CN110030356B - 一种基于锥齿轮的三档电动汽车自动变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于锥齿轮的三档电动汽车自动变速器，其特征主要由电动机、双联齿轮、锥齿轮、离合器、制动器、差速器和壳体组成，全部使用锥齿轮，能够传递正交轴上的运动，可以实现输入轴与输出轴正交布局；差速器采用内外包裹的结构，具有结构简单紧凑、体积小、重量轻的优点；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。本发明具有三个前进档，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

一种基于锥齿轮的三档电动汽车自动变速器
技术领域
本发明属于电动汽车驱动领域，具体涉及一种基于锥齿轮的三档电动汽车自动变速器。
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。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，大部分变速器中都使用了不止一种齿轮。
专利CN201982599U公开了一种用于汽车变速器的行星齿轮差速器。其特征在于它通过半轴齿轮与一组行星齿轮的常啮合，当发生差速(转弯)信号时通过两组行星齿轮的啮合进行相反方向转动，从而带动分别与之啮合的半轴齿轮发生差速运转。用于汽车变速器的行星齿轮差速器增加产品性能，提高安全系数。
专利CN2739417公开了一种汽车变速器斜齿圆柱齿轮滑动换档装置，其包括花键轴、中间轴和倒档轴，一档滑动齿轮套在花键轴上，中间齿轮安装在中间轴上，倒档齿轮空套在倒档轴上，一档滑动齿轮与中间齿轮相啮合，倒档齿轮是双联齿轮，其一齿与中间齿轮相啮合，另一齿可与一档滑动齿轮相啮合；所述的一档滑动齿轮、中间齿轮和倒档齿轮都为斜齿圆柱齿轮；该装置采用小螺旋角斜齿圆柱齿轮相互啮合进行变速，可以利用摩擦力来防止脱档和平衡轴向分力，方便换档；在传递动力时，一对斜齿圆柱齿轮接合时啮合准确、不容易脱开，同时在切断动力时容易分离。
本发明只采用了一种齿轮即锥齿轮来传递运动，在能够实现既定运动的基础上，使得本发明结构紧凑、体积小、装配精度要求低、工艺性好、换档平稳，且可以实现输入轴与输出轴的正交布局。
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，换挡困难、体积大等问题，本发明设计一种基于锥齿轮的三档电动汽车自动变速器，利用锥齿轮的传动方式，使输入轴与输出轴正交布局，差速器采用内外包裹的结构，实现三个速比的换挡，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：
一种基于锥齿轮的三档电动汽车自动变速器，其特点在于：三档变速器由主体传动系统、驻车制动器、差速器组成；所述主体传动系统包括双联上齿轮、大锥齿轮、双联下齿轮、小锥齿轮、右锥齿轮、大行星齿轮、左锥齿轮、左离合器、右离合器、行星架、制动片、左制动器、左轮轴和右轮轴；所述双联上齿轮与电机的输出轴固联；所述双联上齿轮与所述大锥齿轮啮合形成齿轮副，所述双联上齿轮和所述双联下齿轮固联；所述大锥齿轮与所述左离合器内圈固联，所述大锥齿轮和所述左离合器与所述右轮轴形成转动副；所述双联下齿轮与所述小锥齿轮啮合形成齿轮副；所述小锥齿轮与所述右锥齿轮以及所述右离合器内圈固联，所述小锥齿轮和所述右锥齿轮以及所述右离合器与所述右轮轴形成转动副；所述右锥齿轮与所述大行星齿轮啮合形成齿轮副；所述大行星齿轮与所述行星架形成转动副；所述右离合器外圈、所述右离合器外圈与所述行星架同时固联；所述大行星齿轮与所述左锥齿轮啮合形成齿轮副；所述左锥齿轮与所述制动片固联，所述左锥齿轮和所述制动片与所述左轮轴形成转动副；所述左制动器固联于壳体上；所述驻车制动器外圈固联于壳体上，所述驻车制动器内圈与所述右离合器外圈、所述右离合器外圈及所述行星架固联；所述差速器包括左小锥齿轮、小行星齿轮、右小锥齿轮、所述行星架；所述左小锥齿轮与所述左轮轴通过花键固联；所述左小锥齿轮与所述小行星齿轮啮合形成齿轮副；所述小行星齿轮与所述行星架形成转动副；所述行星架与所述右轮轴形成转动副；所述小行星齿轮与所述右小锥齿轮啮合形成齿轮副；所述右小锥齿轮与所述右轮轴通过花键固联。
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锥齿轮的三档电动汽车自动变速器，采用输入轴与输出轴正交布局，差速器采用内外包裹的结构，利用锥齿轮的传动方式，实现正交轴上运动的传递，从而实现三个速比的换档，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.锥齿轮的加工、测量和安装比较简便，生产成本低廉，传动平稳，承载能力较高，常用来传递两相交轴之间的运动和动力。
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；
图4为三档的动力传递路线图；
其中：1双联上齿轮，2大锥齿轮，3双联下齿轮，4小锥齿轮，5右锥齿轮，6大行星齿轮，7左锥齿轮，8左小锥齿轮，9小行星齿轮，10右小锥齿轮，A1左轮轴，A2右轮轴，C1左离合器，C2右离合器，B1左制动器，B2驻车制动器，H1行星架，H2制动片，M电动机。
具体实施方式
如图1所示，本发明涉及一种基于锥齿轮的三档电动汽车自动变速器，其特征主要由电动机M、双联齿轮、锥齿轮、离合器、驻车制动器、差速器和壳体组成。
电动机输出轴通过键与双联齿轮上齿轮1固联，电动机M安装于壳体外部。双联上齿轮1与大锥齿轮2啮合，双联下齿轮3与小锥齿轮4啮合，双联上齿轮1与双联下齿轮3固联，同时大锥齿轮2与左离合器C1固联，小锥齿轮4与右离合器C2以及右锥齿轮5固联，大锥齿轮2和左离合器C1通过轴承与右轮轴A2相连，小锥齿轮4和右离合器C2以及右锥齿轮5通过轴承与右轮轴A2相连，右轮轴A2通过轴承与壳体连接，右轮轴A2的右端与车轮固联，左端与右小锥齿轮10通过花键固联，右锥齿轮5与大行星齿轮6啮合，同时大行星齿轮6通过轴承与行星架H1相连，行星架H1通过轴承与右轮轴A2相连，大行星齿轮6与左锥齿轮7啮合，左锥齿轮7与制动片H2固联，同时左锥齿轮7和制动片H2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，右端与左小锥齿轮8通过花键固联，左小锥齿轮8与小行星齿轮9啮合，同时小行星齿轮9通过轴承与行星架H1相连，小行星齿轮9与右小锥齿轮10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 GDA0002483843500000031
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 GDA0002483843500000032
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，左制动器B1、驻车制动器B2、左离合器C1和右离合器C2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和大锥齿轮2以及双联下齿轮3和小锥齿轮4均处于啮合状态，带动左离合器C1和右离合器C2空转，右锥齿轮5随着小锥齿轮4围绕右轮轴A2转动，右锥齿轮5与大行星齿轮6啮合，大行星齿轮6与左锥齿轮7啮合，带动左锥齿轮7和制动片H2围绕左轮轴A1转动，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，左制动器B1接合，驻车制动器B2、左离合器C1、右离合器C2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和大锥齿轮2以及双联下齿轮3和小锥齿轮4均处于啮合状态，左离合器C1和右离合器C2空转，右锥齿轮5跟随小锥齿轮4围绕右轮轴A2转动，并将动力传递给大行星齿轮6，大行星齿轮6与左锥齿轮7处于啮合状态，此时左锥齿轮7固定不动，大行星齿轮6即公转又自转，把动力传递给行星架H1，行星架H1带动小行星齿轮9转动，小行星齿轮9同时与左小锥齿轮8和右小锥齿轮10处于啮合状态，把动力传递给左轮轴A1和右轮轴A2，带动两侧车轮转动。
(2)前进二档(D2档)
如图3所示，电机正转，左制动器B1、驻车制动器B2、右离合器C2断电保持分离，左离合器C1接合，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和大锥齿轮2以及双联下齿轮3和小锥齿轮4均处于啮合状态，右离合器C2空转，左离合器C1跟随大锥齿轮2带动行星架H1围绕右轮轴A2转动，并将动力传递给与行星架H1相连的小行星齿轮9，小行星齿轮9即公转又自转，小行星齿轮9同时与左小锥齿轮8和右小锥齿轮10处于啮合状态，把动力传递给左轮轴A1和右轮轴A2，带动两侧车轮转动。
(3)前进三档(D3档)
如图4所示，电机正转，左制动器B1、驻车制动器B2、左离合器C1断电保持分离，右离合器C2接合，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和大锥齿轮2以及双联下齿轮3和小锥齿轮4均处于啮合状态，左离合器C1空转，右离合器C2跟随小锥齿轮4带动行星架H1围绕右轮轴A2转动，并将动力传递给与行星架H1相连的小行星齿轮9，小行星齿轮9即公转又自转，小行星齿轮9同时与左小锥齿轮8和右小锥齿轮10处于啮合状态，把动力传递给左轮轴A1和右轮轴A2，带动两侧车轮转动。
3.换档过程
一档换二档，通过换档控制单元将驻车制动器B2断电保持分离，左离合器C1通电接合，右离合器C2、左制动器B1断电保持分离，实现由一档到二档的转换。
二档换三档，通过换档控制单元将驻车制动器B2断电保持分离，左离合器C1、右离合器C2断电保持分离，左制动器B1通电接合，实现由二档到三档的转换。
4.驻车(P位)
当车辆停止需要驻车时，左离合器C1、右离合器C2、左制动器B1断电保持分离，驻车制动器B2通电接合，使行星架H1保持静止，小行星齿轮9静止，则左小锥齿轮8和右小锥齿轮10保持静止，从而使车轮锁止。

Claims (1)

1.一种基于锥齿轮的三档电动汽车自动变速器，其特征在于三档变速器由主体传动系统、驻车制动器、差速器组成；所述主体传动系统包括双联上齿轮(1)、大锥齿轮(2)、双联下齿轮(3)、小锥齿轮(4)、右锥齿轮(5)、大行星齿轮(6)、左锥齿轮(7)、左离合器(C1)、右离合器(C2)、行星架(H1)、制动片(H2)、左制动器(B1)、左轮轴(A1)和右轮轴(A2)；所述双联上齿轮(1)与电机M的输出轴固联；所述双联上齿轮(1)与所述大锥齿轮(2)啮合形成齿轮副，所述双联上齿轮(1)和所述双联下齿轮(3)固联；所述大锥齿轮(2)与所述左离合器(C1)内圈固联，所述大锥齿轮(2)和所述左离合器(C1)与所述右轮轴(A2)形成转动副；所述双联下齿轮(3)与所述小锥齿轮(4)啮合形成齿轮副；所述小锥齿轮(4)与所述右锥齿轮(5)以及所述右离合器(C2)内圈固联，所述小锥齿轮(4)和所述右锥齿轮(5)以及所述右离合器(C2)与所述右轮轴(A2)形成转动副；所述右锥齿轮(5)与所述大行星齿轮(6)啮合形成齿轮副；所述大行星齿轮(6)与所述行星架(H1)形成转动副；所述右离合器(C1)外圈、所述右离合器(C2)外圈与所述行星架(H1)同时固联；所述大行星齿轮(6)与所述左锥齿轮(7)啮合形成齿轮副；所述左锥齿轮(7)与所述制动片(H2)固联，所述左锥齿轮(7)和所述制动片(H2)与所述左轮轴(A1)形成转动副；所述左制动器(B1)固联于壳体上；所述驻车制动器中所述驻车制动器(B2)外圈固联于壳体上，所述驻车制动器(B2)内圈与所述右离合器(C1)外圈、所述右离合器(C2)外圈及所述行星架(H1)固联；所述差速器包括左小锥齿轮(8)、小行星齿轮(9)、右小锥齿轮(10)、所述行星架(H1)；所述左小锥齿轮(8)与所述左轮轴(A1)通过花键固联；所述左小锥齿轮(8)与所述小行星齿轮(9)啮合形成齿轮副；所述小行星齿轮(9)与所述行星架(H1)形成转动副；所述行星架(H1)与所述右轮轴(A2)形成转动副；所述小行星齿轮(9)与所述右小锥齿轮(10)啮合形成齿轮副；所述右小锥齿轮(10)与所述右轮轴(A2)通过花键固联。
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