CN103256352B - 双行星排汇流式多档多离合器变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双行星排汇流式多档多离合器变速器，能够满足多档位需求，包括主输入轴、主输出轴、多离合器和双行星排汇流机构；所述多离合器包括两个以上的离合输入轴、三个以上的离合输出轴和对应的离合机构；所述各根离合输入轴与主输入轴之间均设有变速齿轮组；所述离合输出轴包括分别与双行星排汇流机构的前太阳轮、前行星架和后齿圈同轴传动连接的前太阳轮离合输出轴、前行星架离合输出轴和后齿圈离合输出轴，所述前齿圈与所述后行星架是同轴传动连接，所述后太阳轮与所述主输出轴是同轴传动连接；前太阳轮离合输出轴、前行星架离合输出轴和后齿圈离合输出轴还连接有相应的制动器。

Description

双行星排汇流式多档多离合器变速器

技术领域

本发明涉及双行星排汇流式多档多离合器变速器。

背景技术

目前变速器的技术发展迅速，能够满足一般车辆的档位需求，但是，对于一些使用工况复杂、档位需求较多的车辆，例如拖拉机，现有拖拉机换档仍多采用多对滑动齿轮、啮合套及同步器等手动机械换档方式，因此，变速器能够获得的速比数受到齿轮对数的限制，想要获得更多的速比数，不但齿轮对数要相应增加，还要设置对应的啮合套、拨叉等结构，并需要为齿轮组中滑动齿轮预留移动空间，导致变速器的结构非常复杂、换档过程繁琐。另外，受到变速器体积和重量的限制，齿轮对数的增加存在数量限制，因此现有技术的变速器仍不能很好地满足车辆多档位的变速需求。

申请号为200820050767.5，公告号为CN 201240263Y的中国专利公开了一种基于行星机构的分汇流式多档自动变速系统，包括用于连接动力源的主输入轴、DCT传动系统和向系统外输出动力的主输出轴，DCT传动系统和主输入轴之间设有基于行星机构，该行星机构包括太阳轮、行星架和齿圈。动力源传递给主输入轴的动力被分成两路，分别与太阳轮和齿圈连接，并在主输入轴与太阳轮之间、或主输入轴与齿圈之间设置了离合器和制动器，行星架是与DCT传动系统的输入端传动连接。工作中，以离合器和制动器是设置在发动机输出轴与太阳轮之间的情况为例，离合器分离而将主输入轴与太阳轮断开连接、并且制动器将太阳轮制动时，发动机的动力传递给太阳轮，再由行星机构汇流后经行星架输出给DCT传动系统；离合器结合而将主输入轴与太阳轮传动连接、并且制动器将太阳轮释放时，太阳轮和齿圈共同由主输入轴带动转动，并向DCT传动系统输入另一种转速。假设原DCT传动系统的档位为m种，设置行星机构汇流后，整个变速系统将可实现2×m种转速。但是，上述变速系统虽然采用了行星机构将转速增加一倍，可DCT传动系统的变速种数依然受到齿轮对数的限制，因此整体上档位的增加效果仍不明显，档位较少。并且，由于需要针对齿圈或太阳轮设置离合器，系统结构复杂，整体占用空间大，检修操作不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够满足多档位需求的双行星排汇流式多档多离合器变速器。

本发明采用的技术方案是：双行星排汇流式多档多离合器变速器，包括供动力输入的主输入轴、输出动力的主输出轴，还包括多离合器和双行星排汇流机构；所述多离合器包括两个以上的离合输入轴、三个以上的离合输出轴，还包括用于根据设定的选换档规律选择任一离合输入轴与对应的一个或两个以上离合输出轴传动连接的离合机构；所述各根离合输入轴与主输入轴之间均设有用于在主输入轴与相应的离合输入轴之间传递动力的变速齿轮组；所述双行星排汇流机构包括前行星排和后行星排，前行星排包括前太阳轮、前行星轮、前行星架和前齿圈，后行星排包括后太阳轮、后行星轮、后行星架和后齿圈；所述离合输出轴包括分别与前太阳轮、前行星架和后齿圈同轴传动连接的前太阳轮离合输出轴、前行星架离合输出轴和后齿圈离合输出轴，所述前齿圈与所述后行星架是同轴传动连接，所述后太阳轮与所述主输出轴是同轴传动连接；双行星排汇流式多档多离合器变速器还分别对应前太阳轮离合输出轴、前行星架离合输出轴和后齿圈离合输出轴设有用于将相应轴制动的制动器。

所述变速齿轮组包括与设定的高、中、低档转速对应的高、中、低档的三组，各组变速齿轮组均包括在相应的离合输入轴上固设的从动变速齿轮、及与各从动变速齿轮对应啮合地固设在所述主输入轴上的主动变速齿轮。

所述双行星排汇流式多档多离合器变速器设有用于控制所述多离合器和各制动器动作的离合器制动器操纵机构。

所述双行星排汇流式多档多离合器变速器包括对应所述主输入轴、主输出轴、各离合输入轴、各离合输出轴设置的用于检测各根轴的转速的转速传感器，还包括用于获取所述转速传感器的转速信息并根据转速信息控制所述离合器制动器操纵机构动作的电子控制单元，转速传感器的信号输出端与电子控制单元的信号输入端通信连接，电子控制单元与所述离合器制动器操纵机构是控制连接。

采用本发明中的上述技术方案，离合机构能够选择性地将其中一个离合输入轴与对应的一个或多个离合输出轴传动连接，设变速齿轮组数量为n组，则两个以上的离合输入轴能够向各离合输出轴输入n种转速并且n大于等于2，使对应的各离合输出轴均能够获得n种等于离合输入轴转速的转速；而双行星排汇流机构中前行星排、前太阳轮和后齿圈分别是与对应的前太阳轮离合输出轴、前行星架离合输出轴和后齿圈离合输出轴同轴传动连接，所述前齿圈与所述后行星架是同轴传动连接，并且前太阳轮离合输出轴、前行星架离合输出轴和后齿圈离合输出轴均对应连接有制动器，因此，前行星排、前太阳轮和后齿圈均具有制动状态和转动状态，经双行星排汇流机构汇流后，后太阳轮将具有2×2×2=8种转速，其中一种为零，不为零的转速又对应变速齿轮组具有n种转速，本技术方案中的多离合器变速器传动装置最终能够实现（n×7+1）种转速，n取最小值2时，对应的最少转速数量为15种，与现有技术相比，满足了多档位需求，并且整体结构紧凑。

附图说明

图1：本发明双行星排汇流式多档多离合器变速器的一个实施例的传动结构原理图。

图中各附图标记对应的名称为：1-主输出轴，2-后太阳轮，3-后行星轮，4-前太阳轮制动器，5-前太阳轮离合输出轴，6-前太阳轮，7-前行星轮，8-前行星架，9-前行星架离合输出轴，10-后齿圈离合输出轴，11-变速器壳，12-后齿圈离合器，13-前行星架离合器，14-前太阳轮离合器，15-离合器壳，16-高速档离合器，17-中速档离合器，18-低速档离合器，19-低速档从动齿轮，20-低速档离合输入轴，21-中速档离合输入轴，22-高速档从动齿轮，23-高速档离合输入轴，24-转速传感器，25-中速档从动齿轮，26-离合器制动器操纵机构，27-电子控制单元，28-后齿圈制动器，29-前行星架制动器，30-前齿圈，31-后行星架，32-后齿圈，33-主输入轴，34-低速档主动齿轮，35-中速档主动齿轮，36-高速档主动齿轮。

具体实施方式

本发明双行星排汇流式多档多离合器变速器的一个实施例如图1所示，是一种多档拖拉机中使用的双行星排汇流式多档多离合器变速器，包括壳体11、用于与发动机的输出轴传动连接的主输入轴33、用于向变速器外输出扭矩的主输出轴1、多离合器和双行星排汇流机构，还包括由对应的离合器制动器操纵机构26、转速传感器24及电子控制单元27等构成的变速器控制系统。

多离合器包括多离合器壳15、三根离合输入轴、三根离合输出轴和用于根据设定的选换档规律选择对应离合输出轴与其中一个离合输入轴传动连接的离合机构；三根离合输入轴分别为高速档离合输入轴23、中速档离合输入轴21、低速档离合输入轴20，其中高速档离合输入轴23是实心轴形式，中速档离合输入轴21和低速档离合输入轴20是依次同轴套设在高速档离合输入轴23上的轴套形式。所述各根离合输入轴与主输入轴33之间均设有用于在主输入轴33与相应的离合输入轴之间传递动力的变速齿轮组，所述变速齿轮组包括与设定的高、中、低档转速对应的高速档变速齿轮组、中速档变速齿轮组、低速档变速齿轮组；高速档变速齿轮组包括固设在主输入轴33上的高速档主动齿轮36、固设在高速档离合输入轴23上的高速档从动齿轮22，中速档变速齿轮组包括固设在主输入轴33上的中速档主动齿轮35、固设在中速档离合输入轴21上的中速档从动齿轮25，低速档变速齿轮组包括固设在主输入轴33上的低速档主动齿轮34、固设在低速档离合输入轴20上的低速档从动齿轮19，各主动齿轮和对应的从动齿轮是对应啮合。

所述双行星排汇流机构包括前行星排和后行星排，前行星排包括前太阳轮6、前行星轮7、前行星架8和前齿圈30，后行星排包括后太阳轮2、后行星轮3、后行星架31和后齿圈32，三根所述离合输出轴分别是与前太阳轮6、前行星架8和后齿圈32同轴传动连接的前太阳轮离合输出轴5、前行星架离合输出轴9和后齿圈32离合输出轴10，所述前齿圈30与所述后行星架31是同轴传动连接，所述后太阳轮2与所述主输出轴1是同轴传动连接。双行星排汇流式多档多离合器变速器还分别对应前太阳轮离合输出轴5、前行星架离合输出轴9和后齿圈32离合输出轴10设有用于将相应轴制动的制动器，分别为前太阳轮制动器4、前行星架制动器29和后齿圈制动器28。

离合机构和对应的各离合输出轴、对应的各离合输入轴分别相当于一只离合器，本发明中的多离合器包括高速档离合器16、中速档离合器17和低速档离合器18，以及前太阳轮离合器14、前行星架离合器13和后齿圈离合器12。离合器制动器操纵机构26与多离合器控制连接，从而控制对应的离合器动作，根据设定的选换档规律在同一时刻选择一个离合输入轴与对应的一个或两个或三个离合输出轴传动连接。离合器制动器操纵机构26还与各制动器控制连接，从而控制对应的制动器动作，根据设定的选换档规律在同一时刻选择性地将前太阳轮制动器4、前行星架制动器29和后齿圈制动器28中的一个或两个或三个制动。在现有技术中，利用离合器制动器操纵机构26来实现对相应离合器和制动器的控制是本领域的惯用技术手段，其原理和具体结构此处不再赘述。

所述双行星排汇流式多档多离合器变速器还包括对应所述主输入轴33、主输出轴1、各离合输出轴、各离合输出轴设置的用于检测各根轴的转速的转速传感器24，电子控制单元27用于获取所述转速传感器24的转速信息并根据转速信息控制所述离合器制动器操纵机构26动作，转速传感器24的信号输出端与电子控制单元27的信号输入端通信连接，电子控制单元27与所述离合器制动器操纵机构26是控制连接。电子控制单元27即ECU，是本领域用于控制离合器制动器操纵机构动作的常规手段，实施例中对应的具体结构是本领域技术人员能够实现的，此处不再赘述。工作时，电子控制单元27能够对变速器的运行状态进行识别与判断，根据设定的选换档规律，当需要选换档操作时，通过离合器制动器操纵机构26分别控制各离合器与各制动器的动作，实现自动变速。

设主输入轴33的转速为n₀，离合器壳15的转速为n，高、中、低速档变速齿轮组的传动比分别为i₁、i₂、i₃。则离合器壳15的转速n有三种取值：

设前太阳轮6的转速为n_t1，前行星架8的转速为n_j1，前齿圈30的转速为n_q1，后太阳轮2的转速为n_t2，后齿圈32的转速为n_q2，则对应转速n的某一个具体值，前太阳轮6的转速n_t1有两种取值：n_t1=0，n_t1=n；前行星架8的转速n_j1有两种取值，n_j1=0，n_j1=n；后齿圈32的转速n_q2有两种取值：n_q2=0，n_q2=n。

设前行星排特性参数为α₁，后行星排特性参数为α₂，双行星排汇流机构中前行星排汇流时，满足特性方程，则有：n_t1+α₁n_q1＝(1+α₁)n_j1，

所以： $n_{q1}=\frac{(1+{\mathrm{\α}}_1)n_{j1}-n_{t1}}{{\mathrm{\α}}_1}.$

后行星排汇流时也满足特性方程，则有：n_t2+α₂n_q2＝(1+α₂)n_q1，

所以，后太阳轮2的输出转速为：

$n_{t2}=(1+{\mathrm{\α}}_2)n_{q1}-{\mathrm{\α}}_2{n}_{q2}=(1+{\mathrm{\α}}_2)\frac{(1+{\mathrm{\α}}_1)n_{j1}-n_{t1}}{{\mathrm{\α}}_1}-{\mathrm{\α}}_2{n}_{q2}.$

前太阳轮6的转速n_t1、前行星架8的转速n_j1、后齿圈32的转速n_q2取0或n时后太阳轮2的输出转速n_t2如下表所示。

将n的三种不同取值代入，共可得到21种档位输出，加上n_t2=0时的停车档，本发明中双行星排汇流式多档多离合器变速器共可实现22种档位，档位较多，排档范围宽，可满足拖拉机各种作业工况对速度的要求，并且结构简单，容易控制。

各档位输出时动力的传递路线为：动力由主输入轴33经变速齿轮组传至离合器壳15，再由离合器壳15经对应离合输出轴传递至双行星排汇流机构，汇流后经后太阳轮2由主输出轴1输出。例如，仅高速档离合器16、前太阳轮离合器14结合，前行星架制动器29、后齿圈制动器28制动，此时前太阳轮6的转速n_t1等于高速档齿轮组对应的转速n，前行星架8和后齿圈32转速为0，此时动力经主输入轴33、高速档主动齿轮36、高速档从动齿轮22、高速档离合输入轴23传递给前太阳轮离合输出轴5，继而传递给前太阳轮6，由前行星排汇流后输出给后行星架31，最终传递给后太阳轮2，后太阳轮2的输出转速其中并由主输出轴1输出。其余档位依此类推，是本领域技术人员能够理解和实现的，此处不再具体叙述。

在上述实施例中，离合输入轴设有三根，所述变速齿轮组包括与设定的高、中、低档转速对应的高、中、低档的三组，在其他实施例中，离合输入轴也可以设置成两根或四根以上，此时变速齿轮组也可以对应地设置成两组或四组以上。

Claims (4)

1.双行星排汇流式多档多离合器变速器，包括供动力输入的主输入轴、输出动力的主输出轴，其特征在于：还包括多离合器和双行星排汇流机构；所述多离合器包括两个以上的离合输入轴、三个以上的离合输出轴，还包括用于根据设定的选换档规律选择任一离合输入轴与对应的一个或两个以上离合输出轴传动连接的离合机构；所述各根离合输入轴与主输入轴之间均设有用于在主输入轴与相应的离合输入轴之间传递动力的变速齿轮组；所述双行星排汇流机构包括前行星排和后行星排，前行星排包括前太阳轮、前行星轮、前行星架和前齿圈，后行星排包括后太阳轮、后行星轮、后行星架和后齿圈；所述离合输出轴包括分别与前太阳轮、前行星架和后齿圈同轴传动连接的前太阳轮离合输出轴、前行星架离合输出轴和后齿圈离合输出轴，所述前齿圈与所述后行星架是同轴传动连接，所述后太阳轮与所述主输出轴是同轴传动连接；双行星排汇流式多档多离合器变速器还分别对应前太阳轮离合输出轴、前行星架离合输出轴和后齿圈离合输出轴设有用于将相应轴制动的制动器。

2.根据权利要求1所述的双行星排汇流式多档多离合器变速器，其特征在于：所述变速齿轮组包括与设定的高、中、低档转速对应的高、中、低档的三组，各组变速齿轮组均包括在相应的离合输入轴上固设的从动变速齿轮、及与各从动变速齿轮对应啮合地固设在所述主输入轴上的主动变速齿轮。

3.根据权利要求1或2所述的双行星排汇流式多档多离合器变速器，其特征在于：所述双行星排汇流式多档多离合器变速器设有用于控制所述多离合器和各制动器动作的离合器制动器操纵机构。

4.根据权利要求3所述的双行星排汇流式多档多离合器变速器，其特征在于：所述双行星排汇流式多档多离合器变速器包括对应所述主输入轴、主输出轴、各离合输入轴、各离合输出轴设置的用于检测各根轴的转速的转速传感器，还包括用于获取所述转速传感器的转速信息并根据转速信息控制所述离合器制动器操纵机构动作的电子控制单元，转速传感器的信号输出端与电子控制单元的信号输入端通信连接，电子控制单元与所述离合器制动器操纵机构是控制连接。