CN105782363A - 多源变速器 - Google Patents
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Abstract
一种多源变速器,由N个子变速器、N个超越离合器和终输出轴及支承部件构成(N是正整数且不等于1),使N个子变速器与N个动力源对应啮合,从N个动力源输入动力,使N个子变速器具有不同的变速比,输出N种不同的转速和扭矩,传递到N个超越离合器,N个超越离合器共轴于终输出轴上,利用超越离合器的特性和有序的启动和关闭动力源,就可以实现N级连续变速。与现有的机械变速器不同,本发明可以使变速级次达到几十级甚至几百级,避免了设备的复杂程度随变速级次的增加而恶性增加,可以大幅度拓宽变速范围,变速动作迅速连续,动力输出平顺性改善。本发明可以满足某些特定场合下对传动和变速方面的特殊要求,完成现有的变速器无法实现的任务。
Description
技术领域
本发明涉及一种多源变速器。所谓多源,是指不同于现有的变速器只能对应一个动力源,本发明可以对应N个动力源,从N个动力源获得动力。
本文中,N是正整数且不等于1。
背景技术
“动力源+变速器”动力系统应用十分广泛,但现有的变速器存在局限性:其一是变速级次有限,比如汽车变速器通常不超过5级。欲使变速级次进一步增加,其复杂程度将恶性激增,反而丧失实用性;其二是总变速范围有限,原因是每一个变速级次提升转速的增量是有限的,如果增量过大,变速时产生的冲击也大,可能对设备造成破坏性损害,故而总变速范围受限于变速级次的多少;其三是动力输出的平顺性有缺陷,现有的变速器在变速前必须先切断动力,造成输出转速骤减,变速以后输出转速又陡然跃升,二者峰值叠加出现,对动力的平顺输出造成恶劣影响。
因此,在一些特定场合无法采用现有的变速器传递动力。比如,在时间t内,使一个装置滑行前进,即使该装置从静止状态V0加速到目标速度V,需要动力系统提供连续变速。其一,如果从V0到V足够宽泛,现有的变速器的变速范围不足以满足;其二,如果t值很小,现有的变速器无法在t时内完成全部变速动作;其三,若给该装置施加的加速度为a,则该装置所受过载为a/g,当a/g值已接近该装置所能承受过载的极限时,现有的变速器动力不能平顺输出的缺陷,可能导致该装置所受过载瞬间激增而产生损坏。
目前,解决此类问题的办法是采用蒸汽动力系统,但该系统庞大繁琐,配套设施复杂,运行效率低下,维护成本高昂,消耗大量的淡水等等,特别是动力输出能力已达极限,已不能胜任更高一级的任务。因此,必须寻找一种更加有效的动力方式。虽然研制中的电磁动力方式被寄予厚望,但是在电能储存释放、电磁屏蔽等方面还存在诸多困难,其制造成本也是一个十分棘手的问题。
发明内容
为解决现有的变速器存在的局限性,本发明提供一种多源变速器,能够大幅度增加变速级次,使变速级次达到几十级甚至几百级,变速范围更加宽泛,变速动作连续迅速,动力输出平顺性也有所改善。
本发明由N个子变速器(T1、T2、T3……Tn)、N个超越离合器(C1、C2、C3……Cn)和终输出轴(Z)及其支承部件组成。
上述子变速器是现有的普通变速器,每个子变速器包含一个动力输入端、一个动力输出端和一套用以改变输入轴与输出轴传动比的齿轮装置,N个子变速器共有N个动力输入端和N个动力输出端。
使N个子变速器(T1、T2、T3……Tn)具有不同的变速比,其变速比若分别以i1、i2、i3……in表示,即:i1≠i2≠i3……≠in;
使N个子变速器(T1、T2、T3……Tn)的动力输入端分别与N个动力源(E1、E2、E3……En)的输出端对应啮合,以输入动力;
使N个子变速器(T1、T2、T3……Tn)的动力输出端分别与N个超越离合器(C1、C2、C3……Cn)对应啮合,以传递动力;
使N个超越离合器(C1、C2、C3……Cn)与终输出轴(Z)单向结合且传递扭矩的方向一致,根据超越离合器的特性,终输出轴(Z)的转速可以超越N个超越离合器(C1、C2、C3……Cn);
N个子变速器(T1、T2、T3……Tn)分别从N个动力源(E1、E2、E3……En)输入动力,由于N个子变速器(T1、T2、T3……Tn)的变速比存在i1≠i2≠i3……≠in,因此共有N种不同的转速分别传递到N个超越离合器(C1、C2、C3……Cn);
N个超越离合器(C1、C2、C3……Cn)共轴于终输出轴(Z)上,当超越离合器的转速高于终输出轴(Z)时,超越离合器可以驱动终输出轴(Z)旋转,当超越离合器的转速低于终输出轴(Z)时,超越离合器被终输出轴(Z)超越,成为无效动力;当有两个或多个子变速器的动力同时传递到超越离合器时,只有转速最高者能够驱动终输出轴(Z)旋转,余者皆被终输出轴(Z)超越,成为无效动力。
N是正整数且≠1。
故而,按照一定的规则有序的切换动力源,就可以在终输出轴(Z)上实现变速。
本发明的优点在于:
1、本发明通过引入N个动力源、N个子变速器、N个超越离合器,使其组合运用实现变速,大幅度增加了变速级次,拓宽了变速范围,简化了设备结构,避免了设备的复杂程度随变速级次的增加而恶性增加;
2、变速过程就是动力源的启动和关闭过程,变速迅速连续;
3、在终输出转速一定时,变速级次越多(N值越大),可以使每级变速提升转速的增量变小,弱化变速过程产生的转速跃升,且变速是在下一级动力源运行后才关闭上一级动力源,动力始终保持没有间断,动力输出的平顺性得到改善;
4、结构简单,性能可靠。
因此,本发明以上特点,可以满足某些特定场合下对传动系统的特殊要求,完成现有的变速器无法实现的任务。
附图说明
下面结合附图(附图为求简明支承部件略去不画)对本发明进一步说明:
附图1是本发明的结构示意图,T1、T2、T3……Tn分别表示N个子变速器,C1、C2、C3……Cn分别表示N个超越离合器,Z表示终输出轴。
N个子变速器(T1、T2、T3……Tn)的动力输出端与N个超越离合器(C1、C2、C3……Cn)对应啮合,N个超越离合器(C1、C2、C3……Cn)共轴于终输出轴(Z)上。
附图2是本发明配置动力源的示意图,E1、E2、E3……En分别表示N个动力源,N个子变速器(T1、T2、T3……Tn)的动力输入端与其对应啮合。
具体实施方式
举例说明:
假设本发明的N值为50,即:
该多源变速器由50个子变速器(T1、T2、T3……T50)、50个超越离合器(C1、C2、C3……C50)和终输出轴(Z)及其支承部件组成,可以实现50级变速。
每个子变速器包含一个动力输入端、一个动力输出端和一套用以改变输入轴与输出轴传动比的齿轮装置,50个子变速器共有50个动力输入端和50个动力输出端。
使50个子变速器(T1、T2、T3……T50)具有不同的变速比,其变速比若分别以i1、i2、i3……i50表示,即:i1≠i2≠i3……≠i50,且使i1、i2、i3……i50满足i1>i2>i3……>i50条件。
以50个电机作为动力源,分别以E1、E2、E3……E50表示,且设50个动力源电机的输出转速相等,输出功率可以满足负荷要求。
使50个子变速器(T1、T2、T3……T50)的动力输入端分别与50个动力源电机(E1、E2、E3……E50)对应啮合,以输入动力。
使50个子变速器(T1、T2、T3……T50)的动力输出端分别与50个超越离合器(C1、C2、C3……C50)对应啮合,以传递动力。
使50个超越离合器(C1、C2、C3……C50)共轴于终输出轴(Z)上,与终输出轴(Z)是单向结合且传递扭矩的方向一致,根据超越离合器的特性,终输出轴(Z)的转速可以超越N个超越离合器(C1、C2、C3……C50)。
以V1、V2、V3……V50分别表示50个子变速器(T1、T2、T3……T50)的输出转速,因为i1>i2>i3……>i50,故V1<V2<V3……<V50。
以V表示终输出轴(Z)的转速。
按以下秩序运行:
启动动力源电机E1,动力传递至子变速器T1,在此改变转速后,其输出转速为V1,然后传递到超越离合器C1,C1驱动终输出轴(Z),此时V与V1关联,其他超越离合器处于静止状态,被终输出轴(Z)超越。
接着再启动动力源电机E2,动力传递至子变速器T2,在此改变转速后,其输出转速为V2,然后传递到超越离合器C2,由于i1>i2,故V1<V2,根据超越离合器的特性,C2超越C1驱动终输出轴(Z),此时V与V2关联,C1被终输出轴(Z)超越,E1成为无效动力,可以将其关闭,第一级变速完成;
接着再启动动力源电机E3,动力传递至子变速器T3,在此改变转速后,其输出转速为V3,然后传递到超越离合器C3,因为i2>i3,故V2<V3,根据超越离合器的特性,C3超越C2驱动终输出轴(Z),此时V与V3关联,C2被终输出轴(Z)超越,E2成为无效动力,可以将其关闭,第二级变速完成;
依次类推,再启动动力源电机E4……关闭动力源电机E3……直至启动动力源电机E50……关闭动力源电机E49,这样,在终输出轴(Z)上实现了从1级到50级的连续的变速。
每一级变速提升转速的百分比(x),即可以由V1(1+x)n=Vn式求出。在本例中假设V1=10km/h,V50=400km/h,代入上式:10km/h(1+x)50=400km/h,求出x≈0.077,即每一级变速比上一级提升转速7.7%。
在动力源电机的功率满足负荷要求和额定电压给定的情况下,电机从静止状态到达到额定转速所需时间极小,假设该值为q,在前一个动力源电机达到额定转速时,立即启动下一个动力源电机,实现N级变速总耗时为qN。若在前一个动力源电机尚未达到额定转速就启动下一个动力源电机,q值可以有部分重叠,这样实现N级变速的总耗时可以小于qN。
以上所述示例仅为本发明的诸多可应用实例之一,并不用以限制本发明,凡根据本发明技术实质所做修改、添加、置换之类的等效变化,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种多源变速器,由N个子变速器(T1、T2、T3……Tn)、N个超越离合器(C1、C2、C3……Cn)和终输出轴(Z)及其支承部件构成,其特征是:所述N个子变速器(T1、T2、T3……Tn)均包含一个动力输入端、一个动力输出端和一套用以改变输入轴与输出轴传动比的齿轮装置,故所述N个子变速器(T1、T2、T3……Tn)共有N个动力输入端和N个动力输出端,其N个动力输入端与N个动力源对应啮合,以输入动力,其N个动力输出端与所述N个超越离合器(C1、C2、C3……Cn)对应啮合,以传递动力,所述N个超越离合器(C1、C2、C3……Cn)共轴于所述终输出轴(Z)上。
2.根据权利要求书1所述的多源变速器,其特征是:所述N值是正整数且不等于1。
3.根据权利要求书1所述的多源变速器,其特征是:所述N个子变速器(T1、T2、T3……Tn)具有不同的传动比,其传动比若分别以i1、i2、i3……in表示,即:i1≠i2≠i3……≠in。
4.根据权利要求书1所述的多源变速器,其特征是:所述N个超越离合器(C1、C2、C3……Cn)与所述终输出轴(Z)是单向结合且传递扭矩的方向一致,所述终输出轴(Z)的转速可以超越所述N个超越离合器(C1、C2、C3……Cn)。
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