专利名称：用于无级式变速箱的驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于无级式变速箱，即，用于可以逐渐改变速比的变速箱的驱动装置。本发明的驱动装置可以应用于包括主动皮带轮和从动皮带轮的变速箱，这两个皮带轮借助最好具有梯形横截面的皮带相互连接，以便在两个皮带轮间传递运动。至少一个皮带轮的直径可逐渐变化，传动皮带绕在其上以确定速比。
另外，本发明所涉及的驱动装置可以成功地应用于速比可逐渐变化及无级方式变化的任何类型变速箱，甚至非皮带和皮带轮传动系统的变速箱，例如带有摩擦轮的变速箱，摩擦轮可带有或不带中间构件如滚珠、盘等等。
这种驱动装置特别用于机动自行车和小型摩托车的机械变速箱，下面的描述结合这种变速箱进行，这并不限制本发明的应用范围。
特别用于机动自行车和小型摩托车的上述公知类型的机械变速箱，为清楚起见下文中称为变速器，其中，至少一个皮带轮包括两个分开的盘。所述皮带轮可以象在大多数小型摩托车中那样装在主动轴上，也可以象在某些机动自行车那样装在从动轴上，不过，其工作原理是相同的。为方便起见，这里只涉及皮带轮安装在主动轴上的那种情形。
皮带轮的两个盘与主动轴共轴地安装，在转动中它们是整体的。两个盘的外表面的形状使得在它们之间限定一条容纳挠性件的槽。另外，两个盘安装在主动轴上，第一个在固定位置上，第二个可以沿所述轴滑动平移，并改变槽的宽度，使挠性件可以定位在离开主动轴的转动轴线不同的距离上，这相应于主动轴和从动轴之间的速比。
由发动机提供的功率是相同的，为了使从动轴的转矩和转速适应于车辆的实际运动要求，公知类型的变速器构想出自动调节装置，它利用主动轴的转动作用在皮带轮活动盘中制成的适当形状的座圈上活动的质量或绕铰链活动的质量上的惯性力实施必要的修正作用，使调节装置至少作用在皮带轮的滑动盘上。
具体来说，当主动轴的转速增加时，质量使可以滑动的皮带轮盘沿转动轴线移动，克服了由对抗的弹性反作用件形成的阻力，从而使槽变窄，逐渐增大了皮带和主动轴转动轴线之间的距离；当主动轴转速下降时则发生相反的情况，弹性反作用件克服惯性力，相应于槽的加宽，和皮带和转动轴线之间距离的减小，形成了不同的平衡。
上述种类的变速器具有许多优点结构极为简单、工作可靠安全，整个变速器紧凑且重量轻。但是，在使用中在对前进运动的各种阻力条件下，这种运动装置(locomotion means)的速度与变速器的结构参数紧密相关，不可能对其改进，也不能按照驾驶员的要求随意调节性能。
因此，不可能使变速器实施的速比变化不同于被包括质量在内的装置的结构特征所确定的速比变化。由于质量位于主动轴上并随其转动，因而质量可能使主动轴不平衡，产生较大的惯性矩，影响内燃机转速的改变，这是因为质量具有附加飞轮效应。惯性矩按照离开控制活动盘的质量转动的轴线的距离而变化，因而内燃机对速度变化的反应取决于质量的位置。这种效应必须避免，以便获得内燃机不变的工作特征。
本发明的目的是提供一种驱动装置，其用于在无级式变速箱中控制速比的宽而连续的变化，而这是与主动轴的转速无关的。
在一种推荐实施例中，速比的变化可以由驾驶员按照应用无级式变速箱的设备或运动装置的具体工作要求来进行选择和调节。
与用质量调节的变速器相比，本发明的另一个优点是更大程度地利用了皮带轮的表面，这就是说，具有相同直径的皮带轮可用来获得更大的速比变化。
按照上述目的，本发明的技术将在权利要求书中描述，本发明的优点将更清楚地对照表示推荐实施例的以下附图进行描述。
图1是设有按照本发明制造的装置的无级式变速箱的示意立体装配图；图2是本发明装置的放大的分解示意立体装配图；图3是本发明装置的构件的示意功能框图；图4和5是装置的一些调整构件的局部剖开的侧视图6和7表示皮带轮盘，分别是从其对称轴线看去视图的和沿Ⅶ-Ⅶ线的剖视图；图8和9是表示本发明细部结构的两张剖视图；图10是从图2中箭头A所示方向看去的本发明装置的视图，一些零件切掉以便更好的表示其它零件；图11是本发明装置另一实施例的示意图。
现在参阅附图，图1表示一个无级式变速箱1，其特别用于在未画出的小型摩托车或机动自行车上将机械动力从主动轴2传送至从动轴3。
无级式变速箱1基本包括一个挠性件4和一对皮带轮5,6，第一皮带轮连接于主动轴2，而第二皮带轮安装在从动轮3上。
由梯形横截面的皮带构成的挠性件4安装得围绕且紧紧包住皮带轮5,6以便在其间形成将运动从主动轴2传递至从动轴3的足够的摩擦力。
连接于主动轴2的皮带轮5包括(图2)分开的第一和第二盘7和8，它们具有截圆锥形外表面7a,8a。盘7和8共轴地安装在主动轴2上，其外表面7a,8a相对，共同限定一中间槽9，挠性件4容纳在该槽中，其侧面4e接触盘7和8的外表面7a和8a。
第一盘7具有一个中央毂部31，盘7借助该毂部安装在主动轴2上的端部销轴32上，通过拧紧螺母33，该螺母将毂部31压在圆管34形成的固定壁上，从而将盘7固定在主动轴2上，圆管34共轴地安装在主动轴2上，沿主动轴的转动轴线2a与主动轴2的壁2b接触。
圆管34的圆柱形外表面具有纵向沿主动轴2的转动轴线2a的花键座35(图8和9)。另外，圆管34的圆柱形内表面可以具有与主动轴2上的花键配合的花键，因而与主动轴2连为整体。
第二盘8具有一个中央毂部36，其上带有纵向内花键37，它与圆管34的花键类似，但是较短。毂部36共轴地安装，可在圆管34上滑动，毂部通过与主动轴2的转动轴线2a平行的滑键38连接于圆管34，并部分地容纳在圆管34的花键座35中，部分地容纳在第二盘8的毂部36的内花键37中。
当拧紧螺母33时，主动轴2、圆管34和第一盘7相互变为整体，能够一起绕主动轴2的转动轴线2a转动。借助滑键38连接于圆管34的第二盘在绕转动轴线2a的转动中也与主动轴2变为整体，但仍可在主动轴2的纵向自由滑动。这种相对的运动自由度使盘8可在圆管34上平移，使容纳挠性件4的槽9的宽度发生变化，因而引起无级式变速箱1速比的变化，这取决于挠性件4在各位置上离开转动轴线2a的距离，而上述位置由两个盘7,8之间实际距离引起的槽9的宽度决定的。
第二盘8沿圆管34的滑动由一个线性驱动装置10控制，该线性驱动装置包括一对平移件11,12、平移件的机动化装置19,20，以及适当地连接于机动化装置19,20的控制装置24。
平移件11,12是共轴地安装在主动轴2上的管状套筒。第一套筒11包括一个推力端11r，该推力端借助径向和推力轴承45接合在一个相配的空腔11c中，该空腔是在第一皮带轮5的盘8的与面对挠性件4那侧的相反侧上制成的。
轴承45在盘8的空腔11c中干涉配合地安装在推力端11r上，使盘8和第一套筒11构成一个可以整体地在轴向上相对于圆管34滑动的组件，但是，盘8能够相对于第一套筒11转动。
电机19的输出轴设有小齿轮52，该小齿轮又借助一对共轴齿轮53,54啮合环形齿轮51。齿轮53,54可减慢电机19输出轴的转动。环形齿轮支承钟罩20a，该钟罩设有套筒11的拉动装置21,22。套筒11在钟罩20a内，可借助拉动装置21,22沿钟罩纵向滑动。因此，套筒11在转动中与钟罩20a连为整体，但可相对于钟罩20a纵向滑动。
盘8也包括(图8)一个联轴节14。该联轴节可使套筒11连接于盘8，因而使电机19连接于主动轴2，使内燃机可由电机19起动，这将在下文讲述。联轴节14包括一个具有支承滚动件40的冕状轮42的惰轮、带有若干基本沿圆柱形表面布置的壁41的盘8和套筒11的推力端部11r。滚动件40位于推力端部11r的圆柱形外表面和壁41之间。如果推力端部11r沿着使滚动件40与壁41接触的方向转动，在壁上滚动，那么，由于盘8的壁41是斜的，使圆柱形表面的直径减小，因而滚动件40将套筒11锁紧在盘8上，使其互相连为整体。当套筒11和盘8以相反的方向转动时，由于滚动件40从壁41移开，因而它们可相对自由转动。
当内燃机起动时，电机19使环形齿轮51、钟罩20a，以及套筒11转动。套筒11的端部11r使联轴节14连接，联轴节14借助盘8、滑键38和套筒34使主动轴2转动，因而使内燃机起动。
第二平移件12是一个套筒，它干涉配合地锁紧在变速器1壳体的固定壁13的管状凸起13a上。
管状套筒11,12(图4和5)分别设有内螺纹15和丝杠16，以及环形槽17a,17b，其直径分别大于和小于内螺纹15及丝杠16的芯部直径。槽17a和17b纵向设置在内螺纹15和丝杠16内且与其相邻。当套筒11,12完全旋在一起时，丝杠16一部分在槽17a中，内螺纹15一部分在槽17b中。因此，两个套筒11,12相互自由转动。
管状套筒11,12共轴地安装在主动轴2上，借助内螺纹15与丝杠16的啮合而相互伸缩式连接，在套筒11和12之间装有至少一个弹性反作用件18。
弹性反作用件18与转动轴线2平行地施加一个作用力，其方向使套筒11,12相互分离。
套筒11,12的机动化装置包括一个转动联轴节20和与联轴节相关的起动电机。联轴节20包括圆筒形管状钟罩20a，该钟罩内装有平移套筒11，该套筒连接于第一皮带轮5的第二盘8。
钟罩20a设有驱动装置21,22，其用于使连接于第一皮带轮5的第二盘8的套筒随其绕主动轴2转动；它们也用于使套筒11沿主动轴2的转动轴线2a自由移动。这种作用最好是借助钟罩20a上制成的槽21得到的，并且方向为主动轴2的纵向，其中，从套筒11的径向伸出的销22使它们可以滑动地接合。
联轴节20具有一个环形齿轮51，它借助一对中间齿轮53,54由驱动装置的小齿轮52啮合。下文将阐明，驱动装置可以是机动自行车或小型摩托车的内燃机的起动电机19。
控制装置包括一个电子卡24，它在图3中示意地画出，在其一侧接有电机19的X,Y供电极，另一侧接有至少一个传感器26和两个单稳态按钮25用于转换无级式变速箱1速度调整的通和断。按钮25(它可以由等同的双稳态形按钮替代)在机动自行车或小型摩托车构成运动装置的情形中位于手把上。当两个按钮25之一被启动时，电极19的极性逆转，电机19所供电流使其以相反的方向转动。电子卡24包括一个滤波装置57，其用于消除来自按钮25和传感器26的任何电干扰；一个连接于滤波装置57的微处理装置58；一个连接于且受控于微处理装置58，用于启动继电器60的启动装置59；以及继电器61。继电器60以两个转向启动电机19。继电器61启动制动器31(如果有的话)，该制动器可以安装在电机19上并防止电机19在未接通时，例如由于振动而自发转动。传感器26向控制电子卡24的输入端发送环形齿轮51的角位。例如，图2所示的传感器26是霍尔效应传感器，它检测位于环形齿轮51上的磁铁27的通过。在图示实施例中有四个相隔90°的磁铁27组，可以检测环形齿轮51的180°的转动。环形齿轮51的角运动的检测可以非直接地检测滑动盘8的位置，因而也可读出速比。显然也可以使用其它类型的传感器，例如，感应传感器。另外，滑动盘8的位置也可以如图11中所示用适当的线性传感器126直接检测。传感器26(或126)可以使微处理装置得到所获得的实际速比的信息，并且可以与起动电机蓄电池充电状态、起动电机的磨损等无关地精确得到给定速比。
参阅图2可描述控制器10的工作，当启动两个按钮25之一时，电机19使联轴节20转动，取决于转动方向，该联轴节启动滑动套筒11在固定套筒12上的旋入(或旋出)。完全与主动轴2的转速无关的滑动套筒11的平移在驾驶员按下按钮25并保持按下状态期间持续。连接于第一皮带轮5的第二盘8的套筒11沿着主动轴2向着(或背离)固定的第一盘7滑动，迫使挠性件4离开转动轴线2a(或朝向该轴线)，使挠性件沿盘7,8的径向逐渐移动，从而使无级式变速箱1的速比相应地逐渐变化。
按照一种较简单的工作方法，驾驶员可以通过按下铵钮25一个较短或较长的时间来控制运动装置速度的较小或较大的变化。当松开按钮25时，平移件11,12的滑动指令停止，第一皮带轮5的第二盘8相对于第一盘7最后达到的位置上，无级式变速箱1的速比将保持，直至最初按压的按钮25被再次按压，或者直至按压另一个按钮25。在后一种情形中，套筒11的滑动是以反向被启动的，因而它从固定盘7移开，使它更深地进入槽9，将第一皮带轮5的第二盘推靠在套筒11的相邻于盘8的推力端部11r上。对于这种工作方式来说不需要传感器26。
按照另一种工作方法，每次按压按钮25时，活动盘发生相应的给定运动。该运动由传感器26检查。在这种情形中，微处理装置58存储给定数目的环形齿轮51的预先设定的位置，因此，存储了给定数目的滑动盘8的预先设定的位置，例如5或6个位置，这些位置模拟传统的5或6速度挡位的齿轮箱，相应于5或6个不同的齿轮速比。
因此，每次按压按钮25时，速比就被改变。微处理装置58中含有的关于各种速比的数据可以改变，例如，对关于速比数目和速比的值的数据进行改变这是通过将装置58连接于外部计算机并适当地改变存储的程序而实现的。
按照另一种工作方法，变速器以逐渐的、自动的方式启动。在这种情形中，参阅图3，也许需要使用其它传感器收集其它信息，例如使用车速传感器27、发动机转速传感器28、节气门位置传感器29等。在这种情形中，有各种可能的工作方式最大加速度、最大速度、最小耗油量等。
控制装置24可以增加的另一种有用的功能是限制和调整速度。这种功能可以由车辆驾驶员启动，也可以使用无线电信号或其它适当的信号，例如当车辆进入汽车路或进入城镇时从外界操作传感器30而自动启动。
在图2所示情形中，车辆内燃机逆时针转动(见环形齿轮51附近箭头的方向)，因此，为了使控制器10能够借助起动电机19启动，内螺纹15和丝杠16具有左旋螺纹，即，其旋向使得滑动盘11在车辆发动机起动而使转动联轴节20转动时可完全旋向固定盘12。在这种条件下，滑动套筒11和固定套筒12实现沿转动轴线2a的最大往复式穿透，而内螺纹15和丝杠16脱开，分别进入两套筒11,12上的槽17b和17a。这种状态使滑动套筒11可相对于固定套筒12自由转动，使控制器10关断，以便能够使用起动电机19以上述传统的方式(沿逆时针方向)起动发动机。另外，在这种状态下，第一皮带轮5的盘7和8相隔最大距离，无论当运动装置的发动机停止时无级式变速箱最终结构如何。当然，如果发动机顺时针方向转动，两套筒必须具有右旋螺纹。
由于弹性反作用件18的介入使套筒11和12的内螺纹15和丝杠16沿轴向相互接触，因而当活动套筒11相对于固定套筒12的转动方向的逆转会立即恢复内螺纹15与丝杠16的啮合，如上所述，此时起动电机19再次只用于控制器10的操作。
因此，上述类型的控制器10可以按照驾驶员的意愿控制速比可调的无级式变速箱。这样就可以将无级式变速箱1用作一个齿轮箱，其中可由驾驶员按照其驾驶技术自由选择齿轮挡位及其分布。这种控制器制造简单、成本低廉，而且装配仪表简单，适用于机动自行车和小型摩托车上的变速器。
这种控制器可以有利地用于发动机的起动电机19与活动盘8在同侧的场合，因此，有利于作为无级式变速箱的启动装置的起动电机的操作。
如图11所示，如果起动电机19在不同的位置上，那么，通过下述方式仍可以将其用作变速器的启动装置将控制系统装配在它们之间，这可以是带有软线的液压式的或机械式的。在图11所示的实施例中，启动装置包括一个液压缸113，它由起动电机19借助丝杠112和内螺纹111启动。缸113由软管120和阀115连接于一个启动缸114，该启动缸又连接于滑动盘8。阀115可以用于中断装置的工作以便进行保养等。
丝杠112和内螺纹111完成类似于套筒11和12的功能，因此，当发动机必须起动时脱开，然后弹簧118使丝杠112与内螺纹111啮合，起动机19可以用来启动变速器。
权利要求
1．用于控制无级式变速箱速比变化的驱动装置，其用于将内燃机的动力从主动轴(2)传递至从动轴(3)，其中，无级式变速箱(1)包括一个封闭环形挠性件(4)；分别安装在主动轴(2)和从动轴(3)上且由挠性件(4)围绕的第一及第二皮带轮(5,6)，至少第一皮带轮(5)具有第一及第二盘(7,8)，所述盘与主动轴(2)共轴地安装，绕共同的转动轴线(2a)随主动轴转动，所述第一和第二盘(7,8)具有外表面(7a,8a)，其形状使其共同限定一条容纳挠性件(4)的槽(9)，在固定位置上的第一盘(7)及第二盘(8)安装在主动轴(2)上，第二盘(8)可沿主动轴(2)平移并改变槽(9)的宽度，使挠性件(4)占据离开主动轴(2)的转动轴线(2a)不同距离的相应位置，所述驱动装置的特征在于它包括一个用于移动活动盘(8)的线性驱动装置(11,12,13)，受到与主动轴(2)的转速无关的机动化装置的控制，以及控制装置(24)，该控制装置连接于机动化装置(19,20)。
2．根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于所述线性驱动装置包括一个第一平移件(11)，它由一支承件(45)连接于第二盘(8)，使盘(8)和第一平移件(11)可自由地相对转动并使盘(8)和第一平移件(11)可以平移，还包括一个第二平移件(12)，它安装于第一平移件(11)，使第一平移件(11)和第二平移件(12)之间的相对转动转变为两者之间的相对平移，所述驱动装置还包括脱开装置(17a,17b,18)，其用于当第一和第二平移件到达其相对平移的行程端部时脱开第一和第二平移件，使其可以自由相对转动。
3．根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于所述第一和第二平移件是管状套筒(11,12)，它们相互伸缩式连接，分别具有内螺纹(15)和丝杠(16)，它们往复式接合并使所述套筒(11,12)可以围绕及沿着主动轴(2)的转动轴线(2a)旋转平移。
4．根据权利要求2或3所述的驱动装置，其特征在于所述脱开装置包括环形槽(17a,17b)，它们在套筒(11,12)内制成，位于内螺纹(15)和丝杠(16)的一个端部，用于当套筒(11,12)沿转动轴线(2a)的方向到达最大贯穿状态时使内螺纹(15)和丝杠(16)能够脱开，从而使套筒(11,12)可以绕主动轴(2)的转动轴线(2a)自由转动。
5．根据权利要求4所述的驱动装置，其特征在于内螺纹(15)和丝杠(16)的螺纹取向可以达到下述状态套筒(11,12)在推进发动机的主动轴(2)的起动力矩下自由转动。
6．根据权利要求5所述的驱动装置，其特征在于如果推进发动机逆时针方向转动，那么，内螺纹(15)和丝杠(16)具有左旋螺纹。
7．根据权利要求5所述的驱动装置，其特征在于；如果推进发动机顺时针方向转动，那么，内螺纹(15)和丝杠(16)具有右旋螺纹。
8．根据权利要求5所述的驱动装置，其特征在于它包括弹性反作用件(18)，它们安装在套筒(11,12)之间，沿共同转动轴线(2a)施加一个直接的作用力，其方向使套筒(11,12)相互背离移动，从而使内螺纹(15)和丝杠(16)保持以最大往复式轴向贯穿状态相互接触，所述弹性反作用件(18)当所述套筒(11,12)相对转动方向逆转时使内螺纹(15)和丝杠(16)之间可以自动恢复接合。
9．根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于所述机动化装置包括一个电机(19)和一个旋转联轴节(20)，后者具有传动装置(21,22)，其用于驱动连接于第一皮带轮(5)的第二盘(8)的平移件(11)，所述传动装置(21,22)用于使联轴节(20)和平移件(11)绕主动轴(2)的转动轴线(2a)转动，而不使其可沿转动轴线(2a)自由移动。
10．根据权利要求9所述的驱动装置，其特征在于联轴节(20)包括一个管状钟罩(20a)，其容纳与第一皮带轮(5)的第二盘(8)连为整体的平移件(11)，所述传动装置由钟罩(20a)内制成的至少一条槽(21)和相应的销(22)构成，所述销连接于平移件(11)，在钟罩(20a)内的槽(21)内滑动。
11．根据前述任一项权利要求所述的驱动装置，其特征在于所述一对平移件(11,12)的机动化装置(19,20)包括为所述机动装置提供动力的内燃机的起动电机(19)。
12．根据权利要求11所述的驱动装置，其特征在于所述控制装置包括一个电子卡(24)和至少一个控制按钮(25)，可以在两种状态间转换该控制按钮，电子卡(24)和按钮(25)在功能上与机动化装置(19,20)相连，当按钮(25)的状态转换时使机动化装置接通或断开，从而在调节无级式变速箱(1)的速比所需时间内可以控制平移件(11,12)之间距离的变化。
13．根据权利要求12所述的驱动装置，其特征在于电子卡(24)包括一个传感器(26；126)，其用于检测第二滑动盘(8)的实际位置从而检测实际速比，以便与起动电机(19)的蓄电池的状态及起动电机的磨损无关地精确地得到一个给定速比。
14．根据权利要求12或13所述的驱动装置，其特征在于电子卡(24)包括一个滤玻装置(57)，该装置消除来自按钮(25)和传感器(26,126)的任何电干扰；一个微处理装置(58)，其连接于滤波装置(57)；一个启动装置(59)，其连接于并受控于微处理装置(58)；用于控制电机(19)的继电器(60,61)，所述继电器由启动装置(59)启动。
15．根据前述权利要求所述且对照附图描述的，作为描述对象的驱动装置。
全文摘要
本发明涉及用于控制装有内燃机的车辆中的无级式变速箱的速比的驱动装置,该驱动装置包括两个套筒(11,12),它们分别设有丝杠(16)和内螺纹,两者相互接合,使相对转动变为相对平移;套筒(11,12)包括环形槽(17a,17b),它们当套筒(11,12)处于最大往复式贯穿状态时使套筒相对自由转动而不作任何平移;所述驱动装置的功能最好由起动内燃机所用的同一电机进行。
文档编号F16H55/56GK1234860SQ98800950
公开日1999年11月10日 申请日期1998年7月10日 优先权日1997年7月10日
发明者戴维德·博亚尼, 詹卢卡·乔治 申请人:I·P·创新产品有限责任公司