CN110017359B - 基于面齿轮的多档电动汽车变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于面齿轮的多档电动汽车变速器，其特征主要由电动机、双联齿轮、小面齿轮、大面齿轮、换档装置、驻车制动器、差速器和壳体组成；小面齿轮和大面齿轮同时与双联齿轮啮合，具有传动比调节范围大、结构简单紧凑、体积小、重量轻的优点；另外，小面齿轮和大面齿轮以及左面齿轮和右面齿轮都是面齿轮，能够传递相交轴之间的运动，具有装配精度要求低、传动平稳等优点；换档装置结构简单，能够使换档简单方便；驻车制动器在车辆停止时能够使车轮锁止，提升车辆安全性能。本发明具有两个前进档，一个空档和一个驻车档，对现有电动汽车动力传递系统结构提供了一种新的参考方案，具有较好的使用价值和应用前景。

Description

基于面齿轮的多档电动汽车变速器
技术领域
本发明属于电动汽车驱动领域，具体涉及一种基于面齿轮的多档电动汽车变速器。
背景技术
传统的燃油车辆在使用过程中产生了大量的有害废气，并加剧了对不可再生石油资源的依赖。为了经济的可持续发展，保护人类的居住环境和缓解能源供给，电动汽车应运而生。现有电动汽车动力系统中的变速箱难以满足减小变速箱的体积、提高速差、降低造价的要求。考虑到电动机具有较大范围的扭矩调节范围，以及电动车动力总体体积限制，通常采用二档变速。本发明改变了变速箱中传统的齿轮结构以及换档装置的结构，减小了变速箱的体积，降低了造价。从目前查阅的文献可见，大部分变速器中为了传递相交轴之间的运动都是用锥齿轮。
专利CN201206612公开了一种电动汽车变速器与差速器组合一体的传动装置，其差速器包括两个输入锥齿轮和两个均与输入锥齿轮啮合传动的输出锥齿轮，输入锥齿轮安装在销轴上，两个输出锥齿轮分别装配在左、右车轮轴上。当汽车左右两车轮转速不相同时，输入锥齿轮与输出锥齿轮组成的差速器开始起调节作用，由于差速器的两个输出锥齿轮相互独立，它们与差速器的输入锥齿轮啮合后转速可以相对不同，从而实现左右两车轮速度不同，达到差速的目的即车轮纯滚动的要求。
专利CN201390138公开了一种混合动力汽车变速与动力耦合装置，其发动机动力与电机动力经过锥齿轮耦合后通过输出法兰输出，电机动力输入轴线与发动机动力输入轴线垂直正交，并通过锥齿轮进行耦合。动力耦合器的变速器输出轴和主动锥齿轮轴相互垂直，两轴间始终以一定的速比传动，输入的两股动力通过一对锥齿轮即主动锥齿轮和从动锥齿轮实现耦合，经过输出法兰输出。
面齿轮传动应用通常是一个面齿轮与一个圆柱齿轮啮合的定比传动，而广泛应用的多档齿轮变速器主要采用多对同中心距圆柱齿轮轮流啮合方式实现多档变速，利用多个面齿轮实现多档变速的齿轮变速器未见报道。为此本发明提出一种基于面齿轮的多档电动汽车变速器。
虽然已存在不少多档电动汽车用自动变速器，但仍然存在体积大、换档复杂，档位传动比相差大(不利于换档)等问题，因此研制具有高低档搭配合理、结构简单、换档容易的多档变速器仍然非常紧迫。大部分的变速器中都是行星轮系或者是差动轮系。
专利CN2833239公开了一种机械无极自动变速器，是给传统的行星减速器机构中原来单一的行星轮系增加一个差动轮系的功能，来达到无级变速的目的。其主要特征是：在行星减速器机构中复合装有一个具有离心式结构的离心式磁力联轴器机构，离心式磁力联轴器机构是在行星减速器机构中作为输出端的行星架的伸向机构输入端一侧的轴段的外圆上，固定装有一个在外圆上沿径向装有多个动磁铁的圆柱形联接套，在圆柱形的内齿轮的加长孔的外圆上与动磁铁对应的轴向位置上，沿径向固定装有靠近动磁铁的一端的极性与动磁铁的极性相同的定磁铁，内齿轮通过单向离合器与箱体联结在一起。
专利CN203142374U公开了一种混合动力汽车变速器，用于解决车辆混合动力源的动力分配及传递问题。其电机驱动机构布置在变速器输出轴的一侧，它还包括电池组、电机组件、电机驱动换档执行元件、电机驱动行星轮系和电子油泵，所述电池组与电机组件匹配，所述电机组件与电机驱动行星轮系配装，所述电机驱动行星轮系与变速器输出轴配装，所述电子油泵连接在变速器油路中。
本发明把换档装置中使用的齿轮与减速器中的齿轮固联在一起，采用双联齿轮与面齿轮配合使用的方案，该方案具有结构简单、体积小、传动效率高、载荷较大、装配精度要求低、工艺性好、制造费用低、换档平稳、操纵性能好等一系列优点。
发明内容
针对现有电动汽车单一变速器的能耗高、自动变速器中的高低档传动比相差较大，换档困难、体积大等问题，本发明设计一种基于面齿轮的多档电动汽车变速器，采用输入轴与输出轴正交布局，利用面齿轮与圆柱齿轮啮合的方式，实现两个速比的换档，具有结构紧凑、体积小、操作方便、传动比大等优点。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案如下：
基于面齿轮的多档电动汽车变速器，其特征在于变速器由主体传动系统、换档装置、驻车制动器和差速器组成；所述主体传动系统包括双联上齿轮、大面齿轮、双联下齿轮、小面齿轮、左齿圈、中间齿圈、右齿圈、右行星架和左行星架；所述双联上齿轮和所述双联下齿轮固联；所述双联下齿轮与所述小面齿轮啮合形成齿轮副，所述双联上齿轮与所述大面齿轮啮合形成齿轮副；所述双联上齿轮与电机的输出轴固联；所述小面齿轮与所述左齿圈固联；所述大面齿轮与所述右齿圈固联；所述左行星架与所述中间齿圈固联；所述换档装置包括接合套、左齿圈、中间齿圈和右齿圈；所述接合套沿着所述左轮轴方向移动，存在左工位和右工位两个极限位置；当所述接合套位于左工位时，所述左齿圈和所述中间齿圈同时与所述接合套结合而形成固联；当所述接合套位于右工位时，所述左齿圈和所述中间齿圈同时与所述接合套结合而形成固联。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1.本发明涉及一种基于面齿轮的多档电动汽车变速器，采用输入轴与输出轴正交布局，把换档装置中的齿轮与减速器中的齿轮通过花键固联为一体，利用面齿轮与圆柱齿轮啮合的方式，配合使用双联齿轮，实现两个速比的换档，具有结构紧凑、体积小、操作方便、传动效率高、传动比大等优点。
2.小齿轮为直齿圆柱齿轮时，小齿轮上无轴向力作用。可以简化支承，并相应地减小系统的结构重量。对于空间受到限制和要求重量轻的场合是极为有用的。
3.在普通圆锥齿轮传动中，要求两锥齿轮的锥顶重合，轴向误差将会引起严重的偏载现象。在一些重要的锥齿轮传动中(如航空螺旋锥齿轮传动)还要专门进行防位错(即防止锥顶分离)设计，而面齿轮传动小齿轮为渐开线圆柱齿轮，其轴向移动产生的误差对传动性能几乎没有影响。
4.面齿轮传动比普通的锥齿轮传动具有较大的重合度，理论上面齿轮的重合度可达到2以上。重合度大对提高承载能力和增加传动的平稳性是相当重要的。
附图说明
图1为变速器结构示意图；
图2为一档的动力传递路线图；
图3为二档的动力传递路线图；
其中：1双联上齿轮，2大面齿轮，3双联下齿轮，4小面齿轮，5左齿圈，6中间齿圈，7右齿圈，8左面齿轮，9行星齿轮，10右面齿轮，A1左轮轴，A2右轮轴，S接合套，B驻车制动器，H1右行星架，H2左行星架，M电动机。
具体实施方式
如图1所示，本发明涉及一种基于面齿轮的多档电动汽车变速器，其特征主要由电动机M、双联上齿轮1、大面齿轮2、双联下齿轮3、小面齿轮4、换档装置、驻车制动器B、差速器和壳体组成。
电动机轴通过键与双联上齿轮1固联，电动机M安装于壳体外部。双联上齿轮1与大面齿轮2啮合，双联下齿轮3与小面齿轮4啮合，双联上齿轮1与双联下齿轮3固联。同时大面齿轮2与右齿圈7固联，小面齿轮4与左齿圈5固联。大面齿轮2和右齿圈7通过轴承与左轮轴A1相连，小面齿轮4和左齿圈5通过轴承与左轮轴A1相连，左轮轴A1通过轴承与壳体连接。左轮轴A1的左端与车轮固联，右端与左面齿轮8通过花键固联。左面齿轮8与行星齿轮9啮合，行星齿轮9与右面齿轮10啮合，同时通过轴承与右行星架H1连接。右行星架H1与左行星架H2固联，并且右行星架H1与中间齿圈6固联。右行星架H1、左行星架H2和中间齿圈6通过轴承与左轮轴A1连接。右面齿轮10与右轮轴A2通过花键固联，右轮轴A2右端与车轮固联，同时右轮轴A2通过轴承与壳体连接，驻车制动器B与壳体固联。变速器处于前进二档时，接合套S通过花键齿圈使左齿圈5和中间齿圈6同时与接合套S啮合，变速器处于前进一档时，接合套S通过花键齿圈使右齿圈)和中间齿圈6同时与接合套S啮合。
本发明的工作原理说明如下：
根据现有电动车型的时速要求，并且结合特殊路况对车辆减速要求，设计齿轮齿数如表1所示。
表1齿轮齿数表
Figure GDA0002848915560000041
各个档位的执行元件如表2所示。
表2换档执行元件工作表
Figure GDA0002848915560000042
注：表中“●”表示结合，“○”表示分离；
结合图1及表2，各档传递路线说明如下：
1.空档(N位)
空档时，电机正转，驻车制动器B断电保持分离，电动机M输出动力通过电动机轴带动双联齿轮转动，双联上齿轮1和大面齿轮2以及双联下齿轮3和小面齿轮4均处于啮合状态，右齿圈7和左齿圈5分别随着大面齿轮2和小面齿轮4围绕左轮轴A1转动，接合套S处于中间位置，仅与中间齿圈6啮合，不能将动力传递给差速器，车辆依靠惯性行驶或静止不动。
2.前进档(D位)
(1)前进一档(D1档)
如图2所示，电机正转，驻车制动器B断电保持分离，电动机M输出动力通过电动机轴带动双联齿轮转动，双联上齿轮1和大面齿轮2以及双联下齿轮3和小面齿轮4均处于啮合状态，右齿圈7和左齿圈5分别随着大面齿轮2和小面齿轮4围绕左轮轴A1转动，通过拔叉使接合套S滑向左边，通过花键齿圈使左齿圈5和中间齿圈6同时与接合套S啮合，从而把动力传递给中间齿圈6，右行星架H1随着中间齿圈6围绕左轮轴A1转动，并将动力传递给与之相连的行星齿轮9，行星齿轮9即公转又自转，行星齿轮9同时与左面齿轮8和右面齿轮10保持啮合状态，经由左轮轴A1和右轮轴A2将动力传递给两侧车轮。
(2)前进二档(D2档)
如图3所示，电机正转，驻车制动器B断电保持分离，电动机M输出动力通过电动机轴带动双联齿轮转动，双联上齿轮1和大面齿轮2以及双联下齿轮3和小面齿轮4均处于啮合状态，右齿圈7和左齿圈5分别随着大面齿轮2和小面齿轮4围绕左轮轴A1转动，通过拔叉使接合套S滑向右边，通过花键齿圈使右齿圈7和中间齿圈6同时与接合套S啮合，从而把动力传递给中间齿圈6，右行星架H1随着中间齿圈6围绕左轮轴A1转动，并将动力传递给与之相连的行星齿轮9，行星齿轮9即公转又自转，行星齿轮9同时与左面齿轮8和右面齿轮10保持啮合状态，经由左轮轴A1和右轮轴A2将动力传递给两侧车轮。
3.换档过程
通过换档控制单元将驻车制动器B断电保持分离，再通过拔叉使接合套S向左或向右移动。接合套S向左移动时通过花键齿圈使左齿圈5和中间齿圈6同时与接合套S啮合，接合套S向右移动时使右齿圈7和中间齿圈6同时与接合套S啮合，从而实现档位的转换。
4.驻车(P位)
当车辆停止需要驻车时，驻车制动器B通电，使左行星架H2固定，从而右行星架H1也固定，行星齿轮9静止，从而使车轮锁止。

Claims (1)

1.基于面齿轮的多档电动汽车变速器，其特征在于变速器由主体传动系统、换档装置、驻车制动器和差速器组成；所述主体传动系统包括双联上齿轮(1)、大面齿轮(2)、双联下齿轮(3)、小面齿轮(4)、左齿圈(5)、中间齿圈(6)、右齿圈(7)、右行星架(H1)和左行星架(H2)；所述双联上齿轮(1)和所述双联下齿轮(3)固联；所述双联下齿轮(3)与所述小面齿轮(4)啮合形成齿轮副，所述双联上齿轮(1)与所述大面齿轮(2)啮合形成齿轮副；所述双联上齿轮(1)与电机M的输出轴固联；所述小面齿轮(4)与所述左齿圈(5)固联；所述大面齿轮(2)与所述右齿圈(7)固联；所述左行星架(H2)与所述中间齿圈(6)固联；所述换档装置包括接合套(S)、左齿圈(5)、中间齿圈(6)和右齿圈(7)；所述接合套(S)沿着左轮轴(A1)方向移动，存在左工位和右工位两个极限位置；当所述接合套(S)位于左工位时，所述左齿圈(5)和所述中间齿圈(6)同时与所述接合套(S)结合而形成固联；当所述接合套(S)位于右工位时，所述左齿圈(7)和所述中间齿圈(6)同时与所述接合套(S)结合而形成固联。
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