專利名稱：無(wú)級(jí)變速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序所述的無(wú)級(jí)變速裝置。這種類型的變速裝置是公知的，并且用于在變速裝置的主帶輪和副帶輪之間傳遞機(jī)械能，對(duì)于變速裝置的傳動(dòng)比在一定范圍中連續(xù)變化是可能的，其中一對(duì)轉(zhuǎn)速以所述傳動(dòng)比傳遞。眾所周知，傳動(dòng)帶夾在各個(gè)帶輪的兩個(gè)帶輪盤(pán)之間，帶輪盤(pán)基本為截頭圓錐體或者圓錐形的形狀；在本發(fā)明中，變速裝置的傳動(dòng)比被定義為副帶輪上的傳動(dòng)帶的有效徑向位置和主帶輪上的傳動(dòng)帶的有效徑向位置之間的比率，所述位置還可以分別稱為副運(yùn)行半徑和主運(yùn)行半徑。為了能夠使這些運(yùn)行半徑改變，并且因此使傳動(dòng)比改變，每個(gè)帶輪的至少一個(gè)帶輪盤(pán)被設(shè)置成使得它可以沿著軸向方向運(yùn)動(dòng)。
背景技術(shù)：
通過(guò)實(shí)例，從歐洲專利申請(qǐng)EP-A-1,218,654可獲知，在確定可在帶輪之間通過(guò)帶輪和傳動(dòng)帶之間的摩擦力傳遞的轉(zhuǎn)矩中，兩個(gè)軸向定向的力代表至關(guān)重要的因素，其中傳動(dòng)帶利用所述兩個(gè)軸向定向的力被夾緊在帶輪的帶輪盤(pán)之間，兩個(gè)軸向定向的力下文分別稱為主夾緊力和副夾緊力，而這些夾緊力之間的比率在確定傳動(dòng)比中是至關(guān)重要的因素。應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)于每個(gè)帶輪傳遞所提供的轉(zhuǎn)矩需要的最小夾緊力可以近似地由下面的等式計(jì)算Kp=Tp*cos(λ)2*μT*Rp---(1)]]>
在該等式中，Kp是為了使提供給該主帶輪的主轉(zhuǎn)矩Tp被傳遞，即事實(shí)上在傳動(dòng)帶和相應(yīng)的帶輪盤(pán)之間沿著切線或圓周方向沒(méi)有任何滑動(dòng)，由主帶輪的帶輪盤(pán)施加在傳動(dòng)帶上的最小夾緊力，其中帶輪盤(pán)上在該帶輪盤(pán)和傳動(dòng)帶之間的有效接觸點(diǎn)的位置處的切線與徑向方向形成接觸角λ，所述接觸點(diǎn)與帶輪的旋轉(zhuǎn)中心的徑向距離為Rp，該距離對(duì)應(yīng)于所述主運(yùn)行半徑，傳動(dòng)帶和帶輪盤(pán)之間的有效摩擦系數(shù)μT沿著該切線方向發(fā)揮主要作用(prevailing)。
所需的最小副夾緊力Ks可以用相對(duì)應(yīng)的方式根據(jù)副轉(zhuǎn)矩Ts和副運(yùn)行半徑Rs計(jì)算出。然而，由于分別忽略了可能的損失，轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行半徑之間的比率Tp/Rp和Ts/Rs對(duì)于兩個(gè)帶輪必然相等，因此所需的最小副夾緊力等于所需的所述最小主夾緊力。
然而在實(shí)際中，主夾緊力和副夾緊力之間的比率必須明顯大于或小于1，以使得能夠?qū)崿F(xiàn)限定的適合的傳動(dòng)比，為了簡(jiǎn)短起見(jiàn)，所述比率稱為夾緊力比率。對(duì)于變速裝置的平衡狀態(tài)即恒定的傳動(dòng)比所需的夾緊力比率下文稱為平衡夾緊力比率，此處表示為KpKs比率。對(duì)于已知的變速裝置，平衡夾緊力比率在不同的傳動(dòng)比中具有不同的值，該平衡夾緊力比率至少在數(shù)值上最小的傳動(dòng)比即超速傳動(dòng)(overdrive)中通常大于1，并且至少在數(shù)值上最大的傳動(dòng)比即減速傳動(dòng)(low)中小于1。為了簡(jiǎn)短起見(jiàn)，變速裝置的傳動(dòng)比和相聯(lián)系的對(duì)于恒定傳動(dòng)比的平衡夾緊力比率之間的關(guān)系下文稱為KpKs曲線。在變速裝置的不平衡狀態(tài)中，其中傳動(dòng)比下降或升高，所需的夾緊力比率相對(duì)于所述平衡夾緊力比率分別升高或降低，實(shí)際達(dá)到的夾緊力比率偏離平衡夾緊力比率的程度在確定傳動(dòng)比改變的速度中是至關(guān)重要的因素，其中所述實(shí)際達(dá)到的夾緊力比率此處稱為FpFs比率。
因此在變速裝置的平衡狀態(tài)中，主夾緊力和副夾緊力的較低的輸出必須至少等于轉(zhuǎn)矩傳遞所需的最小水平，而夾緊力的較高的一個(gè)然后通過(guò)平衡夾緊力比率即KpKs比率給出。如果KpKs比率偏離1，由此，至少一個(gè)夾緊力將采用比所述所需的最小水平高的水平，以實(shí)現(xiàn)平衡狀態(tài)。
應(yīng)當(dāng)注意，夾緊力借助于適合的、公知的致動(dòng)裝置而實(shí)現(xiàn)，該裝置通常作用在帶輪的可軸向移動(dòng)的盤(pán)上，該裝置例如液壓作用的活塞/氣缸裝置或電驅(qū)動(dòng)的螺紋軸。對(duì)于每個(gè)帶輪的夾緊力在夾在相應(yīng)帶輪盤(pán)之間的傳動(dòng)帶的部分的長(zhǎng)度上作用在傳動(dòng)帶上。在根據(jù)本發(fā)明的限定中，對(duì)于每個(gè)帶輪，所述長(zhǎng)度被量化為由傳動(dòng)帶的相應(yīng)的被夾緊的部分所閉合的角度，并且被稱為主帶角度和副帶角度。在這種情況中，主帶角度和副帶角度的和當(dāng)然等于2π，即對(duì)于每個(gè)帶輪，由傳動(dòng)帶描繪的圓的弧總是一起形成完整的圓。
另外，在公知的變速裝置中，至少對(duì)于其中一個(gè)帶輪，式所述需要的最小夾緊力增加，和/或乘以一個(gè)安全因子，該安全因子限定最后需要的和實(shí)際施加的夾緊力。這種性能的增加的效果是確保任何來(lái)自等式(1)的參數(shù)中的不準(zhǔn)確或者例如所提供的轉(zhuǎn)矩的過(guò)快的增加不會(huì)造成壓帶(push belt)和帶輪的上述滑動(dòng)。
在實(shí)際中廣泛使用并且作為(VDT)主從式控制而公知的控制系統(tǒng)中，起始點(diǎn)是適合的副夾緊力KsDV，它通過(guò)使例如使用等式(1)計(jì)算出的所需的最小副夾緊力Ks乘以安全因子Sf獲得KsDV＝Sf*Ks(2)各個(gè)其它夾緊力然后通過(guò)將適合的副夾緊力KsDV乘以由KpKs曲線在所述傳動(dòng)比處給出的數(shù)值而獲得，即等式(3)，其中在這種情況中，所述其它夾緊力為適合的主夾緊力KpDV，需要它以實(shí)現(xiàn)適合的和恒定的傳動(dòng)比。
KpDV＝KpKs*KsDV(3)對(duì)于主要用在實(shí)際中具有大約11度的接觸角的變速裝置，當(dāng)使用通常為最小值的約為1.3的安全因子時(shí)，并且取決于傳動(dòng)比，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)平衡夾緊力比率通常在減速傳動(dòng)中的大約0.9和超速傳動(dòng)中的1.8之間改變。變速裝置的傳動(dòng)比和相聯(lián)系的平衡夾緊力或KpKs比率之間的這種性質(zhì)的關(guān)系稱為KpKs曲線。雖然其它參數(shù)例如轉(zhuǎn)矩水平、主軸的轉(zhuǎn)速、溫度等確實(shí)影響KpKs曲線，但根據(jù)本發(fā)明，與安全因子的影響相比，這些參數(shù)可首先近似忽略。
為了改變傳動(dòng)比，實(shí)際達(dá)到的主夾緊力Kp相對(duì)于它的適合的值KpDV增加或降低，以使得傳動(dòng)比朝著超速傳動(dòng)(Kp增加)或者減速傳動(dòng)(Kp降低)改變。在這種情況中，F(xiàn)pFs比率偏離KpKs比率越大，傳動(dòng)比將改變的越快。
從等式(2)和(3)可以得到，在主從式控制中，安全因子對(duì)于它應(yīng)當(dāng)足夠高以補(bǔ)償來(lái)自等式(1)的參數(shù)中的上述可能的不準(zhǔn)確，并且補(bǔ)償由減速傳動(dòng)中KpKs曲線給出的小于1的數(shù)值。后者方面可以通過(guò)在等式(2)中不使用安全因子來(lái)解釋，即通過(guò)設(shè)置該因子Sf等于1。在該情況中，從等式(2)和(3)得到，如果所述KpKs數(shù)值小于1，適合的主夾緊力KpDV小于所需的最小副夾緊力Ks。然而就如已經(jīng)注意到的，傳遞提供的轉(zhuǎn)矩所需要的最小主夾緊力Kp對(duì)應(yīng)于所需的最小副夾緊力Ks，從而后者適合的主夾緊力KpDV不足，并且傳動(dòng)帶將相對(duì)于主帶輪滑動(dòng)。換句話說(shuō)，從要求中可以得到，適合的主夾緊力KpDV必須至少等于所需的最小副夾緊力Ks，如果KpKs比率可采用低于1的值，那么在主從式控制中的安全因子Sf應(yīng)當(dāng)至少等于1除以出現(xiàn)的最小KpKs比率，為簡(jiǎn)短起見(jiàn)，記為[KpKs]Low。
另外，在主從式控制中，除了最小所需水平的主夾緊力Kp，安全因子還起著實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)備類型的作用，結(jié)果可以通過(guò)降低主夾緊力Kp而朝著減速傳動(dòng)改變傳動(dòng)比，同時(shí)這個(gè)參數(shù)不會(huì)變得小于傳遞提供的轉(zhuǎn)矩所需要的最小主夾緊力Kp，即傳動(dòng)帶不會(huì)相對(duì)于主帶輪滑動(dòng)。這種力的儲(chǔ)備越大，實(shí)際實(shí)現(xiàn)的比率即FpFs比率可偏離KpKs比率的程度越大，并且變速裝置的傳動(dòng)比可改變得越快。如果FpFs比率可采用小于1的數(shù)值，在主從式控制中，安全因子Sf應(yīng)當(dāng)至少等于1除以出現(xiàn)的最低FpFs比率，為了簡(jiǎn)短起見(jiàn)，記為[FpFs]MIN。
出現(xiàn)的最低FpFs比率通常低于出現(xiàn)的最低KpKs比率，并且因此該控制必須滿足下列條件Sf≥1[FpFs]MIN+C---(4)]]>其中C是安全因子Sf中為上述補(bǔ)償參數(shù)中的不準(zhǔn)確的成分。
如果控制在變速裝置的平衡和不平衡狀態(tài)之間引起區(qū)別，至少在平衡狀態(tài)中，它應(yīng)當(dāng)滿足通常微微次嚴(yán)格的條件Sf≥1[KpKs]Low+C---(5)]]>上述方面意味著在已知的主從式控制中，并且更具體的是在減速傳動(dòng)的主夾緊力KP的情況中，必須使用相對(duì)高的安全因子和因此同樣相對(duì)高的夾緊力水平。然而，這種控制的重要優(yōu)點(diǎn)在于，可以由變速裝置傳遞的轉(zhuǎn)矩在原理上唯一地由副夾緊力的水平確定，即獨(dú)立于要借助于主夾緊力水平的傳動(dòng)比的控制。結(jié)果，主從式控制可以在軟件和硬件方面構(gòu)造成相對(duì)簡(jiǎn)單的形式，然而可以快速和準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)可被傳遞的轉(zhuǎn)矩或傳動(dòng)比的適合的改變。
實(shí)際中，已知的變速裝置特別地證明了用于客運(yùn)的機(jī)動(dòng)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)和副輪之間的可靠和有效的自動(dòng)傳動(dòng)。在這種特性的應(yīng)用中，整體上的傳動(dòng)的效率和特別是變速裝置的效率被認(rèn)為是車輛的關(guān)鍵特性，如果不是至關(guān)重要的特性。在這種情況中，變速裝置的效率相反地涉及最大水平的夾緊力。例如，傳動(dòng)帶和帶輪之間的摩擦損失與所述力的水平一起增加，對(duì)這些元件特別是傳動(dòng)帶的磨損也是一樣。同樣，例如通過(guò)液壓或電子裝置產(chǎn)生力所需要的能量通常與該力的水平一起增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是通過(guò)降低在操作過(guò)程中所需要的兩個(gè)夾緊力中較高的一個(gè)的水平來(lái)改善變速裝置的效率，特別是沒(méi)有至少顯著地?fù)p害變速裝置的最重要的功能性方面和性能。
根據(jù)本發(fā)明，這種特性的一個(gè)改進(jìn)在如權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的變速裝置特征在于，至少當(dāng)使用約為1.3的安全因子Sf時(shí)，減速傳動(dòng)中的KpKs比率至少等于1，但是不大于超速傳動(dòng)中的KpKs比率。
有利的是，與已知的變速裝置相比，減速傳動(dòng)中的該較高的KpKs比率導(dǎo)致需要較低水平的主夾緊力。畢竟，主運(yùn)行半徑在減速傳動(dòng)中是最低的，并且然后由此根據(jù)等式(1)，所需的主夾緊力最高，至少如果所提供的最大轉(zhuǎn)矩在其它所有傳動(dòng)比中相等或較低，就如同用在機(jī)動(dòng)車輛中的那樣。換句話說(shuō)，減速傳動(dòng)中的KpKs比率對(duì)于最高水平的夾緊力是決定性因素，所述最高水平的夾緊力在操作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)，并且在此基礎(chǔ)上需要計(jì)算變速裝置。出現(xiàn)的最大的力的水平越低，變速裝置的設(shè)計(jì)中的機(jī)械方面的施加的要求越低，并且變速裝置的生產(chǎn)和操作越經(jīng)濟(jì)和越有效。
應(yīng)當(dāng)注意，由于在該情況中在等式(2)中使用了相對(duì)大的安全因子，因此所有這些與設(shè)置有主從式控制的變速裝置具有特定的關(guān)聯(lián)。另外，至少在與主從式控制的結(jié)合中以及在平衡狀態(tài)中，安全因子僅必須與它將補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)象相匹配，例如上述的在確定夾緊力中的不準(zhǔn)確，這意味著上述的為1.3的值對(duì)于該因子通常是足夠的。
原理上，減速傳動(dòng)中為1的KpKs比率導(dǎo)致最小并且由此最優(yōu)水平的主夾緊力和副夾緊力。然而，特別是在與主從式控制的結(jié)合中，如果在操作過(guò)程中出現(xiàn)的FpFs比率的最低值小于或至多等于1，那么減速傳動(dòng)中大于1的KpKs比率也是有利的。在這種情況中，對(duì)于減速傳動(dòng)中的KpKs比率的上限根據(jù)本發(fā)明用這樣一種方式確定，即它至多等于超速傳動(dòng)中的KpKs比率，從而變速裝置的性能的普通的改變被限制。這意味著在使用恒定FpFs比率的不平衡狀態(tài)中，變速裝置的傳動(dòng)比的改變速度保持準(zhǔn)確地可控制和可預(yù)測(cè)，或者至少意味著它不可能采用可能不允許的值。優(yōu)選的是，對(duì)于超速傳動(dòng)中的KpKs比率，它本身至少微微大于減速傳動(dòng)中的KpKs比率，例如至少大10％，從而獲得變速裝置的穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，其中夾緊力之一的任何變化自動(dòng)地通過(guò)傳動(dòng)比的微微改變而得到補(bǔ)償。
根據(jù)本發(fā)明，KpKs比率的值對(duì)于超速傳動(dòng)中的傳動(dòng)效率當(dāng)然重要。根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)值的減小對(duì)變速裝置的效率和穩(wěn)固性有正面的影響，因?yàn)檫@兩個(gè)方面隨著所需的最大夾緊力即超速傳動(dòng)中的主夾緊力的減小而提高。例如，傳動(dòng)帶和帶輪之間的摩擦損失隨著夾緊力水平的下降而下降，對(duì)這些組件的磨損也是一樣。同樣，例如通過(guò)液壓或電子裝置產(chǎn)生夾緊力所需要的能量通常同樣隨著產(chǎn)生的力的水平而下降。超速傳動(dòng)中的變速裝置的效率由此相反地與主夾緊力的水平相關(guān)聯(lián)。在這種情況中，特別是超速傳動(dòng)中KpKs比率的值為代表變速裝置的最重要的應(yīng)用的機(jī)動(dòng)車輛的燃料消耗中的決定性因素，因?yàn)檫@樣的事實(shí)，即在這樣的應(yīng)用中，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間中，如果不是大多數(shù)時(shí)間，變速裝置通常在超速傳動(dòng)中或者接近超速傳動(dòng)。由此，本發(fā)明同樣涉及這樣一種變速裝置，其中至少當(dāng)使用大約為1.3的安全因子時(shí)，超速傳動(dòng)中的KpKs比率的值在1.8到減速傳動(dòng)中的KpKs比率的范圍中。
有利的是，根據(jù)本發(fā)明的變速裝置利用了變速裝置的平衡夾緊力比率即KpKs曲線上的傳動(dòng)參數(shù)。從本發(fā)明基于的這種現(xiàn)象的分析已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在設(shè)置有壓帶類型的傳動(dòng)帶的變速裝置的特定情況中，KpKs曲線意外地偏離在開(kāi)始明顯的近似中的期望并且偏離相當(dāng)大的程度。更特別的是，根據(jù)本發(fā)明的分析揭示了接觸角即對(duì)于主帶輪的接觸角的正切與對(duì)于副帶輪的接觸角的正切之間的比率對(duì)所述KpKs曲線的影響，并且發(fā)現(xiàn)壓帶和帶輪之間的切向摩擦系數(shù)對(duì)所述KpKs曲線的影響。在本發(fā)明的更詳細(xì)的提煉中，至少當(dāng)使用約為1.3的安全因子Sf時(shí)，平衡夾緊力比率即KpKs曲線由此在變速裝置的傳動(dòng)比的整個(gè)范圍上具有在1.6到1.2之間的數(shù)值，并且另外優(yōu)選具有事實(shí)上線性的輪廓。在本發(fā)明的特別有利的應(yīng)用中，KpKs比率在上述情況下事實(shí)上是恒定的，并且具有在減速傳動(dòng)中的約1.3到超速傳動(dòng)中的約1.5之間的值。
這種類型的變速裝置特別考慮了接觸角的絕對(duì)值對(duì)于它的功能的影響，下面將更詳細(xì)地解釋。從設(shè)置有壓帶的變速裝置的最重要的功能性方面和性能來(lái)看，這種類型的變速裝置將在效率方面獲得相當(dāng)大的提高，至少提高顯著的程度，而不會(huì)降低。KpKs曲線的線性輪廓根據(jù)本發(fā)明是有利的，因?yàn)樵谠撉闆r中，在每個(gè)傳動(dòng)比，變速裝置將有利地以或多或少相同的方式反作用于主夾緊力和/或副夾緊力的改變。這個(gè)方面對(duì)于負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)適合的夾緊力的傳動(dòng)控制的簡(jiǎn)化和穩(wěn)固性是有益的。


本發(fā)明提供了變速裝置的多個(gè)典型實(shí)施例，其中所述平衡夾緊力比率以有利的方式實(shí)現(xiàn)，所述實(shí)例下面參考說(shuō)明性的附圖進(jìn)行描述。
圖1概略地描述了穿過(guò)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)級(jí)變速裝置的橫截面視圖，所述變速裝置設(shè)置有兩個(gè)帶輪和一個(gè)傳動(dòng)帶。
圖2示出了圖1所示的變速裝置的簡(jiǎn)化的側(cè)視圖。
圖3示出了穿過(guò)壓帶的橫截面視圖，該壓帶優(yōu)選能夠用作根據(jù)本發(fā)明的無(wú)級(jí)變速裝置中的傳動(dòng)帶。
圖4示出了來(lái)自圖3所示的壓帶的橫向元件的側(cè)視圖。
圖5示出了帶輪盤(pán)的詳細(xì)視圖，并且特別是它的接觸表面，它可以與根據(jù)本發(fā)明的無(wú)級(jí)變速裝置中的圖3所示的壓帶結(jié)合使用。
圖6示出了傳動(dòng)比造成的主帶輪和副帶輪之間的夾緊力的差異。
圖7使用彎曲的傳動(dòng)帶的一小部分來(lái)示出其中的拉伸應(yīng)力和沿著徑向向內(nèi)的方向施加的力的分量之間的關(guān)系。
圖8示出的圖形中繪制出了理論上近似的平衡夾緊力比率與已知的變速裝置的傳動(dòng)比之間的關(guān)系，其中對(duì)于兩個(gè)帶輪，接觸角恒為11度。
圖9中繪制出了對(duì)于主帶輪和副帶輪的接觸角輪廓相對(duì)于傳動(dòng)比的圖形，其中理論近似的平衡夾緊力比率等于1，與該傳動(dòng)比無(wú)關(guān)。
圖10示出了在設(shè)置有壓帶類型的傳動(dòng)帶的變速裝置中的力的作用，并且示出了由于傳動(dòng)比導(dǎo)致的主帶輪和副帶輪的夾緊力之間的差異。
圖11示出了在傳動(dòng)帶和帶輪的切向橫截面中，在施加的軸向夾緊力的影響下，它們之間的接觸中的力的作用。
圖12繪制出了對(duì)于主帶輪和副帶輪的最優(yōu)接觸角輪廓相對(duì)于對(duì)于變速裝置的傳動(dòng)比的圖形，所述變速裝置設(shè)置有壓帶類型的傳動(dòng)帶。
具體實(shí)施例方式
圖1概略地描述了穿過(guò)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)級(jí)變速裝置1的橫截面視圖。已知的變速裝置1包括主帶輪2和副帶輪3，其中主帶輪2可由發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)利用兩個(gè)力Tp驅(qū)動(dòng)，副帶輪3可利用一對(duì)力Ts驅(qū)動(dòng)負(fù)載(未示出)。帶輪2和3設(shè)置有固定到相應(yīng)的帶輪軸20、30的帶輪盤(pán)21和31，并且設(shè)置有可相對(duì)于所述軸20、30沿軸向方向移置的帶輪盤(pán)22、32。傳動(dòng)帶10，更具體的是壓帶10，夾緊在帶輪盤(pán)21、22、31、32之間，從而借助于摩擦機(jī)械能能夠在兩個(gè)軸20、30之間進(jìn)行傳動(dòng)。在這種情況中，軸向定向的力通過(guò)兩個(gè)帶輪2和3的各自的壓力室24、34中的液壓壓力的應(yīng)用而實(shí)現(xiàn)，其中傳動(dòng)帶10利用所述軸向定向的力對(duì)于每個(gè)帶輪2、3夾緊在適合的位置，所述力下文分別稱為主夾緊力Kp和副夾緊力Ks。
變速裝置1的傳動(dòng)比Rs/Rp由傳動(dòng)帶10的副運(yùn)行半徑Rs和主運(yùn)行半徑Rp之間的比率確定，即由傳動(dòng)帶在相應(yīng)的帶輪2和3的帶輪盤(pán)21、22、31和32之間的有效徑向位置之間的比率確定。變速裝置1的所述運(yùn)行半徑Rp和Rs以及由此根據(jù)本發(fā)明所限定的傳動(dòng)比Rs/Rp可以通過(guò)沿著相反的軸向方向在相應(yīng)的帶輪軸20、30上移動(dòng)可移置的盤(pán)22、32而改變。在圖1中，變速裝置1示出為具有小的傳動(dòng)比Rs/Rp，即具有相對(duì)大的主運(yùn)行半徑Rp和相對(duì)小的副運(yùn)行半徑Rs。
應(yīng)當(dāng)注意，傳動(dòng)比Rs/Rp、主運(yùn)行半徑Rp和副運(yùn)行半徑Rs相對(duì)彼此是在被清楚限定并且?guī)缀紊洗_定的關(guān)系中，這種關(guān)系尤其通過(guò)傳動(dòng)帶10的長(zhǎng)度、相應(yīng)帶輪2、3的旋轉(zhuǎn)軸之間的距離、最大和最小運(yùn)行半徑Rp和Rs而確定，從而如果需要，這些變量可以根據(jù)其它的計(jì)算出來(lái)。
圖2示出了已知的變速裝置1的另外的側(cè)視圖，其中主帶輪2與主軸20在圖中的左手側(cè)，副帶輪3與副軸30在圖中的右手側(cè)。與圖1中不同，在該圖中，變速裝置1現(xiàn)在示出為具有相對(duì)高的傳動(dòng)比Rs/Rp，其中主運(yùn)行半徑Rp小于副運(yùn)行半徑Rs，結(jié)果，在操作過(guò)程中，主帶輪2將比副帶輪3具有較低的轉(zhuǎn)速。所示的傳動(dòng)帶10作為壓帶10是公知的，其包括實(shí)質(zhì)上連續(xù)系列的橫向元件11，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，僅示出了其中的一些，傳動(dòng)帶10并且包括至少一組多個(gè)徑向嵌套的、連續(xù)的、扁平的和薄的金屬環(huán)12。
該壓帶10在圖3和圖4中更詳細(xì)地示出，圖3示出了穿過(guò)壓帶10的橫截面視圖，并且圖4示出了其中的橫向元件11的側(cè)視圖。橫截面視圖示出了橫向元件11的正視圖，橫向元件11在任一側(cè)上設(shè)置有凹槽，在每一個(gè)凹槽中，具有成組的環(huán)12。該成組的環(huán)12和橫向元件11沿著徑向或高度方向彼此限制，但是橫向元件11可沿著所述成組的環(huán)12在它的圓周方向移動(dòng)。另外，橫向元件11沿著壓帶10的圓周方向設(shè)置有突起，下文稱之為凸起13，并且設(shè)置有凹槽14，凹槽14設(shè)置在元件11的相對(duì)的主側(cè)中，凸起13和凹槽14起著使壓帶10中的系列的橫向元件11相對(duì)彼此穩(wěn)定。
橫向元件11的底部15逐漸變細(xì)，從而相鄰的橫向元件11可以相對(duì)于彼此傾斜，并且壓帶10可描繪出弧形，例如在它被夾在相應(yīng)帶輪2和3的帶輪盤(pán)21、22、31、32之間的位置處。應(yīng)當(dāng)注意，上述有效徑向位置即壓帶10的有效運(yùn)行半徑Rp、Rs基本對(duì)應(yīng)于橫向元件11的底部15的頂側(cè)的徑向位置，該頂側(cè)也稱為橫向元件10的傾斜線17，后者沿著它在所述弧形中彼此接觸。另外，底部15在任一側(cè)上設(shè)置有公知的運(yùn)行表面16，橫向元件11通過(guò)該表面16夾緊在帶輪盤(pán)21、22和31、32之間，驅(qū)動(dòng)帶輪2的旋轉(zhuǎn)通過(guò)摩擦傳遞到被夾緊的橫向元件11。這可以使橫向元件11之間的推力產(chǎn)生相當(dāng)大的提高，結(jié)果它們沿著被驅(qū)動(dòng)帶輪3的方向在成組的環(huán)12上彼此向前推動(dòng)。然后，在壓帶10被夾在被驅(qū)動(dòng)帶輪3的盤(pán)31和32之間的位置處，存在于橫向元件11之間的推力實(shí)際上通過(guò)摩擦完整地傳遞到被驅(qū)動(dòng)帶輪3。最后，橫向元件11彼此從被驅(qū)動(dòng)帶輪3向驅(qū)動(dòng)帶輪2向后推動(dòng)，施加相對(duì)低的推力。在這種情況中，成組的環(huán)12確保了橫向元件11繼續(xù)沿著壓帶10將要經(jīng)過(guò)的路徑。
圖5示出了沿著切線方向觀察在穿過(guò)帶輪盤(pán)43的橫截面的基礎(chǔ)上帶輪盤(pán)43的詳細(xì)視圖。帶輪盤(pán)43的所謂的接觸表面40具有一定的曲率，該曲率具有隨意可變的曲率半徑R40，其中帶輪盤(pán)43通過(guò)接觸表面40與橫向元件11的運(yùn)行表面16接觸，接觸角λ限定在接觸表面40上的點(diǎn)R中的切線41和徑向方向42之間，沿著所述徑向方向觀察增加。由此，如同在所述切向橫截面中觀察的，變速裝置1中的接觸表面40描繪出這樣的輪廓，該輪廓可限定為局部接觸角λ和變速裝置1的傳動(dòng)比Rs/Rp之間的關(guān)系。對(duì)于每個(gè)帶輪2、3，所述輪廓分別稱為主接觸角輪廓λP(Rs/Rp)以及副接觸角輪廓λS(Rs/Rp)，帶輪2和3的固定的和可移動(dòng)的盤(pán)21、22、31、32具有相同的輪廓。同樣優(yōu)選的是對(duì)于兩個(gè)帶輪2和3形式相同，即具有彼此鏡像對(duì)稱的接觸角輪廓λP(Rs/Rp)和λS(Rs/Rp)。
為了能夠最優(yōu)地與帶輪2和3的彎曲的接觸表面40相互作用，如在圖3所示的壓帶10的橫截面中觀察的，橫向元件11的運(yùn)行表面16具有一定的曲率。在這種情況下，一定范圍的接觸角λ限定在運(yùn)行表面16的輪廓中，該范圍的接觸角至少對(duì)應(yīng)于由帶輪2和3的接觸表面40限定的接觸角輪廓λP(Rs/Rp)和λS(Rs/Rp)。
對(duì)于變速裝置1的平衡狀態(tài)即對(duì)于恒定傳動(dòng)比所需的夾緊力比率即KpKs比率產(chǎn)生于平衡狀態(tài)，由此對(duì)于每個(gè)帶輪2和3，傳動(dòng)帶10的帶組12中產(chǎn)生的拉伸力Ft應(yīng)當(dāng)彼此相等。這種平衡狀態(tài)示出于圖6中。對(duì)于每個(gè)帶輪2和3，拉伸力Ft是由于分別沿著徑向方向作用在傳動(dòng)帶10上的徑向力Frp和Frs而產(chǎn)生的，所述力Frp和Frs由于局部接觸角λP、λS和對(duì)于每個(gè)帶輪2、3分別施加在盤(pán)21和22、31和32之間的夾緊力Kp、Ks而產(chǎn)生，所述夾緊力并且基本朝著軸向方向。當(dāng)把用于主帶輪2的這些寫(xiě)下來(lái)時(shí)，應(yīng)用下列關(guān)系Frp＝Kp*tan(λp) (6)徑向力Frp和Frs在傳動(dòng)帶10的夾在相應(yīng)主帶輪2和副帶輪3的帶輪盤(pán)21、22、31、32之間的部分的長(zhǎng)度上作用在橫向元件11的運(yùn)行表面16上。對(duì)于每個(gè)帶輪2、3，所述長(zhǎng)度可以量化為由傳動(dòng)帶10的被夾緊的部分閉合的角度，此處分別稱為主帶角度αP和副帶角度αS。平衡所需要的徑向力Frp和Frs然后通過(guò)在相應(yīng)的帶角度αP和αS上對(duì)每單位帶角度dα的拉伸力Ft求和而確定。當(dāng)寫(xiě)出用于主帶輪2時(shí)，由此應(yīng)用下列關(guān)系Frp=∫0αpFtRp*Rp*dα---(7)]]>等式(3)的推導(dǎo)在帶組12的一小部分的基礎(chǔ)上示于圖7中。
等式(6)和(7)可以用對(duì)于副帶輪3相對(duì)應(yīng)的方式利用所述恒定傳動(dòng)比的平衡狀態(tài)推導(dǎo)，由此，產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力Ft應(yīng)用到帶輪2和3，從而下列關(guān)系應(yīng)用到平衡夾緊力比率KpKsKpKs=KpKs=tan(λs)tan(λp)*∫0αpFt*dα∫0αsFt*dα=tan(λs)*αptan(λp)*αs---(8)]]>其中帶角度αp和αs作為相應(yīng)的運(yùn)行半徑Rp、Rs的函數(shù)并且同樣作為傳動(dòng)比Rs/Rp的函數(shù)而改變。帶角度αp、αs和運(yùn)行半徑Rs、Rp之間的這種性質(zhì)的關(guān)系由變速裝置1的幾何結(jié)構(gòu)確定，并且例如相對(duì)準(zhǔn)確地近似為αp=π+2*arcsin(Rp-Rs2*RpMAX)]]>和αs＝2π-αp (9)對(duì)于Rs(Rp，RpMIN，RpMAX)2*(2*RpMAX)2-(Rs-Rp)2+π*(Rs+Rp)+]]>2*arcsin(Rs-Rp2*RpMAX)*(Rs-Rp)=2*(2*RpMAX)2-(RpMAX-RpMIN)2+---(10)]]>π*(RpMAX+Rpmin)+2*arcsin(RpMAX-RpMIN2*RpMAX)*(RpMAX-RpMIN)]]>其中RpMIN是出現(xiàn)的最小主運(yùn)行半徑Rp，并且RpMAX是出現(xiàn)的最大主運(yùn)行半徑。在等式(9)和(10)的推導(dǎo)中，已經(jīng)假設(shè)兩個(gè)帶輪2和3定位成沿著徑向方向盡可能彼此靠近，如同在例如圖6中的這種情況，但這通常在機(jī)動(dòng)車輛中也是適合的。
圖8中給出了等式(8)、(9)、(10)對(duì)于KpKs比率相對(duì)于傳動(dòng)比Rs/Rp的解，該解用迭代或者數(shù)值的方法確定，其中接觸角λp和λs具有恒定和相等的值，在這個(gè)實(shí)例中為11度。
通過(guò)上述分析，即偶然的是，所述分析與傳動(dòng)帶10的類型無(wú)關(guān)，意思是它可以應(yīng)用到圖2-4所示的壓帶10，同樣可以應(yīng)用到橡膠V形帶、金屬鏈條等，可以推斷出KpKs比率能夠通過(guò)選擇用于彼此不同的主接觸角λp和/或副接觸角λs的值而被影響。當(dāng)稱為KpKs曲線的夾緊力Kp和Ks的平衡比率有利地對(duì)于所有的傳動(dòng)比Rs/Rp都等于1時(shí)，作為變速裝置的傳動(dòng)比Rs/Rp的函數(shù)，接觸角λp、λs之間的比率在這種情況中應(yīng)當(dāng)滿足Kp/Ks＝1時(shí)的等式(4)tan(λs)tan(λp)=αsαp---(11)]]>偶然的是，從等式(11)得到，在帶角度αp、αs以及由此還有運(yùn)行半徑Rp和Rs彼此相等的傳動(dòng)比Rs/Rp中，接觸角λp、λs應(yīng)當(dāng)在數(shù)值上相等。
等式(11)的一個(gè)可能的解示于圖9的圖形中，其中對(duì)于主帶輪2和副帶輪3的相應(yīng)的接觸角λp、λs與傳動(dòng)比Rs/Rp之間的關(guān)系繪制在所謂的接觸角輪廓λp(Rs/Rp)和λs(Rs/Rp)中。在這種情況中，在所有可能的傳動(dòng)比Rs/Rp中，理論上近似的KpKs比率由此等于1。圖9所示的圖形應(yīng)用到典型的變速裝置1，所述典型的變速裝置具有約為30毫米的最小主運(yùn)行半徑RpMIN，并具有約為75毫米的最大主運(yùn)行半徑RpMAX，與帶輪2和3的相等和最小的可能的徑向尺寸結(jié)合。
雖然上述的分析建議如此，但是上述和明顯最優(yōu)的接觸角輪廓λp(Rs/Rp)和λs(Rs/Rp)不會(huì)在所有的情況中形成最理想的解用于通過(guò)影響平衡夾緊力比率KpKs提高變速裝置1的效率，至少對(duì)于設(shè)置有壓帶10的本變速裝置1不是。
另外，特別在與主從式控制的結(jié)合中，非常有利的是選擇KpKs比率大于1，如上述已經(jīng)討論的那樣。其次，通過(guò)對(duì)本發(fā)明所基于的這種現(xiàn)象的分析，申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在變速裝置1設(shè)置有壓帶10的特定情況中，在這種變速裝置的操作過(guò)程中，在壓帶10中產(chǎn)生唯一的力的作用，這對(duì)夾緊力Kp和Ks的平衡比率具有相當(dāng)大的影響。另外，在這個(gè)方面，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在對(duì)于通過(guò)由于所采用的接觸角λp、λs影響平衡夾緊力比率KpKs而提高的變速裝置1的效率的斗爭(zhēng)中，壓帶10上的機(jī)械負(fù)載以及特別是它的成組的環(huán)12的疲勞負(fù)載以及例如變速裝置1的動(dòng)態(tài)性能受到影響。
考慮到這些現(xiàn)象的復(fù)雜性和它們之間的相互作用，它們的分解描述不能實(shí)現(xiàn)，或者實(shí)現(xiàn)難度極大。然而根據(jù)本發(fā)明，定性分析足以，并且在此基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)的變速裝置的設(shè)計(jì)。
根據(jù)本發(fā)明的定性分析是基于橫向元件11之間的推力Fd、環(huán)中的拉伸力Ft和單個(gè)橫向元件11和成組的環(huán)12之間的沿徑向方向的法向力Fr的，所述法向力Fr發(fā)生在帶輪2和3上。在這種情況中，推力Fd基本是造成帶輪2和3之間的轉(zhuǎn)矩的傳遞的主要原因，其中成組的環(huán)12和橫向元件11被保持在一起，并且被迫使與帶輪2和3一起進(jìn)入適合的路徑中。根據(jù)本發(fā)明，下列等式(此處寫(xiě)出來(lái)用于主帶輪)應(yīng)用到每個(gè)帶輪2、3Kp*tan(λp)=∫δ[Ft(αp)]-δ[Fd(αp)]Rp*Rp*δαp---(12)]]>或者，對(duì)于兩個(gè)帶輪2和3之間的平衡KpKs=tan(λs)tan(λp)*∫δ[Ft(αp)]-δ[Fd(αp)]*δαp∫δ[Ft(αs)]-δ[Fd(αs)]*δαs---(13)]]>從這些等式可以得到，在壓帶10的情況中，平衡夾緊力比率KpKs受到接觸角λp、λs的影響，并且受到推力Fd的影響，并且更特別的是，受到它在帶角度αp、αs上的分布的影響。根據(jù)本發(fā)明，在等式(11)的基礎(chǔ)上提出，推力Fd部分地補(bǔ)償由相應(yīng)的夾緊力Kp、Ks產(chǎn)生的徑向力Frp和Frs。另外，橫向元件11和成組的環(huán)12彼此摩擦接觸，從而由于它們之間速度的差異，拉伸力Ft的增加或者減小發(fā)生在環(huán)中，在壓帶10的情況中，這種現(xiàn)象進(jìn)一步使對(duì)平衡夾緊力比率KpKs的解析解復(fù)雜化。本發(fā)明由此提出定性分析。
定性的效果示于圖10中，并且是在如下所述的知識(shí)的基礎(chǔ)上，即在變速裝置1的操作過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)矩Tp在帶輪2和3之間傳遞時(shí)，對(duì)于每個(gè)帶輪2、3，帶角度αp、αs包括兩個(gè)連續(xù)的部分。在帶角度的第一部分中，已知為漸變角(creep angle)K，壓帶10的橫向元件11之間的推力Fd在與帶輪2、3的摩擦接觸中增大或減小。在帶角度的第二部分中，已知為休止角(rest angle)R，推力Fd近似恒定，并且至少實(shí)質(zhì)上在驅(qū)動(dòng)帶輪上等于0——在這種情況中是主帶輪2——并且在副帶輪上等于最大值Fd-max——在這種情況中是副帶輪3。在相同的條件下增加或減小發(fā)生在其上的漸變角K具有近似相對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度，所述相同條件即橫向元件11和相應(yīng)的帶輪2、3之間相等的摩擦系數(shù)和法向力，從而在相對(duì)高的夾緊力上，漸變角K相對(duì)于總的帶角度αp、αs相對(duì)小。所有這些再現(xiàn)在圖10中用于最低的傳動(dòng)比，即超速傳動(dòng)，其中雙向箭頭表示推力Fd的水平，該力Fd在壓帶10中的相鄰的橫向元件之間的局部處發(fā)揮主要作用，而不是推力Fd的方向，因?yàn)槠溲刂鴫簬?0的縱向方向定向。該圖還示出了對(duì)于壓帶10的圓周上的成組的環(huán)中的拉伸力Ft的可能的曲線，在這個(gè)實(shí)例中，它反抗轉(zhuǎn)矩Tp的傳遞。畢竟，拉伸力在壓帶10的具有最大推力Fd-max的一側(cè)上具有最大的Ft-max，并且在壓帶10的具有最低的推力Fd特別是事實(shí)上沒(méi)有推力的一側(cè)上具有最小的Ft-min。偶然的是，特別是取決于轉(zhuǎn)矩Tp的水平，拉伸力Ft的曲線也可以準(zhǔn)確地相反。
在定性的方面，從圖10可得到，至少在超速傳動(dòng)中，在壓帶的情況中，平衡夾緊力比率KpKs具有這樣的值，該值明顯不同于根據(jù)等式(8)所期望的值。畢竟，主帶角度αp上的累加的推力Fd明顯小于副帶角度αs上的累加的推力Fd。這樣的結(jié)果是從上面獲得的最優(yōu)接觸角輪廓λp(Rs/Rp)和λs(Rs/Rp)不應(yīng)用到設(shè)置有壓帶10的變速裝置1。
另外，從上述分析可以得到，平衡夾緊力比率KpKs能夠受到主接觸角λp和副接觸角λs之間的比率的影響，也能夠在超速傳動(dòng)中通過(guò)減小兩個(gè)帶輪2、3中的至少一個(gè)上的休止角R或者增大漸變角K而被減小。對(duì)于副帶輪3，這將導(dǎo)致副帶角度αs上的累加推力Fd的減小，而對(duì)于主帶輪2，它將導(dǎo)致這個(gè)累加推力的增加，在這兩種情況中，根據(jù)等式(12)，這將導(dǎo)致平衡夾緊力比率KpKs的降低。在超速傳動(dòng)中，副帶輪3上的減小的休止角R不是最有利的選擇，因?yàn)樵谶@種情況中，這由適合的安全因子Sf確定，在本發(fā)明的情況中，安全因子被認(rèn)為是給定的邊界條件。另一方面，根據(jù)本發(fā)明，有利的是可以通過(guò)增大主帶輪2上的漸變角R來(lái)對(duì)KpKs施加有利的影響，至少對(duì)于超速傳動(dòng)中的主運(yùn)行半徑Rp。
根據(jù)本發(fā)明，漸變角可以通過(guò)至少驚奇地使得主帶輪2和壓帶10之間的力的傳遞低效而被增加，例如通過(guò)選擇它們之間的低效的摩擦系數(shù)μ(同樣參照等式(1))。根據(jù)公認(rèn)的理論，作為在目前的變速裝置中廣泛使用的潤(rùn)滑的摩擦接觸的摩擦系數(shù)μ可以通過(guò)帶輪2的設(shè)計(jì)而降低，例如通過(guò)降低壓帶10和帶輪2之間的接觸壓力而降低——例如通過(guò)對(duì)主帶輪盤(pán)使用相對(duì)大的曲率半徑R40——或者通過(guò)減小帶輪盤(pán)21和22的表面粗糙度。
上述的措施特別涉及小于1的傳動(dòng)比Rs/Rp時(shí)在壓帶10和主帶輪2之間的接觸點(diǎn)，即涉及相對(duì)大的主運(yùn)行半徑Rp，更特別的是最大的主運(yùn)行半徑Rp，它確定傳動(dòng)比超速傳動(dòng)。在變速裝置1中的其它位置，即在相對(duì)小的主運(yùn)行半徑Rp，例如減速傳動(dòng)中的主運(yùn)行半徑Rp，并且在副帶輪3上的適合的運(yùn)行半徑Rs，相反，有利的是不使用上述的措施并且使得壓帶10和帶輪2、3之間的力的傳遞盡可能的有效。一方面，由于在上述相對(duì)小的主運(yùn)行半徑Rp和相聯(lián)系的相對(duì)大的副運(yùn)行半徑Rs，即在傳動(dòng)比Rs/Rp接近或等于減速傳動(dòng)的傳動(dòng)比中，平衡夾緊力比率KpKs事實(shí)上仍然等于1，從而效率的增加將相對(duì)小，并且另一方面，因?yàn)榱Φ膫鬟f效率對(duì)于能夠以給定的夾緊力Kp或Ks以上述相對(duì)小的主運(yùn)行半徑Rp和相對(duì)小的副運(yùn)行半徑Rs傳遞的最大轉(zhuǎn)矩是至關(guān)重要的。
上述的措施可以獨(dú)立于接觸角輪廓λp(Rs/Rp)和λs(Rs/Rp)的應(yīng)用而使用，或者可以與其結(jié)合使用。然而根據(jù)本發(fā)明，更詳細(xì)的分析顯示出，KpKs曲線要求引起變速裝置1的其它功能性方面的接觸角輪廓λp(Rs/Rp)和λs(Rs/Rp)劣化，其中在原理上，KpKs曲線對(duì)于傳動(dòng)效率是最優(yōu)的，其中夾緊力的平衡比率恒等于1。更特別的是，最小和最大的接觸角λp和λs之間的整體所需的差異可能不利地變大。一方面，所需的最小接觸角λp和λs例如可以小到使得夾緊力Kp、Ks的徑向分量Fr太小以至于不能克服壓帶10和帶輪2、3之間的沿著徑向方向的摩擦，結(jié)果，不可能改變變速裝置1的傳動(dòng)比。另一方面，所需的最大接觸角λp和λs例如可以大到使得成組的環(huán)12被夾緊力Kp、Ks的徑向分量Fr過(guò)度加載。例如在申請(qǐng)人的EP-0,798,492和荷蘭專利申請(qǐng)1022157中可以發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象的描述，該申請(qǐng)?jiān)诒旧暾?qǐng)的優(yōu)先權(quán)日之前沒(méi)有公開(kāi)。
然而，所需的最小和最大接觸角λp和λs之間的大的差異的另一個(gè)不利的結(jié)果是帶輪2和3的接觸表面40和橫向元件11的運(yùn)行表面16必須相對(duì)強(qiáng)烈地彎曲，以允許在有限的尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)這種性質(zhì)的差異。結(jié)果，它們之間的接觸應(yīng)力可采用不適合的或甚至不允許的值。如同上面已經(jīng)討論的那樣，變速裝置1的對(duì)齊同樣由接觸角輪廓λp(Rs/Rp)和λs(Rs/Rp)來(lái)確定，并且因此是限制因素。
在結(jié)合了這些方面的根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)驗(yàn)近似中，至少在超速傳動(dòng)中，接觸角必須滿足下列條件1<tan(λp)tan(λs)≤1.6---(14)]]>更特別的是，另外減速傳動(dòng)中的這個(gè)比率滿足下列條件
0.6≤tan(λp)tan(λs)<1---(15)]]>上述分析僅陳述了對(duì)于接觸角λp和λs之間的比率的一種情況，但仍然沒(méi)有給出對(duì)于這些參數(shù)的最優(yōu)值。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)現(xiàn)這些最優(yōu)值如下所述。根據(jù)本發(fā)明，一方面，對(duì)于接觸角λp和λs的較低的限制優(yōu)選選擇成盡可能地低，因?yàn)榻Y(jié)果是徑向力Frp、Frs以及因此還有成組的環(huán)12中的拉伸力Ft將有利地低。畢竟，所述拉伸力Ft對(duì)于傳遞提供的轉(zhuǎn)矩Tp沒(méi)有貢獻(xiàn)或者幾乎沒(méi)有貢獻(xiàn)，而成組的環(huán)12被拉伸力Ft機(jī)械加載。另一方面，根據(jù)本發(fā)明，在所有的情況中，對(duì)于傳動(dòng)帶10，必定可以沿徑向方向在帶輪盤(pán)21、22、31、32之間移動(dòng)，以允許傳動(dòng)比Rs/Rp被改變。為了該目的，所述徑向力Frp必須至少能夠克服傳動(dòng)帶10和帶輪2、3之間的摩擦Fw。對(duì)于主帶輪2，應(yīng)用下列關(guān)系Kpcos(λp)*tan(λp)=Frpcos(λp)=Fw′>Fw=μR*Fn=μR*Kpcos(λp)---(16)]]>其中μR是在傳動(dòng)帶10的運(yùn)行表面16和帶輪盤(pán)43的接觸表面40之間的接觸中沿著徑向方向測(cè)量的摩擦系數(shù)，并且其中Fn是在該接觸中的法向力。等式(16)示意性地示于圖11中，圖11示出了力Kp、Fw、Frp、Fn，這些力在所述的接觸內(nèi)是作用性的(active)。等式(16)增加了使得接觸角λ必須大于徑向摩擦系數(shù)μR的反正切值的條件。在變速裝置的帶輪2、3和傳動(dòng)帶10之間的潤(rùn)滑的金屬/金屬接觸中，通常約為0.12的最大值應(yīng)用到μR。因此根據(jù)本發(fā)明，減速傳動(dòng)中的主接觸角λp和超速傳動(dòng)中的副接觸角λs優(yōu)選近似等于7度。完整的接觸角輪廓λp(Rs/Rp)和λs(Rs/Rp)然后可以利用等式(13)近似迭代。
為解決等式(13)所需要的邊界條件，又另一種適合的邊界條件可以是對(duì)于每個(gè)帶輪2、3的接觸角輪廓λp(Rs/Rp)和λs(Rs/Rp)為連續(xù)的曲線，分別在副帶輪3上連續(xù)地升高，并且在主帶輪2上連續(xù)下降。最后，有利的是如果帶輪盤(pán)21、22、31和32形狀相同，這在生產(chǎn)和組裝工程方面是特別有利的。
對(duì)于接觸角輪廓λp(Rs/Rp)和λs(Rs/Rp)，其中上述方面和因素在確定最優(yōu)的KpKs曲線過(guò)程中被納入考慮，所述方面和因素例如對(duì)于接觸角的最大和最小允許值、對(duì)于接觸表面40的曲率半徑R40的最小允許值、運(yùn)行表面16的曲率半徑R16以及變速裝置的對(duì)齊，當(dāng)使用約為1.3的安全因子時(shí)，后者具有從超速傳動(dòng)中的1.5到減速傳動(dòng)中的1.3的或多或少的線性曲線。圖12所示的圖形繪出了相對(duì)于傳動(dòng)比Rs/Rp的這個(gè)最優(yōu)的KpKs曲線和相聯(lián)系的最優(yōu)接觸角輪廓λp(Rs/Rp)和λs(Rs/Rp)。該圖形根據(jù)經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行了近似，考慮了設(shè)置有壓帶類型的傳動(dòng)帶10的變速裝置1的上述所有特征和特性。從該圖中可以看出，對(duì)于主帶輪和對(duì)于副帶輪的最小接觸角λp、λs均正好微微大于7度，特別近似7.3度，并且最大主接觸角λp約為10度，并且最大副接觸角λs約為9度。接觸角λp和λs的正切值的最優(yōu)比率因此在超速傳動(dòng)中約為1.4，在減速傳動(dòng)中約為0.8。
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)動(dòng)車輛的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，設(shè)置有主帶輪(2)和副帶輪(3)，傳動(dòng)帶(10)設(shè)置在所述帶輪周圍，至少當(dāng)變速裝置(1)在操作時(shí)，傳動(dòng)帶(10)通過(guò)設(shè)置在傳動(dòng)帶(10)的任一側(cè)上的基本軸向定向的運(yùn)行表面(16)以主夾緊力(Kp)夾在主帶輪(2)的兩個(gè)錐形帶輪盤(pán)(21，22)之間，并且以副夾緊力(Ks)夾在副帶輪(3)的兩個(gè)錐形帶輪盤(pán)(31，32)之間，以便能夠借助于摩擦力從主帶輪(2)向副帶輪(3)傳遞提供的轉(zhuǎn)矩(Tp)，相對(duì)于傳動(dòng)帶(10)設(shè)置有至少一個(gè)帶輪盤(pán)(44)的接觸表面(40)，至少如在它的橫截面中的觀察，其垂直于切線方向定向，具有曲率，結(jié)果在所述橫截面中，在接觸表面(40)上的切線(41)和徑向方向(42)之間的接觸角(λ)相對(duì)于在傳動(dòng)帶(10)的相應(yīng)的運(yùn)行表面(16)和接觸表面(40)之間的接觸點(diǎn)的徑向位置(Rp，Rs)而在最小值和最大值之間改變，其中最小值是在接觸表面(40)上的徑向最靠?jī)?nèi)的位置處，最大值是在接觸表面(40)上的徑向最靠外的位置處，并且變速裝置(1)的傳動(dòng)比(Rs/Rp)被定義為用于副帶輪(3)的徑向位置(Rs)和用于主帶輪(2)的徑向位置(Rp)之間的比值，其特征在于，由于所述接觸角(λ)相對(duì)于所述徑向位置(Rp，Rs)所適配，和至少在最大傳動(dòng)比(Rs/Rp)即減速傳動(dòng)中，主夾緊力(Kp)和副夾緊力(Ks)之間的夾緊力比率(KpKs)具有在從1到在最小傳動(dòng)比(Rs/Rp)即超速傳動(dòng)中的夾緊力比率(KpKs)的范圍中的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，其特征在于，由于所述接觸角(λ)相對(duì)于所述徑向位置(Rp，Rs)被適配，和在超速傳動(dòng)中，夾緊力比率(KpKs)具有在1.8到減速傳動(dòng)中的夾緊力比率(KpKs)之間的范圍中的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，其特征在于，由于所述接觸角(λ)相對(duì)于所述徑向位置(Rp，Rs)被適配，和在變速裝置(1)的所有傳動(dòng)比(Rs/Rp)中，夾緊力比率(KpKs)的值在1.2到1.6的范圍中，并且優(yōu)選在減速傳動(dòng)中的1.3到超速傳動(dòng)中的1.5的范圍中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或者3所述的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，其特征在于，在上述的相應(yīng)傳動(dòng)比(Rs/Rp)中傳遞提供的轉(zhuǎn)矩(Tp)所需的最小主夾緊力或者副夾緊力(Kp；Ks)與適合的主夾緊力或者副夾緊力(KpDV；KsDV)之間的安全因子(Sf)約為1.3。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，其特征在于，至少對(duì)于恒定的傳動(dòng)比(Rs/Rp)，適合的副夾緊力(KsDV)通過(guò)使傳遞提供的轉(zhuǎn)矩(Tp)所需的最小副夾緊力(Ks)乘以大于1的安全因子而確定，并且適合的主夾緊力(KpDV)通過(guò)使所述適合的副夾緊力(KsDV)乘以所述恒定傳動(dòng)比(Rs/Rp)中的夾緊力比率(KpKs)而確定。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，其特征在于，對(duì)于相應(yīng)帶輪(2，3)的兩個(gè)帶輪盤(pán)(21，22；31，32)，關(guān)于所述徑向位置(Rp，Rs)的接觸角(λ)至少基本相等。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，其特征在于，對(duì)于兩個(gè)帶輪(2；3)的帶輪盤(pán)(21，22，31，22)，帶輪盤(pán)(21，22，31，32)關(guān)于所述徑向位置(Rp，Rs)的接觸角(λ)的最小值至少基本相等。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，其特征在于，對(duì)于主帶輪(2)的帶輪盤(pán)(21，22)，帶輪盤(pán)關(guān)于所述徑向位置(Rp，Rs)的接觸角(λ)的最大值高于對(duì)于副帶輪(3)的帶輪盤(pán)(31，32)的相對(duì)應(yīng)的值。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，其特征在于，傳動(dòng)帶(10)是公知的壓帶類型，并且設(shè)置有至少一組環(huán)(12)和大量的橫向元件(11)，橫向元件(11)能夠沿著所述成組的環(huán)(12)在它的圓周方向移動(dòng)，并且設(shè)置有運(yùn)行表面(16)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，其特征在于，相應(yīng)帶輪(2，3)的兩個(gè)帶輪盤(pán)(21，22；31，32)關(guān)于所述徑向位置(Rp，Rs)的接觸角(λ)相對(duì)應(yīng)，并且至少在變速裝置(1)的最小傳動(dòng)比(Rs/Rp)中，主帶輪(λp)的接觸角(λ)和副帶輪(λs)的接觸角(λ)之間的比率滿足條件1<tan(λp)tan(λs)≤1.6]]>
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，其特征在于，至少在變速裝置(1)的最大傳動(dòng)比(Rs/Rp)中，所述接觸角(λp，λs)之間的比率滿足條件0.6<tan(λp)tan(λs)≤1]]>
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，其特征在于，對(duì)于主帶輪(2)和副帶輪(3)，接觸角(λ)的最小值都約為7度。
13.根據(jù)權(quán)利要求10、11或者12所述的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，其特征在于，對(duì)于主帶輪(2)，接觸角(λ)的最大值約為10度，并且對(duì)于副帶輪(3)，接觸角(λ)的最大值約為9度。
14.一種用于機(jī)動(dòng)車輛的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，設(shè)置有主帶輪(2)和副帶輪(3)，傳動(dòng)帶(10)設(shè)置在所述帶輪周圍，至少當(dāng)所述變速裝置(1)在操作時(shí)，所述傳動(dòng)帶通過(guò)設(shè)置在傳動(dòng)帶(10)的任一側(cè)上的基本軸向定向的運(yùn)行表面(16)以主夾緊力(Kp)夾在主帶輪(2)的兩個(gè)錐形帶輪盤(pán)(21，22)之間，并且以副夾緊力(Ks)夾在副帶輪(3)的兩個(gè)錐形帶輪盤(pán)(31，32)之間，以便能夠借助于摩擦力從主帶輪(2)向副帶輪(3)傳遞提供的轉(zhuǎn)矩(Tp)，其特征在于，至少當(dāng)變速裝置(1)在操作時(shí)，主帶輪(2)和傳動(dòng)帶(10)之間相對(duì)于它們之間的接觸點(diǎn)的徑向位置(Rp)的摩擦系數(shù)在所述接觸點(diǎn)的徑向最靠外的位置處具有最小值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，其特征在于，所述摩擦系數(shù)小于副帶輪(2)和傳動(dòng)帶(10)之間的在它們之間的接觸點(diǎn)的徑向最靠外的位置處的摩擦系數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，其特征在于，至少如在切向橫截面中觀察的，在主帶輪(2)和傳動(dòng)帶(10)之間的接觸點(diǎn)的所述徑向最靠外的位置處，主帶輪盤(pán)(21，22)具有相對(duì)大的曲率半徑(R40)和/或相對(duì)低的表面粗糙度。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，其特征在于，各個(gè)帶輪(2，3)的兩個(gè)帶輪盤(pán)(21，22；31，32)的接觸角(λ)具有相對(duì)應(yīng)的值，并且對(duì)于主帶輪(λp)和副帶輪(λs)，與變速裝置(1)的傳動(dòng)比(Rs/Rp)相關(guān)的各個(gè)接觸角(λ)至少基本對(duì)應(yīng)于在相聯(lián)系的圖12中所示的用于這個(gè)參數(shù)的輪廓。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的無(wú)級(jí)變速裝置(1)，其特征在于，與變速裝置(1)的傳動(dòng)比(Rs/Rp)相關(guān)的夾緊力比率(KpKs)具有至少近似恒定的值。
19.一種具有發(fā)動(dòng)機(jī)和待驅(qū)動(dòng)的負(fù)載的機(jī)動(dòng)車輛，在發(fā)動(dòng)機(jī)和負(fù)載之間結(jié)合有如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的變速裝置(1)，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的能量由傳動(dòng)帶(10)從主帶輪(2)傳遞到副帶輪(3)，并且由副帶輪(3)輸出到負(fù)載。
全文摘要
用于機(jī)動(dòng)車輛的無(wú)級(jí)變速裝置，設(shè)置有主帶輪(2)和副帶輪(3)，傳動(dòng)帶(10)設(shè)置在所述帶輪周圍，傳動(dòng)帶利用主夾緊力夾在主帶輪(2)的兩個(gè)錐形帶輪盤(pán)之間，并且利用副夾緊力夾在副帶輪(3)的兩個(gè)錐形帶輪盤(pán)之間，其中，由于各個(gè)帶輪(2；3)的至少一個(gè)帶輪盤(pán)的接觸角，其中傳動(dòng)帶(10)被采用，并且至少在變速裝置(1)的最大傳動(dòng)比即減速傳動(dòng)中，主夾緊力和副夾緊力之間的夾緊力比率的值在1到最小傳動(dòng)比即超速傳動(dòng)中的夾緊力比率之間的范圍中。
文檔編號(hào)F16H61/662GK1886608SQ200480035585
公開(kāi)日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月1日
發(fā)明者阿德里安斯·約翰尼斯·威廉默斯·范德萊斯特, 阿爾耶恩·布蘭茲瑪, 約翰尼斯·赫拉爾杜斯·盧多維克斯·瑪麗亞·范斯皮耶克 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司