CN102661366B - 一种复合紧凑型变速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合紧凑型变速器，旨在提供一种延长发动机和传动系的使用寿命，提高车辆的行驶性能，使发动机高效工作的变速器。其技术方案要点是，它包括输入轴（1）、可控力矩器（4）、空倒档机构（5）、单向离合器（6）、输出轴（7），所述的输入轴（1）与输出轴（7）之间设有三个依次联接的增矩单元（2），每个增矩单元（2）都联接有升速单元（3），首个输入元件（21）与输入轴（1）联接，其余输入元件（21）与各自上一个输出元件（32）为同一元件，任一个输出元件（22）与各自下一个输入元件（31）为同一元件，各个单元的公共输出元件（23）、公共输出元件（33）为同一元件，其一端与单向离合器（6）联接，另一端与可控力矩器（4）联接。

Description

一种复合紧凑型变速器

技术领域

本发明属于变速器领域，更具体地说，它是一种用于各种地面车辆、船舶、铁道机车、工程机械、各种航天、航空器、冶金、矿山、石油、化工、轻工、食品、纺织、起重运输机械、机床、机械人以及军工的变速器。 

背景技术

目前，常用的无级变速器都是根据摩擦、流体静力学等原理来设计的，它所能传递的功率不大，并且效率不高；另外，这些无级变速器结构复杂，操控麻烦，并需通过昂贵的材料和精密的制造才能实现，因此成本高。 

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种延长发动机和传动系的使用寿命，结构简单，操控方便，低成本，节能高效的变速器。 

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案以下： 

一种复合紧凑型变速器，它包括输入轴（1）、可控力矩器（4）、空倒档机构（5）、单向离合器（6）、输出轴（7），所述单向离合器（6）的输出端（62）与输入轴（1）联接，可控力矩器（4）的输出端（42）与空倒档机构（5）的输入端（51）联接，空倒档机构（5）的输出端（52）与输出轴（7）联接，所述的输入轴（1）与输出轴（7）之间设有若干个依次联接的由具有同向性能的行星排组成的增矩单元（2），每个增矩单元（2）都联接有由具有同向性能的行星排组成的升速单元（3），所述的增矩单元（2）包括输入元件（21）、输出元件（22）、公共输出元件（23）、行星齿轮（24），所述升速单元（3）包括输入元件（31）、输出元件（32）、公共输出元件（33）、行星齿轮（34），首个增矩单元（2）的输入元件（21）与输入轴（1）联接，其余各个增矩单元（2）的输入元件（21）与各自上一个升速单元（3）的输出元件（32）为同一元件，即升速元件（321），任一个增矩单元（2）的输出元件（22）与各自下一个升速单元（3）的输入元件（31）为同一元件，即增矩元件（213），最后一个升速单元（3）的输出元件（32）与可控力矩器（4）的输入端（41）联接，各个单元的公共输出元件（23）、公共输出元件（33）为同一元件，即共用公共输出元件（123），其一端与单向离合器（6）的输入端（61）联接，另一端与可控力矩器（4）的输出端（42）联接。

所述增矩单元（2）为具有同向性能的行星齿轮传动机构、少齿差传动机构、摆线针轮行星传动机构或谐波齿轮传动机构，其输入元件（21）和输出元件（22）可以是同向行星齿轮传动机构的小太阳轮或行星架，其公共输出元件（23）只能是大太阳轮或齿圈；当选用上述少齿差传动机构、摆线针轮行星传动机构或谐波齿轮传动机构时，则选用它们与同向行星齿轮传动机构相对应的元件组成增矩单元（2），其中，所述增矩单元（2）指的是三个元件转速方向相同，当公共输出元件（23）的转速为零时，输出元件（22）的转速方向不变，即其为具有同向性能的行星齿轮传动机构，即同向行星排，并且起到降速、增矩的作用。 

所述的升速单元（3）为具有同向性能的行星齿轮传动机构、少齿差传动机构、摆线针轮行星传动机构或谐波齿轮传动机构，其输出元件（32）和公共输出元件（33）可以是同向行星齿轮传动机构的小太阳轮或行星架，其输入元件（31）只能是大太阳轮或齿圈；当选用上述少齿差传动机构、摆线针轮行星传动机构或谐波齿轮传动机构肘，则选用它们与同向行星齿轮传动机构相对应的元件组成升速单元（3），其中，所述升速单元（3）指的是三个元件转速方向相同，当公共输出元件（33）的转速为零时，输出元件（32）的转速方向不变，即其为具有同向性能的行星齿轮传动机构，即同向行星排，并且起升速、分矩的作用。 

本发明的可控力矩器（4）可选择电控或液控摩擦式离合器、液力偶合器、液力变矩器、液压泵和液压马达。 

可控力矩器（4）在有转速差的情况下，能把输入力矩自动或被动地输出，其中，如果选择的可控力矩器（4）是偶合器或者是液力变矩器，它可以自动实现输入力矩的输出；如果选择的可控力矩器（4）是各种可控力矩的离合器或液压泵和液压马达，它则需要在人工或电脑的控制下通过改变电流或液压的大小，才能实现输入力矩的输出。 

应用于车辆时，本发明能够根据车辆行驶时的速度变化以及受到阻力大小，自动地、无级地改变传动比。 

本发明具有以下的优点： 

（1）本发明除了空倒档机构以外，没有其它换档和操纵机构，因此结构简单，有利于降低制造的成本，更易于维修，并且操控方便；

（2）本发明发动机的功率大部分由高效率以及能传递大功率的增矩单元（2）以及升速单元（3）传递，变距和变速是自动完成，能实现高效率、大功率的无级变速传动，并且除了起步以外，都能使发动机在最佳范围内工作，与其它无级变速器相比，在发动机等效的前提下，它降低了发动机的制造成本：

 （3）本发明通过无级变速，使发动机处于经济转速区域内运转，也就是在非常小污染排放的转速范围内工作，避免了发动机在怠速和高速运行时，排放大量废气，从而减少了废气的排放，有利于保护环境；

（4）本发明能利用内部转速差起缓冲和过载保护的作用，有利于延长发动机和传动系的使用寿命，另外，当行驶阻力增大，则能使车辆自动降速，反之则升速，有利于提高车辆的行驶性能；

（5）本发明通过无级变速，使输入功率不间断，可保证车辆有良好的加速性能和较高的平均车速，使发动机的磨损减少，延长了大修间隔里程，提高了出车率，有利于提高生产率。

另外，本发明是一种还可用于各种地面车辆、船舶、铁道机车、工程机械、各种航天、航空器、冶金、矿山、石油、化工、轻工、食品、纺织、起重运输机械、机床、机械人以及军工的变速器。 

附图说明

图1为本发明实施例一的原理图。 

图2为本发明实施例一的结构图。 

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明： 

实施例一：

如图1、图2中所示，一种复合紧凑型变速器，它包括输入轴1、可控力矩器4、空倒档机构5、单向离合器6、输出轴7，所述单向离合器6的输出端62与输入轴1联接，可控力矩器4的输出端42与空倒档机构5的输入端51联接，空倒档机构5的输出端52与输出轴7联接，所述的输入轴1与输出轴7之间设有三个依次联接的由具有同向性能的行星排组成的增矩单元2，每个增矩单元2都联接有由具有同向性能的行星排组成的升速单元3，所述的增矩单元2包括输入元件21、输出元件22、公共输出元件23、行星齿轮24，所述升速单元3包括输入元件31、输出元件32、公共输出元件33、行星齿轮34，首个增矩单元2的输入元件21与输入轴1联接，其余各个增矩单元2的输入元件21与各自上一个升速单元3的输出元件32为同一元件，即升速元件321，任一个增矩单元2的输出元件22与各自下一个升速单元3的输入元件31为同一元件，即增矩元件213，最后一个升速单元3的输出元件32与可控力矩器4的输入端41联接，各个单元的公共输出元件23、公共输出元件33为同一元件，即共用公共输出元件123，其一端与单向离合器6的输入端61联接，另一端与可控力矩器4的输出端42联接。

所述的可控力矩器4可以选用电磁粉离合器。 

增矩单元2只起分流功率的作用，输入功率由输入元件21分流为两路，其中，每一路功率都是单向传递，一路流入它的公共输出元件23，即共用公共输出元件123，另一路经过它的输出元件22流入与此增矩单元2联接的下一个升速单元3的输入元件31。 

升速单元3只起分流功率的作用，升速单元3的输入元件31把上一个与其配合工作的增矩单元2的输出元件22分流至此的功率再分流为两路，其中，每一路功率都是单向传递，一路流入它的公共输出元件33，即共用公共输出元件123，另一路经过它的输出元件32流入与此升速单元3联接的下一个增矩单元2的输入元件21，其再重复上述增矩单元2的分流过程。 

其中，由于每个升速单元3都与相应的增矩单元2配合工作，而且所有增矩单元2的公共输出元件23与升速单元3的公共输出元件33为同一元件，即共用公共输出元件123，而且每一个增矩单元2的输出元件22与相应的升速单元3的输入元件31为同一元件，即增矩元件213，因此，相互配合工作的第一个增矩单元2与第一个升速单元3相应的这两个元件的转速相同，这就决定了第一个升速单元3的输出元件32与第一个增矩单元2的输入元件21或输入轴1的转速相同，而第一个升速单元3的输出元件32又与第二个增矩单元2的输入元件21为同一元件，即增矩元件321，而第二个增矩单元2与和其配合工作的第二个升速单元3因上述相同的原因，第二个升速单元3的输出元件32与输入轴1的转速相同，依此类推，从而实现了输入轴1的转速与最后一个升速单元3的输出元件32的转速相同，以满足一些对转速有要求的可控力矩器4，另外，对于增矩单元2与升速单元3而言，各单元的公共输出元件23与输出元件22、公共输出元件33与输出元件32的转速分配关系可以改变，两路功率流将根据两者之间转速分配的变化而变化，当公共输出元件23、公共输出元件33的转速为零时，它们的输入功率为零，但力矩不为零，此时，各个输出元件22、输出元件32的功率则由一定值改变到最大值，所述的一定值指的是当各单元的输出元件22与各自的公共输出元件23、输出元件32与各自的公共输出元件33的转速相同时，两者按行星排力矩比分配输入功率所得值，所述的最大值指的是发动机或上一个单元输入的总功率。 

发动机的输入功率经第一个增矩单元2的输入元件21分流为两路，一路流入它的公共输出元件23，即共用公共输出元件123，另一路通过它的输出元件22流入与它联接的第一个升速单元3的输入元件31，此功率又分流为两路，一路流入它的公共输出元件33，即共用公共输出元件123，另一路通过它的输出元件32流入与它联接的第二个增矩单元2的输入元件21，其再重复上述分流过程，最后，传递到第三个升速单元3的输出元件32，其把分流至此的功率传递到可控力矩器4的输入端41，此时，电脑将根据可控力矩器4的输入力矩的大小，控制激磁电流，使其传递到可控力矩器4的输出端42与共用公共输出元件123一路的功率实现汇流，再经空倒档机构5的输入端51传递到空倒档机构5的输出端52，也就是传递到本发明的输出轴7，从而实现了把发动机的功率通过输出轴7对外输出。 

对于本发明，当输入轴1的转速不变，输出轴7上的扭矩随其转速的变化而变化，转速越低，输出轴7的扭矩越大，反之，则越小，从而实现本发明能随车辆行驶速度和阻力的不同而改变扭矩的复合紧凑型变速器。 

本发明使用时，设发动机的输入功率、输入转速及其负荷不变，即输入轴1的转速与扭矩为常数，汽车起步前，输出轴7的转速为零，当汽车启动，因输出轴7静止不动，发动机的功率全部流入首个增矩单元2的输出元件22，使其变矩后的扭矩大于发动机的输入扭矩，并传递到下一个升速单元3，此单元又因为相同的原因，又把功率全部流入这一单元的输出元件32，使其输出的转速与输入轴1的转速相同，并把功率全部流入下一个增矩单元2的输出元件22，并且重复上述情况，经过各个增矩单元2以及升速单元3后，最后一个单元的输出元件32把扭矩传递给可控力矩器4，再与共用公共输出元件123一路传递到可控力矩器4的扭矩汇合后，再通过空倒档机构5传递给输出轴7，此时，扭矩达到最大值，当输出轴7的扭矩，经传动系传动到驱动轮上产生的牵引力足以克服汽车起步阻力时，汽车则起步并开始加速，与之相联的共用公共输出元件123上的所有公共输出元件23以及公共输出元件33也从零逐渐增加，此时，功率分为两路，流入各个增矩单元2的输出元件22以及升速单元3的输出元件32的功率逐渐减少，从而，使各个增矩单元2的输出元件22的增矩作用逐渐减少，输出轴7的扭矩随着转速的增加而减少，当共用公共输出元件123的转速与输入轴1的转速相同时，各单元的输出元件22以及输出元件32与各自的输入元件21以及输入元件31的转速相同，即转速差为零，此时，各个增矩单元2的输出元件22不再起增矩作用。 

Claims (1)

1.一种复合紧凑型变速器，它包括输入轴（1）、液力变矩器（4）、空倒档机构（5）、单向离合器（6）、输出轴（7），所述单向离合器（6）的输出端（62）与输入轴（1）联接，液力变矩器（4）的输出端（42）与空倒档机构（5）的输入端（51）联接，空倒档机构（5）的输出端（52）与输出轴（7）联接，其特征在于：所述的输入轴（1）与输出轴（7）之间设有若干个依次联接的由具有同向性能的行星排组成的增矩单元（2），每个增矩单元（2）都联接有由具有同向性能的行星排组成的升速单元（3），所述的增矩单元（2）包括输入元件（21）、输出元件（22）、公共输出元件（23）、行星齿轮（24），所述升速单元（3）包括输入元件（31）、输出元件（32）、公共输出元件（33）、行星齿轮（34），首个增矩单元（2）的输入元件（21）与输入轴（1）联接，其余各个增矩单元（2）的输入元件（21）与各自上一个升速单元（3）的输出元件（32）为同一元件，即升速元件（321），任一个增矩单元（2）的输出元件（22）与各自下一个升速单元（3）的输入元件（31）为同一元件，即增钜元件（213），最后一个升速单元（3）的输出元件（32）与液力变矩器（4）的输入端（41）联接，各个单元的公共输出元件（23）、公共输出元件（33）为同一元件，即共用公共输出元件（123），其一端与单向离合器（6）的输入端（61）联接，另一端与液力变矩器（4）的输出端（42）联接，所述的增矩单元（2）为具有同向性能的行星齿轮传动机构、少齿差传动机构、摆线针轮行星传动机构或谐波齿轮传动机构，所述的升速单元（3）为具有同向性能的行星齿轮传动机构、少齿差传动机构、摆线针轮行星传动机构或谐波齿轮传动机构。