CN105673782B - 自动变速器 - Google Patents

Abstract

自动变速器，用在交通工具上，壳体上装有转动连接的动力源输入轴、变速电机轴、第一动力输出轴，动力源输入轴上装有动力源输入齿轮，第一动力输出轴上装有固连的太阳轮和转动连接的行星架，行星架上装有若干个活动连接的行星轮，各行星轮与太阳轮啮合连接，各行星轮的外侧装有与其啮合连接的齿圈，齿圈与动力源输入齿轮啮合连接或通过齿轮传动机构与动力源输入齿轮啮合连接，行星架通过齿轮副与变速电机轴动力联接，该齿轮副是准双曲面齿轮副或蜗轮蜗杆齿轮副，与原有技术的自动变速器相比，本发明的变速器结构简单、重量轻、节省油耗、操作简单，能节省离合机构，降低成本。

Description

自动变速器

技术领域

本发明提供一种自动变速器。

背景技术

原有应用在车辆上的自动变速器大多是由液力变扭器，通过液力传递和齿轮组合的方式来实现自动变速动作，通过动力源传达的动力，按照驾驶者的实际操作和驾驶条件转换驱动桥的旋转传动到输出轴的驱动装置。自动变速器内装有很多套行星齿轮相啮合来增加档位，缺点是变速器的机构复杂，重量大，增加了油耗。原有的自动变速器与动力装置之间需要安装离合机构才能实现前进档和后退档的换挡操作，其结构复杂，成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动变速器，与原有技术的自动变速器相比，本发明的变速器结构简单、重量轻、节省油耗、操作简单，能节省离合机构，降低成本。

本发明的技术方案一是：自动变速器，其特征在于：壳体上装有转动连接的动力源输入轴、变速电机轴、第一动力输出轴，动力源输入轴上装有动力源输入齿轮，第一动力输出轴上装有固连的太阳轮和转动连接的行星架，行星架上装有若干个活动连接的行星轮，各行星轮与太阳轮啮合连接，各行星轮的外侧装有与其啮合连接的齿圈，齿圈与动力源输入齿轮啮合连接或通过齿轮传动机构与动力源输入齿轮啮合连接，行星架与变速电机轴之间装有齿轮副，齿轮副由啮合连接的主动齿轮和被动齿轮组成，其中主动齿轮与变速电机轴固连，被动齿轮与行星架同轴、并与行星架固连，所述的齿轮副是准双曲面齿轮副或蜗轮蜗杆齿轮副。

本发明的技术方案二是：基于技术方案一的结构，所述的壳体上装有转动连接的第一支撑轴、第二支撑轴、第二动力输出轴，第一支撑轴上固装有第一传递齿轮、第二传递齿轮，第二支撑轴上固装有第三传递齿轮，第三传递齿轮与第二传递齿轮啮合，第二动力输出轴一端与第一动力输出轴的一端活动套接，第二动力输出轴上固装有前进档连接盘、第四传递齿轮，第四传递齿轮与第三传递齿轮啮合，第一动力输出轴上装有同步器、倒退档动力源输入齿轮，倒退档动力源输入齿轮与第一动力输出轴活动连接，同步器在第一动力输出轴上为轴向滑动式键连接，同步器滑动至一侧止点时其端面与前进档连接盘的对应端面咬合，同步器滑动至另一侧止点时另一端面与倒退档动力源输入齿轮的对应端面咬合。

本发明的技术方案三是：基于技术方案一的结构，在齿轮副是准双曲面齿轮副的结构中，齿轮副中的主动齿轮与被动齿轮的偏置间距尺寸大于被动齿轮直径尺寸的30％。

本发明的工作原理：基于技术方案一：本方案应用于可输出正、反旋向动力源的动力装置上(例如：电动机)，根据动力装置输出的动力源旋向来确定车辆的前进或倒退状态，在前进或倒退时，其动力输出路径为：动力输入、动力源输入轴、动力源输入齿轮、齿圈、行星轮、太阳轮、第一动力输出轴、动力输出，或，动力输入、动力源输入轴、动力源输入齿轮、齿轮传动机构、齿圈、行星轮、太阳轮、第一动力输出轴、动力输出。期间，变速电机通过变速电机轴、齿轮副驱动行星齿轮组中的行星架与齿圈同方向或反方向转动，利用行星齿轮组的工作原理，能降低或增加动力输出轴的转速，具体为：行星架与齿圈同方向旋转，增加行星架的转速，能降低第一输出轴的转速，减少行星架的转速，能提高第一输出轴的转速；行星架与齿圈反方向旋转，增加行星架的转速，能提高第一输出轴的转速，减少行星架的转速，能降低第一输出轴的转速。从而实现无级的自动变速功能，不需离合机构。

基于技术方案二：本方案应用于仅能输单旋向动力源的动力装置上，该方案自动变速器前进时的动力输出路径为：动力输入、动力源输入轴、动力源输入齿轮、齿圈、行星轮、太阳轮、第一动力输出轴、同步器、前进档连接盘、第二动力输出轴、动力输出，或，动力输入、动力源输入轴、动力源输入齿轮、齿轮传动机构、齿圈、行星轮、太阳轮、第一动力输出轴、同步器、前进档连接盘、第二动力输出轴、动力输出。后退时的动力输出路径为：动力输入、动力源输入轴、动力源输入齿轮、齿圈、行星轮、太阳轮、第一动力输出轴、同步器、倒退档动力源输入齿轮、第一传递齿轮、第一支撑轴、第二传递齿轮、第三传递齿轮、第四传递齿轮、第二动力输出轴、动力输出，或，动力输入、动力源输入轴、动力源输入齿轮、齿轮传动机构、齿圈、行星轮、太阳轮、第一动力输出轴、同步器、倒退档动力源输入齿轮、第一传递齿轮、第一支撑轴、第二传递齿轮、第三传递齿轮、第四传递齿轮、第二动力输出轴、动力输出。其中第一、第二、第三、第四传递齿轮的作用是将第一动力输出轴的旋向改变成反向输入给第二动力输出轴输，实现出车辆的倒退操作。该方案的自动变速器还可安装在使用内燃机的汽车上，并且，由于变速电机能够控制第一动力输出轴的转速，当第一动力输出轴的转速控制为零时，可在不切断动力的情况下进行档位切换，实现无离合换挡，节省离合机构。

本发明的优点是：通过电机驱动变速电机轴控制行星架增加或降低动力输出轴的转速，实现自动控制的加减变速，与原有技术自动变速器相比，本发明自动变速器可以随心调解需要的档位，变速时冲击力以及发动机旋转的变动微乎其微，可实现无限变速，因此减少油耗；由于只使用一套行星齿轮组，其结构简单、重量轻，降低重量后可以降低油耗，与原有变速箱相比，本发明自动变速器是连续的变速，操控简单、舒适，没有动力消耗及摩擦，同步化的机构不产生热量，机械寿命长，进一步的优点是可节省车辆传动系统中的离合机构，本发明自动变速器安装在电动车上使用，能节省电动车的电量。

附图说明

图1是本发明自动变速器的结构示意图；

图2是基于图1结构的自动变速器中行星齿轮组的结构示意图；

图3是本发明自动变速器的第二种结构示意图；

图4是基于图3结构的自动变速器中行星齿轮组的结构示意图；

图5是本发明自动变速器的第三种结构示意图；

图6是基于图5结构的自动变速器中行星齿轮组的结构示意图；

图7是本发明自动变速器的第四种结构示意图；

图8是本发明自动变速器的第五种结构示意图；

图9是本发明自动变速器的第六种结构示意图；

图10是本发明自动变速器中准双曲面齿轮副的结构示意图；

图11是本发明自动变速器中蜗轮蜗杆齿轮副的结构示意图。

图中1动力源输入轴、2动力源输入齿轮、3壳体、4齿轮传动机构中的主动齿轮、5齿轮传动机构中的齿轮轴、6齿轮传动机构中的从动齿轮、7齿圈、8行星轮、9行星架、10齿轮副中的被动齿轮、11动力装置、12齿轮副中的主动齿轮、13变速电机、14变速电机轴、15第二支撑轴、16太阳轮、17第一动力输出轴、18倒退档动力源输入齿轮、19换挡杆、20同步器、21前进档连接盘、22第四传递齿轮、23第二动力输出轴、24第三传递齿轮、25第二传递齿轮、26第一支撑轴、27第一传递齿轮、28偏置间距。

具体实施方式

自动变速器，壳体3上装有转动连接的动力源输入轴1、变速电机轴14、第一动力输出轴17，动力源输入轴上装有动力源输入齿轮2，第一动力输出轴上装有固连的太阳轮16和转动连接的行星架9，行星架上装有若干个活动连接的行星轮8，各行星轮与太阳轮啮合连接，各行星轮的外侧装有与其啮合连接的齿圈7，齿圈与动力源输入齿轮啮合连接或通过齿轮传动机构与动力源输入齿轮啮合连接，行星架与变速电机轴之间装有齿轮副，齿轮副由啮合连接的主动齿轮和被动齿轮组成，其中齿轮副中的主动齿轮12与变速电机轴固连，齿轮副中的被动齿轮10与行星架同轴、并与行星架固连，所述的齿轮副是准双曲面齿轮副或蜗轮蜗杆齿轮副；所述的动力源输入轴与动力装置11的动力源输出端动力连接，变速电机轴与变速电机13的动力输出端动力连接。

壳体上装有转动连接的第一支撑轴26、第二支撑轴15、第二动力输出轴23，第一支撑轴上固装有第一传递齿轮27、第二传递齿轮25，第二支撑轴上固装有第三传递齿轮24，第三传递齿轮与第二传递齿轮啮合，第二动力输出轴一端与第一动力输出轴的一端活动套接，第一动力输出轴与第二动力输出轴间装有滚针式支撑轴承，第二动力输出轴上固装有前进档连接盘21、第四传递齿轮22，第四传递齿轮与第三传递齿轮啮合，第一动力输出轴上装有同步器20、倒退档动力源输入齿轮18，倒退档动力源输入齿轮与第一动力输出轴活动连接，同步器在第一动力输出轴上为轴向滑动式键连接，同步器滑动至一侧止点时其端面与前进档连接盘的对应端面咬合，同步器滑动至另一侧止点时另一端面与倒退档动力源输入齿轮的对应端面咬合。

在齿轮副是准双曲面齿轮副的结构中，齿轮副中的主动齿轮与被动齿轮的偏置间距28尺寸大于被动齿轮直径尺寸的30％。限定的齿轮副中的主动齿轮与被动齿轮的偏置间距值，能进一步提高本变速器工作效率。

驱动变速电机轴的变速电机器其控制单元硬件及控制程序软件由车载电脑集成，车载电脑收集车辆信息和驾驶者的操作信号(例如变速杆的档位、各踏板的状态、车速等)，控制电机的启、停、转动方向及转速，实现加速、减速、传递发动机的牵引制动力，由此，本技术的自动变速器可采用电控的同步器，能节省拨叉和换挡杆。

所述的行星齿轮组，由齿圈、太阳轮、行星架和若干个行星轮组成，其中，各行星轮沿圆周均布，行星架上设有与各行星轮对应的轮轴，各行星轮与对应的轮轴转动连接，各轮轴与行星架对应的一端与行星架固连，各行星轮一圆周端与齿圈的内环齿啮合连接、另一圆周端与太阳轮啮合连接。

图1至图6展示了三种不同结构的自动变速器，主要区别在于，动力源输入齿轮与齿圈的连接方式，图1至图2中，动力源输入齿轮通过齿轮传动机构与齿圈的内环齿动力连接，该齿轮传动机构由齿轮传动机构中的主动齿轮4、齿轮传动机构中的齿轮轴5、齿轮传动机构中的从动齿轮6组成，其中齿轮传动机构中的齿轮轴与壳体转动连接，齿轮传动机构中的主动齿轮和从动齿轮与齿轮轴固定连接，齿轮传动机构中的主动齿轮与动力源输入齿轮啮合，齿轮传动机构中的从动齿轮与齿圈的齿牙啮合，动力源输入齿轮通过该齿轮传动机构实现与齿圈的动力连接。图3至图4中，动力源输入齿轮与齿圈上外环齿直接啮合。图5中，齿圈上设有延伸部，该延伸部上设有外环齿，所述的动力源输入齿轮与齿圈上的外环齿啮合。图7至图9展示了基于上述三种结构增加有换挡操作机构的自动变速器。

本发明自动变速器中传动部件的转速关系：

例1：假设齿圈与行星架同方向旋转时，动力源及动力源输入齿轮1000PRM(转速)旋转时：动力源输入齿轮和齿圈的齿数比为20:100，齿圈与太阳轮的齿数比为100:20。变速电机3000PRM旋转时，齿轮副中被动齿轮与主动齿轮的齿轮数比15:1。其转速关系如下表：

例2：假设齿圈与行星架反方向旋转时，动力源及动力源输入齿轮1000PRM(转速)旋转时：动力源输入齿轮和齿圈的齿数比为20:100，齿圈与太阳轮的齿数比为100:20。变速电机3000PRM旋转时，齿轮副中被动齿轮与主动齿轮的齿轮数比15:1。其转速关系如下表：

注：以上齿轮副中的被动齿轮的RPM根据动力源的种类，电机和发动机有所不同；动力源输入轴和第一输出轴的转速根据各齿轮的齿轮比不同有所不同；以上标注的档位只是为了表明本发明自动变速器与传统手动挡变速所对应的虚拟档位，本发明自动变速器为无级变速器。

所述的主动齿轮和被动齿轮组成一组啮合的齿轮副，所述的齿轮副是准双曲面齿轮副或蜗轮蜗杆齿轮副。所述的同步器为现有成熟技术部件，用于将动力源输入轴的动力选择性输送给前进档连接盘或倒退档动力源输入齿轮，相应的，同步器上装有拨叉及与拨叉驱动连接的换挡杆19或所述的同步器为电控驱动的同步器。

Claims (2)

1.自动变速器，其特征在于：壳体上装有转动连接的动力源输入轴、变速电机轴、第一动力输出轴，动力源输入轴上装有动力源输入齿轮，第一动力输出轴上装有固连的太阳轮和转动连接的行星架，行星架上装有若干个活动连接的行星轮，各行星轮与太阳轮啮合连接，各行星轮的外侧装有与其啮合连接的齿圈，齿圈与动力源输入齿轮啮合连接或通过齿轮传动机构与动力源输入齿轮啮合连接，行星架与变速电机轴之间装有齿轮副，齿轮副由啮合连接的主动齿轮和被动齿轮组成，其中主动齿轮与变速电机轴固连，被动齿轮与行星架同轴、并与行星架固连，所述的齿轮副是准双曲面齿轮副或蜗轮蜗杆齿轮副；壳体上装有转动连接的第一支撑轴、第二支撑轴、第二动力输出轴，第一支撑轴上固装有第一传递齿轮、第二传递齿轮，第二支撑轴上固装有第三传递齿轮，第三传递齿轮与第二传递齿轮啮合，第二动力输出轴一端与第一动力输出轴的一端活动套接，第二动力输出轴上固装有前进档连接盘、第四传递齿轮，第四传递齿轮与第三传递齿轮啮合，第一动力输出轴上装有同步器、倒退档动力源输入齿轮，倒退档动力源输入齿轮与第一动力输出轴活动连接，同步器在第一动力输出轴上为轴向滑动式键连接，同步器滑动至一侧止点时其端面与前进档连接盘的对应端面咬合，同步器滑动至另一侧止点时另一端面与倒退档动力源输入齿轮的对应端面咬合。

2.根据权利要求1所述的自动变速器，其特征在于：在齿轮副是准双曲面齿轮副的结构中，齿轮副中的主动齿轮与被动齿轮的偏置间距尺寸大于被动齿轮直径尺寸的30％。