连续可变比率传动装置的制作方法

专利名称：连续可变比率传动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种滚动牵引型连续可变比率传动装置(“变速器”)，尤其涉及这种装置的预加载结构。
背景技术：
在滚动牵引型变速器中，通过至少一个根据变速器比率的变化而运动的辊子(而更常见的为一组辊子)来在一对滚道之间的传递驱动。通常为液压装置的辊控制致动器向辊的安装件施加可调节的辊反作用力以便影响变速器的性能。
为了能够通过辊在滚道之间传递驱动，就必须推动滚道和辊彼此形成接合。很早以前就已经认识到为了变速器效率和寿命，所需的牵引加载力应当随着辊反作用力改变。所承受的过量牵引加载力在辊/滚道界面处产生高能量损耗并且增加对部件的磨损。另一方面当辊反作用力较大时，需要相应地较大的牵引加载力以免在辊/滚道界面处过量滑动。通常在变速器内提供牵引加载致动器，所述致动器或者向变速器的滚道或者向辊施加牵引加载力，致动器设置成用于根据需要改变牵引加载力。例如参考Torotrak(Development)有限公司的欧洲专利EP 894210及其美国相应文本US6030310，其公开了一种用于控制辊反作用力及牵引加载力的液压结构。这些文件在此被引入作为参考。作用于滚道上的呈变速器盘形式的液压致动器施加与辊反作用力成比例改变的牵引加载力。
在动力传动系冷启动期间，用于施加牵引加载力的已知结构通常并不完全有效，在随后的冷运转的时期中，动力传动系，具体地说变速器，向着其操作温度升温，在这个期间也并不完全有效。在启动之后，在已知的液压系统中，需要一段有限时间来产生必需的压力。在低运行温度下，更高的流体粘度可能损害或甚至阻止牵引加载致动器的功能。
这个问题特别突出，因为在低温度下，保持于辊与滚道之间的“牵引流体”的薄膜本身粘度增加，从而在低温度下就需要增加端负载。
此时为了提供必需的牵引加载力，通常将预加应力弹簧引入变速器中。在已知变速器中，这采用作用于变速器滚道之一上的膜片式弹簧垫圈的形式，并且提供预加载力，甚至当牵引加载致动器不作用时也是如此，以便在操作的初始冷阶段中提供辊/滚道牵引。
本发明人认识到并且致力于解决关于已知预加载结构中产生的问题。在这方面的一个特别问题在于，因为所需的辊/滚道力改变，所以足以满足启动阶段中的所有操作条件的预加载在正常运行期间有时可能过大。

发明内容
根据本发明，提供了一种滚动牵引型连续可变比率传动装置，包括一对滚道、牵引加载致动器和预加载结构，其中转矩通过至少一个辊在该对滚道之间传递，该辊为可动式以便提供传动比的变化并且受到由辊致动器施加的可调辊反作用力，牵引加载致动器设置成利用一个力推动辊和盘彼此形成接合，该力在变速器正常操作期间随辊反作用力一致地变化，而预加载结构设置成用于至少在冷启动期间推动辊和盘彼此形成接合，其中预加载结构适于施加随着操作温度增加而减小的预加载力。
在本发明的特别优选的实施例中，预加载结构包括具有工作室的预加载调节致动器，热膨胀材料主体被封闭在该工作室中，因此由预加载调节致动器施加的力与工作室内部的压力相对应并且随操作温度而变化。
更优选地，预加载调节致动器包括限定工作室的活塞与缸结构。
优选地，预加载结构还包括设置成用于提供预加载力的预加应力弹簧，预加载调节致动器设置成与弹簧作用相反以便当操作温度增加时减小预加载力。
在另一个优选实施例中，端负载调节致动器及其作用的滚道被安装公共轴上，滚道能够沿着轴运动并且致动器包括相对于轴固定的盘和可以沿着轴运动的活塞，工作室限定于其间。
在构造方便的实施例中，绕着盘和活塞布置的套筒用作缸并且还用于将可动式滚道联接于活塞上，活塞在缸内部形成密封式滑动配合。


现在将参看附图仅举例来对本发明的一个特定实施例进行描述，其中图1为具体实现本发明的变速器的示意图；图2为用来控制图1中所示的变速器的液压回路的简图，这种回路本身已知；以及图3为具体实现本发明的另一个变速器的示意图。
具体实施例方式
图1中所示的变速器为环形滚道、滚动牵引型变速器。绕着主轴2安装的是第一、第二外侧盘4、6和单个内侧盘8。第二外盘6和内侧盘8的一部分以截面示出，因此可看出其相对的面10、12如何适于形成限定位于其自身之间的环形空腔14的相应滚道。类似地，第一外侧盘4和内侧盘8的相对的面适于形成环形空腔16，尽管图中看不见这些面的形状。第一外侧盘4通过花键20联接于主轴2上，花键20容许盘沿着轴进行一定运动同时保证盘与轴不会相对于彼此旋转。同样地，第二外侧盘6在22处用花键联接于轴上以便容许盘沿着轴进行运动同时防止相对于其旋转。内侧盘8为轴颈式以便可绕着主轴2并相对于主轴2旋转。
来自发动机或其它旋转动力源的驱动通过齿轮24应用于主轴2上，从而引起外侧盘4、6与轴一起旋转。驱动通过安置于环形空腔14、16内部的一组辊被从外侧盘4、6传递到内侧盘8上。在图1中，为表示的简单性起见只示出了单个代表性的辊26，而省略了其它辊。然而，实际上，两个或两个以上通常为三个辊提供于每个空腔14、16中，每个辊以大致类似的方式成形并安装。每个辊通过相应辊控制致动器起作用，辊控制致动器的实例见于28处，用于向辊26施加可变力(此处称作辊反作用力)。外侧盘4、6的旋转引起辊如26旋转，从而驱动内侧盘8(应当理解驱动可同样从内侧盘8向外侧盘4、6传递，因为在机动车辆传动装置中，通过变速器的能量传递的方向可能不时地颠倒)。
这些辊能够“旋进”，即能改变其自身的轴线相对于主轴2的轴线的倾角。这种旋进伴随有通过辊在滚道例如10、12上描绘出的圆周轨迹的相对直径的变化和变速器比率方面的相应变化。用于控制辊倾角的各种装置在本领域中已知。所示的示例性变速器为“转矩控制”型，其中由辊控制致动器28沿着基本上沿圆周方向施加的辊反作用力由盘4、8的作用通过沿着相反方向施加于辊上的净力来平衡。由盘施加于辊上的净力与变速器“反作用力矩”成比例，“反作用力矩”定义为变速器输入与输出转矩之和。辊能够绕着将辊安装件32联接于辊控制致动器28的活塞23上的杆30自由旋转，并且采用与变速器的输入与输出速度之间的通行比率相应的位置。通过控制由辊控制致动器施加的辊反作用力，变速器反作用力矩就受到控制。变速器输入与输出处的相应速度变化伴随着变速器比率变化和辊26的旋进运动。转矩控制变速器所涉及的原理和构造均为已知，并且在由Torotrak(Development)有限公司所持有的各个专利中特别是欧洲专利EP444086及其美国相应文本US 07/689774中进行了说明，所述专利在此引入作为参考。
辊如26与滚道如10、12之间的牵引为必需的并且为实现这点，必须推动辊和滚道彼此形成接合。图1中所示的示例性实施例按照本身已知的方式使用液压致动器35以便向第二变速器盘6施加所需的牵引加载力。在图1中，示出了一种简单的结构，其中盘6用作缸36内部的活塞。加压的液压流体通过端口38引入并且向第二外侧盘6施加力，从而向着内侧盘8推动第二外侧盘6。第二空腔14中的辊因此受到来自盘6、8的接合压力。此外，因为内侧盘8沿着主轴2的方向有一定“浮动”，所以加载力被传递至第一空腔16中的辊如26，这些辊因此受到来自盘4、6的接合压力。
辊和盘实际上并未互相接触，尽管它们之间的压力较大，在变速器的操作中“牵引流体”的薄膜保持于这些部件之间。
一种用于施加牵引加载力的液压致动器的更复杂的形式见于Torotrak(Development)有限公司的欧洲专利894210及其美国相应文本6030310中。这些文件在此引入作为参考。
牵引加载力随着由其致动器28施加于辊上的牵引力一致变化。在本实施例中，这通过液压回路实现。适用的液压装置见于Torotrak(Development)有限公司的较早出版物并且在此将只对其进行简要描述。对于这方面的其它详情，可参考Torotrak的欧洲专利EP 894210及其美国相应文本US 6030310，另外还可参考以标号WO 02/079675出版的Torotrak的国际专利申请PCT/GB02/01551。这些文件在此引入作为参考。
图2为专利EP894210中所公开的液压回路的简化表示，其包括一对流管路50、52，每条流管路由从贮槽58吸入流体的相应泵54、56(替代地，可使用带有流分割结构的单个泵)来供应连续的流体流。流管路50、52中的压力可通过在管理传动装置的电子设备64控制下的阀门60、62进行调节。流体连续流出阀门60、62(并且回到贮槽58)，这些阀门中每一个均在其相应管路50、52中产生可调节的背压。两条管路50、52中的压力施加于控制着辊控制致动器28、28’......28”的辊26、26’.......26”的活塞34、34’......34”的相对侧上。这样，辊所施加的反作用力由电子设备64调节。
致动器28”用作提供端头止挡功能的所谓的“主机”，使得流过两条管路50、52的流穿过相应出口66、68。过量的辊/活塞运动导致活塞34”封闭出口之一或另一个，形成防止活塞沿相关方向进一步运动的液压锁。
为了使牵引加载力随着辊反作用力一致地变化，连接于两条流管路50、52之间的“更高压力占优(wins)”阀门结构70用于在任何给定时间、更高压力下选择任何一条流管路，并且将其连接于牵引加载致动器35的端口38上。这种特别回路中的效果在于牵引加载力与两个流管路压力中较高的一个成比例，由此随着致动器28施加于辊上的反作用力而一致地变化。
如上所述，牵引加载致动器35可能在低操作温度下无效，如传动系统必须有时间预热之前所发现的那样。不充足的牵引加载会在辊与盘之间产生过度滑动的风险，这样可能非常有害。预加载结构80(图1)既用于在冷运转期间施加力提供辊/盘牵引所需的力，又用于在操作温度增加时根据本发明减小这种力。
已知使用预加载弹簧来提供预加载。在所示的实施例中，此类弹簧以截头圆锥形形状的膜片式弹簧垫圈82的形式提供，其为在锁紧螺母84与外侧变速器盘4之间预加应力。锁紧螺母84与位于主轴2上的螺纹86接合并由此相对于轴固定。其具有用于定位膜片式弹簧垫圈82的肩部88。垫圈在冷运转期间向外侧盘4施加预加载力，推动辊和盘彼此形成接合。
用于减小由弹簧82施加于外侧盘4上的加载的预加载调节致动器由固定式致动器盘90和可动式致动器盘92形成，可动式致动器盘92用作由套筒94形成的缸内部的活塞。盘94通过支靠着锁紧螺母84而固定并且实际上盘和螺母可能形成为单个部件。两个致动器盘90、92绕着主轴2安装以便与其一起旋转并且承载着密封着轴的相应内侧密封96、98。此外，两个致动器盘90、92承载着密封着套筒94同时容许相对滑动的相应外侧密封100、102。因此，密封工作室形成于两个致动器盘90、92之间并且其被充以热膨胀材料104的主体。在本实施例中，这包括石蜡，尽管可以选择其它材料来提供适合于专门应用的容积/温度特性。
套筒94承载着紧靠可动式致动器盘92的外面的簧环106。此外，套筒94的沿径向向内突出的边缘紧靠外侧变速器盘4的内面，因此工作室内部的压力导致力沿背离另一个盘的方向通过套筒施加于变速器盘4上。工作室内部的压力效应因此用于减小由弹簧82施加的预加载。
在操作中，当变速器冷时材料104的容积最小，在冷启动时尤其如此。实际上，用于所示的实施例中的石蜡在本阶段下为固体。可动式致动器盘92位于其行进的右手末端。因此，在这种条件下，施加于外侧变速器盘4上的预加载处于最大值。
启动后，变速器操作温度逐渐增加并且工作室内部的材料104趋于随着其变暖而膨胀。增加工作室内部的压力就会导致可动式致动器盘92向左侧运动，引起套筒94相应移动，进而引起变速器盘4克服弹簧阻力82向左运动。在本实施例中，这就导致拉动变速器盘4与锁定螺母84形成靠接，预加载力因此被一起去除。
用于本实施例中的石蜡从固体到液体的物态变化中经受15％体积膨胀并且这是一种随着变速器向着其正常操作温度升温而进行的膨胀，这就导致预加载减小。因此，一旦所选择的操作温度为反应温度，该过程就是快速过程。
图1中所示的结构用于一旦操作温度达到足够高就会去除作用于变速器盘上的预加载。这样做的有利之处在于其容许使用刚性弹簧82以便提供冷启动期间所需的较大预加载，同时还容许在正常温暖操作条件下牵引加载力由牵引加载致动器35控制。然而，应当指出在发动机/传动装置的热启动期间，图1结构不会提供预加载力。因此，热启动期间所需的牵引加载应用必须按照其他方法设置。
图3示出了一种变速器，其为图1中所示的变速器的发展物。相同的部件给出相同的参考标号，并且显然这两个图中的预加载结构80以及变速器辊和盘都相同。区别在于牵引加载致动器35，其缸36’处于能够在轴2上滑动的图3实施例中，其沿径向内表面具有包含密封110的环形槽以便保持致动器工作室的完整性。形成为膜片式弹簧垫圈的第二预加载弹簧112对缸36’的最外面施加压力。第二弹簧112外侧的环形螺母116拧在轴2上并且用作第二弹簧112作用于的挡块。在其工作室内部的缸36’的内面上形成沿轴向突出插口118。
第二预加载弹簧112能够比所述的第一预加载弹簧82施加更小的力。通常，第二弹簧选择成刚度小于第一弹簧。
在操作中，冷启动期间，第一弹簧的作用占支配地位，从而向右移动盘和辊(如图中所示)，因此外侧盘10紧靠插口118。应当指出，借助于插口118，盘到此为止不能向右运动以便封闭端口38。第二弹簧112被完全压缩，使缸36’的外面向上靠着随着形成于环形螺母116上的凸起部119形成的挡块。如先前所述实施例中的这种作用在于冷启动时提供由第一预加载弹簧82确定的预加载。随着变速器升温，第一弹簧82由如前所述的调节致动器而被减小负荷。
在温暖操作期间，特别是在热启动期间，第二预加载弹簧112的作用在于保证牵引加载力不会降到预定值之下。当足够的流体压力提供于缸36’中以便防止外侧盘10接近插口118时，牵引加载由流体压力唯一确定。如果这种压力充分下降，缸36’就通过弹簧行进以便使其插口118与外侧盘10形成靠接，从而向盘施加弹簧力。因此热启动时所需的预加载就会生效。
将会清楚，在不背离本发明范围的情况下可以做出大量变化与改型。例如，当上述变速器为“转矩控制”型时，本发明所涉及的原理与比率控制变速器同样相关，其中液压装置用于保持由相关的电子控制设备确定的辊部分。此外，本发明可应用于“半环形”类型的变速器，其中辊/盘牵引加载施加于辊上而非施加于变速器盘上。
权利要求
1.一种滚动牵引型的连续可变比率传动装置，包括一对滚道，其中转矩通过至少一个辊在该对滚道之间传递，该辊为可动式以便提供传动比的变化并且受到由辊致动器施加的可调辊反作用力，牵引加载致动器，其设置成利用一个力推动辊和盘彼此形成接合，该力在变速器正常操作期间随辊反作用力一致地变化，以及预加载结构，其设置成用于在冷启动期间推动辊和盘彼此形成接合，其中预加载结构适于施加随着操作温度增加而减小的预加载力。
2.根据权利要求1所述的连续可变比率传动装置，其中预加载结构包括具有工作室的预加载调节致动器，热膨胀材料主体被封闭在该工作室中，因此由预加载调节致动器施加的力与工作室内部的压力相对应并且随操作温度而变化。
3.根据权利要求2所述的连续可变比率传动装置，其中预加载调节致动器包括限定工作室的活塞与缸结构。
4.根据权利要求2或3所述的连续可变比率传动装置，其中预加载结构还包括设置成用于提供预加载力的预加应力弹簧，预加载调节致动器设置成与弹簧作用相反，以便随着操作温度增加而减小预加载力。
5.根据权利要求2、3或4中任一项所述的连续可变比率传动装置，其中端负载调节致动器设置成作用于滚道之一上并且安装成与其一起旋转。
6.根据权利要求2、3、4或5中任一项所述的连续可变比率传动装置，其中端负载调节致动器及其作用的滚道被安装在公共轴上，滚道能够沿着轴运动并且致动器包括相对于轴固定的盘和可沿着轴运动的活塞，工作室限定于其间。
7.根据权利要求6所述的连续可变比率传动装置，其中绕着盘和活塞布置的套筒用作缸并且还用于将可动式滚道联接于活塞上，活塞在缸内部形成密封式滑动配合。
8.根据前述权利要求中任一项所述的连续可变比率传动装置，其中预加载结构和牵引加载致动器作用于不同的滚道上。
9.根据权利要求4所述的连续可变比率传动装置，其中除了预加载弹簧之外，提供了第二弹簧，该第二弹簧的力并未通过预加载调节致动器减小，第二弹簧保证牵引加载力最小。
10.一种连续可变比率传动装置，其基本上根据本文中参考附图1或图3所述并且在附图1或图3中示出。
全文摘要
公开了一种滚动牵引型的连续可变比率传动装置，包括一对滚道(10、12)、牵引加载致动器(35)和预加载结构(80)，其中转矩通过至少一个辊(26)在该对滚道之间传递，该辊为可动式以便提供传动比的变化并且受到由辊致动器(28)施加的可调辊反作用力，牵引加载致动器(35)设置成利用一个力推动辊和盘彼此形成接合，该力在变速器正常操作期间随辊反作用力一致地变化，而预加载结构设置(80)成用于在冷启动期间推动辊和盘彼此形成接合，其中预加载结构适于施加随着操作温度增加而减小的预加载力。
文档编号F16H61/662GK1849474SQ200480026037
公开日2006年10月18日 申请日期2004年5月18日 优先权日2003年7月12日
发明者A·D·德弗赖塔斯, A·伍兹 申请人:托罗特拉克(开发)有限公司