CN1076091C - 无级变速器 - Google Patents
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Abstract
一种无级变速器T,包括:支承在输入轴23外周的主动面29;支承在输出轴22外周的从动面30;支承在锥形支架31、56上,抵接在上述两盘29、30的多个双锥体39;设置在箱体1和锥形支架31、55之间的扭矩靠模机构33。扭矩靠模机构33由滚轮36和导向槽41所构成,滚轮36设置在锥形支架31、56上;导向槽41设置在箱体1的内壁,使其与轴线L倾斜且与上述滚轮36相结合,当锥形支架31、56的输入扭矩变化时,锥形支架31、56沿轴线L方向移动。导向槽相对于轴线L的倾斜角α是可变的。
Description
本发明涉及一种无级变速器,该变速器具备双锥体的、该双锥体是由与主动面抵接的第1圆锥面和与从动面抵接的第2圆锥面所构成的,通过改变主动面和从动面对第1圆锥面和第2圆锥面的抵接点的位置,来变更变速比的无级变速器。
这样的无级变速器正如日本专利公报特公昭47-447号所记载的那样,是众所周知的。
但是,上述现有的无级变速器存在的问题是:由于要从箱体外部用手动操纵来进行变速比的控制,因此不能根据车辆的运转状态,自动地变更变速比,驾驶操作感到腻烦。另一问题是:若用传感器检测车辆的运转状态、依据该运转状态,用电子控制装置驱动执行元件,使其控制变速比的话、则结构复杂、成本高。
本发明是鉴于上述问题而提出的,其目的是用简单的结构自动地控制无级变速器的变速比。
为了达到上述目的,本发明第一方面所记载的无级变速器,具有:箱体;旋转自如地支承在变速器主轴上的主动面;旋转自如地支承在变速器主轴上的从动面;沿变速器主轴自如移动的锥形支架;沿以变速器主轴为中心线的圆锥母线支承在锥形支架上的双锥体支承轴;由共有底面的第1圆锥面和第2圆锥面构成、旋转自如地支承在双锥体支承轴上、第1圆锥面抵接在主动面上同时第2圆锥面抵接在从动面上的双锥体;根据锥形支架的输入扭矩使该锥形支架沿变速器主轴的轴线方向移动的扭矩靠模机构,其特征是:扭矩靠模机构具有导向槽和被导向件,该导向槽设置在箱体和锥形支架的一方,使其相对上述轴线倾斜,该被导向件设置在箱体和锥形支架的另一方,且与上述导向槽相卡合,相对于上述轴线的上述导向槽的倾斜角度为可变的。
另外,本发明的第二方面在第一方面的结构的基础上的特征在于:上述倾斜角度能根据输入到锥形支架的转矩而变化。
另外,本发明的第3方面在第1方面的结构的基础上的特征在于:上述倾斜角度依据驾驶员的操纵指令而变化。
以下依据附图所示的本发明的实施例对本发明的实施形式进行说明。
图1是车辆用动力装置的纵剖面图。
图2是图1的主要部位的放大图。
图3是沿图2的3-3线的剖面图。
图4是沿图2的4-4线的剖面图。
图5是表示本发明的第2实施例的、与上述图2对应的图。
图6是沿图5的6-6剖切线的放大的方向视图。
图7是扭矩靠模机构的作用的说明图。
图8是说明第2实施例的作用的曲线图。
图1~图4所示是本发明的第1实施例。
如图1所示,动力装置P搭载在摩托车上的,具有收纳发动机E和无级变速器T的箱体1。箱体1可分解为3部分:中央箱体2;连接在中央箱体2的左侧面的左箱体3;连接在中央箱体2的右侧面的右箱体4。曲轴6通过一对滚珠轴承5、5支承在中央箱体2和左箱体3上,缸体7同样支承在中央箱体2和左箱体3上,活塞8滑动自如地与缸体7相配合,曲轴6通过连杆9与活塞8相连接。
曲轴6的左端设有发电机10,该发电机10由与左箱体3的左侧面连接的发电机罩所覆盖。主动齿轮12可相对自如旋转地支承在延伸至右箱体4内部的曲轴6的右端外周,该主动齿轮12通过设置在曲轴6右端的自动离心离合器13可与该曲轴6结合。
同时参照图2的话会更加明确,无级变速器T的变速器主轴21由内侧的输出轴22和套筒状的输入轴23所构成,该输入轴23通过滚针轴承24可相对自如旋转地配合在该输出轴22的外周,输出轴22的两端架设在左箱体3和右箱体4之间。与上述主动齿轮12啮合的从动齿轮25固定在输入轴23上。从动齿轮25由与输入轴23花键连接的内侧齿轮半体26和外侧齿轮半体27所构成,该外侧齿轮半体27通过多个橡胶减震器28…与该内侧齿轮半体相连接,使其只能相对转动一点点,且与上述主动齿轮12相啮合。在从主动齿轮12经从动齿轮25传递至输入轴23的发动机扭矩发生变化时,通过上述橡胶减震器28…的变形来减轻冲击。
主动面29具有朝向半径方向外侧的环状的抵接部291,从动面30具有朝向半径方向内侧的环状的抵接部301,主动面29与输入轴23的外周花键连接,同时从动面30可相对自如旋转地支承在输出轴22的外周。
大致制成圆锥状的第1锥形支架31通过滚针轴承32支承在从动面30的轴毂部302外周,能相对旋转且能轴向滑动。同时参照图3的话会更加明确,阻止第1锥形支架31相对箱体1转动的扭矩靠模机构33包括:沿半径方向植设(设置)于第1锥形支架31外周的销轴34;通过滚珠轴承35支承在该销轴34上的滚轮36;能够引导该滚轮36的、形成于右箱体4的内壁上的导向槽41。导向槽41的方向相对变速器主轴21的轴线L只倾斜角度α。
架设多个双锥体支承轴37…,使其横穿形成于第1锥形支架31上的多个窗口311,双锥体39通过滚针轴承38、38可自如旋转地支承在各双锥体支承轴37上。双锥体支承轴37…配置在以变速器主轴21的轴线L为中心线的圆锥母线上,从主动面29的抵接部291和从动面30的抵接部301之间穿过。各双锥体39由共有底面的第1圆锥面40和第2圆锥面41所构成,主动面29的抵接部291抵接在第1圆锥面40上,同时,从动面30的抵接部301抵接在第2圆锥面41上。
在与曲轴6对置的第1锥形支架31的上部开设有1个窗口312。收纳于第1锥形支架31内的从动齿轮25的齿面靠进上述窗口312,通过该窗口312主动齿轮12和从动齿轮25啮合。
在从动齿轮25的右侧设有离心机构51,该离心机构51根据输入轴23的转速,通过使第1锥形支架31在轴向上滑动来改变无级变速器T的变速比。离心机构51包括:固定在输入轴23的外周的套筒52;通过衬套53可自如滑动地与套筒52的外周相配合的凸轮部件54和多个离心重块55…,该离心重块55…配置在固定凸轮面251和可动凸轮面541之间,该固定凸轮面261形成于从动齿轮25的内侧齿轮半体26的右侧面,该可动凸轮面541形成于凸轮部件54的左侧面。覆盖离心机构51的第2锥形支架56的外周用卡簧57固定在第1锥形支架31的右端,该第2锥形支架56的内周通过滚珠轴承58支承在凸轮部件54上。
第1锥形支架31和第2锥形支架56协同动作,且划定包围变速器主轴21的空间,在其内部收纳有从动齿轮25、主动面29和离心机构51。上述空间通过靠近从动齿轮25齿面的1个窗口312和支承双锥体39…的窗口311与箱体1的内部空间相连通。
与上述套筒52的右端相配合的带台阶的轴圈59通过滚珠轴承60支承在输出轴22的右端外周,该滚珠轴承60的右侧面用挡环61固定在输出轴22上。由输出轴22和输入轴23组成的变速器主轴21通过与输入轴23的外周相配合的滚珠轴承62支承在右箱体4上。将弹簧54压缩设置在支承于上述滚珠轴承62上的弹簧座62和第2锥形支架56之间,由该弹簧64的弹簧力使第2锥形支架56和第1锥形支架31向左弹压。
而且,当输入轴23的转速增加时,离心重块55…因离心力向半径方向外侧移动、推压两凸轮面261、541,因此,凸轮部件54反抗弹簧64的弹簧力向右移动,通过滚珠轴承58与该凸轮部件54连接的第2锥形支架56和第1锥形支架31向右滑动。
输出齿轮66与输出轴22的左端花键连接、且用挡环65固定,在输出齿轮66的右端和上述从动面30的左端之间设有调压凸轮机构67。如图4明示的那样,调压凸轮机构67是将滚珠68夹持在若干凹部661和若干凹部303之间而形成的,该凹部661形成于输出齿轮66的右端,该凹部303形成于从动面30的左端,在输出齿轮66和从动面30之间装有蝶形弹簧69,预先加上载荷,使从动面30向右弹压。当扭矩作用在从动面30上、在从动面30和输出齿轮66之间出现相对旋转时,由调压凸轮机构67赋于从动面30向离开输出齿轮66的方向(向右)运动的趋势。
返回图1,第3减速齿轮71通过滚珠轴承70旋转自如地支承在左箱体3上,输出轴22的左端通过滚针轴承72和滚珠轴承73同轴地支承在该第3减速齿轮71上。减速轴75通过一对滚珠轴承74、74支承在左箱体3和中央箱体2上,设置在减速轴75上的第1减速齿轮76和第2减速齿轮77分别与上述输出齿轮66和第3减速齿轮71相啮合。在从左箱体3突出至外部的第3减速齿轮71的轴部前端设有卷绕环状链条78的驱动链轮79。因此,输出轴22的旋转通过输出齿轮66、率1减速齿轮76、第2减速齿轮77、第3减速齿轮71、驱动链轮79和环状链条78传递至驱动轮。
穿设于右箱体4内部的油路42与轴向贯通输出轴22内部的油路221相连通,无级变速器T的各部由从该油路221供给到第1锥形支架31和第2锥形支架56内部空间的润滑油进行润滑。
下面对具有上述结构的本发明实施例的作用进行说明。
如图2所示,从变速器主轴21的轴线L测得的主动面29抵接部291的距离A为一定值,从双锥体支承轴37测得的主动面29抵接部291的距离B为可变值(BL、BT)。另外,从双锥体支承轴37测得的从动面30抵接部301的距离C为可变值(CL、CT),从变速器主轴21的轴线L到所测的从动面30抵接部301的距离D为一定值。
设主动面29的转速为NDR、从动面30的转速为NDN,当变速比R定义为R=NDR/NDN时,则变速比R由下式给出:
R=NDR/NDN=(B/A)×(D/C)
如图2的上半部所示,在发动机E低速旋转时,因由主动齿轮12驱动的从动齿轮25的转速低,所以作用于离心机构51的离心重块55…的离心力也小,第2锥形支架56和第1锥形支架31在弹簧64的弹簧力作用下向左移动。当第1锥形支架31向左移动时,主动面29的抵接部291向双锥体39的第1圆锥面40的底面一侧移动,距离B增大至最大值BL,同时,从动面30的抵接部301向双锥体39的第2圆锥面41的顶点一侧移动,距离C减小至最小值CL。
此时因上述距离A、D是一定值,所以当距离B增加至最大值BL、距离C减小至最小值CL时,上述变速比R变大,变速至低速率(Low)。
另外,如图2的下半部所示,在发动机E高速旋转时,因由主动齿轮12驱动的从动齿轮25的转速高,所以作用于离心机构51的离心重块55…的离心力也大,第2锥形支架56和第1锥形支架31在因离心力向半径方向外侧移动的离心重块55…的作用下,反抗弹簧64的弹簧力向右移动。当第1锥形支架31向右移动时,主动面29的抵接部291向双锥体39的第1圆锥面40的顶点一侧移动,距离B减小至最小值BT,同时,从动面30的抵接部301向双锥体39的第2圆锥面41的底面一侧移动,距离C增大至最大值CT。
此时因上述距离A、D是一定值,所以当距离B减小至最小值BT、距离C增大至最大值GT时,上述变速比R变小,变速至高速率(TOP)。
于是,根据发动机E的转速可以使无级变速器T的变速比在低速率和高速率之间无级变化。而且因上述变速比的控制可以由离心机构51自动地进行,所以与设置从箱体1的外部手动进行变速操纵的变速控制装置的情况、和设置电子变速控制装置的情况相比,因结构简单,可以降低成本和使无级变速器T小型化。
如上所述,主动面29的旋转,通过双锥体39…,以规定的变速比R,传递至从动面30,进一步,从动面30的旋转,通过调压凸轮机构67传递至输出齿轮66。此时,若因作用于从动面30上的扭矩,在从动面30和输出齿轮66之间出现相对旋转的话,由调压凸轮机构67使从动面30向离开输出齿轮66的方向弹压。这种弹压力与由蝶形弹簧69产生的弹压力协同作用使其产生下列表面压力:把主动面29的抵接部291压接在双锥体39的第1圆锥面40上的表面压力和把从动面30的抵接部301压接在双锥体39的第2圆锥面41上的表面压力。
由上述调压凸轮机构67产生的弹压力虽然将输出齿轮66向左推压,但因输出齿轮66的左端用挡环65将其固定在输出轴22的左端,所以上述向左的推压力传递至输出轴22。另外,由上述调压凸轮机构67产生的弹压力虽然将从动面30向右推压,但该推压力从从动面30,通过双锥体39…、主动面29、内侧齿轮半体26、套筒52、滚珠轴承62、轴圈59、滚珠轴承60和挡环61,传递至输出轴22的右端。
因此,调压凸轮机构67将输出齿轮66和从动面30向左右方向推压的载荷,是作为输出轴22的拉伸载荷而起作用的,该拉伸载荷被输出轴22的内部应力抵消了,调压凸轮机构67的推压载荷并不传递至箱体1。因此,不必强化箱体1的强度,以使其能承受上述推压载荷,有助于无级变速器T的轻量化。而且,因为用1个调压凸轮机构67弹压主动面29和从动面30双方,所以与用另一个调压凸轮机构67分别弹压主动面29和从动面30的情况相比,能够减少部件件数和降低成本。
另外,在无级变速器T进行变速时,第1锥形支架31,由于主动面29的传递扭矩反力,而在变速器主轴21周围旋转,但由于支承于第1锥形支架31上的扭矩靠模机构33的滚轮36,与形成于右箱体4上的导向槽41相卡合,因此该传递扭矩被阻止,第1锥形支架31能不旋转地沿轴向滑动。
车辆在行驶过程中要紧急加速,在使发动机扭矩急速增加了的情况下,随着上述发动机扭矩的急速增加,作用于第1锥形支架31上的传递扭矩反力也要增大。其结果是,如图3所示,滚轮36靠载荷F压接在倾斜的导向槽41的壁面上,由该载荷F的导向槽41方向的分力F1,使第1锥形支架31弹压向图2的左侧(低速率侧)。即,由于扭矩靠模机构33的作用,变速比自动地向低速率侧变化,因此,能发挥所谓调低挡的效果,能有效地使车辆加速。
然而,控制上述调低挡时的变速比,并不设置特别的变速控制装置,扭矩靠模机构33能根据发动机扭矩的变化自动地进行,因此,由于结构简单,能实现成本降低和无级变速器T的小型化。另外,仅仅改变扭矩靠模机构33的导向槽41的形状,就能很容易地调整变速比的变化特性。
无级变速器T的第1锥形支架31和第2锥形支架56的下部浸泡在贮留于箱体1底部的润滑油中,但因支承双锥体39…的窗口311…和靠近从动齿轮25齿面的窗口322处在高于润滑油油面OL的位置(参照图2),所以,不会有多量的润滑油从箱体1的底部浸入到第1锥形支架31和第2锥形支架56的内部空间。另外,即使润滑用的润滑油从贯通输出轴22内部的油路221供给到第1锥形支架31和第2锥形支架56的内部空间,该润滑油也会因由于从动齿轮25的旋转而产生的离心力的作用飞溅到外部,因此第1锥形支架31和第2锥形支架56的内部空间,仅能保持润滑所必需的最小限度的润滑油。
于是,从动齿轮25仅仅搅拌少量的润滑油,能把由于搅拌不必要的润滑油而带来的动力损失抑制在最小限度。而且因为由第1锥形支架31和第2锥形支架56对润滑油进行阻滞,所以不必设置特别的润滑油阻滞件,能减少部件件数。
如上所述,由于在第1锥形支架31和第2锥形支架56所划定的空间内配置了从动齿轮25,所以与将该从动齿轮25配置在上述空间外的场合相比,不仅能减小搅油阻力,而且由于把主动面29和主心机构51分开配置在从动齿轮25的左右两侧,所以能有效利用上述空间的容积,使无级变速器T紧凑化。
图5~图8所示是本发明的第2实施例。
第2实施例是对第1实施例的扭矩靠模机构33进行改进而获得的,如图5和6所示,第2实施例的扭矩靠模机构33具有导向件43,该导向件43通过上下方向延伸的销子42可自如摇动地支承在右箱体4的底壁上。导向件43是夹着销子42、一端具有与滚轮36卡合的U字形的滚轮槽431,而且另一端具有臂432,在该臂432的前端和形成于右箱体4上的弹簧座42、42之间,设有一对弹簧44、44。在扭矩没有传递到第1锥形支架31上时,导向件43由弹簧44、44而被弹压至处于与变速器主轴21平行的图6的位置。
因此,在无级变速器T变速时,若第1锥形支架31由于主动面29的传递扭矩反力要绕变速器主轴21旋转的话,由于该传递扭矩反力的作用,导向件43绕销子42摆动,停止在与弹簧44、44的弹簧力平衡的图7(A)的位置。此时的滚轮槽431相对变速器主轴21的轴线L所成的倾斜角度α不是一定的,随传递扭矩的变化而变化。具体地说,由于当传递扭矩增加时倾斜角度α也增加,所以向高侧的变速难于进行、变速的转速增加。
图8A(A)所示是滚轮槽41的倾斜角度α为固定的第1实施例的无级变速器T的变速特性,图8(B)所示是滚轮槽431的倾斜角度α为可变的第2实施例的无级变速器T的变速特性。如该图所明示的那样,倾斜角度α可变的第2实施例的无级变速器T,在传递扭矩小时,倾斜角度α变小,所以能以较低的发动机转速向高侧变速,不仅更加寂静的行驶是可行的,而且还能降低燃料消耗率。另一方面,在传递扭矩大时,倾斜角度α变大,所以能以较高的发动机转速向高侧变速、更加强劲的行驶是可行的。
相反,在扭矩从输出轴22一侧向输入轴23一侧传递时,也就是在发动机制动时,导向件43绕销子42反向摆动,停止在与弹簧44、44的弹簧力平衡的图7(B)的位置。这种情况下,滚轮槽431相对变速器主轴21的轴线L所成的倾斜角度α不是一定的,也会随传递扭矩的增加而增加。因此,在陡坡上发动机制动时,因为上述倾斜角度α增加,所以向高侧的变速难以进行,提高了发动机制动性能,在平地上发动机制动时,因上述倾斜角度α减小,所以向高侧的变速变得容易进行,能抑制发动机过分制动。
以上详细描述了本发明的实施例,但本发明在不偏离其要点的范围内,能进行各种变更设计。
例如,第1、第2实施例的扭矩靠模机构33将滚轮36设置在第1锥形支架31上,将滚轮槽41、431设置在箱体1侧上,但即使将其位置关系反过来也可以。另外,在第2实施例,虽然是使其根据传递扭矩的大小自动地摆动导向件43,但也可以由驾驶员以开关操纵用液压执行元件或电磁执行元件使其摆动,或驾驶员手动操纵使其摆动。这样一来,能根据驾驶员的喜好任意设定变速特性。
如上所述,根据第一方面所记载的发明,由于扭矩靠模机构具有导向槽和被导向件,该导向槽设置在箱体和锥形支架之一方,使其相对轴线倾斜,所述被导向件设置在箱体和锥形支架的另一方,且与上述导向槽相卡合,所以不需手动变速操纵,另外不需设置结构复杂的电气控制装置,能根据传递至锥形支架的扭矩的大小自动地控制无级变速器的变速比。而且,通过适当地设定上述导向槽的形状,能很容易地调整变速特性。因为设置于箱体和锥形支架之一方的导向槽相对上述轴线所成的倾斜角度是可变的,所以能任意地调整无级变速器的变速特性。
根据第二方面所记载的发明,因为上述倾斜角度能根据输入到锥形支架上的扭矩而变化,所以即使驾驶员不进行特别的操纵也能根据运转状态自动地调整变速特性。
根据第三方面所记载的发明,因为上述倾斜角度根据驾驶员的操纵指令而变化,所以能根据驾驶员的喜好选择变速特性。
Claims (3)
1.一种无级变速器,包括:
旋转自如地支承在变速器主轴(21)上的主动面(29);
旋转自如地支承在变速器主轴(21)上的从动面(30);
沿变速器主轴(21)自如移动的锥形支架(31,56);
沿以变速器主轴(21)为中心线的圆锥母线支承在锥形支架(31,56)上的双锥体支承轴(37);
由共有底面的第1圆锥面(40)和第2圆锥面(41)所构成、旋转自如地支承在上述双锥体支承轴(37)上、第1圆锥面(40)抵接在主动面(29)上,同时第2圆锥面(41)抵接在从动面(30)上的双锥体(39);
根据锥形支架(31,56)的输入扭矩,使该锥形支架(31,56)沿变速器主轴(21)的轴线(L)方向移动的扭矩靠模机构(33),
其特征是:
扭矩靠模机构(33)具有导向槽(41,431)和被导向件(36),该导向槽(41,431)设置在箱体(1)和锥形支架(31,56)之一方,使其相对上述轴线(L)倾斜,该被导向件(36)设置在箱体(1)和锥形支架(31,56)之另一方,与上述导向槽(41,431)相卡合,相对上述轴线(L)的上述导向槽(431)的倾斜角度(α)为可变的。
2.如权利要求1所记载的无级变速器,其特征是:上述倾斜角度(α)能根据输入到锥形支架(31,56)的扭矩大小而变化。
3.如权利要求1所记载的无级变速器,其特征是:上述倾斜角度(α)能依据驾驶员的操纵指令而变化。
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