电动汽车用传动比5至15推力式CVT机械无级变速器的制作方法

本发明涉及一种机械无级变速器，尤其是新能源电动汽车用cvt机械无级变速器。

背景技术：

1、目前的电动汽车为了满足各种工况的需要,大多采用传动比为9左右的单级减速器,也有采用传动比6左右和10左右的双级减速器，也有尝试采用多级减速变速器，还有尝试采用传统燃油车辆用的钢带或钢链式cvt机械无级变速器来满足车辆各种工况需要，还有采用两个不同模式电机来满足车辆高低速需要的。

2、使用单级减速器虽然使电机与各种工况匹配不是最佳，但是能使电机在大电流高转速多耗能的条件下满足大多常用工况需要,其前提必须是使用体积大耗能多的大功率电机，并且车速越高电机转速也必须越高,并伴随耗电量大幅增高,缩短了续航里程，还有电池输出电流在不同工况转换下变化幅度大，影响电池电机控制器等的使用寿命。双级、多级变速器及采用不同模式两个电机虽然能更好的匹配工况，但也只是在部分工况处于合理的效率区域内，且双级、多级变速器的各档位的传动比差别幅度大，无论采用何种换档方式，都将不可避免的产生换档冲击。另外经过重新设计应用于电动汽车的钢带或钢链式cvt无级变速器的体积和重量也满足不了小型化、轻量化的要求。

技术实现思路

1、为了解决新能源电动汽车配置单级双级或多级减速器或不同模式两个电机后，却并不能保证在全部工况内使电机转速保持在合理的高效率区域的问题，且减速器级数越少所配置的电机和控制器的体积和功率就相应越大，从而耗电越大使续航里程缩短等问题，还有双级多级减速器换档冲击等问题。鉴于此本发明针对电动汽车电机的特性提出了一种专门应用于新能源电动汽车的传动比范围5至15的推力式cvt机械无级变速器，在全速范围内满足各种工况需要。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：与电机连接的输入轴带动的主动推轮，两个或多个均匀布置在左右输出锥轮之间，主动推轮两端的工作锥面分别与左右两个输出锥轮的内锥面环相切接触并保持一定的径向压力,主动推轮围绕输出锥轮轴心做圆周运动,但是主动推轮“不自转”,只可以围绕输出锥轮轴心“公转”，并且推动输出锥轮转动，输出锥轮左右两个工作锥轮可以靠近或分离，主动推轮可以同时向输出锥轮轴心靠拢或远离，当主动推轮向输出锥轮轴心靠拢到极限位置，同时输出锥轮两个工作锥轮配合主动推轮左右靠近，这时为低速档位置，反之为高速档位置，并且可以在高低档之间任何位置变换档位，也就是通过改变输出锥轮的内锥面环与主动推轮工作锥面相切的径向位置来改变输出转速，最后通过行星齿轮输出机构实现传动比范围为5至15的有效的无级传动，从而在全部工况范围内满足电动汽车各种工况需要。

3、下面结合图1、图2、图3说明其工作原理：在图1、图2中，圆心为o的大圆为从动轮1，a和b为主动推轮2，并且主动推轮只可以围绕圆心o公转，不可以自传，图1中主动推轮a和b的直径是从动轮直径的1/6，则其周长是从动轮周长的1/6,当主动推轮a和b围绕圆心0公转，并在合力f作用下推动从动轮旋转，在图1b)中可以看到主动推轮a和b围绕圆心0公转180°后，推动从动轮旋转了150°，在图1c)中可以看到主动推轮继续公转到360°后，一共推动从动轮旋转了300°,其传动比为360°/300°＝1.2。图2中主动推轮a和b直径是从动轮直径的2/5,则其周长是从动轮周长的2/5,在图2b)中可以看到主动推轮a和b围绕圆心0公转180°后，推动从动轮旋转了108°，在图2c)中可以看到主动推轮继续公转到360°后，一共推动从动轮旋转了216°,其传动比为360°/216°≈1.67。从图1、图2可知，当从动轮直径保持不变，改变主动推轮直径就可以改变从动轮输出转速，从而实现传动比1.2至1.67的无级传动，要想实现传动比5至15的无级传动，就得需要图3行星齿轮输出部分的配合。在图3a)中，三个行星排7、8、9的齿圈以及齿圈的外齿轮、行星轮、中心齿轮都分别完全相同，行星排7、8共用可以旋转的行星架，行星排8的中心齿轮固定不转，行星排7、9的中心齿轮通过轴管连接在一起同步旋转，其中齿轮3由图1、图2中的从动轮1带动并同步转动，齿轮3与行星排7的齿圈的外齿轮的传动比为1并同步相背旋转，齿轮4由图1、图2中的主动推轮2带动并同步转动，齿轮4到行星排8的齿圈的外齿轮的传动比为2并通过中间两个惰轮传动相背旋转。当图1和图3a)结合，主动推轮公转360°推动从动轮旋转300°，则行星排7的齿圈旋转300°，行星排8的齿圈旋转180°，行星排7、8的齿圈同向旋转并通过各自的行星齿轮共同带动共用的行星架转动，由于行星排8的中心齿轮固定不动，所以行星排8的齿圈只是通过行星齿轮控制行星架的转动，行星排7的齿圈比行星排8的齿圈多旋转300°-180°＝120°，由于受到行星架转动的限制，行星排7的行星轮不能继续围绕其中心齿轮旋转，只能是带动中心齿轮反向转动，然后通过行星排9的中心齿轮、行星齿轮、由行星排9的齿圈把这个多出的120°输出，则主动推轮到行星排9的齿圈的传动比为360°/120°＝3。同理：当图2和图3a)结合，主动推轮公转360°推动从动轮旋转216°，则行星排7的齿圈旋转216°，行星排8的齿圈旋转180°，行星排7的齿圈比行星排8的齿圈多旋转的216°-180°＝36°也由行星排9的齿圈输出，则主动推轮到行星排9的齿圈的传动比为360°/36°＝10,由上可知，按照图1、图2改变主动推轮大小后，行星排9的齿圈输出的传动比为3至10之间。图3a)中：设行星排10的中心齿轮到齿圈传动比为1.5，所以图3a)的最终输出传动比为3*1.5＝4.5至10*1.5＝15之间。

4、其中行星齿轮输出部分具体可以按如下方式设置：设行星排7和8齿圈的分度圆直径是其中心齿轮分度圆直径的2倍，则行星排7的齿圈到中心齿轮的传动比为0.5，行星排8的齿圈到其行星架的传动比为1.5，由前述原理可知：齿轮4到行星排8的齿圈的外齿轮传动比为2，所以齿轮4到行星排8的行星架传动比为2*1.5＝3，则齿轮4到行星排8的行星架传动可以简化为由优化的齿轮4通过惰轮直接驱动优化的行星架齿轮而得到传动比3，如图3b)中的6所示；由前述原理还可知：图1c)和图3a)结合后，主动推轮公转360°推动从动轮旋转300°，则行星排7的齿圈也旋转300°，最后只有120°是驱动中心齿轮旋转，也就是说主动推轮公转3周才有360°是驱动行星排7的中心齿轮旋转，所以主动推轮到行星排7的中心齿轮的实际传动比为0.5*3＝1.5，当图2c)和图3a)结合后，主动推轮公转360°，最后只有36°是驱动行星排7的中心齿轮旋转，也就是说主动推轮公转10周才有360°是驱动行星排7的中心齿轮旋转，所以主动推轮到行星排7的中心齿轮的实际传动比为0.5*10＝5，然后把行星排9的中心齿轮到其齿圈的传动比优化为3，省去行星排10直接输出，则改变主动推轮2的大小就可以使行星排9的齿圈的输出传动比在3*1.5＝4.5到3*5＝15之间无级变化，如图3b)所示，实现传动比≥(5至15)之间的推力式机械无级变速。

5、实现上述的推力式cvt机械无级变速器具体要包括：输入部分、主动推轮部分、控制主动推轮不自转部分、主动推轮径向位移控制部分、输出锥轮及其左右锥轮分离靠近控制部分、行星齿轮输出部分等6部分组成,所述的输入部分由输入轴与套装在其上并固定连接的右侧驱动盘和套装在中心固定控制齿轮套筒上的左侧驱动盘组成，左右驱动盘通过中间惰轮轴和液压缸销轴的两端固定连接在一起，左右驱动盘上加工有与主动推轮数量对应的弧形导向槽口，并且槽口的圆心是中间惰轮轴的轴心；主动推轮部分由推轮轴与套装在其上固定连接的推轮齿轮、固定在推轮轴两端的圆锥形推轮组成，推轮齿轮两侧的推轮轴安装在左右驱动盘上的弧形导向槽口内且可以沿着槽口移动，并由驱动盘带动主动推轮围绕输入轴公转并推动输出锥轮旋转；控制主动推轮不自转部分由中心固定控制齿轮、安装在驱动盘惰轮轴上的中间惰轮、以及推轮齿轮组成，其中中心固定控制齿轮通过套筒套装在输入轴上并固定于变速器壳体上使其固定不转，并通过驱动盘惰轮轴上的中间惰轮限制推轮齿轮的自转，因为中心固定控制齿轮与推轮齿轮的齿数分度圆直径相等，所以主动推轮在公转的同时不发生自转；主动推轮径向位移控制部分由扇形齿轮片、圆周齿圈、一端输出的双向活塞液压缸组成，其中两片扇形齿轮片通过圆心孔分别套装在中间惰轮轴的两端，扇形齿轮片边缘附近圆孔套装在推轮轴上，扇形齿轮片通过轮齿由圆周齿圈带动，圆周齿圈内部的半圆形连接凸块加工有圆孔通过销轴与液压缸活塞前端连接，液压缸通过固定在驱动盘上的销轴安装在左右驱动盘之间，当液压缸工作时，活塞就会带动圆周齿圈相对驱动盘转动，同时圆周齿圈驱动扇形齿轮片转动就可以带动推轮轴沿着驱动盘上的弧形导向槽口移动，实现主动推轮径向位移，并且在液压缸作用下主动推轮始终保持对输出锥轮的径向压力；输出锥轮及其左右锥轮分离靠近控制部分由输出锥轮框架、与框架固定连接的左右锥轮液压缸、与活塞为一体的左右锥轮、其中与活塞为一体的左右锥轮还通过花键齿与液压缸上的花键齿啮合限制锥轮与液压缸及框架的相对转动，左侧的液压缸与锥轮套装在中心固定控制齿轮的套筒上，右侧的液压缸与锥轮套装在变速器输入轴上，因为左右液压缸通过框架固定连接为一体，所以当液压缸进油工作时，左右锥轮将靠近，当主动推轮远离输出锥轮轴心时将推动输出锥轮左右分离，从而实现高低档之间无级变换；行星齿轮输出部分由输入行星排齿轮组、中间控制行星架齿轮组、输出行星排、中间固定隔板构成，其齿轮大小参数如上述原理所述，其中输入行星排的中心齿轮和输出行星排的中心齿轮由轴管固定连接，输入行星排的齿圈加工有外齿轮由与输出锥轮部分固定连接的输出齿轮驱动旋转，与变速器输入轴固定连接的输入轴齿轮通过两个中间惰轮驱动中间控制齿轮来控制输入行星排的行星架转速，从而控制输入行星排齿圈通过其行星齿轮带动其中心齿轮转动的速度，然后由输入行星排的中心齿轮到输出行星排的中心齿轮通过输出行星排的行星齿轮驱动输出行星排的齿圈输出最终的需要的转速实现无级传动。

6、通过上述叙述的变速器方案就实现了传动比5至15推力式cvt机械无级变速器的构成方案。其中液压缸高压油液可采用类似传统at变速箱内置的机械油泵供油，也可以采用灵活布置的电子油泵供油。

7、本发明的有益效果是：结构简单,采用只围绕输出锥轮轴心公转却不自转的主动推轮推动输出锥轮旋转，并通过改变主动推轮工作锥面与输出锥轮的内锥面环相切的径向位置来改变输出锥轮转速，从而实现无级调速，并通过其后的行星齿轮输出机构实现≥(5至15)宽范围的传动比变化，从而使电动汽车电机转速在全部工况范围内保持在高效合理区域，从而高效利用电池电能延长车辆续航里程，还减小了各种工况转换下电池输出电流变化的幅度，延长电池电机控制器等设备的使用寿命，并且在同等车况条件下使用相应小体积小功率电机就能达到相应大体积大功率电机所能达到的效果，实现电机小型化、轻量化，并在车辆高速状态下大幅降低电机转速，减少了耗电，在变速过程中动力不中断，调速平稳,不存在换档冲击。同时变速器主体的纵向横向尺寸不大于电机尺寸，也有助于实现变速器小型化、轻量化。