本發(fā)明涉及牽引式無級變速器領(lǐng)域，尤其涉及一種移動調(diào)速牽引式無級變速器自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

無級變速器（CVT）是一種理想的機(jī)械傳動方案，因為無級變速器可以提供一系列的連續(xù)傳動比使得車輛發(fā)動機(jī)始終處于高效點(diǎn)工作，這就極大地提高了整車的效率，減小了車輛排放，達(dá)到節(jié)能減排的作用。據(jù)統(tǒng)計，采用無級變速器的汽車比采用自動變速器（AT）的汽車節(jié)油7%-15%,減少廢氣排放約10%，而且生產(chǎn)成本降低20%-30%。采用無級變速器傳動系的混合動力車的油耗有可減少30%，排放可減少45%。無級變速器具有低油耗、高動力、少排放的優(yōu)勢。因此，無級變速器技術(shù)在日本、英國、美國等發(fā)達(dá)國家被長期研究，很多高校與汽車制造商聯(lián)合研發(fā)出多種具有優(yōu)越性能的無級變速器，但目前被廣泛應(yīng)用的僅有金屬帶無級變速器，然而研究表明：牽引式無級變速器具有功率密度高、效率高、傳遞功率大等特點(diǎn)，將會成為未來無級變速器技術(shù)的發(fā)展方向，因此已成為日本、美國等國家的研究重點(diǎn)。

對于牽引式無級變速器而言，主要由調(diào)速機(jī)構(gòu)、加載機(jī)構(gòu)與傳動機(jī)構(gòu)三大機(jī)構(gòu)組成，實(shí)現(xiàn)調(diào)速的關(guān)鍵是調(diào)速機(jī)構(gòu)。對于調(diào)速機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在多采用電控方式實(shí)現(xiàn)自動調(diào)速，工作原理是通過監(jiān)測負(fù)載力信號，整車運(yùn)動速度、加速度，油門開度等信號反饋給控制器，實(shí)現(xiàn)變速控制?？梢姡娍胤绞叫枰獜?fù)雜的控制電路和監(jiān)測傳感器，成本較高。而在現(xiàn)代機(jī)械發(fā)展的背景下，對于具有自適應(yīng)功能的智能機(jī)械情有獨(dú)鐘，智能機(jī)械是提升現(xiàn)代機(jī)械可靠性、高效率、簡化控制及結(jié)構(gòu)、降低成本的重要手段。如果針對牽引式無級變速器能夠設(shè)計出可根據(jù)負(fù)載而自動調(diào)速的自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)，將進(jìn)一步提高牽引式無級變速器的結(jié)構(gòu)緊湊性，降低控制復(fù)雜度，對于牽引式無級變速器的技術(shù)發(fā)展和推廣應(yīng)用具有一定的推動作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種移動調(diào)速牽引式無級變速器自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法，以通過該方法設(shè)計出具有扭移機(jī)構(gòu)和力封閉機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)牽引式無級變速器對于負(fù)載變化實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)速的功能。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種移動調(diào)速牽引式無級變速器自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法，方法步驟如下：

第一步：簡化牽引式無級變速器傳動機(jī)構(gòu)：將牽引式無級變速器傳動機(jī)構(gòu)簡化，僅保留輸入軸、調(diào)速單元與輸出軸，所述調(diào)速單元包括主動牽引原件、調(diào)速元件與被動牽引元件；

第二步：根據(jù)步驟一中簡化的牽引式無級變速器傳動機(jī)構(gòu)中輸出軸與調(diào)速元件調(diào)速移動方向的關(guān)系進(jìn)行分類：輸出軸與調(diào)速移動方向同軸的為同軸移動調(diào)速類，輸出軸與調(diào)速移動方向平行但不同軸的為平行軸移動調(diào)速類，輸出軸與調(diào)元件移動方向相交的為相交軸移動調(diào)速類；

第三步：定義運(yùn)動方向與運(yùn)動狀態(tài)；具體為：調(diào)速元件角速度矢量方向與調(diào)速移動方向相同/平行時為同向狀態(tài)；調(diào)速元件角速度矢量方向與調(diào)速移動方向相交時為交向狀態(tài)；

第四步：構(gòu)建自適應(yīng)調(diào)速單元：

步驟A，在調(diào)速元件調(diào)速移動方向一端設(shè)置扭移機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述扭移機(jī)構(gòu)一端扭矩T變化時，另一端移動，與成同向變化關(guān)系，具體為為正時，為正，為負(fù)時，為負(fù)；

步驟B，在調(diào)速元件調(diào)速移動方向另一端設(shè)計力封閉機(jī)構(gòu)，其特征在于：力封閉機(jī)構(gòu)一端承受調(diào)速元件調(diào)速移動方向的壓力F變化時，力封閉機(jī)構(gòu)作用尺寸改變，與成反向變化關(guān)系，具體為為正時，為負(fù)，為負(fù)時，為正；

步驟C，在輸出軸與扭移機(jī)構(gòu)之間設(shè)置扭矩傳遞機(jī)構(gòu)，具體為：同軸移動調(diào)速類：輸出軸與扭移機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸同軸；平行軸移動調(diào)速類：輸出軸與扭移機(jī)構(gòu)之間通過齒輪傳動、帶傳動或鏈傳動連接，將扭矩分流至扭移機(jī)構(gòu)上；相交軸移動調(diào)速類：輸出軸與扭移機(jī)構(gòu)之間通過齒輪系/帶傳動系/鏈傳動系的一種或幾種組合連接，將扭矩分流至扭移機(jī)構(gòu)上。

本發(fā)明第四步步驟A中，當(dāng)所述牽引式無級變速器滿足同向狀態(tài)時，所述扭移機(jī)構(gòu)一端與調(diào)速元件旋轉(zhuǎn)軸固定連接；當(dāng)所述牽引式無級變速器滿足交向狀態(tài)時，所述調(diào)速元件旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有安裝支架，扭移機(jī)構(gòu)一端與安裝支架一端轉(zhuǎn)動連接。

本發(fā)明第四步步驟B中，當(dāng)所述牽引式無級變速器滿足同向狀態(tài)時，所述力封閉機(jī)構(gòu)一端與調(diào)速元件旋轉(zhuǎn)軸連接；當(dāng)所述牽引式無級變速器滿足交向狀態(tài)時，所述調(diào)速元件旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有安裝支架，力封閉機(jī)構(gòu)一端與安裝支架連接。

本發(fā)明第四步步驟C中所述齒輪系為錐齒輪系，蝸輪蝸桿，圓弧齒輪系的一種或幾種的組合。

本發(fā)明第一步中所述主動牽引元件與輸入軸連接，被動牽引元件與輸出軸連接，牽引處有牽引油。

更進(jìn)一步，本發(fā)明第四步步驟A中的扭移機(jī)構(gòu)優(yōu)選無自鎖功能的螺旋聯(lián)軸節(jié)，端面凸輪。

本發(fā)明第四步步驟B中的力封閉機(jī)構(gòu)優(yōu)選彈簧元件、液壓裝置、氣動裝置。

本發(fā)明的工作原理為：當(dāng)依據(jù)本發(fā)明所述方法設(shè)計出具有扭移機(jī)構(gòu)和力封閉機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)時，如：對于滾輪平盤式牽引式無級變速器，簡化其傳動機(jī)構(gòu)，根據(jù)輸出軸與調(diào)速元件移動方向的關(guān)系，可知該類型無級變速器屬于同向狀態(tài)的同軸調(diào)速類牽引式無級變速器，其扭移機(jī)構(gòu)采用螺旋聯(lián)軸節(jié)，力封閉機(jī)構(gòu)設(shè)計為彈簧，螺旋聯(lián)軸節(jié)一端（螺桿）為無級變速器輸出軸本身，另一端（螺母）連接無級變速器調(diào)速元件滾輪，滾輪的另一端連接力封閉機(jī)構(gòu)彈簧，彈簧的另一端旋轉(zhuǎn)連接在機(jī)架上，滾輪布置于平盤上合適的徑向位置。處于定比傳動時，螺旋聯(lián)軸節(jié)的軸向力與彈簧彈力平衡，當(dāng)輸出軸扭矩變化，比如增大，則螺旋聯(lián)軸節(jié)的軸向力變化，平衡被破壞，彈簧變形，滾輪移動，改變在平盤上的徑向位置，也就改變了作用半徑，進(jìn)而改變輸出軸的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了對于負(fù)載變化的自適應(yīng)調(diào)速。

本發(fā)明的有益效果在于：（1）現(xiàn)有技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)速的方式多采用的電控方式，控制難度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，本發(fā)明提供了一種可以適用于現(xiàn)有牽引式無級變速器各種移動調(diào)速類型的自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法，依據(jù)此方法可以非常容易地設(shè)計出具有自適應(yīng)調(diào)速功能的牽引式無級變速器結(jié)構(gòu)方案。（2）本發(fā)明所述的扭移機(jī)構(gòu)與力封閉機(jī)構(gòu)的力學(xué)特性較為簡單，便于對牽引式無級變速器進(jìn)行力學(xué)分析與運(yùn)動學(xué)分析，這對于自適應(yīng)調(diào)速牽引式無級變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有指導(dǎo)作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述一種移動調(diào)速牽引式無級變速器自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法在進(jìn)行某種移動調(diào)速式牽引式無級變速器自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)設(shè)計的方法流程。

圖2為本發(fā)明所述的一種移動調(diào)速牽引式無級變速器自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法中第一步、第二步與第三步中的實(shí)施舉例表。

圖3為滾輪平盤式牽引式無級變速器按照本發(fā)明所述的一種移動調(diào)速牽引式無級變速器自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計的實(shí)施例。

圖4為單滾錐平盤式牽引式無級變速器按照本發(fā)明所述的一種移動調(diào)速牽引式無級變速器自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計的實(shí)施例。

附圖中，各數(shù)字與箭頭代表的含義如下：

1-輸入軸；2-輸出軸；3-平盤；3-1：輸入平盤；3-2：輸出平盤；4：滾輪；4-1：滾輪；5-螺旋聯(lián)軸節(jié)；5-1：螺母；5-2：螺桿；6-壓縮彈簧；7-機(jī)架；8：加載彈簧；9-滾錐；9-1滾錐旋轉(zhuǎn)軸；10-安裝支架；11-齒輪系；箭頭-旋轉(zhuǎn)方向。

具體實(shí)施例

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明：

實(shí)施例一

如圖1-圖3所示，一種移動調(diào)速牽引式無級變速器自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法，當(dāng)無級變速器具體為滾輪平盤式牽引式無級變速器時，具體涉及方法步驟如下：

第一步：簡化滾輪平盤式牽引式無級變速器傳動機(jī)構(gòu)，僅保留輸入軸1、調(diào)速單元與輸出軸2，所述調(diào)速單元包括主動牽引原件平盤3、本實(shí)施例中調(diào)速元件與被動牽引元件為同一元件滾輪4，簡化后的傳動機(jī)構(gòu)簡圖如圖2中第一行所示；

第二步：根據(jù)第一步中簡化的滾輪平盤式牽引式無級變速器的傳動機(jī)構(gòu)簡圖，很容易地得知輸出軸2與調(diào)速元件滾輪4進(jìn)行調(diào)速移動的方向同軸，屬于同軸移動調(diào)速類；

第三步：定義運(yùn)動方向與運(yùn)動狀態(tài)。具體對于滾輪平盤式牽引式無級變速器，調(diào)速元件滾輪4角速度矢量方向與調(diào)速移動方向相同，為同向狀態(tài)；

第四步：構(gòu)建自適應(yīng)調(diào)速單元。

步驟A，對于滾輪平盤式牽引式無級變速器，在調(diào)速元件滾輪4靠近輸出軸2一端設(shè)計扭移機(jī)構(gòu)，該扭移機(jī)構(gòu)選擇螺旋聯(lián)軸節(jié)5，且螺旋聯(lián)軸節(jié)5的螺紋旋向為右旋，螺旋聯(lián)軸節(jié)的螺母5-1與滾輪旋轉(zhuǎn)軸4-1固定連接；螺旋聯(lián)軸節(jié)5的螺桿5-2位置固定，螺桿5-2上扭矩T變化時，螺母5-1會位移，本實(shí)施例中與成同向變化關(guān)系。

步驟B，在調(diào)速元件滾輪的另一端設(shè)置力封閉機(jī)構(gòu)，該力封閉機(jī)構(gòu)選擇壓縮彈簧6，壓縮彈簧6與滾輪4之間旋轉(zhuǎn)連接，壓縮彈簧6另一端連接在機(jī)架7上。壓縮彈簧6滿足胡克定律，即△F=k·Δx，其中，彈簧伸長為正，壓縮為負(fù)，k為彈簧的勁度系數(shù)，與彈簧材料相關(guān)，彈簧承受壓力增大為正，減小為負(fù)，△F與Δx成反向線性變化關(guān)系。

步驟C，在輸出軸2與扭移機(jī)構(gòu)之間設(shè)置扭矩傳遞機(jī)構(gòu)，因滾輪平盤式牽引式無級變速器為同軸移動調(diào)速類，因此輸出軸2與扭移機(jī)構(gòu)螺旋聯(lián)軸節(jié)的螺桿5-2同軸連接。

為了增大牽引力，在平盤3與滾輪4之間有牽引油，同時為了實(shí)現(xiàn)高效牽引，在滾輪4下方與機(jī)架之間設(shè)置加載彈簧8，保證牽引時正壓力。

本實(shí)施例完成自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)之后的設(shè)計機(jī)構(gòu)簡圖如圖3所示。

其自適應(yīng)調(diào)速的工作原理如下：

處于定比傳動時，螺旋聯(lián)軸節(jié)5的軸向力與壓縮彈簧6彈力平衡，由圖中箭頭指示方向可知輸出軸2與螺桿5-2旋轉(zhuǎn)方向；當(dāng)輸出軸2扭矩增大時，旋螺紋的螺旋聯(lián)軸節(jié)5上軸向力改變，使得螺母5-1向左移動，螺母5-1與滾輪旋轉(zhuǎn)軸4-1連接，則滾輪4位置左移，平衡被破壞，壓縮彈簧6受壓縮短，改變在平盤3上的徑向位置，進(jìn)而改變輸出軸2的轉(zhuǎn)速，達(dá)到新的平衡位置，實(shí)現(xiàn)了對于負(fù)載變化的自適應(yīng)調(diào)速。

實(shí)施例二

本實(shí)施例中牽引式無級變速器為單滾錐平盤類牽引式無級變速器，按照本發(fā)明所述方法進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)設(shè)計，步驟一至步驟三按照本發(fā)明所述方法實(shí)施，可知本例與實(shí)施例一不同之處在于本例中牽引式無級變速器屬于相交軸移動調(diào)速類的同向狀態(tài)，

按照本發(fā)明第四步構(gòu)建自適應(yīng)調(diào)速單元，其中步驟A中扭移機(jī)構(gòu)采用螺旋聯(lián)軸節(jié)5，調(diào)速單元滾錐旋轉(zhuǎn)軸9-1上設(shè)置有安裝支架10，螺旋聯(lián)軸節(jié)螺母5-1一端與安裝支架10轉(zhuǎn)動連接；步驟C中力封閉機(jī)構(gòu)采用壓縮彈簧6機(jī)構(gòu)，彈簧機(jī)構(gòu)一端與安裝支架10連接，輸出軸2與螺旋聯(lián)軸節(jié)5之間通過錐齒齒輪系11連接，將扭矩傳遞至螺旋聯(lián)軸節(jié)5的螺桿5-2上。

本說明書中各個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理、創(chuàng)造性和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。