CN107289082B - 锥环式无级变速箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锥环式无级变速箱，包括：箱体；可转动地支撑在箱体上的输入轴；固定地安装在输入轴上的输入滚锥；可转动地支撑在箱体上的中间轴；安装在中间轴上的输出滚锥；被夹在输入滚锥与输出滚锥之间的锥环；以及用于保持锥环的支架；设置在输入轴上并且包括滚动元件和压板的调节装置；以及将压板与保持锥环的支架连接起来的连接装置；其中，调节装置被构造成当输入轴的转速超过临界值时允许滚动元件发生离心运动并且将滚动元件的离心运动转换为压板的轴向运动，压板的轴向运动又通过连接装置导致支架移动，从而改变锥环所在平面相对于输入轴的中心轴线所成的角度。根据本发明的锥环式无级变速箱结构简单、体积紧凑、并且成本较低。

Description

锥环式无级变速箱

技术领域

本发明涉及变速箱，尤其是涉及锥环式无级变速箱。

背景技术

锥环式无级变速箱由于低成本、高效率、简单结构、以及在功能和平顺性上的多重优势而受到广泛关注。锥环式无级变速箱实现无级变速的主要执行机构包括输入滚锥、输出滚锥和在它们之间传递动力的锥环。锥环所在平面在两个滚锥上得到的截面圆的周长决定了输入轴和输出轴的速比。因而，锥环在输入滚锥和输出滚锥上的位置直接决定了变速箱的速比。由于锥环可以在输入滚锥和输出滚锥上的左右止动点之间移动，因而能够提供在一定范围内连续可变的速比。由于锥体的特殊形状，当传递动力的锥环所在的平面与滚锥中心轴线呈垂直状态时，锥环能够保持当前位置不变，即变速箱能够以恒定的速比输出动力；而当锥环平面与滚锥中心轴线的角度发生变化时，锥环便会随着锥体的转动在锥体上相应的向左或向右移动，这种移动完全是由于“圆锥”的形状特性所导致的，属于完全自发性的运动，而不需要外力推动锥环在滚锥上左右移动。而且，锥环平面与滚锥中心轴线的夹角越小，其左右移动的速度也就越快。

为了改变锥环平面相对于滚锥中心轴线的角度，现有锥环式无级变速箱采用由伺服电机直接驱动的控制架，控制架可以在箱体内做一定角度的转动。当变速箱需要固定速比输出时，这个控制架只需要保持锥环与滚锥中心轴线保持垂直状态即可；当变速箱需要改变速比时，伺服电机驱动控制架，相应改变锥环角度，锥环便会随着滚锥的运动自行移动。到达需要的速比时，控制架将锥环转回垂直角度状态。采用由伺服电机直接驱动的控制架来改变锥环平面相对于滚锥中心轴线的角度不仅需要复杂的控制系统，而且使得变速箱结构复杂、体积较大，成本较高。

因此，需要对现有的锥环式无级变速箱进行改进。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述现有技术中的至少一种缺陷，提出一种改进的锥环式无级变速箱，这种锥环式无级变速箱无需采用伺服电机以及相关的控制系统，因而结构简单、体积紧凑、成本较低。

为此，根据本发明的一方面，提供一种锥环式无级变速箱，包括：

箱体；

可转动地支撑在所述箱体上的输入轴；

固定地安装在所述输入轴上的输入滚锥；

可转动地支撑在所述箱体上的中间轴；

安装在所述中间轴上的输出滚锥；

被夹在所述输入滚锥与所述输出滚锥之间的锥环；以及

用于保持所述锥环的支架；

其特征在于，所述锥环式无级变速箱还包括：

设置在所述输入轴上并且包括滚动元件和压板的调节装置；以及

将所述压板与保持所述锥环的所述支架连接起来的连接装置；

其中，所述调节装置被构造成：当所述输入轴的转速超过临界值时允许所述滚动元件发生离心运动并且将所述滚动元件的离心运动转换为所述压板的轴向运动，所述压板的轴向运动又通过所述连接装置导致所述支架移动，从而改变所述锥环所在平面相对于所述输入轴的中心轴线所成的角度。

根据本发明，通过调节装置将滚动元件的离心运动转化为压板的轴向运动，进而通过连接装置使保持锥环的支架移动，以改变锥环所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线所成的角度。这样，仅以机械的方式就可以根据输入轴转速变化自动地改变输出滚锥与输入滚锥之间的速比。与现有的锥环式无级变速箱相比，根据本发明的锥环式无级变速箱无需采用伺服电机以及相关的控制系统，因而结构简单、体积紧凑、成本较低。

附图说明

图1是根据本发明优选实施例的锥环式无级变速箱的横截面示意图；

图2是根据本发明优选实施例的锥环式无级变速箱的另一横截面示意图；

图3是根据本发明优选实施例的锥环式无级变速箱的调节装置的分解示意图；

图4是根据本发明优选实施例的锥环式无级变速箱的简化示意立体图，显示了调节装置与用于保持锥环的支架之间的连接装置；

图5是与图4类似的另一简化示意立体图；以及

图6是显示输出滚锥中的压紧装置的剖视图。

具体实施方式

下面结合示例详细描述本发明的优选实施例。本领域技术人员应理解的是，这些示例性实施例并不意味着对本发明形成任何限制。

图1是根据本发明优选实施例的锥环式无级变速箱的横截面示意图，图2是根据本发明优选实施例的锥环式无级变速箱的另一横截面示意图。如图1和2所示，根据本发明优选实施例的锥环式无级变速箱1包括箱体3、通过第一轴承5和第二轴承7可转动地支撑在箱体3上的输入轴9、和固定地安装在第一轴承5与第二轴承7之间的输入轴9上的输入滚锥11。根据本发明优选实施例的锥环式无级变速箱1还包括通过第三轴承13和第四轴承15可转动地支撑在箱体3上的中间轴17、安装在第三轴承13与第四轴承15之间的中间轴17上的输出滚锥19、固定地安装在中间轴17上的第一齿轮21、通过第五轴承23和第六轴承25可转动地支撑在箱体3上的输出轴27、固定地安装在输出轴27上并且与第一齿轮21啮合的第二齿轮29。

在所示优选实施例中，输出轴27采用中空轴并且嵌套输入轴9的动力输入端布置。第一齿轮21被安装在中间轴17靠近输入轴9的动力输入端的一端，并且中间轴17也通过第七轴承31支撑在箱体3上，以确保第一齿轮21与第二齿轮29平稳地啮合。这样，输出轴27的动力输出端和输入轴9的动力输入端大体位于锥环式无级变速箱1的同一侧，可以节约所需空间，减小锥环式无级变速箱1的尺寸。输出轴27的动力输出端可以安装有例如将锥环式无级变速箱1与轮毂(未示出)连接起来的适配器33，图中的适配器上还安装有制动盘34。

锥环式无级变速箱1还包括被夹在输入滚锥11与输出滚锥19之间的锥环35。锥环35被保持在能够沿着支撑在箱体3上的引导杆37滑动的支架39上。锥环式无级变速箱1还包括设置在输入轴9上的调节装置41。调节装置41包括能够随着输入轴9的旋转而发生离心运动的滚动元件43，以及能够随着滚动元件43的离心运动而轴向运动的压板45。

锥环式无级变速箱1还包括将调节装置41的压板45与保持锥环35的支架39连接起来的连接装置47。这样，当随着输入轴9的旋转导致滚动元件43离心运动并且进而导致压板45轴向运动时，将压板45与支架39连接起来的连接装置47导致支架39滑动，使得锥环3所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线(例如，输入轴9的中心轴线)垂直的状态发生改变，从而使得被夹在输入滚锥11与输出滚锥19之间的锥环35随着滚锥的转动而发生移动。

图3是根据本发明优选实施例的锥环式无级变速箱的调节装置的分解示意图。如图3所示，调节装置41包括基座49、位于基座49上并且用于容纳滚动元件43的多个轨道51、位于相应轨道51中的滚动元件43、用于将滚动元件43保持在相应轨道51上的盖板53、以及通过轴向轴承55与盖板53连接的压板45。基座49通过键槽结构59被固定地安装到输入轴9上以便能够随着输入轴9一起转动。用于容纳滚动元件43的轨道51分别具有形成有向着盖板53倾斜的斜面61，同时盖板53上也形成有向着基座49倾斜的斜面62。基座49上还形成有向着盖板53延伸的引导突起63，同时在盖板53上形成有接收引导突起63的引导槽65。当基座49上的引导突起63被接收到盖板53上的引导槽65中时，可以防止盖板53相对于基座49转动，但是允许它们一起随着输入轴9转动，同时允许盖板53相对于基座49轴向移动。这样，当输入轴9转速超过临界值之后，被保持在基座49与盖板53之间的滚动元件43在离心力作用下沿着轨道51的斜面61和盖板53上的斜面62径向向外运动，从而推动盖板53沿着轴向方向远离基座49移动。沿着轴向方向远离基座49移动的盖板53通过轴向轴承55推动压板45沿着同一方向运动。为了减小摩擦并且有助于盖板53的轴向运动，可以在相应引导槽65中加装滑动套67。滑动套67优选地由摩擦系数较小的材料制成。为了引导压板45的轴向运动，压板45也可以设置有凹槽69，并且在调节装置41的外壳体71设置有对应的肋73。通过使肋73安放在相应凹槽69中，可以引导压板45的轴向运动并且阻止其任何旋转运动。

在优选实施例中，滚动元件43被显示为圆柱体，但应理解的是滚动元件43也可以为球体。此外，在优选实施例中，基座49上的轨道51具有形成为向着盖板53倾斜的斜面61，而同时盖板53上也形成有向着基座49倾斜的斜面62，但应理解的是仅形成斜面61和斜面62中的一个斜面也是可行的。为了有助于输入轴9转速降低时，滚动元件43移回到径向内侧的初始中心位置，斜面61和斜面62优选地从到输入轴9的距离至少等于滚动元件43的直径的位置处开始径向向外地形成。

尽管图3显示了本发明优选实施例的锥环式无级变速箱的调节装置的详细结构，但应理解的是，调节装置可以采用任何其它合适的结构，只要它能够将滚动元件43在离心力作用下的径向向外运动转换为调节装置的一部分(例如压板)的轴向运动。

压板45的轴向运动通过连接装置47导致用于保持锥环35的支架39移动，从而改变锥环3所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线所成的角度。图4是根据本发明优选实施例的锥环式无级变速箱的简化示意立体图，显示了调节装置与用于保持锥环的支架之间的连接装置。图5是与图4类似的另一简化示意立体图。如图4和5所示，连接装置47是将压板45与支架39连接起来的缆索75。为了使支架39与压板45的运动大致反向，设置有至少一个定滑轮77，使得缆索75绕过定滑轮77。由于滚动元件43的径向向外运动导致的压板45的轴向运动距离相对较小，绕过定滑轮77的缆索75也移动同样小的距离，这使得支架39的移动也很有限，锥环3所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线所成的角度变化也较小。为了扩大支架39的移动范围，更大地改变锥环3所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线所成的角度变化，使得缆索75的至少一部分绕过一个动滑轮79。具体如图4和5所示，使得缆索75的一部分75a连接在压板45与动滑轮支架81上，一端固定到箱体3上并且另一端连接到支架39上的缆索75的另一部分75b绕过安装在动滑轮支架81上的动滑轮79和至少一个定滑轮77。在所示优选实施例中，缆索75的另一部分75b绕过动滑轮79和两个定滑轮77、81。为了保持压板45和支架39的受力均匀以及平衡，在优选实施例中，在输入滚锥11的两侧各设置有一个连接装置47，但应理解的是，仅仅设置一个连接装置47也是可行的。

支架39在与缆索75的另一部分75b相连接的一侧的相反侧连接到螺旋弹簧83上，螺旋弹簧83使缆索75处于拉伸状态。当压板45沿着轴向远离基座49运动时，压板45通过拉动缆索75而克服螺旋弹簧83的拉力使得支架39沿着引导杆37向图4和5中的右侧滑动。当缆索75的拉力与螺旋弹簧83的拉力达到平衡时，支架39停止移动，锥环3所在平面相对于输入滚锥的中心轴线保持在大体垂直的状态。当输入轴9转速降低，离心力减小，滚动元件43逐渐移回到径向向内的中心位置时，在螺旋弹簧83的拉力作用下，支架39沿着引导杆37向图4和5中的左侧滑动，使得锥环3所在平面相对于输入滚锥的中心轴线的角度在相反方向发生变化。与此同时，缆索75拉动压板45沿着轴向向着基座49运动，直到回到图1所示初始位置。

当锥环3所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线垂直的状态发生改变时，被夹在输入滚锥11与输出滚锥19之间的锥环35随着滚锥的转动而发生移动，从而改变输入滚锥11与输出滚锥19之间的速比。如上所述，输入滚锥11和输出滚锥19与锥环3之间是依靠滚动摩擦来传递动力，为了避免接触摩擦部位打滑而造成动力流失，在输出滚锥19中设置有压紧装置85。图6是显示输出滚锥中的压紧装置85的剖视图。如图6所示，压紧装置85包括位于输出滚锥19中并且对输出滚锥施加恒定力的碟形弹簧组件87、以及位于输出滚锥19中并且根据输出滚锥的转矩而产生轴向力的凸轮盘组件89。凸轮盘组件89包括安装在中间轴17上的第一盘89a、由碟形弹簧组件87抵靠的第二盘89b、以及被夹在第一盘89a和第二盘89b之间的凸轮槽89c中的球体89d。随着输出滚锥的转矩发生变化，凸轮盘组件89的球体89d在凸轮槽89c中移动，从而推动碟形弹簧组件87，迫使通过键槽结构91安装在中间轴17上的输出滚锥19向右侧移动。这样，输出滚锥19与输入滚锥11之间的间隙变小，锥环3所承受的压力增加，提升了锥环和滚锥之间的摩擦力，保证动力传输效率。

以下将简单描述根据本发明优选实施例的锥环式无级变速箱1的运行。当输入轴9处于静止或低速状态时，滚动元件43处于图2所示的径向向内的初始中心位置。随着输入轴9转速增大到临界值，离心力大到足以驱动滚动元件43沿着斜面61和62径向向外运动。沿着斜面径向向外运动的滚动元件43挤压盖板53，从而推动盖板53沿着轴向方向远离基座49移动，进而推动压板45沿着同一方向运动。压板45的轴向运动拉动缆索75并且克服螺旋弹簧83的拉力使得支架39向图4和5中的右侧移动，这将改变锥环3所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线所成的角度。一旦锥环3所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线所成的角度发生改变，锥环3就被夹紧在输入滚锥11与输出滚锥19之间并且随着锥体的转动在锥体上相应地向右移动，从而改变输出滚锥19与输入滚锥11之间的速比。当缆索75对支架39的拉力与螺旋弹簧83对支架39的拉力达到平衡时，支架39停止移动，锥环3所在平面相对于输入滚锥的中心轴线保持在大体垂直的状态。在输入轴9转速降低时，上述过程反向运行。

根据本发明，通过调节装置将滚动元件的离心运动转化为压板的轴向运动，并进而通过连接装置使保持锥环的支架移动，以改变锥环所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线所成的角度。这样，仅以机械的方式就可以根据输入轴转速变化自动地改变输出滚锥与输入滚锥之间的速比。与现有的锥环式无级变速箱相比，根据本发明的锥环式无级变速箱无需采用伺服电机以及相关的控制系统，因而结构简单、体积紧凑、成本较低。

以上结合具体实施例对本发明进行了详细描述。显然，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本发明的限制。例如，在优选实施例中，输出滚锥被安装在中间轴上，锥环式无级变速箱还包括另外的一个轴作为输出轴，并且在中间轴和输出轴上安装有相互啮合的一对齿轮以增大变速箱速比，但应理解的是，输出滚锥被安装在上面的中间轴本身也可以作为输出轴，而无需另外的输出轴和另外的一对齿轮。但是，后一种情况下锥环式无级变速箱能够获得的最大速比小于前一种情况下锥环式无级变速箱能够获得的最大速比。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本发明的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本发明的范围。

Claims (9)

1.一种锥环式无级变速箱(1)，包括：

箱体(3)；

可转动地支撑在所述箱体(3)上的输入轴(9)；

固定地安装在所述输入轴(9)上的输入滚锥(11)；

可转动地支撑在所述箱体(3)上的中间轴(17)；

安装在所述中间轴(17)上的输出滚锥(19)；

被夹在所述输入滚锥(11)与所述输出滚锥(19)之间的锥环(35)；以及

用于保持所述锥环(35)的支架(39)；

其特征在于，所述锥环式无级变速箱(1)还包括：

设置在所述输入轴(9)上并且包括滚动元件(43)和压板(45)的调节装置(41)；以及

将所述压板(45)与保持所述锥环(35)的所述支架(39)连接起来的连接装置(47)；

其中，所述调节装置(41)被构造成：当所述输入轴(9)的转速超过临界值时允许所述滚动元件(43)发生离心运动并且将所述滚动元件(43)的离心运动转换为所述压板(45)的轴向运动，所述压板(45)的轴向运动又通过所述连接装置(47)导致所述支架(39)移动，从而改变所述锥环(35)所在平面相对于所述输入轴(9)的中心轴线所成的角度；

其中，所述连接装置(47)包括将所述压板(45)与所述支架(39)连接起来的缆索(75)，所述支架(39)与所述缆索(75)连接的相反侧被连接到螺旋弹簧(83)上，所述螺旋弹簧(83)使所述缆索(75)处于拉伸状态。

2.根据权利要求1所述的锥环式无级变速箱，其特征在于，所述调节装置(41)还包括固定地安装到所述输入轴(9)上的基座(49)、位于所述基座(49)上并且用于容纳所述滚动元件(43)的多个轨道(51)、和用于将所述滚动元件(43)保持在相应的轨道(51)上的盖板(53)，所述压板(45)通过轴向轴承(55)与所述盖板(53)连接，并且所述轨道(51)分别形成有向着所述盖板(53)倾斜的第一斜面(61)和/或所述盖板(53)形成有向着所述基座(49)倾斜的第二斜面(62)。

3.根据权利要求2所述的锥环式无级变速箱，其特征在于，所述第一斜面(61)从所述轨道(51)上到所述输入轴(9)的距离至少等于所述滚动元件(43)的直径的位置处开始径向向外地形成和/或所述第二斜面(62)从所述盖板(53)上到所述输入轴(9)的距离至少等于所述滚动元件(43)的直径的位置处开始径向向外地形成。

4.根据权利要求2所述的锥环式无级变速箱，其特征在于，所述基座(49)上还形成有向着所述盖板(53)延伸的引导突起(63)，并且在所述盖板(53)上形成有接收所述引导突起(63)的引导槽(65)。

5.根据权利要求2所述的锥环式无级变速箱，其特征在于，所述压板(45)上设置有凹槽(69)，并且所述调节装置(41)的外壳体(71)上设置有安放在相应的凹槽(69)中的肋(73)。

6.根据权利要求1所述的锥环式无级变速箱，其特征在于，所述缆索(75)的一部分(75a)被连接在所述压板(45)和动滑轮支架(81)上，所述缆索(75)的另一部分(75b)被连接在所述箱体(3)和所述支架(39)上并且至少绕过安装在动滑轮支架(81)上的动滑轮(79)。

7.根据权利要求1所述的锥环式无级变速箱，其特征在于，所述锥环式无级变速箱还包括支撑在所述箱体(3)上的引导杆(37)，所述支架(39)能够沿着所述引导杆(37)滑动。

8.根据权利要求1所述的锥环式无级变速箱，其特征在于，所述锥环式无级变速箱还包括设置在所述输出滚锥(19)中、并且能够使所述输出滚锥(19)轴向移动以调节所述输入滚锥(11)与所述输出滚锥(19)之间的间隙的压紧装置(85)。

9.根据权利要求1所述的锥环式无级变速箱，其特征在于，所述锥环式无级变速箱还包括：

固定地安装在所述中间轴(17)上的第一齿轮(21)；

可转动地支撑在所述箱体(3)上的输出轴(27)；以及

固定地安装在所述输出轴(27)上并且与所述第一齿轮(21)啮合的第二齿轮(29)；

其中，所述输出轴(27)是环绕所述输入轴(9)布置的中空轴。

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