CN106939929A - 一种单齿圈干摩擦外控三挡变速器 - Google Patents

一种单齿圈干摩擦外控三挡变速器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单齿圈干摩擦外控三挡变速器，包括箱外的换挡控制元件和行星轮系变速箱，行星轮系变速箱包括第一齿轮组，第二齿轮组、行星架、齿圈和箱体；第一齿轮组包括第一太阳轮和第一行星轮；第二齿轮组包括第二太阳轮和与第二行星轮，第二行星轮还分别与第一行星轮啮合和齿圈啮合；第一行星轮和第二行星轮分别设置在行星架上，行星架与动力输出轴一端连接；换挡控制元件包含用于制动第一行星轮的第一制动器、用于制动器用于制动齿圈第二制动器和离合器；该变速器通过对离合器、第一制动器和第二制动器的控制，实现少档位大调速范围的换档稳定性，减少变速器的径向和轴向尺寸，可以在电动汽车上广泛的应用。

Description

一种单齿圈干摩擦外控三挡变速器
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别涉及一种单齿圈干摩擦外控三挡变速器。
背景技术
为了提高电动汽车驱动系统的平均运行效率，少挡位变速器逐渐得到广泛应用。与二挡变速器相比，三挡变速器调速范围更大，更能适应不同路况要求。
专利CN201410469720以线控方式代替传统液压和机械换挡方式来实现3挡自动变速器；专利CN201510228009公布了一种复合轮系3挡变速器，利用箱内的1个制动器和2个离合器来实现行星轮系和定轴轮系之间的动力传递路线改变达到换挡操作；专利CN201520197213在AMT的基础上加入一个辅助离合器实现换挡过程无动力中断的3挡变速器。
专利CN201410469720采用4组常啮合定轴齿轮和1排行星轮系作为齿轮变速器机构，显然变速器的径向和轴向尺寸均较大，不利用在电动汽车上的应用。
专利CN201510228009在动力传递过程中，动力经过行星轮系、定轴轮系再到差动轮系，其效率有所降低。箱内布置的制动器和离合器的工作磨屑对润滑油品质产生不利影响。
专利CN201520197213中的离合器位于箱内，其工作磨屑对润滑油品质产生不利影响。同时，采用并轴形式，其径向尺寸较大。控制元件较多。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种单齿圈干摩擦外控三挡变速器，旨在解决目前少档位大调速范围的换档稳定性，其中主要通过解决变速器的径向和轴向尺寸均较大，不利用在电动汽车上的应用；控制元件的摩擦发热和磨损微粒都会对箱内干摩擦外控式变速器油工作品质、换档冲击较大和响应时间较长等问题来提高换挡的稳定性。为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种单齿圈干摩擦外控三挡变速器，包括箱外的换挡控制元件和行星轮系变速箱，所述行星轮系变速箱包括第一齿轮组，第二齿轮组、行星架、齿圈和箱体；所述第一齿轮组包括第一太阳轮和与第一太阳轮啮合的第一行星轮；所述第二齿轮组包括固定在动力输入轴上的第二太阳轮和与第二太阳轮啮合的第二行星轮，所述第二行星轮还分别与第一行星轮啮合和齿圈啮合；所述第一行星轮和第二行星轮分别设置在行星架上，所述行星架与动力输出轴一端连接，动力输出轴的另一端通过轴承连接在箱体上；所述换挡控制元件包含干摩擦式离合器、第一制动器和第二制动器；所述干摩擦式离合器包括主动摩擦片和被动离合轮毂，所述主动摩擦片连接于动力输入轴，所述被动离合轮毂与第一太阳轮同轴连接；所述第一制动器和第二制动器设置在箱体上，所述第一制动器用于制动第一太阳轮，所述第二制动器用于制动齿圈。
作为本发明的一种优选结构，所述干摩擦式离合器设置在行星轮系变速箱的输入端。
作为本发明的一种优选结构，所述被动离合轮毂通过套筒轴连接第一太阳轮；所述套同轴通过轴承连接在箱体上。
作为本发明的一种优选结构，所述动力输入轴轴心与套筒轴轴心相同，所述输入轴的外径小于套筒轴内径。
作为本发明的一种优选结构，所述动力输入轴与套筒轴内径之间的间隙设有密封圈。
作为本发明的一种优选结构，所述第一制动器设置在输入端箱体上，用于制动第一行星轮；所述第二制动器设置在输出端箱体上，用于制动齿圈。
有益效果：该变速器通过对离合器、第一制动器和第二制动器的控制，实现少档位大调速范围的换档稳定性，减少变速器的径向和轴向尺寸，可以在在电动汽车上广泛的应用；该离合器将离合器设置在箱体外壳，减少了换档控制元件的摩擦发热和磨损微粒对箱内变速器油工作品质带来影响，从而提高了变速器的寿命和稳定性，减少了变速器的摩擦热影响传动组件，采用上述设计的变速箱，提高换挡平顺性，加快了响应时间。
作为本发明的另一种优选结构一种单齿圈干摩擦外控三挡变速器，包括箱外的换挡控制元件和行星轮系变速箱，所述行星轮系变速箱包括第一齿轮组，第二齿轮组、行星架、齿圈和箱体；所述第一齿轮组包括第一太阳轮和与第一太阳轮啮合的第一行星轮；所述第二齿轮组包括固定在动力输入轴上的第二太阳轮和与第二太阳轮啮合的第二行星轮，所述第二行星轮还分别与第一行星轮啮合和齿圈啮合；所述第一行星轮和第二行星轮分别设置在行星架上，所述行星架与动力输出轴一端连接，动力输出轴的另一端通过轴承连接在箱体上；所述换挡控制元件包含干摩擦式离合器、第一制动器和第二制动器；所述干摩擦式离合器包括主动摩擦片和被动离合轮毂，所述主动摩擦片连接于动力输入轴，所述被动离合轮毂与第一太阳轮同轴连接；所述第一制动器和第二制动器设置在箱体上，所述第一制动器用于制动第一太阳轮，所述第二制动器用于制动齿圈。
所述单齿圈干摩擦外控三挡变速器，其工作模式包括：低档模式、中档模式和高档模式；
低档模式：干摩擦式离合器分离，第一制动器释放，第二制动器结合，使齿圈被制动，动力输入轴的转动经第二太阳轮输入，传递到第二行星轮后经行星架输出；
中档模式：干摩擦式离合器分离，第一制动器结合，第二制动器释放；使第一太阳轮被制动；动力输入轴的动力经过第二太阳轮输入，传递到第二行星轮后，经第一行星轮传递到行星架输出。
高档模式：干摩擦式离合器结合，第一制动器释放，第二制动器释放，使第一太阳轮和第二太阳轮转速相同；动力输入轴的转动经第一行星轮和第二行星轮传送至行星架后输出。
附图说明
图1为本发明单齿圈干摩擦外挡三挡变速器结构简图；
标号说明：
1、第二太阳轮；
2、第二行星轮；
3、第一行星轮；
4、第一太阳轮；
5、齿圈；
6、行星架；
7、壳体；
8、第一制动器；
9、离合器；
10、第二制动器；
11、动力输入轴；
12、动力输出轴。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请一并参照图1，如图1所示可知，本发明的一种优选实施例为，一种单齿圈干摩擦外控三挡变速器，包括箱外的换挡控制元件和行星轮系变速箱，所述行星轮系变速箱包括第一齿轮组，第二齿轮组、行星架6、齿圈5和箱体7；所述第一齿轮组包括第一太阳轮4和与第一太阳轮4啮合的第一行星轮3；所述第二齿轮组包括固定在动力输入轴11上的第二太阳轮1和与第二太阳轮啮合的第二行星轮2，所述第二行星轮还分别与第一行星轮啮合和齿圈啮合，第二行星轮的齿宽大于第一行星轮齿宽与第二太阳轮齿宽之和；所述第一行星轮和第二行星轮分别设置在行星架上，所述行星架与动力输出轴12一端连接，动力输出轴12的另一端通过轴承连接在箱体上；所述换挡控制元件包含干摩擦式离合器9、第一制动器8和第二制动器10；所述干摩擦式离合器包括主动摩擦片和被动离合轮毂，所述主动摩擦片连接于动力输入轴，所述被动离合轮毂与第一太阳轮同轴连接；所述第一制动器和第二制动器设置在箱体上，所述第一制动器用于制动第一太阳轮，所述第二制动器用于制动齿圈。
为了使离合能够起到更稳定的作用，作为本发明的一种优选实施例，本发明的一种优选实施例为所述干摩擦式离合器设置在行星轮系变速箱的输入端。
为了使箱体设计更加紧凑，本发明的一种优选实施例为：所述被动离合轮毂通过套筒轴连接第一太阳轮；所述套同轴通过轴承连接在箱体上。
为了能够使离合对变速起到作用，且考虑到箱体结构，本发明的一种优选实施例为：所述动力输入轴轴心与套筒轴轴心相同，所述输入轴的外径小于套筒轴内径。
为了是箱体内保持清洁，减少粉尘，作为本发明的一种优选实施例，本发明的一种优选实施例为：所述动力输入轴与套筒轴内径之间的间隙设有密封圈；所述第一制动器设置在输入端箱体上，用于制动第一行星轮；所述第二制动器设置在输出端箱体上，用于制动齿圈。
本发明的一种优选实施例为：一种种单齿圈干摩擦外控三挡变速器，包括箱外的换挡控制元件和行星轮系变速箱，所述行星轮系变速箱包括第一齿轮组，第二齿轮组、行星架、齿圈和箱体；所述第一齿轮组包括第一太阳轮和与第一太阳轮啮合的第一行星轮；所述第二齿轮组包括固定在动力输入轴上的第二太阳轮和与第二太阳轮啮合的第二行星轮，所述第二行星轮还分别与第一行星轮啮合和齿圈啮合；所述第一行星轮和第二行星轮分别设置在行星架上，所述行星架与动力输出轴一端连接，动力输出轴的另一端通过轴承连接在箱体上；所述换挡控制元件包含干摩擦式离合器、第一制动器和第二制动器；所述干摩擦式离合器包括主动摩擦片和被动离合轮毂，所述主动摩擦片连接于动力输入轴，所述被动离合轮毂与第一太阳轮同轴连接；所述第一制动器和第二制动器设置在箱体上，所述第一制动器用于制动第一太阳轮，所述第二制动器用于制动齿圈。
所述单齿圈干摩擦外控三挡变速器，其工作模式包括：低档模式、中档模式和高档模式；
低档模式：干摩擦式离合器分离，第一制动器释放，第二制动器结合，使齿圈被制动，动力输入轴的转动经第二太阳轮输入，传递到第二行星轮后经行星架输出；
中档模式：干摩擦式离合器分离，第一制动器结合，第二制动器释放；使第一太阳轮被制动；动力输入轴的动力经过第二太阳轮输入，传递到第二行星轮后，经第一行星轮传递到行星架输出。
高档模式：干摩擦式离合器结合，第一制动器释放，第二制动器释放，使第一太阳轮和第二太阳轮转速相同；动力输入轴的转动经第一行星轮和第二行星轮传送至行星架后输出。
本发明专利应用于纯电动汽车或混合动力汽车变速器领域，用于纯电动汽车时，具有更强的爬坡性能，在使用同一动力的条件下，能使电机在不同路况条件下都能工作在高效区间，降低电耗，延长续航里程。在用于混合动力汽车时，在部分情况下，可实现发动机的直接起步。作为控制元件的离合器和制动器安置在变速箱外，避免控制元件工作状态切换时，摩擦件的磨屑落入变速器内，导致磨屑对润滑油的污染。通过离合器的分离与结合，制动器的刹紧与放松的控制减少换挡冲击，缩短换挡时间。
本发明的另一种优选实施例为：该变速器主要由输入轴、离合器、第一制动器、第二制动器、壳体、第二太阳轮、第二行星轮、第一行星轮、第一太阳轮、齿圈、行星架、动力输人轴、和动力出轴等零部件组成。其中，动力输入轴与第二太阳轮直接相连，其上设置有离合器；离合器的主动部分与输入轴相连，其从动部分通过轴套连于第一太阳轮，如此连接可实现第一太阳轮和第二太阳轮的同时转动；或者第二太阳轮转动，第一太阳轮没有转动；第一制动器通过制连有第一太阳轮的轴套来制动第一太阳轮；第二制动器用于制动齿圈，其连接方式如图1所示，将齿圈连接在输出轴轴套上，然后输出轴轴套上设有制动器，动力输出轴穿过输出轴齿圈内部与行星架连接；第一行星轮分别与第二行星轮和第一太阳轮啮合；第二行星轮分别与齿圈、第一行星轮和第二太阳轮啮合；动力输出轴与行星架相连。在行星轮系构型上，第一行星轮系没有设置齿圈，同时具有双级行星轮结构；第二行星轮系是常规的单级行星轮式结构，并设置有齿圈5；第一行星轮和第二行星轮共用一个行星架。所述离合器、第一制动器和第二制动器等3个换挡控制元件均位于变速器轮系箱体之外。
假设第二太阳轮，第二行星轮，第一行星轮，第一太阳轮，齿圈的齿数分别为Z1，Z2，Z3，Z4，Z5。假想站在行星架上看第一太阳轮、第二太阳轮和齿圈之间的传动(行星轮系简化为定轴轮系)，得到前后排轮系的运动学方程为：
公式1：
公式2：
式中：n1为大太阳轮转速，n4为小太阳轮转速，n5为齿圈转速，nH为行星架转速。
变速器具有3个挡位来适应驱动系统的不同工作状态需求，具体实施原理介绍如下。
(1)1挡位：干摩擦式离合器分离，第一制动器释放，第二制动器结合；此时，齿圈被制动，动力有动力输入轴经第二太阳轮传送给第二行星轮，经行星架由动力输出轴输出。由公式2得到1挡传动比为：其取值范围一般为3至3.5。
(2)2挡位：干摩擦式离合器分离，第一制动器结合，第二制动器释放；第一太阳阳轮被制动，动力输入轴的动力经过第二太阳轮输入，传递到第二行星轮后，经第一行星轮传递到行星架输出。由公式1得到2挡传动比为：其取值范围一般为1.5至2。
(3)3挡位：干摩擦式离合器结合，第一制动器释放，第二制动器释放，使第一太阳轮和第二太阳轮转速相同；动力输入轴的转动经第一行星轮和第二行星轮传送至行星架后输出；行星架相当于被挟持而同转速旋转。即该行星轮系传动比为1，得到3挡传动比为：i3＝1。动力由2个太阳轮共同传递到行星架6。
(4)换挡过渡状态：分为升挡和降挡2种情况，主要完成2个制动器和离合器的工作状态切换，比如2挡升3挡时，第一制动器从制动到释放状态切换和离合器从分离状态到结合状态切换，3挡降2挡反之。若采用传统干摩擦离合器，则可利用离合器的半联动工况实现动力不中断升档。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效形状或结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种单齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：包括箱外的换挡控制元件和行星轮系变速箱，所述行星轮系变速箱包括第一齿轮组、第二齿轮组、行星架、齿圈和箱体；所述第一齿轮组包括第一太阳轮和与第一太阳轮啮合的第一行星轮；所述第二齿轮组包括固定在动力输入轴上的第二太阳轮和与第二太阳轮啮合的第二行星轮，所述第二行星轮还分别与第一行星轮啮合和齿圈啮合；所述第一行星轮和第二行星轮分别设置在行星架上，所述行星架与动力输出轴一端连接，动力输出轴的另一端通过轴承连接在箱体上；所述换挡控制元件包含干摩擦式离合器、第一制动器和第二制动器；所述干摩擦式离合器包括主动摩擦片和被动离合轮毂，所述主动摩擦片连接于动力输入轴，所述被动离合轮毂与第一太阳轮同轴连接；所述第一制动器和第二制动器设置在箱体上，所述第一制动器用于制动第一太阳轮，所述第二制动器用于制动齿圈。
2.根据权利要求1所述的单齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：所述干摩擦式离合器设置在行星轮系变速箱的输入端。
3.根据权利要求1所述的单齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：所述被动离合轮毂通过套筒轴连接第一太阳轮；所述套同轴通过轴承连接在箱体上。
4.根据权利要求3所述的单齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：所述动力输入轴轴心与套筒轴轴心相同，所述输入轴的外径小于套筒轴内径。
5.根据权利要求3所述的单齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：所述动力输入轴与套筒轴内径之间的间隙设有密封圈。
6.根据权利要求3所述的单齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：所述第一制动器设置在输入端箱体上，用于制动第一行星轮；所述第二制动器设置在输出端箱体上，用于制动齿圈。
7.一种单齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：包括箱外的换挡控制元件和行星轮系变速箱，所述行星轮系变速箱包括第一齿轮组，第二齿轮组、行星架、齿圈和箱体；所述第一齿轮组包括第一太阳轮和与第一太阳轮啮合的第一行星轮；所述第二齿轮组包括固定在动力输入轴上的第二太阳轮和与第二太阳轮啮合的第二行星轮，所述第二行星轮还分别与第一行星轮啮合和齿圈啮合；所述第一行星轮和第二行星轮分别设置在行星架上，所述行星架与动力输出轴一端连接，动力输出轴的另一端通过轴承连接在箱体上；所述换挡控制元件包含干摩擦式离合器、第一制动器和第二制动器；所述干摩擦式离合器包括主动摩擦片和被动离合轮毂，所述主动摩擦片连接于动力输入轴，所述被动离合轮毂与第一太阳轮同轴连接；所述第一制动器和第二制动器设置在箱体上，所述第一制动器用于制动第一太阳轮，所述第二制动器用于制动齿圈；
所述单齿圈干摩擦外控三挡变速器，其工作模式包括：低档模式、中档模式和高档模式；
低档模式：干摩擦式离合器分离，第一制动器释放，第二制动器结合，使齿圈被制动，动力输入轴的转动经第二太阳轮输入，传递到第二行星轮后经行星架输出；
中档模式：干摩擦式离合器分离，第一制动器结合，第二制动器释放；使第一太阳轮被制动；动力输入轴的动力经过第二太阳轮输入，传递到第二行星轮后，经第一行星轮传递到行星架输出。
高档模式：干摩擦式离合器结合，第一制动器释放，第二制动器释放，使第一太阳轮和第二太阳轮转速相同；动力输入轴的转动经第一行星轮和第二行星轮传送至行星架后输出。
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