CN114542678A - 一种无级自动变速器及其运行方法 - Google Patents

一种无级自动变速器及其运行方法 Download PDF

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李�灿
万奎云
刘涛
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Luzhou Rongda Intelligent Transmission Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种无级自动变速器及其运行方法，包括依次连接的动力输入装置、无级变速装置、起步装置和驱动装置，所述动力输入装置连接发动机，所述驱动装置连接前轮和后轮；所述无级变速装置中，主动带轮总成和被动带轮总成之间通过金属带或金属链连接，并通过带轮锥面夹紧，所述被动带轮总成连接被动带轮轴；所述起步装置包括行星齿轮机构、倒挡制动器和前进挡离合器，倒挡制动器设置在行星架与壳体之间，前进挡离合器设置在太阳轮与内齿圈之间。本发明能实现速比的精确控制，提高传递扭矩、传递效率和可靠性，实现前进挡、空挡、倒挡的切换和四轮驱动。

Description

一种无级自动变速器及其运行方法
技术领域
本发明涉及无级变速器技术领域，尤其涉及一种无级自动变速器及其运行方法。
背景技术
无级变速器具有驾驶操作简单，平顺性好、成本低、广泛应用于全地形车领域。但是，现阶段的无级变速器一般采用橡胶传动带，通过转速自动控制速比调节，但是速比不能精确控制，只能通过转速被动控制，传递的功率有限，不能满足高性能全地形车的使用要求，特别是对于涡轮增压发动机，输出扭矩大，橡胶传动带不能承受大的扭矩，且橡胶传动带的传动效率低，可靠性低，通常作为易损件，需频繁更换，给使用造成不便。
发明内容
(一)要解决的技术问题
基于上述问题，本发明提供一种无级自动变速器及其运行方法，解决速比不能精确控制，传递扭矩、传递效率和可靠性有待提高的问题，实现前进挡、空挡、倒挡的切换，前进挡和倒挡时的四轮驱动。
(二)技术方案
基于上述的技术问题，本发明提供一种无级自动变速器，包括依次连接的动力输入装置、无级变速装置、起步装置和驱动装置，所述动力输入装置连接发动机，所述驱动装置连接前轮和后轮；
所述无级变速装置包括主动带轮轴、主动带轮总成、金属带或金属链、被动带轮总成和被动带轮轴，所述主动带轮轴连接动力输入装置、主动带轮总成，所述主动带轮总成和被动带轮总成之间通过金属带或金属链连接，并通过带轮锥面夹紧，所述被动带轮总成连接被动带轮轴，所述主动带轮总成和被动带轮总成连接电液系统；
所述起步装置包括：行星齿轮机构、倒挡制动器和前进挡离合器，所述行星齿轮机构包括太阳轮、行星轮、内齿圈和行星架，所述太阳轮与行星轮啮合，所述行星轮与内齿圈啮合，所述行星轮安装在行星架上，所述行星轮能够绕自身轴线自转和绕中心轮公转，所述倒挡制动器设置在行星架与壳体之间，所述前进挡离合器设置在太阳轮与内齿圈之间；所述太阳轮连接被动带轮轴，所述内齿圈连接驱动装置包括的二级主动轴，所述被动带轮轴、二级主动轴、前进挡离合器、倒挡制动器、行星架均同轴。
进一步的，所述动力输入装置包括输入轴、一级主动齿轮和一级从动齿轮，所述输入轴和一级主动齿轮连接，一级主动齿轮与一级从动齿轮啮合，一级从动齿轮和主动带轮轴连接，所述输入轴连接发动机。
进一步的，所述驱动装置包括二级主动轴、二级主动齿轮、二级从动齿轮、中间轴、三级主动齿轮、三级从动齿轮、输出轴、四级主动齿轮、四级从动齿轮、前驱主动锥齿轮、前驱从动锥齿轮和差速器总成；所述二级主动齿轮和二级主动轴连接，二级主动齿轮与二级从动齿轮啮合，所述二级从动齿轮通过中间轴连接三级主动齿轮，三级主动齿轮与三级从动齿轮啮合；所述三级从动齿轮通过输出轴同轴连接四级主动齿轮和前驱主动锥齿轮，前驱主动锥齿轮与前驱从动锥齿轮啮合；所述四级主动齿轮与四级从动齿轮啮合，四级从动齿轮固定连接差速器总成。
进一步的，所述驱动装置还包括驻车齿，所述驻车齿连接所述二级主动轴。
进一步的，所述无级变速装置还包括主动链轮、链条、从动链轮L3和油泵，所述主动链轮连接所述主动带轮轴，所述链条分别与主动链轮和从动链轮啮合，所述油泵固连从动链轮。
进一步的，所述输入轴与扭转减振器的从动盘连接，所述扭转减振器连接发动机。
本发明还公开了一种无级自动变速器的运行方法，包括：
无级变速装置的运行方法：
通过电液控制系统分别控制主动带轮总成和被动带轮总成中的油压，金属带或金属链进行摩擦传动，并进行速比控制，使金属带或金属链在主动带轮和被动带轮中处于不同的工作半径，从而实现无级变速；发动机动力经所述动力输入装置传递到主动带轮轴，再经主动带轮总成、金属带或金属链、被动带轮总成传递至被动带轮轴；
起步装置的运行方法：
当前进挡离合器接合，倒挡制动器分离时，连接前进挡离合器的太阳轮和内齿圈连接成一个整体，太阳轮、内齿圈随被动带轮轴同向转动，将动力从被动带轮轴同向传递至二级主动轴，实现前进挡；
当前进挡离合器分离，倒挡制动器结合时，行星架通过倒挡制动器与壳体连接，被动带轮轴输入的动力使得太阳轮正向转动，内齿圈反向转动，将动力从被动带轮轴反向传递至二级主动轴，实现倒挡；
当前进挡离合器和倒挡制动器均分离时，动力传递中断，实现空挡。
进一步的，还包括：驱动装置的运行方法：
二级主动轴经过二级主动齿轮和二级从动齿轮的二级齿轮减速传动，将动力传递至中间轴，再经过三级主动齿轮和三级从动齿轮的三级齿轮减速传动，将动力传递至输出轴；输出轴经过四级主动齿轮和四级从动齿轮的四级齿轮减速传动，将动力传递至差速器总成，实现后轮驱动；输出轴经过前驱主动锥齿轮和前驱从动锥齿轮的前驱锥齿轮传动，将动力传递至前驱动桥，实现前轮驱动。
进一步的，还包括：动力输入装置的运行方法：
发动机的动力途径扭转减振器的从动盘传递至输入轴，再经过一级主动齿轮和一级从动齿轮的一级齿轮减速传动，将动力传递至主动带轮总成。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
(1)本发明的无级自动变速器利用金属带或金属链式无级自动变速装置进行无级变速，利用一个前进挡离合器和一个倒挡制动器配合行星齿轮机构的起步装置，实现前进挡、空挡、倒挡的切换，通过输出轴将动力分配至前轮和后轮，实现四轮驱动，该无级自动变速器的传动效率高，传递扭矩大，可靠性高，能够满足全地形车的使用要求；
(2)本发明采用金属带或金属链式无级自动变速装置，传递扭矩更大、传递效率更高、可靠性更高，而且区别于转速被动控制，通过电液系统对夹紧力和速比进行精确控制，可实现的换挡逻辑更加丰富，并且速比控制精度更高；
(3)本发明的起步装置位于无级变速装置的后端，有利于全地形车的总体布置，且前进挡离合器和倒挡制动器均为液压式，采用湿式摩擦片，使得起步平顺，起步装置由一个前进挡离合器、一个倒挡制动器配合行星齿轮机构，传动效率较高；
(4)本发明的在无级变速装置前设置了一级齿轮减速传动，降低了无级变速装置的转速；在起步装置后设置了三级齿轮减速传动，将动力传递至后轮，实现了后轮驱动，前驱锥齿轮从输出轴取力，通过锥齿轮传动，将动力分配至前轮，实现了前轮驱动；
(5)本发明的油泵和主动带轮轴平行布置，油泵通过链传动从主动带轮轴取力，轴向尺寸更加紧凑，给液压系统建压，为金属带或金属链式无级变速装置、前进挡离合器、倒挡制动器提供油压，提供冷却润滑流量；
(6)本发明的运行方法通过电液控制系统分别控制主动带轮总成和被动带轮总成中的油缸压力，夹紧金属带或金属链进行摩擦传动，对夹紧力和速比能进行精确控制，可实现的换挡逻辑更加丰富，并且速比控制精度更高；且该运行方法能实现前进挡、空挡、倒挡的切换，以及实现四轮驱动。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明实施例一种无级自动变速器的结构示意图；
图2为本发明实施例一种无级自动变速器的结构示意图的右视图；
图3为本发明实施例一种无级自动变速器的前进挡动力传递示意图；
图4为本发明实施例一种无级自动变速器的前进挡动力传递示意图的右视图；
图5为本发明实施例一种无级自动变速器的倒挡动力传递示意图；
图6为本发明实施例一种无级自动变速器的倒挡动力传递示意图的右视图；
图中：倒挡制动器B1、前进挡离合器C1、差速器总成D1、一级主动齿轮G1、一级从动齿轮G2、二级主动齿轮G3、二级从动齿轮G4、三级主动齿轮G5、三级从动齿轮G6、四级主动齿轮G7、四级从动齿轮G8、前驱主动锥齿轮G9、前驱从动锥齿轮G10、驻车齿G11、主动带轮总成P1、金属带或金属链P2、被动带轮总成P3、油泵Q1、主动链轮L1、链条L2、从动链轮L3、输入轴S1、主动带轮轴S2、被动带轮轴S3、二级主动轴S4、中间轴S5、输出轴S6、太阳轮X1、行星轮X2、内齿圈X3、行星架X4。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明实施例为一种无级自动变速器，如图1和图2所示，包括依次连接的动力输入装置、无级变速装置、起步装置和驱动装置，所述动力输入装置连接发动机，所述驱动装置连接前轮和后轮；所述输入装置包括：输入轴S1、一级主动齿轮G1和一级从动齿轮G2；所述无级变速装置包括：主动带轮轴S2、主动带轮总成P1、金属带或金属链P2、被动带轮总成P3、被动带轮轴S3、主动链轮L1、链条L2、从动链轮L3和油泵Q1；所述起步装置包括：行星齿轮机构、倒挡制动器B1和前进挡离合器C1，所述行星齿轮机构包括太阳轮X1、行星轮X2、内齿圈X3和行星架X4；所述驱动装置包括：二级主动轴S4、二级主动齿轮G3、二级从动齿轮G4、中间轴S5、三级主动齿轮G5、三级从动齿轮G6、输出轴S6、四级主动齿轮G7、四级从动齿轮G8、前驱主动锥齿轮G9、前驱从动锥齿轮G10和差速器总成D1。
所述输入轴S1和一级主动齿轮G1连接，一级主动齿轮G1与一级从动齿轮G2啮合，一级从动齿轮G2、主动带轮总成P1、主动链轮L1和主动带轮轴S2连接；
所述主动带轮总成P1和被动带轮总成P3之间通过金属带或金属链P2连接，并通过带轮锥面夹紧，主动带轮总成P1和被动带轮总成P3连接电液系统，被动带轮总成P3和被动带轮轴S3连接；链条L2分别与主动链轮L1和从动链轮L3啮合，油泵Q1固连从动链轮L3，从而提供油压；
所述太阳轮X1与行星轮X2啮合，行星轮X2与内齿圈X3啮合，行星轮X2安装在行星架X4上，行星轮X2能够绕自身轴线自转和绕中心轮公转，倒挡制动器B1设置在行星架X4与壳体之间，前进挡离合器C1设置在太阳轮X1与内齿圈X3之间；太阳轮X1连接被动带轮轴S3，内齿圈X3连接二级主动轴S4，被动带轮轴S3、二级主动轴S4、前进挡离合器C1、倒挡制动器B1、行星架X4均同轴；起步装置布置在无级变速装置的后端；
所述二级主动齿轮G3、驻车齿G11和二级主动轴S4连接，二级主动齿轮G3与二级从动齿轮G4啮合，二级从动齿轮G4通过中间轴S5连接三级主动齿轮G5，三级主动齿轮G5与三级从动齿轮G6啮合；三级从动齿轮G6通过输出轴S6同轴连接四级主动齿轮G7和前驱主动锥齿轮G9，前驱主动锥齿轮G9与前驱从动锥齿轮G10啮合；四级主动齿轮G7与四级从动齿轮G8啮合，四级从动齿轮G8固定连接差速器总成D1。
该无级自动变速器的运行方法包括：
(I)动力输入装置的运行：发动机的动力途径扭转减振器输出至无级自动变速器后，扭转减振器的从动盘与输入轴S1连接，将动力传递至一级主动齿轮G1，经过G1和G2的一级齿轮减速传动，将动力经G1、G2、S2传递至主动带轮总成P1；
(II)无级变速装置可实现速比无级变化：通过电液控制系统分别控制主动带轮总成P1和被动带轮总成P3中的油缸压力，夹紧金属带或金属链P2进行摩擦传动，并进行速比控制，使金属带或金属链P2在主动带轮和被动带轮中处于不同的工作半径，从而实现无级变速。动力从P1经P2、P3传递至被动带轮轴S3，被动带轮轴S3与行星齿轮机构连接，作为行星齿轮机构的动力输入。
(III)起步装置实现前进挡和倒挡的起步，以及前进挡、倒挡和空挡的切换：
(i)起步装置在前进挡时的动力传递路线图3和图4所示，前进挡离合器C1接合，倒挡制动器B1分离，此时连接前进挡离合器C1的太阳轮X1和内齿圈X3连接成一个整体，X1、X3随被动带轮轴S3同向转动，将动力从被动带轮轴S3同向传递至二级主动轴S4，实现前进挡；
(ii)起步装置在倒挡时的动力传递路线图5和图6所示，前进挡离合器C1分离，倒挡制动器B1结合，此时行星架X4通过倒挡制动器B1与壳体连接，被动带轮轴S3输入的动力使得太阳轮X1转动，经行星轮X2后，使得内齿圈X3相对太阳轮X1反向转动，将动力从被动带轮轴S3反向传递至二级主动轴S4，实现倒挡；
(iii)起步装置在空挡时，前进挡离合器C1和倒挡制动器B1均分离，动力传递中断，无法从被动带轮轴S3传递至二级主动轴S4，实现空挡；
(IV)驱动装置实现四轮驱动：无论是前进挡的正转，还是倒挡的反转，动力均从二级主动轴S4输出，经过G3和G4的二级齿轮减速传动，将动力经S4、G3、G4传递至中间轴S5，再经过G5和G6的三级齿轮减速传动，将动力经S5、G5、G6传递至输出轴S6；输出轴S6通过两条传递路线分别传递至前轮和后轮，实现四轮驱动，一条传递路线是：输出轴S6经过G7和G8的四级齿轮减速传动，将动力经S6、G7、G8传递至差速器总成D1，实现后轮驱动；另一条传递路线是：输出轴S6经过G9和G10的前驱锥齿轮传动，将动力经S6、G9、G10传递至前驱动桥，实现前轮驱动。
综上可知，通过上述的一种无级自动变速器及其运行方法，具有以下优点：
(1)本发明的无级自动变速器利用金属带或金属链式无级自动变速装置进行无级变速，利用一个前进挡离合器和一个倒挡制动器配合行星齿轮机构的起步装置，实现前进挡、空挡、倒挡的切换，通过输出轴将动力分配至前轮和后轮，实现四轮驱动，该无级自动变速器的传动效率高，传递扭矩大，可靠性高，能够满足全地形车的使用要求；
(2)本发明采用金属带或金属链式无级自动变速装置，传递扭矩更大、传递效率更高、可靠性更高，而且区别于转速被动控制，通过电液系统对夹紧力和速比进行精确控制，可实现的换挡逻辑更加丰富，并且速比控制精度更高；
(3)本发明的起步装置位于无级变速装置的后端，有利于全地形车的总体布置，且前进挡离合器和倒挡制动器均为液压式，采用湿式摩擦片，使得起步平顺，起步装置由一个前进挡离合器、一个倒挡制动器配合行星齿轮机构，传动效率较高；
(4)本发明的在无级变速装置前设置了一级齿轮减速传动，降低了无级变速装置的转速；在起步装置后设置了三级齿轮减速传动，将动力传递至后轮，实现了后轮驱动，前驱锥齿轮从输出轴取力，通过锥齿轮传动，将动力分配至前轮，实现了前轮驱动；
(5)本发明的油泵和主动带轮轴平行布置，油泵通过链传动从主动带轮轴取力，轴向尺寸更加紧凑，给液压系统建压，为金属带或金属链式无级变速装置、前进挡离合器、倒挡制动器提供油压，提供冷却润滑流量；
(6)本发明的运行方法通过电液控制系统分别控制主动带轮总成和被动带轮总成中的油缸压力，夹紧金属带或金属链进行摩擦传动，对夹紧力和速比能进行精确控制，可实现的换挡逻辑更加丰富，并且速比控制精度更高；且该运行方法能实现前进挡、空挡、倒挡的切换，以及实现四轮驱动。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种无级自动变速器，其特征在于，包括依次连接的动力输入装置、无级变速装置、起步装置和驱动装置，所述动力输入装置连接发动机，所述驱动装置连接前轮和后轮；
所述无级变速装置包括主动带轮轴(S2)、主动带轮总成(P1)、金属带或金属链(P2)、被动带轮总成(P3)和被动带轮轴(S3)，所述主动带轮轴(S2)连接动力输入装置、主动带轮总成(P1)，所述主动带轮总成(P1)和被动带轮总成(P3)之间通过金属带或金属链(P2)连接，并通过带轮锥面夹紧，所述被动带轮总成(P3)连接被动带轮轴(S3)，所述主动带轮总成(P1)和被动带轮总成(P3)连接电液系统；
所述起步装置包括：行星齿轮机构、倒挡制动器(B1)和前进挡离合器(C1)，所述行星齿轮机构包括太阳轮(X1)、行星轮(X2)、内齿圈(X3)和行星架(X4)，所述太阳轮(X1)与行星轮(X2)啮合，所述行星轮(X2)与内齿圈(X3)啮合，所述行星轮(X2)安装在行星架(X4)上，所述行星轮(X2)能够绕自身轴线自转和绕中心轮公转，所述倒挡制动器(B1)设置在行星架(X4)与壳体之间，所述前进挡离合器(C1)设置在太阳轮(X1)与内齿圈(X3)之间；所述太阳轮(X1)连接被动带轮轴(S3)，所述内齿圈(X3)连接驱动装置包括的二级主动轴(S4)，所述被动带轮轴(S3)、二级主动轴(S4)、前进挡离合器(C1)、倒挡制动器(B1)、行星架(X4)均同轴。
2.根据权利要求1所述的无级自动变速器，其特征在于，所述动力输入装置包括输入轴(S1)、一级主动齿轮(G1)和一级从动齿轮(G2)，所述输入轴(S1)和一级主动齿轮(G1)连接，一级主动齿轮(G1)与一级从动齿轮(G2)啮合，一级从动齿轮(G2)和主动带轮轴(S2)连接，所述输入轴(S1)连接发动机。
3.根据权利要求1所述的无级自动变速器，其特征在于，所述驱动装置包括二级主动轴(S4)、二级主动齿轮(G3)、二级从动齿轮(G4)、中间轴(S5)、三级主动齿轮(G5)、三级从动齿轮(G6)、输出轴(S6)、四级主动齿轮(G7)、四级从动齿轮(G8)、前驱主动锥齿轮(G9)、前驱从动锥齿轮(G10)和差速器总成(D1)；所述二级主动齿轮(G3)和二级主动轴(S4)连接，二级主动齿轮(G3)与二级从动齿轮(G4)啮合，所述二级从动齿轮(G4)通过中间轴(S5)连接三级主动齿轮(G5)，三级主动齿轮(G5)与三级从动齿轮(G6)啮合；所述三级从动齿轮(G6)通过输出轴(S6)同轴连接四级主动齿轮(G7)和前驱主动锥齿轮(G9)，前驱主动锥齿轮(G9)与前驱从动锥齿轮(G10)啮合；所述四级主动齿轮(G7)与四级从动齿轮(G8)啮合，四级从动齿轮(G8)固定连接差速器总成(D1)。
4.根据权利要求3所述的无级自动变速器，其特征在于，所述驱动装置还包括驻车齿(G11)，所述驻车齿(G11)连接所述二级主动轴(S4)。
5.根据权利要求1所述的无级自动变速器，其特征在于，所述无级变速装置还包括主动链轮(L1)、链条(L2)、从动链轮(L3)和油泵(Q1)，所述主动链轮(L1)连接所述主动带轮轴(S2)，所述链条(L2)分别与主动链轮(L1)和从动链轮(L3)啮合，所述油泵(Q1)固连从动链轮(L3)。
6.根据权利要求2所述的无级自动变速器，其特征在于，所述输入轴(S1)与扭转减振器的从动盘连接，所述扭转减振器连接发动机。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的无级自动变速器的运行方法，其特征在于，包括：
无级变速装置的运行方法：
通过电液控制系统分别控制主动带轮总成(P1)和被动带轮总成(P3)中的油压，金属带或金属链(P2)进行摩擦传动，并进行速比控制，使金属带或金属链(P2)在主动带轮和被动带轮中处于不同的工作半径，从而实现无级变速；发动机动力经所述动力输入装置传递到主动带轮轴(S2)，再经主动带轮总成(P1)、金属带或金属链(P2)、被动带轮总成(P3)传递至被动带轮轴(S3)；
起步装置的运行方法：
当前进挡离合器(C1)接合，倒挡制动器(B1)分离时，连接前进挡离合器(C1)的太阳轮(X1)和内齿圈(X3)连接成一个整体，太阳轮(X1)、内齿圈(X3)随被动带轮轴(S3)同向转动，将动力从被动带轮轴(S3)同向传递至二级主动轴(S4)，实现前进挡；
当前进挡离合器(C1)分离，倒挡制动器(B1)结合时，行星架(X4)通过倒挡制动器(B1)与壳体连接，被动带轮轴(S3)输入的动力使得太阳轮(X1)正向转动，内齿圈(X3)反向转动，将动力从被动带轮轴(S3)反向传递至二级主动轴(S4)，实现倒挡；
当前进挡离合器(C1)和倒挡制动器(B1)均分离时，动力传递中断，实现空挡。
8.根据权利要求7所述的无级自动变速器的运行方法，其特征在于，还包括：驱动装置的运行方法：
二级主动轴(S4)经过二级主动齿轮(G3)和二级从动齿轮(G4)的二级齿轮减速传动，将动力传递至中间轴(S5)，再经过三级主动齿轮(G5)和三级从动齿轮(G6)的三级齿轮减速传动，将动力传递至输出轴(S6)；输出轴(S6)经过四级主动齿轮(G7)和四级从动齿轮(G8)的四级齿轮减速传动，将动力传递至差速器总成(D1)，实现后轮驱动；输出轴(S6)经过前驱主动锥齿轮(G9)和前驱从动锥齿轮(G10)的前驱锥齿轮传动，将动力传递至前驱动桥，实现前轮驱动。
9.根据权利要求7所述的无级自动变速器的运行方法，其特征在于，还包括：动力输入装置的运行方法：
发动机的动力途径扭转减振器的从动盘传递至输入轴(S1)，再经过一级主动齿轮(G1)和一级从动齿轮(G2)的一级齿轮减速传动，将动力传递至主动带轮总成(P1)。
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