CN107269782A - 机械齿轮式无级自动变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械齿轮式无级自动变速器，包括输入轴、输出轴、设置在壳体内部的第一行星排、第二行星排和差速齿轮系，输入轴与第一行星排的齿圈啮合传动，第二行星排与第一行星排共用齿圈和行星架，且第二太阳轮的齿数大于第一太阳轮的齿数，第一太阳轮将动力传动给差速齿轮系，差速齿轮系的输出轴与换挡组件连接将动力传输至输出轴，同时与第二太阳传动连接，第二太阳轮和行星架均只能单向转动，且第二太阳轮的转向与齿圈相反，行星架的转向与齿圈相同。本发明创造通过第一行星排、第二行星排和差速齿轮系实现传动比无级换档，全过程中具备现有CVT变速器的连续性、平顺性，同时具有MT变速器加速响应快，能承受大的扭矩的特点。

Description

机械齿轮式无级自动变速器

技术领域

本发明属于传动技术领域，尤其涉及一种机械齿轮式无级自动变速器。

背景技术

随着汽车工业的迅猛发展，带来相关汽车零部件业的快速发展，伴随汽车产业政策，用车的人越来越多，对车辆的驾驶舒适性的要求也越来越高，因此，对变速器的换档品质提出较高的要求。现实生活中的变速器有四种，分别为：手动变速器、自动变速器、DVT双离合变速器和CVT无级自动变速器，而手动变速器需要手动换挡且容易产生顿挫感，自动变速器加速时反应迟缓且在换档时离合器和制动器结合会产生顿挫感，DVT双离合变速器和CVT无级自动变速器加速迟缓，而且CVT无级自动变速器由皮带或钢带传动，不能承受大的扭矩，上述自动变速器、DVT双离合变速器、CVT无级自动变速器是通过电子电路系统控制传动比的变化，因此在急加速时不如MT变速器的相应直接，发动机有空转的动力损失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种加速响应快，能承受大的扭矩，无顿挫感的机械齿轮式无级自动变速器。

为解决上述技术问题，本发明所提供的机械齿轮式无级自动变速器，包括壳体、套装在壳体上的输入轴和输出轴，还包括设置在壳体内部的第一行星排、第二行星排和差速齿轮系，所述第一行星排包括与输入轴啮合传动的第一齿圈、多个第一行星轮、第一行星架和第一太阳轮，所述第一行星轮可自转的安装在第一行星架上并且分别与所述第一齿圈的内齿和第一太阳轮的外齿常啮合，所述的第二行星排包括第二齿圈、多个第二行星轮、第二行星架和第二太阳轮，所述的第二行星轮可自转的安装在第二行星架上并且分别与第二齿圈的内齿和第二太阳轮的外齿常啮合，其中所述的第一齿圈和第二齿圈为同一齿圈，所述的第一行星架和第二行星架为同一行星架，所述的第一太阳轮可自转，所述的第二太阳轮通过单向轴承限定其只能单向转动且转动方向与齿圈转向相反或不转，所述的第一行星架通过另一单向轴承限定其只能单向转动且转动方向与齿圈转向相同或不转，所述的第一太阳轮的齿数小于所述的第二太阳轮的齿数；

所述的差速齿轮系包括与第一太阳轮同轴传动连接的驱动侧齿轮、从动侧齿轮、并排设置的第一齿轮和第二齿轮、安装在第一齿轮上与驱动侧齿轮常啮合且可自转的多个第一锥齿轮、安装在第二齿轮上且可自转的多个第二锥齿轮和双联齿轮，所述的第一锥齿轮的轴线与第一齿轮的轴线垂直，所述的第二锥齿轮的轴线与所述的第二齿轮的轴线垂直，在所述的第一齿轮和第二齿轮之间设有双面侧齿轮，所述双面侧齿轮一面与所述的第一锥齿轮常啮合，另一面与所述的第二锥齿轮常啮合，所述双面侧齿轮轴线与所述第一齿轮轴线重合，所述的双联齿轮可转动的安装在壳体内且分别与所述的第一齿轮和第二齿轮常啮合，所述的第二锥齿轮与所述的从动侧齿轮常啮合将动力输出，所述的从动侧齿轮上同轴固定设有第三齿轮，所述的壳体内设有与所述的第三齿轮常啮合的第四齿轮及与所述的第四齿轮同轴传动连接的第五齿轮；

动力从驱动侧齿轮依次经第一锥齿轮、双面侧齿轮、第二锥齿轮的传动比与依次经第一锥齿轮、第一齿轮、双联齿轮、第二齿轮、第二锥齿轮的传动比不相同；

还包括换挡组件，所述换挡组件包括同轴固定连接在输出轴上的外花键、套设在外花键上的且能够轴向滑动的内花键滑套、位于外花键两侧的第一输出齿轮和第二输出齿轮，所述的第一输出齿轮和第二输出齿轮上均设有与所述内花键滑套相匹配的滑轴；

所述的第二太阳轮上同轴固定设有传输轴，所述的传输轴上固定设有第六齿轮和第七齿轮，所述的第三齿轮依次通过第四齿轮将动力传输至第五齿轮，所述的第五齿轮分别与所述的第一输出齿轮和第六齿轮常啮合，所述的第七齿轮与第二输出齿轮常啮合，当内花键滑套与第一输出齿轮结合时，外花键带动输出轴正转为前进挡；当内花键滑套与第二输出齿轮结合时，外花键带动输出轴反转为倒挡。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明机械齿轮式无级自动变速器结合了MT变速器和CVT变速器的的优点，加速响应快，能承受大的扭矩，无顿挫感，传动比变化速度快，且造价成本低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

参见图1，本发明所提供的无级自动变速器，包括壳体、套装在壳体上的输入轴1和输出轴2，还包括设置在壳体内部的第一行星排、第二行星排和差速齿轮系，第一行星排包括第一齿圈3、多个第一行星轮4、第一行星架5和第一太阳轮6，输出轴1上固定连接有第一输入齿轮7，第一齿圈3外套装固定有与第一输入齿轮7常啮合的第二输入齿轮8，第一行星轮4可自转的安装在第一行星架5上并且分别与第一齿圈3的内齿和第一太阳轮6的外齿常啮合，第二行星排包括第二齿圈、多个第二行星轮9、第二行星架和第二太阳轮10，第二行星轮9可自转的安装在第二行星架上并且分别与第二齿圈的内齿和第二太阳轮10的外齿常啮合，其中第一齿圈3和第二齿圈为同一齿圈，第一行星架5和第二行星架为同一行星架，第一太阳轮6可自转，第二太阳轮10通过第一单向轴承11限制其只能单向转动且转向与第一齿圈3转向相反或不转，第一行星架5通过第二单向轴承12限定其只能单向转动且转向与第一齿圈3转向相同或不转，第一太阳轮6的齿数小于所述的第二太阳轮10的齿数；差速齿轮系包括与第一太阳轮6同轴传动连接的驱动侧齿轮13、从动侧齿轮14、并排设置的第一齿轮15和第二齿轮16、安装在第一齿轮15上与驱动侧齿轮13常啮合且可自转的多个第一锥齿轮17、安装在第二齿轮16上且可自转的多个第二锥齿轮18和双联齿轮19，第一锥齿轮17的轴线与第一齿轮15的轴线垂直，第二锥齿轮18的轴线与第二齿轮16的轴线垂直，在第一齿轮15和第二齿轮16之间位于壳体内设有双面侧齿轮20，双面侧齿轮20的轴线与第一齿轮15的轴线重合，该双面侧齿轮20一面与第一锥齿轮17常啮合，另一面与第二锥齿轮18常啮合，双联齿轮19可转动的安装在壳体内且分别与第一齿轮15和第二齿轮16常啮合，第二锥齿轮18与从动侧齿轮14常啮合将动力输出，从动侧齿轮14上同轴固定设有第三齿轮21，在壳体内设有与第三齿轮21常啮合的第四齿轮22及与第四齿轮22同轴传动连接的第五齿轮23；第一齿轮15和第二齿轮16的轴心重合；

动力从驱动侧齿轮13依次经第一锥齿轮17、双面侧齿轮20、第二锥齿轮18的传动比大于依次经第一锥齿轮17、第一齿轮15、双联齿轮19、第二齿轮16、第二锥齿轮18的传动比；

还包括安装在壳体内的换挡组件，换挡组件包括同轴固定连接在输出轴2上的外花键24、套设在外花键24上的内花键滑套25、位于外花键24两侧的第一输出齿轮26和第二输出齿轮27，第一输出齿轮26和第二输出齿轮27上均设有与内花键滑套25相匹配的滑轴28；

第二太阳轮10上同轴固定设有传输轴29，在传输轴29上固定设有第六齿轮30和第七齿轮31，第三齿轮21依次通过第四齿轮22将动力传输至第五齿轮23，第五齿轮23分别与第一输出齿轮26和第六齿轮30常啮合，第七齿轮31与第二输出齿轮27常啮合，当内花键滑套25与第一输出齿轮26结合时，外花键24带动输出轴2正转为前进挡；当内花键滑套25与第二输出齿轮27结合时，外花键24带动输出轴2反转为倒挡。

本发明的工作原理为：

根据能量守恒定律，单排行星齿轮机构运动规律的特性方程为：n₁+an₂-(1+a)n₃＝0,其中n₁为太阳轮转速；n₂为齿圈转速；n₃行星架转速。在第一行星排和第二行星排n₂相同，第二行星排太阳轮齿数大于第一行星排太阳轮齿数时，如果第一太阳轮、第二太阳轮不转，同时驱动齿圈，则第一行星架转速大于第二行星架转速；如果第一行星架、第二行星架不转，同时驱动齿圈，则第一太阳轮转速大于第二太阳轮转速。根据本变速器设计，第一行星排和第二行星排共用齿圈和行星架，第二太阳轮10不能与齿圈同向转动，驱动齿圈，行星架按第二行星排轨迹运动，第一行星排太阳轮必须反向转动弥补行星架的转速差(第一太阳轮6的转速始终大于第二太阳轮10的转速)，若行星架不转，驱动齿圈，此时第一太阳轮6与第二太阳轮10的转速比最小，齿圈与输出太阳轮(第二太阳轮)的转速比最小，因此，第一太阳轮6与第二太阳轮10的转速比小，齿圈与输出太阳轮(第二太阳轮)的转速比就小，相应的，第一太阳轮6与第二太阳轮10的转速比大，齿圈与输出太阳轮(第二太阳轮)的转速比就大。

第一太阳轮6和第二太阳轮10转速比变化与齿圈与输出太阳轮转速比变化存在对应关系，前者转速比变化范围小，后者转速比变化范围大，也就是说，第一行星排与第二行星排共用齿圈和行星架组合，输入第一太阳轮6与第二太阳轮10小区间转速比，对应输出齿圈与输出太阳轮(第二太阳轮)大区间转速比，目前汽车变速器最大传动比在5:1左右，输入至输出，齿圈与输出太阳轮传动比5:1对应第一太阳轮6和第二太阳轮10的传动比在1.2:1左右，第一太阳轮6和第二太阳轮10转速比变小，行星架转速变小，齿圈与输出太阳轮传动比变小，第一太阳轮6与第二太阳轮10转速比最小时(1.042：1左右)，行星架不转，齿圈与输出太阳轮传动比最小，因此第一太阳轮6和第二太阳轮10转速比区间在1.2:1-1.042:1之间，第一太阳轮6和第二太阳轮10转速比变化由差速轮系完成。

齿圈的转速同步于发动机的转速，行星架的转速取决于第二太阳轮10的转速，第二太阳轮10转速慢，则行星架转速快，反之第二太阳轮10转速快，则行星架转速慢，第一太阳轮6的转速取决于行星架的转速，行星架转速快，则第一太阳轮6转速慢，行星架转速慢，则第一太阳轮6转速快。差速齿轮系自动调速装置，动力由第一太阳轮6输出至驱动侧齿轮13，驱动侧齿轮13通过两条不同传动比的传动线路将动力传至第二太阳轮10及输出轴2，两条传动比不同的传动线路分别对应第一太阳轮6与第二太阳轮10的最大传动比(1.2:1)和最小传动比(1.042:1)，由于动力从驱动侧齿轮13依次经第一锥齿轮17、双面侧齿轮20、第二锥齿轮18(线路A)的传动比大于依次经第一锥齿轮17、第一齿轮15、双联齿轮19、第二齿轮16、第二锥齿轮18(线路B)的传动比，即A线路为省力传动，根据杠杆原理，A线路杆杠支点为第一齿轮15和第二齿轮16，B线路杠杆支点为双面侧齿轮20，当汽车起步时，动力输入至驱动侧齿轮13，由于A线路为省力传动，动力由A线路传动经从动侧齿轮14至第二太阳轮10并输出，此时A线路支点第一齿轮15和第二齿轮16不转，B线路支点双面侧齿轮20转动，如果动力足够并使车辆产生惯性，需要的驱动力小于B线路动力时，B线路跟进，A线路杠杆支点转动，B线路支点转速变慢，A线路和B线路支点均发生变化，继续输入动力走A线路传动，由于A线路支点已转动，此时A线路传动比小于支点不转时的转动比，传动比随之变小，继续驱动车辆，在惯性力作用下，B线路再次跟进，A线路支点转速变快，A线路传动比再次变小，车辆加速依次进行上述步骤循环，当车辆行驶到一定速度，动力从A线路输入时，动力与阻力达到平衡时，此时车辆速度不再增加，B线不能跟进，A线支点不发生变化，传动比不再发生变化，车辆匀速行驶。当车辆上坡或阻力变大时，随着车速的变慢，B线路转速变慢，A线路传动比变大，若车速继续变慢，B线路转速再变慢，A线路传动比继续变大。A线路传动比的变化，取决于A线杆杠支点的变化(支点转得慢，则传动比大，支点转得快，则传动比小)，A线路支点的变化又取决于B线路的转速变化(B线路转速慢，A线路支点转速慢，反之B线路转速快，A线路支点转速快)，B线路转速的变化又取决于车辆的惯性力的大小，惯性力的大小取决于车辆外部阻力与驱动力大小，驱动力取决于发动机功率与传递比大小。

当车辆带档滑行时，由于处于反作用力状态，B线是省力传动，在惯性力作用下，第二太阳轮10经差速齿轮系中的B线路与第一太阳轮6传动，此时第一太阳轮6和第二太阳轮10轮传动比最小，B线支点不转，行星架被单向轴承锁住而处于停止转动状态。滑行后再加速时，行星架与齿圈同向转动，动力从第一太阳轮6经差速齿轮系中的A线路传动至第二太阳轮10及输出轴2，A线路支点转动随车速大小影响B线路而产生相应的传动比。

总之，本发明机械齿轮式无级自动变速器，具有加速响应快、换挡平顺、能承受大的扭矩输出的特点，具有推广应用的价值。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种机械齿轮式无级自动变速器，包括壳体、套装在壳体上的输入轴和输出轴，其特征在于：还包括设置在壳体内部的第一行星排、第二行星排和差速齿轮系，所述第一行星排包括与输入轴啮合传动的第一齿圈、多个第一行星轮、第一行星架和第一太阳轮，所述第一行星轮可自转的安装在第一行星架上并且分别与所述第一齿圈的内齿和第一太阳轮的外齿常啮合，所述的第二行星排包括第二齿圈、多个第二行星轮、第二行星架和第二太阳轮，所述的第二行星轮可自转的安装在第二行星架上并且分别与第二齿圈的内齿和第二太阳轮的外齿常啮合，其中所述的第一齿圈和第二齿圈为同一齿圈，所述的第一行星架和第二行星架为同一行星架，所述的第一太阳轮可自转，所述的第二太阳轮通过单向轴承限定其只能单向转动且转动方向与齿圈转向相反，所述的第一行星架通过另一单向轴承限定其只能单向转动且转动方向与齿圈转向相同或不转，所述的第一太阳轮的齿数小于所述的第二太阳轮的齿数；

所述的差速齿轮系包括与第一太阳轮同轴传动连接的驱动侧齿轮、从动侧齿轮、并排设置的第一齿轮和第二齿轮、安装在第一齿轮上与驱动侧齿轮常啮合且可自转的多个第一锥齿轮、安装在第二齿轮上且可自转的多个第二锥齿轮和双联齿轮，所述的第一锥齿轮的轴线与第一齿轮的轴线垂直，所述的第二锥齿轮的轴线与所述的第二齿轮的轴线垂直，在所述的第一齿轮和第二齿轮之间设有双面侧齿轮，所述双面侧齿轮一面与所述的第一锥齿轮常啮合，另一面与所述的第二锥齿轮常啮合，所述的双联齿轮可转动的安装在壳体内且分别与所述的第一齿轮和第二齿轮常啮合，所述的第二锥齿轮与所述的从动侧齿轮常啮合将动力输出，所述的从动侧齿轮上同轴固定设有第三齿轮，所述的壳体内设有与所述的第三齿轮常啮合的第四齿轮及与所述的第四齿轮同轴传动连接的第五齿轮；

动力从驱动侧齿轮依次经第一锥齿轮、双面侧齿轮、第二锥齿轮的传动比与依次经第一锥齿轮、第一齿轮、双联齿轮、第二齿轮、第二锥齿轮的传动比不相同；

还包括换挡组件，所述换挡组件包括同轴固定连接在输出轴上的外花键套设在外花键上且能够轴向滑动的内花键滑套、位于外花键两侧的第一输出齿轮和第二输出齿轮，所述的第一输出齿轮和第二输出齿轮上均设有与所述内花键滑套相匹配的滑轴；

所述的第二太阳轮上同轴固定设有传输轴，所述的传输轴上固定设有第六齿轮和第七齿轮，所述的第三齿轮依次通过第四齿轮将动力传输至第五齿轮，所述的第五齿轮分别与所述的第一输出齿轮和第六齿轮常啮合，所述的第七齿轮与第二输出齿轮常啮合，当内花键滑套与第一输出齿轮结合时，外花键带动输出轴正转为前进挡；当内花键滑套与第二输出齿轮结合时，外花键带动输出轴反转为倒挡。