CN103032541A - 偏心型行星轮行星齿轮同步离合器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种偏心型行星轮行星齿轮同步离合器，包括机壳、中间轴、输入轴、输出轴、偏心型行星轮、中心齿轮、行星齿轮架、齿圈、超越离合器、电磁离合器、同步齿轮、同步电机、与发动机输出轴连接的同步联轴器，本发明在行星齿轮组的基础上增加由同步电机，同步电机齿轮，同步齿轮，电磁离合器、超越离合器及同步联轴器，拨叉等组成的同步接合及分离装置，使用4对偏心型行星轮，利用它在工作时绕中心齿轮旋转时产生的离心力来控制中心齿轮、行星轮架及齿圈之间的控制力，来实现偏心型行星轮行星齿轮同步离合器各部件同向同速整体运转，高效可靠地完成动力的接合与分离，能使离合器的输出转速、扭矩达到最大最佳状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械传动类离合器，尤其是一种偏心型行星轮行星齿轮同步离合器。
技术背景
目前在汽车上使用较多的离合器还是传统的摩擦片离合器它是采用主动摩擦片和从动摩擦片，利用弹簧控制摩擦片，产生的摩擦力来实现动力的传递和分离的，这种离合器存在诸多的技术缺陷或技术劣势，例如：1.承载能力低，2.结构复杂、组件繁多检修维护不方便。3.性能不稳定，摩擦片式离合器易于发生离合功能性故障，例如：离合器打滑造成的分离不彻底。4.传动效率低导致发动机动力在传递过程中大量损失是摩擦式离合器的最大缺陷，当弹簧的压紧力不足或摩擦片磨损严重，导致离合器打滑，摩擦片老化会使静摩擦时有相对位移的情况发生，这样发动机传递的转矩能量一部分转化为热能而消耗，动力在传递过程中大量损失，油耗量相应增加，汽车的动力性下降。5.摩擦片式离合器实现自动控制的系统较为复杂。因此，开发一种安全可靠，结构简单，性能优良，效率高，制造方便且造价低廉的离合器，便成为机械行业多年来急需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是克服上述现有技术的不足，而提供一种偏心型行星轮行星齿轮同步离合器，它能够在工作过程中根据当时的工作状况自动接合或分离，发动机传递过来的动力，并能根据负载情况自动调节扭矩及输出转速，并且结构简单，制造成本低，承载能力大，传动效率高，安全可靠，使用寿命长。
为解决上述问题本发明的技术方案为：
一种偏心型行星轮行星齿轮同步离合器，包括机壳、中间轴、输入轴、输出轴、偏心型行星轮、中心齿轮、行星齿轮架、齿圈、超越离合器、电磁离合器、同步齿轮、同步电机、与发动机输出轴连接的同步联轴器，其特征在于：机壳中安装有中间轴，输入轴和输出轴均套装在中间轴外表面，输入轴在输出轴的左边，行星齿轮架安装在输出轴的左端上，中心齿轮置于齿圈内和输入轴的右端上花键连接安装，齿圈套装在输入轴上，偏心型行星轮在中心齿轮与齿圈之间沿同一圆周等距对称布置安装，偏心型行星轮经偏心型行星轮轴固定在行星齿轮架上，偏心型行星轮同时与中心齿轮啮合和齿圈啮合，同步齿轮套装在输出轴上，置于行星轮架右侧，同步齿轮经电磁离合器及超越离合器和齿圈相连接，同步齿轮和安装在同步电机传动轴上的同步电机齿轮相啮合，同步电机置于机壳外部，所述的同步联轴器由同步联轴器主动盘和同步联轴器从动盘构成，同步联轴器轴套装在输入轴左侧的中间轴上，同步联轴器主动盘通过花键安装在同步联轴器轴上，同步联轴器从动盘通过花键安装在齿圈左侧的输入轴上，同步联轴器从动盘和同步联轴器主动盘相啮合，拨叉一端装在同步联轴器从动盘右侧的拨叉槽内，另一端和拨叉驱动装置相连接。
所述的偏心型行星轮为四对。
所述的超越离合器外圈安装在齿圈外口边缘内侧，内圈安装在同步齿轮上。
所述的拨叉驱动装置由驱动电机，螺杆，螺杆套，轴承座和拨叉构成，驱动电机和螺杆的一端相连接，驱动电机驱动螺杆转动，螺杆上套装有和拨叉相连接的螺杆套，螺杆的另一端装在轴承座上。
所述的同步联轴器的主动盘与同步联轴器轴花键相连，同步联轴器轴带动同步联轴器的主动盘转动，同步联轴器的从动盘与输入轴花键连接，并在拨叉的作用下向左或向右移动，以便使同步联轴器的主动盘和同步联轴器的从动盘同步连接或同步分离。
所述的输入轴与输出轴之间有间隙。
所述的电磁离合器线圈部分安装在同步齿轮上，衔铁部分安装在齿圈外部。
所述的同步联轴器的从动盘周边分别均布有4个相交错的凸台和凹槽，凸台的M端比N端高，两端之间经弧形的斜面相连接，同步联轴器的主动盘的凸台卡装在同步联轴器的从动盘的凹槽内，同步联轴器的从动盘的凸台卡装在同步联轴器的主动盘的凹槽内，同步联轴器的主动盘的凸台为两端等高表面呈弧形的凸起。
所述的偏心型行星轮为一边轻一边重，重心不在中心的行星齿轮。
本发明的工作原理是：
本发明是利用行星齿轮组的优良的运转特性及其传动原理，在此基础上，增加了同步电机，同步电机齿轮，同步齿轮，电磁离合器、超越离合器及同步联轴器，拨叉等装置，将原行星齿轮置换成偏心型行星轮，并增加至四对，以增强其对中心齿轮、行星轮架及齿圈的控制力，利用它在工作时绕中心齿轮旋转产生的离心力来控制中心齿轮，偏心型行星轮、行星轮架及齿圈之间的作用力，使中心齿轮、行星轮架、偏心型行星轮、齿圈逐渐同向整体旋转，实现动力的传递与同步装置配合共同完成发动机与变速器之间动力的接合或分离。
本发明的技术方案的有益效果是：
1.在结构上，本发明在行星齿轮组的基础上增加由同步电机，同步电机齿轮，同步齿轮，电磁离合器、超越离合器及同步联轴器，拨叉等组成的同步接合及分离装置，使用4对偏心型行星轮，以增强其对中心齿轮、行星轮架及齿圈之间的控制力，利用它在工作时绕中心齿轮旋转时产生的离心力来控制中心齿轮、行星轮架及齿圈之间的控制力，来实现偏心型行星轮行星齿轮同步离合器各部件同向同速整体运转，高效可靠地完成动力的接合与分离，能使离合器的输出转速、扭矩达到最大最佳状态。
2. 偏心型行星轮行星齿轮同步离合器结构简单紧凑，齿轮系统强度高，经久耐用，承载负荷范围大。
3.同轴转动实现离合时，相啮合的齿轮间不分离，同步联轴器主、从动盘之间的接合与分离不会出现顿挫现象，接合与分离过程非常平稳。
4.传送效率高，传力效率接近100%，有效降低因传力能量损失导致的油耗增加汽车性能下降。
5.性能稳定，几乎无离合故障，检修维护方便。
6.开发成本低，易于产业化。
7.很容易实现气动、液压电动控制，若将本离合器串联一级本离合器单元中的偏心型行星轮行星齿轮组，加上超越离合器配合，即可组成高性能的无极变速系统，本发明有助于提高汽车性能，降低燃油消耗，有利于环境保护，符合国家对节能环保的发展要求，经济效益显著，非常有利于推广实施。
附图说明
下面结构图对本发明的具体实施方式作出一步详细的说明，其中：
图1为本发明的结构主视图。
图2为本发明偏心型行星轮的结构示意图。
图3为本发明同步联轴器主动盘的结构示意图。
图4为本发明同步联轴器从动盘的结构示意图。
图5为本发明拨叉驱动装置结构示意图。
图6为本发明电器控制原理示意图。
图中序号1.机壳，2.输入轴，3.输出轴，4.中心齿轮，5.偏心型行星轮，6.偏心型行星轮轴，7.行星轮架，8.齿圈，9.中间轴，10.超越离合器，11.电磁离合器，12.同步齿轮，13同步电机，14.同步电机齿轮，15.同步联轴器主动盘，16.同步联轴器从动盘，17.同步联轴器轴，18.拨叉，19.驱动电机，20.螺杆，21.螺杆套，22.轴承座，23. 制动踏板，24.档位手柄。
具体实施方式
参见图1、图2、图3、图4、图5、图6中，包括机壳、中间轴、输入轴、输出轴、偏心型行星轮、中心齿轮、行星齿轮架、齿圈、超越离合器、电磁离合器、同步齿轮、同步电机、与发动机输出轴连接的同步联轴器，其特征在于：机壳中安装有中间轴，输入轴和输出轴均通过轴承套装在中间轴外表面，输入轴在输出轴的左边，行星齿轮架通过花键安装在输出轴的左端上，中心齿轮置于齿圈内和输入轴的右端上花键连接安装，齿圈通过轴承套装在输入轴上，偏心型行星轮在中心齿轮与齿圈之间沿同一圆周等距对称布置安装，偏心型行星轮经偏心型行星轮轴固定在行星齿轮架上，偏心型行星轮同时与中心齿轮啮合和齿圈啮合，同步齿轮通过轴承套装在输出轴上，置于行星轮架右侧，同步齿轮经电磁离合器及超越离合器和齿圈相连接，同步齿轮和安装在同步电机传动轴上的同步电机齿轮相啮合，同步电机置于机壳外部，所述的同步联轴器由同步联轴器主动盘和同步联轴器从动盘构成，同步联轴器轴通过轴承套装在输入轴左侧的中间轴上，同步联轴器主动盘通过花键安装在同步联轴器轴上，同步联轴器从动盘通过花键安装在齿圈左侧的输入轴上，同步联轴器从动盘能够和同步联轴器主动盘相啮合，拨叉一端装在同步联轴器从动盘右侧的拨叉槽内，另一端和拨叉驱动装置相连接。
所述的偏心型行星轮为四对。
所述的超越离合器外圈安装在齿圈外口边缘内侧，内圈安装在同步齿轮上。
所述的拨叉驱动装置由驱动电机，螺杆，螺杆套，轴承座和拨叉构成，驱动电机和螺杆的一端相连接，驱动电机驱动螺杆转动，螺杆上套装有和拨叉相连接的螺杆套，螺杆的另一端装在轴承座上。
所述的同步联轴器的主动盘与同步联轴器轴花键相连，同步联轴器轴带动着同步联轴器的主动盘转动，同步联轴器的从动盘与输入轴花键连接，能在拨叉的作用下向左或向右移动，以便使同步联轴器的主动盘和同步联轴器的从动盘同步连接或同步分离。
所述的输入轴与输出轴之间有间隙。
所述的电磁离合器线圈部分安装在同步齿轮上，衔铁部分安装在齿圈外部。
所述的同步联轴器的从动盘周边分别均布有4个相交错的凸台和凹槽，凸台的M端比N端高，两端之间经弧形的斜面相连接，同步联轴器的主动盘的凸台卡装在同步联轴器的从动盘的凹槽内，同步联轴器的从动盘的凸台卡装在同步联轴器的主动盘的凹槽内，同步联轴器的主动盘的凸台为两端等高表面呈弧形的凸起。
所述的偏心型行星轮为一边轻一边重，重心不在中心的行星齿轮。
本发明的工作原理及具体工作过程如下：
图1中A、B、C、D，为供电端子与图6中A、B、C、D一致。A为同步电机的供电端子，B为电磁离合器供电端子，C为驱动电机的向右驱动拨叉的供电端子，D为驱动电机的向左驱动拨叉的供电端子。
在图1中，当车辆需要行驶时，踏下制动踏板23，启动发动机，这时与制动踏板联动的同步电机13及电磁离合器11的控制开关闭合，使同步电机13及电磁离合器11得电工作，同步电机13驱动同步齿轮12并通过电磁离合器11驱动齿圈8，偏心型行星轮5运转，使中心齿轮4和同步联轴器从动盘16与同步联轴器主动盘15向相同方向运转，由于发动机的转速越高，发电机输出的电压越高，驱动同步电机13运转的转速也越高，又因同步电机13驱动离合器中的行星齿轮组及与中心齿轮4同轴安装的从动盘16运转的速比是一定的，它与发动机的转速同步，从而使联轴器的主、从动盘的转速保持一致或稍快，由于同步联轴器从动盘16的凸台两端的高度不同，它这种结构特性，决定了只有从动盘16，在同步电机13驱动同步齿轮12及行星齿轮组运转，使从动盘的转速与主动盘的转速达到一至或有超越主动盘转速趋势的时候，主从动盘才能在拨叉的作用下啮合。当变速器档位手柄24拨到行驶档位，与其联动的拨叉驱动装置的开关闭合，这时拨叉驱动装置驱动同步联轴器主动盘16向左移动与同步联轴器主动盘15接合，将动力传递给输入轴2驱动行星齿轮机构运转，当抬起制动踏板的时候，同步电机13失电将制动，同时电磁离合器11也失电将齿圈8与同步齿轮12分离，由于发动机的动力及行星齿轮组运转惯性的作用，同步电机13不会突然抱死，而是逐渐制动直至停止转动（在实际应用中可采用对同步电机施加反向电压的制动方式，这里为说明简便暂采用这种制动方式），这个过程也使动力通过输出轴3驱动变速器运转促使车辆完成起步过程，当同步电机13被逐渐制动，受超越离合器10的钳制作用，齿圈8也将逐渐停止转动，动力通过中心齿轮4、偏心型行星轮5、输出轴3运转向变速器传递动力，此时偏心型行星轮5受中心齿轮4的驱动发生自转的同时还绕中心齿轮4公转，由于偏心型行星轮5的结构特性在它自转和绕中心齿轮4公转的过程中产生离心力，这个离心力作用在行星轮架7及中心齿轮4上，对它们进行控制，随着输入轴2及输出轴3的转速的提高，偏心型行星轮5的自转及公转转速也进一步加大，它产生的离心力也相应增大，同时对行星轮架7，中心齿轮4产生更大的控制力，当输入轴2与输出轴3的转速达到一定的转速，高速公转的偏心型行星轮5产生的离心力将中心齿轮4与行星轮架7逐渐锁住，这时强大的离心力使偏心型行星轮5不能自转，只能绕中心齿轮4公转，中心齿轮4与行星轮架7同速同向运转，同时也驱动齿圈8同向同速运转，此时，超越离合器10也失去对齿圈8的钳制作用，从而实现行星齿轮组整体同向、同速运转，这样离合器就完成了发动机向变速器传递动力的接合过程驱动车辆正常行驶。
当车辆需停止行驶时，踏下制动踏板23，车速降低，发动机转速也降低，当车速降到一定程度，离合器单元中的中心齿轮4，行星轮架7及齿圈8将自动退出同向同速运转状态，按照普通行星齿轮组的运转特性进行运转，齿圈8也将逐渐降低转速直至进行与中心齿轮4运转方向相反的方向运转，同时受与制动踏板联动的同步电机13的控制开关的控制，使同步电机13驱动同步齿轮12，向与输出轴3运转方向相反的方向运转，以便与齿圈8的转速与方向同步，车辆受制动力的作用停止行驶时，离合器将自动处于同步分离状态，当车辆的档位手柄24拨至停车挡（P）位置时，这时拨叉受与停车挡（P）位联动的拨叉驱动装置闭合，拨叉驱动装置动作，驱动拨叉右移复位，同步联轴器从动盘16与同步联轴器主动盘15分离，实现发动机与变速器的动力的完全分离。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限制本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原理的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种偏心型行星轮行星齿轮同步离合器，包括机壳、中间轴、输入轴、输出轴、偏心型行星轮、中心齿轮、行星齿轮架、齿圈、超越离合器、电磁离合器、同步齿轮、同步电机、与发动机输出轴连接的同步联轴器，其特征在于：机壳中安装有中间轴，输入轴和输出轴均套装在中间轴外表面，输入轴在输出轴的左边，行星齿轮架安装在输出轴的左端上，中心齿轮置于齿圈内和输入轴的右端上花键连接安装，齿圈套装在输入轴上，偏心型行星轮在中心齿轮与齿圈之间沿同一圆周等距对称布置安装，偏心型行星轮经偏心型行星轮轴固定在行星齿轮架上，偏心型行星轮同时与中心齿轮啮合和齿圈啮合，同步齿轮套装在输出轴上，置于行星轮架右侧，同步齿轮经电磁离合器及超越离合器和齿圈相连接，同步齿轮和安装在同步电机传动轴上的同步电机齿轮相啮合，同步电机置于机壳外部，所述的同步联轴器由同步联轴器主动盘和同步联轴器从动盘构成，同步联轴器轴套装在输入轴左侧的中间轴上，同步联轴器主动盘通过花键安装在同步联轴器轴上，同步联轴器从动盘通过花键安装在齿圈左侧的输入轴上，同步联轴器从动盘和同步联轴器主动盘相啮合，拨叉一端装在同步联轴器从动盘右侧的拨叉槽内，另一端和拨叉驱动装置相连接。
2.根据权利要求1所述的偏心型行星轮行星齿轮同步离合器，其特征在于，所述的偏心型行星轮为四对。
3.根据权利要求1所述的偏心型行星轮行星齿轮同步离合器，其特征在于，所述的超越离合器外圈安装在齿圈外口边缘内侧，内圈安装在同步齿轮上。
4.根据权利要求1所述的偏心型行星轮行星齿轮同步离合器，其特征在于，所述的拨叉驱动装置由驱动电机，螺杆，螺杆套，轴承座和拨叉构成，驱动电机和螺杆的一端相连接，驱动电机驱动螺杆转动，螺杆上套装有和拨叉相连接的螺杆套，螺杆的另一端装在轴承座上。
5.根据权利要求1所述的偏心型行星轮行星齿轮同步离合器，其特征在于，所述的同步联轴器的主动盘与同步联轴器轴花键相连，同步联轴器轴带动同步联轴器的主动盘转动，同步联轴器的从动盘与输入轴花键连接，并在拨叉的作用下向左或向右移动，以便使同步联轴器的主动盘和同步联轴器的从动盘同步连接或同步分离。
6.根据权利要求1所述的偏心型行星轮行星齿轮同步离合器，其特征在于，所述的输入轴与输出轴之间有间隙。
7.根据权利要求1所述的偏心型行星轮行星齿轮同步离合器，其特征在于，所述的电磁离合器线圈部分安装在同步齿轮上，衔铁部分安装在齿圈外部。
8.根据权利要求1所述的偏心型行星轮行星齿轮同步离合器，其特征在于，所述的同步联轴器的从动盘周边分别均布有4个相交错的凸台和凹槽，凸台的M端比N端高，两端之间经弧形的斜面相连接，同步联轴器的主动盘的凸台卡装在同步联轴器的从动盘的凹槽内，同步联轴器的从动盘的凸台卡装在同步联轴器的主动盘的凹槽内，同步联轴器的主动盘的凸台为两端等高表面呈弧形的凸起。
9.根据权利要求1所述的偏心型行星轮行星齿轮同步离合器，其特征在于，所述的偏心型行星轮为一边轻一边重，重心不在中心的行星齿轮。
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