增量可变变速器的制作方法

专利名称：增量可变变速器的制作方法
增量可变变速器
背景技术：
本发明涉及设备的输出转速相对于输入转速的比是可增量调节的可变变速器 (IVT)设备。国际申请PCT/ZA 2004/000023(这里称为“在先申请”)的说明书描述了一种输 出速度相对于输入速度的比可增量变化的无级变速器。但是，该设备结构复杂，不够紧凑。 另一种不利因素是，该设备的输入与输出传动件之间的传动链内的张力会以令人不满的方 式变化，例如，依赖于原动机是否正操作在该设备上，或者该设备是否正在使用在制动模式 中。本发明旨在提供一种可变变速器设备，该设备紧凑并可传递大量的动力，且其输 出速度相对于输入速度的比可以大量的小增量变化，使得为实用目的，其输出速度不以阶 梯的方式变化。本发明的目的还在于提供一种集成式链张紧系统，该系统具有简单、牢固和 集成的机械式换档机构，从而避免使用液压布置。例如，最后所述方面尤其重要，因为具有 液压控制系统的IVT设备中的液压泵连续运行且会消耗达5%至6%可用动力。

发明内容
本发明提供了一种可变变速器设备，包括可绕着输入轴线以第一速度旋转的输入 传动件、可绕着输出轴线以依赖于第一速度的第二速度旋转的输出传动件、可操作以改变 所述第二速度而不改变第一速度的控制器、响应于所述输出传动件的旋转通过基准位置在 第一和第二位置之间摆动的凸轮布置、以及致动机构，当所述凸轮布置处于所述第一位置 或第二位置时，所述致动机构可选择性地操作以引起所述控制器的运行从而将所述第二速 度增大或减小一增量。依赖于操作因素，所述致动机构可包括单个致动器该致动器用于根据要求使第二 速度增大或减小。在不同的方法中，使用至少第一和第二致动器来使第二速度增大或减小
一增量。所述凸轮布置的第一位置为从所述基准位置沿第一旋转方向移动第一角度的第 一限制位置。所述第二位置为从所述基准位置沿着与所述第一方向相反的第二旋转方向移 动所述第一角度的第二限制位置。在当所述凸轮布置处于所述第一限制位置时所述凸轮布 置可提供第一停留时间段，并且在所述第一停留时间段期间，所述致动机构可操作。类似 地，当所述凸轮布置处于所述第二限制位置时可提供第二停留时间段，并且在所述第二停 留时间段期间，所述致动机构可操作。所述致动机构能够以预定方式机械地或电动地或者通过人工干预而操作。优选 地，所述致动机构中的每个致动器都包括各自的螺线管，使用本领域公知的技术(本说明 书中不再描述)，所述致动器可被适当的控制单元(例如，微处理器或类似的装置)操作。 尽管这方面对所述设备的有效操作是重要的，但是它对理解体现在所述设备中的发明原理 的理解不直接相关。所述凸轮布置可与具有不同输入传动件和不同输出传动件的各种设备一起使用。在本发明原理的优选应用中，所述凸轮布置与可与大体上跟在先说明中描述的设备类似的 设备一起使用。因此，在先说明书的内容包含于本文。这样，在优选应用中，所述输出传动 件包括轴向对齐且相对的第一和第二锥形盘，所述第一和第二锥形盘间隔开，且可绕所述 输出轴线旋转，所述控制器包括在所述第一与第二盘之间作用螺杆组件，通过所述致动机 构的操作，所述螺杆组件可以第一模式操作以将所述盘之间的间距增大第一量从而将所述 第二速度增大一增量，通过所述致动机构的操作，所述螺杆组件可以第二模式操作以将所 述盘之间的间距减小第二量从而将所述第二速度减小一增量。如果使用单个致动器，那么通常为螺线管的所述致动器必须能在限定的期间内施 加足够的力，以便有效操作。通常，前述盘大体上可为在先说明书中描述的类型。可使用传动链将旋转传动从 所述输入传动件传递到所述输出传动件，并且大体上，所述传动链可类似于在先说明书中 已经描述的。所述输入传动件包括可绕所述输入轴线旋转的输入轴、安装成绕该输入轴线旋转 的惰轮、安装为限制绕所述输入轴线的枢转运动的第一摆臂、在所述第一摆臂上的第一传 动链齿轮、安装为限制绕所述输入轴线的枢转运动的第二摆臂、在所述第二摆臂上的第二 传动链齿轮、以及齿轮组件，所述传动链与所述第一和第二传动链齿轮接合并通过所述惰 轮，通过所述输入轴的旋转，所述齿轮组件引起所述第一和第二传动链齿轮的旋转从而引 起所述输出传动件的旋转。所述摆臂可沿随着传动比(所述第二速度相对于所述第一速度的比率)改变而变 化的不同方向从所述输入轴线延伸。对于任何给定方向，即操作位置，所述摆臂可安装成具 有小程度的枢转运动。这可通过提供第一止动件来实现，所述第一止动件在所述传动链在 所述第一链齿轮与所述输出传动件之间的第一部分被张紧时限制所述第一摆臂的枢转运 动。类似地，可提供第二止动件，其在所述传动链在所述第二链齿轮与所述输出传动件之间 的第二部分被张紧时限制所述第二摆臂的枢转运动。所述第一止动件可包括用于在所述传 动链的第二部分被张紧时张紧所述传动链的第一部分的第一偏压机构，类似地，所述第二 止动件可包括用于在所述传动链的第一部分被张紧时张紧所述传动链的第二部分的第二 偏压机构。所述第一和第二传动链齿轮可安装至各自的轴，以便在所述第一和第二盘之间的 间距改变时沿着所述轴的相对轴向移动。所述设备优选包括响应于所述第二速度的增量变化通过调整所述摆臂的位置来 调整所述传动链中的张力的机构。动力可沿不同方向流过所述设备。例如，在车辆应用中， 动力从发动机通过所述设备传递至车辆的驱动轮。但是，如果发生发动机制动，例如车辆以 减小的发动机动力输出来下坡时，那么动力沿相反方向流过所述设备。为了减小惰轮上的 链张力，并有效将所述惰轮从链张力效应隔离开，在动力由所述输出传动件输出时，所述传 动链在所述第一传动链齿轮与所述输出传动件之间的部分被张紧，当动力输入到所述输出 传动件时，所述传动链在所述第二传动链齿轮与所述输出传动件之间的部分被张紧。所述设备可包括可相对于所述输出轴线横向移动的支撑滑动结构、以及安装至所 述支撑滑动结构的第一和第二导向惰轮，所述第一和第二导向惰轮与所述传动链接合并间 隔开形成间隙，所述传动链的相对部分分别穿过该间隙到达所述输出传动件和从所述输出传动件穿过该间隙，其中响应于所述凸轮布置的增量移动，所述支撑滑动结构及所述第一 和第二导向惰轮移动并引起所述第一和第二摆臂的增量枢转运动。优选地，所述第一止动件是可响应于所述第一摆臂的运动和所述第一偏压机构的 动作从第一止动位置移动通过具有最大宽度2L的第一间隙，所述第二止动件可响应于所 述第二摆臂的运动和所述第二偏压机构的动作从所述第二止动位置移动通过具有最大宽 度2L的第二间隙，其中所述第一间隙的和与第二间隙的和为2L。所述传动链中的预加载紧张力优选通过所述两个偏压机构来确定。


参考附图，通过例子进一步描述本发明，其中图IA和IB为根据本发明的可变变速器(IVT)设备的平面图，示出了通过该设备 的不同传动传递线路；图2为所述设备的立体图；图3为所述设备的侧视图，其中省略了某些部件，以清楚示出下方部件的基本特 征；图4为所述设备的输入传动单元部件的分解图；图5和6分别示出了所述设备的处于组装和分解结构的输出传动盘；图6A为输出传动盘之一上的本体的放大图；图6B示出了图6A中本体的进一步细节；图7类似于图6，但是示出了与图6中所示的相对的一侧的输出传动盘；图8和9分别示出了外内支撑滑动件；图10为所述设备中使用的凸轮布置的立体图；图11和12分别从相对侧以立体图的形式示出摆动驱动单元；图13和14为包括在凸轮布置中的锁止盘的视图；图15为所述设备中使用的电磁致动器的分解图；图16为锁止单元的立体图；图17和18分别为凸轮布置中使用的第一和第二凸轮的立体图；图19示出了包括在凸轮布置中的致动杠杆；图20和21为从所述设备驱动输入端的不同角度示出链定位系统的立体图；图22和23为分别示出所述设备中传动链以低比率和高比率模式行进的路线；以 及图M以曲线示出了所述设备的在操作期间变化的参数。
具体实施例方式附图示出了根据本发明的设备10的不同方面和部分。所述设备的部件安装在任 意恰当壳体12 (当需要时，以虚线示意性地示出)内，在其中形成本领域内的技术人员可容 易地确定的各种槽和支撑结构，以支撑所述设备的移动或固定部件。例如，参考图1A、1B、2和3，位于壳体外部的链14分别通过嵌齿轮16和18。啮合 齿轮22和M在壳体的外侧上。在壳体中，所述设备具有输入传动件沈和输出传动件28。
图4示出了分解结构中的输入件沈，包括输入轴30，该输入轴一端具有输入链齿 轮32，相对端具有轴承33。轴34位于输入轴的一侧，并具有固定在该轴34上与输入链齿 轮32啮合的链齿轮36。轴34形成有花键38。轴34上安装有可轴向滑动的链传动件40， 该链传动件40包括两个分别间隔开的链齿轮42和44。传动轴34A位于输入轴的相对侧。该轴结构类似于轴34，并承载带有与链传动件 40相类似的部件的链传动件40A，所述类似部件标有后缀A。输入传动件包括下摆臂46、上摆臂48和管状惰轮50。下摆臂46具有从管52延伸的分别间隔开的臂46A和46B。臂46A上的突起形成 具有凸轮凸角56的凸轮杆M。臂46A和46B具有分别安装在其上的轴承58A和58B。上摆臂48的结构与下摆臂类似，包括管62，间隔开的臂48A和48B分别从管62延 伸。每个臂都具有相应的轴承64A和64B。臂48A延伸形成具有凸轮凸角68的凸轮杆66。惰轮50安装有内滚针轴承70。当组装输入传动件时，轴30延伸穿过管52内的管62。惰轮50在管52的外侧上。链传动件40在臂48A与48B之间。轴34由轴承64A和64B支撑。链传动件40A 在臂46A与46B之间，轴34A由轴承58A和58B支撑。链齿轮32、36和36A完全相同，因为它们具有相同的直径和相同的齿数。当在输 入传动件沈与输出传动件28之间传递传动的链240 (例如，参见图1A)通过链齿轮42和 44、及42A和44A、以及惰轮50时，该链240具有相同的节圆(见图2)。必要时，输入传动件的可相对旋转的零件之间可设置未示出或者未描述的其它轴承。输出传动件观(主要参见图5、6和7)具有带锥面82的外盘80，锥面82中形成多 个精确定位的槽84。外盘面对内盘86，内盘86具有基本类似的结构，即，有基本为锥形的 表面88，该锥面88中形成有多个精确定位的槽90。输出传动轴92固定至外盘80。管状凸 起部94从盘80延伸并围绕轴92的一部分。两个径向相对的槽96在凸起部94的外表面 中轴向延伸(图6中只示出了一个槽)。管状结构100从盘80延伸并且围绕凸起部94的 外表面并与凸起部94的外表面间隔开。内盘86具有管102，该管102紧密地安装在凸起部94与管状结构100的相对表面 之间的环形间隙104内。管102的内表面形成有径向相对的槽108，见图7。槽96和108 中设有滚珠轴承(未示出)，使得一个盘可相对于另一个盘轴向地移动，但是不允许一个盘 相对于另一个盘的旋转。嵌齿轮16和齿轮图1A)固定至轴92的一端。内盘86在外表面114上具有凸起的凸起部118，该凸起部118装配有推力轴承 120和滚针轴承122。凸起部118在与外表面114相对的表面上形成有轴向定向的凸轮凸 角126，该凸轮凸角1 具有相同大小的上坡面126A和下坡面126B。每个坡面都延伸通过 约60°的角度。因此，坡面操作通过的角度之和约120°。这反应在图M(下文中描述) 中的曲线590中，图M以曲线示出了座靠于凸轮凸角上的凸轮随动器316 (图16)的移动。外盘在其外侧130 (图7)具有支撑轴92的轴承132。滚珠螺杆布置36包括具有外螺旋槽140的管138。管138内侧上具有与轴92可旋转地接合的滚针轴承142。管一端的蜗齿轮144被推力轴承146和由壳体12支撑的轴承 148支持。滚珠螺杆单元150包括内毂152(图7)，内毂152内表面上具有滚珠螺杆内螺纹 154，该内螺纹巧4具有用于与管138上的螺旋槽140配合的滚珠轴承(未示出)的回馈通 道。内毂从具有轮缘162的大致圆形体160延伸，轮缘162中以45°的角度间隔形成多个 半球形缺口 164。图6A为圆形体160的放大图，更加详细地示出了圆形体的结构。图6B以更大的 比例示出了圆形体160的一部分的另一方面。圆形160具有内锥形锁止孔174，这些孔在角 度上以45°彼此间隔开。每个锁止孔都位于各自相邻一对缺口 164之间的中间。圆形滚珠 轴承推力槽176位于锁止孔174的内侧。圆形体上的圆形凸起部分180形成有4个弧形槽182。每个槽都延伸通过45°的 角度位移(如图所示)，并相对于输出传动轴92的中心纵轴线186形成半径R。相邻的槽 在角度上以45°间隔开(如图所示)。每个槽都具有从中间位置190朝向相应的深端190A 和190B向下倾斜且向外倾斜的两个斜面188A和188B，中间位置190与凸起部分180的外 表面共面，深端190A和190B由相应盲孔限定。圆形体160上的中间管状结构192支撑垫圈194，该垫圈194借助于弹性挡圈(未 示出)保持在适当位置上。圆形体160的内侧邻接推力轴承120，内毂152的外表面与轴承122的内表面接
口 O图5示出了组装的输出传动件28。滚珠螺杆布置136的效果使得，如果限制管138 的旋转，那么圆形体160沿一个方向的旋转会引起内盘86朝着外盘80轴向移动。相反，圆 形体160的反向旋转引起盘80和86之间的轴向位移增大。图8示出了外支撑滑动件200，而图9示出了内支撑滑动件202。支撑滑动件200 具有间隔开的分别由杆208A到208D支撑的盘204和206。具有凸轮表面212的小盘210 在上述盘之间延伸，并被盘204中的相对槽214和216在侧面相接。盘206上的延伸件220和222在其末端分别装配有止动件2M和226。下面描述 止动件的功能和结构。内支撑滑动件202具有被支撑杆232间隔开的两个盘2 和230。两个相邻间隔 开的导向惰轮234和236在这两个盘之间分别被可旋转地支撑在适当轴234A和236A上。在组装的设备中，内支撑滑动件202位于外支撑滑动件的盘204和206之间。杆 208A到208D分别通过对准的孔对238A到238D。产生的复合滑动组件239位于输入传动 件26与输出传动件28 (见图幻之间，并通过所述设备的壳体12支撑，使得在所述设备的 操作期间，在需要时，其可以远离输入传动件朝着输出传动件的滑动动作移动，反之亦然。参考图2以及图22和23中的示意图，链MO(假想地示出)一方面通过链传动件 40和惰轮50之间的空隙、且另一方面通过惰轮50和链传动件40A之间的空隙。链的相对 部分通过导向惰轮234与236之间的空隙。链的其余部分形成在外盘80与内盘86的相对 表面之间的环对1。链与链齿轮42和44、以及42A和44A接合，并用于在输入传动件沈与 输出传动件观之间传递旋转传动。链具有将链节彼此连接的多个销，销的向外突出超过链 节的末端与两个盘的相对表面中的槽84和90接合。互补结构的直接机械相互接合确保了从输入传动件到输出传动件传递的强制传动(与摩擦传动相对)。链的结构以及传动从输 入传动件沈到输出传动件观的传递方式通常按照在先说明书中的描述，这里不再详细描 述。如前所述，链的节圆(PC)并不随着其通过链齿轮42和44、及42A和44A、以及惰 轮50的周围而改变。因此，由从惰轮延伸的链长度MlA和M1B(图2 所施加的张力最 小。因此，惰轮被有效地与这些力隔离。图10示出了复合凸轮布置M2，该布置包括图11和12中以不同立体图示出的摆 动驱动单元M4、图13和14中以不同立体图示出的锁止盘对6、图17和18中分别示出的 第一凸轮248和第二凸轮250、以及图19中所示的致动杠杆252。锁止盘246具有带有中心孔沈4的本体沈2，滚针轴承266位于中心孔264中。两 个螺线管268和270分别安装在本体的表面上。螺线管具有位于中间纵向轴线276和278 上的相应柱塞272，所述中心纵向轴线276和278相对于孔的纵向轴线280在角度上间隔 开45°。每个纵向轴线276、278距轴线观0的径向距离都为R。该距离等于图6A所示半 径R。本体262具有形成有孔观4的凸轮凸角观2。处于组装形态的所述设备中的滚针轴承266与图6中所示本体160的外表面上的 管状结构192可旋转地接合。图15示出了螺线管270的结构，螺线管沈8的结构相同。螺线管具有壳体四0，壳 体四0中设有环形电线圈四2。延伸通过线圈的弹簧294作用在柱塞272上，柱塞272为管 状形式，并侧面具有圆形轮缘四8，线圈292压靠在圆形轮缘298上。柱塞的外端位于本体 262中的柱塞孔300内。通过供给到相应线圈四2的电力，每个螺线管的功能是使得柱塞被保持在壳体 290中。如果中断供电，那么柱塞由于弹簧294的偏压力而被强迫向外从而远离壳体，这样， 柱塞的外末端超出本体沈2的表面304地突出。图16示出了包括盘312的锁止单元310，轴314从盘312延伸。凸轮随动器316 连接至双头螺栓318，该双头螺栓318从轴314的一端横向地突出。锁止双头螺栓320借助 于螺母322连接至盘312。该双头螺栓具有锥形端324。摆动驱动单元图11和1 包括具有圆形孔344的盘342。连接至该盘的锁 止结构346具有带有上孔348A和下孔348B的块348、以及两个间隔开的通道，压缩弹簧 350和352分别位于两个间隔开的通道内。摆动驱动单元244还包括承载盘1000，该承载 盘1000具有与孔344同心的推力滚珠轴承槽1002，滚珠轴承(未示出)在推力滚珠轴承槽 1002中操作以匹配和压靠在本体160中的滚珠轴承推力槽176上。定位块3M从板342径向地突出。螺栓356与延伸通过该块的通道358 (图12中虚 线所示)螺接。螺栓的内端压靠在弹簧360上，进而弹簧360作用在滚珠轴承362上，滚珠 轴承362略微地从该通道的口突出，在所述设备的组装结构中，该通道接近圆形体160(图 7)的轮缘162，使得弹簧加载的滚珠轴承362可与相应的半球形缺口 164接合。这确保根 据以45°的角度间隔开的操作因素将滚珠螺杆单元150相对于凸轮布置242保持在适当位 置。保持该接合结构，直到足够的扭矩被施加至圆形体160以使得能够克服弹簧360作用 在滚珠轴承362上的压缩力。然后可发生定位块354与圆形体160之间的相对旋转运动，直到滚珠轴承进入之后的半球形缺口为止。双头螺栓364从盘342突出，固定至该盘的角杠杆366从该双头螺栓延伸。所述杠 杆的远端具有双头螺栓368，该双头螺栓368可滑动地位于壳体12中的第一槽(未示出) 内。双头螺栓364在第二槽(未示出)中滑动，该第二槽在壳体中，且与第一槽平行。借助于双头螺栓382相连的间隔开的盘378和380上分别设有轴承对370和370A、 及372和372A。盘378具有带有平行槽388的突起386。基板394跨过该槽，并借助于穿 过基板中的槽398的紧固件396连接在其上，槽398垂直于槽388。旋转双头螺栓400从基 板横向地突出。另一双头螺栓402在轴承370A与372A之间居中地定位在盘380上。第一凸轮对8 (图17)包括从花键空心轴似4突起的凸轮轮廓422。正齿轮426由 该轴配装。第二凸轮250(图18)具有配装第二凸轮轮廓434和正齿轮436的花键空心轴 432。致动杠杆252 (图19)由两个分别间隔开的盘442和444形成。凸轮随动器446 可旋转地安装在盘之间的中间位置。销448在凸轮随动器的前侧距凸轮随动器的中心轴线 距离C处安装在盘之间。盘的在凸轮随动器第二侧上的相对表面上形成槽450。凸轮随动器446位于用作共轭凸轮对的凸轮轮廓422与434之间。图10示出了如何组装摆动驱动单元M4、锁止盘M6、第一和第二凸轮、以及致动 杠杆，以形成复合凸轮布置对2。旋转双头螺栓400通过槽450。双头螺栓的中心轴线距凸 轮随动器446(图19)的旋转轴线距离D。销448与锁止盘对6中的孔284接合。第一和 第二凸轮分别安装在相对的轴承对370和370A、及372和372A上。本体沈2的孔沈4与 孔344对准。锁止单元310与锁止结构346接合。轴314延伸通过上孔348A，而双头螺栓 320延伸进下孔348B。弹簧350和352邻接盘312的相对表面。两个凸轮的正齿轮436和426与安装在双头螺栓402上的中间齿轮480相啮合。 连接至花键轴492的齿轮22(图2)具有两部于正齿轮M的直径的直径，花键轴492延伸 通过第一凸轮的花键轴4 并驱动花键轴424。角杠杆500具有与块504可滑动地接合的矩形槽502，块504可旋转地安装在双头 螺栓364上。固定至壳体12的销(未示出)通过将销定位于孔506中而与该杠杆可旋转 地接合。杠杆的枝杆508延伸通过外支撑滑动件的盘206中的槽216，并支承在凸轮表面 212上，见图2。在凸轮布置M2的相对枝杆510上设有类似的结构。当给予输入轴30旋转驱动时，链传动件40和40A因啮合的链齿轮32、36和36A 而沿相反的方向旋转。与链传动件接合的链240沿着图22和23中的循环路径移动，因链 中的销与盘中相应槽84和90的相互接合，物理连接至链的盘80和86绕着输出传动轴92 旋转。如果盘80和86朝着彼此移动，那么当通过这些盘周围时，链240在相对大的半径 Rl的基本圆形环241上行进，见图22。摆臂46和48朝着盘枢转，输入传动件的链传动件 40和40A朝着盘移动。复合滑动组件239朝着惰轮50向右移动，以允许环241的相对大的 半径R1。如果盘远离地移开，那么链绕着盘所环绕的半径R2减小，见图23。摆臂枢转离开 盘，以吸收链中产生的松弛。复合滑动组件向左移动，以将环241尽可能接近地保持为圆。 每个摆臂到通过盘和惰轮50的旋转中心的线520的角度从最小角度522 (见图2 变为最 大角度524(见图2 。这种方法的显著益处在于，摆臂的移动是在工作条件改变时保持链
10240被基本上张紧至必须程度。本发明还涉及提供以有效方式在增量基础上平顺且可靠地改变所述设备的输出 速度相对于输入速度的比。当输出传动件沿一个方向旋转时，与齿轮M啮合的齿轮22沿 相反方向以2 1的比率驱动凸轮布置。正齿轮似6与齿轮22 —起旋转，通过惰齿轮480， 正齿轮436旋转。凸轮随动器446被第一凸轮轮廓422和第二凸轮轮廓434作用，从而杠 杆252绕着双头螺栓400摆动。销448连接至锁止盘M6，该锁止盘246绕着轴线280摆动 通过45°的角度。锁止盘M6的位置由图M中的曲线566而示出。盘的旋转速度由曲线 526图示。图3示出了在中间或基准位置的致动杠杆252。线530示出了杠杆的中间轴线 532(也称为基准位置)绕着双头螺栓400沿顺时针方向偏转最大角度的程度，线534示出 了绕着双头螺栓沿逆时针方向偏转最大、相等角度的杠杆中间轴线。由于凸轮布置通过齿轮22和对的2 1的传动比，盘80和86的两个旋转引起 凸轮布置的一个全摆动。如果未发生传动比变化，那么杠杆252继续摆动，如图3中所示， 锁止盘246沿着与杆相反的方向摆动。锁止单元310的锥形双头螺栓320沿一个方向被凸 轮随动器316作用，该凸轮随动器316座靠在由内盘86配装的凸轮凸角126的上斜面126A 上。该作用引起双头螺栓的锥形端3M与圆形体160的与双头螺栓对准的锥形锁止孔174 接合。当凸轮随动器在下斜面126B上时，在凸轮随动器316处于上斜面时被压缩的弹簧350 和352膨胀，引起双头螺栓从锁止孔174分离。在此期间，滚珠螺杆单元150被与相应半球 形缺口 164接合的弹簧加载滚珠轴承362(图1 保持在适当位置中，螺线管的柱塞272缩 回并保持在图13所示的位置中。双头螺栓320的锥形端3 与相应锥形锁止孔174反复地接合和分离。这样，滚 珠螺杆单元150以周期性间隔与滚珠螺杆布置136精确地对齐——在发生比率变化时尤其 需要这样。双头螺栓324的位置由图M中的曲线580来反映。比率变化优选借助于适当的电子控制单元来实现。控制单元操作的方式对本领域 的技术人员是公知的，这里不再描述。对控制单元的要求是能够响应于各种输入信号以精 确受控间隔发送信号到所选的螺线管，所述精确受控间隔与所述设备的操作相关。当改变传动比时，电子控制单元确定滚珠螺杆单元150要旋转的方向。沿一个方 向的操作增大传动比，而另相反方向的操作降低传动比，在每种情形下都仅是小幅增量。然 后电子控制单元确定要操作哪个螺线管268还是270。图M中的曲线558示出了凸轮随 动器446在基准线532A的每一侧的运动，所述基准线532A表示杆252摆动时的基准轴线 532。凸轮轮廓422和434在各凸轮升程(564)和凸轮降程(566)相位末尾处产生各自的 凸轮的60°旋转周期的停留时间段560和562。每个相位都延伸通过120°。在每个停留 周期期间，摆动锁止盘246是固定的。在恰当的停留周期开始时，中断所选螺线管沈8、270 的电力，螺线管的柱塞272在偏压弹簧四4的作用下立即移动成从表面304突出。螺线管 选择是基于摆动锁止盘在其当前停留时间段之后的旋转方向。使显露的柱塞272与圆形体 160中相应弧形槽182接合。在停留时间段结束时，摆动锁止盘开始沿相反方向移动，当柱 塞与弧形凹部的的深孔端接合时，从而圆形体160与锁止盘一起旋转通过45°。在此过程 中，滚珠螺杆单元150也被驱动通过45 °，并且依赖于单元150的旋转方向，内盘86移向或 者远离外盘80 —小预定量。这导致输出旋转速度相比于输入旋转速度的增量变化。
在45°移动的末尾，摆动锁止盘达到其下一停留时间段。在该点，滚珠螺杆单元 150被锁止单元310的锥形双头螺栓320锁止在适当位置，双头螺栓320与圆形体160中 与该双头螺栓对准的相应锁止孔174接合。然后，已经停用的螺线管被控制单元再次供电。 通过摆动锁止盘的反向旋转，该螺线管的柱塞上缩到相应弧形槽内的斜面188A或188B上， 然后通过供电的螺线圈292保持在壳体四0内的缩回位置。通过弹簧加载滚珠轴承362与 圆形体轮缘内相应缺口 164的接合，防止了由于例如摩擦效应引起圆形体160移动的所有 移动趋势。但是，当柱塞与相应弧形槽182的深孔端接合时，该保持作用可容易地被相应螺 线管柱塞的强制传动作用克服。因此，盘80和86的每两次旋转可实现传动比的增量变化，变大或减小。在这个例子中，致动机构包括两个致动器(螺线管)，以增量地提高输出速度和增 量地降低输出速度。但是，可使用单个螺线管来替代设置的两个螺线管，只要单个螺线管的 线圈足够强劲以致能以满足操作需求的速度克服弹簧的偏压(等同于弹簧四4)和克服所 有的摩擦力而收回螺线管柱塞。为此，为此，单元150的凸起圆形部分180上的四个弧形槽 182被与槽的深端190同心且直径基本相同的相应盲孔代替。这样，所述单个螺线管可替代 两个螺线管直接操作，以引起单元150沿一个方向或另一方向旋转通过预定角度。图3示出了定心在旋转双头螺栓400的轴线上但是示出为从该轴线移开的X轴和 Y轴。图19中标记的尺寸C和D图示在图3中。正当地，根据需要，在松开紧固件396之 后，通过沿一个线路或另一线路移动盘394，可沿X方向或沿Y方向调整双头螺栓400的中 心轴线。这种方式可能的移动程度受槽388和398的限制。如果销448的移动幅度(相 对于其纵向轴线测量的)为P，并且如果凸轮随动器446的纵向轴线的摆动幅度为Q，那么
ρ-Q^P-。如果沿着正向X方向将双头螺栓400的位置调整X，那么严=Qc。因
DD -χ
此，当χ增加时，P增加。实际上，该调整可用于精细地调整系统，并确保摆动锁止盘246绕
着输出轴92精确地摆动通过45°。盘从中间或基准线沿各方向的角度方向为22. 5°。另一因素是，通过沿Y方向调节双头螺栓400，获得摆动锁止盘M6的摆动的相位 变换。该调整可用于在图M中所示凸轮停留时间段560和562期间确保螺线管单元与各 自的深孔端精确地对准。链240的末端必须定位成与盘中的槽精确地接合。该对齐会受磨损、温度、以及施 加至所述设备或所述设备内产生的扭矩的影响。借助于安装至由壳体12可旋转支撑的轴602的蜗轮600，可进行考虑了这些因素 的进一步调整以确保所述设备同步。蜗轮600与蜗齿轮144接合——图3。轴602可通过 电机(未示出)小增量地旋转，优选在称为电子控制单元的控制下，以确保在当前基础上所 述设备操作的精确调整。轴602的旋转引起滚珠螺杆布置136相对于单元150的旋转，并 引起盘86相对于盘80的移动。可响应于标定程序之后建立的算法进行蜗轮的调整。作为 另一选择，可通过以实时反馈模式操作的处理器进行，以确保精确的同步。当盘86远离盘80时，双头螺栓364沿相同方向移动。被双头螺栓368在壳体12 的槽中的滑动移动约束的杠杆366也沿着直线604移动——见图1A。安装在壳体上以绕着 孔506旋转的杠杆500通过块504的相对滑动/旋转运动而转动，然后延伸通过槽216的 枝杆508正向地作用在凸轮表面212和复合滑动组件239上，因此惰轮234和236被推向盘，从而保持了链MO中的张力并保持环Ml (图2 尽可能地接近圆形。当盘86移向盘 80时，允许因弹簧606而一直保持与表面212接触的枝杆508沿着远离凸轮表面212的方 向以受控的运动旋转。这样，复合滑动组件可移向链传动件40和40A。惰轮234和236拖 曳它们之间链的相对部分，由于弹簧606的偏压力，引起摆臂46、48枢转而朝着彼此更加靠 近——见图22。再次保持了链张力。止动件224、2 具有图20中所示结构，其中，每个止动件都包括在壳体608内向 外偏压支撑板610的弹簧606。参照图4描述的摆臂的凸轮凸角56和68压靠在各自的支 撑板610上。图20只示出了一个下凸轮凸角68。在中间位置，各支撑板与其壳体之间的空 间距离为L。当所述设备输出动力时，或者当所述设备吸收动力时，例如由于发动机制动，通 过该布置允许和控制的小程度相对移动对于比另一摆臂(48或46，根据情况而定)经历大 的力的一个摆臂(46或48)来说是非常重要的。例如，参考图23，如果链沿着箭头650的方向移动，并且动力从输入传动件传递到 输出传动件(例如，用于车辆爬坡)，那么当链传动件40用作输入传动器时，上链部分652 经受高张力，而下链部分肪4经历减小的张力。对于链传动件40A作用输入传动器(例如， 用于车辆下坡)，如果动力从输出传动件传递到输入传动件，那么产生相反的情形。在各种 情形下，通过弹簧加载止动件吸收链中产生的未被复合滑动组件的调节作用吸纳的大部分 松弛(如果不是全部的话)。高张力部分(称为65 在相应凸轮杆上施加力，引起相应止 动件上的间隙L减小为零。另一方面，另一止动件上的间隙加倍为2L。这引起链部分中的 预载张力，如果不这样该链部分的链张力要小得多。该特征的益处在于，链240在链传动件 40与40A之间通过惰轮50的部分仅承受链中的预载张力，而不经受链中的加载张力。链240有将盘80和86推开的趋势。但是，盘80不可轴向移动。摆臂用作止动件， 其通过相应的杠杆在滚珠螺杆布置(在盘86的外侧)上施加力，该滚珠螺杆布置有将盘86 向盘80推的趋势，以抵消链的作用。当调节所述设备的比率时，链传动件40和40A必须沿着各自的花键传动轴34和 34A轴向地移动。图20和21示出了链定位系统700，该系统作用在链传动件40A上，并辅 助实现该功能。上面的链传动件40具有类似的系统。该系统包括在传动轴34A上的压缩 弹簧702，该弹簧作用在臂46A与链齿轮42A之间。可滑动地位于通道内的销704具有压靠 在推板708端部上的圆形盘706，其中所述通道形成在轴34A的一端，推板708可滑动地位 于轴内花键结构的相应槽710中。所述销具有压靠在链定位导向件716的斜肋714上的半 球形末端712，链定位导向件716安装在壳体12内的半圆形槽718中。当发生比率变化时，销的末端根据摆臂46和48的移动沿着一个方向或另一方向 骑压在斜肋714上。如果臂彼此远离，如图23中所示，那么销被斜肋714向左推(参考图 21)，当弹簧702被压缩时，链齿轮42A和44A向左移动。如果臂46、48沿相反方向移动(朝 着彼此移动，如图22中所示)，那么销可向右移动，因此在弹簧上施加较小的压力，然后弹 簧将链齿轮42A、44A向右移动。这样，根据需求发生链齿轮的正向位移。通过使用类似于WO 2007030840说明书中(“第二说明”)描述的方法，可提高比 率调节的范围。这是基于通过变速器在低范围和高范围中的可变部分沿不同方向传递动力 的原理，总地如第二说明中所述。图IA和IB示出了输入变速轴800，其上设有可自由旋转的毂802，变速轴800包括到输出传动轴92的链传动件14、到变速器输出810上的可自由旋转链齿轮808的链传动 件806、以及到位于变速器输出810上的可自由旋转齿轮814的齿轮传动件812。可自由旋 转齿轮816位于变速器输入轴800上，并与固定至输入轴30的齿轮818啮合。爪形离合器820用于根据需求将输入轴800连接到齿轮816，或者将轴800连接到 毂 802。第二爪形离合器822用于在具有中间位置时，根据需求将变速器输出810连接到 齿轮814，或者将输出810连接到齿轮818。第三爪形离合器拟4用于根据情况将变速器输出810连接到链齿轮808或分离这 些部件。图IA和IB中，实箭头线900表示输入到变速器的动力，虚箭头线902表示从变速 器输出的动力。在低范围操作中(见图1B)，爪形离合器820将变速器输入轴800连接到齿轮816， 爪形离合器822将变速器输出轴810连接到齿轮814。因此，动力从变速器输入轴800流到 齿轮816，然后到齿轮818，再到所述设备输入端。然后，动力流出所述设备到链传动件14、 到齿轮传动件812、到齿轮814、再到变速器输出轴810。通过分离爪形离合器822，同时使 用爪形离合器拟4将链齿轮808连接到变速器输出轴810，可获得相反的传动。在高范围操作中(见图1A)，爪形离合器820将变速器输入轴800连接到毂802。 爪形离合器822将变速器输出轴810连接到齿轮818。因此，动力从变速器输入轴800流到 毂802、通过链传动件14、再进入所述设备。动力流出所述设备到齿轮818、再到变速器输出 轴 810。在爪形离合器从低范围变换到高范围期间，穿过各自爪形离合器820和822的所 有部件都以相同速度旋转。整个变速器比率保持恒定(如第二说明中所描述的)，并且在没 有任何离合器或变矩器作用同时设备中无需任何比率变化就可实现瞬时换档。
1权利要求
1.一种可变变速器设备，包括可绕着输入轴线以第一速度旋转的输入传动件、可绕着 输出轴线根据以依赖于第一速度的第二速度旋转的输出传动件、可操作以改变所述第二速 度的控制器、响应于所述输出传动件的旋转经过基准位置在第一和第二位置之间摆动的凸 轮布置、以及致动机构，当所述凸轮布置处于所述第一位置时，所述致动机构可选择性地操 作以引起所述控制器的运行从而将所述第二速度增大一增量，当所述凸轮布置处于所述第 二位置时，所述致动机构可选择性地操作以引起所述控制器的运行从而将所述第二速度减 小一增量。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述致动机构包括第一致动器和第二致动器，其中 当所述凸轮布置处于所述第一位置时，每个致动器都可选择性地操作以引起所述控制器的 运行从而将所述第二速度增大一增量。
3.如权利要求2所述的设备，其中当所述凸轮布置处于所述第二位置时，每个致动器 都可选择性地操作以引起所述控制器的运行从而将所述第二速度减小一增量。
4.如权利要求2或3所述的设备，包括安装成绕所述输出轴线旋转的本体，该本体包括 至少一个结构，通过所述致动机构的选择性运行，该结构与所述致动机构接合，进而所述致 动机构被迫使连同所述本体绕着所述输出轴线沿第一方向旋转至限定角度范围，当所述本 体沿与所述第一方向相反的第二方向反向旋转时，该结构从所述致动机构分离。
5.如权利要求4所述的设备，其中所述结构包括弧形槽，该弧形槽具有定心在所述输 出轴线的半径，并具有沿深度变化的斜坡基底。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述第一位置为从所述基准位置沿第一旋转方向移 动第一角度的第一限制位置，所述第二位置为从所述基准位置沿着与所述第一方向相反的 第二旋转方向移动所述第一角度的第二限制位置，其中在当所述凸轮布置处于所述第一限 制位置时的第一停留时间段期间，所述致动机构可操作，在当所述第二凸轮布置处于所述 第二限制位置时的第二停留时间段期间，所述致动机构可操作。
7.如权利要求2所述的设备，其中所述第一致动器包括第一螺线管，所述第二致动器 包括第二螺线管。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述输出传动件包括轴向对齐且相对的第一和第二 锥形盘，所述第一和第二锥形盘间隔开且可绕所述输出轴线旋转，所述控制器包括在所述 第一与第二盘之间作用螺杆组件，通过所述致动机构的运行，所述螺杆组件可以第一模式 操作以将所述盘之间的间距增大第一量从而将所述第二速度增大一增量，通过所述致动机 构的运行，所述螺杆组件可以第二模式操作以将所述盘之间的间距减小第二量从而将所述 第二速度减小一增量。
9.如权利要求1所述的设备，包括将旋转驱动从所述输入传动件传递到所述输出传动 件的传动链，其中所述输入传动件包括可绕所述输入轴线旋转的输入轴、可旋转地安装在 所述输入轴上的惰轮、安装为限制绕所述输入轴线的枢转运动的第一摆臂、在所述第一摆 臂上的第一传动链齿轮、安装为限制绕所述输入轴线的枢转运动的第二摆臂、在所述第二 摆臂上的第二传动链齿轮、以及齿轮组件，所述传动链与所述第一和第二传动链齿轮接合 并通过所述惰轮，通过所述输入轴的旋转，所述齿轮组件引起所述第一和第二传动链齿轮 的旋转，从而引起所述输出传动件的旋转。
10.如权利要求9所述的设备，包括在所述传动链在所述第一链齿轮与所述输出传动件之间的第一部分被张紧时限制所述第一摆臂的枢转运动的第一止动件、在所述传动链在 所述第二链齿轮与所述输出传动件之间的第二部分被张紧时限制所述第二摆臂的枢转运 动的第二止动件，所述第一止动件包括用于在所述传动链的第二部分被张紧时张紧所述传 动链的第一部分的第一偏压机构，所述第二止动件包括用于在所述传动链的第一部分被张 紧时张紧所述传动链的第二部分的第二偏压机构。
11.如权利要求9所述的设备，其中每个传动链齿轮都可滑动地安装在各自的轴上，并 且包括各自的偏压装置和凸轮机构，所述偏压装置沿着所述轴沿第一方向偏压所述传动链 齿轮，所述凸轮机构作用在所述链齿轮上并反抗着所述偏压装置移动所述链齿轮，该移动 所述链齿轮的程度随着配装所述传动链齿轮的摆臂被枢转而改变。
12.如权利要求9所述的设备，包括调整机构，该调整机构响应于所述第二速度的增 量，通过调节所述摆臂的位置调节所述传动链中的张力。
13.如权利要求9所述的设备，当通过所述输出传动件输出动力时，所述传动链在所 述第一传动链齿轮与所述输出传动件之间的部分被张紧，当动力被输入到所述输出传动件 时，所述传动链在所述第二传动链齿轮与所述输出传动件之间的部分被张紧，从而减小所 述惰轮与每个传动链齿轮之间的传动链内的张力。
14.如权利要求10所述的设备，包括可相对于所述输出轴线横向移动的支撑滑动结 构、以及安装至所述支撑滑动结构的第一和第二导向惰轮，所述第一和第二导向惰轮与所 述传动链接合，并间隔开形成间隙，所述传动链的相对部分分别穿过该间隙到达所述输出 传动件和从所述输出传动件穿过该间隙，其中响应于所述凸轮布置的增量移动，所述支撑 滑动结构及所述第一和第二导向惰轮移动并引起所述第一和第二摆臂的增量枢转运动。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述第一止动件可响应于所述第一摆臂的运动和 所述第一偏压机构的动作从第一止动位置移动通过具有最大宽度2L的第一间隙，所述第 二止动件可响应于所述第二摆臂的运动和所述第二偏压机构的动作从第二止动位置移动 通过具有最大宽度2L的第二间隙，其中所述第一间隙的和与第二间隙的和为2L。
16.如权利要求15所述的设备，其中所述传动链具有由所述第一和第二偏压机构确定 的预加载张紧力。
全文摘要
一种渐增可变变速器设备，具有通过传动链连接的输入传动件和输出传动件，并包括摆动凸轮布置，该摆动凸轮布置在两个限制位置的每一个处都可作用在致动机构上，以将输出传动件的速度改变一个增量。
文档编号F16H9/24GK102076996SQ200980124243
公开日2011年5月25日 申请日期2009年4月23日 优先权日2008年4月25日
发明者约翰尼斯·雅各布斯·诺德 申请人:瓦里博克斯Ip股份有限公司