CN110005778A - 高效率长寿命啮合传动无级变速器 - Google Patents

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Abstract

高效率长寿命啮合传动无级变速器，本发明属于机械传动及无级变速器设计及制造技术领域，由齿轮传动与无级变速器组合设计，通过对若干挡位数的齿轮传动与无级变速器进行有机组合设计，并使其功率流路径可以根据需求进行平顺切换，在当前工况所需的变速器理想传动比为齿轮挡位传动比时，其功率流路径优先用齿轮进行传递功率；在当前工况所需的变速器理想传动比无法与齿轮挡位传动比吻合时，其功率流路径改为无级变速器传递功率，具有“紧凑型、轻量化、高效率、长寿命”特点。

Description

高效率长寿命啮合传动无级变速器
技术领域
本发明属于机械传动及无级变速器设计及制造技术领域。
背景技术
现有无级变速器均采用摩擦牵引传动，具有扭矩小，效率低，成本高等缺陷。专利技术“滑片变形齿无级啮合活齿轮”专利号200580039668.6，记载了一种啮合式无级变速器，其特点为：依靠滑片活齿构造了啮合式无级变速功能，克服了传统无级变速器依靠摩擦传动的缺点，具有功率大、效率高等特点。但是，由于锥盘直径大小直接影响变速器速比范围，导致为了设计更大速比范围变速器，必须将锥盘直径放大，同时导致变速时锥盘轴向位移行程增大，将使得变速器的径向齿轮及轴向尺寸都大大增加，链条周长增大，轴尺寸加长加粗，箱体等相应零部件均体积增加，重量增加。另外，由于变速器工作的整个时间段，无级变速器全程参加工作，所以对无级变速器的寿命效率均提出更高要求。
发明内容
本发明提出一种“高效率长寿命啮合传动无级变速器”，可以有效解决上述问题，具有“紧凑型、轻量化、高效率、长寿命”特点。
其具体结构为：由齿轮传动与无级变速器CVT组合设计，通过对若干挡位数的齿轮传动与无级变速器CVT进行有机组合设计，并使其功率流路径可以根据需求进行平顺切换，在当前工况所需的变速器理想传动比为齿轮挡位传动比时，其功率流路径优先用齿轮进行传递功率；在当前工况所需的变速器理想传动比无法与齿轮挡位传动比吻合时，其功率流路径改为无级变速器传递功率，这样，在变速器整个工作范围内，都可以做到无动力中断，且无级变速器的速比范围可以设计的很小，只需满足相邻两档之间的速比跨度即可，体积重量大大减小。如果齿轮挡位设计足够密集，则在变速器整个工作时间工况内，几乎可以尽可能优先找到最佳的齿轮挡来工作，将使得无级变速器的工作时间段大大缩短，无级变速器职能基本可以演变为仅仅为满足不同齿轮挡位之间的切换过度接力工作，保证平顺无动力中断换挡，保证变速器最佳的传动效率及换挡品质。可靠性及寿命均得以改善。用非常恰当客观性能类比：此类变速器相当于现有CVT无级变速器加DCT双离合器变速器性能，故命名为：CCT齿轮无级变速器。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进行具体说明：
图1：CCT啮合传动无级变速器总成机构简图
图2～10：CCT啮合传动无级变速器换挡逻辑解说机构简图
图11～12：直接档不是最高档的CCT设计机构及换挡逻辑解说机构简图
图13：CVT中置CCT总成机构简图
图14～21：含CVT中位齿轮档的CCT换挡逻辑解说机构简图
图22～23：紧凑型CCT啮合传动无级变速器总成机构简图
图24：CVT前置紧凑型CCT总成机构简图
图25～29：双中间轴循环变速型CCT换挡逻辑解说机构简图
图30～35：CCT第二类换挡逻辑解说机构简图
图36：弹性复位联轴器结构示意图
图37、38稳扭器结构图
图39、40：横置前驱CCT啮合传动无级变速器总成机构简图
其中：
1、输入轴 10、五档(直接档)同步器
2、中间轴A 11、倒档齿轮副(或链轮副)
3、中间轴B 12、轴承
4、三档齿轮副 13、倒档同步器
5、四档齿轮副 14、弹性复位联轴器
6、一、三档同步器 15、轴承
7、二、四档同步器 16、中间轴输出同步器A
8、一档齿轮副 17、中间轴输出同步器B
9、二档齿轮副 18、中间轴输出齿轮A
19、中间轴输出齿轮B 48、二档齿轮副
20、稳扭器(具有弹性复位功能) 49、三档齿轮副
21、输出轴齿轮 50、四档齿轮副
22、锥盘组A 51、一、三档同步器
23、锥盘组B 52、二、四档同步器
24、输出轴 53、低位中间轴输出同步器A
25、无级变速器传动带或链 54、中位中间轴输出同步器A
26、分离式输出轴齿轮B 55、中位中间轴输出齿轮A
27、分离式输出轴同步器 56、中位输出齿轮
28、分离式输出轴齿轮A 57、低位中间轴输出齿轮B
29、六档齿轮副 58、低位中间轴输出同步器B
30、六档同步器 59、中位中间轴输出同步器B
31、内嵌式稳扭器 60、中位中间轴输出齿轮B
32、低位输出齿轮 61、弹性复位件
33、低位中间轴输出齿轮A 62、弹性复位联轴器外环
34、一档齿轮副 63、弹性复位联轴器内环
35、二档齿轮副 64、扭矩输入端
36、三档齿轮副 65、减震弹簧
37、四档齿轮副 66、过载保护控制块
38、小速比输出齿轮副 67、过载保护弹簧
39、大速比输出齿轮副 68、扭矩输出端
40、内嵌式弹性复位器 69、扭矩输出轴
41、同轴孔轴组合式设置方案 70、定位连接盘
42、输入轴齿轮 71、双向减震弹簧
43、中间轴输入齿轮B 72、扭矩输入盘
44、中间轴输入同步器B 73、四档中间轴齿轮
45、中间轴输入齿轮A 74、三、四档输入齿轮(与输入轴连接)
46、中间轴输入同步器A 75、一、二档输入齿轮(与输入轴连接)
47、一档齿轮副 76、中间轴输出齿轮B
77、CVT锥盘组B 82、直接档小齿轮
78、三档中间轴齿轮 83、直接档同步器
79、输出大齿轮 84、输入轴
80、中间轴输出齿轮A 85、输出半轴
81、CVT锥盘组A 86、差速器
具体实施方式
CCT啮合传动无级变速器总成机构简图如图1所示：
输入轴(1)安装有各档位输入齿轮，各输入齿轮与各自对应的输出齿轮啮合，各输出齿轮按照偶数、奇数交替有序分布在两侧中间轴A、中间轴B上，组成一档、二档、三档、四档齿轮副；倒挡可以通过传统惰轮传动方式，也可以是链轮链条传动方式；本图中，5档是直接档，也是最高档；每个档均有各自对应同步器。
在中间轴A、中间轴B的输出端安装有中间轴输出齿轮A、中间轴输出齿轮B，与输出轴齿轮21啮合，输出轴齿轮21通过输出轴24输出功率。
如图所示：在双中间轴A、中间轴B分别安装有CVT无级变速器的锥盘组A、锥盘组B，锥盘组A、锥盘组B通过无级变速器传动带或链25传递功率。
在传动轴上设置有若干弹性复位联轴器14，稳扭器(具有弹性复位功能)20，弹性复位联轴器14的设置功能目的：可使得同步器结合套与结合齿结合时接近于空载，类似传统变速器在换挡时需切断动力，注：此变速器具有在换挡时完全同步，且功率流的接力是靠CVT无级变速器的变速来实现，所以，在同步器结合瞬间，功率流并不在此处，且转速同步，所以，可以依靠此弹性复位联轴器14，或稳扭器20来获得在无需离合器分离切断动力流的状态下实现空载换挡，即：换挡无需离合器分离动力流，这也是本变速器优点。
弹性复位联轴器工作原理示意图见附图36：在无扭矩空载状态时，内环63、外环62在弹性复位件61作用下自动复位到中位状态，确保在同步器结合套与结合齿结合时有一定的自由转角，即：在中位时弹性复位件的弹力恢复初始态或接近初始态，此刻弹性很小，即：用较小力即可使其转动一定角度，此可以自由旋转的角度大小为：小于等于同步器结合套与结合齿的一个啮合齿距，即：相邻结合齿的在圆周向夹角，也即：同步器结合套与结合齿结合时所需旋转的最大夹角。注：此弹簧力度不必太大，只需满足在空载状态下可以自由弹性复位到中位即可。
注：本文中同步器由于基本是在全同步转速条件下进行换挡，所以，同步器可以简化结构，如：可以去掉同步环，直接简化为结合套或其他结构。
稳扭器功能及原理分析：为了消除无级变速器与齿轮传动在同时参与工作时的微量传动比不等或传动角速度脉动导致的传动干涉，稳扭器结构示意图如图37、38所示，图37所示的稳扭器A，由弹性缓冲区、过载保护区组成，包括：扭矩输入端、减震弹簧、过载保护控制块、过载保护弹簧、扭矩输出端等，当扭矩在正常工作允许范围内时，只有弹性缓冲区起作用，如果扭矩超过正常工作允许范围，则过载保护控制块分离达到安全保护作用。
一般情况下，也可以只设置弹性缓冲区，如图38所示的稳扭器B，其结构相当于一弹性减震器，由主动盘，从动盘，弹性连接元件组成，其中，弹性连接元件可以根据实际情况需要设计为双向减震、单向减震类型。如图所示包括：扭矩输入轴、定位连接盘、双向减震弹簧、扭矩输入盘等。其弹性缓冲减震元件可以是金属弹簧、非金属弹簧、气体弹簧、液力弹簧、液力阻尼器等。本文所述的输入、输出是相对概念，其功能可以根据实际情况互换。
注：本文中稳扭器同时具有弹性复位联轴器功能，另外，稳扭器与弹性复位联轴器可以独立分离设置，也可以组合一体化设置，如图13所示：也可以将具有弹性复位联轴器功能的稳扭器与锥盘一体化组合设计，结构更加紧凑且受力效果好，并改善无级变速传动均载性。
对于摩擦传动CVT，此稳扭器也可以考虑去掉。另外，当CVT的传动精度及同步转速控制精度很高时，此稳扭器的也可以简化或去掉。
本发明中的无级变速器可以是现有无级变速器，也可以是专利号200580039668.6记载的活齿啮合式无级变速器，也可以是：调速电机，油泵马达等可以变速的动力或传动设备。
注：本专利中的CVT功能不仅仅是无级变速，还具有利用其变速来改变功率流路径的功能，举例说明：如图2～3所示：当变速器功率流由一档向CVT无级变速切换时，一开始功率流由中间轴输出同步器A承载，此刻，虽然中间轴输出同步器B也处于结合状态，但起初并不参与承载，当CVT开始变速，让中间轴B转速稍稍略高于中间轴A转速时，中间轴输出同步器B的结合套及结合齿主动参与承载，同时中间轴输出同步器A的结合套与结合齿自动卸荷，与此同时，中间轴输出同步器A分离，完成功率流路径的变化。注：本设计原则使得：所有同步器结合套与结合齿的结合、分离的运动过程均是在空载状态下进行，从而保证其可靠性及寿命。
相反，如果要减速，如图4～3逆向分析所示：由二档变一档过程，则要求CVT先稍稍反向加速，让中间轴A转速稍稍略高于中间轴B转速时，中间轴输出同步器A的结合套及结合齿主动参与承载，同时中间轴输出同步器B的结合套与结合齿自动卸荷，与此同时，中间轴输出同步器B分离，完成功率流路径的切换后，CVT再开始减速，中间轴A转速、输出轴转速减小。
图2～10：CCT啮合传动无级变速器换挡逻辑解说机构简图
图2所示为CCT啮合传动无级变速器的一档齿轮副工作状态，此时，一档同步器、中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴A进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，CVT无级变速器的传动比等于1，如右图所示，中间轴输出同步器B的结合套及结合齿转速同步，为下一步的无级变速做好准备。
图3所示为CCT啮合传动无级变速器由一档向二档无级变速过程，此时，一档同步器、中间轴输出同步器B结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，CVT无级变速器的传动比可根据当前工况需求来无级变化，当CVT无级变速器的传动比达到最小时，如右图所示，中间轴B转速达到当前档位下的最大转速，二档同步器的结合套及结合齿转速同步，为下一步挂二档做好准备。
图4所示，CCT啮合传动无级变速器二档齿轮副工作，此时，二档同步器、中间轴输出同步器B结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴B进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，中间轴A及CVT无级变速器在空载状态，可以轻松快捷将CVT传动比调到1，如右图所示，此时，中间轴A升速到与中间轴B同步，中间轴输出同步器A的结合套及结合齿转速同步，为下一步的无级变速做好准备。
图5所示为CCT啮合传动无级变速器由二档向三档无级变速过程，此时，二档同步器、中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，CVT无级变速器的传动比可根据当前工况需求来无级变化，当CVT无级变速器的传动比达到最小时，如右图所示，中间轴A转速达到当前档位下的最大转速，三档同步器的结合套及结合齿转速同步，为下一步挂三档做好准备。
图6所示，CCT啮合传动无级变速器三档齿轮副工作，此时，三档同步器、中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴A进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，中间轴B及CVT无级变速器在空载状态，可以轻松快捷将CVT传动比调到1，如右图所示，此时，中间轴B升速到与中间轴A同步，中间轴输出同步器B的结合套及结合齿转速同步，为下一步的无级变速做好准备。
图7所示为CCT啮合传动无级变速器由三档向四档无级变速过程，此时，三档同步器、中间轴输出同步器B结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，CVT无级变速器的传动比可根据当前工况需求来无级变化，当CVT无级变速器的传动比达到最小时，如右图所示，中间轴B转速达到当前档位下的最大转速，四档同步器的结合套及结合齿转速同步，为下一步挂四档做好准备。
图8所示，CCT啮合传动无级变速器四档齿轮副工作，此时，四档同步器、中间轴输出同步器B结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴B进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，中间轴A及CVT无级变速器在空载状态，可以轻松快捷将CVT传动比调到1，如右图所示，此时，中间轴A升速到与中间轴B同步，中间轴输出同步器A的结合套及结合齿转速同步，为下一步的无级变速做好准备。
图9所示为CCT啮合传动无级变速器由四档向五档无级变速过程，此时，四档同步器、中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，CVT无级变速器的传动比可根据当前工况需求来无级变化，当CVT无级变速器的传动比达到最小时，如右图所示，中间轴A转速达到当前档位下的最大转速，五档(直接档)同步器的结合套及结合齿转速同步，为下一步挂五档(直接档)做好准备。
图10所示，CCT啮合传动无级变速器五档(直接档)工作，此时，五档(直接档)同步器结合，变速器功率流通过输入轴1、输出轴24进行直接传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，除输入轴1、输出轴24外，变速器所有传动元件均处于空载状态，传动效率接近100％。
图11～12：直接档不是最高档的CCT设计机构及换挡逻辑解说机构简图
对于轿车，基本都设置有超速档，直接档不是最高档，此条件下的设计如图11所示，6 档为超速档，其传动比小于1，为满足由直接档向超速档的无级变速过渡，必须将输出端齿轮组分成两组，如：分离式输出轴齿轮A、分离式输出轴齿轮B，并在二者之间增加分离式输出轴同步器27，如图所示。
图11所示为CCT啮合传动无级变速器由五档(直接档)向六档无级变速过程，此时，五档(直接档)同步器、中间轴输出同步器A、中间轴输出同步器B结合，分离式输出轴同步器27断开，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，CVT无级变速器的传动比可根据当前工况需求来无级变化，当CVT 无级变速器的传动比达到最小时，如右图所示，中间轴A转速达到当前档位下的最大转速，六档同步器的结合套及结合齿转速同步，为下一步挂六档做好准备。
图12所示，CCT啮合传动无级变速器六档齿轮副工作，此时，六档同步器、中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴A进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径。注意：为保证随时减速降档，CVT传动比不能还原到1，而是保持最小值不变，如右图所示，此时，五档(直接档)同步器、中间轴输出同步器B均保持结合套、结合齿同步，分离式输出轴同步器27断开，或者：五档(直接档)同步器、中间轴输出同步器B二者可以二选一进行结合，为随时减速降档做好准备。
图13：CVT中置CCT总成机构简图，如图所示，CVT无级变速器设置在多档位齿轮组及输出齿轮副的中间位置，结构紧凑，可以适应特定空间场合需求。如图所示：稳扭器31采用内嵌式结构，与锥盘一体化组合设计，结构紧凑，受力对称均匀，并有利于改善无级变速传动均载性，如果对于活齿无级变速器，还有利于提升活齿与链齿均载性。注：此内嵌式稳扭器31具有弹性复位联轴器的功能。
图14～21：含CVT中位齿轮档的CCT换挡逻辑解说机构简图，为提高机械传动效率，延长寿命，应尽可能减小CVT参与传递功率的时间，所以应尽量增加齿轮传动档位密集性，所以，增加了中位传动齿轮组，见附图14所示，件号54、55、56、59、60分别为：中位中间轴输出同步器A、中位中间轴输出齿轮A、中位输出齿轮、中位中间轴输出同步器B、中位中间轴输出齿轮B，所谓“中位传动齿轮组”，顾名思义，就是其传动比等于CVT传动比的中间数值，以便在CVT传递功率的中间区间位置停顿时，由齿轮副代替CVT传递功率，提高传动效率。
注：所谓“CVT传动比的中位数值”是本专利的特定代名词，并非严格意义上的中间位置或1/2，在实际应用过程中，应根据车辆的实际工况需求来确定此数值，一般取使用频率较高的中位区间传动比数值作为理论“中位传动比”。
图14所示：含CVT中位齿轮档的CCT无级变速器的1档齿轮副工作，此时，一档同步器、低位中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴A进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，CVT无级变速器的传动比等于1，如右图所示，低位中间轴输出同步器B的结合套及结合齿转速同步，为下一步的无级变速做好准备。
图15所示为：含CVT中位齿轮档的CCT无级变速器由1档向1.5档无级变速过程，此时，1档同步器、低位中间轴输出同步器B结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，CVT无级变速器的传动比可根据当前工况需求来无级变化，当CVT无级变速器的传动比达到中位时(中位数值，例如：0.66)，如右图所示，中位中间轴输出同步器A的结合套及结合齿转速同步，为下一步挂1.5档做好准备。
图16所示，含CVT中位齿轮档的CCT无级变速器的1.5档齿轮副工作，此时，一档同步器、中位中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴A进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，注意：为保证随时升降档，CVT传动比不能还原到1，而是保持原来中位不变，以保证低位中间轴输出同步器B的结合套及结合齿转速仍保持同步，如右图所示，为随时让CVT参与工作进行减速降档做好准备。
图17所示为：含CVT中位齿轮档的CCT无级变速器由1.5档向2档无级变速过程，此时，1档同步器、低位中间轴输出同步器B结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，CVT无级变速器的传动比可根据当前工况需求来无级变化，当CVT无级变速器的传动比达到最小时，如右图所示，中间轴B 转速达到当前档位下的最大转速，2档同步器的结合套及结合齿转速同步，为下一步挂2档做好准备。
图18所示：含CVT中位齿轮档的CCT无级变速器的2档齿轮副工作，此时，2档同步器、低位中间轴输出同步器B结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴B进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，中间轴A及CVT无级变速器在空载状态，可以轻松快捷将CVT传动比调到1，如右图所示，此时，中间轴A升速到与中间轴B同步，低位中间轴输出同步器A的结合套及结合齿转速同步，为下一步的无级变速做好准备。
图19所示为：含CVT中位齿轮档的CCT无级变速器由2档向2.5档无级变速过程，此时，2档同步器、低位中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，CVT无级变速器的传动比可根据当前工况需求来无级变化，当CVT无级变速器的传动比达到中位时(中位数值，例如：0.66)，如右图所示，中位中间轴输出同步器B的结合套及结合齿转速同步，为下一步挂2.5档做好准备。
图20所示，含CVT中位齿轮档的CCT无级变速器的2.5档齿轮副工作，此时，2档同步器、中位中间轴输出同步器B结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴B进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，注意：为保证随时升降档，CVT传动比不能还原到1，而是保持原来中位不变，以保证低位中间轴输出同步器A的结合套及结合齿转速仍保持同步，如右图所示，为随时让CVT参与工作进行减速降档做好准备。
其他档位工作原理同上，不再重复解说，本图所示变速器的档位可以实现9个固定速比档，依次为：1，1.5，2，2.5，3，3.5，4，4.5，5档(直接档)。
图21所示，是针对含CVT中位齿轮档的CCT无级变速器通过中位齿轮副路径进行无级变速的换挡逻辑解说图，即：通过CVT传递的功率流也可通过中位齿轮副路径进行无级变速，这样可以匹配出更多的传动比数值，适应更多的档位变换。
图22～23：紧凑型CCT啮合传动无级变速器总成机构简图
如图22所示，将一档、二档齿轮副的输入齿轮公用，三档、四档齿轮副的输入齿轮公用，这样可以缩小轴向尺寸，使得结构更加紧凑，但由于此方式使得双中间轴A、B与输入轴、输出轴的中心距不再相等，所以，为了保证双中间轴A、B与输出轴之间的齿轮副传动比相等，必须设置不同速比的输出齿轮副，如图22所示，小速比输出齿轮副38、大速比输出齿轮副39。
如图23所示，由于CVT无级变速器可以设定出任意传动比来适应不同需求，所以，也可以设计为：小速比输出齿轮副38、大速比输出齿轮副39在轴向空间合并输出轴上齿轮合并公用，通过调整CVT不同速比来获得对应同步器的结合套、结合齿转速同步，来满足齿轮副与CVT进行功率交替时的转速同步问题，即：双中间轴A、B与输出轴之间的齿轮副传动比不相等，如图所示，中间轴A转速低于中间轴B，需要设定CVT的速比不等于1来满足需求，显而易见，此条件CVT很容易实现，此方案将使变速器结构更加紧凑。
图24：CVT前置紧凑型CCT总成机构简图，CVT无级变速器设置在变速器最前端，结构紧凑，可以适应特定空间场合需求。此结构使得同步器上的弹性复位联轴器必须采用内嵌式弹性复位器40结构，具体结构及工作原理可以参考附图36。同时，为了进一步缩小轴向尺寸，可以将输出轴1、输出轴24设置为如图所示的同轴孔轴组合式设置方案41；为了缩小横向尺寸，可以将输入、输出轴、双中间轴的空间布局设置为三角关系，如右图所示。
图25～29：双中间轴循环变速型CCT换挡逻辑解说机构简图，其整体传动链结构布局正好与前文所述变速器布局相反，是把多档位齿轮副设置在后端，而把输入轴齿轮42、中间轴输入齿轮A、中间轴输入同步器A、中间轴输入齿轮B、中间轴输入同步器B设置在前端，其CVT无级变速器功能是改变中间轴A、中间轴B转速，所以，只要设置在中间轴A、中间轴B上即可，可以设置在前端(如图25所示)，也可以设置在后端，此类型设计优点为：在变速器全档位变速过程中，双中间轴及CVT转速始终在很小范围内循环变速，不像前面类型那样，随着档位升高，中间轴及CVT转速呈现随档位升高像爬楼梯一样在一直持续升高。其变速换挡动态逻辑解说如下：
图25所示为双中间轴循环变速型CCT的一档齿轮副工作状态，此时，中间轴输入同步器B(44)、一档同步器(51)结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴B进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，CVT无级变速器的传动比等于1，如右图所示，中间轴输入同步器A(46)的结合套及结合齿转速同步，为下一步的无级变速做好准备。
图26所示为双中间轴循环变速型CCT由一档向二档无级变速过程，此时，中间轴输入同步器A(46)、一档同步器(51)结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，CVT无级变速器的传动比可根据当前工况需求来无级变化，当CVT无级变速器的传动比达到最小时，如右图所示，中间轴B转速达到最大转速，并使输出轴24的转速提升，达到二档同步器的结合套及结合齿转速同步，为下一步挂二档做好准备。
图27所示，双中间轴循环变速型CCT二档齿轮副工作，此时，中间轴输入同步器A(46)、二档同步器结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴A进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，中间轴B及CVT无级变速器在空载状态，可以轻松快捷将CVT 传动比调到1，如右图所示，此时，中间轴B减速到与中间轴A同步，中间轴输出同步器B的结合套及结合齿转速同步，为下一步的无级变速做好准备。
图28所示为双中间轴循环变速型CCT由二档向三档无级变速过程，此时，中间轴输入同步器B、二档同步器结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，CVT无级变速器的传动比可根据当前工况需求来无级变化，当CVT无级变速器的传动比达到最小时，如右图所示，中间轴A转速达到最大转速，并使输出轴24的转速进一步提升，达到三档同步器的结合套及结合齿转速同步，为下一步挂三档做好准备。
图29所示，双中间轴循环变速型CCT三档齿轮副工作，此时，中间轴输入同步器B、三档同步器结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴B进行传递，附图中的双点划线所示路径为当前功率流路径，此时，中间轴A及CVT无级变速器在空载状态，可以轻松快捷将CVT 传动比调到1，如右图所示，此时，中间轴A减速到与中间轴B同步，中间轴输出同步器A 的结合套及结合齿转速同步，为下一步的无级变速做好准备。
其他档位工作原理同上，不再一一重复介绍。显见：此变速器在换不同档位过程中，双中间轴及CVT始终是在一档到二档的转速区间循环增速、减速，但输出轴转速则随着档位升高逐渐增加。
图30～35：CCT第二类换挡逻辑解说机构简图，此变速器与图2所述变速器基本一样，只是换挡逻辑程序不同，但可以达到同样无级变速效果，具体分析如下：
为分析明晰，把功率流经过CVT的路径用双点划线表示，把功率流经过齿轮档或直接档的路径用点划线表示。
图30所示为CCT一档齿轮副工作状态，此时，一档同步器、中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴A进行传递，附图中的点划线所示路径为当前功率流路径，此时，CVT无级变速器的初始态传动比如右图所示，中间轴B转速达到当前档位下的最大转速，二档同步器的结合套及结合齿转速同步，可提前挂入二档进入等待状态，附图中的双点划线所示路径为当前功率流同时预备导通的CVT路径。
注：在齿轮路径及CVT路径均导通的双功率流路径状态，为了防止双功率流路径发生运动干涉，且保护CVT，提高传动效率，一般可以采取：如果目前档位未进入即将变档的预备状态，则优先让齿轮档传递功率，此时可以切断CVT路径，如本图30所示可以将二档同步器先断开。
图31所示为CCT由一档向二档无级变速过程，由于二档同步器的结合套及结合齿转速在一档工作时已经提前同步，所以，可以直接或提前结合二档同步器，并断开一档同步器，变速器功率流通过早已预备导通的CVT无级变速器进行传递，如附图中的双点划线所示路径，此时，CVT无级变速器的传动比可根据当前工况需求来无级变化，当CVT无级变速器的传动比达到中位时，如右图所示，中间轴输出同步器B的结合套及结合齿转速同步，结合后，功率流路径改为由二档齿轮副传动，如图所示的点划线所示路径。
图32所示为CCT由二档向三档无级变速过程，断开中间轴输出同步器B，让CVT无级变速器继续升速，此时的功率流路径为双点划线所示路径，当CVT传动比达到最小时，如右图所示，三档同步器的结合套及结合齿转速同步，结合后，功率流路径改为由三档齿轮副传动，如图所示的点划线所示路径。
图33所示为CCT由三档向四档无级变速预备过程，此时，三档同步器、中间轴输出同步器A结合，断开二档同步器B，中间轴B及CVT无级变速器在空载状态，可以轻松快捷将CVT传动比还原到初始位置，如右图所示，为CCT由三档向四档无级变速做好预备工作，当前档位仍为三档齿轮副工作状态，中间轴B转速达到当前档位下的最大转速，四档同步器的结合套及结合齿转速同步，可提前挂入四档进入等待状态，附图中的双点划线所示路径为当前功率流同时预备导通的CVT路径。
图34所示为CCT由三档向四档无级变速过程，由于四档同步器的结合套及结合齿转速在三档工作时已经提前同步，所以，可以直接或提前结合四档同步器，并断开三档同步器，变速器功率流通过已预备导通的CVT无级变速器进行传递，如附图中的双点划线所示路径，此时，CVT无级变速器的传动比可根据当前工况需求来无级变化，当CVT无级变速器的传动比达到中位时，如右图所示，中间轴输出同步器B的结合套及结合齿转速同步，结合后，功率流路径改为由四档齿轮副传动，如图所示的点划线所示路径。
图35所示为CCT由四档向五档(直接档)无级变速过程，断开中间轴输出同步器B，让CVT无级变速器继续升速，此时的功率流路径为双点划线所示路径，当CVT传动比达到最小时，如右图所示，五档(直接档)同步器的结合套及结合齿转速同步，结合后，变速器功率流通过输入轴、输出轴进行直接传递，如图所示的点划线所示路径，此时，除输入轴、输出轴外，变速器所有传动元件均处于空载状态，传动效率接近100％。
图36、37、38的分析说明见前文(见图1描述的部分)
图39～40：横置前驱CCT啮合传动无级变速器总成机构简图，如图所示，由输入轴84、与输入轴连接的三、四档输入齿轮74、一、二档输入齿轮75、四档中间轴齿轮73、中间轴输出齿轮B、CVT锥盘组B、三档中间轴齿轮78、输出大齿轮79、中间轴输出齿轮A、CVT 锥盘组A、直接档小齿轮82、直接档同步器83、差速器86等组成。与前文纵置后驱变速器主要区别是增加了差速器，为提高效率，将差速器输出大齿轮79直接设计在原后驱变速箱的输出轴齿轮21位置，其输出轴就是直接驱动车轮的输出半轴85，缩短传动链级数，提高经济性。当然，如果需要放大变速箱输入输出轴中心距，也可以增加齿轮级数。为进一步提高效率，本变速器还设计了直接档，当直接档同步器83结合后，功率流路径为：输入轴84、直接档小齿轮82、输出大齿轮79，由发动机输出功率到驱动车轮，整个传动链级数只有一级，传动效率接近98％。
对于一般轿车变速箱，都设计有超速档，其实，只要将直接档小齿轮82、输出大齿轮79 之间的传动比减小，则直接档就是最高档，满足最佳经济性及运动性。
注：为了图纸表述不乱，图中隐藏了部分内容，如图40中的主视图中隐藏了仰视图中的双点划线右侧的直接档小齿轮82、直接档同步器83。

Claims (10)

1.高效率长寿命啮合传动无级变速器，其特征是：由齿轮传动与无级变速器组合构成，通过对若干档位数的齿轮传动与无级变速器进行组合设计，并使其功率流路径可以根据需求进行平顺切换，在当前工况所需的变速器理想传动比为齿轮档位传动比时，其功率流路径优先用齿轮进行传递功率；在当前工况所需的变速器理想传动比无法与齿轮档位传动比吻合时，其功率流路径改为无级变速器传递功率。
2.根据权利要求1所述的高效率长寿命啮合传动无级变速器，其特征是：输入轴安装有各档位输入齿轮，各输入齿轮与各自对应的输出齿轮啮合，各输出齿轮按照偶数、奇数交替有序分布在两侧中间轴A、中间轴B上，组成一档、二档、三档、四档齿轮副；倒挡可以通过传统惰轮传动方式，也可以是链轮链条传动，每个档均有各自对应同步器；在中间轴A、中间轴B的输出端安装有中间轴输出齿轮A、中间轴输出齿轮B，与输出轴齿轮21啮合，输出轴齿轮21通过输出轴24输出功率；在双中间轴A、中间轴B分别安装有CVT无级变速器的锥盘组A、锥盘组B，锥盘组A、锥盘组B通过无级变速器传动带或链25传递功率。
3.根据权利要求1所述的高效率长寿命啮合传动无级变速器，其特征是：无级变速器的速比范围可以等于或略大于相邻两档之间的速比范围。同步器可以去掉同步环；无级变速器可以是现有无级变速器，也可以是活齿啮合式无级变速器，也可以是：调速电机，油泵马达等可以变速的动力或传动设备。
4.根据权利要求1所述的高效率长寿命啮合传动无级变速器，其特征是：在传动轴上设置有若干弹性复位联轴器、稳扭器，弹性复位联轴器在无扭矩空载状态时，内环、外环在弹性复位件作用下自动复位到中位状态，确保在同步器结合套与结合齿结合时有一定的自由转角，此自由旋转的角度为：小于等于同步器结合套与结合齿的一个啮合齿距；
稳扭器由弹性缓冲区、过载保护区组成，包括：扭矩输入端、减震弹簧、过载保护控制块、过载保护弹簧、扭矩输出端，当扭矩在正常工作允许范围内时，只有弹性缓冲区起作用，如果扭矩超过正常工作允许范围，过载保护控制块分离达到安全保护作用；稳扭器也可以只设置弹性缓冲区，由主动盘，从动盘，弹性连接元件组成，其中，弹性连接元件可设计为双向减震、单向减震类型，可包括：扭矩输入轴、定位连接盘、双向减震弹簧、扭矩输入盘等，其弹性缓冲减震元件可以是金属弹簧、非金属弹簧、气体弹簧、液力弹簧、液力阻尼器等。
稳扭器同时可具有弹性复位联轴器功能，稳扭器与弹性复位联轴器可以独立分离设置，也可以组合一体化设置，也可以将具有弹性复位联轴器功能的稳扭器与锥盘一体化组合设计；弹性联轴器、稳扭器的也可以简化或去掉。
5.根据权利要求1所述的高效率长寿命啮合传动无级变速器，其特征是：CCT啮合传动无级变速器变速时的换挡动态逻辑关系为：CCT啮合传动无级变速器的一档齿轮副工作，一档同步器、中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴A进行传递，CVT无级变速器的传动比等于1，中间轴输出同步器B的结合套及结合齿转速同步；
CCT啮合传动无级变速器由一档向二档无级变速过程，一档同步器、中间轴输出同步器B结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，当CVT无级变速器的传动比达到最小时，中间轴B转速达到当前档位下的最大转速，二档同步器的结合套及结合齿转速同步；
CCT啮合传动无级变速器二档齿轮副工作，二档同步器、中间轴输出同步器B结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴B进行传递，中间轴A及CVT无级变速器在空载状态，CVT传动比调到1，中间轴A升速到与中间轴B同步，中间轴输出同步器A的结合套及结合齿转速同步；
CCT啮合传动无级变速器由二档向三档无级变速过程，二档同步器、中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，CVT无级变速器的传动比达到最小时，中间轴A转速达到当前档位下的最大转速，三档同步器的结合套及结合齿转速同步；
CCT啮合传动无级变速器三档齿轮副工作，三档同步器、中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴A进行传递，CVT传动比调到1，中间轴B升速到与中间轴A同步，中间轴输出同步器B的结合套及结合齿转速同步；
CCT啮合传动无级变速器由三档向四档无级变速过程，三档同步器、中间轴输出同步器B结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，CVT无级变速器的传动比达到最小中间轴B转速达到当前档位下的最大转速，四档同步器的结合套及结合齿转速同步；
CCT啮合传动无级变速器四档齿轮副工作，四档同步器、中间轴输出同步器B结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴B进行传递，CVT传动比调到1，中间轴A升速到与中间轴B同步，中间轴输出同步器A的结合套及结合齿转速同步；
CCT啮合传动无级变速器由四档向五档无级变速过程，四档同步器、中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，当CVT无级变速器的传动比达到最小时，中间轴A转速达到当前档位下的最大转速，五档(直接档)同步器的结合套及结合齿转速同步；
CCT啮合传动无级变速器五档(直接档)工作，五档(直接档)同步器结合，变速器功率流通过输入轴1、输出轴24进行直接传递，除输入轴1、输出轴24外，变速器所有传动元件均处于空载状态，传动效率接近100％；
直接档不是最高档的CCT机构为：输出端齿轮组分成两组，包括：分离式输出轴齿轮A、分离式输出轴齿轮B，并在二者之间增加分离式输出轴同步器27；其换挡动态逻辑关系为：
CCT啮合传动无级变速器由五档(直接档)向六档无级变速过程，五档(直接档)同步器、中间轴输出同步器A、中间轴输出同步器B结合，分离式输出轴同步器27断开，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，CVT无级变速器的传动比达到最小时，中间轴A转速达到当前档位下的最大转速，六档同步器的结合套及结合齿转速同步；
CCT啮合传动无级变速器六档齿轮副工作，六档同步器、中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴A进行传递，CVT传动比保持最小值不变，五档(直接档)同步器、中间轴输出同步器B均保持结合套、结合齿同步，分离式输出轴同步器27断开，或者：五档(直接档)同步器、中间轴输出同步器B二者可以二选一进行结合；
其降档减速的控制方式为：让CVT先稍稍反向加速，让中间轴A转速稍稍略高于中间轴B转速时，中间轴输出同步器A的结合套及结合齿主动参与承载，同时中间轴输出同步器B的结合套与结合齿自动卸荷，与此同时，中间轴输出同步器B分离，完成功率流路径的切换后，CVT开始减速。
6.根据权利要求1所述的高效率长寿命啮合传动无级变速器，其特征是：CVT无级变速器设置在多档位齿轮组及输出齿轮副的中间位置，稳扭器31可采用内嵌式结构，与锥盘一体化组合设计，结构紧凑，受力对称均匀，此内嵌式稳扭器31可具有弹性复位联轴器的功能；
或者：将一档、二档齿轮副的输入齿轮公用，三档、四档齿轮副的输入齿轮公用，并设置不同速比的输出齿轮副，小速比输出齿轮副38、大速比输出齿轮副39；
也可以是：小速比输出齿轮副38、大速比输出齿轮副39在轴向空间合并输出轴上齿轮合并公用，通过调整CVT不同速比来获得对应同步器的结合套、结合齿转速同步；
或者：CVT无级变速器设置在变速器最前端，同步器上的弹性复位联轴器采用内嵌式弹性复位器40结构，将输出轴1、输出轴24设置为同轴孔轴组合式设置方案41；将输入、输出轴、双中间轴的空间布局设置为三角关系。
7.根据权利要求1所述的高效率长寿命啮合传动无级变速器，其特征是：含CVT中位齿轮档的CCT，增加了中位传动齿轮组，中位中间轴输出同步器A、中位中间轴输出齿轮A、中位输出齿轮、中位中间轴输出同步器B、中位中间轴输出齿轮B，其换挡动态逻辑关系为：
含CVT中位齿轮档的CCT无级变速器的1档齿轮副工作，一档同步器、低位中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴A进行传递，CVT无级变速器的传动比等于1，低位中间轴输出同步器B的结合套及结合齿转速同步；
含CVT中位齿轮档的CCT无级变速器由1档向1.5档无级变速过程，1档同步器、低位中间轴输出同步器B结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，当CVT无级变速器的传动比达到中位时，中位中间轴输出同步器A的结合套及结合齿转速同步：
含CVT中位齿轮档的CCT无级变速器的1.5档齿轮副工作，一档同步器、中位中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴A进行传递，CVT传动比保持原来中位不变，以保证低位中间轴输出同步器B的结合套及结合齿转速仍保持同步；
含CVT中位齿轮档的CCT无级变速器由1.5档向2档无级变速过程，1档同步器、低位中间轴输出同步器B结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，CVT无级变速器的传动比达到最小时，中间轴B转速达到当前档位下的最大转速，2档同步器的结合套及结合齿转速同步；
含CVT中位齿轮档的CCT无级变速器的2档齿轮副工作，2档同步器、低位中间轴输出同步器B结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴B进行传递，中间轴A及CVT无级变速器在空载状态，CVT传动比调到1，中间轴A升速到与中间轴B同步，低位中间轴输出同步器A的结合套及结合齿转速同步；
含CVT中位齿轮档的CCT无级变速器由2档向2.5档无级变速过程，2档同步器、低位中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，CVT无级变速器的传动比达到中位，中位中间轴输出同步器B的结合套及结合齿转速同步；
含CVT中位齿轮档的CCT无级变速器的2.5档齿轮副工作，2档同步器、中位中间轴输出同步器B结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴B进行传递，CVT传动比保持原来中位不变，以保证低位中间轴输出同步器A的结合套及结合齿转速仍保持同步；含CVT中位齿轮档的CCT无级变速器也可通过中位齿轮副路径进行无级变速传动。
8.根据权利要求1所述的高效率长寿命啮合传动无级变速器，其特征是：把多档位齿轮副设置在后端，把输入轴齿轮42、中间轴输入齿轮A、中间轴输入同步器A、中间轴输入齿轮B、中间轴输入同步器B设置在前端，其变速换挡动态逻辑关系为：
双中间轴循环变速型CCT的一档齿轮副工作状态，中间轴输入同步器B(44)、一档同步器(51)结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴B进行传递，CVT无级变速器的传动比等于1，中间轴输入同步器A(46)的结合套及结合齿转速同步；
双中间轴循环变速型CCT由一档向二档无级变速过程，中间轴输入同步器A(46)、一档同步器(51)结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，CVT无级变速器的传动比达到最小时，中间轴B转速达到最大转速，并使输出轴24的转速提升，达到二档同步器的结合套及结合齿转速同步；
双中间轴循环变速型CCT二档齿轮副工作，中间轴输入同步器A(46)、二档同步器结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴A进行传递，中间轴B及CVT无级变速器在空载状态，CVT传动比调到1，中间轴B减速到与中间轴A同步，中间轴输出同步器B的结合套及结合齿转速同步；
双中间轴循环变速型CCT由二档向三档无级变速过程，中间轴输入同步器B、二档同步器结合，变速器功率流通过CVT无级变速器进行传递，CVT无级变速器的传动比达到最小时，中间轴A转速达到最大转速，并使输出轴24的转速进一步提升，达到三档同步器的结合套及结合齿转速同步；
双中间轴循环变速型CCT三档齿轮副工作，中间轴输入同步器B、三档同步器结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴B进行传递，中间轴A及CVT无级变速器在空载状态，CVT传动比调到1，中间轴A减速到与中间轴B同步，中间轴输出同步器A的结合套及结合齿转速同步。
9.根据权利要求1所述的高效率长寿命啮合传动无级变速器，其特征是：其变速换挡动态逻辑关系为：CCT一档齿轮副工作状态，一档同步器、中间轴输出同步器A结合，变速器功率流通过齿轮及中间轴A进行传递，CVT无级变速器保持初始态传动比，中间轴B转速达到当前档位下的最大转速，二档同步器的结合套及结合齿转速同步，可提前挂入二档进入等待状态；
CCT由一档向二档无级变速过程，直接或提前结合二档同步器，并断开一档同步器，变速器功率流通过早已预备导通的CVT无级变速器进行传递，CVT无级变速器的传动比可根据当前工况需求来无级变化，当CVT无级变速器的传动比达到中位时，中间轴输出同步器B的结合套及结合齿转速同步，结合后，功率流路径改为由二档齿轮副传动；
CCT由二档向三档无级变速过程，断开中间轴输出同步器B，让CVT无级变速器继续升速，当CVT传动比达到最小时，三档同步器的结合套及结合齿转速同步，结合后，功率流路径改为由三档齿轮副传动；
CCT由三档向四档无级变速预备过程，三档同步器、中间轴输出同步器A结合，断开二档同步器B，中间轴B及CVT无级变速器在空载状态，可以轻松快捷将CVT传动比还原到初始位置，为CCT由三档向四档无级变速做好预备工作，当前档位仍为三档齿轮副工作状态，中间轴B转速达到当前档位下的最大转速，四档同步器的结合套及结合齿转速同步，可提前挂入四档进入等待状态；
CCT由三档向四档无级变速过程，直接或提前结合四档同步器，并断开三档同步器，变速器功率流通过已预备导通的CVT无级变速器进行传递，CVT无级变速器的传动比可根据当前工况需求来无级变化，当CVT无级变速器的传动比达到中位时，中间轴输出同步器B的结合套及结合齿转速同步，结合后，功率流路径改为由四档齿轮副传动；
CCT由四档向五档(直接档)无级变速过程，断开中间轴输出同步器B，让CVT无级变速器继续升速，当CVT传动比达到最小时，五档(直接档)同步器的结合套及结合齿转速同步，结合后，变速器功率流通过输入轴、输出轴进行直接传递，除输入轴、输出轴外，变速器所有传动元件均处于空载状态，传动效率接近100％。
10.根据权利要求1所述的高效率长寿命啮合传动无级变速器，其特征是：变速器为横置前驱CCT啮合传动无级变速器，由输入轴84、与输入轴连接的三、四档输入齿轮74、一、二档输入齿轮75、四档中间轴齿轮73、中间轴输出齿轮B、CVT锥盘组B、三档中间轴齿轮78、输出大齿轮79、中间轴输出齿轮A、CVT锥盘组A、直接档小齿轮82、直接档同步器83、差速器86组成；差速器输出大齿轮79位于原后驱变速箱的输出轴齿轮21位置，其输出轴是直接驱动车轮的输出半轴85，并设置有直接档，当直接档同步器83结合后，功率流路径为：输入轴84、直接档小齿轮82、输出大齿轮79，由发动机输出功率到驱动车轮，整个传动链级数只有一级，传动效率接近98％。
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