CN104389961A - 电动汽车自动变速箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电动汽车自动变速箱，其换挡动力轴通过行星升降机构和设置在行星升降机构上的换挡拨叉与同步器连接，由于伺服电机的转速非常高，通过行星机构进行有效降速，并配以螺旋升降机构，从而有效地将升降杆的位移速度降低到切合实际的换挡速度，降低伺服电机功率需求，采用较小功率的伺服电机即可实现换挡动力需求，降低生产成本。动力输入轴通过与之平行的中间传动轴与输出轴或差速器传动连接，中间传动轴通过其两个大齿轮与动力输入轴的两个小齿轮啮合，大齿轮中间的二级主动齿轮与输出轴或差速器上的二级被动齿轮啮合实现动力输出，通过该中间传动轴使装置整体结构受力更加均衡、稳定，结构更加合理，有助于减少磨损，提高使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车变速箱装置技术领域，特别是一种用降速机构驱动换挡的电动汽车自动变速箱。
背景技术
国内汽车工业日益增长，车辆保有量不断增加，随之而来的空气质量下降、环境污染等问题日渐加剧，电动汽车作为一种清洁能源的交通工具，如今越来越被人们接受和重视。传统的电动汽车都是采用直流电机与一个定速比的齿轮箱连接，依靠直流电机的调速来控制车辆的行驶速度，由于电机力矩特性的固有限制，这一类的电动汽车往往表现在低速时扭力不足，在坡道、坑洼路面启动困难。随之而来，出现了适用于电动汽车的两挡变速箱，通过减速比不同的两个挡位来调节输出动力和转速，使电动车在低速或爬坡时自动转换到较大速比的挡位，以获得较大的输出扭矩，在车辆行驶达到一定速度时，自动转换到较小速比的挡位，以获得较高的输出转速，从而使电动汽车在低速和高速时都有理想的表现。----如现有的专利公开了一种电动汽车的两挡自动变速箱，就是通过两挡变速实现了调节电动汽车动力输出的问题，但是，该变速箱采用具有换挡槽的凸槽轴通过换挡控制电机驱动旋转进行换挡，由于控制电机转速非常高，而换挡时凸槽轴只需要转动很小的一个转角度数，在实际应用中，控制电机的转速难以控制，其换挡速度难以切合实际，不容易实现，同时，还存在容易脱挡的缺陷，难以在实际产品中广泛推广使用。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种采用降速机构驱动换挡，使换挡速度容易控制、更加切合实际应用，同时，有效避免脱挡现象发生的电动汽车自动变速箱。方便实用地使车辆在低速行驶时，自动转换到较大速比的挡位，以获得较大的输出扭矩，在车辆行驶达到一定速度时，自动转换到较小速比的挡位，以获得较高的输出转速。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：该变速箱包括变速箱壳体和设置在壳体内由动力电机驱动的动力输入轴、由伺服电机驱动的换挡动力轴、以及输出轴，所述动力输入轴上通过轴承设置有一挡小齿轮、二挡小齿轮和位于两齿轮间的同步器，所述换挡动力轴通过行星升降机构和设置在行星升降机构上的换挡拨叉与同步器连接，所述行星升降机构包括行星机构和螺旋升降机构，所述行星机构包括设置在换挡动力轴上的太阳轮，该太阳轮上啮合有同时与设置在壳体内壁上的内齿圈相啮合的多个行星轮，多个行星轮共同固定在一与换挡动力轴在同一轴线上的转轴上，转轴上设置螺旋升降机构，螺旋升降机构上设置与所述同步器连接的换挡拨叉。
所述行星机构可以替换为蜗轮蜗杆机构，包括设置在所述转轴顶部的蜗轮，该蜗轮与设置在换挡动力轴上的蜗杆啮合。
所述行星机构还可以替换为平行齿轮结构，包括设置在所述转轴顶部的较大齿轮，该齿轮与设置在换挡动力轴上的较小齿轮啮合。
所述螺旋升降机构包括设置在所述转轴上且具有内螺纹的螺旋套，螺旋套内螺纹连接有升降杆，所述换挡拨叉设置在该升降杆上，升降杆的自由端插置在设置在壳体内壁的导向套内。
所述升降杆上设置有定位凹槽，所述导向套内设置槽孔，槽孔内设置有弹簧和定位钢珠，弹簧弹压定位钢珠在定位凹槽内，实现对升降杆的定位，避免脱挡情况的发生。
所述同步器包括通过花键设置动力输入轴且可沿动力输入轴轴向滑动的同步滑环，同步滑环两侧与一挡小齿轮、二挡小齿轮间分别依次设置有同步环和同步齿轮，同时同步滑环的外圆周壁上设置有容置所述换挡拨叉的环形槽。
所述动力输入轴通过中间传动轴与所述输出轴传动连接，中间传动轴通过轴承平行于动力输入轴设置在壳体内，并通过设置在其上的一挡大齿轮、二挡大齿轮与动力输入轴上的一挡小齿轮、二挡小齿轮啮合，中间传动轴的一挡大齿轮和二挡大齿轮中间设置二级主动齿轮，通过与设置在输出轴上的二级被动齿轮啮合实现动力输出。
所述输出轴上设置有差速器，所述二级被动齿轮设置在所述差速器上。
采用本发明的变速箱，具有以下有益效果：
1）通过伺服电机驱动和行星升降机构进行换挡控制，伺服电机根据车辆控制系统发出的指令信号通过换挡动力轴输出换挡动力，自动进行挡位调整，由于伺服电机的转速非常高，通过行星机构进行有效降速，行星轮在内齿圈上行进一周，转轴转动一周，同时，配以螺旋升降机构，带动升降杆位移一定的距离，从而有效地将升降杆的位移速度降低到切合实际的换挡速度，使换挡速度更加切合操作人员的实际操作速度，使换挡更加容易控制，减少和避免对操作人员造成不适和齿轮啮合度差、磨损严重等情况的发生。同时，可有效地降低伺服电机功率需求，采用较小功率的伺服电机即可实现换挡动力需求，降低生产成本。
2）通过在升降杆设置定位凹槽，并配以弹簧弹压的定位钢珠，实现对升降杆的定位，保障在换挡过程中挡位的稳定可靠性，避免脱挡情况的发生，也便于保障换挡过程中同步器与一挡小齿轮和二挡中齿轮的可靠配合，避免同步过程中，齿轮配合间距较大或啮合部较小，造成齿轮损坏或磨损严重等情况的发生，提高变速箱寿命。
3）同步滑环通过铜制件的同步环与同步齿轮间斜面配合，换挡过程中，同步滑环推压同步环，带动同步齿轮和一或二挡小齿轮逐渐实现同步运转，达到同步转速后，同步滑环继续向前滑动，实现与同步齿轮的稳定可靠连接，同步运转，实现挡位平稳顺畅转换。
4） 动力输入轴通过中间传动轴与所述输出轴传动连接，便于通过中间传动轴进一步降速增矩，同时，中间传动轴的二级主动齿轮设置在一挡大齿轮和二挡大齿轮中间，使其受到的输出阻力作用于中间部位，使中间传动轴的整体受力更加均匀，也使一挡小齿轮与一挡大齿轮、以及二挡小齿轮与二挡大齿轮间的作用力均匀一致，使整个机构结构更加稳定、阻力小，使齿轮磨损小，延长使用寿命。通过在输出轴上设置差速器，可直接使用于后驱电动车，无需另设差速装置。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明实施例五的结构示意图；
图3是本发明实施例六的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示：
实施例一
一种电动汽车自动变速箱，该变速箱包括变速箱壳体和设置在壳体内由动力电机9驱动的动力输入轴8、由伺服电机1驱动的换挡动力轴16、以及输出轴，所述动力输入轴8上通过轴承设置有一挡小齿轮15、二挡小齿轮6和位于两齿轮间的同步器，所述换挡动力轴16通过行星升降机构和设置在行星升降机构上的换挡拨叉3与同步器连接，所述行星升降机构包括行星机构和螺旋升降机构，所述行星机构包括设置在换挡动力轴16上的太阳轮17，该太阳轮17上啮合有同时与设置在壳体内壁上的内齿圈2相啮合的至少3个行星轮18，以保障行星轮18和太阳轮17在同一平面稳定旋转运动，每个行星轮18均通过销轴固定在一与换挡动力轴16在同一轴线上的转轴19一端，转轴19上设置螺旋升降机构，螺旋升降机构包括通过销钉固定在转轴19上与转轴19同步转动且具有内螺纹的螺旋套20，螺旋套20内螺纹连接有升降杆21，或者在转轴19上设置外螺纹，在升降杆12上设置螺旋套20，螺旋套20套设在转轴19上也可，所述换挡拨叉3设置在该升降杆21上，升降杆21的自由端插置在设置在壳体内壁的导向套22内。伺服电机驱动换挡动力轴16和太阳轮17转动，行星轮18在太阳轮17和内齿圈2的共同作用下，一方面自转，并同时沿太阳轮17公转，公转的过程中带动转轴19转动，公转一周带动转轴19旋转一周，同时，转轴19带动螺旋套20旋转一周，实现升降杆21平稳位移一定的距离，换挡时，根据换挡拨叉3位移距离确定伺服电机1的转数，从而准确控制升降杆21在换挡时的位移量。
所述升降杆21上设置有定位凹槽，所述导向套22内设置槽孔，槽孔内设置有弹簧和定位钢珠23，弹簧弹压定位钢珠23在定位凹槽内，实现对升降杆21的定位，使升降杆21保持在需要的挡位，避免脱挡情况的发生。
实施例二
本实施例与实施例一的区别之处在于：所述同步器包括通过花键设置动力输入轴8上且可沿动力输入轴8轴向滑动的同步滑环13，同步滑环13两侧与一挡小齿轮15、二挡小齿轮6间分别依次设置有同步环4和同步齿轮5，同时同步滑环13的外圆周壁上设置有容置所述换挡拨叉3的环形槽。所述同步环4为铜制件，且与同步齿轮5间斜面接触。在换挡过程中，升降杆21位移，带动换挡拨叉3拨动同步滑环13沿动力输入轴8的轴向移动，在拨动的过程中，同步滑环13逐渐推压同步环4和同步齿轮5，使同步环4与同步齿轮5间的压力逐渐增大，逐渐带动同步齿轮5与同步滑环13及动力输入轴8同步转动，使同步滑环13、同步环4和同步齿轮5间相对静止，位置固定，从而使同步滑环13进一步运动，实现同步滑环13与同步齿轮5间的稳定可靠连接，将动力输入轴8上的动力输入到一挡小齿轮15或二挡小齿轮6。
实施例三
本实施例与实施例二的区别之处在于：所述动力输入轴8通过中间传动轴28与所述输出轴传动连接，中间传动轴28通过轴承平行于动力输入轴8设置在壳体内，并通过设置在其上的一挡大齿轮14、二挡大齿轮7与动力输入轴8上的一挡小齿轮15、二挡小齿轮6啮合，中间传动轴28的一挡大齿轮14和二挡大齿轮7中间设置二级主动齿轮12，通过与设置在输出轴上的二级被动齿轮10啮合实现动力输出，一挡小齿轮15半径小于二挡小齿轮6半径，一挡大齿轮14半径大于二挡大齿轮7半径，同时，二级主动齿轮12半径小于二级被动齿轮10的半径，一方面通过中间传动轴28可以进一步降速增矩，另一方面通过设置在一挡大齿轮14与二挡大齿轮7中间的二级主动齿轮12使整个装置的受力更加均衡、稳定，结构更加合理，有助于减少磨损，提高使用寿命。
实施例四
本实施例与实施例三的区别之处在于：所述输出轴上设置有差速器11，所述二级被动齿轮10设置在所述差速器11上，方便直接使用于后驱电动车，无需另设差速装置。
工作机理：
本发明的用降速机构驱动换挡的电动汽车自动变速箱在动力电机9启动运转后，动力通过动力输入轴8传递到内部齿轮。在空挡状态下，动力输入轴8空转，不带动任何齿轮运转。当车辆要启动时，由整车控制装置给伺服电机1发送指令，伺服电机1根据接收到的指令，在预定的旋转方向下转动一定的转数，伺服电机1驱动换挡动力轴16和太阳轮17旋转，太阳轮17带动行星轮18转动，行星轮18在太阳轮17和内齿圈2的共同作用下，自转的同时沿太阳轮17公转，公转的过程中带动转轴19转动，转轴19带动螺旋套20旋转，螺旋套20通过螺纹结构带动升降杆21平稳位移，升降杆21从而带动换挡拨叉3进行平稳位移，换挡拨叉3带动同步滑环13平稳位移，同步滑环13逐渐推压同步环4和同步齿轮5，使同步环4与同步齿轮5间的压力逐渐增大，逐渐带动同步齿轮5与同步滑环13及动力输入轴8同步转动，使同步滑环13、同步环4和同步齿轮5间相对静止，位置固定，从而使同步滑环13进一步滑动，实现同步滑环13与同步齿轮5间的稳定可靠啮合，将动力输入轴8上的动力输入到一挡小齿轮15，从而带动一挡小齿轮15与一挡大齿轮14啮合旋转，再带动二级主动齿轮12和二级被动齿轮10旋转，把动力通过差速器11和输出轴传递到汽车驱动轴，从而实现电动汽车的启动运行。
当电动汽车行驶到一定的速度后，整车电控系统根据车辆当前的行驶速度和加速踏板的开度，判断驾驶员的驾驶意图，是否进行换挡。当系统判断出要由一挡切换到二挡时，控制系统给伺服电机发送指令，同时切断动力电机9电源供给，伺服电机1按照预设旋转方向旋转一定转数，通过行星升降机构机将换挡拨叉3进行平移，按照同样的机理，挡位由一挡转入空挡位，然后再转入二挡位，带动二挡小齿轮6和二挡大齿轮7旋转，换挡动作完成后，动力电机9启动旋转，从而将动力电机9转速以较高的转速通过差速器11和输出轴输出到汽车驱动轴，带动车辆以高速行驶。同理，降速时按照同样的动作原理进行挡位的转换，实现电动汽车在行驶过程中自动进行两个挡位的转换。
按照上述方案制作的用行星升降机构机驱动换挡的电动汽车自动变速箱，通过伺服电机和行星升降机构驱动换挡，实现在低速时自动转换到较大速比的挡位，以获得较大的输出力矩，在车辆行驶达到一定速度时，自动转换到较小速比的挡位，以获得较高的输出转速，从而使电动汽车在低速和高速时都有理想的运行效果，其换挡速度更加切合实际，更加切合操作人员的实际操作速度，更加容易控制，有效地降低伺服电机功率需求，降低生产成本，同时，有效避免脱挡现象发生。
实施例五
如图2所示：本实施例与实施例四的区别之处在于：所述行星机构替换为蜗轮蜗杆机构，包括设置在所述转轴19顶部的蜗轮24，该蜗轮24与设置在换挡动力轴16上的蜗杆25啮合。通过蜗轮蜗杆机构协同配合螺旋升降机构将换挡速度降低至可按范围内。
实施例六
如图3所示：本实施例与实施例四的区别之处在于：所述行星机构替换为平行齿轮结构，包括设置在所述转轴19顶部的较大齿轮27，该齿轮27与设置在换挡动力轴16上的较小齿轮26啮合。通过平行齿轮结构协同配合螺旋升降机构将换挡速度降低至可按范围内。
本发明的技术方案并不限制于本发明所述的实施例的范围内。本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。
本发明公开一种电动汽车自动变速箱，其换挡动力轴通过行星升降机构和设置在行星升降机构上的换挡拨叉与同步器连接，由于伺服电机的转速非常高，通过行星机构进行有效降速，并配以螺旋升降机构，从而有效地将升降杆的位移速度降低到切合实际的换挡速度，降低伺服电机功率需求，采用较小功率的伺服电机即可实现换挡动力需求，降低生产成本。动力输入轴通过与之平行的中间传动轴与输出轴或差速器传动连接，中间传动轴通过其两个大齿轮与动力输入轴的两个小齿轮啮合，大齿轮中间的二级主动齿轮与输出轴或差速器上的二级被动齿轮啮合实现动力输出，通过该中间传动轴使装置整体结构受力更加均衡、稳定，结构更加合理，有助于减少磨损，提高使用寿命。
Claims (10)
1.一种电动汽车自动变速箱，其特征在于：它包括变速箱壳体和设置在壳体内由动力电机驱动的动力输入轴、由伺服电机驱动的换挡动力轴、以及输出轴，所述动力输入轴上通过轴承设置有一挡小齿轮、二挡小齿轮和位于两齿轮间的同步器，所述换挡动力轴通过行星升降机构和设置在行星升降机构上的换挡拨叉与同步器连接，所述行星升降机构包括行星机构和螺旋升降机构，所述行星机构包括设置在换挡动力轴上的太阳轮，该太阳轮上啮合有同时与设置在壳体内壁上的内齿圈相啮合的多个行星轮，多个行星轮共同固定在一与换挡动力轴在同一轴线上的转轴上，转轴上设置螺旋升降机构，螺旋升降机构上设置与所述同步器连接的换挡拨叉。
2.如权利要求1所述的电动汽车自动变速箱,其特征在于：所述行星机构替换为蜗轮蜗杆机构，包括设置在所述转轴顶部的蜗轮，该蜗轮与设置在换挡动力轴上的蜗杆啮合。
3.如权利要求1所述的电动汽车自动变速箱,其特征在于：所述行星机构替换为平行齿轮结构，包括设置在所述转轴顶部的较大齿轮，该齿轮与设置在换挡动力轴上的较小齿轮啮合。
4.如权利要求1或2或3所述的电动汽车自动变速箱,其特征在于：所述螺旋升降机构包括设置在所述转轴上且具有内螺纹的螺旋套，螺旋套内螺纹连接有升降杆，所述换挡拨叉设置在该升降杆上，升降杆的自由端插置在设置在壳体内壁的导向套内。
5.如权利要求4所述的电动汽车自动变速箱,其特征在于：所述升降杆上设置有定位凹槽，所述导向套内设置槽孔，槽孔内设置有弹簧和定位钢珠，弹簧弹压定位钢珠在定位凹槽内，实现对升降杆的定位，避免脱挡情况的发生。
6.如权利要求1所述的电动汽车自动变速箱,其特征在于：所述同步器包括通过花键设置动力输入轴且可沿动力输入轴轴向滑动的同步滑环，同步滑环两侧与一挡小齿轮、二挡小齿轮间分别依次设置有同步环和同步齿轮，同时同步滑环的外圆周壁上设置有容置所述换挡拨叉的环形槽。
7.如权利要求1或2或3所述的电动汽车自动变速箱,其特征在于：所述动力输入轴通过中间传动轴与所述输出轴传动连接，中间传动轴通过轴承平行于动力输入轴设置在壳体内，并通过设置在其上的一挡大齿轮、二挡大齿轮与动力输入轴上的一挡小齿轮、二挡小齿轮啮合，中间传动轴的一挡大齿轮和二挡大齿轮中间设置二级主动齿轮，通过与设置在输出轴上的二级被动齿轮啮合实现动力输出。
8.如权利要求4所述的电动汽车自动变速箱,其特征在于：所述动力输入轴通过中间传动轴与所述输出轴传动连接，中间传动轴通过轴承平行于动力输入轴设置在壳体内，并通过设置在其上的一挡大齿轮、二挡大齿轮与动力输入轴上的一挡小齿轮、二挡小齿轮啮合，中间传动轴的一挡大齿轮和二挡大齿轮中间设置二级主动齿轮，通过与设置在输出轴上的二级被动齿轮啮合实现动力输出。
9.如权利要求7所述的电动汽车自动变速箱,其特征在于：所述输出轴上设置有差速器，所述二级被动齿轮设置在所述差速器上。
10.如权利要求8所述的电动汽车自动变速箱,其特征在于：所述输出轴上设置有差速器，所述二级被动齿轮设置在所述差速器上。
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