CN101166922B - 无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无级变速器(CVT)，该CVT具有构造成支承并定位CVT的各种部件的主轴。换挡凸轮盘与球-腿组件协同操作，以改变CVT的传动比。载荷凸轮盘、转矩盘、滚动元件和轮毂盖壳构造成产生轴向力、传递转矩并管理反作用力。在一个实施例中，带键结构的输入轴和具有带键结构的孔的转矩盘协同操作以将转矩输入到CVT的变换器中。尤其公开了各种球轴、轴-球组合件和反作用力接地构造。在一个实施例中，公开了在输入和输出元件处具有轴向力产生部件的CVT。

Description

无级变速器

技术领域

本发明总体上涉及变速器，并且更具体地涉及无级变速器(CVT)。

背景技术

已有获得从输入速度到输出速度的连续可变比率的熟知的方法。用于在CVT从输出速度调节输入速度的机构称为变换器(variator)。在带式CVT中，变换器由两个可调节的带轮组成，所述带轮在带轮之间具有带。在单腔环式CVT中的变换器具有两个绕轴旋转的部分环形的变速器盘和两个或多个盘形动力滚子，所述盘形动力滚子绕垂直于轴的各自轴线旋转并且被夹紧在输入与输出变速器盘之间。

这里公开的本发明的实施例是使用球形速度调节器(也称为动力调节器、球、球形齿轮或滚子)的球式变换器，所述球形速度调节器每个都具有可倾斜的转动轴线；调节器绕CVT的纵向轴线分布在一平面中。滚子一侧与输入盘接触，另一侧与输出盘接触，输入盘和输出盘中的一个或两个都向滚子施加夹紧接触力，用于转矩的传递。输入盘以输入转速向滚子施加输入转矩。当滚子绕其自身轴线转动时，滚子将转矩传递给输出盘。输入速度与输出速度的比是输入和输出盘的接触点到滚子的轴线的半径的函数。通过相对于变换器的轴线倾斜滚子的轴线调节速比。

发明内容

一个实施例是CVT。该CVT包括中心轴和变换器。变换器包括输入盘、输出盘、多个可倾斜的球-腿组件和惰轮组件。输入盘绕中心轴可转动地安装。所述多个可倾斜的球-腿组件每个都包括球、轴和至少两个腿。球可转动地安装在轴上，并且接触输入盘和输出盘。腿构造成控制球的倾斜。惰轮组件构造成控制腿的径向位置，以便由此控制球的倾斜。在一个实施例中，CVT适于在自行车中使用。

在一个实施例中，变换器包括具有带键结构(spline)的孔的盘和具有键配合部的驱动件。驱动件的键配合部联接到盘的带键结构的孔。

在一个实施例中，换挡杆通过中心轴延伸并且连接到惰轮组件。换挡杆致动惰轮组件。

在一个实施例中，凸轮加载器定位成与输入盘相邻并且构造成至少部分地产生轴向力并传递转矩。在一个实施例中，凸轮加载器定位成与输出盘相邻并且构造成至少部分地产生轴向力并传递转矩。而在其它实施例中，与输入盘和输出盘相邻地定位有凸轮加载器；凸轮加载器构造成至少部分地产生轴向力并传递转矩。

另一个实施例是用于支承并分离CVT的笼的间隔件，该CVT具有至少部分地围绕变换器的轮毂壳。该间隔件包括刮擦件，该刮擦件构造成从轮毂壳的表面刮掉润滑剂并向变换器的内侧导向润滑剂。在一个实施例中，间隔件包括构造成导向润滑剂的流动的通道。

本发明的另一个方面是关于用于CVT的转矩盘。该转矩盘包括绕其中心轴线的带键结构的孔、形成在盘中用于接收轴承的座圈的环形凹槽和用于支承扭簧的升高的表面。

本发明的另一个特征涉及用于支承CVT的某些部件的轴。在某些实施例中，该轴具有带键结构的凸缘、从轴的一个端部横跨到超过轴的中间的点的中心孔和用于附装到CVT的各种部件上的一个或多个凸缘。在一个实施例中，轴上的凸缘适于联接到CVT的定子上。

本发明的CVT的另一个方面涉及轴向力产生系统，该系统具有联接到CVT的转矩盘和输入盘的扭簧。轴向力产生系统还可包括具有用于激励滚子的斜坡的一个或多个载荷凸轮盘，所述滚子优选地位于载荷凸轮盘与CVT的输入盘和/或输出盘之间。

本发明的另一个特征涉及用于CVT的轴和轴-球组合件。在某些实施例中，轴包括凸肩部分和腰部。该轴构造成配合在CVT的牵引滚子的中心孔中。在某些实施例中，在轴与球之间的轴承表面可以是轴颈轴承、轴衬、巴氏合金衬套或轴本身。在其它实施例中，轴和球使用带保持架的轴承。

附图说明

图1是CVT的一个实施例的横截面图；

图2是图1的CVT的部分分解的横截面图；

图3是CVT的第二实施例的横截面图；

图4是图3的CVT的部分分解的横截面图；

图5a是可在CVT中使用的带键结构的输入盘驱动器的侧视图；

图5b是图5a的盘驱动器的前视图；

图6a是可在CVT中使用的带键结构的输入盘的侧视图；

图6b是图6a的带键结构的输入盘的前视图；

图7示出可被CVT使用的凸轮滚子盘；

图8示出可被CVT使用的定子；

图9是可被CVT使用的刮擦隔离器的透视图；

图10是可在CVT中使用的换挡器组件的横截面图；

图11是用于在CVT中使用的球-腿组件的透视图；

图12是可在球式CVT中使用的笼的透视图；

图13是CVT的另一个实施例的横截面图；

图14是包括CVT的实施例的自行车轮毂的透视图；

图15是包含在图14的自行车轮毂中的CVT的实施例的各种组件的顶部俯视视图；

图16是图15的CVT的某些组件的部分分解的透视图；

图17是图15的CVT的某些组件的俯视图；

图18是沿图17的组件的截面A-A的横截面图；

图19是可被图15的CVT使用的换挡凸轮组件的一个实施例的透视图；

图20是图19的换挡凸轮组件的俯视图；

图21是沿图20的换挡凸轮组件的截面B-B的横截面图；

图22是可被图15的CVT使用的笼组件的透视图；

图23是图22的笼组件的前视图；

图24是图22的笼组件的右侧视图；

图25是用于图15的CVT的某些轴向力产生部件的部分分解的前视图；

图26是沿图25所示的CVT部件的截面C-C的横截面图；

图27是可被图15的CVT使用的配合输入轴和转矩盘的分解透视图；

图28是图27的转矩盘的透视图；

图29是图28的转矩盘的左侧视图；

图30是图28的转矩盘的前视图；

图31是图28的转矩盘的右侧视图；

图32是沿图31的转矩盘的截面D-D的横截面图；

图33是图27的输入轴的透视图；

图34是图33的输入轴的左侧视图；

图35是图33的输入轴的俯视图；

图36是可被图15的CVT使用的载荷凸轮盘的透视图；

图37是可被图15的CVT使用的球和轴组件的俯视图；

图38是沿图37的球和轴组件的截面E-E的横截面图；

图39是图14的自行车轮毂的俯视图；

图40是沿图39的轮毂的截面F-F的横截面图，示出图14的自行车轮毂和图15的CVT的某些部件；

图41是可被图15的CVT使用的主轴的透视图；

图42是图41的主轴的俯视图；

图43是沿图42的主轴的截面G-G的横截面图；

图44是可被图14的自行车轮毂使用的CVT的替代实施例的的俯视图；

图45是沿图44的CVT的截面H-H的横截面图；

图46是可被图14的自行车轮毂使用的CVT的横截面图。

具体实施方式

这里说明的CVT实施例大致是美国专利第6,241,636号、第6,419,608号和第6,689,012号中公开的类型。这些专利中的每个的全部公开内容都通过参考包含于此。

图1示出可改变输入到输出的速比的球式CVT 100。CVT 100具有通过CVT 100的中心延伸并超过自行车的框架的两个后端部(dropouts)10的中心轴105。每个都位于中心轴105的对应的端部处的第一盖螺母106和第二盖螺母107将中心轴105附装到端部(dropouts)。虽然该实施例说明了用在自行车上的CVT 100，但CVT100可应用在使用变速器的任何设备上。为了说明的目的，中心轴105限定CVT的纵向轴线，该纵向轴线将用作用于说明CVT的其它部件的位置和运动的基准点。如在这里所使用的那样，术语“轴向”、“轴向地”、“横向”、“横向地”指的是与由中心轴105限定的纵向轴线同轴或平行的位置或方向。术语“径向”和“径向地”指的是从纵向轴线垂直地延伸的位置或方向。

参照图1和图2，中心轴105提供用于笼(cage)组件180、输入组件155和输出组件160的径向和横向支承。在该实施例中，中心轴105包括容纳换挡杆112的孔199。如后文将说明的，换挡杆112致动CVT 100中的速比变化。

CVT 100包括变换器140。该变换器140可以是适于改变输入速度到输出速度的比的任何机构。在一个实施例中，变换器140包括输入盘110、输出盘134、可倾斜的球-腿组件150和惰轮组件125。输入盘110可以是绕中心轴105可转动地并且同轴地安装的盘。在输入盘110的径向外边缘处，盘以一角度延伸到一点，该盘在该点终止于接触面111。在某些实施例中，接触面111可以是单独的结构，例如附装到输入盘110上的环，该输入盘提供用于接触面111的支承。接触面111可被螺纹配合或压配合到输入盘110中，或者该接触面可被用任何适当的紧固件或粘合剂附装。

输出盘134可以是通过压配合或其它方式附装到输出轮毂壳138上的环。在某些实施例中，输入盘110和输出盘134具有支承结构113，该支承结构从接触面111径向地向外延伸，并提供结构支承以提高径向刚度、抵抗在CVT 100的轴向力作用下的那些部件的柔度并且使轴向力机构壳径向地向外移动，由此减小CVT 100的长度。输入盘110和输出盘134壳具有油口136、135，以使变换器140中的润滑剂壳通过CVT 100循环。

在某些实施例中的轮毂壳138是可绕中心轴105转动的圆柱形管。轮毂壳138具有容纳CVT 100的大部分部件的内侧和适于连接到使用该CVT的任何部件、设备或车辆的外侧。这里，轮毂壳138的外侧构造成应用在自行车上。然而，CVT 100可被用在希望调节输入和输出转速的任何机器中。

参照图1、2、10和11，CVT可包括球-腿组件150，该球-腿组件用于将转矩从输入盘110传递到输出盘134并改变输入速度到输出速度的比。在某些实施例中，球-腿组件150包括球101、球轴102和腿103。轴102可以是通过穿过球101的中心形成的孔延伸的大致圆柱形的轴。在某些实施例中，轴102经由使球101在轴102上对准的滚针或径向轴承与球101中的孔的表面实现表面连接(interface)。轴102延伸超过孔终止的球101的侧面，以便使腿103可在球101的位置上致动换挡。轴102在延伸超过球101的边缘的位置处联接到腿103的径向外端。腿103是使球轴102倾斜的径向延伸部。

轴102穿过形成在腿103的径向外端中的孔。在某些实施例中，腿103在用于使轴102穿过腿103的孔处具有倒角，减小了腿103的侧面与轴102之间的接触部分处的应力集中。该减小的应力增大了球-腿组件150的能力以吸收换挡力和转矩反作用力。腿103可通过诸如e环(e-rings)的弹簧挡圈定位在轴102上，或者可被压配合到轴102中；然而，可使用轴102与腿103之间的任何其它类型的固定。球-腿组件150还可包括腿滚子151，所述腿滚子是附装到球轴102的每个端部的滚动元件，并且当轴102通过CVT 100的其它部件被对准(align)时提供轴102的滚动接触。在某些实施例中，腿103在径向内端处具有凸轮轮152，以帮助控制腿103的径向位置，该径向位置控制轴102的倾角。仍在其它实施例中，腿103联接到定子轮1105(见图11)，该定子轮使腿103可被导向并支承在定子800(见图8)中。如图11所示，定子轮1105可相对于腿103的纵向轴线成一角度。在某些实施例中，定子轮1105构造成使其中心轴线与球101的中心相交。

仍参照图1、2、10和11，在各种实施例中，球101与轴102之间的交界物(interface)可以是以下在其它实施例中所述的任何轴承。然而，球101在其它实施例中固定到轴上，轴与球101一起转动。在某些这种实施例中，轴承(未示出)定位在轴102与腿103之间，以便使作用在轴102上的横向力由腿103和/或笼(在以下各实施例中说明)抵抗。在某些这种实施例中，位于轴102与腿103之间的轴承是径向轴承(滚珠或滚针)、轴颈轴承或任何其它类型的轴承或适当的机构或部件。

参照图1、2、3、4和10，现在将说明惰轮组件125。在某些实施例中，惰轮组件125包括惰轮126、凸轮盘127和惰轮轴承129。惰轮126是大致圆柱形管。惰轮126具有大致恒定的外径；然而，在其它实施例中，该外径不是恒定的。该外径可以在中心部分处比在端部处小，或者可以在中心处较大而在端部处较小。在其它实施例中，外径在一个端部处比在另一个端部处大，并且根据换挡速度和转矩要求，两个端部之间的变化可以是线性的或非线性的。

凸轮盘127定位在惰轮126的任意一端或两端上，并且与凸轮轮152相互作用以致动腿103。凸轮盘127在所示实施例中是凸起的，但可以是产生腿103的希望的运动的任何形状。在某些实施例中，凸轮盘127构造成使其轴向位置控制腿103的径向位置，该径向位置控制轴102的倾角。

在某些实施例中，凸轮盘127的径向内径轴向地向彼此延伸，以将一个凸轮盘127附装到另一个凸轮盘127上。这里，一凸轮延伸部128绕中心轴105形成一圆筒。凸轮延伸部128从一个凸轮盘127延伸到另一个凸轮盘127，并且通过弹簧挡圈、螺母或某种其它的适当的紧固件保持就位。在某些实施例中，凸轮盘127中的一个或两个都被螺纹固定到凸轮盘延伸部128上，以将所述凸轮盘固定就位。在所示实施例中，凸轮盘127的凸曲线远离惰轮组件125的轴向中心轴向地延伸到局部最大值，然后径向地向外延伸，并且向惰轮组件125的轴向中心轴向地向内往回延伸。该凸轮轮廓减少了在惰轮组件125在轴向极限处的换挡期间可能发生的约束(binding)。

在图1的实施例中，换挡杆112致动CVT 100的变速比切换。同轴地定位在中心轴105的孔199内侧的换挡杆112是延长杆，该延长杆具有带螺纹的端部109，该带螺纹的端部延伸出中心轴105的一侧并超过盖螺母107。换挡杆112的另一端延伸到惰轮组件125中，换挡杆在该位置处容纳一换挡销114，该换挡销大致横向地安装在换挡杆112中。换挡销114与惰轮组件125接合，以便使换挡杆112可控制惰轮组件125的轴向位置。导螺杆组件115控制换挡杆112在中心轴105内的轴向位置。在某些实施例中，导螺杆组件115包括一换挡致动器117，该换挡致动器可以是在其外径上具有一套系绳槽(tetherthreads)118的滑轮，该滑轮在其内径的部分上具有螺纹以与换挡杆112接合。导螺杆组件115可通过任何部件被保持在其在中心轴105上的轴向位置，并且在此通过滑轮卡环116保持就位。系绳槽118与换挡绳(未示出)接合。在某些实施例中，换挡绳是标准的换挡索，而在其它实施例中，换挡绳可以是能够承受张力并由此转动换挡滑轮117的任何绳。

参照图1和图2，输入组件155使转矩可传递到变换器140中。输入组件155具有将来自链条(未示出)的直线运动转换为旋转运动的链轮156。虽然这里使用链轮，但CVT 100的其它实施例可使用例如从皮带接收运动的皮带轮。链轮156将转矩传递到轴向力产生机构，该轴向力产生机构在所示实施例中是将转矩传递到输入盘110的凸轮加载器(cam loader)154。凸轮加载器154包括凸轮盘157、承载盘(load disc)158和一套凸轮滚子159。凸轮加载器154将转矩从链轮156传递到输入盘110，并且还产生轴向力，该轴向力分解为用于输入盘110、球101、惰轮126和输出盘134的接触力。轴向力与施加到凸轮加载器154上的转矩的大小大致成比例。在某些实施例中，链轮156经由单向离合器(未示出细节)将转矩施加到凸轮盘157上，该单向离合器当轮毂138旋转但链轮156并不供给转矩时用作滑行机构。在某些实施例中，承载盘158可作为单个部件与输入盘157形成一体。在其它实施例中，凸轮加载器154可与输出盘134形成一体。

在图1和图2中，CVT 100的内部部件通过端盖160容纳在轮毂壳138内。端盖160大致是平盘，该平盘附装到轮毂壳138的敞开端并且具有穿过中心的孔，以使凸轮盘157、中心轴105和换挡杆112可通过。端盖160附装到轮毂壳138上并且用于抵抗由凸轮加载器154产生的轴向力。端盖160可由能够抵抗该轴向力的任何材料制成，例如铝、钛、钢或高强度热塑性塑料或热固塑料。端盖160通过紧固件(未示出)紧固到轮毂壳138上；然而，端盖160也可以螺纹连接到轮毂壳138中，或者可以以其它方式附装到轮毂壳138上。端盖160在其面对容纳有预加载器的凸轮加载器154的一侧具有绕半径形成的槽。预加载器161可以是在非常低的转矩水平下提供初始夹紧力的弹簧。预加载器161可以是能够将初始力供给到凸轮加载器154并由此供给到输入盘134的任何装置，诸如弹簧或如O形圈的弹性材料。预加载器161可以是像可在其寿命中具有高弹簧常数并维持高水平弹性的弹簧一样的波形弹簧(wave-spring)。这里，预加载器161通过止推垫圈162和止推轴承163被直接加载到端盖160。在该实施例中，止推垫圈162是覆盖预加载器161的槽并提供用于止推轴承163的止推座圈(thrust race)的典型的环形垫圈。止推轴承163可以是滚针止推轴承，当与组合止推径向轴承相比时，该滚针止推轴承具有高水平的止推能力，提高了结构刚度，并且降低了公差要求和成本；然而，可使用任何其它类型的止推轴承或组合轴承。在某些实施例中，止推轴承163是滚珠止推轴承。由凸轮加载器154产生的轴向力通过止推轴承163和止推垫圈163反作用到端盖160上。端盖160附装到轮毂壳138上以使CVT 100的结构完整。

在图1和图2中，凸轮盘轴承172将凸轮盘157保持在相对于中心轴105的径向位置上，同时端盖轴承173维持凸轮盘157与端盖160的内径之间的径向对准。这里，凸轮盘轴承172和端盖轴承173是滚针轴承；然而，也可使用其它类型的径向轴承。滚针轴承的使用可增大轴向浮动并容纳由骑乘者和链轮156产生的约束力矩(bindingmoment)。在CVT 100的其它实施例或在此说明的任何其它实施例中，凸轮盘轴承172和端盖轴承173中的每个或任意一个也可以由互补的一对组合径向止推轴承代替。在这种实施例中，径向止推轴承不仅提供径向支承，而且能够吸收推力，这可以帮助并且至少部分地减轻止推轴承163的载荷。

仍参照图1和图2，轴142保持轮毂壳138相对于中心轴105轴向对准，该轴142是绕中心轴105同轴地安装的支承件，并且被保持在中心轴105与轮毂壳138的封闭端的内径之间。轴142被固定成与中心轴105角度对准。这里，键144将轴142固定在其角度对准中，但该固定可通过本领域的技术人员已知的任何部件。在轴142与轮毂壳138的内径之间配合有径向轮毂轴承145，以保持轮毂壳138的径向位置和轴向对准。轮毂轴承145通过封闭轴盖143保持就位。轴盖143是具有配合在中心轴105周围的中心孔并且在此用紧固件147附装到轮毂壳138上的盘。在轮毂壳138与笼189之间配合有轮毂止推轴承146，以保持笼189和轮毂壳138的轴向定位。

图3、4和10示出CVT 300，该CVT 300是上述CVT 100的替代实施例。在上述实施例的CVT 100与该CVT300之间，许多部件是相似的。这里，分别减小了输入和输出盘310、334的角度，以获得较大的强度以承受轴向力并减小CVT 300的整个径向直径。该实施例示出可替代的换挡机构，其中用于致动惰轮组件325的轴向运动的导螺杆机构形成在换挡杆312上。导螺杆组件是形成在换挡杆312的端部上的一套导螺纹313，换挡杆312的该端部在惰轮组件325内或其附近。一个或多个惰轮组件销314从凸轮盘延伸部328径向地延伸到导螺纹313中，并且当换挡杆312转动时轴向地移动。

在所示实施例中，惰轮326不具有恒定的外径，而是具有在惰轮326的端部处减小的外径。这使得惰轮326可以抵抗通过倾向于驱动惰轮326轴向地远离中心位置的动态接触力和旋转接触产生的惰轮326的力。然而，这仅是一示例，并且惰轮326的外径可以以设计者希望的任何方式被改变，以便抵抗由惰轮326承受的旋转力并帮助CVT 300的换挡。

现在参照图5a、5b、6a和6b，两部分盘由带键结构的盘600和盘驱动器500组成。盘驱动器500和带键结构的盘600通过形成在盘驱动器500上的键配合部510和形成在带键结构的盘600中的带键结构的孔610配合在一起。键配合部510配合在带键结构的孔610内，以便使盘驱动器500和带键结构的盘600形成用于在CVT 100、CVT300或任何其它球形CVT中使用的盘。带键结构的盘600提供系统中的顺应性，以使变换器140、340找到径向平衡位置，从而减小对变换器140、340的部件的制造公差的敏感度。

图7示出凸轮盘700，该凸轮盘可在CVT 100、CVT 300、其它球形CVT或任何其它类型的CVT中使用。凸轮盘700具有形成在其径向外边缘中的凸轮通道710。凸轮通道710容纳一套凸轮滚子(未示出)，所述凸轮滚子在该实施例中是球体(诸如轴承滚珠)，但可以是与凸轮通道710的形状相结合的任何其它形状，以将转矩转换成转矩和轴向力分量以缓和施加到变换器140、340的轴向力，该轴向力的大小与施加到CVT的转矩成比例。其它这种形状包括圆柱形滚子、桶形滚子、不对称滚子或任何其它形状。在许多实施例中，用于凸轮盘通道710的材料优选地是足够坚固以抵抗在凸轮盘700将经受的载荷下的过度的或永久的变形。在高转矩应用中可能需要特殊硬化。在某些实施例中，凸轮盘通道710由被硬化到洛氏硬度值高于40HRC的碳钢制成。凸轮加载器(图1的154或任何其它类型的凸轮加载器)的操作的效率可受到硬度值的影响，典型地通过增大硬度以提高效率；然而，高度硬化会导致凸轮加载部件的脆性，并且还会导致较高的成本。在某些实施例中，硬度高于50HRC，而在其它实施例中，硬度高于55HRC、高于60HRC并高于65HRC。

图7示出共形(conformal)凸轮的实施例。也就是说，凸轮通道710的形状与凸轮滚子的形状一致。由于通道710与滚子一致，因此通道710起轴承滚子保持件的作用，并且消除了对笼元件的需要。图7的实施例是单向凸轮盘700；然而，凸轮盘可以使如在CVT 1300(见图13)中的双向凸轮。消除对轴承滚子保持件的需要简化了CVT的设计。共形凸轮通道710还可以减小轴承滚子与通道710之间的接触应力，可以减小轴承滚子的尺寸和/或数量，或者用于较大的材料选择柔性。

图8示出用于形成球形CVT 100、300(和其它类型)中的变换器140、340的笼189的刚性支承结构的笼盘800。笼盘800成形为当腿103在换挡期间径向地向内和向外移动时导向腿103。笼盘800还提供轴102的角度对准。在某些实施例中，用于各轴102的两个笼盘800的对应的槽在角度方向上稍微偏移，以减小变换器140和340中的换挡力。

腿103由定子中的狭槽导向。腿103上的腿滚子151跟随定子中的圆形轮廓。腿滚子151大致提供平移反作用点以抵消由换挡力或牵引接触旋转力施加的平移力。当CVT速比变化时，腿103及其相应的腿滚子151在平面运动中移动，并且因而描绘出以球101为中心的圆形包络线。由于腿滚子151从腿103的中心偏移，因此腿滚子151描绘处相似地偏移的包络线。为了在每个定子上产生相容的轮廓以与腿滚子151的平面运动相配，需要一圆形切口，该切口从槽中心偏移与滚子在每个腿103中偏移的量相同的量。该圆形切口可用盘锯切割机完成；然而，在每个槽处要求有单独的切口。由于切口是独立的，因此出了定子之间的变化之外，在单个定子中，公差还有可能从一个槽到下一个槽变化。消除该额外加工步骤的一种方法是可由车床车削操作产生的单个轮廓。环形车床车削可在一个转动操作中产生该单个轮廓。环形切割的中心被调整成在径向方向上远离球101位置的中心，以补偿腿滚子103的偏移。

现在参照图1、9和12，示出笼组件1200的替代实施例，该实施例应用润滑剂增强用于某些CVT的润滑间隔件900，其中间隔件1210支承并间隔开两个笼盘1220。在所示实施例中，在这种情况下为笼389的用于动力传递元件的支承结构通过将输入和输出侧笼盘1220附装到多个间隔件1210上而形成，所述间隔件包括一个或多个具有笼紧固件1230的润滑间隔件900。在该实施例中，笼紧固件1230是螺钉，但它们可以是任何类型的紧固件或紧固方法。润滑间隔件900具有刮擦件910，该刮擦件用于从轮毂壳138的表面刮掉润滑剂并向变换器140或340的中心元件导向回该润滑剂。某些实施例的润滑间隔件900还具有通道920，以帮助将润滑剂的流动导向到最需要用它的区域。在某些实施例中，间隔件900在通道920之间的部分形成向通道920导向润滑剂的流动的升高的楔形部925。刮擦件910可以与间隔件900是整个一体的，或者可以是与刮擦件910分离的并且由与刮擦件910的材料不同的材料制成，包括但不局限于橡胶以增强从轮毂壳138刮掉润滑剂。间隔件1210和润滑间隔件900的端部终止于凸缘状的基板1240，所述基板垂直地延伸以形成用于与笼盘1220相配的表面。所示实施例的基板1240在面对笼盘1240的侧面上大致是平的，但在面对球101的侧面上是圆的，以便形成腿滚子151在上面靠行(ride)的上述曲面。基板1240还形成其中腿103在其整个轨迹上靠行(ride)的通道。

现在将参照图3、9和10说明润滑系统和方法的实施例。当球101旋转时，润滑剂倾向于向球101的赤道流动，并且润滑剂然后被向外飞溅到轮毂壳138上。某些润滑剂不落在具有最大直径的轮毂壳138的内壁上；然而，离心力使该润滑剂向轮毂壳138的最大内径处流动。刮擦件910直立地定位，以便使其去除积累在轮毂壳138的内侧的润滑剂。重力将润滑剂从V形楔形部925的每一侧拉下并使润滑剂进入通道920。间隔件900定位成使通道920的内径端部终止于凸轮盘127和惰轮126的附近。这样，惰轮126和凸轮盘127接收在轮毂壳138中循环的润滑剂。在一个实施例中，刮擦件910的尺寸设计成与轮毂壳138的间隙大约为一英寸的千分之三十。当然，根据不同的应用，该间隙可以较大或较小。

如图3和10所示，凸轮盘127可构造成使其面对惰轮226的侧面形成角度以便接收从通道920落下的润滑剂并向凸轮盘127与惰轮226之间的空间导向润滑剂。在润滑剂流道惰轮226上后，润滑剂向惰轮226的最大直径处流动，在惰轮226的最大直径处一些润滑剂飞溅到轴102处。一些润滑剂从通道920落到惰轮226上。该润滑剂润滑惰轮226和球101与惰轮226之间的接触面(contact patch)。由于惰轮226的每一侧上的斜面，一些润滑剂向惰轮226的边缘离心地向外流动，该润滑剂在惰轮226的边缘处径向地向外飞溅。

参照图1、3和10，在某些实施例中，从惰轮126、226向轴102飞溅的润滑剂落在槽345上，该槽接收润滑剂并将其泵送到球101的内侧。一些润滑剂还落在输入盘110和输出盘134接触球101的接触面111上。当在球101的一侧上存在润滑剂时，润滑剂在离心力的作用下向球101的赤道流动。一些润滑剂接触输入盘与球101的接触面111，并且继而向球101的赤道流动。一些润滑剂沿输出盘134背离球101的一侧径向地向外流动。在某些实施例中，输入盘110和/或输出盘134分别设有润滑剂口136和135。润滑剂口135、136向轮毂壳138的最大内径处导向润滑剂。

图13示出CVT 1300的实施例，该CVT 1300具有分担CVT 1300中的轴向力的产生和分布的两个凸轮加载器1354。这里，凸轮加载器1354定位成与输入盘1310和输出盘1334相邻。CVT 1300示出如何经由输入盘1310供给并通过输出盘1334输出或者反向以便使转矩通过输出盘1334输入并通过输入盘1310输出。

图14示出构造成包含这里所述CVT的实施例的发明特征的自行车轮毂1400。轮毂1400的若干部件与上述部件相同；因此，对这种部件的进一步说明将是有限的。轮毂1400包括联接到轮毂盖1460的轮毂壳138。在某些实施例中，轮毂1400还包括密封轮毂壳138的与轮毂盖1460相反的端部的端盖1410。轮毂壳138、轮毂盖1460和端盖1410优选地由能提供结构强度和刚度的材料制成。这种材料包括，例如，钢、铝、镁和高强度塑料等。在某些实施例中，根据该技术的给定的应用的特定要求，其它材料也可能是合适的。例如，轮毂壳138可由复合材料、热塑性塑料和热固性塑料等制成。

现在参照图14，所示轮毂1400在其内部容纳在此提出的CVT的实施例。主轴105支承轮毂1400并且提供到自行车或其它车辆或设备的伸出端部(dropouts)10上的附装。参照图41-43进一步详细说明该实施例的主轴105。在某些实施例中，如图15-18所示，CVT 1500包括具有螺纹端部109的杆112的换挡机构。螺母106和107将伸出端部10锁定到主轴105上。在图14的实施例中，轮毂1400包括飞轮1420，该飞轮可操作地联接到用于将转矩输入传递到CVT 1500中的输入轴(见图33和图40)上。应注意，虽然参照自行车应用讨论这里所述的CVT的各种实施例和特征，但可在使用变速器的任何车辆、机器或设备中使用所述CVT的易于识别的变型及其特征。

参照图15和16，在一个实施例中，CVT 1500具有用于将转矩传递到一套球形牵引滚子(这里作为球101示出)的输入盘1545。图16是CVT 1500的部分分解视图。球101将转矩传递到输出盘1560。在该实施例中，为了在说明CVT 1500的各种特征时清楚，仅示出一个球101，然而，根据每个具体应用的转矩、重量和尺寸要求，CVT的各种实施例采用大概从2至16个球或更多。不同实施例使用2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16或更多中的任意个数个球101。绕主轴105同轴地安装的惰轮1526接触球101并且为其提供支承并维持它们关于主轴105的径向位置。某些实施例的输入盘1545具有润滑剂口1590以便于润滑剂在CVT 1500中的循环。

另外参照图37-38，球101在轴3702上旋转。腿103和换挡凸轮1527协同操作以用作致动轴3702的位置的变化的杠杆，该位置的变化导致球101的倾斜并由此导致上文已说明的变速比的变化。当换挡凸轮1527致动腿103的径向运动时，笼1589(见图22-24)提供腿103的支承和对准。在一个实施例中，笼包括通过定子间隔件1555联接的定子1586和1587。在其它实施例中，采用其它笼180、389、1200。

另外参照图41-43，在所示实施例中，笼1589同轴地并且不可转动地绕主轴105安装。在该实施例中，定子1586刚性地附装到主轴105的凸缘4206上。额外的凸缘1610将定子1587保持就位。键1606将凸缘1610联接到主轴105上，该主轴具有用于接收键1606的键槽1608。当然，本领域的普通技术人员将容易地认识到，有许多等效的或可替代的方法用于将主轴105连接到凸缘1610上，或将定子1586、1587联接到凸缘1620、4206上。在某些实施例中，主轴105包括用于轴向地定位并约束凸缘1610的凸肩4310。

端盖1410安装在径向轴承1575上，该径向轴承本身安装在凸缘1610上。在一个实施例中，径向轴承1575是环形接触轴承，该环形接触轴承支承来自地面反作用的载荷并将轮毂壳138径向地对准到主轴105。在某些实施例中，轮毂1400在主轴105的一端或两端处包括密封件。例如，这里，轮毂1400在轮毂壳138与端盖1410联接到一起的端部处具有密封件1580。另外，为了在输出侧上提供轴向力预加载并且保持轮毂壳138的轴向位置，轮毂1400可以在定子1587与径向轴承1575之间包括间隔件1570和滚针止推轴承(未示出)。间隔件1570绕凸缘1610同轴地安装。在某些实施例中，可以不使用滚针止推轴承，在这种情况下，径向轴承1575可以是适于承受推力载荷的环形接触轴承。本领域的普通技术人员将容易地认识到提供间隔件1570、滚针止推轴承和径向轴承所提供的承载径向和推力载荷的功能的替代部件。

仍参照图14、15和16，在所示实施例中，用于轮毂1400的变换器1500包括在一端处可操作地联接到转矩盘1525的输入轴1505。输入轴1505的另一端经由飞轮支座1510可操作地联接到飞轮1420。转矩盘1525构造成将转矩传递到具有斜坡3610(见图36)的载荷凸轮盘1530。载荷凸轮盘1530将转矩和轴向力传递到一套滚子2504(见图25)，该套滚子作用在第二载荷凸轮盘1540上。输入盘1545联接到第二载荷凸轮盘1540上以接收转矩和轴向力输入。在某些实施例中，滚子2504通过滚子保持件1535保持就位。

如我们所熟知的，许多牵引型CVT使用夹紧机构以避免当传递某水平的转矩时球101与输入盘1545和/或输出盘1560之间的滑动。夹紧装置的提供在这里有时指的是产生轴向力或提供轴向力产生器。通过罐子2504与载荷凸轮1540协同作用的载荷凸轮盘1530的上述构造是一个这种轴向力产生机构。然而，当轴向力产生设备或子组件在CVT中产生轴向力时，在某些实施例中还产生作用在CVT本身中的反作用力。另外参照图25和26，在CVT 1500的所示实施例中，通过分别具有第一和第二座圈1602和1603的止推轴承至少部分地抵抗反作用力。在所示实施例中，轴承元件未被示出，但可以是滚珠、滚子、桶形滚子、不对称滚子或任何其它类型的滚子。另外，在某些实施例中，座圈1602中的一个或两个由各种轴承座圈材料制成，诸如钢、轴承钢、陶瓷或用于轴承座圈的任何其它材料。第一座圈1602抵靠转矩盘1525，并且第二座圈1603抵抗轮毂盖1460。所示实施例的轮毂盖1460帮助吸收轴向力机构产生的反作用力。在某些实施例中，轴向力的产生包括额外地设置预加载器，诸如一个或多个轴向弹簧，该轴向弹簧诸如波形弹簧1515或转矩弹簧2502(见下文对图25的说明)。

参照图15-18、22-24和43，示出CVT 1500的某些子组件。定子1586安装在主轴105的凸肩4208上并且抵靠主轴105的凸缘4206。定子1587安装在凸缘1610的凸肩1810上。这里，螺钉(未示出)将凸缘4206附装道定子1586上，并且将凸缘1610附装到定子1587上，然而，在其它实施例中，虽然定子1587可通过任意方法或部件附装到凸肩1810上，但定子1587螺纹固定到凸肩1810上。因为凸缘1610和4206被不可转动地固定到主轴105上，所以由定子1586和1587组成的笼1589在该实施例中尤其不可转动地附装到主轴105上。定子间隔件1555为笼1589提供额外的结构强度和刚度。另外，定子间隔件1555帮助实现定子1586与1587之间的精确的轴向间隔。定子1586和1587通过导槽2202导向并支承腿103和轴3702。

现在参照图15-21、37、38，球101绕轴3702旋转并且与惰轮1526接触。绕主轴105同轴地安装的轴承1829将惰轮1526支承在其径向位置上，该轴承1829可从惰轮1526分离或与惰轮1526形成一体。通过换挡杆112控制的换挡销114致动换挡凸轮1527的轴向运动。换挡凸轮1527继而致动腿103，功能上导致在球101的轴3702上的杠杆作用或枢转作用。在某些实施例中，CVT 1500包括保持架1804，该保持架保持换挡销114不与惰轮1526发生干涉。保持架1804可以是由塑料、金属或其它适当的材料制成的环。保持架1804配合在轴承1829之间并且绕换挡凸轮延伸部1528同轴地安装。

图19-21示出用于所示CVT 1500的换挡凸轮1527的一个实施例。每个换挡凸轮盘1572都具有轮廓(profile)2110，腿103沿该轮廓2110靠行(ride)。这里，轮廓2110具有大致凸起的形状。通常，轮廓2110的形状由希望的腿103的运动确定，腿103的该运动最终影响CVT1500的换挡性能。下文进一步讨论换挡凸轮轮廓。如图所示，换挡凸轮盘1527中的一个具有绕主轴105安装的延伸部1528。所示实施例的延伸部1528足够长以延伸超过惰轮1526并联接到另一个换挡凸轮盘1527。这里，联接由滑动配合和卡持件提供。然而，在其它实施例中，换挡凸轮1527可通过螺纹、螺钉、过盈配合或任何其它连接方法相互紧固。在某些实施例中，延伸部1528设置为来自每个换挡凸轮1527的延伸部。换挡销114配合在穿过延伸部1528的孔1910中。在某些实施例中，换挡凸轮1527具有孔1920以改善润滑剂通过惰轮轴承1829的流动。在某些实施例中，惰轮轴承1829压配合到延伸部1528上。在这种实施例中，孔1920通过使工具可穿过换挡凸轮1527并将惰轮轴承1829推下延伸部1528而有助于从延伸部1528拆除惰轮轴承1829。在某些实施例中，惰轮轴承1829是角度接触轴承，而在其它实施例中，它们是径向轴承或止推轴承或任何其它类型的轴承。许多材料都适于制作换挡凸轮1527。例如，根据每个特定应用的条件，某些实施例使用诸如钢、铝和镁的金属，而其它实施例使用诸如复合材料、塑料和陶瓷的其它材料。

所示换挡凸轮1527是具有大致凸出形状的换挡凸轮轮廓2110的一个实施例。换挡凸轮轮廓通常根据惰轮1526与球-腿组件1670(见图16)之间的接触点的位置以及球101与惰轮1526之间的相对轴向运动的量而变化。

现在参照图16和18-21所示的实施例，换挡凸轮1527的轮廓是这样的以便使惰轮1526相对于球101的轴向位移与球101的轴线的角度的变化成比例。球101的轴线的角度在此称为“gamma”。申请人发现，控制关于gamma的变化的惰轮1526的轴向位移影响CVT速比控制力。例如，在所示CVT 1500中，如果惰轮1526的轴向位于与gamma的变化成线性比例，则在换挡凸轮1527和球-腿交界面处的法向力大致平行于轴3702。这使水平换挡力能高效地转换成绕球-腿组件1670的换挡力矩。

当惰轮位移是球101的半径、gamma角和RSF的数学乘积时(即，惰轮位移＝球半径×gamma角×RSF)，给出惰轮位移与gamma之间的线性关系，其中RSF是滚-滑系数。RSF描述了球101与惰轮126之间的横向蠕变速率。如这里所使用的，“蠕变”是一个体部相对于另一个体部的离散局部运动。在牵引驱动中，动力经由牵引截面从主动元件到从动元件的传递需要蠕变。通常，在动力传递方向上的蠕变称为“滚动方向上的蠕变”。有时主动件和从动件经历在垂直于动力传递方向的方向上的蠕变，在这种情况下，该蠕变的分量称为“横向蠕变”。在CVT操作期间，球101和惰轮1526在彼此上滚动。当惰轮被轴向(即，垂直于滚动方向)地移动时，在惰轮1526与球101之间产生横向蠕变。等于1.0的RSF指示纯滚动。在小于1.0的RSF下，惰轮1526移动得比球101转动得慢。在大于1.0的RSF下，惰轮1526移动得比球101转动得快。

仍然参照图16和18-21示出的实施例，申请人为惰轮1526与球-腿组件1570之间的横向蠕动和/或界面位置的任何变化设计了用于凸轮轮廓的布局的过程。该过程产生不同的凸轮轮廓并且帮助确定对换挡力和换挡器位移的影响。在一个实施例中，该过程包括参数方程的使用，以限定具有希望的凸轮轮廓的基准曲率。该曲率然后用于产生换挡凸轮127的模型。在该过程的一个实施例中，基准曲率的参数方程如下：

theta＝2＊GAMMA_MAX＊t-GAMMA_MAX

x＝LEG＊sin(theta)-0.5＊BALL_DIA＊RSF＊theta＊pi/180+0.5＊ARM＊cos(theta)

y＝LEG＊cos(theta)-0.5＊ARM＊sin(theta)

z＝0

角度theta从最小的gamma(在某些实施例中是-20度)到最大的gamma(在某些实施例中是+20度)变化。GAMMA_MAX是最大的gamma。参数范围变量“t”从0到1变化。这里“x”和“y”是凸轮轮152(见图1)的中心点。用于x和y的方程是变量的。“LEG”和“ARM”限定球-腿组件1670与惰轮和换挡凸轮1527之间的界面的位置。更具体地，LEG是球-腿组件1670的球轴3702的轴线与穿过该球-腿组件1670的两个对应的凸轮轮152的中心并且平行于球轴3702的直线之间的垂直距离。ARM是球-腿组件1670的凸轮轮152的中心之间的距离。

优选RSF值大于零。CVT 100演示了等于约1.4的RSF的应用。申请人发现，等于零的RSF显著增大CVT换挡所需的力。通常优选RSF值大于1.0并且小于2.5。

仍参照图16和18-21所示的实施例，在CVT 100的所示实施例中，有用于最大gamma角的最大RSF。例如，对于gamma等于+20度，大约1.6的RSF是最大值。RSF还取决于球101的尺寸、惰轮1526的尺寸以及凸轮轮152的位置。

根据使CVT换挡的能量输入，能量可被输入为大位移和小力(给定大的RSF)或小位移和大力(给定小的RSF)。对于给定的CVT，有最大允许换挡力，并且还有最大允许位移。因此，折衷在(trade off)为设计者提供了用于任何具体应用的各种设计选择。大于零的RSF通过增大获得希望的换挡速比所必须的轴向位移减小了所需的换挡力。最大位移由诸如某些实施例衷的把手或扳机换挡器的具体换挡机构的限制确定，所述最大位移在某些实施例中也会受到影响或者受到用于CVT 100的包装(package)限制的影响。

每单位时间的能量是另一个因素。对于给定应用的换挡速率根据用于致动换挡机构的动力源需要一定水平的力或位移以实现一换挡速率。例如，在使用电动机使CVT换挡的某些应用中，在低转矩下具有高速度的电动机在某些情况下是优选的。由于动力源偏向于速度，因此RSF将偏向于位移。在使用液压换挡的其它应用中，在低流速下的高压会比在高流速下的低压更适合。因此，人们会根据应用选择较低的RSF以匹配动力源。

惰轮位移与gamma线性地相关不是唯一希望的关系。因此，例如，如果希望惰轮位移与CVT速比成线性比例，则将RSF系数做成gamma角或CVT速比的函数，以便使惰轮位置与CVT速比之间的关系成线性比例关系。这对于某些类型的控制方案是希望的特征。

图22-24示出可在CVT 1500中使用的笼1589的一个示例。所示的笼1589具有通过一套定子间隔件1555(为了清楚仅示出一个)相互联接的两个定子1586和1587。定子间隔件1555在该实施例中被紧固到定子1586和1587的外周上。这里，螺钉将间隔件1555附装到定子1586和1587上。然而，定子1586和1587以及间隔件1555可构造成用于其它附装部件，诸如压配合、螺纹配合或任何其它方法或部件。在某些实施例中，间隔件1555的一端永久地固定到定子1586和1587中的一个上。在某些实施例中，间隔件1555由能提供结构刚度的材料制成。定子1586和1587具有导向并支承腿103和/或轴3702的槽2202。在某些实施例中，腿103和/或轴3702具有在槽2202上靠行(ride)的轮(图11的对象15或其它实施例的等效物)。

图24示出定子1586与定子1586的槽2202相反的侧面。在该实施例中，孔2204接收将定子间隔件1555附装到定子1586上的螺钉。内孔2210接收将定子1586附装到主轴105的凸缘4206上的螺钉。为了使定子1586的某些实施例较轻，从其除去了材料，如该实施例中的切除部分2206所示的那样。为了重量方面的考虑以及球-腿组件1670的元件的间隙，定子1586还可包括如该实施例中一样的额外的切除部分2208。

现在将参照图25、26和36的实施例以说明可被图15的CVT使用的轴向力产生结构的一个实施例。图25和26是部分分解视图。输入轴1505将转矩输入施加到转矩盘1525上。转矩盘1525联接到具有斜坡3610的载荷凸轮盘1530。当载荷凸轮盘1530转动时，斜坡3610促动滚子2504，所述滚子2504向上靠行第二载荷凸轮盘1540的斜坡3610。滚子2504然后楔入就位，被挤压在载荷凸轮盘1530与1540的斜坡之间，并且将转矩和轴向力从载荷凸轮盘1530传递到载荷凸轮盘1540。在某些实施例中，CVT 1500包括滚子保持件1535以保证滚子2504的适当的对准。滚子2504可以是球形、圆柱形、桶形、非对称形或适于给定应用的其它形状。在某些实施例中，滚子2504每个都具有附装到滚子保持件上的单独的弹簧(未示出)或如在某些应用中所希望的那样沿斜坡3610向上或向下偏压滚子2504的其它结构。在所示实施例中的输入盘1545构造成联接到载荷凸轮盘1540，并且既接收输入转矩又接收轴向力。轴向力继而将球101夹紧在输入盘1545、输出盘1560和惰轮1526之间。

在所示实施例中，载荷凸轮盘1530用定位销紧固到转矩盘1525上。然而，可以使用将载荷凸轮盘1530紧固到转矩盘1525上的其它方法。而且，在某些实施例中，载荷凸轮盘1530与转矩盘1525形成一体。在其它实施例中，转矩盘1525具有加工到其中的斜坡3610，以做成用于传递转矩和轴向力的单个单元。在所示实施例中，载荷凸轮盘1540用定位销联接到输入盘1545上。还可以使用任何其它适当的紧固方法以将输入盘1545联接到载荷凸轮盘1540上。在某些实施例中，输入盘1545和载荷凸轮盘1540是整体单元，在效果上如同斜坡3610被建立在输入盘1545中。仍在其它实施例中，轴向力产生机构可仅包括一套斜坡3610。也就是说，载荷凸轮盘1530或1540中的一个不具有斜坡3610，而是设有用于接触滚子2504的平面。类似地，在斜坡被建立在转矩盘1525或输入盘1545中的情况下，它们中的一个可不包括斜坡3610。在两个或仅一个盘上具有斜坡的两个实施例中的载荷凸轮盘1530、1540中，斜坡3710和没有斜坡的盘上的平面可形成有与滚子2504表面形状一致的共形(conformal)形状，以部分地捕获滚子2504并降低表面应力水平。

在某些实施例中，在某些操作条件下，希望有施加到CVT 1500的预加载轴向力。通过示例，在低转矩输入下，输入盘1545可能在球101上滑动，而不是实现摩擦牵引。在图25和26所示的实施例中，通过将转矩盘2502联接到转矩盘1525和输入盘1545部分地实现轴向预加载。扭簧2502的一端配合在转矩盘1545的孔2930(见图29)中，而扭簧2502的另一端配合在输入盘1545的孔中。当然，本领域的普通技术人员将容易理解将扭簧2502联接到输入盘1545和转矩盘1525上的大量替代方式。在其它实施例中，扭簧2502可联接到转子保持架1535和转矩盘1525或输入盘1545上。在仅转矩盘1525或输入盘1545中的一个具有斜坡3610的某些实施例中，扭簧2502将滚子保持件1535联接到具有斜坡的盘上。

仍参照图15、25和26所示的实施例，如上所述，在某些实施例中，轴向力的施加产生了作用在CVT 1500中的反作用力。在CVT 1500的该实施例中，滚珠止推轴承通过在轮毂盖1460与转矩盘1525之间传递推力帮助管理反作用力。止推轴承具有抵靠在轮毂盖1460上的座圈1602，该轮毂盖在该实施例中在其内孔附近具有凹槽，用于接收座圈1602。止推轴承的第二座圈1603套在转矩盘1525的凹槽中。在某些实施例中，在座圈1602与轮毂1460之间包括波形弹簧1515以提供轴向预加载荷。在所示实施例中，轴承2610径向地支承轮毂盖1460。

申请人发现，由于这里称为轴承摩擦阻力再循环的现象，CVT1500的某些构造比其它构造更适于应对CVT 1500的效率的降低。该现象当轴承位于转矩盘1525与轮毂盖1460之间时出现，以应对来自轴向力的产生的反作用力。

在如图1所示的某些实施例中，使用具有约等于载荷凸轮盘1530的直径的直径的滚针轴承以使端盖160的偏转最小。在低速传动(underdrive)中，转矩盘157的速度(输入速度)大于端盖160的速度(输出速度)。在减速传动中，滚针轴承(该实施例中的止推轴承163)产生与转矩盘1525的转动方向相反的拖拽转矩。该拖拽转矩沿与由载荷凸轮盘1530施加的轴向载荷相反的方向作用在转矩盘1525上，并且沿输出的方向作用在端盖160上并因而作用在轮毂壳138和输出盘134上并倾向于加速这些部件的转动，这些效果相结合以卸载凸轮加载器154，由此减小CVT 1500中的轴向力的大小。这种情况会导致输入盘110、球101和/或输出盘134之间或之中的的滑动。

在超速传动(overdrive)中，转矩盘1525的速度大于端盖160的速度，并且滚针轴承产生拖拽转矩，该拖拽转矩沿转矩盘1525的转动方向作用在转矩盘1525上，并且与端盖160的输出转动相反地作用在端盖160上。这导致CVT 1500中产生的轴向力的增大。轴向力的增大继而使系统产生更大的拖拽转矩。轴向力与拖拽转矩之间的该反馈现象在此称为轴承摩擦阻力再循环，这最终导致CVT 100的效率的降低。另外，作用在端盖160上的拖拽转矩起CVT 100的输出上的额外阻力的作用，由此进一步降低了其效率。

申请人已发现了用于使由于轴承摩擦阻力再循环而产生的效率损失最小化的各种系统和方法。如图25、26和40所示，在某些实施例中，CVT 1500采用具有座圈1602和1603的滚子止推轴承，而是不使用如上述构造的滚针轴承。由于拖拽转矩的大小随着所使用的轴承的直径的增大而增大，因此座圈1602和1603的直径小于产生轴向力的载荷凸轮盘1530的直径，并且在某些实施例中尽可能小。座圈1602和1603的直径可以是载荷凸轮盘1530的直径的百分之10、20、30、40、50、60、70、80或90。在某些实施例中，座圈1602和1603的直径在载荷凸轮盘1530的直径的百分之30和百分之70之间。在其它实施例中，座圈1602和1603的直径在载荷凸轮盘1530的直径的百分之40和百分之60之间。

当使用滚珠止推轴承时，在某些实施例中，滚子和/或座圈由陶瓷制成，座圈被润滑和/或被超精加工，并且/或者使滚子的数量最小同时保持希望的承载能力。在某些实施例中，可使用深槽径向滚珠轴承或环形接触轴承。对于某些应用，CVT 1500可采用磁轴承或空气轴承作为使轴承摩擦阻力再循环最小化的部件。下文参照图46结合输入轴1505和主轴105的替代实施例讨论用于减小轴承摩擦阻力再循环的影响的其它方法。

图27-35示出可用于图15的CVT 1500的转矩输入轴1505和转矩盘1525的某些实施例的示例。输入轴1505和转矩盘1525经由转矩盘1525上的带键结构的孔2710和输入轴1525上的带键结构的凸缘2720联接。在某些实施例中，输入轴1505和转矩盘1525是一个部件，该部件或者作为单个单元(如图1所示)制成或者其中输入轴1505和转矩盘1525通过诸如焊接或任何其它适当的附着过程的永久附装手段联接在一起。在其它实施例中，输入轴1505和转矩盘1525通过诸如螺钉、定位销、卡持件或任何其它部件或方法的紧固件可操作地联接。这里示出的具体构造在希望输入轴1505和转矩盘1525是分离部件的情况下是优选的，这可以应对由于载荷凸轮盘1530在载荷下变大以及经由带键结构的孔2710和带键结构的轴2720的分离扭矩而产生的未对准和轴向位移。这种构造在某些实施例中也是优选的，因为它允许较低的制造公差，并因此降低CVT的制造成本。

参照图16、28-32，在所示实施例中，转矩盘1525是具有外周3110和带键结构的内孔2710的大致为圆形的盘。转矩盘1525的一侧具有接收止推轴承的座圈1603的凹槽3205。转矩盘1525的另一侧包括用于接收并联接到载荷凸轮盘1530的支座3210和凸肩3220。转矩盘1525包括升高表面3230，该升高表面从凸肩3220升高、到达凸起形状中的最高高度而后向内孔2710落下。在CVT 1500的一个实施例中，升高表面3230部分地支承并约束转矩盘2502，同时一套定位销(未示出)帮助将转矩盘2502保持就位。在这种实施例中，定位销位于孔2920中。这里示出的转矩盘1525在其带键结构的孔2710上具有三个键配合部。然而，在其它实施例中，键配合部的数量可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多。在某些实施例中，键配合部的数量是2至7，而在其它实施例中，键配合部的数量是3、4或5。

在某些实施例中，转矩盘1525包括孔2910，所述孔用于接收将转矩盘1525联接到载荷凸轮盘1530上的定位销。转矩盘1525还可具有用于接收扭簧2502的一端的孔2930。在所示实施例中，设有若干个孔2930以便容纳扭簧2502的可能的不同构造，并提供预载荷水平的调节。

转矩盘1525可以由刚度和强度足以传递在给定应用中所预期的转矩和轴向载荷的任何材料制成。在某些实施例中，材料选择设计成帮助抵抗产生的反作用力。例如，根据应用，硬化钢、钢、铝、镁或其它金属可以是适当的，而在其它应用中，塑料是适当的。

图33-35示出用于由CVT 1500使用的转矩输入轴1505的实施例。转矩输入轴1505由在一端具有凸缘2720并且在另一端具有键槽3310的空心圆柱体构成。在该实施例中，键槽3310接收将输入轴1505可操作地联接到飞轮支座1510(见图14、15)的键(未示出)，该飞轮保持架本身联接到飞轮1420。表面2720和3410成形为与转矩盘1525的带键结构的孔2710相配。因此，某些实施例的凹面2720将优选地在数量上等于带键结构的孔2710中的键配合部。在某些实施例中，凹面2720的数量可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多。在某些实施例中，凹面2720的数量是2至7，在其它实施例中有3、4或5个凹面2720。

如图所示，输入轴1505具有若干卡持件槽，所述卡持件槽帮助保持诸如轴承、间隔件等的各种部件轴向地就位。输入轴1505由可传递在给定应用中预期的转矩的材料制成。在某些实例中，输入轴1505由硬化钢、钢或其它金属的合金制成，而在其它实施例中，它由铝、镁或任何塑料或复合材料或其它适当的材料制成。

图36示出可用于CVT 1500的载荷凸轮盘1540(或者1530)的实施例。盘1540大致是在其外周处具有带部的圆环。该带部由斜坡3610组成。某些斜坡3610具有接收定位销(未示出)的孔3620，所述定位销用于将载荷凸轮盘1530联接到转矩盘1525或将载荷凸轮盘1540联接到输入盘1545。在某些实施例中，斜坡3610与载荷凸轮盘1530、1540作为单个单元被加工。在其它实施例中，斜坡3610可从环形基板(未示出)分离，并且经由任何已知的固定方法联接到该环形基板上。在后者实例中，斜坡3610和环形基板可以由不同的材料制成并且经过不同的加工或锻造方法。例如，载荷凸轮盘1540可由金属或复合材料制成。

参照图37和图38，轴3702的实施例由具有两个凸肩3704和腰部3806的长形圆柱体构成。凸肩3704在超过圆柱体的中点的点处开始，并且延伸超过球101的孔。所示实施例的凸肩3704被倒角，这有助于防止轴衬3802的过度磨损并减小应力集中。轴3702的端部构造成联接到用于与腿103连接的轴承或其它部件。在某些实施例中，凸肩3704通过设有用于腿103的支承、停止和/或公差基准点而改善了球-腿组件1670的组装。腰部3806在某些实施例中用作油储蓄器。在该实施例中，轴衬3802将轴3702围绕在球101的孔内。在其它实施例中，使用轴承代替轴衬3802。在那些实施例中，腰部3806终止于轴承配合在球101内侧的位置处。轴承可以是滚子轴承、拉制杯形滚针轴承(drawn cup needle roller)、带保持架的滚针轴承、轴颈轴承或轴衬。在某些实施例中，优选轴承是带保持架的滚针轴承或其它带保持架的轴承。在试图使用普通摩擦轴承时，由于轴承的轴衬或滚动元件沿轴3702、102移出球101到达与腿103发生干涉并卡住球101的位置，CVT 100、1500经常失灵或卡住。该移动被认为是由在操作部件通过球101分配的力或应变波造成的。大量的测试和设计导致这种理解，并且申请人认为，带保持架的滚针轴承或其它带保持架的轴承的使用显著地并且出乎意料地导致CVT 100、1500的某些实施例的较长的寿命和提高的耐久性。使用轴衬和轴颈材料的实施例也有助于减少由于这种现象产生的故障。例如，轴衬3802可由覆盖球101或轴3702中的任意一个或两个的巴氏合金衬代替。在其它实施例中，轴3702由青铜制成并且为球101提供支承表面而不需要轴承、轴衬或其它衬套。在某些实施例中，球101由带保持架的滚针轴承支承，所述滚针轴承通过位于球101的孔的中间部分中的间隔件(未示出)分离。另外，在其它实施例中，间隔件安装在凸肩3704上并且从腿103的部件分离带保持架的滚针轴承。轴3702可由钢、铝、镁、青铜或任何其它金属或合金制成。在某些实施例中，轴3702由塑料或陶瓷材料制成。

在图41-43中示出主轴105的一个实施例。主轴105是具有用于接收换挡杆112(见图16和40)的内孔4305的长形体。如在CVT 1500中所使用的，主轴105是为CVT 1500的许多部件提供支承的单件轴。在单件轴用于主轴105的实施例中，主轴105减小或消除了在CVT1500的某些实施例中的公差叠加。而且，与多件轴相比，单件主轴105为CVT 1500提供了较大的刚度和稳定性。

主轴105还包括通槽4204，该通槽接收换挡销114并使其可轴向地移动，也就是说，沿着主轴105的纵向轴线移动。可将槽4204的尺寸选择成为CVT 1500的给定应用提供用于选择性的确定速比范围的换挡停止(shift stops)。例如，可通过选择槽4204的适当的尺寸和/或位置将CVT 1500构造成具有比超速传动范围大的低速传动范围，或者相反。通过示例，如果假设图42所示的槽4204能提供CVT 1500能够实现的整个换挡范围，则比槽4204短的槽将减小速比范围。如果要在图42的右侧缩短槽4204，则低速传动范围将减小。相反，如果要在图42的左侧缩短槽4204，则超速传动范围将减小。

在该实施例中，从主轴105在径向方向上延伸有凸缘4206和凸肩4208。如已经说明的，凸缘4206和凸肩4208便于定子1586到主轴105的固定。在某些实施例中，定子1586的孔的尺寸设计成能使该定子安装在主轴105上，以便可省去凸肩4208。在其它实施例中，凸肩4208和/或凸缘4206可以是从主轴105分离的部件。在那些实例中，凸肩4208和/或凸缘4206通过相关技术中熟知的任何手段绕主轴105同轴地安装并固定在其上。在所示实施例中，主轴105包括用于接收键1606的键槽4202，该键1606转动地固定凸缘1610(见图16)。键1606可以是半圆键。某些实施例的主轴105由在可制造性、成本、强度和刚度方面适当的金属制成。例如，主轴可由钢、镁、铝或其它金属或合金制成。

现在将具体参照图39和40说明具有上述CVT 1500的一个实施例的轮毂1400的操作。飞轮1420从自行车链条(未示出)接收转矩。由于飞轮1420固定到飞轮支座1510上，因此飞轮1420将转矩施加到飞轮支座1510上，该飞轮支座继而将转矩经由键联接(未示出)传递到输入轴1505。骑在安装在主轴105上的滚针轴承4010和4020上的输入轴1505经由带键结构的孔2710和输入轴1505的键配合部表面2720和3410将转矩输入到转矩盘1525。滚针轴承4010优选地位于飞轮支座1510和/或飞轮1420的附近或下面。这种布置为输入轴1505提供了适当的支承，以防止来自飞轮支座1510的径向载荷作为弯曲载荷通过CVT 1400传递。另外，在某些实施例中，在滚针轴承4010与4020之间设置有间隔件4030。例如，间隔件4030可由特氟纶制成。

当转矩盘1525转动时，联接到转矩盘1525的载荷凸轮盘1530跟随该转动，因此，斜坡3610激励滚子2504。滚子2504沿载荷凸轮盘1540的斜坡3610向上靠行，并且变成楔入载荷凸轮盘1530与载荷凸轮盘1540之间。滚子2504的楔入导致转矩和轴向力从载荷凸轮盘1530传递到载荷凸轮盘1540。滚子笼1535用于将滚子2504约束在适当的对准中。

因为载荷凸轮盘1540刚性地联接到输入盘1545，所以载荷凸轮盘1540将轴向力和转矩传递到输入盘1545，该输入盘继而经由摩擦接触将轴向力和转矩施加到球101上。当输入盘1545在其从载荷凸轮盘1540接收的转矩下转动时，输入盘1545与球101之间的摩擦接触迫使球绕轴3702旋转。在该实施例中，轴3702被阻止与球101绕它们自己的纵向轴线一起转动；然而，轴3702在换挡期间可绕球101的中心枢转或倾斜。

输入盘1545、输出盘1560和惰轮1526与球101摩擦接触。当球101在轴3702上旋转时，球101将转矩施加到输出盘1560上，迫使输出盘1560绕轴105转动。因为输出盘1560刚性地联接到轮毂壳138，所以输出盘1560将输出转矩施加到轮毂壳138上。轮毂壳138绕主轴105同轴地并且可转动地安装。轮毂壳138继而经由诸如轮辐的公知方法将输出转矩传递到自行车的车轮。

仍参照图39和40，通过倾斜球101的转动轴线，实现输入速度到输出速度的比的变化，以及因此输入转矩到输出转矩的比的变化，倾斜球101的转动轴线需要致动轴3702的角度的变化。传动比的变化包括致动主轴105中的换挡杆的轴向运动，或图3的换挡杆312的转动。换挡杆112轴向地移动销114，该销经由延伸部1528中的孔1910与换挡凸轮1527接触。换挡销114的轴向运动导致换挡凸轮1527的对应的轴向运动。因为换挡凸轮1527与腿103接合(例如，经由凸轮轮152)，所以当腿103沿换挡凸轮轮廓2110移动时，腿103径向地移动。由于腿103连接到轴3702，因此腿103起绕球101的中心枢转轴3702的杠杆的作用。轴3702的枢转导致球101球101改变转动的轴线，因此产生变速器中的速比变化。

图44和图45示出具有轴向力产生机构的CVT 4400的实施例，该轴向力产生机构包括作用在输入盘1545上的一个凸轮盘4440和作用在输出盘1560上的另一个载荷凸轮盘4420。在该实施例中，载荷凸轮盘4440和4420包括诸如载荷凸轮盘1530和1540的斜坡3610的斜坡。在该实施例中，输入盘1545或输出盘1560中没有一个具有斜坡或联接到具有斜坡的盘。然而，在其它实施例中，可能希望输入盘1545或输出盘1560中的一个或两个设有具有斜坡的盘，或者将斜坡建立在输入盘1545和/或输出盘1560中，以与载荷凸轮盘4420、4440协同操作。某些实施例的CVT 4400还包括滚子保持件4430以容纳并对准在载荷凸轮盘4420与输出盘1560之间的一套滚子(未示出)。在所示实施例中，滚子保持件4430在输出盘1560上径向地枢转。类似地，在载荷凸轮盘4440与输入盘1545之间也有滚子保持件4410。参照这些实施例说明的滚子和盘可以是如上所述用于预轴向力产生装置的的任何类型或形状。在某些实施例中，斜坡从盘的表面倾斜的角度是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15度(或在它们之间)或更大或它们中的任意两个之间的任何部分。

图46示出CVT 1600的实施例，该CVT 1600具有适于减轻轴承摩擦阻力再循环效果的输入轴4605和周知4625。CVT 1600包括轴向力产生器165，该轴向力产生器产生部分地由滚针轴承4620反作用的轴向力。轮毂盖4660反作用来自滚针轴承4620的拖拽转矩和轴向力。在其它实施例中，滚针轴承4620由滚珠止推轴承代替，并且在其它实施例中，滚珠止推轴承具有比滚针轴承4620的直径小的直径。

在该实施例中，主轴4625具有提供用于垫圈4615的作用表面的凸肩4650，该垫圈4615也可以是例如卡持件(在某些实施例中，所有这些都是一体的)。输入轴4605与作用在轴承4645上的延伸部1410相配合。轴承4645可以是止推轴承。如图所示，输入轴4605和驱动盘(类似于转矩盘1525)是单个部件。然而，在某些实施例中，输入轴4605可通过例如螺纹连接、键连接或其它紧固部件联接到转矩盘1525。在所示实施例中，从轴向力的产生而出现的反作用力中的一些作用到主轴4625上，由此减轻轴承摩擦阻力再循环。在另一个实施例(未示出)中，延伸部1410作用在有角度的止推轴承上，该有角度的止推轴承还将输入轴4605支承在主轴4625上。在该后者实施例中，不需要凸肩4650和垫圈4615。而是主轴4625将适于支承并保持有角度的止推轴承。

在此所述的许多实施例中，使用润滑流体减小支承许多所述元件的轴承的摩擦。而且，某些实施例得益于将较高牵引系数提供给通过变速器传递转矩的的牵引部件的流体。适于使用在某些实施例中的称为“牵引流体”的这种流体包括可从市场上买到的Santotrac 50、Ashland oil的5CST AF、Lubrizol的OS#155378、Exxon Mobile的IVT Fluid#SL-2003B21-A以及任何其它适当的润滑剂。在某些实施例中，用于转矩传递部件的牵引流体与润滑轴承的润滑剂分开。

上述说明详细说明了本发明的某些实施例。然而，应理解，无论上文显得多么详细，本发明都可以以许多方式实施。也如上所述，应注意，当说明本发明的某些特征或方面时具体技术的使用不应不应被理解为意味着该技术在此被重新定义以被限制成包括与该技术相关联的本发明的特征或方面的任何特定特征。因此本发明的范围应根据所附权利要求书及其任何等效物来解释。

Claims (14)

1.一种用于无级变速器的输入转矩系统，该输入转矩系统具有：沿着所述无级变速器的纵向轴线布置的输入盘；沿着所述纵向轴线布置的输出盘；多个球，所述多个球布置在所述输入盘和所述输出盘之间并与所述输入盘和所述输出盘相接触，每个球具有可调的可倾斜的转动轴线，每个球与惰轮相接触，该惰轮位于所述球的径向内侧，该惰轮布置在所述输入盘和所述输出盘之间，该惰轮围绕一主轴同轴地安装，所述主轴沿着所述无级变速器的纵向轴线布置，该输入转矩系统包括：

输入轴，所述输入轴具有带键结构的凸缘；

转矩盘，所述转矩盘具有带键结构的孔；

与所述转矩盘相联接的扭簧；

安装于转矩盘和轮毂盖之间的滚子止推轴承，所述滚子止推轴承具有第一座圈和第二座圈，所述第一座圈抵靠所述转矩盘，所述第二座圈抵靠轮毂盖，其中所述第一座圈的直径和所述第二座圈的直径小于所述转矩盘的直径；

其中所述转矩盘被构造为紧固所述扭簧的一端从而便于在所述球和所述输入盘之间的轴向预载荷的调节；并且

其中所述带键结构的凸缘和带键结构的孔适于可操作地联接到一起，以将转矩从所述输入轴传递到所述转矩盘。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述带键结构的凸缘包括至少两个键配合部。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述带键结构的凸缘包括键槽，所述键槽用于接收键，所述键适于将转矩传递到所述输入轴。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述带键结构的孔包括至少两个键配合部。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述转矩盘包括用于接收所述第一座圈的凹槽。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一座圈与所述转矩盘整体形成一体。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括联接到所述转矩盘上的第一载荷凸轮盘。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括适于联接到所述输入盘上的第二载荷凸轮盘。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括在所述第一载荷凸轮盘与所述第二载荷凸轮盘之间的滚子。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述滚子是球形的。

11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述滚子是圆柱形的。

12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一载荷凸轮盘包括斜坡。

13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第二载荷凸轮盘包括斜坡。

14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述转矩盘设有适于容纳所述扭簧的一端的多个孔。

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