專利名稱：多能源分段式行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
專利說明 技術(shù)領(lǐng)域 本實(shí)用新型涉及一種多能源分段式行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)，屬車輛傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù) 車輛傳動(dòng)系的功能是把動(dòng)力源的功率傳至驅(qū)動(dòng)輪，并按車輛行駛的要求改變牽引力和車速。無級(jí)變速傳動(dòng)是車輛傳動(dòng)的發(fā)展趨勢，被認(rèn)為是最理想的傳動(dòng)方式，無級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)可以根據(jù)車輛路面行駛情況和發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)連續(xù)無級(jí)的改變速比(輸入轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速之比)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在最高效的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)外界條件與車輛的最佳匹配，使車輛獲得最佳的行駛性能。
但是，目前汽車用主流的無級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)(如金屬帶式無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)或其變形，即在金屬帶式基礎(chǔ)上組合一行星齒輪系構(gòu)成的無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)、以及豐田PRIUS兩自由度單行星齒輪系無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng))，存在著以下的不足 1)金屬帶式無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)或其變形需要復(fù)雜的液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)金屬帶的夾緊力控制和傳動(dòng)系統(tǒng)的速比控制，而夾緊力和速比控制又存在著復(fù)雜的耦合效應(yīng)。實(shí)際當(dāng)中，液壓系統(tǒng)組成復(fù)雜、效率比較低，所以整個(gè)系統(tǒng)的效率也就偏低。
2)金屬帶式無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)由于其自身機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，其變速比范圍(系統(tǒng)最大速比與最小速比之比)較小(大約5～6)，即使通過設(shè)置一個(gè)行星變速機(jī)構(gòu)使變速比范圍增大，但同時(shí)也擴(kuò)大了金屬帶輪上承擔(dān)的功率，使得整個(gè)系統(tǒng)的效率變的更為低下。
3)金屬帶式無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)或其變形由于是基于摩擦傳動(dòng)的，故其傳動(dòng)效率較低，而且傳遞功率和扭矩的能力也偏低。
4)金屬帶式無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)或其變形由于要制造復(fù)雜的液壓系統(tǒng)及金屬帶等，故加工難度較大，需要的成本較高。
5)豐田PRIUS兩自由度單行星齒輪系無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的總速比變化范圍較小，且調(diào)速電機(jī)的功率較大。
發(fā)明內(nèi)容 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，而提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊，加工容易，成本較低，傳動(dòng)效率高，變速比范圍大，調(diào)速電機(jī)承擔(dān)功率小的無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是這種多能源分段式行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)由相互嚙合的齒輪Z1、惰輪Z2及齒輪Z3、行星機(jī)構(gòu)、換段機(jī)構(gòu)、輸入軸1、套軸2、輸入軸3、套軸4、中間軸5、輸出軸6、齒輪10、齒輪11、電動(dòng)機(jī)12、電動(dòng)機(jī)13、逆變器以及蓄電池組成；其中，輸入軸1和輸入軸3分別接發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸和電動(dòng)機(jī)輸出軸。行星機(jī)構(gòu)由兩級(jí)雙行星齒輪系K1、K2構(gòu)成，K1、K2分別包括以下幾個(gè)部分太陽輪S1、行星架H1、齒圈Q1、相互嚙合的雙行星齒輪G1(其外面的行星齒輪與齒圈Q1嚙合，里面的行星齒輪與太陽輪S1嚙合)和太陽輪S2、行星架H2、齒圈Q2、相互嚙合的雙行星齒輪G2(其外面的行星齒輪與齒圈Q2嚙合，里面的行星齒輪與太陽輪S2嚙合)；換段機(jī)構(gòu)由三個(gè)前進(jìn)段(即前進(jìn)段I、前進(jìn)段II、前進(jìn)段III)、同步器1(有左、中、右三個(gè)工作位置)以及同步器2(有中和右兩個(gè)工作位置)構(gòu)成。
上述多能源分段式行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的雙行星齒輪系K1的太陽輪S1與輸入軸3相連，行星架H1與套軸2相聯(lián)，齒圈Q1與套軸4相連；雙行星齒輪系K2的太陽輪S2與中間軸5相連，行星架H2與雙行星齒輪系K1的太陽輪S1相連，齒圈Q2與雙行星齒輪系K1的行星架H1相連。
上述換段機(jī)構(gòu)由三個(gè)前進(jìn)段和兩個(gè)同步器構(gòu)成。三個(gè)前進(jìn)段由前進(jìn)段I(相互嚙合的齒輪Z4、Z5)、前進(jìn)段II(相互嚙合的齒輪Z6、Z7)及前進(jìn)段III(相互嚙合的齒輪Z8、Z9)構(gòu)成。第一同步器有左、中、右三個(gè)工作位置，當(dāng)同步器處于左位或右位時(shí)，將聯(lián)接其左或右側(cè)的相應(yīng)從動(dòng)齒輪與軸6同軸旋轉(zhuǎn)，處于中位時(shí)兩側(cè)的從動(dòng)齒輪將套在軸6上空轉(zhuǎn)，第二同步器有中和右兩個(gè)工作位置，當(dāng)同步器處于右位時(shí)，將聯(lián)接主動(dòng)齒輪Z8與軸5同軸旋轉(zhuǎn)，處于中位時(shí)主動(dòng)齒輪Z8空轉(zhuǎn)。
本實(shí)用新型通過增加換段機(jī)構(gòu)的前進(jìn)段，進(jìn)一步擴(kuò)大無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的總速比變化范圍，而不需要增加電動(dòng)機(jī)的功率。
本實(shí)用新型的電動(dòng)機(jī)12、電動(dòng)機(jī)13(也有發(fā)電功能)、逆變器、蓄電池及其聯(lián)接組成是公知的現(xiàn)有技術(shù)。
多能源分段式行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理是記ic為電動(dòng)機(jī)1與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之比(電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，即與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相同，則ic為正，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，即與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反，則ic為負(fù))，k為齒輪Z3與Z1的齒數(shù)比。雙行星齒輪系K1的速比是行星架H1轉(zhuǎn)速與齒圈Q1轉(zhuǎn)速之比，設(shè)為i1，k1為齒圈Q1與太陽輪S1的齒數(shù)比，則由雙行星齒輪系特性方程得，K1的速比雙行星齒輪系K2的速比是齒圈Q2轉(zhuǎn)速與太陽輪S2轉(zhuǎn)速之比，設(shè)為i2，k2為齒圈Q2與太陽輪S2的齒數(shù)比，同理得，K2的速比由上述i1、i2可知，通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)12的轉(zhuǎn)速，使輸入軸3在規(guī)定的較窄范圍內(nèi)做反、正向的往復(fù)連續(xù)無級(jí)變化(即ic在規(guī)定的負(fù)值與正值之間往復(fù)變化)，這時(shí)，對(duì)雙行星齒輪系K1和K2來說，它們的速比是連續(xù)無級(jí)變化的。同時(shí)設(shè)置一個(gè)與套軸4(即雙行星齒輪系K1的輸出)和中間軸5(即雙行星齒輪系K2的輸出)相聯(lián)的換段機(jī)構(gòu)，該換段機(jī)構(gòu)可以把具有不同固定速比的各前進(jìn)段自動(dòng)交替且平順無沖擊的與軸4或軸5接通，從而形成系統(tǒng)的連續(xù)無級(jí)輸出，構(gòu)成足夠?qū)拸V的總速比變化范圍。車輛的倒車行駛通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)13得以實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn) 1)速比變化范圍大。通過合理選擇雙行星齒輪系的特征參數(shù)k1、k2，可使系統(tǒng)的總變速比范圍達(dá)到8.5以上。
2)換段機(jī)構(gòu)中前進(jìn)段段位少。只需設(shè)置三個(gè)前進(jìn)段位，就足以滿足汽車對(duì)變速比范圍的要求。若需要更大的變速比范圍，只需相應(yīng)的增加前進(jìn)段即可。
3)電動(dòng)機(jī)承擔(dān)的功率小。系統(tǒng)工作當(dāng)中，電動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞的功率比最大為30％，也就是說，采用一個(gè)小功率的電動(dòng)機(jī)，就可以實(shí)現(xiàn)傳遞3倍功率的無級(jí)變速。
4)蓄電池、逆變器的體積小。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的功率較小，所以可以減小蓄電池和逆變器的體積，提高裝車性，同時(shí)減少燃油消耗。
5)傳動(dòng)效率高。由于采用了雙行星齒輪系和相互嚙合齒輪副，其傳動(dòng)效率可達(dá)98％以上。
6)傳動(dòng)平穩(wěn)可靠、抗沖擊和振動(dòng)的能力強(qiáng)。
7)結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞功率和扭矩大，承載能力高。
8)生產(chǎn)繼承性好，開發(fā)成本低。可以充分利用目前手動(dòng)或自動(dòng)變速器的生產(chǎn)設(shè)備，具有良好的生產(chǎn)繼承性。而且，目前設(shè)計(jì)制造雙行星齒輪系和相互嚙合齒輪副的技術(shù)相對(duì)成熟，開發(fā)難度不大，成本較低。

圖1為多能源分段式行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的總成示意圖。
圖2為行星機(jī)構(gòu)的總成示意圖。
圖3為換段機(jī)構(gòu)的總成示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
如附圖1所示，多能源分段式行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)由相互嚙合的齒輪Z1、惰輪Z2及齒輪Z3、行星機(jī)構(gòu)、換段機(jī)構(gòu)、輸入軸1、套軸2、輸入軸3、套軸4、中間軸5、輸出軸6、齒輪10、齒輪11、電動(dòng)機(jī)12、電動(dòng)機(jī)13(也有發(fā)電功能)、逆變器15以及蓄電池16組成。套軸2和套軸4分別與輸入軸3和中間軸5是同心的，輸入軸1和輸入軸3分別接內(nèi)燃機(jī)14輸出軸和電動(dòng)機(jī)輸出軸。如附圖2所示，行星機(jī)構(gòu)由兩級(jí)雙行星齒輪系K1、K2構(gòu)成，K1、K2分別包括以下幾個(gè)部分雙行星輪G1(其外面的行星齒輪與齒圈Q1嚙合，里面的行星齒輪與太陽輪S1嚙合)、太陽輪S1、行星架H1、齒圈Q1和雙行星輪G2(其外面的行星齒輪與齒圈Q2嚙合，里面的行星齒輪與太陽輪S2嚙合)、太陽輪S2、行星架H2、齒圈Q2。其中，雙行星齒輪系K1的太陽輪S1與輸入軸3相連，行星架H1與套軸2相連，齒圈Q1與套軸4相連；雙行星齒輪系K2的太陽輪S2與中間軸5相連，行星架H2與雙行星齒輪系K1的太陽輪S1相連，齒圈Q2與雙行星齒輪系K1的行星架H1相連。如附圖3所示，換段機(jī)構(gòu)由三個(gè)前進(jìn)段(相互嚙合的齒輪Z4、Z5構(gòu)成的前進(jìn)段I、相互嚙合的齒輪Z6、Z7構(gòu)成的前進(jìn)段II、相互嚙合的齒輪Z8、Z9構(gòu)成的前進(jìn)段III)、同步器1(左、中、右三個(gè)工作位置)和同步器2(中和右兩個(gè)工作位置)構(gòu)成。換段機(jī)構(gòu)靠同步器的作用可以自動(dòng)交替且平順無沖擊的與行星機(jī)構(gòu)的兩個(gè)輸出(即雙行星齒輪系K1的輸出軸4和雙行星齒輪系K2的輸出軸5)相連接，從而形成系統(tǒng)的連續(xù)無級(jí)輸出，構(gòu)成足夠?qū)拸V的總速比變化范圍。車輛的倒車行駛通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)13得以實(shí)現(xiàn)。
需要說明的是，為了使行星機(jī)構(gòu)的其中一個(gè)輸出從具有某一固定速比的當(dāng)前工作段退出而空轉(zhuǎn)，而讓另一個(gè)輸出能恰好無沖擊的接入另一固定速比的的工作段，各前進(jìn)段的速比需按總速比連續(xù)無級(jí)變化的要求合理選擇。
本實(shí)用新型的整個(gè)工作過程是 換段機(jī)構(gòu)在同步器1作用下，首先工作于第I段，此時(shí)ic開始從-1向+1連續(xù)變化，前進(jìn)段I開始把最大的速比、最大的轉(zhuǎn)矩通過套軸4傳遞到輸出軸6，此時(shí)，中間軸5空轉(zhuǎn)；當(dāng)ic變化到+1時(shí)，自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)在同步器2的作用下，工作于II段，同時(shí)，ic開始從+1向-1變化，前進(jìn)段II開始把次大的速比、次大的轉(zhuǎn)矩通過套軸4傳遞到輸出軸6，此時(shí)，套軸4空轉(zhuǎn)；當(dāng)ic變化到-1時(shí)，自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)在同步器1的作用下，工作于III段，同時(shí)，ic開始從-1向+1變化，前進(jìn)段III開始把較小的速比、較小的轉(zhuǎn)矩通過套軸4傳遞到輸出軸6，此時(shí)，中間軸5空轉(zhuǎn)。如此，使ic反復(fù)變化，同時(shí)順次、不跳段、無沖擊地切換換段機(jī)構(gòu)的前進(jìn)段，就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)總速比連續(xù)無級(jí)的變化。車輛的倒車行駛通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)2得以實(shí)現(xiàn)。
需要指出的是，若適當(dāng)收窄ic的上下限范圍，會(huì)使電動(dòng)機(jī)12工作在更高效的區(qū)域中工作，而且可以進(jìn)一步降低其的功率。
權(quán)利要求1.一種多能源分段式行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于由相互嚙合的齒輪(Z1)、惰輪(Z2)及齒輪(Z3)、行星機(jī)構(gòu)、換段機(jī)構(gòu)、輸入軸(1)、套軸(2)、輸入軸(3)、套軸(4)、中間軸(5)、輸出軸(6)、齒輪(10)、齒輪(11)、電動(dòng)機(jī)(12)、電動(dòng)機(jī)(13)、逆變器以及蓄電池組成；其中，輸入軸(1)和輸入軸(3)分別接發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸和電動(dòng)機(jī)(12)輸出軸，行星機(jī)構(gòu)由兩級(jí)雙行星齒輪系(K1、K2)構(gòu)成，(K1、K2)分別包括以下幾個(gè)部分太陽輪(S1)、行星架(H1)、齒圈(Q1)、相互嚙合的雙行星齒輪(G1)和太陽輪(S2)、行星架(H2)、齒圈(Q2)、相互嚙合的雙行星齒輪(G2)；換段機(jī)構(gòu)由三個(gè)前進(jìn)段、同步器1以及同步器2構(gòu)成；雙行星齒輪系(K1)的太陽輪(S1)與輸入軸(3)相連，行星架(H1)與套軸(2)相聯(lián)，齒圈(Q1)與套軸(4)相連；雙行星齒輪系(K2)的太陽輪(S2)與中間軸(5)相連，行星架(H2)與雙行星齒輪系(K1)的太陽輪(S1)相連，齒圈(Q2)與雙行星齒輪系(K1)的行星架(H1)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多能源分段式行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于三個(gè)前進(jìn)段的前進(jìn)段I為相互嚙合的齒輪(Z4、Z5)，前進(jìn)段II為相互嚙合的齒輪(Z6、Z7)，前進(jìn)段III為相互嚙合的齒輪(Z8、Z9)；第一同步器有左、中、右三個(gè)工作位置，同步器處于左位或右位，聯(lián)接其左側(cè)或右側(cè)的相應(yīng)從動(dòng)齒輪與輸出軸(6)同軸旋轉(zhuǎn)，處于中位，則兩側(cè)的從動(dòng)齒輪套在輸出軸(6)上空轉(zhuǎn)；第二同步器有中和右兩個(gè)工作位置，同步器處于右位，聯(lián)接主動(dòng)齒輪(Z8)與中間軸(5)同軸旋轉(zhuǎn)，處于中位則主動(dòng)齒輪(Z8)空轉(zhuǎn)。
專利摘要一種多能源分段式行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)，屬車輛傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，該系統(tǒng)由相互嚙合的齒輪、惰輪、行星機(jī)構(gòu)、換段機(jī)構(gòu)、輸入軸、輸出軸、套軸、中間軸、電動(dòng)機(jī)、逆變器、蓄電池組成，兩輸入軸分別連接發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)，行星機(jī)構(gòu)由兩級(jí)雙行星齒輪系構(gòu)成，其中，兩太陽輪分別與輸入軸和中間軸相連接，兩行星架分別與套軸和太陽輪相連，兩齒圈分別與套軸和行星架相連，換段機(jī)構(gòu)由三個(gè)前進(jìn)段、兩個(gè)同步器構(gòu)成。本實(shí)用新型速比范圍大，傳動(dòng)效率高，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)能力大，穩(wěn)定可靠。
文檔編號(hào)F16H3/44GK201057248SQ20072006248
公開日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2007年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日
發(fā)明者周云山, 薛殿倫, 劉金剛, 偉 黃, 蘇建業(yè) 申請(qǐng)人:湖南江麓容大車輛傳動(dòng)有限責(zé)任公司