专利名称：自动无级变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车在行驶过程中负载的变化，其行驶速度也跟随着变化的变速装置。
对现有的汽车变速器来说都是有级变速，在换档过程中，由于驱动力供给不连续，加速和减速来得都特别快，因而给汽车的舒适性方面带来障碍;同时由于变速范围较窄，汽车燃油经济性不高。控制主要是手动控制，液压自动变速或电子液压自动变速;手动控制全靠驾驶员凭经验操纵，要求驾驶员有较熟练的技术，因而给汽车的使用带来许多麻烦;液压自动变速或电子液压自动变速靠加速踏板和计算机来实现，较为复杂，且不易获得较大的驱动力。
据日本专利汽车机械式无级变速箱(世界发明92年第12期)，其特点是用抛光的摩擦环和可变传动半径的摩擦锥轮来实现无级变速，用凸轮机构与发动机转数增减成比例的油压平衡来实现自动控制，然后利用两组齿轮的离合来实现汽车的前进和倒车，利用一摩擦轮的锁死和脱开来实现空档。对此无级变速器而言在发动机驱动行驶时能实现自动无级变速，但在前进与倒车的变换和发动机驱动与空档的转换过程中还存在着齿轮的离与合和轮系的锁死与打开问题，使汽车在行驶过程速度的变化不能完全连续，由于完全采用摩擦轮来传递动力，传递功率较小。自动控制部份，对汽车在行驶中发动机驱动与空档的转换和倒车靠此种方法来实现较为复杂，必须得有其它的辅助装置才能实现;同时从增速到减速和从减速到增速要经过反复循环才能平衡下来。
本发明的目的在于使自动无级变速器的传递功率增大，结构较简单，从起步、增速、减速、前进、倒车、放空都能平稳地连续地自动变化。
本发明是这样实现的为提高无级变速器的传递功率，同时使发动机驱动与放空和前进与倒车都能连续无级地变化，采用主轴分流，一边主要起无级变速作用，一边起功率传递作用，然后再利用差速机构将两边分流的结果合流输出。在分流过程中，通过无级变速装置，使行星架得到无级地变化的转速，在速度变化的同时，两边分流的扭矩也发生变化，通过差速机构的合成，在输出端可得到无级地变化的转速和与之对应的扭矩，以至反向速度和空档。在无级变速过程中，由于不存在齿轮的离合和摩擦轮的锁死与打开问题，是通过行星架的速度无级地变化来实现的。因而变速器在汽车起步、增速、减速、前进、倒车、放空全过程中都能平稳地连续地变化。
对自动控制部份，在输入轴和输出轴分别安装了凸轮机构，并用变速连杆将其联接起来，利用发动机转矩和输出轴负荷的增减以及相互平衡来实现起步，增速、减速和从发动机驱动转为靠重力自行行驶以及从靠重力自行行驶转为发动机驱动的自动控制。同时将变速连杆伸出变速器外，与发动机节气门、油门和控制线路连接可控制发动机的起动和熄火，手动变速连杆使之处于另一端，将实现倒车的自动控制。
图1是无级变速器的传动链图;
图2是自动无级变速器的构造图。
下面结合图对本发明的最佳实施例作详细描述。
由图1可看出，本传动链由输入轴8、输出轴9、定摩擦轮7，可变传动半径的变摩擦轮6，摩擦环5、太阳轮2、锥齿轮1、带内锥齿轮的行星架H、行星齿轮3和内齿轮4组成。发动机驱动输入轴8转动，输入轴分流，一边将转速由定摩擦轮7、变摩擦轮6、齿轮1传递给行星架H;一边将转速传递给太阳齿轮2。通过差速机构的合成得到n出。由于变摩擦轮6的转动半径可无级地变化，因而行星架H的转速也无级地变化通过差速机构的合成在输出轴可得到正向无级变化和反向无级变化的转速。其输出轴转速n出与输入轴转速n1和变摩擦轮传动半径R变的关系为n定＝n1;n2＝n1nH= (R定·Z1)/(R变·ZH) ·n1(n4-nH)/(n2-nH) =(-1)1· (Z2)/(Z4)n出＝n4=( ((Z2+Z4)·R定·Z1)/(Z4·R变·ZH) － (Z2)/(Z4) )n1
发动机带动汽车运行时，输出轴转速n出＝{ ((Z2+Z4)·R定·Z1)/(Z4·R变·ZH) － (Z2)/(Z4) )n1R变＝ ((Z2+Z4)·R定·Z1)/(Z4·ZH) 时，n出＝0，此时发动机转动，输出转不转，相当于汽车起步。
当R变((Z2+Z4)·R定·Z1)/(Z4·ZH) 时，n出＞0，此时输出轴转速与输入轴转速方向相同，相当于汽车前进，汽车前进的变速范围为0～ ((Z2+Z4)·R定·Z1)/(Z4·R变min·ZH) － (Z2)/(Z4)当R变＞ ((Z2+Z4)·R定·Z1)/(Z4·ZH) 时，n出＜0，此时输出轴转速与输入轴转速方向相反，相当于汽车倒车，汽车倒车的变速范围为0～ ((Z2+Z4)·R定·Z1)/(Z4·R变max·ZH) － (Z2)/(Z4)反过来，n1＝ (Z4·R变·ZH)/((Z2+Z4)R定·Z1-Z2·R变·ZH) ·n出汽车在前进过程中，即R变＜ ((Z2+Z4)·R定·Z1)/(Z4·ZH) ，当R变接近零时，n1也接近零，此时输出轴的转速对输入轴影响较小，相当于在行驶过程中放空。
R变越接近 ((Z2+Z4)·R定·Z1)/(Z4·ZH) ，n出对n1影响越大，即相当于汽车行驶过程中刹车不好靠抢档来控制车速，特别是汽车停止不动。R变＝ ((Z2+Z4)·R定·Z1)/(Z4·ZH) ，相当于汽车停车后持在高速档位置较安全。
汽车在倒车过程中，即R变＞ ((Z2+Z4)·R定·Z1)/(Z4·ZH) ，当R变越大时，n1越小，但R变不能太大，为使汽车在倒车中也完全能放空(即n1＝0)，在变摩擦轮最右端设置一摩擦环5，该摩擦环套在变摩擦轮6的轴上，可在轴上自由转动，为使变速过程中能平顺地过渡，该摩擦环的锥度与变摩擦轮6的相同，其小端直径等于变摩擦轮的大端直径，定摩擦环滑动到最右边和该变速环接触时，NH为任意，故n出对n1影响不大，相当于放空。
通过以上的分析该无级变速器的变化范围取决于R变变化范围的大小和R定、Z1、ZH、Z2、Z4的选择，其速度变化率取决于变摩擦轮6的椎度，如果R变、Z1、ZH、Z2、Z4选择得当，完全能满足汽车的使用要求，而又使变速器的体积较小。
注Z1、ZH、Z2、Z4-齿轮1、行星架齿轮H、太阳轮2、内齿轮4的齿数。
R定-定摩擦轮7的传动半径;
R变-变摩擦轮6的传动半径n1、nH、n2、n4、n出-输入轴8、行星架H、太阳轮2、内齿轮4、输出轴9的转速。
R变min、R变max-变摩擦轮6的最小和最大传动半径。
见图2，本发明由壳体15、输入轴1、输入轴变速环及定摩擦轮2、输入轴分流支架4、可变传动半径的变摩擦轮6、变摩擦轮弹簧压板5和14，变摩擦环7、变摩擦轮传动支架8、外椎齿轮10、内椎齿轮及行星架11、内齿轮9、行星齿轮12、太阳轮13、输入轴和输出轴变速拔叉16和23，变速杆弹簧压块17、21，压缩弹簧18、19、20、22，变速连杆24、输出轴变速环25、输出轴变速支架26、输出轴28、滚子3和27等组成。
本结构中输入轴支架4与主轴1采用三角形键联接，太阳轮13与主轴1、输出轴与输出轴支架26采用标准键联接。输出轴变速环25与内齿轮9采用花键联接，且可左右移动。输入轴变速环套在输入轴1上，可在输入轴上左右移动;输入轴和输出轴支架在与变速环接触部份装有滚子3和27，变速环与滚子接触部份根据汽车行驶条件做成曲线斜面，为增大摩擦力，定摩擦轮和变摩擦轮6的接触部份采用抛光处理，在变摩擦轮的两端加压缩弹簧19和22及弹簧压板5与14，以增加摩擦正压力。为使倒车也有空档位置，设置摩擦环7套在变摩擦轮6的轴上，可在轴上任意转动;锥齿轮10与变摩擦轮6的轴采用花键联接;在差速部份，内锥齿轮和行星架11做在一起;为使行星齿轮能够与太阳轮13、内齿轮9很好地啮合，行星齿轮转轴可沿行星架径向移动;为增加输出轴和输入轴的刚度，变摩擦轮6的支架8用螺钉固定在壳体15上，且输入轴1套在输出轴28上，两变速拔叉16和23套在连杆24上，为便于调节，可在连杆上移动，用紧固螺钉锁紧;为使汽车停止后，变速环能回到零位(即R变＝ ((Z2+Z4)·R定·Z1)/(Z4·ZH) )，同时使变速环能从放空转入发动机驱动，在发动机起动时，不使输出轴转速升得太快，设置了压缩弹簧18和20，用压块17和21来调节弹簧的预紧力;为便于手动控制汽车前进和倒车以及必要时控制车速，变速杆伸出壳体外，可与汽车节气门，控制线路等联接。
汽车前进时，手动控制变速杆24使之由零位偏即可。发动机启动后，带动输入轴1转动、输入轴分流带动太阳轮13和输入轴分流支架4转动。输入轴分流支架4带动输入轴变速环及定摩擦轮2转动，定摩擦轮2带动变摩擦轮6转动，然后带动行星架11转动。由差速机构的合成在输出轴变速环25上得到与输入轴1转向相同的转速，刚开始转动时，输出的转速为零。由于输入轴分流支架4在带动输入轴变速环2转动的同时，也使变速环压缩弹簧20慢慢向左移动，输出轴转速开始由零慢慢增大，当输入轴变速环受到输入轴支架向左的推力与弹簧20的回复力和输出轴变速环25受到输出轴支架27向右的推力平衡时，两变速环停止不动，输出轴转速稳定下来。当负载降低需要增速时，由于推动输出轴变速环25向右的力是负载的分力，其减小后，由于受力不平衡，输入轴分流支架4又带动输入轴变速环2向左移动，这样输出轴的转速得到增加，直到在新的负载下平衡下来。在负载增加，需要降速时，由于输出轴变速环受到向右的力增大，使其拉动变速杆24即输入轴变速环2向右移动，输出轴转速降低，直至在新的条件下平衡下来。当汽车靠重力行驶时(即放空)，由于输出轴支架26反过来带动输出轴变速环25转动，由于其斜面的不同，使输出轴变速环25受到向左的推力，此推力与输入轴变速环2受到的推力方向相同，很快压缩弹簧20推动输入轴变速环2向左移动，直到放空位置。当由靠重力行驶转为靠发动机驱动时，由压缩弹簧20的回复力来回位。当汽车停止不动时，由于两变速环受到的力为零，由弹簧20推动变速环2和25回到零位。汽车需要倒车时，将变速连杆从零位向右搬动一下即可。此时两传动支架和两变速环左边的斜面接触，传动路线和变速原理与上面汽车前进的相同，只是两变速环的受力与上面的相反，变速环越向右输出轴反向转速越高，这时弹簧18起作用。
变速器的变速杆24与发动机油门、节气门和控制线路连接，经过其它的手段，可控制发动机的启动和熄火，节气门的开度、油门的增减，这样不但实现了变速的自动控制，而且便于汽车的自动控制。
权利要求
1.一种自动无级变速器，包括壳体(15)、输入轴(1)、一端套在输入轴(1)上的输出轴(28)，装在输入轴(1)上的支架(4)，装在输入轴支架(4)上与输入轴变速环(2)的凸轮槽啮合的滚子(3)，装在支架(8)上的变摩擦轮(6)；其特征在于装在输入轴(1)上可左右移动且分别与滚子(3)和变摩擦轮(6)啮合的带有前进、倒车、放空凸轮槽的输入轴变速环即定摩擦轮(2)，装在输入轴(1)上且固定在壳体(15)上的变摩擦轮(6)的支架(8)，装在变摩擦轮(6)的轴上可自由转动的摩擦环(7)，装在变摩擦轮(6)轴上的外锥齿轮(10)，装在输入轴(1)上位于变摩擦轮(6)两端的弹簧压板(5)和(14)装在支架(4)与压板(5)之间和行星架(11)与压板(14)之间的压缩弹簧(19)和(22)，装在输入轴(1)上且带的内锥齿轮和外锥齿轮(10)啮合的行星架(11)，装在输入轴(1)上的太阳轮(13)和内齿轮(9)、中间啮合着的行星齿轮(12)，装在内齿轮(9)上可左右移动且一起转动的带有前进、倒车、放空凸轮槽的输出轴变速环(25)，装在输出轴(28)上且一起转动的输出轴支架(26)，装在输出轴支架(26)上与输出轴变速环(25)啮合的滚子(27)，装在壳体(15)上的一端伸出壳体外且可左右移动的变速连杆(24)，装在变速连杆(24)两端与输入轴变速环(2)和输出轴变速环(25)联接的变速拔叉(16)和(23)，以及装在连杆(24)两端的压缩弹簧(18)和(20)、弹缩压块(17)和(21)。
2.按照权利要求1所述的自动无级变速器，其特征在于输入轴(1)分流，同时带动输入轴支架(4)和太阳轮(13)转动，输入轴支架(4)一边带动定摩擦(2)转动，通过改变变摩擦轮(6)的传动半径，使带内锥齿轮的行星架(11)得到无级变化的转速;后利用行星齿轮(12)、内齿轮(9)将行星架(11)和太阳轮(13)的转速和扭矩合成，使输出轴(28)得到与输入轴(1)转向相同、相反或互不影响的无级地连续变化的转速。
3.按照权利要求1和2所述的自动无级变速器，其特征在于在输入轴(1)和输出轴(28)上分别安装了变速环(2)和(25)，并用变速连杆(24)及拔叉(16)、(23)将其联接起来，利用输入轴(1)的输入扭矩和输出轴(28)的负荷增减以及弹簧(18)、(20)的回复力三者的平衡来实现起步、增速、减速、放空与发动机驱动之间的转换和停车后能使变速环(2)和(25)回到原始位置的自动控制;手动变速连杆(24)使之处于另一端将实现输出轴(28)反向转动的自动控制。
4.按照权利要求1和2所述的自动无级变速器，其特征在于定摩擦轮(2)与套在变摩擦轮(6)轴上的摩擦环(7)接触来实现倒车的放空。
全文摘要
一种用于机动车辆上的自动无级变速器。其结构简单、传递功率较大，主要技术特征是采用主动轴分流，一边带动无级变速装置、一边带动功率传递装置，用差速机构将其合流输出。由于分流和合流的作用，使其传递功率增大，使输出轴得到与输入轴转向相同、相反或互不影响的连续地无级地变化的转速。在输入轴和输出轴分别安装了凸轮变速机构，用一连杆将其联接起来，利用发动机扭矩与输出轴负荷的平衡来实现汽车起步、增速、减速、前进、倒车、放空的自动控制。
文档编号F16H37/00GK1111328SQ94107060
公开日1995年11月8日 申请日期1994年6月14日 优先权日1994年6月14日
发明者韩克兵 申请人:张蓉