金属壳体78。壳体78具有定位并支撑这些部件的多种孔、通道、肩部和和凸缘。CVT 70包括变速箱输入轴76和变速箱输出轴80。根据几个方面，连接在变速箱输入轴76和变速箱输出轴80之间的是变速装置82、皮带轮组件或无级变速单元84、和齿轮箱86，它们合作以提供变速箱输入轴76和变速箱输出轴80之间的前进与后退速度比或齿数比。齿轮箱86和CVT 70至少在某些位置共享壳体78。变速箱输入轴76功能上与发动机72连接并通过起动装置88从发动机72接收输入扭矩或动力。变速箱输出轴80优选地与最终驱动单元74连接。变速箱输出轴80将驱动扭矩提供给最终驱动单元74。最终驱动单元74可包括差速器、车轴、和车轮（未示出）。

变速箱输入轴76连接到变速装置82。在可选的实施例中，变速装置82从CVT 70中省略。变速装置82以及以下所描述的齿轮箱86的构造以杠杆框图的格式示出。杠杆框图是机械装置中例如与齿轮组或行星齿轮组啮合的部件的示意图。每个独立杠杆表示了行星齿轮组或啮合齿轮对。行星齿轮的三个基本机械部件各自由节点来表示，同时齿轮对由节点表示且旋转变化由固定到地面的节点表示。因此，单个杠杆含有三个节点。在行星齿轮组中，一个节点表示太阳齿轮、一个表示行星齿轮支架、以及一个表示环形齿轮。在啮合齿轮对中，一个节点表示第一齿轮、一个表示第二齿轮、一个第三个表示啮合齿轮之间的旋转方向变化。

在某些情况下，两个杠杆可组合成具有多于三个节点（通常四个节点）的单个杠杆。例如，如果在两个不同杠杆上的两个节点通过固定连接连接，则它们可表示为在单个杠杆上的单个节点。每个杠杆的节点之间的相对长度可用于表示每个相应的齿轮组的环形齿轮与太阳齿轮的比值。这些杠杆比值接着用于改变变速箱的齿数比，以便实现适当比值和比值级数。在各行星齿轮组的节点之间的机械联接或连接通过细水平线示出，而例如离合器和制动器的扭矩传递装置表示为交替指状物。对杠杆框图的格式、目的和用途的进一步解释可以在Benford和Leising的SAE论文810102、“杠杆模拟：变速箱分析中的新型工具（The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis）”中找到，这里全部引入作为参考。

例如，变速装置82包括第一节点82A、第二节点82B以及第三节点82C。第一节点82A联接至变速箱输入轴76。第二节点82B固定到地面，表示旋转方向上的变化。第三节点82C联接至第一传递轴或构件90，该第一传递轴或构件90连接到无极变速单元84。第一节点82A优选地表示第一齿轮，而第三节点82C选优地表示与第一齿轮啮合的第二齿轮。齿轮可以共平面或部分地轴向偏移。变速装置82可以是超速传动变速装置82，超速传动变速装置82相对于变速箱输入轴76增加第一传递轴96的速度同时降低扭矩。或者，变速装置82可以是减速传动变速装置82，减速传动变速装置82相对于变速箱输入轴76降低第一传递轴96的速度同时增加扭矩。变速装置82也可以是不具有相对速度变化的直接驱动联接构件。

无极变速单元84包括第一皮带轮10和第二皮带轮46。第一皮带轮10的直径由液压控制系统92或接收来自变速箱控制系统94的控制信号的其它致动系统来控制。第二皮带轮46被直接连接以随着第二传递构件或轴96旋转，或者可与第二传递轴96一体形成。第二皮带轮46的直径也由液压控制系统92或接收来自变速箱控制系统94的控制信号的其它致动系统来控制。

扭矩传递环形构件、链、或皮带，以下称为皮带98，安装在第一皮带轮10和第二皮带轮46之间。应当理解，可采用其它类型的皮带，包括正接合装置或链，而并不背离本发明的范围。从变速箱输入轴76传递的驱动扭矩经由第一和第二皮带轮10、46与皮带98之间的摩擦传递。通过改变第一皮带轮10和第二皮带轮46的直径来调节输入或第一皮带轮10与输出或第二皮带轮46的比值。例如，为了改变皮带轮10和46之间的比值，第一皮带轮10的直径可减少而同时第二皮带轮46的直径可增加。因此，第一和第二皮带轮10、46的有效直径发生改变，这接着改变第一皮带轮10和第二皮带轮46之间的总齿数比。再次参照图4，由于第一和第二皮带轮10、46之间的径向距离“S”以及皮带98的长度是恒定的，所以皮带轮直径变化必须同时发生，以便在皮带98上维持适当量的张力以确保将扭矩从第一和第二皮带轮10、46传递至皮带98。

无极变速单元84经由第二传递轴96将扭矩传递至齿轮箱86。齿轮箱86将扭矩从无极变速单元84传递至变速箱输出轴80。变速箱输出轴80可将扭矩传递至链式驱动器100，该链式驱动器100可将扭矩传递至最终驱动单元74。

根据几个方面，无极变速箱皮带轮10包括限定了具有纵向中心孔14的中空管的主体12。多个汽缸16固定至主体12，每个汽缸16具有与纵向中心孔14流体连通的缸膛26。活塞20可滑动地定位在每个汽缸16的缸膛26中。存在于中心孔14中的加压的流体“F”平均低抵靠每个活塞20以将活塞20平均地向外移位。偏压构件44连接至每个活塞20并且与加压的流体“F”直接接触。摩擦构件24连接至每个活塞20的自由端。摩擦构件24中完全相对的摩擦构件限定了直径“A”，该直径“A”取决于活塞20中完全相对的活塞从汽缸16向外延伸的部分30a而变化。

本发明的描述在本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本发明要旨的变型都预期属于本发明的范围。这些变型不能被视为脱离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种无极变速箱皮带轮，包括：

主体，其限定了具有纵向中心孔的中空管；

多个汽缸，其固定到所述主体，所述主体具有围绕所述主体的周边等距设置的连续的汽缸；

其中所述汽缸中每一个的中心轴线与所述主体的所述中心孔的纵向中心轴线对齐；以及

活塞，其可滑动地定位在所述汽缸中每一个的缸膛中，

所述活塞与所述汽缸的所述中心轴线同轴对齐；

其中存在于所述中心孔中的加压流体平均地抵靠所述活塞中的每一个，以将所述活塞平均向外滑动地移位，

其进一步包括连接至所述活塞中每一个的自由端的摩擦构件，所述摩擦构件中完全相对的摩擦构件限定了皮带轮直径，所述皮带轮直径取决于所述活塞从所述汽缸中每一个向外延伸的一部分而变化，

其中所述摩擦构件包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括直接且非滑动地接触柔性驱动构件的向内的周边壁的朝外的面，并且其中所述第二部分包括直接且非滑动地接触所述柔性驱动构件的向外的周边壁的朝内的面，所述柔性驱动构件限制在所述第一部分和所述第二部分之间，并且其中所述第一部分在所述柔性驱动构件的外部直接地固定至所述第二部分。

2.根据权利要求1所述的无极变速箱皮带轮，其中所述直径与所述流体的压力成正比。

3.根据权利要求1所述的无极变速箱皮带轮，进一步包括：

摩擦构件，其连接至所述活塞中每一个的自由端；和

偏压构件，其延伸穿过活塞孔并连接至所述活塞中每一个的所述摩擦构件，每个偏压构件与所述加压流体直接接触并且当所述活塞向外延伸时还部分地定位在所述缸膛中的一个内。

4.根据权利要求3所述的无极变速箱皮带轮，其中所述偏压构件的偏压力同轴作用于所述汽缸的所述中心轴线以将所述活塞连续地朝向活塞完全缩回位置缩回。

5.根据权利要求3所述的无极变速箱皮带轮，其中所述偏压构件的第一端连接至所述摩擦构件且所述偏压构件的第二端连接至定位在所述中心孔内的轴。

6.根据权利要求1所述的无极变速箱皮带轮，其中每个活塞可滑动地容纳于在所述汽缸中形成的所述缸膛中，使得所述活塞与所述汽缸的所述中心轴线同轴对齐且每个活塞的一部分保持在所述活塞的完全缩回位置和伸出位置之间的所述缸膛内。

7.根据权利要求1所述的无极变速箱皮带轮，其中所述加压流体是具有由液压控制系统控制的压力的液压流体。

8.根据权利要求1所述的无极变速箱皮带轮，其中柔性驱动构件的径向间隔维持在连续的摩擦构件之间，所述径向间隔从所述纵向中心轴线中测量，所述柔性驱动构件设置成与多个摩擦构件接触。