CN1197506A - 环形无级传动装置 - Google Patents

Abstract

一种环形无级传动装置(T),包括一个有一台阶区段(1a)的主轴(1)。一输入盘(2a,2b)可传动地支承在主轴(1)上并可沿主轴轴线轴向移动。一输出盘(3a,3b)可转动地支承在主轴(1)上并面对输入盘(2a,2b)。一动力辊(4,5)置于输入盘(2)和输出盘(3)之间并与它们摩擦啮合,从而将动力从输入盘(2)传至输出盘(3)。碟形弹簧(7)(每个有一中心孔)围绕主轴(1)安置,并位于输入盘(2)的相对于输出盘(3)的相反侧处,从而将输入盘(2)压向输出盘(3)。一加载螺母(8)拧紧在主轴(1)上,以限制碟形弹簧(7)的收缩量。该加载螺母(8)沿轴向面对主轴的台阶区段。套筒(S)置于加载螺母(8)和主轴(1)的台阶(1a)之间。套筒(S)可与加载螺母(8)隔开。碟形弹簧(7)以这样的方式安装在套筒(S)上,使套筒(S)通过每个碟形弹簧(7)的中心孔。

Description

环形无级传动装置

技术领域

本发明涉及一种环形无级传动装置的改进，更具体地涉及围绕用于限制碟形弹簧(膜片弹簧)收缩量的加载螺母的改进，以便有效地防止加载螺母松开，由此增强输入和输出盘抵靠动力辊的摩擦接触。

背景技术

在一环形无级传动装置中，输入和输出盘置于主轴上，而一动力辊置入输入和输出盘之间并与它们摩擦啮合。输入盘通过滚珠花键固定安装在主轴上。碟形弹簧通常置于输入盘的相对于输出盘的相反侧上，以便将一预载荷加在输入盘上，使输入和输出盘以适当压力与动力辊摩擦接触。通常碟形弹簧的轴向收缩量受加载螺母限制，后者拧紧在主轴上并固定于主轴台阶区段附近的一位置上。这样一种环形无级传动装置公开在(例如)日本专利临时公开No.4-69439。

但是，如下面讨论的，上述普通环形无级传动装置存在缺点。也就是，此类环形无级传动装置是这样配置的，就是连接在输入轴上的凸轮法兰的转动通过一加载凸轮机构传递到输入盘上，然后输入盘的转动动力通过动力辊进一步传递给输出盘。尤其在传动装置为双腔型的情况下，拧紧和固定在主轴上的加载螺母的刚性(或弹簧常数)较高，从传动装置构造的观点看，难以具有足够轴向长度的内螺纹部分。此外，加载螺母的(与主轴台阶区段相接触的)对接端部区段的长度也难以大到补偿加载螺母的拧紧力。在这样一种情况下，当输入盘和加载螺母之间产生相对转动(其量对应于每个滚珠花键沿转动方向的游隙)而同时主轴由于在一个大的输入扭矩变化下产生的推力而伸长时，加载螺母的对接端部区段的顶端与台阶区段分开，因此存在着加载螺母松开的忧患。

此外，在上述普通传动装置工作期间，碟形弹簧在加载螺母的圆筒形区段上进行轴向滑动和轴向收缩，其中该圆筒形区段由于它和碟形弹簧之间的滑动接触而受到大量磨损。有鉴于此，加载螺母的圆筒形区段的周面部分通常被硬化，例如通过渗碳。在进行加载螺母的这样一种硬化过程中，需要进行精确控制，以免降低加载螺母的内螺纹部分的强度(取决于硬化)，由此使加载螺母的生产过程复杂化。

发明的公开

本发明的一个目的是提供一种改进的环形无级传动装置，它可以有效地克服普通环形无级传动装置中遇到的缺点。

本发明的另一个目的是提供一种改进的环形无级传动装置，即使在主轴上施加大的扭矩变化时，该装置也能有效地防止用于限制碟形弹簧轴向收缩量的加载螺母松开，由此增大输入和输出盘与动力辊的摩擦啮合。

本发明的环形无级传动装置包括一个具有台阶区段的主轴。一个输入盘可传动地支承在主轴上并可以沿主轴轴线轴向移动。一个输出盘可转动地支承在主轴上并安置成面对输入盘。一个动力辊安置在输入盘和输出盘之间并与它们摩擦啮合，以便将动力从输入盘传到输出盘。碟形弹簧(每个有一中心孔)安置在主轴周围并安置在输入盘的相对于输出盘的相反侧，以便将输入盘压向输出盘。一个加载螺母拧紧在主轴上以限制碟形弹簧的收缩量。加载螺母沿轴向面对主轴的台阶区段。一个套筒安置在加载螺母和主轴的台阶区段之间。该套筒与加载螺母隔开。碟形弹簧安装在套筒上，其安装方式使套筒通过每个碟形弹簧的中心孔。

由于套筒在收缩状态下安置在主轴的台阶区段和加载螺母之间以提供并补偿加载螺母紧靠主轴台阶区段的压力，因此可以保证一个用于提供抵靠主轴台阶区段的压力的足够大的距离。此外，套筒的截面积可以做成小于主轴的在台阶区段和加载螺母之间部分的截面积。结果，套筒的刚性(或弹簧常数)显著地小于普通传动装置的加载螺母的对接端部区段的刚性，使得该套筒可以在从加载螺母施加的压缩力的作用下安置在处于收缩状态的位置中。因此，如果在传动装置工作期间本发明的传动装置主轴在受到大扭矩变化时发生弹性变形和伸长，那么收缩状态中的套筒产生轴向恢复，使得主轴的台阶区段和套筒之间不产生空间而保持套筒抵靠主轴台阶区段的环形平面的适当压力。这样，可以有效地防止加载螺母松开。

此外，由于套筒是一个与加载螺母分开的部件，因此足以在生产过程期间仅仅在套筒上进行硬化处理而不对加载螺母进行硬化处理。这简化了包括有加载螺母和套筒的加载装置的生产过程。此外，加载螺母的内螺纹部分可以沿轴向深深地***套筒的圆筒形区段内部，从而增大其轴向尺寸，因此进一步防止加载螺母松开。

附图简述

图1是本发明的环形无级传动装置的一个实施例的局部纵向截面图；

图2是一种普通环形无级传动装置的局部纵向截面图；

图3是本发明的环形无级传动装置的另一实施例的局部纵向截面图；

图4是该环形无级传动装置的又一实施例的主要部分的局部纵向截面图。

实施本发明的最好方式

现在参照图1，本发明的一种双腔式环形无级传动装置的一个实施例用参考字母T表示。此传动装置包括一个主轴1。输入盘2a、2b分别通过滚珠花键Bs1、Bs2以这样的方式安装在主轴1上。使得动力可以从主轴1传动到每个输入盘上。输出盘3a、3b分别面对输入盘2a、2b安置并转动地安装在主轴1上。输出盘3a、3b传动地连接在输出套筒M上，以便将动力传递给输出套筒M。动力辊或摩擦辊4a、4b的设置方式使每个动力辊安置在输入盘2a、2b和输出盘3a、3b之间，以便将动力从输入盘传递到输出盘。其它动力辊或摩擦辊4b、5b这样安置，使动力辊4a、4b(或5a、5b)相对于主轴1基本上对称，虽然没有示出。

碟形弹簧6设置在主轴1周围，将输入盘2a推向输出盘3a，以便将一个预载加在输入盘2a上。碟形弹簧7也设置在主轴1的周围，将输入盘2b推向输出盘3b，以便将一个预载加在输入盘2b上。每个碟形弹簧6、7形成一个中心开口(未标号)，其中通过主轴1。一个用钢制成的加载螺母8拧紧在主轴1上，安置成使碟形弹簧7设置在它和输入盘2b之间。加载螺母8的作用是限制碟形弹簧7的轴向收缩量。碟形弹簧7的轴向收缩量可以由一垫圈t调整，该垫圈安置在输入盘2b的槽中并与碟形弹簧7接触。加载螺母8包括一个主体区段8a，一个圆筒形凸出部8b与其整体形成。圆筒形凸出部8b从主体区段8a沿轴向向输入盘2b凸出。加载螺母8设有内螺纹部分(未标号)，与主轴1的外螺纹部分(未标号)啮合。加载螺母的内螺纹部分延伸通过主体区段8a和圆筒形凸出部8b。主体区段8a有一环形平面(无标号)，其上接触碟形弹簧7，该环形平面垂直于主轴1的轴线。圆筒形凸出部8b的圆筒形周面垂直于主体区段8a的环形平面。

一个用钢制成的环状薄套筒S安置在主轴1的台阶区段1a和加载螺母8之间。台阶区段1a设置在输入盘2b的径向内部，并有一个垂直于主轴1的轴线的环形平面(未标号)。套筒S包括一个圆筒形区段S1，与主轴1同轴并紧密配合在加载螺母8的圆筒形凸出部8b上。套筒S的圆筒形区段S1的端部部分与加载螺母8的主体区段8a的环形平面接触。加载螺母8的圆筒形凸出部8b的顶端与套筒S的圆筒形区段S1的顶端沿轴向隔开地安置，从而接近主轴1的台阶区段1a。换句话说，圆筒形凸出部8b的顶端安置在套筒S的圆筒形区段S1内部的沿轴向中心部分处。套筒S包括一个圆筒形法兰区段S2，后者与圆筒形区段S1的另一端部整体形成。环形法兰区段S2安装在主轴1的周面上。环形法兰区段S2有一环形平面(未标号)，该环形平面垂直于主轴1的轴线并与台阶区段1a的环形平面接触。如图所示，碟形弹簧7安装在套筒S的圆筒形区段S1上。加载螺母8的圆筒形凸出部8b的顶端与套筒S的法兰区段S2隔开，以在其间形成环状空间C。因此，套筒S在拧紧加载螺母8而产生的轴向力之下对着主轴1的台阶区段1a压紧，以便提供和补偿加载螺母8的对着台阶区段1a的压力。

在该实施例中，套筒S的轴向长度L大于主轴1的在台阶区段1a的环形平面和加载螺母8的圆筒形凸出部8b的顶端之间的部分P的轴向长度。此外，套筒S的圆筒形区段S1的截面积小于主轴1的部分P的截面积，该截面积位于一个与主轴1的轴线垂直的平面上。结果，套筒S的刚性(或弹簧常数)低于主轴1的部分P的刚性。因此，在上紧加载螺母8时套筒S沿轴向收缩或形成沿轴向的弹性变形，给碟形弹簧7提供预载，使得套筒S的轴向收缩量大于主轴1的部分P的轴向伸长量。为了完成上述目的，套筒S可以用铸铁、铜、铝、黄铜或各种含铜和铝的合金，来代替钢。但是，最好套筒S用象主轴1一样的同样碳钢制成，以获得预定的硬度。

一个环形凸轮法兰9可以转动地安装在主轴上。一个加载凸轮机构10设置在凸轮法兰9和输入盘2a之间。

对于上述环形无级传动装置T，一个转动力从输入轴11通过所谓前后变换机构12传递到凸轮法兰9上。传递到凸轮法兰9上的转动力通过加载凸轮机构10进一步传递。当通过加载凸轮机构10在凸轮法兰9和输入盘2a之间形成相对转动时，加载凸轮机构10产生一个推力，将输入盘2a推向输出盘3a。上述推力的一个反作用力从凸轮法兰9经过轴承13、主轴1、加载螺母8和碟形弹簧7输入到另一输入盘2b，由此产生一个引向输出盘3b的推力。推力(基于从输入轴11来的传动扭矩)通过加载凸轮机构10传递到输入盘2a、2b，使每个动力辊4a、4b、5a、5b在对应于从输入轴11来的传动扭矩的压力下被安置在输入和输出盘2a、3a(2b、  3b)之间并构成与输入和输出盘2a、3a(2b、3b)的摩擦啮合，从而将动力从输入轴11传递到输出盘3a、3b。

可以理解，在车速变化期间，当形成大的扭矩变化时，主轴1可以沿轴向伸长或形成轴向弹性变形，使得主轴1的部分P也伸长而增大主轴1的台阶区段1a和加载螺母8的圆筒形凸出部8b的顶端之间的距离。但是，由于套筒S在收缩状态下与主轴1的台阶区段1a压力接触，所以在主轴台阶区段1a和套筒S之间不产生空间，由此即使主轴1沿轴向伸长也能防止加载螺母8松开。

下面与图2所示的普通环形无级传动装置相比较，从而详细地讨论本发明的效果。

在图2所示的普通环形无级传动装置中，一个拧紧和固定在主轴1′上而与主轴1′的台阶区段1a′压力接触的加载螺母14的刚性(或弹簧常数)较高，并从传动装置的构造的观点看难以具有足够的内螺纹部分轴向长度。此外，加载螺母14的对接端部区段14a的长度L1也很难足够大到补偿加载螺母14的上紧力。在这样一种情况下，当输入盘16(对应于图1中的输入盘2b)和加载螺母14之间形成相对转动(其量对应于沿转动方向的滚珠花键15的游隙)而主轴1′由于输入扭矩下的推力而沿轴向伸长时，加载螺母14的对接端部区段14a的顶端与台阶区段1a′分开，因此加载螺母将被松开。

但是，按照本实施例的环形无级传动装置T，沿轴向的长的薄套管S在收缩状态下安置在主轴1的台阶区段1a和加载螺母8之间，以便提供和补偿加载螺母8抵靠主轴1的台阶区段1a的压力。因此，获得提供抵靠主轴台阶区段1a的压力的足够大的距离L。相反，在上述普通传动装置中，相应的距离L1显著地小于本发明的实施例的距离L。此外，套管S的圆筒形截面S1的横截面积显著地小于加载螺母14的对接端部区段14a的截面积并小于主轴1的部分P的横截面积。结果，套筒S的刚性(或弹簧常数)显著地低于普通传动装置的加载螺母14的对接端部区段14a的刚性，使得套筒S可以被安置在从加载螺母8施加的压力下的收缩状态中的位置上。因此，如果该实施例的传动装置T的主轴1在传动装置T工作期间接受一大的扭矩变化时产生弹性变形和伸长，那么收缩状态下的套筒S便沿轴向恢复，使得在主轴1的台阶区段1a和套筒S之间不产生空间，从而保持套筒S抵靠主轴台阶区段1a的环形平面的适当压力。因此，加载螺母1可以有效地防止被松开。

另外，在图2所示的普通环形无级传动装置中，在传动装置工作期间，碟形弹簧7′进行在加载螺母14的圆筒形区段上的轴向滑动和收缩，其中圆筒形区段由于它和碟形弹簧7′之间的滑动接触而受到大量磨损。鉴于这一点，加载螺母14的圆筒形区段的周面部分通常被硬化，例如通过渗碳。在对加载螺母14进行这样一种硬化过程时，需要进行精确的控制，以免降低加载螺母14内螺纹部分的强度(取决于硬化)，由此使加载螺母14的生产过程复杂化。

但是，对于本实施例的传动装置T，仅对套筒S进行硬化处理(如渗碳)就足够了，不必对加载螺母8进行硬化处理。这简化了包括有加载螺母8和套筒S的加载装置的生产过程。在这方面，套筒S的外周面部分最好接受一种表面硬化处理如渗碳或硬化，以免套筒S在与每个碟形弹簧7的内周边部分滑动接触时被磨损。

此外，套筒S具有法兰区段S2，后者沿径向向内延伸，到达一个对应于每个滚珠花键Bs2的滚珠的槽的底部，由此将套筒S的接触面积扩大到主轴台阶区段1a。这防止套筒S抵靠主轴台阶区段1a的压力过分增大，从而避免互相对接的相应部件产生塑性变形。此外，加载螺母8的内螺纹部分沿轴向深深地伸入套筒S的圆筒形区段S1中，从而增大其轴向尺寸，由此进一步避免加载螺母松开。

图3例示本发明的环形无级传动装置T的另一实施例，该实施例类似于图1的实施例，其中主轴1、加载螺母8和套筒S的组装状态与图1的实施例相同。在该实施例中，用于调整施加到碟形弹簧7上的预载荷的环形垫片17安装在套筒S的圆筒形区段S1上并安置在加载螺母8的环形平面和两个与输入盘2b接触的碟形弹簧7之间。可以理解，象图1的实施例中一样，可以有效地防止加载螺母8松开。

图4例示本发明的环形无级传动装置T的另一实施例，该实施例类似于图1的实施例，其中主轴1、加载螺母8和套筒S的组装状态与图1的实施例相同。在该实施例中，在省略垫圈和垫片的情况下，套筒S具有垫圈或垫片的功能，用于调节预载，而加载螺母8的内螺纹部分沿圆筒形凸出部8b的相对方向或朝向输出齿轮(无标号)延伸。在这种情况下，虽然需要精确地设定套筒S的轴向长度，以便保证加载螺母8的拧入量和对碟形弹簧7的预载的调整量，但是不仅可以减少传动装置T的部件数目，而且输入盘2b不需要形成***垫圈用的槽，由此可以增大输入盘2的厚度。如果形成***垫圈用的槽，那么也可以使加载螺母8的内螺纹部分伸向输入盘。因此，在任何情况下都可以提高传动装置T的组成部件的强度。

虽然将双腔型环形无级传动装置T作为实施例来图示和描述，但可以理解，本发明的原理可以应用于各种那样类型的传动装置，其中螺母的紧固力在作用于主轴上的推力下被降低。

Claims (13)

1.一种环形无级传动装置，它包括：

一个有台阶区段的主轴；

一个输入盘，可驱动地支承在主轴上并可以沿主轴轴线轴向移动；

一个输出盘，可转动地支承在主轴上并面对所述输入盘安置；

一个动力辊，安置在所述输入盘和输出盘之间并与它们摩擦啮合，以便将动力从所述输入盘传到所述输出盘；

碟形弹簧，每个有一中心开孔，所述碟形弹簧围绕主轴安置并位于所述输入盘的相对于所述输出盘的相反侧上，从而将所述输入盘压向所述输出盘；

一个加载螺母，拧紧在主轴上以限制碟形弹簧的收缩量，所述加载螺母沿轴向面对所述主轴的台阶区段；以及

一个套筒，安置在所述加载螺母和主轴的台阶区段之间，所述套筒可以与所述加载螺母隔开，所述碟形弹簧安装在所述套筒上，其方式是使所述套筒通过每个碟形弹簧的中心开孔。

2.一种如权利要求1中所述的环形无级传动装置，其特征在于，所述套筒的轴向长度大于所述主轴的台阶区段和所述加载螺母轴向端部之间部分的轴向长度。

3.一种如权利要求1中所述的环形无级传动装置，其特征在于，所述套筒有一个区段，其横截面积小于所述主轴的台阶区段和所述加载螺母轴向端部之间部分的横截面积，每个横截面积位于一个与所述主轴的轴线垂直的平面中。

4.一种如权利要求1中所述的环形无级传动装置，其特征在于，所述套筒用一种其刚性比所述主轴的金属材料低的金属材料制成。

5.一种如权利要求1中所述的环形无级传动装置，其特征在于，所述主轴包括一个其上支承所述输入和输出盘的第一区段和一个第二区段，第二区段的外径小于第一区段，所述加载螺母和所述套筒安装在所述第二区段上，其中该台阶区段在所述第一和第二区段之间的边界上形成，该台阶区段有一面对所述加载螺母的环形面。

6.一种如权利要求5中所述的环形无级传动装置，其特征在于，所述加载螺母包括一个用螺纹啮合在所述主轴的第二区段上的环形主体区段和一个圆筒形凸出部，后者与所述主体区段整体形成并同轴，所述圆筒形凸出部向着台阶区段的环形面凸出，其外径小于所述主体区段。

7.一种如权利要求6中所述的环形无级传动装置，其特征在于，所述套筒包括一个与所述主轴同轴并安装在所述加载螺母的圆筒形凸出部上的圆筒形区段和一个法兰区段，所述碟形弹簧可滑动地安装在所述圆筒形区段的外周面上，该法兰区段与所述圆筒形区段整体形成并沿径向向内延伸而与所述主轴第二区段的外周面接触，所述法兰区段与台阶区段的环形面压力接触，所述法兰区段与所述加载螺母的圆筒形凸出部分开而形成一个空间。

8.一种如权利要求7中所述的环形无级传动装置，其特征在于，所述套筒的轴向长度大于所述主轴的台阶区段和加载螺母轴向端部之间部分的轴向长度。

9.一种如权利要求7中所述的环形无级传动装置，其特征在于，所述套筒的圆筒形区段的横截面积小于所述主轴的在台阶区段和加载螺母轴向端部之间部分的横截面积，每个横截面积位于一个与所述主轴轴线垂直的平面中。

10.一种如权利要求7中所述的环形无级传动装置，其特征在于，所述套筒用一种其刚性比所述主轴的金属材料低的金属材料制成。

11.一种如权利要求8中所述的环形无级传动装置，其特征在于，所述加载螺母的圆筒形凸出部沿轴向***所述套筒的圆筒形区段中，使得其顶端基本上位于所述圆筒形区段的轴向中央部分处，其中所述加载螺母形成一个内螺纹部分，后者延伸通过所述主体区段和所述圆筒形凸出部。

12.一种如权利要求1中所述的环形无级传动装置，其特征在于，所述套筒有一个外周面部分，其上可以滑动地安装所述碟形弹簧，至少所述外周面是通过硬化处理而硬化的。

13.一种如权利要求1中所述的环形无级传动装置，其特征在于，所述套筒起垫片的作用，用于调整被加到所述碟形弹簧上的预载。

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