CN118128871A - 一种螺纹式无级变速器及其单级式、两级式无级变速器组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺纹式无级变速器及其单级式、两级式无级变速器组，包括传动机构和控制系统。传动机构的主动工作轮组和从动工作轮组均由一个固定锥盘和一个活动锥盘组成；控制系统包括电控装置、螺纹操纵杆、旋转分离装置和同步器，通过电控装置控制螺纹操纵杆的正转和反转实现同步器在螺纹操纵杆上的轴向移动，同步器通过旋转分离装置带动主动工作轮组和从动工作轮组上的活动锥盘同步同向移动，从而使主动工作轮组和从动工作轮组与传动带的有效工作半径发生改变，进而改变传动比，实现传动机构的无级变速。本发明的无级变速器结构紧凑，可组合成单级无级变速器组实现大扭矩动力传输，也可组合成两级无级变速器组扩大传动比范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种变速器，尤其是一种螺纹式无级变速器及其单级式、两级式无级变速器组。
背景技术
现有的无级变速器主要应用于车辆动力的无级变速，使车辆的动力传动系统时刻处于最佳的传动比，提高车辆的动力性和燃油经济性。
现阶段车辆应用的无级变速器主要由主动工作轮组、从动工作轮组、传动带以及一套复杂的液压控制系统组成，主动工作轮组和从动工作轮组均由一个固定锥盘和一个活动锥盘组成，固定锥盘与活动锥盘一起组成工作轮组与传动带连接，实现动力的传递。活动锥盘是通过液压控制的方式在主动轴和从动轴上实现轴向运动的，由于活动锥盘的轴向运动改变了其与固定锥盘之间的距离，从而改变了主动工作轮组和从动工作轮组上传动带的有效工作半径，从而实现了无级变速器传动比的变化。这样就使得现阶段的无级变速器上必须有一套复杂的液压控制系统，造成大量的动力损耗。
并且，固定锥盘与活动锥盘结构形式的无级变速器，在变速过程中由于活动锥盘的轴向移动，必然会导致传动带与旋转轴的轴向位置发生改变，若主动工作轮组和从动工作轮组上的活动锥盘轴向移动不同步，不仅无级变速器不能正常工作，还会对相关零部件造成损伤。为了使传动带和旋转轴的轴向位置发生变化的同时还能实现变速功能，现阶段无级变速器上有一套复杂的液压控制系统，主动工作轮组上液压系统控制活动锥盘的轴向移动，从动工作轮组上液压系统控制传动带的张紧度，相互配合之下虽然有效保证了主动工作轮和从动工作轮上活动锥盘轴向移动的同步性，但是液压系统上众多的控制阀导致变速器整体结构复杂，控制逻辑也极为复杂。
现阶段应用于车辆上的无级变速器主要依靠传动钢带与工作轮组之间的摩擦传输动力，在无级变速器进行低速大扭矩传动时，由于主动工作轮组上传动带的有效工作半径减小，传动带与主动工作轮组的有效接触面积也减小，于是便有可能因摩擦力不足而产生传动带打滑的现象。这样不仅会造成车辆动力不足，还会造成严重的动力损失。同样由于上述原因，目前的无级变速器只能应用于小排量汽车上。
现阶段应用于车辆上的无级变速器还由于结构的限制，无法实现更大的传动比，在一些特殊场合需要配合其他减速机才能正常使用，其结构复杂、成本高，而且不能全程无级变速。
发明内容
为解决以上所述问题，本发明公开了一种变速器，具体涉及一种螺纹式无级变速器及其单级式、两级式无级变速器组。
一种螺纹式无级变速器，其特征在于，包括
传动机构，包括主动工作轮组、从动工作轮组、传动带和分别穿过主动工作轮组和从动工作轮组轴心圆孔处的旋转轴；所述主动工作轮组和从动工作轮组均包括一个固定锥盘和一个活动锥盘；所述固定锥盘和活动锥盘均以与所述旋转轴一体旋转的方式与所述旋转轴嵌合，所述固定锥盘不能沿着所述旋转轴的轴向移动，所述活动锥盘能够沿着所述旋转轴的轴向移动；所述主动工作轮组和从动工作轮组通过所述传动带传动连接；
控制系统，包括电控装置、螺纹操纵杆、旋转分离装置和同步器；所述旋转轴和所述活动锥盘的控制端可从所述同步器的控制环的中间穿过；所述同步器的控制环的内表面与所述活动锥盘控制端的外表面通过所述旋转分离装置连接；所述同步器中间连杆的螺纹孔与所述螺纹操纵杆传动连接；所述同步器的中间连杆位于主动工作轮组和从动工作轮组轴线的中间位置，与所述旋转轴平行，并从所述传动带中间穿过；所述电控装置与所述螺纹操纵杆第一端通过传动元件相连。
进一步地，所述螺纹操纵杆中部设有螺纹，与所述同步器中间连杆的内螺纹孔进行螺纹传动连接。
进一步地，所述同步器是一个整体结构，包括一个中间连杆、两个连接臂和两个控制环；所述中间连杆为圆柱形空心杆件，其轴心位置设有用于螺纹传动的螺纹通孔；所述连接臂为类梯形板件，类梯形的上、下两个平面为圆弧形凹槽；所述控制环为薄壁圆环结构；所述两个连接臂的小端在所述中间连杆轴向的两端成180°对称与所述中间连杆同轴相连，并且所述中间连杆轴向两端的平面与相应的所述连接臂的第一平面共面；所述两个控制环与所述两个连接臂的大端同轴相连，并且所述连接臂的第二平面与所述控制环的第一平面共面；所述中间连杆、两个连接臂和两个控制环在以上述接触连接的方式组合成一个整体结构。
进一步地，所述旋转分离装置是轴承或离合器。
单级无级变速器组，包括所述的螺纹式无级变速器的两组传动机构和一组控制系统；所述螺纹式无级变速器的两组传动机构在所述同步器的中间连杆的轴线方向排列，所述螺纹式无级变速器的两组传动机构的主动工作轮组共用同一个旋转轴，所述螺纹式无级变速器的两组传动机构的从动工作轮组共用同一个旋转轴；所述螺纹式无级变速器的两组传动机构共用同一个电控装置、螺纹操纵杆、单级同步器。
进一步地，所述单级同步器包括两个所述的同步器的结构，并且保持相同的姿态沿着所述中间连杆的轴线方向排列，两个所述的同步器的结构之间通过延伸所述中间连杆的方式将单级同步器连接为一个整体结构。
两级无级变速器组，包括所述的螺纹式无级变速器的两组传动机构和一组控制系统；所述螺纹式无级变速器的两组传动机构在所述同步器的中间连杆的轴线方向成180°换向排列；所述螺纹式无级变速器的两组传动机构共用同一个电控装置、螺纹操纵杆、两级同步器；所述两级同步器连接着成180°排列的一级传动机构和二级传动机构；所述一级传动机构的主动工作轮组旋转轴为输入轴；所述二级传动机构的从动工作轮组旋转轴为输出轴；所述一级传动机构的从动工作轮组和所述二级传动机构的主动工作轮组共用同一个中间轴一体旋转。
进一步地，所述两级同步器包括两个所述的同步器的结构，并且在所述中间连杆的轴线方向成180°换向排列，通过将相同位置的两组连接臂和控制环合并为一组连接臂和控制环，并与所述中间连杆一起将两级同步器连接为一个整体结构。
本发明的有益效果在于
1、本发明的螺纹式无级变速器，通过控制同步器来实现活动锥盘的轴向移动，取消了控制活动锥盘轴向移动的液压系统，在能发挥无级变速器连续变速功能的前提下，不仅简化了结构，降低了成本，而且可以实现无级变速器的微型化；
2、本发明的螺纹式无级变速器，在组成单级无级变速器组时，由于两组传动机构同时工作，可以实现更大扭矩的变速传动，因此单级无级变速器组可以应用在需要传递更大载荷的设备上，大大扩展了无级变速器的应用范围；
3、本发明的螺纹式无级变速器，在组成两级无级变速器组时，由于两组传动机构能逐级扩展传动比范围，可以在较小的空间内实现更大的变速比，在一些特殊场合下能实现特定的作用。
附图说明
图1为螺纹式无级变速器的结构图；
图2为螺纹式无级变速器结构的分解图；
图3为同步器的三维结构示意图；
图4为单级无级变速器组的示意图；
图5为单级同步器的三维结构示意图；
图6为两级无级变速器组的示意图；
图7为两级同步器的三维结构示意图；
图8为传动带的示意图。
其中：1-电控装置；2-螺纹操纵杆；3-从动工作轮组；4-同步器；41-中间连杆；42-连接臂；43-控制环；5-旋转分离装置；6-旋转轴；7-主动工作轮组；8-传动带；9-单级同步器；10-输入轴；11-两级同步器；12-中间轴；13-输出轴；14-一级传动机构；15-二级传动机构；31、71-固定锥盘；32、72-活动锥盘。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明作进一步说明，本发明的实施例只用于说明本发明而非限制本发明，在不脱离本发明技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，作出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。
如图1所示，螺纹式无级变速器，包括
传动机构，包括主动工作轮组、从动工作轮组、传动带和分别穿过主动工作轮组和从动工作轮组轴心圆孔处的旋转轴；所述主动工作轮组和从动工作轮组均包括一个固定锥盘和一个活动锥盘；所述固定锥盘和活动锥盘均以与所述旋转轴一体旋转的方式与所述旋转轴嵌合，所述固定锥盘不能沿着所述旋转轴的轴向移动，所述活动锥盘能够沿着所述旋转轴的轴向移动；所述主动工作轮组和从动工作轮组通过所述传动带传动连接；
控制系统，包括电控装置、螺纹操纵杆、旋转分离装置和同步器；所述旋转轴和所述活动锥盘的控制端可从所述同步器的控制环的中间穿过；所述同步器的控制环的内表面与所述活动锥盘控制端的外表面通过所述旋转分离装置连接；所述同步器中间连杆的螺纹孔与所述螺纹操纵杆传动连接；所述同步器的中间连杆位于主动工作轮组和从动工作轮组轴线的中间位置，与所述旋转轴平行，并从所述传动带中间穿过；所述电控装置与所述螺纹操纵杆第一端通过传动元件相连。
如图1所示，主动工作轮组和从动工作轮组都由一个固定锥盘和一个活动锥盘组成，主动工作轮组和从动工作轮组各自的两个锥盘的锥面形成V形槽来与V形传动带啮合。动力首先输入到主动工作轮组，然后通过V形传动带传递到从动工作轮组。工作时，由同步器控制主动工作轮组和从动工作轮组上的活动锥盘在旋转轴上轴向同步同向移动，从而改变主动工作轮组和从动工作轮组与传动带啮合的有效工作半径，实现无级变速。
旋转分离装置内表面与活动锥盘控制端的外表面接触并同步转动，旋转分离装置外表面与同步器控制环圆孔的内表面接触，与同步器保持相对静止。当同步器轴向移动时，带动旋转分离装置与活动锥盘一起做轴向移动，但不会影响活动锥盘的旋转运动。
同步器与螺纹操纵杆通过螺纹传动连接，当螺纹操纵杆顺时针旋转时，使同步器在螺纹操纵杆的轴线方向向前移动，带动主动工作轮组和从动工作轮组的活动锥盘同步向前移动，使传动带与主动工作轮组轴线中面和从动工作轮组轴线中面同步向前移动，保证了无级变速器正常工作；当螺纹操纵杆逆时针旋转时，使同步器在螺纹操纵杆的轴线方向向后移动，以相同的方式使传动带与主动工作轮组轴线中面和从动工作轮组轴线中面同步向后移动，保证无级变速器正常工作。
旋转分离装置是轴承或离合器。
电控装置通过控制螺纹操纵杆的顺时针或逆时针旋转实现同步器在螺纹操纵杆上的轴向移动。
电控装置1可由电机、传感器、电控单元和传动元件等组成，传动元件与螺纹操纵杆一端连接，如图1所示。
螺纹式无级变速器的工作原理：
如图1所示，动力首先输入到主动工作轮组7，然后通过传动带8传递到从动工作轮组3并输出动力。当电控装置1带动螺纹操纵杆2顺时针旋转时，通过螺纹传动使同步器4在螺纹操纵杆的轴线方向向前移动，同步器4向前移动带动主动工作轮组7和从动工作轮组3上的活动锥盘做同步同向移动，此时，主动工作轮组7与传动带8啮合的有效工作半径逐渐增大，从动工作轮组3与传动带8啮合的有效工作半径逐渐减小，该过程实现输出转速由低转速向高转速的无级变速。由于主动工作轮组7和从动工作轮组3上的活动锥盘做同步同向移动，使传动带8与主动工作轮组7轴线中面和从动工作轮组3轴线中面同步移动，保证了无级变速过程的准确高效。
相反地，当电控装置1带动螺纹操纵杆2逆时针旋转时，通过螺纹传动使同步器4在螺纹操纵杆的轴线方向向后移动，同步器4向后移动带动主动工作轮组7和从动工作轮组3上的活动锥盘做同步同向移动，此时，主动工作轮组7与传动带8啮合的有效工作半径逐渐减小，从动工作轮组3与传动带8啮合的有效工作半径逐渐增大，该过程实现输出转速由高转速向低转速的无级变速。
单级无级变速器组，包括所述的螺纹式无级变速器的两组传动机构和一组控制系统；所述螺纹式无级变速器的两组传动机构在所述同步器的中间连杆的轴线方向排列，所述螺纹式无级变速器的两组传动机构的主动工作轮组共用同一个旋转轴，所述螺纹式无级变速器的两组传动机构的从动工作轮组共用同一个旋转轴；所述螺纹式无级变速器的两组传动机构共用同一个电控装置、螺纹操纵杆、单级同步器。所述单级同步器以与图1所示的螺纹式无级变速器相同的连接方式将两组传动机构连接起来。
单级无级变速器组的工作原理：
如图4所示，单级无级变速器组的工作原理与图1所示的螺纹式无级变速器的工作原理基本一致，图1所示螺纹式无级变速器仅有一组传动机构，图4所示单级无级变速器组包括在所述同步器的中间连杆的轴线方向排列的两组传动机构。电控装置1控制螺纹操纵杆2转动时，螺纹操纵杆2通过螺纹传动控制单级同步器9轴向移动，从而控制两组传动机构中的活动锥盘做同步同向运动，使传动带8与对应的主动工作轮组7轴线中面和从动工作轮组3轴线中面同步同向移动，主动工作轮组7和从动工作轮组3分别与传动带8啮合的有效工作半径做相应的增大和减小，实现单级无级变速器组的无级变速，单级同步器9的控制方式与图1所示的无级变速器中同步器4的控制方式相同。由于单级同步器在所述螺纹操纵杆轴线方向的移动，使两组传动机构同时进行增速或减速传动，可以实现更大扭矩的变速传动。
两级无级变速器组，包括所述的螺纹式无级变速器的两组传动机构和一组控制系统；所述螺纹式无级变速器的两组传动机构在所述同步器的中间连杆的轴线方向成180°换向排列；所述螺纹式无级变速器的两组传动机构共用同一个电控装置、螺纹操纵杆、两级同步器；所述两级同步器连接着在所述同步器的中间连杆的轴线方向成180°排列的一级传动机构和二级传动机构；所述一级传动机构的主动工作轮组旋转轴为输入轴；所述二级传动机构的从动工作轮组旋转轴为输出轴；所述一级传动机构的从动工作轮组和所述二级传动机构的主动工作轮组共用同一个中间轴一体旋转。
两级无级变速器组的工作原理：
如图6所示，上述两级无级变速器组在工作时，动力首先通过输入轴10输入到一级传动机构14的主动工作轮组，然后通过传动带将动力从一级传动机构14的主动工作轮组传递到从动工作轮组，由于一级传动机构14的从动工作轮组与二级传动机构15的主动工作轮组共用一个中间旋转轴12，因此动力即传递到二级传动机构15的主动工作轮组，再通过传动带将动力从二级传动机构15的主动工作轮组传递到从动工作轮组，并通过输出轴13输出。由于一级传动机构14和二级传动机构15是在所述同步器的中间连杆的轴线方向成180°换向排列的，因此一级从动工作轮组和二级主动工作轮组的活动锥盘处于相邻位置，两级同步器11通过旋转分离装置将各级活动锥盘连接起来，各级活动锥盘在两级同步器11的控制下同步同向移动，使传动带与对应的主动工作轮组轴线中面和从动工作轮组轴线中面同步同向移动，于是各级主动工作轮组和从动工作轮组分别与传动带啮合的有效工作半径做相应的增大和减小，实现无级变速。由于两级同步器在所述螺纹操纵杆轴线方向的移动，使一级传动机构14和二级传动机构15分别且同时进行增速或减速传动，可以实现逐级放大无级变速器的传动比。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“顺时针”、“逆时针”、“向前”、“向后”仅是指明在一个特定的视角下对该实施例进行说明，若描述该实施例的视角发生变化，术语“顺时针”、“逆时针”、“向前”、“向后”则要做出相应的变化，但是本文中“顺时针”、“逆时针”、“向前”、“向后”所描述实体或操作的一致性不可改变。
Claims (7)
1.一种螺纹式无级变速器，其特征在于，包括
传动机构，包括主动工作轮组(7)、从动工作轮组(3)、传动带(8)和分别穿过主动工作轮组和从动工作轮组轴心圆孔处的旋转轴(6)；所述主动工作轮组(7)和从动工作轮组(3)均包括一个固定锥盘和一个活动锥盘；所述固定锥盘和活动锥盘均以与所述旋转轴(6)一体旋转的方式与所述旋转轴(6)嵌合，所述固定锥盘不能沿着所述旋转轴(6)的轴向移动，所述活动锥盘能够沿着所述旋转轴(6)的轴向移动；所述主动工作轮组(7)和从动工作轮组(3)通过所述传动带(8)传动连接；
控制系统，包括电控装置(1)、螺纹操纵杆(2)、旋转分离装置(5)和同步器(4)；所述旋转轴(6)和所述活动锥盘的控制端可从所述同步器(4)的控制环的中间穿过；所述同步器(4)的控制环的内表面与所述活动锥盘控制端的外表面通过所述旋转分离装置(5)连接；所述同步器(4)中间连杆的螺纹孔与所述螺纹操纵杆(2)传动连接；所述同步器(4)的中间连杆位于主动工作轮组和从动工作轮组轴线的中间位置，与所述旋转轴(6)平行，并从所述传动带(8)中间穿过；所述电控装置(1)与所述螺纹操纵杆(2)第一端通过传动元件相连。
2.根据权利要求1所述的一种螺纹式无级变速器，其特征在于，所述螺纹操纵杆(2)中部设有螺纹，与所述同步器(4)中间连杆的内螺纹孔进行螺纹传动连接。
3.根据权利要求1所述的一种螺纹式无级变速器，其特征在于，所述同步器(4)是一个整体结构，包括一个中间连杆(41)、两个连接臂(42)和两个控制环(43)；所述中间连杆(41)为圆柱形空心杆件，其轴心位置设有用于螺纹传动的螺纹通孔；所述连接臂(42)为类梯形板件，类梯形的上、下两个平面为圆弧形凹槽；所述控制环(43)为薄壁圆环结构；所述两个连接臂(42)的小端在所述中间连杆(41)轴向的两端成180°对称与所述中间连杆(41)同轴相连，并且所述中间连杆(41)轴向两端的平面与相应的所述连接臂(42)的第一平面共面；所述两个控制环(43)与所述两个连接臂(42)的大端同轴相连，并且所述连接臂(42)的第二平面与所述控制环(43)的第一平面共面；所述中间连杆(41)、两个连接臂(42)和两个控制环(43)在以上述接触连接的方式组合成一个整体结构。
4.单级无级变速器组，其特征在于，包括权利要求1到3任一项所述的螺纹式无级变速器的两组传动机构和一组控制系统；所述螺纹式无级变速器的两组传动机构在所述同步器的中间连杆的轴线方向排列，所述螺纹式无级变速器的两组传动机构的主动工作轮组共用同一个旋转轴，所述螺纹式无级变速器的两组传动机构的从动工作轮组共用同一个旋转轴；所述螺纹式无级变速器的两组传动机构共用同一个电控装置(1)、螺纹操纵杆(2)、单级同步器(9)。
5.根据权利要求4所述的单级无级变速器组，其特征在于，所述单级同步器(9)包括两个权利要求3所述的同步器(4)的结构，并且保持相同的姿态沿着所述中间连杆的轴线方向排列，两个所述的同步器(4)的结构之间通过延伸所述中间连杆的方式将单级同步器连接为一个整体结构。
6.两级无级变速器组，其特征在于，包括权利要求1到3任一项所述的螺纹式无级变速器的两组传动机构和一组控制系统；所述螺纹式无级变速器的两组传动机构在所述同步器的中间连杆的轴线方向成180°换向排列；所述螺纹式无级变速器的两组传动机构共用同一个电控装置(1)、螺纹操纵杆(2)、两级同步器(11)；所述两级同步器(11)连接着成180°排列的一级传动机构(14)和二级传动机构(15)；所述一级传动机构(14)的主动工作轮组旋转轴为输入轴(10)；所述二级传动机构(15)的从动工作轮组旋转轴为输出轴(13)；所述一级传动机构(14)的从动工作轮组和所述二级传动机构(15)的主动工作轮组共用同一个中间轴(12)一体旋转。
7.根据权利要求6所述的两级无级变速器组，其特征在于，所述两级同步器(11)包括两个权利要求3所述的同步器(4)的结构，并且在所述中间连杆的轴线方向成180°换向排列，通过将相同位置的两组连接臂和控制环合并为一组连接臂和控制环，并与所述中间连杆一起将两级同步器连接为一个整体结构。
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2022
- 2022-12-01 CN CN202211533361.3A patent/CN118128871A/zh active Pending
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