采用變化的可轉(zhuǎn)向滾子的無限可變牽引驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于實(shí)現(xiàn)連續(xù)可變傳動(dòng)器的方法。通過一個(gè)主動(dòng)構(gòu)件和從動(dòng)構(gòu)件在彼此之間產(chǎn)生至少一個(gè)接觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)器。每個(gè)構(gòu)件都可以是至少一個(gè)滾子以虛擬表面而壓靠在一個(gè)相對(duì)構(gòu)件表面上。該方法在于調(diào)整該多個(gè)表面與該滾動(dòng)體之間的多個(gè)移動(dòng)方向、一個(gè)轉(zhuǎn)向角度和一個(gè)矯正角度，這些移動(dòng)方向由該表面相對(duì)于接觸點(diǎn)的一個(gè)第一移動(dòng)向量、該滾動(dòng)體的一個(gè)第二移動(dòng)向量和該滾動(dòng)體滾動(dòng)方向的一個(gè)第三移動(dòng)向量來限定。該轉(zhuǎn)向角是根據(jù)所希望的傳動(dòng)比和在該滾子上的側(cè)向/推力負(fù)載來改變的，同時(shí)遵循了這些接觸點(diǎn)的變形能力。
【專利說明】采用變化的可轉(zhuǎn)向滾子的無限可變牽引驅(qū)動(dòng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及牽引驅(qū)動(dòng)器并且更具體地涉及一種用于車輛、動(dòng)力傳輸裝置、或有可控的移動(dòng)速度和可反向的移動(dòng)方向的致動(dòng)器的無限可變傳動(dòng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]
[0003]用于車輛的、有能力提供連續(xù)可變(CVT)或者無限可變(IVT)比率傳動(dòng)的牽引驅(qū)動(dòng)器很久以來就已經(jīng)被認(rèn)為對(duì)于許多潛在應(yīng)用是有利的，像那些在汽車、摩托車、休閑車輛、重型機(jī)械、農(nóng)機(jī)、機(jī)器人、發(fā)電、油氣行業(yè)，HVAC以及其他行業(yè)和設(shè)施中的應(yīng)用。
[0004]許多(如果不是大多數(shù)的話)牽引類型的CVT或IVT在以下方面是相似的，S卩，它們利用滾子來接觸其他旋轉(zhuǎn)表面(并且具體是滿足所謂的環(huán)面、半環(huán)面、錐面、球類型的和其他傳動(dòng)器)，其中多個(gè)滾子將動(dòng)力從一個(gè)旋轉(zhuǎn)本體傳遞給另一個(gè)旋轉(zhuǎn)本體，同時(shí)滾子的旋轉(zhuǎn)軸線能夠偏斜或移動(dòng)，從而因此提供了旋轉(zhuǎn)輸入件處的接觸點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)輸出件處的接觸點(diǎn)具有與旋轉(zhuǎn)本體軸線不同的距離或半徑，從而因此提供一種可變的比率。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)IVT模式，這樣的裝置會(huì)典型地采用所謂的‘動(dòng)力環(huán)’構(gòu)型，其中CVT輸出件的單向旋轉(zhuǎn)速度會(huì)被從輸入件的參照速度的旋轉(zhuǎn)速度中扣減去。這些構(gòu)型總體上采用差動(dòng)機(jī)構(gòu)或行星齒輪組以便實(shí)現(xiàn)這樣的扣減，因此由于‘動(dòng)力環(huán)’系統(tǒng)已知的高內(nèi)部損耗而減小了此類裝置的總體效率。
[0006]除了在由一種所謂的‘雙滾子安排’(DRA) (Okulov的TO2011113149 (Al))限定的構(gòu)型中，這些滾子雖然允許輸入本體和輸出本體以不同的速度旋轉(zhuǎn)，但會(huì)遭遇到在牽引點(diǎn)處實(shí)質(zhì)性的自旋，這減小了可供使用的牽引(在基于牽引流體的構(gòu)型中)或?qū)е逻@些以金屬對(duì)金屬或以其他材料的直接接觸裝置形式的配對(duì)旋轉(zhuǎn)本體的過度磨損。
[0007]這些半環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)器在滾動(dòng)接觸點(diǎn)處的自旋顯著減小，但具體是由于在支持了這些滾子的并且承受了全部夾緊力的實(shí)質(zhì)性部分的多個(gè)軸承中的高摩擦損耗而仍然受到相對(duì)低的效率的困擾。
[0008]因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)類型的現(xiàn)有技術(shù)傳動(dòng)器中的所有滾子都是典型地被夾緊在相當(dāng)剛性的表面之間，就存在著困難來在它們之間提供夾緊力的均等分配(對(duì)于在多滾子環(huán)境中的可靠牽引是必需的)。這些具有不同夾緊力的接觸點(diǎn)會(huì)在牽引負(fù)載下所經(jīng)歷的滑動(dòng)百分率意義上表現(xiàn)不同，并且如果所有點(diǎn)的滑動(dòng)量值不協(xié)調(diào)的話，就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)顯著的內(nèi)部力和損耗，從而減小總體效率。實(shí)踐中，這一缺點(diǎn)致使每一對(duì)輸入本體-輸出本體(或一個(gè)環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)器的每一個(gè)凹腔)的滾子數(shù)目被減至3-4個(gè)，這限制了這樣的傳動(dòng)器的功率密度以及它們能夠應(yīng)對(duì)的最大扭矩。
[0009]在貿(mào)易和實(shí)踐中還廣為人知的是，與由于牽引點(diǎn)的低變形能力而使得它們的性能和可靠性有時(shí)不可預(yù)知的低自旋裝置相比，高自旋牽引裝置會(huì)展現(xiàn)更多的容差特性和更多的適應(yīng)性(代價(jià)是與其以零自旋最大可供使用的值相比較的減小的牽引系數(shù))。
[0010]從House的US專利號(hào)2，139，635 ;5，923，139以及Faulring等人的US專利申請(qǐng)2008/0081728體現(xiàn)了大量的采用由多個(gè)滾子驅(qū)動(dòng)的球狀本體的CVT構(gòu)型實(shí)例。這些裝置由于在操縱球狀本體的過程中所具有高自旋驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向的滾子而展現(xiàn)出低的效率和低的扭
矩容量。
[0011]從大量的US 專利中，即，Weiss 的 I, 141，508 ；ffeiss 的 I, 146，982 ；ffeiss 的
1,469, 061 ；ffeiss 的 I, 537, 515 ；ffeiss 的 I, 541, 882 ；ffeiss 的 I, 728, 383 ；Pollard 的
2,020, 123 ；Hanft 的 2, 128, 088 ；Morgan 的 2, 682, 776 ；Salomon 的 2, 959, 971 ;3，826, 157 ；4，487，086 ；Perkins 的 4，964，316 ;7，207，918 ；Shimazu 的 7，207，918 以及 Ferrar 的7，594，870中，明了的另一種實(shí)現(xiàn)CVT構(gòu)型的方式是，采用一個(gè)帶有多個(gè)安裝于其上的滾子的承載件，并且這些滾子可以在垂直于該承載件的旋轉(zhuǎn)平面的方向上旋轉(zhuǎn)并且與一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的球狀表面處于摩擦滾動(dòng)接觸。在承載件的旋轉(zhuǎn)平面與球體的旋轉(zhuǎn)軸線之間的相對(duì)角度限定了傳動(dòng)比。在承載件垂直于球體的旋轉(zhuǎn)軸線的位置上，傳動(dòng)器的比率大約為1:1。
[0012]多年來，已經(jīng)披露了對(duì)這樣的CVT的大量的改進(jìn)。但這樣的傳動(dòng)器的不足之處仍然是它們沒有能力提供空檔比率或‘嚙合空檔’，即，沒有能力在輸入件旋轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn)零輸出件旋轉(zhuǎn)速度，并且不足之處還是受限于球體-承載件樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的幾何限制而所能夠?qū)崿F(xiàn)的相對(duì)低的比率范圍。這些發(fā)明的又另一個(gè)缺點(diǎn)是由于這些滾子并行工作但分擔(dān)不同負(fù)載的不同的表現(xiàn)所導(dǎo)致的低效率。
[0013]可以對(duì)在不同的負(fù)載條件下并行工作的多個(gè)滾子的這種不同表現(xiàn)的現(xiàn)象做出如下展示:
[0014]讓我們繪制一條筆直道路、有兩臺(tái)相同的轎車并排并且對(duì)抗著強(qiáng)橫風(fēng)維持其筆直移動(dòng)方向地向前移動(dòng)的圖片(圖1)。轎車#1承受來自橫風(fēng)的最強(qiáng)側(cè)向力并且其駕駛員必須向其左側(cè)采取修正轉(zhuǎn)向角Θ I來維持在筆直的道線內(nèi)的移動(dòng)。轎車#2享用轎車#1所提供的對(duì)抗橫風(fēng)的庇護(hù)并且必須向其左側(cè)采取較少的修正轉(zhuǎn)向角Θ 2來維持在筆直的道線內(nèi)的移動(dòng)。通過這樣做，兩轎車都保持并行移動(dòng)，并且即便它們已經(jīng)聯(lián)接到一起也不會(huì)在它們之間導(dǎo)致任何寄生力。與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)所闡述的這些系統(tǒng)中，不論加載條件如何所有的滾子的轉(zhuǎn)向角都保持相同。顯著的損耗證明了這種缺點(diǎn)，后面將以更多的細(xì)節(jié)展示這些損耗的緣由。圖2提供了對(duì)在聯(lián)接的轎車之間的寄生力是如何能夠降低系統(tǒng)效率進(jìn)行的探究。
[0015]返回到在此以上闡述的傳動(dòng)器，并且結(jié)合安裝在承載件上的、并且預(yù)先對(duì)準(zhǔn)在某個(gè)方向上的多個(gè)滾子，現(xiàn)在清楚的是除非它們的轉(zhuǎn)向角是根據(jù)它們所承受的側(cè)向負(fù)載來增大的，它們就會(huì)產(chǎn)生不必要的損耗。
[0016]在機(jī)器人學(xué)中存在已知的各種各樣的車輛，這些車輛中利用了 一種可轉(zhuǎn)向的多輪，這種多輪在一個(gè)承載件上旋轉(zhuǎn)并且與地面接觸，并且其中的受控轉(zhuǎn)向能夠產(chǎn)生這樣的車輛的全向移動(dòng)(U.S.專利=Blumrich的3，789，947 ;5，927，423 ;Wada等人的
5,927, 423 ;Holmberg 等人的 6，491，127 ;以及 Rohrs 的 6，810，976，還以及 Rohrs 的 PCT 案W02003/091600。這些系統(tǒng)都沒有能力為牽引驅(qū)動(dòng)器、具體是為利用非接觸環(huán)境通過牽引流體的薄膜來傳遞動(dòng)力的牽引驅(qū)動(dòng)器提供解決方案。這些現(xiàn)有技術(shù)手段沒有一個(gè)是利用對(duì)以上述并行模式來工作的滾子的轉(zhuǎn)向方向加以增大的，而這是優(yōu)化效率所必需的。從與船只推進(jìn)系統(tǒng)(Voith Schneider推進(jìn)器；www.voithturb0.de)和某些試驗(yàn)性風(fēng)機(jī)(立式風(fēng)機(jī))相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)還為人所熟知多種相似的系統(tǒng)。[0017]因此，對(duì)于在整個(gè)比率范圍上都會(huì)提供高效率的、成本有效的、緊湊的、可靠的并且可用于汽車以及其他行業(yè)的大批量應(yīng)用的、改進(jìn)的無限可變傳動(dòng)器存在著需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

技術(shù)問題
[0018]一般而言，對(duì)于IVT的技術(shù)問題使得設(shè)計(jì)保持復(fù)雜、必需使用齒輪組來實(shí)現(xiàn)零輸出比率、并且受其低效率的影響(由于動(dòng)力環(huán)的高損耗)而使得低功率密度、高復(fù)雜性和高成本與之相關(guān)聯(lián)。另一個(gè)問題是實(shí)現(xiàn)無限比率所要求的齒輪產(chǎn)生噪聲并且使得一個(gè)牽引類型傳動(dòng)器的作為潛在優(yōu)點(diǎn)之一的其安靜性降低。以上缺點(diǎn)每個(gè)都減小了這樣的系統(tǒng)對(duì)于一個(gè)特定行業(yè)領(lǐng)域的可使用性?？偠灾蟠笱舆t了滾子類型的牽引CVT和IVT進(jìn)入到多種不同的市場(chǎng)中。
對(duì)問題的解決方案 技術(shù)解決方案
[0019]利用在本發(fā)明中采用的將滾動(dòng)本體的滾動(dòng)速度轉(zhuǎn)換成其側(cè)向速度的效果允許了成功地解決所有的以上問題。其對(duì)于包括線性驅(qū)動(dòng)器、回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器或角驅(qū)動(dòng)器、以及傳統(tǒng)的動(dòng)力傳動(dòng)器在內(nèi)的大量不同的驅(qū)動(dòng)器的適應(yīng)能力是通過一個(gè)單一的解決方案來實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)解決方案使得一個(gè)可轉(zhuǎn)向的滾子與另一個(gè)旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)的本體(球面、柱面、環(huán)面、表面，等等)共同發(fā)生滾動(dòng)和牽引。
發(fā)明的有利效果 有利的效果
[0020]簡(jiǎn)單:這種全功能裝置具有少于13個(gè)由與滾動(dòng)軸承中所采用的相似的傳統(tǒng)材料制成的主要零件，從而因此提供了本發(fā)明低的成本和高的可制造能力。
[0021]齒輪并非必需的:不運(yùn)用嚙合級(jí)(像產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力環(huán)所需的行星驅(qū)動(dòng)器或差動(dòng)驅(qū)動(dòng)器)就能夠?qū)崿F(xiàn)這種零輸出和無限可變比率，因而進(jìn)一步降低了成本和噪聲而不損失高的扭矩傳遞能力。
[0022]使用相同的運(yùn)行原理實(shí)現(xiàn)完滿的效果、可應(yīng)用于大量不同的應(yīng)用的能力:線性可變的驅(qū)動(dòng)器、回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器或角驅(qū)動(dòng)器、行業(yè)裝備動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器、車輛傳動(dòng)器，等等。
[0023]低噪聲。
[0024]高運(yùn)行效率和高功率密度。
[0025]控制簡(jiǎn)單:能夠?qū)L子轉(zhuǎn)向和總體比率控制采用機(jī)械、電子一機(jī)械或液壓致動(dòng)器。 附圖簡(jiǎn)要說明
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]以下是對(duì)附圖和示圖的說明:
[0027]圖1和圖2展示了并行連接但不同地加載的多個(gè)滾動(dòng)牽引轉(zhuǎn)向本體的工作原理；
[0028]圖3是本發(fā)明的、由一個(gè)滾子和一個(gè)表面來表現(xiàn)的總體原理的展示；
[0029]圖4進(jìn)一步展現(xiàn)了增大一個(gè)滾子的轉(zhuǎn)向角以及其上的力的效果；
[0030]圖5是本發(fā)明的一個(gè)代表，其被適配成一個(gè)滾子以圓形路徑移動(dòng)過一個(gè)表面；[0031 ]圖6展示了 一個(gè)可轉(zhuǎn)向的滾子沿一個(gè)球狀本體軌道運(yùn)行；[0032]圖7示出了一個(gè)滾子沿環(huán)面本體軌道運(yùn)行；
[0033]圖8呈現(xiàn)了一個(gè)利用根據(jù)本發(fā)明的可轉(zhuǎn)向滾子的線性致動(dòng)器；
[0034]圖9示出了一個(gè)牽引點(diǎn)沒有自旋和有自旋條件下的典型牽引流體曲線，并且其指明了具有相同滑動(dòng)率‘ S ’的牽引點(diǎn)的牽引差異；
[0035]圖10展示了一個(gè)牽引滾子被夾緊力‘N’夾靠在表面上；
[0036]圖11示出了在負(fù)載‘N’下由滾子旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的側(cè)向牽引力和來自摩擦損耗的力；
[0037]圖12呈現(xiàn)了連接到承載件上的并且沿球體軌道運(yùn)行的這個(gè)滾子的多個(gè)力和移動(dòng)向量，其中承載件的旋轉(zhuǎn)軸線與球體的旋轉(zhuǎn)軸線相交而非平行；
[0038]圖13進(jìn)一步展示了來自圖12繪圖的俯視圖并且指明了承載件的旋轉(zhuǎn)平面與輸出軸線之間的角‘ Y ’(伽馬)(在此并且貫穿本說明輸入件和輸出件是能夠互換的而不會(huì)有損本發(fā)明的精神，即，一個(gè)輸出件能夠作為一個(gè)輸入件來工作并且以此類推)；
[0039]圖14呈現(xiàn)了一個(gè)有多個(gè)速度向量的繪圖，闡述了在輸入件與輸出件之間的正比率(同旋轉(zhuǎn)方向)；
[0040]圖14呈現(xiàn)了一個(gè)有多個(gè)速度向量的繪圖，闡述了在輸入件與輸出件之間的負(fù)比率(相反旋轉(zhuǎn)方向)；
[0041]圖16展示了針對(duì)固定的角Y =30°，根據(jù)所希望的比率‘η’、滾子角位置‘ ω ’(歐米茄)而改變的轉(zhuǎn)向角‘ β ’(貝塔)，(未示出對(duì)于使得效率最大化所必需的增大角‘ Θ ’)；
[0042]圖17至圖19展示了圍繞一個(gè)球狀旋轉(zhuǎn)本體的各種各樣滾子承載件的構(gòu)型；
[0043]圖20至圖22展示了在球狀旋轉(zhuǎn)本體內(nèi)的滾子承載件的各種各樣構(gòu)型；
[0044]圖23示出了以承載件的旋轉(zhuǎn)平面與輸出軸線之間的固定角度‘ Y ’(伽馬)輸入的傳動(dòng)器的哨合構(gòu)型；
[0045]圖24示出了以承載件的旋轉(zhuǎn)平面與輸出軸線之間的可變角度‘ Y’(伽馬)輸入的、并且有雙卡丹恒速萬向節(jié)的傳動(dòng)器的嚙合構(gòu)型；
[0046]圖25示出了以承載件的旋轉(zhuǎn)平面與輸出軸線之間的可變的角度‘ Y ’(伽馬)輸入的傳動(dòng)器的恒定速度聯(lián)接器構(gòu)型，并且利用了一個(gè)固定的和一個(gè)陷入的三腳件或球形聯(lián)接器；
[0047]圖26展示了允許固定或可變的角度‘ Y ’(伽馬)的、嚙合的輸入件；
[0048]圖27展示了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器，其利用帶有多個(gè)可轉(zhuǎn)向滾子的承載件為旋轉(zhuǎn)本體提供了無限多的移動(dòng)組合；
[0049]圖28進(jìn)一步闡述了一種角驅(qū)動(dòng)器，其利用兩個(gè)帶有在相對(duì)方向上旋轉(zhuǎn)的可轉(zhuǎn)向滾子的承載件，并且示出了其夾緊機(jī)構(gòu)；
[0050]圖29至圖30展示了多個(gè)變體，帶有由同一承載體承載的、并且與凸形球狀表面接觸的單列或雙列滾子；
[0051]圖31至圖32展示了多個(gè)變體，帶有由同一承載體承載的、并且與凹形球狀表面接觸的單列或雙列滾子；
[0052]圖33以更多細(xì)節(jié)展示了一個(gè)根據(jù)圖27的組件，該組件帶有安裝在旋轉(zhuǎn)承載件上的多個(gè)可轉(zhuǎn)向的滾子，并且是針對(duì)減小滾動(dòng)接觸(圓錐滾子)的自旋而優(yōu)化的；
[0053]圖34展示了一種根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的連續(xù)可變傳動(dòng)器，其利用了帶有冷卻鰭片的旋轉(zhuǎn)殼體、樞轉(zhuǎn)承載件和與承載件的旋轉(zhuǎn)平面大約以90°角定位的多個(gè)滾子(未示出增大轉(zhuǎn)向角的器件)；
[0054]圖35以比率η = ω1/ω2 = 0.5 (η =歐米茄I/歐米茄2 = 0.5)呈現(xiàn)了一個(gè)根據(jù)圖34的傳動(dòng)器的繪圖，其提供?96%的效率；
[0055]圖36呈現(xiàn)了與根據(jù)圖35的相同的傳動(dòng)器，但是以比率η = 1/1的并且提供近于100%的效率。
[0056]圖37描繪了滾子夾緊系統(tǒng)，其根據(jù)滾子支持件的角位移與由插入到滾子軸套中的一個(gè)梁來代表的坡面之間的角度‘(’(澤塔)來提供線性夾緊力；
[0057]圖38相對(duì)于球體的曲面示出了這種梁的表面，并且指出了隨角‘ ζ ’(澤塔)改變的距離‘a(chǎn)’ ；
[0058]圖39示出了夾緊機(jī)構(gòu)，多個(gè)滾子可旋轉(zhuǎn)地定位在這個(gè)梁或坡面上并且在所述坡面與插入件之間；
[0059]圖40展示了距離‘a(chǎn)’與角‘ ζ ’(澤塔)的線性關(guān)系；
[0060]圖41至圖45示出了適合于裝配本發(fā)明的、并且提供了低的來自夾緊力‘Ν’和來自側(cè)向力‘Ft’的摩擦損耗的各種各樣的滾子安排；
[0061]圖46闡述了由處在錐形路道中的球、止推軸承和一個(gè)對(duì)于進(jìn)行轉(zhuǎn)向所必需的樞轉(zhuǎn)連桿構(gòu)成的一種與可轉(zhuǎn)向的滾子相關(guān)聯(lián)的夾緊裝置；
[0062]圖47展示了提供用以與滾子轉(zhuǎn)向方向的取向不相關(guān)地進(jìn)行夾緊的多個(gè)夾緊球和推力‘Ft’向量；
[0063]圖48示出了滾子轉(zhuǎn)向和夾緊組件，其利用一個(gè)樞轉(zhuǎn)連桿和致動(dòng)器來進(jìn)行轉(zhuǎn)向；
[0064]圖49提供了利用與致動(dòng)器相關(guān)聯(lián)的螺旋槽的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)；
[0065]圖50進(jìn)一步詳細(xì)描繪了作為致動(dòng)器起作用的、并且提供圖16中更詳細(xì)地描繪的轉(zhuǎn)向改變的一個(gè)斜盤。
[0066]圖51示出了被偏斜的并且提供了滾子轉(zhuǎn)向的同一個(gè)斜盤；
[0067]圖52闡述了一種增大轉(zhuǎn)向角的算法,其利用一個(gè)大角度范圍致動(dòng)器(例如一個(gè)斜盤)和一個(gè)小角度范圍(微調(diào))致動(dòng)器串行工作(未示出控制和計(jì)算器件以及對(duì)于這一功能所必需的感知器件)；
[0068]圖53提供了根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，其使用了沉到旋轉(zhuǎn)球體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)油環(huán)中的動(dòng)態(tài)拾取管；
[0069]圖54進(jìn)一步詳細(xì)描繪了這種拾取管，其帶有緊鄰這些滾子的‘底部’位置的勺形開口 ；
[0070]圖55展示了 IVT模式的傳動(dòng)器，其中比率是在1:1上、這些滾子是固定于大約90°并且滾子承載件正進(jìn)行樞轉(zhuǎn)以改變這種比率；以及另一個(gè)范圍，其中多個(gè)滾子是可轉(zhuǎn)向的并且承載件可以是固定的或正在樞轉(zhuǎn)；
[0071]圖56進(jìn)一步展示了承載件與球體旋轉(zhuǎn)軸線之間的樞轉(zhuǎn)角‘φ’(披)；
[0072]圖57示出了一種車輛驅(qū)動(dòng)系的安排，其中能夠通過IVT將制動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成一個(gè)飛輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并且存儲(chǔ)以用于在加速過程中再生。
[0073]以下附圖展示了本發(fā)明的有用應(yīng)用，SP:
[0074]圖58-油井泵的可變驅(qū)動(dòng)器；[0075]圖59-風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可變驅(qū)動(dòng)器；
[0076]圖60-小艇或船只推進(jìn)系統(tǒng)的可變驅(qū)動(dòng)器；
[0077]圖61-乘用轎車的可變傳動(dòng)器；
[0078]圖62-與交流發(fā)電機(jī)相聯(lián)接的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)；
[0079]圖63-有可變的速度和/或可變的方向的線性驅(qū)動(dòng)器；
[0080]圖64-角致動(dòng)器；
[0081]圖65-用于人造膝關(guān)節(jié)、機(jī)器人裝置或假肢的致動(dòng)器；
[0082]圖66-活塞發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、或帶有可變速度和可變排量的具有直接旋轉(zhuǎn)輸出件的泵，以及
[0083]圖67-—個(gè)實(shí)踐性工作模型，其結(jié)合了與一個(gè)承載件相連的一個(gè)輸入件，該承載件帶有三個(gè)受控于一個(gè)斜盤的可轉(zhuǎn)向滾子，并且結(jié)合了一個(gè)與球體相連的輸出件。
用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式 最佳模式
[0084]本發(fā)明的一個(gè)方面包括一種用于實(shí)現(xiàn)無限可變驅(qū)動(dòng)器的方法，該方法通過提供一個(gè)驅(qū)動(dòng)構(gòu)件和一個(gè)從動(dòng)構(gòu)件，該驅(qū)動(dòng)構(gòu)件和該從動(dòng)構(gòu)件中的任一者能夠表現(xiàn)為至少一個(gè)滾子被壓靠在一個(gè)相對(duì)構(gòu)件的表面上，因而產(chǎn)生有能力傳輸動(dòng)力的至少一個(gè)摩擦接觸點(diǎn)，并且另外在所述接觸點(diǎn)處產(chǎn)生與該滾子相切并且與所述表面相切的一個(gè)虛擬表面；第一移動(dòng)方向由所述表面相對(duì)于所述接觸點(diǎn)的移動(dòng)向量Vl限定，并且第二移動(dòng)方向由包括所述滾子投射到所述虛擬表面上的運(yùn)動(dòng)向量V2的路徑限定；并且第三方向是通過該滾子投射到所述虛擬表面上的滾動(dòng)方向向量Vr來限定的，其中在Vl與V2之間的角α與在V2與Vr之間的該轉(zhuǎn)向角β是由以下等式限定的，其中針對(duì)每個(gè)滾子的修正角Θ是根據(jù)在該滾子上的側(cè)向負(fù)載/推力負(fù)載而改變的，并且遵循著對(duì)于一種給定的物理接觸條件下所述牽引點(diǎn)的彈性/彈性-塑性/塑性變形能力:
[0085]一些變量:
[0086]β = arcsin (Vl/Vr*sin ( α ));(貝塔=arcsin (Vl/Vr*sin (阿爾法))
[0087]β =90。-arccosin (Vl/Vr*sin ( α ));(貝塔=90。-arccosin (Vl/Vr*sin (阿爾法))。
[0088]本發(fā)明的另一個(gè)方面包括，一種無限可變傳動(dòng)器或可變的角致動(dòng)器或線性致動(dòng)器或二者，帶有輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件，其旋轉(zhuǎn)本體的表面彼此摩擦接合并且有能力相對(duì)于彼此以由所希望的傳輸比率確定的速度而移動(dòng)，其中任一構(gòu)件都能夠表現(xiàn)為，至少一個(gè)可轉(zhuǎn)向的滾子通過在所述表面之間的至少一個(gè)摩擦點(diǎn)來與所限定的相對(duì)表面相結(jié)合，其中:在滾動(dòng)時(shí)，所述摩擦點(diǎn)的、如它將在相對(duì)構(gòu)件的表面上畫下的軌道類似于一個(gè)循環(huán)的螺旋路徑，并且其中該滾子的滾動(dòng)方向能夠在一個(gè)移動(dòng)循環(huán)的過程中在所述路徑上進(jìn)行變化，而與該滾子的所述滾動(dòng)方向與所述表面的方向的對(duì)準(zhǔn)相比較在其總體上與所述滾子的所述滾動(dòng)方向?qū)?zhǔn)之時(shí)并且在對(duì)準(zhǔn)的這些點(diǎn)處從一個(gè)負(fù)角度變化到一個(gè)正角度。
[0089]在又另一個(gè)方面中，本發(fā)明包括一種牽引裝置，該牽引裝置帶有輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件，其中該輸入構(gòu)件和該輸出構(gòu)件中的任一者表現(xiàn)為一個(gè)帶有表面的本體，而另一個(gè)構(gòu)件表現(xiàn)為至少兩個(gè)可轉(zhuǎn)向的滾子，通過它們的外表面與相對(duì)構(gòu)件的所述表面以至少兩個(gè)接合點(diǎn)而處于接觸關(guān)系，這些接合點(diǎn)有能力主要通過牽引來傳遞動(dòng)力，其中所述多個(gè)滾子是由一個(gè)承載件承載的，其中在這些接合點(diǎn)處對(duì)于所述表面的法線是總體上相交于一個(gè)點(diǎn)處的，所述承載件是可旋轉(zhuǎn)的并且所述多個(gè)滾子是可轉(zhuǎn)向的從而改變它們的滾動(dòng)方向的，這是取決于:對(duì)從所述輸入構(gòu)件到所述輸出構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)的所希望的傳動(dòng)比、它們?cè)谒龆鄠€(gè)接觸接合點(diǎn)抵靠彼此移動(dòng)的相對(duì)角度、以及在牽引負(fù)載下所述多個(gè)接觸接合點(diǎn)的變形。
[0090]在還又另一個(gè)方面中，這一發(fā)明包括一種可變的傳動(dòng)器,具有輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件，包括以摩擦和滾動(dòng)來相互接觸的多個(gè)旋轉(zhuǎn)本體，其中至少一個(gè)本體表現(xiàn)為一個(gè)可轉(zhuǎn)向的滾子，并且每個(gè)接觸接合點(diǎn)都是由一個(gè)單獨(dú)受控的夾緊力來加載的，并且該夾緊力取決于牽引力向量垂直于所述滾子各自的旋轉(zhuǎn)方向的量值，并且其中所述夾緊力是不依賴于所述轉(zhuǎn)向角地受控的。
[0091]現(xiàn)在參照所附說明和附圖，本發(fā)明直接針對(duì)實(shí)現(xiàn)無限或連續(xù)可變傳動(dòng)器或致動(dòng)器，允許與輸入件相比較的以可控比率的回轉(zhuǎn)、線性、角度或組合的輸出件移動(dòng)和/或允許移動(dòng)方向的變化。本發(fā)明可以很好地適合于有這樣的傳動(dòng)器或致動(dòng)器是潛在有用的和/或有利的許多應(yīng)用。這種傳遞任何方向的運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的能力對(duì)于大多數(shù)行業(yè)應(yīng)用而言是非常有利的，包括致動(dòng)器或者必需向前或倒退行駛的車輛，這包括乘用轎車、卡車、動(dòng)能回收系統(tǒng)(例如，來自制動(dòng)的能量)以及能量累積器、致動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)器、傳送機(jī)、泵油提升機(jī)、將往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換到回轉(zhuǎn)移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器，等等，另外的應(yīng)用可以包括寬廣范圍的機(jī)器人應(yīng)用、各式有關(guān)節(jié)的機(jī)械系統(tǒng)、人造機(jī)動(dòng)肢臂和義肢、船只和休閑車輛、以及類似物。進(jìn)一步以附圖來闡述詳細(xì)說明:
[0092]圖3示出了一個(gè)單一的滾動(dòng)本體I鄰接并且與表面2處于牽引接合，速度向量Vs限定其移動(dòng)。一個(gè)表面其自身將代表任何旋轉(zhuǎn)或可移動(dòng)本體的表面。向量Vr限定了滾動(dòng)方向，其中向量Vr總體上是處于滾子I的旋轉(zhuǎn)平面中。滾子I是由一個(gè)承載件(未示出)支持的，該承載件其自己的移動(dòng)路徑相對(duì)于表面2并且由向量Vc限定。在與本體I的接觸點(diǎn)處與表面2相切的一個(gè)平面產(chǎn)生了一個(gè)虛擬平面3 (切向表面)。
[0093]在圖4中更確切地示出了多個(gè)速度向量之間的關(guān)系。在此角α (阿爾法)是在向量Vs與向量Vr之間產(chǎn)生的；角β (貝塔)是在向量Vc與向量Vr之間產(chǎn)生的。我們將這個(gè)角a稱作‘轉(zhuǎn)向角’。修正角Θ (西塔)將限定由在圖1和圖2中(以轎車為實(shí)例)示出的繪圖以更多的細(xì)節(jié)說明的、使得側(cè)向轉(zhuǎn)向同步所需要的對(duì)轉(zhuǎn)向角的增大。因此，滾子I承受垂直于向量Vr的側(cè)向力Fr、和對(duì)準(zhǔn)滾動(dòng)方向的相對(duì)小的摩擦力Ff，從而因此導(dǎo)致了合成向量力Fr’變得略微與垂直于向量Vr的方向失去對(duì)準(zhǔn)。這種修正角，因此能夠被限定成在力Fr和力Fr’的速度向量之間的角度。
[0094]在圖5至圖8中進(jìn)一步闡述了本發(fā)明的若干使用模式。即，圖5示出由一個(gè)承載件支持的、并且在表面2上繞圈運(yùn)動(dòng)(圓圈4)的滾子I。圖6示出沿球狀本體5軌道運(yùn)行的滾子1，因而有能力引入所述球體5的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)6或/和偏斜運(yùn)動(dòng)7。圖7提供了一種驅(qū)動(dòng)器，其中滾子I是沿環(huán)面表面9進(jìn)行軌道運(yùn)行，從而因此提供其受控的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)10。圖8展示了滾子I與柱面表面11的相對(duì)位置，提供了表面11的可控的線性運(yùn)動(dòng)12和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)13。
[0095]圖9呈現(xiàn)了牽引本體中自旋作用與摩擦系數(shù)的總體展示。取決于自旋作用，相同的有負(fù)載滑動(dòng)會(huì)實(shí)現(xiàn)摩擦點(diǎn)不同的牽引能力。因此，相同的牽引負(fù)載會(huì)導(dǎo)致多個(gè)摩擦點(diǎn)以不同的速率滑動(dòng)，從而使之有必要使得并行工作的滾子同步(應(yīng)用修正角)以便避免由于它們的未恰當(dāng)對(duì)準(zhǔn)而導(dǎo)致的寄生損耗。
[0096]圖11指出滾子I與表面2的關(guān)系并且明確了多個(gè)力的定義，其中N是夾緊力，其作用在滾子軸上并且等于點(diǎn)14處的接觸力；并且Ft是總體上垂直于滾動(dòng)方向15作用的側(cè)向牽引力。
[0097]圖12展示了滾子I抵靠一個(gè)球狀本體16而定位。承載件臂17支持滾子I以及其自己的承載件(未示出)，并且被連接到輸入軸18上。滾子I以軌道平面的某些與垂直于旋轉(zhuǎn)輸出軸線19的、并且標(biāo)示為Y (伽馬)的傾斜角沿球體16軌道運(yùn)行。在圖13中示出了從這一組件的頂部的視圖。因此，滾子I在軌道平面20中的接觸點(diǎn)14的線性速度Vc以及在球體16的旋轉(zhuǎn)平面21中同一個(gè)點(diǎn)的線性速度Vc產(chǎn)生了以上在圖3和圖4中示出的速度向量的熟悉的繪圖，并且在圖14中還示出了更多的細(xì)節(jié)。圖14還示出了以上闡述的修正角西塔以及將其添加到轉(zhuǎn)向角上。
[0098]在承載件軌道20的不同傾斜角Y (伽馬)和輸入軸18旋轉(zhuǎn)速度與輸出軸19旋轉(zhuǎn)速度之間的不同的傳動(dòng)比上，以及不同的滾子I承載件的角位置ω1(歐米茄I)上，轉(zhuǎn)向角β (貝塔)具有不同的值，這些值在在一個(gè)周轉(zhuǎn)過程中振蕩(圖16)。如能夠在圖15中示出的這些速度向量繪圖中看到的，還可容易地實(shí)現(xiàn)負(fù)速度。
[0099]圖17至圖22中進(jìn)一步闡述了多個(gè)變體，示出了承載件與球體安排的更多細(xì)節(jié)。在圖17中示出了一個(gè)單一的承載件帶有多個(gè)繞球體軌道運(yùn)行的可轉(zhuǎn)向的滾子。圖20中示出了同一種安排，但采用了承載件相對(duì)于球體(中空球體)的內(nèi)定位。展示了兩個(gè)承載件在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)的雙承載件構(gòu)型，分別為圖18中的外承載件以及圖21中的內(nèi)承載件。示出了在相反方向上旋轉(zhuǎn)的承載件:圖19中是外承載件并且圖22是內(nèi)承載件。
[0100]在圖23至圖26中示出了并且自身說明了可應(yīng)用來產(chǎn)生承載件旋轉(zhuǎn)軌道的傾斜的各式器件。這些器件包括但不限于:內(nèi)承載件傘齒輪驅(qū)動(dòng)器(圖23)、卡頓萬向節(jié)驅(qū)動(dòng)器(圖24)、恒定速度(CV)聯(lián)接器(圖25)、外承載件傘齒輪驅(qū)動(dòng)器(圖26)。替代地，這些可轉(zhuǎn)向的滾子I能夠僅部分地環(huán)繞球體16，如在圖27中示出的。
[0101]圖28提供了適合于提供輸出軸的偏斜和旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的兩自由度球形聯(lián)接器詳細(xì)安排。這種安排具體是有利于醫(yī)藥行業(yè)的膝關(guān)節(jié)或其他替換關(guān)節(jié)以及人造肢臂。由于需要的速度范圍有限，在這種情況下滾子轉(zhuǎn)向角可以在非常小的范圍內(nèi)變化并且像壓電類型的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器就變得是適合的。
[0102]另外，圖29和圖30由此示出了一個(gè)單一的滾子安排和一個(gè)成對(duì)的滾子安排針對(duì)“外”滾子承載件(滾子繞球體軌道運(yùn)行)以滾子輪緣表面的正曲面來適配以用于最高的接觸支承能力。圖31和圖32示出了相似的安排，但是針對(duì)“內(nèi)”滾子承載件的(滾子在球體內(nèi)軌道運(yùn)行)。在圖33中示出了根據(jù)圖27所呈現(xiàn)的繪圖運(yùn)行的滾子承載件的更詳細(xì)的說明。在此這些滾子I是由旋轉(zhuǎn)承載件23支持的。通過提供多個(gè)樞轉(zhuǎn)軸24并且具有一個(gè)承受夾緊負(fù)載的止推軸承22，每個(gè)滾子都是可轉(zhuǎn)向的。這一系統(tǒng)能夠提供球體16表面在任何方向上的旋轉(zhuǎn)。
[0103]在圖34中進(jìn)一步闡述了帶有可偏斜的滾子內(nèi)承載件的實(shí)踐性設(shè)計(jì)。輸入軸(其也能夠用作一個(gè)輸出軸)25通過三腳恒速聯(lián)接器27聯(lián)接到這些滾子承載件26上。承載件26主軸承28是由樞轉(zhuǎn)安裝在用于外部安裝該CVT的凸緣31的延伸部30上的樞轉(zhuǎn)支持件29來支持的。借助于致動(dòng)器36能夠用控制連桿32使得承載件26和其樞轉(zhuǎn)支持件29偏斜，從而由此提供CVT的比率改變。球狀表面33是旋轉(zhuǎn)本體34提供的，該旋轉(zhuǎn)本體連接有輸出軸并且具有多個(gè)冷卻鰭片37。
[0104]針對(duì)這一簡(jiǎn)化情況多個(gè)滾子38是以固定的大約90°轉(zhuǎn)向角(β (貝塔)?=90度)定位的，提供了一個(gè)有限的實(shí)踐性比率范圍并且能夠具有額外的用于在較小范圍內(nèi)補(bǔ)償或修正轉(zhuǎn)向角的器件。為了改變比率，樞轉(zhuǎn)支持件29被如圖35中所示出地偏斜，并且在圖36中示出了對(duì)于1:1的傳動(dòng)比而言，由承載件26支持的這些滾子38的軌道是垂直于輸出軸35的軸線的。在這一比率，CVT效率達(dá)到100%。
[0105]在圖37中示出了單獨(dú)地作用在每個(gè)滾子上的夾緊系統(tǒng)。在此承載件26具有多個(gè)接收滾子38的槽縫39，這些滾子帶有由有坡面42和滾子43的梁41構(gòu)成的軸線40，并且一個(gè)插入件44(圖38)允許完成這種線性支承并且不僅為滾子38提供了旋轉(zhuǎn)軸線而且還提供了夾緊系統(tǒng)。在作用在牽引點(diǎn)上的側(cè)向力的作用下并且取決于坡面42的角度就能夠產(chǎn)生夾緊力。坡面的輪廓可以是線性的或者是曲線的，如圖37中示出的，這允許實(shí)現(xiàn)所希望的這種從側(cè)向力產(chǎn)生夾緊力的功能并且補(bǔ)償系統(tǒng)的非線性壓縮能力。
[0106]有各種各樣的滾子支持安排有能力提供低摩擦滾子旋轉(zhuǎn)、對(duì)夾緊力的支承并且提供來自牽引的側(cè)向力(推力)。在圖41至圖45中示出了若干個(gè)變體。例如，有能力用于任何根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)型的一個(gè)滾子38組件可以具有特殊曲面的輪緣表面38和與在軸頸50上運(yùn)行的滾子或滾針46相接觸的多個(gè)整合的內(nèi)滾道54。對(duì)于接收推力而言，可以使用多個(gè)對(duì)稱槽形成帶有球的角支承45。軸50具有固定到其上的多個(gè)滾道51以用于使得這種角支承完整。
[0107]圖42中示出了相同的構(gòu)型但沒有滾子46。在此這些支承外滾道是與滾子38本體整合的并且內(nèi)滾道可以是與軸50 (未示出)整合的或是作為一個(gè)分立零件連接到其上的。另外，可以采用圓錐滾子47(圖43)、雙曲面滾子48(針對(duì)與它們接觸調(diào)整了軸50’)(圖44)、一種組合式四點(diǎn)接觸支承(總體上以53指示并且由整合有滾子的、可分開的多個(gè)內(nèi)滾道和外滾道構(gòu)成)(圖45)、以及其他以上各項(xiàng)的組合。
[0108]這樣的針對(duì)可轉(zhuǎn)向的滾子IVT或CVT構(gòu)型(要求改變轉(zhuǎn)向角)而適配的滾子輩定位在旋轉(zhuǎn)殼體55內(nèi)部(圖46)，這種滾子是由一種連接到承載件26上的或是其一部分的止推軸承55’支持的。為實(shí)現(xiàn)對(duì)這些滾子的獨(dú)立夾緊，在多個(gè)錐形座(或球窩)57中定位了多個(gè)球56或其他形狀的本體。在側(cè)向力以任何方向施加到滾子38上的情況下，旋轉(zhuǎn)殼體55中的這些錐形座57和在滾子支持件58中的相鄰的座57作為坡面起作用，從而允許產(chǎn)生和維持夾緊力，夾緊力的值總體上是與側(cè)向力成比例的并且是取決于這些座57的錐形表面的角度的。為了使得這些滾子38轉(zhuǎn)向，可以使用連桿59，這個(gè)連桿通過一個(gè)球形聯(lián)接器60樞轉(zhuǎn)連接到銷軸61上，該銷軸連接到旋轉(zhuǎn)殼體55上。這種夾緊組件在此指示為62。
[0109]圖48中進(jìn)一步描繪了這種轉(zhuǎn)向連桿。在另一個(gè)構(gòu)型中，這種旋轉(zhuǎn)殼體55可以具有螺旋槽63帶有可由致動(dòng)器臂64操作的多個(gè)凸輪跟隨件65，并且因而將凸輪的線性移動(dòng)轉(zhuǎn)換成殼體55的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并且引入滾子38轉(zhuǎn)向角的改變。
[0110]圖50和圖51描繪了總體上通過一個(gè)傳統(tǒng)的軸承67連接到樞轉(zhuǎn)支持件29上的斜盤66的動(dòng)作，其操作連桿59來產(chǎn)生這些滾子38旋轉(zhuǎn)殼體55的轉(zhuǎn)向振蕩和改變，因而滿足了以上在圖16中限定的轉(zhuǎn)向角要求?，F(xiàn)在已經(jīng)全面測(cè)試過的這種方法為本發(fā)明提供了一個(gè)最簡(jiǎn)單的控制機(jī)構(gòu)。[0111]所希望的控制這些滾子的轉(zhuǎn)向角70的算法(見圖52的繪圖)是由以下各項(xiàng)構(gòu)成的，即，粗略范圍致動(dòng)器68 (例如機(jī)械的，像斜盤)，以及在較小范圍內(nèi)增大轉(zhuǎn)向角、但有高的精度和在運(yùn)行條件下修正轉(zhuǎn)向角所需的低反應(yīng)時(shí)間的微調(diào)范圍致動(dòng)器69。這種致動(dòng)器69因此可以是從利用壓電或磁致伸縮原理，還以及液壓、氣動(dòng)，等等原理的裝置范圍中選定的。
[0112]根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)或是采用了傳統(tǒng)的方法或是采用一種動(dòng)態(tài)拾取方法(還見Okulov的WO 2011113149 (Al))，其中旋轉(zhuǎn)球體34以表面33 (圖53)致使油在離心力作用下集中在球體的外周處從而產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的油環(huán)71 (圖54)。動(dòng)態(tài)拾取管72帶有面向旋轉(zhuǎn)的油環(huán)的開口 73使得油在壓力作用下通過過濾環(huán)路72’進(jìn)入過濾器74，并且然后通過返回管線75回到球體34的內(nèi)凹腔中。一部分的油能夠在進(jìn)入環(huán)路72’之前被噴灑回到凹腔中。取決于承載件26的偏斜角極值，管開口 73被定位的方式應(yīng)使得其能從旋轉(zhuǎn)環(huán)71中拾取所希望的部分的油。然而，在這些滾子38最緊鄰其“底部”的位置處(油環(huán)71的最大油深度)，這些滾子38并不旋轉(zhuǎn)(偏斜角90度，傳動(dòng)比1:1)并且淹沒這些接觸點(diǎn)不會(huì)降低系統(tǒng)的牽引和扭矩容量。
[0113]在可制造能力方面，用于內(nèi)凹腔球狀驅(qū)動(dòng)器的組裝工藝包括使用被安排為一個(gè)具有至少兩個(gè)件的組件的滾子承載件，這種滾子承載件能夠穿過球體的開口并且在球體內(nèi)聯(lián)接到一起。進(jìn)一步，有可能機(jī)器加工出一個(gè)中空球體，在外表面提供一個(gè)槽口線,冷卻這個(gè)零件至一個(gè)適合的低溫溫度，并且使得該球體斷開，從而使得這兩個(gè)半體能夠以斷開的材料的完美配對(duì)的圖案所提供的高精度重新組裝。
[0114]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到根據(jù)本發(fā)明驅(qū)動(dòng)器的效率，效率隨著滾子被以非常淺的角度轉(zhuǎn)向而在接近于零輸出比率時(shí)減小并且通過側(cè)向滑動(dòng)損耗變得顯著(見圖55的繪圖)。然而，與傳統(tǒng)的采用動(dòng)力環(huán)的IVT相比，本構(gòu)型所遭遇到的損耗是大大減少的。
[0115]可以希望的是具有兩個(gè)不同的狀態(tài)從而允許使得總體效率最大化:一個(gè)狀態(tài)是，在跨越從負(fù)到大致1:1的比率范圍內(nèi)，其中承載件有固定的偏斜角但滾子的轉(zhuǎn)向角是變化的；并且另一個(gè)狀態(tài)是，其中滾子的轉(zhuǎn)向角固定的(大約在90度)但承載件26偏斜。在這兩個(gè)狀態(tài)之間的過渡點(diǎn)因此被限定為一個(gè)所有的滾子都開始或停止(在?90度)它們的改變轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)。圖56中詳細(xì)示出了承載件26的偏斜角。
[0116]就本發(fā)明的各式使用模式而言，以下是最大量的應(yīng)用:
[0117]在圖57中示出了一種采用傳統(tǒng)的動(dòng)能回收系統(tǒng)的轎車傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)系，包括發(fā)動(dòng)機(jī)或馬達(dá)75，其通過離合器77連接到IVT78的輸入軸上，并且進(jìn)一步通過驅(qū)動(dòng)系79和差速器80與車輪81相聯(lián)。在制動(dòng)過程中，離合器76使得發(fā)動(dòng)機(jī)75脫離接合并且制動(dòng)能量被給送進(jìn)入飛輪82，能夠使用離合器77來接合這個(gè)飛輪。飛輪82通過IVT接收旋轉(zhuǎn)能量并且在制動(dòng)直至其完全停止的過程中其速度能夠通過在轎車減小其速度的同時(shí)改變IVT的比率來恒穩(wěn)增加。然后，當(dāng)轎車加速時(shí)，能夠通過恰當(dāng)管理IVT的比率來再次利用飛輪82的能量來加速，并且重新接合離合器76以從使用飛輪切換到使用發(fā)動(dòng)機(jī)或馬達(dá)。
[0118]一種典型泵油提升機(jī)應(yīng)用(圖58)在啟動(dòng)操作和根據(jù)可供用于泵送的量油對(duì)油井進(jìn)行恰當(dāng)管理方面獲益于IVT。對(duì)于當(dāng)前的應(yīng)用參照了 Turbo Trac USA的產(chǎn)品。
[0119]裝備有發(fā)電機(jī)的風(fēng)機(jī)能夠利用一種帶有根據(jù)本發(fā)明的可變的驅(qū)動(dòng)器的高遞升比率傳動(dòng)器(圖59)。[0120]小艇(圖60)、乘用轎車(圖61)、以及柴油或氣體發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)(圖62)也將獲益于使用根據(jù)本發(fā)明的IVT或CVT，這是由于其在寬廣的扭矩、速比范圍上運(yùn)行以及與已知裝置相比提供低成本的能力。
[0121]各式線性致動(dòng)器也能采用本發(fā)明(圖63)。
[0122]能夠在大量的機(jī)器人和醫(yī)藥應(yīng)用中使用根據(jù)圖64的一種可偏斜的并且可旋轉(zhuǎn)的聯(lián)接器，包括那些涉及人造和機(jī)械化的肢臂或假肢的應(yīng)用。
[0123]本發(fā)明的這種將線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的能力還能夠用在像活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用中，其中往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞83(圖66)是以夾緊的接觸與裝備有成組的可轉(zhuǎn)向的變化滾子85的圓柱形表面84相聯(lián)接的，以其為輸出軸86提供旋轉(zhuǎn)，從而由此確保不僅簡(jiǎn)單地將往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且還無需任何額外的傳動(dòng)器就提供了一種改變輸出件旋轉(zhuǎn)速度或改變其方向的實(shí)踐性方法。
[0124]根據(jù)本發(fā)明的原理制作了一種試驗(yàn)設(shè)施來評(píng)估其性能。這個(gè)實(shí)例以及以下說明都旨在是主要用于展示性的目的。
[0125]以下圖片(圖67)示出了本發(fā)明的工作模型的一個(gè)總體視圖。輸入軸86驅(qū)動(dòng)了裝備有3個(gè)沿球體89軌道運(yùn)行的可轉(zhuǎn)向 的滾子88的承載件87。其斜盤90偏斜角受控于比率控制杠桿91，該比率控制杠桿通過連桿92而聯(lián)接到這些滾子88的多個(gè)單體旋轉(zhuǎn)殼體上。輸出軸93連接到球體89上。這一系統(tǒng)有能力提供在從負(fù)通過零到正輸出的范圍內(nèi)的傳動(dòng)比([輸出件速度]:[輸入速度]=-2:1;0;1.5:1)。根據(jù)采用6個(gè)可轉(zhuǎn)向的滾子和一個(gè)OD 35 mm的球體的這一幾何形狀的一種可工作的IVT能夠在8000 RPM的輸入和2000RPM的輸出下以0.96的效率傳遞大約4.5kff的能量。
本發(fā)明的模式 發(fā)明模式
[0126]雖然已經(jīng)根據(jù)示例性實(shí)施例闡述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解的是可以做出修改而不偏離本發(fā)明的精神。本發(fā)明不應(yīng)被認(rèn)為是受限于在說明書或?qū)嵗羞M(jìn)行的對(duì)本發(fā)明的說明，而是由以下權(quán)利要求所限定。以上所闡述的對(duì)本發(fā)明的多種不同方面的修改僅是示例性的。應(yīng)理解的是對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言對(duì)這些展示性實(shí)施例的其他修改是容易產(chǎn)生的。所有的這樣的修改和改變都被視為是在本發(fā)明如由所附權(quán)利要求書所限定的范圍和精神內(nèi)。
[0127]?O?
行業(yè)應(yīng)用性
[0128]汽車:用于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)(馬達(dá)到車輪)和附件裝備的驅(qū)動(dòng)器(風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器、HVAC系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器、交流發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器)，等等的IVT或CVT。
[0129]航天:渦漿發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、緊急發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、致動(dòng)器、等等。
[0130]工業(yè):制漿和造紙機(jī)械驅(qū)動(dòng)器、傳送機(jī)驅(qū)動(dòng)器、致動(dòng)器，等等。
[0131]海洋:主系統(tǒng)推進(jìn)單元和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)推進(jìn)單元驅(qū)動(dòng)器、發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，等等。
[0132]動(dòng)力產(chǎn)生:用于柴油和天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)的、用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)(低速度到高速度)的可變速度驅(qū)動(dòng)器，等等。
[0133]油氣行業(yè):帶有可變驅(qū)動(dòng)器的壓縮機(jī)、天然氣液化站、油井泵，等等。
[0134]醫(yī)藥:人造膝和關(guān)節(jié)、肢臂；可變速度流體泵，等等。[0135]HVAC:可變速度壓縮機(jī)和膨脹機(jī)。 序列表無文字 序列表文字
【權(quán)利要求】
1.用于通過提供一個(gè)驅(qū)動(dòng)構(gòu)件和一個(gè)從動(dòng)構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)一種無限可變驅(qū)動(dòng)器或傳動(dòng)器方法，該驅(qū)動(dòng)構(gòu)件和該從動(dòng)構(gòu)件中的任一者能夠由被壓靠在一個(gè)相對(duì)構(gòu)件的表面上的至少一個(gè)滾子來代表，這因而產(chǎn)生有能力傳輸動(dòng)力的至少一個(gè)摩擦點(diǎn)或牽引接觸點(diǎn)，并且另外產(chǎn)生了在所述接觸點(diǎn)處與該滾子相切并且與所述表面相切的一個(gè)虛擬表面；第一移動(dòng)方向由所述表面相對(duì)于所述接觸點(diǎn)的第一移動(dòng)向量限定，并且第二移動(dòng)方向由包括所述滾子投射到所述虛擬表面上的第二移動(dòng)向量的路徑限定；并且第三方向是通過該滾子投射到所述虛擬表面上的第三滾動(dòng)方向向量在來限定的，其中在所述第一移動(dòng)向量與所述第二移動(dòng)向量之間的這種移動(dòng)方向角與被限定成在第二移動(dòng)向量與第三移動(dòng)向量之間的一個(gè)角度的這種轉(zhuǎn)向角是由所述轉(zhuǎn)向角和一個(gè)以加或減來應(yīng)用到所述轉(zhuǎn)向角上的修正角來總體上限定的，并且這些轉(zhuǎn)向角和修正角是根據(jù)所希望的傳動(dòng)比和在該滾子上的側(cè)向負(fù)載/推力負(fù)載針對(duì)每個(gè)滾子而改變的同時(shí)遵循著對(duì)于一種給定的物理接觸條件下所述牽引接觸點(diǎn)的彈性/彈性-塑性/塑性變形能力的:
2.如權(quán)利要求1所述，其中，每個(gè)滾子的修正角都是單獨(dú)限定的。
3.如權(quán)利要求1所述，其中，所述用于實(shí)現(xiàn)無限可變驅(qū)動(dòng)器或傳動(dòng)器的方法采用與所述表面接觸的至少兩個(gè)滾子。
4.如權(quán)利要求3所述，其中，在所述這些接觸點(diǎn)處所述這些虛擬表面的法線總體上相交。
5.一種無限可變傳動(dòng)器或可變的角致動(dòng)器或線性致動(dòng)器或二者，具有一個(gè)輸入構(gòu)件和一個(gè)輸出構(gòu)件，其旋轉(zhuǎn)本體的表面彼此摩擦接合并且有能力相對(duì)于彼此以由所希望的傳輸比率確定的速度而移動(dòng)，其中任一構(gòu)件都能夠表現(xiàn)為，至少一個(gè)可轉(zhuǎn)向的滾子通過在所述表面之間的至少一個(gè)摩擦點(diǎn)與所限定的相對(duì)表面相結(jié)合，其中:在滾動(dòng)時(shí)，所述摩擦點(diǎn)的軌道(如它將在相對(duì)構(gòu)件的表面上畫下的)類似于一個(gè)開環(huán)環(huán)路或閉環(huán)螺旋路徑，并且其中該滾子的滾動(dòng)方向可以或者是保持恒定或者是在一個(gè)移動(dòng)循環(huán)的過程中在所述路徑上發(fā)生變化，例如在該滾子的所述滾動(dòng)方向與所述表面的移動(dòng)方向?qū)?zhǔn)之時(shí)從相對(duì)于這兩個(gè)方向?qū)?zhǔn)的一個(gè)負(fù)角度變到一個(gè)正角度。
6.如權(quán)利要求5所述，其中，所述可轉(zhuǎn)向的滾子具有一個(gè)可繞其軸線旋轉(zhuǎn)的承載件，該軸線總體上與該相對(duì)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)本體的對(duì)稱軸線相交。
7.如權(quán)利要求6所述，其中，所述承載件的旋轉(zhuǎn)軸線平行于該相對(duì)構(gòu)件的對(duì)稱軸線的線性移動(dòng)的方向。
8.一種帶有輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件的牽引驅(qū)動(dòng)器，其中，該輸入構(gòu)件和該輸出構(gòu)件中的任一者表現(xiàn)為一個(gè)帶有表面的本體，而另一個(gè)構(gòu)件表現(xiàn)為至少兩個(gè)可轉(zhuǎn)向的滾子，通過它們的外表面與相對(duì)構(gòu)件的所述表面以至少兩個(gè)接合點(diǎn)而處于接觸關(guān)系，這些接合點(diǎn)有能力主要通過牽引來傳遞動(dòng)力，其中所述多個(gè)滾子是由一個(gè)承載件支持的，其中在所述兩個(gè)接合點(diǎn)處對(duì)于所述表面的法線是總體上相交于一個(gè)點(diǎn)處的，所述承載件是可旋轉(zhuǎn)的并且所述多個(gè)滾子是可轉(zhuǎn)向從而改變它們的滾動(dòng)方向的，這是取決于:對(duì)從所述輸入構(gòu)件到所述輸出構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)的所希望的傳動(dòng)比、它們?cè)谒龆鄠€(gè)接觸接合點(diǎn)抵靠彼此移動(dòng)的相對(duì)角度、以及在牽引負(fù)載下所述多個(gè)接觸接合點(diǎn)的變形。
9.如權(quán)利要求5或8所述，其中，所述多個(gè)可轉(zhuǎn)向的滾子能夠或是具有固定的轉(zhuǎn)向方向，例如與該滾子的移動(dòng)方向相比大約為90°，或是轉(zhuǎn)向方向能夠變化。
10.如權(quán)利要求5或8所述，其中，所述滾子的旋轉(zhuǎn)軸線和與該接觸點(diǎn)相切的直線總體上相交于如在與所述接觸點(diǎn)相切的虛擬平面中看到的、該接觸點(diǎn)所畫下的所述路徑的曲率半徑中心。
11.如權(quán)利要求5或8所述，其中，這些構(gòu)件之一是一個(gè)旋轉(zhuǎn)本體并且另一個(gè)構(gòu)件是線性移動(dòng)本體，具體是往復(fù)運(yùn)動(dòng)本體并且更具體的是一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)或壓縮機(jī)或泵的一個(gè)活塞。
12.如權(quán)利要求5或8所述，其中，這些構(gòu)件之一是一個(gè)旋轉(zhuǎn)本體并且另一個(gè)構(gòu)件是一個(gè)偏斜運(yùn)動(dòng)本體。
13.如權(quán)利要求5或8所述，其中，這些構(gòu)件之一是一個(gè)旋轉(zhuǎn)本體并且另一個(gè)構(gòu)件是一個(gè)偏斜與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)本體，具體是適合于在機(jī)器人應(yīng)用或人造肢臂或假肢中使用的。
14.如權(quán)利要求1、5或8所述，其中，所述滾子具有一個(gè)轉(zhuǎn)向杠桿，該轉(zhuǎn)向杠桿由連接到一個(gè)斜盤上的一個(gè)連桿致動(dòng)，該斜盤是與用于控制所述輸入與輸出之間的比率的系統(tǒng)相聯(lián)接的。
15.如權(quán)利要求5、8或14所述，其中，所述可轉(zhuǎn)向的滾子具有一個(gè)另外的轉(zhuǎn)向角調(diào)整器件，該另外的轉(zhuǎn)向角調(diào)整器件由以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)致動(dòng):壓電致動(dòng)器、磁致伸縮致動(dòng)器、電磁致動(dòng)器、氣動(dòng)致動(dòng)器或液壓致動(dòng)器。
16.如權(quán)利要求8所述，其中，所述承載件是由一個(gè)雙卡頓萬向節(jié)或其他適合的恒定速度聯(lián)接器來驅(qū)動(dòng)的。
17.—種可變的傳動(dòng)器，具有輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件，包括以摩擦和滾動(dòng)來相互接觸的多個(gè)旋轉(zhuǎn)本體，其中至少一個(gè)本體表現(xiàn)為一個(gè)可轉(zhuǎn)向的滾子，并且每個(gè)接觸接合點(diǎn)都是由一個(gè)單獨(dú)受控的夾緊力來加載的，并且該夾緊力取決于牽引力向量垂直于所述滾子各自的旋轉(zhuǎn)方向的量值，并且其中所述夾緊力是不依賴于所述轉(zhuǎn)向角地受控的。
18.如權(quán)利要求17所述，其中，所述夾緊力進(jìn)一步取決于對(duì)于給定的運(yùn)行條件的摩擦接觸牽引性能。
19.一種可變的傳動(dòng)器，具有輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件，包括以摩擦和滾動(dòng)來相互接觸的多個(gè)旋轉(zhuǎn)本體，其中至少一個(gè)本體表現(xiàn)為一個(gè)可轉(zhuǎn)向的滾子，并且每個(gè)接觸接合點(diǎn)都是由一個(gè)夾緊力來加載的，該夾緊力取決于牽引力向量垂直于所述滾子各自的旋轉(zhuǎn)方向的量值，并且所述摩擦接觸含有牽引流體。
20.如權(quán)利要求19所述，其中，所述牽引流體是非油基的，從而允許材料對(duì)材料的所述摩擦接觸和滾動(dòng)接觸。
21.如權(quán)利要求20所述，其中，所述流體主要具有表面清潔和/或熱傳遞功能以及輔助牽引功能。
22.—種可變的傳動(dòng)器，具有輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件，包括以摩擦和滾動(dòng)來相互接觸的多個(gè)旋轉(zhuǎn)本體，其中至少一個(gè)本體表現(xiàn)為一個(gè)可轉(zhuǎn)向的滾子，并且每個(gè)接觸的接合點(diǎn)都是由一個(gè)夾緊力來加載的，該夾緊力取決于牽引力向量垂直于所述滾子各自的旋轉(zhuǎn)方向的量值，其中所述多個(gè)構(gòu)件的表面中的至少一個(gè)表面是主要由鉻構(gòu)成的。
23.—種可變的傳動(dòng)器，具有輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件，包括以摩擦和滾動(dòng)來相互接觸的多個(gè)旋轉(zhuǎn)本體，其中至少一個(gè)本體表現(xiàn)為一個(gè)可轉(zhuǎn)向的滾子，并且每個(gè)接觸接合點(diǎn)都是由一個(gè)單獨(dú)受控的夾緊力來加載的，并且該夾緊力取決于牽引力向量垂直于所述滾子各自的旋轉(zhuǎn)方向的量值，所述傳動(dòng)器進(jìn)一步包括感知器件、一個(gè)處理器以及用于計(jì)算和執(zhí)行所述夾緊力和/或所述滾子的轉(zhuǎn)向的執(zhí)行器件。
24.一種可變比率機(jī)械傳輸器件，具有第一構(gòu)件，該第一構(gòu)件帶有沿一個(gè)路徑軌道運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)本體，以及第二本體，該第二本體帶有的表面與所述第一構(gòu)件處于摩擦和夾緊的可旋轉(zhuǎn)的接觸，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在所述第一旋轉(zhuǎn)本體繞所述路徑移動(dòng)的過程中控制其滾動(dòng)方向，其中所述第一旋轉(zhuǎn)本體承載著一種基本上垂直于其旋轉(zhuǎn)平面的側(cè)向負(fù)載，并且其中在所述第一構(gòu)件與第二構(gòu)件之間的該夾緊力基本上是與所述側(cè)向力成比例的。
25.如權(quán)利要求24所述，其中，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的受控是與所述負(fù)載、所述旋轉(zhuǎn)本體在該路徑上的位置、以及所希望的所述第一構(gòu)件與第二構(gòu)件之間的傳輸比率相關(guān)的。
26.如權(quán)利要求24所述，其中，所有的滾子的轉(zhuǎn)向軸線總體上相交于一個(gè)點(diǎn)。
27.如權(quán)利要求26所述，其中，相交點(diǎn)處于第二本體內(nèi)。
【文檔編號(hào)】F16H15/00GK103998825SQ201280062838
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月20日
【發(fā)明者】保羅·奧庫洛夫 申請(qǐng)人:保羅·奧庫洛夫