CN111486206B - 承受大扭矩和冲击性载荷的摆销链及非道路移动机械 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种承受大扭矩和冲击性载荷的摆销链，以及安装有该摆销链的无级变速装置以及安装有该无级变速装置的动力机械。通过对摆销链的链节、链板、摆销等部件的相互比例关系以及形状进行具体设置，同时通过对摆销链与无级变速装置相配合部件进行具体设置，从而提高了无级变速器变速性能，增加无级变速器承载能力，使其更加适用于大马力机械，达到了耐冲击、疲劳寿命提高等技术效果。
Description
技术领域
本发明属于变速箱领域，具体涉及一种承受大扭矩和冲击性载荷的无级变速装置。
背景技术
应用于移动机械的CVT传动装置为链条或钢带围绕在动、定锥盘之间，通过改变两锥盘的距离，调整链条或钢带与锥盘接触点处工作半径，从而实现变速。此种变速箱传动比稳定，设计制造简便，变速范围广，目前见诸报道多应用于汽车领域，输入扭矩在400N.m以下。非道路移动机械，如农机，工程机械等，由于工作范围要求宽，也有应用无级变速器的强烈需求，但其多数载荷较大，通常远大于400N.m（典型需求为600-1200N.m），且多为冲击性载荷。
公知的CVT传动的核心部件是链条或钢带和主、从动带轮组成的传动系统，承受大扭矩和冲击性载荷的无级变速器的障碍之一就是可靠性更高的链条。CN106051129《一种新型CVT变速箱》公开了链板通孔中穿插一根弯曲销轴和一根短销轴，两销轴相互贴紧，侧面形成对滚面的链条结构，此种结构可降低链条的噪声和传动，但实际应用中由于左右销轴与锥盘接触面结构不对称，易造成链条承受锥盘轴向合力倾斜，单边销轴受力过大，寿命下降。
PCT/DE2006/002053《平环链》、PCT/DE2006/001675《链接片、包含该链接片的链以及通过该链构成的链传动装置和装备有该链传动装置的车辆》分别公开了平环链通过铰接件将链接片铰接的结构，且对节距、链接片、铰接件相互之间结构或相互尺寸关系进行了优化构造。在此基础上，德国LuK公司开发了链接片类型为0.8mm厚的LK26 08、LK28 08、LK3008、LK33 08和LK37 08。其产品一方面并未对挡销作出限制，另一方面此种优化适用于乘用车载荷较小，受力较为均匀情况下，以达到设计和成本整体最优，但经试验验证，此种设计并不适用于大扭矩和冲击性载荷。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种承受大扭矩和冲击性载荷的摆销链及无级变速装置，满足移动机械，尤其是非道路移动机械，以及其他大扭矩、冲击性载荷作业情况动力机械对无级变速功能的需求。
具体通过如下技术手段实现：
一种承受大扭矩和冲击性载荷的摆销链，由多个链节组成。
摆销链工作状态下的全长形状为分布于一个平面上的闭环，工作状态的摆销链全长包括圆弧段和连接圆弧段的直线段；在摆销链所在平面中，摆销链凹形的朝向圆弧段中心的一侧称为摆销链内侧，摆销链凸形的背向圆弧段中心的一侧称为摆销链外侧。
每个所述链节包含数片链板，链板为薄片状，即一个方向的尺寸明显小于另外两个方向的尺寸，明显较小的尺寸定义为链板厚度，与摆销链直线段运动方向一致的尺寸定义为链板长度，垂直于链板厚度和链板长度方向的尺寸定义为链板高度。
每个链板上设置有1个或2个以上链板厚度方向的通孔，相邻两个链节通过设置于所述通孔中的一组摆销相连接。
每组摆销包括形状相同或基本相同且相互对置的两根摆销，所述摆销端部的两个侧面平行于链板长度方向，且与长度方向和高度方向所组成的平面相倾斜设置。
每组摆销的每根摆销的至少一端设有挡销，以限制链板从摆销上脱落。
每根摆销的至少一端的挡销在链板厚度方向上的长度均大于等于2mm（优选大于等于2.5mm）。
在工作状态下时，每组摆销上的挡销间链板厚度方向上的最小距离与该组摆销上所有链板的厚度之差大于0.2mm，优选大于0.4mm。
作为优选，在工作状态下的直线段部分时，摆销侧面中90%以上面积在垂直于链板长度方向的平面上的投影，所得投影曲线的曲率半径大于150mm，优选大于180mm。
作为优选，在链板厚度方向上，所述挡销至少60%长度上，在垂直于链板厚度方向的截面上投影的面积大于等于0.75mm²，优选大于等于1.00mm²。
作为优选，所述链板在直线段的摆销链内侧，链板高度方向上与摆销接触最低点处的链板高度方向上的链板宽度大于4mm，优选大于6mm；所述链板在直线段的摆销链外侧，链板高度方向上与摆销接触最高点处的链板高度方向上的链板宽度大于3mm，优选大于5mm。
作为优选，在工作状态下的直线段部分时，所述摆销的侧面与链板长度方向与厚度方向形成的平面相交，截得的弧线的曲率半径大于等于200mm，优选大于等于300mm。
作为优选，链板厚度大于等于0.9mm，优选大于等于1.1mm。
作为优选，摆销链最小节距大于等于9mm，优选大于等于12mm。
一种承受大扭矩和冲击性载荷的无级变速装置，包括同轴布置的主动定锥盘、主动动锥盘，同轴布置的从动定锥盘、从动动锥盘，以及至少1根承受大扭矩和冲击性载荷的摆销链；所述主动定锥盘、主动动锥盘和从动定锥盘、从动动锥盘的轴线间的距离为A，称为中心距A；所述摆销链夹持在所述主动动锥盘、主动定锥盘以及从动动锥盘、从动定锥盘之间；所述摆销链的全长为L，摆销链全长包括夹持围绕在所述主动动锥盘、主动定锥盘以及从动动锥盘、从动定锥盘之间的圆弧段和连接圆弧段的直线段；所述中心距A不小于182mm。
作为优选，所述摆销的全长L>38+0.025A。
一种非道路移动机械包括发动机以及连接于发动机上的所述的承受大扭矩和冲击性载荷的无级变速装置；所述承受大扭矩和冲击性载荷的无级变速装置之上连接有多档齿轮变速器；所述承受大扭矩和冲击性载荷的无级变速装置与发动机之间，或所述承受大扭矩和冲击性载荷的无级变速装置与多档齿轮变速器之间或多档齿轮变速器之内设置有离合器。
本发明的效果在于：
1，锥盘式无级变速器在正常运转中，链条会发生原理性的微量偏斜。在实际运行中，链条偏斜不仅是原理性的，如拖拉机田间作业过程中由冲击载荷带来的瞬间扭矩变化可接近发动机额定扭矩的1倍，导致瞬间由链条伸长和系统变形带来的链条偏斜。通过加强焊接在摆销上的挡销长度和横截面积，加强焊接牢固度，保证在大扭矩和冲击性载荷时挡销的牢固。
2，因为链板有热处理变形，挡销与链板保持一定距离，有助于减小链条偏斜时对挡销的冲击，有效地保证了在冲击性载荷下大扭矩的传递。
3，通过增大摆销侧面的包括链板长度方向和链板高度方向的曲率半径，降低销轴与锥盘接触面的表面压力，保证摆销和锥盘的接触强度，在大扭矩和冲击性载荷下，不会导致摩擦副表面损伤。
4，除销轴和挡销外，链板也是主要承载零件，根据理论分析，强度薄弱点应为摆销与链板接触侧面。但试验中发现，如图7所示，在大扭矩和冲击性载荷作用下，由于链条在圆弧段的偏转，最易发生疲劳断裂的部位为链板在直线段的摆销链内侧的链板高度方向上与摆销接触最低点处，通过加大此处的链板的材料面积（宽度），可以保证链板的疲劳强度，增强链条疲劳寿命。
5，相对于公知技术的0.7mm和0.8mm的链板厚度，通过试验发现，相同链条宽度下，将链板厚度增加到0.9mm及以上，可有效改善链板平面度和一致性，显著提高链条在大载荷下的疲劳寿命。
6，针对大扭矩冲击性载荷，通过加大锥盘直径，即加大锥盘轴的中心距，即可增加摆销链中被动定锥盘夹持的摆销的对数，同时也可有效降低摆销链的拉力，从而降低摆销和锥盘锥面之间的接触应力，降低链板中的应力，提高系统疲劳寿命，但加大中心距同时也会带来链条系统偏斜增加，对前述挡销的长度、横截面积和位置也有较高要求，因此需要加大链板和挡销之间的间隙，即在所述摆销链中一方面必须考虑大扭矩冲击载荷下中心距增加对摆销的益处，另一方面也必须防止摆销链系统偏斜的增加带来的对挡销的侧向剪切力的影响。
7，摆销链中包含有只一端设置有挡销的情况，可提高生产效率、降低成本，便于装配、拆卸和维修。
通过以上措施，在以农业机械为代表的冲击性扭矩作业工况中，本发明可保证1000N.m以上的工作载荷的可靠传递。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构简图。
图2为本发明无级变速器装置侧面摆销链工作状态直线段和圆弧段示意图。
图3为本发明摆销链顶面结构示意图。
图4为本发明摆销链侧面结构示意图。
图5为本发明的销轴局部示意图。
图6为本发明垂直于链板长度方向的平面上（图3A-A面）销轴剖面结构示意图。
图7为链板接触压力分布图。
图8为对比例1冲击性载荷下的车况变化图。
图9为实施例1冲击性载荷下的车况变化图。
图10为实施例1、对比例1的变速箱输入扭矩650N.m和400N.m时的链条偏斜量变化图。
图11为本发明摆销链的立体示意图。
附图中使用的字母用于解释已经提及尺寸关系并具有如下意义：
A：中心距；L:摆销链链长；W:链条宽度；m: 链板厚度；b：链板长度； h:链板高度；d：节距；n: 挡销在链板厚度方向上的长度。
附图中所有序号：
1.发动机，2.主动定锥盘，3.主动动锥盘，4.多档齿轮变速器，5.离合器，6.从动动锥盘，7.摆销链，71.链节，711.链板，7111.链板与摆销接触最低点，72.销轴，721.圆弧段，73.挡销，8.从动定锥盘。
具体实施方式
实施例1
一种非道路移动机械动力传递装置，包括发动机以及连接于发动机上的承受大扭矩和冲击性载荷的无级变速装置，如图1所示，所述无级变速装置之上连接有多档齿轮变速器；所述无级变速装置与多档齿轮变速器之间设置有离合器。
所述无级变速装置包括同轴布置的主动定锥盘、主动动锥盘，同轴布置的从动定锥盘、从动动锥盘，以及1根摆销链，所述主动定锥盘、主动动锥盘和从动定锥盘、从动动锥盘的中心距为220mm，摆销链夹持在所述主动动锥盘、主动定锥盘以及从动动锥盘、从动定锥盘之间，通过摆销链侧面的斜面和锥盘的锥面形成的摩擦副传递动力；如图2~4所示，所述摆销链由多个链节组成，摆销链工作状态下的全长形状为分布于一个平面上的闭环，工作状态的摆销链全长包括圆弧段和连接圆弧段的直线段；在摆销链所在平面中，摆销链凹形的朝向圆弧段中心的一侧称为摆销链内侧，摆销链凸形的背向圆弧段中心的一侧称为摆销链外侧。
每个所述链节包含数片链板，链板为薄片状，每片链板上设置有一个链板厚度方向的通孔，相邻两个链节通过设置于通孔中的一组摆销相链接，每组摆销包括形状相同或基本相同且相互对置的两根摆销，所述摆销端部的两个侧面以链板长度方向为旋转轴倾斜，以配合锥盘锥面角度。
每组摆销的每根摆销的至少一端设有挡销，以限制链板从摆销上脱落，如图5所示。所述挡销在链板厚度方向上的长度为2.5mm；在工作状态下时，每组摆销上的挡销间链板厚度方向上的最小距离与该组摆销上所有链板的厚度之差为0.4mm；在链板厚度方向上，所述挡销60%长度以上，在垂直于链板厚度方向的截面上投影的面积大于0.8mm²。
如图6所示为垂直于链板长度方向的平面上（图3的A-A面）销轴剖面结构示意图。所述摆销在工作状态下的直线段部分时，摆销侧面中90%以上面积在垂直于链板长度方向的平面上的投影，所得投影曲线的曲率半径大于150mm（优选大于180mm）；在工作状态下的直线段部分时，所述摆销的侧面与链板长度方向与厚度方向形成的平面相交，截得的弧线的曲率半径大于等于200mm（优选大于等于300mm）。所述摆销型号标记为48-02号。
所述链板在直线段的摆销链内侧的链板高度方向上与摆销接触最低点处的链板尺寸为5mm，所述链板在直线段的摆销链外侧，链板高度方向上与摆销接触最高点处的链板尺寸为4mm；所述链板厚度为1.0mm。所述链板型号标记为48-01号，所述摆销链最小节距为10mm，链条宽度48mm。
对比例1
本对比例采用实施例1一致的动力传递装置，通过更换链条的方式实现更好的对比操作，对比例摆销链中心距为220mm，挡销在链板厚度方向上长度为1.0mm，每组摆销上的挡销间链板厚度方向上的最小距离与该组摆销上所有链板的厚度之差为0.2mm；在链板厚度方向上，所述挡销60%长度以上，在垂直于链板厚度方向的截面上投影的面积大于0.8mm²；摆销采用与实施例1一致48-02型号摆销，链板采用与实施例1一致48-01型号链板，摆销链最小节距为10mm，链条宽度48mm。其他设置与实施例1相同。
实施例和对比例的变速箱，相同道路，相同发动机情况下，实施例和对比例对于冲击性载荷的车况变化如图8、9所示，此时一轴（无级变速器主动轴）转速保持在1900r/min左右，二轴（无级变速器从动轴）转速为1300r/min左右。对于对比例如图8所示，遇冲击性载荷，发动机输出扭矩急剧下降之后迅速升高，此时一轴（无级变速器主动轴）和发动机完全结合，发动机和一轴（无级变速器主动轴）转速波动，二轴（无级变速器从动轴）转速小幅度波动，反复几次之后，二轴（无级变速器从动轴）转速在经历小幅度波动之后迅速丢失，发动机输出扭矩急剧下降， 一轴（无级变速器主动轴）转速迅速升高后迅速降低，拆箱检查发现链条失效；对于实施例如图9所示，遇冲击性载荷，发动机输出扭矩迅速下降之后迅速升高，同时发动机和一轴（无级变速器主动轴）转速波动，二轴（无级变速器从动轴）转速小幅度波动，但反复几次之后，相较于对比例1，二轴（无级变速器从动轴）转速趋于平稳，反应在一轴（无级变速器主动轴）转速和发动机输出扭矩上也进入平稳阶段，拆箱检查发现链条完好。对实施例和对比例变速箱输入扭矩650N.m和400N.m时的链条偏斜量进行分析，如图10所示。若预置速比1.3时链条偏斜为0，速比1.4时负冲击载荷，变速箱输入扭矩从650N.m到400N.m变化过程中，链条偏斜量由α点变化为β点，链条偏斜量增加。由此解释前述不止是正冲击载荷（发动机输出扭矩的急剧增加），负冲击载荷（发动机输出扭矩的急剧减小）也会引起对链条偏斜量的增加。
实施例2
一种非道路移动机械动力传递装置包括发动机以及连接于发动机上的承受大扭矩和冲击性载荷的无级变速装置。所述无级变速装置包括同轴布置的主动定锥盘、主动动锥盘，同轴布置的从动定锥盘、从动动锥盘，以及1根摆销链，所述主动定、动锥盘和从动定、动锥盘的中心距为300mm，摆销链夹持在所述主动动、定锥盘以及从动动、定锥盘之间，通过摆销链侧面的斜面和锥盘的锥面形成的摩擦副传递动力；所述摆销链由多个链节组成，摆销链工作状态下的全长形状为分布于一个平面上的闭环，工作状态的摆销链全长包括圆弧段和连接圆弧段的直线段；在摆销链所在平面中，摆销链凹形的朝向圆弧段中心的一侧称为摆销链内侧，摆销链凸形的背向圆弧段中心的一侧称为摆销链外侧。
每个链节包含数片链板，链板为薄片状，每片链板上设置有一个链板厚度方向的通孔，相邻两个链节通过设置于通孔中的一组摆销相链接，每组摆销包括形状相同或基本相同且相互对置的两根摆销，所述摆销端部的两个侧面以链板长度方向为旋转轴倾斜，以配合锥盘锥面角度。
每组摆销的每根摆销的至少一端设有挡销，以限制链板从摆销上脱落，所述挡销在链板厚度方向上的长度为2mm；在工作状态下时，每组摆销上的挡销间链板厚度方向上的最小距离与该组摆销上所有链板的厚度之差为0.5mm；在链板厚度方向上，所述挡销60%长度以上，在垂直于链板厚度方向的截面上投影的面积大于1.0mm²。
所述摆销在工作状态下的直线段部分时，摆销侧面中90%以上面积在垂直于链板长度方向的平面上的投影，所得投影曲线的曲率半径大于150mm（优选大于180mm）；在工作状态下的直线段部分时，所述摆销的侧面与链板长度方向与厚度方向形成的平面相交，截得的弧线的曲率半径大于等于200mm（优选大于等于300mm）。
所述链板在直线段的摆销链内侧的链板高度方向上与摆销接触最低点处的链板尺寸为5mm，所述链板在直线段的摆销链外侧，链板高度方向上与摆销接触最高点处的链板尺寸为4mm；所述链板厚度为1.0mm，所述摆销链最小节距为10mm，链条宽度48mm。
通过换链板操作，与公知luk链接片类型0.8mm厚链板对比，相同试验条件下，本实施例相对于对比链板疲劳寿命提高1000倍以上。
Claims (9)
1.一种承受大扭矩和冲击性载荷的摆销链，其特征在于：所述摆销链由多个链节组成；
摆销链工作状态下的全长形状为分布于一个平面上的闭环，工作状态的摆销链全长包括圆弧段和连接圆弧段的直线段；在摆销链所在平面中，摆销链凹形的朝向圆弧段中心的一侧称为摆销链内侧，摆销链凸形的背向圆弧段中心的一侧称为摆销链外侧；
每个所述链节包含数片链板，链板为薄片状，即一个方向的尺寸明显小于另外两个方向的尺寸，明显较小的尺寸定义为链板厚度，与摆销链直线段运动方向一致的尺寸定义为链板长度，垂直于链板厚度和链板长度方向的尺寸定义为链板高度；
每个链板上设置有1个或1个以上链板厚度方向的通孔，相邻两个链节通过设置于所述通孔中的一组摆销相连接；
每组摆销包括形状相同或基本相同且相互对置的两根摆销，所述摆销端部的两个侧面平行于链板长度方向，且与长度方向和高度方向所组成的平面相倾斜设置；
每组摆销的每根摆销的至少一端设有挡销，以限制链板从摆销上脱落；
每根摆销的至少一端的挡销在链板厚度方向上的长度均大于等于2mm；
在工作状态下时，每组摆销上的挡销间链板厚度方向上的最小距离与该组摆销上所有链板的厚度之差大于0.2mm；
在链板厚度方向上，所述挡销至少60％长度上，在垂直于链板厚度方向的截面上投影的面积大于等于0.75mm2；
所述链板在直线段的摆销链内侧，链板高度方向上与摆销接触最低点处的链板高度方向上的链板宽度大于4mm；
所述链板在直线段的摆销链外侧，链板高度方向上与摆销接触最高点处的链板高度方向上的链板宽度大于3mm。
2.根据权利要求1所述的承受大扭矩和冲击性载荷的摆销链，其特征在于：在工作状态下的直线段部分时，摆销侧面中90％以上面积在垂直于链板长度方向的平面上的投影，所得投影曲线的曲率半径大于150mm。
3.根据权利要求1所述的承受大扭矩和冲击性载荷的摆销链，其特征在于，在工作状态下的直线段部分时，所述摆销的侧面与链板长度方向与厚度方向形成的平面相交，截得的弧线的曲率半径大于等于200mm。
4.根据权利要求1所述的承受大扭矩和冲击性载荷的摆销链，其特征在于，链板厚度大于等于0.9mm。
5.根据权利要求1所述的承受大扭矩和冲击性载荷的摆销链，其特征在于，摆销链最小节距大于等于9mm。
6.根据权利要求1所述的承受大扭矩和冲击性载荷的摆销链，其特征在于：每根摆销的至少一端的挡销在链板厚度方向上的长度均大于等于2.5mm；
在工作状态下时，每组摆销上的挡销间链板厚度方向上的最小距离与该组摆销上所有链板的厚度之差大于0.4mm；
在链板厚度方向上，所述挡销至少60％长度上，在垂直于链板厚度方向的截面上投影的面积大于等于1.00mm2；
在工作状态下的直线段部分时，摆销侧面中90％以上面积在垂直于链板长度方向的平面上的投影，所得投影曲线的曲率半径大于180mm；
所述链板在直线段的摆销链内侧，链板高度方向上与摆销接触最低点处的链板高度方向上的链板宽度大于6mm；
所述链板在直线段的摆销链外侧，链板高度方向上与摆销接触最高点处的链板高度方向上的链板宽度大于5mm；
在工作状态下的直线段部分时，所述摆销的侧面与链板长度方向与厚度方向形成的平面相交，截得的弧线的曲率半径大于等于300mm；
链板厚度大于等于1.1mm；
摆销链最小节距大于等于12mm。
7.一种承受大扭矩和冲击性载荷的无级变速装置，其特征在于：包括同轴布置的主动定锥盘、主动动锥盘，同轴布置的从动定锥盘、从动动锥盘，以及至少1根权利要求1-6任一项所述的承受大扭矩和冲击性载荷的摆销链；所述主动定锥盘、主动动锥盘和从动定锥盘、从动动锥盘的轴线间的距离为A，称为中心距A；所述摆销链夹持在所述主动动锥盘、主动定锥盘以及从动动锥盘、从动定锥盘之间；所述摆销链的全长为L，摆销链全长包括夹持围绕在所述主动动锥盘、主动定锥盘以及从动动锥盘、从动定锥盘之间的圆弧段和连接圆弧段的直线段；
所述中心距A不小于182mm。
8.根据权利要求7所述的承受大扭矩和冲击性载荷的无级变速装置，其特征在于：摆销的全长L>38+0.025A。
9.一种非道路移动机械，其特征在于，所述非道路移动机械包括发动机以及连接于发动机上的权利要求7～8任一项所述的承受大扭矩和冲击性载荷的无级变速装置；所述承受大扭矩和冲击性载荷的无级变速装置之上连接有多档齿轮变速器；所述承受大扭矩和冲击性载荷的无级变速装置与发动机之间，或所述承受大扭矩和冲击性载荷的无级变速装置与多档齿轮变速器之间或多档齿轮变速器之内设置有离合器。
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