雙行星輪系式無級自動變速機構的制作方法
【專利摘要】雙行星輪系式無級自動變速機構，包括輸入和輸出行星輪系，兩個太陽輪裝在機器殼體中心軸上，輸入或輸出齒輪與一個太陽輪嚙合，另一個太陽輪與輸出或輸入齒輪嚙合；第一輪系中，行星輪、側齒圈為錐齒輪，側齒圈、帶有錐齒部的太陽輪的軸線與中心軸軸線相同，行星輪軸線與中心軸軸線相交，第一輪系側齒圈與第二輪系行星架固接，第一輪系的行星架與第二輪系的外齒圈固定連接。本發(fā)明通過在主功率循環(huán)流之外創(chuàng)建一個僅受外部扭矩或轉動角速度影響的內部功率循環(huán)流，通過改變內部循環(huán)流的大小進而得到適合的輸出扭矩及轉動角速度，能夠實現(xiàn)自動、無極變速功能，且無需液力機制，具有較高的經(jīng)濟相對性和較廣的實用性。
【專利說明】雙行星輪系式無級自動變速機構
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及變速機構，具體涉及包括雙行星輪系的無極自動變速機構。
【背景技術】
[0002]變速機構是一種在輸入軸轉速或扭矩不變的情況下，使輸出軸獲得不同的轉速或扭矩傳動裝置，即通過變速或變矩，以滿足不同工況的需要，廣泛應用于各種場合。
[0003]以汽車領域為例，為了滿足在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙燈不同行駛條件下對驅動車輪牽引力及車速不同要求的需要，在發(fā)動機和驅動橋之間通常裝有變速器。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車變速器經(jīng)歷了非自動變速機構向自動變速器、從有級到無級的發(fā)展比如傳統(tǒng)的帶輪傳動機構、齒輪傳動機構等，這類變速機構的變速比單一為有級變速，但制造成本低，而且工藝較為成熟；又比如基于力矩變速的液力自動變速器(AT)，能自主實現(xiàn)無極變速，但是機構復雜，工藝復雜，制造成本高，且由于液力耦合器在使用過程中汽車輸出的能量有一部分被轉化為油溫，所以經(jīng)濟性相對較差。除上述外目前世界上比較成熟的全自動變速器還有機械無級自動變速器(CVT)、電控機械自動變速器(AMT)，前者基于一對V形帶輪、鋼制皮帶以及一套液壓及電腦微控系統(tǒng)來實現(xiàn)無極自動變速，該變速器技術含量高，制造復雜，成本高，傳動帶壽命相對較短，維護成本高，且由于受到如材料性能等多方面技術上的限制，其目前主要限制在小功率汽車上使用；后者基于傳統(tǒng)變速器以及電腦控制的自動操作機構實現(xiàn)有級、自動變速，雖然其易于制造且成本低，但是其換檔性能較差，換擋時有頓挫感，低檔時頓挫感尤其明顯，另外，該變速器只能實現(xiàn)有級變速，而不能實現(xiàn)無極變速，且需引入外界干預。

【發(fā)明內容】

[0004]本 申請人:針對現(xiàn)有技術中的上述缺點進行改進，提供一種雙行星輪系式無級自動變速機構，通過在主功率循環(huán)流之外創(chuàng)建一個僅受外部轉動角速度或扭矩影響的內部功率循環(huán)流，通過改變內部循環(huán)流的大小進而得到適合的輸出扭矩及轉動角速度，其能夠實現(xiàn)自動、無極的變速功能，且省卻了現(xiàn)有技術中的液力機制，具有較高的經(jīng)濟相對性。
[0005]本發(fā)明的技術方案如下:
[0006]雙行星輪系式無級自動變速機構，包括第一行星輪系、第二行星輪系，所述第一行星輪系包括第一太陽輪、與第一太陽輪嚙合的第一行星輪、與第一行星輪嚙合的側齒圈，第一行星輪通過軸承裝在第一行星架上，所述第二行星輪系包括第二太陽輪、與第二太陽輪外嚙合的第二行星輪、與第二行星輪內嚙合的外齒圈，第二行星輪通過軸承裝在第二行星架上；第一太陽輪、側齒圈、第二太陽輪及第二行星架通過軸承裝在中心軸上，中心軸兩端通過軸承裝在機器殼體上；第一行星架通過軸承裝在機器殼體上，且其軸線與中心軸的軸線相同；第一太陽輪包括與第一中間軸上的第一齒輪嚙合的第一齒部、與第一行星輪嚙合的第二齒部，第二齒部與側齒圈均為錐齒輪，且二者位置相對；第一行星輪為錐齒輪，且其軸線與中心軸的軸線相交；側齒圈與第二行星架固接；第二太陽輪與第二中間軸上的第二齒輪嚙合，第一中間軸及第二中間軸均可轉動地裝在機器殼體上；第一行星架與外齒圈固定連接。
[0007]其進一步技術方案為:
[0008]第一行星架與外齒圈的所述固定連接部分的外周設有外齒，怠速齒輪與所述固定連接部分上的外齒嚙合，怠速齒輪通過滑動軸承裝在安裝軸上，安裝軸固定裝在機器殼體上，怠速齒輪通過在安裝軸上滑動與所述兩套行星輪系連接或斷開。
[0009]所述第一中間軸為輸入軸，第二中間軸為輸出軸，第二中間軸通過單向離合器裝在機器殼體上。
[0010]所述第一中間軸為輸出軸，第二中間軸為輸入軸，第一中間軸通過單向離合器裝在機器殼體上。
[0011]所述固定連接的第一行星架與外齒圈為一體結構。
[0012]所述固定連接的第一齒圈與第二行星架為一體結構。
[0013]本發(fā)明的技術效果:
[0014]本發(fā)明使用兩套行星輪系，兩套行星輪系為輸入行星輪系與輸出行星輪系的關系，其中，可以使第一行星輪系為輸入輪系且第一太陽輪為輸入端、第二行星輪系為輸出輪系且第二太陽輪為輸出端，也可以使第一行星輪系為輸出輪系且第一太陽輪為輸出端、第二行星輪系為輸入輪系且第二太陽輪為輸入端，除了輸入和輸出的關系不相同之外，其余連接關系不變，在上述兩種輸入與輸出連接關系形成的實施例中，側齒圈與第二行星架固定連接，且第一行星輪系中的第一行星架與第二行星輪系中的外齒圈固定連接，使整個機構在從輸入端到輸出端的主功率循環(huán)流之外，還在兩套行星輪系之間形成一個僅受外界轉速或扭矩影響的內部功率循環(huán)流，該內部循環(huán)功率流自成一體，當所述怠速機構同所述兩套行星輪系保持斷開狀態(tài)時，整個變速機構只有一個輸出流，即由輸出行星輪系輸出，當所述怠速機構同所述兩套行星輪系保持連接狀態(tài)時，整個變加速機構有兩個輸出流，即從輸出行星輪系輸出和從所述怠速機構輸出。在本發(fā)明所述的變速機構變速時，由于輸入功率為已知常量，在所述兩套行星輪系與所述怠速機構斷開的情況下，此時，功率守恒定律中的輸出功率的兩個因子，即輸出行星輪系輸出端的扭矩和轉動角速度則成反比例關系。本發(fā)明所述的變速機構在創(chuàng)建一個僅受外界轉動角速度需求或扭矩影響的內部功率循環(huán)流的基礎上，根據(jù)變速機構輸出端的扭矩或轉動角速度的需求狀況，通過改變內部循環(huán)流的大小從而得到適合的輸出扭矩或輸出轉動角速度，由此實現(xiàn)了自動變速功能；另一方面，由于變速機構在無需改變機構間聯(lián)接的情況下即可滿足各種轉速及扭矩的需求，由此實現(xiàn)了無極變速功能；在輸出軸上設有單向離合器，能夠確保整個變速機構輸出方向唯一確定。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術中的液力機制，在同樣能夠實現(xiàn)自動、無極的變速功能下，省卻了液力變矩器，相比于現(xiàn)有技術中的機械無級自動變速器，無需額外的液壓及電腦微控系統(tǒng)則可實現(xiàn)自動控制及調整，本發(fā)明相對于現(xiàn)有的變速器而言，能夠實現(xiàn)真正意義上的無極和自動變速，且變速過程中無需切斷動力、改變機構間的連接，且變速過程無頓挫感，簡化了變速機構的結構及制作，具有較高的經(jīng)濟性和較廣的實用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結構示意圖。[0016]圖2為圖1的原理結構示意圖。
[0017]圖3為單個行星輪系的簡易結構示意圖，圖中示出了單行星輪的受力情況。
[0018]圖4為以兩種不同油門驅動汽車并使汽車最終勻速行駛工況下汽車驅動扭矩、汽車行駛阻力矩和汽車行駛速度的關系示意圖。
[0019]圖5為本發(fā)明另一實施例的原理結構示意圖。
[0020]其中:1、第一太陽輪；101、第一齒部；102、第二齒部；2、第一行星輪；3、側齒圈；
4、第一行星架；5、第二太陽輪；6、第二行星輪；7、外齒圈；8、第二行星架；9、中心軸；10、機器殼體；11、第一中間軸；12、第一齒輪；13、第二中間軸；14、第二齒輪；15、單向離合器；16、怠速齒輪；17、滑動軸承；18、安裝軸;100、太陽輪;200、行星輪;300、齒圈;400、主功率循環(huán)流；500、內部功率循環(huán)流。
【具體實施方式】
[0021]現(xiàn)對本發(fā)明采用的公式中的字母及符號作如下說明。
[0022]Pr表示輸入功率，Pc表示輸出功率，Mr表示輸入扭矩，Wr表示輸入轉動角速度，Mc表示輸出扭矩，Wc表示輸出轉動角速度，且Mr和Wr為已知常量，Pd表示通過所述怠速機構輸出的功率，Mz表示中間扭矩，Wz表示中間轉動角速度，Mz及Wz均為中間自由變量，
a、I^apb1均為常量系數(shù)，Ps表示變速機構內部損失的功率；
[0023]在單個行星輪系中，Wt表示太陽輪轉動角速度，Wx表示行星架轉動角速度，Wq表示齒圈轉動角速度，Rt表示太陽輪節(jié)度圓半徑，Rx表示行星輪節(jié)度圓半徑，Rq表示齒圈節(jié)度圓半徑，k表示Rq與Rt的比值，Mt表示太陽輪的扭矩，Mq表示齒圈的扭矩，Mx表示行星架的扭矩，F(xiàn)1為太陽輪對行星輪`的作用力，F(xiàn)2為齒圈對行星輪的作用力，F(xiàn)3為行星架對行星輪的作用力；
[0024]在所述輸入與輸出行星輪系中，Wt1表不第一太陽輪的轉動角速度，Wx1表不第一行星架的轉動角速度，Wq1表示側齒圈的轉動角速度，Wt2表示第二太陽輪的轉動角速度，Wx2表示第二行星架的轉動角速度，Wq2表示外齒圈的轉動角速度,Mt1表示第一太陽輪的扭矩，Mx1表示第一行星架的扭矩，Mq1表示側齒圈的扭矩，Mt2表示第二太陽輪的扭矩，Mx2表示第二行星架的扭矩，Mq2表示外齒圈的扭矩，Rt1表示第一太陽輪節(jié)度圓半徑，Rx1表示第一行星輪節(jié)度圓半徑，Rq1表示側齒圈節(jié)度圓半徑，Rt2表示第二太陽輪節(jié)度圓半徑，Rx2表示第二行星輪節(jié)度圓半徑，Rq2表示外齒圈節(jié)度圓半徑，&表示Rq1與Rt1的比值，k2表示Rq2與Rt2的比值，Mf表示發(fā)動機扭矩，Mn表示汽車驅動扭矩，Wf表示發(fā)動機轉動角速度，Wn表示汽車行駛速度，j、P、S、t均為常量系數(shù)，Mu表示汽車行駛阻力矩，且Mu跟隨汽車行駛速度變大而變大，Ma表示加速扭矩。
[0025]下面結合附圖，說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0026]見圖1，本發(fā)明包括第一行星輪系、第二行星輪系，所述第一行星輪系包括第一太陽輪1、與第一太陽輪I嚙合的第一行星輪2、與第一行星輪2嚙合的側齒圈3，多個第一行星輪2通過軸承裝在第一行星架4上，所述第二行星輪系包括第二太陽輪5、與第二太陽輪5外嚙合的第二行星輪6、與第二行星輪6內嚙合的外齒圈7，多個第二行星輪6通過軸承裝在第二行星架8上；第一太陽輪1、側齒圈3、第二太陽輪5及第二行星架8通過軸承裝在中心軸9上，中心軸9兩端通過軸承裝在機器殼體10上；第一行星架4及外齒圈7均通過軸承裝在機器殼體10上，且二者的軸線與中心軸9的軸線相同；第一太陽輪I包括與第一中間軸11上的第一齒輪12哨合的第一齒部101、與第一行星輪2哨合的第二齒部102,第二齒部102與側齒圈3均為錐齒輪，且二者位置相對；第一行星輪2為錐齒輪，且其軸線與中心軸9的軸線相交；側齒圈3與第二行星架8固接；第二太陽輪5與第二中間軸13上的第二齒輪14嚙合，具體地，增加第二太陽輪5的軸向長度，即將第二太陽輪5制作成沿軸向伸出所述第二行星輪系，使所述伸出部分與第二齒輪14嚙合，或者與第二太陽輪5軸向固接有一中間齒輪，使所述中間齒輪與第二齒輪14嚙合，第一中間軸11及第二中間軸13均可轉動地裝在機器殼體10上；第一行星架4與外齒圈7固定連接，其中，第一太陽輪I的第一齒部101與第二齒部102制作為一體結構，也可以制作成相互固定連接的分體結構,側齒圈3與第二行星架8制作為一體結構，也可以制作成相互固定連接的分體結構，外齒圈7與第一行星架4制作為一體結構，也可以制作成相互固定連接的分體結構。
[0027]進一步地，為了滿足發(fā)動機低速轉動時汽車臨時性停車的工況要求，在第一行星架4與外齒圈7的固定連接部分的外周設有外齒，怠速齒輪16與所述固定連接部分上的外齒嚙合，具體地，也可以在第一行星架4與外齒圈7之間設一個中間齒輪，該中間齒輪與第一行星架4與外齒圈7均固接，且該中間齒輪與怠速齒輪16嚙合，怠速齒輪16通過滑動軸承17裝在安裝軸18上，安裝軸18固定裝在機器殼體10上，怠速齒輪16、滑動軸承17、安裝軸18構成怠速機構，怠速齒輪16通過在安裝軸18上滑動與所述兩套行星輪系連接或斷開，使所述怠速機構與所述輸入、輸出行星輪系連接或斷開。
[0028]本發(fā)明中的兩套行星輪系為輸入行星輪系與輸出行星輪系的關系，輸入行星輪系與變速機構的輸入端轉動連接，輸出行星輪系與變速機構的輸出端轉動連接，本發(fā)明所述的變速機構包括兩個實 施例，即兩套行星輪系均可以作為輸入行星輪系或者輸出行星輪系，而其他連接關系不變，圖2為本發(fā)明的一種實施例，即第一行星輪系為輸入輪系且第一太陽輪I為輸入端、第二行星輪系為輸出輪系且第二太陽輪5為輸出端，具體地，第一中間軸11為輸入軸，第二中間軸13為輸出軸，第二中間軸13通過單向離合器15裝在機器殼體10上；圖5為本發(fā)明的另一實施例，即第一行星輪系為輸出輪系且第一太陽輪I為輸出端、第二輸出輪系為輸入輪系且第二太陽輪5為輸入端，具體地，第一中間軸11為輸出軸，第二中間軸13為輸入軸，第一中間軸11通過單向離合器15裝在機器殼體10上。
[0029]以所述輸入、輸出行星輪系與所述怠速機構斷開進行說明，本發(fā)明所述的變速機構滿足以下三個條件:
[0030]①Mr=aMc+bMz
[0031]②WrsaiWc+t^Wz
[0032]③Mr*Wr=Mc*Wc
[0033]上述③式是由功率守恒定律得出，從理論上而言，輸入功率與輸出功率之間還存在一個變速機構內部損耗功率Ps，功率損耗Ps主要來自于齒輪軸同機器殼體之間和內部的摩擦，基于目前生產工藝，這種摩擦因子可以控制得很小，并且在使用過程中中間輪系的轉動角速度并不會出現(xiàn)遠大于輸入轉動角速度的情況，因此由摩擦產生的功率損耗Ps很小，將其忽略與否并不會改變最終結果，由此得到上述③式；在所述輸入、輸出行星輪系與所述怠速機構處于連接狀態(tài)時，輸入功率有一部分經(jīng)所述怠速機構輸出，即此時，上述③式表述為下式:[0034]
【權利要求】
1.雙行星輪系式無級自動變速機構，包括第一行星輪系、第二行星輪系，其特征在于:所述第一行星輪系包括第一太陽輪(I)、與第一太陽輪(I)嚙合的第一行星輪(2)、與第一行星輪(2)嚙合的側齒圈(3)，第一行星輪(2)通過軸承裝在第一行星架(4)上，所述第二行星輪系包括第二太陽輪(5)、與第二太陽輪(5)外嚙合的第二行星輪(6)、與第二行星輪(6)內嚙合的外齒圈(7)，第二行星輪(6)通過軸承裝在第二行星架(8)上；第一太陽輪(I)、側齒圈(3)、第二太陽輪(5)及第二行星架(8)通過軸承裝在中心軸(9)上，中心軸(9)兩端通過軸承裝在機器殼體(10)上；第一行星架(4)通過軸承裝在機器殼體(10)上，且其軸線與中心軸(9)的軸線相同；第一太陽輪(I)包括與第一中間軸(11)上的第一齒輪(12)嚙合的第一齒部(101)、與第一行星輪(2)嚙合的第二齒部(102)，第二齒部(102)與側齒圈(3)均為錐齒輪，且二者位置相對；第一行星輪(2)為錐齒輪，且其軸線與中心軸(9)的軸線相交；側齒圈(3)與第二行星架(8)固接；第二太陽輪(5)與第二中間軸(13)上的第二齒輪(14)嚙合，第一中間軸(11)及第二中間軸(13)均可轉動地裝在機器殼體(10)上；第一行星架(4)與外齒圈(7)固定連接。
2.按權利要求1所述的雙行星輪系式無級自動變速機構，其特征在于:第一行星架(4)與外齒圈(7)的所述固定連接部分的外周設有外齒，怠速齒輪(16)與所述固定連接部分上的外齒嚙合，怠速齒輪(16)通過滑動軸承(17)裝在安裝軸(18)上，安裝軸(18)固定裝在機器殼體(10)上，怠速齒輪(16)通過在安裝軸(18)上滑動與所述兩套行星輪系連接或斷開。
3.按權利要求1所述的雙行星輪系式無級自動變速機構，其特征在于:所述第一中間軸(11)為輸入軸，第二中間軸(13)為輸出軸，第二中間軸(13)通過單向離合器(15)裝在機器殼體(10)上。
4.按權利要求1所述的雙行星輪系式無級自動變速機構，其特征在于:所述第一中間軸(11)為輸出軸，第二中間軸(13)為輸入軸，第一中間軸(11)通過單向離合器(15)裝在機器殼體(10)上。
5.按權利要求1所述的雙行星輪系式無級自動變速機構，其特征在于:所述固定連接的第一行星架(4)與側齒圈(7)為一體結構。
6.按權利要求1所述的雙行星輪系式無級自動變速機構，其特征在于:所述固定連接的第一齒圈(3)與第二行星架(8)為一體結構。
【文檔編號】F16H3/76GK103511567SQ201310499568
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權日:2013年10月22日
【發(fā)明者】徐攀 申請人:徐攀