CN1266401C - 传递装置的皮带轮压力控制系统 - Google Patents

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Abstract

由于施加到一个皮带轮上的压力具有调节转速的能力以及施加到皮带轮上的弹力具有调节扭矩的能力，通过独立地将压力和/或弹力施加到单个皮带轮上以及从外部独立地将压力和/或弹力调节到任意值，可以使实际变速范围变宽而与皮带类型无关，并且获得高传递效率。皮带轮压力控制系统包括用于将压力和弹力至少之一施加到各个活动盘上的压力施加装置，其中施加到活动盘上的压力可通过移动皮带轮上的皮带环位置调节各皮带轮转速，施加到活动盘上的弹力可利用摩擦力调节扭矩。

Description

传递装置的皮带轮压力控制系统
技术领域
本发明涉及传递装置的皮带轮压力控制系统，可控制作用于皮带轮上的压力和弹力以使扭矩稳定并达到高效率传递，此系统可应用于通用工业设备、车辆、电动机和类似设备上。
背景技术
从美国专利4,973,288和5,269,726中已知一种恒定马力的传递装置；其中，前者揭示的是液压型的，后者是螺纹加压型的。这两项专利的发明构思都存在一原理上的缺陷。图1(A)至1(F)有助于解释带式传递装置的传递原理。这些图示出了当一初级皮带轮1将一减速指令施加到次级皮带轮2上时，次级皮带轮2上的皮带3按(A)至(E)顺序随时间变化的情况。当一恒定速率从ε0变速至ε1时，皮带3的接触半径保持同心圆；然而，皮带3在最终阶段发生一跳动，如两个图(D)和(E)所示。更具体地，此时，在皮带和皮带轮之间产生一间隙3’，结果是加压作用瞬间停止，如图1(F)所示。带式传递装置中的稳定传递质量取决于在跳动之后是否可以自动地在瞬间恢复适当的摩擦力。另外，快速响应质量也取决于此。由上述专利所提出的带式传递装置揭示了凸轮补偿方式；然而，由于跳动时压力释放而使凸轮恢复，导致不正确的操作。另一方面，即使传递装置仅由采用一存在固有的时间延迟的自动控制系统对压力作人工控制，实际上也不可能瞬间恢复适当的摩擦力，因此而不能获得快速响应性能。
本申请人在美国专利6,120,400中提出了采用一弹性体和皮带轮功能角色分离来控制摩擦力。通过区分一压力和一弹力，皮带轮功能包括一基准皮带轮功能和随动皮带轮功能。更具体地，基准皮带轮功能实施转速控制并且以压力使皮带定位。随动皮带轮功能通过施加弹力的摩擦力实施扭矩控制。然而，这存在一些突出的问题。第一，虽然随动功能这一方面可控制弹力，基准皮带轮功能这一方面仅具有压力来作为控制元件，因此，不能够主动控制传递到基准皮带轮功能这一方面上的摩擦力。因此，不能有效地进行轴转矩控制。另一方面，随动皮带轮这一方面不包括转速控制元件，这会产生同样的问题。第二，在速度变化范围的两端传递效率会受损。即，在整个速度变化范围内传递效率不平均，而使实际的速度变化范围变窄。由于带式传递装置的传递能力将由各个皮带轮的转速N和扭矩的乘积(N×T)决定，第一个问题实际上与第二个问题是相同的。因此，当第一个问题解决时，第二个问题也可以解决。更具体地，转速和轴扭矩控制元件都设计成可以对各个皮带轮独立调节。换言之，调节功能可以分成调节转速的功能和用于调节扭矩的功能。这可实现传递装置的高精度和高效率。
发明内容
因此，本发明的一个总目的在于提供一种用于传递装置的皮带轮压力控制系统，其中，至少一个输入或输出皮带轮的压力和/或弹力可以从外部随意地调节并且作用于其上，并且皮带轮角色功能(角色的功能)和控制因素调节功能(元件的功能)可独立地控制。这可保证可变传递装置具有较高的传递效率以及可变传递速度范围较宽。
本发明的第一个目的在于提供一种能够为输入或输出皮带轮独立地选择和施加压力和/或弹力并且从外部调节压力和/或弹力以独立地达到任意值的用于传递的皮带轮压力控制系统。这样，使活动盘的转速控制件以及使弹性体的扭矩控制件都可以单独调节，压力、弹性力或半弹力都可以单独地作用于皮带轮上，可以在皮带轮控制功能之间通过压力传送路径或弹力传送路径提供转换指令以实现皮带轮控制功能和一个部件接一个部件的功能。
本发明的第二个目的在于提供一种用于传递装置的速度控制系统，能够同时向具有基准皮带轮功能的皮带轮施加压力和半弹力，其弹性振动基本上由压力约束，以及向一随动功能皮带轮输送弹力，并且为基准功能皮带轮提供高效率且高精度的摩擦力调节功能以避免在传递操作过程中滑移和刹车。
本发明的第三个目的在于提供一用于传递装置的速度控制系统，能够由单个控制单元通过与各输入和输出皮带轮的转速和扭矩有关的控制要素控制调节功能以及与基准皮带轮和随动皮带轮有关的皮带轮角色转换功能，因此，使向前模式传递操作和反向模式传递操作之间的转换操作使可变传递速度范围变大。
本发明的第四个目的在于提供一用于传递装置的速度控制系统，能够使传递装置具有较宽的可变速度范围，两类可变速度各自具有一可变速度范围，其中，两个可变传递装置之一具有比另一个高的传递效率，并且通过两个传递装置之间和相互结合的可变速度范围的转换操作选择，从而获得一个组合的可变速度范围，就象一个宽幅可变速度范围一样变大。
本发明的第五个目的在于提供一用于传递装置的速度控制系统，能够有选择地控制最佳传递能力，特别是，将上述第一和第三目的一起使用，根据转速和扭矩控制的四个控制要素，无论是压带式还是拉带式传递都可实现一非昂贵的高效率系统。
具体地，根据本发明的第一个方面，提供了用于一传递装置的一皮带轮压力控制系统，所述传递装置包括用作一输入皮带轮或一输出皮带轮的可变节距的初级皮带轮，所述初级皮带轮具有活动盘和固定盘，或两个活动盘，所述活动盘和固定盘上所施加的压力或弹力由压缩装置可变化地加压控制，以及可活动地保持在所述两个盘之间的皮带环，所述皮带轮压力控制系统包括：一压力施加装置，用于至少将压力和弹力之一施加到所述活动盘上，其中，施加到所述活动盘上的压力通过移动所述皮带环在所述皮带轮上的位置可调节所述传递装置的速度比，以及施加到所述活动盘上的弹力利用摩擦力可调节扭矩；一压力传送路径具有由初级和次级压缩装置响应于两个指令所产生的诸加压端中的一个，并可变压力地直接控制所述活动盘；一弹力传送路径具有由所述初级和次级压缩装置产生的所述诸加压端中的另一个，并间接地通过所述另一个加压端连续地压缩的一弹性装置，可变压力地控制所述活动盘；连接到所述初级和所述次级压缩装置的驱动源，用于驱动响应于所述指令的所述压力传送路径和所述弹力传送路径中的一个或两个；以及一控制装置，用于为各驱动源提供指令并选择压力或弹力以及压力或弹力的调节值。
根据本发明的第二个方面，提供了用于一传递装置的一速度控制系统，所述传递装置包括由可变节距皮带轮组成的一输入皮带轮和一输出皮带轮，所述皮带轮包括活动盘和固定盘或两个活动盘，以及活动地绕过所述输入和所述输出皮带轮的一皮带环，皮带环由一压型皮带或一拉型皮带组成，所述速度控制系统包括：一输入和一输出压力施加装置具有一压力传送路径，该压力传送路径通过施加一压力给予所述输入和所述输出皮带轮中的一个皮带轮一基准功能，以及具有一弹力传送路径，该弹力传送路径通过施加一弹力给予另一皮带轮一随动功能；一输入和一输出弹性件，通过所述输入和所述输出压力施加装置的连续可变压力控制所产生的弹力分别地施加到所述输入和所述输出皮带轮；一半弹性力传送路径被设置成平行于所述压力传送路径或压力，以便利用由同时传送压力和弹力引起的半弹性力，在指令已经停止之后，连续地调节施加到所述一个皮带轮的所述活动盘上的摩擦压力；以及一控制装置，用于控制两个所述输入和所述输出皮带轮的轴向扭矩，根据个别地施加到所述输入和所述输出皮带轮的半弹性力和弹性力，将所述传递装置保持在高的传送效率状态下。
根据本发明的第三个方面，提供了用于一传递装置的一速度控制系统，所述传递装置包括一可变节距的输入皮带轮，所述输入皮带轮包括活动盘和固定盘或两个活动盘，一可变节距的输出皮带轮，所述输出皮带轮包括活动盘和固定盘或两个活动盘，以及绕过所述输入和所述输出皮带轮的一皮带环，所述速度控制系统包括：一输入和一输出压力施加装置各包括两个加压端，所述两个加压端从一初级压缩装置和一次级压缩装置接受压力，或一个加压端，所述端从至少一个压缩装置中接受压力，所述输入和所述输出压力施加装置中的一个具有一压力传送路径，所述路径被引导到所述输入和所述输出皮带轮中的一个皮带轮的所述活动盘上，所述输入和所述输出压力施加装置中的另一个具有一弹力传送路径，它被引导到另一个皮带轮的所述活动盘上；一连接到一控制装置的开关装置，用来接受一开关指令，这样，所述控制装置可使各所述输入皮带轮和所述输出皮带轮响应于所述开关指令、操作作为皮带轮功能的一个作用的基准功能或随动功能；至少一个弹性装置，串联地连接到所述输入或所述输出压力施加装置的所述弹性力输送路径，以将弹性力施加到至少所述输入或所述输出皮带轮；以及通过利用至少所述输入和所述输出压力施加装置或所述开关装置，所述控制装置给所述输入皮带轮和所述输出皮带轮一单独地调节压力和弹力的功能，以及一在基准皮带轮功能和随动皮带轮功能的作用之间切换的传递模式的功能。
根据本发明的第四个方面，提供了用于一传递装置的一速度控制系统，所述传递装置包括一输入轴、一输出轴、包括安装在所述输入轴上的活动盘和固定盘或两个活动盘的可变节距输入皮带轮、包括安装在所述输出轴上的活动盘和固定盘或两个活动盘的可变节距输出皮带轮，以及绕过所述输入和所述输出皮带轮的皮带环，所述皮带环由至少一压型皮带或一拉型皮带组成，所述速度控制系统包括：一第一压力施加装置，包括一第一输入和一第一输出压力施加装置，各装置具有一多级压缩装置，所述多级压缩装置提供接受来自一初级压缩装置和一次级压缩装置的压力的加压端，或一单一的压缩装置，所述压缩装置提供接受来自所述压缩装置的压力的一加压端，其中，所述第一输入压力施加装置形成至少一个直接地引导到所述输入皮带轮的所述活动盘的压力传送路径，而所述第一输出压力施加装置形成至少一个间接地通过连续地被压缩的一第一弹性件引导到所述输出皮带轮的所述活动盘的弹力传送路径，以便提供一传向一第一传递装置的向前模式的传递操作；一第二压力施加装置，包括一第二输入和一第二输出压力施加装置，所述装置各具有一多级压缩装置，所述多级压缩装置提供接受来自一初级压缩装置和一次级压缩装置压力的加压端，或一单一的压缩装置，所述装置提供接受来自所述压缩装置压力的一加压端，其中，所述第二输入压力施加装置形成至少一个间接地通过连续地被压缩的一第二弹性件引导到所述输入皮带轮的所述活动盘的弹力传送路径，而所述第二输出压力施加装置形成至少一个直接地引导到所述输出皮带轮的所述活动盘的压力传送路径，以便提供一传向一第二传递装置的反向模式的传递操作；一开关装置，通过在一较大的速度比范围和一较小的速度比范围之间切换传递模式操作，用来选择所述第一传递和所述第二传递中的一个传递；以及一控制装置，用来将调节指令传送到所述第一和第二压力施加装置，将一开关指令传送到所述开关装置。
根据本发明的第五个方面，提供了用于一传递装置的一速度控制系统，所述传递装置包括一输入轴、一输出轴、包括安装在所述输入轴上的活动盘和固定盘的一可变节距输入皮带轮、包括安装在所述输出轴上的活动盘和固定盘的一可变节距输出皮带轮，以及绕过所述输入和输出皮带轮的皮带环，所述速度控制系统包括：一输入侧压力施加装置，包括：一输入侧多级压缩装置，具有接收来自初级压缩装置和次级压缩装置的压力的多个加压端；一压力传送路径，其中，所述加压端之一响应于一所施加的指令对一接合装置加压；以及一弹力传送路径，与压力平行设置，其中另一个加压端响应于一所施加的指令对一弹性装置依次地加压；一输出侧压力施加装置，包括：一输出侧多级压缩装置，具有接收来自初级压缩装置和次级压缩装置的压力的诸加压端；一压力传送路径，其中，所述加压端之一响应于一所施加的指令对一接合装置加压；与压力平行设置的一弹力传送路径，其中另一个加压端响应于一所施加的指令对一弹性装置依次地加压；传递模式选择装置，用于在正向模式传递和反向模式传递之间交替地转换，其中，响应于由四个驱动源发出的各个指令，在正向模式传递时，所述输入侧压力施加装置起到基准皮带轮功能而所述输出侧压力施加装置起到随动皮带轮功能，在反向模式传递时，所述输入侧压力施加装置起到随动皮带轮功能而所述输出侧压力施加装置起到基准皮带轮功能；一控制装置，用于将转速/扭矩调节指令传送到各所述压力施加装置，将向前/反向模式操作转换指令传送到所述操作模式选择装置；以及所述控制装置以任意速度比在所述向前模式传递和所述反向模式传递之间执行转换操作。
附图说明
图1(A)至1(E)是用于解释变速传递装置随时间变化的视图，图1(D)示出了皮带跳动的状态，图1(F)示出了皮带轮和皮带的局部截面图；
图2是具有根据本发明第一个实施例皮带轮压力控制系统的压带式连续变化传递装置的截面图；
图3是沿图2中线II-II的输出皮带轮压力控制系统截面图；
图4是一控制装置的构成图，控制装置连接于设置在根据本发明的第一个实施例的传递装置前部和后部上的四个驱动源；
图5是设置在根据本发明第一个实施例的输入和输出皮带轮压力控制系统上的压力传感器截面图；
图6是一程序图，示出了来自控制装置和皮带轮功能各个要素的指令；
图7(A)和7(B)分别示出了以第一个实施例的效果作为依据反映压式皮带的状态图和一传递装置能力特点的图表；
图8是具有根据本发明第二个实施例的皮带轮压力控制系统的拉带式可连续变化传递装置的总体构成截面图；
图9(A)至9(B)分别是根据本发明第二个实施例的拉式皮带摩擦表面的视图和反映传递能力特点的图表；
图10(A)和10(B)分别是根据本发明第三个实施例的一叠式和一独立式压缩装置的局部截面图；
图11是具有根据本发明再一个实施例的系统的可连续变化传递装置截面图；以及
图12是作用于图11中实施例上的液压回路的构成图表。
具体实施方式
本发明不仅可应用于可变化传递装置和速度变化控制单元都浸于油中的湿式可连续变化传递装置，而且可应用于可变化传递单元和变速控制单元两者或其中之一置于空气中的干式传递装置。本发明的传递装置可应用于各种技术领域，包括车辆和小型或大型机械中，只要改变其配置和控制方式即可。由于可进行重型负荷的恒定马力传递，通过改变由一控制器所发出的指令也可执行恒定的扭矩传递，这也属于本发明的范围。对于恒定的马力传递而言，输出侧皮带轮或次级皮带轮的转速与其摩擦力成反比，而对于恒定的扭矩传递而言，转速与摩擦力成正比。这些可以通过调节两个皮带轮的压力施加设备的控制元件而实现。因此，压力施加设备可获得高效率和精确的控制。具体地，具有高转速的小型电动机可用于车辆牵引机，而其车辆速度可由应用本发明的可连续变化传递装置控制，这可实现轻便和高气体哩程。当牵引机是可变速式时，它用作一多级传递装置，于是牵引机可与仅控制扭矩的扭矩转换装置一起使用。
在本发明中，一对功能，即基准皮带轮功能和随动皮带轮功能系独立地传送到驱动皮带轮和被动皮带轮上，即初级皮带轮和次级皮带轮上。在此，基准皮带轮功能作用于初级皮带轮和随动皮带轮功能作用于次级皮带轮上的操作定义为正向模式传递操作或正常模式操作。与之相反，基准皮带轮功能作用于次级皮带轮和随动皮带轮功能作用于初级皮带轮上的操作定义为反模式传递操作。
本发明的原理不必然地需要基准皮带轮功能和随动皮带轮功能之间的转换。在整个速度传递比中进行正向模式操作或反模式操作都包含在本发明的范围内。因此，即使未采用用于转换上述功能的装置，可在压单个皮带轮时单个控制转速和扭矩的情况，以及采用半弹力原理的情况也包括在本发明的范围内。当传递装置具有功能转换能力时，通过预先储存传递停止时皮带的位置或依据与编码机速度转换比有关的信息，可计算所要操作的量。转换操作可自动或人工地进行，转换操作不仅可在传递过程中执行，也可以在非传递过程中执行。顺便说说，本发明中，非弹性压力和弹性压力被分别称为简单压力和弹力。另外，当同时施压力和弹力时由压力所消除的弹性振动中的弹力被称为半弹力，这也包括在弹力的概念中。
皮带轮功能，即基准皮带轮功能和随动皮带轮功能可以任意速度转换比或一输出的转速转换。虽然用于转换皮带轮功能的转换机构，即开关装置包括用于调节速度变化、驱动源和下述滑动装置的压力施加装置指令传送路径的总和，但动力传递的这些分量也可以单独设置。例如，其它压缩装置和驱动源可以单独放置。当输出的转速和扭矩需要象车辆那样所谓的无撞击转换时，一配合装置需要在转换时短时间内完成高精度的1rα位移。原因是功能的低速转换将使初级和次级皮带轮进入一弹力作用状态。这使皮带变换到高弹力侧的皮带轮上，而使速度变化。然后，使弹力均匀的指令可作用于两个皮带轮上。然而，为了缩短操作时间，较佳地是通过一脉冲驱动源的快速指令来暂时增加所传送的脉冲量而响应于此。
即使基准皮带轮侧上的皮带半径以成比例方式变化，随动皮带轮侧上的半径也不成比例而是以二次方程方式变化。在以下的实施例中，用于调节初级和次级皮带轮的各个活动盘位移的指令可单独地传送到皮带轮上。所以，在配合装置的两个滑动部件之间的间隙1rα通过预先高精度地补偿位移可始终保持在较窄的恒定值状态。这可使高速传递过程中实现高精度的无撞击转换而不会对皮带的位置施加任何干扰。
由于环境温度或老化，传递元件，如皮带和弹性体尺寸也会变化，这可使速度变化发生误差，或者传递效率受损。因此，当不必以高效率和精度控制传递部件的转动时，可采用初始设定的操作量来控制转动。另一方面，当必须高效率和高精度地控制转动时，一CPU可根据转速、由压力传感器所测得的误差以及预先存储的预定值来计算补偿量以将计算结果加到各个操作终端的指令中。
当车辆或类似装置以低速或高速移动时，可任意选择传递效率的级别和传递的安全系数。另外，当它们停止时，应当除去作用到一高压缩侧上的弹性体上的被迫压缩的指令可传送到弹性体上以避免其损坏。
在下文中，可以许多方式将多种变化和改变应用于装置和部件上。压力施加装置、多级压缩装置、压缩装置、弹性装置或配合装置可以设计成不仅以非转动状态操作而且可在转动状态操作。同样地，采用压力传递装置或类似装置，其安装位置可不靠近皮带轮而是远离皮带轮。只要多级压缩装置能够平行施加弹力和压力到活动盘上，它们就可以相对弹性装置和配合装置自由地设置。当多级压缩装置设置在活动盘和弹性装置之间时，必须将总个多级压缩装置支撑在浮动状态，这样可传递弹性振动。
在多级压缩装置中，多级一词意味着在一个压力施加装置中以相邻位置放置有两个压缩装置。
除了盘形或碟形弹簧之外，弹性装置还可以是其它形式的弹性体，如螺旋弹簧或类似物。当需要转换功能时，此配合装置可包括配合部件或引导部件；然而，当不需要转换功能时，配合装置至少需要配合部件。构成上述装置的滑块、滑动体或滑动部件可以共享方式使用和用其它部件代替，如本体、皮带轮、齿轮和连杆。一可逆电动机可以是DC或AC伺服电动机，或开环步进电机，具有或没有编码机，取决于使用情况。
必须避免驱动源和活动盘之间以及两个压缩装置之间的误差信号相互干扰。因此，应当在一指令传送路径中提供一自锁功能，即防止逆流或防止反转功能。另外，应当提供主动地消除输入到指令或从指令输出的误差信号，如电动机超速发生的功能。所以，必须采用一金属表面接触摩擦装置，如不规则四边形螺纹、蜗轮、棘爪、具有刹闸或反向防止机构的步进电机。
另外，本发明不仅限于这样一个例子，即活动盘的位移量1r和将要作用到弹性体上的压缩量1t分别传送到多级压缩装置的两个加压端。通过将反向位移量-1r传送到连接到其叠加端上的配合装置上的压缩装置的指令上，以及将位移量1r和弹性体的压缩量1t传送到连接于各个加压端的弹性装置上的另一压缩装置的指令上，可实现实质上加压控制。因此，在转速指令和扭矩指令中的操作量和方向可以多种方式变化。例如，在一盘旋-滑动装置中，众所周知的元件，如电动机的转动方向和盘旋螺纹的方向可适当地选择。而且，压缩装置可以是一液压缸或凸轮驱动式的。
〔第一实施例〕
参见图2至图7，图中示出了可连续变化的传递装置10，其上应用有根据本发明第一个实施例的皮带轮压力控制系统10B。可连续变化传递装置10包括一变速传递装置10A，其上具有一输入初级皮带轮(主动皮带轮)1、一输出次级皮带轮(被动皮带轮)2以及绕在初级和次级皮带轮1和2上的压式皮带3；以及皮带轮压力控制系统10B，该控制系统是藉由图4所示的控制单元90控制的一变速控制装置，一初级皮带轮压力控制系统9和一次级皮带轮压力控制系统8位于一个平面上。在此实施例中，一压力施加装置10’包括一多级压缩装置30，一弹性装置50，一配合装置55，和两个驱动源71和75。另一压力施加装置20具有大致与上述压力施加装置10’类似的元件，也就是说，一多级压缩装置40，一弹性装置60，配合装置65，以及两个驱动源81和85。
次级皮带轮压力控制系统8包括一压力传送装置100，该传送装置可使次级皮带轮压力控制系统8远离地置于次级皮带轮1的后部。
在此实施例中，各个压力施加装置能够可调节地同时施加压力和弹力或其中之一至各个皮带轮上以实现单独控制和补偿控制因素，如转速和扭矩，而将基准皮带轮功能和随动皮带轮功能有识别地传送到各个皮带轮上以稳定地施加扭矩和提高传送效率。
另外，由于相同功能的元件在此说明书中包括在输入和输出侧的机构中，所以当从上下文可以理解它们时，“输入”和“输出”术语将被省略，除非必须在上下文中将输入侧与输出侧区别开来时才附上。
变速传递装置10A包括两个可变的节距皮带轮，即初级皮带轮1和次级皮带轮2。初级皮带轮1具有一活动盘1a和相对放置的固定盘1b，活动盘1a藉由一键沿皮带轮1的轴向向固定盘1b滑动。类似地，次级皮带轮2具有一活动盘2a和相对放置的固定盘2b，活动盘2a藉由一键沿着皮带轮2的轴向向固定盘2b滑动。初级皮带轮1由一对轴承5，5a和7支承，次级皮带轮2由一对轴承4，4a和6支承。在分离转动力时，本体10和活动盘1a之间由一对轴承5支承，压力施加装置10’可操作地压着活动盘1a。类似地，转动力分离时，本体10和活动盘2a之间由一对轴承4支承，压力施加装置20可操作地压着活动盘2a。
本体10包括用于容纳车辆或类似设备的其它传递装置的第一本体10a和用于容纳可连续变化传递装置10的第二本体10b。第一和第二本体相互可分离地固定在一起。皮带轮压力控制器系统8和9集中地置于第二本体10b中以便安装在第一本体10a上或从其上脱离，并且由独立于控制器8和9放置的控制单元90的电指令遥控。
有两种已知类型的V形皮带3，如图7A所示的初级皮带轮压着次级皮带轮的压式；如图9A所示的初级皮带轮拉着次级皮带轮的拉式。例如，从美国专利4,493,681中可了解压式，从美国专利3,949,621中可了解拉式。如图7A所示，当压式皮带3的接触面积As在高速范围内在次级皮带轮侧减小，由于由虚线所指的被迫压力Pp，正常半径r0不规则变化，因此接触面积越来越小，最终为一点接触A0。因此，发生涉及摩擦力不足的滑移状态，从而使传递效率受损。另一方面，如图9A所示，拉式皮带3的摩擦力由于作用了较大的弹力而在低速范围内在次级皮带轮侧上变得过大，结果在半径r0时皮带卷绕。因此，由于摩擦制动，传递效率受损。本发明的设计也可克服与皮带设计有关的缺陷。
根据在一任意速度转换比时的指令，皮带轮压力控制系统9和8分别将压力和弹力之一或同时作用到有关的活动盘1a和2a上。压力和弹力可单独调节以选择传送压力的类型和压力的任意值。当压力施加到活动盘上时，皮带3的V形槽位置仅当指令传送到有关皮带轮压力控制器上时才位移，而在指令停止之后，V形槽的位置固定。也就是说，压力不是主动地作用于皮带以固定皮带的基准位置，它起到转动速度控制作用，而被称为基准皮带轮功能。另一方面，当弹力施加到到活动盘上时，总能保证所需的摩擦力作用到皮带的接触面上，而起到扭矩控制功能，被称为随动皮带轮功能。此功能可避免误差因素，如皮带的磨损、内部和外部干扰/振动，从而当此误差因素发生时，皮带轮可调节地返回到正常传送状态。在带式传送装置中，随动皮带轮(次级皮带轮)的输出马力P(w)如下表示：
P＝1.02×N×T
其中，N(rpm)是转速，T(kg-m)是扭矩。所以，起到基准皮带轮和随动皮带轮功能的一对功能组合实质上是两个皮带轮，即初级皮带轮和次级皮带轮。
包括在皮带轮压力控制系统10B中的输入侧压力施加装置10’的机构和功能基本上与输出侧压力施加装置20相同。压力施加装置10’包括设置在活动盘1a和本体10b之间的单独压力施加装置11和31，它们依次压着分别在多级压缩装置30两个加压端上的弹性装置50和配合装置55。由于这种结构，一压力传送路径55A和一弹力传送路径50A平行设置，从而控制元件可单独调节。类似地，压力施加装置20包括设置在活动盘2a和本体10b之间的单独压力施加装置21和41，它们依次压着分别在多级压缩装置40两个加压端上的弹性装置60和配合装置65。由于这种结构，一压力传送路径65A和弹力传送路径60A平行设置，从而控制元件可单独调节。如上所述，输入侧压力施加装置10’的基本结构与输出侧压力施加装置20相同。压力施加装置10’和20之间的结构差别在于前者10’在轴向形成为环形并与轴1c同轴，后者20形成为不具有通孔的较大本体并且与固定盘2b后面离开活动盘2a的一个位置上的轴2c同轴。
多级压缩装置30包括一初级压缩装置14和一次级压缩装置34，它们相互连接。初级压缩装置14包括一滑动装置13和一可操纵滑动装置13的操纵装置12。滑动装置13具有设置在两个滑动件16和17之间的加压装置15。类似地，次级加压装置34包括一滑动装置33和一操纵滑动装置33的操纵装置32。滑动装置33具有设置在两个滑动件36和37之间的加压装置35。在此实施例中，加压装置15和35都是滚珠螺杆并且操纵装置12和32都是蜗轮传递装置。此传递装置可防止压力和弹力的反作用力以执行自锁功能。滑动装置13和33的各个滑动元件17和37可与加压装置15和35共享，以及一外部的螺纹槽15a共享。初级滑动装置13的滑动件16与操纵装置12的轮子19一起使用。蜗轮18的轴18a起到一初级指令输入端的作用。当接收一指令时，滑动件16绕轴1c转动，而仅滑动件17不转动地向上或向下滑动。另一方面，次级滑动装置33的滑动件36与滑动件17一致地向上或向下滑动，从而用花键压着位于轮子39和滑动件36之间的导块36a和39a。蜗轮38的轴38a起到一次级指令输入端的作用。当接收指令时，滑动件36与轮子39一起转动并且也相对滑动件17向上或向下滑动。由于此结构，多级压缩装置30提供一响应于轴，即指令输入端18a的操作而通过单个压力施加装置11的共同滑动件17直接传递压力和位移至活动盘1a上的单个加压端11A。另外，多级压缩装置30提供一叠压力端31A，其中单个压力施加装置31的滑动件36的位移通过滑动件36依次与共同滑动件17的位移叠加。轮子19和39由一对轴承7a和7b分别支承，加压端11A和31A的叠压力通过轴承7c和压力传感器94传递到本体10b上。
依次连接到加压端11A上的配合装置55由两个滑块56和57组成。一个滑块56与共同滑动件37形成一体，另一滑块57藉由滑块56和轴承5施加到活动盘1a上。滑块56和57分别具有配合部56a和57a，它们响应于来自加压端11A的指令移动而相互接触或脱离从而被可转换地控制着。另外，滑块56和57分别具有引导部56b和57b，其各自形成一花键以产生弹性振动，而滑块56和57相互分开。当滑块56和57相互接触时，加压端11A将压力施加到活动盘1a上，所以，初级皮带轮1执行基准皮带轮功能。当滑块56和57之间的配合脱离时，产生一恒定值为1rα1的间隙，从而来自加压端11A到活动盘1a上的压力施加停止，取而代之的是，平行于压力所提供的弹力施加到活动盘1a上。滑块57由安装到本体10B上的保持件54’所保持，这可防止滑块件37和配合装置55转动。
依次连接到加压端31A上的弹性装置50包括一弹性体51，两个相对放置的滑动体53和54，一止推轴承58和止推轴承58的座59。弹性体51由八个盘形弹簧制成，其中两个相互平行，它们依次构成四段。整个弹性装置50与配合装置55的外圆周同心设置。响应于指令，加压端31A提供由座59和加压端31A之间的虚线所示间隙52，这可使传送压力为零。弹性体以浮动状态支撑，而其弹性振动不能从弹性体的一端传递，但可从另一端传递。由于滑动体54基本上与滑块57形成一体，弹力与压力一起藉由轴承5施加到初级皮带轮1的活动盘1a上。本实施例的特征在于，叠加加压端31A可使弹性装置根据初级指令和次级指令可调节地加压，而与由加压端11A和配合装置55组成的压力输送路径55A的加压状况无关。更具体地，虽然施加到活动盘1a上的配合装置55压力停止从而使活动盘1a的V形槽的位置固定，弹力也可单独地传送到活动盘1a上。另外，皮带3和初级皮带轮1之间的摩擦力可以通过施加半弹性作用力而从外部调节，它是抑制至一半的弹性振动。
参见图4，压力施加装置10’具有初级和次级驱动源70和75，它们可转换电信号，即来自控制单元90的初级指令和次级指令转换成机械信号。初级和次级驱动源70和75包括齿轮箱72和77、可反向的脉冲马达71和76，刹闸73和78，以及齿轮装置74和79。由于驱动源70和75分别安装在传递装置10的前表面和后表面上，其前视图和后视图分别示出在图4中。在此实施例中，初级指令Sr1藉由一线路可控制活动盘1a的速度变化位移1r1量而实现转速调节，次级指令St1可藉由另一线路控制弹性装置50的压缩位移量1t1以实现扭矩调节。另外，一压力转换指令Cr1和弹性转换指令Ct1传送到初级皮带轮1上以转换皮带轮角色功能，即基准皮带轮功能和随动皮带动功能。在转换之后，叠加的加压端31A移动。而且，由于必须将弹力的值改变到其它值，藉由上述的各条线路可同时传送转换指令。另外，转换指令可以是具有相同性质而作为调节指令的操作速度命令。在此实施例中，为了缩短转换时间，驱动源70和75分别起到操纵选择装置70a和75a的作用，它们与驱动件98a和98d以及步进马达71和76组合而能够在短时间内选择所传送的脉冲步进角度。这可使转换指令快速响应于不同信号形式的调节指令。
输出侧压力施加装置20包括多级压缩装置40、弹性装置60、配合装置65和驱动源80，与图2所示的输入侧压力施加装置10’在结构上类似。所以，在此不对其重复描述，以下将对输出侧压力施加装置20在结构上与输入侧压力施加装置10’不同之处进行描述。在此，在压力施加装置20中与压力施加装置10’相同的部件由比压力施加装置10’部件标号大10的标号指出。
第一，输出侧压力施加装置20与输入侧压力施加装置10’所放置的方向不同。具体地，前者20与图2所示的后者10’的放置方向相反。这种布置的一个原因在于整个压力施加装置20远离次级皮带轮2的活动盘2a放置。所以，藉由弹性装置60和配合装置65从本体的基准平面10b将压力和弹力作用到活动盘2a上的方式与如上所述地将压力和弹力作用到初级皮带轮1的活动盘1a上的方式相同。第二，输出侧装置20与输入侧装置10’不同的是输出侧装置20具有一压力传递装置100，以用来将来自输出侧装置20的弹力和压力传递到活动盘2a上。
如图3所示，压力传递装置100包括一纵向传递装置103的两根加压轴102，横向传递装置102的两根连杆101和104，用于滑动地引导加压轴102的四个线性滚珠轴承105和106以及用于支承滚珠轴承105和106的支承体109。三个装置101、102和103构成矩形框架107，这样弹力和压力可藉由万向节105、承接件108和轴承4传递到活动盘2a上。
再参见图4，控制单元90包括具有CPU的计算处理装置96、包括各种RAM和ROM的存储装置97以及包含A/D和/或D/A转换器和传递总线以传送和/或接收输入和/或输出信息的接口装置91。输入信息包括速度变化和/或启动指令，如用于车辆牵引机或类似设备的启动指令；速度变化或加压指令；用以检测各皮带轮的转速的检测器92和93的检测值和类似值以及用于检测施加到各个活动盘1a和2a上的压力和弹力的压力传感器94和95的棒测值和类似值。输出信息包括调节指令Sr1、St1、Sr0和St0以及转换指令Cr1、Ct1、Cr0和Ct0，这两种指令藉由如图4所示的初级和次级指令路径Ea、Eb、Ec和Ed传送到四个驱动源70、75、80和85。另外，还提供了刹闸指令路径Ba、Bb、Bc和Bd。响应于来自CPU96的选择信号在驱动器98a、98b、98c和98d处选择调节指令或转换指令。当初级或次级转换指令发出以增加或减小输入侧的压力时，输出侧的压力同步转换并且减小或增加。
存储装置97存储包括可执行可编程控制的基础信息的基础控制信息97a；用于计算补偿指令以独立地控制变速或加压指令、转速和扭矩的控制信息97b；使传递装置10以正向模式操作的控制信息97c；以及使传递装置以反向模式操作的控制信息97d。各驱动源具有为各个马达所设置的转换放大器98a、98b、98c或98d。转换放大器98a至98d响应于指令向有关马达传送一脉冲信号。驱动源和控制单元例如可从由Sanyou Denki K.K.出版的“伺服系统1998-1999总目录(General Catalogue 1998-1999 Servo Systems)”中了解并且可从市场上购得，故在此省略对其的描述。转速检测器92、93由一磁铁和一线圈构成。如图2和5所示，压力传感器94放置在多级压缩装置30的支撑端和本体10b之间，与止推轴承6c在一起。类似地，压力传感器95放置在多级压缩装置40和本体10b之间，与止推轴承7c在一起。将要作用到活动盘上的压力由压力传感器检测。另外，压力传感器94(或95)包括一环形探头111，其中在一初级膜114中充满流体媒质；具有放置在沿径向延伸的一连通通道中的次膜116的引导端112；以及具有一半导体应变仪的信号逆变器区113。压力传感器94(或95)检测经过过滤器99a和99b传送到活动盘1a(或2a)上的压力。其它类型的压力传感器也可应用于本实施例。
接下来，将对第一实施例中的传递操作进行描述。此实施例的一个目的在于补偿传递操作中的损失和高速范围中的效率衰减，这些都是采用压式皮带3的变速传递装置10A的缺陷。具体地，传递装置10A在低速范围内以正向模式操作，第一传递装置中，初级皮带轮1起到基准皮带轮的角色，次级皮带轮2起到随动皮带轮的角色，而传递装置10A在高速范围内以反向模式操作，第二传递装置中，初级皮带轮1起到随动皮带轮的角色，次级皮带轮2起到基准皮带轮的角色。将要描述的一个例子是压式皮带的缺陷通过变速范围内转换操作状态而克服，并且通过补偿各个皮带轮的弹力而调节扭矩从而改善传递效率。
在图2中，初级皮带轮1的左半部和次级皮带轮2的右半部示出了最低速状态“Low”；初级皮带轮1的右半部和次级皮带轮2的左半部示出了最高速状态“High”。在低速状态，初级皮带轮侧上的配合装置55是配合的，而次级皮带轮侧上的配合装置65由于间隙65B是分离的。可以断定，在初始状态，压力从单独的加压端11A施加到初级皮带轮1上，弹力从叠加加压端31A施加到次级皮带轮2上，初级皮带轮1起到基准皮带轮的角色，次级皮带轮2起到随动皮带轮的角色，恒速传递在最大速度比εmax下执行，输入功率在恒速转动条件下提供给初级皮带轮1。在实际操作中，变速指令作为一增速指令或减速指令分别随机地传送给传递装置10。然而，在此实施例中，为了清楚地说明，将说明这样一个例子，其中初级指令Sr1和Sr0间歇地传送加速指令和减速指令，如图6中实线和虚线所示。
(I)正向模式操作和反向模式传递操作的自动转换动作：
以下将描述在变速范围内以任意预定速度比εd在正向模式操作和反向模式操作之间自动转换的动作。一加速指令包括固定间隔的多个脉冲。加速指令包括四个指令，如输入指令Sr1和St1和输出指令Sr0和St0，它们相互同步地传送。这四个指令从控制单元90经过作为选择装置的驱动源和放大器98传送到反向马达。所有四个反向马达都工作，从而输入轴18a、38a、28a和48a都转动。在初级皮带轮侧，从压缩装置30藉由初级指令Sr1施加到初级皮带轮1上的压力使活动盘1a响应于位移量1r1并克服来自压缩装置40的弹力而向次级皮带轮2移动。同时，在次级皮带轮侧，一滑动件27响应于初级指令Sr0向下移动，以及一滑动件46响应于次级指令St0向下移动，从而一叠加加压端41A藉由叠加位移量10(＝1r0+1t0)消除弹性体61的弹力，此量是两个滑动件27和46的位移量1r0和1t0的总和。
此时，在输入侧，转换指令Cr1已经送出以消除间隙1rα1，初级皮带轮1起到基准皮带轮的角色。此状态一直持续到传送位移量1rα1。因而，由初级指令Sr1所产生的压力直接作用到活动盘1a上。在施加压力的过程中，活动盘1a和皮带3位移以将皮带3的半径从r10增加到r11。当初级指令停止时，初级皮带轮1的V形槽固定在该速度比并且来自加压端11A的压力停止。此时，次级指令St1正常地允许半弹力作用到活动盘1a上。其它三个指令同步或非同步地预先传送以使输出扭矩顺利地转换，即使在任何时间有一功能转换指令传送到活动盘1a上。在输出侧，配合装置65由于间隙65B而脱离配合，这样次级皮带轮2起到随动皮带轮的作用，从而弹力藉由轴承4和压力传递装置100如图3所示地传递到次级皮带轮2上。由于活动盘1a响应于初级指令Sr1被迫位移，活动盘2a和皮带3也位移以将皮带3的半径从r00减小到r01。初级指令Sr0预先算出，这样在变速指令发出之前和之后，间隙65B可保持在近似恒定的距离1rα0。因此，次级指令St0仅载有弹性体61的位移量。此时，在恒马力传递状态下，次级皮带轮2的转速和压力示出了反比例特性，结果是弹性体60在加速时压力减小。同时进行一系列动作。同样地，当再传送下一个加速指令时，重复相同的动作。因此，如图6所示，输出转速加速到正向模式的转换指令传送位置εd，而次级皮带轮2的摩擦力减小。
另外，当由传感器91和92测出的速度比达到预定值εd时，两个压力施加装置10’和20自动地执行即时的功能转换。用于形成间隙1rα1的速度功能转换指令Cr1代替变速指令传送到初级指令Sr1的传送路径，并引导到压力施加装置10’，同时与指令Cr1的传送同步，一用于消除间隙1rα0的速度功能转换指令Cr0传送到初级指令Sr0的传送路径以引导到压力施加装置20。扭矩功能转换指令Ct1和Ct0分别传送到次级指令St1和St0的传送路径，从而在转换之后，根据转换之后在存储装置97d中的速度比预定值，弹力和半弹力分别被传送到初级和次级皮带轮1和2上。在输入侧，配合装置55的配合状态被释放以形成间隙55B，而在输出侧，配合装置65的脱离状态转换成间隙65B被取消的配合状态。另外，多于变速指令数量的多个脉冲在短时间内传送到马达75a和85a上，从而实现无撞击转换，即在整个转换动作周期内，传递装置的输出转速基本上不产生波动。
因而，在压力传送已经转换到弹力传送之后，初级皮带轮1起到随动皮带轮的角色；而在弹力传送已经转换成压力传送之后，次级皮带轮2起到基准皮带轮的角色。如图6所示，其它变速指令是这样转换的，即由输出侧初级指令Sr0调节输出转速，由施加到初级皮带轮1上的弹力调节输出扭矩。因此，随后以相同的方式继续稳定的传递，除非控制单元90在控制指令和补偿指令之间转换。当传送另外的加速指令时，初级指令Sr0允许加压端21A位移Ir0，次级指令St0成为压力指令以采用半弹力准备转换。而且，如上所述，输入侧上的两个指令Sr1和St1产生活动盘1a的位移1r1和弹性体51的位移1t1。因此，位移量1r1和1t1的总和11(＝1r1+1t1)从叠加加压端31A传送到初级皮带轮1上。随后，类似地，重复相同的动作直至获得最小速度比εmin，结果产生由初级皮带轮1右半部和次级皮带轮2左半部在图2中所示的最小速度比状态。
藉由反转的减速指令以与上述步骤相反的操作步骤，可实现返回到最大速度比εmax。在图6中，在各个马达中，停止是由零表示的；各马达的向前转动由正状态表示；各马达的反转是由负状态表示的。在实际操作中，零、正脉冲或负脉冲扭矩功能是根据调节任意传送的。转换指令Ct1和Ct0以相同方式传送。然而，当在正向模式和反向模式之间转换的转换指令情况下，在向前和反向模式之间有一时间差以防止不规则波动。在输入和输出侧短时间Δt内转换指令Ct1和Ct0之间同步转换的原因如下。即使在短时间内传递也将进行。两个配合装置55和65都分别处于脱离配合状态，从而皮带的半径由于朝向其的弹力比另一个强，故增大。因而，必须在皮带半径增大之前完成转换动作。实际上，由于与输出侧弹力同步地根据经验考虑当前的速度比将输入侧弹力调节到预定压力，故不会发生较大的撞击扭矩。因而，在转换功能的操作中，转动和扭矩以无撞击方式转换。
图7B示出了速度比和转速的传递能力特点。在压带式传递装置中，在正向模式操作时，传递效率由于如图7A所示的高速范围内随动皮带轮侧上的皮带变形而受损。另一方面，在此实施例中，正向模式操作在高速范围前以速度比εd转换到反向模式操作。这意味着在高速范围初级皮带轮1和次级皮带轮2都需补偿以加强接触摩擦力。换言之，在高速范围，作用到作为随动皮带轮的初级皮带轮1上的弹力加强，而包括压力的半弹力施加到次级皮带轮2以保证次级皮带轮2的摩擦力。勿需说，半摩擦力的最佳值从等于或小于输入侧摩擦力的半摩擦力范围中选择。因此，次级皮带轮侧上的皮带加压变形可消除并且由于输入侧摩擦力和输出侧摩擦力而可实现适当的扭矩传递。另外，由于如图7B的实线T0所示反向模式操作而可消除高速范围中的滑移，从而在一较宽范围内提高传递效率。
(II)在整个速度变化范围内的正向模式传递操作：
仅通过主动地可调节地补偿由两个压力施加装置10’和20的弹力所产生的摩擦力可以实现改善正向模式操作中传递能力。换言之，当初级皮带轮1执行将压力施加到初级皮带轮上的基准皮带轮功能且次级皮带轮2执行将弹力施加到次级皮带轮的随动皮带轮功能时，采用施加到初级皮带轮1上的半弹力和施加到次级皮带轮2上的弹力而可在速度变化范围内同步或不同步地可调节地补偿两个摩擦力。在本发明中，压力施加装置10’和20能够单独地调节活动盘1a和2a的速度变化位移1r和弹性体的压缩位移1t。因此，初级和次级皮带轮1和2的传递扭矩可进一步补偿次级指令St1和St0，它们可在变速时确定摩擦力。在低速范围内，初级皮带轮1具有较小的摩擦力，而次级皮带轮2具有过大的摩擦力。因而，补偿量ΔSt1可以加到输入的次级指令St1中，补偿量ΔSt0可从到输出的次级指令St0中减去；然而，也可以只进行其中之一。另外，在高速范围内，初级皮带轮1具有过大的摩擦力，而次级皮带轮2具有较小的摩擦力。所以，与上述相反，例如，补偿量ΔSt1可从输入的次级指令St1中减去，而补偿量ΔS’t0可加入输出的次级指令St0中。在任何情况下，安装到压力施加装置10’和20上的压力传感器94和95均可对效率减小，利用负反馈控制而精确地执行可变压力控制。图7B用置于特征部TD顶部两侧的虚线示出了在正向模式操作中低速范围内和高速范围内的效率补偿。
(III)整个速度变化范围中的反向模式传递操作：
在整个速度变化范围中的反向模式操作中，根据如上所述的相同程序可执行在低速和高速范围内的摩擦力补偿。图7B用置于特征部TR顶部两侧上的虚线示出了以反向模式操作在低速和高速范围内的补偿效率。此程序的具体内容与上述(II)的相同，故省略对其描述。在上述的(I)至(III)任一种情况下，最重要的是，当两个初级和次级皮带轮的弹力单独控制时，与基准皮带轮的压力一起施加的半弹力不应增加到超过随动皮带轮的弹性摩擦力的量。在这种约束条件下，为了进一步提高效率，必须主动地在皮带的宽度方向上提供弯曲能力或弹性以加大连续接触面积。另外，必须改变摩擦表面的材料，这样增加相对皮带轮的摩擦系数。另外，输入扭矩T1由输出扭矩T0的速度比ε而减少，结果理论上来说T1＝T0/ε；然而，实际上，摩擦系数随所施加的压力而变化，而并不能充分满足上述的等式。因此，当根据输入弹力调节输出扭矩时必须凭经验选择弹力的量，并且选择两个弹性体51和61的弹簧常数或类似因素。
在此实施例中，分别描述功能转换和单独的补偿调节。然而，实际上，由上述项目(I)、(II)和(III)所描述的所有操作都是同时进行的，以将速度变化范围B0扩展到B1，B1’以及进一步的B2，如图7B所示。另外，可以实现平均高效传递能力，如图7B所示的特征部T0。此外，在此实施例中，在基准皮带轮功能过程中所用的半弹力跟随随动皮带轮功能的弹力的控制与半弹力主动用于补偿的控制一起实行。实际上，由于变速传递本身即使在未施加半弹力时也能进行，所以大多数半弹力都用于调节以补偿摩擦力。在一些情况下，当功能转换时，扭矩转换不能顺利进行。在此情况下，在瞬时采用能够顺利转换功能的半弹力之后，皮带轮的功能可以转换。此时，施加到马达76和78上的次级指令可以是一快动指令，该指令可将多个脉冲在短时间内传送到马达76和78上。也就是，当汽车或类似设备置于车库中时以低速移动。此时，必须有力地压缩弹性体。当汽车停止时，弹性体始终处于被强有力压缩状态。所以，送出作为补偿指令的次级指令St1和St0以迫使施加到弹性体上的补偿力消除。
以下将描述从控制单元90向各控制元件提供单独调节的另一个例子。当皮带周长的扩展增大时，随动皮带轮2的半径随皮带扩展量增加，虽然基准皮带轮1的半径仍保持不变。因此，当弹力略减小时，输出转速减小。所以，当根据速度比转换功能时，传感器91和92检测速度比，并且向初级指令Sr1和Sr0提供补偿以使速度比返回到其原始位置。类似地，关于弹力，向次级指令St1和/或St0提供补偿。当皮带宽度由于磨损而减小时，皮带轮1和2的半径改变以产生输出转速和扭矩的误差。因此，可分别向各个指令提供类似的补偿。而且，当弹性体51和61的压缩方向上的尺寸受损时，存储装置97可预先存储初始基准位置，如在最大速度比εmax条件下弹力的值。另外，各压力传感器94和95可检测补偿量以根据初始基准位置向次级指令提供一检测量。
〔第二实施例〕
以下将对根据第二实施例的皮带轮压力控制系统进行描述。图8示出了根据此实施例的皮带轮压力控制系统10B，其结构与第一实施例相同。然而，此实施例与第一实施例不同点在于皮带3不是压式而是拉式。两个压力施加装置10’和20控制方式相互不同，但结构没有改变。所以，相同或相应的部件由相同标号表示，省略对其的重复描述。
如图9A所示，当对低速范围内的皮带轮2和皮带3施加一较大弹力时，皮带3和被动皮带轮(次级皮带轮)2之间的接触面积增量产生过大的摩擦力。然后，在半径r0处，皮带3超向于在由虚线所示的转动方向上进入卷绕状态，这会主动地使功率传递中断，而降低传递效率。在此实施例中，以与第一实施例相反的方式实现加压方法。具体地，施加到初级皮带轮1上的弹力在低速范围内增加；相反，施加到次级皮带轮2上的弹力减少或消除。在图8中，初级皮带轮1的左半部和次级皮带轮2的右半部示出在低速范围内的低速Low状态。另外，初级皮带轮1的右半部和次级皮带轮2的左半部示出在在高速范围内的高速High状态。这些状态与图2所示的相同。然而，配合装置55和65的脱离状态与图2所示的相反。同样地，弹性体51和61的压缩状态和消除压力状态与图2所示的相反。
在低速范围内，以反向模式操作进行传递，其中初级皮带轮1利用弹力起到随动功能，而次级皮带轮2利用压力起到基准皮带轮功能。另外，由于如图所示的施加到次级皮带轮2上的半弹力减小，次级皮带轮2的V形槽由压力而固定在设定的位置上，由施加到初级皮带轮1上的较大压力所产生的皮带张力可直接保证次级皮带轮2的摩擦力。因此，在次级皮带轮2侧的皮带卷绕状态不会发生，这可解决传递效率降低的问题。另一方面，由于在初级皮带轮1侧上也发生类似的卷绕现象，在速度比εd时进行皮带轮功能之间的转换以进入正向模式操作，其中在高速范围内，初级皮带轮1起到基准皮带轮功能，次级皮带轮2起到随动皮带轮功能。因此，可提高由于作用到拉式皮带上的摩擦力过大所降低的传递能力，如图9B中细实线所示。另外，即使拉式皮带以与推式皮带相同的方式实现如图9B中的粗实线所示的高效传递，在向前模操作和反向模式操作过程中，仍可分别对低速范围和高速范围中的扭矩进行补偿。很明显，可进行其它各种补偿操作和单独调节。
〔第三实施例〕
以下将结合图10A对本发明的第三实施例进行描述，其中左半部示出的是一压力施加装置10’的截面图。在第一实施例中，初级和次级压缩装置14和34共享如图2所示的滑动件17的作用。另一方面，在此实施例中，初级和次级压缩装置14和34单独操作。如图10A所示，次级压缩装置34可整体地由设置在初级压缩装置14的滑动件17上的一加压突起17c加压。滑动件36和37分别具有花键36a和37a。因而，多级压缩装置30的加压端包括初级压缩装置14的直接加压端11A和叠加加压端31A，其中，初级和次级压缩装置14和34的压力依次叠加。因此，多级压缩装置30执行与图2中多级压缩装置30相同的操作。
在图10B中以左半部示出了第三实施例中多级压缩装置30的一个变化实例，它是压力施加装置10’的截面图。在图10B中，花键槽17a和37a设置在滑动件17和37之间。另外，多级压缩装置14和34各自具有一加压端。压缩装置34的加压端对弹性装置50加压，压缩装置14的另一加压端对配合装置55加压。换言之，初级和次级压缩装置14和34的压力不叠加。滑动件17移动一距离Lr1以将速度变化位移传送到活动盘1a。滑动件37移动一距离L1，它是距离Lr1和弹性体51压缩位移Lt1的总和。在图10B的实例中，半弹力可在基准皮带轮功能中精确地控制；然而，在随动皮带轮功能过程中，单独的压力施加装置11实质上不对弹性体51起作用，这样次级压缩装置34不会将速度变化位移1r1分开，这是一缺陷。另一方面，在随动皮带轮功能过程中，压力和弹力的值是单独可变化地控制的。在多级压缩装置30中，由于初级和次级指令的压力输送路径相互分开，即使向初级指令提供转换指令，在叠加加压端由次级指令的压力传送路径也可以不受干扰地执行顺利的扭矩转换。
〔第四实施例〕
以下将结合图11和12对本发明的第四实施例进行描述。图11是根据此实施例的一连续变化传递装置的截面图，而图12是其液压回路图，其中一液压缸用作压缩装置。在图中，与图2所示具有类似或相应功能的元件由相同的标号指出，并且省略对其的重复描述。
一多级压缩装置30包括一电磁方向控制阀Pr，电磁流量控制阀Fr，止回阀Cr以及传感器Ps；类似地，一多级压缩装置40包括一电磁方向控制阀Pt，电磁流量控制阀Ft，止回阀Ct和传感器Pt。当发动机E低转速时传送到压缩装置30或40上的压力降可以这样的方式控制，即由压力开关Psw、集流器A和安全阀R所控制一马达M保持压力，这可提高控制能力。在此实施例中，一液压缸16和活塞17相应于加压装置15。流量控制阀Fr、Ft和方向控制阀Pr、Pt相应于操作装置。止回阀Cr、Ct和控制阀Pr、Pt和Fr、Ft相应于自锁机构。最终，泵P0和方向控制阀Pr、Pt相应于驱动源。来自用于各个皮带轮的电子控制单元90的控制指令Sr和St，转换指令Cr和Ct分别传送到阀Fr和Ft以及Pr和Pt。其结构基本上与图4所示的类似，并省略对其的重复描述。此实施例的操作与图10B所示的实施例相同。液压缸是一压力反馈式控制单元，它能够根据压力控制皮带轮操作功能之间的转换。因此，与由定位元件所提供的螺纹加压相比，正向和反向模式之间的转换可简单而快速地进行。
在前述实施例中，采用螺纹机构和液压机构可执行对施加到初级和次级皮带轮上的压力和弹力的控制，并且采用其它类型的加压方法。另外，可用一双作用液压缸代替采用液压系统的上述实施例中所述的单作用液压缸。两个缸体可结合用于各个皮带轮，这样可将功能分成如图2例子所述的转速和扭矩。而且，在前述实施例中，压力施加装置10’和20各自具有两个驱动源，但也可采用这样的结构，即其中一个压力施加装置采用多级压缩装置，另一个采用单级压缩装置。两个压缩装置依次对平行设置的弹性体和配合装置加压，从而转换基准皮带轮功能和随动皮带轮功能。
此外，用于将随动功能作用到初级和次级皮带轮之一上的原因是通过弹力吸收或解决误差、波动或类似因素，如内部或外部发生的干扰和传递部件的磨损。因此，应对各指令应进行选择，以使即使弹力同时作用到两个皮带轮上，也不会存在这样的一段时间只有压力同时施加到两个皮带轮上。
因此，本技术领域中的普通技术人员可在权利要求书中包含本发明范围内简单地做出多种变化和改变。
本发明具有较大的价值，(1)压力和/或弹力可单独地施加到皮带轮的活动盘上，(2)所施加的压力和弹力各自的量可由外部调节到一任意量，转速改变功能和扭矩改变功能可任意地和从外部单独控制。因此，由于可在速度比的任意范围内对瞬时能力和效率自由地调节，在与皮带类型无关或传递部件老化无关的任何状态下，实现高效而稳定的传递。
由于压力仅作用到一个皮带轮上以及弹力仅作用到另一个上，现有的传递装置难以进行补偿而达到高效。另一方面，根据本发明由于具有高精度的两个皮带轮，故可以对传递装置单独地调节转速控制元件和扭矩控制元件，并且可以进行可能的补偿以达到高传递效率。这可以克服自然地扩展一可变速范围时难以补偿的缺陷，而在较宽范围内实现功率传递。因而，本发明不仅可应于车辆，而且可应用于其它技术领域，这意味着具有较大的工业价值。
具体地，首先，先安装一多级压缩装置以单独地将压力和弹力作用到活动盘上，从而功能转换指令可以传送用于压力和弹力的指令传送路径。这可为单个皮带轮响应于任意的外部指令而转换或选择初级功能、基准皮带轮功能和随动皮带轮功能。通过同步地对两个皮带轮的基准皮带轮功能和随动皮带轮之间的转换，可在任意速度比时对传递装置选择正向模式操作和反向模式操作，这可以明显地增强传递效率。
其次，虽然当指令发出时采用一压力的传统基准皮带轮功能使皮带位移，在指令停止之后，此功能运行仅形成一V形槽，并且主动地采用摩擦力而不具有扭矩控制功能。另一方面，在本发明中，由叠加弹性振动产生的半弹力作用到起到基准皮带轮作用的皮带轮上，这可避免不规则的功率传递。
第三，对于传统随动皮带轮功能而言，弹力作用到皮带轮上而在活动盘的速度变化位移和弹性体的压缩位移之间不存在区别。而在本发明中，为了在任意速度比下进行功能转换，可接收压力的加压端可被控制在与活动盘速度变化位移以预定间隔平行。这可实现功能之间的高速转换。

Claims (19)

1.用于一传递装置的一皮带轮压力控制系统，所述传递装置包括用作一输入皮带轮或一输出皮带轮的可变节距的初级皮带轮，所述初级皮带轮具有活动盘和固定盘，或两个活动盘，所述活动盘和固定盘上所施加的压力或弹力由压缩装置可变化地加压控制，以及可活动地保持在所述两个盘之间的皮带环，所述皮带轮压力控制系统包括：
一压力施加装置，用于至少将压力和弹力之一施加到所述活动盘上，其中，施加到所述活动盘上的压力通过移动所述皮带环在所述皮带轮上的位置可调节所述传递装置的速度比，以及施加到所述活动盘上的弹力利用摩擦力可调节扭矩；
一压力传送路径具有由初级和次级压缩装置响应于两个指令所产生的诸加压端中的一个，并可变压力地直接控制所述活动盘；
一弹力传送路径具有由所述初级和次级压缩装置产生的所述诸加压端中的另一个，并间接地通过所述另一个加压端连续地压缩的一弹性装置，可变压力地控制所述活动盘；
连接到所述初级和所述次级压缩装置的驱动源，用于驱动响应于所述指令的所述压力传送路径和所述弹力传送路径中的一个或两个；以及
一控制装置，用于为各驱动源提供指令并选择压力或弹力以及压力或弹力的调节值。
2.如权利要求1所述的皮带轮压力控制系统，其特征在于，在所述压力施加装置中，各所述初级和所述次级压缩装置包括一具有两个滑动件的滑动装置和一推压所述滑动件的操作装置，它们分别由一滚珠螺杆和一蜗杆传递装置组成，或分别由液压缸和液压油控制装置组成。
3.如权利要求1或2所述的皮带轮压力控制系统，其特征在于，在所述压力施加装置中，所述两个压缩装置通过彼此连接或彼此与所述滑动件共享而进行复合，这样，所述两个滑动件中的一个可以连续地移位另一个，所述活动盘的速度变化位移量和所述弹性装置的压缩位移量可单独地由所述控制装置调节。
4.如权利要求1所述的皮带轮压力控制系统，其特征在于，所述压力施加装置将所述各个初级指令和次级指令传送到由一共享滑动件和所述两个滑动装置中另两个滑动件组成的三个所述滑动件中的至少两个上。
5.如权利要求1所述的皮带轮压力控制系统，其特征在于，所述控制装置利用设置在所述多级压缩装置和所述传递装置的本体之间的压力传感器检测和控制摩擦力、弹力或半弹力。
6.如权利要求1所述的皮带轮压力控制系统，其特征在于，所述压力施加装置包括一开关装置，用来将压力供应到所述活动盘上，压力类型区分为压力、弹性力和半弹性力。
7.用于一传递装置的一速度控制系统，所述传递装置包括由可变节距皮带轮组成的一输入皮带轮和一输出皮带轮，所述皮带轮包括活动盘和固定盘或两个活动盘，以及活动地绕过所述输入和所述输出皮带轮的一皮带环，皮带环由一压型皮带或一拉型皮带组成，所述速度控制系统包括：
一输入和一输出压力施加装置具有一压力传送路径，该压力传送路径通过施加一压力给予所述输入和所述输出皮带轮中的一个皮带轮一基准功能，以及具有一弹力传送路径，该弹力传送路径通过施加一弹力给予另一皮带轮一随动功能；
一输入和一输出弹性件，通过所述输入和所述输出压力施加装置的连续可变压力控制所产生的弹力分别地施加到所述输入和所述输出皮带轮；
一半弹性力传送路径被设置成平行于所述压力传送路径或压力，以便利用由同时传送压力和弹力引起的半弹性力，在指令已经停止之后，连续地调节施加到所述一个皮带轮的所述活动盘上的摩擦压力；以及
一控制装置，用于控制两个所述输入和所述输出皮带轮的轴向扭矩，根据个别地施加到所述输入和所述输出皮带轮的半弹性力和弹性力，将所述传递装置保持在高的传送效率状态下。
8.用于一传递装置的一速度控制系统，所述传递装置包括一可变节距的输入皮带轮，所述输入皮带轮包括活动盘和固定盘或两个活动盘，一可变节距的输出皮带轮，所述输出皮带轮包括活动盘和固定盘或两个活动盘，以及绕过所述输入和所述输出皮带轮的一皮带环，所述速度控制系统包括：
一输入和一输出压力施加装置各包括两个加压端，所述两个加压端从一初级压缩装置和一次级压缩装置接受压力，或一个加压端，所述端从至少一个压缩装置中接受压力，所述输入和所述输出压力施加装置中的一个具有一压力传送路径，所述路径被引导到所述输入和所述输出皮带轮中的一个皮带轮的所述活动盘上，所述输入和所述输出压力施加装置中的另一个具有一弹力传送路径，它被引导到另一个皮带轮的所述活动盘上；
一连接到一控制装置的开关装置，用来接受一开关指令，这样，所述控制装置可使各所述输入皮带轮和所述输出皮带轮响应于所述开关指令、操作作为皮带轮功能的一个作用的基准功能或随动功能；
至少一个弹性装置，串联地连接到所述输入或所述输出压力施加装置的所述弹性力输送路径，以将弹性力施加到至少所述输入或所述输出皮带轮；以及
通过利用至少所述输入和所述输出压力施加装置或所述开关装置，所述控制装置给所述输入皮带轮和所述输出皮带轮一单独地调节压力和弹力的功能，以及一在基准皮带轮功能和随动皮带轮功能的作用之间切换的传递模式的功能。
9.如权利要求8所述的速度控制系统，其特征在于，所述开关装置具有仅用于转换功能的压力或功率施加路径，所述装置由至少一驱动源和一压缩装置构成，它们由所述控制装置控制。
10.用于一传递装置的一速度控制系统，所述传递装置包括一输入轴、一输出轴、包括安装在所述输入轴上的活动盘和固定盘或两个活动盘的可变节距输入皮带轮、包括安装在所述输出轴上的活动盘和固定盘或两个活动盘的可变节距输出皮带轮，以及绕过所述输入和所述输出皮带轮的皮带环，所述皮带环由至少一压型皮带或一拉型皮带组成，所述速度控制系统包括：
一第一压力施加装置，包括一第一输入和一第一输出压力施加装置，各装置具有一多级压缩装置，所述多级压缩装置提供接受来自一初级压缩装置和一次级压缩装置的压力的加压端，或一单一的压缩装置，所述压缩装置提供接受来自所述压缩装置的压力的一加压端，其中，所述第一输入压力施加装置形成至少一个直接地引导到所述输入皮带轮的所述活动盘的压力传送路径，而所述第一输出压力施加装置形成至少一个间接地通过连续地被压缩的一第一弹性件引导到所述输出皮带轮的所述活动盘的弹力传送路径，以便提供一传向一第一传递装置的向前模式的传递操作；
一第二压力施加装置，包括一第二输入和一第二输出压力施加装置，所述装置各具有一多级压缩装置，所述多级压缩装置提供接受来自一初级压缩装置和一次级压缩装置压力的加压端，或一单一的压缩装置，所述装置提供接受来自所述压缩装置压力的一加压端，其中，所述第二输入压力施加装置形成至少一个间接地通过连续地被压缩的一第二弹性件引导到所述输入皮带轮的所述活动盘的弹力传送路径，而所述第二输出压力施加装置形成至少一个直接地引导到所述输出皮带轮的所述活动盘的压力传送路径，以便提供一传向一第二传递装置的反向模式的传递操作；
一开关装置，通过在一较大的速度比范围和一较小的速度比范围之间切换传递模式操作，用来选择所述第一传递和所述第二传递中的一个传递；以及
一控制装置，用来将调节指令传送到所述第一和第二压力施加装置，将一开关指令传送到所述开关装置。
11.如权利要求10所述的速度控制系统，其特征在于，在两个所述输入和输出压力施加装置中，所述多级压缩装置包括一叠加加压端，所述加压端依次地接受由所述初级压缩装置和所述次级压缩装置所产生的位移量，以及一单独加压端，所述单独加压端接收由所述初级压缩装置和所述次级压缩装置所产生的非叠加的位移量之一，或者分别接收由所述初级和次级压缩装置产生的位移量的两个单独的加压端。
12.如权利要求11所述的速度控制系统，其特征在于，两个所述输入和输出压力施加装置同步或非同步地利用所述单独加压端调节一速度比和利用所述叠加加压端调节扭矩。
13.如权利要求7或8或10所述的速度控制系统，其特征在于，所述控制装置利用所述两个压力施加装置的调节而与转速成正比或反比地控制施加到所述输出皮带轮上的一摩擦力。
14.如权利要求10所述的速度控制系统，其特征在于，所述第一和第二输入压力施加装置和所述第一和第二输出压力施加装置分别共享于一单一的输入压力施加装置，一单一的输出压力施加装置。
15.如权利要求14所述的速度控制系统，其特征在于，所述开关装置是设置于两个所述输入和输出压力施加装置的一输入和一输出接合装置，这样在压力传送路径之一上进行压力施加，而在另一压力传送路径上进行压力消除。
16.如权利要求15所述的皮带轮压力控制系统，其特征在于，所述各压力施加装置调节所述接合装置的两个滑动件之间的一间隙宽度量，这样所述间隙宽度在所述接合装置脱开操作时藉由所述控制装置是恒定的。
17.如权利要求10所述的速度控制系统，其特征在于，在所述第一压力施加装置和所述第二压力施加装置中，所述第一传递和所述第二传递是由单一输入皮带轮、一单一输出皮带轮和一皮带环组成的一单一共享的传递。
18.用于一传递装置的一速度控制系统，所述传递装置包括一输入轴、一输出轴、包括安装在所述输入轴上的活动盘和固定盘的一可变节距输入皮带轮、包括安装在所述输出轴上的活动盘和固定盘的一可变节距输出皮带轮，以及绕过所述输入和输出皮带轮的皮带环，所述速度控制系统包括：
一输入侧压力施加装置，包括：
一输入侧多级压缩装置，具有接收来自初级压缩装置和次级压缩装置的压力的多个加压端；
一压力传送路径，其中，所述加压端之一响应于一所施加的指令对一接合装置加压；以及
一弹力传送路径，与压力平行设置，其中另一个加压端响应于一所施加的指令对一弹性装置依次地加压；
一输出侧压力施加装置，包括：
一输出侧多级压缩装置，具有接收来自初级压缩装置和次级压缩装置的压力的诸加压端；
一压力传送路径，其中，所述加压端之一响应于一所施加的指令对一接合装置加压；
与压力平行设置的一弹力传送路径，其中另一个加压端响应于一所施加的指令对一弹性装置依次地加压；
传递模式选择装置，用于在正向模式传递和反向模式传递之间交替地转换，其中，响应于由四个驱动源发出的各个指令，在正向模式传递时，所述输入侧压力施加装置起到基准皮带轮功能而所述输出侧压力施加装置起到随动皮带轮功能，在反向模式传递时，所述输入侧压力施加装置起到随动皮带轮功能而所述输出侧压力施加装置起到基准皮带轮功能；
一控制装置，用于将转速/扭矩调节指令传送到各所述压力施加装置，将向前/反向模式操作转换指令传送到所述操作模式选择装置；以及
所述控制装置以任意速度比在所述向前模式传递和所述反向模式传递之间执行转换操作。
19.如权利要求18所述的速度控制系统，其特征在于，当所述皮带是压式时，两个所述压力施加装置在较大的速度比范围内进行正向模式操作，而在较小速度比范围内进行反向模式操作，或当所述皮带是拉式时，两个所述压力施加装置在较大速度比范围内进行反向模式操作，在较小速度比范围内进行正向模式操作。
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