[发明专利]一种无自旋多滚锥式无级变速单元

说明书

技术领域

本发明涉及传动系中的变速单元，具体讲就是牵引式无级变速单元。

背景技术

目前，环境污染与能源消耗是当今世界面临的两个重要问题，而无级变速器是一种理想的传动解决方案，其可以提供一系列连续传动比使得内燃机始终处于高效点工作，这也就提高了整机的传动效率并减少了内燃机的排放。现有各种机械式无级变速器主要可以分为：摩擦式无级变速器以及牵引式无级变速器。对于大排量内燃机车辆而言，相较于摩擦式无级变速器牵引式无级变速器的传动效率较高，一般为75%-90%，并且传递的扭矩较大。因此，在该领域牵引式无级变速器得到了学者们广泛关注与研究。

牵引式无级变速器主要指利用主动元件的滚动带动从动元件的滚动来传递动力的无级变速器。牵引式无级变速单元是牵引式无级变速器中主要的传动元件的集合。传动元件是刚性的，但是在接触的地方往往不是刚体对刚体的直接接触，而是在中间形成了油膜，油膜在压力下黏度提高，达到一种类似固体的状态从而传递较大的剪切力。

牵引式无级变速器的效率损失主要包括：自旋损失、滑移损失、侧滑损失，轴承损失以及搅油损失。在这些损失当中最重要的是“自旋”损失，所谓“自旋”是指在牵引传动时主动件和从动件在接触区域内各点的速度不一致的情况，该情况会导致效率降低、油膜发热等不良后果，最终影响牵引传动性能。

自旋损失也是该领域研究者最为关注的效率损失。一方面：相对其它诸类损失而言，自旋损失在总效率损失中所占比例相对较大，一般为40%-60%，当传动的载荷较小时自旋损失所占的比例更大；另一方面，其他诸类损失往往是伴随着传动过程而产生的，也就是不能避免的，而自旋损失是可能通过一些方式方法而消除的。

自旋损失只有当主动件的回转轴、从动件的回转轴、牵引油膜的所在平面三者相互平行或者交于一点时才能消失，其他的牵引传动情况均存在自旋。不难发现，无级变速器在保证连续调速的同时很难兼顾无自旋的相对几何位置要求。因此，现有的常规牵引式无级变速器产品均有自旋损失。

为了消除自旋损失，一种无自旋变速单元被提出（专利申请公布号CN104776180A），这种变速单元主动锥盘和从动锥盘的母线均为一种特定的对数曲线，在调速过程中主动锥盘和从动锥盘都要产生移动或摆动；这种技术方案虽然可以消除自旋但是也有两个方面不足：一是主动锥盘和从动锥盘的母线采用复杂的对数曲线，制造比较困难；二是调速控制比较麻烦。之后，为了克服以上两个不足，人们又提出了一种牵引式无级变速器（专利申请公布号CN105276110A），该技术方案通过一个主动滚轮将动力传递给对称分布在两边的锥轮后，在通过锥齿轮直接传递输出，这些传动元件中的零件多为常见的球面或锥面制造方便，同时传动时调速也相对方便；但是这种技术方案引入了锥齿轮传动，对效率有所影响，而且结构没有对称性很难将两组变速单元并联使用，另外同一个滚轮周围只能分布两个锥盘，这样就导致传递的扭矩不大。

另外一个影响牵引式无级变速器性能的就是疲劳强度，牵引式无级变速器为了传递扭矩，必须让传动元件之间压紧接触，这就使得元件在接触点有较大的接触应力，影响整个系统的使用寿命。在现有的牵引式无级变速器调速过程中，这一接触点可以相对于特定传动元件的位置发生改变，但往往不是相对于所有的传动元件的位置均发生改变。如中国专利公开号CN101479503B公开的一种环形无级变速器，是通过输入盘、输出盘与动力辊之间的摩擦传递动力的，调速后接触点相对于输入盘与输出盘的位置虽然会发生改变，但是相对于动力辊的位置基本保持不变，这就使得动力辊的特定位置被反复挤压更容易疲劳损坏；如中国专利公开号CN102635671B公开的一种锥形摩擦环无级变速器，是通过输入锥体、输出锥体与摩擦环之间的摩擦传递动力的，调速后接触点相对于输入锥体、输出锥体的位置虽然会发生改变，但是相对于摩擦环的位置基本保持不变，这就使得摩擦环更容易疲劳损坏。

如果牵引式无级变速器在调速后，接触点能相对于所有的传动元件的位置均发生改变，这就自然会提高变速器的使用寿命。

总体来说现有技术的不足之处在于：现有的常规牵引式无级变速器产品均有自旋损失；在近期提出的一些消除自旋的技术方案中都不具有良好的综合性能。这里良好的综合性能包括：制造容易、调速简单、传动效率高、容易实现并联传递大扭矩、使用寿命长。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种在一定变速比范围内均能避免自旋效率损失的无级变速单元，同时该变速单元具有制造容易、调速简单、传动效率高、容易实现并联传递大扭矩的综合优良性能。