專利名稱：新型變速傳動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于變速傳動裝置。
背景技術(shù)：
無級傳動裝置廣泛用于汽車、摩托車、機械中，用來在發(fā)動機(電動機)與車輪(負(fù)載)之間進行動力傳動，已成為現(xiàn)代車輛的主要總成之一。通過改變其傳動比，可以使車輛在不同的使用條件下得到不同的牽引力和速度，同時保證發(fā)動機在最有利的工況范圍內(nèi)工作。而且，無級變速傳動裝置也越來越得到了工業(yè)界的極大重視，并在工業(yè)機械中廣泛采用。
目前，省油、降低排氣污染、操縱方便、行駛舒適的機械無級傳動(Continuously Varioable Transmission簡稱CVT)，一直是人們追求的目標(biāo)。VDT(Von Doome′s Transmissoin)型無級傳動汽車則采用了由許多薄鋼片穿成的鋼環(huán)，使其與兩個錐輪的槽，在不同半徑上“咬合”來改變速比的鋼皮帶；并利用液壓控制裝置改變V型槽的寬度，實現(xiàn)鋼帶輪有效直徑的連續(xù)變化。根據(jù)需要，使主動輪鋼帶輪和從動鋼帶輪有效直徑適當(dāng)變化，這樣鋼帶傳動就實現(xiàn)了無級變速。除皮帶和鋼皮帶無級傳動外，另有鏈輪傳動的無級變速裝置，鏈?zhǔn)菐У牧硪环N形式，其由內(nèi)聯(lián)接片、壓板聯(lián)接片和連接它們的浮動銷三部分組成，其傳動原理均與皮帶傳動原理相同。以上的各種V帶式無級變速裝置受V帶承受功率的影響，往往只能使用在中、小型車輛上，為了提高帶的傳動容量，VDT型V帶，帶寬已由24mm，增至30mm。但受傳動比與帶輪大小的影響，帶寬無法繼續(xù)增大，其傳遞的功率仍無法滿足中、大型車輛的需要(參《汽車工程手則·設(shè)計篇》之傳動系，414頁。人民交通出版社，以下同)。另一種車輛則是采用離心式無級控制裝置，當(dāng)主動輪旋轉(zhuǎn)時，鋼錘產(chǎn)生的離心力使擺動支架向外張開，鋼錘同時沿著鋼碗內(nèi)壁滾動。此時，離心力的軸向分力，則通過擺動支架推動主動輪的活動錐輪向固定錐輪靠近，擠壓齒形寬V帶沿著兩錐面向外移動，使V帶的工作半徑增大。同時，由于主、被動輪中心距及V帶長度均為常量，故此時V帶所傳遞的圓周力作用在被動輪錐面上，迫使被動輪的活動錐沿軸向離開其固定錐輪，使被動輪的V帶工作半徑減小，從而達(dá)到變速的目的。該種控制裝置還設(shè)有活動螺旋爪和固定螺旋爪，當(dāng)汽車發(fā)生力矩過載時，活動螺旋爪和固定螺旋爪通過相互擠壓迫使變速裝置自動向低速狀態(tài)改變。(參見《機械設(shè)計圖冊》第六章，176頁，科學(xué)工業(yè)出版社，成大先編)。
離心式無級變速的摩托車則是當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升時，離心滾柱因離心力的作用，而沿滑動主動盤沿軸向擠向主動盤。于是，皮帶沿皮帶槽外移，主動皮帶輪直徑變大。由于皮帶總長度不變，因此這時從動皮帶輪彈簧被壓縮，從動盤和滑動從動盤之間間隔被拉大，從動輪上的皮帶向圓心移動，直徑變小，直至與彈簧的張力平衡為止，從而實現(xiàn)了加速。反之，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降時，由于滾柱離心力減弱，因此不再將皮帶擠上去；另一方面，在從動輪彈簧的彈性力的作用下，從動輪上的皮帶朝離開圓心的方向移動，直徑加大，實現(xiàn)減速。(參《進口坐式摩托車故障快修圖解》160頁，廣東科技出版社，孫崇功主編)。
鏈輪傳動的無級變速原理與皮帶、鋼皮帶傳動原理類似，在此不再贅述。
以上的發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制的離心式無級變速傳動裝置結(jié)構(gòu)簡單，但僅以單參數(shù)(發(fā)動機轉(zhuǎn)速)作為控制參數(shù)，而車速未能作為控制參數(shù)，所以存在許多弊端，以摩托車為例1、因變速比只受轉(zhuǎn)速控制，發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速未達(dá)到6500r/min以上，變速比總無法達(dá)到最小，在市區(qū)道路上行駛，正常車速常在20～40km/n之內(nèi)，發(fā)動機轉(zhuǎn)速則在3000～4000r/min之間，變速比只能在2.3～1.8之間變化，而有級變速摩托車均可在三檔或四檔(即1.4或0.8變速比)上行駛，這正是在中、低速狀態(tài)行駛中無級變速摩托車比有級變速摩托車費油的原因。
2、當(dāng)遇下坡道時，如保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變，則車速有可能太高；如降低轉(zhuǎn)速，離心力減少，變速比立即隨之增大，車速則急劇下降，產(chǎn)生發(fā)動機制動現(xiàn)象，所以該種設(shè)計車型在下坡道也不能過多地回油門，車速不好控制，油耗也無法降低。
3、離心式無級變速器因起步時變速比只有2.6，其與起步時車輛不能過于沖動又相矛盾，所以只能依靠離心式離合器在起步中打滑用于減少沖動。這種打滑須持續(xù)一段時間只至發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升到某值后方才停止，不僅增加了起步離合器的磨耗，而且增大了車輛的油耗。
V帶式無級變速摩托車因設(shè)計了轉(zhuǎn)矩凸輪槽機構(gòu)，在負(fù)載加大時，變速器能自動由變速(變速比小)變?yōu)榈退贍顟B(tài)(變速比大)。但變速器由低速狀態(tài)向高速狀態(tài)改變時，完全依靠轉(zhuǎn)子的離心力。在設(shè)計時，因須保證在怠速狀態(tài)下，離心力不能大到讓變速器由低速向高速狀態(tài)改變，致使離合器上升至飛塊張開的轉(zhuǎn)速，所以離心轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不能太大。而這種受到設(shè)計限制的轉(zhuǎn)子質(zhì)量，導(dǎo)致發(fā)動機轉(zhuǎn)速必須達(dá)到6500r/min以上時，轉(zhuǎn)子的離心力方能迫使變速器進入最小變速比。且任何時間只要離心力一減小，則變速器馬上向低速狀態(tài)改變。
另一種單腔或雙腔環(huán)形牽引無級變速器的傳動原理與皮帶傳動亦相同，但是用環(huán)形牽引無級變速器取代了VDT推塊金屬帶，稱為牽引傳動式Toroidal CVT，簡稱牽引環(huán)式。其是以剛性轉(zhuǎn)動體(滾輪)接觸的磨擦力傳遞動力，通過滾輪的傾斜連續(xù)的改變其與主、從動輪的接觸半徑，而連續(xù)地改變了傳動比。它具有良好的動態(tài)響應(yīng)性能，且能從正轉(zhuǎn)過渡到反轉(zhuǎn)，因此它無需前進離合器和正反轉(zhuǎn)運動的切換機構(gòu)。但其接觸剛體間接觸壓力大，需要粘性很高的特殊的潤滑油，利用油膜在金屬表面之間形成高的牽引系數(shù)來傳遞動力。這種傳動裝置需要特殊的潤滑油，成為阻礙其繼續(xù)發(fā)展的重大原因。
CVT是依靠磨擦力來傳遞動力的，故需要有防止轉(zhuǎn)矩過大的限制功能，以消除來自車輪的沖擊，所以CVT往往需要與液力變矩器組合，提供最佳起步性能，并且依靠它的變矩作用擴大總傳動比范圍。
為了進一步提高效率或擴大速比i的范圍，還有采用功率分流的CVT，它不僅可以達(dá)到上述目的，還可以省去CVT的起動裝置。但其僅為起步時發(fā)生作用，進入前進2檔后，仍為無功率分流的純CVT傳動，其承載功率及變速范圍仍受到常規(guī)的CVT限制(參見《汽車工程手則·基礎(chǔ)篇》之動力傳動和《汽車工程手則·設(shè)計篇》之傳動系，425頁)。
而車輛的有級變速往往受到相鄰檔位變速比變化不宜過大，變速器體積又限定了變速檔位不宜過多，所以通常有級變速器只有4～5個檔位，變速比在3～0.8之間分級，自動有級變速器則通過與變矩器相結(jié)合獲得6～0.8的變速比。
目前，工業(yè)機械中多采用的為行星無級變速器，它依靠滾動體間的磨擦(牽引)力傳遞動力，其運動學(xué)和動力學(xué)用錐齒輪行星輪系的分析方法，但用有效工作半徑來取代齒數(shù)關(guān)系。通常，行星無級變速器在低輸出轉(zhuǎn)速時為恒扭矩特性，在高輸出轉(zhuǎn)速時為恒功率特性，根據(jù)其輸入與輸出構(gòu)件的不同可分為(1)錐輪輸入、內(nèi)錐輪輸出的行星無級變速器(BUS型)；(2)錐輪輸入、轉(zhuǎn)臂輸出行星無級變速器(SC型)；(3)封閉行星錐、轉(zhuǎn)臂輸出式無級變速器(OM型)；(4)行星弧錐無級變速器(RX型)(參見《機械設(shè)計圖冊》第六章，239頁，科學(xué)工業(yè)出版社，成大先編)。
根據(jù)行星輪系原理圖及各構(gòu)件的受力情況示意圖，我們很容易得到單排行星齒輪機構(gòu)的一般運動規(guī)律的特性方程式n1+an2-(1+a)n3＝0(參《汽車自動變速器構(gòu)造與修理》55頁，人民交通出版社，龔瑞庚編)由n1+an2-(1+a)n3＝0式可以看出，將此三者中的任一構(gòu)件與主動軸相連(作輸入主動件)，第二構(gòu)件與被動軸相連(作輸出從動件)，再加上第三個條件——第三構(gòu)件被強制固定(稱制動，即該構(gòu)件轉(zhuǎn)速為零)或使其運動受一定的約束(即該構(gòu)件的轉(zhuǎn)速為某一定值)，則整個系統(tǒng)就以一定的傳動比傳遞動力，實現(xiàn)不同檔位速度變化。
以上所述幾種行星無級變速器均是將三構(gòu)件中某一構(gòu)件制成錐形，令其與在機件上只能作軸向運動的內(nèi)環(huán)或外環(huán)相接觸，使其運動受到一定的約束(即轉(zhuǎn)速為某一定值且可調(diào))，實現(xiàn)不同檔位速度的變化。我們也可將其表示為一輸入二輸出的差速傳動。動力由輸入端輸入，一路輸出至負(fù)載，另一路輸出到機體上。而這種行星無級變速器根據(jù)型式不同，各種參數(shù)、性能也大不相同。BUS型變速范圍大(38.5)，但傳遞功率小(2.2kw)；SC型功率大(15kw)，但變速范圍小(4)，傳遞效率低(最低可達(dá)59％)，且各種行星無級變速器均屬于剛性體轉(zhuǎn)動磨擦，幾何滑動率大，制作、裝配復(fù)雜，體積往往呈圓桶狀，不宜安裝。
新型變速傳動裝置采用行星齒輪系作為變速基礎(chǔ)，與其它各種常規(guī)無級(有級)變速傳動裝置或者固定傳動裝置相結(jié)合，利用轉(zhuǎn)速(車速)反饋控制行星齒輪系中第三構(gòu)件的轉(zhuǎn)速，即將變速裝置輸出端與行星系第三構(gòu)件相連以及將變速裝置的輸入端與行星系第三構(gòu)件相連，則第三構(gòu)件獲得一定的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到變速的目的。
例1以中心輪為第一構(gòu)件(輸入)，行星架為第二構(gòu)件(輸出)，齒圈為第三構(gòu)件(輸出)的單排行星輪系為例，其原理見圖1。動力由第一構(gòu)件(中心輪)2輸入，第二構(gòu)件(行星架)3輸出，經(jīng)傳動裝置5及減速齒輪傳遞到車輪(負(fù)載)。而車輪(機械)的轉(zhuǎn)速通過反饋裝置4到達(dá)行星系的第三構(gòu)件(齒圈)1，則第三構(gòu)件1的轉(zhuǎn)速由負(fù)載或車速控制。
該新型變速傳動裝置也可理解為由行星輪系構(gòu)成的一輸入、二輸出的差速裝置與兩套常規(guī)的無級或固定、或有級變速傳動裝置或其中一套為固定傳動比的傳動裝置組合以及用有級同無級或有級司固定傳動比的傳動裝置相組成。共同作用在車輪(負(fù)載)上，兩套中的一套(或者僅有的一套)無級變速傳動裝置，當(dāng)其傳動比發(fā)生連續(xù)改變時，將引起整個傳動裝置的變速比發(fā)生連續(xù)較大的改變，也可稱為主傳動裝置。而另一套無級變速傳動裝置(或者固定傳動比的傳動裝置)，作為輔助傳動裝置，其不僅分擔(dān)了一部分動力的傳遞，并且還承當(dāng)著車輪(負(fù)載)轉(zhuǎn)速的反饋，用以控制著行星系中第三構(gòu)件的轉(zhuǎn)速。
例2以中心輪為第一構(gòu)件(輸入)，行星架為第二構(gòu)件(輸入)，齒圈為第三構(gòu)件(輸出)的單排行星輪系為例，其原理見圖2。動力由輸入端進行功率分流成兩路，一路經(jīng)一套變速(或固定、或有級)傳動裝置由第一構(gòu)件輸入，另一路經(jīng)另一套變速(或固定、或有級)傳動裝置由第三構(gòu)件輸入，共同由第二構(gòu)件輸出，當(dāng)兩套傳動裝置或其中的一套傳動裝置變速比發(fā)生改變時，同樣已將改變整個變速傳動裝置的變速比。該新型變速傳動裝置也可理解為由行星系構(gòu)成的二輸入、一輸出的合速裝置，與兩套常規(guī)的無級(或有極、或固定)傳動裝置組成。
圖3為中心輪輸入、行星架輸出接一套傳動裝置、齒圈輸出接另一套傳動裝置的新型變速傳動裝置變速比原理圖。設(shè)新型變速傳動裝置的變速比為i總；主傳動裝置的變速比為i1，反饋輔助傳動裝置的變速比為i2。中心輪轉(zhuǎn)速為n1，齒圈轉(zhuǎn)速為n2行星架轉(zhuǎn)速為n3，新型變速傳動裝置的輸出軸轉(zhuǎn)速為n4。
因i1＝n3/n4，i2＝n2/n4，則n2＝i2n4，n3＝i1n4，代入n1+an2-(1+a)n3＝0則n1+ai2n4-(1+a)i1n4＝0，n1＝[(1+a)i1-i2a]n4所以i總＝n1/n4＝(1+a)i1-i2a(1)式其中a為常數(shù)，其取值受限于行星系的大小和應(yīng)用場合。由(1)式可知，當(dāng)i1和i2發(fā)生連續(xù)改變時，i總可以得到連續(xù)不同的值；或者讓i1和i2之中某一變速比值固定不變，當(dāng)改變另一變速比值時，i總隨之改變。
圖4為行星架輸入、中心輪輸出接一套傳動裝置，齒圈輸出接另一套傳動裝置的原理圖，其i總比公式為i總＝(i1+ai2)/(1+a) (2)式圖5為齒圈輸入、中心輪輸出接一套傳動裝置，行星架輸出接另一套傳動設(shè)置的原理圖，其i總比公式為i總＝[(1+a)i1-i2]/a(3)式根據(jù)傳動裝置和反饋裝置所采用的方式不同(即i1和i2是否可變)又分為固定反饋——變速傳動式；固定傳動——可變反饋式；可變反饋式——變速傳動式三種。以上(1)、(2)、(3)式均為可變反饋——變速傳動式。
設(shè)a＝1.5，i1＝0.8～2.6，i2＝1～2在(1)式中，i總值范圍為-1～5在(2)式中，i總值范圍為0.92～2.24在(3)式中，i總值范圍為0.1～3.7設(shè)a＝1.5，i1＝1～2，i2＝0.8～2.6在(1)式中，i總值范圍為-1.4～3.8在(2)式中，i總值范圍為0.88～3.36在(3)式中，i總值范圍為-0.1～2.8設(shè)主傳動為固定傳動比為b的傳動裝置，即i1＝b，則有以下三式i總＝(1+a)b-ai2(4)式i總＝(b+ai2)/(1+a)(5)式i總＝[(1+a)b-i2]/a(6)式以上(4)、(5)、(6)式為固定傳動——可變反饋式。
設(shè)a＝1.5，i2＝0.8～2.6，b＝1，在(4)式中，i總值范圍為-1.4～1.3在(5)式中，i總值范圍為0.88～1.96在(6)式中，i總值范圍為-0.1～1.1
設(shè)輔助傳動為固定傳動比為b的傳動裝置，即i2＝b，則有以下三式i總＝(1+a)i-ab(7)式i總＝(i1+ab)/(1+a)(8)式i總＝[(1+a)i1-b]/a(9)式以上(7)、(8)、(9)式為固定反饋——可變傳動式。
設(shè)a＝1.5，i1＝0.8～2.6，b＝1在(7)式中，i總值范圍為0.5～5在(8)式中，i總值范圍為0.92～1.64在(9)式中，i總值范圍為0.7～3.7圖2為一套傳動裝置接第一構(gòu)件中心輪為輸入，另一套傳動裝置接第三構(gòu)件行星架為輸入，齒圈為第二構(gòu)件輸出的新型變速傳動裝置原理圖，其i總比公式為i總＝-a/[i2-(1+a)i1](10)式圖6為一套傳動裝置接第一構(gòu)件中心輪為輸入，另一套傳動裝置接第三構(gòu)件齒圈輸入，行星架為第二構(gòu)件輸出的新型變速傳動裝置原理圖，其i總比公式為i總＝(1+a)/(i2+ai1)(11)式圖7為一套傳動裝置接第一構(gòu)件行星架輸入，另一套傳動裝置接第三構(gòu)件齒圈輸入，中心輪為第二構(gòu)件輸出的新型變速傳動裝置原理圖，其i總比公式為i總＝-1/[ai1+(1+a)i2](12)式以上(10)、(11)、(12)式為主傳動、輔助傳動均可變式。
設(shè)a＝1.5，i1＝0.8～2.6，i2＝1～2在(10)式中，i總值范圍為-15～0.27在(11)式中，i總值范圍為0.42～1.14在(12)式中，i總值范圍為-0.3～0.1設(shè)a＝1.5，i1＝1～2，i2＝0.8～2.6在(10)式中，i總值范圍為-15～15
在(11)式中，i總值范圍為0.3～1.1在(12)式中，i總值范圍為-0.3～0.1設(shè)主傳動為固定傳動比為b的傳動裝置，即i1＝h，則有以下三式i總＝-a/[i2-(1+a)b](13)式i總＝(1+a)/(i2-ab)(14)式i總＝-1/[ab+(1+a)i2](15)式以上(13)、(14)、(15)式為輔助傳動可變式。
設(shè)a＝1.5，i2＝0.8～2.6，b＝1在(13)式中，i總值范圍為-15～0.86在(14)式中，i總值范圍為-3.6～2.27在(15)式中，i總值范圍為-0.125～0.27設(shè)輔助傳動為固定傳動比為b的傳動裝置，即i2＝b，則有以下三式i總＝-a/[b-(1+a)i1](16)式i總＝(1+a)/(b-ai1)(17)式i總＝-1/[ai1+(1+a)b](18)式以上(16)、(17)、(18)式為主傳動可變式。
設(shè)a＝1.5，i1＝0.8～2.6，b＝1在(16)式中，i總值范圍為0.27～1.5在(17)式中，i總值范圍為-12.5～0.86在(18)式中，i總值范圍為-0.16～-0.27以上各公式中的i1、i2和b均可為負(fù)值，即表示i1、i2和b的傳動裝置均可為反向傳動。
以上各種變速裝置中的固定傳動裝置可以根據(jù)實際應(yīng)用，選擇常規(guī)的幾種固定變速的傳動裝置，如鏈傳動、齒傳動、蝸桿傳動等。變速傳動裝置則根據(jù)情況選用常規(guī)的無級傳動裝置，如無級鏈、無級皮帶、無級鋼帶、單、雙腔環(huán)形牽引無級變速器及行星無級傳動裝置等。其中以無級鏈和無級皮帶(鋼帶)較為簡單可行。并且還可以選擇常規(guī)的有級變速傳動裝置。其主傳動裝置也可采用其它非機械式無級傳動裝置，如流體式傳動裝置等。
該系列新型變速傳動裝置種類較多，下面僅以中心輪輸入、行星架輸出接一套傳動裝置，齒圈輸出接另一套傳動裝置的新型變速傳動裝置為例說明其特點，該新型無級傳動裝置具備以下特點1、反饋輔助傳動裝置將車輪(負(fù)載)與行星系的第三構(gòu)件聯(lián)系起來，車輪(負(fù)載)轉(zhuǎn)速的改變將反映在行星系的第三構(gòu)件上。為在目前的設(shè)計上只能以發(fā)動機轉(zhuǎn)速為變速基礎(chǔ)的變速器提供了也能以車速為參照信號的途徑。
2、根據(jù)行星系的大小及變速器的應(yīng)用場合，合理的選擇a值及i1和i2的可變范圍，以及通過改變中心輪、行星架、齒圈分別不同的作為第構(gòu)件(輸入)，得到多種不同的i總值公式以及多層次、多范圍的i總值，用以滿足各種機械設(shè)備的需要。
例如在(1)式中，設(shè)a＝1.5，i1的可變范圍為2.6～0.8，當(dāng)i2＝0.6時，i總的范圍為5.7～1.1；當(dāng)i2＝1時，i總的范圍為5～0.5；i2＝1.6時，i總的范圍為4.1～-0.4，而以齒圈為第一構(gòu)們，又可獲得(3)式。
3、利用該變速裝置，可以使變速范圍小的變速器擴大變速范圍。在(1)式中，設(shè)a＝1.5，i2＝1，當(dāng)i1的可變范圍為0.8～2.6時，i總的范圍為0.5～5。在各種中、小型CVT車輛中，當(dāng)主傳動V帶承受功率足夠時，可以不再依靠液力變矩器擴大變矩范圍和完成車輛的啟動，只須采用簡單的固定的反饋裝置代替復(fù)雜的液力變矩器，用以降低成本。
4、同理，當(dāng)i總值的范圍只須是2.6～0.6時，i1的可調(diào)范圍只須為1.64～0.84，在V帶大小、體積不變的情況下，可以減小主、從動輪盤的大小以減小體積，方便設(shè)計；在主、從動輪盤大小不變的情況下，可以增大V帶的大小和寬度，以增大V帶的承載功率和容量，這為制造更大功率的無級傳動鋼帶提供了空間和余地。同時，因反饋輔助傳動裝置也分擔(dān)了一部分承載功率，減少了主變速無級傳動裝置的承載功率，進行了功率分流，這將改變鋼帶式的無級變速裝置只能使用在中、小型汽車上的狀況。
5、該新型無級傳動裝置具有兩個變速比值i1和i2，并且i1和i2可分別選擇采用固定比或者可變比，為設(shè)計和制造提供了諸多選擇，并為采用更復(fù)雜、更精確的控制參數(shù)提供了方便。
6、當(dāng)主傳動裝置采用有級變速裝置，反饋輔助傳動裝置為固定傳動比，且利用離合器控制反饋輔助傳動裝置的接入和退出，當(dāng)反饋輔助傳動裝置接入時，i總比公式為i總＝(1+a)i1-ai2，當(dāng)反饋輔助傳動裝置未接入(退出)時，i總比公式為i總＝(1+a)i1，設(shè)a＝1.5，i2＝1，有級變速裝置分為2.4、2.2、1.4、1.1、0.92五個檔位，則可獲得6、5.5、4.5、4、3.5、2.75、2.3、2、1.25、0.8十個檔位，并且擴展了變速范圍。見表1。 表17、當(dāng)主傳動裝置為有級(設(shè)為n1級)傳動裝置，輔助傳動裝置也為有級(設(shè)為n2級)傳動裝置，通過組合，可以獲得n1·n2級變速傳動，設(shè)a＝1.5，主傳動裝置有4級，輔助傳動裝置有3級，則i總有12個值，見表2。 表具體實施方式
一、中心輪輸入的固定反饋輔助傳動——無級主傳動變速車。
目前各種離心式無級V帶變速摩托車均采用發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制傳動比，以及前面所介紹的離心式無級變速汽車其工作原理也與之相同，均屬于單參數(shù)控制方式。根據(jù)其缺點，重新設(shè)計一種無級變速車，采用了固定反饋輔助傳動——無級主傳動變速器。
固定反饋離心式無級V帶變速器的原理見圖8。
發(fā)動機2曲軸的轉(zhuǎn)速和動力由行星系的中心輪3輸入，行星架4與離心轉(zhuǎn)子8及主動輪7相連，齒圈1通過反饋齒輪組5與從動輪軸10相連，從動輪軸10與后傳動機構(gòu)6相連，輸出動力。當(dāng)離心蹄塊摩擦片11與摩擦盤12未接合時，從動輪10與齒圈1靜止不動，當(dāng)離心蹄塊摩擦片11與摩擦盤12開始接合時，從動輪10帶動齒圈1轉(zhuǎn)動，車輪的轉(zhuǎn)速反饋到齒圈上，因行星架輸出的轉(zhuǎn)速將低于發(fā)動機曲軸，離心轉(zhuǎn)了的重量將根據(jù)行星架的轉(zhuǎn)速從新設(shè)計，其重量將是原先轉(zhuǎn)子的4～6倍。車輛如具有液壓裝置，離心式控制方式也可改為液壓控制方式，變速器將根據(jù)行星架的轉(zhuǎn)速改變變速比(圖中9為V帶)。
該變速器采用變速比范圍為0.8～2.6的V帶主傳動裝置及固定變速比為1的反饋輔助傳動裝置，則該變速車的變速范圍可達(dá)0.5～5，設(shè)計離合器時，其完全接合時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以設(shè)計得很低，打滑的過程將縮小。設(shè)計變速離心轉(zhuǎn)子時，只須確定當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升到某值時，變速器處最小變速比，而該轉(zhuǎn)速下的發(fā)動機功率足以維持當(dāng)前車速不變時，行星架轉(zhuǎn)速就可迫使離心變速器或指示液壓控制裝置進入最小變速比即可。
采用該種變速器的車輛具有以下特點，以摩托車為例1、該無級變速裝置采用由發(fā)動機轉(zhuǎn)速及車速雙參數(shù)控制，較發(fā)動機轉(zhuǎn)速單參數(shù)控制方式更為合理，且又能解決節(jié)氣門、車速雙參數(shù)控制方式換檔規(guī)律不足之處。
2、固定反饋裝置的加入，使無級V帶的變速比范圍增大，只須0.8～2.6就能獲得0.5～5的i總值，在不須要0.5～5變速比范圍的情況下，可以適當(dāng)減小主、從動輪盤的大小，以減小體積方便設(shè)計。在主、從動輪盤大小不變的情況下，可以增大V帶的大小，以增大V帶負(fù)載功率。
3、當(dāng)車輛的V帶保持原大小不變時，整個傳動比將在5～0.5之間較大的范圍內(nèi)改變，可以使車輛行駛平穩(wěn)和燃料經(jīng)濟性都達(dá)到最佳，而不必采用雙穩(wěn)態(tài)CVT。同時解決了離心式無級變速器在起步時需開較大節(jié)氣門和起步間離心式離合器必須長時間打滑的問題。
4、裝有固定反饋裝置的摩托車在動車的瞬間，車輪的轉(zhuǎn)速通過反饋裝置傳到行星輪外齒圈，外齒圈也隨之轉(zhuǎn)動。在發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變的情況下，行星架的轉(zhuǎn)速將隨著車速的提高而有所提高，又加快了變速器由低速向高速狀態(tài)改變，同時車速增加。車速的增加反過來又加大了外齒圈的轉(zhuǎn)速，這種反饋直到達(dá)到最小變速比或在一定的變速比下，車速不再增加，行星架轉(zhuǎn)速則趨于恒定，其產(chǎn)生的離心力與V帶的分力達(dá)到平衡，當(dāng)車輛行駛在平道及下坡道上時，很容易在較低的發(fā)動機轉(zhuǎn)速下很快達(dá)到最小變速比。如負(fù)載變大時，車速下降，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變的情況下，行星架轉(zhuǎn)速也能下降，則離心力減少，變速比增大，如負(fù)載急劇變大時，變速器仍然可以通過凸輪槽機構(gòu)動作向低速狀態(tài)改變。只要發(fā)動機力矩大于或等于行車阻力，轉(zhuǎn)矩凸輪槽機構(gòu)未動作的情況下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速在3000～4000r/min之間，變速器就已經(jīng)可以達(dá)到最小變速比。
5、當(dāng)遇回油門時，雖然發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速降低，但如車速較高的話，離心轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速仍可保持較大的離心力，變速器仍可保持較小變速比不變。只有當(dāng)車速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的合速即行星架轉(zhuǎn)速降低到某一限值時，變速器才逐漸向低速狀態(tài)改變。
6、當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速進一步降低只保持怠速時，隨著車速的逐漸降低，變速比達(dá)到最大。如在平道或小上坡道上行駛，發(fā)動機的怠速和車速的合速仍然可以達(dá)到起步時離合器完全接觸時的行星架轉(zhuǎn)速，足以保持離心式離合器的接合。如行車阻力約小于發(fā)動機動力或相平衡時，車輛則以10～20km/h的最低速度巡航。如果采以制動或者車速進一步降低，離心式離合器才分離，直到停車。
二、可變反饋輔助傳動——無級主傳動變速車目前的無級變速車有采用純CVT傳動的，但其傳遞功率不大，變速范圍不廣，往往須要與液力變矩器組合成雙狀態(tài)CVT；也有采用與行星齒輪裝置相結(jié)合的功率分流CVT，其缺點如前面所述；除牽引傳動式外，其它CVT還須前進離合器和正反轉(zhuǎn)運動切換機構(gòu)。而速比的變化規(guī)律又與AT、AMT的換檔規(guī)律類似，目前多為節(jié)氣門開度a和車速V二個參數(shù)進行控制。
當(dāng)車輛在某種節(jié)氣門開度和車速下，猛踩腳踏板至節(jié)氣門全開，強制降檔使速比由i1變至i2，發(fā)動機轉(zhuǎn)速也從ne1猛升至ne2。這里要受式di/dt＝k(i)·np·Δpp的限制，如果di/dt太大，汽車反而會減速，尤其對發(fā)動機轉(zhuǎn)矩Te小的車輛，更應(yīng)小心控制踏板，使節(jié)氣門開度a不要過大，di/dt變化太快，以免適得其反。抬起踏板減速，亦要放慢速度，特別是隨之是制動時，必須先減檔，對速比變化速度同樣要求也嚴(yán)。而且這種加大節(jié)氣門開度，變速比就增大，發(fā)動機轉(zhuǎn)速又上升，待車速上升后，變速比再減小的控制方式，燃料經(jīng)濟性不高，提速、變速感覺不不好(參見《汽車工程手則·設(shè)計篇》之傳動系，422頁)。
此發(fā)明的目的在于利用中心輪輸入的可變反饋輔助傳動——無級主傳動變速器設(shè)計出一種大功率，大變速范圍，無須前進離合器和正反轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)，又能獲得無級倒檔的，多參數(shù)控制符合車輛行駛特征，徹底解決雙參數(shù)控制弊端的無級CVT。
其傳動原理與前實施方式一相同，不同的是1、固定反饋輔助傳動裝置由可變反饋輔助傳動裝置所替代。2、車輛的變速裝置由計算機控制的液壓進行驅(qū)動。3、控制參數(shù)不僅僅依靠車速和節(jié)氣門開度，還可以用行星架轉(zhuǎn)速作為控制參數(shù)。
控制原理見圖9。
1和2均為ECV控制中心，1控制著輔助傳動裝置6，2控制著主傳動裝置5和離合器機構(gòu)4，ECV1和2接受來自手柄3的位置信號，同時，ECV2也接受來自節(jié)氣門開度傳感器7，車速傳感器8以及行星架轉(zhuǎn)速傳感器9的信號。行星架反映發(fā)動機轉(zhuǎn)速和車速的大小，當(dāng)發(fā)動機及車速為某值時，行星架轉(zhuǎn)速則恒定；當(dāng)節(jié)氣門開度不變，而車速上升，則發(fā)動機轉(zhuǎn)速及行星架轉(zhuǎn)速均上升；當(dāng)節(jié)氣門開度不變，而車速下降，則發(fā)動機轉(zhuǎn)速及行星架轉(zhuǎn)速均下降；在某一節(jié)氣門開度及車速下，猛踩節(jié)氣門全開，發(fā)動機轉(zhuǎn)速車速及行星架轉(zhuǎn)速均上升。只要是行星架轉(zhuǎn)速上升，ECV即保持變速比不變或者控制變速比向高速狀態(tài)改變；只要是行星架轉(zhuǎn)速下降，ECV也保持變速比不變或者控制變速比向低速狀態(tài)改變。是保持不變還是改變，則由節(jié)氣門的大小及車速的高低變化多少來決定。用行星架轉(zhuǎn)速以及節(jié)氣門開度和車速作為變速參數(shù)可以解決普通雙參數(shù)控制規(guī)律之不足。
該變速器設(shè)有無級控制手柄，手柄分為倒檔無級區(qū) 空檔前進檔無級區(qū)，當(dāng)手柄移入倒檔區(qū)時，ECV控制著主傳動裝置變速比i1為最小(假設(shè)為0.8)，則i總公式為i總＝2.5i1-1.5i2＝2-1.5i2，當(dāng)i2在一定范圍內(nèi)，根據(jù)手柄在倒檔無級區(qū)位置變化時，可獲得無級倒檔。當(dāng)手柄在前進無級區(qū)移動時，i總值的范圍將隨之改變。在(1)式中，設(shè)a＝1.5，i1的取值范圍為0.8～2，當(dāng)i2為1時，i總的范圍為0.5～3.5；當(dāng)i2為0.6時，i總的范圍為1.1 ～4.1。當(dāng)i2隨著手柄的位置在0.6～1范圍內(nèi)變化時，i總可獲得0.5～4.1的變化范圍。由此可見，當(dāng)司機移動手柄時，可人為干涉變速比的變化范圍及改變變速比值。
當(dāng)主傳動采用無級V帶時，因V帶的變速范圍不須要0.8～2.6，只須0.8～2，在主、從動輪大小不變的情況下，還可以進一步增大V帶的帶寬，以增加V帶的承載功率。同時，因反饋輔助傳動裝置也承載了一部分功率，所有整個變速傳動裝置的承載功率還可增加。并且，因該變速傳動裝置變速范圍大，所有不必與其它變矩器、分流設(shè)備相結(jié)合。
該無級變速車具有以下特點1、承載功率大，使CVT無級傳動也能使用在大、中功率車輛上。
2、變速范圍廣，可以不須要變矩器及其它分流裝置。
3、無須前進離合器和正反轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)，且具有無級的倒檔。
4、移動控制手柄，可人為干涉變速器的變速范圍和改變變速比值。
5、可利用行星架轉(zhuǎn)速作為輔助控制參數(shù)，使無級傳動裝置更加符合車輛的行駛特征，解決了節(jié)氣開度a和車速V雙參數(shù)控制方式的弊端。
三、反饋輔助傳動可選擇式變速車目前的各種大型工程車、運輸車，因其功率大，且工作路面環(huán)境復(fù)雜，多采用十檔以上的變速器，該多檔位變速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，不易控制和操作。
采用反饋輔助傳動可選擇式變速器原理如圖10和表1、表2。
圖10中，離合器1和2的固定磨擦片與齒圈3相連，1的活動磨擦片與機體相連，2的活動磨擦片與輔助傳動裝置1相連，動力由中心輪4輸入，行星架5輸出至主傳動裝置6，共同由輸出端輸出功率。
當(dāng)離合器1結(jié)合，離合器2分開時，行星輪系的第三構(gòu)件齒圈3與車體相連，不可轉(zhuǎn)動，則i總值為主傳動變速比與行星輪系變速比之乘積；當(dāng)離合器2結(jié)合，離合器1分開時，行星輪系第三構(gòu)件齒圈3與反饋輔助傳動裝置1相連，行星輪系的齒圈3轉(zhuǎn)速受車速或負(fù)載轉(zhuǎn)速的控制，i總值為公式(1)。由此可見，當(dāng)反饋輔助傳動與主傳動的變速比值一定時，可以通過控制反饋輔助傳動裝置的接入和退出而改變變速比。當(dāng)主傳動裝置為無級變速傳動裝置，反饋輔助價值傳動裝置為固定變速比，當(dāng)輔助傳動裝置退出時，整個傳動系將獲得較大的變速比，有利于車輛的啟動。當(dāng)輔助傳動裝置接入時，可獲得較大的變速犯罪及承載功率。當(dāng)主傳動裝置為有級變速傳動裝置(設(shè)為n級)，反饋輔助傳動裝置為固定變速比，且可選擇接入和退出時，則整個變速器有2n個檔位；當(dāng)反饋輔助傳動也為有級(設(shè)為n1級)，則整個變速器有n·n1+2n個檔位。如為大型車輛，反饋輔助傳動裝置不得退出，否則將減少整個變速器的承載功率，但也可獲得n·n1個檔位。
該變速車具有以下特點1、可利用簡單的離合器和固定反饋傳動裝置使變速器檔位成倍的增加。
2、也可利用有級反饋和有級傳動的排列組合，使變速器檔位成倍的增加，且傳遞功率大。


圖1為中心輪輸入，行星架輸出、齒圈輸出的新型變速傳動裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖2為中心輪輸入、行星架輸入，齒圈輸出的新型變速傳動裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖3為中心輪輸入，行星架輸出、齒圈輸出的新型變速傳動裝置的變速比原理圖。
圖4為行星架輸入，中心輪輸出、齒圈輸出的新型變速傳動裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖5為齒圈輸入，中心輪輸出、行星架輸出的新型變速傳動裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖6為中心輪輸入、齒圈輸入、行星架輔出的新型變速傳動裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖7為行星架輸入、齒圈輸入，中心輪輸出的新型變速傳動裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖8為離心式無級變速車原理及結(jié)構(gòu)圖。
圖9為新型變速車控制原理圖。
圖10為輔助傳動可選樣式變速原理結(jié)構(gòu)圖。
權(quán)利要求
1.一種變速傳動方法，其特征是動力由行星系中第一構(gòu)件輸入，第二構(gòu)件輸出，讓第三構(gòu)件通過一套傳動裝置與輸入端相連；同時，讓第一構(gòu)件通過另一套傳動裝置與輸入端相連。以及讓第三構(gòu)件通過一套傳動裝置與輸出端相連；同時讓第二構(gòu)件通過另一套傳動裝置與輸出端相連，當(dāng)兩套傳動裝置變速比發(fā)生改變，或者其中一套傳動裝置變速比發(fā)生改變時，將引起整個傳動系變速比發(fā)生改變。
2.使用權(quán)利1的變速方法所組成的一系列變速傳動裝置，其特征是該傳動裝置由行星輪系同兩套傳動裝置組成，動力由行星架第一構(gòu)件輸入，由第二構(gòu)件輸出接一套傳動裝置，由第三構(gòu)件輸出接另一套傳動裝置，兩套傳動裝置共同輸出功率作用在傳動系的輸出軸上。
3.使用權(quán)利1的變速方法所組成的一系列變速傳動裝置，其特征是該傳動裝置由行星輪系同兩套傳動裝置組成，動力由傳動系的輸入端進行分流，一路經(jīng)一套傳動裝置接行星系的第三構(gòu)件輸入，另一路經(jīng)另一套傳動裝置接行星系的第一構(gòu)件輸入，傳遞的功率由第二構(gòu)件輸出。
4.使用權(quán)利要求2所述變速裝置的變速車，其特征是利用代表行星系中第一構(gòu)件的轉(zhuǎn)速和第三構(gòu)件的轉(zhuǎn)速的合速，即第二構(gòu)件的轉(zhuǎn)速作為控制參數(shù)。
5.使用權(quán)利要求2所述變速裝置的變速車，其特征是利用離合器控制了其中一套傳動裝置的接入和退出傳動系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的變速傳動裝置，其特征是兩套傳動裝置均可以是常規(guī)的無級傳動裝置、有級傳動裝置和固定變速比的固定傳動裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4所述的變速傳動裝置，其特征是行星輪系的第一構(gòu)件可以是行星輪系中的太陽輪、行星架或齒圈三構(gòu)件中的某一個構(gòu)件，第二構(gòu)件可以是當(dāng)確定第一個構(gòu)件后剩下的兩個構(gòu)件中的任何一個，而剩下的唯一的構(gòu)件為第三構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明屬于變速傳動裝置，是在一種變速傳動方法下，結(jié)合的多種變速傳動裝置，可以廣泛用于多種機械設(shè)備及車輛上。其中一種變速裝置可以使離心式無級變速器獲得雙參數(shù)的控制方法，且能解決雙參數(shù)控制方法換檔規(guī)律之不足，其承載功率大，可以使VDT型V帶使用在大功率車輛上，且無須變矩器也能獲得0.5～5的大變速比范圍，又無須前進離合器和正反轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)，也能獲得無級倒檔。另一種變速裝置可以使用在大功率、多檔位的大型車輛上。
文檔編號F16H37/04GK1430004SQ01131658
公開日2003年7月16日 申請日期2001年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月31日
發(fā)明者韋琳 申請人:韋琳