CN107339384B - 一种无自旋积分曲线式无级变速单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无自旋积分曲线式无级变速单元，旨在提供一种在变速比范围内均能避免自旋效率损失的无级变速单元。其技术要点是：变速单元由输入锥盘、输入轴、输出锥盘、输出轴、滚轮、滚轮安装轴组成，动力由输入轴输入，依次经过输入锥盘、滚轮、输出锥盘，由输出轴传出。输入轴与输出轴平行布置，滚轮垂直安装在两轴之间，输入锥盘与输出锥盘上的母线均是特殊的积分曲线。调速时，滚轮沿着垂直方向移动，输入锥盘与输出锥盘沿着自身轴线移动保证传动元件之间能正常接触。本发明可用于替换各类环面型无级变速器中的无级变速单元，使变速器无自旋高效传动。

Description

一种无自旋积分曲线式无级变速单元

技术领域

本发明涉及传动系中的变速单元，具体讲就是牵引式无级变速单元。

背景技术

目前，全球范围内的过度能源消耗与环境污染是两个亟待解决的问题。在众多的解决途径中，无级变速器是一种理想的传动解决方案，其可以提供一系列的连续传动比使得内燃机始终处于高效点工作，这也就提高了整机的传动效率并减少了内燃机的排放。

现有的机械无级变速器分为摩擦式无级变速器与牵引式无级变速器。其中牵引式无级变速器主要是指利用主动元件的滚动带动从动元件的滚动来传递动力的无级变速器。牵引式无级变速单元是牵引式无级变速器中主要传动元件的集合。主动元件与从动元件之间往往不是刚体与刚体的直接接触，而是在中间产生一层薄油膜。这层油膜在压力的作用下力学性质接近于固体。也就是说，它可以承受较大的剪切力，这也使得牵引式无级变速器能够传递较大的扭矩，并且保持较长的零件寿命。就此而言，牵引式无级变速器相较于摩擦式无级变速器是一种更为优秀的无级变速器形式，在中、大排量轿车以及小型工程机械领域有着成功的应用案例，是未来无级变速器的重点研究与发展方向。

现有牵引式无级变速器的不足之处是：现有大多数无级变速器在大多数工作状态下，都不能避免“自旋”效率损失。所谓“自旋”是指在牵引传动时主动件和从动件在接触区域内各点速度不一致的情况，该情况会导致效率降低、油膜发热等不良后果，最终影响牵引传动性能。从牵引元件的传动状态来看自旋的产生原因，可以总结出如下结论：当主动件的回转轴、从动件的回转轴、牵引油膜的所在平面三者不能相互平行或相交于一点时就会产生自旋。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种在变速比范围内均能避免自旋效率损失的无级变速单元。

为了解决上述存在的技术问题，本发明将采用下述技术方案：一种无自旋积分曲线式无级变速单元，包括输入锥盘、输入轴、输出锥盘、输出轴、滚轮、滚轮安装轴。输入锥盘通过键连接安装在输入轴上，以使得输入锥盘和输入轴可以一起绕着输入锥盘回转轴线转动，且输入锥盘可相对于输入轴沿着轴向滑动；输出锥盘通过键连接安装在输出轴上，以使得输出锥盘和输出轴可以一起绕着输出锥盘回转轴线转动，且输出锥盘可相对于输出轴沿着轴向滑动；滚轮安装在滚轮安装轴上，滚轮可绕滚轮回转轴线转动。

输入轴与输出轴平行布置，滚轮安装在输入轴与输出轴之间的滚轮安装轴上，滚轮安装轴垂直于输入轴与输出轴设置；输入锥盘与滚轮压紧并接触于输入点，输出锥盘与滚轮压紧并接触于输出点。

输入锥盘上的输入锥盘母线是一种积分曲线，其方程满足：

其中坐标系XOY的原点O在输入锥盘回转轴线上，X轴与输入锥盘回转轴线重合，Ra为从输入点沿着输入接触区域法向到滚轮回转轴线的距离，C为实常数。

输出锥盘上的输出锥盘母线是一种积分曲线，其方程满足：

其中坐标系XOY的原点O在输出锥盘回转轴线上，X轴与输出锥盘回转轴线重合，Rb为从输出点沿着输入接触区域法向到滚轮回转轴线的距离，C＇为实常数。

本发明所述的一种无自旋积分曲线式无级变速单元，其工作原理为：

传动时，动力由输入轴输入，带动输入锥盘转动，输入锥盘牵引滚轮转动，滚轮牵引输出锥盘转动，将动力传递给输出锥盘，输出锥盘带动输出轴转动，最终将动力从输出轴传出。

调速时，滚轮安装轴带动滚轮沿着垂直方向上下移动一定距离，迫使输入锥盘沿着输入轴的轴线方向向外/向内移动一定距离，输出锥盘沿着输出轴的轴线方向向内/向外移动一定距离，以使得输入锥盘、输出锥盘始终与滚轮保持压紧接触，在接触点产生牵引力。由于三个元件的移动，传动元件的相对位置关系发生改变，输入点与输出点的位置改变，从而改变了滚轮与输入锥盘和输出锥盘的接触半径，传动比为接触半径的比值，因此传动比改变，实现了调速。

采用上述技术方案后，将具有这样的有益效果：即在变速单元的整个调速过程中，这种无自旋无级变速单元的滚轮回转轴线、输入锥盘回转轴线、输出锥盘回转轴线以及接触点的公切线分别交于一点，即在调速范围内无自旋效率损失。

附图说明

图1为无自旋积分曲线式无级变速单元原理图。

图2为输出牵引传动的无自旋原理图。

图3为无自旋积分曲线式无级变速单元低速输出的简图。

图4为无自旋积分曲线式无级变速单元高速输出的简图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步详细的描述。

如附图1所示，本发明提供了一种无自旋积分曲线式无级变速单元，主要由输入锥盘1a、输入轴2a、输出锥盘1b、输出轴2b、滚轮6、滚轮安装轴7组成。

输入锥盘1a安装在输入轴2a上并可以沿着输入轴2a的轴线移动但不能相对于输入轴2a转动。输入锥盘1a上的输入锥盘母线4a是一种积分曲线，这样的形状可以保证在传动时没有自旋。

输出锥盘1b安装在输出轴2b上并可以沿着输出轴2b的轴线移动但不能相对于输出轴2b转动。输出锥盘1b上的输出锥盘母线4b是一种积分曲线，这样的形状可以保证在传动时没有自旋。输出轴2b与输入轴2a呈平行布置。

滚轮6安装在滚轮安装轴7上，滚轮安装轴7同时垂直于输入轴2a与输出轴2b，滚轮6与滚轮安装轴7的相对位置保持固定。输入锥盘1a与滚轮6压紧并接触于输入点8，输出锥盘1b与滚轮6压紧并接触于输出点9。

传动时动力由输入轴2a带动输入锥盘1a转动，在卷吸的作用下，输入锥盘1a与滚轮6之间在输入点8处形成油膜，从而输入锥盘1a牵引滚轮6转动，同样在卷吸的作用下，滚轮6与输出锥盘1b在输出点9处形成油膜，从而滚轮6牵引输出锥盘1b转动。最终动力由输出轴2b传出。

如附图2所示，本发明所提供的无级变速单元在输出点9处牵引传动是没有自旋的。输出锥盘母线4b是一种积分曲线，其方程满足：

其中坐标系XOY的原点O在输出锥盘回转轴线3b上，X轴与输出锥盘回转轴线3b重合，Rb为从输出点9沿着输入接触区域法向到滚轮回转轴线5的距离，C＇为实常数。上述等式两边对y求导，并对等式两边同时求4次方得：

而另一方面，滚轮回转轴线5与输出锥盘回转轴线3b的交点坐标应当为：而过输出点9的公切线与输出锥盘回转轴线3b的交点坐标应当是：/>由于其中/>显然上述两个坐标重合。也就是说，由于输出锥盘母线4a的特殊形状，可以使得在传动过程中的各个状态滚轮回转轴线5、输出锥盘回转轴线3b、过输出点9的公切线，三者始终交于一点，根据无自旋条件，这样的牵引传动没有自旋损失。

同理，在输入点8处也没有自旋损失。总的来说，这种无自旋积分曲线式无级变速单元在传动过程中没有自旋损失，效率高，传动性能良好。

如附图3所示，无自旋积分曲线式无级变速单元低速输出的情况。此时，滚轮6垂直向上移动一定距离；相应地，输入锥盘1a沿着输入轴2a的轴线方向向外移动一定距离；同时，输出锥盘1b沿着输出轴2b的轴线方向向内移动一定距离。在整个传动与调速过程中，输入锥盘1a、输出锥盘1b始终与滚轮6保持压紧接触。由于传动元件的相对位置关系发生改变，输入点8的位置相对输入锥盘1a向着靠近回转中心方向改变，输出点9的位置相对输出锥盘1b向着远离回转中心方向改变，从而传动比变大，低速输出。

如附图4所示，无自旋积分曲线式无级变速单元高速输出的情况。此时，滚轮6在垂直向下移动一定距离；相应地，输入锥盘1a沿着输入轴2a的轴线方向向内移动一定距离；同时，输出锥盘1b沿着输出轴2b的轴线方向向外移动一定距离。在整个传动与调速过程中，输入锥盘1a、输出锥盘1b始终与滚轮6保持压紧接触。由于传动元件的相对位置关系发生改变，输入点8的位置相对输入锥盘1a向着远离回转中心方向改变，输出点9的位置相对输出锥盘1b向着靠近回转中心方向改变，从而传动比变大，低速输出。

综上所述，本发明可以提供一种牵引式无级变速单元，该变速单元可以实现连续调速的目的，且在传动过程中没有自旋损失，效率较高。

Claims (1)

1.一种无自旋积分曲线式无级变速单元，包括输入锥盘（1a）、输入轴（2a）、输出锥盘（1b）、输出轴（2b）、滚轮（6）、滚轮安装轴（7）；其特征在于：所述输入锥盘（1a）通过键连接安装在输入轴（2a）上，以使得输入锥盘（1a）和输入轴（2a）可以一起绕着输入锥盘回转轴线（3a）转动，且输入锥盘（1a）可相对于输入轴（2a）沿着轴向滑动；所述输出锥盘（1b）通过键连接安装在输出轴（2b）上，以使得输出锥盘（1b）和输出轴（2b）可以一起绕着输出锥盘回转轴线（3b）转动，且输出锥盘（1b）可相对于输出轴（2b）沿着轴向滑动；所述输入轴（2a）与输出轴（2b）平行布置；所述滚轮（6）安装在输入锥盘（1a）与输出锥盘（1b）之间的滚轮安装轴（7）上，滚轮（6）可绕滚轮回转轴线（5）转动，且滚轮（6）一侧与输入锥盘（1a）压紧并接触于输入点（8），另一侧与输出锥盘（1b）压紧并接触于输出点（9）；所述滚轮安装轴（7）垂直于输入轴（2a）与输出轴（2b）设置；

所述输入锥盘（1a）的锥盘母线（4a）是一种积分曲线，满足的方程为：

其中坐标系XOY的原点O在输入锥盘回转轴线（3a）上，X轴与输入锥盘回转轴线（3a）重合，Ra为从输入点（8）沿着输入接触区域法向到滚轮回转轴线（5）的距离，C为实常数；

所述输出锥盘（1b）的锥盘母线（4b）是一种积分曲线，满足的方程为：

其中坐标系XOY的原点O在输出锥盘回转轴线（3b）上，X轴与输出锥盘回转轴线（3b）重合，Rb为从输出点（9）沿着输入接触区域法向到滚轮回转轴线（5）的距离，C＇为实常数。