CN101769365B - 一种可直接换挡的行星齿轮变速箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可直接换挡的行星齿轮变速箱，输入端圆柱形主行星齿轮与输出端圆柱形主行星齿轮通过其相固接的连接转轴安装在行星转轴上，位于输入端的圆柱形主行星齿轮与位于输入端的圆柱形太阳齿轮相啮合，位于输出端的圆柱形主行星齿轮与位于输出端的圆柱形太阳齿轮相啮合，位于前半部传动机构的第m个行星传动模块单元其行星架通过单向离合器与位于后半部传动机构的第m+1行星传动模块单元的行星架相配合连接或者第m个行星传动模块单元行星架上固接的主动齿轮与第m+1行星传动模块单元行星架上固接的从动齿轮相啮合传动。本发明由相互独立的行星传动模块单元机构串联构成，可获得大传动比，可直接换挡，结构简单，制造成本低，易维护。

Description

一种可直接换挡的行星齿轮变速箱

技术领域

本发明涉及行星齿轮传动装置结构的改进，特别一种可直接换挡的行星齿轮变速箱。

背景技术

众所周知，普通的行星齿轮由太阳轮、行星轮、行星架以及内齿圈等元件构成，已广泛应用于汽车、纺织机械、矿山机械以及建筑工程机械、风力发电装置等作为减速器、增速器、换向机构或者是作为机动车的差速器，因其结构复杂，对换挡的条件也较高；为了充分利用内啮合承载能力高和内齿轮(即内齿圈)的空间容积，从而缩小了其径向尺寸、轴向尺寸，使机构紧凑而承载能力又很高。但是，内齿圈技工工艺中用插齿刀插齿的工艺是主要工序，最难控制的为公法线变动量容易超差，与普通的外啮合圆柱齿轮相比，内齿圈加工难度就较大、精度要求较高，加工制造困难，成本也较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可直接换挡的行星齿轮变速箱，它由相互独立的行星传动模块单元机构串联构成，可获得大传动比，可直接换挡，结构简单，制造成本低，易维护。

本发明的目的是这样实现的：一种可直接换挡的行星齿轮变速箱，包括变速箱壳体，转轴相平行的位于输入端的圆柱形的第一太阳齿轮与位于输出端的圆柱形的第二太阳齿轮构成太阳轮系，位于输入端的第一太阳齿轮通过圆柱形行星齿轮相配合传动位于输出端的第二太阳齿轮，圆柱形行星齿轮的公转轴线与第一太阳齿轮、第二太阳齿轮相平行，圆柱形行星齿轮安装在第一行星架上，第一行星架与第一太阳齿轮、第二太阳齿轮同轴安装，该圆柱形行星齿轮至少为一对由位于输入端的圆柱形主行星齿轮和位于输出端的圆柱形主行星齿轮构成，输入端圆柱形主行星齿轮与输出端圆柱形主行星齿轮通过其相固接的连接转轴安装在行星转轴上，位于输入端的圆柱形主行星齿轮与位于输入端的圆柱形的第一太阳齿轮相啮合，位于输出端的圆柱形主行星齿轮与位于输出端的圆柱形的第二太阳齿轮相啮合，以构成行星传动模块单元；n个上述行星传动模块单元组成传动机构，n为正整数，从输入端至输出端的方向，第1个行星传动模块单元与固接在变速箱内壁上的第一制动器相配合；由第1个行星传动模块单元至第m个行星传动模块单元组成前半部传动机构，m相应的正整数取值范围为m＜n，在该m个行星传动模块单元之间，从输入端至输出端的方向，位于前一个行星传动模块单元的第一行星架的输出端一侧通过单向离合器与后一个行星传动模块单元输入端一侧的第一行星架相配合串连连接；由第m+1个行星传动模块单元至第n个行星传动模块单元组成后半部传动机构，在该n-m个行星传动模块单元之间，从输入端至输出端的方向，位于前一个行星传动模块单元的第一行星架的输出端一侧通过单向离合器与后一个行星传动模块单元输入端一侧的第一行星架相配合串连连接；位于前半部传动机构的第m个行星传动模块单元其第一行星架通过单向离合器与位于后半部传动机构的第m+1行星传动模块单元的第一行星架相配合连接或者位于前半部传动机构的第m个行星传动模块单元其第一行星架上固接的主动齿轮与位于后半部传动机构的第m+1行星传动模块单元的第一行星架上固接的从动齿轮相啮合传动。

本发明由上述技术方案可得知，其优点在于可直接换挡：

一、(1)当处于一挡且没有发动机制动时，要进入二挡只需将二挡制动器制动；由二挡进三挡只需将三挡制动器制动，三挡制动器制动后二挡制动器可以分离，依此类推，由五挡进六挡时可以直接将六挡制动器制动就可以实现。在整个换挡过程中通常都只有一个制动器动作，不存在普通手动变速箱通过换挡拨叉推动齿轮啮合的机械动作或普通行星自动变速器通过多个离合器或制动器的切换实现换挡，换挡速度快；换挡过程中，不存在普通手动变速箱离合器分离动力输出中断的现象或普通行星自动变速器换挡时动力输出的短暂中断现象；可以跳跃升挡或减挡，例如，可以直接由一挡进入三挡，也可以曲六挡直接减到二挡。(2)当处于一挡且有发动机制动时，要进入二挡则需先将一挡发动机制动离合器分离，再将二挡制动器制动；由二挡进三挡只需将三挡制动器制动，三挡制动器制动后二挡制动器可以分离，依此类推，由五挡进六挡时可以直接将六挡制动器制动就可以实现。

二、模块化结构，设计制造简单，加工制造容易成本低，维护简便。

三、由制动器实现挡位的切换，制动器油路设计比离合器简单，而且更可靠。

因此，本发明由相互独立的行星传动模块单元机构串联构成，可获得大传动比，可直接换挡，结构简单，制造成本低，易维护。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例3的结构示意图；

图4为本发明实施例4的结构示意图。

具体实施方式

一种可直接换挡的行星齿轮变速箱，包括变速箱壳体，转轴相平行的位于输入端的圆柱形的第一太阳齿轮7与位于输出端的圆柱形的第二太阳齿轮8构成太阳轮系，位于输入端的第一太阳齿轮7通过圆柱形行星齿轮相配合传动位于输出端的第二太阳齿轮8，圆柱形行星齿轮的公转轴线与第一太阳齿轮7、第二太阳齿轮8相平行，圆柱形行星齿轮安装在第一行星架4上，第一行星架4与第一太阳齿轮7、第二太阳齿轮8同轴安装，该圆柱形行星齿轮至少为一对由位于输入端的圆柱形主行星齿轮5和位于输出端的圆柱形主行星齿轮6构成，输入端圆柱形主行星齿轮5与输出端圆柱形主行星齿轮6通过其相固接的连接转轴安装在行星转轴上，位于输入端的圆柱形主行星齿轮5与位于输入端的圆柱形的第一太阳齿轮7相啮合，位于输出端的圆柱形主行星齿轮6与位于输出端的圆柱形的第二太阳齿轮8相啮合，以构成行星传动模块单元；n个上述行星传动模块单元组成传动机构，n为正整数，从输入端至输出端的方向，第1个行星传动模块单元与固接在变速箱内壁17上的第一制动器1相配合；由第1个行星传动模块单元至第m个行星传动模块单元组成前半部传动机构，m相应的正整数取值范围为m＜n，在该m个行星传动模块单元之间，从输入端至输出端的方向，位于前一个行星传动模块单元的第一行星架4的输出端一侧通过单向离合器2与后一个行星传动模块单元输入端一侧的第一行星架4相配合串连连接；由第m+1个行星传动模块单元至第n个行星传动模块单元组成后半部传动机构，在该n-m个行星传动模块单元之间，从输入端至输出端的方向，位于前一个行星传动模块单元的第一行星架4的输出端一侧通过单向离合器2与后一个行星传动模块单元输入端一侧的第一行星架4相配合串连连接；位于前半部传动机构的第m个行星传动模块单元其第一行星架4通过单向离合器2与位于后半部传动机构的第m+1行星传动模块单元的第一行星架4相配合连接或者位于前半部传动机构的第m个行星传动模块单元其第一行星架4上固接的主动齿轮20与位于后半部传动机构的第m+1行星传动模块单元的第一行星架4上固接的从动齿轮21相啮合传动。

在第n个行星传动模块单元之后还连接配合设置着倒档行星传动机构，该倒档行星传动机构由第二行星架11、第三离合器13、第二制动器12、同轴安装于中心转轴上的输入端内太阳齿轮16与具有内齿圈的输出端外太阳齿轮14以及行星齿轮15组成，其中至少一对行星齿轮15配合安装在第二行星架11上，输入端内太阳齿轮16通过第三离合器13与第二行星架11相配合连接，并通过行星齿轮15啮合传动，行星齿轮15又与输出端外太阳齿轮14内啮合传动，第二行星架11与固接在变速箱内壁17上的第二制动器12相配合；第n个行星传动模块单元其输出轴18与该倒档行星传动结构的输入轴19相固接。

第1个行星传动模块单元至第n-1个行星传动模块单元当中，其相应的第二行星架11分别通过第一离合器3与位于输入端的第一太阳齿轮7相配合连接或者第二行星架11分别与固接在变速箱内壁17上的第一制动器1相配合；第n个行星传动模块单元的第二行星架11与固接在变速箱内壁上的单向第二离合器10相配合连接。

m的相应的整数取值为：

{

〔n为偶数时〕}或者{

〔n为奇数时〕}。

每一个行星传动模块单元的输出端行星齿轮6的直径小于输入端行星齿轮5的直径或者每一个行星传动模块单元的输出端行星齿轮6的直径大于输入端行星齿轮5的直径。

如图1所示的实施例1方案基于传动比小于1的传动机构，倒挡则由置于末端有齿圈的倒挡行星传动结构来实现。

一、当本传动机构(除倒挡行星传动结构外，还有其它五个行星传动模块单元)只有六挡离合器结合时，由于每个行星传动模块单元的行星架间单向离合器(注：行星架间单向离合器的作用是当前一个行星架的转速有小于后一个行星架的趋势时，自动结合，使前一个行星架的转速无法小于后一个行星架的转速)的作用，此时，整个传动机构以整体的形式转动，传动比为1，既最高挡。

六挡时，前进机构的所有离合器均分离。整个前进机构的传动比为所有五个行星传动模块单元行星架全部制动时传动比的乘积。

五挡时，传动机构只有五挡离合器结合时，由于行星架间单向离合器的作用，传动机构的前四个行星传动模块单元将以相同的速度转动，第五个行星传动模块单元由于其行星架将会有反转的趋势，此时最后一个行星传动模块单元的单向离合器将结合，将行星架制动，整个传动机构的传动比为最后一个行星传动模块单元的行星架制动时的传动比。

四挡时，传动机构只有四挡离合器结合时，由于每个行星传动模块单元的行星架间单向离合器的作用，传动机构的前三个行星传动模块单元的行星架将以与输入轴相同的速度转动，此时前三个行星传动模块单元的传动比为1。由于第四个行星传动模块单元的输出轴同时也是第五个行星单元的输入轴，它也是具有惰性的被动轴，所以，第四个行星传动模块单元的行星架有反转的趋势，同时第五个行星传动模块单元的行星架，也有反转的趋势，已经被单向离合器制动，因每个行星传动模块单元的行星架间单向离合器的作用，第四个行星传动模块单元的行星架也被制动，此时整个前进机构的传动比为后两个行星单元行星架全部制动时传动比的乘积。

三挡时，传动机构只有三挡离合器结合时，由于每个行星传动模块单元的行星架间单向离合器的作用，传动机构前两个行星传动模块单元的行星架将以与输入轴相同的速度转动，此时前两个行星传动模块单元的传动比为1。其余三个行星传动模块单元的行星架，由于其行星单元输出端惰性的作用会有反转的趋势，从而被单向离合器锁止(与四挡同理)。此时，整个前进机构的传动比为后三个行星传动模块单元的行星架全部制动时传动比的乘积。

二挡时，传动机构只有二挡离合器结合时，传动机构第一个行星传动模块单元的行星架将以与输入轴相同的速度转动，此时第一个行星传动模块单元传动比为1。整个传动机构的传动比为后四个行星单元行星架全部制动时传动比的乘积(与三、四挡同理)。

一挡需要发动机制动时，只需将一挡发动机的制动器制动即可，此时，第一个行星传动模块单元的行星架的转速为零，由于行星架间单向离合器的作用，所有行星架的转速在有反向输入时都不可能大于零，以实现发动机制动。

前进挡、倒挡的转换由最后一个倒挡行星传动机构来实现

图2所示的实施例2方案为图1方案的紧凑型方案，即位于前半部传动机构的第m个行星传动模块单元其行星架4上固接的主动齿轮20与位于后半部传动机构的第m+1行星传动模块单元的行星架4上固接的从动齿轮21相啮合传动。

图3所示的实施例3方案基于传动比小于1的传动机构，除最后末置的倒挡行星传动机构外的其他5个串连的行星传动模块单元，其所有行星传动模块单元的行星架制动时，即行星架与变速箱相固接，此时传动比最小，输出速度最大，是最高挡位为六挡；当第4个行星传动模块单元的制动器且只有第4个制动器制动时，第4个行星传动模块单元行星架的速度为零，由于行星架间单向离合器的作用(行星架间单向离合器的用途是限制前一个行星架的速度大于后一节的速度)，第1、2、3行星传动模块单元其各自行星架的速度也为零，此时第5个行星传动模块单元相当于一个独立的第3个行星传动模块单元(传动比小于一的行星单元)行星架制动器未制动的情况，此时第5个行星传动模块单元的传动比为一。整个传动机构的传动比为第1、2、3、4个行星单元此时传动比的乘积，此时相当于五挡；当传动机构的第3个行星传动模块单元的制动器且只有第三个制动器制动时，第3个行星传动模块单元地行星架的速度也为零。由于没每个行星传动模块单元的行星架间单向离合器的作用(行星架间单向离合器的用途是限制前一个行星架的速度大于后一节的速度)，第1、2行星架的速度也为零，此时，第4、5两节行星架不受制动器控制，如图3所示，可以作出以下假设：

输入转速为10r/min，且输出轴具有惰性时，行星架的转速会有以下几种假设情况

(1)假设两个行星架中的任何一个或者两个行星架的速度都大于10r/min，此时，由于单向离合器的作用，输出轴的速度大于10r/min，由于输出轴具有惰性，所以这种情况不成立；(2)假设两个行星架中的任何一个或者两个行星架的速度都小于10r/min，此时，此时，输出轴的速度也将会大于10r/min，由于是依靠输出轴的惰性使单向离合器结合进行输出，此时两个行星单元任何一个都不可能以小于1的传动比传动，所以这种情况不成立。

总之，无论两个行星架中的任何一个或者两个行星架的速度大于或小于10r/min时，输出轴的速度都将大于10r/min，即不符合依靠惰性输出的原理。

由以上两个假设可以得出结论，依靠输出轴的惰性使单向离合器结合进行传动时，任何一个行星架的速度都不可能大于或小于输入轴或输出轴的速度，所以只存在一种可能，那就是行星架的速度＝输入轴的速度＝输出轴的速度，此时整个前进机构的传动比为前三个行星单元传动比之乘积；当第2个行星传动模块单元制动器且只有第二个制动器制动时，三号行星架的速度为零，由于行星架间单向离合器的作用(行星架间单向离合器的用途是限制前一个行星架的速度大于后一节的速度)，第一个行星架的速度也为零。此时，后三节行星架不受制动器控制，此时行星架间的相互作用同上。此时，整个传动机构的传动比为前两个行星单元传动比之乘积；当所有行星架制动器都不制动时，无论五个行星架中的一部分或者全部行星架的速度大于或小于10r/min时，输出轴的速度都将大于10r/min，不符合依靠惰性输出的原理。此时所有行星架的速度与输入轴的速度相等，前进机构的传动比为1。

第一个行星传动模块单元输入轴与行星架之间离合器的作用是用于一挡(直接挡)时发动机制动，当变速器处于一挡时，假如输出端有反向输入时(当车辆下坡或者正在滑行时)此时输出端的速度将会大于输入端的速度，此时行星架的速度将会小于输入轴的速度，由于一挡发动机制动离合器强制行星架以与输入轴相同的速度旋转，输出轴的速度＝输入轴的速度所以，此时整个前进机构则显现出发动机制动效果。

图4所示的实施例4方案为一号方案的紧凑型方案，在第三个和第四个行星元件之间，通过齿轮将第三节行星元件行星架与输出太阳轮的转动分别传递到第四节行星元件的行星架与输入太阳轮，即位于前半部传动机构的第m个行星传动模块单元其行星架4上固接的主动齿轮20与位于后半部传动机构的第m+1行星传动模块单元的行星架4上固接的从动齿轮21相啮合传动。

Claims (6)

1.一种可直接换挡的行星齿轮变速箱，包括变速箱壳体，转轴相平行的位于输入端的圆柱形的第一太阳齿轮(7)与位于输出端的圆柱形的第二太阳齿轮(8)构成太阳轮系，位于输入端的第一太阳齿轮(7)通过圆柱形行星齿轮相配合传动位于输出端的第二太阳齿轮(8)，圆柱形行星齿轮的公转轴线与第一太阳齿轮(7)、第二太阳齿轮(8)相平行，其特征是：圆柱形行星齿轮安装在第一行星架(4)上，第一行星架(4)与第一太阳齿轮(7)第二太阳齿轮(8)同轴安装，该圆柱形行星齿轮至少为一对由位于输入端的圆柱形主行星齿轮(5)和位于输出端的圆柱形主行星齿轮(6)构成，输入端圆柱形主行星齿轮(5)与输出端圆柱形主行星齿轮(6)通过其相固接的连接转轴安装在行星转轴上，位于输入端的圆柱形主行星齿轮(5)与位于输入端的圆柱形的第一太阳齿轮(7)相啮合，位于输出端的圆柱形主行星齿轮(6)与位于输出端的圆柱形的第二太阳齿轮(8)相啮合，以构成行星传动模块单元；n个上述行星传动模块单元组成传动机构，n为正整数，从输入端至输出端的方向，第1个行星传动模块单元与固接在变速箱内壁(17)上的第一制动器(1)相配合；由第1个行星传动模块单元至第m个行星传动模块单元组成前半部传动机构，m相应的正整数取值范围为m＜n，在该m个行星传动模块单元之间，从输入端至输出端的方向，位于前一个行星传动模块单元的第一行星架(4)的输出端一侧通过单向离合器(2)与后一个行星传动模块单元输入端一侧的第一行星架(4)相配合串连连接；由第m+1个行星传动模块单元至第n个行星传动模块单元组成后半部传动机构，在该n-m个行星传动模块单元之间，从输入端至输出端的方向，位于前一个行星传动模块单元的第一行星架(4)的输出端一侧通过单向离合器(2)与后一个行星传动模块单元输入端一侧的第一行星架(4)相配合串连连接；位于前半部传动机构的第m个行星传动模块单元其第一行星架(4)通过单向离合器(2)与位于后半部传动机构的第m+1行星传动模块单元的第一行星架(4)相配合连接或者位于前半部传动机构的第m个行星传动模块单元其第一行星架(4)上固接的主动齿轮(20)与位于后半部传动机构的第m+1行星传动模块单元的第一行星架(4)上固接的从动齿轮(21)相啮合传动。

2.根据权利要求1所述的可直接换挡的行星齿轮变速箱，其特征是：在第n个行星传动模块单元之后还连接配合设置着倒档行星传动机构，该倒档行星传动机构由第二行星架(11)、第三离合器(13)、第二制动器(12)、同轴安装于中心转轴上的输入端内太阳齿轮(16)与具有内齿圈的输出端外太阳齿轮(14)以及行星齿轮(15)组成，其中至少一对行星齿轮(15)配合安装在第二行星架(11)上，输入端内太阳齿轮(16)通过第三离合器(13)与第二行星架(11)相配合连接，并通过行星齿轮(15)啮合传动，行星齿轮(15)又与输出端外太阳齿轮(14)内啮合传动，第二行星架(11)与固接在变速箱内壁(17)上的第二制动器(12)相配合；第n个行星传动模块单元其输出轴(18)与该倒档行星传动结构的输入轴(19)相固接。

3.根据权利要求1所述的可直接换挡的行星齿轮变速箱，其特征是：第1个行星传动模块单元至第n-1个行星传动模块单元当中，其相应的第二行星架(11)分别通过第一离合器(3)与位于输入端的第一太阳齿轮(7)相配合连接或者第二行星架(11)分别与固接在变速箱内壁(17)上的第一制动器(1)相配合；第n个行星传动模块单元的第二行星架(11)与固接在变速箱内壁上的单向第二离合器(10)相配合连接。

4.根据权利要求1所述的可直接换挡的行星齿轮变速箱，其特征是：m的相应的整数取值为：

{

〔n为偶数时〕}或者{

〔n为奇数时〕}。

5.根据权利要求1所述的可直接换挡的行星齿轮变速箱，其特征是：每一个行星传动模块单元的输出端行星齿轮(6)的直径小于输入端行星齿轮(5)的直径。

6.根据权利要求1所述的可直接换挡的行星齿轮变速箱，其特征是：每一个行星传动模块单元的输出端行星齿轮(6)的直径大于输入端行星齿轮(5)的直径。

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