CN201461881U

CN201461881U - 长锥轮无级变速装置

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Publication number: CN201461881U
Application number: CN2009200764096U
Authority: CN
Inventors: 叶大卫; 叶廉华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2019-06-16

Abstract

本实用新型属于机械传动领域，特别是涉及一种机械式无级变速装置。长锥轮无级变速装置，其特征是：动力输入轴(1)和输出轴(2)为一对大小端相对配置的长锥轮；其中一轴为定轴，其轴端轴承(8)与机箱固定，另一轴为可变轴，其轴端轴承(8)受外加控制力约束，两轴轴线之夹角可变；环绕输入轴(1)和输出轴(2)配置一根环形的传动带(3)。所述传动带(3)为平面带或高弹性钢环带。本实用新型具有部件少，结构精简；实现成本低，易加工，易维护保养，适用范围广，变速平滑，操控单一，机件磨损小，动力损耗低，传动效率高，机械的冲击小，受力状况优于现有无级调速装置等优点。

Description

长锥轮无级变速装置

(一)技术领域

本实用新型属于机械传动领域，特别是涉及一种机械式无级变速装置。

(二)背景技术

在机械传动领域，特别是汽车领域，变速始终和传动共生共存。

通过离合器和排档切换，以不同的齿轮比来达到不同的速度输出是最基本的变速。但这种变速是跳跃式的，其过程能明显地感受到速度的突变，且有瞬时的动力中断，很容易造成打齿和机械的冲击。

通过液力变矩器，动力输入与输出构件间无刚性联接，虽能较好消除冲击和振动，且在一定范围内可实现自动变速，起动和过载保护性能良好；但此技术液力传动的效率较低，影响整车的动力性能与经济性；且零部件数量多，结构复杂，维护和保养不便。

汽车领域目前广泛采用的无级变速装置CVT(Continuously VariableTransmission)，作为世界汽车工业十大划时代技术之一，七十年代由荷兰工程师Van Doorne博士所发明。典型样式由一对可变径V型摩擦轮和金属传动带所组成：(如图3至图8所示)传动带为一V型带，一对可变径V型摩擦轮则由定片和动片组成；其定片分别与输入轴和输出轴固定，对应动片在随轴转动时，可按控制要求沿轴向对定片夹紧或放松，以调节摩擦轮与带的作用半径，从而改变传动比，来达到无级变速之目的。CVT具有零件少、体积小、重量轻、有较高的传动效率等优点。

但分析此装置的受力情况，可发现所有动力传递均由V型摩擦轮夹持传动带的两侧来完成。夹持力的控制是关键：如施力过大则会消耗部分动力，也加速金属带和摩擦轮的磨损，夹持力过小则易打滑；尤其变速时须同步对两轮进行收放，控制要求极高，极易使车辆发生滞涩、失速和突然变速之现象。另外，如果V型摩擦轮的张角过大，则调速不明显，张角如过小，则对控制要求更高，且动力损耗和机件磨损更大。综上所述，均加大了该装置的技术要求和实现成本。

为此，市场希望有不断改进、有更加理想的结构问世，希望能实现同样的无级变速之目的，但能使技术要求和实现成本大大降低。

(三)发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单，变速容易，传递可靠，动力损耗和机件磨损小的机械式无级变速装置。

技术方案

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：

长锥轮无级变速装置，其特征是：动力输入轴和输出轴为一对大小端相对配置的长锥轮；其中一轴为定轴，其轴端轴承与机箱固定，另一轴为可变轴，其轴端轴承受外加控制力约束，两轴轴线之夹角可变；环绕输入轴和输出轴配置一根环形的传动带。

所述可变轴之轴一端或轴两端配置预紧弹簧。

所述传动带为平面带，平面带上可设置一张力轮，配张力弹簧。

所述传动带也可为高弹性钢环带而无须再设置张力轮和张力弹簧。

所述输入轴和输出轴轴端配置相宜的轴端轴承和万向节联轴器。

长锥轮无级变速装置作为机械无级变速技术之一，通常采用导轮等方式对两平行且相对布置的长锥轮间的中间摩擦件进行操控，所述摩擦件一般采用摩擦轮或摩擦带，使其能沿轴向移动来实现无级变速。(如图1、2和9所示)

以采用传动带调速为例(如图9)。当机械启动时，传动带由导轮限定于输入轴的小端和输出轴的大端之间，此时传动比大于1，呈减速状态，随着驱动扭矩的变化或要求，控制系统可控制导轮沿导杆向右或左右移动，从而引导传动带的移动，且逐渐改变传动比，直至小于1，呈增速状态。整个调速过程无级而平滑，特别是在控制系统的主导下，可使机械始终处于最佳的经济运行状态。

本实用新型注意到：对于任何采用导轮等操控传动带来进行调速的长锥轮无级变速装置而言，在运行中，如果传动带不受导轮等所限制时，其有“趋中”之倾向，即传动带趋向于低张力端，倾向于传动比为1的位置。换言之，有自动“复位”之功能。原理：当两锥轮轴处于平行时，传动带的两侧边在正视图上的投影线虽是等长的，但其实际环绕周长是略有差异的。即：当两圆圆心距不变、两圆半径之和为定值时，其半径之差愈小，则环周线愈短。推导从略。因此在变速操控时，采用导轮是一种方式。如果在维持传动带张力的同时，对输入轴与输出轴的夹角略作些微变化，可视为对传动带两侧边的张力略作些微变化，也将能改变传动带的“复位”位置，以达到变速之目的，而无须导轮了。

实际使用中，如果以高弹性钢环带来替代寻常传动带。轴间加压装置为预紧弹簧，使钢环带对输入输出锥轮维持必须的法向压紧力。同样，对输入轴与输出轴的夹角略作些微变化，也将能改变钢环传动带的“复位”位置，以达到变速之目的，且无须张力轮了。

实际应用时，更可将输入轴固定，仅对输出轴进行操控就行了，输出端轴线之角偏移可采用连接万向节或挠性联轴器来解决。

有益效果

本实用新型的优越性和有益效果表现于：①部件少，结构更精简。②对材料要求和设计要求不苛刻。因此实现成本低，易加工，易维护保养。③适用范围广，从简单的人力车到高级机车，或相应机械领域，均可采用。④操控单一。仅是对两轴的夹角进行操控，即可实现理想的传动比。⑤机件磨损小，动力损耗低，传动效率高。⑥受力状况优于现有无级调速，传动比范围可超出现有无级调速装置。⑦变速平滑，在运行时，更因操控单一，张力均匀，不会使机械发生滞涩、失速和突然变速之现象。⑧减小对机械的冲击。

(四)附图说明

图1为长锥轮无级变速调速原理示意图，为采用移动摩擦轮方式调速；

图2为长锥轮无级变速调速原理示意图，为采用移动摩擦带方式，也即导轮调速方式；

图3、4为目前汽车领域广泛采用的V型轮无级变速示意图的正视图和侧视图；

图5、6为图3、4的增速/减速状态的示意图，箭头所示为调速时动片的运动方向；

图7、8为图3、4的减速/增速状态的示意图，箭头所示为调速时动片的运动方向；

图9、10为采用导轮调控摩擦带的长锥轮无级变速结构示意图的正视图和侧视图，且由张力轮维持传动带的张力；

图11、12为本实用新型长锥轮无级变速装置的一种实施方式，输出轴的两端配有预紧弹簧，且由万向节联轴器向外输出动力，采用平面带作为传动带，由张力轮予以张紧的结构示意图，显示其正视图和侧视图；

图13、14为与图11、12相似的另一种实施方式，其中采用弹性钢环带作为传动带，无需张力轮的结构示意图，显示其正视图和侧视图。

图中：1-输入轴，2-输出轴，3-传动带，4-导轮，5-导杆，6-张力轮，7-张力弹簧，8-轴端轴承，9-预紧弹簧，10-万向节联轴器。

(五)具体实施方式

实施例：在机动车上的应用

以下结合附图进一步详细说明本实用新型的结构。

长锥轮无级变速装置，动力输入轴1和输出轴2为一对大小端相对配置的长锥轮；其中一轴为定轴，其轴端轴承8与机箱固定，另一轴为可变轴，其轴端轴承8受外加控制力约束，两轴轴线之夹角可变；环绕输入轴1和输出轴2配置一根环形的传动带3。

所述传动带3为平面带，平面带上可设置一张力轮6，配张力弹簧7。

所述传动带3也可为高弹性钢环带而无须再设置张力轮6和张力弹簧7。

所述锥轮1、2轴端配置相宜的轴端轴承8和万向节联轴器10。

遵循：在维持传动带张力的同时，对输入轴与输出轴的夹角略作些微变化，也将能改变传动带的“复位”位置，以达到变速之目的。

如图11至图14所示，设定输入轴1为固定轴，输出轴2为可变轴。其中，输入轴1的两端轴承座与机箱固定，输出轴2的两端使用关节轴承，轴承外圈座被限定于机箱两侧的轨槽中，受控时允许其上下移动，而未加控制时则由上下预紧弹簧所承托，既要满足传动带对输入输出锥轮维持必须的法向压紧力，且与动力输入、负载及传动带张力，包括采用张力轮的平面带张力或钢环带形变弹力等合力平衡；输出轴2(含输入轴1)的一端采用推力轴承以阻止传动时由轴向分力所引致的轴向位移，另一端则采用自由轴承以解决因轴线变动而引起的窜轴现象。

输出端轴线之角偏移则采用连接万向节联轴器10来解决。

同时将本装置启动时即呈、或未作控制时能自动恢复为大传动比减速状态作为其缺省状态。

当车辆启动时，本装置以大扭矩大传动比，即减速状态输出，随着驱动扭矩的变化或驾驶要求，控制系统可对输出轴的两端或一端施加控制力，以改变输入输出轴的夹角，从而引导传动带3趋向于合适的传动比位置；而传动带3张力或对锥轮的压紧力之可能的改变则由轴端预紧弹簧9和张力轮6(采用普通平面带方案)或高弹性钢环带(采用钢环带方案)自动予以补偿。

由于本装置的输出轴2呈动平衡状态，即传动与变速的过程必须满足各作用力的平衡，其客观上也减小了对机械的冲击。

Claims

1.长锥轮无级变速装置，其特征是：动力输入轴(1)和输出轴(2)为一对大小端相对配置的长锥轮；其中一轴为定轴，其轴端轴承(8)与机箱固定，另一轴为可变轴，其轴端轴承(8)受外加控制力约束，两轴轴线之夹角可变；环绕输入轴(1)和输出轴(2)配置一根环形的传动带(3)。

2.根据权利要求1所述的长锥轮无级变速装置，其特征是：所述可变轴之轴一端或轴两端配置预紧弹簧(9)。

3.根据权利要求1所述的长锥轮无级变速装置，其特征是：所述传动带(3)为平面带。

4.根据权利要求3所述的长锥轮无级变速装置，其特征是：所述平面带上设置一张力轮(6)。

5.根据权利要求1所述的长锥轮无级变速装置，其特征是：所述传动带(3)为高弹性钢环带。

6.根据权利要求1所述的长锥轮无级变速装置，其特征是：所述输入轴(1)和输出轴(2)轴端配置相宜的轴端轴承(8)和万向节联轴器(10)。