一种自适应变速转轮指数式无自旋牵引式无级变速器的制作方法

1.本发明涉及传动系中的牵引式无级变速器，具体为一种自适应变速转轮指数式无自旋牵引式无级变速器。


背景技术：

2.无级变速器（cvt）可以提供一系列的连续传动比使得车辆发动机始终处于高效点工作，能极大地提高整车的效率，减小车辆排放，达到节能减排的作用，是一种理想的机械传动方案。牵引式cvt具有功率密度高、效率高、传递功率大等特点，将会成为未来无级变速器技术的发展方向。
3.一般来说，牵引式cvt的效率损失主要包括：自旋损失、滑移损失、侧滑损失，轴承损失以及搅油损失。相对其他诸类损失而言，自旋损失所占比例相对较大，一般为40%-60%。自旋的产生是由于在牵引传动时，牵引元件与被牵引元件的速度分布不均匀而造成的。一般来说，学者们往往认为这种自旋损失在传动比范围内是只能尽量减少不可消除的。由于自旋的阻碍，在牵引式cvt中，传动效率经过优化后一般只能达到一般为75%-90%，进一步提升将变得异常困难，这也就大大降低了牵引式cvt的应用范围与传动能力。
4.针对自旋消除的牵引式cvt设计，即所说的无自旋牵引式cvt设计这一问题，在现有的技术方案中，以四川大学牵引式cvt研究团队为代表给出了解决思路，即从无自旋条件出发，采用微分方程的办法优化传动件的母线方程，重新设计变速机构等，使得优化后的牵引式cvt结构满足无自旋条件。该团队申请的中国专利cn104776180a公开了一种无自旋变速单元，该方案以半环面牵引式cvt为例，进行了锥盘的母线优化，得出优化方程，并限制调速过程中输入锥盘与输出锥盘沿回转轴轴向移动，滚轮沿回转轴径向移动，以实现无自旋传动。该方案的不足在于：仅给出了母线优化的结果，没有给出实际的变速机构、加载机构的结构特征；该方案不能实现对于负载的自适应变速。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服上述技术中的不足，提供一种自适应变速转轮指数式无自旋牵引式无级变速器结构。本发明采用以下技术方案：一种自适应变速转轮指数式无自旋牵引式无级变速器，由输入轴、输入锥盘、中间传动部件、输出轴、输出锥盘与变速机构组成。所述输入轴与输入锥盘之间设置有输入端面凸轮加载机构，输出轴与输出锥盘之间设置有输出端面凸轮加载机构，输入轴与输出轴同轴安装；所述中间传动部件由上下两组对称放置的上传动滚轮和下传动滚轮、上变速摇杆和下变速摇杆、变速套筒与滑轨组成，所述上传动滚轮和下传动滚轮通过轴承分别安装在上变速摇杆和下变速摇杆上，且轴向位置固定，上变速摇杆和下变速摇杆一端铰接在变速套筒的同一点处，该点始终位于输入轴与输出轴的轴线上，所述滑轨安装在输入轴和输出轴轴线上且固定在机架上，滑轨和变速套筒之间为滑动连接；所述变速机构为丝杠螺母机构，丝杠平行于输入轴与输出轴的轴线设置，螺母设置在变速套筒内部且可以绕着丝杠轴线自由
转动；中间传动部件安装于输入锥盘与输出锥盘之间，具体方式为：输入锥盘与中间传动部件的上传动滚轮和下传动滚轮牵引接触，输出锥盘与中间传动部件的上传动滚轮和下传动滚轮牵引接触。动力从输入轴输入，通过输入端面凸轮加载机构传递给输入锥盘，输入锥盘通过牵引传动将动力传递给中间传动部件的上传动滚轮和下传动滚轮，上传动滚轮和下传动滚轮通过牵引传动将动力传递给输出锥盘，进而通过输出端面凸轮加载机构输出至输出轴，实现动力输出。
6.为了实现无自旋结构，本发明所述方案中其输入锥盘与输出锥盘的母线方程为，其中该母线方程的坐标系建立方法为x轴与锥盘回转轴线重合，平面xoy过滚轮与锥盘的接触点，y轴过o点垂直于x轴设置；式中，，是中间传动部件中滚轮与锥盘接触点法线与其回转轴线的交点到接触点之间的距离，是滚轮的半锥角，c是常数，输入锥盘、输出锥盘的母线的曲线方程中x相互异号。
7.本发明所述方案中，为了能在变速过程中确保实现无自旋状态，即保证输入锥盘回转轴线、上传动滚轮和下传动滚轮回转轴线、输入锥盘与上传动滚轮和下传动滚轮接触点公法线交于一点，同时保证输出锥盘回转轴线、上传动滚轮和下传动滚轮回转轴线、输出锥盘与上传动滚轮和下传动滚轮接触点公法线交于一点，在输入轴和输出轴的回转轴线上设置有滑轨和变速套筒，滑轨固定在机架上，滑轨和变速套筒之间为滑动连接，上传动滚轮和下传动滚轮铰接在变速套筒的同一点处。
8.为了实现电控自动变速，在丝杠的一端连接有变速电机，变速电机可以根据工况输出一定扭矩实现变速，变速方式为：当变速电机输出扭矩带动丝杆旋转时，螺母沿着丝杠轴向移动，从而带动变速套筒沿着丝杠轴向移动，变速套筒的移动使得上变速摇杆和下变速摇杆绕着两根变速摇杆的铰接点同时转动，上变速摇杆和下变速摇杆的转动带着上传动滚轮和下传动滚轮同步转动，同时输入端面凸轮加载机构与输出端面凸轮加载机构迫使输入锥盘与输出锥盘沿着各自回转轴线移动以保证输入锥盘、输出锥盘与上传动滚轮和下传动滚轮在新的接触点压紧接触，输入锥盘和输出锥盘的工作半径改变，无级变速器的传动比也随之改变，实现了变速过程。
9.为了实现自适应输出负载变速，所述丝杠一端通过齿轮机构与输出轴连接，丝杠随着输出轴转动而转动；在所述螺母上连接有弹簧，弹簧的另一端固定在机架上并和丝杠同轴放置。变速方式为：当工况稳定时，输出轴施加在丝杠上的扭矩稳定，所以丝杠施加在螺母上的力稳定且与弹簧施加在螺母上的力大小相等，方向相反，此时螺母处于力平衡状态，输出轴带动丝杠转动，丝杠带着螺母空转；当负载发生变化时，输出轴扭矩发生变化，输出轴施加在丝杠上的扭矩随之发生变化，所以丝杠施加在螺母上的力改变，而弹簧施加在螺母上的力没变，此时螺母处于力失衡状态，输出轴带动丝杠转动，螺母就会沿着丝杠轴向移动直至到达新的力平衡点，螺母沿着丝杠轴向移动带动变速套筒沿着丝杠轴向移动，变速套筒的移动使得上变速摇杆和下变速摇杆绕着两根变速摇杆的铰接点同时转动，上变速摇杆和下变速摇杆的转动带着上传动滚轮和下传动滚轮同步转动，同时输入端面凸轮加载机构与输出端面凸轮加载机构迫使输入锥盘与输出锥盘沿着各自回转轴线移动以保证输入锥盘、输出锥盘与上传动滚轮和下传动滚轮在新的接触点压紧接触，输入锥盘和输出锥盘的工作半径改变，无级变速器的传动比也随之改变，实现了变速过程。
10.本发明所述方案中，输入轴与输出轴可以互换，即输入端变为输出端，输出端变为输入端，当互换输入输出端时，相应的调速机构也改变，但其连接关系与接触关系同上述方案。
11.本发明所述方案中，输入锥盘和输出锥盘、上传动滚轮和下传动滚轮、上变速摇杆和下变速摇杆均采用对称式分布。
12.本发明所述方案中，通过变速套筒沿着丝杠轴向的移动，使得上变速摇杆和下变速摇杆绕着两根变速摇杆的铰接点同时转动，从而带着上传动滚轮和下传动滚轮同步转动，加上输入端面凸轮加载机构与输出端面凸轮加载机构迫使输入锥盘与输出锥盘沿着各自回转轴线的移动，从而实现变速。
13.本发明所述方案中，为了保证上传动滚轮和下传动滚轮与输入锥盘、输出锥盘之间的接触正压力，采用了端面凸轮加载方式实现轴向加载。
14.本发明所述的一种自适应变速转轮指数式无自旋牵引式无级变速器的工作原理是：（1）传动时：动力从输入轴输入，通过输入端面凸轮加载机构传递给输入锥盘，输入锥盘通过牵引传动将动力传递给中间传动部件的上传动滚轮和下传动滚轮，上传动滚轮和下传动滚轮通过牵引传动将动力传递给输出锥盘，进而通过输出端面凸轮加载机构输出至输出轴，实现动力输出。
15.（2）变速时：电控自动变速，变速机构中的变速电机带动丝杆旋转，螺母沿着丝杠轴向移动，从而带动变速套筒沿着丝杠轴向移动，变速套筒的移动使得上变速摇杆和下变速摇杆绕着两根变速摇杆的铰接点同时转动，上变速摇杆和下变速摇杆的转动带着上传动滚轮和下传动滚轮同步转动，同时输入端面凸轮加载机构与输出端面凸轮加载机构迫使输入锥盘与输出锥盘沿着各自回转轴线移动以保证输入锥盘、输出锥盘与上传动滚轮和下传动滚轮在新的接触点压紧接触，输入锥盘和输出锥盘的工作半径改变，无级变速器的传动比也随之改变，实现了变速过程；自适应输出负载变速，输出轴带动丝杠转动，当负载发生变化时，螺母就会沿着丝杠轴向移动，带动变速套筒沿着丝杠轴向移动，变速套筒的移动使得上变速摇杆和下变速摇杆绕着两根变速摇杆的铰接点同时转动，上变速摇杆和下变速摇杆的转动带着上传动滚轮和下传动滚轮同步转动，同时输入端面凸轮加载机构与输出端面凸轮加载机构迫使输入锥盘与输出锥盘沿着各自回转轴线移动以保证输入锥盘、输出锥盘与上传动滚轮和下传动滚轮在新的接触点压紧接触，输入锥盘和输出锥盘的工作半径改变，无级变速器的传动比也随之改变，实现了变速过程。
16.本发明所述的一种自适应变速转轮指数式无自旋牵引式无级变速器的有益效果在于：（1）本发明方案中变速套筒同时控制上传动滚轮和下传动滚轮，使上传动滚轮和下传动滚轮同步转动，保证了牵引传动的准确性和稳定性。
17.（2）实现无自旋传动：本发明方案中所述输入锥盘、输出锥盘均采用了无自旋优化方程，加之变速机构的巧妙设计，使得输入锥盘回转轴线、上传动滚轮和下上传动滚轮回转轴线、输入锥盘与上传动滚轮和下传动滚轮接触点公法线始终交于一点，输出锥盘回转轴线、上传动滚轮和下上传动滚轮回转轴线、输出锥盘与上传动滚轮和下传动滚轮接触点公法线始终交于一点，保证了无自旋传动，提高了牵引式cvt的传动效率。
18.（3）合理的变速机构与加载机构：本发明采用了变速套筒、变速摇杆与螺旋传动的变速机构，机构简单、方便实现。此外，本发明采用了端面凸轮加载方式实现轴向加载，保证了上传动滚轮和下传动滚轮与输入锥盘、输出锥盘接触点的法向力，这就极大地提高了加载可靠度。
19.（4）本发明给出了一种自适应变速无自旋牵引式变速器结构，能够根据输出轴负载变化实现自适应变速，不用采用外界动力控制，提高了动力传递效率的同时，提高了经济性。
附图说明
20.图1为本发明所述的一种自适应变速转轮指数式无自旋牵引式无级变速器传动原理图。
21.图2为本发明所述的一种自适应变速转轮指数式无自旋牵引式无级变速器进行变速过程的示意图，其中粗实线为当前稳定速比状态，细实线表示变速后的稳定速比状态。
22.图3为本发明所述的一种自适应变速转轮指数式无自旋牵引式无级变速器电控变速示意图。
23.图4为本发明所述的一种自适应变速转轮指数式无自旋牵引式无级变速器自适应变速示意图。
24.附图中，各数字与字母代表的含义如下：1-输入轴；2-输入端面凸轮加载机构；3-输入锥盘；4-上传动滚轮；8-下传动滚轮；5-上变速摇杆；9-下变速摇杆；6-变速套筒；7-滑轨；12-输出轴；11-输出端面凸轮加载机构；10-输出锥盘；13-螺母；14-丝杆；15-变速电机；16-弹簧；17-齿轮机构。
具体实施例
25.下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：实施例一如图1所示，为本实施例的传动原理图，该自适应变速转轮指数式无自旋牵引式无级变速器，由输入轴1、输入锥盘3、中间传动部件、输出轴12与输出锥盘10组成。所述输入轴1与输入锥盘3之间设置有输入端面凸轮加载机构2，输出轴12与输出锥盘10之间设置有输出端面凸轮加载机构11，输入轴1与输出轴12同轴安装；所述中间传动部件由上下两组对称放置的上传动滚轮4和下传动滚轮8、上变速摇杆5和下变速摇杆9、变速套筒6与滑轨7组成，所述上传动滚轮4和下传动滚轮8通过轴承分别安装在上变速摇杆5和下变速摇杆9上，且轴向位置固定，上变速摇杆5和下变速摇杆9一端铰接在变速套筒6的同一点处，该点始终位于输入轴1与输出轴12的轴线上，所述滑轨9安装在输入轴1和输出轴12轴线上且固定在机架上，滑轨9和变速套筒6之间为滑动连接；所述变速机构为丝杠螺母机构，丝杠14平行于输入轴1与输出轴12的轴线设置，螺母13设置在变速套筒6内部且可以绕着丝杠14轴线自由转动；中间传动部件安装于输入锥盘3与输出锥盘10之间，具体方式为：输入锥盘3与中间传动部件的上传动滚轮4和下传动滚轮8牵引接触，输出锥盘10与中间传动部件的上传动滚轮4和下传动滚轮8牵引接触。动力从输入轴1输入，通过输入端面凸轮加载机构2传递给输入锥盘3，输入锥盘3通过牵引传动将动力传递给中间传动部件的上传动滚轮4和下传动滚轮8，上传动
滚轮4和下传动滚轮8通过牵引传动将动力传递给输出锥盘10，进而通过输出端面凸轮加载机构11输出至输出轴12，实现动力输出。
26.为了实现无自旋结构，本发明所述方案中其输入锥盘3与输出锥盘10的母线方程为，其中该母线方程的坐标系建立方法为x轴与锥盘回转轴线重合，平面xoy过滚轮与锥盘的接触点，y轴过o点垂直于x轴设置；式中，，是中间传动部件中滚轮与锥盘接触点法线与其回转轴线的交点到接触点之间的距离，是滚轮的半锥角，c是常数，输入锥盘3、输出锥盘10的母线的曲线方程中x相互异号。
27.本发明所述方案中，为了能在变速过程中确保实现无自旋状态，即保证输入锥盘3回转轴线、上传动滚轮4和下传动滚轮8回转轴线、输入锥盘3与上传动滚轮4和下传动滚轮8接触点公法线交于一点，同时保证输出锥盘10回转轴线、上传动滚轮4和下传动滚轮8回转轴线、输出锥盘10与上传动滚轮4和下传动滚轮8接触点公法线交于一点，在输入轴1和输出轴12的回转轴线上设置有滑轨7和变速套筒6，滑轨7固定在机架上，滑轨7和变速套筒6之间为滑动连接，上传动滚轮4和下传动滚轮8铰接在变速套筒6的同一点处。
28.如图3所示，为了实现电控自动变速，在丝杠14的一端连接有变速电机15，变速电机15可以根据工况输出一定扭矩实现变速，变速方式为：当变速电机15输出扭矩带动丝杆14旋转时，螺母13沿着丝杠14轴向移动，从而带动变速套筒6沿着丝杠14轴向移动，变速套筒6的移动使得上变速摇杆5和下变速摇杆9绕着两根变速摇杆的铰接点同时转动，上变速摇杆5和下变速摇杆9的转动带着上传动滚轮4和下传动滚轮8同步转动，同时输入端面凸轮加载机构2与输出端面凸轮加载机构11迫使输入锥盘3与输出锥盘10沿着各自回转轴线移动以保证输入锥盘3、输出锥盘10与上传动滚轮4和下传动滚轮8在新的接触点压紧接触，输入锥盘3和输出锥盘10的工作半径改变，无级变速器的传动比也随之改变，实现了变速过程。
29.实施例二如图1所示，为本实施例的传动原理图，该自适应变速转轮指数式无自旋牵引式无级变速器，由输入轴1、输入锥盘3、中间传动部件、输出轴12与输出锥盘10组成。所述输入轴1与输入锥盘3之间设置有输入端面凸轮加载机构2，输出轴12与输出锥盘10之间设置有输出端面凸轮加载机构11，输入轴1与输出轴12同轴安装；所述中间传动部件由上下两组对称放置的上传动滚轮4和下传动滚轮8、上变速摇杆5和下变速摇杆9、变速套筒6与滑轨7组成，所述上传动滚轮4和下传动滚轮8通过轴承分别安装在上变速摇杆5和下变速摇杆9上，且轴向位置固定，上变速摇杆5和下变速摇杆9一端铰接在变速套筒6的同一点处，该点始终位于输入轴1与输出轴12的轴线上，所述滑轨9安装在输入轴1和输出轴12轴线上且固定在机架上，滑轨9和变速套筒6之间为滑动连接；所述变速机构为丝杠螺母机构，丝杠14平行于输入轴1与输出轴12的轴线设置，螺母13设置在变速套筒6内部且可以绕着丝杠14轴线自由转动；中间传动部件安装于输入锥盘3与输出锥盘10之间，具体方式为：输入锥盘3与中间传动部件的上传动滚轮4和下传动滚轮8牵引接触，输出锥盘10与中间传动部件的上传动滚轮4和下传动滚轮8牵引接触。动力从输入轴1输入，通过输入端面凸轮加载机构2传递给输入锥盘3，输入锥盘3通过牵引传动将动力传递给中间传动部件的上传动滚轮4和下传动滚轮8，上传动滚轮4和下传动滚轮8通过牵引传动将动力传递给输出锥盘10，进而通过输出端面凸轮加载
机构11输出至输出轴12，实现动力输出。
30.为了实现无自旋结构，本发明所述方案中其输入锥盘3与输出锥盘10的母线方程为，其中该母线方程的坐标系建立方法为x轴与锥盘回转轴线重合，平面xoy过滚轮与锥盘的接触点，y轴过o点垂直于x轴设置；式中，，是中间传动部件中滚轮与锥盘接触点法线与其回转轴线的交点到接触点之间的距离，是滚轮的半锥角，c是常数，输入锥盘3、输出锥盘10的母线的曲线方程中x相互异号。
31.本发明所述方案中，为了能在变速过程中确保实现无自旋状态，即保证输入锥盘3回转轴线、上传动滚轮4和下传动滚轮8回转轴线、输入锥盘3与上传动滚轮4和下传动滚轮8接触点公法线交于一点，同时保证输出锥盘10回转轴线、上传动滚轮4和下传动滚轮8回转轴线、输出锥盘10与上传动滚轮4和下传动滚轮8接触点公法线交于一点，在输入轴1和输出轴12的回转轴线上设置有滑轨7和变速套筒6，滑轨7固定在机架上，滑轨7和变速套筒6之间为滑动连接，上传动滚轮4和下传动滚轮8铰接在变速套筒6的同一点处。
32.如图4所示，为了实现自适应输出负载变速，所述丝杠14一端通过齿轮机构17与输出轴12连接，丝杠14随着输出轴12转动而转动；在所述螺母13上连接有弹簧16，弹簧16的另一端固定在机架上并和丝杠14同轴放置。变速方式为：当工况稳定时，输出轴12施加在丝杠14上的扭矩稳定，所以丝杠14施加在螺母13上的力稳定且与弹簧16施加在螺母13上的力大小相等，方向相反，此时螺母13处于力平衡状态，输出轴12带动丝杠14转动，丝杠14带着螺母13空转；当负载发生变化时，输出轴12扭矩发生变化，输出轴12施加在丝杠14上的扭矩随之发生变化，所以丝杠14施加在螺母13上的力改变，而弹簧16施加在螺母13上的力没变，此时螺母13处于力失衡状态，输出轴12带动丝杠14转动，螺母13就会沿着丝杠14轴向移动直至到达新的力平衡点，螺母13沿着丝杠14轴向移动带动变速套筒6沿着丝杠14轴向移动，变速套筒6的移动使得上变速摇杆5和下变速摇杆9绕着两根变速摇杆的铰接点同时转动，上变速摇杆5和下变速摇杆9的转动带着上传动滚轮4和下传动滚轮8同步转动，同时输入端面凸轮加载机构2与输出端面凸轮加载机构11迫使输入锥盘3与输出锥盘10沿着各自回转轴线移动以保证输入锥盘3、输出锥盘10与上传动滚轮4和下传动滚轮8在新的接触点压紧接触，输入锥盘3和输出锥盘10的工作半径改变，无级变速器的传动比也随之改变，实现了变速过程。
33.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理、创造性和新颖特点相一致的最宽的范围。