CN202301796U - 一种机械耦合式双金属带传动的无级变速器 - Google Patents

Abstract

一种机械耦合式双金属带传动的无级变速器，该无级变速器属于机械传动技术领域。该无级变速器含有一根主动传动轴，两根被动传动轴，设置在主动传动轴上的两组锥盘，分别设置在两根被动传动轴上的两组锥盘以及连接主动传动轴与被动传动轴的两根传动金属带，被动传动轴分别与差速器两半轴相连，通过差速器壳体输出动力，上述锥盘与相应传动轴采用键连接，并提供该变速器液压控制系统原理图。本实用新型传递扭矩大，速比同步控制难度小，控制系统可靠易行。

Description

一种机械耦合式双金属带传动的无级变速器

所属技术领域

本实用新型涉及一种金属带传动无级变速器传动装置，属于机械传动技术领域。 

背景技术

金属带式无级自动变速器(Continuously Variable Transmission，简称为CVT)是一种能根据车辆行驶条件自动连续变化速比的新型变速器。当车辆处于驱动工况时，通过改变速比使发动机按最佳燃油经济性曲线或最佳动力性曲线工作，可以显著提高汽车的燃油经济性，改善汽车的动力性和乘坐舒适性，降低发动机的排放污染。因此，无级变速传动是一种理想的车辆动力传动方式，自汽车诞生以来一直是人们追求的目标。近20年来无级变速传动技术有了很大的提高，各国竞相研制，投入批量生产，成为汽车变速传动发展的主要方向。由于以上优异性能，CVT逐步获得了市场的认可，越来越多的汽车生产商开始装用CVT，全球CVT的产量和市场占有率逐渐增加。 

金属带式无级变速器主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵、液压缸等基本部件金属带由两束金属环和几百个金属片构成。主、从动带轮分别由一轴向固定的锥盘和可轴向移动的锥盘组成，与油缸靠近的一侧锥盘可以在轴上滑动，另一侧则固定。置于固定和移动两锥盘构成的V行槽内的金属带是一个组合元件，它由数百片厚约2mm的V形摩擦片和嵌在摩擦片鞍座面内的两组金属钢环片组成。每组钢带环组由若干层厚度为0.18mm的钢带环套合而成，带环宽度和层数可根据传递转矩的不同而增减。钢带环的作用一是引导摩擦片的运动方向，二是承担金属带中的张力。摩擦片的作用是传递转矩。发动机输出的动力首先传递到CVT的主动轮，然后通过V型传动带传递到从动轮，最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径，从而改变传动比。可动盘的轴向移动量是由驾驶者根据需要通过控制系统调节主动轮、从动轮液压油缸内的压力来实现的。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节，从而实现了无级变速。液压控制系统根据发动机节气门开度和车速控制主、从动带轮沿轴向移动，金属带在两锥轮构成的V型槽内沿径向滑动，即主、从动轮的作用半径发生变化，从而实现速比在设计范围内变化。在速比的变化过程中，由于工作半径即节圆半径的变化是连续的，因此速比也是连续变化的。 

尽管CVT有着诸多方面的优点，但它的缺点也是明显的，就是传动带容易损坏，不能承受较大的载荷，只能应用于低功率、低扭矩汽车上使用。 

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型发明的目的是提供一种机械耦合式双金属带传动无级变速器，用以解决现有技术中传递力矩较小、传递效率低、使用寿命短等不足。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该无级变速器含有一根主动传动轴，两根被动传动轴，设置在主动传动轴上的两组锥盘，分别设置在两根被动传动轴上的两组锥盘以及连接主动传动轴与被动传动轴的两根传动金属带，被动传动轴分别与差速器两半轴相连，通过差速器壳体输出动力，上述锥盘与相应传动轴采用键连接。另外针对本无级变速器的特点，提供其液压控制系统原理图，液压控制系统为单压力式控制回路，主要由油泵、速比控制阀、夹紧力控制阀、同步控制阀、信号处理单元等组成。 

本实用新型的有益效果是：①由两根传动金属带共同传递扭矩，与现有无级变速器对比，传递扭矩大一倍，提高了传动效率，扩大了CVT的应用范围。②利用差速器将两组金属带输 出转矩耦合，允许每组被动带轮转速、转矩不同，避免了因带轮间速比差异而损坏，降低了速比控制的难度，提高变速器的可靠性。③液压系统利用在现有单压力控制系统上增加锥盘液压缸同步控制功能，控制系统可靠易行。 

附图说明

图1为本实用新型提供的一种机械耦合式双金属带无级变速器结构示意图。 

图2为本实用新型提供的无级变速器液压控制系统原理图。 

图中1.主动传动轴，2.主动传动轴上的第一定锥盘，3.第一金属V带，4.主动传动轴上的第一动锥盘，5.主动传动轴上的第二动锥盘，6.主动传动轴上的第二定锥盘，7.第二金属V带，8.被动传动轴上的第二动锥盘，9.第二被动传动轴，10.被动传动轴上的第二定锥盘，11.差速器，12.被动传动轴上的第一定锥盘，13.被动传动轴上的第一定锥盘，14.第一被动传动轴，15.夹紧力控制阀，16.同步控制阀，17.第二速比控制阀，18.第一速比控制阀，19.油泵，A.第一带轮组，B.第二带轮组。 

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 

图1为本实用新型提供的机械耦合双金属带无级变速器的机构示意图。发动机转矩传至主动传动轴1，主动轴上所有锥盘均通过键连接与主动轴同步转动，2、6分别为第一、第二定锥盘，只有转动自由度，4、5为第一、第二动锥盘可沿轴向滑动。10、12分别为第一被动传动轴14和第二被动传动轴9上的第一定锥盘和第二定锥盘，均采用键连接无轴向滑动。13、8分别为第一被动传动轴14和第二被动传动轴9上的第一动锥盘和第二动锥盘，均采用键连接可以沿轴向滑动。两组带轮分别由金属V带2和7连接传递扭矩，金属V带周长固定不变。 

CVT的变速原理：CVT工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径，金属带在两锥轮构成的V型槽内沿径向滑动，即主、从动轮的作用半径发生变化，从而实现速比在设计范围内变化从而改变传动比。可动盘的轴向移动量是由驾驶者根据需要通过控制系统调节主动轮、从动轮液压油缸内的压力来实现的。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节，从而实现了无级变速。本实用新型提供的无级变速器共有两个带轮组，速比控制要求第一带轮组速比要与第二带轮组(如图1所示)速比同步变化，如果被动传动轴设计为一根刚性轴，那么因为两带轮组间速比控制误差会使金属带与带轮打滑，损坏变速器。本实用新型将被动传动轴设计成第二被动传动轴9和第一被动传动轴14两根轴，其分别连接差速器的左右半轴，整个变速器的动力由差速器壳体输出，允许第一、第二带轮组间传递不同转速和扭矩。由行星轮系的传动理论可得差速器运动动力学规律为(其中W为相应部位输出转速，T为相应部位输出扭矩)： 

忽略行星齿轮自传加速阻力的影响： 

T_壳体＝2×T_左半轴＝2×T_右半轴

设第一、第二带轮组速比分别为i₁、i₂，主动传动轴输入转矩为T_输入，那么变速器输出等效速比i满足： 

$i=\frac{2i_1{i}_2}{i_1+i_2}$

差速器壳体输出转矩： 

由上述推导可知，液压控制系统要保证两个带轮组速比同步变化，即：i1＝i2。变速原理可由图2提供的无级变速器液压控制系统原理图说明。该液压控制系统为单压力式控制回路，主要由油泵19、速比控制阀17、速比控制阀18、夹紧力控制阀15、同步控制阀16、信号处理单元等组成，阀类元件均为电液比例控制阀。首先ECU根据发动机转矩、车速、驾驶员油门信号、发动机转速等信号计算出当前车况所需变速器速比，换算为主动带轮油缸位移，速比控制阀18、速比控制阀17同步动作分别推动主动传动轴上的第一、第二动锥盘，第一动锥盘位移作为反馈信号接入速比控制阀18，第一、第二动锥盘位移差作为激励信号使得同步控制阀16动作，协调第一、第二动锥盘同步动作，达到目标速比。 

Claims (3)

1.一种机械耦合式双金属带传动的无级变速器，其特征在于：该无级变速器含有一根主动传动轴(1)，两根被动传动轴：第一被动传动轴(9)和第二被动传动轴(14)，设置在主动传动轴上的两组锥盘(2、4、5、6)，分别设置在两根被动传动轴上的两组锥盘(12、13、9、10)以及连接主动传动轴与被动传动轴的两根传动金属带(3、7)，被动传动轴与差速器(11)相连，该变速器速比控制通过液压系统实现，液压系统包括速比控制阀(17、18)、同步控制阀(16)、夹紧力控制阀(15)、可动锥盘(4、5、8、13)。

2.按照权利要求1所述的一种机械耦合式双金属带传动的无级变速器，其特征在于：被动传动轴与差速器半轴相连，即被动传动轴(14、9)的转速、转矩分别输入到差速器(11)的左、右半轴，差速器(11)壳体作为该无级变速器输出端。

3.按照权利要求1或2所述的一种机械耦合式双金属带传动的无级变速器，液压系统中速比控制阀(17、18)均为三位三通比例电磁阀，阀(18)出口通过油路与动锥盘(4)油缸相连，阀(17)出口与动锥盘(5)油缸相连，同步控制阀(16)为三位四通比例电磁阀，阀(16)输出口分别与动锥盘(4)和动锥盘(5)油缸相连。 

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