具有大变矩比的无级自动变速的传动装置的制作方法

专利名称：具有大变矩比的无级自动变速的传动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无级变速的传动装置，尤其涉及一种应用于车辆上的无级自动变速的传动装置。
背景技术：
无级自动变速装置在车辆上的应用，使得车辆的驾驶由手动档变为自动档。自动档汽车由于驾驶时操作方便、提速流畅、行车安全性高等优点因而越来越受到购车族的普遍欢迎。现有技术中，用于实现自动档的无级自动变速装置主要有两种型式液力自动变速器和金属带式无级自动变速器。这两种型式的无级变速器普遍存在着诸多不足，详述如下液力自动变速器包括液力耦合器和液力变矩器两种型式。液力耦合器的基本原理是动力源带动泵轮旋转，泵轮带动其叶片间的液体旋转，从而将动力源的能量传递给液体，使得液体的动能增加；当动能获得增加的液体进入涡轮的叶片间时，液体的部分动能就传给了比泵轮转速慢的涡轮，使得涡轮对外输出扭矩。为了增大涡轮的输出力矩，在液力耦合器的泵轮和涡轮之间增加单向旋转的导轮，就构成液力变矩器。
液力变速器尽管可以弥补机械有级变速器的某些不足，具有一些突出的优点，如操作简单、省力，提高了行车的安全性、舒适性和超车加速性；降低了车辆有害排放物，使其符合环保要求；动力源和传动系柔性联接，延长了其使用寿命；具有良好的自适应性，提高了车辆对各种路面的适应能力。但缺点也是非常明显的1、由于液力机构的变速和变矩范围比较小，不能单独满足车辆的使用要求，需要串联或并联与之配合使用的机械变速器。此外，为了实现机械变速器的自动换挡，还需要配置液压或电子控制系统，因此结构相当复杂，制造成本昂贵。
2、由于以液体作为能量的传递介质，传动效率低，能量损失大，使车辆的燃油经济性降低；3、由于其结构复杂，因此维修难度大，需要有较高修理水平和故障检查分析能力的专门维修人员进行检修，维修成本高。
中国国家知识产权局2004年1月28日授权公告的CN1136108C号中国发明专利，就公开了一种液力自动变速传动系，其包括扭矩变换器，用于实现发动机与变速器之间流体联接；设置在第一轴上的初级换档部分；设置在第二轴上的次级换档部分；向次级换档部分传递初级换档部分旋转动力的动力传递装置(由四个动力传递齿轮组成)；控制初级换档部分和次级换档部分的第一、第二、第三制动器和离合器，以及第一、第二单向离合器，其中扭矩变换器由泵轮、涡轮和位于泵轮和涡轮之间的导轮组成，泵轮、涡轮和导轮组成液力变矩器。这种自动变速传动系尽管相对现有技术有一定进步，但仍存在如上所述的诸多缺点。
金属带式无级自动变速器的工作原理是动力源输出的动力传递给无级变速装置的主动工作轮，主动工作轮再通过V型金属传动带将动力传递到从动工作轮，之后动力经中间减速器、主减速器与差速器传递到车轮。其中，金属带传动装置是这种变速器的核心部分，其包括主动工作轮、从动工作轮和连接主、从动工作轮的V型金属带，主、从动工作轮皆由同轴安装的定锥盘和动锥盘构成，定锥盘和动锥盘形成与V型金属带啮合的V型槽，V型金属带在定锥盘和动锥盘的挤压力作用下传递动力。工作过程中，当主、从动工作轮的动锥盘作轴向移动时，金属传动带的半径就发生了变化，从而改变了传动比。动锥盘的轴向移动是通过调节主、从动工作轮的油缸中的液压油来实现的，主、从动工作轮的油缸又分别借助机—液或电—液控制系统进行控制。由于油压的调节是连续的，因而这种传动装置也能实现无级变速。
金属带式无级自动变速器具有动力性好、操纵便利、传动效率较高、能使动力源始终在其经济转速区域内运行，从而大幅度提高燃油经济性并改善废气排放等优点。但仍具有下述种种无法克服的缺点
1、由于是借助金属带和主、从工作轮之间的摩擦力来传递动力，金属带和主、从动工作轮之间有可能打滑，因而无法传递大功率、大扭矩的动力。因此这种变速器不能与大排量的动力源匹配，目前一般只用于中、小排量的轿车上，适用范围受到限制。
2、起动性能差，如果想突然加大油门来提速，该变速器不能迅速跟进，因为需要时间来改变工作轮直径。另外，由于车辆的起步力矩比较大，因此系统必须配装起动装置，如湿式多片离合器、电磁离合器和液力变矩器等，从而使变速器的结构变得非常复杂。
3、金属带制造困难、生产成本昂贵，因为需要使用专用设备，设备更换量庞大。
2003年9月17日公开的CN1442623号中国发明专利申请，就公开了一种金属带传动的机械摩擦式无级变速装置，该无级变速装置就具有如上所述的诸多缺点。
另外，US6062096号美国发明专利公开了一种利用摇臂的来回摆动来传递扭矩的无级变速装置，其摇臂的端部设有偏心块，输入端驱动偏心块绕其自身轴线旋转，偏心块旋转时产生的离心力带动摇臂来回摆动。该变速装置尽管能克服上述两种变速器的一些不足，但依然存在诸多缺点1、由于工作时摇臂来回摆动，为了保证输出轴始终沿同一方向输出转速，需要在与摇臂直接相连的套筒上设置两个锁止方向相反的单向离合器，并另设有一套换向齿轮将其中一个单向离合器的输出转速换向，以保证两者同向输出；因而输出扭矩是通过两个单向离合器交替地输出，不仅结构笨重、复杂，而且当输出转速较高时，来回摆动的摇臂要承受很大的惯性力，对摇臂及其轴承的材料及加工精度要求很高；2、由于变矩机构与原动机之间没有设置单向离合器，使得偏心块储存的动能的一部分又回传给原动机，造成了功率循环，影响了该传动装置性能的有效发挥；
3、由于是通过改变偏心块的相位来改变偏心块的偏心质量，从而达到调整输出扭矩和转速的目的，因此需要另设手动或自动控制机构，采用手动控制机构需要手动调节，无法自动调节偏心块的相位；如加装自动控制机构需要采用复杂的反馈系统，大大增加生产成本；4、输出端的单向离合器为线接触、径向锁紧的楔块式离合器，这种结构的单向离合器不仅由于楔块受到旋转离心力的影响，反应不够灵敏；而且解锁时需要较大力矩，消耗较多能量，因而降低了变速器的传动效率；另外，由于楔块与内、外圈皆为线接触，使得这种离合器的耐磨性差，不能传递大扭矩，使用寿命短，因此也缩短了整个变速装置的使用寿命。
US6044718号美国专利为US6062096号专利的部分延续专利(continuation-in-part)，在原专利的基础上增加了一个方案，增加的方案与其他方案实质上是相似的。增加方案的摇臂机构基本不变，与摇臂直接相连的套筒上仍然要设置两个锁止方向相反的单向离合器，只是其中一个单向离合器装于摇臂套筒与基础框架之间，这样，此单向离合器就限制了摇臂向一个方向的摆动，使摇臂只能沿另一方向间歇地摆动。这种变速装置不仅仍然存在上述的各项缺点，而且使得装于摇臂与基础框架之间的单向离合器工作条件更加恶劣，因为基础框架是固定的，单向离合器要承受很大的载荷来限制摇臂向一个方向摆动，使得离合器的楔块紧紧地楔在摇臂套筒和相应的框架孔中，其解锁更加困难，消耗更多的能量，磨损更为严重，会严重影响使用寿命。

发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术的诸多不足，提供一种机械式无级自动变速的传动装置，其不仅能根据负载的大小自动调节输出的转速和力矩，很好地实现了无级自动变速的功能；而且结构简单，传动效率高，使用寿命长，能适应高速旋转的工况，能够有效地传递大功率及大扭矩的动力，可应用于各种车辆，适用范围非常广。
按照本发明提供的机械式无级自动变速的传动装置，包括壳体和安装于所述壳体内的变矩机构、后端单向离合器、前端单向离合器，所述变矩机构包括输入部分、可转动的支架、可转动地安装于所述支架上的至少一套偏心结构组件和输出部分，每套所述偏心结构组件包括一偏心质量块，所述偏心质量块由所述输入部分驱动绕其自身旋转轴的轴线旋转；所述输入部分与前端单向离合器的输出部分相连接，并且相对于所述支架可独立旋转，二者的旋转轴线相重合，所述前端单向离合器称为第二单向离合器；所述变矩机构的输出部分仅设有一个与其直接相连的后端单向离合器，所述后端单向离合器称为第一单向离合器。
按照本发明提供的机械式无级自动变速的传动装置还具有如下附属技术特征作为对本发明更进一步改进的方案，所述变矩机构还包括一锁止离合器，所述锁止离合器设于所述输入部分的主动齿轮和所述支架之间，其主动部分与所述主动齿轮相连，从动部分与所述支架相连。
作为上述改进方案的一种替换型式，所述变矩机构还包括一个或多个锁止离合器，每一所述锁止离合器设于所述偏心结构组件的从动轴与所述支架之间，其主动部分与所述从动轴相连，从动部分与所述支架相连。
作为上述改进方案的另一种替换型式，所述变矩机构还包括一锁止离合器；所述锁止离合器套于所述支架输出轴上，其主动部分与套于所述支架输出轴上的一齿轮相连，该齿轮可相对于所述支架转动且与安装于每一所述从动轴上的锁止齿轮啮合，所述锁止离合器的从动部分与所述支架相连。
作为本发明更进一步改进的方案，该变速装置还包括一设于所述第一单向离合器后端的第三单向离合器，所述第三单向离合器与所述第一单向离合器的锁止方向相反，其可动部分与所述第一单向离合器的输出部分连接，不动部分固定于所述壳体内。
作为本发明的另一种优选实施方案，所述变矩机构包括一所述支架和安装于所述支架上、且沿圆周方向均匀分布的二套或三套所述偏心结构组件；每套所述偏心结构组件包括一从动轴和安装于所述从动轴上的一所述偏心质量块和一从动齿轮；所述偏心质量块和所述从动齿轮借助所述从动轴铰接于所述支架的外缘；所述变矩机构的输入部分包括一主动轴和安装于所述主动轴上的一主动齿轮，所述主动轴与第二单向离合器输出部分连接，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合；所述支架的输出部分为一固定于所述支架中心的输出轴，所述第一单向离合器的主动部分与所述输出轴连接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述第一或者第二单向离合器为螺旋夹紧的面接触式单向离合器，包括一离合器鼓和设于所述离合器鼓内相互平行的第一、第二离合器盘、至少一鼓摩擦片和一弹簧，所述弹簧设于所述第二弹性卡环与所述第二离合器盘之间；所述第一、第二离合器盘在所述弹簧的作用下夹紧所述鼓摩擦片，所述鼓摩擦片套于一套筒外，并与所述离合器鼓可传递扭矩地联接在一起；所述套筒具有内螺纹，一传输轴伸入所述套筒内，其伸入端成形有与所述内螺纹配合的外螺纹。
在上述优选实施方案中，共设有多片所述鼓摩擦片，每相邻的两鼓摩擦片之间夹有一盘摩擦片；所述盘摩擦片套于所述套筒上并与之可传递扭矩地联接在一起。所述离合器鼓、第一、第二离合器盘、鼓摩擦片、套筒和所述盘摩擦片的旋转轴线重合；所述鼓摩擦片与所述离合器鼓通过花键联接，所述盘摩擦片和所述套筒也通过花键联接。所述离合器鼓的一端开口，另一端中部成形有向外延伸的空心轴；所述第一离合器盘固定于所述传输轴上，并借助第一弹性卡环安装于所述离合器鼓的开口端；所述第二离合器盘与所述套筒一体成形，并借助第二弹性卡环安装于所述传输轴上。所述传输轴的伸入端借助轴承支撑于所述空心轴内。
在本发明的另一种优选实施方案中，所述第一或者第二单向离合器为四连杆机构压紧的面接触式单向离合器，包括由相互盖合在一起的离合器盘和离合器盖组成的壳体，所述壳体内设有一离合器毂、多片毂摩擦片、至少一套盘摩擦片和至少一套四连杆压紧机构；所述离合器盖的中部成形有一通孔，所述离合器毂的一端从所述通孔中露出；所述毂摩擦片为圆环状，其套置于所述离合器毂上并与之可传递扭矩地联接在一起；所述盘摩擦片和所述四连杆压紧机构具有相同的套数，每套所述盘摩擦片包括多片部分圆环状的摩擦片，其与所述毂摩擦片相间布置；每套所述四连杆压紧机构具有一横杆，每套所述盘摩擦片各片的相同位置具有一通孔，所述横杆穿过所述通孔；所述四连杆压紧机构将所述盘摩擦片和毂摩擦片压向所述离合器盘的摩擦面。
在上述优选实施方案中，每套所述四连杆压紧机构包括相互平行的两支撑臂和连接两支撑壁的所述横杆；所述两支撑臂的一端分别借助一联接销铰接于所述壳体上，另一端分别借助一联接销铰接有一连接块，所述横杆的两端分别固定于所述两连接块上；所述横杆的一端套有一弹簧，另一端设有一压块，所述压块铰接于所述的一联接销上。每套所述盘摩擦片上还设有两通孔，两圆柱销分别穿过所述两通孔，从而将各片摩擦片串在一起；所述离合器盘和离合器盖上对应地成形有沿圆周方向延伸的两长槽；所述圆柱销的两端插入所述长槽内，二者设有相互配合的两平行平面。所述毂摩擦片与所述离合器毂通过花键联接在一起；所述离合器盘的中心设有一传输轴，所述传输轴的一端向外伸出，另一端借助轴承支撑于所述离合器毂的中心孔内。所述壳体上设有三套所述四连杆压紧机构，所述壳体内对应地设有三套所述盘摩擦片，所述三套四连杆压紧装置与所述盘摩擦片沿圆周方向均匀分布。
作为本发明的再进一步改进，该传动装置还包括设置于所述第一单向离合器后端、具有切断动力和扭矩换向功能的一辅助装置，所述辅助装置包括一输入轴总成、一输出轴总成、一中间轴总成和一倒挡轴总成、一前进档离合器和一倒档离合器，所述输入轴总成、所述输出轴总成、所述中间轴总成和所述倒挡轴总成的旋转轴线相互平行；所述输入轴总成与所述第一单向离合器的输出部分连接，其输入齿轮与所述中间轴总成的固定齿轮相啮合；所述中间轴总成的固定齿轮固定于中间轴上，并与所述倒挡轴总成的换向输入齿轮相啮合；所述换向输入齿轮固定于倒挡轴上，所述倒挡轴上还套有一可相对于倒挡轴转动的换向输出齿轮；所述换向输出齿轮与安装于所述输出轴总成的输出轴上的倒挡输出齿轮相啮合；所述倒档离合器套于所述倒档轴上，其主动部分与所述换向输入齿轮相连，从动部分与所述换向输出齿轮相连。
作为上述改进方案的一种实施方式，所述输出轴总成与所述输入轴总成旋转轴线相重合；所述前进档离合器安装于所述输入轴总成与所述输出轴总成之间，其主动部分与所述输入轴总成相连，从动部分与所述输出轴总成相连。
作为上述改进方案的另一种实施方式，所述中间轴上还套有一可相对于中间轴转动的可动齿轮，所述可动齿轮与安装于所述输出轴总成的输出轴上的一前进挡输出齿轮啮合；所述前进档离合器套于所述中间轴上，其主动部分与所述中间轴总成的固定齿轮相连，从动部分与所述中间轴总成的可动齿轮相连。
按照本发明提供的机械式无级自动变速的传动装置，相对现有技术具有如下诸多优点1、本发明传动装置能够根据负载的大小自动调节输出的转速和转矩，真正实现了自动无级变速的功能。本发明传动装置不必通过手动控制或者另加电子反馈系统自动控制偏心块的偏心质量大小来调整输出扭矩的大小，而是任其根据外界负载工况自适应调整变矩机构的运动状态。这样，本发明传动装置不仅实现了自动无级变速的功能，而且大大简化了结构，降低了生产成本。
2、本发明传动装置不仅传动效率高，而且能有效传递大功率及大扭矩的动力。由于利用偏心质量块作为能量传递的介质，这与流体作为能量传递介质有本质的区别，因而不仅传动效率高，而且能有效传递大功率及大扭矩的动力，既能应用于中、小排量的轿车，又能应用于大排量的重型车辆，适用范围广。这是液力自动变速器和金属带式无级自动变速器所无法比拟的。
3、本发明传动装置的变矩机构的结构和工作条件趋于合理化。本发明传动装置的支架输出端仅设有一个与其直接相连的单向离合器即可实现扭矩和转速的单向输出，不必限定变矩机构的支架非得来回摆动而在支架输出端设置两个单向离合器及换向机构。这样，不仅改变了变矩机构支架的运动状态，更好地实现无级自动变速的功能；而且使得变矩机构的支架承受的惯性力大大减小，对各构件的要求大大降低，使得本发明传动装置能够适合于转速高达6000转/分以上的高速发动机。
4、本发明传动装置可获得更大的变矩比，传动效率更高。由于在发动机和变矩机构的输入端之间也设有一个单向离合器，因而能够保证偏心结构组件储存的动能不能够回传给发动机，从而可以更多地向负载传递，因而可以使得整个传动装置的变矩比更大，传动效率更高，结构更精巧。
5、由于锁止离合器的采用，使得车辆在良好平直路面上行驶式可采用直接挡行驶，不仅提高了传动效率，而且延长了本发明传动装置的使用寿命。
6、采用了轴向压紧的面接触式的单向离合器，这种单向离合器不仅反应灵敏，能满足发动机高速运转的需要，而且能够传递大的扭矩，传动效率高，使用寿命长。因此也使得整个传动装置性能稳定可靠，故障率低，使用寿命长。


下面结合附图给出的实施例，对本发明的特征和优点作进一步的详细说明。其中图1A为汽车驱动系统的结构示意图，图中示出了按照本发明提供的无级自动变速传动装置的大体安装位置；图1B为按照本发明提供的自动变速传动装置的机械结构立体图；图2为本发明的一种优选实施例的基本结构示意图；图3为本发明的又一种优选实施例的基本结构示意图，在图2所示优选实施例的基础上增加了第三单向离合器；图4A至4C为对图2、图3所示优选实施例进一步改进方案的结构示意图，图中示出在变矩机构上加装了锁止离合器的结构，图4A至4C分别示出了锁止离合器三种不同的安装方式；为清楚起见，各图中仅示了变矩机构部分，省略其它结构；图5A为图2、图3所示实施例中一种变矩机构的立体图，该变矩机构具有两套偏心结构组件；图5B为图5A所示变矩机构的立体分解图，图中示出了各零部件的具体结构及安装方式；图5C为图5A所示变矩机构的一种替换形式；图5D为图5C所示变矩机构的立体分解图，图中示出了各零部件的具体结构及安装方式；图6A为图2、图3所示实施例中另一种变矩机构的立体图，该变矩机构具有三套偏心结构组件；图6B为图6A所示变矩机构的立体分解图，图中示出了各零部件的具体结构及安装方式；图6C为图6A所示变矩机构的一种替换形式；图6D为图6C所示变矩机构的立体分解图，图中示出了各零部件的具体结构及安装方式；
图7A为图2、图3所示实施例中的第一、第二单向离合器的一种结构型式的立体剖视图；图7B为图7A所示单向离合器的立体分解图；图7C的多个简图共同示出了图7A所示单向离合器的工作原理；图7D为第一、第二单向离合器均采用图7A、7B所示单向离合器时，本发明的传动装置的整体机械结构图；图8A为图2、图3所示实施例中的第一、第二单向离合器的另一种结构型式的立体剖视图；图8B为图8A所示单向离合器的立体分解图；图8C为图8A所示单向离合器的工作原理示意图；图8D为第一、第二单向离合器均采用图8A、8B所示单向离合器时，本发明的传动装置的整体机械结构图；图9A、9B也为对图2、图3所示优选实施例进一步改进方案的示意图，图中示出了辅助装置的结构示意图；图9A、9B分别示出了两种不同结构的辅助装置；图10A为按照本发明提供的无级变速传动装置的一种工作状态示意图，图中第一单向离合器处于锁止状态；图10B为按照本发明提供的无级变速传动装置的另一种工作状态示意图，图中第一单向离合器处于超越状态。
具体实施例方式参见图1A，图中示意示出了汽车驱动系统的结构，包括动力源100、传动装置200和负载300(即车轮等)，动力源100为发动机、电动机或其它原动机，为便于说明，本发明选用发动机作为动力源。传动装置200安装于动力源100和负载300之间，动力源100输出的动力经传动装置200变矩、变速后传给车轮300使其转动，从而驱动汽车前进或倒退。本发明对其中的传动装置200进行了改进。
参见图1B，按照本发明提供的机械式无级自动变速的传动装置200，包括壳体8和安装于所述壳体8内的变矩机构1、第一单向离合器2和第二单向离合器3，如图2中所示，所述变矩机构1包括输入部分11、可转动的支架12、可转动地安装于所述支架12上的至少一套偏心结构组件13(图中示出的为两套)和支架输出部分14。如图中所示，所述输入部分11与所述支架12可独立旋转，且二者的旋转轴线相重合；每套所述偏心结构组件13包括一偏心质量块131，所述偏心质量块131由所述输入部分11驱动绕其自身旋转轴线旋转，其具体结构详见下述。
所述输出部分14仅设有一个与其直接相连的单向离合器2，经所述变矩机构1变矩、变速后的动力通过一个所述单向离合器2即能单方向输出转速和转矩。因而结构简单，装配方便，降低了生产成本。
所述单向离合器2为第一单向离合器；如图2中所示，所述第一单向离合器2为轴向压紧的面接触式单向离合器，其主动部分21和从动部分22的接合元件23、24轴向布置，锁止时所述的接合元件23、24的接合面紧密贴合在一起并通过相互之间的摩擦力传递力矩。与现有技术中线接触式的滚珠或楔块式单向离合器相比，不仅传动效率高，能满足汽车行驶时高速、高频运转工况的需要，而且耐磨性好，使用寿命长。
图2、图3中的传动装置还包括一位于所述变矩机构1前端的第二单向离合器3，所述第二单向离合器3的输入部分31与动力源100连接，输出部分32与所述变矩机构1的输入部分11连接。所述第二单向离合器3的锁止方向与发动机的正转方向和第一单向离合器2的锁止方向相同。由于所述第二单向离合器3的存在，发动机的动力只能单方向传递给所述变矩机构1，即使所述变矩机构1的输入部分11的转速高于发动机转速，由于所述第二单向离合器3的存在将不会反推发动机，因此偏心结构组件13上储存的能量可以更多地向第一单向离合器2传递，从而本发明传动装置可以获得较大的变矩比，并且不会出现功率循环现象而造成传动效率降低。
参见图3，作为上述两种优选实施例的进一步改进，该传动装置还包括一设于所述第一单向离合器2后端的第三单向离合器4，所述第三单向离合器4与所述第一单向离合器2的锁止方向相反，其可动部分与所述第一单向离合器2的从动部分22连接，不动部分固定于所述壳体8内。所述第三单向离合器4采用现有技术中滚珠式或楔块式的单向离合器即可，其用于限制所述第一单向离合器2的输出部分25反转，因而第三单向离合器4并不限制支架12的运动状态，例如当车辆处在前进挡停在上坡路时，即使不拉手刹，由于该单向离合器的限制作用，车辆也不会倒退，大大方便了驾驶员的操作。这与US6044718号美国专利中布置在摇臂套筒和基础框架之间的单向离合器的作用是不同的，US6044718号美国专利中的单向离合器直接限制摇臂向某个方向转动。
参见图4，作为上述图2、图3所示各优选实施例的进一步改进，所述变矩机构1还包括用于锁定所述输入部分11与支架12的相对转动的锁止离合器15；当车辆在平直良好的路面上高速行驶时，车辆所需的驱动力较小，传动装置200无需增大发动机的输出扭矩，为减少传动装置200的能量传递损失，在所述变矩机构1上加装锁止离合器15，这样由输入部分11传来的力矩将大小不变向后传递。所述锁止离合器15可采用现有技术中的多片湿式离合器或电磁离合器等。所述锁止离合器15共有如下三种安装方式，参见图4A至4C。
在图4A所示的方案中，所述锁止离合器15设于所述主动齿轮112和所述支架12之间，其主动部分151与所述主动齿轮112相连，从动部分152与所述支架12相连。当主动部分151和从动部分152接合后，所述支架12与所述主动齿轮112同步转动，此时所述变矩机构1不能再起到变矩的作用。这种安装方式结构简单、安装方便，而且节省空间。
在图4B所示的方案中，所述变矩机构1还包括二个或三个锁止离合器15，如图2中所示，当设有两套所述偏心结构组件13时，只需设置两个锁止离合器15；当设有三套所述偏心结构组件13，则需设置三个所述锁止离合器15。所述锁止离合器15设于所述从动轴132与所述支架12之间，其主动部分151与所述从动轴132相连，从动部分152与所述支架12相连。当所述主动部分151和从动部分152接合后，各所述偏心质量块131不再绕从动轴132转动，而是固定于所述支架12上，从而所述输入部分11和所述支架12一起转动。
在图4C所示的方案中，所述变矩机构1还包括一锁止离合器15；所述锁止离合器15套于所述输出轴14上，其主动部分151与套于所述输出轴14上的一齿轮141相连，从动部分152与所述支架12相连；所述齿轮141与安装于所述从动轴132的一齿轮134啮合。当所述锁止离合器15的主、从动部分151、152相互接合时，所述齿轮141与所述支架12同步旋转，从而所述输入部分11和所述支架12一起转动。
作为图2、图3所示各优选实施例的一种实施方式所述变矩机构1为图5A、5B所示的结构，其包括一所述支架12和对称安装于所述支架12两端的两套所述偏心结构组件13；每套所述偏心结构组件13包括一从动轴132和安装于所述从动轴132上的一所述偏心质量块131和一从动齿轮133，所述偏心质量块131和所述从动齿轮133借助所述从动轴132铰接于所述支架12的端部。如图中所示，所述支架12的纵截面呈H型，所述从动轴132穿过所述支架12的两侧壁，所述偏心质量块131位于所述支架12的两侧壁之间，所述从动轴132的一端固定有所述从动齿轮133，另一端借助卡环137限制其轴向移动；所述卡环137和所述从动齿轮133与所述支架12的两侧壁之间皆设有一垫片135。
如图中5A、5B所示，所述变矩机构1的输入部分11包括一主动轴111和安装于所述主动轴111上的一主动齿轮112，所述主动轴111与与所述第二单向离合器3的输出部分连接(图2、3所示实施例)；所述主动齿轮112与所述从动齿轮133啮合；所述支架输出部分14为一固定于所述支架12中心的输出轴，所述第一单向离合器2的主动部分21与所述输出轴14连接。所述偏心质量块131与所述从动轴132通过键136连接，当所述主动齿轮112驱动所述从动齿轮133转动时，所述偏心质量块131以所述从动轴132为轴线旋转，所述偏心质量块131产生的离心力带动所述支架12转动。
图5C、5D示出了该种实施方式的一种替换型式，与5A、5B所示结构不同的是，所述支架12为平板状，与前述结构相比，其结构更加简单，也减轻了变矩机构1乃至整个变速装置200的重量。
作为图2、图3所示各优选实施例的另一种实施方式，所述变矩机构1为图6A、6B所示的结构，包括一所述支架12和安装于所述支架12上、且沿圆周方向均匀分布的三套所述偏心结构组件13；每套所述偏心结构组件13包括一从动轴132和安装于所述从动轴132上的一所述偏心质量块131和一从动齿轮133；如图中所示，所述支架12为盘状体，所述偏心质量块131和所述从动齿轮133借助所述从动轴132铰接于所述支架12的外缘。与5A至5D所示变矩机构相比，这种结构便于布置更大的偏心质量，更适用于负载较大的重型车辆。由于三套所述偏心结构组件13沿圆周方向均匀分布，因而能保证所述支架12上所受到的相对于其旋转轴线的径向力始终互相平衡，周向力沿着圆周的同一方向，从而形成使支架12绕其旋转轴线旋转的力偶矩。此变矩机构与上述实施例不同的是所述主动齿轮112与三个所述从动齿轮133啮合。图6C、6D示出了该种实施方式的一种替换型式，将6A、6B所示的槽型支架12改为平板状，因而结构更加简单，也减轻了变矩机构1乃至整个变速装置200的重量。
参见图7A、7B，作为图2、图3所示各优选实施例的一种实施方式，所述第一单向离合器2或者第二单向离合器3为螺旋夹紧的面接触式单向离合器，包括一离合器鼓51和设于所述离合器鼓51内相互平行的第一、第二离合器盘52、53、至少一鼓摩擦片54和一弹簧55；所述弹簧55为一套于所述传输轴57上的片状压簧，其设于所述第二弹性卡环59B与第二离合器盘53之间能对第一、第二离合器盘52、53施加预紧力，所述第一、第二离合器盘52、53在所述弹簧55的作用下夹紧所述鼓摩擦片54，所述鼓摩擦片54套于一套筒56外，并与所述离合器鼓51通过花键联接；所述套筒56与第二离合器盘53连为一体，其内具有内螺纹，一传输轴57伸入所述套筒56内，其伸入端成形有与所述内螺纹配合的外螺纹。
如图7A、7B中所示，在本发明给出的优选实施例中，共设有多片所述鼓摩擦片54，每相邻的两鼓摩擦片54之间夹有一盘摩擦片58；所述离合器鼓51、第一、第二离合器盘52、53、鼓摩擦片54、套筒56和所述盘摩擦片58的旋转轴线重合；所述盘摩擦片58和所述套筒56也通过花键联接。按图示方向，当力矩从左向右传输时，所述离合器鼓51和鼓摩擦片54为所述第一单向离合器2的主动部分21，所述盘摩擦片58、第一、第二离合器盘52、53及传输轴57为所述第一单向离合器2的从动部分22，所述鼓摩擦片54和盘摩擦58分别相当于主、从动部分的接合元件23、24。当采用一片所述鼓摩擦片54时，所述第一、第二离合器盘52、53就相当于所述从动部分22的接合元件24，即盘摩擦片，因而无须另设盘摩擦片58。
如图7A、7B中所示，所述离合器鼓51的一端开口(图中的右端)，另一端中部成形有向外延伸的空心轴511，所述传输轴57的伸入端借助轴承50支撑于所述空心轴511内，因而既便于所述传输轴57的安装定位，又能保证所述传输轴57与所述离合器鼓51的轴线重合。在本发明给出的优选实施例中，所述轴承50为滚针轴承，因而有利于保证所述传输轴定位的准确。
如图7A、7B中所示，所述第一离合器盘52固定于所述传输轴57上，并借助第一弹性卡环59A安装于所述离合器鼓51的开口端内；所述第二离合器盘53与所述套筒56一体成形，并借助第二弹性卡环59B安装于所述传输轴57上。
对于第一单向离合器2来说，使用过程中所述离合器鼓51的空心轴511与所述变矩机构1的输出轴14通过键联接，所述传输轴57与外界也通过键联接。参见图7A，该螺旋压紧式单向离合器的工作原理及过程如下当所述离合器鼓51沿图中L1方向(该离合器的锁止方向)转动时，此时负载的阻力方向为L1相反方向，所述离合器鼓51带动鼓摩擦片54沿L1方向旋转；由于所述压簧55预紧力的作用，所述鼓摩擦片54和盘摩擦片58存在摩擦力，所述鼓摩擦片54依靠摩擦力带动盘摩擦片58也沿L1方向旋转，所述盘摩擦片58通过花键带动所述套筒56及第二离合器盘53沿L1方向转动。由于所述传输轴57与套筒56之间设有右旋螺纹，因此所述套筒56和第二离合器盘53沿传输轴57向右移动，进一步压紧所述鼓摩擦片54和盘摩擦片58。此时该单向离合器处于锁止状态，于是所述传输轴57也将沿L1方向转动。反之，该单向离合器处于超越状态。设置多片鼓摩擦片54及盘摩擦片58能有效增大摩擦系数。在鼓摩擦片54和盘摩擦片58既定的情况下，通过合理设计螺旋角β的大小，即能保证输入力矩沿L1方向时，主、从动部分21、22之间能实现自锁。反之，当输入力矩为沿与L1相反方向时，离合器处于超越状态，无法传递力矩。当所述传输轴57与所述套筒56之间设有左旋螺纹时，其锁止方向与上述相反。
图7C为图7A所示螺旋夹紧的单向离合器的工作原理示意图，螺旋夹紧的基本原理与斜面夹紧的基本原理相同，如图7C(a)所示，螺纹即相当于直角三角形的一条直角边与圆柱的回转轴线垂直，斜边缠绕在圆柱面上形成的，斜边的倾角β即为螺纹的螺旋角；螺旋夹紧的单向离合器的工作原理如图7C(b)所示，楔块与斜面的配合即相当于所述套筒56的内螺纹与所述传输轴57的外螺纹间的配合，楔块相当于第二离合器盘53与套筒56的组合体，斜面及与之连为一体的部分相当于传输轴57与第一离合器盘52的组合体；如图7C(c)所示为单向离合器锁止时楔块的受力示意图，图7C(d)所示为单向离合器解锁时楔块的受力示意图，f和μ分别为鼓摩擦片54与盘摩擦片58间的摩擦力和摩擦系数，f′和μ′分别为螺纹副间的摩擦力和摩擦系数，n为鼓摩擦片54的片数，N为鼓摩擦片54与第二离合器盘53间的正压力，S为螺纹配合面间的正压力；既要使得摩擦片产生自锁，又能保证螺纹自动解锁，应该满足如下条件μ+μ′1-μμ′≤tanβ≤(2n-1)μ-μ′1+(2n-1)μμ′]]>
参见图7D，作为本发明的一种优选实施例，位于所述变矩机构1前端、后端的单向离合器均为图7A、7B所示的螺旋式单向离合器。
参见图8A、8B，作为图2、图3所示各优选实施例的另一种实施方式，所述第一单向离合器2或第二单向离合器3为四连杆机构压紧的面接触式单向离合器，包括由相互盖合在一起的离合器盘61和离合器盖62组成的壳体60，如图中所示，本发明给出的优选实施例中，所述离合器盘61与离合器盖62借助螺栓联接。所述壳体60内设有一离合器毂63、多片毂摩擦片65、至少一套盘摩擦片64和至少一套四连杆压紧机构66。如图中所示，所述离合器毂63位于所述壳体60的中央，所述离合器盖62的中部成形有一通孔622，所述离合器毂63的一端(图中的右端)从所述通孔中622露出，从而可与外界输入轴或输出轴联接。所述毂摩擦片65为圆环状，其套置于所述离合器毂63上并与之可传递扭矩地联接在一起，在图中给出的优选实施例中，所述离合器毂63与毂摩擦片65通过花键联接在一起。所述离合器盘61的中心安装有一传输轴612，所述传输轴612的一端向外伸出，与外界输入或输出轴相联；另一端借助轴承67支撑于所述离合器毂63的中心孔内，所述轴承67为滚针轴承。
所述盘摩擦片64和所述四连杆压紧机构66具有相同的套数，如图8A、8B中所示，在本发明给出的优选实施例中，所述壳体60上设有三套所述四连杆压紧装置66，所述壳体60内对应地设有三套所述盘摩擦片64，所述三套四连杆压紧装置66与所述盘摩擦片64沿圆周方向均匀分布。
如图8A、8B中所示，每套所述盘摩擦片64包括多片部分圆环状的摩擦片，其与所述毂摩擦片65相间布置；每套所述四连杆压紧机构66具有一横杆661，每套所述盘摩擦片64各片的相同位置具有一通孔641，所述横杆661穿过所述通孔641；所述四连杆压紧机构66将所述盘摩擦片64和毂摩擦片65压向所述离合器盘61的摩擦面。参见图8B，每套所述四连杆压紧机构66的具体结构为包括相互平行布置的两支撑臂662、663和连接两支撑臂662、663的所述横杆661；所述两支撑臂662、663的孔中心距相等，其一端分别借助一联接销664铰接于所述壳体60上，如图中所示，所述支撑臂662、663分别铰接于所述离合器盘61和所述离合器盖62上；另一端分别借助一联接销665、666铰接有一连接块667、668，所述横杆661的两端分别固定于所述两连接块667、668上。所述壳体60、两支撑臂662、663和横杆661构成一平行四连杆机构。所述横杆661的一端套有一弹簧660，另一端设有一压块669，所述压块669铰接于所述联接销666上。
如图中所示，所述弹簧660为一压簧，所述压簧660和所述压块669分别作用于每套盘摩擦片64的两侧，所述压簧660产生压紧所述盘摩擦片64和所述毂摩擦片65的预紧力，使各所述盘摩擦片64和毂摩擦片65相互贴合在一起。
如图8A、8B中所示，每套所述盘摩擦片64上还设有两通孔642、643，两圆柱销68、69分别穿过所述两通孔642、643，从而将各片盘摩擦片串在一起；所述离合器盘61和离合器盖62上对应地成形沿着圆周方向延伸的两长槽611、621；所述圆柱销68、69的两端插入所述长槽611、621内，二者设有相互配合的两平行平面。因而每套所述盘摩擦片64借助所述两圆柱销68、69支承于所述离合器盖61和离合器盘62上，所述两圆柱销68、69承受各盘摩擦片64转动时所产生的离心力。
参见图8C，图8A、8B示出的四连杆机构压紧式的单向离合器的工作过程及原理如下当力矩由所述离合器毂63输入时，所述离合器毂63与毂摩擦片65为主动部分21，所述盘摩擦片64和壳体60以及传输轴612为从动部分22。当输入力矩驱动离合器毂63沿L1方向转动时，所述离合器毂63通过花键带动毂摩擦片65沿L1方向旋转；所述毂摩擦片65通过摩擦力带动盘摩擦片64也向L1方向转动，所述盘摩擦片64通过平行四连杆机构66带动壳体60沿L1方向旋转，此时所述支撑臂663及压块669进一步压紧毂摩擦片65及盘摩擦片64，从而实现自锁。反之，当输入力矩驱动离合器毂63沿L1相反方向转动时，此时平行四连杆机构66自动处于解锁状态，压块669对盘摩擦片64及毂摩擦片65的压力减小，所述主动部分21和从动部分22可相对转动，该离合器处于超越状态；设盘摩擦片64与毂摩擦片65间的摩擦系数为μ，平行四连杆机构的支撑臂662、663与单向离合器旋转轴线方向的夹角为α，n为盘摩擦片64或者毂摩擦片65的片数，则此单向离合器自锁的条件为tanα≤(2n-1)μ。
参见图8D，作为本发明的一种优选实施例，所述第一单向离合器2或第二单向离合器3也为上述四连杆压紧式单向离合器。
参见图9A、9B，作为图2、图3所示各优选实施例的进一步改进，该传动装置200还包括设置于所述第一单向离合器2后端、具有切断动力和扭矩换向功能的一辅助装置7。安装辅助装置7后，能方便地实现行车过程中的前进挡、倒挡及空挡。
图9A和9B中分别给出了两种结构略有不同的辅助装置。如图中所示，所述辅助装置7包括一输入轴总成71、一输出轴总成72、一中间轴总成73和一倒挡轴总成74、一前进档离合器75和一倒档离合器76。所述输入轴总成71、所述输出轴总成72、所述中间轴总成73和所述倒挡轴总成74的旋转轴线相互平行。其具体的连接结构为所述输入轴总成71与所述第一单向离合器2的输出部分25连接，其包括一输入齿轮711，所述输入齿轮711固定于所述输出部分25上，并与所述中间轴总成73的固定齿轮731相啮合；所述中间轴总成73的固定齿轮731固定于中间轴733上，并与所述倒挡轴总成74的换向输入齿轮741相啮合；所述换向输入齿轮741固定于倒挡轴743上，所述倒挡轴743上还套有一可相对于倒挡轴743转动的换向输出齿轮742；所述换向输出齿轮742与安装于所述输出轴总成72的输出轴723上的倒挡输出齿轮722相啮合；所述倒档离合器76套于所述倒档轴743上，其主动部分761与所述换向输入齿轮741相连，从动部分762与所述换向输出齿轮742相连。
在图9A所给出的方案中，所述输出轴总成72与所述输入轴总成71的旋转轴线相重合；所述前进档离合器75安装于所述输入轴总成71与所述输出轴总成72之间，其主动部分751与所述输入轴总成71相连，从动部分752与所述输出轴总成72相连。其工作过程如下当所述前进档离合器75的主动部分751与从动部分752接合后，所述输出轴总成72与输入轴总成71同步旋转，动力由所述输出轴723输出，即为前进挡；当所述倒挡离合器76的主动部分761与从动部分762接合时(此时前进挡离合器75的主、从动部分751、752处于分离状态)，动力经输入齿轮711→中间轴的固定齿轮731→换向输入齿轮741→换向输出齿轮742→倒档输出端齿轮722→输出轴723输出，此时输出轴723的旋转方向与前进档离合器76接合时相反，即为倒挡；当所述前进挡离合器75和倒挡离合器76的主、从动部分都处于分离状态时，输出轴723上无动力输出，即为空挡。
图9B示出了另一种结构的辅助装置7，其前进档离合器75的安装位置与上述方案不同所述中间轴733上还套有一可相对于中间轴733转动的可动齿轮732，所述可动齿轮732与安装于所述输出轴总成72的输出轴723上的一前进挡输出齿轮721啮合；所述前进档离合器75套于所述中间轴733上，其主动部分751与所述中间轴总成73的固定齿轮731相连，从动部分752与所述中间轴总成73的可动齿轮732相连。因此当所述前进档离合器75的主、从动部分751、752相接合时，动力经输入齿轮711→中间轴总成的固定齿轮731→可动齿轮732→前进挡输出齿轮721→输出轴723输出，即为前进档。这种结构的辅助装置7，输出轴总成72与输入轴总成71可位于不同轴线上，例如设置于与中间轴总成73平行的其他位置，因此能根据壳体8的形状合理配置输出轴总成72的安装位置，有利于传动装置200在车辆上的布置。
下面对本发明提供的传动装置的工作原理及工作过程进行详细说明，参见图10A、10B，为叙述方便，图中示出了具有两套偏心结构组件的变矩机构与四连杆压紧机构的单向离合器组合在一起的剖视立体图。
参见图10A、10B，当发动机带动主动轴111顺时针(从左端看，下同)旋转时，只要输入部分11与支架12存在转速差，则主动齿轮112驱动两从动齿轮133沿图示方向转动，因而偏心质量块131绕从动轴132整周旋转，其旋转时会产生离心力F，力F的方向为沿从动轴132的中心指向偏心质量块131的质心(如图中所示)；力F通过从动轴132作用在支架12上，将力F沿支架12旋转的径向和圆周方向可分解为径向力Fr和切向力Ft，由于在任何时刻两套偏心结构组件13都关于支架12的中心对称，两个径向力Fr大小相等、方向相反，并位于同一条直线上，因而互相抵消；两个切向力Ft大小相等，方向相反且相互平行，二者相距一定距离(两从动轴的轴心距d)，形成力偶矩M，所述力偶矩M驱动支架12旋转。
所述偏心质量块131在旋转过程中产生的离心力F的大小和方向，随偏心质量块131相对于支架12的旋转位置不同而周期性变化，因而所述力偶矩M的大小和方向也是周期性变化。当偏心质量块131旋转到图10A所示位置时，力偶矩M为顺时针方向，所述支架12及输出轴14顺时针转动；随着偏心质量块131的继续转动，力偶矩M的方向也发生变化，当旋转至图10B所示位置时，所述偏心质量块131产生离心力F沿图示方向，其分解后的切向力Ft与图11A所示位置相反，因而产生逆时针的力偶矩M，该力偶矩M使得支架12沿逆时针方向旋转或使支架12顺时针方向的转速减慢。因此，从理论上对偏心质量块131整个旋转周期的每一瞬间进行考虑，所述支架12受到的力矩M大小时刻变化的，方向交替变化，支架12的转动根据第一单向离合器2的输出转速呈现不同的运动状态在输入部分11正常转动的情况下，当第一单向离合器2的输出部分的转速为零时，支架12在第一单向离合器2超越的方向上呈现不连续的脉动；当单向离合器2的输出部分有一定的转速，但支架12及其一起旋转的零件的动量矩小于偏心质量块131动量矩的改变量时，支架12将出现来回摆动；当第一单向离合器2的输出部分的转速比较大时，支架12及其一起旋转的零件的动量矩大于偏心质量块131动量矩的改变量，此时支架12将向单向离合器2的锁止方向持续转动，偏心质量块131的转动使得支架12的转动出现周期性地忽快忽慢。
从上述分析可以看出，经变矩机构1变矩、变速后、通过输出轴14输出的力矩和转速是脉动的。结合安装于变矩机构1后端的单向离合器对其工作过程进一步描述如下参见图10A，当力偶矩M为顺时针方向时，所述支架12及输出轴14沿顺时针方向旋转，输出轴14带动后端的第一单向离合器2的离合器毂63和毂摩擦片65沿顺时针方向旋转，此时第一单向离合器2自动处于锁止状态；因而毂摩擦片65带动盘摩擦片64、壳体60及传输轴612沿顺时针方向旋转，输出图示L1方向的力矩；参见图10B，当力偶矩M的方向为逆时针时，所述支架12沿逆时针旋转或者沿顺时针方向的转速减慢(视第一单向离合器2的输出转速而定)，此时支架12带动离合器毂63及毂摩擦片65沿逆时针旋转或者沿顺时针方向的转速减慢，此时第一单向离合器2自动处于超越状态，不传递扭矩，但此时主动齿轮112与支架12的转速差增大，从而使主动齿轮112驱动偏心结构组件13以更快的角速度ω旋转，此时偏心质量块131储存更多的动能(根据E＝0.5Jω2，J为偏心结构组件13相对于自身转轴的转动惯量)，当力偶矩M由逆时针变顺时针后，会使得顺时针方向的力偶矩M更大，即当力偶矩M为逆时针方向时，偏心质量块131储存能量，当力偶矩M为顺时针方向时，偏心质量块131通过支架12的输出轴14输出能量。因此所述第一单向离合器2的输出轴612能连续向外输出顺时针方向(图中所示的L3方向)的转速。
如上所述，在工作过程中支架12的转速比主动齿轮112的转速慢，二者之间存在转速差，利用二者的转速差可实现根据外界负载大小的变化自动调节所述输出轴14及单向离合器传输轴612输出的力矩和转速。具体过程及原理如下当车辆上坡时，第一单向离合器2的输出轴25的阻力增大、转速减慢时，当第一单向离合器2处于锁止状态时，变矩机构1的输出轴14的阻力也增大，支架12的转速自动降低，从而使主动齿轮112与支架12之间的转速差增大，如前所述，此时偏心质量块131的转速更快，储存更多的动能，因而下一周期能输出更大的力偶矩。当负载减小时，各个变量的变化与前一工况描述的刚好相反，其输出转速自动增加，向外输出的扭矩也相应减小。这样的变化特性符合车辆无级自动变速的要求。
如前所述，为了防止偏心质量块131储存的动能回传给发动机，在图2、图3所示的优选实施例中，在发动机和变矩机构1之间加装第二单向离合器3，使得发动机的能量只能单方向传给变矩机构1，防止偏心结构组件13的动能回传给发动机而减慢自身的转速，从而影响力偶矩M的大小，详见图7D、8D。
上述实施例仅供说明本发明之用，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变形和变换，例如将支架12上偏心结构组件13的套数变为1套或4套，因此所有等同的技术方案都属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种机械式无级自动变速的传动装置，包括壳体(8)和安装于所述壳体(8)内的变矩机构(1)、后端单向离合器(2)和前端单向离合器(3)，其特征在于所述变矩机构(1)包括输入部分(11)、可转动的支架(12)、可转动地安装于所述支架(12)上的至少一套偏心结构组件(13)，每套所述偏心结构组件(13)包括一偏心质量块(131)，所述偏心质量块(131)由所述输入部分(11)驱动绕其自身旋转轴(132)的轴线旋转；所述输入部分(11)与前端单向离合器(3)的输出部分(32)相连接，并且相对于所述支架(12)可独立旋转，二者的旋转轴线相重合，所述前端单向离合器(3)称为第二单向离合器(3)；所述支架(12)的输出部分(14)仅设有一个与其直接相连的后端单向离合器(2)，所述后端单向离合器(2)称为第一单向离合器(2)。
2.根据权利要求1所述的机械式无级自动变速的传动装置，其特征在于所述变矩机构(1)还包括一锁止离合器(15)，所述锁止离合器(15)设于所述输入部分(11)和所述支架(12)之间，其主动部分(151)与所述输入部分(11)相连，从动部分(152)与所述支架(12)相连。
3.根据权利要求1所述的机械式无级自动变速的传动装置，其特征在于所述变矩机构(1)还包括一个或多个锁止离合器(15)，每一所述锁止离合器(15)设于所述从动轴(132)与所述支架(12)之间，其主动部分(151)与所述从动轴(132)相连，从动部分(152)与所述支架(12)相连。
4.根据权利要求1所述的机械式无级自动变速的传动装置，其特征在于所述变矩机构(1)还包括一锁止离合器(15)；所述锁止离合器(15)套于所述支架输出轴(14)上，其主动部分(151)与套于所述支架输出轴(14)上的一齿轮(141)相连，所述齿轮(141)可相对于所述输出轴(14)转动且与安装于每一所述从动轴(132)的一锁止齿轮(134)啮合；从动部分(152)与所述支架(12)相连。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的机械式无级自动变速的传动装置，其特征在于还包括一设于所述第一单向离合器(2)后端的第三单向离合器(4)，所述第三单向离合器(4)与所述第一单向离合器(2)的锁止方向相反，其可动部分与所述第一单向离合器(2)的输出部分(25)连接，不动部分固定于所述壳体(8)内。
6.根据权利要求5所述的机械式无级自动变速的传动装置，其特征在于所述变矩机构(1)包括一所述支架(12)和安装于所述支架(12)上、且沿圆周方向均匀分布的二套或者三套所述偏心结构组件(13)；每套所述偏心结构组件(13)包括一从动轴(132)和安装于所述从动轴(132)上的一所述偏心质量块(131)和一从动齿轮(133)；所述偏心质量块(131)和所述从动齿轮(133)借助所述从动轴(132)铰接于所述支架(12)的外缘。
7.根据权利要求6所述的机械式无级自动变速的传动装置，其特征在于所述变矩机构(1)的输入部分(11)包括一主动轴(111)和安装于所述主动轴(111)上的一主动齿轮(112)，所述主动轴(111)与第二单向离合器(3)的输出部分(32)连接，所述主动齿轮(112)与所述从动齿轮(133)啮合；所述支架的输出部分(14)为一固定于所述支架(12)中心的输出轴，所述第一单向离合器(2)的主动部分(21)与所述输出轴(14)连接。
8.根据权利要求7所述的机械式无级自动变速的传动装置，其特征在于所述第一单向离合器(2)或第二单向离合器(3)为螺旋夹紧的面接触式单向离合器，包括一离合器鼓(51)和设于所述离合器鼓(51)内相互平行的第一、第二离合器盘(52、53)、至少一鼓摩擦片(54)和一弹簧(55)；所述弹簧(55)为一套于所述传输轴(57)上的压簧，其设于所述第二弹性卡环(59B)与所述第二离合器盘(53)之间；所述第一、第二离合器盘(52、53)在所述弹簧(55)的作用下夹紧所述鼓摩擦片(54)，所述鼓摩擦片(54)套于一套筒(56)外，并与所述离合器鼓(51)可传递扭矩地联接在一起；所述套筒(56)具有内螺纹，一传输轴(57)伸入所述套筒(56)内，其伸入端成形有与所述内螺纹配合的外螺纹。
9.根据权利要求8所述的机械式无级自动变速的传动装置，其特征在于共设有多片所述鼓摩擦片(54)，每相邻的两鼓摩擦片(54)之间夹有一盘摩擦片(58)；所述离合器鼓(51)、第一、第二离合器盘(52、53)、鼓摩擦片(54)、套筒(56)和所述盘摩擦片(58)的旋转轴线重合；所述鼓摩擦片(54)与所述离合器鼓(51)通过花键联接，所述盘摩擦片(58)和所述套筒(56)也通过花键联接。所述离合器鼓(51)的一端开口，另一端中部成形有向外延伸的空心轴(511)；所述第一离合器盘(52)固定于所述传输轴(57)上，并借助第一弹性卡环(59A)安装于所述离合器鼓(51)的开口端；所述第二离合器盘(53)与所述套筒(56)一体成形，并借助第二弹性卡环(59B)安装于所述传输轴(57)上。所述传输轴(57)的伸入端借助轴承(50)支撑于所述空心轴(511)内。
10.根据权利要求7所述的机械式无级自动变速的传动装置，其特征在于所述第一单向离合器(2)或第二单向离合器(3)为四连杆机构压紧的面接触式单向离合器，包括由相互盖合在一起的离合器盘(61)和离合器盖(62)组成的壳体(60)，所述壳体(60)内设有一离合器毂(63)、多片毂摩擦片(65)、至少一套盘摩擦片(64)和至少一套四连杆压紧机构(66)；所述离合器盖(62)的中部成形有一通孔(622)，所述离合器毂(63)的一端从所述通孔(622)中露出；所述毂摩擦片(65)为圆环状，其套置于所述离合器毂(63)上并与之可传递扭矩地联接在一起；所述盘摩擦片(64)和所述四连杆压紧机构(66)具有相同的套数，每套所述盘摩擦片(64)包括多片部分圆环状的摩擦片，其与所述毂摩擦片(65)相间布置；每套所述四连杆压紧机构(66)具有一横杆(661)，每套所述盘摩擦片(64)各片的相同位置具有一通孔(641)，所述横杆(661)穿过所述通孔(641)；所述四连杆压紧机构(66)将所述盘摩擦片(64)和毂摩擦片(65)压向所述离合器盘(61)的摩擦面。
11.根据权利要求10所述的机械式无级自动变速的传动装置，其特征在于每套所述四连杆压紧机构(66)包括相互平行的两支撑臂(662、663)和连接两支撑壁(662、663)的所述横杆(661)；所述两支撑臂(662、663)的一端分别借助一联接销(664)铰接于所述壳体(60)上，另一端分别借助一联接销(665、666)铰接有一连接块(667、668)，所述横杆(661)的两端分别固定于所述两连接块(667、668)上；所述横杆(661)的一端套有一弹簧(660)，另一端设有一压块(669)，所述压块(669)铰接于所述联接销(666)上。
12.根据权利要求11所述的机械式无级自动变速的传动装置，其特征在于每套所述盘摩擦片(64)上还设有两通孔(642、643)，两圆柱销(68、69)分别穿过所述两通孔(642、643)，从而将各片摩擦片串在一起；所述离合器盘(61)和离合器盖(62)上对应地成形有沿圆周方向延伸的两长槽(611、621)；所述圆柱销(68、69)的两端插入所述长槽(611、621)内，二者设有相互配合的两平行平面；所述毂摩擦片(65)与所述离合器毂(63)通过花键联接在一起；所述离合器盘(61)的中心安装有一传输轴(612)，所述传输轴(612)的一端向外伸出，另一端借助轴承(67)支撑于所述离合器毂(63)的中心孔内。
13.根据权利要求12所述的机械式无级自动变速的传动装置，其特征在于所述壳体(60)上设有三套所述四连杆压紧机构(66)，所述壳体(60)内对应地设有三套所述盘摩擦片(64)，所述三套四连杆压紧机构(66)与所述盘摩擦片(64)沿圆周方向均匀分布。
14.根据权利要求7所述的机械式无级自动变速的传动装置，其特征在于还包括设置于所述第一单向离合器(2)后端、具有切断动力和扭矩换向功能的一辅助装置(7)，所述辅助装置(7)包括一输入轴总成(71)、一输出轴总成(72)、一中间轴总成(73)和一倒挡轴总成(74)、一前进档离合器(75)和一倒档离合器(76)，所述输入轴总成(71)、所述输出轴总成(72)、所述中间轴总成(73)和所述倒挡轴总成(74)的旋转轴线相互平行；所述输入轴总成(71)与所述第一单向离合器(2)的输出部分(25)连接，其输入齿轮(711)与所述中间轴总成(73)的固定齿轮(731)相啮合；所述中间轴总成(73)的固定齿轮(731)固定于中间轴(733)上，并与所述倒挡轴总成(74)的换向输入齿轮(741)相啮合；所述换向输入齿轮(741)固定于倒挡轴(743)上，所述倒挡轴(743)上还套有一可相对于倒挡轴(743)转动的换向输出齿轮(742)；所述换向输出齿轮(742)与安装于所述输出轴总成(72)的输出轴(723)上的倒挡输出齿轮(722)相啮合；所述倒档离合器(76)套于所述倒档轴(743)上，其主动部分(761)与所述换向输入齿轮(741)相连，从动部分(762)与所述换向输出齿轮(742)相连。
15.根据权利要求14所述的机械式无级自动变速的传动装置，其特征在于所述输出轴总成(72)与所述输入轴总成(71)的旋转轴线相重合；所述前进档离合器(75)安装于所述输入轴总成(71)与所述输出轴总成(72)之间，其主动部分(751)与所述输入轴总成(71)相连，从动部分(752)与所述输出轴总成(72)相连。
16.根据权利要求14所述的机械式无级自动变速的传动装置，其特征在于所述中间轴(733)上还套有一可相对于中间轴(733)转动的可动齿轮(732)，所述可动齿轮(732)与安装于所述输出轴总成(72)的输出轴(723)上的一前进挡输出齿轮(721)啮合；所述前进档离合器(75)套于所述中间轴(733)上，其主动部分(751)与所述中间轴总成(73)的固定齿轮(731)相连，从动部分(752)与所述中间轴总成(73)的可动齿轮(732)相连。
全文摘要
本发明涉及一种机械式无级自动变速的传动装置，包括壳体和安装于壳体内的变矩机构，变矩机构包括输入部分、可转动的支架、可转动地安装于支架上的至少一套偏心结构组件和输出部分；输入部分与支架可独立旋转，且二者的旋转轴线相重合；每套偏心结构组件包括一偏心质量块，偏心质量块由输入部分驱动绕其自身轴线旋转；变矩机构的前端设有一个单向离合器，支架输出部分上仅设有一个与其直接相连的单向离合器。该传动装置不仅能根据负载的大小自动调节输出的转速和力矩，很好地实现了无级自动变速的功能；而且传动效率高，变矩比大，使用寿命长，能适应高速旋转的工况，能够有效地传递大功率及大扭矩的动力，可应用于各车辆，适用范围非常广。
文档编号F16H57/02GK1766372SQ20041008632
公开日2006年5月3日 申请日期2004年10月25日 优先权日2004年10月25日
发明者韩文明 申请人:韩文明