汽车无级变速器用自适应跟踪式润滑装置

本发明涉及无级变速器的润滑装置，尤其涉及到对无级变速器的润滑和冷却的装置。

背景技术：

无级变速器依靠带轮与金属带或金属链之间的摩擦力传递运动和转矩，其传动形式为摩擦传动，对摩擦传动副实施良好的润滑和冷却，是无级变速器正常工作的前提。一旦润滑不足，金属带或金属链与锥盘表面将发生干摩擦，造成摩擦状态失稳，引起传动带和带轮接触面异常磨损，导致传动模块失效。因此，无级变速器的润滑方式是关系无级变速器可靠性和使用寿命的关键技术。现有无级变速器主要使用固定油管定点喷射的方式进行主动润滑，然而，无级变速器传动过程中，金属带或金属链与带轮的接触半径随速比动态变化，传统定点喷射润滑的方式仅能在某一固定速比下对传动带与带轮接触部充分润滑，无法在任意速比下都满足对传动带与带轮接触部的充分润滑，这限制了无级变速器传动可靠性和传动寿命的提升。

技术实现要素：

本发明就是鉴于上述情况而完成的，为达到上述目的，充分考虑到在无级变速器速比变化时，传动带与带轮接触部在径向和轴向上位置变化，本发明提供一种汽车无级变速器用自适应跟踪式润滑装置，能够适应在任意速比下都能对无级变速器充分、精确润滑。

本发明的汽车无级变速器用自适应跟踪式润滑装置，所述汽车无级变速器由主动带轮、从动带轮构成，主、从动带轮分别包括一固定锥盘和一可动锥盘，金属带或金属链形式的传动带绕于所述的主、从动带轮之间，传动带两侧与带轮表面接触，通过摩擦力传递扭矩，可动锥盘端部设有加压装置将传动带夹紧，同时可通过调节夹紧力改变传动带与主、从动带轮的接触半径。所述汽车无级变速器用自适应跟踪式润滑装置用于向所述传动带两侧边与带轮表面接触的部位提供润滑和冷却用油，其中，所述汽车无级变速器用自适应跟踪式润滑装置在主动带轮和从动带轮之间，沿主动带轮的轴向平行配设有滚珠丝杆轴，所述的滚珠丝杆轴中间开有喷油嘴，喷油嘴对着传动带与主动带轮的开始接触部喷射润滑油，滚珠丝杆轴内部设有油道，滚珠丝杆轴的开口端与壳体润滑油管道相连，滚珠丝杆轴开口端与壳体润滑油管道之间装有密封圈，防止润滑油泄露，滚珠丝杆轴另一端封闭，滚珠丝杆轴封闭端与无级变速器壳体通过螺纹连接，使滚珠丝杆轴在绕轴旋转时同时沿轴向移动。

所述汽车无级变速器用自适应跟踪式润滑装置中，滚珠丝杆螺母垂直轴线方向具有两处外延支架，两处外延支架上分别安装有左端球型滚珠和右端球型滚珠，所述球型滚珠可在外延支架安装孔内自由转动，两个球型滚珠分别与可动锥盘部的油缸两侧接触，使滚珠丝杆螺母轴向运动与主动带轮的可动锥盘的轴向运动保持一致。

所述汽车无级变速器用自适应跟踪式润滑装置中，所述滚珠丝杆螺母在轴向移动时与滚珠丝杆螺母的内部滚珠摩擦，内部滚珠自转的同时沿滚道滚动，带动滚珠丝杆轴绕轴旋转，位于滚珠丝杆轴上的喷油嘴也随滚珠丝杆轴旋转。

所述汽车无级变速器用自适应跟踪式润滑装置中，速比变化时，所述滚珠丝杆轴上的螺距，满足当滚珠丝杆轴轴旋转润滑传动带与带轮接触部所需角度时，滚珠丝杆轴轴向移动的距离与传动带的中心线轴向移动距离相同；所述滚珠丝杆轴的上的螺纹旋线数，满足滚珠丝杆螺母轴向移动的距离与可动锥盘轴向移动距离相等时，滚珠丝杆轴轴向移动的距离与传动带的中心线轴向移动距离相同。

所述汽车无级变速器用自适应跟踪式润滑装置的具体控制方式：

当无级变速器从最大速比到最小速比变化时，主动带轮的可动锥盘和可动锥盘油缸向左移动，滚珠丝杆螺母上的左侧球型滚珠受到可动锥盘油缸向左的推力，使滚珠丝杆螺母与可动锥盘一起沿轴向向左移动，滚珠丝杆螺母内部的球型滚珠随之滚动，滚珠丝杆螺母内部的球型滚珠与滚珠丝杆轴的滚道发生摩擦，使滚珠丝杆轴逆时针旋转，而滚珠丝杆轴的封闭端与无级变速器的壳体通过螺纹连接，所以滚珠丝杆轴在旋转的同时也沿轴向向左移动，位于滚珠丝杆轴上的喷油嘴随滚珠丝杆轴绕轴逆时针旋转的同时也沿轴向向左移动，至此完成无级变速器从最大速比向最小速比变化；

当无级变速器从最小速比到最大速比变化时，主动带轮的可动锥盘和可动锥盘油缸向右移动，滚珠螺母上的右侧球型滚珠受到可动锥盘油缸向右的推力，使滚珠丝杆螺母与可动锥盘一起沿轴向向右移动，滚珠丝杆螺母内部的球型滚珠随之滚动，滚珠丝杆螺母内部的球型滚珠与滚珠丝杆轴的滚道发生摩擦，使滚珠丝杆轴顺时针旋转，而滚珠丝杆轴的封闭端与无级变速器的壳体通过螺纹连接，所以滚珠丝杆轴在旋转的同时也沿轴向向右移动，位于滚珠丝杆轴上的喷油嘴随滚珠丝杆轴绕轴顺时针旋转的同时也沿轴向向左移动，至此完成无级变速器从最小速比向最大速比变化；

当无级变速器速比不改变时，主动带轮的可动锥盘和可动锥盘油缸在轴向上的位置固定，因此滚珠丝杆螺母不受到轴向上的外力推动，滚珠丝杆轴上的喷油嘴也保持固定的角度喷射。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明装置充分考虑到速比变化时传动带在带轮轴向和径向上的位置变化，可从机理上保证喷油嘴始终对准传动带与带轮开始接触部喷射润滑油，可实现精准润滑，提高润滑油利用率，减少传动带与带轮因润滑冷却不充分而磨损失效的可能。

(2)本发明无需添加额外的动力源，更加节能。

当然，本发明装置的滚珠丝杆螺母会对可动锥盘部产生一定的阻力和磨损，但相对锥盘夹紧力(一般大于10kn)而言，其影响可以忽略。

附图说明

图1是安装有本润滑装置的无级变速器的侧视图

图2是最大速比时主动带轮的剖视图

图3是图1的a-a线剖面图

图4是无级变速器的几何关系图

图5是主动带轮包角与速比的关系图

图6是主动带轮与传动带接触的节圆半径与速比的关系图

图7是任意速比下，润滑传动带与带轮所需的喷油嘴角度的几何关系图

图8是任意速比下，喷油嘴随可动锥盘轴向移动发生旋转的角度

图9是任意速比下，润滑传动带与带轮接触部所需角度与喷油嘴旋转角度关系图

标号说明

1—主动带轮，1a—主动带轮的固定锥盘，1b—主动带轮的可动锥盘，2—传动带，3—滚珠丝杆轴，30—滚珠丝杆封闭端，31——喷油嘴，32—滚珠丝杆轴开口端，4—滚珠丝杆螺母，5—无级变速器壳体，51—壳体润滑油管道，6—从动带轮，7—左端球型滚珠，8—右端球型滚珠，9—可动锥盘油缸，10—滚珠丝杆螺母的内部滚珠，11—密封胶圈，12—传动带与带轮开始接触部移动轨迹

具体实施方式

本发明适用于带式无级变速器或链式无级变速器，以下图例说明中以带式无级变速器为例，主要是通过对无级变速器速比变化过程中主动带轮的可动锥盘1b的轴向运动来实现对润滑装置的精确控制，车辆换挡运动时对应的无级变速器运转情况在其他专利文献中已详细说明，因此不再赘述，以下主要说明在无级变速器速比变化过程中，本发明的润滑装置是如何利用无级变速器的可动锥盘1b轴向运动实现对无级变速器的传动带2与主动带轮1接触部的精确充分润滑。

图1到图9为本发明的一个实时案例，在图1中描述了润滑装置的主要结构滚珠丝杆轴3和滚珠丝杆螺母4在无级变速器箱内位置，该装置位于主动带轮1和从动带轮6之间，其中实线表示无级变速器最大速比时传动带2所处位置，虚线表示最小速比时传动带2所处的位置，无级变速器速比变化时，主动带轮1与传动带2开始接触部沿轨迹12移动，从最大速比变换到最小速比，喷油嘴旋转所需要的最大角度为θ。

在图2中详细描述了润滑装置与主动带轮1的位置关系，主动带轮1由固定锥盘1a和可动锥盘1b组成，传动带2卷绕在固定锥盘1a和可动锥盘1b之间，通过控制主动带轮可动锥盘处加压装置压力变化，使可动锥盘1b轴向移动，从而使传动带2在主动带轮1和从动带轮6径向上的位置变化来实现无级变速器不同速比的转化。

此外，主动带轮的可动锥盘1b与可动锥盘油缸9焊接，因此可动锥盘1b的轴向运动与可动锥盘油缸9保持一致。

此外，滚珠丝杆螺母垂直轴线方向具有两处外延支架，两处外延支架上分别安装有左端球型滚珠7和右端球型滚珠8，所述球型滚珠可在外延支架安装孔内自由转动，左端球型滚珠7与可动锥盘油缸9的左侧接触，右端球型滚珠8与可动锥盘油缸9的右侧接触，因此滚珠丝杆螺母4与可动锥盘油缸9在轴向上运动保持一致，而可动锥盘油缸9的轴向移动与可动锥盘1b同步，这样使滚珠丝杆螺母4在轴向运动上与可动锥盘1b成为一体，即可动锥盘1b与滚珠丝杆螺母4在轴向上的运动一致。

此外，滚珠丝杆轴3与滚珠丝杆螺母4构成滚珠丝杆副，由滚珠丝杆副运动关系可知，当滚珠丝杆螺母4沿轴向移动时，与滚珠螺母内部滚珠10滚动摩擦，内部滚珠10与滚珠丝杆滚道摩擦，使滚珠丝杆轴3绕轴旋转，

此外，滚珠丝杆轴3内部设有油道，滚珠丝杆轴中间部位开有喷油嘴31，滚珠丝杆轴开口端32与壳体润滑油管道51相连，滚珠丝杆轴另一端封闭，滚珠丝杆轴封闭端30与无级变速器壳体5通过螺纹连接，使滚珠丝杆轴在旋转时沿轴向移动。

此外，所述滚珠丝杆轴开口端32与壳体润滑油管道51之间装有密封圈11，防止当滚珠丝杆轴3轴向移动时润滑油泄露。

在图3中，上部分表示传动带2位于图1中实线位置即最大速比时，沿a-a剖面图，而下半部分表示传动带2位于图1中虚线位置即最小速比时，沿a-a剖面图，从最大速比到最小速比，滚珠丝杆螺母4轴向向左移动最大距离为x1，而传动带2的中心线轴向移动的最大距离为δ，而滚珠丝杆轴3和滚珠丝杆轴上的喷油嘴31向左移动x2，剖面c-c是大速比时的喷油嘴31所在截面的剖面图，剖面d-d是最小速比时的喷油嘴31所在截面的剖面图，剖面c-c和剖面d-d两个剖面图中的喷油嘴31所夹的角度是θ1。

接下来对整个运动过程说明，例如无级变速器从最大速比向最小速比变化，首先是主动带轮可动锥盘的加压装置压力变化，使主动带轮的可动锥盘1b和油缸9一起向左移动x，传动带2沿带轮径向向外移动，同时传动带2的中心线沿轴向向左移动δ，左端球型滚珠7受到可动锥盘油缸9的推力一起向左移动，左端球型滚珠7安装在滚珠丝杆螺母4的外延支架上，左端球型滚珠7的轴向运动与滚珠丝杆螺母4一致，因此，滚珠丝杆螺母4轴向移动与可动锥盘1b的移动相同的距离x。

滚珠丝杆螺母4向左移动时，滚珠丝杆螺母的内部滚珠10也随之滚动，滚珠丝杆螺母的内部滚珠10与滚珠丝杆轴3的滚道摩擦，使滚珠丝杆轴3绕其中心轴线逆时针旋转，位于滚珠丝杆轴上的喷油嘴31也与滚珠丝杆轴3一起逆时针旋转，喷油嘴31旋转相应的角度θ1，使喷油嘴31在径向上恰好对着传动带2与主动带轮1接触部喷射润滑油。

滚珠丝杆轴封闭端30与无级变速器壳体5通过螺纹连接，因此当滚珠丝杆轴3旋转时，滚珠丝杆轴3轴向向左移动x2，恰好与传动带2轴向位移δ相等，位于滚珠丝杆轴上的喷油嘴31也轴向移动x2，使喷油嘴31在轴向上始终位于传动带2的中心线。

至此，上述过程完成无级变速器从最大速比到最小速比的精确润滑。

以下说明无级变速器从最小速比到最大速比，主动带轮可动锥盘的加压装置压力变化，使主动带轮的可动锥盘1b和可动锥盘油缸9一起向右移动x，传动带2沿带轮径向向内移动，同时传动带2的中心线轴向向右移动δ，右端球型滚珠8受到可动锥盘油缸9的推力一起向右移动，右端球型滚珠8安装在滚珠丝杆螺母4上的外延支架上，右端球型滚珠8的轴向运动与滚珠螺母4一样，因此，滚珠丝杆螺母4轴向移动与可动锥盘1b的移动相同距离x。

滚珠丝杆螺母4向右移动时，滚珠丝杆螺母的内部滚珠10也随之滚动，滚珠丝杆螺母的内部滚珠10与滚珠丝杆轴的滚道摩擦，使滚珠丝杆轴3绕其中心轴线顺时针旋转，位于滚珠丝杆轴上的喷油嘴31也与滚珠丝杆轴3一起顺时针旋转，喷油嘴31旋转相应的角度θ1，使喷油嘴31在径向上恰好对着传动带2与主动带轮1接触部喷射润滑油，滚珠丝杆轴封闭端30与无级变速器壳体5通过螺纹连接，因此当滚珠丝杆轴3旋转时，滚珠丝杆轴3轴向向右移动x2，与传动带2轴向位移δ相等，位于滚珠丝杆轴上的喷油嘴31也轴向移动x2，使喷油嘴31在轴向上始终位于传动带2的中心线。

至此完成无级变速器从最小速比到最大速比的精确润滑。

因为滚珠丝杆轴3是由内部滚珠10滚动摩擦驱动，不发生自锁，无级变速器从最大速比到最小速比与最小速比变化到最大速比为互逆过程，都可顺利实现，至此本发明可完成对整个速比范围变化的适应调节。

此外，当无级变速器保持在某一速比工作时，即主动带轮的可动锥盘1b不发生轴向移动，可动锥盘油缸9在轴向上的位置不变，则此时位于可动锥盘油缸9两侧的左端球型滚珠7和右端球型滚珠8都不受到轴向上的推力，因此滚珠丝杆螺母4不会发生轴向上的移动，而滚珠丝杆3上的喷油嘴31喷射的角度保持不变，实现速比固定时，对无级变速器的精确润滑。

以下提出对滚珠丝杆轴3的设计方式，上述物理量需要满足以下关系：

x＝x1；

x＝2δ；

x2＝δ；

θ＝θ1；

x1＝nx2；

其中：

x：主动轮可动锥盘轴向移动距离

x1：滚珠丝杆螺母轴向移动距离

δ：传动带中心线的轴向移动距

x2：滚珠丝杆轴的轴向移动距离

p：滚珠丝杆轴的螺距

θ：最大速比与最小速比传动带分别与带轮开始接触点位置和喷油嘴的夹角

θ1：滚珠丝杆轴绕轴线旋转的角度

n：滚珠丝杆轴上螺纹的旋线数

由上述关系式可以设计出满足要求的滚珠丝杆轴。

在本实例中，测量出x＝15.16mm，δ＝7.58mm，θ＝35.0°，代入上式中，可算出滚珠丝杆轴3的螺距为78.00mm，滚珠丝杆轴3上的螺纹旋线数是2。

以下说明根据无级变速器的参数可直接计算出在不同速比下传动带2与主动带轮1接触部变化时所对应的角度α，图4是无级变速器的几何关系图，由以下公式可以计算出：

αa＝π-2γ

αb＝π+2γ

其中：

l：传动带的总长

r1：主动轮节圆半径

αa：主动轮包角

r2：从动轮节圆半径

αb：从动轮包角

s：主动带轮和从动带轮的中心距

i：速比

由上述公式可以推出速比i与包角αa的等式以及速比i与主动带轮1节圆半径r1的等式，图5中绘制了速比i与αa包角的关系图，图6绘制了速比i与主动轮1节圆半径的r1关系，由此两者可以确定任意速比时传动带2与主动带轮1开始接触部的位置，即图7中b点的具体位置。

在图7中，a点是最大速比时传动带2与主动带轮1开始接触部的位置，b点是任意速比传动带2与主动带轮1开始接触部的位置，c点是滚珠丝杆轴3安装位置，d点是最小速比时传动带2与主动带轮1开始接触部的位置，由角α1和oc长度即可确定滚珠丝杆轴3的安装位置，即角α1和oc长度为已知量，ob长度等于r1，角度关系还满足：

在△obc中：

α＝α3-∠oca；

由上式可以计算出α，结果如图9所示。

速比变化时，在图8中，剖面图c-c是无级变速器最大速比时喷油嘴31所在截面的剖面图，剖面图d-d是喷油嘴31在任意速比时旋转的位置，以最大速比时喷油嘴31位置为基准，喷油嘴31随可动锥盘1b移动发生旋转角度记为β，喷油嘴31旋转角β的计算公式如下：

x＝2cot(79°)(r1-rmin)；

其中rmin是最大速比时的主动带轮1与传动带2接触节圆半径。

喷油嘴31旋转角度β与可动锥盘1b轴向移动距离x成线性关系，计算结果如图9所示，因为滚珠丝杆轴的螺距在上述的设计中满足最大和最小速比时喷油嘴31恰好正对准传动带2与主动带轮1开始接触部，而α与可动锥盘1b的轴向位移并不成线性，故在最大速比和到最小速比的过程喷油嘴31所对的角度存在一定的误差，但是可以通过调整滚珠丝杆轴3安装角来减小此误差。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。