CN203703039U - 推杆式无极变速器 - Google Patents

Abstract

推杆式无极变速器是通过电液推杆控制变速箱内的变速滑套左右移动带动主被动轴上的两组阴阳轮组中的阳轮组左右移动动使主被动轴上的阴阳轮组之间的交叉传动半径发生相应的变化来实现变速的。由于主被动轴上的两组阴阳轮共同组成的阴阳交错的锥体结构，给传动带提供了一个很好的传动载体。在变速时传动带既受到本身径向拉力的同时又受到阴阳轮组相互交错的锥体表面的相互挤压在传动带上形成了相互交错的正交力矩使传动带获得了很大的传动阻力矩。阻力矩越大、传动效率越高。

Description

推杆式无极变速器

技术领域

本实用新型属于汽车变速器制造技术领域，特别是一种无极变速器的改进。 

背景技术

汽车工业是一个国家基础工业发展水平的主要标志，经过30多年来的改革开放、吸收引进、我们国家的汽车工业得到了突飞猛进的发展。特别是轿车行业的发展就更为迅速，有人说：“汽车技术就是发动机和变速器器的技术”虽然这句话说的不一定很全面，但从一个侧面说明了变速器技术在汽车工业发展中是多么的重要。随着无级变速技术的进一步成熟和推广，特别是轿车产业将迎来更为广阔的发展前景。无极变速器的发展经历了一下过程并具有以下特点： 

1.1CVT技术的发展，已经有了一百多年的历史。德国奔驰公司是在汽车上采用CVT技术的鼻祖，早在1886年就将V型橡胶带式CVT安装在该公司生产的汽油机汽车上。 

进入20世纪90年代，汽车界对CVT技术的研究开发日益重视，特别是在微型车中，CVT被认为是关键技术。全球科技的迅猛发展，使得新的电子技术与自动控制技术不断被采用到CVT中。 

1997年上半年，日本日产公司开发了使用在2.0L汽车上的CVT。在此基础上，日产公司在1998年开发了一种为中型轿车设计的包含一个手动换档模式的CVT。新型CVT采用一个最新研制的高强度宽钢 带和一个高液压控制系统。通过采用这些先进的技术来获得较大的转矩能力，日产公司研究开发CVT的电子控制技术，传动比的改变实行全档位电子控制，汽车在下坡时可以一直根据车速控制发动机制动，而且在湿滑路面上能够平顺地增加速比来防止打滑。日产公司计划将它的CVT的应用范围从1.0L扩大到3.0L的轿车。 

1.2CVT技术的优点 

1、经济性 

CVT可以在相当宽的范围内实现无级变速，从而获得传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性。德国的大众公司在自己的Golf VR6轿车上分别安装了4-AT和CVT进行ECE市区循环和ECE郊区循环测试，证明CVT能够有效节约燃油。 

2、动力性 

汽车的后备功率决定了汽车的爬坡能力和加速能力。汽车的后备功率愈大，汽车的动力性愈好。由于CVT的无级变速特性，能够获得后备功率最大的传动比，所以CVT的动力性能明显优于机械变速器(MT)和自动变速器(AT)。 

3、排放 

CVT的速比工作范围宽，能够使发动机以最佳工况工作，从而改善了燃烧过程，降低了废气的排放量。ZF公司将自己生产的CVT装车进行测试，其废气排放量比安装4-AT的汽车减少了大约10%。 

4、成本 

CVT系统结构简单，零部件数目比AT(约500个)少(约300个)，一旦汽车制造商开始大规模生产，CVT的成本将会比AT小。由于采用该系统可以节约燃油，随着大规模生产以及系统、材料的革新，CVT零部件(如传动带或传动链、主动轮、从动轮和液压泵)的生产成本，将降低20%-30%。 

勿庸置疑，CVT变速器的技术含量和制造难度都要比MT变速器高，与AT变速器相仿，由于金属带式CVT的结构简单，所含的零件数量比AT变速器少40%左右，整车的质量因而也有所减轻。 

5、驾驶平顺性 

由于CVT的转速比变化是连续不断的，所以汽车的加速或减速过程非常平缓，而且驾驶非常简单、安全。从而使用户获得全方位的“行驶乐趣”。 

1.3CVT技术目前存在的缺点 

1、相比传统自动挡变速箱而言，CVT变速箱制造成本要略高，可靠性不理想；并且，如果操作不当的话，出问题的概率更高。目前无论国内还是海外，CVT变速箱很多情况下还无法维修只能整体更换，这就直接导致了其维修成本的居高不下。 

2、CVT变速箱本身还有它固有的缺点，就是传动的钢制皮带能够承受的力量有限。一般而言超过3.0L排量或者300Nm以上的动力是它的上限，不过随着技术的不断发展，已经打破了这个上限，但是由于构造原理和机械磨损的不可逆性，钢制皮带的使用寿命始终无法 完美的解决，尤其是在用户喜欢暴力驾驶的情况下，可靠性得不到充分的保证。 

3、尽量合理使用油门，避免刚提起速度就重踩刹车（这样会直接烧毁CVT钢带）同样由于CVT变速箱出现故障导致车辆返修的情况实际上并不仅限于日产无极变速车型。根据相关调查，在早先的时候，广汽本田、飞度以及奥迪部分车型均出现过CVT变速箱故障。至此，能够多少总结出CVT变速箱在日常使用中对于扭矩方面会显得更为敏感。 

总的感觉，CVT比较适合城市环境下使用，多数城市道路限速不会超过90，而且城市路况拥堵比较多，车速更是缓慢，也正因为是无级变速，不会出现换挡的顿挫感，舒适性和经济性比较好。这种情况下CVT几乎是没什么缺点的。但从目前轿车行业最流行的几款无级变速的应用情况来看都采用了两对大角度的锥形变速轮盘，为了获得更大的传动力矩均采用了油压缸或气缸推动在主动轮组和被动轮组中的其中一个锥轮盘移动来改变主动轮与被动轮之间的传动比，但问题是传动带是靠巨大的油压、或气压对传动带的挤压所产生的摩擦力来换取传动带的传动力矩，由于调速轮盘光滑的大角度锥面结构仅靠增大压力来产生摩擦力既增加了功耗其效率又很低，同时又给传动带的质量和使用寿命提出了更高的要求。 

发明内容

本实用新型目的是设计一种推杆式无极变速器，以克服现有无级变变速器存在的缺陷。 

推杆式无极变速器，其输入花键轴的输入端与发动机离合器的内齿圈啮合，输入花键轴的另一端通过锥型轴承安装在变速箱中作为变速器的主动轴，主动轴上制有用以阳轮左右滑动的键槽和与轴结合为一体的阴轮，阳轮的延伸端为圆柱体并且其内制有与花键轴配合的内花键，阳轮的延伸端上安装阳轮组滑块的固定件，并通过所述固定件将阳轮及配对的角接触型滚珠轴承固定在滑套的固定支撑架上，所述固定件是将阳轮及轴承固定在可以滑动的花键套上起到滑动拨叉作用；变速滑套组件前后共有两块，左右通过两块轴承支撑架和滑套支撑件固定连接在一起，其中前后滑套板上各有上下两条滑槽安装在变速箱箱体前后的轨道上；电液推杆的推杆穿过推杆固定座与上下两根连杆通过竖杆连接，其中上端连杆穿过箱体与推杆滑套板固定，下端连杆穿过倒挡空心轴与滑套板固定连接，电液推杆通过连杆带动滑套组件及滑套组件上的输入轴和中间轴上的阳轮组件左右滑动来实现变速；中间轴是花键轴，通过左右两个轴承的支撑安装在箱体上，其末端安装带有齿圈的平齿带轮与上端倒挡轴上的平齿带轮一起通过传动带将同方向的动力传递到倒挡轴上的倒挡齿轮上，两只带轮是通过花键固定在相应的传动轴上；倒挡齿轮和齿圈倒挡齿轮具有相同齿数和模数，传动比为1:1，齿轮通过花键固定在倒挡轴上；齿圈倒挡齿轮的一端有齿圈并且中间安装有一组深沟球轴承，深沟球轴承组安装在输出轴上的固定位置，另一端紧靠深沟球轴承的端面上安装有环形卡簧确保齿轮在输出轴上的位置不发生位移；输出轴的右端通过轴承与万向轴连接至差速器输出扭矩，输出轴的左端面安装有滚针轴承 并嵌入中间轴的末端轴孔中确保中间轴与输出轴配合连接在一条线上；输出轴的花键槽上装配有具有径向间隙的内齿套，内齿套外端面安装有可以左右滑动的内齿滑套。 

本实用新型中的阴阳轮结构替代了传统CVT变速器上的大角度光锥面调速轮盘结构，使其从根本上改变了传统CVT变速器中传动力矩的形成方式。由于阴阳轮之间的错齿结构在调速机构受力滑动过程中传动带的张力在调速轮盘的径向形成了正交并相互交替的力，使传动带获得更高的传动效率。另外在原设计的基础上增加了变速滑套。其目的是将来自传动带的传动张力对变速阴阳轮的锥面形成的正压力在主被动轴上衍生的一对大小相等方向相反的轴向力矩在变速滑套内使其禁锢，最终共同作用在箱体上并相互抵消。再通过对新增加的电液推杆的控制带动滑套的前后移动来实现自动变速。本设计还增加了变速器的倒挡装置及前进档、空挡、倒挡的转换装置。在倒挡装置中采用了双推滚珠拨叉代替了传统换挡机构中的固定拨叉，这样即降低了变速系统的噪音又使手动换挡装置变得更为简单。另外在后驱小轿车中也可以采用两块变速器（取消图中倒挡装置部分并重置）对装，实现每块变速器对应驱动一个后轮，并采用油压双推杆在实现调速的同时完成差速的任务。 

推杆式无极变速器是通过电液推杆控制变速箱内的变速滑套左右移动带动主被动轴上的两组阴阳轮组中的阳轮组左右移动动使主被动轴上的阴阳轮组之间的交叉传动半径发生相应的变化来实现变速的。由于主被动轴上的两组阴阳轮共同组成的阴阳交错的锥体结 构，给传动带提供了一个很好的传动载体。在变速时传动带既受到本身径向拉力的同时又受到阴阳轮组相互交错的锥体表面的相互挤压在传动带上形成了相互交错的正交力矩使传动带获得了很大的传动阻力矩。阻力矩越大、传动效率越高，由于在变速箱中采用了阴阳轮的阴阳交错的错齿结构替代了传统CVT变速器上的大角度光锥面调速轮盘结构，使其从根本上改变了传统CVT变速器中传动力矩的形成方式，使传动带获得了更高的传动效率。本设计在变速箱的倒挡装置及前进档、空挡、倒挡的转换装置中用双推滚珠拨叉代替了传统变速箱中的换挡机构的固定拨叉，这样即降低了变速系统的噪音又使手动换挡装置变得更为简单。 

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。 

图2为本实用新型中手动换挡滑动套组件。 

图号说明：1、输入花键轴 2、阳轮组滑块固定件 3、阳轮 4、阴轮 5、轴承 6、轨道 7、中间轴 8、变速传动带 9、变速滑套组件 10、箱体 11、内齿套 12、间隙。A、电液推杆 B、推杆固定座 C、连杆 D、滑套支撑骨架 E、动力输出轴 F、齿圈倒挡齿轮 G、档位滑动套H、档位操纵杆 I、换挡滑套推杆 J、内齿滑套 K齿圈带轮 L、倒挡传动带 M、倒挡传动轴 N、倒挡齿轮。 

具体实施方式

如图1-2所示，本实用新型输入花键轴1的输入端与发动机离合 器的内齿圈捏合用来传递发动机动力。输入花键轴1的另一端通过锥型轴承5安装在变速箱中作为变速器的主动轴，其轴上制有用以阳轮3左右滑动的键槽和与轴制造在一起的阴轮4。阳轮3的延伸端为圆柱体并且内制有与花键轴1配合的内花键，其上安装阳轮组滑块的固定件2，并通过固定件2将阳轮3及配对的角接触型滚珠轴承固定在滑套9的固定支撑架上，固定件2是用3个螺钉将阳轮3及轴承固定在可以滑动的花键套上，这样通过滑套支撑件组合在一起的调速滑块组件就可以起到滑动拨叉作用。变速滑套组件9前后共有两块，左右通过两块轴承支撑架和滑套支撑件固定连接在一起，其中前后滑套板上各有上下两条滑槽安装在变速箱箱体10前后的轨道6上。电液推杆A的推杆穿过推杆固定座B与上下两根连杆通过竖杆连接，其中上端连杆穿过箱体10与推杆滑套板D固定，下端连杆穿过倒挡空心轴M与滑套板固定连接。电液推杆A通过连杆C带动滑套组件9及滑套组件上的输入轴1和中间轴7上的阳轮组件左右滑动来实现变速。中间轴7是花键轴，通过左右两个轴承的支撑安装在箱体上，其末端安装带有齿圈的平齿带轮K与上端倒挡轴M上的平齿带轮一起通过传动带L将同方向的动力传递到倒挡轴M上的倒挡齿轮N上。两只带轮是通过花键固定在相应的传动轴上。倒挡齿轮N和齿圈倒挡齿轮F具有相同齿数和模数，传动比为1:1，齿轮N通过花键固定在倒挡轴M上。齿圈倒挡齿轮F的一端有齿圈中间安装有一组深沟球轴承，深沟球轴承组安装在输出轴E上的固定位置（见图2），另一端紧靠深沟球轴承的端面上安装有环形卡簧确保齿轮F在输出轴 上的位置不发生位移，当齿轮F端面的齿圈与内齿滑套I未捏合的时候齿轮F在轴承组的支撑下空载转动。E为输出轴，轴的右端通过轴承与万向轴连接至差速器输出扭矩。轴的左端面安装有滚针轴承并嵌入中间轴7的末端轴孔中，确保中间轴7与输出轴E配合连接在一条线上。输出轴E的花键槽上装配有一定径向间隙的内齿套，内齿套外端面安装有可以左右滑动的内齿滑套J，用于将来自内齿滑套两端齿圈的功率流选择性的传递给内齿套并经内齿套的花键传递给输出轴E。箱体10是由前后两部分构成，用于对变速箱内的所有轴通过轴承提供支撑，下端有密封的用于储存润滑油的油底，前后箱体上有4条轨道用于支撑调速滑套左右滑动。 

无级变速器工作原理: 

变速器部分是由编号1到10的工件组成（见图1）发动机经过离合器将动力传递给主动轴1上的阴阳轮共同组成的主动轮组，在经传动带8将功率流传输到中间轴7上的阴阳轮共同组成的被动轮组。由于阴阳轮共同组成的阴阳交错的锥体结构，给传动带提供了一个很好的传动载体。变速器工作时传动带受到阴阳交错的锥体表面相互挤压产生了传动带本身径向拉力的同时传动带在与阴阳轮组结合的接触面上形成了相互交错的正交力矩使传动带而获得了很大的传动阻力矩。阻力越大、传动效率越高。在电液推杆的作用下，当变速滑套9受力向右滑动时，滑套上的轴承支撑支架推动轴承带动阳轮3、在主动轴1上共同向右滑动，向右滑动的结果是：主动轴1上的阳轮3和阴轮4之间的距离变小，即主动轮组的传动带传动半径变大；同 时中间轴7上的被动阴阳轮组的交叉传动半径变小，从而使被动轴的转速提高。 

当变速滑套9向左滑动时，1轴上主动轮组的阴阳轮的交叉传动半径变小，被动轮组的阴阳轮交叉传动半径变大，使被动轴转速降低。 

倒挡工作过程： 

倒挡是由齿圈带轮K、传动带L、倒挡轴M、倒挡齿轮N、及齿圈倒挡齿轮F、及滑套构件等组成。齿圈带轮K是一个带齿圈的平齿带轮，安装在中间轴7、的末端，用键固定在轴7上。齿圈倒挡齿轮F位置是由齿轮内位置固定的一组对装轴承固定在E轴上，空挡时齿圈带轮K随着中间轴7的转动而转动，输入功率流经传动带L及倒挡传动轴M传达到倒挡齿轮N，再与齿圈倒挡齿轮F齿合使其反向转动，这时由于倒挡齿轮F的齿圈与滑套相互脱离，齿轮F在内部的轴承组支撑下空载倒转不传递动力。当换挡手柄向右（后）搬动到一定位置时，换挡装置通过推动档位滑动套带动内齿滑套J、向右移动与齿圈倒挡齿轮F捏合，将来自中间轴7、的动力经过传动带L、将同向的功率流经倒挡传动轴M、传递给倒挡齿轮N、再与齿圈倒挡齿轮F的齿合将正向的扭矩变为与输入轴相反方向的扭矩传到内齿滑套再经内齿套传达到输出轴E，完成倒挡功能。 

换挡装置、及前进挡工作过程： 

由于换挡机构的连接件I的下端为固定支点（外壳体上），当换挡手柄H、向前推动一固定位置后并将手柄向外侧推动使手柄自锁，为了是换挡容易，滑动套轴向端面的齿及两端需要捏合的齿圈均为倒 角齿并且输出轴与内齿套之间加工有一定的径向间隙。这时的内齿滑套J的径向外的换挡滑套G、在换挡推杆的作用下推动换挡滑套G及镶嵌在滑套内的一组推力角接触轴承组件一并向左移动并带动内齿滑套J与带齿圈的带轮K、捏合，这时换挡滑套G和内齿套J将获得由中间轴7传递的正向功率流并经内齿套传递给输出轴E。这时输出轴上的齿圈倒挡齿轮F、在内部轴承的支撑下倒转但不传递动力。 

调速机构实现自动调速的条件及要求： 

调速结构是由小型电动或电液推杆A、带动上下两根连杆C、左右移动来控制变速箱中的滑套机构整体位移，安装在滑套内两轴上的上下两组阳轮一起发生位移从而使两轴上的调速阴阳带轮的交叉轴径发生变化来改变上下两轴的转速比。电动或电液推杆除了能够提供足够功率的双向推力外响应速度及噪音也是需要考虑的主要因素。另外它只是一个执行机构，要实现自动变速必须赋予执行机构一定的逻辑判断能力，这就需要借助单片机以及外设的传感器等来控制。如需要感知车速的速度传感器、感知路面情况的角度传感器、感知驾驶员踩油门后的行程传感器，单片机将通过这些传感器输入的信号进行逻辑判断如：判断出车辆行进在水平路面时就需要做出随油门行程的大小进行正比例的判断，从而让执行推杆随油门行程完成等比例加速或减速；当车辆行进在上坡路段并且坡度大于多少时需要做出随油门行程的大小进行的反比例操作来完成加油减速，从而使车辆行进在上坡路段时获得更大的扭矩。为了安全考虑还应加装手动与自动模式切换装置。 

变速器变速比估算： 

由于变速器的传动比与传动带的带型及变速器工作时刻的状态有很大的关系因此只能选择在极限情况下进行估算。 

为了便于分析设变速轮盘的直径为19cm、传动带选用截面近似直径为2.5cm的园截面（不考虑传动带工作过程中不变形）。传动轴轴径为4.4cm。主动轴的最小半径就为 

4.4CM/2=2.2cm。 

主动轮上传动带的最小传动半径为 

2.2+1.25=3.45cm 

从动轮的最大传动半径就为 

9.5CM-2.5cm／2=8.25cm的传动半径。 

根据以上给定的条件及变速器的变速比计算公式可知： 

变速器的变速比=从动轮传动半径/主动轮传动半径。 

因此变速器的最大的减速比为8.25/3.45=2.4 

当变速器滑套右移到最大值时变速器可以获得最大的传动增速 

比。这时主动轴上的阴阳轮锥面上传动带的最大传动半径为： 

9.5CM-2.5cm／2=8.25cm的传动半径。 

被动轴上的阴阳轮锥面上传动带的最小传动半径为： 

2.2+1.25=3.45cm 

变速器获得的最大的增速比为：8.25/3.45=2.4 

因此变速箱的系统传动比为2.4*2.4=5.76。 

Claims (3)

1.推杆式无极变速器，其特征是输入花键轴（1）的输入端与发动机离合器的内齿圈啮合，输入花键轴（1）的另一端通过锥型轴承（5）安装在变速箱中作为变速器的主动轴，主动轴上制有用以阳轮（3）左右滑动的键槽和与轴结合为一体的阴轮（4），阳轮（3）的延伸端为圆柱体并且其内制有与花键轴（1）配合的内花键，阳轮（3）的延伸端上安装阳轮组滑块的固定件（2），并通过所述固定件（2）将阳轮（3）及配对的角接触型滚珠轴承固定在滑套（9）的固定支撑架上，所述固定件（2）是将阳轮（3）及轴承固定在可以滑动的花键套上起到滑动拨叉作用；变速滑套组件（9）前后共有两块，左右通过两块轴承支撑架和滑套支撑件固定连接在一起，其中前后滑套板上各有上下两条滑槽安装在变速箱箱体（10）前后的轨道（6）上；电液推杆（A）的推杆穿过推杆固定座（B）与上下两根连杆通过竖杆连接，其中上端连杆穿过箱体（10）与推杆滑套板（D）固定，下端连杆穿过倒挡空心轴（M）与滑套板固定连接，电液推杆（A）通过连杆（C）带动滑套组件（9）及滑套组件上的输入轴（1）和中间轴（7）上的阳轮组件左右滑动来实现变速；中间轴（7）是花键轴，通过左右两个轴承的支撑安装在箱体上，其末端安装带有齿圈的平齿带轮（K）与上端倒挡轴（M）上的平齿带轮一起通过传动带（L）将同方向的动力传递到倒挡轴（M）上的倒挡齿轮（N）上，两只带轮是通过花键固定在相应的传动轴上；倒挡齿轮（N）和齿圈倒挡齿轮（F）具有相同齿数和模数，传动比为1:1，齿轮（N）通过花键固定 在倒挡轴（M）上；齿圈倒挡齿轮（F）的一端有齿圈并且中间安装有一组深沟球轴承，深沟球轴承组安装在输出轴（E）上的固定位置，另一端紧靠深沟球轴承的端面上安装有环形卡簧确保齿轮（F）在输出轴上的位置不发生位移；输出轴（E）的右端通过轴承与万向轴连接至差速器输出扭矩，输出轴（E）的左端面安装有滚针轴承并嵌入中间轴（7）的末端轴孔中确保中间轴（7）与输出轴（E）配合连接在一条线上；输出轴（E）的花键槽上装配有具有径向间隙的内齿套，内齿套外端面安装有可以左右滑动的内齿滑套（J）。 

2.根据权利要求1所述的推杆式无极变速器，其特征是箱体（10）是由前后两部分构成，下端有密封的并用于储存润滑油的箱底，前后箱体上有用于支撑调速滑套左右滑动的4条轨道。 

3.根据权利要求1或2所述的推杆式无极变速器，其特征是还加装有手动与自动模式切换装置。