CN112360939A - 一种应用于cvt变速箱上的无级变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用于CVT变速箱上的无级变速器，包括变速机构、加紧机构、调速机构，变速机构安装在轴体上，且变速机构沿轴体的两侧分别与动力输入机构、动力输出机构连接；加紧机构沿轴体的轴向分布并位于变速机构的两侧，且加紧机构通过第一液压系统加压来保证变速机构正常传输扭矩；调速机构位于轴体的径向端并与变速机构相结合，且调速机构通过第二液压系统的加减速控制方式来实现对变速机构的变速；本发明解决现有CVT变速箱的输入扭矩小、变速范围有限、成本高等结构问题，钢环摩擦副代替了链条和钢带式传动摩擦副，成本和制造技术方面大大降低，把CVT变速箱性能推动到更高的应用领域，能够达到涵盖所有AT变速箱的性能范围。

Description

一种应用于CVT变速箱上的无级变速器
技术领域
本发明属于无级变速器技术领域，尤其涉及一种应用于CVT变速箱上的无级变速器。
背景技术
当前CVT的无级变速机构是一种机械无级变速传动机构。虽然机械无级变速器的种类非常繁多，但是机械无级变速器传动通常由传动机构、加压装置和调速机构三部分组成的，该机构是必有的功能性机构。分别实现无级变速、加压、调速等三个功能。本发明是实现专应用于CVT变速箱的无级变速器功能而发明的，同时改善和解决现有CVT变速箱的缺点(传动扭矩低、寿命少、变速比有限等缺点)。这些缺点主要与无级变速器变速机构的失效模式有关。
现有的CVT主要失效模式是无级变速器的变速机构的磨损导致；磨损包括：表面接触疲劳、黏着磨损(包含胶合)及磨粒磨损(一般在产品前期磨合期，CVT的非主要失效模式)。
摩擦副结构要抛开非结构性因素(工作工况、粗糙度、硬度、润滑、温度等因素)除外，接触应力(静、动态)、滚动(滑动)线速度、应力循环次数、非连续性接触、切向力是磨损失效有关的结构性因素。其中接触应力大小最为关键，降低接触应力值提高传动扭矩和寿命的最主要追求目标。当结构上无法改善实现降低接触应力时，实际产品设计当中一般通过降低传动扭矩(即降低摩擦副的接触应力)来保证产品寿命的，这是CVT的传动扭矩较低很难提高的最主要原因。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种应用于CVT变速箱上的无级变速器，解决现有CVT变速箱的输入扭矩小、变速范围有限、成本高等结构问题，钢环摩擦副代替了链条和钢带式传动摩擦副，成本和制造技术方面大大降低，把CVT变速箱性能推动到更高的应用领域，能够达到涵盖所有AT变速箱的性能范围。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，这种无级变速器包括变速机构、加紧机构、调速机构，所述变速机构安装在轴体上，且所述变速机构沿轴体的两侧分别与动力输入机构、动力输出机构连接；所述加紧机构沿轴体的轴向分布并位于所述变速机构的两侧，且所述加紧机构通过第一液压系统加压来保证所述变速机构正常传输扭矩；所述调速机构位于轴体的径向端并与所述变速机构相结合，且所述调速机构通过第二液压系统的加减速控制方式来实现对变速机构的变速。
作为优选，所述变速机构包括中间滚动体、输入摩擦环、输出摩擦环、安装在轴体上的输入法兰及输出法兰，所述输入摩擦环的径向端面夹设在所述中间滚动体的径向端面与所述输入法兰所设有的环形槽内，所述输出摩擦环的径向端面夹设在所述中间滚动体的径向端面与所述输出法兰所设有的环形槽内，所述输入摩擦环、输出摩擦环通过所述加紧机构压紧在所述输入法兰、输出法兰的环形槽与所述中间滚动体之间。
作为优选，所述中间滚动体为分体式结构，包括输入菱锥陀轮、输出菱锥陀轮、花键缸套，所述输入菱锥陀轮、输出菱锥陀轮的内壁设有一圈键齿，通过所述键齿与所述花键缸套的连接使得输入输出菱锥陀轮连为一体。
作为优选，所述输入法兰和所述输出法兰各设有的环形槽的直径相等，且与输入摩擦环相接触的输入菱锥陀轮的锥截面外径小于与输出摩擦环相接触的输出菱锥陀轮的锥截面外径。
作为优选，所述加紧机构包括加压仓、安装在轴体上的压力盘，所述加压仓由所述压力盘与所述输出法兰密封装配构成，并通过推力轴承及轴承螺母连接固定；所述加压仓与所述轴体径向壁上所设有的液压口相通，所述液压口通过轴体的轴芯所设有的通孔并与设置在通孔上的液压控制口连通，所述液压控制口由第一液压系统控制。
作为优选，所述推力轴承安装在轴体上，包括左推力轴承、右推力轴承，所述左推力轴承限位在所述输入法兰端，所述右推力轴承通过轴承托架安装在压力盘端并通过轴承螺母固定。
作为优选，所述调速机构包括外环支架、内毂支架、活塞轴，所述内毂支架安装在轴体上，所述外环支架安装在外壳内，所述活塞轴穿过中间滚动体轴芯并用螺栓固定在所述外环支架与所述内毂支架之间，并呈伞架式分布在所述外环支架与所述内毂支架之间。
作为优选，所述活塞轴的结构为凸轮轴式，并将中间滚动体内部分隔成减速控制仓和加速控制仓；且所述活塞轴的一端设有用于安装插装阀的安装孔，所述插装阀的内部通道与所述减速控制仓相通，所述插装阀与安装孔之间的加速控制通道与所述加速控制仓相通。
作为优选，所述外环支架的外壁上设有与加速控制仓相通的加速控制液压口、与减速控制仓相通的减速控制液压口，且每个中间滚动体对应一个加速控制液压口、一个减速控制液压口，控制液压口呈环形分布。
作为优选，所述外环支架的外壁上设有两个环形凹槽，所述两个环形凹槽与所述外壳内壁之间通过三个密封件相互隔离；其中，两个环形凹槽分别对应环形布置的加速控制液压口和减速控制液压口，所述外壳上设有与两个环形凹槽分别相通的加速控制液接口和减速控制液接口，接口由第二液压系统控制。
本发明的有益效果为：1、采用直轴式的变速机构相比现有CVT的并行轴优点是同变速比情况下机构更紧凑；2、变速机构的钢环式的均匀型环式机构相比现有CVT摩擦副(链条及钢带)结构更为简单所以成本低、制造工艺及技术更简单、抗接触疲劳和抗胶合能力更强、寿命更长；3、调速机构与现有CVT的相比，因为是独立控制和调速，所以控制更为简单便于功率控制优化、加紧和调速互不干扰可靠性更高、调速控制压力更低；4、调速机构与现有CVT的相比因为采用独立加紧装置加紧，所以更为可靠准确控制和加压，从而能够降低无效接触应力，提高产品寿命。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明的主视剖面结构示意图。
图3是本发明的整体的调速机构的主视剖面结构示意图。
图4是本发明的中间滚动体爆炸结构示意图。
图5是本发明的第一、第二液压控制原理图。
附图中的标号分别为：1、输入花键；2、输入法兰；3、输入摩擦环；4、输入菱锥陀轮；5、输出棱锥陀轮；6、输出摩擦环；7、输出法兰；8、输出花键；9、轴体；10、左推力轴承；11、压力盘；12、右推力轴承；13、轴承螺母；14、外环支架；15、内毂支架；16、活塞轴；17、花键缸套；18、插装阀；19、螺栓；20、液压控制口；21、液压口；22、加压仓；23、减速控制仓；24、加速控制仓；25、减速控制液压口；26、加速控制液压口；27、加速控制通道；28、减速控制仓液压口；29、加速控制仓液压口；30、外壳；31、变速机构；32、加紧机构；33、调速机构；34、中间滚动体；35、环形槽；36、键齿；37、通孔；38、轴承托架；39、环形凹槽；40、密封件；41、加速控制液接口；42、减速控制液接口；43、第一液压系统；44、第二液压系统。
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至5所示，本发明包括变速机构31、加紧机构32、调速机构33，所述变速机构31安装在轴体9上，且所述变速机构31沿轴体9的两侧分别与动力输入机构、动力输出机构连接；所述加紧机构32沿轴体9的轴向分布并位于所述变速机构31的两侧，且所述加紧机构32通过第一液压系统43加压来保证所述变速机构31正常传输扭矩；所述调速机构33位于轴体9的径向端并与所述变速机构31相结合，且所述调速机构33通过第二液压系统44的加减速控制方式来实现对变速机构31的变速；解决现有CVT变速箱的输入扭矩小、变速范围有限、成本高等结构问题，钢环摩擦副代替了链条和钢带式传动摩擦副，成本和制造技术方面大大降低，把CVT变速箱性能推动到更高的应用领域，能够达到涵盖所有AT变速箱的性能范围；并通过第一、第二液压控制系统，使得调速机构与现有CVT的相比，因为是独立控制和调速，所以控制更为简单便于功率控制优化、加紧和调速互不干扰可靠性更高、调速控制压力更低；采用独立加紧装置加紧，所以更为可靠准确控制和加压，从而能够降低无效接触应力，提高产品寿命。
如附图2所示，所述变速机构31包括中间滚动体34、输入摩擦环3、输出摩擦环6、安装在轴体9上的输入法兰2及输出法兰7，输入法兰2与输入花键1相连接，且输入花键1安装在轴体9上，输出法兰7与输出花键8相连接，且输出花键8安装在轴体9上；所述输入摩擦环3的径向端面夹设在所述中间滚动体34的径向端面与所述输入法兰2所设有的环形槽35内，所述输出摩擦环6的径向端面夹设在所述中间滚动体34的径向端面与所述输出法兰7所设有的环形槽35内，即：输入输出摩擦环的外径接触对应的输入输出法兰的环形槽35，并在槽内滚动运动，同时输入输出摩擦环的内径与对应的中间滚动体34的锥面接触，并绕转在固定的截面的当量直径上；所述输入摩擦环3、输出摩擦环6通过所述加紧机构32压紧在所述输入法兰2、输出法兰7的环形槽35与所述中间滚动体34之间，且输入摩擦环3直径小于输出摩擦环6直径并非接触式交叉在环内。
如附图4所示，所述中间滚动体34为分体式结构，包括输入菱锥陀轮4、输出菱锥陀轮5、花键缸套17，所述输入菱锥陀轮4、输出菱锥陀轮5的内壁设有一圈键齿36，通过所述键齿36与所述花键缸套17的连接使得输入输出菱锥陀轮连为一体。中间滚动体34的均布数量不固定，根据输入扭矩和变速比以及外环支架14最小允许外径确定。
所述输入法兰2和所述输出法兰7各设有的环形槽35的直径相等，即输入输出摩擦环的滚动轨道直径相等，且同轴线，那么在加紧力作用下不会产生中间滚动体的倾覆力；与输入摩擦环3相接触的输入菱锥陀轮4的锥截面外径小于与输出摩擦环6相接触的输出菱锥陀轮5的锥截面外径。
上述变速机构的改进，从现有的变速对称型改为升速型机构(即中间滚动体改为非对称性结构)：从而使得1、升速型机构在同变速比和输出扭矩条件下，大大调高输入扭矩(CVT核心性能参数)1.5倍以上；2、钢环摩擦副(输入输出摩擦环)是大小不同交叉结构，通过中间滚动体非对称结构改变钢环的内径与中间滚动体外径大小更贴近，a、从而降低接触应力提高传动扭矩，b、同时降低应力循环次数及降低滚动速度从而提高抗胶合和抗接触疲劳能力，c、相同结构空间条件下得到更高变速比。
变速机构主要作用在于通过摩擦力传动动力，能够改变传动扭矩及变速比，本专利的变速机构的结构特征为菱锥钢环盘式，传动特征为中轴线、升速型。
动力传动循序：输入花键1→输入法兰2→输入摩擦环3→输入菱锥陀轮4→输出菱锥陀轮5→输出摩擦环6→输出法兰7→输出花键8。
变速机制：输入菱锥陀轮4和输出菱锥陀轮5以及花键缸套17构成中间滚动体，绕活塞轴16旋转并可以轴线移动，分别于输入摩擦环3和输出摩擦环6夹紧接触，中间滚动体的锥面接触当量半径比是该变速机构的变速比。
所述加紧机构32包括加压仓22、安装在轴体9上的压力盘11，所述加压仓22由所述压力盘11与所述输出法兰7密封装配构成，并通过推力轴承及轴承螺母13连接固定；所述加压仓22与所述轴体9径向壁上所设有的液压口21相通，所述液压口21通过轴体9的轴芯所设有的通孔37并与设置在通孔37上的液压控制口20连通，所述液压控制口20由第一液压系统43控制。
所述推力轴承安装在轴体9上，包括左推力轴承10、右推力轴承12，所述左推力轴承10限位在所述输入法兰端，所述右推力轴承12通过轴承托架38安装在压力盘端并通过轴承螺母13固定。
加紧机构主要作用在于防止变速机构各传动摩擦副之间打滑，保证变速机构正常传递扭矩。
加压力传动循序：液压压力传递：第一液压系统控制的压力→加紧机构的液压控制口20→加压仓22的液压口21→加压仓22。
输入端加压传递：加压仓22的压力→压力盘11→轴承12→轴承螺母13→轴体9→左推力轴承10→输入法兰2→输入摩擦环3→输入菱锥陀轮4。
输出端加压传递：加压仓22的压力→输出法兰7→输出摩擦环6→输出菱锥陀轮5。
加压原理：输入菱锥陀轮4和输出菱锥陀轮5的受力是大小相等，方向相反的，内部闭环平衡的夹紧力，其优点在于：能更为可靠准确控制和加压，从而能够降低无效接触应力提高产品寿命。
如附图3、4所示，所述调速机构33包括外环支架14、内毂支架15、活塞轴16，所述内毂支架15安装在轴体9上，所述外环支架14安装在外壳30内，所述活塞轴16穿过中间滚动体34轴芯并用螺栓19固定在所述外环支架14与所述内毂支架15之间，并呈伞架式分布在所述外环支架14与所述内毂支架15之间。中间滚动体34实际是一种双杆活塞式液压油缸；输入菱锥陀轮4和输出菱锥陀轮5与花键缸套17组合通过花键连接在一起形成缸体，夹紧在输入摩擦环3、输出摩擦环6之间形成封闭体油缸，在内部压力情况下也不会解体。压力作用下缸体沿活塞轴16的轴线方向上下移动，同时活塞轴16也是中间滚动体的旋转轴。
所述活塞轴16的结构为凸轮轴式，并将中间滚动体34内部分隔成减速控制仓23和加速控制仓24，位于减速控制仓23侧的活塞轴16的径向开设有减速控制仓液压口28，位于加速控制仓24侧的活塞轴16的径向开设有加速控制仓液压口29；且所述活塞轴16的一端设有用于安装插装阀18的安装孔，所述插装阀18的内部通道与所述减速控制仓23相通，所述插装阀18与安装孔之间的加速控制通道27与所述加速控制仓24相通。
所述外环支架14的外壁上设有与加速控制仓24相通的加速控制液压口26、与减速控制仓23相通的减速控制液压口25，且每个中间滚动体34对应一个加速控制液压口26、一个减速控制液压口25，控制液压口呈环形分布。
所述外环支架14的外壁上设有两个环形凹槽39，所述两个环形凹槽39与所述外壳30内壁之间通过三个密封件40相互隔离；其中，两个环形凹槽39分别对应环形布置的加速控制液压口26和减速控制液压口25，所述外壳30上设有与两个环形凹槽39分别相通的加速控制液接口41和减速控制液接口42，接口由第二液压系统44控制。
调速机构主要作用：通过调速机构改变中间滚动体的输入输出端锥面接触当量半径，从而达到变速功能。
调速循序：液压控制系统循序：第二液压系统调速控制加速控制液接口41→加速控制液压口26,第二液压系统调速控制减速控制液接口42→减速控制液压口25。
加速控制液压：加速控制液压口26→加速控制通道27→加速控制仓液压口29→加速控制仓24。
减速控制液压：减速控制液压口25→插装阀18的内部通道→减速控制仓液压口28→减速控制仓23。
调速原理:调速机构通过减速控制仓23或加速控制仓24的压力使得中间滚动体克服输入摩擦环3和输出摩擦环6夹紧力产生的摩擦力，顺着活塞轴16的轴线方向相应的上下移动调速在于移动同时与输入菱锥陀轮和输出菱锥陀轮的接触旋转的当量半径相应的变化而变速，同时调速机构中的外环支架14、内环支架15、活塞轴16沿轴体9的轴芯线方向左右滑动。
本发明的CVT无级变速器机构与当前的CVT的无级变速机构相比，功能上相同，机构上独创，性能上优越。
功能对比：机构功能相同，实现无级变速、加压、调速功能为一体的。
机构对比：1、传动机构：现有CVT传动机构为并行轴，斜盘带轮式，对称型调速，传动摩擦副为链条或钢带；本发明的传动机构为同轴线，行星锥轨道盘式，升速型，传动摩擦副为双钢环。2、加压装置：现有CVT为双缸，弹簧液压组合加压；本发明的加压装置为单缸，液压加压。3、调速机构：现有CVT为调速机构和加压装置混合式液压调速；本发明的调速机构：独立多缸同步液压调速。
性能对比：1、输入扭矩：现有CVT为280N.m以下，本发明为达到470-700N.m。2、变速比：现有CVT为7.6以下，本发明为最高输入扭矩状态下能达到9.5。3、寿命：现有CVT为30万公里。本发明为无限寿命(即与产品同寿命)。
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 (10)

1.一种应用于CVT变速箱上的无级变速器，包括变速机构(31)、加紧机构(32)、调速机构(33)，其特征在于：所述变速机构(31)安装在轴体(9)上，且所述变速机构(31)沿轴体(9)的两侧分别与动力输入机构、动力输出机构连接；所述加紧机构(32)沿轴体(9)的轴向分布并位于所述变速机构(31)的两侧，且所述加紧机构(32)通过第一液压系统(43)加压来保证所述变速机构(31)正常传输扭矩；所述调速机构(33)位于轴体(9)的径向端并与所述变速机构(31)相结合，且所述调速机构(33)通过第二液压系统(44)的加减速控制方式来实现对变速机构(31)的变速。
2.根据权利要求1所述的应用于CVT变速箱上的无级变速器，其特征在于：所述变速机构(31)包括中间滚动体(34)、输入摩擦环(3)、输出摩擦环(6)、安装在轴体(9)上的输入法兰(2)及输出法兰(7)，所述输入摩擦环(3)的径向端面夹设在所述中间滚动体(34)的径向端面与所述输入法兰(2)所设有的环形槽(35)内，所述输出摩擦环(6)的径向端面夹设在所述中间滚动体(34)的径向端面与所述输出法兰(7)所设有的环形槽(35)内，所述输入摩擦环(3)、输出摩擦环(6)通过所述加紧机构(32)压紧在所述输入法兰(2)、输出法兰(7)的环形槽(35)与所述中间滚动体(34)之间。
3.根据权利要求2所述的应用于CVT变速箱上的无级变速器，其特征在于：所述中间滚动体(34)为分体式结构，包括输入菱锥陀轮(4)、输出菱锥陀轮(5)、花键缸套(17)，所述输入菱锥陀轮(4)、输出菱锥陀轮(5)的内壁设有一圈键齿(36)，通过所述键齿(36)与所述花键缸套(17)的连接使得输入输出菱锥陀轮连为一体。
4.根据权利要求3所述的应用于CVT变速箱上的无级变速器，其特征在于：所述输入法兰(2)和所述输出法兰(7)各设有的环形槽(35)的直径相等，且与输入摩擦环(3)相接触的输入菱锥陀轮(4)的锥截面外径小于与输出摩擦环(6)相接触的输出菱锥陀轮(5)的锥截面外径。
5.根据权利要求2所述的应用于CVT变速箱上的无级变速器，其特征在于：所述加紧机构(32)包括加压仓(22)、安装在轴体(9)上的压力盘(11)，所述加压仓(22)由所述压力盘(11)与所述输出法兰(7)密封装配构成，并通过推力轴承及轴承螺母(13)连接固定；所述加压仓(22)与所述轴体(9)径向壁上所设有的液压口(21)相通，所述液压口(21)通过轴体(9)的轴芯所设有的通孔(37)并与设置在通孔(37)上的液压控制口(20)连通，所述液压控制口(20)由第一液压系统(43)控制。
6.根据权利要求5所述的应用于CVT变速箱上的无级变速器，其特征在于：所述推力轴承安装在轴体(9)上，包括左推力轴承(10)、右推力轴承(12)，所述左推力轴承(10)限位在所述输入法兰端，所述右推力轴承(12)通过轴承托架(38)安装在压力盘端并通过轴承螺母(13)固定。
7.根据权利要求2所述的应用于CVT变速箱上的无级变速器，其特征在于：所述调速机构(33)包括外环支架(14)、内毂支架(15)、活塞轴(16)，所述内毂支架(15)安装在轴体(9)上，所述外环支架(14)安装在外壳(30)内，所述活塞轴(16)穿过中间滚动体(34)轴芯并用螺栓(19)固定在所述外环支架(14)与所述内毂支架(15)之间，并呈伞架式分布在所述外环支架(14)与所述内毂支架(15)之间。
8.根据权利要求7所述的应用于CVT变速箱上的无级变速器，其特征在于：所述活塞轴(16)的结构为凸轮轴式，并将中间滚动体(34)内部分隔成减速控制仓(23)和加速控制仓(24)；且所述活塞轴(16)的一端设有用于安装插装阀(18)的安装孔，所述插装阀(18)的内部通道与所述减速控制仓(23)相通，所述插装阀(18)与安装孔之间的加速控制通道(27)与所述加速控制仓(24)相通。
9.根据权利要求8所述的应用于CVT变速箱上的无级变速器，其特征在于：所述外环支架(14)的外壁上设有与加速控制仓(24)相通的加速控制液压口(26)、与减速控制仓(23)相通的减速控制液压口(25)，且每个中间滚动体(34)对应一个加速控制液压口(26)、一个减速控制液压口(25)，控制液压口呈环形分布。
10.根据权利要求9所述的应用于CVT变速箱上的无级变速器，其特征在于：所述外环支架(14)的外壁上设有两个环形凹槽(39)，所述两个环形凹槽(39)与所述外壳(30)内壁之间通过三个密封件(40)相互隔离；其中，两个环形凹槽(39)分别对应环形布置的加速控制液压口(26)和减速控制液压口(25)，所述外壳(30)上设有与两个环形凹槽(39)分别相通的加速控制液接口(41)和减速控制液接口(42)，接口由第二液压系统(44)控制。
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