CN102937170B - 能提高速比调节精度的带式无级变速器的速比控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带式无级变速器的速比控制装置，其包括直流电机及其控制器、两组齿轮传动机构、两组螺旋丝杠机构、两组弹簧助力机构以及平面轴承和滚针轴承若干。其中，直流电机作为变速器的速比控制的动力源，通过对电机转向和转角的控制，并通过两组齿轮传动机构及与其各自相连的螺旋丝杠机构并在弹簧的配合下将电机转角转化为带式无级变速器的带轮动盘的轴向位移，进而通过改变V型传动带与主、从动带轮盘的接触半径，实现无级变速器不同工况下速比的连续变化。

Description

能提高速比调节精度的带式无级变速器的速比控制装置

本申请是分案申请，原申请的申请号：201010538238.1，申请日：2010年11月10日，发明创造名称：带式无级变速器的速比控制装置。

技术领域

本发明属于带式无级变速器的速比控制装置，主要用于采用无级变速器的汽车和摩托车，也可应用于其他需要以带式无级变速方式传递动力的场合。

背景技术

  汽车变速器必须适应车辆在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力和车速的不同要求。为了充分利用发动机的功率，提高燃料经济性以及改善汽车的排放性能，理想的汽车变速器应具有无级变化的传动比并能进行速比优化控制。

  目前在汽车及摩托车上使用的无级变速器大多为带式无级变速器，而采用的速比控制方式主要包括两种：一种为应用于金属带式无级变速器的电控液压调节方式，另一种为应用于橡胶带式无级变速器的转矩凸轮机械调节方式。其中，在无级变速器的传递容量允许范围内，电控液压调节能够提供连续变化的速比，为提高发动机平均效率和汽车燃油经济性提供了可能。但是液压执行机构效率较低，研究表明，金属带式无级变速器的功率损失中，液压系统约占60 %，而金属带摩擦传动仅占30 %左右，同时液压执行元件加工精度要求较高，导致成本较高；而采用转矩凸轮机械调节方式，无级变速器的速比变化一般都伴随着发动机工况的改变，即不能使发动机维持在最佳工作区域而只需调节无级变速器的速比来满足负载变化的要求，速比调节精度不能控制。

发明内容

  本发明要解决的技术问题是提出一种既能提高传动效率又能提高速比调节精度的带式无级变速器的速比控制装置。

  为解决上述技术问题，本发明提供了一种带式无级变速器的速比控制装置，包括:直流电机、用于控制该直流电机的输出轴的转向和旋转角度的控制器、使用时连接发动机输出轴的动力输入轴、设于该动力输入轴上的主动带轮、使用时与车辆传动轴传动连接的动力输出轴、设于该动力输出轴上的从动带轮、连接所述主动带轮和从动带轮的V型传动带；所述主动带轮包括：固定在所述动力输入轴上的主动带轮定盘、设于主动带轮定盘右侧且空套在所述动力输入轴上的主动轴套、空套在该主动轴套上的主动带轮动盘、设于所述主动带轮动盘右侧的用于控制主动带轮动盘在主动轴套上左右位移的第一位移控制机构；所述主动带轮定盘和主动带轮动盘为圆锥台形，主动带轮定盘和主动带轮动盘的顶面相对设置；所述从动带轮包括：固定在所述动力输出轴上的从动带轮定盘、设于从动带轮定盘的左侧且空套在所述动力输出轴上的从动轴套、空套在所述从动轴套上的从动带轮动盘、设于所述从动带轮动盘左侧的用于控制从动带轮动盘在从动轴套上左右位移的第二位移控制机构；所述从动带轮动盘和从动带轮定盘为圆锥台形，从动带轮动盘和从动带轮定盘的顶面相对设置；所述直流电机适于通过经所述第一、第二位移控制机构同时控制所述主动带轮动盘和从动带轮动盘同向等量位移。

所述第一位移控制机构包括：空套在主动轴套上且设于主动带轮动盘右侧面上的第一平面轴承、设于第一平面轴承右侧的空心的第一螺旋丝杆、螺纹配合于第一螺旋丝杆上的第一螺母，该第一螺母同心固定在一传动齿轮的内圈；所述直流电机的输出轴上设有主动齿轮，该主动齿轮与所述传动齿轮啮合；所述第一螺母的左侧面顶在第一平面轴承的右侧面上；所述动力输出轴为空心轴；所述第二位移控制机构包括：通过滚针轴承设于所述动力输出轴内的第二螺旋丝杆、设于该第二螺旋丝杆右端的从动轮、啮合于该从动轮和所述主动齿轮之间的中间惰轮、螺纹配合于所述第二螺旋丝杆左端的第二螺母、设于从动带轮动盘左侧面上且空套于所述从动轴套上的第二平面轴承；所述第二螺母的右侧面顶在第二平面轴承的左侧面上；所述动力输入轴的右端设有固定的第三平面轴承，所述第一助力弹簧弹性设置在该第三平面轴承与所述第一平面轴承之间；所述主动带轮定盘、主动带轮动盘、从动带轮动盘和从动带轮定盘的大小、形状一致。

相对于现有技术，本发明的积极效果：（1）本发明的带式无级变速器的速比控制装置，通过一个直流电机同时带动主、从动带轮动盘的轴向等量位移，从而实现变速器速比的无级变化，与现有的电液速比控制技术相比，其显著优点为：1）、所需部件更加简化，成本更低，效率更高；2）、保证了主从动带轮动盘的动作协调一致，速比调节精度更高；3）、主从动带轮端采用不同的螺旋丝杠结构，可通过对螺旋丝杠结构参数的匹配设计，使得该装置满足不同速比调节的要求；4）、只有一个电机作为速比控制的动力源，控制更加方便、简单且准确，使其不仅适用于汽车用的金属带式无级变速器，而且适用于摩托车用的橡胶带式无级变速器。（2）本发明中，通过控制直流电机的转向和转角，分别经上、下螺母转化为主、从动带轮动盘的轴向的同向等量位移，进而改变V型传动带与主、从动带轮的接触半径，实现无级变速器速比的连续无级变化，并确保了速比调节的精度。为了减小所述直流电机的额定转矩和功率，进而减小其体积，在主动带轮动盘、从动带轮动盘的两侧分别设置了弹簧；同时，为了克服主、从动带轮本身的旋转运动与速比控制机构的运动干涉，并对第二螺旋丝杆进行轴向定位，本发明设置了四个平面轴承。（3）本发明中，主、从带轮分别采用了不同的齿轮减速机构和螺旋丝杠机构，可根据主、从动带轮动盘的轴向推力与变速器传递转矩的特定关系，及不同速比下主、从动带轮与V型传动带的接触半径的对应关系，分别灵活设计由第一螺母和第一螺旋丝杆组成的螺旋丝杠的结构参数、第一螺母上的传动齿轮的结构参数、主动齿轮、中间惰轮、从动带轮的结构参数及由第二螺母和第二螺旋丝杆组成的螺旋丝杠的结构参数，从而使该速比控制装置满足负载变化的要求。

附图说明

  为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明的带式无级变速器的速比控制装置的结构示意图。

  附图中的标号：1--动力输入轴，2--主动带轮定盘，3--主动轴套，4--主动带轮动盘，5--第一平面轴承，6--第一螺母，7—第一螺旋丝杆，8--第三平面轴承，9—第一助力弹簧，10--主动齿轮，11--中间惰轮，12--从动齿轮，13--动力输出轴，14--滚针轴承，15--输出主动齿轮，16--输出从动齿轮，17--从动带轮定盘，18--从动轴套，19--V型传动带，20--从动带轮动盘，21--第二平面轴承，22--导向机构，23--第二螺母，24—第二螺旋丝杆，25--滚针轴承，26—第二助力弹簧，27--车辆传动轴，28--直流电机，29--第四平面轴承，30--传动齿轮，31--导向槽。

具体实施方式

  见图1，本实施例的带式无级变速器的速比控制装置，包括：直流电机、用于控制该直流电机的输出轴的转向和旋转角度的控制器、使用时连接发动机输出轴的动力输入轴1、设于该动力输入轴1上的主动带轮、使用时与车辆传动轴27传动连接的动力输出轴13、设于该动力输出轴13上的从动带轮、连接所述主动带轮和从动带轮的V型传动带19。

  所述主动带轮包括：固定在所述动力输入轴1上的主动带轮定盘2、设于主动带轮定盘2右侧且空套在所述动力输入轴1上的主动轴套3、空套在该主动轴套3上的主动带轮动盘4、设于所述主动带轮动盘4右侧的用于控制主动带轮动盘4在主动轴套3上左右位移的第一位移控制机构。

  所述主动带轮定盘2和主动带轮动盘4为圆锥台形，主动带轮定盘2和主动带轮动盘4的顶面相对设置。

  所述从动带轮包括：固定在所述动力输出轴13上的从动带轮定盘17、设于从动带轮定盘17的左侧且空套在所述动力输出轴13上的从动轴套18、空套在所述从动轴套18上的从动带轮动盘20、设于所述从动带轮动盘20左侧的用于控制从动带轮动盘20在从动轴套18上左右位移的第二位移控制机构；

所述从动带轮动盘20和从动带轮定盘17为圆锥台形，从动带轮动盘20和从动带轮定盘17的顶面相对设置；

所述直流电机适于通过经所述第一、第二位移控制机构同时控制所述主动带轮动盘4和从动带轮动盘20同向等量位移。

  所述第一位移控制机构包括：空套在主动轴套3上且设于主动带轮动盘4右侧面上的第一平面轴承5、设于第一平面轴承5右侧的空心的第一螺旋丝杆7、螺纹配合于第一螺旋丝杆7上的第一螺母6，该第一螺母6同心固定在一传动齿轮30的内圈；

所述直流电机的输出轴上设有主动齿轮10，该主动齿轮10与所述传动齿轮30啮合；

所述第一螺母6的左侧面顶在第一平面轴承5的右侧面上。

  所述动力输出轴13为空心轴；

所述第二位移控制机构包括：通过滚针轴承14和25设于所述动力输出轴13内的第二螺旋丝杆24、设于该第二螺旋丝杆24右端的从动轮12、啮合于该从动轮12和所述主动齿轮10之间的中间惰轮11、螺纹配合于所述第二螺旋丝杆24左端的第二螺母23、设于从动带轮动盘20左侧面上且空套于所述从动轴套18上的第二平面轴承21；

所述第二螺母23的右侧面顶在第二平面轴承21的左侧面上。

  所述第一位移控制机构还包括：在第一螺旋丝杆7内且套在主动轴套3上的弹性作用于第一平面轴承5右侧面上的第一助力弹簧9；

所述第二位移控制机构还包括：在第二螺母23内且套在从动轴套18上的弹性作用于该第二平面轴承21左侧面上的第二助力弹簧26；在使用时，第一助力弹簧9的弹力小于V型传动带19作用于主动带轮动盘4上的轴向推力，第二助力弹簧26的弹力小于V型传动带19作用于从动带轮动盘20上的轴向推力。

  所述第二螺母23的外壁上设有轴向的导向槽31，该导向槽31的外侧设有固定的限位导向杆22（具体实施时，该限位导向杆22固定在变速器壳体的内壁）。

  所述动力输出轴13上设有输出主动齿轮15，该输出主动齿轮15通过输出从动齿轮16与所述车辆传动轴27传动连接。

  所述动力输入轴1的右端设有固定的第三平面轴承8（具体实施时，其固定在变速器壳体的内壁），所述第一助力弹簧9弹性设置在该第三平面轴承8与所述第一平面轴承5之间。

  所述主动带轮定盘2、主动带轮动盘4、从动带轮动盘20和从动带轮定盘17的大小、形状一致。

  所述第二螺旋丝杆24的右端面上设有固定的第四平面轴承29（具体实施时，其固定在变速器壳体的内壁）。

  下面分别对变速器的速比由小变大和由大变小的两个过程及其工作原理的描述如下：

变速器的速比由小到大调节时，即需要控制主动带轮工作半径变小，从动带轮工作半径变大；此时控制直流电机28逆时针旋转一定角度，在主动带轮端，第一螺母6在主动齿轮10和传动齿轮30的作用下顺时针旋转，第一螺旋丝杆7固定，第一螺母6相对第一螺旋丝杆7向右直线位移，主动带轮动盘4在V型传动带19的推动下也向右运动，V型传动带19与主动带轮的接触半径减小；在从动带轮端，当直流电机28逆时针旋转一定角度时，由于中间惰轮11和从动齿轮12的作用，第二螺旋丝杆24也做逆时针运动，由于第二螺旋丝杆24只能转动而不能轴向移动，所以第二螺母23在导向机构22的作用下向右直线位移，并与第二助力弹簧26一起经平面轴承21推动从动带轮动盘20向右直线位移，因从动带轮定盘17保持不动，V型传动带19与从动带轮的接触半径变大，实现变速器的速比变大。

  当变速器的速比由大到小调节时，即：需要主动带轮工作半径变大，从动带轮工作半径变小；此时控制直流电机28顺时针旋转一定角度，在主动带轮端，第一螺母6在主动齿轮10和传动齿轮30的作用下逆时针旋转，因为第一螺旋丝杆7固定不动，第一螺母6相对第一螺旋丝杆7向左直线位移，并与第一助力弹簧9一起经平面轴承5推动主动带轮动盘4向左直线位移，由于主动带轮定盘2保持不动，V型传动带9与主动带轮的接触半径变大；在从动带轮端，当直流电机28顺时针旋转一定角度时，由于主动齿轮10、中间惰轮11和从动齿轮12的作用，第二螺旋丝杆24也做顺时针运动，由于第二螺旋丝杆24只能转动而不能轴向直线移动，所以第二螺母23在导向机构22的作用下向左直线位移，从动带轮动盘20在V型传动带19的推动下也向左运动，使得V型传动带19与从动带轮的接触半径变小，实现变速器的速比变小。

  其中，V型传动带19与主、从动带轮接触半径的改变是以V型传动带19的带长不变为前提的，即V型传动带19带长保持不变，当主动带轮与V型传动带19的接触半径变大时，从动带轮与V型传动带19的接触半径变小，反之亦然。这是带式无级变速器实现速比调节的基本原理。

  上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。

Claims (1)

1.一种带式无级变速器的速比控制装置，其特征在于包括：直流电机、用于控制该直流电机的输出轴的转向和旋转角度的控制器、使用时连接发动机输出轴的动力输入轴（1）、设于该动力输入轴（1）上的主动带轮、使用时与车辆传动轴（27）传动连接的动力输出轴（13）、设于该动力输出轴（13）上的从动带轮、连接所述主动带轮和从动带轮的V型传动带（19）；

所述主动带轮包括：固定在所述动力输入轴（1）上的主动带轮定盘（2）、设于主动带轮定盘（2）右侧且空套在所述动力输入轴（1）上的主动轴套（3）、空套在该主动轴套（3）上的主动带轮动盘（4）、设于所述主动带轮动盘（4）右侧的用于控制主动带轮动盘（4）在主动轴套（3）上左右位移的第一位移控制机构；

所述主动带轮定盘（2）和主动带轮动盘（4）为圆锥台形，主动带轮定盘（2）和主动带轮动盘（4）的顶面相对设置；

所述从动带轮包括：固定在所述动力输出轴（13）上的从动带轮定盘（17）、设于从动带轮定盘（17）的左侧且空套在所述动力输出轴（13）上的从动轴套（18）、空套在所述从动轴套（18）上的从动带轮动盘（20）、设于所述从动带轮动盘（20）左侧的用于控制从动带轮动盘（20）在从动轴套（18）上左右位移的第二位移控制机构；

所述从动带轮动盘（20）和从动带轮定盘（17）为圆锥台形，从动带轮动盘（20）和从动带轮定盘（17）的顶面相对设置；

所述直流电机适于通过经所述第一、第二位移控制机构同时控制所述主动带轮动盘（4）和从动带轮动盘（20）同向等量位移；

所述第一位移控制机构包括：空套在主动轴套（3）上且设于主动带轮动盘（4）右侧面上的第一平面轴承（5）、设于第一平面轴承（5）右侧的空心的第一螺旋丝杆（7）、螺纹配合于第一螺旋丝杆（7）上的第一螺母（6），该第一螺母（6）同心固定在一传动齿轮（30）的内圈；

所述直流电机的输出轴上设有主动齿轮（10），该主动齿轮（10）与所述传动齿轮（30）啮合；

所述第一螺母（6）的左侧面顶在第一平面轴承（5）的右侧面上；

所述动力输出轴（13）为空心轴；

所述第二位移控制机构包括：通过滚针轴承（14和25）设于所述动力输出轴（13）内的第二螺旋丝杆（24）、设于该第二螺旋丝杆（24）右端的从动轮（12）、啮合于该从动轮（12）和所述主动齿轮（10）之间的中间惰轮（11）、螺纹配合于所述第二螺旋丝杆（24）左端的第二螺母（23）、设于从动带轮动盘（20）左侧面上且空套于所述从动轴套（18）上的第二平面轴承（21）；

所述第二螺母（23）的右侧面顶在第二平面轴承（21）的左侧面上；

所述动力输入轴（1）的右端设有固定的第三平面轴承（8），在该第三平面轴承（8）与所述第一平面轴承（5）之间弹性设置第一助力弹簧（9）；

所述主动带轮定盘（2）、主动带轮动盘（4）、从动带轮动盘（20）和从动带轮定盘（17）的大小、形状一致。