CN106979285A - 一种双齿圈干摩擦外控三挡变速器 - Google Patents

一种双齿圈干摩擦外控三挡变速器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了双齿圈干摩擦外控三挡变速器，包括壳体、设置于壳体内的行星齿轮机构和设置于壳体外的第一制动器、第二制动器以及离合器，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。所述前行星齿轮机构与后行星齿轮机构分别前后设置于同一轴线上，使变速器的结构更紧凑。所述前行星齿轮机构和后行星齿轮机构包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈，所述行星轮与太阳轮外啮合，同时所述行星轮与齿圈内啮合，所述行星轮固设于行星架上；所述前行星架与后齿圈相连。变速器设有至少3个挡位，传动比宽，用于纯电动汽车时，爬坡性能更优越。

Description

一种双齿圈干摩擦外控三挡变速器
技术领域
本发明涉及电动汽车变速器技术领域，特别涉及一种双齿圈干摩擦外控三挡变速器。
背景技术
为解决能源危机与环境污染这两大世界性难题，电动汽车技术成为未来汽车发展的主要方向。电机作为电动汽车的动力源，为了优化电机工作特性，少挡位变速器逐渐在电动汽车上得到应用。
自动变速器被广泛应用于汽车、电动汽车、工程机械等各种车辆。现有自动变速器主要有液力机械式自动变速器(AT)、金属带式无级自动变速器(CVT)、机械式自动变速器(AMT)、双离合器式自动变速器(DCT)四大类型。
上述四类自动变速器均采用电控液压伺服装置，实现换挡过程控制，结构复杂、成本高且增加了控制难度和复杂度。常规的机械式自动变速器(AMT)是在平行轴手动变速器(MT)基础上实现换挡和挂挡自动化控制,其速比的变换是通过变换不同的齿数啮合副；因此，换挡控制机构存在先天性的复杂和工作不可靠性的劣势。
现有的电动汽车离合器和制动器安置在变速器内，在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，降低汽车工作的稳定性。
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双齿圈干摩擦外控三挡变速器，旨在解决现有技术中电动汽车的爬坡性能差，变速器结构复杂、稳定性低的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种双齿圈干摩擦外控三挡变速器，包括壳体、设置于壳体内的行星齿轮机构和设置于壳体外的第一制动器、第二制动器以及离合器；
所述行星齿轮机构包括前行星齿轮机构和后行星齿轮机构，所述前行星齿轮机构与后行星齿轮机构分别前后设置于同一轴线上；
所述前行星齿轮机构包括前太阳轮、前行星轮、前行星架和前齿圈，所述前行星轮与前太阳轮外啮合，同时所述前行星轮与前齿圈内啮合，所述前行星轮固设于前行星架上；
所述后行星齿轮机构包括后太阳轮、后行星轮、后行星架和后齿圈，所述后行星轮与后太阳轮外啮合，同时所述后行星轮与后齿圈内啮合，所述后行星轮固设于后行星架上；
所述前行星架与后齿圈相连；
所述变速器的动力输入端与所述前太阳轮和后太阳轮相连，所述变速器的动力输出端与后行星架相连；
所述第一制动器用于制动所述前齿圈，所述第二制动器用于制动所述后齿圈；
所述变速器的动力输入端与前太阳轮之间设置有离合器，所述离合器的主动部分与所述变速器的动力输入端相连，所述离合器的从动部分与前齿圈相连；
所述变速器设有至少3个挡位，所述3个挡位为一挡、二挡和三挡；
一挡模式下，所述离合器分离，所述第一制动器释放，所述第二制动器结合；动力依次经输入轴、离合器的主动部分、后太阳轮、后行星轮、后行星架，由所述变速器的动力输出端输出；
二挡模式下，所述离合器分离，所述第一制动器结合，所述第二制动器分离；动力依次经输入轴、离合器的主动部分后，一部分经过前太阳轮、前行星轮、前行星架和后齿圈，另一部分经过后太阳轮，两部分动力汇合到后行星轮，再传输到后行星架，由所述变速器的动力输出端输出；
三挡模式下，所述离合器结合，所述第一制动器分离，所述第二制动器分离；动力依次经过输入轴、离合器的主动部分后，一部分经过离合器的从动部分和前齿圈，一部分经过前太阳轮，两部分动力汇合到前行星轮，由前行星轮传输到前行星架，再经过后齿圈，另一部分经过后太阳轮，各部分汇合到后行星轮，再经过后行星架，由所述变速器的动力输出端输出；
优选地，所述前行星轮和后行星轮有多个，多个前行星轮均布于前太阳轮周围，多个后行星轮均布于后太阳轮周围。
优选地，空挡模式下，所述离合器分离，所述第一制动器分离，所述第二制动器分离；动力依次经过输入轴、离合器的主动部分，到达前太阳轮和后太阳轮，前太阳轮和后太阳轮处于空转状态，前行星轮和后行星轮无动力输出，所述变速器的动力输出端无动力输出。
优选地，所述离合器为干式摩擦离合器。
优选地，所述前太阳轮、后太阳轮、前行星轮、后行星轮、前齿圈、后齿圈的齿数分别为Z1，Z2，Z3，所述前太阳轮、后太阳轮、前齿圈、后齿圈、前行星架、后行星架的转速分别为n1,n3，nH1，nH2；所述行星齿轮机构的运动学方程为：
优选地，所述第一制动器的制动盘和第二制动器的制动盘设置在壳体外，所述第一制动器的制动盘设于所述离合器的从动部分和前齿圈相连接的轴上，所述第二制动器的制动盘设于所述后齿圈上。
在另一种技术方案中：
一种双齿圈干摩擦外控三挡变速器，包括壳体、设置于壳体内的行星齿轮机构和设置于壳体外的第一制动器、第二制动器以及离合器；
所述行星齿轮机构包括前行星齿轮机构和后行星齿轮机构，所述前行星齿轮机构与后行星齿轮机构分别前后设置于同一轴线上；
所述前行星齿轮机构包括前太阳轮、前行星轮、前行星架和前齿圈，所述前行星轮与前太阳轮外啮合，同时所述前行星轮与前齿圈内啮合，所述前行星轮固设于前行星架上；
所述后行星齿轮机构包括后太阳轮、后行星轮、后行星架和后齿圈，所述后行星轮与后太阳轮外啮合，同时所述后行星轮与后齿圈内啮合，所述后行星轮固设于后行星架上；
所述前行星架与后齿圈相连；
所述变速器的动力输入端与所述前太阳轮和后太阳轮相连，所述变速器的动力输出端与后行星架相连；
所述第一制动器用于制动所述前齿圈，所述第二制动器用于制动所述后齿圈；
所述变速器的动力输入端与前太阳轮之间设置有离合器，所述离合器的主动部分与所述变速器的动力输入端相连，所述离合器的从动部分与前齿圈相连。
优选地，所述前行星轮和后行星轮有多个，多个前行星轮均布于前太阳轮周围，多个后行星轮均布于后太阳轮周围。
优选地，所述离合器为干式摩擦离合器。
优选地，所述前太阳轮、后太阳轮、前行星轮、后行星轮、前齿圈、后齿圈的齿数分别为Z1，Z2，Z3，所述前太阳轮、后太阳轮、前齿圈、后齿圈、前行星架、后行星架的转速分别为n1,n3，nH1，nH2；所述行星齿轮机构的运动学方程为：
相对于现有技术，本发明的技术方案双齿圈干摩擦外控三挡变速器的第一制动器、第二制动器以及离合器设于壳体外，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。前行星齿轮机构与后行星齿轮机构分别前后设置于同一轴线上，控制元件少，使变速器的结构更紧凑。离合器设置于变速器的动力输入端，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。变速器设有至少3个挡位，传动比宽，用于纯电动汽车时，爬坡性能更优越。
附图说明
图1为本发明双齿圈干摩擦外控三挡变速器在一挡模式工作下的结构简图；
图2为本发明为本发明双齿圈干摩擦外控三挡变速器在二挡模式工作下的结构简图；
图3为本发明为本发明双齿圈干摩擦外控三挡变速器在三挡模式工作下的结构简图；
图4为本发明为本发明双齿圈干摩擦外控三挡变速器在空挡模式工作下的结构简图。
标号说明：
10、壳体
11、第一制动器
12、第二制动器
13、离合器
14、动力输入端
15、动力输出端
100、前太阳轮
101、前行星轮
102、前齿圈
103、前行星架
200、后太阳轮
201、后行星轮
202、后齿圈
203、后行星架
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至图4，如图所示可知，本发明干摩擦外控三挡变速器全称为：干摩擦外挂式自动变速器(Dry Friction Externally Contrded AutmaticTransmission)，英文简称DAT；其设计理念在于将变速器分为离合器部分和变速箱部分，离合器部分为干部，其特点为无润滑油；变速箱部分为湿部，其特点带有有润滑油；行星轮系传动机构集成在湿部，而换挡执行元件及制动元件都布置于干部。
如图1所示，本发明一种优选实施例为一种双齿圈干摩擦外控三挡变速器，包括壳体10、设置于壳体内的行星齿轮机构和设置于壳体外的第一制动器11、第二制动器12以及离合器13。第一制动器、第二制动器以及离合器设于壳体外可避免变速器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。
所述行星齿轮机构包括前行星齿轮机构和后行星齿轮机构，所述前行星齿轮机构与后行星齿轮机构分别前后设置于同一轴线上。行星齿轮机构控制元件少，使变速器的结构更紧凑。所述前行星齿轮机构包括前太阳轮100、前行星轮101、前行星架103和前齿圈102，所述前行星轮与前太阳轮外啮合，同时所述前行星轮与前齿圈内啮合，所述前行星轮固设于前行星架上；所述后行星齿轮机构包括后太阳轮200、后行星轮201、后行星架203和后齿圈202，所述后行星轮与后太阳轮外啮合，同时所述后行星轮与后齿圈内啮合，所述后行星轮固设于后行星架上；所述前行星架与后齿圈相连。所述变速器的动力输入端14与所述前太阳轮和后太阳轮相连，所述变速器的动力输出端15与后行星架相连；所述第一制动器用于制动所述前齿圈，所述第二制动器用于制动所述后齿圈；所述变速器的动力输入端与前太阳轮之间设置有离合器，所述离合器的主动部分与所述变速器的动力输入端相连，所述离合器的从动部分与前齿圈相连。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。
所述变速器设有至少3个挡位，所述3个挡位为一挡、二挡和三挡。变速器的传动比宽，用于纯电动汽车时，爬坡性能更优越。
如图1所示，一挡模式下，所述离合器分离，所述第一制动器释放，所述第二制动器结合。此时，后齿圈被第二制动器制动，动力依次经输入轴、离合器的主动部分、后太阳轮、后行星轮、后行星架，由所述变速器的动力输出端输出。
如图2所示，二挡模式下，所述离合器分离，所述第一制动器结合，所述第二制动器分离。此时，前齿圈被第一制动器制动，动力依次经输入轴、离合器的主动部分后，一部分动力传输到前太阳轮，前太阳轮作为主动轮，带动前行星轮和固定于前行星轮上的前行星架后，传输到后齿圈。另一部分经过后太阳轮，两部分动力汇合到后行星轮，再传输到固定于后行星轮上的后行星架，由所述变速器的动力输出端输出。
如图3所示，三挡模式下，所述离合器结合，所述第一制动器分离，所述第二制动器分离。动力依次经过输入轴、离合器的主动部分后，一部分经过离合器的从动部分和前齿圈，一部分经过前太阳轮，前太阳轮和前齿圈转速一致，前行星轮相当于被前太阳轮和前齿圈夹持而同速旋转，动力由前行星轮传输到前行星架，再经过后齿圈，另一部分经过后太阳轮，各部分汇合到后行星轮，后行星轮的运转与前行星轮的运转同理，再经过后行星架，由所述变速器的动力输出端输出。
为了行星架运行更平稳，本发明的一种优选实施例，所述前行星轮和后行星轮有多个，多个前行星轮均布于前太阳轮周围，多个后行星轮均布于后太阳轮周围。
如图4所示，在短时间停车时，空挡模式可节约能源。本发明的一种优选实施例，空挡模式下，所述离合器分离，所述第一制动器分离，所述第二制动器分离。动力依次经过输入轴、离合器的主动部分，到达前太阳轮和后太阳轮，前太阳轮和后太阳轮处于空转状态，前行星轮和后行星轮无动力输出，所述变速器的动力输出端无动力输出。
为了使汽车爬坡性能更优，要实现传动比范围更宽。本发明的一种优选实施例，所述前太阳轮、后太阳轮、前行星轮、后行星轮、前齿圈、后齿圈的齿数分别为Z1，Z2，Z3，所述前太阳轮、后太阳轮、前齿圈、后齿圈、前行星架、后行星架的转速分别为n1，n3，nH1,nH2；所述行星齿轮机构的运动学方程为：
为了使第一制动器和第二制动器的制动效果更佳，本发明的一种优选实施例，所述第一制动器的制动盘和第二制动器的制动盘设置在壳体外，所述第一制动器的制动盘设于所述离合器的从动部分和前齿圈相连接的轴上，所述第二制动器的制动盘设于所述后齿圈上。
为了实现变速器的结构更紧凑，控制元件少，工作状态更稳定，本发明的一种优选实施例，如图1所示，本发明一种优选实施例为一种双齿圈干摩擦外控三挡变速器，包括壳体10、设置于壳体内的行星齿轮机构和设置于壳体外的第一制动器11、第二制动器12以及离合器13。第一制动器、第二制动器以及离合器设于壳体外可避免变速器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。
所述行星齿轮机构包括前行星齿轮机构和后行星齿轮机构，所述前行星齿轮机构与后行星齿轮机构分别前后设置于同一轴线上。行星齿轮机构控制元件少，使变速器的结构更紧凑。所述前行星齿轮机构包括前太阳轮100、前行星轮101、前行星架103和前齿圈102，所述前行星轮与前太阳轮外啮合，同时所述前行星轮与前齿圈内啮合，所述前行星轮固设于前行星架上；所述后行星齿轮机构包括后太阳轮200、后行星轮201、后行星架203和后齿圈202，所述后行星轮与后太阳轮外啮合，同时所述后行星轮与后齿圈内啮合，所述后行星轮固设于后行星架上；所述前行星架与后齿圈相连。所述变速器的动力输入端14与所述前太阳轮和后太阳轮相连，所述变速器的动力输出端15与后行星架相连；所述第一制动器用于制动所述前齿圈，所述第二制动器用于制动所述后齿圈；所述变速器的动力输入端与前太阳轮之间设置有离合器，所述离合器的主动部分与所述变速器的动力输入端相连，所述离合器的从动部分与前齿圈相连。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。
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 (10)

1.一种双齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：包括壳体、设置于壳体内的行星齿轮机构和设置于壳体外的第一制动器、第二制动器以及离合器；
所述行星齿轮机构包括前行星齿轮机构和后行星齿轮机构，所述前行星齿轮机构与后行星齿轮机构分别前后设置于同一轴线上；
所述前行星齿轮机构包括前太阳轮、前行星轮、前行星架和前齿圈，所述前行星轮与前太阳轮外啮合，同时所述前行星轮与前齿圈内啮合，所述前行星轮固设于前行星架上；
所述后行星齿轮机构包括后太阳轮、后行星轮、后行星架和后齿圈，所述后行星轮与后太阳轮外啮合，同时所述后行星轮与后齿圈内啮合，所述后行星轮固设于后行星架上；
所述前行星架与后齿圈相连；
所述变速器的动力输入端与所述前太阳轮和后太阳轮相连，所述变速器的动力输出端与后行星架相连；
所述第一制动器用于制动所述前齿圈，所述第二制动器用于制动所述后齿圈；
所述变速器的动力输入端与前太阳轮之间设置有离合器，所述离合器的主动部分与所述变速器的动力输入端相连，所述离合器的从动部分与前齿圈相连；
所述变速器设有至少3个挡位，所述3个挡位为一挡、二挡和三挡；
一挡模式下，所述离合器分离，所述第一制动器释放，所述第二制动器结合；动力依次经输入轴、离合器的主动部分、后太阳轮、后行星轮、后行星架，由所述变速器的动力输出端输出；
二挡模式下，所述离合器分离，所述第一制动器结合，所述第二制动器分离；动力依次经输入轴、离合器的主动部分后，一部分经过前太阳轮、前行星轮、前行星架和后齿圈，另一部分经过后太阳轮，两部分动力汇合到后行星轮，再传输到后行星架，由所述变速器的动力输出端输出；
三挡模式下，所述离合器结合，所述第一制动器分离，所述第二制动器分离；动力依次经过输入轴、离合器的主动部分后，一部分经过离合器的从动部分和前齿圈，一部分经过前太阳轮，两部分动力汇合到前行星轮，由前行星轮传输到前行星架，再经过后齿圈，另一部分经过后太阳轮，各部分汇合到后行星轮，再经过后行星架，由所述变速器的动力输出端输出。
2.根据权利要求1所述的双齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：所述前行星轮和后行星轮有多个，多个前行星轮均布于前太阳轮周围，多个后行星轮均布于后太阳轮周围。
3.根据权利要求1所述的双齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：空挡模式下，所述离合器分离，所述第一制动器分离，所述第二制动器分离；动力依次经过输入轴、离合器的主动部分，到达前太阳轮和后太阳轮，前太阳轮和后太阳轮处于空转状态，前行星轮和后行星轮无动力输出，所述变速器的动力输出端无动力输出。
4.根据权利要求1所述的双齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：所述离合器为干式摩擦离合器。
5.根据权利要求1所述的双齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：所述前太阳轮、后太阳轮、前行星轮、后行星轮、前齿圈、后齿圈的齿数分别为Z1,Z2,Z3,所述前太阳轮、后太阳轮、前齿圈、后齿圈、前行星架、后行星架的转速分别为n1,n3,nH1,nH2；所述行星齿轮机构的运动学方程为：
。
6.根据权利要求1所述的双齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：所述第一制动器的制动盘和第二制动器的制动盘设置在壳体外，所述第一制动器的制动盘设于所述离合器的从动部分和前齿圈相连接的轴上，所述第二制动器的制动盘设于所述后齿圈上。
7.一种双齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：包括壳体、设置于壳体内的行星齿轮机构和设置于壳体外的第一制动器、第二制动器以及离合器；
所述行星齿轮机构包括前行星齿轮机构和后行星齿轮机构，所述前行星齿轮机构与后行星齿轮机构分别前后设置于同一轴线上；
所述前行星齿轮机构包括前太阳轮、前行星轮、前行星架和前齿圈，所述前行星轮与前太阳轮外啮合，同时所述前行星轮与前齿圈内啮合，所述前行星轮固设于前行星架上；
所述后行星齿轮机构包括后太阳轮、后行星轮、后行星架和后齿圈，所述后行星轮与后太阳轮外啮合，同时所述后行星轮与后齿圈内啮合，所述后行星轮固设于后行星架上；
所述前行星架与后齿圈相连；
所述变速器的动力输入端与所述前太阳轮和后太阳轮相连，所述变速器的动力输出端与后行星架相连；
所述第一制动器用于制动所述前齿圈，所述第二制动器用于制动所述后齿圈；
所述变速器的动力输入端与前太阳轮之间设置有离合器，所述离合器的主动部分与所述变速器的动力输入端相连，所述离合器的从动部分与前齿圈相连。
8.根据权利要求7所述的双齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：所述前行星轮和后行星轮有多个，多个前行星轮均布于前太阳轮周围，多个后行星轮均布于后太阳轮周围。
9.根据权利要求7所述的双齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：所述离合器为干式摩擦离合器。
10.根据权利要求7所述的双齿圈干摩擦外控三挡变速器，其特征在于：所述前太阳轮、后太阳轮、前行星轮、后行星轮、前齿圈、后齿圈的齿数分别为Z1，Z2，Z3，所述前太阳轮、后太阳轮、前齿圈、后齿圈、前行星架、后行星架的转速分别为n1，n3，nH1，nH2；所述行星齿轮机构的运动学方程为：
。
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