CN109477563A - 无级变速器和用于传递扭矩的方法 - Google Patents

Abstract

一种将扭矩从发动机经由无级变速器传递到车辆的车轮的方法，其中，具有主带轮的主轴将发动机的扭矩经由柔性构件传递到具有副带轮的副轴，其中，施力元件在正向驱动中对副轴施加被导向成远离副带轮的轴向力，从而减小副轴上的弯矩。

Description

无级变速器和用于传递扭矩的方法

技术领域

本发明涉及一种用于将扭矩从发动机传递到车辆车轮的无级变速器及其方法。

背景技术

用于车辆的无级变速器是众所周知的。

这种无级变速器通常包括：具有主带轮的主轴；以及具有副带轮的副轴，其中，主轴与副轴通过主带轮与副带轮之间的柔性构件彼此连接。

因此，无级变速器在驱动模式下展现出从主轴和主带轮经由柔性构件到副带轮和副轴的扭矩路径。

已知的无级变速器适于连续地改变带轮的速比，以便通过改变柔性构件的有效直径位置来达到车辆车轮处的最佳扭矩输出。通过致动主带轮和/或副带轮来改变柔性构件的直径位置。

此外，主带轮和副带轮可各自设置有可动和不可动的槽轮，以将柔性构件夹在两个槽轮之间。可动槽轮能够被致动以沿着相应旋转轴的纵向方向朝向或远离不可动槽轮移动。柔性构件通常是带条或链条。

副轴设置有齿轮，该齿轮适于将扭矩从副轴进一步传递到差速器并进一步传递到车辆的车轮。

在运转期间，当高扭矩将要从发动机传递到车辆的车轮时，较高的力和弯矩施加在变速器的带轮、轴、柔性构件等上。特别地，副轴承受相对较高的弯矩。这些弯矩通常源自由齿轮施加的轴向力以及主带轮和副带轮施加在柔性构件上的夹紧力。运转期间的这些力和力矩导致变速器相当复杂的变形行为。例如，正向驱动中副轴上的弯矩高于反向驱动中副轴上的弯矩。这是不利的，因为变速器在正向驱动中通常比在反向驱动中运转更频繁和/或时间更长。这可能会缩短副轴的寿命且/或可能影响副轴的设计参数，例如，涉及厚度、材料等设计参数。现有技术的变速器的缺点可能是例如成本高和/或结构笨重，这可能导致车辆效率降低且/或增加变速器的维护。而且，相对较高的弯矩可能导致相对较高的轴偏转。这可能导致带条与带轮之间的带接触减少和/或轴承寿命减少和/或齿轮噪音增加和/或齿轮寿命减少和/或燃料消耗增加。另一方面，抵抗相对较高的弯矩的足够刚性的轴可能导致更笨重的结构，这在成本和燃料消耗方面可能是不利的。

因此需要一种改进的变速器系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种克服上述缺点中的至少一个缺点的无级变速器。

此外，本发明提供一种无级变速器，包括：主轴，所述主轴包括主带轮；以及副轴，所述副轴包括副带轮，其中，所述主带轮与所述副带轮能够经由柔性构件彼此连接，以将扭矩从所述主带轮传递到所述副带轮，其中，所述副轴包括副齿轮，所述副齿轮用于进一步朝向变速器的输出轴联接，其特征在于，所述副齿轮设置有螺旋缠绕部，在变速器的正向驱动运转中，当沿所述副轴的旋转方向观察时，所述螺旋缠绕部相对于所述副轴具有小于90度的角度。

通过设置具有螺旋缠绕部的副齿轮，且在正向驱动运转中，当在副轴的旋转方向上观察时，该螺旋缠绕部相对于副轴具有小于90度的角度，从而使该副齿轮具有所谓的‘反向螺旋缠绕部’。通常，现有技术的副齿轮在相反方向上具有其螺旋缠绕部。通过设置该反向螺旋缠绕部，正向驱动运转期间的轴向力可以主要定向成远离副带轮，因为这部分地补偿了由带轮-带条运转引起的弯矩。

具有反向螺旋缠绕部的副齿轮可以减小副轴在正向驱动中的弯矩和/或轴偏转，这可以导致更佳的燃料效率。可以改进带条-带轮接触和/或齿轮接触。副轴可以是更轻的结构，这在重量和/或效率方面可能是有利的。其它优点可以是降低运转成本和/或减少维护需求和/或增加轴承寿命和/或降低传动噪声和/或增加齿轮寿命和/或降低燃料消耗。

有利地，在变速器的正向驱动运转中，当沿所述副轴的旋转方向观察时，所述螺旋缠绕部相对于所述副轴具有20至35度之间的角度。该螺旋构造可以提供最佳的负载路径，从而使偏转力和/或力矩最小化。本发明人发现，在减小副轴上的弯矩的同时优化从主带轮到副带轮的负载路径或扭矩传递方面，20至35度之间的角度提供了最佳的结果。

通过对位于副带轮的具有可动槽轮的一侧的副齿轮进行定位，可以获得副轴上最佳的轴向力路径。因此，可以减少轴承和/或齿轮的偏转和/或误对准，并且/或者可以改善正向驱动中的带条接触，从而可以改进扭矩传递。

副带轮通常包括可动槽轮和不可动槽轮，其中，可动槽轮能够沿着轴的轴向方向相对于不可动槽轮位移。通过调节槽轮之间的距离，可以调节带条上的夹紧力，从而能够改变扭矩传递。变速器通常布置在变速器壳体中。

有利地，锁定板设置成将所述副轴连接到所述变速器壳体，其中，所述锁定板布置在所述副带轮的具有所述不可动槽轮的一侧，并且布置在所述不可动槽轮与所述副轴的端部轴承之间，其中，所述锁定板固定地安装到变速器。通过设置锁定板，来自副轴的力可以传递到壳体，同时共用副轴的端部轴承。这可以使轴承在正向驱动中更好地保持就位并且可以有益于轴承的寿命。锁定板能够被尺寸设计成将正向驱动中相对较高的力和/或弯矩从副轴传递到变速器壳体。

在一典型的实施例中，主轴和/或副轴设置有至少两个轴承，在轴的每个端部设置有至少一个轴承。轴承有利地定位在轴端部上，但也能够根据需要、可用空间和/或负载而定位在别处。轴承优选但不限于滚子轴承和/或滚珠轴承。轴承可以定位在：带轮与变速器壳体之间；以及/或者副齿轮与副带轮之间；以及/或者副齿轮与变速器壳体之间。

有利地，副轴在副齿轮与变速器壳体之间设置有滚子轴承。可以在带轮与变速器壳体之间与副轴相反一侧上设置滚珠轴承，其中，锁定板设置在带轮与变速器壳体之间，以在正向驱动中将滚珠轴承保持就位，并将力传递到变速器壳体。

在另一方面，本发明涉及一种将扭矩从发动机经由无级变速器传递到车辆车轮的方法，其中，具有主带轮的主轴将发动机扭矩经由柔性构件传递到具有副带轮的副轴，其中，施力元件在正向驱动中对所述副轴施加远离副带轮的轴向力，从而减小所述副轴上的弯矩。

通过设置施加轴向力的施力元件，可以部分地补偿和/或减小副轴上的弯矩。这可以导致正向驱动中的轴偏转减小，从而可以导致更佳的燃料效率。而且，可以改善带条-带轮接触，并且/或者可以改善副齿轮与另一齿轮之间的接触。副轴可以是更轻的结构，可以减少维护，可以增加轴承寿命，可以降低传动噪声，可以增加齿轮寿命和/或可以降低燃料消耗，从而可以导致更低的运转和/或制造成本。

施力元件可以是机械、液压、电气或气动布置，例如为机械齿轮、液压缸、齿轮减速器、可切换齿轮减速器、电气系统或液压系统等。

有利地，所述施力元件是具有螺旋缠绕部的齿轮，在变速器的正向驱动运转中，当沿所述副轴的旋转方向观察时，所述螺旋缠绕部相对于所述副轴具有0至90度之间、优选为20至35度之间的角度。该螺旋构造，即所谓的反向螺旋构造会导致最佳的负载路径，并且由于例如轴偏转引起的扭矩传递损失最小。

在一实施例中，可以设置另一可切换齿轮，所述可切换齿轮能够构造成在正向和反向驱动模式下施加远离所述副带轮而朝向所述副齿轮的轴向力。在一实施例中，另一齿轮能够实施为可切换齿轮，在另一实施例中，另一齿轮可以在反向驱动模式下接合到所述可切换齿轮，并且在正向驱动模式下从所述可切换齿轮脱离。该构造的优点在于，副轴上的轴向力在正向和反向驱动中是最佳的。

在从属权利要求中表示出了其它有利实施例。

附图说明

将基于附图所示的示例性实施例对本发明作进一步阐述。示例性附图是以本发明实施方式非限制性说明的方式给出的。

在附图中示出

图1a是正向驱动中的根据本发明的第一实施例的示意剖视图；

图1b是反向驱动中的根据本发明的第一实施例的示意剖视图；

图2是本发明第二实施例的示意剖视图；

图3是根据本发明第一实施例的具有副轴的副带轮的示意剖视图；

图4是本发明第一实施例的示意三维视图。

具体实施方式

应当注意的是，附图仅是以非限制性示例的方式给出的本发明实施例的示意性表示。在附图中，相同或相应的部分标注相同的附图标记。

在图1a中示出了正向驱动运转中的根据本发明第一实施例的无级变速器1的示意剖视图。无级变速器1包括：主轴2，该主轴2包括主带轮3；以及副轴4，该副轴4包括副带轮5。主带轮3和副带轮5各自包括两个槽轮14、16。副带轮3的至少一个槽轮和副带轮5的至少一个槽轮分别沿相应的主轴或副轴的轴向方向相对于主带轮3上和副带轮5上的另一槽轮是可移动的，其中，槽轮的致动可以通过液压、机械、电气或其它手段实现。主带轮3与副带轮5能够经由诸如带条或链条之类的柔性构件6彼此连接，以将扭矩从主带轮3传递到副带轮5。通过在其相应轴2、4的轴向方向A上以朝向或远离彼此的方式致动槽轮来改变柔性构件6的直径位置，从而在车轮13处达到最佳的扭矩输出。

副轴4包括施力元件7，该施力元件7诸如但不限于机械齿轮、液压缸、齿轮减速器、可切换齿轮减速器、电气系统或液压系统等，用于进一步朝向变速器1的输出轴8联接。在本实施例中，施力元件7位于副带轮5的可动槽轮16一侧，其中，施力元件7被实施为机械齿轮，即所谓的副齿轮7。副齿轮7设置有螺旋缠绕部9，在变速器1的正向驱动运转中，当沿副轴4的旋转方向Vd观察时，该螺旋缠绕部9相对于副轴4具有小于90度、优选20至30度之间的角度α。

第一实施例中的副齿轮7具有所谓的‘反向螺旋缠绕部’。通常，现有技术的副齿轮在相反方向上具有其螺旋缠绕部9。通过设置该反向螺旋缠绕部9，正向驱动运转期间的轴向力F_正向可以主要定向成远离副带轮5，从而部分地补偿了由带轮-带条运转引起的弯矩。

由于带轮夹紧力Fp1、Fp2和带条力Fb，副齿轮7在正向驱动中施加的力F_正向部分地补偿了副轴上的弯矩和轴偏转。

在反向驱动模式和正向驱动模式下，施力元件7将扭矩从副轴4传递到输出轴8。另一联接器17将扭矩从输出轴8传递到主减速器(final drive)10，主减速器10将扭矩传递到差速器11，而差速器11将扭矩传递到车轮轴12并最终传递到车轮13。另一联接器17联接到齿轮7并且此处被实施为另一齿轮。另一联接器17也能够以不同的方式实施，诸如但不限于机械齿轮、液压缸、齿轮减速器、可切换齿轮减速器、电气系统或液压系统。主减速器10此处被实施为协配齿轮，但是各种实施例是可行并且公知的。协配齿轮中的一个位于另一齿轮7的同一轴上，并且联接到主减速器的协配齿轮中的另一个，然后联接到差速器。

在图1b中示出了反向驱动运转中的根据本发明第一实施例的无级变速器1的示意剖视图。由副齿轮7施加的轴向力现可以主要定向成远离副带轮5。这可能导致副轴4上更高的弯矩和轴偏转。然而，布置在车辆中的根据本发明的无级变速器1大部分时间以正向驱动运转，其中，上述车辆诸如但不限于轿车、卡车、摩托车、三轮车和三轮摆式车。反向驱动运转通常在短时间间隔期间使用，例如，对于反向停车操纵，与正向驱动运转相比，通常也可以在有限的时间内执行反向驱动运转。而且，相对于正向驱动中的扭矩传递，反向驱动中待被传递的扭矩可能更小。由于夹紧力Fp1、Fp2及带条力Fb1、Fb2与副齿轮7所施加的力F_反向结合，因此，反向驱动运转中的轴偏转和弯矩会对无级变速器1产生有限的影响。施力元件7的构造以及正向和反向驱动运转中施加远离副带轮5的力F_正向、F_反向的构造，可能导致诸如具有可切换齿轮之类的更复杂的结构和/或附加组件。

在另一实施例中，另一联接器17能够实施为可切换齿轮(该实施例未示出)，诸如但不限于电动机、两个以上的机械可接合/可脱离齿轮或行星齿轮系统。可切换齿轮例如可以在反向驱动模式下接合而在正向驱动模式下脱离，反之亦然。通过设置可切换齿轮，由可切换齿轮施加的力可以在反向驱动和正向驱动中最佳定向成最小化或至少减小副轴上的弯矩。

可切换齿轮可以集成在主减速器17中、布置在另一联接器17与主减速器10之间的输出轴8上、或者布置在另一联接器17与变速器壳体19之间。可切换齿轮可以进一步存在于一附加轴(未示出)上。

运转模式可以在正向驱动运转和反向驱动运转中优化。施力元件7在正向驱动运转中对副轴4施加轴向力F_正向，而在反向驱动运转中对副轴4施加轴向力F_反向，其中，轴向力F_正向、F_反向均导向远离副带轮5，使得副轴4上的弯矩至少被部分地补偿。

当可切换齿轮在输出轴8上或在附加轴上被实施为两个以上的齿轮时，可切换齿轮可以与施力元件7、进而与联接器17或主减速器10接合或脱离。该构造可以具有至少两种运转模式，诸如但不限于正向驱动和反向驱动运转。可以设置附加的运转模式，诸如但不限于停车模式、空档模式或一个或多个额外齿轮比。施力元件7、另一联接器17或主减速器10可以被实施为两个或多个机械齿轮，由此，施力元件7的每个齿轮可以与可切换齿轮中的一个齿轮协配。可以设置同步器以在特定运转模式下致动齿轮。

可切换齿轮还可以被实施为包括至少三个旋转构件的行星齿轮。第一旋转构件可以与施力元件7或另一联接器17协配，第二旋转构件可以与输出轴8或附加轴协配，而第三旋转构件可以与另一反向齿轮和/或电动机/发电机、制动器、固定件或变速器壳体19协配。该构造可以提供至少两种运转模式，诸如但不限于正向驱动和反向驱动运转。可以设置其它运转模式，诸如但不限于空档模式、停车模式或额外齿轮比。可以在第三旋转构件与制动器、电动机或固定件之间设置离合器。还可以在第二旋转构件与车轮13之间设置离合器。

可切换齿轮可以替代地被实施为电动机/发电机。该构造可以提供至少两种运转模式，诸如但不限于正向驱动和反向驱动模式。其它运转模式可以是停车模式、空档模式、额外电动齿轮比或能量存储/释放模式。电动机/发电机可以设置在输出轴(8)或附加轴上，并且可接合到施力元件7、进而可接合到另一联接器17或主减速器10。可以在副轴4与电动机/发电机之间或者电动机/发电机与车轮(13)之间设置一个或多个离合器。蓄电池可以联接到电动机/发电机，该蓄电池可以将制动能量存储在电池中，并且在需要时释放电能。

在图2中示出了根据本发明第二实施例的无级变速器1的示意剖视图。施力元件7此处定位在副带轮5的不可动槽轮14一侧。在图2中，施力元件7是设置有螺旋缠绕部9的齿轮，在变速器1的正向驱动运转中，当沿副轴4的旋转方向Vd观察时，该螺旋缠绕部9相对于副轴4具有小于90度、优选20至35度之间的角度α。

图3示出了根据本发明的第一实施例的示意剖视图。副带轮5安装在副轴4上，该副轴4安装到变速器壳体19。副带轮5包括可动槽轮16和不可动槽轮14，其中，可动槽轮16能够沿副轴4的轴向方向A相对于不可动槽轮14位移。通过调节槽轮14、16之间的距离，可以调节柔性构件的直径位置，从而可以改变扭矩传递。

施力元件7设置在可动槽轮16一侧上，其中，施力元件7此处包括机械齿轮，即所谓的副齿轮，该副齿轮设置有螺旋缠绕部9，在变速器1的正向驱动运转中，当沿副轴4的旋转方向Vd观察时，该螺旋缠绕部9相对于副轴4具有小于90度、优选20至35度之间的角度α。

锁定板21设置成将副轴4连接到变速器壳体19，其中，锁定板21布置在副带轮5与变速器壳体19之间，并且布置在不可动槽轮14与副轴4的端部轴承18之间。锁定板21固定地安装到变速器。锁定板21在正向和反向驱动运转中将副轴4的轴向力传递到变速器壳体19。特别是当轴向力导向远离副带轮时，锁定板21将轴承18保持就位并防止变速器壳体19上的峰值力。变速器壳体可以是两个或多个壳体部件，并且锁定板19可以将不同的部件保持就位。锁定板可以是不同的材料，诸如但不限于金属、塑料、复合材料或其它加强材料。在本实施例中，锁定板21还将轴承18相对于变速器壳体保持就位。

主轴2和/或副轴4设置有两个轴承18、20，其中轴2、4的每个端部设置有至少一个轴承。轴承也能够根据需要、可用空间和/或负载而定位在别处。图3中的滚子轴承20定位在施力元件7与变速器壳体19之间，而滚珠轴承18设置在副带轮5与变速器壳体19之间与副轴4相反一侧上。此处，锁定板21设置在副带轮5与变速器壳体19之间，以在正向驱动运转中将滚珠轴承18保持就位，并将力传递到变速器壳体19。

图4示出了本发明一实施例的示意三维视图，其包括无级变速器1，该无级变速器1具有：主轴2，该主轴2包括主带轮3；以及副轴4，该副轴4包括副带轮5。主带轮3与副带轮5能够经由柔性构件6彼此连接，以将扭矩从主带轮3传递到副带轮5。副轴4包括施力元件7，该施力元件7诸如但不限于机械齿轮、液压缸、齿轮减速器、可切换齿轮减速器、电气系统或液压系统，用于进一步朝向变速器的输出轴8联接。图4中的施力元件7被实施为所谓的副齿轮7，并且设置有螺旋缠绕部，在变速器1的正向驱动运转中，当沿副轴4的旋转方向观察时，该螺旋缠绕部相对于副轴4具有小于90度、优选20至35度之间的角度α。在正向驱动中，由副齿轮7施加在副轴4上的轴向力F_正向被导向成远离副带轮5，从而减小副轴4上的弯矩。在反向驱动运转中，由副齿轮7施加在副轴4上的轴向力F_反向被导向朝向副带轮5。为了清楚和简要描述的目的，特征在本文中作为相同或分开的实施例的一部分进行描述，然而，应当理解，本发明的范围可以包括具有所描述的全部或一些特征的组合的实施例。可以理解的是，除了其被描述为不同之处以外，所示实施例具有相同或相似的组件。

对于本领域技术人员而言，多种变形将是显而易见的。所有变形应当理解为包含在以下权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种无级变速器，包括：

-主轴，所述主轴包括主带轮；以及

-副轴，所述副轴包括副带轮，

其中，所述主带轮与所述副带轮能够经由柔性构件彼此连接，以将扭矩从所述主带轮传递到所述副带轮，其中，所述副轴包括副齿轮，所述副齿轮用于进一步朝向变速器的输出轴联接，

其特征在于，所述副齿轮设置有螺旋缠绕部，在变速器的正向驱动运转中，当沿所述副轴的旋转方向观察时，所述螺旋缠绕部相对于所述副轴具有小于90度的角度。

2.如权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述角度为20至35度。

3.如权利要求1或2所述的变速器，其特征在于，所述副齿轮定位在所述副带轮的具有可动槽轮的一侧。

4.如前述权利要求中任一项所述的变速器，其特征在于，还包括锁定板，所述锁定板将所述副轴连接到变速器壳体，其中，所述锁定板在不可动槽轮与所述副轴的端部轴承之间布置在所述副带轮的具有不可动槽轮的一侧，其中，所述锁定板固定地安装到所述变速器壳体。

5.一种车辆，包括前述权利要求中任一项所述的无级变速器。

6.一种将扭矩从发动机经由无级变速器传递到车辆的车轮的方法，其中，具有主带轮的主轴将发动机的扭矩经由柔性构件传递到其上具有副带轮的副轴，其中，施力元件在正向驱动中对所述副轴施加被导向成远离所述副带轮的轴向力，从而减小所述副轴上的弯矩。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述施力元件是具有螺旋缠绕部的副齿轮，在变速器的正向驱动运转中，当沿所述副轴的旋转方向观察时，所述螺旋缠绕部相对于所述副轴具有小于90度、优选为20至35度之间的角度。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述施力元件将所述扭矩从所述副轴传递到另一齿轮。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述另一齿轮将所述扭矩传递到车辆的车轮。