一种移动调速类牵引式无级变速器自适应调速机构的设计方法与流程

本发明涉及牵引式无级变速器领域，尤其涉及一种移动调速牵引式无级变速器自适应调速机构的设计方法。

背景技术：

无级变速器（CVT）是一种理想的机械传动方案，因为无级变速器可以提供一系列的连续传动比使得车辆发动机始终处于高效点工作，这就极大地提高了整车的效率，减小了车辆排放，达到节能减排的作用。据统计，采用无级变速器的汽车比采用自动变速器（AT）的汽车节油7%-15%,减少废气排放约10%，而且生产成本降低20%-30%。采用无级变速器传动系的混合动力车的油耗有可减少30%，排放可减少45%。无级变速器具有低油耗、高动力、少排放的优势。因此，无级变速器技术在日本、英国、美国等发达国家被长期研究，很多高校与汽车制造商联合研发出多种具有优越性能的无级变速器，但目前被广泛应用的仅有金属带无级变速器，然而研究表明：牵引式无级变速器具有功率密度高、效率高、传递功率大等特点，将会成为未来无级变速器技术的发展方向，因此已成为日本、美国等国家的研究重点。

对于牵引式无级变速器而言，主要由调速机构、加载机构与传动机构三大机构组成，实现调速的关键是调速机构。对于调速机构，现在多采用电控方式实现自动调速，工作原理是通过监测负载力信号，整车运动速度、加速度，油门开度等信号反馈给控制器，实现变速控制。可见，电控方式需要复杂的控制电路和监测传感器，成本较高。而在现代机械发展的背景下，对于具有自适应功能的智能机械情有独钟，智能机械是提升现代机械可靠性、高效率、简化控制及结构、降低成本的重要手段。如果针对牵引式无级变速器能够设计出可根据负载而自动调速的自适应调速机构，将进一步提高牵引式无级变速器的结构紧凑性，降低控制复杂度，对于牵引式无级变速器的技术发展和推广应用具有一定的推动作用。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种移动调速牵引式无级变速器自适应调速机构的设计方法，以通过该方法设计出具有扭移机构和力封闭机构的自适应调速机构，实现牵引式无级变速器对于负载变化实现自适应调速的功能。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种移动调速牵引式无级变速器自适应调速机构的设计方法，方法步骤如下：

第一步：简化牵引式无级变速器传动机构：将牵引式无级变速器传动机构简化，仅保留输入轴、调速单元与输出轴，所述调速单元包括主动牵引原件、调速元件与被动牵引元件；

第二步：根据步骤一中简化的牵引式无级变速器传动机构中输出轴与调速元件调速移动方向的关系进行分类：输出轴与调速移动方向同轴的为同轴移动调速类，输出轴与调速移动方向平行但不同轴的为平行轴移动调速类，输出轴与调元件移动方向相交的为相交轴移动调速类；

第三步：定义运动方向与运动状态；具体为：调速元件角速度矢量方向与调速移动方向相同/平行时为同向状态；调速元件角速度矢量方向与调速移动方向相交时为交向状态；

第四步：构建自适应调速单元：

步骤A，在调速元件调速移动方向一端设置扭移机构，其特征在于：所述扭移机构一端扭矩T变化时，另一端移动，与成同向变化关系，具体为为正时，为正，为负时，为负；

步骤B，在调速元件调速移动方向另一端设计力封闭机构，其特征在于：力封闭机构一端承受调速元件调速移动方向的压力F变化时，力封闭机构作用尺寸改变，与成反向变化关系，具体为为正时，为负，为负时，为正；

步骤C，在输出轴与扭移机构之间设置扭矩传递机构，具体为：同轴移动调速类：输出轴与扭移机构旋转轴同轴；平行轴移动调速类：输出轴与扭移机构之间通过齿轮传动、带传动或链传动连接，将扭矩分流至扭移机构上；相交轴移动调速类：输出轴与扭移机构之间通过齿轮系/带传动系/链传动系的一种或几种组合连接，将扭矩分流至扭移机构上。

本发明第四步步骤A中，当所述牵引式无级变速器满足同向状态时，所述扭移机构一端与调速元件旋转轴固定连接；当所述牵引式无级变速器满足交向状态时，所述调速元件旋转轴上设置有安装支架，扭移机构一端与安装支架一端转动连接。

本发明第四步步骤B中，当所述牵引式无级变速器满足同向状态时，所述力封闭机构一端与调速元件旋转轴连接；当所述牵引式无级变速器满足交向状态时，所述调速元件旋转轴上设置有安装支架，力封闭机构一端与安装支架连接。

本发明第四步步骤C中所述齿轮系为锥齿轮系，蜗轮蜗杆，圆弧齿轮系的一种或几种的组合。

本发明第一步中所述主动牵引元件与输入轴连接，被动牵引元件与输出轴连接，牵引处有牵引油。

更进一步，本发明第四步步骤A中的扭移机构优选无自锁功能的螺旋联轴节，端面凸轮。

本发明第四步步骤B中的力封闭机构优选弹簧元件、液压装置、气动装置。

本发明的工作原理为：当依据本发明所述方法设计出具有扭移机构和力封闭机构的自适应调速机构时，如：对于滚轮平盘式牵引式无级变速器，简化其传动机构，根据输出轴与调速元件移动方向的关系，可知该类型无级变速器属于同向状态的同轴调速类牵引式无级变速器，其扭移机构采用螺旋联轴节，力封闭机构设计为弹簧，螺旋联轴节一端（螺杆）为无级变速器输出轴本身，另一端（螺母）连接无级变速器调速元件滚轮，滚轮的另一端连接力封闭机构弹簧，弹簧的另一端旋转连接在机架上，滚轮布置于平盘上合适的径向位置。处于定比传动时，螺旋联轴节的轴向力与弹簧弹力平衡，当输出轴扭矩变化，比如增大，则螺旋联轴节的轴向力变化，平衡被破坏，弹簧变形，滚轮移动，改变在平盘上的径向位置，也就改变了作用半径，进而改变输出轴的转速，实现了对于负载变化的自适应调速。

本发明的有益效果在于：（1）现有技术中，实现自适应调速的方式多采用的电控方式，控制难度大、结构复杂、成本高，本发明提供了一种可以适用于现有牵引式无级变速器各种移动调速类型的自适应调速机构的设计方法，依据此方法可以非常容易地设计出具有自适应调速功能的牵引式无级变速器结构方案。（2）本发明所述的扭移机构与力封闭机构的力学特性较为简单，便于对牵引式无级变速器进行力学分析与运动学分析，这对于自适应调速牵引式无级变速器的结构设计具有指导作用。

附图说明

图1为本发明所述一种移动调速牵引式无级变速器自适应调速机构的设计方法在进行某种移动调速式牵引式无级变速器自适应调速机构设计的方法流程。

图2为本发明所述的一种移动调速牵引式无级变速器自适应调速机构的设计方法中第一步、第二步与第三步中的实施举例表。

图3为滚轮平盘式牵引式无级变速器按照本发明所述的一种移动调速牵引式无级变速器自适应调速机构的设计方法进行自适应调速机构的设计的实施例。

图4为单滚锥平盘式牵引式无级变速器按照本发明所述的一种移动调速牵引式无级变速器自适应调速机构的设计方法进行自适应调速机构的设计的实施例。

附图中，各数字与箭头代表的含义如下：

1-输入轴；2-输出轴；3-平盘；3-1：输入平盘；3-2：输出平盘；4：滚轮；4-1：滚轮；5-螺旋联轴节；5-1：螺母；5-2：螺杆；6-压缩弹簧；7-机架；8：加载弹簧；9-滚锥；9-1滚锥旋转轴；10-安装支架；11-齿轮系；箭头-旋转方向。

具体实施例

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例一

如图1-图3所示，一种移动调速牵引式无级变速器自适应调速机构的设计方法，当无级变速器具体为滚轮平盘式牵引式无级变速器时，具体涉及方法步骤如下：

第一步：简化滚轮平盘式牵引式无级变速器传动机构，仅保留输入轴1、调速单元与输出轴2，所述调速单元包括主动牵引原件平盘3、本实施例中调速元件与被动牵引元件为同一元件滚轮4，简化后的传动机构简图如图2中第一行所示；

第二步：根据第一步中简化的滚轮平盘式牵引式无级变速器的传动机构简图，很容易地得知输出轴2与调速元件滚轮4进行调速移动的方向同轴，属于同轴移动调速类；

第三步：定义运动方向与运动状态。具体对于滚轮平盘式牵引式无级变速器，调速元件滚轮4角速度矢量方向与调速移动方向相同，为同向状态；

第四步：构建自适应调速单元。

步骤A，对于滚轮平盘式牵引式无级变速器，在调速元件滚轮4靠近输出轴2一端设计扭移机构，该扭移机构选择螺旋联轴节5，且螺旋联轴节5的螺纹旋向为右旋，螺旋联轴节的螺母5-1与滚轮旋转轴4-1固定连接；螺旋联轴节5的螺杆5-2位置固定，螺杆5-2上扭矩T变化时，螺母5-1会位移，本实施例中与成同向变化关系。

步骤B，在调速元件滚轮的另一端设置力封闭机构，该力封闭机构选择压缩弹簧6，压缩弹簧6与滚轮4之间旋转连接，压缩弹簧6另一端连接在机架7上。压缩弹簧6满足胡克定律，即△F=k·Δx，其中，弹簧伸长为正，压缩为负，k为弹簧的劲度系数，与弹簧材料相关，弹簧承受压力增大为正，减小为负，△F与Δx成反向线性变化关系。

步骤C，在输出轴2与扭移机构之间设置扭矩传递机构，因滚轮平盘式牵引式无级变速器为同轴移动调速类，因此输出轴2与扭移机构螺旋联轴节的螺杆5-2同轴连接。

为了增大牵引力，在平盘3与滚轮4之间有牵引油，同时为了实现高效牵引，在滚轮4下方与机架之间设置加载弹簧8，保证牵引时正压力。

本实施例完成自适应调速机构之后的设计机构简图如图3所示。

其自适应调速的工作原理如下：

处于定比传动时，螺旋联轴节5的轴向力与压缩弹簧6弹力平衡，由图中箭头指示方向可知输出轴2与螺杆5-2旋转方向；当输出轴2扭矩增大时，旋螺纹的螺旋联轴节5上轴向力改变，使得螺母5-1向左移动，螺母5-1与滚轮旋转轴4-1连接，则滚轮4位置左移，平衡被破坏，压缩弹簧6受压缩短，改变在平盘3上的径向位置，进而改变输出轴2的转速，达到新的平衡位置，实现了对于负载变化的自适应调速。

实施例二

本实施例中牵引式无级变速器为单滚锥平盘类牵引式无级变速器，按照本发明所述方法进行自适应调速机构设计，步骤一至步骤三按照本发明所述方法实施，可知本例与实施例一不同之处在于本例中牵引式无级变速器属于相交轴移动调速类的同向状态，

按照本发明第四步构建自适应调速单元，其中步骤A中扭移机构采用螺旋联轴节5，调速单元滚锥旋转轴9-1上设置有安装支架10，螺旋联轴节螺母5-1一端与安装支架10转动连接；步骤C中力封闭机构采用压缩弹簧6机构，弹簧机构一端与安装支架10连接，输出轴2与螺旋联轴节5之间通过锥齿齿轮系11连接，将扭矩传递至螺旋联轴节5的螺杆5-2上。

本说明书中各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理、创造性和新颖特点相一致的最宽的范围。