发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种侧挂离合片式自适应两挡自动变速轮毂,能根据行驶阻力检测驱动扭矩—转速以及行驶阻力—车速信号,使动力设备输出功率与车辆行驶状况始终处于最佳匹配状态,实现车辆驱动力矩与综合行驶阻力的平衡控制;能够在不需要切断驱动力的情况下自适应随行驶阻力变化自动进行换挡变速,能满足山区、丘陵和重负荷条件下使用,车速变化稳缓;同时,本发明的变速器体积小、重量轻、结构紧凑,适合于轮毂处安装。
本发明的侧挂离合片式自适应两挡自动变速轮毂,包括左轮毂架、右轮毂架、箱体、动力设备、传动轴、车轮和设置在传动轴上的刹车装置,所述左轮毂架和右轮毂架与箱体固定连接,传动轴设置在箱体内与其转动配合,传动轴的一部分伸出箱体与车轮固定配合,左轮毂架和右轮毂架分列车轮左右两侧,还包括设置在箱体内的主动轴和变速齿轮轴,所述主动轴和变速齿轮轴与传动轴平行设置,主动轴由动力设备驱动,主动轴上相对固定设置主动传动齿轮;所述变速齿轮轴上设置齿轮变速机构,传动轴上设置离合片式自适应两挡自动变速总成;
a.齿轮变速机构包括变速齿轮轴、设置在变速齿轮轴上的一级变速齿轮和二级变速齿轮;所述一级变速齿轮和二级变速齿轮之间通过离合传动装置进行传动;
b.离合片式自适应两挡自动变速总成包括变速弹簧离合片式自适应离合器和慢挡超越离合器;
I.变速弹簧离合片式自适应离合器包括与一级变速齿轮啮合的主动离合齿圈、至少一片主动摩擦片,从动传动套、与主动摩擦片构成摩擦副的从动摩擦片、传动轴和变速弹簧;
所述传动轴为外圆周上均布加工有至少一个螺旋凸轮槽的凸轮轴,螺旋凸轮槽的展开方向从左向右看与凸轮轴旋转方向相反;从动传动套圆周上均布加工有与螺旋凸轮槽数量相同的径向通孔,从动传动套间隙配合套在凸轮轴外圆周,柱销通过径向通孔插入凸轮轴的螺旋凸轮槽;主动离合齿圈套在从动传动套外圆周与其转动配合,主动离合齿圈和从动传动套端面分别加工有轴向花键槽,主动摩擦片通过外圆周加工的花键槽与主动离合齿圈相配合,从动摩擦片通过内圆周加工的花键槽与从动传动套相配合,主动摩擦片和从动摩擦片互相间隔交错安装,在变速弹簧作用下紧密贴合;
主动轴的主动传动齿轮通过动力传递装置与主动离合齿圈相对固定连接;
II.慢挡超越离合器与变速弹簧离合片式自适应离合器并列设置,包括与二级变速齿轮啮合的慢挡超越离合齿圈、与慢挡超越离合齿圈保持超越啮合接触状态的慢挡超越离合滚柱和慢挡超越离合器内圈;
慢挡超越离合器内圈间隙配合套在传动轴外圆周,慢挡超越离合器内圈外圆顶住慢挡超越离合滚柱;
从动传动套与慢挡超越离合器内圈径向固定配合;
进一步,所述动力传递装置包括传动套和与主动传动齿轮啮合的从动齿轮,所述传动套套在凸轮轴外圆周与其转动配合,从动齿轮与传动套相对固定配合,传动套一侧端面与主动离合齿圈径向固定配合;
进一步,所述离合传动装置包括压紧弹簧、传动棘轮、分离拨叉、拨叉定轴、回位扭簧和固定设置在二级变速齿轮端面上的从动棘轮,所述变速齿轮轴与箱体转动配合,所述一级变速齿轮径向固定配合套在变速齿轮轴上,二级变速齿轮间隙配合配合套在变速齿轮轴上,二级变速齿轮公称直径小于一级变速齿轮;传动棘轮径向固定配合套在变速齿轮轴上在压紧弹簧的作用下与从动棘轮啮合;所述传动棘轮外圆周设置周向环槽,分离拨叉一端伸入从径向周向环槽,另一端与拨叉轴固定配合,拨叉轴可相对箱体转动并垂直于变速齿轮轴,回位扭簧设置在变速齿轮轴上作用于分离拨叉使其做分离动作后回位;所述箱体上固定设置防止分离拨叉与周向环槽摩擦的限位块;
进一步,所述变速弹簧为蝶簧组,位于传动套与凸轮轴之间形成的空腔内,右端面紧靠从动传动套左端面,左端面紧靠旋在凸轮轴上的定位螺母上;所述主动离合齿圈右端部通过齿轮支撑套与从动传动套右侧花键外圆转动配合;
进一步,所述慢挡超越离合器还包括轴向截面为T形的左慢挡轴承托环和右慢挡轴承托环;慢挡超越离合器内圈外圆周设置慢挡内圈环形凸台,内圈环形凸台外圆顶住慢挡超越离合滚柱;慢挡超越离合器为外星轮超越离合器,慢挡超越离合齿圈内圆嵌有楔块的凹槽,慢挡超越离合滚柱的弹簧紧靠楔块;
左慢挡轴承托环和右慢挡轴承托环以T形端面向内的方式分别设置于慢挡超越离合器内圈的内圈环形凸台、慢挡超越离合滚柱和慢挡超越离合齿圈左右两侧,慢挡超越离合齿圈、左慢挡轴承托环和右慢挡轴承托环分别设置径向位置相对的销孔,销孔内插入固定销;
左慢挡轴承托环和右慢挡轴承托环内圆与慢挡超越离合器内圈外圆之间位于内圈环形凸台左右两侧分别设置左慢挡变速滚柱和右慢挡变速滚柱;
进一步,所述螺旋凸轮槽为六个在凸轮轴的圆周上均布,横截面为矩形;
进一步,所述动力设备为外转子电机,包括转子和定子,所述定子相对于箱体固定设置,转子与主动轴相对固定设置;
进一步,所述箱体与左轮毂架固定连接,刹车装置设置有外部支架,外部支架与右轮毂架固定连接,凸轮轴伸出箱体部分与车轮固定配合,并与刹车装置的外部支架内圆转动配合;
进一步,所述车轮内圈与凸轮轴外圆之间、电机转子与主动轴之间均通过花键或平健啮合;主动传动齿轮与主动轴之间,从动齿轮与传动套之间,从动传动套与慢挡超越离合器内圈之间,一级变速齿轮以及传动棘轮与变速齿轮轴之间均通过花键啮合;传动套与主动离合齿圈分别设置有位置相对的柱销孔,二者之间通过径向传动柱销连接;
进一步,所述传动套左端通过第二径向轴承与凸轮轴转动配合,右端与从动传动套外圆周之间通过第七径向轴承转动配合;齿轮支撑套与从动传动套右侧花键外圆通过第八径向轴承转动配合;所述传动轴左右两端外圆别通过第一径向轴承和第五径向轴承与箱体左右端面配合;变速齿轮轴左右两端外圆与箱体之间通过第三径向轴承和第四径向轴承配合;刹车装置支架内圆与凸轮轴右端通过第六径向轴承配合;主动轴两端分别通过第八径向轴承和第九径向轴承配合;凸轮轴上位于慢挡超越离合器右侧轴向固定设置定位块,慢挡超越离合器内圈与定位块之间设置平面轴承。
本发明的有益效果是:本发明的侧挂离合片式自适应两挡自动变速轮毂能根据行驶阻力检测驱动扭矩—转速以及行驶阻力—车速信号,使动力装置输出功率与车辆行驶状况始终处于最佳匹配状态,实现车辆驱动力矩与综合行驶阻力的平衡控制;能够在不切断驱动力的情况下自适应随行驶阻力变化自动进行换挡变速,不但有利于车辆和机械动力设备高效节能,还能控制车辆减少排放,大大提高车辆的动力性、经济性、驾驶安全性和舒适性;采用锥盘式自适应两挡自动变速器,结构简单紧凑,体积小,节约制造成本;由于能够在不切断驱动力的情况下自适应随行驶阻力变化自动进行换挡变速,可以满足山区、丘陵和重负荷条件下使用,使动力装置负荷变化平缓,机动车辆运行平稳,提高安全性;本发明的变速器体积小、重量轻、结构紧凑,适合于轮毂处安装,较适合电动自行车体积小轻便的特点。
具体实施方式
图1为本发明的轴向剖面结构示意图,如图所示:本实施例的传动轴1工作时由左向右看逆时针旋转,电机为外转子电机。
侧挂离合片式自适应两挡自动变速轮毂,包括左轮毂架22、右轮毂架18、箱体14、电机、传动轴1、车轮20和设置在传动轴上的刹车装置23,车轮20内圈与凸轮轴1外圆之间通过花键固定配合,左轮毂架22和右轮毂架18与箱体14通过固定螺栓固定连接;箱体14与左轮毂架22固定连接,刹车装置23设置有外部支架,外部支架与右轮毂架18通过花键固定连接,凸轮轴1伸出箱体14部分与车轮20通过花键固定配合,并与刹车装置23的外部支架内圆通过第六径向轴承24转动配合;传动轴1设置在箱体14内,左右两端外圆别通过第一径向轴承3和第五径向轴承25与箱体14左端面2和右端面2a转动配合,传动轴1的一部分伸出箱体14与车轮20通过花键固定配合,左轮毂架22和右轮毂架18分列车轮20左右两侧,还包括设置在箱体14内的主动轴40和变速齿轮轴15,主动轴40两端分别通过第八径向轴承41和第九径向轴承42与箱体14转动配合;主动轴40和变速齿轮轴15与传动轴1平行设置,外转子电机包括转子13和定子12,定子12相对于箱体14固定设置,转子13与主动轴40通过平键相对固定配合,主动轴40上通过花键相对固定设置主动传动齿轮11;变速齿轮轴15上设置齿轮变速机构,传动轴1上设置离合片式自适应两挡自动变速总成;
a.齿轮变速机构包括变速齿轮轴15、设置在变速齿轮轴15上的一级变速齿轮17和二级变速齿轮19,二级变速齿轮19公称直径小于一级变速齿轮17;所述一级变速齿轮17和二级变速齿轮19之间通过离合传动装置39进行传动,所述变速齿轮轴15左右两端外圆与箱体14之间通过第三径向轴承16和第四径向轴承21转动配合;
离合传动装置39包括压紧弹簧43、传动棘轮44、分离拨叉45、拨叉轴46、回位扭簧47和与二级变速齿轮19制成一体设置在左端面上的从动棘轮19a,一级变速齿轮17径向通过花键固定配合套在变速齿轮轴15上,二级变速齿轮19间隙配合配合套在变速齿轮轴15上,二级变速齿轮19公称直径小于一级变速齿轮17;传动棘轮44通过花键径向固定配合套在变速齿轮轴15上,左侧在压紧弹簧43的作用下与从动棘轮19a啮合,压紧弹簧43左端紧靠一级变速齿轮17;传动棘轮44外圆周设置周向环槽44a,分离拨叉45一端伸入从径向周向环槽44a,另一端与拨叉轴46固定配合,拨叉轴46可相对箱体转动并垂直于变速齿轮轴15,回位扭簧47设置在变速齿轮轴15上作用于分离拨叉45使其做分离动作后回位;箱体14上固定设置防止分离拨叉45与周向环槽44a摩擦的限位块48,限位块48设置于分离拨叉45右侧,与箱体14一体制造,阻止分离拨叉45在回位扭簧47的作用下与周向环槽44a摩擦。
b.离合片式自适应两挡自动变速总成包括变速弹簧离合片式自适应离合器和慢挡超越离合器;
I.变速弹簧离合片式自适应离合器包括变速弹簧离合片式自适应离合器包括与一级变速齿轮17啮合的主动离合齿圈34、六片主动摩擦片51,从动传动套36、六片与主动摩擦片构成摩擦副的从动摩擦片52、传动轴1和变速弹簧5;
传动轴1为外圆周上均布加工有六个横截面为矩形的螺旋凸轮槽1a的凸轮轴,螺旋凸轮槽1a的展开方向从左向右看与凸轮轴1旋转方向相反,为顺时针方向展开;从动传动套36圆周上均布加工有六个径向通孔36a,从动传动套36间隙配合套在凸轮轴1外圆周,柱销35通过径向通孔36a插入凸轮轴1的螺旋凸轮槽1a;主动离合齿圈34套在从动传动套36外圆周通过径向轴承9与其转动配合,主动离合齿圈34和从动传动套36的右端面分别加工有轴向花键槽,主动摩擦片51通过外圆周加工的花键槽与主动离合齿圈34相配合,从动摩擦片52通过内圆周加工的花键槽与从动传动套36相配合,主动摩擦片51和从动摩擦片52互相间隔交错安装,在变速弹簧5作用下紧密贴合;主动离合齿圈34右端部通过齿轮支撑套54与从动传动套36右侧花键外圆通过第八径向轴承53转动配合;
主动轴40的主动传动齿轮11通过动力传递装置8与主动离合齿圈34相对固定连接;
动力传递装置8包括传动套7和与主动传动齿轮11啮合的从动齿轮6,传动套7左端内圆通过第二径向轴承4与凸轮轴1转动配合,右端内圆与从动传动套36外圆周之间通过第七径向轴承9转动配合;其转动配合,从动齿轮6与传动套7左端通过花键相对固定配合,传动套7右侧和主动离合齿圈34左侧分别设置有位置相对的柱销孔,二者之间通过径向传动柱销49连接;蝶簧组5位于传动套7与凸轮轴1之间形成的空腔内,右端面紧靠从动传动套36左端面,左端面紧靠旋在凸轮轴1上的定位螺母37上。
II.慢挡超越离合器与变速弹簧锥盘式自适应离合器并列设置,包括与二级变速齿轮19啮合的慢挡超越离合齿圈31、与慢挡超越离合齿圈31保持超越啮合接触状态的慢挡超越离合滚柱30和慢挡超越离合器内圈28;
慢挡超越离合器内圈28间隙配合套在凸轮轴1外圆周,外锥面传动套36与慢挡超越离合器内圈28通过花键径向固定配合;
慢挡超越离合器还包括轴向截面为T形的左慢挡轴承托环32和右慢挡轴承托环29;慢挡超越离合器内圈28外圆周设置慢挡内圈环形凸台28a,内圈环形凸台28a外圆顶住慢挡超越离合滚柱30;慢挡超越离合器为外星轮超越离合器,慢挡超越离合齿圈31内圆嵌有楔块55的凹槽,慢挡超越离合滚柱30的弹簧紧靠楔块55;
左慢挡轴承托环32和右慢挡轴承托环29以T形端面向内的方式分别设置于慢挡超越离合器内圈28的内圈环形凸台28a、慢挡超越离合滚柱30和慢挡超越离合齿圈31左右两侧,慢挡超越离合齿圈31、左慢挡轴承托环32和右慢挡轴承托环29分别设置径向位置相对的销孔,销孔内插入固定销56;
左慢挡轴承托环32和右慢挡轴承托环29内圆与慢挡超越离合器内圈28外圆之间位于内圈环形凸台28a左右两侧分别设置左慢挡变速滚柱33和右慢挡变速滚柱27;
凸轮轴1上位于慢挡超越离合器右侧轴向固定设置定位块38,慢挡超越离合器内圈28与定位块38之间设置平面轴承26。
本实施例中,第二径向轴承4为滑动含油轴承,第一径向轴承3、第三径向轴承16、第四径向轴承21、第五径向轴承25、第六径向轴承24、第七径向轴承9、第八径向轴承41和第九径向轴承42均为滚动轴承,平面轴承26为平面滚动轴承。
本实施例的快挡动力传递路线:
电机转子13→主动轴40→主动传动齿轮11→从动齿轮6→传动套7→主动离合齿圈34→主动摩擦片51→从动摩擦片52→从动传动套36→柱销35→凸轮轴1→车轮20。
慢挡动力传递路线:
电机转子13→主动轴40→主动传动齿轮11→从动齿轮6→传动套7→主动离合齿圈34→一级变速齿轮17→变速齿轮轴15→传动棘轮44→从动棘轮19a→二级变速齿轮19→慢挡超越离合齿圈31→慢挡超越离合滚柱30→慢挡超越离合器内圈28→从动传动套36→柱销35→凸轮轴1→车轮20。
本发明的快挡传递阻力传递路线:
车轮20→凸轮轴1→螺旋凸轮槽1a→柱销35→从动传动套36→从动摩擦片52→主动摩擦片51→主动离合齿圈34→传动套7→从动齿轮6→主动传动齿轮11→主动轴40→电机转子13。
慢挡传递阻力传递路线:
车轮20→凸轮轴1→螺旋凸轮槽1a→柱销35→从动传动套36→慢挡超越离合器内圈28→慢挡超越离合滚柱30→慢挡超越离合器内圈28→慢挡超越离合滚柱30→慢挡超越离合齿圈31→二级变速齿轮19→从动棘轮19a→传动棘轮44→变速齿轮轴15→一级变速齿轮17→主动离合齿圈34→传动套7→从动齿轮6→主动传动齿轮11→主动轴40→电机转子13
同时,阻力还经过下列路线:车轮20→凸轮轴1→螺旋凸轮槽1a→柱销35→从动传动套36→压缩蝶簧组5。
本变速器在运行时,蝶簧组5使从动传动套36沿着凸轮轴1轴向向右直线运动,从动摩擦片52和主动摩擦片51紧密贴合,此时,根据快挡动力传递路线电机转子带动和车轮20行进。此时慢挡超越离合器处于超越状态。
机动车启动时阻力大于驱动力,阻力迫使凸轮轴1向与行进方向相反转动,螺旋凸轮槽1a迫使柱销35向左移动,带动从动传动套36向左移动,从动摩擦片52和主动摩擦片51分离,同步,慢挡超越离合器啮合传动,根据慢动力传递路线电机转子带动和车轮20行进。
因此,自动实现了低速挡起动,缩短了起动时间,减少了起动力。与此同时,阻力通过从动传动套36压缩蝶簧组5,吸收运动阻力矩能量,为恢复快挡挡位传递动力蓄备势能。
启动成功后,行驶阻力减少,当分力减少到小于变速蝶簧组5所产生的变速蝶簧自动变速机构中压力时,因被运动阻力压缩而产生蝶簧组5压力迅速释放推动下,完成从动摩擦片52和主动摩擦片51恢复紧密贴合状态,快挡行驶,慢挡超越离合器处于超越状态。
行驶过程中,随着运动阻力的变化自动换挡原理同上,在不需要剪断驱动力的情况下实现变挡,使整个机车运行平稳,安全低耗。
图2为图1沿A-A向剖视图,即主动离合齿圈34与一级变速齿轮17的啮合结构图,如图所示:箱体14内:一级变速齿轮17与变速齿轮轴15通过花键径向固定配合,并与主动离合齿圈34啮合,主动离合齿圈34套在从动传动套36外圆周通过径向轴承9与其转动配合。
图3为图1沿B-B向剖视图;为慢挡超越离合器与二级变速齿轮19啮合结构图,如图所示:二级变速齿轮19与变速齿轮轴1通过花键径向固定配合,并与慢挡超越离合齿圈31啮合,挡超越离合器为外星轮超越离合器,包括慢挡超越离合齿圈31、与慢挡超越离合齿圈31保持超越啮合接触状态的慢挡超越离合滚柱30和慢挡超越离合器内圈28;慢挡超越离合器内圈28间隙配合套在凸轮轴1外圆,慢挡超越离合器内圈28外圆周设置慢挡内圈环形凸台28a,内圈环形凸台28a外圆顶住慢挡超越离合滚柱30。
图4为图1沿C-C向剖视图,为离合传动装置结构示意图,如图所示:结合图1,离合传动装置39包括压紧弹簧43、传动棘轮44、分离拨叉45、拨叉轴46和回位扭簧47;传动棘轮44通过花键径向固定配合套在变速齿轮轴15上,左侧在压紧弹簧43的作用下与从动棘轮19a啮合,压紧弹簧43左端紧靠一级变速齿轮17;传动棘轮44外圆周设置周向环槽44a,分离拨叉45一端伸入从径向周向环槽44a,另一端与拨叉轴46固定配合,拨叉轴46可相对箱体转动并垂直于变速齿轮轴15,回位扭簧47设置在变速齿轮轴15上作用于分离拨叉45使其做分离动作后回位;箱体14上固定设置防止分离拨叉45与周向环槽44a摩擦的限位块48,限位块48设置于分离拨叉45右侧,与箱体14一体制造,阻止分离拨叉45在回位扭簧47的作用下与周向环槽44a摩擦。
图5为图1沿E-E向剖视图,如图所示:凸轮轴1外圆周上均布加工有六个横截面为矩形的螺旋凸轮槽1a,从动传动套36圆周上均布加工有六个径向通孔36a,从动传动套36间隙配合套在凸轮轴1外圆周,柱销35通过径向通孔36a插入凸轮轴1的螺旋凸轮槽1a;主动离合齿圈34套在从动传动套36外圆周通过第七径向轴承9与其转动配合。
图6为图1沿F-F向剖视图,如图所示:从动传动套36间隙配合套在凸轮轴1外圆周,主动离合齿圈34和从动传动套36的右端面分别加工有轴向花键槽,主动摩擦片51通过外圆周加工的花键槽与主动离合齿圈34相配合,从动摩擦片52通过内圆周加工的花键槽与从动传动套36相配合,主动摩擦片51和从动摩擦片52互相间隔交错安装,构成摩擦副。
图7为本发明凸轮轴结构示意图,图8为图7沿D-D向剖视图,如图所示:传动轴1为外圆周上均布加工有六个横截面为矩形的螺旋凸轮槽1a的凸轮轴,螺旋凸轮槽1a的展开方向从左向右看与凸轮轴1旋转方向相反,为顺时针方向展开。
图9为本发明传动棘轮结构示意图,如图所示:传动棘轮44内圆设置花键,左侧端面设置花键,外圆周设置周向环槽44a。
图10为本发明二级变速齿轮结构示意图,如图所示:从动棘轮19a与二级变速齿轮19制成一体,设置在二级变速齿轮19的左端面上。
图11为本发明主动离合齿圈结构示意图,如图所示:结合图6,主动离合齿圈34右端面加工有与主动摩擦片51外圆周加工的花键槽相配合的轴向花键槽。
图12为本发明从动传动套结构示意图,如图所示:结合图6,从动传动套圆周上均布加工有六个径向通孔36a,从动传动套36的右端面加工有与从动摩擦片52内圆周加工的花键槽相配合的轴向花键槽。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。