拖拉机及无级变速装置及无级变速装置的调速机构的制作方法

1.本发明涉及无级变速器领域，特别是涉及一种锥盘式无级变速装置的调速机构设置方法。


背景技术：

2.近年来，国产工作机械传动装置普遍采用有级换挡与后桥，虽可实现多个挡位速度间的有级转换，但因各挡速度均为固定值，导致在从事某项作业形式时，只能选取和该种作业要求相近的速度进行作业或依靠调节发动机转速进行增减速，难以发挥出最佳作业效率和发动机最佳效率。
3.锥盘式无级变速器以摩擦方式传递动力，变速范围广，效率较高，广泛应用于多个工作领域，配合前进、后退传动装置使用，可实现动力机械高效作业要求。锥盘式无级变速器通过调速机构不同方向推动两个锥盘，使链条与锥盘接触点工作半径发生改变，从而实现变速。调速机构为锥盘式无级变速器重要组成部分，但由于锥盘式无级变速器工作特点，不同速比所需调速力大小不一，过小的调速力将无法实现变速要求，过大调速力，在现有液压马达或电机功率一定的情况下，将造成调速时间过长，整机可操作性低，无法简单将现有驱动机作用动力源以驱动锥盘式无级变速器进行调速。
4.中国发明专利公开文本cn114233847a公开了一种无级变速器的调速机构及无级变速器，该技术方案能够实现快速变速需求，有利于改善驾驶体验等优点，但是其无法适用于拖拉机等动力机械。


技术实现要素：

5.本发明提供一种锥盘式无级变速装置的调速机构设置方法，能够合理选择锥盘式无级变速装置的调速机构动力源，并对调速机构进行设置，确保锥盘式无级变速装置正常工作。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：
7.一种无级变速装置的调速机构，所述无级变速装置为锥盘式无级变速装置，包括锥盘式传动装置和调速机构，所述锥盘式传动装置中包括主动锥盘组、从动锥盘组和挠性传动元件，所述主动锥盘组包括安装在主动轴上的主动定锥盘和主动动锥盘，所述从动锥盘组包括安装在从动轴上的从动定锥盘和从动动锥盘，所述挠性传动元件一端夹持于主动定锥盘和主动动锥盘之间，另一端夹持于从动定锥盘和从动动锥盘之间。
8.所述调速机构用于驱动主动动锥盘和从动动锥盘进行轴向移动，所述调速机构包括用于输出动力的驱动机、调速轴、定比传动机构以及将转动转化为直线运动的直线往复机构，所述驱动机与调速轴直接或者间接连接，所述驱动机的最大功率为p，单位为瓦(watt)，满足：其中i
max
为锥盘式无级变速装置的最大传动比，为锥盘式无级变速装置的主动轴与从动轴之间的中心距，单位为mm。
9.在本发明一个较佳实施例中，所述直线往复机构为螺旋机构，所述驱动机通过直接传动或间接传动的方式与所述调速轴连接，驱动机与调速轴的连接机构速比为i，所述定比传动机构包括第一定比传动机构和第二定比传动机构；第一定比传动机构和第二定比传动机构的主动端均安装在所述调速轴上，所述螺旋机构包括第一螺母、第一空心螺杆、第二螺母和第二空心螺杆，所述第一定比传动结构的从动端与所述第一螺母连接，所述第一螺母通过内螺旋与第一空心螺杆的外螺旋实现螺旋相接，所述第一空心螺杆套设在主动轴上，所述第二定比传动结构的从动端与第二螺母连接，所述第二螺母通过内螺旋与第二空心螺杆的外螺旋实现螺旋相接，所述第二空心螺杆套设在从动轴上，所述第一空心螺杆和第一螺母的导程为p
h1
，第二空心螺杆和第二螺母的导程为p
h2
，其中p
h1
和p
h2
的单位为mm，所述第一定比传动机构的从动端齿数与主动端的齿数之比为i1，第二定比传动机构的从动端齿数与主动端齿数之比为i2，所述p
h1
、p
h2
、i1和i2满足p
h1
/i1＝p
h2
/i2。
10.在本发明一个较佳实施例中，所述直线往复机构为凸轮机构，所述凸轮机构包括至少两对轴向相对布置的主动凸轮和从动凸轮，主动凸轮和从动凸轮中心处的直径端面上均相对的设有n个角度单调变化的滚道，所述驱动机通过直接连接或间接的传动方式与调速轴相连接，驱动机与调速轴的连接机构速比为i，所述定比传动机构包括第三定比传动机构、第四定比传动机构、第五定比传动机构和第六定比传动机构，所述主动凸轮包括第一主动凸轮和第二主动凸轮，所述从动凸轮包括第一从动凸轮和第二从动凸轮，所述调速轴的一端通过第三定比传动机构与第一主动凸轮相连接，第四定比传动机构与第一从动凸轮相连接，所述第一主动凸轮和第一从动凸轮通过夹持在相对的滚道上的滚子相接，第一主动凸轮通过允许相互转动的方式(例如轴承)与主动动锥盘的背部相抵，第一从动凸轮通过直接或间接的方式与主动轴或箱体相抵；所述调速轴的另一端通过第五定比传动机构与第二主动凸轮相连接，第六定比传动机构与第二从动凸轮相连接，所述第二主动凸轮和第二从动凸轮通过夹持在相对的滚道上的滚子相连接，第二主动凸轮通过允许相互转动的方式(例如轴承)与从动动锥盘相抵，第二从动凸轮通过直接或间接方式与从动轴或箱体相抵，所述第一主动凸轮和第一从动凸轮的滚道与凸轮中心线垂直面的夹角为β1，第一主动凸轮和第一从动凸轮的滚道所在均布中心处的直径(即设有n个角度单调变化的滚道的端面上的直径)为d1，所述第二主动凸轮和第二从动凸轮的滚道与端面凸轮中心线垂直面的夹角为β2，第二主动凸轮和第二从动凸轮的滚道所在中心处的直径为d2，所述第三定比传动机构的从动端齿数与主动端齿数之比为i3，第四定比传动机构的从动端齿数与主动端齿数之比为i4，第五定比传动机构的从动端齿数与主动端齿数之比为i5，第六定比传动机构的从动端齿数与主动端齿数之比为i6，所述β1、β2、i3、i4、i5和i6满足d1tanβ1(1/i
3-1/i4)＝d2tanβ2(1/i
5-1/i6)。
11.在本发明一个较佳实施例中，所述驱动机的最大输出转速为nw，单位为r/min，满足
12.在本发明一个较佳实施例中，所述第一空心螺杆外螺旋的圈数为n1，第一螺母内螺旋的圈数为n2，所述第二空心螺杆外螺旋的圈数为n3，第二螺母内螺旋的圈数为n4，所述n1、n2、n3和n4满足：
13.在本发明一个较佳实施例中，所述调速轴距离主动轴的中心距和距离从动轴的中心距相等，所述p
h1
、p
h2
、i1和i2满足p
h1
＝p
h2
且i1＝i2。
14.在本发明一个较佳实施例中，其特征在于，所述驱动机为电机或液压马达。
15.一种无级变速装置，所述无级变速装置为锥盘式无级变速装置且所述锥盘式无级变速装置使用上述的调速机构。
16.一种非道路工作机械，所述非道路工作机械设置有上述的无级变速装置。
17.一种拖拉机，所述拖拉机设置有上述的无级变速装置。
18.本发明的有益效果是：
19.1，通过对锥盘式无级变速装置的调速机构进行具体设定，使得装置能够合理选择锥盘式无级变速装置调速机构驱动机的动力和设置形式，确保锥盘式无级变速装置高效、正常工作。
20.2，本发明合理的设置了锥盘式无级变速装置调速机构的动力源、调速装置之间相互匹配的参数，将旋转运动转换为有效的直线运动。通过合理设置调速机构各部件以及各部件之间的配比方式，使得调速机构结构更加紧凑，并避免了不同速比、不同发动机输入扭矩情况下过小的调速力无法完成变速的要求，或者避免了调速时间过长缺陷的产生；使得整机操作过程中当遇载荷突变(如路面有沟坎、突遇积水路面)时可迅速完成变速要求，保证了系统工作的可靠性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
22.图1是本发明锥盘式无级变速装置的实施例1结构示意图。
23.图2是本发明锥盘式无级变速装置的实施例2结构示意图。
24.图3是从大速比往小速比方向时实施例1螺母理论所需调速力变化图。
25.图4是从小速比往大速比方向时实施例1螺母理论所需调速力变化图。
26.图5是不同方向、不同速比情况下实施例1驱动机实际输出调速力变化图。
27.附图中各部件的标记如下：1.主动轴、2.端面凸轮加压机构、3.第二定比传动机构、4.主动定锥盘、5.主动动锥盘、6.调速齿轮组、7.驱动机、8.调速轴、9.第一定比传动机构、10.第一螺母、11.第一空心螺杆、12.从动定锥盘、13.挠性传动元件、14.从动动锥盘、15.第二螺母、16.第二空心螺杆、17.第三定比传动机构、18.第四定比传动机构、19.第一从动凸轮、20.滚子、21.第一主动凸轮、22.第二从动凸轮、23.第二主动凸轮、24.第六定比传动机构、25.第五定比传动机构。
具体实施方式
28.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范
围。
29.实施例1
30.如图1所示，一种锥盘式无级变速装置，包括：用于输出动力的调速机构，与调速机构直接或者间接连接的锥盘式动力装置。
31.锥盘式动力装置包括主动锥盘组、从动锥盘组、端面凸轮加压机构和挠性传动元件，挠性传动元件夹持在主动锥盘组和从动锥盘组上，主动锥盘组包括安装在主动轴上的主动定锥盘和主动动锥盘，从动锥盘组包括安装在从动轴上的从动定锥盘和从动动锥盘，调速机构驱动主动动锥盘和从动动锥盘轴向移动，调速机构包括用于输出动力的驱动机、调速轴以及将转动转化为直线运动的直线往复机构，驱动机上通过调速齿轮组间接连接调速轴，调速轴上安装有第一定比传动机构和第二定比传动机构，所述直线往复机构为螺旋机构，螺旋机构包括第一螺母、第二螺母、第一空心螺杆和第二空心螺杆，所述第一定比传动机构与第一螺母连接，第一螺母设置在第一空心螺杆上，第一空心螺杆套设在主动轴上，第二定比传动结构与第二螺母连接，第二螺母设置在第二空心螺杆上，第二空心螺杆套设在从动轴上。
32.另外，主动定锥盘和从动定锥盘中至少一个加压锥盘的背面设有端面凸轮加压机构，主动动锥盘和从动动锥盘与调速机构连接。
33.另外，驱动机的最大功率p为9.74kw，其中i
max
为锥盘式无级变速装置的最大传动比(本实施例为5)，为锥盘式无级变速装置主动轴与从动轴中心距(本实施例为350mm)，满足：
34.另外，所述直线往复机构为螺旋机构，所述驱动机与调速轴之间的直接或间接连接有传动机构，驱动机与调速轴的连接机构速比为i为8.22，所述调速轴上安装有第一定比传动机构和第二定比传动机构，所述螺母包括第一螺母和第二螺母，所述空心螺杆包括第一空心螺杆和第二空心螺杆，所述第一定比传动结构与第一螺母连接，所述第一螺母设置在第一空心螺杆上，所述第一空心螺杆套设在主动轴上，所述第二定比传动结构与第二螺母连接，所述第二螺母设置在第二空心螺杆上，所述第二空心螺杆套设在从动轴上，第一空心螺杆和第一螺母导程p
h1
为10mm，第二空心螺杆和第二螺母导程p
h2
为10mm，第一定比传动机构的从动端齿数与主动端齿数之比i1为2.39，第二定比传动机构的从动端齿数与主动端齿数之比i2为2.39，p
h1
、p
h2
、i1和i2满足p
h1
/i1＝p
h2
/i2。
35.另外，驱动机最大输出转速为nw为300r/min，满足
36.另外，第一空心螺杆外螺旋的圈数n1为9，第一螺母内螺旋的圈数为n2为5，第二空心螺杆外螺旋的圈数为n3为9，第二螺母内螺旋的圈数为n4为5，所述n1、n2、n3和n4满足：
37.另外，调速轴距主、从动轴中心距相等，p
h1
、p
h2
、i1和i2也满足p
h1
＝p
h2
且i1＝i2。
38.另外，第一螺母与主动动锥盘相抵，第一空心螺杆通过轴向锁紧装置与主动轴相抵；第二螺母与从动动锥盘相抵，第二空心螺杆通过轴向锁紧装置与从动轴相抵。
39.另外，驱动机为电机或液压马达。
40.本实施例的锥盘式无级变速装置具体工作原理如下：发动机将动力传递至锥盘式传动装置，需要无级变速时，驱动机通过调速齿轮组和第一、第二定比传动机构、分别将调速力传递给第一螺母和第二螺母，第一、第二螺母相对于对应的空心螺杆转动，每转动一圈进给一个导程p
h1
和p
h2
，推动主动动锥盘和从动动锥盘轴向移动，挠性传动元件与主动锥盘组和从动锥盘组接触点工作半径发生改变，从而完成无级变速。
41.作为无级变速装置重要部件，本发明的调速机构推动主动动锥盘和从动动锥盘同速同向运动过程中，需克服轴向力应为主、从动轴轴向力差值，而传递动力过程中挠性元件拉轴力保持不变，由于变速过程中主、从动轴包角并不相等，反映到无级变速装置在主动轴和从动轴上轴向力并不相等，即如图3-4所示，图3中大速比往小速比方向调速时，当初始速比大于一定值时，理论所需调速力为零，随着速比减小当速比小于一定值时，理论所需调速力随速比减小而增长，且增长率随着速比的减小递减；而图4中小速比往大速比方向调速时，当速比小于一定值时，理论所需调速力为零，随着速比增加当速比大于一定值时，理论所需调速力随着速比增加而增加，且增加率随着速比的增加递增，即不同方向调速过程中螺母所需调速力不同，如图5所示驱动机实际输出调速力变化图，考虑到实际机械损耗功率存在，理论所需调速力为零情况缩减，但明显可见小速比往大速比调速过程中最大调速力明显大于大速比往小速比调速过程，且最大调速力发生在最小速比或最大速比，不同方向、不同速比情况下驱动机输出调速力也并不相同，即设计调速机构应满足效率同时使满足所需最大调速力发生点，区别于现有技术，本发明锥盘式无级变速装置的调速机构设置方法，能够合理选择锥盘式无级变速装置的调速机构驱动机的动力和设置形式，确保锥盘式无级变速装置能迅速且可靠的完成变速要求。
42.实施例2
43.如图2所示，本实施例的所述直线往复机构为凸轮机构，所述凸轮机构包括至少两对轴向相对布置的主动凸轮和从动凸轮，主动凸轮和从动凸轮中心处的直径端面上均相对的设有3个角度单调变化的滚道，所述驱动机通过直接连接或间接传动方式与调速轴相连接，驱动机与调速轴的连接机构速比i为1.74，所述定比传动机构包括第三定比传动机构、第四定比传动机构、第五定比传动机构和第六定比传动机构，所述主动凸轮包括第一主动凸轮和第二主动凸轮，所述从动凸轮包括第一从动凸轮和第二从动凸轮，所述调速轴的一端通过第三定比传动机构与第一主动凸轮相连接，第四定比传动机构与第一从动凸轮相连接，所述第一主动凸轮和第一从动凸轮通过夹持在相对的滚道上的滚子相接，第一主动凸轮通过轴承的允许相互转动的方式与主动动锥盘的背部相抵，第一从动凸轮通过直接或间接的方式与主动轴或箱体相抵；所述调速轴的另一端通过第五定比传动机构与第二主动凸轮相连接，第六定比传动机构与第二从动凸轮相连接，所述第二主动凸轮和第二从动凸轮通过夹持在相对的滚道上的滚子相连接，第二主动凸轮通过轴承的允许相互转动的方式与从动动锥盘相抵，第二从动凸轮通过直接或间接方式与从动轴或箱体相抵，所述第一主动凸轮和第一从动凸轮的滚道与端面凸轮中心线垂直面的夹角β1为6
°
，第一主动凸轮和第一从动凸轮的滚道所在中心处的直径d1为224mm，所述第二主动凸轮和第二从动凸轮的滚道与端面凸轮中心线垂直面的夹角β2为6
°
，第二主动凸轮和第二从动凸轮的滚道所在中心处的直径d2为224mm，所述第三定比传动机构的从动端齿数与主动端齿数之比i3为3.94，第四定比传动机构的从动端齿数与主动端齿数之比i4为3.68，第五定比传动机构的从动端齿数
与主动端齿数之比i5为3.94，第六定比传动机构的从动端齿数与主动端齿数之比i6为3.68，所述β1、β2、i3、i4、i5和i6满足d1tanβ1(1/i
3-1/i4)＝d2tanβ2(1/i
5-1/i6)的要求。
44.实施例3
45.拖拉机布置方式与上述调速机构结合的实施例。所述拖拉机动力装置包括发动机、离合器、锥盘式无级变速装置、换挡传动装置和后桥；所述发动力通过离合器与锥盘式无级变速装置的输入端相连接，锥盘式无级变速装置从动轴连接换挡传动装置，换挡传动装置输出端直接与后桥的输入端相连。
46.所述锥盘式无级变速装置包括主动轴、主动锥盘组、从动轴、从动锥盘组、凸轮加压机构、调速机构和钢制挠性传动元件；所述主动锥盘组套接在主动轴上，所述从动锥盘组套接在从动轴上，所述钢制挠性传动元件夹持于主动锥盘组和从动锥盘组之间，所述凸轮加压机构设置于主动定锥盘和/或从动定锥盘的背面，所述调速机构通过可承受轴向力的轴承与主动动锥盘和从动动锥盘相抵。
47.所述调速机构包括用于输出动力的驱动机、调速轴、定比传动机构以及螺旋机构，所述驱动机通过间接传动方式与所述调速轴连接，所述定比传动机构为齿轮传动机构，包括第一定比传动机构和第二定比传动机构；第一定比传动机构和第二定比传动机构的主动齿轮均通过花键配合挡圈方式安装在调速轴上；所述螺旋机构包括第一螺母、第一空心螺杆、第二螺母、第二空心螺杆、滚子和反向器，所述第一定比传动结构的从动齿轮与所述第一螺母做成一体，所述第一螺母通过内螺旋与第一空心螺杆的外螺旋实现螺旋相接，所述第一空心螺杆通过可承受轴向力的轴承配合锁紧螺母与主动轴相抵；所述第二定比传动结构的从动齿轮与第二螺母做成一体，所述第二螺母通过内螺旋与第二空心螺杆的外螺旋实现螺旋相接，所述第二空心螺杆通过可承受轴向力的轴承配合锁紧螺母与从动轴相抵，所述主动轴上锁紧螺母为右旋，从动轴上锁紧螺母为左旋，所述螺母与螺杆相连螺旋槽内均设置有滚子，所述第一螺母和第二螺母上均设置有可使滚子通过的反向器。
48.对比例1
49.替换实施例1中驱动机，本对比例中驱动机的最大功率p设置为3kw，而i
max
和a为设置与实施例1相同，不满足的要求，其它设置方式与实施例1相同，经过相同条件下的全行程调速试验，发现对比例小速比往大速比调速过程中在速比大于1.55时调速吃力，大速比往小速比调速过程中在速比小于0.75时调速吃力，而实施例1可完成全行程调速。
50.对比例2
51.本对比例的定比传动机构采用第一定比传动机构的从动端齿数与主动端齿数之比i1为2.43，第二定比传动机构的从动端齿数与主动端齿数之比i2为2.3替换实施例1，第一空心螺杆和第一螺母导程p
h1
为10mm，第二空心螺杆和第二螺母导程p
h2
为10mm，p
h1
、p
h2
、i1和i2不满足p
h1
/i1＝p
h2
/i2。所用挠性传动元件为链条时，经过相同条件下的可靠性试验，在小速比运行过程中，对比例链条偏斜过大，销轴上焊点脱落，而实施例1可完成不同速比下的可靠性试验。
52.对比例3
53.替换实施例1中驱动机，本对比例中驱动机的最大输出转速为nw为100r/min，在锥
盘式无级变速装置主动轴与从动轴中心距a为350mm，驱动机与调速轴的连接机构速比为i为8.22，第一定比传动机构的从动端齿数与主动端齿数之比i1为2.39，第一空心螺杆和第一螺母导程p
h1
为10mm情况下，不满足经过相同条件下的全行程调速试验，发现本对比例循环调速时间过长，无法满足行走机械动态响应要求。
54.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。