CN101649895A - 混合式无级变速传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种混合式无级变速传动装置，该装置由无级变速器和前/后行星齿轮组构成。其中，无级变速器的输出与前行星齿轮组中的第二输入元件相连接，前行星齿轮组的输出元件与后行星齿轮组中的第二输入元件相连接，输入轴同时与无级变速器和前行星齿轮组中的第一输入元件相连接，并通过离合器与后行星齿轮组中的第一输入元件相连接，输出轴与后行星齿轮组中的输出元件相连接，后行星齿轮组中任意两个元件通过离合器相连接。本发明通过前/后行星齿轮组的转换，对无级变速器输出与输入动力的混合变速，改善了现有CVT无级变速器的输出方式，提高了变速器输出的最大扭矩及效率，扩宽了变速范围。本发明可用于各种车辆、机械等传动领域。

Description

混合式无级变速传动装置
技术领域
本发明涉及一种汽车变速器传动装置，具体是一种混合式无级变速传动装置。
背景技术
在最近的十几年中，CVT(ContinuouslyVariableTrans-mission)无级变速器技术已经取得很大的进步，目前被广泛应用在小功率汽车领域，使得CVT无级变速器比有着超过100年历史的MT机械变速器和有着超过50年历史的AT自动变速器更有竞争力。
CVT无级变速器与有级式变速器的区别在于，它的变速比不是间断的点，而是一系列连续的值。CVT无级变速器结构比传统变速器简单，体积小，它既没有手动变速器的众多齿轮副，也没有自动变速器复杂的行星齿轮组，它主要靠两个可变径的主、从动轮和金属带来实现速比的无级变化，传动效率高、变速范围较宽，可以在相当宽的范围内实现无级变速，从而获得传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性。由于CVT无级变速器的速比变化是连续不断的，所以汽车在加速或减速过程非常平缓，而且驾驶非常简单，近几年被广泛应用在小功率汽车领域。
但是，由于受到金属带材料和技术的限制，CVT无级变速器的最大传动扭矩目前还处于一个较低的瓶颈阶段，使其应用范围受到了一定限制，致使大多数CVT无级变速器配备了液力变矩器来增加传动比。众所周知，液力变矩器传动效率低、结构复杂，成本高，当前被广泛应用在汽车变速器上，实为该领域技术的一种无耐之举。
因此，尽管传统的齿轮变速箱并不理想，但其以结构简单、效率高、功率大三大显著优点依然占领着汽车变速箱的主流。虽然CVT无级变速器让各大汽车厂商对其表现出了极大的热情，在传动扭矩上有了很大进步。可是，目前CVT无级变速器所用到的传动金属带受到的加压应力已到了高强度材料许可应力的极限，这也正是目前所有类型CVT无级变速器功率均无法再增大的根本制约因素。
故此，要想突破CVT无级变速器功率/效率障碍，采用新方法进行技术革新才是根本出路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合式无级变速传动装置，改变现有CVT无级变速器的动力输出方式，使现有CVT无级变速器在保持原优点的基础上减少变速比，扩宽变速范围，提高传动扭矩。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种混合式无级变速传动装置，包括：
用于变速的无级变速器；
用于混合变速的前行星齿轮组和后行星齿轮组；
在后行星齿轮组中的两个离合器；
用于动力连接的输入轴和输出轴；
其特征在于：
所述无级变速器是由一个金属带式无级变速器构成。其中，有两个可变径的V形主动带轮和从动带轮，在两个带轮之间通过V形金属带相连接，主动带轮与所述输入轴持续地连接，从动带轮作为输出元件与从动轴持续地连接；输出元件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件之间通过三个齿轮连接。其中，从动轴与输出齿轮持续地连接，输出齿轮与从动齿轮之间通过一个中间齿轮相齿合，从动齿轮通过连接件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件持续地连接、并套设于所述输入轴上；
所述前行星齿轮组和所述后行星齿轮组均为单排行星齿轮机构，每个行星齿轮组均有相同的三个基本元件：太阳齿轮、齿圈和行星架，在行星架上可旋转的安装有多个行星齿轮，多个行星齿轮与齿圈和太阳齿轮相齿合；
所述前行星齿轮组中，行星架作为第一输入元件，齿圈作为第二输入元件，太阳齿轮作为输出元件。其中，行星架与输入轴持续地连接，齿圈通过连接件与从动齿轮持续地连接，太阳齿轮通过连接件与后行星齿轮组中的齿圈持续地连接；
所述后行星齿轮组中，行星架作为第一输入元件，齿圈作为第二输入元件，太阳齿轮作为输出元件。其中，行星架分别通过离合器与齿圈和所述前行星齿轮组中的行星架相连接，齿圈通过连接件与所述前行星齿轮组中的太阳齿轮持续地连接，太阳齿轮与输出轴持续地连接。
优选地：所述前行星齿轮组和所述后行星齿轮组中，太阳齿轮还可以作为第二输入元件，齿圈作为输出元件。其中，在所述前行星齿轮组中，行星架与输入轴持续地连接，太阳齿轮通过连接件与从动齿轮持续地连接，齿圈通过连接件与后行星齿轮组中的太阳齿轮持续地连接；在所述后行星齿轮组中，行星架分别通过离合器与齿圈和所述前行星齿轮组中的行星架相连接，太阳齿轮通过连接件与前行星齿轮组中的齿圈持续地连接，齿圈与输出轴持续地连接。
优选地：所述无级变速器中，输出元件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件之间还可以通过同步带连接。其中，从动轴与输出齿轮持续地连接，输出齿轮与从动齿轮之间通过同步带相连接，从动齿轮通过连接件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件持续地连接、并套设于所述输入轴上。
优选地：所述无级变速器中，输出元件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件之间还可以通过传动链条连接。其中，从动轴与输出链轮持续地连接，输出链轮与从动链轮之间通过传动链条相连接，从动链轮通过连接件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件持续地连接、并套设于所述输入轴上。
优选地：所述无级变速器中，输出元件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件之间还可以通过两个齿轮连接。其中，从动轴与输出齿轮持续地连接，输出齿轮与从动齿轮之间相齿合，从动齿轮通过连接件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件持续地连接、并套设于所述输入轴上。并且，在所述前行星齿轮组中的行星架上可旋转的安装有多个外行星齿轮和内行星齿轮，多个外行星齿轮与多个内行星齿轮和齿圈相齿合，多个内行星齿轮与太阳齿轮相齿合。
优选地：所述无级变速器还可以是一个滚轮式无级变速器。其中，主动盘与所述输入轴持续地连接，从动盘通过连接件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件持续地连接、并套设于所述输入轴上。
优选地：所述后行星齿轮组中，行星架还可以通过离合器与所述输入轴相连接。
优选地：所述后行星齿轮组中，还可以在行星架、齿圈和太阳齿轮中选择任意两个通过离合器相连接。
相比现有技术，本发明的有益效果是：
本发明通过前/后行星齿轮组的转换，对无级变速器输出与输入动力的混合变速，改善了现有CVT无级变速器的输出方式，提高了变速器输出的最大扭矩及传动效率，扩宽了变速范围。本发明可用于各种车辆、机械等传动领域。
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是本发明实施例二的结构示意图。
图3是本发明实施例三的结构示意图。
图4是本发明实施例四的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种混合式无级变速传动装置。包括：无级变速器，前行星齿轮组和后行星齿轮组，在后行星齿轮组中的两个离合器，输入轴和输出轴。
本发明的实施例一参看图1。
附图1是本发明混合式无级变速传动装置实施例一的结构示意图。
无级变速器102由一个金属带式无级变速器构成。其中，主动带轮1与输入轴101持续地连接，从动带轮4与从动轴3持续地连接，主动带轮1与从动带轮4之间通过V形金属带2相连接，从动轴3与输出齿轮5持续地连接，从动齿轮7通过连接件8与前行星齿轮组103中的齿圈9持续地连接、并套设于输入轴101上，输出齿轮5与从动齿轮7之间通过中间齿轮6相齿合。
在前行星齿轮组103中，行星架11上可旋转的安装有多个行星齿轮10，多个行星齿轮10与齿圈9和太阳齿轮12相齿合。行星架11作为第一输入元件，齿圈9作为第二输入元件，太阳齿轮12作为输出元件。其中，行星架11与输入轴101和连接件13持续地连接，齿圈9通过连接件8与从动齿轮7持续地连接，太阳齿轮12通过连接件14与后行星齿轮组107中的齿圈15持续地连接。
在后行星齿轮组106中，行星架18上可旋转的安装有多个行星齿轮16，多个行星齿轮16与齿圈15和太阳齿轮17相齿合。行星架18作为第一输入元件，齿圈15作为第二输入元件，太阳齿轮17作为输出元件。其中，行星架18与连接件19持续地连接，连接件19分别通过离合器104和离合器105与连接件13和连接件14相连接，齿圈15通过连接件14与前行星齿轮组103中的太阳齿轮12持续地连接，太阳齿轮17与输出轴107持续地连接。
其中，发动机的动力与输入轴101相连接，输出轴107与主减速器(或差速器)相连接。
具体工作方式：
如上所述，例如，在前行星齿轮组103中，设齿圈9被固定时，其行星架11与太阳齿轮12的传动比值3为n1，则当行星架11被固定时，其太阳齿轮12与齿圈9的传动比值-2设为n2；在后行星齿轮组106中，设齿圈15被固定时，其行星架18与太阳齿轮17的传动比值3为n3，则当行星架18被固定时，其太阳齿轮17与齿圈15的传动比值-2设为n4，设无级变速器102输出给齿圈9的传动比值为n5。当离合器104和离合器105均处于分离状态时，混合式无级变速传动装置无动力输出。当离合器104处于分离状态，离合器105处于接合状态时，混合式无级变速传动装置的输出传动比值＝1÷(n1+n5×n2)。由此得知，当无级变速器102输出给齿圈9的传动比由1.5至2之间无级的变化时，混合式无级变速传动装置的输出传动比则由0至-1之间无级的变化；当无级变速器102输出给齿圈9的传动比由1.5至1之间无级的变化时，混合式无级变速传动装置的输出传动比则由0至1之间无级的变化。当离合器104处于接合状态，离合器105处于分离状态时，混合式无级变速传动装置的输出传动比值＝1÷〔n3+(n1+n5×n2)×n4〕。由此得知，当无级变速器102输出给齿圈9的传动比由1至2之间无级的变化时，混合式无级变速传动装置的输出传动比则由1至0.2之间无级的变化。
从以上实例中可得知，混合式无级变速传动装置有两种输出状态，一种是反向输出，传动比由0至-1之间；另一种是正向输出，传动比由0至1、再由1至0.2之间；给车辆的前进档及倒档行驶提供了非常宽的变速范围。
本发明的实施例二参看图2。
附图2是本发明混合式无级变速传动装置实施例二的结构示意图。
无级变速器102由一个金属带式无级变速器构成。其中，主动带轮1与输入轴101持续地连接，从动带轮4与从动轴3持续地连接，主动带轮1与从动带轮4之间通过V形金属带2相连接，从动轴3与输出齿轮5持续地连接，从动齿轮7通过连接件8与前行星齿轮组103中的太阳齿轮12持续地连接、并套设于输入轴101上，输出齿轮5与从动齿轮7之间通过中间齿轮6相齿合。
在前行星齿轮组103中，行星架11上可旋转的安装有多个行星齿轮10，多个行星齿轮10与齿圈9和太阳齿轮12相齿合。行星架11作为第一输入元件，太阳齿轮12作为第二输入元件，齿圈9作为输出元件。其中，行星架11与输入轴101和连接件13持续地连接，太阳齿轮12通过连接件8与从动齿轮7持续地连接，齿圈9通过连接件14与后行星齿轮组106中的太阳齿轮17持续地连接。
在后行星齿轮组106中，行星架18上可旋转的安装有多个行星齿轮16，多个行星齿轮16与齿圈15和太阳齿轮17相齿合。行星架18作为第一输入元件，太阳齿轮17作为第二输入元件，齿圈15作为输出元件。其中，行星架18与连接件19持续地连接，连接件19分别通过离合器104和离合器105与连接件13和连接件14相连接，太阳齿轮17通过连接件14与前行星齿轮组103中的齿圈9持续地连接，齿圈15与输出轴107持续地连接。
其中，发动机的动力与输入轴101相连接，输出轴107与主减速器(或差速器)相连接。
具体工作方式：
如上所述，例如，在前行星齿轮组103中，设太阳齿轮12被固定时，其行星架11与齿圈9的传动比值1.5为n1，则行星架11被固定时，其齿圈9与太阳齿轮12的传动比值-0.5设为n2；在后行星齿轮组106中，设齿圈15被固定时，其行星架18与太阳齿轮17的传动比值1.5为n3，则当行星架18被固定时，其太阳齿轮17与齿圈15的传动比值-0.5设为n4，设无级变速器102输出给太阳齿轮12的传动比值为n5。当离合器104和离合器105均处于分离状态时，混合式无级变速传动装置无动力输出。当离合器104处于分离状态，离合器105处于接合状态时，混合式无级变速传动装置的输出传动比值＝1÷(n1+n5×n2)。由此得知，当无级变速器102输出给太阳齿轮12的传动比由3至4之间无级的变化时，混合式无级变速传动装置的输出传动比则由0至-1之间无级的变化；当无级变速器102输出给太阳齿轮12的传动比由3至1之间无级的变化时，混合式无级变速传动装置的输出传动比则由0至1之间无级的变化。当离合器104处于接合状态，离合器105处于分离状态时，混合式无级变速传动装置的输出传动比值＝1÷〔n3+(n1+n5×n2)×n4〕。由此得知，当无级变速器102输出给太阳齿轮12的传动比由1至4之间无级的变化时，混合式无级变速传动装置的输出传动比则由1至0.6之间无级的变化。
从以上实例中可得知，混合式无级变速传动装置有两种输出状态，一种是反向输出，传动比由0至-1之间；另一种是正向输出，传动比由0至1、再由1至0.6之间，给车辆的前进档及倒档行驶提供了非常宽的变速范围。
上述实施例一和实施例二的结构。其中，在无级变速器中，无级变速器的输出与所述前行星齿轮组中的第二输入元件之间还可以通过同步带连接，由从动轴与输出齿轮持续地连接，输出齿轮与从动齿轮之间通过同步带相连接，从动齿轮通过连接件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件持续地连接、并套设于所述输入轴上。此实施方案一般的技术人员即可轻易实现，这里不做进一步说明。
上述实施例一和实施例二的结构。其中，在无级变速器中，无级变速器的输出与所述前行星齿轮组中的第二输入元件之间还可以通过传动链条连接，由从动轴与输出链轮持续地连接，输出链轮与从动链轮之间通过传动链条相连接，从动链轮通过连接件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件持续地连接、并套设于所述输入轴上。此实施方案一般的技术人员即可轻易实现，这里不做进一步说明。
本发明的实施例三参看图3。
附图3是本发明混合式无级变速传动装置实施例三的结构示意图。
无级变速器102由一个金属带式无级变速器构成。其中，主动带轮1与输入轴101持续地连接，从动带轮4与从动轴3持续地连接，主动带轮1与从动带轮4之间通过V形金属带2相连接，从动轴3与输出齿轮5持续地连接，从动齿轮7通过连接件8与前行星齿轮组103中的齿圈9持续地连接、并套设于输入轴101上，输出齿轮5与从动齿轮7之间相齿合。
在前行星齿轮组103中，行星架11上可旋转的安装有多个外行星齿轮20和内行星齿轮10，多个外行星齿轮20与多个内行星齿轮10和齿圈9相齿合，多个内行星齿轮10与太阳齿轮12相齿合。行星架11作为第一输入元件，齿圈9作为第二输入元件，太阳齿轮12作为输出元件。其中，行星架11与输入轴101和连接件13持续地连接，齿圈9通过连接件8与从动齿轮7持续地连接，太阳齿轮12通过连接件14与后行星齿轮组107中的齿圈15持续地连接。
在后行星齿轮组106中，行星架18上可旋转的安装有多个行星齿轮16，多个行星齿轮16与齿圈15和太阳齿轮17相齿合。行星架18作为第一输入元件，齿圈15作为第二输入元件，太阳齿轮17作为输出元件。其中，行星架18与连接件19持续地连接，连接件19分别通过离合器104和离合器105与连接件13和连接件14相连接，齿圈15通过连接件14与前行星齿轮组103中的太阳齿轮12持续地连接，太阳齿轮17与输出轴107持续地连接。
其中，发动机的动力与输入轴101相连接，输出轴107与主减速器(或差速器)相连接。
具体工作方式：与本发明混合式无级变速传动装置实施例一中的工作方式相同，这里不做进一步说明。
本发明的实施例四参看图4。
附图4是本发明混合式无级变速传动装置实施例四的结构示意图。
无级变速器102由一个滚轮式无级变速器构成。其中，主动盘1与输入轴101持续地连接，从动盘3与前行星齿轮组103中的齿圈9持续地连接、并套设于输入轴101上，主动盘1与从动盘3之间通过滚压轮2相连接。
在前行星齿轮组103中，行星架11上可旋转的安装有多个外行星齿轮20和内行星齿轮10，多个外行星齿轮20与多个内行星齿轮10和齿圈9相齿合，多个内行星齿轮10与太阳齿轮12相齿合。行星架11作为第一输入元件，齿圈9作为第二输入元件，太阳齿轮12作为输出元件。其中，行星架11与输入轴101和连接件13持续地连接，齿圈9通过连接件8与无级变速器102中的从动盘3持续地连接，太阳齿轮12通过连接件14与后行星齿轮组107中的齿圈15持续地连接。
在后行星齿轮组106中，行星架18上可旋转的安装有多个行星齿轮16，多个行星齿轮16与齿圈15和太阳齿轮17相齿合。行星架18作为第一输入元件，齿圈15作为第二输入元件，太阳齿轮17作为输出元件。其中，行星架18与连接件19持续地连接，连接件19分别通过离合器104和离合器105与连接件13和连接件14相连接，齿圈15通过连接件14与前行星齿轮组103中的太阳齿轮12持续地连接，太阳齿轮17与输出轴107持续地连接。
其中，发动机的动力与输入轴101相连接，输出轴107与主减速器(或差速器)相连接。
具体工作方式：与本发明混合式无级变速传动装置实施例一中的工作方式相同，这里不做进一步说明。
上述机构，其中，所述后行星齿轮组中，行星架还可以通过离合器104与所述输入轴相连接。
其中，所述后行星齿轮组中，还可以在行星架、齿圈和太阳齿轮中选择任意两个通过离合器105相连接。

Claims (8)

1、一种混合式无级变速传动装置，包括：
用于变速的无级变速器；
用于混合变速的前行星齿轮组和后行星齿轮组；
在后行星齿轮组中的两个离合器；
用于动力连接的输入轴和输出轴；
其特征在于：
所述无级变速器是由一个金属带式无级变速器构成。其中，有两个可变径的V形主动带轮和从动带轮，在两个带轮之间通过V形金属带相连接，主动带轮与所述输入轴持续地连接，从动带轮作为输出元件与从动轴持续地连接；输出元件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件之间通过三个齿轮连接，其中，从动轴与输出齿轮持续地连接，输出齿轮与从动齿轮之间通过一个中间齿轮相齿合，从动齿轮通过连接件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件持续地连接、并套设于所述输入轴上；
所述前行星齿轮组和所述后行星齿轮组均为单排行星齿轮机构，每个行星齿轮组均有相同的三个基本元件：太阳齿轮、齿圈和行星架，在行星架上可旋转的安装有多个行星齿轮，多个行星齿轮与齿圈和太阳齿轮相齿合；
所述前行星齿轮组中，行星架作为第一输入元件，齿圈作为第二输入元件，太阳齿轮作为输出元件。其中，行星架与输入轴持续地连接，齿圈通过连接件与从动齿轮持续地连接，太阳齿轮通过连接件与后行星齿轮组中的齿圈持续地连接；
所述后行星齿轮组中，行星架作为第一输入元件，齿圈作为第二输入元件，太阳齿轮作为输出元件。其中，行星架分别通过离合器与齿圈和所述前行星齿轮组中的行星架相连接，齿圈通过连接件与所述前行星齿轮组中的太阳齿轮持续地连接，太阳齿轮与输出轴持续地连接。
2、根据权利要求1所述的混合式无级变速传动装置，其特征在于：所述前行星齿轮组和所述后行星齿轮组中，太阳齿轮还可以作为第二输入元件，齿圈作为输出元件。其中，在所述前行星齿轮组中，行星架与输入轴持续地连接，太阳齿轮通过连接件与从动齿轮持续地连接，齿圈通过连接件与后行星齿轮组中的太阳齿轮持续地连接；在所述后行星齿轮组中，行星架分别通过离合器与齿圈和所述前行星齿轮组中的行星架相连接，太阳齿轮通过连接件与前行星齿轮组中的齿圈持续地连接，齿圈与输出轴持续地连接。
3、根据权利要求1或2所述的混合式无级变速传动装置，其特征在于：所述无级变速器中，输出元件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件之间还可以通过同步带连接。其中，从动轴与输出齿轮持续地连接，输出齿轮与从动齿轮之间通过同步带相连接，从动齿轮通过连接件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件持续地连接、并套设于所述输入轴上。
4、根据权利要求1或2所述的混合式无级变速传动装置，其特征在于：所述无级变速器中，输出元件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件之间还可以通过传动链条连接。其中，从动轴与输出链轮持续地连接，输出链轮与从动链轮之间通过传动链条相连接，从动链轮通过连接件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件持续地连接、并套设于所述输入轴上。
5、根据权利要求1或2所述的混合式无级变速传动装置，其特征在于：所述无级变速器中，输出元件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件之间还可以通过两个齿轮连接。其中，从动轴与输出齿轮持续地连接，输出齿轮与从动齿轮之间相齿合，从动齿轮通过连接件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件持续地连接、并套设于所述输入轴上。并且，在所述前行星齿轮组中的行星架上可旋转的安装有多个外行星齿轮和内行星齿轮，多个外行星齿轮与多个内行星齿轮和齿圈相齿合，多个内行星齿轮与太阳齿轮相齿合。
6、根据权利要求5所述的混合式无级变速传动装置，其特征在于：所述无级变速器还可以由一个滚轮式无级变速器构成。其中，主动盘与所述输入轴持续地连接，从动盘通过连接件与所述前行星齿轮组中的第二输入元件持续地连接、并套设于所述输入轴上。
7、根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的混合式无级变速传动装置，其特征在于：所述后行星齿轮组中，行星架还可以通过离合器与所述输入轴相连接。
8、根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的混合式无级变速传动装置，其特征在于：所述后行星齿轮组中，还可以在行星架、齿圈和太阳齿轮中选择任意两个通过离合器相连接。
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