本发明涉及一种可应用于汽车及其他传递动力的机械装置无级变速器。
背景技术：
自动变速器作为汽车及其他机械传动装置的核心部件，目前主要有电控机械自动变速器(amt)、液力自动变速器(at)、双离合自动变速器(dct)、机械无级自动变速器(cvt)四大类。其中，机械无级自动变速器(cvt)由于具有可连续变速，且变速过程中动力可持续输出等特点，可使发动机转速保持在最经济的工作区域，实现在相同条件下的汽车或同类型机械装置中油耗最低、运行最为平缓等效果。另外，机械无级自动变速器(cvt)还具有比传统变速器结构简单、部件数量少、体积更小、重量更轻等优点。
机械无级自动变速器(cvt)除了主流的带式和链式，还存在各种不同形式，如锥环式、滚轮式等，动力通过金属环或金属盘在主动锥轮、被动锥轮或者锥盘之间传递进行。但是这些形式的机械无级自动变速器由于动力传递处接触面积较小，应力较为集中，可传递最大扭矩和变速稳定性均受到限制，目前只是在小部分车型上应用。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种无级变速器。
根据本发明的一个方面提供一种无级变速器，所述无级变速器包括：行星动力传输机构，所述行星动力传输机构至少包括：一动力输入部件；和一动力输出部件，所述动力输出部件包括一输出轴以及至少一与所述输出轴相连接、驱动所述输出轴旋转的行星从动部件，所述行星从动部件设置于所述动力输入部件的外侧，且可在所述动力输入部件的驱动下环绕所述动力输入部件转动；变速环，环绕连接所述行星从动部件，且所述变速环可在第一方向上来回移动；变速单元，所述变速单元至少包括一压紧装置，所述压紧装置设置于所述变速环外侧，且与所述变速环固定连接，驱动所述变速环在所述第一方向来回移动、调节所述行星动力传输机构的动力输出部件的转速。
优选地，所述动力输入部件包括一输入轴以及套设于所述输入轴上的中心太阳齿轮；所述动力输出部件还包括一具有所述输出轴的行星架，其中，所述中心太阳齿轮设置于所述行星架内；其中，所述行星从动部件设置于所述中心太阳齿轮的外侧，与所述行星架相连接，且与所述中心太阳齿轮和所述变速环相连接，所述行星从动部件可在所述中心太阳齿轮的旋转驱动下绕所述变速环的中心转动，以驱动所述输出轴旋转。
优选地，所述行星从动部件包括：与所述中心太阳齿轮相啮合的从动行星齿轮，所述从动行星齿轮设置于所述行星架内；与所述从动行星齿轮同轴且相互固定的行星锥轮，所述行星锥轮与所述变速环相连接；行星齿轮轴，与所述从动行星齿轮、行星锥轮固定连接，且所述行星齿轮轴还穿过所述从动行星齿轮、行星锥轮与所述行星架相连。
优选地，所述输入轴与所述输出轴同轴设置。
优选地，所述动力输出部件包括多个所述行星从动部件，其中，多个所述行星从动部件环绕设置于所述动力输入部件的外侧。
优选地，所述变速环包括：一环状中心轴；以及多个圆锥形弹片，设置于所述环状中心轴上，其中，每个所述圆锥形弹片均可以所述环状中心轴为中心转动；其中，所述压紧装置控制至少一个所述圆锥形弹片在以所述环状中心轴为中心转动的同时、在所述行星从动部件表面滚动，以驱动所述变速环沿所述第一方向移动。
优选地，所述变速单元还包括：变速丝杆机构，设置于所述压紧装置外侧，所述变速丝杆机构包括：丝杆，所述丝杆沿所述第一方向延伸；和丝杆螺母，套设于所述丝杆上，且可沿所述丝杆在第一方向上来回移动；其中，所述压紧装置与所述丝杆螺母连接，所述压紧装置可随所述丝杆螺母在所述第一方向上同步移动，以带动所述变速环在所述第一方向上移动；变速控制机构，与所述丝杆相连接，驱动所述丝杆旋转，以控制所述丝杆螺母沿所述丝杆在第一方向上移动。
优选地，所述变速单元包括多个所述变速丝杆机构，多个所述变速丝杆机构环绕设置于所述压紧装置的外侧，多个所述变速丝杆机构的丝杆均连接所述变速控制机构。
优选地，每个所述变速丝杆机构还包括一同步链轮，所述同步链轮设置于所述变速丝杆机构的同一端；所述变速单元还包括一连接每个所述同步链轮的齿形链。
优选地，所述压紧装置朝向所述变速环的一侧表面设有沿所述第一方向延伸的卡槽，所述变速环的圆锥形弹片卡于所述卡槽中。
优选地，所述压紧装置呈套筒状环绕所述变速环。
优选地，所述无级变速器还包括一壳体，所述行星动力传输机构和所述变速单元设置于所述壳体内。
相比于现有技术，本发明实施例提供的无级变速器通过由动力输入部件驱动动力输出部件的行星从动部件环绕其转动，以此带动动力输出部件的输出轴旋转，该传递扭矩的传递方式可有效地增加动力传递，满足大扭矩工况需求。
此外，该无级变速器还通过变速单元控制变速环沿第一方向移动以调节动力传输机构的动力输出部件的转速实现无级变速器的变速，其中，变速过程中，由于变速包括多个可以绕环状中心轴为中心转动的圆锥形弹片，因此，变速环在第一方向移动的过程中以滚动的形式在行星锥轮表面移动，相比现有的机械无级自动变速器(cvt)的钢带在变速过程中采用的滑动形式来说，具有摩擦阻力较小、且可实现快速变速等优点。并且，结合该行星锥轮的结构后，该变速环在压紧装置和行星锥轮共同挤压下变形，增加与行星锥轮接触面积，因此还具有接触面积大、运行磨损小、寿命较长等优点。该无级变速器的结构还避免了采用现有无级变速器中复杂的液压压紧装置，从而具有制造较为简单，成本较低，可靠性较高等优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的第一实施例的无级变速器的截面结构示意图；
图2为图1中a—a处的截面结构示意图；
图3为图2中b处的局部放大图；
图4为本发明的无级变速器在变速过程中变速环的圆锥形弹片在行星锥轮上的运动轨迹示意图。
附图标记
1动力输入部件
11输入轴
13中心太阳齿轮
2动力输出部件
21输出轴
23行星架
25行星从动部件
251从动行星齿轮
252行星锥轮
253行星齿轮轴
3变速环
31圆锥形弹片
32环状中心轴
4变速丝杆机构
41丝杆
42丝杆螺母
43同步链轮
5压紧装置
53轴向卡槽
6壳体
具体实施方式
现有的机械无级自动变速器(cvt)至少都存在以下两个问题限制了变速器的最大传递扭矩：
1、工作接触面有限，若用于产生摩擦力的正压力如果太大容易引起机构应力过大导致失效；
2、传递动力的摩擦力和变速需要克服的摩擦阻力在同一接触面，且均为滑动摩擦，若一味提高传递动力的摩擦力将使变速无法顺利进行。
因此，若将现有的机械无级自动变速器应用于高扭矩和具有较高运动性能要求的车辆或器械中至少会存在以下问题：
1)传动带容易损坏，因此，对其材质要求较高；
2)变速器无法承受较大的载荷；
3)不能快速移动传动带，因此，无法满足车辆快速变速的使用要求；
4)变速器的制造工艺复杂。
针对上述因素，本发明提供一种无级变速器。依据本发明的主旨构思，所述无级变速器包括行星动力传输机构，所述行星动力传输机构至少包括：一动力输入部件；和一动力输出部件，所述动力输出部件包括一输出轴以及至少一与所述输出轴相连接、驱动所述输出轴旋转的行星从动部件，所述行星从动部件设置于所述动力输入部件的外侧，且可在所述动力输入部件的驱动下环绕所述动力输入部件转动；变速环，环绕连接所述行星从动部件，且所述变速环可在第一方向上来回移动；变速单元，所述变速单元至少包括一压紧装置，所述压紧装置设置于所述变速环外侧，且与所述变速环固定连接，驱动所述变速环在所述第一方向来回移动、调节所述行星动力传输机构的动力输出部件的转速。
下面结合附图和实施例对本发明的技术内容进行进一步地说明。
请一并参见图1至图4，其分别示出了本发明实施例的无级变速器的截面结构示意图、变速环和压紧装置的结构示意图以及变速过程中变速环的圆锥形弹片的运动轨迹示意图。其中，图2为图1中a—a处的截面结构示意图；图3为图2中b处的局部放大图。在本发明的优选实施例中，所述无级变速器主要包括行星动力传输机构、变速环以及变速单元。
所述行星动力传输机构至少包括一动力输入部件和一动力输出部件。所述动力输出部件包括一输出轴以及至少一与所述输出轴相连接、驱动所述输出轴旋转的行星从动部件，所述行星从动部件设置于所述动力输入部件的外侧，且可在所述动力输入部件的驱动下环绕所述动力输入部件转动。
具体来说，在图1和图2所示的实施例中，动力输入部件1包括一输入轴11以及套设于输入轴11上的中心太阳齿轮13。中心太阳齿轮13与输入轴11相互固定，且可随输入轴11同步旋转(此处的旋转是指输入轴11在发动机等设备的驱动下进行的自转)。
动力输出部件2包括具有一输出轴21的行星架23以及从动部件25。在图1所示的实施例中，输出轴21位于行星架23的左端，且优选地，输出轴21与输入轴11同轴设置。中心太阳齿轮13设置于行星架23内。
行星从动部件25设置于中心太阳齿轮13的外侧。行星从动部件25与行星架23、中心太阳齿轮13以及变速环3相连接。在本发明的优选实施例中，动力输出部件2可以包括多个行星从动部件25。其中，多个行星从动部件25环绕设置与动力输入部件1的外侧。在图1和图2所示的实施例中，动力输出部件2包括两个从动部件25，两个行星从动部件25相对行星架23的环状中心轴相互对称。需要说明的是，虽然图1和图2所示实施例中以具有两个相对行星架23的环状中心轴相互对称的从动部件25的动力输出部件2为例进行说明，但并不限于此，在本发明的其他实施例中，行星从动部件的数量可以根据实际的扭矩大小需要进行调整，例如具有三个或四个等，多个行星从动部件同时传递扭矩，以此有效地增加动力传递。并且，多个行星从动部件并不一定是两两对称设置的，在此不予赘述。
具体来说，行星从动部件25包括从动行星齿轮251、行星锥轮252以及行星齿轮轴253。其中，从动行星齿轮251设置于行星架23内且与中心太阳齿轮13相啮合。行星锥轮252与从动行星齿轮251之间同轴设置且相互固定连接，二者可以为一体成型。优选地，行星锥轮252表面具有沟槽，以此减少变速环打滑现象。行星齿轮轴253与所述从动行星齿轮251、行星锥轮252同轴且相互固定连接，其穿过从动行星齿轮251、行星锥轮252与行星架23连接，且可在行星架23上自转。
变速环3环绕所述行星从动部件，且变速环3可在第一方向(图1中的x轴方向)上来回移动。如图2和图3所示，变速环3可以为一由多个圆锥形弹片串成的钢环。具体来说，变速环3包括一环状中心轴32以及多个圆锥形弹片31。多个圆锥形弹片31设置于环状中心轴32上。其中，每个圆锥形弹片31均可在以环状中心轴32为中心转动的同时，在行星锥轮252的表面滚动，进而，使变速环3在沿第一方向移动、实现无级变速器变速的过程中可采用滚动的形式，相比现有的机械无级自动变速器(cvt)的钢带在变速过程中采用的滑动形式来说，具有摩擦阻力较小、且可实现快速变速等优点。
在图1和图2所示的实施例中，变速环3与行星锥轮252相连接。需要说明的是，此处行星锥轮252与变速环3的连接可以是指行星锥轮252与变速环3之间的相互啮合，也可以仅仅是指行星锥轮252与变速环3之间的相互贴合。进而，当从动行星齿轮251在中心太阳齿轮13的驱动下旋转后，可使行星从动部件25绕变速环3的中心转动，带动行星架23及其输出轴21旋转，实现动力的输出。此外，虽然本发明图1至图4所示实施例中以包括环状中心轴32以及多个圆锥形弹片31的变速环为例进行说明，但并不以此为限，在可以实现该无级变速器变速的作用的技术上，其也可以是现有的任一种变速环，在此不予赘述。
所述变速单元控制变速环沿第一方向移动以调节动力输出部件的转速。所述变速单元包括变速丝杆机构4、压紧装置5以及变速控制机构。在图1和图2所示的实施例中，所述变速单元包括两个变速丝杆机构4。其中，两个变速丝杆机构4分别设置于变速环3的两侧(图1和图2中为设置于变速环3的上下两侧)，每个变速丝杆机构4均连接一个所述变速控制机构。需要说明的是，虽然图1和图2所示的实施例中以具有两个变速丝杆机构4的变速单元为例进行说明，但并不限于此，在本发明的其他实施例中，变速丝杆机构的数量可以根据实际的需要进行调整，例如具有三个或四个变速丝杆机构，在此不予赘述。
由于在此实施例中，两个变速丝杆机构4的结构相同，因此，以图1中设置于变速环3上方的变速丝杆机构4为例进行说明。具体来说，变速丝杆机构4设置于变速环3的外侧，变速丝杆机构4包括丝杆41和丝杆螺母42。如图1所示，丝杆41沿第一方向(图1中的x轴方向)延伸。丝杆螺母42套设于丝杆41上，且可沿丝杆41在第一方向上来回移动。其中，丝杆螺母42沿丝杆41的移动是指在丝杆41旋转过程中，沿丝杆41表面的螺纹进行移动。
压紧装置5设置于变速环3外侧，与丝杆螺母42和变速环3连接。压紧装置5可随丝杆螺母42在第一方向上同步移动，以带动所述变速环在所述第一方向上移动，调节所述行星动力传输机构的动力输出部件的转速。此外，压紧装置5还可以对变速环3的圆锥形弹片31起到挤压变形的作用，使变速环3以椭圆状的形式贴合行星锥轮252，以增加其与行星锥轮252之间的接触面积，避免应力集中、出现打滑，进而，实现有效的动力传递。具体来说，在图1至图3所示的实施例中，压紧装置5呈套筒状设置于变速环3的外侧。并且，在此实施例中，压紧装置5与两个变速丝杆机构4的丝杆螺母42一体成型，因此可随丝杆螺母42同步移动。压紧装置5控制(例如推动等方式)变速环3的至少一个圆锥形弹片在以环状中心轴32为中心转动的同时，在行星锥轮252的表面滚动，以驱动变速环3在第一方向来回移动、此外，在图2和图3所示的实施例中，压紧装置5朝向变速环3的一侧表面设有沿第一方向(图1中x轴方向)延伸的卡槽53，变速环3的圆锥形弹片31卡于卡槽53中。优选地，卡槽53的数量与变速环3的圆锥形弹片31数量相同。卡槽53可以阻止变速环3旋转(自转)，进而，实现了行星锥轮252在变速环3内转动(绕变速环3的中心公转)。
所述变速控制机构(图1和图2中未示出)与丝杆41相连接，驱动丝杆41旋转，以此控制丝杆螺母42沿丝杆41在第一方向上移动。
进一步地，在图1和图2所示的实施例中，每个变速丝杆机构4还包括一同步链轮43。两个同步链轮43均设置于变速丝杆机构4的同一端。变速单元还包括一环绕两个同步链轮43的齿形链(图1和图2中未示出)。齿形链连接两个同步链轮43后可使二者的转速保持一致，进而，可使两个丝杆41的转速保持一致，在两个丝杆41的转速一致的情况下可使压紧装置5沿轴向直线移动，从而保证了变速环3移动过程中的稳定性。需要说明的是，在本发明的些实施例中，压紧装置可以是直筒状也可以是具有一定锥度的锥筒状，例如，在输入轴11一侧，图示的右侧，直径变小，从而实现变速环3运行到该区域时变形更大，使其与行星锥轮252小端处(即尺寸较小的一端)接触面积也就更大，从而减少变速环3打滑，在此不予赘述。
进一步地，结合上述图1至图3所示，本发明的无级变速器在动力传输的过程中，中心太阳齿轮13随输入轴11同步旋转(自转)后驱动从动行星齿轮251旋转(自转)，使行星锥轮252也同步进行旋转。由于行星锥轮252与变速环3相连接，且变速环3并不旋转(被压紧装置5固定)，因此，在行星锥轮252旋转(自转)的过程中，其会在变速环3内绕变速环3的中心转动(公转)，进而，因行星齿轮轴253穿过行星架23，所以可带动行星架23以及行星架23上的输出轴21进行旋转(自转)，实现动力的传输。
进一步地，结合图1和图2所示的实施例，在所述无级变速器需要进行变速的情况下，首先由变速控制机构驱动变速丝杆机构4的丝杆41轴向旋转(即自转)，丝杆41旋转后可以使丝杆螺母42沿第一方向上移动。由于压紧装置5与丝杆螺母42一体成型，因此，压紧装置5同样随丝杆螺母42在第一方向(图1中x轴方向)移动。进而，压紧装置5推动变速环3使变速环3的圆锥形弹片31沿第一方向在行星锥轮252的表面进行滚动。为了清楚地对变速环的圆锥形弹片的运行轨迹进行说明，图4示出了本发明的无级变速器在变速过程中变速环的圆锥形弹片在行星锥轮上的运动轨迹示意图。其中，图4示意性地以变速环3上的一个圆锥形弹片31为例进行说明。具体来说，如图4所示，当压紧装置5沿第一方向(如图4中x轴方向)推动变速环3时，变速环3的圆锥形弹片31以环状中心轴32为中心转动(如图4箭头所示)的同时，沿行星锥轮252表面滚动，进而，使变速环3沿第一方向(如图4中x轴方向)移动，因此，该无级变速器在变速的过程中、其变速环采用的是滚动的形式，相比现有的机械无级自动变速器(cvt)的钢带在变速过程中采用的滑动形式来说，具有摩擦阻力较小、且可实现快速变速等优点。
进而，由于行星锥轮252在变速环3沿第一方向进行滚动的路径上直径不同，因此，可以实现无级变速器的减速或加速。在图1所示的实施例中，由于沿着x轴的方向上行星锥轮252的直径逐渐增大，而两个行星锥轮252的角速度是不变的，行星锥轮252与变速环3相啮合位置的线速度因其直径的增大而增大，因此，行星锥轮252在变速环3内的转动(公转)的速度加快了，通过行星齿轮轴253推动行星架23加快转动，进而实现输出轴21加快输出转速。相反，变速环3沿着与x轴相反的方向滚动后可使输出轴21的转速变慢。
进一步地，在图1和图2所示的实施例中，所述无级变速器还包括一壳体6。其中，行星动力传输机构、变速环和变速单元均设置于壳体6内。
综上所述，结合上述图1至图4所示的实施例，本发明实施例提供的无级变速器中通过由动力输入部件驱动动力输出部件的行星从动部件环绕其转动，以此带动动力输出部件的输出轴旋转，该传递扭矩的传递方式可有效地增加动力传递，满足大扭矩工况需求。
此外，该无级变速器还通过变速单元控制变速环沿第一方向移动以调节动力传输机构的动力输出部件的转速实现无级变速器的变速，其中，变速过程中，由于变速包括多个可以绕环状中心轴为中心转动的圆锥形弹片，因此，变速环在第一方向移动的过程中以滚动的形式在行星锥轮表面移动，相比现有的机械无级自动变速器(cvt)的钢带在变速过程中采用的滑动形式来说，具有摩擦阻力较小、且可实现快速变速等优点。并且，结合该行星锥轮的结构后，不但多个行星锥轮可同时传递扭矩，而且该变速环在压紧装置和行星锥轮共同挤压下变形，增加与行星锥轮接触面积，因此还具有接触面积大、运行磨损小、寿命较长等优点。该无级变速器的结构还避免了采用现有无级变速器中复杂的液压压紧装置，从而具有制造较为简单，成本较低，可靠性较高等优点。
虽然本发明已以优选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。