CN108999939A - 无级变速器 - Google Patents

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Abstract

一种无级变速器(CVT)组件用于传送来自外部动力源的转矩。CVT包括可变直径输入滑轮以及可变直径输出滑轮，其中每一者均具有相应的调整范围。CVT还包括连续转矩传送元件，该连续转矩传送元件在可变直径输入滑轮与可变直径输出滑轮之间延伸并由此将输入滑轮可操作地连接至输出滑轮。CVT另外包括第一弹性元件，该第一弹性元件具有在可变直径输入滑轮的调整范围内的第一零刚度并配置成经由输入滑轮将第一恒定弹簧夹紧力施加至连续转矩传送元件。此外，CVT包括第二弹性元件，该第二弹性元件具有在可变直径输入滑轮的调整范围内的第二零刚度并配置成经由输出滑轮将第二恒定弹簧夹紧力施加至连续转矩传送元件。

Description

无级变速器
引言
本公开涉及一种用于机动车辆的无级变速器(CVT)。
典型的现代机动车辆使用变速器来使诸如内燃机之类的动力源能够以期望的加速度及效率在广泛的道路速度范围内向车辆提供动力。通常，此类变速器是自动变速器或自动转换开关变速器。此类变速器被构造成在车辆以不同的道路速度移动时自动地改变传动比，从而使车辆的驾驶员无须手动换挡。如手动变速器，自动变速器允许内燃机(最适合于以相对较高的转速运行)提供在各种条件中驱动车辆所必需的一定范围的速度及转矩输出。自动变速器可提供固定数量的传动比或配置成可通过连续范围的有效传动比连续地变化的无级变速器。
一般而言，无级变速器可通过最大传动比与最小传动比之间的无限数量的有效传动比变化。典型的无级变速器包括两个可调滑轮，每一滑轮均具有两个滑轮槽。皮带或诸如连续环电缆或链条之类的任一适当的环状可旋转装置通常在这两个滑轮之间运行，其中每一滑轮的这两个滑轮槽将皮带夹置在其之间。每一滑轮的滑轮槽与皮带之间的摩擦啮合将皮带联接至每一滑轮以将转矩从一个滑轮传递至另一滑轮。滑轮中的一者可用作驱动滑轮，使得另一滑轮可经由皮带由驱动滑轮驱动。传动比是从动滑轮的转矩与驱动滑轮的转矩的比率。传动比可通过如下方式来改变：移动其中一个滑轮的两个滑轮槽使其靠得更近并移动另一滑轮的两个滑轮槽使其离得更远，从而使皮带在相应的滑轮上运行得更高或更低。
发明内容
公开了一种用于传送来自外部动力源的转矩的无级变速器(CVT)组件。无级变速器包括可变直径输入滑轮以及可变直径输出滑轮，其中每一者均具有调整范围。无级变速器还包括连续转矩传送元件，该连续转矩传送元件在可变直径输入滑轮与可变直径输出滑轮之间延伸并由此将输入滑轮可操作地连接至输出滑轮。无级变速器另外包括第一弹性元件，第一弹性元件具有在可变直径输入滑轮的调整范围内的第一零刚度或弹簧比率并配置成经由可变直径输入滑轮将第一恒定弹簧夹紧力施加至连续转矩传送元件。此外，无级变速器包括第二弹性元件，第二弹性元件具有在可变直径输入滑轮的调整范围内的第二零刚度并配置成经由可变直径输出滑轮将第二恒定弹簧夹紧力施加至连续转矩传送元件。
第一弹性元件及第二弹性元件中的至少一者可配置成至少一个盘形弹簧。
至少一个盘形弹簧可包括布置成堆的多个盘形弹簧。
堆中的两个相邻盘形弹簧可相邻并串联布置，诸如面向交替方向。
无级变速器组件可另外包括衬垫，衬垫布置在这两个相邻盘形弹簧之间。
两个相邻盘形弹簧中的每一者均可由外径及内径限定。衬垫然后可配置成以相应外径及相应内径中的一者相对于彼此引导这两个相邻盘形弹簧。
衬垫可包括保持特征件，保持特征件配置成以相应外径或内径啮合这两个相邻盘形弹簧。
无级变速器可另外包括输入弹性元件壳体以及输出弹性元件壳体。在此种构造中，第一弹性元件可布置在输入弹性元件壳体内部，而第二弹性元件可布置在输出弹性元件壳体内部。
输入弹性元件壳体及输出弹性元件壳体可分别配置成引导第一弹性元件及第二弹性元件。
无级变速器还可包括输入致动器，输入致动器配置成产生输入致动器力并建立可变直径输入滑轮的调整范围并改变其直径。无级变速器可另外包括输出致动器，输出致动器配置成产生输出致动器力并建立可变直径输出滑轮的调整范围并改变其直径。在此种情况下，输入及输出致动器可共同选择连续转矩传送元件的位置。
还公开了一种具有连接至动力源的此种无级变速器组件的机动车辆。
结合附图及随附权利要求阅读以下用于实施本公开的实施例及最佳方式的详细说明，上述特征及优点以及本公开的其他特征及优点将显而易见。
附图说明
图1是根据本公开采用经由无级变速器(CVT)组件连接至驱动轴的动力源的车辆的示意图。
图2是根据一个实施例具有第一弹性元件及第二弹性元件的图1所示无级变速器组件的部分横截面示意图，第一弹性元件及第二弹性元件配置成将相应的第一恒定弹簧夹紧力及第二恒定弹簧夹紧力施加至连续转矩传送元件。描绘了低速传动模式下的操作。
图3是根据另一实施例的图2所示多模式无级变速器组件的部分横截面示意图；描绘了超速传动模式下的操作。
图4是具有布置成串联/并联堆的相邻盘形弹簧的第一弹性元件及第二弹性元件的部分横截面示意图。
图5是具有一堆串联布置的相邻盘形弹簧并包括布置在两个相邻盘形弹簧之间的衬垫的第一弹性元件及第二弹性元件的部分横截面示意图。
具体实施方式
参照附图，在所有附图中相同的元件是用相同的标号来标识，图1示出了具有动力源12(显示为内燃机)的机动车辆10。然而，应注意，动力源12可以是配置成产生用于驱动车辆10的动力源转矩Ti的任一合适的动力源，诸如内燃机、电动发电机、燃料电池或其组合。动力源12可操作地连接至一个或多个驱动轴14，该一个或多个驱动轴14包括相应组的从动轮16。机动车辆10可包括但并不限于商用车、工业车辆、客车、火车等。如图所示，车辆10基本上沿纵向车辆轴线X布置。
车辆10还包括无级变速器(CVT)组件18，其用于将动力源12可操作地连接至驱动轴14并将动力源转矩Ti传递至驱动轴14。如图所示，动力源在车辆10中被安装在无级变速器组件18的外部，即无级变速器组件18可以可操作地连接至动力源12并适当地紧固到动力源12。如图2至图3所示，无级变速器18配置成可变直径滑轮***20，其又称作“Reeves驱动”。无级变速器组件18包括组件输入构件18-1，其配置成接收动力源转矩Ti。无级变速器组件18还包括组件输出构件18-2。组件输出构件18-2配置成诸如通过最终驱动组件35将输出转矩To从组件载送至驱动轴14。
如图所示，可变直径滑轮***20包括具有可变直径DI的输入滑轮24以及具有可变直径DO的可变直径输出滑轮26。每一滑轮24及26均垂直于其相应的旋转轴线X1及X2而分开，并经由在其之间延伸的连续转矩传送元件28可操作地连接。具体而言，转矩传送元件28可以是具有V形横截面的皮带或链条。可变直径输入滑轮24及可变直径输出滑轮26中的每一者均包括相对于相应旋转轴线X1及X2的相应调整范围，即输入范围RI及输出范围RO。
输入构件18-1可操作地连接至输入滑轮24。具体配置的致动器，即输入致动器30及输出致动器32，可用于改变相应输入及输出滑轮24、26的有效直径。输入致动器30及输出致动器32可配置成分别由流体泵34供能的相应的输入液压活塞及输出液压活塞(图2所示)或从配置成产生及/或存储能量的装置36(诸如交流发电机或电池)接收电流的相应的输入及输出电动机(图3所示)。此外，此种相应的输入及输出致动器30、32可用于产生相应的输入及输出致动器力FI及FO。以改变相应的输入及输出滑轮24、26的有效直径。电子控制器37可用来调节流体泵34以及由装置36供能的输入及输出电动机中的每一者的操作。
可变直径输入滑轮24包括可调节可移动的第一滑轮槽24-1以及固定的第二滑轮槽24-2。类似地，可变直径输出滑轮26包括可移动的第一滑轮槽26-1以及固定的第二滑轮槽26-2。换句话说，虽然第二滑轮槽24-2及26-2中的每一者并未配置成调整相应的输入及输出范围RI、RO，但是第一滑轮槽24-1及26-1中的每一者配置成预加载的，从而有利于将适当的夹紧力沿相应的旋转轴线X1及X2施加至转矩传送元件28。
无级变速器18的速度比通过相应滑轮槽24-1、26-1的同时移动来改变，该同时移动改变滑轮24、26的有效直径DI及DO。如上所述，相应滑轮槽24-1、26-1的此种移动可受相应的输入及输出致动器30、32影响。此外，输入致动器30可配置成建立可变直径输入滑轮24的调整范围RI并改变直径DI。类似地，输出致动器32可配置成建立可变直径输出滑轮26的调整范围RO以改变直径DO。因此，输入及输出致动器30、32共同选择相对于输入及输出滑轮24、26的连续转矩传送元件28的位置并由此选择无级变速器18的速度比。
例如，为了产生在数字上较高的速度比，使第一滑轮槽24-1相对于输入滑轮24的第二滑轮槽24-2移动得更远，而同时使第一滑轮槽26-1相对于输出滑轮26的第二滑轮槽26-2移动得更靠近。在此种情况下，转矩传送元件28的V形横截面使元件在输入滑轮24上运行得较低并且在输出滑轮26上运行得较高。另一方面，为了产生在数字上较低的速度比，使第一滑轮槽24-1相对于输入滑轮24的第二滑轮槽24-2移动得更靠近，而同时使第一滑轮槽26-1相对于输出滑轮26的第二滑轮槽26-2移动得更远。在此种情况下，转矩传送元件28的V形横截面使元件在输入滑轮24上运行得较高并且在输出滑轮26上运行得较低。
无级变速器组件18还包括第一或输入弹性元件40，其具有在输入滑轮24的调整范围RI内的第一零刚度或弹簧比率KI。弹性元件40配置成经由输入滑轮24并且具体地通过第一滑轮槽24-1沿旋转轴线X1将第一基本上恒定的弹簧夹紧力FCI施加至连续转矩传送元件28。因此，虽然弹簧比率KI可以是非线性的并具有处于输入滑轮24的调整范围RI之外的一定偏差，但是弹簧比率KI在无级变速器组件18的低速传动及超速传动速度比范围内基本上或几乎为零。无级变速器组件18另外包括第二或输出弹性元件42，其具有在输出滑轮26的调整范围RO内的第二零刚度KO。第二弹性元件42配置成经由输出滑轮26并且具体地通过第二滑轮槽26-2沿旋转轴线X2将第二基本上恒定的弹簧夹紧力FCO施加至连续转矩传送元件28。类似于弹簧比率KI，弹簧比率KO可以是非线性的并具有处于输入滑轮26的调整范围RO之外的一定偏差，但是弹簧比率KO在无级变速器组件18的低速传动及超速传动速度比范围内基本上或几乎为零。
相应的第一弹性元件及第二弹性元件40、42所产生的第一基本上恒定的力及第二基本上恒定的力FCI、FCO用作预载力，预载力被设定成保持输入及输出致动器30、32所选择的连续转矩传送元件28的每一特定位置。第一基本上恒定的夹紧力及第二基本上恒定的夹紧力FCI、FCO还可结合其他液压或电力方式产生的夹紧力使用以保持连续转矩传送元件28的可取位置。
输入弹性元件40及输出弹性元件42中的每一者均可配置成一个或多个圆锥形或盘形弹簧，在图2及图3中被显示为输入弹性元件中的弹簧40-1及40-2以及输出弹性元件中的弹簧42-1及42-2。在其中输入弹性元件40或输出弹性元件42包括多个盘形弹簧(诸如相应弹簧40-1、40-2以及弹簧42-1、42-2)的实施例中，此种盘形弹簧可布置成在相应的弹簧堆40A、42A中彼此相邻。如图2至图5所示，在此种弹簧堆40A或42A中，至少两个相邻盘形弹簧(诸如弹簧40-1、40-2或弹簧42-1、42-2)可串联及/或并联布置。
盘形弹簧40-1、40-2以及42-1、42-2可串联或并联堆叠以修改堆的总弹簧常数或偏转量。沿同一方向堆叠弹簧40-1、40-2以及42-1、42-2会增加并联的弹簧常数，从而形成具有大体上不变的偏转的较硬接头。另一方面，与并联布置相比，沿交替的方向堆叠弹簧40-1、40-2以及42-1、42-2会导致增加串联的弹簧、产生减小的弹簧常数及较大的偏转。混合并匹配方向允许实现特定的弹簧常数及偏转能力。通常，如果多个相同的盘形弹簧并联(面向同一方向)堆叠，偏转等于一个垫片的偏转，而所产生的负载等同于单个弹簧乘以堆中弹簧数量的负载。另一方面，如果多个盘形弹簧串联(面向交替的方向)堆叠，偏转等于单个弹簧乘以盘形弹簧数量的偏转，而所产生的负载等于一个弹簧的负载。
因此，如图2及图3所示，在相应弹簧堆40A、42A的串联布置中，相邻盘形弹簧40-1、40-2或弹簧42-1、42-2布置成面向交替的方向并以相应的外径OD(即相应的弹簧40-1、40-2)及以相应的内径ID(即弹簧42-1、42-2)直接接触。另外，在弹簧堆40A及42A的另一实施例中，如图4所示，多个相邻盘形弹簧可布置成串联/并联堆40B或42B。多个相邻盘形弹簧40-1或42-1可相对于彼此并联布置，即面向同一方向，并且多个相邻盘形弹簧40-2或42-2也可相对于彼此并联布置。在同一堆40A或42A中，该组多个并联弹簧40-1或42-1可接着与多个并联弹簧40-2或42-2串联布置，使得一组并联弹簧相对于另一组并联弹簧沿交替的方向布置。
如图5所示，输入弹性元件40及/或输出弹性元件42可另外包括一个或多个衬垫44，每一衬垫均布置在两个相邻盘形弹簧之间，诸如在弹簧40-1与弹簧40-2之间及/或在弹簧42-1与弹簧42-2之间。如图所示，这两个相邻盘形弹簧40-1、40-2以及弹簧42-1、42-2中的每一者均由外径OD及内径ID限定。衬垫44可配置成以相应外径OD或以相应内径ID相对于彼此引导这两个相邻盘形弹簧40-1、40-2或弹簧42-1、42-2。因此，在此种布置中，相邻盘形弹簧40-1、40-2或弹簧42-1、42-2可经由相应外径OD或内径ID在其之间传递力。衬垫44可包括保持特征件46，其配置成以相应外径OD或以相应内径ID啮合这两个相邻盘形弹簧40-1、40-2或42-1、42-2。保持特征件46可配置成脊状突起或梯级，如图5所示。
如图2及图3所示，无级变速器组件18可另外包括输入弹性元件壳体48以及输出弹性元件壳体50。同样如图所示，输入弹性元件40可布置在输入弹性元件壳体48内部，而输出弹性元件42可布置在输出弹性元件壳体50内部。另外，如图2及图5所示，输入弹性元件壳体48及输出弹性元件壳体50可分别配置成经由引导部件52引导第一弹性元件40及第二弹性元件42。引导部件52可与壳体48一体形成，或者是紧固到壳体48的元件。
总的来说，输入弹性元件40的第一弹簧比率KI以及输出弹性元件42的第二零刚度KO允许基本上恒定的第一弹簧夹紧力及第二弹簧夹紧力FCI、FCO在整个调整范围RI及RO内被施加至相应的输入及输出滑轮24、26。反过来，基本上恒定的弹簧夹紧力FCI、FCO可使得能够减小相关联的液压或电力方式产生的夹紧力并且因此能够使用相应输入及输出致动器30、32的降低功耗的流体泵34(图2显示)或较低电流输入及输出电动机实施例(图3显示)。因此，由于液压或电力方式产生的夹紧力的此种减小，基本上恒定的弹簧夹紧力FCI、FCO可有助于在无级变速器组件18的数值较高的(即低速传动)速度比以及数值较低的(即直接及超速传动)速度比二者方面提高无级变速器组件18中的效率。
详细说明及附图或图示是用于支持并描述本公开，但本公开的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实施所要求保护的本公开的一些最佳方式及其他实施例，但是存在用于实施随附权利要求中所限定的本公开的各种替代设计及实施例。此外，附图中所示的实施例或本说明中所提及的各种实施例的特征并不一定被理解为彼此独立的实施例。相反，实施例的其中一个示例中所描述的每一特征可与来自其他实施例的一个或多个其他可取特征组合，从而形成未用语言或参照附图描述的其他实施例。因此，此种其他实施例落在随附权利要求的范围的框架内。

Claims (10)

1.一种用于传送来自外部动力源的转矩的无级变速器(CVT)组件，其包括：
可变直径输入滑轮，其具有调整范围；
可变直径输出滑轮，其具有调整范围；
连续转矩传送元件，其在所述可变直径输入滑轮与所述可变直径输出滑轮之间延伸并由此将所述输入滑轮可操作地连接至所述输出滑轮；
第一弹性元件，其具有在所述可变直径输入滑轮的所述调整范围内的第一零刚度并配置成经由所述可变直径输入滑轮将第一恒定弹簧夹紧力施加至所述连续转矩传送元件；以及
第二弹性元件，其具有在所述可变直径输出滑轮的所述调整范围内的第二零刚度并配置成经由所述可变直径输出滑轮将第二恒定弹簧夹紧力施加至所述连续转矩传送元件。
2.根据权利要求1所述的无级变速器组件，其中所述第一弹性元件以及所述第二弹性元件中的至少一者配置成至少一个盘形弹簧。
3.根据权利要求2所述的无级变速器组件，其中所述至少一个盘形弹簧包括布置成堆的多个盘形弹簧。
4.根据权利要求3所述的无级变速器组件，其中所述堆中的所述多个盘形弹簧中的两个相邻并串联布置。
5.根据权利要求4所述的无级变速器组件，其进一步包括衬垫，所述衬垫布置在所述两个相邻盘形弹簧之间。
6.根据权利要求5所述的无级变速器组件，其中所述相邻盘形弹簧中的每一者均由外径及内径限定，并且其中所述衬垫配置成以所述相应外径及所述相应内径中的一者相对于彼此引导所述两个相邻盘形弹簧。
7.根据权利要求6所述的无级变速器组件，其中所述衬垫包括保持特征件，所述保持特征件配置成以所述相应外径或内径啮合所述两个相邻盘形弹簧。
8.根据权利要求1所述的无级变速器组件，其进一步包括输入弹性元件壳体以及输出弹性元件壳体，其中所述第一弹性元件布置在所述输入弹性元件壳体内部并且所述第二弹性元件布置在所述输出弹性元件壳体内部。
9.根据权利要求8所述的无级变速器组件，其中所述输入弹性元件壳体及所述输出弹性元件壳体分别配置成引导所述第一弹性元件及所述第二弹性元件。
10.根据权利要求1所述的无级变速器组件，其进一步包括：
输入致动器，其配置成建立所述可变直径输入滑轮的所述调整范围并改变所述可变直径输入滑轮的直径；以及
输出致动器，其配置成建立所述可变直径输出滑轮的所述调整范围并改变所述可变直径输出滑轮的直径；
其中所述输入致动器及所述输出致动器共同选择所述连续转矩传送元件的位置。
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