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CN1066528C - 无级变速器 - Google Patents

无级变速器 Download PDF

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CN1066528C
CN1066528C CN97113046A CN97113046A CN1066528C CN 1066528 C CN1066528 C CN 1066528C CN 97113046 A CN97113046 A CN 97113046A CN 97113046 A CN97113046 A CN 97113046A CN 1066528 C CN1066528 C CN 1066528C
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中村一彦
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

本发明的无级变速器，在最高速率时，可防止离心机构的可动凸轮部件的轴向振动。无级变速器的离心机构备有固定在输入轴上的固定凸轮部件、可轴向移动地支承在输入轴上的可动凸轮部件和配置在两凸轮部件的凸轮面之间的离心配重；离心配重在离心力作用下向半径方向外侧移动时，可动凸轮部件与变速控制部件一起向右方移动，变速比向高侧变化。在离心配重到达凸轮面的半径方向外端之前，变速控制部件与止挡部相接，可动凸轮部件的向右方向的移动被限制。

Description

无级变速器
本发明涉及无级变速器，把输入轴的旋转数无级变速后传递给输出轴，备有与输入轴一体旋转的离心机构，该离心机构的离心力使变速控制部件在输入轴的轴线方向移动。
公知的无级变速器例如有日本专利公报特公平2-39667号记载的型式。图6表示该现有无级变速器的离心机构。该离心机构备有固定在输入轴23上的固定凸轮部件26、可沿轴向滑动地支承在输入轴23外周的可动凸轮部件54和配置在两凸轮部件26、54之间的离心配重55。在两凸轮部件26、54的相向面上形成朝着半径方向外侧相互接近地倾斜的固定凸轮面261和固定凸轮面541，输入轴23的旋转数增加时，离心配重55在离心力作用下向半径方向外侧移动，可动凸轮部件54就往离开固定凸轮部件26的方向移动。其结果，通过球轴承与可动凸轮部件54连接的变速控制部件56被沿轴向驱动，变速比向高侧变化。
上述现有的无级变速器中，在固定凸轮部件26的固定凸轮面261的前端设有止挡部262，当离心配重55碰到该止挡部262而不能再继续往半径方向外侧移动时，变速比成为最高。但是，在变速比成为最高的状态时，即使离心配重55的向半径方向外侧的移动受到限制，由于可动凸轮部件54能进一步往离开固定凸轮部件26的方向移动，所以离心配重55在轴方向乱动，在可动凸轮部件54及变速控制部件56上产生振动，该振动产生的磨耗使耐久性降低。
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于当无级变速器成为高速率时，防止离心机构的可动凸轮部件的轴向振动。
为了实现上述目的，本发明方案1记载的发明中，当输入轴的旋转数增加时，由于离心机构的离心配重沿着固定凸轮面及可动凸轮面向半径方向外侧移动，所以可动凸轮部件与变速控制部件一起往离开固定凸轮部件的方向移动，变速比从低侧向高侧变化。当变速比成为最高时，往离开固定凸轮部件方向移动的可动凸轮部件的移动先被止挡部限制。这时，由于离心配重还未到达固定凸轮面及可动凸轮面的半径方向外侧的外端，所以，可动凸轮部件被作用在离心配重上的离心力继续往离开固定凸轮部件的方向推压，该推压力能防止晃动的产生。
本发明方案2记载的发明中，锥形体座被离心机构在轴线方向上移动时，支承在锥形体座的双锥形体支承轴上的双锥形体与输入轴的传动伞形体的接触点发生变化，同时，双锥形体与输出轴的从动伞形体的接触点也发生变化，这样，输入轴的旋转被无级地变速后传递给输出轴。传动伞形体、从动伞形体及双锥形体的接触部要求较高的精度，通过减少最高速率时的可动凸轮部件的晃动，可防止接触部的磨耗，提高耐久性。
图1是车辆用动力单元的纵断面图。
图2是图1的要部放大图。
图3是图2中的3-3线断面图。
图4是图2中的4-4线断面图。
图5是图2的要部放大图。
图6表示现有无级变速器，是与图5对应的图。
下面，参照附图说明本发明的实施例。
图1～图5是表示本发明一实施例的图，图1是车辆用动力单元的纵断面图。图2是图1的要部放大图。图3是图2中的3-3线断面图。图4是图2中的4-4线断面图。图5是图2的要部放大图。
如图1所示，动力单元P用于装在机动两轮车上，备有容纳发动机E及无级变速器T的箱体1。箱体1分成为三部分，即中央箱体2、结合在中央箱体2左侧面的左箱体3和结合在中央箱体2右侧面的右箱体4。曲轴6通过一对球轴承5、5支承在中央箱体2及左箱体3上，汽缸体7也支承在中央箱体2及左箱体3上，曲轴6通过连杆9与可滑动地嵌合在气缸体7内的活塞8连接。
在曲轴6的左端设有发电机10，该发电机10由结合在左箱体3左侧面的发电机罩11复盖住。在右箱体4内部延伸的曲轴6的右端外周，可相对自由旋转地支承着传动齿轮12，该传动齿轮12通过设在曲轴6右端的自动离心离合器13能够与曲轴6结合。
从图1及图2可见，无级变速器T的变速器主轴21由内侧的输出轴22和套筒形输入轴23构成，该套筒形输入轴23通过滚针轴承24可相对自由转动地嵌合在输入轴22的外周，输出轴22的两端架设在左箱体3及右箱体4之间。在输入轴23上固定着与上述传动齿轮12啮合的从动齿轮25。从动齿轮25由内侧齿轮半体26和外侧齿轮半体27构成。内侧齿轮半体26花键结合在输入轴23上，外侧齿轮半体27通过若干个橡胶减震件28…能稍微相对旋转地结合于内侧齿轮半体26上，并与上述传动齿轮12啮合。当从传动齿轮12经过从动齿轮25传递到输入轴23的发动机转矩变化时，由上述橡胶减震件28…的变形而减轻冲击力。
在输入轴23的外周花键结合着传动伞形体29，该传动伞形体29备有朝向半径方向外侧的环形抵接部291，在输出轴22的外周可相对转动地支承着从动伞形体30，该从动伞形体30备有朝向半径方向内侧的环形抵接部301。
形成为略圆锥形的第1锥形体座31通过滚针轴承32可相对旋转且可在轴向滑动地支承在从动伞形体30的轮毂部302的外周。一并参照图3可知，转矩凸轮机构33用于止住第1锥形体座31相对于箱体1的旋转，该转矩凸轮机构33由立设在第1锥形体座31外周半径方向上的销34、通过球轴承35轴支在该销34上的辊36、用于导引该辊36并形成在右箱体4内壁面上的导槽41构成。导槽41的方向相对于变速器主轴21的轴线L倾斜α角。
架设着若干个双锥形体支承轴37…，这些支承轴37…横切形成在第1锥齿轮座31上的若干个窗孔311…，双锥形体39通过滚针轴承38、38可旋转地支承在各双锥形体支承轴37上。双锥形体支承轴37…配置在以变速器主轴21的轴线L为中心线的圆锥母线上，横穿在传动伞形体29的抵接部291与从动伞形体30的抵接部301之间。各双锥形体39由共有底面的第1锥形体40及第2锥形体41构成，传动伞形体29的抵接部291抵接在第1锥形体40上，从动伞形体30的抵接部301抵接在第2锥形体41上。
在与曲轴6相对的第1锥形体座31上部开设了一个窗孔312。容纳在第1锥形体座31内部的从动齿轮25的齿面朝向上述窗孔312，通过该窗孔312传动齿轮12与从动齿轮25啮合。
在从动齿轮25的右侧设有离心机构51，该离心机构51使第1锥形体座31相应于输入轴23转数地在轴向滑动，从而变更无级变速器T的变速比。离心机构51由固定在输入轴23外周的套筒52、通过轴瓦53可滑动地嵌合在套筒52外周的可动凸轮部件54及若干个离心配重55…构成，该离心配重55配置在固定凸轮面261与可动凸轮面541之间，固定凸轮面261形成在从动齿轮25的内侧齿轮半体26(固定凸轮部件)的右侧面，可动凸轮面541形成在凸轮部件54的左侧面。复盖离心机构51的第2锥形体座56的外周由夹具57固定在第1锥形体座31的右端，该第2锥形体座56的内周通过球轴承58支承在可动凸轮部件54上。
从图5可见，固定凸轮面261和可动凸轮面541的半径方向外侧相互接近，在固定凸轮面261的半径方向外端，一体地形成着朝向可动凸轮面541并沿轴向延伸的止挡部262。第2锥形体座56通过球轴承58支承在可动凸轮部件54上，能与该第2锥形体座的右端相接的止挡部631形成在后述弹簧座63的左端。因此，可动凸轮部件54及第2锥形体座56的向右方向的移动，因第2锥形体座56与上述弹簧座63的止挡部631的抵接而受到限制。
第1锥形体座31和第2锥形体座56共同形成包围变速器主轴21的空间，在其内部容纳着从动齿轮25、传动伞形体29及离心机构51。上述空间通过从动齿轮25的齿面所面临的1个窗孔312和支承双锥形体39…的窗孔311…与箱体1的内部空间连通。
嵌合在套筒52右端的带台阶轴环59通过球轴承60支承在输出轴22的右端外周，该球轴承60的右侧面通过楔61固定在输出轴22上。输出轴22及输入轴23构成的变速主轴21通过嵌合在输入轴23外周的球轴承62支承在右箱体4上。支承在球轴承62上的弹簧座63与第2锥形体座56之间设有压缩状态的弹簧64，该弹簧64的弹力将第2锥形体座56及第1锥形体座31往左方推。
当输入轴23的转数增加时，离心配重55…在离心力作用下向半径方向外侧移动而推压两凸轮面261、541，可动凸轮部件54抵抗弹簧64的弹力向右方向移动，通过球轴承58连接在该凸轮部件54上的第2锥形体座56及第1锥形体座31也就向右方向滑动。
输出齿轮66花键结合在输出轴22的左端并由楔65固定着，在该输出齿轮66的右端与从动伞形体30的左端之间设有调压凸轮机构67。从图4可知，调压凸轮机构67是把球68挟持在输出齿轮66右端的若干个凹部661…与从动伞形体30左端的若干个凹部303…之间的机构，在输出齿轮66和从动伞形体30之间夹设着碟形弹簧69，该碟形弹簧69赋与把从动伞形体30向右方推压的预荷载。当力矩作用在从动伞形体30上使其与输出齿轮66产生相对旋转时，从动伞形体30被调压机构67往离开输出齿轮66的方向(右方向)推压。
返回图1，第3减速齿轮71通过球轴承70可旋转地支承在左箱体3上，输出轴22的左端通过滚针轴承72及球轴承73同轴地支承在该第3减速齿轮71上。减速轴75通过一对球轴承74、74支承在左箱体3及中央箱体2上，设在减速轴75上的第1减速齿轮76及第2减速齿轮77分别与输出齿轮66及第3减速齿轮71啮合。伸出于左箱体3外部的第3减速齿轮71的轴部前端，设有卷绕着环形链78的驱动链轮79。因此，输出轴22的旋转通过输出齿轮66、第1减速齿轮76、第2减速齿轮77、第3减速齿轮71、驱动链轮79及环形链78传到驱动轮。
穿设右箱体4内部的油路42与轴向贯通输出轴22内部的油路221连通，从油路221供给到第1锥形体座31及第2锥形体座56内部空间的油润滑无级变速器T的各部。
下面说明具有上述构造的本发明实施例的动作。
如图2所示，从变速器主轴21的轴线L到传动伞形体29的抵接部291的距离A为一定值，从双锥形体支承轴37到传动伞形体29的抵接部291的距离B为可变值(BL、BT)。另外，从双锥形体支承轴37到从动伞形体30的抵接部301的距离C是可变值(CL、CT)，从变速器主轴21的轴线L到从动伞形体30的抵接部301的距离D是一定值。
设传动伞形体29的转数为NDR，从动伞形体30的转数为NDN，用R=NDR/NDN来定义变速比R时，则变速比R为
R=NDR/NDN=(B/A)×(D/C)
如图2的上半部所示，当发动机E低速旋转时，由于被传动齿轮12驱动的从动齿轮25的旋转数低，所以，作用在离心机构51的离心配重55…上的离心力也小，第2锥形体座56及第1锥形体座31由于弹簧64的弹力而向左方向移动。第1锥体座31移动到左方向时，传动伞形体29的抵接部291移动到双锥形体39的第1锥形体40的底面侧，距离B增加到最大值BL，同时从动伞形体30的抵接部301移动到双锥形体39的第2锥形体41的顶点侧，距离C减少为最小值CL。
这时，由于上述距离A、D是一定值，当距离B增加到最大值BL，距离C减少为最小值CL时，上述变速比R变大，变速为低速率。
另一方面，如图2的下半部所示，当发动机E高速旋转时，由于被传动齿轮12驱动的从动齿轮25的旋转数高，所以，作用到离心机构51的离心配重55…上的离心力也增大，离心配重55…在离心力作用下向半径方向外侧移动，第2锥形体座56及第1锥形体座31在离心配重55…的作用下，抵抗弹簧64的弹力向右方向移动。当第1锥形体座31移动到右方向时，传动伞形体29的抵接部291移动到双锥形体39的第1锥形体40的顶点侧，距离B减小为最小值BT，同时从动伞形体30的抵接部301移动到双锥形体39的第2锥形体41的底面侧，距离C增加为最大值CT。
这时，由于上述距离A、D是一定值，当距离B减小为最小值BT，距离C增加为最大值CT时，上述变速比R变小，变速为最高速率。
因此，可以使无级变速器T的变速比相应于发动机E转数地在低与高之间无级地变化。而且上述变速比的控制是由离心机构51自动进行的，所以，与设有从箱体1外部手动地进行变速操作的变速控制装置或设有电子变速控制装置的情形相比，其构造简单，成本低廉，并能实现无级变速器T的小型化。
在图5中，当离心配重55向半径方向外侧移动，向高侧方向变化时，可动凸轮部件54及第2锥形体座56被离心配重55推压而向右方向移动，但达到最高速率时，第2锥形体座56与弹簧座63的止挡部631抵接，其移动受到限制。这时，离心配重还未到达固定凸轮面261的前端的止挡部262，作用在离心配重55上的离心力仍然将可动凸轮面541往离开固定凸轮面261的方向推，即，把第2锥形体座56往与止挡部631相接的方向推。
其结果，在最高速率时，能切实地固定第2锥形体座56，能防止在与其相连的第1锥形体座31上产生轴线方向的晃动。传动伞形体29、从动伞形体30及双锥形体39的接触部的精度要求较高，由于在最高速率时能减少第1锥齿轮座31的晃动，所以能防止接触部的磨耗，提高耐久性。
如上所述，传动伞形体29的旋转是通过双锥形体39…以预定的变速比传递到从动伞形体30，该从动伞形体30的旋转再通过调压机构67传递到输出齿轮66。这时，作用在从动伞形体30上的力矩使其与输出齿轮66之间产生相对旋转时，从动伞形体30被调压机构67往离开输出齿轮66的方向推压。该推压力与碟形弹簧69的弹力协同作用，产生把传动伞形体29的抵接部291压接到双锥形体39的第1锥形体40上的面压力，以及把从动伞形体30的抵接部301压接到双锥形体39的第2锥形体41上的面压力。
调压凸轮机构67的推压力把输出齿轮66往左方向推压，但由于输出齿轮66的左端由楔65固定在输出轴22的左端，所以，往左方向的推压力传递到输出轴22。另外，调压凸轮机构67的推压力把从动伞形体30往右方向推压，该推压力从从动伞形体30通过双锥形体39…、传动伞形体29、内侧齿轮半体26、套筒52、球轴承62、轴环59、球轴承60及楔61传递到输出轴22的右端。
因此，调压凸轮机构67把输出齿轮66及从动伞形体30往左右方向推压的荷重作为输出轴22的拉伸荷载作用，该拉伸荷载被输出轴22的内部应力相消，调压凸轮机构67的推压荷载不传递到箱体1上。这样，无需使箱体1的强度加强到能经受上述推压荷载的程度，可实现无级变速器T的轻量化。而且，由于用一个调压凸轮机构67推压传动伞形体29及从动伞形体30双方，所以，与用各自的调压凸轮机构分别推压传动伞形体29及从动伞形体30的情形相比，可减少零件数量和降低成本。
另外，无级变速器T进行变速时，第1锥形体座31在传动伞形体29的传递力矩反力作用下本应绕变速器主轴21旋转，但该传递力矩反力因支承在第1锥齿轮座31上的力矩凸轮机构33的辊36与形成在右箱体4上的导槽41嵌合而被阻挡，所以，第1锥形体座31不旋转而能沿轴向滑动。
当车辆行驶中因急加速而使发动机转矩急增时，随着发动机转矩的急增，作用在第1锥形体座31上的传递力矩的反力也增大。其结果，如图3所示，辊36被荷载F压接在倾斜的导槽41的壁面上，第1锥形体座31被该荷载F的导槽41方向的分力F1往图2的左侧推压(低速率侧)。即，在力矩凸轮机构33的作用下，变速比自动地变到低速率侧，发挥所谓的自动跳合(キツクダウン)效果，可有效地使车辆加速。
而且，上述自动跳合时的变速比控制是由于力矩凸轮机构33对应发动机转矩的变化而自动进行的，无需设置特别的变速控制装置，所以构造简单，能减低成本及实现无级变速器T的小型化。只要使力矩凸轮机构33的导槽41的形状变化，就可以容易地调节变速比的变化特性。
虽然无级变速器T的第1锥形体座31及第2锥形体座56的下部浸入积存在箱体1底部的油中，但由于支承双锥形体39…的窗孔311及从动齿轮25的齿面所面临的窗孔322高于油面OL(见图2)，所以，大量的油不会从箱体1底部浸入第1锥形体座31及第2锥形体座56的内部空间。另外，即使润滑用的油从贯通输出轴22内部的油路221供给第1锥形体座31及第2锥形体座56的内部空间，该油由于从动齿轮25的旋转离心力而飞散到外部，所以，第1锥形体座31及第2锥形体座56的内部空间能保持润滑所需的最小限度的油量。
并且，从动齿轮25只搅拌少量的油，能最大限度地抑制因不必要的搅拌而产生的动力损失。而且，由于第1锥形体座31及第2锥形体座56阻止了油，所以，不必设置特别的阻止油的部件，可减少零件数量。
如上所述，通过把从动齿轮25配置在由第1锥形体座31及第2锥形体座56围成的空间内，与把该从动齿轮25配置在上述空间外的情形相比，不仅能减少油的搅拌阻力，而且由于能把传动伞形体29及离心机构51对称地配置在从动齿轮25的左右两侧，所以有效地利用上述空间的容积，使无级变速器T的结构紧凑。
上面详细说明了本发明的实施例，但本发明并不局限于该实施例，在不变更要点的范围内，本发明可作出各种设计变更。
例如，方案1记载的发明也能适用于用离心机构改变皮带轮槽宽进行无级变速的皮带式无级变速器。另外，在实施例中，是在弹簧座63上形成止挡部631，但也可以用其它任意部件作为止挡部，只要相对于变速器主轴21能固定在轴线L方向的部件都可以。另外，在实施例中，是用止挡部631来限制与可动凸轮部件54相连的第2锥形体座56的移动，但是也可以用止挡件直接限制可动部件54的移动。
如上所述，方案1记载的发明中，由于设置了限制可动凸轮部件轴线方向移动的止挡部，在离心配重在到达固定凸轮面及可动凸轮面的半径方向外侧的移动端之前，限制可动部件的移动，所以，变速比在最高的状态时，可动凸轮部件的轴方向的移动被限制，可防止振动的产生，从而防止因振动的磨耗使耐久性降低。
方案2记载的发明中，锥形体式无级变速器的传动伞形体、从动伞形体及双锥形体的接触部精度要求较高，通过减少在最高速率位置时的可动凸轮部件的晃动，可防止接触部的磨耗，从而可提高耐久性。

Claims (2)

1．一种无级变速器，把输入轴(23)的转数以无级变速传递给输出轴(22)，备有与输入轴(23)一体地旋转、靠离心力使变速控制部件(31、56)沿输入轴(23)的轴线(L)方向移动的离心机构(51)，该离心机构(51)备有：
在轴线(L)方向不能移动地支承在输入轴(23)上的固定凸轮部件(26)，
设在固定凸轮部件(26)上的固定凸轮面(261)，
可沿轴线(L)方向移动地支承在输入轴(23)上并与变速控制部件(31、56)相连的可动部件(54)，
设在可动凸轮部件(54)上的可动凸轮面(541)，
配置在固定凸轮面(261)与可动凸轮面(541)之间的离心配重(55)，
靠离心力向半径方向外侧移动的离心配重(55)使可动凸轮部件(54)往离开固定凸轮部件(26)的方向移动；
其特征在于，备有止挡部(631)，在离心配重(55)到达固定凸轮面(261)及可动凸轮面(541)的半径方向外侧的外端之前，该止挡部(631)限制可动凸轮部件(54)的在轴线(L)方向的移动。
2．如权利要求1所述的无级变速器，其特征在于上述无级变速器(T)备有：
能与输入轴(23)一起旋转的传动伞形体(29)，
能与输出轴(22)一起旋转的从动伞形体(30)，该输出轴(22)配置成与输入轴(23)同轴，
能沿着输入输出轴(22、23)自由移动的作为变速控制部件的锥形体座(31、56)，
沿着以轴线(L)为中心线的圆锥母线那样地支承在锥形体座(31、56)上的双锥形体支承轴(37)，
由共有底面的第1锥形体(40)和第2锥形体(41)构成的、可自由旋转地支承在双锥形体支承轴(37)上的双锥形体(39)，第1锥形体(40)与传动伞形体(29)相接，第2锥形体(41)与从动伞形体(30)相接，
使双锥形体座(31、56)在轴线(L)方向移动的离心机构(51)。
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