自动加压无偏斜金属带式汽车无级变速器

摘要

本发明涉及汽车无级变速器，主动轮组和从动轮组均由可动轮和固定轮组成，在主动轴和从动轴上分别套有滚珠螺旋，滚珠螺旋位于可动轮外侧，在滚珠螺旋和可动轮之间设有自动加压装置，步进电机通过齿轮传递与主动轴上的滚珠螺旋啮合，主动轴上的滚珠螺旋通过传动齿轮与从动轴上的滚珠螺旋啮合。主动轴上位于固定轮外侧设有轴向带偏纠正凸轮。本发明运转平稳、传动比范围大，易于平缓连续地变速，控制容易，对外部负载有良好的调节和适应性能，实现传动系与发动机工况的最佳匹配，从而在更大程度上节省能量，经济性好。同时金属带始终与传动轴垂直，从而可以进一步扩大传动比范围，并能提高传动效率，延长机器寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车所使用的无级变速器，尤其是涉及一种应用于汽车传动系统的金属带(链)无级变速传动装置。

背景技术

CVT(Continuously Variable Transmission)技术即无级变速技术，采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力。由于CVT可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性和动力性，改善操纵方便性和乘坐舒适性，同时也减少了废气排放，有利于环境保护，被认为是理想的汽车传动装置。

但是，目前市场上的金属带式无级变速器都是采用液压系统实现变速比和加压，变速及加压夹紧装置消耗能量大，整体效率不够理想，没有发挥其应有优势。与四档自动变速器(AT)相比，CVT系统能够将燃油经济性提高10％-15％，但仍然只是和手动档(MT)汽车油耗相当；其二，存在金属带偏斜问题，限制了传动比范围的扩大，而且，严重影响变速器传动效率和使用寿命。

对于上述变速及加压装置能量消耗大的问题，也有人提出一种机械弹簧加压取代耗能的液压加压调速系统的方案，但是弹簧加压装置的压紧力必须按最大负荷要求来确定，不能顾及运转时实际负荷的大小、变化，降低了传动效率和机器寿命。对于金属带偏斜问题，有技术方案提出改变锥盘曲线来解决带偏，该方案在理论上更好的解决了带偏。但是，金属传动带与锥盘的接触方式由线接触改变为点接触，削弱了钢带的承载和传动能力，而且曲母线锥盘和曲边摩擦片加工成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种经济性好、能根据传递扭矩的大小自动加压，并能自动调节带偏的汽车无级变速器，本无级变速器对外部负载有良好的调节和适应性能，实现传动系与发动机工况的最佳匹配，从而在更大程度上节省能量。

本发明的技术方案是这样实现的：自动加压无偏斜金属带式汽车无级变速器，包括主动轴、主动轮组、从动轴、从动轮组和金属传动带，主动轮组和从动轮组均由可动轮和固定轮组成，固定轮安装于对应的传动轴上，可动轮套于对应的传动轴上可在轴上滑动；主动轴和从动轴上的可动轮和固定轮交叉设置；可动轮与固定轮为锥面结构，可动轮与固定轮的锥面形成V型槽与金属传动带相接触，其特征在于：在主动轴和从动轴上分别套有滚珠螺旋，滚珠螺旋位于可动轮外侧，在滚珠螺旋和可动轮之间设有自动加压装置，步进电机通过齿轮传递与主动轴上的滚珠螺旋啮合，主动轴上的滚珠螺旋通过传动齿轮与从动轴上的滚珠螺旋啮合，主动轴和从动轴上的可动轮移动方向相同。

所述自动加压装置由钢球、挡环和设于对应轴上的径向加压凸轮组成，可动轮外端面具有轴向斜槽，在滚珠螺旋作用下，挡环将凸轮面上的钢球压紧使钢球始终位于轴向斜槽内。这样径向加压凸轮在随不同扭矩转动过程中，通过钢球将作用力传递到可动轮的轴向斜槽上，产生一个轴向分力，该力使可动轮对金属带加压并随扭矩变化。

径向加压凸轮在轴向不同位置具有不同的升角，即径向加压凸轮在轴向不同位置的截面轮廓曲线是不一样的，这样在不同传动比时，钢球在由传动比规定的位置处，传递相同扭矩所产生的径向加压凸轮对钢球的作用力大小不同，这就保证了在不同传动比时，锥盘对传动带的轴向夹紧力大小正好与所传递扭矩相适应。因为，不同传动比处，由于传动锥盘的工作半径不同，即使是传递相同的扭矩，其所需夹紧力大小也是不同的。

进一步地，所述径向加压凸轮在轴上呈螺旋结构，主动轴的固定轮外端面具有轴向凸轮结构，主动轴上位于固定轮外侧设有与所述轴向凸轮结构对应的轴向带偏纠正凸轮，该结构用来纠正传动比变化时金属带的偏斜。当主动轴上的可动轮沿轴向移动而改变传动比时，由于径向加压凸轮的螺旋结构，使得通过键套联接的主动轴可动轮和固定轮一起产生相对于主动轴的转动，这个相对转动使得主动轴固定轮外端的纠偏凸轮结构发生作用，使得主动轴固定轮的轴向位置发生小量变化，这样就实现了自动纠正传动带偏斜，纠偏凸轮曲线的设计要保证在不同传动比时，主动轴固定轮的轴向位置调整量恰好能保持金属带与传动轴垂直，实现在变速过程中传动带零偏斜量。所述径向加压凸轮轴上的螺旋结构沿轴向由两段旋向不同的部分组成，以实现当传动比从1：1处开始增大或减小时，主动轴固定轮都是沿轴向向左偏移。

在主动轴上设有可在轴上滑移的使可动轮和固定轮同步转动的套筒，可动轮和固定轮与套筒外壁键连接，由此避免主动轴上可动轮和固定轮产生相对转动。

在滚珠螺旋内设有对滚珠螺旋分力的分力弹簧，分力弹簧套于对应轴上，从而使可动轮对滚珠螺旋的反作用力一部分由分力弹簧承担。

在主动轴的可动轮和自动加压装置之间设有预压弹簧，该预压弹簧给金属带一个经常的预压力，使启动性能更好。

本发明设计了螺旋面凸轮自动加压装置，锥盘对金属带的夹紧力自动跟随传递扭矩大小和传动比大小的变化，避免了目前变速器所采用的液压系统效率低消耗能量大的缺点；也克服了弹簧加压系统夹紧力不可调整的不足。此外，还设计了另外一个轴向凸轮，用来纠正传动比变化时金属带的偏斜，使金属带始终保持与传动轴垂直，从而可以进一步扩大传动比范围，并能提高传动效率，延长机器寿命。而且，是采用简单的直母线锥盘和直边摩擦片，加工容易，接触强度好。

相比现有技术，本发明结构简单、可靠，运转平稳、传动比范围大，易于平缓连续地变速，控制容易，对外部负载有良好的调节和适应性能，实现传动系与发动机工况的最佳匹配，从而在更大程度上节省能量，经济性好。由于其应用于汽车等领域，生产批量大，所以，潜在经济、社会效益是相当可观的。而且，是效果显著的节能减排产品，符合经济、科技发展潮流，具有极大的推广应用前景和发展潜力。

本发明调速机构中产生的轴向力不用箱体承受，能在轴上构成封闭力系，故可减小箱体的复杂程度。

附图说明

图1-本发明结构示意图；

图2—凸轮加压机构图；

图3—图2侧视图；

图4—轴向带偏纠正凸轮机构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

参见图1，从图上可以看出，本发明汽车无级变速器，包括箱体1，在箱体1内设有主动轴2、主动轮组、从动轴3、从动轮组和金属传动带4，主动轴2和从动轴3通过轴承安装于箱体1上并在两端设有端盖。主动轮组和从动轮组均由可动轮5和固定轮6组成，其中，从动轴3上的固定轮6与从动轴3一体成型；主动轴2上的固定轮6是相对可动轮而言的，其本身并非固定不动，为了调节带偏，主动轴2上的固定轮6在带偏纠正机构的作用下可以沿轴向有小幅移动。主动轴2和从动轴3上的可动轮5套于对应的传动轴上可在轴上滑动。在主动轴2上设有可在轴上滑移的使可动轮5和固定轮6同步转动的套筒7，可动轮5和固定轮6与套筒7外壁键连接，由此避免可动轮和固定轮产生相对转动。主动轴2和从动轴3上的可动轮5和固定轮6交叉设置；可动轮5与固定轮6为锥面结构，可动轮5与固定轮6的锥面形成V型槽与金属传动带4相接触。在主动轴2和从动轴3上分别设有滚珠螺旋8，滚珠螺旋8位于可动轮5外侧，在滚珠螺旋8和可动轮5之间设有自动加压装置9。在箱体1外设有步进电机10，步进电机10通过齿轮传递(降速齿轮组)与主动轴2上的滚珠螺旋8啮合，主动轴2上的滚珠螺旋8通过传动齿轮与从动轴3上的滚珠螺旋8啮合，使主动轴2和从动轴3上的可动轮5做相同方向的移动，这样主动轮组和从动轮组的半径就形成一方增大，一方减小的情形，实现变速。

本发明采用凸轮自动加压装置，如图2、图3和图4所示：它由挡环11、钢球12和设于对应轴上的径向加压凸轮13组成。可动轮5外端面具有轴向斜槽14，斜槽14的轴向斜度按由传动比决定的钢球位置而变化。滚珠螺旋8通过角接触球轴承15将挡环11压紧，由挡环11将凸轮面上的钢球12压紧使钢球12始终位于轴向斜槽14内。径向加压凸轮13在轴向不同位置具有不同的升角，即径向加压凸轮在轴向不同位置的截面轮廓曲线是不一样的，这样在不同传动比时，钢球在由传动比规定的位置处，传递相同扭矩所产生的径向加压凸轮对钢球12的作用力大小不同。图4右边部分双点划线表示不同传动比时，钢球在加压凸轮上的位置轨迹。这种加压装置使传递动力的圆周分量首先通过斜槽产生径向加压力，然后通过挡环的支撑平面和可动轮上的斜槽而产生轴向压紧力。本发明在调速时轴向压紧力随传动比而变化，且与转矩成比例的无间隙转换的自动加压装置能使传动带一直张紧，减少钢带打滑。

上述带偏纠正机构是这样的：见图4，主动轴2的固定轮6外端面具有轴向凸轮结构16，主动轴2上位于固定轮6外侧设有与所述轴向凸轮结构对应的轴向带偏纠正凸轮17，两凸轮之间设有变滑动摩擦为滚动摩擦的滚动件18，以减小摩擦力，该结构用来纠正传动比变化时金属带的偏斜，两者的作用关系见图4左边部分。所述径向加压凸轮13在轴上呈螺旋结构，当主动轴上的可动轮沿轴向移动而改变传动比时，由于径向加压凸轮的螺旋结构，使得通过键套联接的主动轴可动轮和固定轮一起产生相对于主动轴的转动，这个相对转动使得主动轴固定轮外端的纠偏凸轮结构发生作用，使得主动轴固定轮的轴向位置发生小量变化，这样就实现了自动纠正传动带偏斜，纠偏凸轮曲线的设计要保证在不同传动比时，主动轴固定轮的轴向位置调整量恰好能保持金属带与传动轴垂直，实现在变速过程中传动带零偏斜量。所述径向加压凸轮在轴上呈螺旋结构，螺旋沿轴向由两段旋向不同的部分组成，以实现当传动比从1：1处开始增大或减小时，主动轴固定轮都是沿轴向向左偏移。

在滚珠螺旋8内设有对滚珠螺旋分力的分力弹簧19，分力弹簧19套于对应轴上，从而使可动轮对滚珠螺旋的反作用力一部分由分力弹簧承担。

在主动轴2的可动轮5和自动加压装置9之间设有预压弹簧20，该预压弹簧使可动轮给金属带一个经常的预压力，使启动性能更好。

本发明调速机构由滚珠螺旋传动副和步进电机以及齿轮降速组组成，通过步进电机可以使可动轮左右移动来实现无级调速，其工作原理为：

通过脉冲使步进电机10转动，再经过齿轮降速组，带动滚珠螺旋8移动，推动角接触球轴承15移动使锥面可动轮5移动；在从动轴3方面，当滚珠螺旋8转动时，由于齿轮的作用，将会使另一个滚珠螺旋产生与前一滚珠螺旋相同方向的移动，从而会带动两锥面可动轮做相同方向的移动，半径分别增大和减小，即可达到改变传动比的目的。

加压凸轮和带偏纠正凸轮结构也可设置在从动轴上或同时设置在主动轴及从动轴上。

带偏纠正凸轮结构和自动加压凸轮结构也可以分别独立采用而单独设置在主动轴或从动轴上，或同时设置在主动轴及从动轴上，起到只纠正带偏的作用，或只实现自动加压的作用。