CN107208759B - 具有增加的速度比覆盖范围的无级变速器和用于这种变速器的速度比控制方法 - Google Patents

具有增加的速度比覆盖范围的无级变速器和用于这种变速器的速度比控制方法 Download PDF

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Abstract

一种无级变速器以及用于控制这种无级变速器的方法，该无级变速器具有增加的速度比覆盖范围并设有传动带(3)和两个带轮(1、2)，所述传动带包括环件组(31)，每个带轮均包括两个能相对轴向移动的带轮盘(4、5)，传动带(3)的周向区段被保持在所述带轮盘之间。在变速器的操作过程中至少在其一个带轮(1、2)处，环件组(31)在传动带(3)在相应的带轮(1、2)的带轮盘(4、5)之间的进入位置处至少部分地延伸超过带轮盘(4、5)的径向尺寸，且同时在轴向方向上在传动带(3)从相应的带轮(1、2)的带轮盘(4、5)之间的退出位置处定位于带轮盘(4、5)之间并被带轮盘约束。

Description

具有增加的速度比覆盖范围的无级变速器和用于这种变速器 的速度比控制方法
技术领域
本公开涉及一种包括推型传动带的、具有增加的速度比覆盖范围的无级变速器，更特别地涉及一种用于这种变速器的控制方法。
背景技术
无级变速器总体是已知的，例如从欧洲专利申请EP1529985-A获知。在这种变速器的设计中，通常目标是，在给定所需的每单位质量的传动功率的生产能力和/或变速器体积的情况下，使由变速器提供的可用变速器速度比范围、即它的速度比覆盖范围最大化。为实现该目的存在多种方式，通常需要大量研究和对变速器的带轮和/或传动带构件进行显著的重新设计。因此，目前，一个目标是以成本节省且优选简单的方式来实现上述目的，尤其不需要对现有变速器设计进行重要改变。
发明内容
根据本公开，上述目标在根据权利要求1所述的变速器中实现，更特别是通过根据权利要求5所述的速度比控制方法来实现。在该新的变速器中和/或通过该新的控制方法，传动带在变速器带轮中的至少一个的带轮盘之间的径向位置被确定成：使得传动带的环件组至少部分地延伸超过相应的带轮的外周，即至少部分地延伸至相应的带轮的径向外侧，然而，仅在传动带在相应的带轮处的弯曲轨道的一区段上至少部分地延伸超过外周。
本公开利用了以下情况：在变速器的操作过程中，在传动带的运动方向上观看时，由于带轮的和传动带本身的弹性变形，传动带的弯曲式带轮轨道径向向内盘旋。特别是，传动带在带轮盘之间的弯曲式带轮轨道的弯曲半径在传动带在带轮盘之间进入的位置处大于从带轮盘之间退出的位置处。因此，在传动带(从带轮的盘之间)退出带轮的位置处，传动带的环件组可位于带轮盘的外周的内侧，从而在轴向方向上被约束，尽管它在所述进入的位置处位于该带轮的带轮盘的径向外侧。
上述弹性变形以及传动带径向向内盘旋的量不仅正比于传动带在带轮盘之间被夹持所受到的力，而且还正比于传动带在这种盘之间的径向位置。因此，根据本公开，传动带(在进入处)在带轮盘之间最极端的径向位置有益地设置成正比于这种夹持力。
在实际变速器设计中，传动带的径向向内盘旋量通常达到1-2毫米或更多，从而根据本公开，在传动带在带轮的带轮盘之间的进入位置处，环件组可延伸超过带轮的周边至多相同的量。因此，传动带的最大受控的径向位置与传统控制方法相比可增加相同的量，从而有利地增加了变速器的速度比覆盖范围，而除了在变速器中包括稍微长点的传动带来使得能够实现所述增加的径向位置之外，无需对变速器进行任何修改。替代性地，可减小带轮的直径以及变速器整体的外形尺寸，同时有利地维持变速器的速度比覆盖范围。
应当注意，从EP1529985-A获知使变速器设有与带轮盘分离的引导器件，以将极限轴向位置施加于环件组，从而这些环件组可超过带轮的外周，而不会出现环件组的一个或多个环型环件与传动带分离的风险。然而，该现有变速器因而需要成引导器件形式的附加构件，从而提高了其复杂性和成本。
附图说明
现在将通过示例根据附图来进一步阐述根据本公开的新的控制方法，在附图中：
图1提供了具有在两个带轮上运行的传动带的无级变速器的示意透视图；
图2示出了沿着传动带的周向方向定向的现有传动带的剖视图；
图3提供了现有传动带的横向构件沿着宽度方向的视图；
图4提供了包括带轮和带的现有技术变速器部分的剖视图，带被示为处于相对于带轮的极限径向位置；
图5以现有技术变速器的示意侧视图示出了现有技术变速器的操作的一个方面；
图6以现有技术变速器的带轮和带的剖视图示出了现有技术变速器的相同的方面；
图7以变速器的示意侧视图示出了操作过程中的新的变速器；以及
图8以变速器的带轮和带的剖视图示出了图5的新的变速器。
具体实施方式
在附图中，相同的附图标记涉及相同的或至少相应的技术特征。
图1中无级变速器的示意图示出了在两个带轮1、2上运行的传动带3，传动带3包括成两组的多个柔性环件31以及多个横向构件32，所述多个横向构件32沿着环件组31的周长以基本上连续的行相继布置，同时以此被容纳和引导。变速器带轮1、2分别包括一对锥形盘4、5，所述锥形盘4、5限定出渐缩的周向槽，所述槽朝着径向外侧敞开并围出一锐角：所谓的带轮角Φp。传动带3的周向区段位于带轮槽中，同时在相应的带轮1、2的带轮盘4、5之间被夹持。
这些带轮盘4、5之间的轴向间隔可被控制，通常通过使带轮1、2中的仅一个带轮盘4设置成能够相对于相应的带轮轴6、7轴向地移动来控制，以便控制带轮1、2之间的速度比。在所示的变速器配置中，上带轮1将比下带轮2旋转得更快。通过改变带轮1、2的两个锥形盘4、5之间的距离，传动带3在带轮1、2处的径向位置或运行半径R1、R2在相反的径向方向上变化，因此改变两个带轮1、2的旋转速度之间的比。更特别地，速度比被限定为：变速器的输出带轮2的旋转速度除以变速器的输入带轮1的旋转速度，所述输出带轮2与负载相应，所述输入带轮1与驱动负载的发动机或电机相应。因此，图1中，变速器被示为处于其最小速度比。
图2中，以沿着传动带3的周向方向或长度方向L定向(即，朝着垂直于传动带3的轴向或宽度方向W以及径向或高度方向H的方向)的剖视图示出了传动带3的一个示例性实施例。在该图2中，环件组31以剖视图示出，且传动带3的一个横向构件32以前视图示出。环件组31在该情况下分别由五个单独的平坦的、薄的柔性环型环件构成，所述环型环件彼此同心地嵌套以形成相应的环件组。然而，实际上，这些环件组31通常包括多于五个的环型环件，例如九个、十二个或可能更多个环型环件。
横向构件32(其侧视图被包括在图3中)通过其接触面37承担了施加于每个带轮1、2的盘4、5之间的夹持力，在横向构件32的每一轴向侧处分别相应地设置一个接触面37。这些接触面37在径向向外方向上彼此偏离，从而在接触面37之间限定出一锐角，所述锐角表示传动带3的带角Φb且近乎对应于带轮角Φp。横向构件32能够在周向方向L上沿着环件组31移动、即滑动，从而通过相互抵靠并在传动带3和带轮1、2的旋转方向上沿着环件组31的周长彼此向前推进的横向元件32来在变速器带轮1、2之间传递扭矩。
传动带3的横向构件32(其也在图4中以侧视图示出)设有彼此相反定位的两个切口33，所述切口33分别朝着横向部件32的相应的轴向侧敞开，且分别容纳相应的环件组31的一小周向区段。因此，横向部件32的第一部或基部34相对于环件组31径向向内延伸，横向部件32的第二部或中部35位于环件组31之间，且横向部件32的第三部或顶部36相对于环件组31径向向外延伸。各个切口33的径向内侧由横向部件32的基部34的所谓的支承表面42限定，所述支承表面42大致在横向构件32的顶部36的方向上径向向外朝向，并接触环件组31中的一个的内侧。
横向部件32的两个主面38、39在周向方向L上彼此相反朝向，两个主面38、39中的第一表面或后主面38是基本平坦的。横向部件32的另一表面或前主面39设有所谓的摆动边缘18，所述摆动边缘18沿着径向方向H在前主面39的上部和下部之间形成过渡，前主面39的上部基本平行于后主面38延伸，前主面39的下部倾斜成使它朝着后主面38延伸。因此，横向构件32的所述顶部在主面38、39之间、即在周向方向L观看时设有基本上不变的尺寸，所述尺寸通常称为横向构件32的厚度。另外，横向区段10被示为设有突起40并设有相应的孔41，所述突起40从其前主面38突出，所述孔41设置在其后主面39中。在传动带3中，后随横向区段32的突起40至少部分地定位于前导横向区段32的孔41中，从而防止了或至少限制了这些相邻的横向构件32在垂直于传动带3的周向方向的平面中的相对移动。
横向构件32和传动带3的环件组31(的环型环件)通常由钢制成。
在传统变速器中，施加于传动带3(在任一带轮1；2处)的最大运行半径由仍位于带轮盘4、5之间的环件组31(的环型环件)来限制，以避免环件组31或它的单独的环型环件在轴向方向上从传动带3分离。现有设计以及变速器的受控操作的该后一要求在图4中更详细地示出，其中，传动带3被示为相对于相应的带轮1；2的旋转中心处于最大或极大运行半径R-max。图4中，水平虚线表示带轮盘4、5的靠外延伸尺度和直径，环件组31位于其直接径向靠内处。显然，至少结合由相应的带轮轴6；7的直径确定的传动带3极小径向位置，该极大运行半径R-max在两个带轮1、2处也确定了由变速器提供的极大和极小速度比，即，确定了变速器的总速度比覆盖范围。
应当注意，在本公开中，为了简单起见，传动带3的运行半径由环件组31相对于其旋转中心的径向靠外延伸尺度来限定，而在本领域中该参数通常与摆动边缘18相应。
在本领域中，已经注意到，在变速器的操作过程中，传动带3在带轮1、2的带轮盘4、5之间的实际的弯曲带轮轨道不必沿循圆弧，而是可在传动带3的旋转方向DR上径向向内盘旋至较小或较大的程度。该变速器操作的方面在图5和图6中分别以变速器的侧视图和输出带轮2的剖视图示意性地示出。
图5中，传动带3的轨道以追踪环件组31的径向靠外延伸尺度的点划线T3来示意性地示出。可注意到，传动带3在进入输出带轮2(的盘4、5之间)时的运行半径R-in与在从输出带轮2退出时的运行半径R-out之间的明显区别。传动带3在输出带轮2处的该径向向内盘旋至少大部分地由带轮盘4、5的和带轮轴7的弹性变形引起，所述弹性变形不仅依赖于所施加的负载，而且在很大程度上还依赖于传动带3的运行半径而增加。因此，图5中，传动带3在输入带轮1处的向内盘旋是极小的，甚至可忽略。
图6中，轴7的弯曲是输出带轮2的变形的主要原因，且该弯曲被夸大以更清楚地示出传动带3在进入带轮盘4、5之间时的运行半径(R-in)以及在退出带轮盘4、5之间时的运行半径(R-out)。在实际中，带轮盘4、5也将在轴向方向上弯曲或屈曲至某一程度。
在图5和图6中，传动带3的弯曲的带轮轨道都满足上述要求，即，环件组31的径向靠外延伸尺度保持在带轮1、2的带轮盘4、5的外周或径向尺寸RD内。然而，根据本公开，对于传动带3的所述弯曲的带轮轨道的仅一部分而言，如果环件组31定位于带轮盘4、5的径向尺寸RD内，环件组31在轴向方向上就已经充分被约束。该思想使得可能增加所述极大运行半径R-max。更特别地，这种极大运行半径R-max不是由传动带3在带轮盘4、5之间进入的运行半径R-in来确定，而是由传动带3从带轮盘4、5之间退出的运行半径R-out来确定，该后一退出的运行半径R-out应小于带轮1、2的径向尺寸RD，尤其小于带轮1、2的带轮盘4、5的径向尺寸RD。公式是：
R-in>RD>R-out (1)
因此，在变速器的操作过程中，且至少在变速器的一个带轮1、2处，环件组31在传动带3在相应的带轮1、2的带轮盘4、5之间进入的位置处至少部分地延伸超过带轮盘4、5的径向尺寸，且同时被完全容纳在带轮盘4、5之间，即在传动带3从相应的带轮1、2的带轮盘4、5之间退出的位置处在轴向方向上被带轮盘4、5约束。
根据本公开，传动带3的上述可能的轨道在图7和图8中分别以变速器的侧视图和输出带轮2的剖视图示意性地示出。
图7中，传动带3的轨道以追踪环件组31的径向靠外延伸尺度的点划线T3来示意性地示出。传动带3在进入输出带轮2(的盘4、5之间)时的运行半径R-in(通过传动带3的环件组31的径向靠外延伸尺度来限定)超过输出带轮2的径向尺寸RD，而在从输出带轮2退出时的该运行半径R-out，由于传动带3在其所述弯曲的带轮轨道中在输出带轮2处且根据本公开的径向向内盘旋。由于通过控制由输入和输出带轮1、2施加在传动带3上的夹持力、通过变速器的控制系统施加于传动带3上的该轨道，相对于图5所示的现有技术变速器，有利地减小了这些带轮1、2之间的所述最小速度比。
图8中，图7的输出带轮2以剖视图示出，该剖视图对应于图6的剖视图，其中，输出带轮2的弹性变形被夸大，以相对于带轮盘4、5的径向尺寸RD更清楚地示出传动带3在带轮盘4、5之间进入的运行半径R-in，以及从这些带轮盘4、5之间退出的运行半径R-out。
根据本公开，上述原理，也就是将传动带3在带轮1；2的盘4、5之间进入的运行半径R-in(通过传动带3的环件组31的径向靠外延伸尺度来限定)控制成超过相应的带轮1；2的径向尺寸RD，同时保证在退出带轮1；2时的运行半径R-out保持处于相应的带轮1；2的径向尺寸RD内的原理，也可应用于输入带轮1，以便有利地相对于现有技术变速器增加变速器的最大速度比。变速器的该替代性设置在图7右上角处的插入图中示出。
实际上，传动带的径向向内盘旋通常达到2毫米左右，从而根据本公开，在传动带在带轮盘之间进入的位置处，环件组31可延伸超过带轮的径向尺寸RD至多相同的量。例如，如果传动带3的运行半径R1和R2在传统变速器中在30-75mm之间变化，根据本公开控制的该新的变速器对于输入带轮1和输出带轮2的带轮进入处的极大运行半径R-in使速度比覆盖范围非常显著地增加了差不多6％，也就是说，所述典型的、传统变速器的速度比覆盖范围达到(70mm/30mm)2，即5.44，而该新的变速器提供的速度比覆盖范围为(70+2mm/30mm)2，即5.76。
除了前文描述的所有内容和附图的所有细节，本公开还涉及和包括权利要求书的所有特征。权利要求书中括号里的附图标记并不限制权利要求书的范围，而是仅用于提供对应特征的非限制性示例。所要求保护的特征可根据具体情况单独应用于某个给定的产品或给定的流程，但将这些特征中的两个或更多的任意组合应用于此也是可能的。
本公开阐述的本发明不限于本文明确提到的实施例和/或示例，而是包含实施例和/或示例的修正、改变和实际应用，尤其是在本领域技术人员可得到的范围之内的那些修正、改变和实际应用。

Claims (8)

1.一种设有传动带(3)的无级变速器，所述传动带(3)包括多个横向元件，所述横向元件能够沿着传动带(3)的环型环件组(31)移动，所述横向元件分别设有至少一个轴向地敞开的凹部，以用于容纳环件组(31)，所述变速器还设有两个带轮(1、2)，所述带轮(1、2)分别包括两个带轮盘(4、5)，其中的至少一个盘(4)能够沿着相应的带轮(1、2)的轴(6、7)朝着和/或远离相应的另一带轮盘(5)轴向地移动，从而通过环件组(31)的径向靠外延伸尺度而限定的传动带(3)的局部径向位置是可变的，其特征在于，至少在一个带轮(1、2)处，传动带(3)的所述局部径向位置同时包括第一径向位置(R-in)和第二径向位置(R-out)，所述第一径向位置(R-in)超过相应的带轮(1、2)的带轮盘(4、5)的外周(RD)，所述第二径向位置(R-out)保持在该外周(RD)内，从而传动带(3)的环件组(31)在轴向方向上在这些带轮盘(4、5)之间被这些带轮盘(4、5)约束。
2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第一径向位置(R-in)产生在传动带(3)在相应的带轮(1、2)的带轮盘(4、5)之间沿着带轮盘(4、5)的旋转方向进入的位置处，所述第二径向位置(R-out)产生在传动带(3)在相应的带轮(1、2)的带轮盘(4、5)之间沿着带轮盘(4、5)的旋转方向退出的位置处。
3.根据权利要求1或2所述的变速器，其特征在于，传动带(3)的环件组(31)延伸超过相应的带轮(1、2)的带轮盘(4、5)的外周(RD)至少1mm。
4.根据权利要求1或2所述的变速器，其特征在于，在变速器的持续工作过程中，传动带(3)的环件组(31)在两个变速器带轮(1、2)处都至少部分地延伸超过带轮盘(4、5)的外周(RD)。
5.一种用于控制根据前述权利要求中任一项所述的无级变速器的方法，所述无级变速器设有传动带(3)，所述传动带(3)包括多个横向元件，所述横向元件能够沿着传动带(3)的环型环件组(31)移动，所述横向元件分别设有至少一个轴向地敞开的凹部，以用于容纳环件组(31)，所述凹部至少部分地由横向元件的支承表面(42)限定，所述变速器还设有两个带轮(1、2)，所述带轮(1、2)分别包括两个带轮盘(4、5)，其中的至少一个盘(4)能够沿着相应的带轮(1、2)的轴(6、7)朝着和/或远离相应的另一带轮盘(5)轴向地移动，以便将横向元件的位于横向元件任一侧上的、相对于支承表面(42)径向靠内的带轮接触面夹持在这些带轮盘(4、5)之间，以便控制变速器速度比，通过该变速器速度比控制方法，环件组(31)相对于带轮(1、2)的径向靠外延伸尺度的径向位置(R1；R2；R-in；R-out；R-max)根据变速器的工作状况来控制，其特征在于，传动带(3)的环件组(31)的径向靠外延伸尺度的所述径向位置(R1；R2；R-in；R-out；R-max)至少在一个带轮(1、2)处被同时控制到第一径向位置(R-in)和第二径向位置(R-out)，第一径向位置(R-in)在传动带(3)在相应的带轮(1、2)的带轮盘(4、5)之间进入处超过带轮盘(4、5)的径向尺寸(RD)，第二径向位置(R-out)在传动带(3)在相应的带轮(1、2)的带轮盘(4、5)之间退出处未超过带轮盘(4、5)的径向尺寸(RD)，从而传动带(3)的环件组(31)在轴向方向上在这些带轮盘(4、5)之间被这些带轮盘(4、5)约束。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一径向位置(R-in)被控制成：正比于通过相应的带轮(1、2)的带轮盘(4、5)在轴向方向上施加在传动带(3)上的力。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第一径向位置(R-in)被控制成：超过相应的带轮(1、2)的带轮盘(4、5)的径向尺寸(RD)1-2mm。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，环件组(31)的径向靠外延伸尺度的所述径向位置(R1；R2；R-in；R-out；R-max)被控制成：使得传动带(3)的环件组(31)在两个变速器带轮(1、2)处都延伸超过带轮盘(4、5)的外周径向尺寸(RD)。
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