CN105134892B - 非对称齿轮式自适应变速器 - Google Patents

非对称齿轮式自适应变速器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种非对称齿轮式自适应变速器,属于变速器技术领域,主要解决变速机构根据发动机的功率与车辆行驶的阻力状况始终处于最佳匹配状况的问题,包括第一、第二行星齿轮机构与调节齿轮组,以及中心轴、调节行星齿轮轴、调节行星齿轮轴支架、输入太阳轮、内齿圈、受控端、控制端,其中调节行星齿轮轴与中心轴平行设置;其特点是:输入太阳轮与内齿圈啮合;调节行星齿轮轴与内齿圈、调节齿轮组行星齿轮固接并与调节行星齿轮轴支架滑动连接;中心轴与输入太阳轮轴在一条轴线上并通过调节行星齿轮轴支架连接器滑动连接;调节齿轮组太阳轮与调节齿轮组行星齿轮啮合,本发明有无程序控制与外力作用都能实现无级变速的功能,适应于各种车辆。

Description

非对称齿轮式自适应变速器
技术领域
本发明属于变速器技术领域,具体涉及非对称齿轮式自适应变速器。
背景技术
目前,车辆用齿轮实现变速的有手动多档变速器与自动多档变速器,或者双动力的齿轮无级变速器等。能使齿轮变速器根据发动机功率与阻力的大小自动调节变速比与扭矩大小的无级变速器还未见使用。
发明内容
本发明所解决的问题是采用第一、第二行星齿轮机构与输入太阳轮、内齿圈、调节齿轮组、齿圈连接器、调节行星齿轮轴及其支架共同组成变速机构,该变速机构能够根据发动机的功率与车辆行驶的阻力状况始终处于最佳匹配状况,有无程序控制都能完成变速、变扭矩功能的非对称齿轮式自适应变速器。
本发明为解决上述技术问题而采取的技术方案是:
非对称齿轮式自适应变速器,包括第一、第二行星齿轮机构与输入太阳轮、内齿圈、调节齿轮组、中心轴、调节行星齿轮轴、调节行星齿轮轴支架、受控端、控制端、齿圈连接器;
其特点是:输入太阳轮与内齿圈啮合;调节行星齿轮轴与内齿圈、调节齿轮组行星齿轮固接并与调节行星齿轮轴支架滑动连接;中心轴与输入太阳轮轴在一条轴线上并通过调节行星齿轮轴支架连接器滑动连接;调节齿轮组太阳轮与调节齿轮组行星齿轮啮合;第一行星齿轮机构太阳轮与调节齿轮组太阳轮固接并与第一行星齿轮机构行星齿轮啮合,第一行星齿轮机构行星齿轮与第一行星齿轮支架滑动连接并与第一行星齿轮机构齿圈啮合,第一行星齿轮机构行星齿轮支架与调节行星齿轮轴滑动连接或者与调节行星齿轮轴支架固接。
受控端与调节行星齿轮轴支架或者调节行星齿轮轴支架连接器固接;平衡调节块与调节行星齿轮轴支架或者调节行星齿轮轴支架连接器固接。
本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:
本发明采用第一、第二行星齿轮机构与输入太阳轮、内齿圈、调节齿轮组共同组成非对称的变速器结构;实现了能够根据发动机功率与车辆行驶阻力的变化在不切断驱动力的情况下自动调节变速比,使得变速器始终处于最佳匹配状况,有无程序控制都能实现大扭矩的齿轮无级变速、变扭矩的功能,并且结构简单使得车辆行驶效率更高、燃油经济性更好、提速更快。
附图说明
图1为本发明调节齿轮组太阳轮与第一行星齿轮机构太阳轮固接的结构示意图;
图2为本发明调节齿轮组太阳轮与第一行星齿轮机构齿圈固接的结构示意图;
图3为图1结构在右边增加第二行星齿轮机构以增加变速比的结构示意图;
图4为图1结构在左边增加第二行星齿轮机构以增加变速比的结构示意图。
图中:1—第一行星齿轮机构太阳轮;2—第一行星齿轮机构行星齿轮;3—第一行星齿轮机构行星齿轮支架;4—第一行星齿轮机构齿圈;5—输入太阳轮轴;6—输入太阳轮;7—内齿圈;8—调节齿轮组太阳轮;9—调节齿轮组行星齿轮;10—中心轴:11—调节行星齿轮轴;12—调节行星齿轮轴支架;13—太阳轮连接器;14—调节行星齿轮轴支架连接器;15—控制端;16—受控端;17—第二行星齿轮机构太阳轮;18—第二行星齿轮机构行星齿轮;19—第二行星齿轮机构行星齿轮支架;20—第二行星齿轮机构齿圈;21—平衡调节块;22—齿圈连接器;23—副轴。
具体实施方式
如图1所示,非对称齿轮式自适应变速器,输入太阳轮轴5与输入太阳轮6固接并与调节行星齿轮轴支架连接器14滑动连接;内齿圈7与输入太阳轮6啮合;调节行星齿轮轴11与内齿圈7、调节齿轮组行星齿轮9固接并与调节行星齿轮轴支架12滑动连接;调节齿轮组太阳轮8与调节齿轮组行星齿轮9啮合并与中心轴10滑动连接;调节齿轮组太阳轮8通过太阳轮连接器13与第一行星齿轮机构太阳轮1固接;第一行星齿轮机构行星齿轮2分别与第一行星齿轮机构太阳轮1、第一行星齿轮机构齿圈4啮合并与第一行星齿轮机构行星齿轮支架3滑动连接;第一行星齿轮机构行星齿轮支架3可与调节行星齿轮轴11滑动连接或与调节行星齿轮轴支架12固接;
调节齿轮组太阳轮8还可通过中心轴10与第一行星齿轮机构太阳轮1固接,或者调节齿轮组太阳轮8与第一行星齿轮机构太阳轮1直接固接;或者调节齿轮组太阳轮8与第一行星齿轮机构太阳轮1共为一个太阳齿轮分别与调节齿轮组行星齿轮9、第一行星齿轮机构行星齿轮2啮合;调节齿轮组太阳轮8通过中心轴10与第一行星齿轮机构太阳轮1固接时中心轴10与调节行星齿轮轴支架12、第一行星齿轮机构齿圈4、滑动连接;
受控端16与调节行星齿轮轴支架12固接,或者通过调节行星齿轮轴支架连接器14与调节行星齿轮轴支架12固接,如图1中也可通过中心轴10与调节行星齿轮轴支架12固接;控制端15固定在变速器壳体上与受控端16相对设置;平衡调节块21与调节行星齿轮轴支架12或者调节行星齿轮轴支架连接器14固接。
图2中与图1不同的是调节齿轮组太阳轮8通过中心轴10与第一行星齿轮机构齿圈4固接并与调节行星齿轮轴支架12、第一行星齿轮机构太阳轮1滑动连接。
如图3所示,在图1的基础上增加第二行星齿轮机构齿圈20通过齿圈连接器22与第一行星齿轮机构齿圈4固接,第二行星齿轮机构行星齿轮支架19与输入太阳轮轴5固接,第二行星齿轮机构太阳轮17为输入端。
如图4所示,中心轴10与输入太阳轮6、第二行星齿轮机构行星齿轮支架19固接,第一行星齿轮机构齿圈4与第二行星齿轮机构齿圈20固接,第二行星齿轮机构太阳轮17与中心轴10滑动连接,调节行星齿轮轴支架12与中心轴10滑动连接并且通过调节行星齿轮轴支架连接器14与副轴23固接;副轴23与受控端16固接。
工作原理:
图1中当输入太阳轮6带动内齿圈7正方向转动时,会在调节行星齿轮轴11上产生一个正方向自转的扭矩,由于输入太阳轮6直径小于内齿圈7的直径,所以调节行星齿轮轴11上面正方向自转的扭矩大于输入太阳轮6的扭矩;调节行星齿轮轴11自转并通过调节齿轮组行星齿轮9带动调节齿轮组太阳轮8反向转动时,同时给了调节行星齿轮轴支架12一个正方向公转的扭矩;调节齿轮组太阳轮8通过太阳轮连接器13带动第一行星齿轮机构太阳轮1反向转动,第一行星齿轮机构太阳轮1反向转动时会在第一行星齿轮机构行星齿轮支架3上面形成一个反方向公转的扭矩,这个反方向的扭矩作用在调节行星齿轮轴支架12上面,同时作为输出端的第一行星齿轮机构齿圈4获得一个正方向转动的扭矩;调节行星齿轮轴支架12上面正方向公转的扭矩与反方向公转的扭矩大小相等、方向相反形成平衡使其不转动;这样第一行星齿轮机构齿圈4转动的速度小于输入太阳轮6的速度,第一行星齿轮机构齿圈4转动的扭矩大于输入太阳轮6的扭矩起到了减速增加扭矩的作用。
改变调节齿轮组行星齿轮9与调节齿轮组太阳轮8的直径比或者改变第一行星齿轮机构太阳轮1与第一行星齿轮机构齿圈4的齿轮比或者改变输入太阳轮6与内齿圈7的直径比,可使得调节行星齿轮轴11改变正方向公转的扭矩与反方向公转扭矩的大小,从而调整其平衡状态。如果调节行星齿轮轴11失去平衡具有反向公转的扭矩,那么变速器无法自动变速或者在控制端15与受控端16为阻尼装置时无法正常工作,只有调节行星齿轮轴11具有正向公转的扭矩使其能够正方向公转时变速器才能变速。
当调节行星齿轮轴11处于平衡状态时由于齿轮啮合工作时的阻力会使得调节行星齿轮轴11获得一个正方向公转的扭矩,或者设计时让调节行星齿轮轴11始终有一个正方向公转的扭矩,那么在第一行星齿轮机构齿圈4上面的输出扭矩大于其阻力扭矩时,调节行星齿轮轴11正方向公转的扭矩会使得调节行星齿轮轴11即时正方向转动,这样调节齿轮组行星齿轮9正方向公转就会越来越快,同时第一行星齿轮机构行星齿轮2正方向公转越来越快,这样就变速了,直到输入太阳轮6的速度与第一行星齿轮机构齿圈4的速度相同。
图1中控制端15与受控端16的阻力变化通过中心轴10作用于行星齿轮轴支架12上面,这样用很小的力就能控制行星齿轮轴支架12公转的速度达到控制变速比的功能。
平衡调节块21是为了变速器工作时减少振动。
图2当调节齿轮组太阳轮8带动第一行星齿轮机构齿圈4反向转动时,同样在第一行星齿轮机构行星齿轮支架3上面产生一个反方向公转的扭矩并且作用于调节行星齿轮轴11上面与其上面正方向公转的扭矩互相作用得到平衡,此时第一行星齿轮机构太阳轮1为输出端。图2由于在第一行星齿轮机构齿圈4上面先把扭矩变大然后再变小有第一行星齿轮机构太阳轮1输出,所以其损耗大于图1的结构。
图1、图2中由于输入与输出比太小,所以需要增加第二行星齿轮机构来增加变速比;当作为输入端的第二行星齿轮机构太阳轮17通过第二行星齿轮机构行星齿轮18带动第二行星齿轮机构行星齿轮支架19正方向转动时,第二行星齿轮机构行星齿轮支架19获得一个较大的扭矩,然后第二行星齿轮机构行星齿轮支架19再带动输入太阳轮轴5转动,经过如图1、图2中的减速过程,变速增加扭矩后在第一行星齿轮机构齿圈4上面产生一个更大的正方向转动的扭矩,这时有一部分扭矩通过齿圈连接器22作用到第二行星齿轮机构齿圈20上面,由于第一行星齿轮机构齿圈4上正方向的扭矩大于第二行星齿轮机构齿圈20上面反方向的扭矩,所以第一行星齿轮机构齿圈4、齿圈连接器22、第二行星齿轮机构齿圈20都可以作为输出端输出扭矩;此时第二行星齿轮机构齿圈20与第一行星齿轮机构齿圈4转速相同,这样第二行星齿轮机构行星齿轮支架19也能正方向公转并且越来越快,最终第二行星齿轮机构太阳轮17与第一行星齿轮机构齿圈4、第二行星齿轮机构齿圈20转速相同;由于第二行星齿轮机构齿圈20抵消了第一行星齿轮机构齿圈4上面一部分正方向的扭矩,这部分额外的扭矩与齿轮间的摩擦力作用会使得变速器增加损耗。但是当变速器随着变速比的减小各齿轮自转减少、公转增加效率会越来越高。
图4是把第二行星齿轮机构与第一行星齿轮机构设置在相同一边,省去了齿圈连接器22,使得第一行星齿轮机构齿圈4与第二行星齿轮机构齿圈20直接固接;受控端16设置在副轴23上面方便其和变速器分开,可以为其独立设计一个控制室以利于优化控制环境;工作原理和图3相同。
如果把输入太阳轮6作为输出端,第一行星齿轮机构齿圈4作为输入端,通过控制端15与受控端16控制调节行星齿轮轴支架12的转速,那么此时变速器就成为一个无级增速器了。
此变速器不仅能用在电动车、摩托车、汽车、电动自行车等车辆上,还可用在其他需要变速的机械设备中。

Claims (3)

1.非对称齿轮式自适应变速器,包括输入太阳轮(6)、输入太阳轮轴(5)、内齿圈(7)、中心轴(10)、调节行星齿轮轴(11)、调节行星齿轮轴支架(12)、受控端(16)、控制端(15)、齿圈连接器(22)与调节齿轮组、第一行星齿轮机构、第二行星齿轮机构,其特征是:
所述输入太阳轮轴(5)与输入太阳轮(6)固接并与调节行星齿轮轴支架连接器(14)滑动连接,内齿圈(7)与输入太阳轮(6)啮合,调节行星齿轮轴(11)与内齿圈(7)、调节齿轮组行星齿轮(9)固接并与调节行星齿轮轴支架(12)滑动连接,调节齿轮组太阳轮(8)与调节齿轮组行星齿轮(9)啮合,调节齿轮组太阳轮(8)通过太阳轮连接器(13)与第一行星齿轮机构太阳轮(1)固接,第一行星齿轮机构行星齿轮(2)分别与第一行星齿轮机构太阳轮(1)、第一行星齿轮机构齿圈(4)啮合并与第一行星齿轮机构行星齿轮支架(3)滑动连接,第一行星齿轮机构行星齿轮支架(3)与调节行星齿轮轴(11)滑动连接或者与调节行星齿轮轴支架(12)固接;
或者输入太阳轮(6)与中心轴(10)固接,输入太阳轮(6)与中心轴(10)固接时调节行星齿轮轴支架(12)与中心轴(10)滑动连接;
调节齿轮组太阳轮(8)通过中心轴(10)与第一行星齿轮机构太阳轮(1)固接,或者调节齿轮组太阳轮(8)与第一行星齿轮机构太阳轮(1)直接固接,或者调节齿轮组太阳轮(8)与第一行星齿轮机构太阳轮(1)共为一个太阳齿轮分别与调节齿轮组行星齿轮(9)、第一行星齿轮机构行星齿轮(2)啮合,调节齿轮组太阳轮(8)通过中心轴(10)与第一行星齿轮机构太阳轮(1)固接时中心轴(10)与调节行星齿轮轴支架(12)、第一行星齿轮机构齿圈(4)滑动连接;中心轴(10)与调节行星齿轮轴支架(12)固接时,中心轴(10)与调节齿轮组太阳轮(8)、第一行星齿轮机构太阳轮(1)滑动连接;
调节齿轮组太阳轮(8)与第一行星齿轮机构齿圈(4)直接固接,或者调节齿轮组太阳轮(8)通过中心轴(10)、太阳轮连接器(13)与第一行星齿轮机构齿圈(4)固接,调节齿轮组太阳轮(8)通过中心轴(10)与第一行星齿轮机构齿圈(4)固接时中心轴(10)与调节行星齿轮轴支架(12)、第一行星齿轮机构太阳轮(1)滑动连接。
2.根据权利要求1所述的非对称齿轮式自适应变速器,其特征是:第二行星齿轮机构齿圈(20)通过齿圈连接器(22)与第一行星齿轮机构齿圈(4)固接或者第二行星齿轮机构齿圈(20)与第一行星齿轮机构齿圈(4)直接固接,第二行星齿轮机构行星齿轮支架(19)与输入太阳轮轴(5)固接。
3.根据权利要求1所述的非对称齿轮式自适应变速器,其特征是:受控端(16)与调节行星齿轮轴支架(12)固接或者与副轴(23)固接或者通过调节行星齿轮轴支架连接器(14)与调节行星齿轮轴支架(12)固接,或通过中心轴(10)与调节行星齿轮轴支架(12)固接。
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