CN102162506A - 行星齿轮传动机械式无级自动变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行星齿轮传动机械式无级自动变速器，包括动力输入轴、空心轴Ⅰ、中间轴、动力输出轴、换向机构、大齿圈Ⅰ、均布在大齿圈Ⅰ内的至少两组行星机构、主动齿轮Ⅰ、油泵、安装在油泵输入轴上的从动齿轮Ⅰ、活塞式油缸、调压阀和齿轮齿条部件。本发明通过动力输入轴将动力输送给行星机构的主动齿轮Ⅱ、主动小齿轮、惰轮、中齿圈和大齿圈，最后汇总至中间轴，通过控制汽车发动机油门的大小和调节调压阀便可实现无级自动变速，再由换向机构实现倒车、空转或前进车操作，具有节能、环保和适用范围广的特点。

Description

行星齿轮传动机械式无级自动变速器

技术领域

本发明涉及一种变速器，尤其涉及一种行星齿轮传动机械式无级自动变速器。

背景技术

目前，市场上汽车传动使用的变速器种类繁多，有手动换档有级式（如：德国ZF系列变速器）；液动式和电—液联动式（如：白俄明斯克的别拉斯系列）以及自动换档式（如：美国通用公司的阿里逊（Allison）-CLBT系列变速器）等。

但上述传动中使用的变速器均存在如下缺点：一、燃油浪费大；二、废气排放对环境污染严重；三、自一百多年前汽车问世以来，由荷、德、日、美等国先后研发改进，用滑动摩擦力改变主、被动轮直径比达到无级变速，因材料的滑动摩擦系数约为0.1，传递发动机动力需产生大于其十倍的正压力，不仅消耗能量大，效率低，使变速箱变形，噪音大，维修使用不便等，因此只能用于部分小汽车上。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明提供了一种节能、环保和适用范围广的行星齿轮传动机械式无级自动变速器。

本发明提供的行星齿轮传动机械式无级自动变速器，包括动力输入轴、空心轴Ⅰ、中间轴、动力输出轴、换向机构、大齿圈Ⅰ、均布在大齿圈Ⅰ内的至少两组行星机构、主动齿轮Ⅰ、油泵、安装在油泵输入轴上的从动齿轮Ⅰ、活塞式油缸、调压阀和齿轮齿条部件；

所述动力输入轴、中间轴和动力输出轴位于同一轴线上，所述空心轴Ⅰ套在动力输入轴上并与其轴向固定、径向可转动配合，空心轴Ⅰ上固定安装有主动齿轮Ш，所述中间轴与大齿圈Ⅰ固定连接；所述主动齿轮Ⅰ固定套在动力输入轴上，主动齿轮Ⅰ与从动齿轮Ⅰ啮合；所述油泵的出油口通过管路与活塞式油缸连通，调压阀安装在管路上；活塞式油缸内的活塞通过齿轮齿条部件驱动空心轴Ⅰ；

所述行星机构包括主动齿轮Ⅱ、从动齿轮Ⅱ、空心轴Ⅱ、行星轴、主动小齿轮、小齿圈Ⅰ、惰轮、中齿圈和从动齿轮Ш；所述行星轴与动力输入轴平行设置，从动齿轮Ш固定套在行星轴上，并与主动齿轮Ш啮合，空心轴Ⅱ套在行星轴上并与其轴向固定、径向可转动配合；主动齿轮Ⅱ固定套在动力输入轴上，从动齿轮Ⅱ固定套在空心轴Ⅱ上，主动齿轮Ⅱ与从动齿轮Ⅱ啮合；所述小齿圈Ⅰ固定安装在行星轴上，所述中齿圈套在行星轴上并与其转动配合；所述主动小齿轮固定套在空心轴Ⅱ上，惰轮安装在小齿圈Ⅰ上并与小齿圈Ⅰ可转动配合，惰轮的轴线与小齿圈Ⅰ的轴线平行，所述惰轮分别与中齿圈的内齿和主动小齿轮啮合，所述中齿圈的外齿与大齿圈Ⅰ的内齿啮合；

所述换向机构包括太阳轮、行星轮、小齿圈Ⅱ、大齿圈Ⅱ、操纵杆、滑套、倒车位齿、空位齿和前进车位齿；所述太阳轮固定套在中间轴上，所述小齿圈Ⅱ套在中间轴上并与其轴向固定、径向可转动配合，大齿圈Ⅱ固定套在动力输出轴上，所述行星轮安装在小齿圈Ⅱ上并与小齿圈Ⅱ可转动配合，行星轮的轴线与小齿圈Ⅱ的轴线平行，所述行星轮分别与大齿圈Ⅱ的内齿和太阳轮啮合；所述倒车位齿固定设置在壳体上，空位齿与小齿圈Ⅱ固定连接，前进车位齿与大齿圈Ⅱ固定连接；所述滑套由操纵杆驱动并可与倒车位齿、空位齿和前进车位齿啮合。

进一步，还包括安全阀，所述安全阀的进口端与油泵的出油口连通，安全阀的出油口与油箱内连通。

进一步，还包括变速箱体和换向箱体，所述行星机构设置在变速箱体内，所述换向机构设置在换向箱体内。

进一步，还包括动力输出法兰, 所述动力输出法兰固定套在动力输出轴的输出端上。

本发明提供的行星齿轮传动机械式无级自动变速器，动力输入轴将动力输送给行星机构的主动齿轮Ⅱ、主动小齿轮、惰轮、中齿圈和大齿圈，最后汇总至中间轴，通过控制油门的大小和调节调压阀便可实现无级自动变速，再由换向机构实现倒车、空转或前进车操作，与现有技术相比，具有如下优点：

1、节能：行星机构实现无级自动变速，可根据需要改变汽车发动机油门踏板开度，泵油量经调压阀调控，使燃油（或天然气）时时处于最佳完全燃烧状态，与国内外各式变速器相比，可节约燃油20%～30%以上。

2、环保：因其无级变速燃烧时处于最佳状态，故其废气排放量大为降低。

3、适用范围广：用齿轮滚动摩擦传动，效率高，传递动力大，速比范围宽，能广泛用于军工（坦克、潜艇、航空、航天等传动中）、民用（如：各种汽车、工程机械、石油钻机、农机、内燃火车、核电站、水电站、燃汽轮机、蒸汽轮机等一切动力传动中。

4、该行星齿轮传动机械式无级自动变速器可提高车辆的等级和档次。

附图说明

图1为行星齿轮传动机械式无级自动变速器的结构示意图；

图2为行星齿轮传动机械式无级自动变速器中液压控制原理图；

图3为车辆满载起步或爬坡时行星机构运行状态的结构示意图；

图4为行星机构运行状态的另一种结构示意图；

图5为行星机构运行状态的又一种结构示意图；

图6为车辆快速行驶时行星机构运行状态的结构示意图。

附图中： 1—动力输入轴； 2—空心轴Ⅰ； 3—中间轴； 4—动力输出轴； 5—大齿圈Ⅰ； 6—主动齿轮Ⅰ； 7—油泵； 8—从动齿轮Ⅰ； 9—活塞式油缸； 10—调压阀； 11—主动齿轮Ⅱ； 12—从动齿轮Ⅱ； 13—空心轴Ⅱ； 14—行星轴； 15—主动小齿轮； 16—小齿圈Ⅰ； 17—惰轮； 18—中齿圈； 19—太阳轮； 20—行星轮； 21—小齿圈Ⅱ； 22—大齿圈Ⅱ； 23—操纵杆； 24—滑套； 25—倒车位齿； 26—空位齿； 27—前进车位齿； 28—安全阀； 29—油箱； 30—变速箱体； 31—换向箱体； 32—动力输出法兰； 33—润滑阀； 34—里程表； 35—主动齿轮Ш； 36—从动齿轮Ш。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

图1为行星齿轮传动机械式无级自动变速器的结构示意图，图2为行星齿轮传动机械式无级自动变速器中液压控制原理图，如图所示。行星齿轮传动机械式无级自动变速器包括动力输入轴1、空心轴Ⅰ2、中间轴3、动力输出轴4、换向机构、大齿圈Ⅰ5、均布在大齿圈Ⅰ5内的至少两组行星机构（本实施例中，在大齿圈内对称设置两组行星机构）、主动齿轮Ⅰ6、油泵7、安装在油泵输入轴上的从动齿轮Ⅰ8、活塞式油缸9、调压阀10、齿轮齿条部件、安全阀28、变速箱体30、换向箱体31和输出法兰32。

其中，动力输入轴1通过轴承安装在变速箱体30内，一端伸出变速箱体30；中间轴3通过轴承安装在换向箱体31内，一端伸入变速箱体30内，并与大齿圈Ⅰ5固定连接；动力输出轴4通过轴承安装在换向箱体31内，一端伸出换向箱体31，输出法兰32固定套在动力输出轴4的输出端上。动力输入轴1、中间轴3和动力输出轴4位于同一轴线上，空心轴Ⅰ2套在动力输入轴1上并与动力输入轴1轴向固定、径向可转动配合，空心轴Ⅰ2上固定安装有主动齿轮Ш35。主动齿轮Ⅰ6固定套在动力输入轴1上，主动齿轮Ⅰ6与从动齿轮Ⅰ8啮合。油泵7的出油口通过管路与活塞式油缸9连通，调压阀10安装在管路上。活塞式油缸9内活塞通过齿轮齿条部件驱动空心轴Ⅰ2。

行星机构安装在变速箱体30内，行星机构包括主动齿轮Ⅱ11、从动齿轮Ⅱ12、空心轴Ⅱ13、行星轴14、主动小齿轮15、小齿圈Ⅰ16、惰轮17、中齿圈18和从动齿轮Ш36。行星轴14与动力输入轴1平行设置，从动齿轮Ш36固定套在行星轴14上，并与主动齿轮Ш35啮合，空心轴Ⅱ13套在行星轴14上并与行星轴14轴向固定、径向可转动配合。主动齿轮Ⅱ11固定套在动力输入轴1上，从动齿轮Ⅱ12固定套在空心轴Ⅱ13上，主动齿轮Ⅱ11与从动齿轮Ⅱ12啮合。小齿圈Ⅰ16固定安装在行星轴14轴上，中齿圈18套在行星轴14上并与行星轴14转动配合。主动小齿轮15固定套在空心轴Ⅱ13上，惰轮17安装在小齿圈Ⅰ16上并与小齿圈Ⅰ16可转动配合，惰轮17的轴线与小齿圈Ⅰ16的轴线平行，惰轮17分别与中齿圈18的内齿和主动小齿轮15啮合。中齿圈18的外齿与大齿圈Ⅰ5的内齿啮合。

换向机构安装在换向箱体31内，换向机构包括太阳轮19、行星轮20、小齿圈Ⅱ21、大齿圈Ⅱ22、操纵杆23、滑套24、倒车位齿25、空位齿26和前进车位齿27。太阳轮19固定套在中间轴3上，小齿圈Ⅱ21套在中间轴3上并与中间轴3轴向固定、径向可转动配合，大齿圈Ⅱ22固定套在动力输出轴4上，行星轮20安装在小齿圈Ⅱ21上并与小齿圈Ⅱ21可转动配合，行星轮20的轴线与小齿圈Ⅱ21的轴线平行，行星轮20分别与大齿圈Ⅱ22的内齿和太阳轮19啮合。倒车位齿25固定设置在变速箱体30外，并位于换向箱体31内，空位齿26与小齿圈Ⅱ21固定连接，前进车位齿27与大齿圈Ⅱ22固定连接。操纵杆23的手柄端穿出换向箱体31，操纵杆23的另一端与滑套24连接，滑套24由操纵杆23驱动，并可与倒车位齿25、空位齿26和前进车位齿27啮合。

本实施例中，为了防止车辆在行驶时遇到道路凹凸不平突然增加载货而损坏零部件，在油泵7的出油口与调压阀10连接的管路上设有安全阀28，安全阀28的进口端与油泵7的出油口连通，安全阀28的出油口通过油管伸入油箱29内。在调压阀10后的管路上接入一润滑支路，并通过润滑阀33将油输送到变速箱体30和换向箱体31内润滑轴承和齿轮。本实施例还在动力输出轴上设有里程表34，用于记录车辆行驶速度和行驶的路程。

使用该行星齿轮传动机械式无级自动变速器时，发动机驱动动力输入轴1转动，动力输入轴1带动主动齿轮Ⅰ6和主动齿轮Ⅱ11转动。主动齿轮Ⅰ6带动从动齿轮Ⅰ8转动，从动齿轮Ⅰ8带动油泵7工作，油泵7输出的油通过管路和调压阀10输入活塞式油缸9内，活塞式油缸9内的活塞通过驱动齿轮齿条部件带动空心轴Ⅰ2转动，空心轴Ⅰ2再带动主动齿轮Ш35转动，主动齿轮Ш35带动从动齿轮Ш36转动，从而驱动行星轴14转动；而主动齿轮Ⅱ11带动从动齿轮Ⅱ12转动，从动齿轮Ⅱ12带动空心轴Ⅱ13转动，空心轴Ⅱ13带动主动小齿轮15转动，主动小齿轮15带动惰轮17转动，惰轮17再将动力传递给中齿圈18，中齿圈18再驱动大齿圈Ⅰ5转动，最后大齿圈Ⅰ5将动力汇集在中间轴3上。

车辆满载起步或爬坡时，需要较大扭矩克服道路阻力，司机加大油门踏板的开度，发动机转速加快，动力输入轴1的转速增大，油泵7输入活塞式油缸9内的油量加大，活塞式油缸9内的活塞驱动力增加，活塞通过齿轮齿条部件驱动空心轴Ⅰ2快速转动，加快主动齿轮Ш35和从动齿轮Ш36的转速，行星轴14驱动小齿圈Ⅰ16至最外位置（如图3所述的位置），此时，车速较慢，扭矩较大，可克服较大的阻力。车辆需在平坦的道路上快速行驶时，改变油门踏板的开度和控制调压阀10，使行星轴14驱动小齿圈Ⅰ16转动一定角度，从而改变惰轮17的位置，角度转动如图4、5所示，当惰轮17转动到距离动力输入轴1最近时（如图6所示），此时速比最小，中间轴3的转速最大。因此，汽车行驶速度（速比）的变化，取决于发动力油门的开度和道路对汽车行驶阻力的大小的变化，通过调节调压阀达到无级自动变速。

换向时，通过操纵杆23将滑套24驱动到倒车位齿25和空位齿26上时，小齿圈Ⅱ21被固定，中间轴3带动太阳轮19转动，太阳轮19带动行星轮20转动，通过行星轮20改变力的传递方向，并将该动力传递给大齿圈Ⅱ22，大齿圈Ⅱ22反方向转动，从而带动动力输出轴4反转，实现倒车；通过操纵杆23将滑套24驱动到空位（即滑套24不与倒车位齿25、空位齿26和前进车位齿27接触）时，中间轴3带动的太阳轮19转动，太阳轮19带动行星轮20转动，由于大齿圈Ⅱ22带动的载货较大，行星轮20只绕大齿圈Ⅱ22的内齿转动，小齿圈Ⅱ21也随着行星轮20一起转动，实现行星轮20和小齿圈Ⅱ21空转；通过操纵杆23将滑套24驱动到与空位齿26和前进车位齿27同时啮合时，小齿圈Ⅱ21和大齿圈Ⅱ22同步转动，中间轴3带动的太阳轮19转动，太阳轮19带动行星轮20转动，小齿圈Ⅱ21和大齿圈Ⅱ22一起随着行星轮20转动，实现车辆前进行驶。

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宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种行星齿轮传动机械式无级自动变速器，其特征在于：包括动力输入轴（1）、空心轴Ⅰ（2）、中间轴（3）、动力输出轴（4）、换向机构、大齿圈Ⅰ（5）、均布在大齿圈Ⅰ（5）内的至少两组行星机构、主动齿轮Ⅰ（6）、油泵（7）、安装在油泵输入轴上的从动齿轮Ⅰ（8）、活塞式油缸（9）、调压阀（10）和齿轮齿条部件；

    所述动力输入轴（1）、中间轴（3）和动力输出轴（4）位于同一轴线上，所述空心轴Ⅰ（2）套在动力输入轴（1）上并与其轴向固定、径向可转动配合，空心轴Ⅰ（2）上固定安装有主动齿轮Ш（35），所述中间轴（3）与大齿圈Ⅰ（5）固定连接；所述主动齿轮Ⅰ（6）固定套在动力输入轴（1）上，主动齿轮Ⅰ（6）与从动齿轮Ⅰ（8）啮合；所述油泵（7）的出油口通过管路与活塞式油缸（9）连通，调压阀（10）安装在管路上；活塞式油缸（9）内的活塞通过齿轮齿条部件驱动空心轴Ⅰ（2）；

所述行星机构包括主动齿轮Ⅱ（11）、从动齿轮Ⅱ（12）、空心轴Ⅱ（13）、行星轴（14）、主动小齿轮（15）、小齿圈Ⅰ（16）、惰轮（17）、中齿圈（18）和从动齿轮Ш（36）；所述行星轴（14）与动力输入轴（1）平行设置，从动齿轮Ш（36）固定套在行星轴（14）上，并与主动齿轮Ш（35）啮合，空心轴Ⅱ（13）套在行星轴（14）上并与其轴向固定、径向可转动配合；主动齿轮Ⅱ（11）固定套在动力输入轴（1）上，从动齿轮Ⅱ（12）固定套在空心轴Ⅱ（13）上，主动齿轮Ⅱ（11）与从动齿轮Ⅱ（12）啮合；所述小齿圈Ⅰ（16）固定安装在行星轴（14）轴上，所述中齿圈（18）套在行星轴（14）上并与其转动配合；所述主动小齿轮（15）固定套在空心轴Ⅱ（13）上，惰轮（17）安装在小齿圈Ⅰ（16）上并与小齿圈Ⅰ（16）可转动配合，惰轮（17）的轴线与小齿圈Ⅰ（16）的轴线平行，所述惰轮（17）分别与中齿圈（18）的内齿和主动小齿轮（15）啮合，所述中齿圈（18）的外齿与大齿圈Ⅰ（5）的内齿啮合；

所述换向机构包括太阳轮（19）、行星轮（20）、小齿圈Ⅱ（21）、大齿圈Ⅱ（22）、操纵杆（23）、滑套（24）、倒车位齿（25）、空位齿（26）和前进车位齿（27）；所述太阳轮（19）固定套在中间轴（3）上，所述小齿圈Ⅱ（21）套在中间轴（3）上并与其轴向固定、径向可转动配合，大齿圈Ⅱ（22）固定套在动力输出轴（4）上，所述行星轮（20）安装在小齿圈Ⅱ（21）上并与小齿圈Ⅱ（21）可转动配合，行星轮（20）的轴线与小齿圈Ⅱ（21）的轴线平行，所述行星轮（20）分别与大齿圈Ⅱ（22）的内齿和太阳轮（19）啮合；所述倒车位齿（25）固定设置在壳体上，空位齿（26）与小齿圈Ⅱ（21）固定连接，前进车位齿（27）与大齿圈Ⅱ（22）固定连接；所述滑套（24）由操纵杆（23）驱动并可与倒车位齿（25）、空位齿（26）和前进车位齿（27）啮合。

2.根据权利要求1所述的行星齿轮传动机械式无级自动变速器，其特征在于：还包括安全阀（28），所述安全阀（28）的进口端与油泵（7）的出油口连通，安全阀（28）的出油口与油箱（29）内连通。

3.    根据权利要求1或2所述的行星齿轮传动机械式无级自动变速器，其特征在于：还包括变速箱体（30）和换向箱体（31），所述行星机构设置在变速箱体（30）内，所述换向机构设置在换向箱体（31）内。

4.根据权利要求3所述的行星齿轮传动机械式无级自动变速器，其特征在于：还包括动力输出法兰（32）, 所述动力输出法兰（32）固定套在动力输出轴（4）的输出端上。

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