大力矩高效率的cvt無級變速器的製造方法

2023-06-07 04:32:16

大力矩高效率的cvt無級變速器的製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種無級變速器，特別涉及一種大力矩高效率的CVT無級變速器。該無級變速器，包括主動固定錐面輪，主動移動錐面輪，從動固定錐面輪，從動移動錐面輪，及皮帶組成，其特徵在於：所述主動移動錐面輪和從動移動錐面輪由撥銷傳動，所述皮帶由多層鋼片環形帶疊合而成，所述主動固定錐面輪，主動移動錐面輪，從動固定錐面輪，從動移動錐面輪的經向上均刻有防滑槽，所述皮帶的型角爐為20°。本實用新型大力矩高效率無級變速器，體積與力矩可以和齒輪機構相類比，而且清除了打滑因素，效率較高。
【專利說明】大力矩高效率的CVT無級變速器

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種無級變速器，特別涉及一種大力矩高效率的CVT無級變速器。

【背景技術】
[0002]無級變速器(ContinuouslyVariable Transmiss1n,縮寫為CVT),由鋼帶與維面輪組成。現有技術的無級變速器由三角膠帶經鏈條發展而來，採用數以百計的工字形鋼片疊到一串，通過在工字形鋼片的兩肋空間中裝入兩組鋼絲環形帶傳遞拉力，由於鋼絲環的斷面尺寸有限，承受拉力的皮帶有效面積不夠，儘管已採用上好的材料做成，但在目前尺寸許可條件下，能承受的拉力仍然不足。目前採用的工字形鋼片串來承受摩擦力，鋼片面積大，佔用皮帶輪半徑方向和切向尺寸過大，而鋼片只有工字的兩個角來承受摩擦，且鋼片的端面與皮帶輪的錐面接觸是平面與錐面的線接觸，接觸線的兩側的油膜形成油楔，利於滑動、摩擦係數甚小，傳遞摩擦力小。
[0003]由於採用鋼片承受摩擦力，鋼絲、環形帶承受拉力形成「推力驅動」結構，皮帶在工作時有四段:一是主動輪包角以內，二是從動輪包角以內，三是主拉力側，四是推力側；可以想到在主拉力一側和主動輪包角內的鋼片，相互之間是有間隙的，而推力的一側和從動輪包角內是緊密無隙的，在運行過程中鋼片離開從動輪時形成鬆動間隙，在主動輪內形成緊密消除間隙，主動輪都多轉一點，但此時從動輪是不動，即是不做功的，而主動輪是在失速。因此現有技術條件下的無極變速器打滑不可避免，導致效率偏低，與齒輪變速箱相比，傳遞力矩不足，傳動效率偏低，只能用在小排量汽車。


【發明內容】

[0004]本發明為了彌補現有技術的缺陷，提供了一種單位體積上大力矩高效率的CVT無極變速器。
[0005]本發明是通過如下技術方案實現的:
[0006]一種大力矩高效率的CVT無極變速器，包括主動固定錐面輪，主動移動錐面輪，從動固定錐面輪，從動移動錐面輪，及皮帶組成，其特徵在於:所述主動移動錐面輪和從動移動錐面輪由撥銷傳動，所述皮帶由多層鋼片環形帶疊合而成，所述主動固定錐面輪，主動移動錐面輪，從動固定錐面輪，從動移動錐面輪的經向上均刻有防滑槽，所述皮帶的型角φ% 20。。
[0007]作為本發明的優選方案，所述鋼片環形帶的厚度h為0.05-0.3_。
[0008]作為本發明的優選方案，所述主動固定錐面輪，主動移動錐面輪，從動固定錐面輪，從動移動錐面輪和皮帶的材質均為普通結構鋼。
[0009]所述防滑槽的深度為2mm，寬度為3mm，防滑槽的作用一是可以阻斷油膜形成，並排出潤滑油從而形成幹接觸，以增大摩擦力；二是在正壓力作用下皮帶微變形突入防滑槽中，可以使阻力增加比無防滑槽增大一倍以上，基本克服打滑。
[0010]皮帶的型角P是皮帶張力與皮帶的摩擦面正壓力的轉化參數，現有技術中無級變速器的皮帶型角40°來源於橡膠皮帶，此型角對於乾式狀態工作的橡膠皮帶是適應的，對於在溼式狀態工作的無級變速器鋼質皮帶，其強度比橡膠高得多，但其摩擦係數卻是橡膠的四分之三，因此$角應該改小，因為爐角減小之後，用同樣的油缸壓力，因-減小，cosf:
增大從而產生的摩擦力增大，因—減小，tan.!減小，從而使產生的內力張力減小，而增大皮帶的承受力。
[0011]現有技術中無級變速器的移動錐面輪既要有鍵滑動，又要有液壓活塞杆密封，因此軸向尺寸很長，採用撥銷代替鍵傳動可大幅度降低軸向尺寸，使得機構體積減少，單位體積傳遞力矩增大。
[0012]作為本發明的優選方案，由於皮帶由多層厚度h的鋼片環形帶疊合而成，每層是獨立的一根皮帶，每層之間沒有力的聯繫，因此為了保證皮帶的一體性，在皮帶工作平均寬度Btl的二分之一處用縫線做縫合，與現有技術V型膠帶相似，皮帶兩側面承受摩擦力，斷面承受拉力，由於皮帶的材質是鋼材具有強度高的優勢，使得結構尺寸變小，而承受的負荷可大幅度增大，因此無需採用特殊強度高的材料。
[0013]本發明的有益效果是:本發明大力矩高效率CVT無級變速器，體積與力矩可以和齒輪機構相類比，可用於車輛及風力發電領域，而且清除了打滑因素，效率較高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0015]附圖1是本發明大力矩高效率CVT無級變速器的原理示意圖；
[0016]附圖2是本發明大力矩高效率CVT無級變速器的皮帶結構示意圖；
[0017]附圖3是附圖2的A-A截面圖；
[0018]附圖4是錐面輪的主視結構示意圖；
[0019]圖中，I減速油缸，2動力輸入軸，3撥銷，4主動固定錐面輪，5皮帶，6主動移動錐面輪，7增速油缸，8動力輸出軸，9從動移動錐面輪，10從動固定錐面輪，11縫線，12防滑槽，P皮帶型角，R1皮帶片工作外半徑，R2皮帶片工作內半徑，R0皮帶的平均工作半徑，h單層皮帶厚度，H皮帶總厚度，B0皮帶工作平均寬度。

【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明。
[0021]本發明的大力矩高效率的CVT無極變速器，包括主動固定錐面輪4，主動移動錐面輪6，從動固定錐面輪9，從動移動錐面輪10，及皮帶5組成，所述主動移動錐面輪6和從動移動錐面輪10由撥銷傳動，所述皮帶5由多層鋼片環形帶疊合而成，所述主動固定錐面輪4，主動移動錐面輪6，從動固定錐面輪9，從動移動錐面輪10的經向上均刻有防滑槽12，所述皮帶的型角P為20°。如附圖1所示。
[0022]如附圖2和附圖3所示，皮帶5是由多層鋼片環形帶疊合而成。皮帶工作時其危險狀態是在包角以內，尤其在最小工作直徑時，其曲率最大，包角最小。由於本發明的皮帶5是多層鋼片環形帶組成，層與層之間沒有力的牽連，因此取皮帶5的平均工作半徑Rtl處的鋼片環形帶加以分析:在每一層厚度為h的鋼片環形帶中，其包角以內中間長度為Ltl:
τ.? ^ (X ? πα
[0023]_L.= R, -T1-= R,-
? - 360r u180；
[0024]包角以內外圍周長為L1:
[0025]1.=(R,
■ — v 2 180:
[0026]因此，包角以內外圍周長增加量M是
ΓT?
[0027]L.— L.= /1-.* 360；
,Γ _ 7
[0028]八 /.— (1-—1

360"
[0029]設皮帶5單位長度延長值為ε，因此

/I πα
ALΛ
[0030]6 ~~~ —~
TITf/-1 U


f -.^ ■￡ V -■*
-K--.-.'180:
[0031]根據虎克定律:
σ h
[0032]ε — — ~ -
E IRz
Eh、, 、
[0033]Cr* =--一-?』一?…』一.…?:.公式中(Jm是應力，設皮帶夕卜徑表面的彎

2.R-
曲內應力為f:, E是材料彈性模量，其中，鋼材的彈性模量E=19200 Kg/mm2，?σ|為許用應力，本實施例的皮帶和錐面輪採用普通結構鋼40Gr，該材料在熱處理C42時其屈服點G=114Kg/mm2,安全係數&為 0.8,則許用應力！ =[ =0.S+X.114=91,2 Kg/mm2。本實


?.Jw -
施例中單層鋼片環形帶的厚度h=0.1mm，皮帶輪最小工作半徑Rtl為40 mm，皮帶5的總厚度H為,，將這些數值代入公式2並將其兩邊除上許用應力,即得出皮帶5彎曲內應力與許用應力的比例數A:
[0034]
? ￡7.Eh 19200 >: 0.1 3
K.= — =- =- = 0.26----------------->
' jjj 2E: 80 X 91.2t.+—
[0035]皮帶5能承受的最大拉力Q應為:許用應力?Μ減去皮帶表面的彎曲內應力5，乘上皮帶5的有效斷面面積F1，故最大拉力Q為:
[0036]

O = (I — J!Crj =F' 0.^41CrJ '= ￥'
[0037]其中:
[0038]F—_ = B:H
[0039]B1為皮帶計算工作平均寬度，皮帶5的平均寬度, d為縫線孔直徑，本實施例中d=2。
[0040]根據皮帶輪變速範圍D的區間要求:
II^γ-j
[0041]=2: P..-JdI tail 二 = 2R-(-Jd - 0.S"5) tan 10=
Iq f j -'』
I寒
[0042]將變速範圍D定為5，則有:
[0043]5； =0.48 J?.=19,2-
[0044]取近似值5; =20
[0045]則有F:=20H=20_m:
[0046]因此皮帶能承受的最大拉力Q是:
[0047]Q=200m}lf X67.488kg.,.,Hjir=i3498kg---…4
[0048]此外，本發明中皮帶5與4個錐面輪的接觸均為面接觸，但是在有油的狀態下，其摩擦係數只有0.05、.1，由於潤滑油的存在，皮帶5會發生漂浮現象，為了把油擠出，切斷油膜的形成，因此在錐面輪錐面上刻成2mm深、3mm寬的徑向射線防滑槽12，防滑槽12間的最小槽距為槽寬的兩倍，如附圖4所示，此舉使得摩擦阻力能夠增加一倍以上，由於油膜被擠出，在較大的正壓力作用下皮帶產生微小變形，突入錐面凹槽中和固定狀態相似，不會產生打滑現象。
[0049]然而防滑槽使得錐面輪與皮帶5的接觸面積減少，雖然摩擦力的大小與接觸面積大小無直接關係，但其與正壓力的壓強大小有關，設皮帶5與錐面輪接觸時其能承受的最大正壓力為Q0
[0050]O- =tz[G\...................,；
[0051]式中=F2是皮帶5與錐面輪接觸面積，其大小與皮帶輪包角Cf、皮帶5的總厚度H有關:
r/τ/y
[0052]K = H2jiR..-- = HK--
-' 360' ' ISO'
[0053]泛=ISCT -2sill式

』 ,
[0054]式中:R3是皮帶最大工作半徑，A是皮帶中心距。
[0055]本實施例中Rtl為40mm,變速範圍D=5,故最大工作半徑尾=/萬見=J5A: % 90臟，本實施例中A=200，計算得出β 二 165%將G代入公式5，同時因為有防滑槽12的存在，防滑槽12間的最小槽距為槽寬的兩倍，其接觸面積相應減少二分之一，則有
[0056]O- =200^^--7?
~.180= 1 J
[0057]將許用應力代入上式得:
[0058]O, = F1 >] = 5'6x 912 = 5252'Kg
[0059]設皮帶5的工作拉力為Q4,其由兩部分外力組成:一是由油缸正壓力Q1在皮帶輪上產生切向摩擦力a=a/, 二是由油缸正壓力Q1在皮帶5型角G的作用下產生的沿皮帶

Φ
輪半徑方向的分力Qi =^tan了，因為皮帶5兩邊都在錐面輪上受到正壓力Q1,因此皮帶5
的工作拉力Q4受到兩倍的Q1的作用:
[0060]
廣φ
0.= 2(0./ - O- tan —J
[0061]

a = 2( CK -r Ο.) ~ 20-, X 0.2 /6 —
[0062]
O1 =cosl0=
[0063]公式中R3是油缸半徑，取其與皮帶5最大工作半徑相同:& = 1.#山是變速範圍；r是活塞杆半徑；P3油泵壓力，本實施例中D=5，r=0.375 R0代入上式得
[0064]Oi ="7
L-J—I—.JL I垂丨—._▲、SM.MD.畫—■—■■■■■■■■■畫
[0065]公式中Rtl是最小工作半徑，本實施例中油泵壓力6 = 10Kfem2代入公式7得:
[0066]

Qi =15 X 10x 4: = 24000^
[0067]可見皮帶5承受的油缸正壓力Q1比其所能承受最大正壓力Qtl小2.1倍，因此很安全，並將Q1代入公式6得:ft = 2α X O-+2，6 =I 3248kg
[0068]因此皮帶的工作拉力Q4比皮帶能承受的最大拉力Q小於1.8%屬安全範圍，但已滿負荷。
[0069]最大傳遞力矩M，是固定錐面輪和移動錐面輪分別與皮帶兩側面的正壓力在最小工作半徑處摩擦而產生:
[0070]M = IQ'fit、
[0071]公式中:f是皮帶與皮帶輪的摩擦係數，因為有刻槽，f =0.1，根據公式7將Q1代入，得:
[0072]M = 3P,R:- -.............................S
[0073]BP:M=19200kgcm=1882Nm
[0074]公式8表示本發明的工作性能，P3是油泵壓力，P3越大M就越大，但泵壓受到結構和機構材料的限制，在本實施例中所選材質40Cr鋼熱處理C42的情況下,選P3=100Kg/cm2是安全的，但已是重載，選P3=63Kg/cm2是正常的，選P3=25 Kg/cm2是輕載的，是長壽命的。
[0075]由公式8可知:力矩M正比於I5 ,最小工作半徑Rtl的三次方體現的是體積，因此本發明傳遞的力矩M與體積成正比，這說明本發明的力矩性能與設備規格大小同步，不存在大設備不適應問題，以下用不同的油泵壓力？3和不同的最小工作半徑Rtl所能達到的力矩M，和在不同的工作轉速η時的傳遞功率N如表I所示:
[0076]
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[0077]表I &、？3與]\^關係表。
【權利要求】
1.一種大力矩高效率的CVT無極變速器，包括主動固定錐面輪(4)，主動移動錐面輪(6)，從動固定錐面輪(9)，從動移動錐面輪(10)，及皮帶(5)組成，其特徵在於:所述主動移動錐面輪(6)和從動移動錐面輪(10)由撥銷(3)傳動，所述皮帶(5)由多層鋼片環形帶疊合而成，所述主動固定錐面輪(4)，主動移動錐面輪(6)，從動固定錐面輪(9)，從動移動錐面輪(10)的經向上均刻有防滑槽(12)，所述皮帶(5)的型角(f>% 20°。
2.根據權利要求1所述的一種大力矩高效率的CVT無極變速器，其特徵是:所述鋼片環形帶的厚度h為0.05-0.3_。
3.根據權利要求1所述的一種大力矩高效率的CVT無極變速器，其特徵是:所述主動固定錐面輪(4)，主動移動錐面輪(6)，從動固定錐面輪(9)，從動移動錐面輪(10)和皮帶(5)的材質均為普通結構鋼。
4.根據權利要求1所述的一種大力矩高效率的CVT無極變速器，其特徵是:所述防滑槽(12)的深度為2mm，寬度為3mm。
5.根據權利要求1或權利要求2所述的一種大力矩高效率的CVT無極變速器，其特徵是:所述皮帶(5)工作平均寬度Btl的二分之一處用縫線(11)縫合。
【文檔編號】F16H9/18GK204025574SQ201420324853
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年6月18日 優先權日:2014年6月18日
【發明者】岑益南 申請人:岑益南