CN105972166A - 一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，包括主轴，依次设置在主轴上的第一行星轮系和第二行星轮系，以及抱死装置，其中第二行星轮系以第一行星轮系中的第一齿圈为行星架，抱死装置与第二行星轮系中的第二太阳轮相连接。这种设计结构紧凑，可以实现两档速度输出以及平稳换挡；其通过第一行星轮系实现第一级变速并输出，通过第二行星轮系与第一行星轮系以及抱死装置的配合来实现第二级变速并由第二行星轮系输出；其通过抱死装置逐渐锁紧第二太阳轮的方式，使第二行星轮系对外输出的速度逐渐变大，换挡平稳性好，可以减轻骑行过程中速度突然变化所带来的顿挫感，优化了骑行感受并提高了骑行的安全性。

Description

一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置

技术领域

本发明涉及变速器的技术领域，特别涉及一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置。

背景技术

目前市场上电动助力自行车的换档装置主要是骑行人通过把手拉线改变与链条啮合的链轮的大小。这种外变速由于换档拉线不易调节，同时拉线受拉变长等因素影响，会造成换档失败或者档位错乱，影响骑行感受甚至影响骑行安全，再者这种换档装置换档时需要手动调档，不能做到自动调档，在一定程度上影响了骑行感受。

在中国专利申请公开说明书,CN2015104174416中针对手拉式换挡不易调节和换挡失败的问题,公开了一种电动车两档变速器的换挡装置, 所述变速器包括驱动机构、减速机构、换挡机构、选档机构等，其换挡机构包括选挡花键、选挡拨插，选挡花键通过选挡拨插的拉动与高速挡齿轮啮合，或与低速挡齿轮啮合。这种设计采用电动换挡取代了人工换挡，使换挡更方便，但是在换挡时，其速度是突然变化的，顿挫感较强，影响骑行感受和骑行安全。

发明内容

发明的目的：本发明公开一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，结构紧凑，可以实现两档速度输出以及平稳换挡；可以减轻骑行过程中速度突然变化所带来的顿挫感，优化了骑行感受并提高了骑行的安全性。

技术方案：为了实现以上目的，本发明公开了一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，包括主轴，依次设置在主轴上的第一行星轮系和第二行星轮系，以及抱死装置，其中第二行星轮系以第一行星轮系中的第一齿圈为行星架，抱死装置与第二行星轮系中的第二太阳轮相连接。这种设计结构紧凑，可以实现两档速度输出以及平稳换挡；其通过第一行星轮系实现第一级变速并输出，通过第二行星轮系与第一行星轮系以及抱死装置的配合来实现第二级变速并由第二行星轮系输出；其通过抱死装置逐渐锁紧第二太阳轮的方式，使第二行星轮系对外输出的速度逐渐变大，换挡平稳性好，可以减轻骑行过程中速度突然变化所带来的顿挫感，优化了骑行感受并提高了骑行的安全性。

进一步的，上述一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，所述第一行星轮系上设有输入齿轮，第一行星轮系以输入齿轮为行星架。这种设计以第一行星轮系与输入齿轮的配合实现第一级变速，结构紧凑，减小了本装置的体积。

进一步的，上述一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，所述第一行星轮系还包括第一太阳轮、设置在第一太阳轮和第一齿圈之间并分别与两者啮合的一组第一行星齿轮、与输入齿轮固定连接的一组第一转轴，其中第一行星齿轮安装在第一转轴上并可绕第一转轴转动，第一齿圈的外圈设有第一输出外齿；所述第二行星轮系还包括第二齿圈、设置在第二太阳轮和第二齿圈之间并分别与两者啮合的一组第二行星齿轮、与第一齿圈固定连接的一组第二转轴，其中第二行星齿轮安装在第二转轴上并可绕第二转轴转动，第二齿圈的外圈设有第二输出外齿。这种设计通过输入齿轮带动第一行星齿轮绕着第一太阳轮公转，当第一太阳轮固定不转时，第一行星齿轮的自转速度增大，则第一齿圈在第一行星齿轮的带动下，会相对输入齿轮以固定传动比对外输出，实现第一级变速；同样的原理，通过第一齿圈带动第二行星齿轮绕着第二太阳轮公转，当第二太阳轮固定不转时，第二行星齿轮的自转速度增大，则第二齿圈在第二行星齿轮的带动下，会相对第一齿圈以固定传动比对外输出，实现第二级变速；齿圈外侧设有输出外齿的设计使本装置的结构更紧凑；另外，这种行星齿轮系的设计还有传动稳定，承载能力高且传递功率大的特点。

进一步的，上述一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，所述第一太阳轮设有第一轴筒，所述第二太阳轮设有第二轴筒；第一太阳轮、第一齿圈分别通过一组轴承安装在主轴上，输入齿轮通过一组轴承安装在第一轴筒上；第二太阳轮通过一组轴承安装在主轴上，第二齿圈通过一组轴承安装在第二轴筒上。这种设计在保证传动稳定的条件下尽可能的使结构紧凑、体积减小；这种多个轴承的设置使各部件之间的转动更加平稳与顺畅，并保证回转精度。

进一步的，上述一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，所述第一太阳轮通过单向轴承与外部箱体相连接。这种设计，车辆在正常运行时，第一太阳轮在单向轴承作用下固定不转，实现第一级变速；当车速突降或者车辆倒退，或者其他情况下，有外部作用力反馈到系统，使第一齿圈反转时，第一太阳轮在单向轴承作用下可以反向转动，这样可以防止输入齿轮反转进而导致电机反转，也可以防止异常大扭矩造成传动部件的损坏，起到保护作用，提高了变速装置运行的稳定性。

进一步的，上述一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，所述抱死装置包括驱动装置、传动装置和一组锁紧装置，其中一组锁紧装置分布在第二太阳轮外周，传动装置一端与驱动装置相连接，另一端与一组锁紧装置相连接，锁紧装置可以在传动装置的带动下绕第二太阳轮旋转并向第二太阳轮逐渐靠近和压紧；锁紧装置设有弹性件，并通过弹性件与传动装置连接。这种设计通过抱死传动装置逐渐将锁紧装置将第二太阳轮慢慢锁死，在锁死过程中第二太阳轮的转速慢慢降低，第二行星齿轮的自转速度慢慢增大，第二齿圈的转速会逐渐上升直到第二太阳轮锁死，此时第二齿圈的转速达到恒定值，平缓的实现第二级变速，而不是突然上升到正常转速，在换档过程中可以减轻速度突然变化带来的顿挫感，优化了骑行感受，并提高了骑行的安全性。

进一步的，上述一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，所述抱死装置还设有控制器和传感器。这种设计通过传感器检测车速并将结果传递给控制器，当车速达到换挡要求时，控制单元发出指令使抱死装置开始工作，实现自动换挡。

进一步的，上述一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，所述一组锁紧装置端部设有摩擦片。这种设计利用摩擦片提高锁紧装置与第二太阳轮之间的摩擦力，只需较小的弹力就能产生适当的摩擦力，用以降低第二太阳轮的转速；当由弹性件的软接触转为机械结构的硬接触后，其足够大的摩擦力才能稳定可靠的抱死第二太阳轮。

上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：本发明所述的一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，这种设计结构紧凑，体积小，承载能力高且传递功率大；转动更加平稳与顺畅，回转精度高；可以实现两档速度输出以及平稳换挡；其通过抱死装置逐渐锁紧第二太阳轮的方式，使第二行星轮系对外输出的速度逐渐变大，换挡平稳性好，可以减轻骑行过程中速度突然变化所带来的顿挫感，优化了骑行感受并提高了骑行的安全性；当车速突降或者车辆倒退，第一太阳轮在单向轴承作用下可以反向转动，起到保护作用，提高了变速装置运行的稳定性。

附图说明

图1为本发明所述的一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置的爆炸结构图；

图2为本发明所述的一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置的除去抱死装置的剖面结构图；

图3为本发明所述的一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置抱死装置的结构图；

图4为本发明所述的一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置抱死装置的上盖的结构图；

图中：1-主轴，2-第一行星轮系，21-第一齿圈，211-第一输出外齿，22-第一太阳轮，221-第一轴筒，23-第一行星齿轮，24-第一转轴，3-第二行星轮系，31-第二太阳轮，311-第二轴筒，32-第二齿圈，321-第二输出外齿，33-第二行星齿轮，34-第二转轴，4-抱死装置，41-驱动装置，411-电动机，412-电动机齿轮，42-传动装置，421-齿轮，422-蜗杆，423-直齿轮，43-锁紧装置，431-弹性件，432-锁紧滑块，433-锁紧销，434-摩擦片，44-变速器转轴，45-底座，46-上盖，451、461-异形槽，452、462-凸台，5-输入齿轮。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明具体实施方式进行详细的描述。

实施例

本发明的一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，如图1至图4所示，包括主轴1，依次设置在主轴1上的第一行星轮系2和第二行星轮系3，以及抱死装置4。

第一行星轮系2上设有输入齿轮5，第一行星轮系2以输入齿轮5为行星架；所述第一行星轮系2还包括第一齿圈21、第一太阳轮22、设置在第一太阳轮22和第一齿圈21之间并分别与两者啮合的一组第一行星齿轮23、与输入齿轮5固定连接的一组第一转轴24，其中第一行星齿轮23安装在第一转轴24上并可绕第一转轴24转动，第一齿圈21的外圈设有第一输出外齿211，内圈设有内齿，第一行星齿轮23和第一转轴24的数量均为3个，也可以为其他数目；第一太阳轮22通过单向轴承与外部箱体相连接，即第一太阳轮22只能绕主轴1单向转动；第一太阳轮22设有第一轴筒221，第一太阳轮22、第一齿圈21分别通过一组轴承安装在主轴1上，输入齿轮5通过一组轴承安装在第一轴筒221上。当外部驱动带动输入齿轮5转动时，因第一太阳轮22在单向轴承的作用下固定不转，第一行星齿轮23既绕第一太阳轮22公转又做自转，使第一齿圈21增速转动并输出，带动外部链轮转动，此为第一级变速。以上所述齿轮组即为第一行星轮系2。

第二行星轮系3以第一行星轮系2中的第一齿圈21为行星架，第二行星轮系3包括第二太阳轮31、第二齿圈32、设置在第二太阳轮31和第二齿圈32之间并分别与两者啮合的一组第二行星齿轮33、与第一齿圈21固定连接的一组第二转轴34，其中第二行星齿轮33安装在第二转轴34上并可绕第二转轴34转动，第二齿圈32的外圈设有第二输出外齿321，内圈设有内齿；第二行星齿轮33和第二转轴34的数量均为3个，也可以为其他数目；第二太阳轮31设有第二轴筒311，抱死装置4与第二太阳轮31的第二轴筒311相连接；第二太阳轮31通过一组轴承安装在主轴1上，第二齿圈32通过一组轴承安装在第二轴筒311上并可绕其转动。当第一级变速作用时，第二行星轮系3的行星架（即第一齿圈21）一直在转动，而第二太阳轮31与第二齿圈（32）自由转动，当车速达到换档要求，抱死装置4将第二太阳轮31慢慢锁死，在锁死过程中第二太阳轮31的转速慢慢降低，第二行星齿轮33的自转速度逐步上升，第二齿圈32的转速会逐渐上升，直到第二太阳轮31锁死，第二齿圈32的转速达到恒定值，则第二齿圈32会相对第一齿圈21以固定传动比转动并对外输出，带动外部链轮转动，此为第二级变速。以上所述齿轮组为第二行星轮系3。

抱死装置4包括驱动装置41、传动装置42和一组锁紧装置43，还包括分别开设有一组异形槽451、461的底座45和上盖46，其中一组锁紧装置43分布在第二轴筒311外周，传动装置42一端与驱动装置41相连接，另一端与一组锁紧装置43相连接，锁紧装置43可以在传动装置42的带动下绕第二轴筒311旋转并向第二轴筒311逐渐靠近和压紧。底座45和上盖46分别设有凸台452、462，异形槽451、461分别开设在凸台452、462上；锁紧装置43包括弹性件431、锁紧滑块432和锁紧销433；传动装置42包括齿轮421，与齿轮421啮合的蜗杆422，与蜗杆422同轴设置的直齿轮423，其中齿轮421为蜗轮，直齿轮423与驱动装置41相连接；驱动装置41包括电动机411和电动机齿轮412，电动机411与外部的控制器和传感器连接，电动机齿轮412与直齿轮423啮合。其中锁紧滑块432与传动装置42的齿轮421相卡接，弹性件431一端与锁紧滑块432连接，另一端与齿轮421连接，弹性件431为压缩弹簧，锁紧滑块432侧面开两孔，用于安装弹性件431；锁紧滑块432中间开通孔，锁紧销433经通孔穿过锁紧滑块432且两端分别与异形槽451、461连接。所述齿轮421内部设有一组凸起部，锁紧滑块432卡设在相邻两个凸起部之间，其中锁紧滑块432两侧边相互平行，相应的，相邻两个凸起部形成的卡槽的侧边也相互平行；锁紧滑块432端部设有凹槽，凹槽内卡设有摩擦片434，其中摩擦片434突出锁紧滑块432的端面。上述锁紧装置43的数量为3个，相应的，异形槽451、461的数量分别为3个，锁紧装置43和异形槽451、461均以第二轴筒311为中心呈环形阵列状分布。所述异形槽451、461距第二轴筒311中心的径向距离向着齿轮421回转方向逐渐变小；异形槽451、461包括第一限位部和第二限位部，第一限位部即为在径向距离最大的那端且靠近第二轴筒311的那一侧壁，第二限位部即为在径向距离最小的那端且远离第二轴筒311的那一侧壁；第一限位部与第二轴筒311外表面之间的最小距离大于锁紧装置43最前端（即摩擦片434的突出的前端面）到锁紧销433外表面之间的最小距离，第二限位部与第二轴筒311外表面之间的最小距离等于或略小于锁紧装置43最前端（即摩擦片434的突出的前端面）到锁紧销433外表面之间的最大距离。

在车辆正常行驶时,第一限位部与锁紧销433接触并限定锁紧装置43的位置，防止其与第二轴筒311接触，影响正常行驶；当骑行者骑行速度或者所需扭矩达到换档要求，控制器发出动作指令，进行自动换挡，电动机411运转，经传动装置42逐级带动，齿轮421转动并带动锁紧装置43旋转，同时锁紧销433在异形槽451、461的规制下运动，则锁紧装置43会一边旋转一边向第二轴筒311靠近，在靠近过程中，锁紧装置43会在弹性件431（压缩弹簧）作用下先与第二轴筒311接触，因为弹性件431（压缩弹簧）的弹力较小，摩擦力不足以使第二轴筒311刹死，但会慢慢降低第二轴筒311的转速，当电动机411继续转动，锁紧销433进入径向距离最小的那端时，第二限位部与锁紧销433接触并压紧，使锁紧装置43与第二轴筒311之间实现机械结构的硬接触，第二轴筒311就会被锁死。

所述抱死装置可以为多种形式，只要具备可以将第二太阳轮31锁死的功能即可，且为实现自动换档，所述抱死装置可由电机、电磁等可通过电气控制的元件驱动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，其特征在于：包括主轴（1），依次设置在主轴（1）上的第一行星轮系（2）和第二行星轮系（3），以及抱死装置（4），其中第二行星轮系（3）以第一行星轮系（2）中的第一齿圈（21）为行星架，抱死装置（4）与第二行星轮系（3）中的第二太阳轮（31）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，其特征在于：所述第一行星轮系（2）上设有输入齿轮（5），第一行星轮系（2）以输入齿轮（5）为行星架。

3.根据权利要求2所述的一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，其特征在于：所述第一行星轮系（2）还包括第一太阳轮（22）、设置在第一太阳轮（22）和第一齿圈（21）之间并分别与两者啮合的一组第一行星齿轮（23）、与输入齿轮（5）固定连接的一组第一转轴（24），其中第一行星齿轮（23）安装在第一转轴（24）上并可绕第一转轴（24）转动，第一齿圈（21）的外圈设有第一输出外齿（211）；所述第二行星轮系（3）还包括第二齿圈（32）、设置在第二太阳轮（31）和第二齿圈（32）之间并分别与两者啮合的一组第二行星齿轮（33）、与第一齿圈（21）固定连接的一组第二转轴（34），其中第二行星齿轮（33）安装在第二转轴（34）上并可绕第二转轴（34）转动，第二齿圈（32）的外圈设有第二输出外齿（321）。

4.根据权利要求3所述的一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，其特征在于：所述第一太阳轮（22）设有第一轴筒（221），所述第二太阳轮（31）设有第二轴筒（311）；第一太阳轮（22）、第一齿圈（21）分别通过一组轴承安装在主轴（1）上，输入齿轮（5）通过一组轴承安装在第一轴筒（221）上；第二太阳轮（31）通过一组轴承安装在主轴（1）上，第二齿圈（32）通过一组轴承安装在第二轴筒（311）上。

5.根据权利要求3所述的一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，其特征在于：所述第一太阳轮（22）通过单向轴承与外部箱体相连接。

6.根据权利要求1所述的一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，其特征在于：所述抱死装置（4）包括驱动装置（41）、传动装置（42）和一组锁紧装置（43），其中一组锁紧装置（43）分布在第二太阳轮（31）外周，传动装置（42）一端与驱动装置（41）相连接，另一端与一组锁紧装置（43）相连接，锁紧装置（43）可以在传动装置（42）的带动下绕第二太阳轮（31）旋转并向第二太阳轮（31）逐渐靠近和压紧；锁紧装置（43）设有弹性件（431），并通过弹性件（431）与传动装置（42）连接。

7.根据权利要求6所述的一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，其特征在于：所述抱死装置（4）还设有控制器和传感器。

8.根据权利要求6所述的一种可自动换挡的行星齿轮式变速装置，其特征在于：所述一组锁紧装置（43）端部设有摩擦片（434）。