專(zhuān)利名稱(chēng)：機(jī)械/電動(dòng)雙向匯流的分段連續(xù)無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)電設(shè)備中的動(dòng)力傳動(dòng)與自動(dòng)變速器，具體是指一類(lèi)機(jī)械/電動(dòng)雙向匯流的分段連續(xù)無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器。
在機(jī)電設(shè)備中通常需要把動(dòng)力源的運(yùn)動(dòng)、作用力、能量及功率等通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)加以轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)與傳遞，最后傳送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)以某種需要的形式輸出。例如動(dòng)力源通?？蔀殡妱?dòng)機(jī)、內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)等，其運(yùn)動(dòng)為轉(zhuǎn)動(dòng)、功率正比于其轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的乘積，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出則可以是汽車(chē)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)功率以及整車(chē)的平動(dòng)、牛頭刨床刀頭的往復(fù)運(yùn)動(dòng)及切削功率等等。變速器往往是傳動(dòng)系統(tǒng)中最重要的一環(huán)，其功能是改變速比，亦稱(chēng)傳動(dòng)比，在此定義為輸出轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速之比，其倒數(shù)則稱(chēng)減速比。變速器使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按預(yù)期的速度和作用力變化規(guī)律輸出運(yùn)動(dòng)和功率、使動(dòng)力源的工作特性與負(fù)載的特性動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)匹配，以保證整個(gè)機(jī)械大系統(tǒng)在各種工況下都能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至獲得較佳或最佳的整體性能。譬如在現(xiàn)代車(chē)船等交通工具中，就有機(jī)械式、電傳動(dòng)式、液壓及液力傳動(dòng)式等類(lèi)型的變速器被采用，其中尤以機(jī)械式的因具有傳動(dòng)效率高、造價(jià)低、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。隨著人們對(duì)傳動(dòng)性能要求的提高，傳動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)單漸趨復(fù)雜，并有從單功率流傳動(dòng)向雙或多功率流復(fù)合傳動(dòng)、從有級(jí)變速向無(wú)級(jí)變速方向發(fā)展的趨勢(shì)。
一般而言，機(jī)械式傳動(dòng)雖具有傳動(dòng)效率高、造價(jià)低、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，但卻難以獲得無(wú)級(jí)自動(dòng)變速的完美傳動(dòng)特性。即使目前存在著一些類(lèi)型的機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器(CVT)，也由于它們實(shí)際上都是基于摩擦傳動(dòng)的，具有傳遞轉(zhuǎn)矩和功率的能力及效率偏低、可用的變速比范圍(即變速器最大速比imax與最小速比imin的比值Rb)相當(dāng)有限等缺點(diǎn)，因而一般只適合于所需功率和速比范圍不大的小排量轎車(chē)和摩托車(chē)，或其他只需傳遞較小功率的用途或場(chǎng)合。在以?xún)?nèi)燃機(jī)為動(dòng)力源的情況下，電傳動(dòng)的特點(diǎn)幾乎與機(jī)械式傳動(dòng)的特點(diǎn)正好相反它具有易于布置、易于控制、易于獲得無(wú)級(jí)自動(dòng)變速的完美傳動(dòng)特性，傳遞轉(zhuǎn)矩和功率的能力及變速比范圍較大等優(yōu)勢(shì)，但是存在成本較高、體積和重量偏大、傳動(dòng)效率稍低等缺點(diǎn)。目前電傳動(dòng)主要在大型重載、高成本的機(jī)械系統(tǒng)(如載重量為數(shù)十噸的大型載運(yùn)工具等)上有一些應(yīng)用。
本實(shí)用新型的目的在于創(chuàng)設(shè)一類(lèi)機(jī)械/電動(dòng)雙向匯流的分段連續(xù)無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器，它綜合揚(yáng)棄了機(jī)械傳動(dòng)和電傳動(dòng)的優(yōu)、缺點(diǎn)，用途較寬廣、特別是能夠適合常規(guī)轎車(chē)和輕、中型汽車(chē)使用條件，傳動(dòng)效率較高，成本較低，結(jié)構(gòu)較為輕便緊湊、布置較靈活、易于控制，具有在寬變速比范圍內(nèi)自動(dòng)無(wú)級(jí)變速的完美傳動(dòng)特性。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的機(jī)械/電動(dòng)雙向匯流的分段連續(xù)無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器，包括功率分流機(jī)構(gòu)、單向匯流行星排(組)、自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)及電子控制裝置，其特征在于機(jī)械/電動(dòng)功率分流機(jī)構(gòu)、雙向匯流行星排組總成和多段位自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)分別設(shè)置如下(1)機(jī)械/電動(dòng)功率分流機(jī)構(gòu)設(shè)置有并聯(lián)的機(jī)械傳動(dòng)分路和電傳動(dòng)分路，其中電傳動(dòng)分路中設(shè)置有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、控制器及電路；(2)雙向匯流行星排組總成設(shè)置有至少一個(gè)正向和一個(gè)反向單行星排；(3)可實(shí)現(xiàn)正、反向行星排或行星排組輪流分段工作的多段位自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)，設(shè)置有固定速比不同的兩個(gè)或兩個(gè)以上定軸齒輪對(duì)和一個(gè)或一個(gè)以上自動(dòng)換段執(zhí)行器。
所述的機(jī)械/電動(dòng)雙向匯流分段連續(xù)無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器，其雙向匯流行星排組總成具有兩個(gè)備擇動(dòng)力輸出軸，且為下列組成方式之一(1)由一正向單行星排和一反向單行星排組合而成；(2)由一正向單行星排和兩個(gè)及兩個(gè)以上單行星排組成的反向行星排組合而成；(3)由兩個(gè)及兩個(gè)以上單行星排組成的正向行星排組和一反向單行星排組合而成；(4)由兩個(gè)及兩個(gè)以上單行星排組成的正向行星排組和兩個(gè)及兩個(gè)以上單行星排組成的反向行星排組合而成。
本實(shí)用新型提出的機(jī)械/電動(dòng)雙向匯流的分段連續(xù)無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器，其基本思想是來(lái)自動(dòng)力源的機(jī)械功率被分流機(jī)構(gòu)分成一路(或多路)機(jī)械傳動(dòng)功率流和一路電傳動(dòng)功率流；機(jī)械和電傳動(dòng)分路的功率再由雙向匯流行星排組總成來(lái)匯流，該總成兩個(gè)匯流輸出軸的轉(zhuǎn)速與電傳動(dòng)分路電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系，分別呈單調(diào)增函數(shù)和單調(diào)減函數(shù)，即分別為正、反向匯流軸；自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)則以多個(gè)不同固定速比，交替地把上述正、反向匯流軸上的功率向下游輸出。為減小電傳動(dòng)分路的功率負(fù)荷率、提高效率，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速被控制在相對(duì)狹窄的傳動(dòng)高效區(qū)nminnmax內(nèi)，如-nD00+nD0或規(guī)定的其它最高、最低轉(zhuǎn)速區(qū)域，作往復(fù)無(wú)級(jí)變化；同時(shí)靠適時(shí)切換具有不同固定速比的工作段來(lái)形成分多段連續(xù)的輸出轉(zhuǎn)速，把變速器的變速比擴(kuò)展至足夠?qū)拸V的范圍。
為此須合理構(gòu)造出至少由一個(gè)正向和一個(gè)反向匯流行星排通過(guò)部分構(gòu)件相聯(lián)而共同組成的雙向匯流行星排組總成；并在該總成兩個(gè)輸出軸的下游，配置具有不同固定速比的多工作段(類(lèi)似于普通變速器之“檔位”)的自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)，使正、反向匯流行星排(或行星排組)分段地輪換輸出。即若正向匯流行星排工作則反向匯流排空轉(zhuǎn)，或反之亦然；且當(dāng)其中一匯流行星排從具有某一固定速比的當(dāng)前工作段退出而轉(zhuǎn)入空轉(zhuǎn)時(shí)，另一匯流行星排恰好能平順或無(wú)沖擊地銜接進(jìn)入具有另一固定速比的相鄰工作段，使得換段時(shí)不必中斷動(dòng)力傳動(dòng)。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型能綜合揚(yáng)棄機(jī)械傳動(dòng)與電傳動(dòng)的優(yōu)、缺點(diǎn)，實(shí)用性強(qiáng)、適用范圍寬廣，理論傳動(dòng)效率較高，成本較低，易于布置、控制，具備無(wú)級(jí)自動(dòng)變速的完美傳動(dòng)特性。
2、本實(shí)用新型的自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)遵循獨(dú)特而合理的參數(shù)確定準(zhǔn)則，能在不切斷動(dòng)力的條件下平順、無(wú)沖擊地自動(dòng)換段，確保寬范圍無(wú)級(jí)變速的實(shí)現(xiàn)。
3、本實(shí)用新型具有極好的市場(chǎng)前景，特別適合常規(guī)轎車(chē)和輕、中型汽車(chē)的使用條件，也適用于針對(duì)環(huán)保與節(jié)能而開(kāi)發(fā)的內(nèi)燃機(jī)/電動(dòng)機(jī)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)，并將更有利于其效能的發(fā)揮。
4、本實(shí)用新型的自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)，若制成可在自動(dòng)/手動(dòng)方式中選擇切換者、且選擇了手動(dòng)方式時(shí)(或改制成常規(guī)有級(jí)手動(dòng)變速器時(shí))，就獲得了某種半自動(dòng)的機(jī)械/電動(dòng)雙向匯流的分段無(wú)級(jí)變速器。即此時(shí)變速器的工作段位以某種人工方式確定和切換，但仍能在每個(gè)工作段位下實(shí)現(xiàn)較小范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)自動(dòng)變速。這樣的變速器在電傳動(dòng)分路失效時(shí)仍能維持人工有級(jí)變速，利用這一特點(diǎn)可提高變速器的可靠性、適應(yīng)性和安全性。


圖1為機(jī)械/電動(dòng)雙向匯流的分段連續(xù)無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器的基本組成部分及工作原理圖；圖2為一種機(jī)械/電動(dòng)二行星排組雙向匯流的分段連續(xù)無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器的傳動(dòng)圖；圖3為圖2所示變速器正、反向匯流速比i+、i-隨電傳動(dòng)速比iDe變化的規(guī)律圖；圖4為圖2所示變速器總速比i94的連續(xù)變化規(guī)律圖；圖5為可用于機(jī)械/電動(dòng)雙向匯流的分段連續(xù)無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器的一種三行星排雙向匯流總成的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖。
通過(guò)如下實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述實(shí)施例1如圖1所示，機(jī)械/電動(dòng)雙向匯流的分段連續(xù)無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器都是由機(jī)械/電動(dòng)分流機(jī)構(gòu)1、雙向匯流行星排組總成2和自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)3等三大部分及其電子控制裝置所組成。
機(jī)械/電動(dòng)分流機(jī)構(gòu)1是由機(jī)械傳動(dòng)分路和電傳動(dòng)分路并聯(lián)而成，其中電傳動(dòng)分路設(shè)置有發(fā)電機(jī)G、控制器F、電動(dòng)機(jī)D和電路。
圖1的虛線(xiàn)框1即為機(jī)械/電動(dòng)分流機(jī)構(gòu)，來(lái)自動(dòng)力源的功率從軸I’輸入后，以某種方式(如由定軸齒輪Z1、Z2等)分流成兩路，其中一路直接通過(guò)傳動(dòng)軸或其他形式，以固定的速比機(jī)械地傳遞到總成2的輸入軸a；另一路則經(jīng)由發(fā)電機(jī)G、控制器F、電路和電動(dòng)機(jī)D等構(gòu)成的電傳動(dòng)分路，在經(jīng)歷了“機(jī)—電—機(jī)”的功率形式轉(zhuǎn)換過(guò)程并被實(shí)施調(diào)速后，傳遞到總成2的另一輸入軸b。
雙向匯流排組總成2至少由正向和反向兩個(gè)行星排(組)通過(guò)部分構(gòu)件相互聯(lián)接而組成，與一般的二自由度及多自由度行星傳動(dòng)不同，它共有4個(gè)輸入/輸出端，即兩個(gè)輸入軸a、b和正向、反向匯流輸出軸a’、b’，能同時(shí)合成隨b軸轉(zhuǎn)速nb而變化、且正比于輸入轉(zhuǎn)速nI’的兩個(gè)不同的匯流輸出轉(zhuǎn)速na’nb’。其中na’從總成2的正向匯流行星排輸出端引出，是nb的增函數(shù)；而nb’從總成2的反向匯流行星排輸出端引出，是nb的減函數(shù)?？偝?通過(guò)a’、b’兩個(gè)轉(zhuǎn)軸與自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)3相連。
自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)3是由多對(duì)定軸式換段齒輪和電磁或液壓作動(dòng)的自動(dòng)換段執(zhí)行器所組成，它的工作原理是，接受換段電子控制單元根據(jù)工況給出的調(diào)控指令d，可按IIIIIIIV…的段位順序，依次、不跳段地實(shí)施從低到高、從高到低的段位往復(fù)變化，輪流地選擇a’軸或b’軸之一，將其回轉(zhuǎn)動(dòng)力及運(yùn)動(dòng)以不同的速比傳遞給輸出軸II’，繼而向后續(xù)傳動(dòng)鏈輸出。對(duì)應(yīng)于工作段位的從低到高排列，速比也被設(shè)計(jì)成從小到大變化；但根據(jù)第I段被設(shè)計(jì)成是由正向還是反向匯流排工作的不同情況，匯流方式相應(yīng)地可按“正向反向正向反向…”或“反向正向反向正向…”的排列順序進(jìn)行交替。為敘述方便，以下均假設(shè)第I段被設(shè)計(jì)成正向匯流的，即工作段位從低到高依次變化時(shí)按“正向→反向→正向→反向…”的匯流方式交替。
通常機(jī)器系統(tǒng)在啟動(dòng)階段，如汽車(chē)起步階段，要求有較大的減速比(按本說(shuō)明書(shū)的定義，即要求有較小的速比——它是減速比的倒數(shù))，以便獲得較大的低速啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。此時(shí)自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)3工作在正向匯流的第I段，以最小的速比(即最大的減速比)、最大的轉(zhuǎn)矩把a(bǔ)’軸的功率傳遞到輸出軸II’并讓b’軸空轉(zhuǎn)；在此過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)D接受其自身電控單元的指令c，轉(zhuǎn)速nb從規(guī)定的最小值(如-nD0)逐漸提高、不斷靠近規(guī)定的最大正值(如+nD0)，導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)速nII’隨nb升高而不斷升高。當(dāng)nb達(dá)到規(guī)定最大值(nD0)時(shí)，自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)3接受其自身電控單元的指令d，切入反向匯流的第II段工作，使a’軸空轉(zhuǎn)并以次小的速比(即次大的減速比)、較小的轉(zhuǎn)矩把b’軸的功率傳遞到輸出軸II’；與此同時(shí)nb也被控制著從規(guī)定最大正值逐漸下降，向規(guī)定最小值逼近，導(dǎo)致輸出軸II’上的轉(zhuǎn)速nII’隨nb降低而繼續(xù)不斷升高。若需要的調(diào)速范圍較大，還可以增設(shè)第III、第IV或更多的工作段，例如在第II段nb達(dá)到最小值時(shí)切入正向匯流的第III段，讓b’軸空轉(zhuǎn)并以更大的速比(即更小的減速比)、更小的轉(zhuǎn)矩把a(bǔ)’軸的功率傳遞到輸出軸II’，而nb又從最小向最大變化，使輸出軸轉(zhuǎn)速nII’更進(jìn)一步不斷上升……。當(dāng)然，若采取相反的步驟，也可使變速器的速比及輸出轉(zhuǎn)速nII’由高向低地連續(xù)變化、輸出轉(zhuǎn)矩逐段地升高。由此可見(jiàn)，這樣使nb逐段地往復(fù)變化、自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)3的速比逐段地改變以及正、反向匯流方式逐段地輪換，就能夠?qū)崿F(xiàn)變速器速比及輸出轉(zhuǎn)速nII’在所要求的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，且逐段近似地呈恒功率傳動(dòng)特性。
圖2是一例機(jī)械/電動(dòng)雙向匯流的分段連續(xù)無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器的具體傳動(dòng)方案，它主要適合于轎車(chē)、輕型車(chē)等。圖2所示的虛線(xiàn)框部分用來(lái)替換汽車(chē)原變速器部分。其主要零部件的聯(lián)接關(guān)系和功能為首先來(lái)看分流機(jī)構(gòu)圖2中的發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器總成E的輸出軸4，具有相當(dāng)于圖1中I’軸的功能，它固接有齒輪Z1，與Z1相嚙合的齒輪Z2固接在功能相當(dāng)于圖1中a軸的套軸5上；軸4還通過(guò)聯(lián)軸節(jié)與發(fā)電機(jī)G相連。來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器總成E的機(jī)械功率被分流成兩路，其中一路通過(guò)軸4、齒輪對(duì)Z1/Z2傳遞至變速器內(nèi)部的套軸5，并通過(guò)和套軸5相聯(lián)且與其同軸旋轉(zhuǎn)的行星構(gòu)件j1，直接輸入到由第一和第二兩行星排構(gòu)成的雙向匯流行星排組總成；另一路通過(guò)軸4、發(fā)電機(jī)G后轉(zhuǎn)化為電功率；經(jīng)由導(dǎo)線(xiàn)和DC/AC逆變及控制執(zhí)行模塊F與電動(dòng)機(jī)D耦合；若發(fā)電機(jī)G產(chǎn)生的電能除驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)D之外尚有富余，富余部分被模塊F處理后經(jīng)由導(dǎo)線(xiàn)傳給蓄電池Cell儲(chǔ)存起來(lái)備作它用。變速器還設(shè)有處理在圖2中用虛線(xiàn)箭頭表示、來(lái)自反映整車(chē)工況各傳感器的信號(hào)的電傳動(dòng)調(diào)控單元ECU1，它給出的電動(dòng)機(jī)調(diào)速指令也通過(guò)控制信號(hào)線(xiàn)接至模塊F。電動(dòng)機(jī)D的樞軸經(jīng)聯(lián)軸節(jié)與軸6相聯(lián)，它相當(dāng)于圖1中的軸b，可相對(duì)于套軸5轉(zhuǎn)動(dòng)。軸6上固接有兩個(gè)作為行星排太陽(yáng)輪的齒輪t1、t2，通過(guò)軸6將經(jīng)調(diào)速的機(jī)械功率傳輸?shù)絽R流行星排組總成。接著看雙向匯流行星排組總成第一行星排由太陽(yáng)輪t1、行星架j1、齒圈q1及行星齒輪x1等組成，行星排特性參數(shù)為k1；第二行星排由太陽(yáng)輪t2、行星架j2、齒圈q2及行星齒輪x2等組成，行星排特性參數(shù)為k2；它們都滿(mǎn)足一般單行星排的構(gòu)件相互聯(lián)接關(guān)系。此外，第一行星排的行星架j1在其左側(cè)與軸5相聯(lián)(如通過(guò)花鍵或平鍵等聯(lián)接方式)并同軸旋轉(zhuǎn)，在其右側(cè)與第二行星排齒圈q2相連成為一體，構(gòu)件q1通過(guò)花鍵或平鍵與反向匯流套軸7相聯(lián)，套軸7相當(dāng)于圖2中的b’軸，其上固接有主動(dòng)齒輪Z3、Z5；構(gòu)件j2(通過(guò)花鍵或平鍵等)與正向匯流軸8相聯(lián)，軸8相當(dāng)于圖2中的a’軸，可相對(duì)套軸7轉(zhuǎn)動(dòng)并固接有主動(dòng)齒輪Z7、Z9、Z11。軸9上的從動(dòng)齒輪Z4、Z6、Z8、Z12對(duì)應(yīng)地與主動(dòng)齒輪Z3、Z5、Z7、Z11相嚙合，軸9上的從動(dòng)齒輪Z10則通過(guò)一個(gè)中間齒輪(惰輪)與主動(dòng)齒輪Z9相嚙合，形成一個(gè)倒檔。最后看自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)它是由圖3的軸7、軸8和輸出軸9上的多對(duì)定軸式換段齒輪Z3～Z12、電磁或液壓作動(dòng)的自動(dòng)換段執(zhí)行器r、s、t等組成的。軸9相當(dāng)于圖2中的輸出軸II’，其上還裝有電磁或液壓作動(dòng)的自動(dòng)換段執(zhí)行器(嚙合套或離合器等)r、s、t，它們的動(dòng)作由換段電控單元ECU2來(lái)控制(ECU2可與ECU1實(shí)施部分信息交換或共享，甚至可將兩者制成一體)。r、s兩個(gè)執(zhí)行器有左中右三個(gè)工作位，處于左或右位時(shí)將聯(lián)接其左或右側(cè)的相應(yīng)從動(dòng)齒輪與軸9同軸旋轉(zhuǎn)，處于中位時(shí)兩側(cè)的從動(dòng)齒輪將套在軸9上空轉(zhuǎn)；執(zhí)行器t有中、右兩個(gè)工作位，處于右位時(shí)將聯(lián)接從動(dòng)齒輪Z12與軸9同軸旋轉(zhuǎn)，處于中位時(shí)從動(dòng)齒輪Z12空轉(zhuǎn)。
段位總數(shù)目和各段速比值分配的確定方法，按電傳動(dòng)分路中電動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍(最高、最低轉(zhuǎn)速nDmax和nDmin)選取或確定的方式不同，可以有所不同，但其基本準(zhǔn)則是應(yīng)能連續(xù)平滑或無(wú)沖擊地實(shí)現(xiàn)換段。即當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nD往復(fù)變化至規(guī)定最大值nDmax或最小值nDmin需換段時(shí)，應(yīng)使輸出軸(如本例之軸9)上對(duì)應(yīng)于相關(guān)兩相鄰段的兩個(gè)從動(dòng)齒輪(如本例中III換段時(shí)的Z8和Z6、或IIIII換段時(shí)的Z6和Z12、或IIIIV換段時(shí)的Z12和Z4)，恰好能達(dá)到轉(zhuǎn)速相等。
設(shè)圖2所示變速器取下列參數(shù)i54＝Z4/Z5＝1，第一行星排的特性參數(shù)k1＝2.94，第二行星排的特性參數(shù)k2＝1＋k1＝3.94，取iI＝0.4529。由行星排理論，在變速器輸出軸9的上游，正向匯流(軸4至軸8)的速比可表為i+＝i54(iDe＋k2)/(1＋k2)，反向匯流(軸4到軸7)的速比則表為i_＝i54(1＋k1－iDe)/k1。設(shè)電動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍±nD0正比于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ne而變化，即nDmax＝nD0＝kne，nDmin＝-nD0＝-kne，其中k為一比例常數(shù)，在本例取為1。這相當(dāng)于在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸和電動(dòng)機(jī)樞軸之間設(shè)置了一個(gè)“電傳動(dòng)速比”iDe，其變化范圍為±k(對(duì)本例為±1)。
圖3給出在上述參數(shù)下i+＝i84、i-＝i74隨iDe變化的規(guī)律。各段速比取值為iI＝iII＝0.4529、iIII＝iIV＝1.3723，即I和II、III和IV段的換段齒輪對(duì)可制成互換件，以降低成本。變速器速比i94隨iDe變化的關(guān)系如圖4(a)所示；圖4(b)則把圖4(a)按段位展開(kāi)，清楚地顯示變速器速比隨段位近似按滿(mǎn)足恒功率特性的雙曲線(xiàn)規(guī)律連續(xù)變化。在上述參數(shù)下的變速器速比變化區(qū)域?yàn)?.2695～2.4745，變速范圍Rb≈9.182，足以覆蓋一般轎車(chē)或輕型車(chē)的使用要求范圍。此外可根據(jù)需要改變i54的值來(lái)調(diào)整變速比的覆蓋區(qū)域，但Rb不變。對(duì)本實(shí)施例還可推得，在電傳動(dòng)變速比iDe＝±1范圍內(nèi)，電傳動(dòng)分路所傳遞功率占變速器傳遞總功率的比例，對(duì)正、反向匯流均在20～0～34％內(nèi)變化?？梢?jiàn)采用較小規(guī)格(約為總功率1/3)的電傳動(dòng)分路，就能對(duì)變速器傳遞的較大功率實(shí)施無(wú)級(jí)調(diào)速。這對(duì)變速器的緊湊化、輕量化及降低對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求都很有利。
若為使電動(dòng)機(jī)局限在更高效的區(qū)域工作并使其承擔(dān)傳遞的功率所占比例進(jìn)一步下降，可以適當(dāng)收窄iDe的規(guī)定上下限范圍，這時(shí)需重新配算iI～iIV，Rb也會(huì)有所下降。若嫌Rb不夠大，增加1～2個(gè)段位即可。
實(shí)施例2如圖5所示是一例由三個(gè)行星排構(gòu)成的雙向匯流排組總成，它可替代圖2所示方案中只具有兩個(gè)行星排者。圖5是其聯(lián)接與傳動(dòng)簡(jiǎn)圖，包括k3、k4和k5三個(gè)行星排，其中軸5、6、7、8與圖2中的同名者一一對(duì)應(yīng)。經(jīng)簡(jiǎn)單分析可知，正向和反向匯流時(shí)均有兩個(gè)行星排同時(shí)參與工作k4和k5兩個(gè)排構(gòu)成了復(fù)合的正向匯流排，從軸8輸出；k3和k4兩個(gè)排構(gòu)成了復(fù)合的反向匯流排，從軸7輸出。這種雙向匯流排組總成的主要特點(diǎn)，是能使電傳動(dòng)分路上分擔(dān)的功率流更小，但匯流排輸出端的變速比范圍也會(huì)小一些，必要時(shí)可在換段機(jī)構(gòu)中設(shè)置較多的段位來(lái)擴(kuò)大總的變速比范圍。其它部分均與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求1.機(jī)械/電動(dòng)雙向匯流的分段連續(xù)無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器，包括功率分流機(jī)構(gòu)、單向匯流行星排(組)、自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)及電子控制裝置，其特征在于機(jī)械/電動(dòng)功率分流機(jī)構(gòu)、雙向匯流行星排組總成和多段位自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)分別設(shè)置如下(1)機(jī)械/電動(dòng)功率分流機(jī)構(gòu)設(shè)置有并聯(lián)的機(jī)械傳動(dòng)分路和電傳動(dòng)分路，其中電傳動(dòng)分路中設(shè)置有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、控制器及電路；(2)雙向匯流行星排組總成設(shè)置有至少一個(gè)正向和一個(gè)反向單行星排；(3)可實(shí)現(xiàn)正、反向行星排或行星排組輪流分段工作的多段位自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)，設(shè)置有固定速比不同的兩個(gè)或兩個(gè)以上定軸齒輪對(duì)和一個(gè)或一個(gè)以上自動(dòng)換段執(zhí)行器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械/電動(dòng)雙向匯流的分段連續(xù)無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器，其特征在于雙向匯流行星排組總成具有兩個(gè)備擇動(dòng)力輸出軸，且為下列組成方式之一(1)由一正向單行星排和一反向單行星排組合而成；(2)由一正向單行星排和兩個(gè)及兩個(gè)以上單行星排組成的反向行星排組合而成；(3)由兩個(gè)及兩個(gè)以上單行星排組成的正向行星排組和一反向單行星排組合而成；(4)由兩個(gè)及兩個(gè)以上單行星排組成的正向行星排組和兩個(gè)及兩個(gè)以上單行星排組成的反向行星排組合而成。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型指一類(lèi)機(jī)械/電動(dòng)雙向匯流的分段連續(xù)無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器。其構(gòu)成要點(diǎn)是,在動(dòng)力傳動(dòng)路線(xiàn)需布置變速器之處設(shè)置:機(jī)械/電動(dòng)功率分流機(jī)構(gòu)、至少由一個(gè)正向和一個(gè)反向單行星排組合而成的雙向匯流行星排組總成、可實(shí)現(xiàn)正反向行星排(組)輪換分段工作的多段位自動(dòng)換段機(jī)構(gòu)及電控裝置。該類(lèi)變速器傳動(dòng)效率高、許用載荷大,允許在不切斷動(dòng)力條件下平順地自動(dòng)更換工作段,具有速比在大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的優(yōu)良傳動(dòng)特性,應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號(hào)G05D13/02GK2470175SQ01215378
公開(kāi)日2002年1月9日 申請(qǐng)日期2001年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者黃向東, 俞明, 遲永濱, 羅玉濤 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)