CN111396522B - 一种钢环式摩擦传动无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢环式摩擦传动无级变速器，包括输入法兰总成、输出法兰总成、中间滚体总成，中间滚体总成位于输入法兰总成与输出法兰总成之间，且输入法兰总成、输出法兰总成的轴向处安装有加压机构，通过加压机构的压紧力来实现中间滚体总成与输入输出法兰总成间的摩擦传动动力，在中间滚体总成与输入输出法兰总成间安装有摩擦副机构，且摩擦副机构的一端夹设在中间滚体总成的一端面与输入法兰总成间，摩擦副机构的另一端夹设在中间滚体总成的另一端面与输出法兰总成间；本发明在已定寿命、结构大小、变速比、材料和状态条件下，能提高传输扭矩、增大摩擦副的接触面积。

Description

一种钢环式摩擦传动无级变速器

技术领域

本发明属于无级变速器技术领域，尤其涉及一种靠中间摩擦轮传动和调速的钢环式摩擦传动无级变速器。

背景技术

变速器是用来改变来自动力传动和控制设备(比如：发动机)的转速和转矩的机构，并能固定或分档改变输出轴和输入轴的传动比。无级变速器则为可以实现传动比的连续改变而能够得到传动系与发动机工况的最佳匹配的变速器。为实现无级变速，按传动方式可采用液体传动、电力传动和机械传动三种方式，但目前市面上多数采用机械传动的无级变速器，摩擦传动的机械无级变速器之所以不能传动大扭矩的主要原因是产品(摩擦副)的寿命要求决定的，并非是结构设计不能满足力学性能而失效。当摩擦副结构已定型时降低传动扭矩来保障或满足无级变速器的寿命要求，反之寿命要求已规定时改善摩擦副结构来提高传动扭矩。如：申请号：2016102074282的一种无级变速器，摩擦环布置在输入输出法兰与柱锥体(陀轮)之间，一保证实际应用当中的易损的更换和维护；摩擦环内端面的上部以点接触的方式抵接到输入圆锥段的圆锥面和输出圆锥段的圆锥面，该接触方式使得摩擦环的接触面积很小，接触应力会相应的增大，不利于变速器提高扭矩。

目前汽车无级变速箱的摩擦副采用了特制的钢带和链条来满足力学和寿命要求，但是生产技术和质量要求非常高，机构复杂成本高、故障率高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种在已定寿命、结构大小、变速比、材料和状态条件下，为了提高传输扭矩、增大摩擦副的接触面积为目的的钢环式摩擦传动无级变速器。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，这种钢环式摩擦传动无级变速器包括输入法兰总成、输出法兰总成、中间滚体总成，所述中间滚体总成位于所述输入法兰总成与所述输出法兰总成之间，且所述输入法兰总成、输出法兰总成的轴向处安装有加压机构，通过加压机构的压紧力来实现中间滚体总成与输入输出法兰总成间的摩擦传动动力，在所述中间滚体总成与输入输出法兰总成间安装有摩擦副机构，且所述摩擦副机构的一端夹设在所述中间滚体总成的一端面与输入法兰总成间，所述摩擦副机构的另一端夹设在所述中间滚体总成的另一端面与输出法兰总成间。

作为优选，所述输入法兰总成包括输入法兰、第一压轨，所述第一压轨安装在所述输入法兰上；所述输出法兰总成包括输出法兰、第二压轨，所述第二压轨安装在所述输出法兰上；且所述第一压轨与所述第二压轨呈相对分布。

作为优选，所述加压机构包括中心轴、输入轴承、输出轴承、碟簧、法兰螺母，所述输入轴承安装在所述输入法兰的轴向端处，所述输出轴承安装在所述输出法兰的轴向端处，且输入输出轴承分别与所述中心轴的两端相安装，其中位于输入轴承端的中心轴上安装有碟簧，并通过法兰螺母压紧。

作为优选，所述中间滚体总成包括支架、陀轮、导向轴，所述陀轮安装在所述导向轴上并可轴向反复运动，且所述导向轴呈周向等均布置在所述支架上并呈倾斜状，且所述导向轴的两端与所述支架间通过轴承连接。

作为优选，所述摩擦副机构包括输入摩擦环、输出摩擦环，所述输入摩擦环的径向端面夹设在所述陀轮的端面与所述第一压轨所设有的环形槽间，所述输出摩擦环的径向端面夹设在所述陀轮的端面与所述第二压轨所设有的环形槽间，且所述输入摩擦环、输出摩擦环通过加压机构压紧在所述第一压轨、第二压轨的环形槽与所述陀轮间。

作为优选，所述摩擦副机构的数量与所述陀轮数量相等并一一对应布置，且所述输入摩擦环与所述输出摩擦环呈交叉状布置，所述输出摩擦环的直径小于所述输入摩擦环的直径。

作为优选，所述第一压轨、第二压轨的径向内端面各设有一圈齿条，所述输入法兰、输出法兰的径向外端面各设有一圈呈交替状布置的凸齿及压块，且所述凸齿与所述齿条相啮合，所述压块压紧在压轨的内径向壁上。

作为优选，所述陀轮为菱锥状，其两个锥面分别与所述输入摩擦环、输出摩擦环相接触，且所述输入摩擦环、输出摩擦环的直径均大于所述陀轮的锥面横截面直径。

作为优选，所述输入摩擦环、输出摩擦环的结构为钢环式，其与陀轮锥面相接触的内端面为平面，并与陀轮锥面相吻合。

作为优选，所述第一压轨、第二压轨的环形槽的槽面均为弧形状，与该环形槽相接触的输入摩擦环、输出摩擦环的外端面均为弧面，且该外端面位于环形槽内并相吻合。。

本发明的有益效果为：在输入输出法兰总成与中间滚体总成间增设一种钢环式结构的摩擦副机构，同时加大摩擦副机构与陀轮、压轨间的接触面积，来解决无级变速器的摩擦副的寿命问题而导致的不能传动大扭矩传动力的问题，并为了有效传递动力，通过加压机构的压紧力来保证结构之间不能出现打滑现象，从而使得整个变速器实现传输扭矩的增大效果。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的主视结构示意图。

图3是图2的A-A剖面结构示意图。

图4是本发明的陀轮与各压轨之间的连接结构示意图。

图5是本发明的输入法兰总成爆炸结构示意图。

图6是本发明的摩擦环立体结构示意图。

附图中的标号分别为：1、输入法兰总成；2、输出法兰总成；3、中间滚体总成；4、加压机构；5、摩擦副机构；6、环形槽；7、齿条；8、凸齿；9、压块；11、输入法兰；12、第一压轨；21、输出法兰；22、第二压轨；31、支架；32、陀轮；33、导向轴；34、轴承；41、中心轴；42、输入轴承；43、输出轴承；44、碟簧；45、法兰螺母；51、输入摩擦环；52、输出摩擦环。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：如附图1所示，本发明包括输入法兰总成1、输出法兰总成2、中间滚体总成3，所述中间滚体总成3位于所述输入法兰总成1与所述输出法兰总成2之间，且所述输入法兰总成1、输出法兰总成2的轴向处安装有加压机构4，通过加压机构4的压紧力来实现中间滚体总成3与输入输出法兰总成间的摩擦传动动力，在所述中间滚体总成3与输入输出法兰总成间安装有摩擦副机构5，且所述摩擦副机构5的一端夹设在所述中间滚体总成3的一端面与输入法兰总成1间，所述摩擦副机构5的另一端夹设在所述中间滚体总成3的另一端面与输出法兰总成2间；在输入输出法兰总成与中间滚体总成间增设一种钢环式结构的摩擦副机构，同时加大摩擦副机构与陀轮、压轨间的接触面积，来解决无级变速器的摩擦副的寿命问题而导致的不能传动大扭矩传动力的问题，并为了有效传递动力，通过加压机构的压紧力来保证结构之间不能出现打滑现象，从而使得整个变速器实现传输扭矩的增大效果。

如附图2、3所示，上述的钢环式摩擦传动无级变速器的动力传动顺序为：从中心轴41输入动力，与输入法兰11连接，输入法兰11安装第一压轨12，输入摩擦环51在第一压轨12的环形槽6内公转，输入摩擦环51与陀轮32的一个锥面相互滚动摩擦传动动力，另一个锥面与输出摩擦环52相互滚动摩擦把动力传动到第二压轨22，第二压轨2安装在输出法兰21，并由输出法兰21动力输出。

调速方式：本无级变速器调速模式是中间轮工作直径调速；陀轮32的两个锥面分别与输入摩擦环51和输出摩擦环52加压接触，当陀轮32向导向轴33的轴线方向移动时，陀轮32和输入摩擦环51、输出摩擦环52接触的接触面直径发生变化，从而到达调速目的。

加压方式：为了输入摩擦环51和输出摩擦环52与陀轮32以及两压轨之间有效滚动摩擦来传动动力，防止打滑；用中心轴41和法兰螺母45把输入法兰11和输出法兰21连接在一起，用轴承34相互隔离，碟簧44提供轴向压紧力，把陀轮32夹紧在输入摩擦环51和输出摩擦环52之间。

摩擦副的运动方式：两摩擦环各自在两压轨的环形槽内滚动，并一起公转，同时绕中心轴41自转，输入摩擦环51和陀轮32之间的摩擦力带动陀轮32绕导向轴33自转，摩擦力带动输出摩擦环52与输出法兰总成公转。

所述输入法兰总成1包括输入法兰11、第一压轨12，所述第一压轨12安装在所述输入法兰11上；所述输出法兰总成2包括输出法兰21、第二压轨22，所述第二压轨22安装在所述输出法兰21上；且所述第一压轨12与所述第二压轨22呈相对分布，这样能使得中间滚体总成3与摩擦副机构5夹紧在第一第二压轨间。如附图5所示，所述第一压轨12、第二压轨22的径向内端面各设有一圈齿条7，所述输入法兰11、输出法兰21的径向外端面各设有一圈呈交替状布置的凸齿8及压块9，且所述凸齿8与所述齿条7相啮合使得法兰与压轨实现啮合传输动力，所述压块9压紧在压轨的内径向壁上使得两相对布置的压轨提供轴向压力，而且法兰与压轨分体状的好处在于拆装及维修较为方便、在更换零部件时，成本不会太大。

所述加压机构4包括中心轴41、输入轴承42、输出轴承43、碟簧44、法兰螺母45，所述输入轴承42安装在所述输入法兰11的轴向端处，所述输出轴承43安装在所述输出法兰21的轴向端处，且输入输出轴承分别与所述中心轴41的两端相安装，其中位于输入轴承端的中心轴41上安装有碟簧44，并通过法兰螺母45压紧；因机械无级变速器的中间滚动体与输入输出结构之间的摩擦力(即摩擦副)来传动动力的，为了有效传递动力需通过加压机构的压紧力来保证中间滚动体与输入输出结构之间不能发生打滑现象，摩擦力(F)大小与压紧力(Q)和摩擦系数(μ)有关：F＝μQ。所以无级变速器一般情况(结构大小以及材料和状态已定)通过增大压紧力来提高摩擦力，传动更大的动力(扭矩)。随着压紧力的增加，摩擦副之间接触面的接触应力增大，从而摩擦副的寿命降低(可以根据许用接触应力计算和循环应力次数的计算得出结论)。所以要保障无级变速器在规定寿命的前提下提高传输扭矩，必须需要提高压紧力，但为了不能降低寿命也就不能提高接触应力，那就必须相应提高摩擦副的接触面积。

所述中间滚体总成3包括支架31、陀轮32、导向轴33，所述陀轮32安装在所述导向轴33上并可轴向反复运动，且所述导向轴33呈周向等均布置在所述支架31上，并沿中心轴41轴向分布且呈倾斜状，且所述导向轴33的两端与所述支架31间通过轴承34连接，支架31可以相对中心轴41的轴线移动，从而带动陀轮4相对导向轴33轴线移动达到无级变速器调速目的。

所述摩擦副机构5包括输入摩擦环51、输出摩擦环52，所述输入摩擦环51的径向端面夹设在所述陀轮32的端面与所述第一压轨12所设有的环形槽6间，所述输出摩擦环52的径向端面夹设在所述陀轮32的端面与所述第二压轨22所设有的环形槽6间，且所述输入摩擦环51、输出摩擦环52通过加压机构4压紧在所述第一压轨12、第二压轨22的环形槽6与所述陀轮32间；输入摩擦环51、输出摩擦环52的外端面与环形槽6压力接触并公转，同时，相对中心轴41的中心线自转，输入摩擦环51、输出摩擦环52的内端面与陀轮32的两个端面压力接触，随着陀轮32沿导向轴轴线移动，接触面的直径也随着变化。

所述摩擦副机构5的数量与所述陀轮32数量相等并一一对应布置，且所述输入摩擦环51与所述输出摩擦环52呈交叉状布置，使得空间布置更为紧凑，稳定性也更好；所述输出摩擦环52的直径小于所述输入摩擦环51的直径。

如附图4、6所示，所述陀轮32为菱锥状，其两个锥面分别与所述输入摩擦环51、输出摩擦环52相接触，且所述输入摩擦环51、输出摩擦环52的直径均大于所述陀轮32的锥面横截面直径。

所述输入摩擦环51、输出摩擦环52的结构为钢环式，从力学和制造成本考虑比其他(链条或钢带等)结构简单成本低可靠性高；其与陀轮32锥面相接触的内端面为平面，并与陀轮32锥面相吻合；所述第一压轨12、第二压轨22的环形槽6的槽面均为弧形状，与该环形槽6相接触的输入摩擦环51、输出摩擦环52的外端面均为弧面，且该外端面位于环形槽6内并相吻合。

机械无级变速器在规定寿命要求时摩擦副的“许用接触应力”也是已定的，为了提高传动扭矩并不能超过“许用接触应力”，必须提高摩擦副的接触面积。

未采用摩擦环的菱锥陀轮与压轨接触形式是圆柱体和平面的外接触。如果想减少接触应力(即提高传动扭矩)，根据“赫兹公式”必须增大摩擦副接触面的综合曲率半径和接触宽度。当输入摩擦环51、输出摩擦环52的外环与压轨的环形槽6接触，摩擦环的外径直径远大于菱锥陀轮的锥面截面直径，所以比未采用摩擦环形式的综合曲率半径更高；同时半圆弧的接触形式加大了接触面的接触宽度同时变为内接触形式(孔与轴接触)，根据赫兹公式推断出接触面的综合曲率半径增大，从而接触面积增大，接触应力降低；输入摩擦环51、输出摩擦环52的内环面与菱锥陀轮的菱锥面外径接触，现有的平面与圆柱接触形式变成内接触(孔与轴)形式，根据赫兹公式推算出大幅度增大了综合曲率半径，从而提高接触面积，降低接触应力，提高传动扭矩。

本发明不局限于上述实施方式，不论在其形状或材料构成上作任何变化，凡是采用本发明所提供的结构设计，都是本发明的一种变形，均应认为在本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种钢环式摩擦传动无级变速器，包括输入法兰总成（1）、输出法兰总成（2）、中间滚体总成（3），其特征在于：所述中间滚体总成（3）位于所述输入法兰总成（1）与所述输出法兰总成（2）之间，且所述输入法兰总成（1）、输出法兰总成（2）的轴向处安装有加压机构（4），通过加压机构（4）的压紧力来实现中间滚体总成（3）与输入输出法兰总成间的摩擦传动动力，在所述中间滚体总成（3）与输入输出法兰总成间安装有摩擦副机构（5），且所述摩擦副机构（5）的一端夹设在所述中间滚体总成（3）的一端面与输入法兰总成（1）间，所述摩擦副机构（5）的另一端夹设在所述中间滚体总成（3）的另一端面与输出法兰总成（2）间；所述输入法兰总成（1）包括输入法兰（11）、第一压轨（12），所述第一压轨（12）安装在所述输入法兰（11）上；所述输出法兰总成（2）包括输出法兰（21）、第二压轨（22），所述第二压轨（22）安装在所述输出法兰（21）上；且所述第一压轨（12）与所述第二压轨（22）呈相对分布；所述加压机构（4）包括中心轴（41）、输入轴承（42）、输出轴承（43）、碟簧（44）、法兰螺母（45），所述输入轴承（42）安装在所述输入法兰（11）的轴向端处，所述输出轴承（43）安装在所述输出法兰（21）的轴向端处，且输入输出轴承分别与所述中心轴（41）的两端相安装，其中位于输入轴承端的中心轴（41）上安装有碟簧（44），并通过法兰螺母（45）压紧；所述中间滚体总成（3）包括支架（31）、陀轮（32）、导向轴（33），所述陀轮（32）安装在所述导向轴（33）上并可轴向反复运动，且所述导向轴（33）呈周向等均布置在所述支架（31）上并呈倾斜状，且所述导向轴（33）的两端与所述支架（31）间通过轴承（34）连接；所述摩擦副机构（5）包括输入摩擦环（51）、输出摩擦环（52），所述输入摩擦环（51）的径向端面夹设在所述陀轮（32）的端面与所述第一压轨（12）所设有的环形槽（6）间，所述输出摩擦环（52）的径向端面夹设在所述陀轮（32）的端面与所述第二压轨（22）所设有的环形槽（6）间，且所述输入摩擦环（51）、输出摩擦环（52）通过加压机构（4）压紧在所述第一压轨（12）、第二压轨（22）的环形槽（6）与所述陀轮（32）间；所述摩擦副机构（5）的数量与所述陀轮（32）数量相等并一一对应布置，且所述输入摩擦环（51）与所述输出摩擦环（52）呈交叉状布置，所述输出摩擦环（52）的直径小于所述输入摩擦环（51）的直径；所述第一压轨（12）、第二压轨（22）的径向内端面各设有一圈齿条（7），所述输入法兰（11）、输出法兰（21）的径向外端面各设有一圈呈交替状布置的凸齿（8）及压块（9），且所述凸齿（8）与所述齿条（7）相啮合，所述压块（9）压紧在压轨的内径向壁上；所述陀轮（32）为菱锥状，其两个锥面分别与所述输入摩擦环（51）、输出摩擦环（52）相接触，且所述输入摩擦环（51）、输出摩擦环（52）的直径均大于所述陀轮（32）的锥面横截面直径；所述输入摩擦环（51）、输出摩擦环（52）的结构为钢环式，其与陀轮（32）锥面相接触的内端面为平面，并与陀轮（32）锥面相吻合；所述第一压轨（12）、第二压轨（22）的环形槽（6）的槽面均为弧形状，与该环形槽（6）相接触的输入摩擦环（51）、输出摩擦环（52）的外端面均为弧面，且该外端面位于环形槽（6）内并相吻合。