CN110185763A - 一种无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无级变速器，包括变速机构和传动机构，其特征在于：所述变速机构位于所述变速箱体内，所述传动机构位于所述传动箱体内，且所述变速箱体与所述传动箱体分箱设置，所述变速机构的动力输出端由所述变速箱体内伸出并与所述传动箱体内的传动机构的输入端传动连接。采用本发明的无机变速器，可提高传动效率。

Description

一种无级变速器

技术领域：

本发明涉及一种无级变速器，尤其涉及一种机械式的无级变速器。

背景技术：

自2007年以来，一系列的机电控制锥盘式无级变速器逐渐成熟，并由于其低成本、高效率及高可靠性在道路、非道路车辆及通用机械领域得到广泛应用。尤其是对纯电行驶工况的适应性，促使其逐步在电动汽车上得到应用。锥盘式无级变速器的主要系统子功能是加压和调速。调速功能由调速系统完成。

现有无级变速器成本较高、重量和尺寸都较大。刚度与尺寸、重量之间的矛盾无法解决，仅适合在较小扭矩同时对安装空间要求不高的领域使用。

中国专利（申请号：201810459955.1）提供了一种三轴调速方案，适用于对安装空间比较敏感的尤其是车辆的轴向安装空间要求较高的场合。但是该专利的三轴调速方案效率损失最大15%，传动效率低下，传动效率仅为85%左右。

而变速器效率提升，对整车动力性、能耗以及排放的改善有直接贡献。目前整车企业降低整车能耗通常从降低风阻和降低整车重量进行优化设计。整车降风阻最有效的方法是风洞试验，投资高达几亿，降低整车重量最有效的方法是采用炭纤维等新型材料，但新型材料将大幅度增加整车成本导致不被主流市场接受。故通过提升变速器效率可以大大提升车企及其产品竞争力。

影响汽车能量使用效率的因数包括：整车质量、动力系统效率、传动系统效率、风阻、滚阻、整车电器系统及系统匹配等。整车能量的使用效率关系到整车的经济性、动力性、环保性、舒适性、安全性等。随着不可再生能源的日益枯竭及环境污染带来的社会矛盾，目前包括新能源战略在内的节能减排战略已成为各国政府的核心战略。

从技术角度分析，未来提高能量使用效率有较大贡献的方向主要包括三个方向：轻量化技术、新型高效动力系统及降低整车风阻。但开发和应用轻量化、降低风阻、新型高效动力系统，意味着增加研发费用，如建立风洞试验能力，费用将上亿元，轻量化技术意味着使用高成本的新型材料导致产品失去竞争力，开发新型高效动力系统一直是节能的方向，但目前并没有实现理论突破。对于降低滚阻和辅助电器系统能耗，几乎没有再突破的空间。作为车辆传动系统，已是一项非常成熟的技术，无论是MT、AT、DCT和CVT,其结构原理已决定各自效率不可能再有太大的突破。

因此，目前如何较少成本地提高动力效率已经成为了各个企业急需解决的问题。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种传动效率高的无级变速器。

为实现上述目的，本发明是这样实现的：一种无级变速器，包括变速机构和传动机构，其特征在于：所述变速机构位于所述变速箱体内，所述传动机构位于所述传动箱体内，且所述变速箱体与所述传动箱体分箱设置，所述变速机构的动力输出端由所述变速箱体内伸出并与所述传动箱体内的传动机构的输入端传动连接。

优选的，包括中间箱盖，所述中间箱盖的左侧或右侧与变速箱盖组合成所述变速箱体，所述中间箱盖的右侧或左侧与传动箱盖组合成所述传动箱体。

优选的，所述变速箱体包括相互连接配合的左变速箱盖和右变速箱盖，所述传动箱体包括相互连接配合的左传动箱盖和右传动箱盖，所述左变速箱盖和所述右传动箱盖连接或者所述右变速箱盖和所述左传动箱盖连接。

为进一步提高传动效率，包括主动轴、从动轴和调速机构，主动轴上设置有主动锥盘组，从动轴上设置有从动锥盘组，主动锥盘组和从动锥盘组由两者所夹持的挠性传动元件实现连接传动，主动轴和从动轴轴线相互平行，所述主动锥盘组包括主动动锥盘和主动定锥盘，所述从动锥盘组包括从动动锥盘和从动定锥盘，所述调速机构用于驱动主动锥盘组的主动动锥盘和从动锥盘组的从动动锥盘轴向移动,所述主动定锥盘和所述从动定锥盘的大径为D，所述变速箱箱体和传动箱箱体的分箱面距所述主动定锥盘或从动定锥盘的距离为0.5D~0.001D。

为进一步提高传动效率，所述主动定锥盘与所述从动定锥盘相对设置且所述从动定锥盘近所述传动箱体设置，所述变速箱体与所述传动箱体的分箱面距离所述从动定锥盘的距离为0.5D~0.001D。

为进一步提高传动效率，所述调速机构包括与所述主动动锥盘连接的第一工作部和与所述从动动锥盘连接的第二工作部，所述调速机构还包括支撑所述第一工作部的调速I轴和调速III轴，以及支撑所述第二工作部的调速II轴和调速III轴，所述调速III轴设置在所述主动轴和从动轴之间，所述调速I轴设置在所述主动轴的另一侧，所述调速II轴设置在所述从动轴的另一侧；且所述调速I轴、调速II轴和调速III轴和所述主动轴、从动轴基本平行，所述变速箱体的左变速箱体和右变速箱体的合箱面与轴线基本垂直且位于调速III轴中部；所述合箱面上的连接螺钉或螺栓位于所述调速I轴、调速II轴和调速III轴的中心连线形成的内三角形以外以及所述内三角形向外偏移150mm后形成的外三角形以内的区域。

为进一步提高传动效率，所述变速机构的输出轴通过轴承支撑在所述变速箱体上，所述轴承的刚度E＞150000MPa。

进一步地，所述第一工作部包括作用于所述主动动锥盘上的第一加压推板，所述第一加压推板一端通过螺母I与所述调速I轴螺接，所述第一加压推板的另一端通过螺母III与所述调速III轴螺接，在所述调速I轴的一端还设置有链轮I，在所述调速III轴的另一端设置有链轮IIIa，所述链轮I与所述链轮IIIa之间连接有链条I；所述第二工作部包括作用于所述从动动锥盘上的第二加压推板，所述第二加压推板一端通过螺母II与所述调速II轴螺接，所述第二加压推板的另一端通过螺母III与所述调速III轴螺接，在所述调速II轴的一端还设置有链轮II，在所述调速III轴的另一端设置有链轮IIIb，所述链轮II与所述链轮IIIb之间连接有链条II。

优选的，在所述主动定锥盘的外端面还设置有套设于主动轴上的第一凸轮盘，所述第一凸轮盘与所述主动定锥盘的相对端面分别设置有相互配合的一个或多个绕圆心环绕的凸轮槽，在所述凸轮槽内设置有钢球，所述钢球作用于所述主动定锥盘；在所述从动定锥盘的外端面还设置有套设于从动轴上的第二凸轮盘，所述第二凸轮盘与所述从动定锥盘的相对端面分别设置有相互配合的一个或多个绕圆心环绕的凸轮槽，在所述凸轮槽内设置有钢球，所述钢球作用于所述从动定锥盘。

为进一步提高传动效率，所述凸轮槽为绕圆心的连续多个且所述凸轮槽为中间深、向两端延伸深度逐渐减小的弧状，所述凸轮槽的最深位置于凸轮端面的连线与所述凸轮端面的角度小于0.115D度。

为进一步提高传动效率，在所述变速箱体及传动箱体外设置有筋板，所述筋板的长度之和L≥25D。

优选的，所述变速箱体的输出端设置有用于容纳所述传动箱体的凹陷部分，所述凹陷部分包括由所述变速箱体的端面向内转折的第一转折部，以及与所述第一转折部连接的第二转折部，所述第一转折部与所述变速箱体的端面基本垂直，所述第二转折部与所述变速箱体的端面基本平行。

有益效果：

本发明通过试验和分析论证，是由于壳体刚度较小，变形量大，引起的效率损失较大。现有技术的特点决定了夹紧链条的力会作用到壳体上，对此我们需要提高壳体的刚度进一步来解决变速器的传动效率这一问题。

通过本发明的分箱式结构设计，达到提升产品传动效率的目的。并且本发明的无级变速器整体结构更加紧凑、重量更轻，可较好地适应于中小型车辆最为紧张的轴向安装空间。

进一步地通过本发明中对分箱面位置的选择、对变速箱体的合箱面连接的设计、凸轮槽的设计、筋板的设计、以及轴承的选择等进一步将现有的无级变速器的传动效率提升了4%，达到了平均90%的传动效率。

传动效率的提高不但盖上了整车的动力性、能耗和排放，而且利于平台化设计，通用性高。

无级变速器整机采用了机电控制系统，无需为液压系统配备电子油泵，也无需液压系统需要的怠速转速，从而更加适合需要纯电行驶模式的新能源汽车，包括纯电动汽车，插电式混合动力汽车等。

附图说明：

图1为本发明的无级变速器第一种结构；

图2为本发明的无级变速器第二种结构；

图3为变速机构爆炸图；

图4为变速箱体合箱面的螺钉/螺栓布局图；

图5为凸轮盘的正视图；

图6为凸轮槽的剖视图；

图7为箱体表面筋板布局图；

图8为本发明与现有技术的变速器在运行过程中壳体的变形量对比图表；

图9为本发明与现有技术的变速器的传动效率的对比图表。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例：如图1-9所示，一种无级变速器，包括变速机构和传动机构，所述变速机构位于所述变速箱体内，所述传动机构位于所述传动箱体内，且所述变速箱体与所述传动箱体分箱设置，所述变速机构的动力输出端由所述变速箱体内伸出并与所述传动箱体内的传动机构的输入端传动连接。

其中，所述变速箱体与传动箱体分箱设置有以下两种实现方式：

第一种方式，见图1，所述变速箱体和传动箱体共用一中间箱盖103，所述中间箱盖的左侧或右侧与变速箱盖104组合成所述变速箱体，所述中间箱盖的右侧或左侧与传动箱盖203组合成所述传动箱体。在本实施例中，所述变速箱盖设置在左侧，所述传动箱盖设置在右侧。

第二种方式，见图2，所述变速箱体由相互连接配合的左变速箱盖101和右变速箱盖102组合而成，所述传动箱体由相互连接配合的左传动箱盖201和右传动箱盖202组合而成，所述左变速箱盖和所述右传动箱盖连接或者所述右变速箱盖和所述左传动箱盖连接。在本实施例中，所述变速箱体设置在左侧，所述传动箱体设置在右侧。

其中，所述变速机构包括主动轴1、从动轴2和调速机构，主动轴上设置有主动锥盘组，从动轴上设置有从动锥盘组，主动锥盘组和从动锥盘组由两者所夹持的挠性传动元件实现连接传动，主动轴和从动轴轴线相互平行，所述主动锥盘组包括主动动锥盘3和主动定锥盘4，所述从动锥盘组包括从动动锥盘5和从动定锥盘6，所述调速机构用于驱动主动锥盘组的主动动锥盘和从动锥盘组的从动动锥盘轴向移动,所述主动定锥盘和所述从动定锥盘的大径为D。

对于第二种分箱方式来说，所述变速箱体与所述传动箱体的分箱面距离所述从动定锥盘的距离L1为0.5D~0.001D。

另外，如图3所示，所述调速机构包括与所述主动动锥盘连接的第一工作部和与所述从动动锥盘连接的第二工作部，所述第一工作部包括支撑在变速箱体内的调速I轴7、调速III轴8以及作用于所述主动动锥盘的第一加压推板9，所述第一加压推板9一端通过螺母I10与所述调速I轴螺接，所述第一加压推板的另一端通过螺母III11与所述调速III轴8螺接，在所述调速I轴的一端还设置有链轮I12，在所述调速III轴的另一端设置有链轮IIIa13，所述链轮I与所述链轮IIIa之间连接有链条I14；

所述第二工作部包括支撑在变速箱体内的调速II轴15、调速III轴8以及作用于所述从动动锥盘的第二加压推板16，所述第二加压推板一端通过螺母II17与所述调速II轴螺接，所述第二加压推板的另一端通过螺母III11与所述调速III轴螺接，在所述调速II轴的一端还设置有链轮II18，在所述调速III轴的另一端设置有链轮IIIb19，所述链轮II与所述链轮IIIb之间连接有链条II20。

其中，所述调速III轴设置在所述主动轴和从动轴之间，所述调速I轴设置在所述主动轴的另一侧，所述调速II轴设置在所述从动轴的另一侧；且所述调速I轴、调速II轴和调速III轴和所述主动轴、从动轴基本平行。所谓“基本”的含义为在常规误差范围内保持平行。

通过在所述调速I轴和/或调速II轴上设置驱动机构，可驱动调速机构作用，使得第一加压推板对主动动锥盘进行轴向的作用，或者使得第二加压推板对从动动锥盘进行轴向的作用，进而改变挠性传动元件的作用直径，进而改变边变速机构的传动比，最终改变输出转速，达到变速的目的。

其中，所述主动轴1、从动轴2、调速I轴7、调速II轴15以及调速III8轴均通过轴承支撑在所述变速箱体内，

并且，如图3、5和6所示，在所述主动定锥盘的外端面还设置有套设于主动轴上的第一凸轮盘21，所述第一凸轮盘与所述主动定锥盘的相对端面分别设置有相互配合的一个或多个绕圆心环绕的凸轮槽22，在所述凸轮槽内设置有钢球23，所述钢球作用于所述主动定锥盘；在所述从动定锥盘的外端面还设置有套设于从动轴上的第二凸轮盘24，所述第二凸轮盘与所述从动定锥盘的相对端面分别设置有相互配合的一个或多个绕圆心环绕的凸轮槽22，在所述凸轮槽内设置有钢球23，所述钢球作用于所述从动定锥盘。所述凸轮槽为绕圆心的连续多个且所述凸轮槽为中间深、向两端延伸深度逐渐减小的弧状，所述凸轮槽的最深位置于凸轮端面的连线与所述凸轮端面的角度α小于0.115D度。

另外，如图4所示，所述变速箱体的合箱面32为中间箱盖和变速箱盖的贴合面，或者为左变速箱盖和右变速箱盖的贴合面。所述合箱面上的连接螺钉或螺栓位于所述调速I轴、调速II轴和调速III轴的中心连线形成的内三角形以外以及所述内三角形向外偏移150mm后形成的外三角形以内的区域。

作为本实施例的另一实施方式，所述变速箱体的输出端设置有用于容纳所述传动箱体的凹陷部分，所述凹陷部分包括由所述变速箱体的端面向内转折的第一转折部，以及与所述第一转折部连接的第二转折部，所述第一转折部与所述变速箱体的端面基本垂直，所述第二转折部与所述变速箱体的端面基本平行。

作为本实施例中的另一实施方式，所述从动轴2由变速箱体伸出并伸入到所述传动箱体内，伸入到所述传动箱体内的从动轴上设置有外花键，所述传动箱体内的传动机构的输入轴26上设置有与所述外花键配合的内花键。所述变速箱体和传动箱体通过螺栓连接，且所述从动轴还通过轴承27支撑在所述右变速箱盖或者中间箱盖上。所述传动机构还包括两级齿轮减速，即设置在所述输入轴上的中间轴28上的第一级减速齿轮29，以及设置在所述中间轴和差速器总成31上的第二级减速齿轮30，所述差速器将动力由传动箱体内输出。所述输入轴、中间轴和差速器总成通过轴承支撑在所述传动箱体上。

作为本实施例的另一实施方式，所述变速机构的输出轴通过轴承27支撑在所述右变速箱盖或者中间箱盖上，所述轴承的刚度E＞150000MPa。

作为本实施例中的另一实施方式，见图7，在所述变速箱体及传动箱体内设置有筋板，所述筋板的长度之和L≥25D。其中，筋板的布置是在壳体进行仿真分析过后发现壳体强度不足的地方增加筋板，用来增加壳体的强度。

发明人对专利cn201810459955.1的三轴调速的无级变速器通过试验和分析论证，发现是由于壳体刚度较小，变形量大，引起的效率损失较大。现有技术的特点决定了夹紧链条的力会作用到壳体上，对此我们需要提高壳体的刚度进一步来解决变速器的传动效率这一问题。

在变速器锥盘对链条的加压过程中，链条处于不偏斜状态时的效率最高，但是由于传动元件受力时变形无法避免，所以在变速器中无法保证链条处于绝对的不偏斜状态。因此只能控制链条在一定的偏斜范围，根据链条锥盘的运动几何关系，链条偏斜可以控制在0.8mm以内。由于变速器内部元件会存在一定的偏斜，于是将壳体变形要求在0~0.4mm之间，以确保链条在传动时不超出允许的最大偏斜量。

通过本发明的结构设计，作用在壳体上的力的大小不变的情况下，通过分箱式结构的设计，可以达到减小受力壳体的受力面积，进而达到提高壳体刚度，减小壳体变形，提升产品传动效率的目的。

图8示出了壳体变形示意图，其中

并且进一步地通过本发明中对分箱面位置的选择、对变速箱体的合箱面连接的设计、凸轮槽的设计、筋板的设计、以及轴承的选择等进一步将现有的无级变速器的传动效率提升了4%，达到了平均90%的传动效率。

图9示出了传动效率的变化

传动效率的提高不但盖上了整车的动力性、能耗和排放，而且利于平台化设计，通用性高。

并且本发明的无机变速器整体结构更加紧凑、重量更轻，可较好地适应于中小型车辆最为紧张的轴向安装空间。无级变速器整机采用了机电控制系统，无需为液压系统配备电子油泵，也无需液压系统需要的怠速转速，从而更加适合需要纯电行驶模式的新能源汽车，包括纯电动汽车，插电式混合动力汽车等。

Claims (12)

1.一种无级变速器，包括变速机构和传动机构，其特征在于：所述变速机构位于所述变速箱体内，所述传动机构位于所述传动箱体内，且所述变速箱体与所述传动箱体分箱设置，所述变速机构的动力输出端由所述变速箱体内伸出并与所述传动箱体内的传动机构的输入端传动连接。

2.如权利要求1所述的无级变速器，其特征在于：包括中间箱盖，所述中间箱盖的左侧或右侧与变速箱盖组合成所述变速箱体，所述中间箱盖的右侧或左侧与传动箱盖组合成所述传动箱体。

3.如权利要求1所述的无级变速器，其特征在于：所述变速箱体包括相互连接配合的左变速箱盖和右变速箱盖，所述传动箱体包括相互连接配合的左传动箱盖和右传动箱盖，所述左变速箱盖和所述右传动箱盖连接或者所述右变速箱盖和所述左传动箱盖连接。

4.如权利要求1、2或3所述的无级变速器，其特征在于：包括主动轴、从动轴和调速机构，主动轴上设置有主动锥盘组，从动轴上设置有从动锥盘组，主动锥盘组和从动锥盘组由两者所夹持的挠性传动元件实现连接传动，主动轴和从动轴轴线相互平行，所述主动锥盘组包括主动动锥盘和主动定锥盘，所述从动锥盘组包括从动动锥盘和从动定锥盘，所述调速机构用于驱动主动锥盘组的主动动锥盘和从动锥盘组的从动动锥盘轴向移动,所述主动定锥盘和所述从动定锥盘的大径为D，所述变速箱体和传动箱体的分箱面距所述主动定锥盘或从动定锥盘的距离为0.5D~0.001D。

5.如权利要求4所述的无级变速器，其特征在于：所述主动定锥盘与所述从动定锥盘相对设置且所述从动定锥盘近所述传动箱体设置，所述变速箱体与所述传动箱体的分箱面距离所述从动定锥盘的距离为0.5D~0.001D。

6.如权利要求4所述的无级变速器，其特征在于：所述调速机构包括与所述主动动锥盘连接的第一工作部和与所述从动动锥盘连接的第二工作部，所述调速机构还包括支撑所述第一工作部的调速I轴和调速III轴，以及支撑所述第二工作部的调速II轴和调速III轴，所述调速III轴设置在所述主动轴和从动轴之间，所述调速I轴设置在所述主动轴的另一侧，所述调速II轴设置在所述从动轴的另一侧；且所述调速I轴、调速II轴和调速III轴和所述主动轴、从动轴基本平行，所述变速箱体的左变速箱体和右变速箱体的合箱面与轴线基本垂直且位于调速III轴中部；

所述合箱面上的连接螺钉或螺栓位于所述调速I轴、调速II轴和调速III轴的中心连线形成的内三角形以外以及所述内三角形向外偏移150mm后形成的外三角形以内的区域。

7.如上述任一项权利要求所述的无级变速器，其特征在于：所述变速机构的输出轴通过轴承支撑在所述变速箱体上，所述轴承的刚度E＞150000MPa。

8.如权利要求6所述的无级变速器，其特征在于：所述第一工作部包括作用于所述主动动锥盘上的第一加压推板，所述第一加压推板一端通过螺母I与所述调速I轴螺接，所述第一加压推板的另一端通过螺母III与所述调速III轴螺接，在所述调速I轴的一端还设置有链轮I，在所述调速III轴的另一端设置有链轮IIIa，所述链轮I与所述链轮IIIa之间连接有链条I；所述第二工作部包括作用于所述从动动锥盘上的第二加压推板，所述第二加压推板一端通过螺母II与所述调速II轴螺接，所述第二加压推板的另一端通过螺母III与所述调速III轴螺接，在所述调速II轴的一端还设置有链轮II，在所述调速III轴的另一端设置有链轮IIIb，所述链轮II与所述链轮IIIb之间连接有链条II。

9.如权利要求6所述的无级变速器，其特征在于：在所述主动定锥盘的外端面还设置有套设于主动轴上的第一凸轮盘，所述第一凸轮盘与所述主动定锥盘的相对端面分别设置有相互配合的一个或多个绕圆心环绕的凸轮槽，在所述凸轮槽内设置有钢球，所述钢球作用于所述主动定锥盘；在所述从动定锥盘的外端面还设置有套设于从动轴上的第二凸轮盘，所述第二凸轮盘与所述从动定锥盘的相对端面分别设置有相互配合的一个或多个绕圆心环绕的凸轮槽，在所述凸轮槽内设置有钢球，所述钢球作用于所述从动定锥盘。

10.如权利要求12所述的无级变速器，其特征在于：所述凸轮槽为绕圆心的连续多个且所述凸轮槽为中间深、向两端延伸深度逐渐减小的弧状，所述凸轮槽的最深位置于凸轮端面的连线与所述凸轮端面的角度小于0.115D度。

11.如上述任一项权利要求所述的无级变速器，其特征在于：在所述变速箱体及传动箱体外设置有筋板，所述筋板的长度之和L≥25D。

12.如上述任一项权利要求所述的无级变速器，其特征在于：所述变速箱体的输出端设置有用于容纳所述传动箱体的凹陷部分，所述凹陷部分包括由所述变速箱体的端面向内转折的第一转折部，以及与所述第一转折部连接的第二转折部，所述第一转折部与所述变速箱体的端面基本垂直，所述第二转折部与所述变速箱体的端面基本平行。