CN102287498A

CN102287498A - 一种行星齿轮无级变速器

Info

Publication number: CN102287498A
Application number: CN2011102240769A
Authority: CN
Inventors: 许耕
Original assignee: Nanjing Institute of Technology
Current assignee: Nanjing Institute of Technology
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2011-12-21

Abstract

本发明公开了一种新型齿轮无级变速器，旨在提供一种传递转矩大、传动效率较高、可靠性好、燃油经济性好的无级变速器。本发明包括第一输入轴、第二输入轴、单向离合器、齿轮、行星齿圈、行星轮、第一行星支架、太阳轮、第二行星支架及输出轴，所述行星齿轮无级变速器通过第一输入轴和第二输入轴两个自由度的动力输入来实现无级变速的功能。本发明结构简单、制造方便，且可有效实现无级变速功能。

Description

一种行星齿轮无级变速器

技术领域

本发明涉及—种变速器，更具体地说，涉及一种行星齿轮无级变速器。

背景技术

汽车变速机构一般采用两种形式，一种是有级变速器，一种是无级变速器。有级变速器就是传统的齿轮式换挡变速器，这种变速器操作困难，档次变换复杂，耗油量高，对发动机寿命也有一定影响；而无级变速器起步平稳，可根据行车条件的不同选择最佳的传动比，还可在任何输送功率下根据最好的经济性来选择最佳的行车速度和油门大小，能够使汽车不管在什么速度和路面条件下，其发动机在整个运转过程中总是保持最高效率。与传统齿轮换挡传动相比，无级变速器能降低耗油率，同时使汽车排出废气中的有毒气体减少，减少大气污染。

针对汽车变速器的动力性、燃油经济性、操纵方便性和舒适性而言，现有汽车变速器技术主要有自动变速器和金属带式无级变速器。自动变速技术是将液力变矩器和行星齿轮系组合的自动变速器技术，但是液力变矩器和行星齿轮系的组合有着明显的缺陷：传动比不连续，液力传动的效率较低，结构复杂，保养和维护不便。另外一种无级变速器（CVT），它采用金属传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力。CVT可以实现传动比的连续改变，但CVT的致命弱点是金属带承载能力小，传递的功率有限，且造价极高，寿命也短，其控制系统相当复杂，致使辅助成本造价，因此，只能用于轿车。开发一种全刚性齿轮且传动比连续，生产方便且造价低廉的无级变速器，成为机械行业急需解决的问题。

中国专利申请号200610156297.6，公开日期为2008年11月19日，发明名称为液力自动变速器。该发明以其良好的乘坐舒适性、方便的操纵性、优越的动力性、良好的安全性而被广泛应用，液力自动变速器实际上是能够实现局部无级变速的有级变速器，目前是国内外采用最多的自动变速器，在美国采用液力自动变速器的轿车已达90％以上。但其存在结构复杂、传动效率低、油耗大等缺陷。

因此，研究其替代产品是自动变速器发展的必然趋势。替代产品之一：中国专利申请号200410011419.3，公开日期： 2010年9月1日，发明名称：电控机械式自动变速器(AMT)，它在原有机械变速器基本结构不变的情况下，通过加装微机控制的自动操纵机构，取代原来由驾驶员人工完成的离合器分离与接合、摘挡与挂挡以及发动机的转速同步调节等操作，最终实现换挡过程的操纵自动化。但由于其控制的复杂性及非动力换挡造成应用受到限制。替代产品之二：中国专利号：200910116062.8，公开日期： 2010年7月21日，发明名称：无级变速器(CVT)，它可以自动连续改变传动比，实现发动机、变速器与道路载荷的最佳匹配，使车辆具有最佳的动力性、燃油经济性和排放性能，使汽车变速更加平稳，提高了乘坐的舒适性日。但其传动效率不高，特别是传动效率受车辆变化的工况影响较大，另外，其传送带的使用寿命较短，故其应用也受到一定的限制。（《机械设计与制造》第四期，文章编号：1001—3997(2010)04—0141—02《行星齿轮功率分流式无级变速器的设计研究》）。

本发明的行星齿轮无级变速器，该变速器充分利用行星齿轮机构的两个自由度，根据输入功率和负荷的变化，可以实现无级变速。

发明内容

发明解决的问题

针对现在普遍使用的金属带式无级变速器（CVT）所出现的传递转矩小、传动效率较低、可靠性低、燃油经济性较差等问题，本发明提出了一种行星齿轮无级变速器。

技术方案

一种行星齿轮无级变速器，包括第一输入轴、第二输入轴、单向离合器、齿轮、行星齿圈、行星轮、第一行星支架、太阳轮、第二行星支架及输出轴，所述行星齿轮无级变速器通过第一输入轴和第二输入轴两个自由度的动力输入来实现无级变速的功能；所述第二所述输入轴与输出轴同直线，第二所述输入轴上刚联有太阳轮，太阳轮与行星轮啮合，所述第二行星支架穿过行星轮的轴心且可相对转动，第二行星支架刚联在输出轴上，所述第一行星支架刚联行星齿圈，可绕第二输入轴转动，行星齿圈与行星轮内啮合，所述第一输入轴上刚联齿轮，所述齿轮与行星齿圈外啮合，所述单向离合器固定在第一输入轴上。

所述行星轮的组数为2、4、6或8组；

所述第一输入轴的通过电机带动，电机与TCU实时控制系统电路连接；

所述第一输入轴由液压马达连接带动，液压马达与TCU实时控制系统电路连接；

所述的第二输入轴与液力变矩器连接，液力变矩器与TCU实时控制系统电路连接。

传动原理：

由实体模型进行简单的技术参数的推导和整理：令太阳轮角速度为W₀、行星齿轮角速度为W₁,行星齿圈4角速度为W₄、输出轴的角速度为W_h；

令太阳轮0的齿数为Z₀、行星齿圈4的齿数为Z₄；

则简单函数推导如下：

即传动比受到齿圈角速度的线性变化，所以只要改变齿圈的加速度就可以改变变速器的传动比。

对于第一输入轴，通过电机或液压马达带动第一输入轴转动，电机与TCU实时控制系统电路连接，第一输入轴带动齿轮转动，齿轮与行星齿圈外啮合，行星齿圈与行星轮啮合；对于第二输入轴，通过液力变矩器的输入轴与发动机的飞轮输出轴相连接，液压马达与TCU实时控制系统电路连接，第二输入轴与发动机连接为第二输入轴提供动力，第二输入轴带动太阳轮旋转，太阳轮与行星轮啮合，带动第二支架，进而带动输出轴的旋转运动，输出轴与普通齿轮机构连接。

如图3，通过MATLAB函数仿真实验可知，其变速器的传动比是一个圆滑的函数曲线，也就是说行星齿轮变速器实现了无级变速的功能。以液压马达的第一输入轴的转速为X轴，以行星齿轮变速器的传动比为Y轴。由公式④知：改变第一输入轴的转速也就是改变了行星齿圈4的转速，将齿圈4的数据代入公式④知，由于公式④是反比例函数所以其函数大小变化是呈现光滑的曲线，则变速器的传动比的变化是光滑连续变化的，所以实现无级变速。每条曲线所对应着不同的第二输入轴的转速变化所形成的传动比的函数变化曲线。从图3可以明显看出齿圈4的转速在很小的变化曲线内可以实现很大的传动比的变化。这就是通过两个自由度的输入动力的优点。

有益效果

本发明的有益效果是：

（1）采用齿轮啮合代替传动的金属带来传递动力的技术，实现了传递扭矩大、更大的载荷量承受的技术效果；

（2）由于传统的金属带式无级变速器金属带的寿命很短而且很容易出现断裂情况，而本发明采用齿轮啮合却远远优于金属带，实现了提高变速器的传动效率的技术效果；

（3）本发明由于采用无级变速技术，提高了变速器的寿命，避免出现起步打滑现象；提高汽车驾驶的平顺性和舒适性，另外其调速控制方案较成熟稳定；

（4）由于无级变速方案能够更适应发动机的负荷特性，所以本发明可以调高燃油经济性；

（5）通本发明通过TCU来检测驾驶情况和路况适时的控制调速系统，可以调高燃油经济性。

附图说明

图1是行星齿轮无级变速器的结构示意图；

图2是行星齿轮无级变速器传动方案示意图；

图3是行星齿轮无级变速器的传动比函数仿真示意图；

图中：0太阳轮 1行星轮 2第一输入轴 3齿轮 4行星齿轮齿圈 5第二行星支架 6输出轴 7第一行星支架 8第二输入轴 9单向离合器

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细介绍。

在图1、图2中，本发明的行星齿轮无级变速器，包括一种行星齿轮无级变速器，所述行星齿轮无级变速器包括第一输入轴2、第二输入轴8、单向离合器9、齿轮3、行星齿轮齿圈4、行星轮1、第一行星支架7、太阳轮0、第二行星支架5及输出轴6，所述行星齿轮无级变速器通过第一输入轴2和第二输入轴8两个自由度的动力输入来实现无级变速的功能；所述第二输入轴8与输出轴6同直线，所述第二输入轴8上刚联有太阳轮0，太阳轮0与行星轮1啮合，所述第二行星支架5的转盘臂穿过等数量的行星轮1的轴心且可相对转动，第二行星支架5刚联在输出轴6上，所述第一行星支架7刚联行星齿轮齿圈4，可绕第二输入轴8转动，行星齿圈4通过与行星轮1内啮合，所述第一输入轴2上刚联齿轮3，所述齿轮3与行星齿圈4外啮合，所述单向离合器9固定在第一输入轴2上。

所述行星轮1的组数为2、4、6或8组；

所述第一输入轴2通过电机带动，电机与TCU实时控制系统电路连接；

所述第一输入轴2由液压马达连接带动，液压马达与TCU实时控制系统电路连接；

所述的第二输入轴8与液力变矩器连接，液力变矩器与TCU实时控制系统电路连接。

实施例1

本发明的行星齿轮无级变速器，包括一种行星齿轮无级变速器，所述行星齿轮无级变速器包括第一输入轴2、第二输入轴8、单向离合器9、齿轮3、行星齿圈4、行星轮1、第一行星支架7、太阳轮0、第二行星支架5及输出轴6，所述行星齿轮无级变速器通过第一输入轴2和第二输入轴8两个自由度的动力输入来实现无级变速的功能；所述第二输入轴8与输出轴6同直线，所述第二输入轴8上刚联有太阳轮0，太阳轮0与行星轮1啮合，所述第二行星支架5的转盘臂穿过等数量的行星轮1的轴心且可相对转动，第二行星支架5刚联在输出轴6上，所述第一行星支架7刚联行星齿圈4，可绕第二输入轴8转动，行星齿圈4通过与行星轮1内啮合，所述第一输入轴2上刚联齿轮3，所述齿轮3与行星齿圈4外啮合，所述单向离合器9固定在第一输入轴2上。

所述行星轮1的组数为2组。所述第一输入轴2的通过电机带动，电机与TCU实时控制系统电路连接。所述第一输入轴2由液压马达连接带动，液压马达与TCU实时控制系统电路连接。所述的第二输入轴8与液力变矩器连接，液力变矩器与TCU实时控制系统电路连接。

实施例2

所述行星轮1的组数为4组。所述第一输入轴2的通过电机带动，电机与TCU实时控制系统电路连接。所述第一输入轴2由液压马达连接带动，液压马达与TCU实时控制系统电路连接。所述的第二输入轴8与液力变矩器连接，液力变矩器与TCU实时控制系统电路连接。

实施例3

所述行星轮1的组数为6组。所述第一输入轴2的通过电机带动，电机与TCU实时控制系统电路连接。所述第一输入轴2由液压马达连接带动，液压马达与TCU实时控制系统电路连接。所述的第二输入轴8与液力变矩器连接，液力变矩器与TCU实时控制系统电路连接。

实施例4

所述行星轮1的组数为8组。所述第一输入轴2的通过电机带动，电机与TCU实时控制系统电路连接。所述第一输入轴2由液压马达连接带动，液压马达与TCU实时控制系统电路连接。所述的第二输入轴8与液力变矩器连接，液力变矩器与TCU实时控制系统电路连接。

使用本发明时，只要控制第一输入轴2的转速就可以实现变速器的无级变速的功能。当第二输入轴8动力输入时，若行星齿圈4不工作，由于单向离合器的作用齿圈是静止不发生相对转动的，此时变速器不会实现无级变速的功能，若行星齿圈4工作，行星齿轮1通过与太阳齿轮0的外啮合、与行星齿圈4的内啮合的关系使输出轴6输出的传动比成连续的函数曲线的变化，也就实现了无级变速的功能。

本发明主要通过两个自由度的输入实现变速器的无级变速作用，能够传递很大的扭矩和很大的扭矩变化，很高的传动效率较高，并且通过齿轮的啮合提高了无级变速器的寿命。

Claims

1.一种行星齿轮无级变速器，其特征是，所述行星齿轮无级变速器包括第一输入轴（2）、第二输入轴（8）、单向离合器（9）、齿轮（3）、行星齿圈（4）、行星轮（1）、第一行星支架（7）、太阳轮（0）、第二行星支架（5）及输出轴（6），所述行星齿轮无级变速器通过第一输入轴（2）和第二输入轴（8）两个自由度的动力输入来实现无级变速的功能；所述第二输入轴（8）与输出轴（6）同直线，所述第二输入轴（8）上刚联有太阳轮（0），太阳轮（0）与行星轮（1）啮合，所述第二行星支架（5）的转盘臂穿过等数量的行星轮（1）的轴心且可相对转动，第二行星支架（5）刚联在输出轴（6）上，所述第一行星支架（7）刚联行星齿圈（4），可绕第二输入轴（8）转动，行星齿圈（4）与行星轮（1）内啮合，所述第一输入轴（2）上刚联齿轮（3），所述齿轮（3）与行星齿圈（4）外啮合，所述单向离合器（9）固定在第一输入轴（2）上。

2.根据权利要求1所述的一种行星齿轮无级变速器，其特征是，所述行星轮（1）的组数为2、4、6或8组。

3.根据权利要求1或2所述的一种行星齿轮无级变速器，其特征是，所述第一输入轴（2）的通过电机带动，电机与TCU实时控制系统电路连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种行星齿轮无级变速器，其特征是，所述第一输入轴（2）由液压马达连接带动，液压马达与TCU实时控制系统电路连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种行星齿轮无级变速器，其特征是，所述的第二输入轴（8）与液力变矩器连接，液力变矩器与TCU实时控制系统电路连接。