无级变速器的制作方法

专利名称：无级变速器的制作方法
技术领域：
本发明的领域总体上涉及变速器，并且更具体地，本发明涉及用于无级变速器 (CVT)的方法、组件以及部件。
背景技术：
已有获得从输入速度到输出速度的连续可变比率的众所周知的方法。典型地，用
于调节CVT中的输出速度与输入速度的速比的机构称为变换器(vatiator)。在带式CVT
中，变换器由两个可调节的带轮组成，所述两个可调节的带轮由带联接。在单腔环式CVT中
的变换器通常具有两个绕轴转动的部分环形的变速器盘和两个或更多个盘形动力滚子，所
述盘形动力滚子绕与轴垂直的各轴线转动并且被夹紧在输入与输出变速器盘之间。通常必
要的是具有用于变换器的控制系统，以便可以在操作中获得期望的速比。 此处公开的变换器的实施例包括使用球形速度调节器(也称为动力调节器、球、
球形齿轮或滚子)的球式变换器，所述球形速度调节器各自都具有可倾斜的转动轴线，所
述可倾斜的转动轴线适于在操作期间被调节以获得期望的输出速度与输入速度的比。速度
调节器成角度地分布在与CVT的纵向轴线垂直的平面内。速度调节器一侧与输入盘接触，
并且另一侧与输出盘接触，输入盘和输出盘中的一个或两个都向滚子施加夹紧接触力，以
用于转矩的传递。输入盘以输入转速向速度调节器施加输入转矩。当速度调节器绕其自身
轴线转动时，速度调节器将转矩传递到输出盘。输出速度与输入速度的比是输入和输出盘
的接触点到速度调节器的轴线的半径的函数。通过相对于变换器的轴线倾斜速度调节器的
轴线调节速比。 在工业上日益需要提供改进的性能和操作控制的变换器及其控制系统。此处公开 的系统和方法的实施例阐述了所述需要。

发明内容
在此说明的系统和方法具有若干特征，这些特种中的单个特征都不用于单独地实 现所期望的其属性。在不限制以下权利要求的表达范围的情况下，现在将简要地讨论其较 突出的特征。在考虑该讨论之后，尤其在阅读标题为"具体实施方式
"的部分之后，本领域 的技术人员将理解所述系统和方法的特征如何提供超出传统的系统和方法的优点。
本发明的一个方面涉及一种控制具有一组牵引行星轮的变速器的方法。该方法包 括以下步骤给每个牵引行星轮都提供行星轮轴；并且，将斜角施加至每个行星轮轴。在一 个实施例中，该方法还可以包括倾斜每个行星轮轴的步骤。 本发明的另一方面涉及一种帮助控制无级变速器(CVT)的速比的方法。该方法可
10以包括以下步骤提供一组牵引行星轮；并且，给每个牵引行星轮都提供行星轮轴。每个牵 弓I行星轮都可以构造成绕各行星轮轴转动。在一个实施例中，该方法包括提供第一托架板， 所述第一托架板构造成接合每个行星轮轴的第一端部。第一托架板可以沿着CVT的纵向轴 线安装。该方法可以包括提供第二托架板的步骤，所述第二托架板构造成接合每个行星轮 轴的第二端部。第二托架板可以与第一托架板同轴地安装。该方法还可以包括以下步骤 相对于第二托架板布置第一托架板，以便在CVT的操作期间第一托架板可以相对于第二托 架板绕纵向轴线转动。 本发明的又一方面涉及一种具有一组牵引行星轮的变速器，所述一组牵引行星轮 绕变速器的纵向轴线成角度地布置。在一个实施例中，该变速器具有一组行星轮轴。每个 行星轮轴都可以操作地联接到每个牵引行星轮。每个行星轮轴都可以限定用于每个牵引行 星轮的可倾斜的转动轴线。每个行星轮轴都可以构造成用于在第一平面和第二平面内的角 位移。该变速器可以具有第一托架板，所述第一托架板可操作地联接到每个行星轮轴的第 一端部。第一托架板可以绕纵向轴线安装。该变速器还可以具有第二托架板，所述第二托 架板可操作地联接到每个行星轮轴的第二端部。第二托架板可以绕纵向轴线安装。第一托 架板和第二托架板构造成相对于彼此绕纵向轴线转动。 本发明的一个方面涉及一种用于具有一组牵引行星轮的无级变速器(CVT)的控 制系统，所述一组牵引行星轮具有可倾斜的转动轴线。该控制系统包括控制基准源，所述控 制基准源构造成提供表示CVT的期望的操作条件的控制基准。在一个实施例中，该控制系 统还包括斜动态模块，所述斜动态模块可操作地联接到控制基准源。斜动态模块可以构造 成至少部分地基于斜角值来确定可倾斜的转动轴线的调节。 本发明的另一方面涉及一种控制具有一组牵引行星轮的无级变速器(CVT)的方 法。每个牵引行星轮都具有行星轮轴，所述牵引行星轮绕所述行星轮轴转动。该方法包括 以下步骤提供表示CVT的期望的操作条件的控制基准；并且，至少部分地基于CVT的期望 的操作条件来确定斜角。在一个实施例中，该方法包括将斜角施加到每个行星轮轴的步骤。
本发明的又一方面阐述一种控制具有一组牵引行星轮的无级变速器(CVT)的方 法，所述一组牵引行星轮具有可倾斜的转动轴线。该方法包括以下步骤提供表示CVT的期 望的操作条件的控制基准；并且，感测CVT的当前的操作条件。在一个实施例中，该方法包 括以下步骤将期望的操作条件与当前的操作条件相比较，由此产生控制误差。该方法还包 括以下步骤将斜角施加至每个可倾斜的轴线。斜角至少部分地基于控制误差。
在另一方面中，本发明涉及一种控制具有一组牵引行星轮的无级变速器(CVT)的 方法，所述一组牵引行星轮绕CVT的纵向轴线成角度地布置，每个牵引行星轮都安装在行 星轮轴上，所述行星轮轴限定可倾斜的转动轴线。CVT可以具有与每个牵引行星轮都接触的 牵引太阳轮。牵引太阳轮可以构造成轴向地平移。该方法包括以下步骤将牵引太阳轮联 接到太阳轮位置锁定装置。太阳轮位置锁定装置可以构造成将牵引太阳轮保持在轴向位置 处。在一个实施例中，该方法包括以下步骤提供斜角协调器，所述斜角协调器可以操作地 联接到牵引行星轮并且可操作地联接到牵引太阳轮。斜角协调器可以构造成调节行星轮轴 的倾斜角。 本发明的另一方面涉及一种用于具有牵引太阳轮和一组牵引行星轮的变速器的 控制系统，每个所述牵引行星轮都具有可倾斜的转动轴线。该控制系统具有控制基准源，所
11述控制基准源构造成提供表示变速器的期望的操作条件的控制基准。在一个实施例中，该 控制系统具有反馈源，所述反馈源构造成提供表示变速器的当前的操作条件的反馈。该控 制系统可以具有太阳轮位置锁定装置，所述太阳轮位置锁定装置可操作地联接到牵引太阳 轮。太阳轮位置锁定装置可以构造成选择地保持牵引太阳轮的轴向位置。该控制系统可以 具有斜角协调器，所述斜角协调器可操作地联接到牵引行星轮。该控制系统还可以具有决 策处理模块，所述决策处理模块构造成将控制基准与反馈相比较。决策处理模块可以构造 成至少部分地基于所述比较而产生信号。该信号构造成传到太阳轮位置锁定装置并且传到 斜角协调器。 本发明的一个方面涉及一种用于具有牵引太阳轮和一组牵引行星轮的变速器的 控制系统，所述一组牵引行星轮可操作地联接到托架板并且可操作地联接到牵引太阳轮。 该控制系统包括控制基准螺母，所述控制基准螺母与CVT的纵向轴线同轴地安装。在一个 实施例中，该控制系统包括反馈凸轮，所述反馈凸轮可操作地联接到控制基准螺母并且可 操作地联接到牵引太阳轮。反馈凸轮可以与控制基准螺母同轴地定位。托架板与反馈凸轮 同轴地定位。该控制系统还包括斜凸轮，所述斜凸轮联接到反馈凸轮并且联接到托架板。斜 凸轮可以构造成绕纵向轴线转动托架板。 本发明的另一方面涉及一种用于控制无级变速器(CVT)的方法。该方法包括以下 步骤提供基于歪斜的控制系统；并且，可操作地联接中和器组件到基于歪斜的控制系统。 中和器组件可以构造成平衡在操作期间在CVT中所产生的一组轴向力。
本发明的又一方面包括一种控制具有牵引太阳轮和一组牵引行星轮的无级变速 器(CVT)的方法，每个所述牵引行星轮都具有可倾斜的转动轴线。该方法包括以下步骤感 测在CVT的操作期间在牵引太阳轮上施加的轴向力。在一个实施例中，该方法还包括以下 步骤供给轴向力的相反方向的且同等量值的力。所述力可以构造成可操作地施加到牵引 太阳轮。 本发明的一个方面涉及一种用于具有基于歪斜的控制系统的无级变速器的中和 器组件。该中和器组件可以具有第一阻力构件，所述第一阻力构件构造成产生沿着第一轴 向方向的力。在一个实施例中，该中和器组件具有第二阻力构件，所述第二阻力构件构造成 产生沿着第二轴向方向的力。该中和器组件还可以具有平移阻力帽，所述平移阻力帽可操 作地联接到基于歪斜的控制系统。平移阻力帽可以构造成分离地接合第一阻力构件和第二 阻力构件中的每个。 本发明的另一方面涉及一种用于基于歪斜的控制系统的反馈凸轮。该反馈凸轮具 有大致细长的圆柱形本体，所述圆柱形本体具有第一端部和第二端部。在一个实施例中，该 反馈凸轮具有布置在第一端部上的轴承座圈。该反馈凸轮可以具有布置在第一端部上的螺 纹部分。该反馈凸轮还可以具有布置在第二端部上的花键部分。 本发明的又一方面阐述一种用于具有基于歪斜的控制系统的无级变速器(CVT) 的斜凸轮。该斜凸轮具有大致细长的圆柱形本体，所述圆柱形本体具有第一端部和第二端 部。在一个实施例中，该斜凸轮具有与第一端部接近地布置的第一螺纹部分。该斜凸轮可 以具有与第二端部接近地布置的第二螺纹部分。第一螺纹部分的导程小于第二螺纹部分的 导程。 在另一方面中，本发明涉及一种用于具有基于歪斜的控制系统和一组牵引行星轮
12的无级变速器(CVT)的托架板。该架板包括大致圆柱形的板和一组凹面，所述一组凹面形 成在圆柱形的板的面上。凹面适于可操作地联接到每个牵引行星轮。在一个实施例中，托 架板包括带螺纹的中央膛孔，所述带螺纹的中央膛孔构造成可操作地联接到基于歪斜的控 制系统。该架板还可以具有反作用面，所述反作用面与中央膛孔同轴。反作用面可以构造 成可操作地联接到基于歪斜的控制系统。 本发明的另一方面涉及一种用于具有基于歪斜的控制系统的无级变速器(CVT) 的腿组件。该腿组件包括腿，所述腿具有细长的本体，所述细长的本体具有第一端部和第二 端部。该腿具有形成在第一端部上的第一膛孔和与第一端部接近地形成的第二膛孔。第二 膛孔可以具有第一间隙膛孔和第二间隙膛孔。第二膛孔可以与第一膛孔基本垂直。腿组件 还可以包括换档导向滚子轴，所述换档导向滚子轴可操作地联接到第二膛孔。换档导向滚 子轴可以适于在第二膛孔中枢转。 本发明的一个方面涉及一种用于具有基于歪斜的控制系统的无级变速器(CVT) 的腿。该腿具有细长的本体，所述细长的本体具有第一端部和第二端部。在一个实施例中， 该腿具有形成在第一端部上的第一膛孔和与第一端部接近地形成的第二膛孔。第二膛孔可 以具有第一间隙膛孔和第二间隙膛孔。第二膛孔可以与第一膛孔基本垂直。该腿还可以具 有第三间隙膛孔，所述第三间隙膛孔形成在第一间隙膛孔与第二间隙膛孔之间。第三间隙 膛孔可以构造成为CVT的换档导向滚子轴提供枢转位置。 本发明的另一方面涉及一种具有纵向轴线的变速器。在一个实施例中，该变速器 包括牵引太阳轮，所述牵引太阳轮与纵向轴线同轴。牵引太阳轮可以构造成轴向地平移。 该变速器可以具有第一托架板和第二托架板，所述第一托架板和第二托架板与纵向轴线同 轴。牵引太阳轮定位在第一托架板和第二托架板之间。该变速器可以具有行星齿轮组，所 述行星齿轮组可操作地联接到控制基准输入源。在一个实施例中，该变速器具有反馈凸轮， 所述反馈凸轮可操作地联接到行星齿轮组并且可操作地联接到牵引太阳轮。该变速器可以 具有斜凸轮，所述斜凸轮可操作地联接到行星齿轮组并且可操作地联接到第一托架板。该 变速器还可以具有第一阻力构件和第二阻力构件，所述第一阻力构件和第二阻力构件可操 作地联接到斜凸轮。第一托架板构造成可相对于第二托架板转动。 本发明的又一方面包括一种用于具有基于歪斜的控制系统的无级变速器(CVT) 的控制基准组件。该控制基准组件包括控制基准螺母。该控制基准组件可以包括第一阻力 构件和第二阻力构件，所述第一阻力构件和第二阻力构件联接到控制基准螺母。在一个实 施例中，控制基准组件包括中间反作用构件，所述中间反作用构件联接到第一阻力构件和 第二阻力构件。中间反作用构件可以与控制基准螺母同轴地从控制基准螺母径向地向内布 置。控制基准螺母沿着第一方向的转动激发第一阻力构件。控制基准螺母沿着第二方向的 转动激发第二阻力构件。 本发明的一个方面涉及一种用于具有基于歪斜的控制系统的无级变速器(CVT) 的控制基准组件。该控制基准组件具有控制基准螺母。该控制基准组件可以具有第一阻力 构件和第二阻力构件，所述第一阻力构件和第二阻力构件联接到控制基准螺母。在一个实 施例中，该控制基准组件包括带轮，所述带轮可操作地联接到控制基准螺母。该控制基准组 件可以具有第一缆索和第二缆索，所述第一缆索和第二缆索各自都联接到控制基准螺母并 且联接到带轮。该控制基准组件还可以具有弹簧保持构件，所述弹簧保持构件联接到带轮并且联接到第一阻力构件和第二阻力构件。控制基准螺母沿着第一方向的转动从带轮退绕 第一缆索。控制基准螺母沿着第二方向的转动从带轮退绕第二缆索。 本发明的另一方面涉及一种变速器，所述变速器具有托架板，所述托架板与变速 器的纵向轴线同轴地安装。在一个实施例中，该变速器包括一组牵引行星轮，所述一组牵引 行星轮绕纵向轴线成角度地布置。该变速器可以包括行星轮轴，所述行星轮轴可操作地联 接到每个牵引行星轮。行星轮轴限定可倾斜的转动轴线。该变速器可以包括行星轮支承耳 轴，所述行星轮支承耳轴联接到各行星轮轴。行星轮支承耳轴可以具有偏心的斜凸轮，所述 偏心的斜凸轮构造成联接到托架板。该变速器还可以包括套筒，所述套筒联接到每个行星 轮支承耳轴。套筒可以构造成轴向地平移。套筒可以构造成转动。套筒的转动将斜角施加 至每个行星轮轴。 本发明的又一方面阐述一种用于具有一组牵引行星轮的无级变速器(CVT)的转 矩调节器，所述一组牵引行星轮具有可倾斜的转动轴线。该转矩调节器包括托架板，所述托 架板与CVT的纵向轴线同轴地安装。在一个实施例中，该转矩调节器包括换档凸轮，所述换 档凸轮可操作地联接到托架板。换档凸轮具有螺纹扩展部。该转矩调节器包括第一反作用 臂，所述第一反作用臂联接到换档凸轮。第一反作用臂可以操作地联接到托架板。第一反作 用臂与纵向轴线同轴。该转矩调节器还包括第二反作用臂，所述第二反作用臂可操作地联 接到第一反作用臂。第一反作用臂和第二反作用臂构造成在CVT的操作期间转动托架板。
在另一个方面中，本发明涉及一种调节具有一组牵引行星轮的无级变速器(CVT) 的速比的方法，所述一组牵引行星轮绕CVT的纵向轴线成角度地构造。每个牵引行星轮都 安装在行星轮轴上，所述行星轮轴限定用于各牵引行星轮的可倾斜的转动轴线。该方法包 括将斜角施加至每个行星轮轴的步骤。 本发明的另一方面涉及一种调节具有一组牵引行星轮的无级变速器(CVT)的速 比的方法，所述一组牵引行星轮绕CVT的纵向轴线成角度地构造。每个牵引行星轮都具有 可倾斜的转动轴线。该方法包括将斜角施加至每个可倾斜的转动轴线的步骤。


图1A是球行星式无级变速器(CVT)和某些相关的坐标系的示意图； 图1B是与图1A中所示的坐标系相关的某些相对坐标系的视图； 图1C是在图1A的CVT的某些接触部件之间的某些运动学关系的示意图； 图1D是用于CVT牵引部件之间的典型的牵引流动和滚动接触的牵引系数对相对
速度的代表性的图表； 图1E是图1A的CVT的牵引行星轮的自由体受力图；
图1F是示出斜角的图1A的CVT的牵引行星轮的示意图； 图2是传动设备的实施例的框图，所述传动设备构造成使用某些本发明的CVT和 斜控制系统的实施例以及在此公开的方法； 图3是构造成采用斜角调节以导致牵引行星轮的转动轴线倾斜的CVT的某些部件 的透视图； 图4是可以用在例如图2的传动设备中的斜控制系统的实施例的框图； 图5A是可以与例如图2的传动设备一起使用的斜控制系统的另一个实施例的示意图； 图5B是可以与例如图2的传动设备一起使用的斜控制系统的又一个实施例的示 意图； 图5C是可以与例如图2的传动设备一起使用的斜控制系统的再一个实施例的示 意图； 图6是构造成采用斜角调节以帮助CVT的速比的调节的CVT的剖视图； 图7是图6的CVT的某些部件的局部剖视的、分解的透视图，为了说明清楚，CVT
在两页中示出；其中与CVT的主轴线垂直的、且通过牵引行星轮的中心的平面将CVT分成两
段； 图8是图6的CVT的某些部件的局部剖视的、分解的透视图，图8是所示的CVT的 第二段，其与图7中所示的段互补； 图9是可以与图6的CVT —起使用的行星轮腿组件的透视图； 图10是图9的行星轮腿组件的剖视图； 图11是图6的CVT的细节A的详细视图； 图12是图6的CVT的细节B的详细视图； 图13是可以与图6的CVT —起使用的主轴的透视图； 图14是图13的主轴的剖视图； 图15是可以与图6的CVT —起使用的反馈凸轮的透视图； 图16是图15的反馈凸轮的剖视图； 图17是可以与图6的CVT —起使用的斜凸轮的透视图； 图18是图17的斜凸轮的剖视图； 图19是可以与图6的CVT —起使用的托架板的透视图； 图20是图19的托架板的剖视图； 图21是可以与图6的CVT —起使用的换档凸轮的局部剖视的透视图； 图22是可以与使用斜控制的CVT的某些实施例一起使用的腿组件的透视图； 图23是图22的腿的某些部件的剖视图； 图24是构造成使用斜角的调节以导致CVT的牵引行星轮的转动角的调节的CVT 的另一个实施例的剖视图； 图25是图24的CVT的某些部件的局部剖视的分解图； 图26是图24的CVT的细节C的详细视图； 图27是可以与图24的CVT —起使用的主轴的透视图； 图28是可以与图24的CVT —起使用的反馈凸轮的透视图； 图29是图28的反馈凸轮的剖视图； 图30是构造成使用斜角的调节以导致速比的调节的CVT的又一个实施例的剖视 图； 图31是图30的CVT的某些部件的局部剖视的分解图； 图32是图30的CVT的细节D的详细视图； 图33是可以与图30的CVT —起使用的反馈凸轮的透视图； 图34是图33的反馈凸轮的剖视15
图35是可以与图30的CVT —起使用的换档凸轮的局部剖视图的透视图； 图36是具有基于歪斜的控制系统和中和器组件的CVT的实施例的某些部件的剖 视图； 图37是具有基于歪斜的控制系统和中和器组件的CVT的另一个实施例的某些部 件的剖视图； 图38是图37的CVT的细节E的详细视图； 图39是具有基于歪斜的控制系统和中和器组件的CVT的又一个实施例的某些部 件的剖视图； 图40是图39的CVT的细节F的详细视图； 图41具有基于歪斜的控制系统和中和器组件的CVT的再一个实施例的某些部件 的剖视图； 图42是可以与图41的CVT —起使用的控制基准组件的局部剖视图的分解图； 图43是图42的控制基准组件的剖视图； 图44是可以与图43的控制基准组件一起使用的控制基本螺母的平面图； 图45是可以与图43的控制基准组件一起使用的中间反作用构件的剖视透视图； 图46是图44的控制基准螺母的局部剖视的透视图； 图47是图41的CVT的细节G的详细视图； 图48是具有基于歪斜的控制系统的CVT的另一个实施例的剖视图； 图49是图48的CVT的细节H的详细视图； 图50是图48的CVT的某些部件的局部剖视的分解图； 图51A是具有本发明的基于歪斜的控制系统的CVT的实施例的某些部件的平面 图； 图51B是图51A的CVT的另一个平面图； 图52是图51A的CVT的剖视图； 图53A是图51A的CVT的细节I的详细视图； 图53B是图51A的CVT的细节J的详细视图； 图54是图51A的CVT的分解透视图； 图55是可以与图51A的CVT —起使用的凸轮的套筒的透视图； 图56是可以与图51A的CVT —起使用的行星轮支承耳轴的局部剖视的透视图； 图57是具有某些本发明的特征的转矩调节器的平面图； 图58是图57的转矩调节器的剖视图。
具体实施例方式
现在将参照

本发明的实施例，其中相同的附图标记指示相同的部件。 在本说明书中使用的术语不应当被理解为任何限制或约束，因为其仅用于对本发明的 某些特定实施例的详细说明。而且，本发明的实施例可以包括若干新颖的特征，这些特 征的单个特征没有一个可单独实现所期望的其属性，或者对于实施本发明而言不是必 不可少的。在此说明的某些CVT实施例总体上涉及在以下文献中所公开的类型，即美 国专利Nos. 6， 241， 636 ;6， 419， 608 ;6， 689， 012 ;7， 011， 600 ;7， 166， 052 ;美国专利申i青
16No. 11/243， 484和11/543， 311 ;以及2006年11月18日提交的2010年8月4日 申请日期2008年7月1日 优先权日2007年7月5日
发明者B·P·波尔, C·洛尔, F·A·托马西 申请人:瀑溪技术公司