CN109654179A - 一种七前两倒四自由度行星变速器 - Google Patents

一种七前两倒四自由度行星变速器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种七前两倒四自由度行星变速器，属于变速器技术领域，包括：输入轴、输出轴、行星排、离合器和制动器；四个行星排并列分布，输入轴与第一太阳轮及第二太阳轮同轴固连；第一行星架与第二齿圈固连，第二齿圈与第三太阳轮固连；第二行星架与第四太阳轮固连；第四行星架与输出轴固连；第一离合器的外毂与第三齿圈固连，内毂与第四齿圈固连；第二离合器的外毂与第三行星架固连，内毂与第四太阳轮固连；第三离合器的外毂与第四齿圈固连，内毂与第三行星架固连；第一制动器的内毂与第一齿圈固连；第二制动器的内毂与第三齿圈固连；第一制动器的外毂和第二制动器的外毂均固定在变速器壳体上；本发明能够减少操纵件的数量，并提高功率。

Description

一种七前两倒四自由度行星变速器
技术领域
本发明属于变速器技术领域，具体涉及一种七前两倒四自由度行星变速器。
背景技术
自动变速箱的变速机构改变液力变矩器输出的转速和扭矩，将改变后的转速和扭矩通过输出轴输出，以满足实际需要。自动变速箱的档位越多，换档越平顺，其动力性能和燃油经济性越好，所以尽量使用实现较多档位的方案。
现有的重型车辆主要以三自由度行星变速器为主，为实现多档位至少需要五个操纵元件，有的变速器甚至有六、七个操纵元件，而行星变速器功率损失大部分也由操纵件功率损失产生。当行星变速器使用五个操纵元件时，三自由度工作时需接合二个操纵元件，剩余三个元件打开，产生功率损失。
多自由度行星变速器档位的实现是靠结合不同的操纵件实现的，过多的操纵件会占用过多的空间，并且操纵件不结合时，会有带排损失，所以操纵件不是越多越好。而且不同的档位之间，操纵件结合不同，这就需要档位改变时切换越少的操纵件，这样对换档控制越容易，可靠性也越高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种七前两倒四自由度行星变速器，能够在保证多档位的同时，减少操纵件的数量，并提高功率。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种七前两倒四自由度行星变速器，包括：一个输入轴、一个输出轴、四个行星排、三个离合器和两个制动器；
每个行星排均包括：齿圈、行星架、太阳轮及行星轮；所述齿圈与太阳轮同轴分布，三个以上行星轮分别通过轴承和行星轮轴安装在行星架上，每个行星轮均同时与齿圈和太阳轮啮合；
所述四个行星排并列分布，且四个太阳轮均同轴，四个行星排从左到右依次为第一行星排、第二行星排、第三行星排及第四行星排；令第一行星排的组成部件为：第一齿圈、第一行星架、第一太阳轮及第一行星轮；第二行星排的组成部件为：第二齿圈、第二行星架、第二太阳轮及第二行星轮；第三行星排的组成部件为：第三齿圈、第三行星架、第三太阳轮及第三行星轮；第四行星排的组成部件为：第四齿圈、第四行星架、第四太阳轮及第四行星轮；
所述输入轴与第一太阳轮及第二太阳轮同轴固连；第一行星架与第二齿圈固连，第二齿圈与第三太阳轮固连；第二行星架与第四太阳轮固连；第四行星架与输出轴固连，且输入轴与输出轴同轴；
所述三个离合器分别为第一离合器、第二离合器及第三离合器；第一离合器的外毂与第三齿圈固连，内毂与第四齿圈固连；第二离合器的外毂与第三行星架固连，内毂与第四太阳轮固连；第三离合器的外毂与第四齿圈固连，内毂与第三行星架固连；
所述两个制动器分别为第一制动器和第二制动器；第一制动器的内毂与第一齿圈固连；第二制动器的内毂与第三齿圈固连；第一制动器的外毂和第二制动器的外毂均固定在变速器壳体上。
进一步的，初始时，三个离合器和两个制动器均为未结合状态；
结合第一离合器、第三离合器及第二制动器形成第一前进档；
结合第一离合器、第一制动器和第二制动器形成第二前进档；
结合第三离合器、第一制动器和第二制动器形成第三前进档；
结合第一离合器、第三离合器和第一制动器形成第四前进档；
结合第二离合器、第三离合器和第一制动器形成第五前进档；
结合第一离合器、第二离合器和第一制动器形成第六前进档；
结合第一离合器、第二离合器和第三离合器形成第七前进档；
结合第一离合器、第二离合器和第二制动器形成第一倒退档；
结合第二离合器、第三离合器和第二制动器形成第二倒退档。
进一步的，四个行星排的k值分别为，其中，k值为每个行星排的齿圈与太阳轮的齿数比：
第一齿圈与第一太阳轮的齿数比：ZR1/ZS1＝2.5；
第二齿圈与第二太阳轮的齿数比：ZR2/ZS2＝2.111；
第三齿圈与第三太阳轮的齿数比：ZR3/ZS3＝1.8；
第四齿圈与第四太阳轮的齿数比：ZR4/ZS4＝1.667。
有益效果：(1)本发明设有四个行星排、三个离合器和两个制动器，即仅仅使用五个操纵件可实现变速器的七个前进档和两个倒退档，传动比范围大，传动比最高可达8.297，性能优越；并且每个档位的实现仅需结合三个操纵件，有效的减少了带排功率损失，操纵件少可以减少自动变速箱的尺寸，减轻变速箱的重量，降低制造费用。
(2)本发明的四个行星排均为内外啮合单星行星排，且k值在1.6～3范围内，减小了四个行星排的径向尺寸，且能够获得整体性能较优的传动比特性。
(3)本发明的七个前进档和两个倒退档的相邻档位之间的切换只需要切换一个操纵件，换档控制简单容易，可靠性高。
附图说明
图1为本发明的结构组成图；
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种七前两倒四自由度行星变速器，参见附图1(其中，本发明为轴对称结构，图1为轴对称结构的一半示意图)，包括：一个输入轴、一个输出轴、四个行星排、三个离合器和两个制动器；
每个行星排均包括：齿圈、行星架、太阳轮及行星轮；所述齿圈与太阳轮同轴分布，三个以上行星轮分别通过轴承和行星轮轴安装在行星架上，且每个行星轮均同时与齿圈和太阳轮啮合；所述四个行星排并列分布，且四个太阳轮均同轴，四个行星排从左到右依次为第一行星排、第二行星排、第三行星排及第四行星排；令第一行星排的组成部件为：第一齿圈R1、第一行星架PC1、第一太阳轮S1及第一行星轮P1；第二行星排的组成部件为：第二齿圈R2、第二行星架PC2、第二太阳轮S2及第二行星轮P2；第三行星排的组成部件为：第三齿圈R3、第三行星架PC3、第三太阳轮S3及第三行星轮P3；第四行星排的组成部件为：第四齿圈R4、第四行星架PC4、第四太阳轮S4及第四行星轮P4；
所述输入轴与第一太阳轮S1及第二太阳轮S2同轴固连；第一行星架PC1与第二齿圈R2固连，第二齿圈R2与第三太阳轮S3固连；第二行星架PC2与第四太阳轮S4固连；第四行星架PC4与输出轴固连，且输入轴与输出轴同轴；
所述三个离合器分别为第一离合器C1、第二离合器C2及第三离合器C3；第一离合器C1的外毂与第三齿圈R3固连，内毂与第四齿圈R4固连；第二离合器C2的外毂与第三行星架PC3固连，内毂与第四太阳轮S4固连；第三离合器C3的外毂与第四齿圈R4固连，内毂与第三行星架PC3固连；
所述两个制动器分别为第一制动器B1和第二制动器B2；第一制动器B1的内毂与第一齿圈R1固连；第二制动器B2的内毂与第三齿圈R3固连；第一制动器B1的外毂和第二制动器B2的外毂均固定在变速器壳体上。
因此，上述连接关系组成八个转动构件，第一转动构件为：固连的输入轴、第一太阳轮S1及第二太阳轮S2；第二转动构件为：固连的输出轴及第四行星架PC4；第三转动构件为：固连的第一齿圈R1和第一制动器B1内毂；第四转动构件为：固连的第一行星架PC1、第二齿圈R2及第三太阳轮S3；第五转动构件为：固连的第二行星架PC2、第四太阳轮S4及第二离合器C2内毂；第六转动构件为：固连的第三齿圈R3、第一离合器C1外毂及第二制动器B2内毂；第七转动构件为：固连的第三行星架PC3、第二离合器C2外毂及第三离合器C3内毂；第八转动构件为：固连的第四齿圈R4、第三离合器C3外毂及第一离合器C1内毂；所述第一制动器B1用于制动第三转动构件；所述第二制动器B2用于制动第六转动构件；所述第一离合器C1用于连接或分开第六转动构件和第八转动构件；所述第二离合器C2用于连接或分开第五转动构件和第七转动构件；所述第三离合器C3用于连接或分开第七转动构件和第八转动构件；
上述连接关系形成四自由度的变速器，三个离合器和两个制动器为五个操纵件；实现某一个档位需要结合三个操纵件，消除三个自由度，剩下一个自由度，方可实现固定输入与输出，因此，通过操纵五个操纵件可以实现所述四自由度行星变速器的七个前进档和两个倒退档，实现方式如下：
初始时，五个操纵件均为未结合状态；
第一前进档D1：结合第一离合器C1、第三离合器C3及第二制动器B2；此时，第三齿圈R3、第四齿圈R4、第三行星架PC3、第三太阳轮S3、第二齿圈R2、第一行星架PC1制动，即第三行星排整体制动；
动力通过输入轴输入，带动第一太阳轮S1和第二太阳轮S2转动，由于第一齿圈无约束，所以第一行星排不参与动力传递，第二齿圈R2制动，因此，第二排太阳轮S2带动第二行星架PC2绕第二太阳轮S2轴线转动，进而带动第四太阳轮S4转动，由于第四齿圈R4制动，因此，带动第四行星架PC4即输出轴转动进行动力输出；
第二前进档D2：结合第一离合器C1、第一制动器B1和第二制动器B2；此时，第一齿圈R1、第三齿圈R3和第四齿圈R4制动；
动力通过输入轴输入，带动第一太阳轮S1转动，进而带动第一行星架PC1、第二齿圈R2及第三太阳轮S3转动，第三太阳轮S3虽然带动第三行星架PC3转动，但第三行星架PC3没有动力输出；
动力通过输入轴输入，同时带动第二太阳轮S2转动，由于第二齿圈R2也转动，因此，第二行星架PC2在第二太阳轮S2和第二齿圈R2的作用下转动，进而带动第四太阳轮S4转动，由于第四齿圈R4制动，因此，带动第四行星架PC4即输出轴转动进行动力输出；
第三前进档D3：结合第三离合器C3、第一制动器B1和第二制动器B2；此时，第一齿圈R1和第三齿圈R3制动；
动力通过输入轴输入，带动第一太阳轮S1转动，进而带动第一行星架PC1、第二齿圈R2及第三太阳轮S3转动，第三太阳轮S3带动第三行星架PC3转动，第三行星架PC3带动第四齿圈R4转动；动力通过输入轴输入，同时带动第二太阳轮S2转动，由于第二齿圈R2也转动，因此，第二行星架PC2在第二太阳轮S2和第二齿圈R2的作用下转动，进而带动第四太阳轮S4转动，由于第四齿圈R4也转动，因此，第四行星架PC4在第四太阳轮S4和第四齿圈R4的作用下转动，即输出轴转动进行动力输出；
第四前进档D4：结合第一离合器C1、第三离合器C3和第一制动器B1；此时，第一齿圈R1制动；
动力通过输入轴输入，带动第一太阳轮S1转动，进而带动第一行星架PC1、第二齿圈R2及第三太阳轮S3转动，由于第三齿圈R3通过第一离合器C1和第二离合器C3与第三行星架PC3连接，因此，第三行星排整体转动，进而带动第四齿圈R4转动；动力通过输入轴输入，同时带动第二太阳轮S2转动，由于第二齿圈R2也转动，因此，第二行星架PC2在第二太阳轮S2和第二齿圈R2的作用下转动，进而带动第四太阳轮S4转动，由于第四齿圈R4也转动，因此，第四行星架PC4在第四太阳轮S4和第四齿圈R4的作用下转动，即输出轴转动进行动力输出；
第五前进档D5：结合第二离合器C2、第三离合器C3和第一制动器B1；此时，第一齿圈R1制动；
动力通过输入轴输入，带动第一太阳轮S1转动，进而带动第一行星架PC1、第二齿圈R2及第三太阳轮S3转动；
动力通过输入轴输入，同时带动第二太阳轮S2转动，由于第二齿圈R2也转动，因此，第二行星架PC2在第二太阳轮S2和第二齿圈R2的作用下转动，进而带动第三行星架PC3、第四齿圈R4及第四太阳轮S4转动；由于第四齿圈R4和第四太阳轮S4转动为同步转动，因此，第四行星排整体转动，进而第四行星架PC4即输出轴也同步转动进行动力输出；其中，虽然第三太阳轮S3和第三行星架PC3均转动，但因第三齿圈R3无约束，无法传递动力；
第六前进档D6：结合第一离合器C1、第二离合器C2和第一制动器B1；此时，第一齿圈R1制动；
动力通过输入轴输入，带动第一太阳轮S1转动，进而带动第一行星架PC1、第二齿圈R2及第三太阳轮S3转动；
动力通过输入轴输入，同时带动第二太阳轮S2转动，由于第二齿圈R2也转动，因此，第二行星架PC2在第二太阳轮S2和第二齿圈R2的作用下转动，进而带动第三行星架PC3及第四太阳轮S4转动；
由于第三太阳轮S3转动和第三行星架PC3转动不同步，因此，第三齿圈R3在第三太阳轮S3转动和第三行星架PC3的作用下转动，进而带动第四齿圈R4转动；
由于第四齿圈R4和第四太阳轮S4转动不同步，因此，第四行星架PC4在第四太阳轮S4和第四齿圈R4的作用下转动，即输出轴转动进行动力输出；
第七前进档D7：结合第一离合器C1、第二离合器C2和第三离合器C3；此时，第三行星排和第四行星排整体转动；
动力通过输入轴输入，带动第一太阳轮S1转动，由于第一齿圈R1无约束，因此，第一行星排无法传递动力；
动力通过输入轴输入，带动第二太阳轮S2转动，由于第二齿圈R2与第二太阳轮S2转速相同，即同步转动，因此，第二行星排整体转动；第二行星架PC2和第二齿圈R2带动第三行星排和第四行星排整体转动；进而第四行星架PC4带动输出轴以与输入轴相同的转速转动进行动力输出；
第一倒退档R1：结合第一离合器C1、第二离合器C2和第二制动器B2；此时，第三齿圈R3和第四齿圈R4制动；
动力通过输入轴输入，带动第一太阳轮S1转动，由于第一齿圈R1无约束，因此，第一行星排无法传递动力；
动力通过输入轴输入，带动第二太阳轮S2同步转动，第二行星架PC2带动第三行星架PC3和第四太阳轮S4转动，第二齿圈R2带动第三太阳轮S3转动；
由于第三齿圈R3和第四齿圈R4制动，第四太阳轮S4带动第四行星架PC4即输出轴转动进行动力输出；
第二倒退档R2：结合第二离合器C2、第三离合器C3和第二制动器B2；此时，第三齿圈R3制动，第四行星排整体转动；
动力通过输入轴输入，带动第一太阳轮S1转动，由于第一齿圈R1无约束，因此，第一行星排无法传递动力；
动力通过输入轴输入，带动第二太阳轮S2转动，第二齿圈R2带动第三太阳轮S3,第二行星架PC2带动第四太阳轮S4,因第四行星排整体转动，第四行星架PC4在第三行星架PC3和第二行星架PC2的共同作用下转动进行动力输出。
其中，上述七个前进档和两个倒退档的各档传动比由四个行星排的k值决定，k值为每个行星排的齿圈与太阳轮的齿数比；本实施例中，四个行星排的k值分别为：
第一齿圈R1与第一太阳轮S1的齿数比：ZR1/ZS1＝2.5；
第二齿圈R2与第二太阳轮S2的齿数比：ZR2/ZS2＝2.111；
第三齿圈R3与第三太阳轮S3的齿数比：ZR3/ZS3＝1.8；
第四齿圈R4与第四太阳轮S4的齿数比：ZR4/ZS4＝1.667。
因此，第一前进档D1的传动比为8.297，第二前进档D2的传动比为5.175，第三前进档D3的传动比为3.891，第四前进档D4的传动比为2.69，第五前进档D5的传动比为1.941，第六前进档D6的传动比为1.681，第七前进档D7的传动比为1.0，第一倒退档R1的传动比为-7.467，第二倒退档R2的传动比为-2.8。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种七前两倒四自由度行星变速器，其特征在于，包括：一个输入轴、一个输出轴、四个行星排、三个离合器和两个制动器；
每个行星排均包括：齿圈、行星架、太阳轮及行星轮；所述齿圈与太阳轮同轴分布，三个以上行星轮分别通过轴承和行星轮轴安装在行星架上，每个行星轮均同时与齿圈和太阳轮啮合；
所述四个行星排并列分布，且四个太阳轮均同轴，四个行星排从左到右依次为第一行星排、第二行星排、第三行星排及第四行星排；令第一行星排的组成部件为：第一齿圈、第一行星架、第一太阳轮及第一行星轮；第二行星排的组成部件为：第二齿圈、第二行星架、第二太阳轮及第二行星轮；第三行星排的组成部件为：第三齿圈、第三行星架、第三太阳轮及第三行星轮；第四行星排的组成部件为：第四齿圈、第四行星架、第四太阳轮及第四行星轮；
所述输入轴与第一太阳轮及第二太阳轮同轴固连；第一行星架与第二齿圈固连，第二齿圈与第三太阳轮固连；第二行星架与第四太阳轮固连；第四行星架与输出轴固连，且输入轴与输出轴同轴；
所述三个离合器分别为第一离合器、第二离合器及第三离合器；第一离合器的外毂与第三齿圈固连，内毂与第四齿圈固连；第二离合器的外毂与第三行星架固连，内毂与第四太阳轮固连；第三离合器的外毂与第四齿圈固连，内毂与第三行星架固连；
所述两个制动器分别为第一制动器和第二制动器；第一制动器的内毂与第一齿圈固连；第二制动器的内毂与第三齿圈固连；第一制动器的外毂和第二制动器的外毂均固定在变速器壳体上。
2.如权利要求1所述的一种七前两倒四自由度行星变速器，其特征在于，初始时，三个离合器和两个制动器均为未结合状态；
结合第一离合器、第三离合器及第二制动器形成第一前进档；
结合第一离合器、第一制动器和第二制动器形成第二前进档；
结合第三离合器、第一制动器和第二制动器形成第三前进档；
结合第一离合器、第三离合器和第一制动器形成第四前进档；
结合第二离合器、第三离合器和第一制动器形成第五前进档；
结合第一离合器、第二离合器和第一制动器形成第六前进档；
结合第一离合器、第二离合器和第三离合器形成第七前进档；
结合第一离合器、第二离合器和第二制动器形成第一倒退档；
结合第二离合器、第三离合器和第二制动器形成第二倒退档。
3.如权利要求1所述的一种七前两倒四自由度行星变速器，其特征在于，四个行星排的k值分别为，其中，k值为每个行星排的齿圈与太阳轮的齿数比：
第一齿圈与第一太阳轮的齿数比：ZR1/ZS1＝2.5；
第二齿圈与第二太阳轮的齿数比：ZR2/ZS2＝2.111；
第三齿圈与第三太阳轮的齿数比：ZR3/ZS3＝1.8；
第四齿圈与第四太阳轮的齿数比：ZR4/ZS4＝1.667。
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