CN105114555B - 多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器，包括安装在壳体内的至少两组分级串联在一起的行星齿轮组以及变速器控制系统，第一级行星齿轮组的太阳轮轴为第一级输入轴连接动力装置，第一级行星齿轮组的行星架轴为第一级输出轴，后面的所有行星齿轮组的行星架轴作为本级输入端与上一级的输出端连接，太阳轮轴作为本级的输出端与下一级的输入端连接；每组行星齿轮组的齿圈上安装有制动器，制动器与变速器控制系统连接控制齿圈的锁止与放行，除第一级行星齿轮组的太阳轮轴外，其余每级太阳轮轴上安装有单向锁止离合器；结构简单，加工工艺要求简单，体积小，成本低，易操作，生产、装配、维修和更换容易，易操作，换挡时无耗损。

Description

多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器

【技术领域】

本发明涉及汽车、电动车、机械领域，尤其涉及一种多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器。

【背景技术】

目前在汽车领域普遍使用的变速器有：手动变速器（MT），自动变速器(AT)，无级变速器(CVT)。

1.手动变速器（MT）,手动变速器是通过两根轴将两组不同大小的齿轮串联在一起，这两根轴分别为副轴和输出轴，副轴和输出轴上的齿轮个数一致且常齿合在一起，副轴上的齿轮是固定的，输出轴上的齿轮没有固定，输出轴上的每两个齿轮之间用一个同步器隔开，同步器固定在输出轴上，挂档时踩下离合，拨动挂档杆通过连接装置推动同步器向左向右与两边的齿轮齿合与分离，两边不同传动比的齿轮带动同步器带动输出轴转动，实现变速，其缺点是：操作麻烦，换挡间要踩离合，每两档之间有个空档，所以动力会有流失和耗损，换挡缓慢；

2.自动变速器（AT），自动变速器其核心部件包括液力变矩器、行星齿轮组，离合器、制动器及其控制机构（电磁阀及油路）等。液力变矩器与手动变速器的离合器有点相似，但它是软连接，不是硬连接，它的变速机构由几组行星齿轮组组成，而每组行星齿轮组又由太阳轮、行星轮、行星架及齿圈组成，通过多个离合器、制动器与多组行星齿轮组的太阳轮、行星轮、行星架及齿圈的不同组合下，形成不同档位，其缺点是：工艺复杂，维修困难，成本高，使用了液力变矩器软连接，动力耗损大，耗油也多；

3.无级变速器（CVT）, 无级变速器主要部件包括主动轮组，从动轮组，钢带和液压泵体等，主动轮与从动轮上有可动盘和固定盘，可动盘和固定盘都是锥面结构，它们的锥面形成v型槽，与v型金属传动带齿合，发动机输入动力传到主动轮，然后通过v型金属传动带传到从动轮，通过主动轮与从动轮的可动盘做轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与v型金属传动带齿合的工作半径，从而改变传动比，可动盘的轴向移动量是有操作者根据需要通过控制系统调节主动轮与从动轮液压泵油缸压力来实现的，主动轮和从动力齿合的工作半径可以实现连续调节，从而实现无级变速，其缺点是：工艺要求高，制造复杂，成本高，零件寿命短，维护成本高，适合中小排量汽车，不适合大功率传递。

【发明内容】

本发明的目的在于充分利用行星齿轮的特性提供一种包含多个核心单元，通过串联或脱开核心单元实现加速或减速的多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器，以解决现有的变速器结构复杂，加工工艺复杂，体积大，成本高，制造复杂，维修和更换困难，操作麻烦，换挡时耗损大，耗油多的问题。

本发明是这样实现的，一种多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器，其特征在于：包括变速箱壳体、安装在壳体内的至少两组分级串联在一起的行星齿轮组以及变速器控制系统，每组所述行星齿轮组的太阳轮上安装有太阳轮轴，行星齿轮组的行星架上安装有行星架轴，所述太阳轮轴和行星架轴在同一轴线上；安装在最前面的行星齿轮组为第一级行星齿轮组，第一级行星齿轮组的太阳轮轴为第一级输入轴连接动力装置，第一级输入轴为源动力的输入端，第一级行星齿轮组的行星架轴为第一级输出轴，第一级输出轴为源动力的输出端，后面的所有行星齿轮组与第一级行星齿轮组安装方向相反，行星架轴作为本级输入端与上一级的输出端连接，太阳轮轴作为本级的输出端与下一级的输入端连接；所述每组行星齿轮组的齿圈上安装有制动器，所述制动器与变速器控制系统连接控制齿圈的锁止与放行，除第一级行星齿轮组的太阳轮轴外，其余每级太阳轮轴上安装有单向锁止离合器，所述单向锁止离合器的外圈固定在齿圈上，内圈与太阳轮轴固定，只允许太阳轮轴顺时针旋转；当行星齿轮组正放时，行星架轴输入，太阳轮轴输出，为增速，反放时，太阳轮轴输入，行星架轴输出，为减速；将第一级行星齿轮组反放，达到减速效果，能保证车辆顺利平稳的启动，后面所有行星齿轮组正放，该多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器通过制动器控制锁止和放行行星齿轮组的齿圈，来增速和减速，从而达到变速目的，结构非常简单，加工工艺要求简单，体积小，成本低，易操作，生产、装配、维修和更换容易，易操作，换挡时无需离合，中间没有空挡，换挡间隔时间短且操作简单，动力没有损耗，传动效率很高，省油。

本发明的进一步技术方案是：最后一组所述行星齿轮组的太阳轮输出轴上连接有同步器倒档装置；实现该多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器的倒档功能。

本发明的进一步技术方案是：每组所述行星齿轮组的齿圈大小固定，太阳轮与行星轮的大小相互配合；可以根据需要，在所有的行星齿轮组大小一致的情况下，将第一级行星齿轮组的太阳轮做到最小，使减速达到最大化，将后面行星齿轮组的太阳轮做到最大，使增速达到最小，增速平顺。

本发明的进一步技术方案是：所述制动器为带式制动器；使用带式制动器，构造简单，尺寸紧凑，成本低。

本发明的进一步技术方案是：所述行星齿轮组为五组，分别为第一级行星齿轮组、第二级行星齿轮组、第三级行星齿轮组、第四级行星齿轮组、第五级行星齿轮组；所述第一级行星齿轮组的太阳轮轴为第级一输入轴，行星架轴为第一级输出轴；第二级行星齿轮组的行星架轴为第二级输入轴，太阳轮轴为第二级输出轴；第三级行星齿轮组的行星架轴为第三级输入轴，太阳轮轴为第三级输出轴；第四级行星齿轮组的行星架轴为第四级输入轴，太阳轮轴为第四级输出轴；第五级行星齿轮组的行星架轴为第五级输入轴，太阳轮轴为第五级输出轴；动力装置与第一级输入轴连接，第一级输出轴与第二级输入轴连接，第二级输出轴与第三级输入轴连接，第三级输出轴与第四级输入轴连接，第四级输出轴与第五级输入轴连接，第五级输出轴输出连接同步器倒档装置；动力装置与第一输入轴连接，第一输出轴与第二输入轴连接，第二输出轴与第三输入轴连接，第三输出轴与第四输入轴连接，第四输出轴与第五输入轴连接，第五输出轴输出动力；制动器锁止第一级行星齿轮组的齿圈时，为一档，依次锁止第二、三、四、五级行星齿轮组的齿圈时，分别为二、三、四、五，速度逐步增加。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，串联运行一个行星齿轮组，最终输出速度就提升一个几何级，提速过程就是串联过程，减速过程就是串联脱开过程，结构非常简单，加工工艺要求简单，体积小，成本低，生产、装配、维修和更换容易，易操作，换挡时无需离合，中间没有空挡，换挡间隔时间短且操作简单，动力没有损耗，传动效率很高，省油。

【附图说明】

图1是本发明所述行星齿轮组的结构示意图；

图2是本发明所述行星齿轮组的侧面结构示意图；

图3是本发明所述多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器的结构示意图；

图4是本发明所述制动器的结构示意图；

图5是本发明所述单向锁止离合器的结构示意图。

图中：

1-太阳轮，2-太阳轮轴，3-行星架，4-行星架轴，5-齿圈，6-行星轮，7-制动器，71-制动带，72-制动鼓，73-活塞，74-活塞回位弹簧，75-顶杆，76-杠杆，77-推杆，8-单向锁止离合器，81-外圈，82-滚子，83-弹簧，84-内圈，9-动力装置，10-第一级行星齿轮组，102-第一级输入轴，104-第一级输出轴，20-第二级行星齿轮组，204-第二级输入轴，202-第二级输出轴， 30-第三级行星齿轮组，304-第三级输入轴，302-第三级输出轴， 40-第四级行星齿轮组，404-第四级输入轴，402-第四级输出轴， 50-第五级行星齿轮组，504-第五级输入轴，502-第五级输出轴。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

实施例一：

一种多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器，包括变速箱壳体、安装在壳体内的至少两组分级串联在一起的行星齿轮组以及变速器控制系统，如图1、2所示，所述行星齿轮组包括太阳轮1、若干个行星轮6及齿圈5，所述行星轮6由行星支架3支撑，所述行星轮6和相邻的太阳轮1、齿圈5总是处于齿合状态，每组所述行星齿轮组的太阳轮1上安装有太阳轮轴2，行星齿轮组的行星架3上安装有行星架轴4，所述太阳轮轴2和行星架轴4在同一轴线上。

如图3所示安装在最前面的行星齿轮组为第一级行星齿轮组10，第一级行星齿轮组10的太阳轮轴为第一级输入轴102连接动力装置9，第一级输入轴102为源动力的输入端，第一级行星齿轮组10的行星架轴为第一级输出轴104，第一级输出轴104为源动力的输出端，这样的安装方式是将行星齿轮组反放，太阳轮轴输入，行星架轴输出，达到减速、大动力效果，作为第一档能保证车辆顺利平稳的启动；后面的所有行星齿轮组与第一级行星齿轮组10安装方向相反，行星架轴作为本级输入端与上一级的输出端连接，太阳轮轴作为本级的输出端与下一级的输入端连接，这样的安装方式是将后面所有的行星齿轮组正放，行星架轴输入，太阳轮轴输出，达到增速效果，有多少级正放的行星齿轮组就有几档加速档，结构及加工工艺简单，体积小，成本低，生产容易。

所述每组行星齿轮组的齿圈上安装有制动器7，所述制动器7与变速器控制系统连接控制齿圈5的锁止与放行，如图4所示，所述制动器7为带式制动器，使用带式制动器，构造简单，尺寸紧凑，成本低，主要包括制动带71、制动鼓72、制动油缸、活塞73、活塞回位弹簧74、顶杆75、杠杆76及推杆77等，制动带71的内表面敷摩擦材料，它包绕在制动鼓72的外圈表面。当制动油进入制动油缸后，压缩活塞回位弹簧74推动活塞73，使顶杆75下压杠杆76，进而使推杆77推动制动带71活动端，箍紧制动鼓72。制动鼓72与行星齿轮组的齿圈固定构成一体，所以箍紧制动鼓72即意味着夹持固定行星齿轮组的齿圈，使其无法转动。制动油压力解除后，活塞回位弹簧74使活塞73在制动油缸中复位，并拉回顶杆75，从而松开制动鼓72，解除制动，放行齿圈。通过变速器控制系统控制制动器7锁止与放行每组行星齿轮组的齿圈，实现增速和减速，从而达到变速目的，将损耗零件制动器7装在行星齿轮组最外面，不用拆开行星齿轮组内部就可以进行维修和更换，很方便，装配也简单，生产也容易。

除第一级行星齿轮组10的太阳轮轴外，其余每级太阳轮轴上安装有单向锁止离合器8，如图5所示，所述单向锁止离合器8包括主要外圈81、滚子82、弹簧83和内圈84组成，滚子82数目通常为6个以上。工作过程中，若单向锁止离合器8的外圈81相对于内圈84沿逆时针方向转动，那么，滚子82便在具有凸轮型线的开口槽中向大端移动并压缩弹簧83。这时，单向锁止离合器8不会出现锁止现象，而允许外圈81转动，也就是说，单向离合器在任何时候都允许其外圈81相对于内圈84作逆时针转动，换一种说法，即允许其内圈84相对于外圈81作顺时针转动；若单向锁止离合器8的外圈81试图相对于内圈84沿顺时针方向转动，那么，滚子82便在开口槽中向小端移动，楔入内、外圈之间，将两者锁住，与此同时，还可以在两者之间传递扭矩。此刻，弹簧83的作用是改善滚子82最初的楔入动作，一旦滚子82楔入开口槽的小端，则单向锁止离合器8出现锁止，从而不允许其外圈81相对于内圈84作顺时针转动，或内圈84相对于外圈81作逆时针转动。

所述单向锁止离合器8的外圈81固定在齿圈上，内圈84与太阳轮轴固定，只允许太阳轮轴顺时针旋转，当制动器7放行齿圈，行星架轴输入动力，连接车轮的太阳轮轴不转动，此时齿圈会顺时针转动，齿圈带动单向锁止离合器8的外圈81锁止单向锁止离合器8内圈84，使与单向锁止离合器8内圈84固定的太阳轮轴跟着一起顺时转动，当制动器7锁止齿圈时，行星架轴顺时针输入，太阳轮轴自动逃离单向锁止离合器8顺时针输出。

最后一组所述行星齿轮组的太阳轮轴上连接有同步器倒档装置；实现该多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器的倒档功能。

每组所述行星齿轮组的齿圈5大小固定，太阳轮1与行星轮6的大小相互配合；可以根据需要，在所有的行星齿轮组大小一致的情况下，将第一级行星齿轮组的太阳轮做到最小，行星轮做到最大，使减速达到最大化，从而达到起步平稳，将后面行星齿轮组的太阳轮做到最大，行星轮做到最小，使增速达到最小，从而达到增速平顺。

优选的，如图2所示，所述行星齿轮组为五组，分别为第一级行星齿轮组10、第二级行星齿轮组20、第三级行星齿轮组30、第四级行星齿轮组40、第五级行星齿轮组50；所述第一级行星齿轮组10的太阳轮轴为第级一输入轴102，行星架轴为第一级输出轴104；第二级行星齿轮组20的行星架轴为第二级输入轴204，太阳轮轴为第二级输出轴202；第三级行星齿轮组30的行星架轴为第三级输入轴304，太阳轮轴为第三级输出轴302；第四级行星齿轮组40的行星架轴为第四级输入轴404，太阳轮轴为第四级输出轴402；第五级行星齿轮组50的行星架轴为第五级输入轴504，太阳轮轴为第五级输出轴502；动力装置与第一级输入轴102连接，第一级输出轴104与第二级输入轴204连接，第二级输出轴202与第三级输入轴304连接，第三级输出轴302与第四级输入轴404连接，第四级输出轴402与第五级输入轴504连接，第五级输出轴502输出，连接同步器倒档装置；制动器7锁止第一级行星齿轮组10的齿圈时，为一档，依次锁止第二、三、四、五级行星齿轮组的齿圈时，分别为二、三、四、五档，速度是逐步增大，此方案为优选的技术方案，运用最多的为五档变速，还可以有更多的档，需要几档就添加相应个数正放的行星齿轮组即可。

工作原理：

启动动力装置，油泵开始工作，所有制动器7处在放行齿圈的状态，动力带动第一级行星齿轮组10的太阳轮轴即第一级输入轴102顺时针转动，第一级行星齿轮组10的齿圈开始逆时针转动，没有动力输出，形成空挡；

发动机直接输入到多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器，省去了离合器，控制系统控制油泵泵油，通过传感器控制制动器7锁止第一级行星齿轮组10的齿圈，第一级行星齿轮组10的行星架轴即第一级输出轴104开始转动，第一级输出轴104连接后面的行星齿轮组的行星架轴，输入动力，太阳轮轴输出，由于后面的所有行星齿轮组的太阳轮被单向锁止离合器8锁止，当行星架轴输入动力顺时针转动时，太阳轮轴不动，齿圈就会跟着顺时针转动了，此时所有的行星齿轮组成为了一个整体，形成一根直通的轴，动力通过这根直通轴直接传到输出端，形成一档；

接着变速器控制系统控制油泵泵油，通过传感器控制制动器7锁止第二级行星齿轮组20的齿圈，第二级行星齿轮组20的行星架轴连接第一级输出轴104顺时针输入动力，第二级行星齿轮组20的太阳轮轴不受单向锁止离合器8的限制顺时针输出动力，超越了输入的动力，后面的行星齿轮组依然是一根直通轴，超越后的动力通过这根轴直接传到输出端，形成二档；

后面的行星齿轮组的齿圈按照顺序逐步被锁止，原理同二档一样，达到逐步进档；

退档时，根据逐步放行行星齿轮组的齿圈，达到逐步退档；

进档时动力从当前的低档位直接超越到的后面高档位，退档时也是直接退，换挡时无需离合，中间没有空挡，换挡容易且快速，动力没有损耗，传动效率很高，非常省油。

实施例二：

与实施例一不同之处在于该多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器还可以用手动选档，通过变数器控制系统自动根据手动选择的档位锁止相应的行星齿轮组的齿圈及在该行星齿轮组之前的所有行星齿轮组的齿圈，达到换挡。

实施例三：

与实施例一不同之处在于该多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器还可以连接一个手动换挡装置，通过该手动装置控制所有制动器7的所止与放行，实现换档目的。

本发明可以用在自动挡和手动挡汽车中，也可以用在手自动一体的汽车中。

采用上述技术方案的多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器，结构非常简单，加工工艺要求简单，体积小，成本低，易操作，生产、装配、维修和更换容易，易操作，换挡时无需离合，中间没有空挡，换挡间隔时间短且操作简单，动力没有损耗，传动效率很高，省油。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器，其特征在于：包括变速箱壳体、安装在壳体内的至少两组分级串联在一起的行星齿轮组以及变速器控制系统，每组所述行星齿轮组的太阳轮上安装有太阳轮轴，行星齿轮组的行星架上安装有行星架轴，所述太阳轮轴和行星架轴在同一轴线上；安装在最前面的行星齿轮组为第一级行星齿轮组，第一级行星齿轮组的太阳轮轴为第一级输入轴连接动力装置，第一级输入轴为源动力的输入端，第一级行星齿轮组的行星架轴为第一级输出轴，第一级输出轴为源动力的输出端，后面的所有行星齿轮组与第一级行星齿轮组安装方向相反，行星架轴作为本级输入端与上一级的输出端连接，太阳轮轴作为本级的输出端与下一级的输入端连接；所述每组行星齿轮组的齿圈上安装有制动器，所述制动器与变速器控制系统连接控制齿圈的锁止与放行，除第一级行星齿轮组的太阳轮轴外，其余每级太阳轮轴上安装有单向锁止离合器，所述单向锁止离合器的外圈固定在齿圈上，内圈与太阳轮轴固定，只允许太阳轮轴顺时针旋转。

2.如权利要求1所述的多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器，其特征在于：最后一组所述行星齿轮组的太阳轮输出轴上连接有同步器倒档装置。

3.如权利要求1或2所述的多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器，其特征在于：每组所述行星齿轮组的齿圈大小固定，太阳轮与行星轮的大小相互配合。

4.如权利要求1所述的多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器，其特征在于：所述制动器为带式制动器。

5.如权利要求4所述的多档无离合手自动一体单向同步超越式变速器，其特征在于：所述行星齿轮组为五组，分别为第一级行星齿轮组、第二级行星齿轮组、第三级行星齿轮组、第四级行星齿轮组、第五级行星齿轮组；所述第一级行星齿轮组的太阳轮轴为第级一输入轴，行星架轴为第一级输出轴；第二级行星齿轮组的行星架轴为第二级输入轴，太阳轮轴为第二级输出轴；第三级行星齿轮组的行星架轴为第三级输入轴，太阳轮轴为第三级输出轴；第四级行星齿轮组的行星架轴为第四级输入轴，太阳轮轴为第四级输出轴；第五级行星齿轮组的行星架轴为第五级输入轴，太阳轮轴为第五级输出轴；动力装置与第一级输入轴连接，第一级输出轴与第二级输入轴连接，第二级输出轴与第三级输入轴连接，第三级输出轴与第四级输入轴连接，第四级输出轴与第五级输入轴连接，第五级输出轴输出连接同步器倒档装置。