CN108426011A - 被动偏转多滚轮式无级变速器 - Google Patents

Abstract

一种多滚轮球盘式无级变速器。同轴的两个球盘，主轴的中间部位有放射状的多对支架，每对支架沿主轴同一中心位置径向排列，均匀分布。每对支架通过两个节点与一个滚轮支承体连接，支承体可以绕节点做一定角度的摆动，摆动的方向是主轴的轴向。支承体装有滚轮，滚轮在支承体上做自由转动。主轴方向移动球盘，滚轮支承体在支架上的偏转角度会发生变化，和球盘压紧的多个滚轮在球盘上的接触点位置就会发生变化，两个转动的球盘相对的转速比也会发生变化，从而实现连续的无级变速。这种变速器的主要受力部件均集中在一根主轴上，体积小，制造精度容易控制。

Description

被动偏转多滚轮式无级变速器

本发明涉及到无级变速器，特别是汽车行业的变速箱。

无级变速器是汽车变速器发展的方向。现在市面多用钢带式CVT，比较少见的有锥环式无级变速器，滚轮式无级变速器。本发明属于滚轮式无级变速器。

日产公司滚轮式无级变速器。同轴，对向排列的输入和输出锥轮，压紧在对称排列的一对滚轮上。通过改变传递滚轮的角度让两个锥盘不同部位和滚轮相接触，来达到变换扭矩和转数的目的。而每个单元的两个传递滚轮如果转数不同步就会带来大量的热量损坏CVT。所以它的中间传递滚轮的角度是根据电脑控制的，角度始终让两个滚轮能够完成同转速，同扭矩输出。这种cvt，每个滚轮必须有复杂的伺服系统来精确控制，才能保证cvt的寿命和高效率输出。日产的Extroid CVT有两个单元，4个滚轮，它就需要四套滚轮伺服系统。它的另一个缺点就是必须有结构复杂，精密，强度高的变速器壳体。虽然这种CVT能输出更高的扭矩，但是由于成本问题并没有大批量生产。

滚轮式无级变速器如果采用多滚轮系统，就能传递更大的扭矩，变速器寿命也会得到相应的提高。但是，多滚轮在锥盘上接触位置的同步精确控制是一个难点。

本发明的任务是要提供一种多滚轮，不需要滚轮位置伺服系统，结构简单，滚轮与球盘触点位置控制精度高的多滚轮式无级变速器设计方案。本多滚轮式无极变速器的滚轮位置控制是一种被动式的滚轮控制系统。它依靠精密可靠的机械连接和两个工作盘的共同约束作用，实现多个滚轮在锥盘上触点位置的精确控制。

本发明是这样实现的：

这是本发明的核心部分的一个简单工作结构图。

如图1是主轴结构图。在主轴(1)的中间部位的同一平面，有垂直于主轴(1)轴线，均匀，对称排列的多对支架(2)。

每对支架(2)上与一个耳轴承体(3)通过节点连接，耳轴承体(3)在每对支架上绕节点能做一定角度的摆动，摆动的方向是主轴(1)的轴向。

耳轴支承体(3)上安装有滚轮(4)，滚轮(4)的轴插入耳轴承体(3)内。滚轮(4)在耳轴承体 (3)上自由转动，滚轮的轴不能在耳轴承体的孔内串动。

如图二：两个环球盘(5)(6)，它的工作纵切面分别是两段相对应的弧线。输入盘(6)和输出盘 (5)在主轴(1)上可以自由转动，也能在主轴(1)方向上移动，对向排列在主轴(1)上。

靠近弹簧(8)，带有压力轴承的球盘(5)是扭矩输出盘。右边，靠近调速转柄(7)的球盘(6)是扭矩输入球盘。

由于弹簧(8)的作用，随动的输出盘(5)有一个向右移动的趋势，能将多个滚轮(4)同时压向变速器右侧并压紧在输入盘(6)上。

滚轮(4)与两个环球盘(5)(6)之间的压力产生摩擦力。转动输入盘(6)，摩擦力驱动滚轮(4) 转动。转动的滚轮(4)由于受到耳轴承体(3)与主轴支架(2)的共同约束作用，只能将转动的力向输出盘(5)转递。输出盘(5)与滚轮(4)之间的摩擦力，驱动输出盘(5)也转动，完成扭矩传输。

连续转动调速手柄(7)主轴上的螺纹会使调速手柄向左移动，控速输入盘也(6)向左移动，滚轮(4) 受到来自输入盘(6)的压力，滚轮(4)在输入盘(6)的触点位置开始从输入盘(6)的内圆向外圆滑动，而滚轮(4)在输出盘(5)的触点位置，由于支架(2)和耳轴承体(5)之间节点的杠杆作用，从输出盘(5)的外圆向内圆滑动，并且带有弹性压力随动的输出球盘(5)在主轴上的位置也会向左移动。这时滚轮(4) 在两个球盘(5)(6)的触点位置就会发生连续的变化，两个触点所在的两个环球盘(5)(6)上的圆形轨迹半径比也发生连续的变化，变速器的变档比同时连续改变，这样就能实现无级变速。

图2和图3，分别是该变速器在低档位和高档位时的工作状态示意图。

图4是调速盘位置的一种简单，不影响主轴上其他零件工作的控制方式示意图，中空的主轴靠近盘的位置有对称的槽，穿过槽有靠紧在压力轴承上的销子(10)，通过调整顶杆(9)在主轴孔内的位置，就能改变调速盘在主轴上的位置，来达到调速的目的。

本发明的多滚轮系统同步控制是依靠简单而可靠的机械装置来实现的。主轴上的支架具有相同的结构，均匀分布在同一垂直于主轴的平面上，在这个小范围内，容易保证支架和节点的位置精度。支架的节点在变速器工作的时候，受力状态变化复杂，但多是静力，能长时间的保证工作精度。由于是全对称结构，产生的各种应力会相互抵消。这种结构可以在主轴径向均匀做出多对支架，对应的可以实现多个滚轮来传递扭矩。该变速器的主轴在径向方向会产生与输出扭矩方向相反的扭矩。

本发明的多个耳轴承体是一样的结构，相应的多个滚轮的结构也相同，再加上两个加压环球盘的共同约束作用，能保证多滚轮在两个球盘上触点位置的一致性。主轴方向移动动球盘，改变变速比的时候，多个滚轮在两个球盘上的位置变化也是一致变化的，多个滚轮在两个球盘相应触点的轨迹各是同一个圆，该变速器有极高的滚轮位置控制精度，不需要复杂的滚轮角度控制系统。

本发明由于是被动式滚轮触点位置控制，各滚轮在两个球盘上触点的位置精度，只取决于变速器各零部件的加工精度，与变速器的档位控制系统无关。它的变速，是依靠高可靠性，纯机械约束的滚轮与锥盘位置改变来完成的。本发明滚轮在工作盘上的位置精度与以下几个关键位置有关：1滚轮的加工精度，2滚轮在耳轴承体上的装配精度，3主轴支架上节点到主轴轴心的距离精度。对于输入和输出盘精度的要求不高。各滚轮在球盘上的触点位置误差能控制在微米级，球盘每转动一圈，各滚轮滚动距离的误差在毫米级。所以该变速器因为滚轮在球盘上触点位置误差而引起的能量损失极小，该变速器有极高的输出效率。

本发明滚轮与两个环球盘接触点是一段圆弧线，圆心在支架的两个节点圆心连线的中点上。滚轮与球盘的接触面积大，输出扭矩就就容易做高，但由于滚轮与球盘转动方向的不一致，触点会存在扭滑摩擦，会有轻微的能量损失，所以这段弧线不宜长，也就是说滚轮在球盘上的接触点不宜太大。在最大和最小档位，滚轮由于耳轴承体偏转的角度大，在滚轮与盘的接触点位置，滚轮与两个球盘转动的方向是趋于一致的，这时整个变速器的输出效率最高，可接近于滚动轴承的动力传输效率。根据力学计算，在相同的球盘压力下，最高档和最低档的时候，滚轮与两个环球盘之间触点产生的压力最大，摩擦力也是最大，传输的扭矩也最高。

本发明的结构是全对称结构，传递动力的滚轮能做出三个以上，滚轮对各球盘的压力均衡对称，在各球盘盘面上互相抵消。两个工作盘几乎没有产生对主轴的径向力，盘转动时的稳定度很高，这个有利于球盘对多个滚轮做精确的球盘触点位置控制。两个工作盘最好采用同步装置引入和导出传输扭矩，以减少变速器工作的时候对两个盘工作状态的影响。变速系统，两个盘的压紧系统，调速系统，扭矩输出和输入的同步系统，都可以做在一根主轴上。这种结构对于各种受力变形，热变形而导致的对各个滚轮在球盘上位置的精度影响不敏感，还能降低变速器的制造成本和难度。变速器的工作效率，工作寿命和稳定性也会进一步的提高。

本发明所提出的无级变速器，输入盘和输出盘的转动方向是相反的。

本发明所提出的变速器的变速比控制系统：它只要移动两个球盘中控档球盘所在主轴上的位置，就能相应的改变整个变速器的变速比。可以用液压或者步进电机做控速球盘位置移动的动力源。带有弹性压力的随动球盘，压力源可以是弹簧或者弹性液压系统。整个汽车的电脑软件系统也会变的相对简单。

本发明变速器的壳体结构要求特别简单，也能大大降低产品的生产成本。

以上说明只是该类无级变速器中的一种，它的变种可以有很多。本发明的核心是：精确排列在两个球盘或者锥盘抛物线盘轴线中心周围转递动力的多个滚轮，通过改变盘与耳轴承体支架在主轴方向的相对位置，使各滚轮的耳轴承体在主轴方向的偏转角度同步发生变化，引发滚轮在两个盘触点的位置同步也发生变化，来达到变速器变档的目的。

Claims (9)

1.一种多滚轮式无级变速器。其特征是在主轴(2)中间部位，有垂直主轴轴线同一平面，均匀排列的多对滚轮支承体支架(3)。

2.根据权利要求(1)滚轮的支承体(4)与支承体支架(3)通过节点连接，支承体(4)在支架上(3)能沿节点做一定角度的摆动。支承体(4)摆动的方向是主轴(2)的轴向。

3.根据权利要求(2)支承体(4)上装有滚轮(1)，滚轮(1)在支承体(4)上自由转动，滚轮轴与支承体(4)有定位装置，滚轮轴不与支承体的相对位置发生变化。

4.根据权利要求(1)两个锥盘或者球盘(5)(6)分别位与主轴支架(3)的两侧，其中一个盘在主轴方向有弹性压力，始终能将多个滚轮同时压向另一个盘。另一个盘有在主轴方向有主轴方向的位置控制系统。

5.本发明是通过改变盘与滚轮支承器支架之间在主轴上的相对位置，依靠盘面或锥面的约束作用，使多个滚轮及支承体同时发生主轴方向的偏转，偏转后的支承体上的滚轮在两个盘面上的接触点位置也发生变化。

6.本发明带有弹性压力的盘，压力源可以是弹簧，也可以是弹性液压系统。

7.本发明使用同步装置，将输入和输出扭矩从两个变速盘导出，以减少工作的时候对变速器输出效率的影响。

8.本发明有两个以上的动力传递滚轮。

9.本发明的核心变速系统，球盘压紧系统，调速系统，扭矩输出和输入的同步系统，都装配在一根主轴上。主轴工作的时候会产生于输出扭矩方向相反的扭矩，主轴是固定的。