CN108506429A - 伺服直驱换挡的自动变速器 - Google Patents
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Abstract
一种伺服直驱换挡的自动变速器，包括主控制单元、五对圆柱齿轮组、一个输入轴7、一个输出轴8、一个丝杠螺母机构、一个壳体1和一个交流伺服电机18；五对圆柱齿轮组中的各主动齿轮顺次通过键与输入轴7固定连接；从动齿轮顺次空套在输出轴8上；各从动齿轮的中心为圆孔，圆孔的两侧对称布置两个异形内凹通孔，丝杠螺母副中的丝杠9内嵌在输出轴8的空心位置，采用主控制单元控制交流伺服电机驱动丝杠螺母副和内、外凸轮机构，实现从动齿轮与输出轴之间的接合与脱开，从而实现输入轴与输出轴之间按照不同的变速比进行动力传递，甚至通断；本装置无需人工干预，又无同步器等中间传动元件，具有结构紧凑，控制简单等突出优点，可以在内燃汽车，尤其是纯电动汽车中推广。
Description
技术领域
本发明属于机械自动化技术领域，涉及一种伺服直驱换挡的自动变速器，用作汽车底盘中的传动变速装置。
背景技术
随着国民经济、汽车工业水平的迅猛提高，自动变速箱简化了手动换挡的操作流程，能够为汽车提供换挡平顺、操作方便、起步平稳的功能，它是汽车传动技术发展过程中一项重要的发明。在汽车领域，自动变速箱的装车率已经得到了很大的提高，而现有的汽车自动变速箱包括：自动变速箱（AT）、无级变速器（CVT）和双离合变速箱（DCT）三种，而自动变速箱（AT）所包括的半自动变速器（AMT）和序列式变速箱两种型式，由于搭载车型较少，已经逐步淡出汽车市场。
现有的自动变速箱采用液力变矩器代替了传统手动变速箱中的干式离合器，将发动机的动力传给行星齿轮机构，具有技术成熟、研发成本较低、动力承载力大等优点，但是也存在机构复杂，修理困难和维修成本高等缺点，尤其是随着自动变速箱的挡位增多，行星齿轮机构的结构越复杂、越庞大，换挡机构越复杂越笨拙，变速箱的体积和研发成本大幅增加。
无级变速器（CVT）又称连续可变传动或者无级变速箱，这种变速箱比传统的自动变速箱（AT）结构更简单，采用锥轮组和金属链带的组合，取代了传统变速箱中的齿轮传动，实现了连续无断点的动力传输，让发动机能长时间保持在理想的工况下。具有传动平稳，零部件少、重量轻、体积小等优点，尤其是能保证发动机在经济转速下连续工作和节油的效果。但是因其金属链带的寿命低，容易打滑等缺陷，使得其动力承载有限，维护成本高。
双离合变速箱采用了与传动手动变速箱相同的传动机制和两组离合器的独立交替运作，可以达到无级变速器（CVT）的无断点动力输出，具有与传统手动变速器的高承载力优点，与无级变速器（CVT）的换挡相应快的优点，但是由于其工艺要求高，技术成熟度相对较低，故障率较高；双离合器的散热强度和承载能力大小成为一组不可逃避的矛盾。
对比几种现有的常用的汽车变速器，发现不同变速器在传动效率、承载能力、制造工艺和可靠性等方面都存在突出的缺陷，因此，发明一种齿轮传动和电机直驱换挡相结合的伺服直驱换挡的自动变速器，满足传动效率高、制造工艺简单、可靠性高等实际需求，具有突出的工程实用价值。
发明内容
本发明提供一种伺服直驱换挡的自动变速器，通过主控制单元实现交流伺服电机对丝杠螺母机构自动控制，从而实现自动换挡过程，大幅降低动力传递损耗和制造加工的难度。
本发明采用的技术方案如下：
一种伺服直驱换挡的自动变速器，包括主控制单元、五对圆柱齿轮组、一个输入轴7、一个输出轴8、一个丝杠螺母机构、一个壳体1和一个交流伺服电机18；壳体1为轴向平行，锥顶相对的两个锥形空壳结构；一个交流伺服电机18通过联轴器16带动一个丝杠螺母机构中的丝杠9转动，转动的丝杠9带动螺母15沿丝杠轴线滑移；交流伺服电机18的壳体与输出轴8固定连接；丝杠9通过轴承相对交流伺服电机18不移动只转动；输入轴7和输出轴8相互平行，输入轴7两端通过轴承安装在壳体1上，输出轴8通过轴承固定在壳体1的两端，通过法兰盘17将输出轴8与交流伺服电机18固定连接。
输出轴8为空心带滑槽的光轴结构，丝杠螺母副中的丝杠9内嵌在输出轴8的空心位置；螺母15是具有两外凸缘的凸轮结构，螺母15的两外凸缘在滑槽中可以轴向滑动，螺母15的两外凸缘最大直径大于输出轴8的直径。
五对圆柱齿轮组包括主动齿轮组和从动齿轮组两部分，其中主动齿轮组包括一挡主动齿轮2、二挡主动齿轮3、三挡主动齿轮4、四挡主动齿轮5、五挡主动齿轮6；从动齿轮组包括一挡从动齿轮14、二挡从动齿轮13、三挡从动齿轮12、四挡从动齿轮11、五挡从动齿轮10；一挡主动齿轮2与一挡从动齿轮14啮合，同一挡位的主、从动齿轮的端面平齐；二挡主动齿轮3与二挡从动齿轮13啮合，两齿轮的端面平齐，三挡、四挡、五挡亦是如此；主动齿轮组中的各齿轮顺次通过键固定连接在输入轴7上；从动齿轮组的各齿轮顺次空套在输出轴8上，并可相对输出轴8转动，从动齿轮组中相邻两齿轮的间距略大于螺母15的轴向长度。
从动齿轮组的各齿轮中心为圆通孔加两个异形内凹通孔结构，圆通孔的直径比输出轴8的长槽段直径略大，圆通孔的两侧对称布置两个异形内凹通孔的形状与螺母15的两个外凸轮的廓形相近，螺母15的两个外凸轮可以从从动齿轮组中的各齿轮的异形内凹通孔滑入或滑出。
本发明的有益效果：一种伺服直驱换挡的自动变速器采用主控制单元控制交流伺服电机驱动丝杠螺母副和内、外凸轮机构，实现从动齿轮与输出轴之间的接合与脱开，从而实现输入轴与输出轴之间按照不同的变速比进行动力传递，甚至通断；本装置无需人工干预，又无同步器等中间传动元件，具有结构紧凑，控制简单等突出优点，可以在内燃机汽车，尤其是纯电动汽车中推广。
附图说明
图1为本发明的外形图；
图2为图1中的A-A剖视图；
图3为图2中的B-B剖视图；
图4为图螺母与丝杠结构图；
图5为螺母从动齿轮的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述。
如图1、图2和图3，伺服直驱换挡的自动变速器，包括主控制单元、五对圆柱齿轮组、一个输入轴7、一个输出轴8、一个丝杠螺母机构、一个壳体1和一个交流伺服电机18；壳体1为轴向平行，锥顶相对的两个锥形空壳结构；一个交流伺服电机18通过联轴器16带动一个丝杠螺母机构中的丝杠9转动，转动的丝杠9带动螺母15沿丝杠轴线滑移；通过法兰盘17将输出轴8与交流伺服电机18固定连接，输出轴8和丝杠9同时与交流伺服电机18的输出轴连接，实现三者的同步转动；丝杠9通过轴承相对交流伺服电机18不移动只转动；输入轴7和输出轴8相互平行，输入轴7两端通过轴承安装在壳体1上，输出轴8通过轴承固定在壳体1的两端。总体来看，伺服直驱换挡的自动变速器由传动和换挡两部分构成，传动部分的功能是将发动机或者电动机的输出动力从输入轴传入，经过五对圆柱齿轮组中的一组齿轮变速之后，经过输出轴输出；而换挡部分有交流伺服电机驱动丝杠螺母机构，实现异形螺母沿着空心输出轴的轴向滑移，当螺母移动到不同的轴向位置就实现了该位置的齿轮成为传动齿轮组，而五对圆柱齿轮中的其它四对圆柱齿轮成为惰轮而空转。
输出轴8为空心带滑槽的光轴结构，丝杠螺母副中的丝杠9内嵌在输出轴8的空心位置，螺母15的两外凸缘在滑槽中可以轴向滑动，螺母15的两外凸缘最大直径大于输出轴8的外侧最大直径；丝杠9被轴向固定，由交流伺服电机18的驱动绕自身轴线转动，而螺母15在输出轴8的滑槽中滑移；丝杠螺母副通过交流伺服电机18驱动，因此螺母15与输出轴8的具体位置可以通过对交流伺服电机18的精确控制而实现。
五对圆柱齿轮组包括主动齿轮组和从动齿轮组两部分，其中主动齿轮组包括一挡主动齿轮2、二挡主动齿轮3、三挡主动齿轮4、四挡主动齿轮5、五挡主动齿轮6；从动齿轮组包括一挡从动齿轮14、二挡从动齿轮13、三挡从动齿轮12、四挡从动齿轮11、五挡从动齿轮10；一挡主动齿轮2与一挡从动齿轮14啮合，同一挡位的主、从动齿轮的端面平齐；二挡主动齿轮3与二挡从动齿轮13啮合，两齿轮的端面平齐，三挡、四挡、五挡亦是如此；主动齿轮组中的各齿轮顺次通过键固定连接在输入轴7上；从动齿轮组的各齿轮顺次空套在输出轴8上，并可相对输出轴8转动，从动齿轮组中相邻两齿轮的间距略大于螺母15的轴向长度。
从动齿轮组的各齿轮中心为圆通孔加两个异形内凹通孔结构，圆通孔的直径比输出轴8的长槽段直径略大，圆通孔的两侧对称布置两个异形内凹通孔的形状与螺母15的两个外凸缘的廓形相近，螺母15的两个外凸缘可以从从动齿轮组中的各齿轮的异形内凹通孔中滑入或滑出。
本发明的工作原理：
伺服直驱换挡的自动变速器中设置有主控制单元，用于实时监测伺服直驱换挡的自动变速器的实际运行过程；主控制单元根据采集的发动机输出转速、转矩信号和车轮的实际转速、转矩信号，自动判断伺服直驱换挡的自动变速器的具体挡位和换挡操作过程；当需要换挡时，主控制单元给交流伺服电机18的驱动控制器发送指令，用交流伺服电机带动丝杠9的正、反转，从而实现螺母15沿着输出轴8的轴向滑移，螺母15的外凸轮与从动齿轮内凹通孔之间的接合，实现相邻两个挡位之间的切换。
伺服直驱换挡的自动变速器的具体工作过程：
汽车未启动时或处于空挡时，螺母15处在壳体1与一挡从动齿轮14之间，输入轴7在发动机或电动机的拖动下转动，而输出轴8不转。
当手动挂挡时，交流伺服电机18工作，带动丝杠9转动，螺母15向右移动至一挡从动齿轮14的内部，此时发动机或电动机的动力经过输入轴8、一挡主动齿轮2、一挡从动齿轮14、输出轴8，降速增扭之后从输出轴8输出。
当发动机加速时，伺服直驱换挡的自动变速器的根据中央处理器收集到的发动机转速、转矩信号和车轮的转速、转矩信号，驱动交流伺服电机18转动，带动丝杠9转动和螺母15向右移动，螺母由一挡从动齿轮14心部脱出之后，迅速滑入二挡从动齿轮13心部，发动机或电动机的动力经过输入轴7、二挡主动齿轮3、二挡从动齿轮13、输出轴8，降速增扭之后从输出轴8输出，实现增速换挡过程；发动机再加速，便可顺次换入三挡、四挡和五挡。
当发动机减速时，中央处理器根据收集到的发动机转速、转矩信号和车轮的转速、转矩信号，向交流伺服电机18的驱动控制器发出控制信号，交流伺服电机18反向转动，带动丝杠9反向转动和螺母15向左移动，螺母由五挡从动齿轮10心部脱出之后，迅速滑入四挡从动齿轮11的心部，发动机或电动机的动力经过输入轴7、四挡主动齿轮5、四挡从动齿轮11、输出轴8之后，从输出轴8输出，实现降速换挡过程；发动机再减速，便可顺次换入三挡、二挡和一挡，最后进入空挡位。
Claims (4)
1.一种伺服直驱换挡的自动变速器，包括主控制单元、五对圆柱齿轮组、一个输入轴（7）、一个输出轴（8）、一个丝杠螺母机构、一个壳体（1）和一个交流伺服电机（18）；壳体（1）为轴向平行，锥顶相对的两个锥形空壳结构；一个交流伺服电机（18）通过联轴器（16）带动一个丝杠螺母机构中的丝杠（9）转动，转动的丝杠（9）带动螺母（15）沿丝杠轴线滑移；通过法兰盘（17）将输出轴（8）与交流伺服电机（18）固定连接，输出轴（8）和丝杠（9）同时与交流伺服电机（1）的输出轴连接，实现三者的同步转动；丝杠（9）通过轴承相对交流伺服电机（18）不移动只转动；输入轴（7）和输出轴（8）相互平行，输入轴（7）两端通过轴承安装在壳体（1）上，输出轴（8）通过轴承固定在壳体（1）的两端。
2.根据权利要求1所述的一种伺服直驱换挡的自动变速器，其特征在于：输出轴（8）为空心带滑槽的光轴结构，丝杠螺母副中的丝杠（9）内嵌在输出轴（8）的空心位置；螺母（15）是具有两外凸缘的凸轮结构，螺母（15）的两外凸缘在滑槽中可以轴向滑动，螺母（15）的两外凸缘最大直径大于输出轴（8）的外侧最大直径。
3.根据权利要求1所述的一种伺服直驱换挡的自动变速器，其特征在于：五对圆柱齿轮组包括主动齿轮组和从动齿轮组两部分，其中主动齿轮组包括一挡主动齿轮（2）、二挡主动齿轮（3）、三挡主动齿轮（4）、四挡主动齿轮（5）、五挡主动齿轮（6）；从动齿轮组包括一挡从动齿轮（14）、二挡从动齿轮（13）、三挡从动齿轮（12）、四挡从动齿轮（11）、五挡从动齿轮（10）；一挡主动齿轮（2）与一挡从动齿轮（14）啮合，同一挡位的主、从动齿轮的端面平齐；二挡主动齿轮（3）与二挡从动齿轮（13）啮合，两齿轮的端面平齐，三挡、四挡、五挡亦是如此；主动齿轮组的各齿轮顺次通过键与输入轴（7）固定连接；从动齿轮组的各齿轮顺次空套在输出轴（8）上，并可相对输出轴（8）转动，从动齿轮组中相邻两齿轮的间距略大于螺母（15）的轴向长度。
4.根据权利要求1或2所述的一种伺服直驱换挡的自动变速器，其特征在于：从动齿轮组的各齿轮中心为圆通孔加两个异形内凹通孔结构，圆通孔的直径比输出轴（8）的长槽段直径略大，圆通孔的两侧对称布置两个异形内凹通孔的形状与螺母（15）的两个外凸缘的廓形相近，螺母（15）的两个外凸缘可以从从动齿轮组中的各齿轮的异形内凹通孔中滑入或滑出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180907 |