CN110578774A

CN110578774A - 基于辛普森行星轮系和联动执行机构的三档变速器

Info

Publication number: CN110578774A
Application number: CN201910630600.9A
Authority: CN
Inventors: 余捷; 陈旭; 刘隽晔
Original assignee: Fuzhou Rui Zhi Amperex Technology Ltd
Current assignee: Fuzhou Rui Zhi Amperex Technology Ltd
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2019-12-17

Abstract

本发明涉及了一种基于辛普森行星轮系和联动执行机构的三档变速器，包括输入轴、中间套轴、支撑套轴、联动离合器、第一联动制动器、第二联动制动器、动力源组件、辛普森行星轮系以及输出轴。通过联动执行元件替代传统单控执行元件的结构，可实现单控1个动力源达到输入轴动力具有3个不同传动比的传递路线到动力输出轴的效果。可以有效减少现有变速器多动力源的成本和控制等难题，并且从机械上有效解决自动变速器可能出现的同时挂2个挡位所导致的变速器失效问题。

Description

基于辛普森行星轮系和联动执行机构的三档变速器

技术领域

本发明涉及变速器技术领域，特别涉及基于辛普森行星轮系和联动执行机构的三档变速器。

背景技术

辛普森行星轮系由于结构紧凑且双排行星轮系参数一致降低了加工和装配成本，常被应用于自动变速器。不过，为了实现换挡功能，需要用到多组执行元件(离合器、制动器和单向离合器等)及其对应的动力源。针对换档执行元件工作状态的切换，往往采用“一控一”的控制方式，即实现每个执行元件的工作状态切换均需要一个独立的外力源。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中存在如下问题：现有的换挡执行机构采用独立式设计，每个执行元件需要一套独立的作动器及其推动装置。这样，多挡位变速器要配套较多作动器及其推动装置，增加了成本。此外，现有方案技术下，换挡控制系统控制较为复杂，需要同时控制2个以上执行机构。并且，在电控信号收到干扰下，有可能多套作动器一起工作，从而使变速器工作失效，即变速器不具备防呆功能。

发明内容

为此，需要提供一种基于辛普森行星轮系和联动执行机构的三档变速器，解决现有技术的技术问题，简化换挡装置的控制，且在结构上实现防呆功能，使变速器在某一时刻只有一种对应的工作状态。

为实现上述目的，发明人提供了一种基于辛普森行星轮系和联动执行机构的三档变速器，一种基于辛普森行星轮系和联动执行机构的三档变速器，其特征在于：所述变速器包括输入轴、中间套轴、支撑套轴、联动离合器、第一联动制动器、第二联动制动器、动力源组件、辛普森行星轮系以及输出轴；

所述辛普森行星轮系包含双联共太阳轮、前排行星架、前齿圈后行星架组件、前排行星轮、后排齿圈、后排行星轮；所述输入轴与所述辛普森行星轮系的后排齿圈传动连接；所述输出轴与所述辛普森行星轮系的前齿圈后行星架组件传动连接；

所述辛普森行星轮系分别通过所述联动离合器、第一联动制动器和第二联动制动器而具有以下三个输出状态：

当所述第一联动制动器处于“制动”状态、第二联动制动器处于“释放”状态、联动离合器处于“分离”状态时，变速器处于第1挡位工作状态；

当所述第一联动制动器处于“释放”状态、第二联动制动器处于“制动”状态、联动离合器处于“分离”状态时，变速器处于第2挡位工作状态；

当所述第一联动制动器处于“释放”状态、第二联动制动器处于“释放”状态、联动离合器处于“结合”状态时，变速器处于第3挡位工作状态。

作为本发明的一种优选结构，所述中间套轴上设置有2组离合器钢片和1组制动器摩擦片，其中，第一组离合器钢片与设置在前排行星架上的第一组离合器摩擦片构成第一离合器组件，第二组离合器钢片与设置在双联共太阳轮上的第二组离合器摩擦片构成第二离合器组件，制动器摩擦片与设置在壳体上的制动器钢片构成制动器组件；

所述联动离合器通过第一离合器组件和第二离合器组件的联动控制切换工作状态，仅当两个离合器组件均结合时，才能工作在“结合”状态；

所述第一联动制动器通过制动器组件和第一离合器组件的联动控制切换工作状态，仅当制动器组件“制动”以及第一离合器组件“结合”时，第一联动制动器工作在“制动”状态；

所述第二联动制动器通过制动器组件和第二离合器组件的联动控制切换工作状态，仅当制动器组件“制动”以及第二离合器组件“结合”时，第二联动制动器工作在“制动”状态。

作为本发明的一种优选结构，所述动力源组件包含作动器(优选活塞)、外控压力源或其他类型动力源、第一推杆、第一弹簧和第二推杆；所述动力源组件中的作动器受控于外控压力源或其他类型动力源和第一弹簧可处于3个位置状态：最左端、中间和最右端，并且变速器对应的工作在3个挡位；所述动力源组件中的第一推杆与作动器传动连接，并且其上设置有第一弹簧座和中间套轴推盘；所述动力源组件中的第二推杆在第一弹簧作用力下，可控制制动器组件的工作状态。

作为本发明的一种优选结构，所述动力源组件包括驱动机构以及三联动杆输出结构，所述驱动机构与所述三联动杆输出结构传动连接，所述三联动杆输出结构设置有第一输出端、第二输出端、第三输出端，分别对应所述动力源组件的第一输出状态、第二输出状态、第三输出状态。

作为本发明的一种优选结构，所述第一离合器组件和第二离合器组件中间设置有第二弹簧，第二弹簧处于预压紧装配；所述第二弹簧的弹力可直接作用在第一离合器组件和第二离合器组件上，若没有外压力源或其他类型动力源的外作用力下，联动离合器处于“闭合”工作状态。

作为本发明的一种优选结构，所述所述支撑套轴上设置有第三弹簧支撑座，并通过第三弹簧为中间套轴提供轴向弹簧力。所述支撑套轴通过第一推力轴承可相对壳体转动，并通过第二推力轴承可支撑于双联共太阳轮，并相对双联共太阳轮转动。

区别于现有技术，上述技术方案通过所述辛普森行星轮系分别通过所述联动离合器、第一联动制动器和第二联动制动器，实现一个动力源的控制联动地控制变速器的三个档位工作状态，达到输入轴的动力经过3个不同传动比传递到输出轴的效果。当所述第一联动制动器处于“制动”状态、第二联动制动器处于“释放”状态、联动离合器处于“分离”状态时，可得到第1挡位工作状态；当所述第一联动制动器处于“释放”状态、第二联动制动器处于“制动”状态、联动离合器处于“分离”状态时，可得到第2挡位工作状态；当所述第一联动制动器处于“释放”状态、第二联动制动器处于“释放”状态、联动离合器处于“结合”状态时，可得到第3挡位工作状态。

附图说明

图1为一种基于辛普森行星轮系和联动执行机构的三档变速器第1挡位状态的结构示意图；

图2为一种基于辛普森行星轮系和联动执行机构的三档变速器第2挡位状态的结构示意图；

图3为一种基于辛普森行星轮系和联动执行机构的三档变速器第3挡位状态的结构示意图；

图4为一种典型双排辛普森行星轮系结构示意图；

附图标记说明：

1、输入轴；

2、第二推力轴承；

3、第一推力轴承；

4、支撑套轴；

5、壳体；

6、第三弹簧；

7、中间套轴

8、第二离合器组件；

9、第二弹簧；

10、制动器组件；

11、第二推杆；

12、第一弹簧；

13、第一离合器组件；

14、第一推杆；

15、作动器；

16、外控压力源或其他类型动力源；

17、卡环；

18、双排辛普森轮系；

19、输出轴；

181、后排齿圈；

182、双联共太阳轮；

183、前排行星轮；

184、前排行星架；

185、前齿圈后行星架组件；

186、后排行星轮；

C、联动离合器；

B1、第一联动制动器；

B2、第二联动制动器。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1至图3，本实施例一种基于辛普森行星轮系和联动执行机构的三档变速器，一控三式变速器包括输入轴1、中间套轴7、支撑套轴4、联动离合器C、第一联动制动器B1、第二联动制动器B2、动力源组件、辛普森行星轮系18以及输出轴19；

其中，所述辛普森行星轮系包含双联共太阳轮182、前排行星架184、前齿圈后行星架组件185、前排行星轮183、后排齿圈181、后排行星轮186；所述输入轴与所述辛普森行星轮系的后排齿圈181传动连接；所述输出轴与所述辛普森行星轮系的前齿圈后行星架组件185传动连接；

所述辛普森行星轮系分别通过所述联动离合器C、第一联动制动器B1和第二联动制动器B2而具有以下三个输出状态：

当所述第一联动制动器B1处于“制动”状态、第二联动制动器B2处于“释放”状态、联动离合器C处于“分离”状态时，变速器处于第1挡位工作状态；

当所述第一联动制动器B1处于“释放”状态、第二联动制动器B2处于“制动”状态、联动离合器C处于“分离”状态时，变速器处于第2挡位工作状态；

当所述第一联动制动器B1处于“释放”状态、第二联动制动器B2处于“释放”状态、联动离合器C处于“结合”状态时，变速器处于第3挡位工作状态。

如图1至图3所示，中间套轴7上设置有2组离合器钢片和1组制动器摩擦片，其中，第一组离合器钢片与设置在前排行星架184上的第一组离合器摩擦片构成第一离合器组件13，第二组离合器钢片与设置在双联共太阳轮182上的第二组离合器摩擦片构成第二离合器组件8，制动器摩擦片与设置在壳体上的制动器钢片构成制动器组件10；

联动离合器C通过第一离合器组件13和第二离合器组件8的联动控制切换工作状态，仅当两个离合器组件均结合时，才能工作在“结合”状态；

第一联动制动器B1通过制动器10和第一离合器组件8的联动控制切换工作状态，仅当制动器组件“制动”以及第一离合器组件13“结合”时，第一联动制动器工作在“制动”状态；

第二联动制动器B2通过制动器组件10和第二离合器组件8的联动控制切换工作状态，仅当制动器组件10“制动”以及第二离合器组件8“结合”时，第二联动制动器B2工作在“制动”状态。

可选的，动力源组件包含作动器15、外控压力源或其他类型动力源16、第一推杆14、第一弹簧12和第二推杆11。作动器15受控于外控压力源或其他类型动力源16和第一弹簧12可处于3个位置状态：最左端、中间和最右端，并且变速器对应的工作在3个挡位。第一推杆14与作动器15传动连接，并且其上设置有第一弹簧座和中间套轴推盘。第二推杆11在第一弹簧12作用力下，可控制制动器组件的工作状态。

第一离合器组件13和第二离合器组件8中间设置有第二弹簧9，第二弹簧9处于预压紧装配；所述第二弹簧9的弹力可直接作用在第一离合器组件13和第二离合器组件8上，若没有外压力源或其他类型动力源的外作用力下，联动离合器C处于“闭合”工作状态。

可选的，支撑套轴4上设置有第三弹簧支撑座，并通过第三弹簧6为中间套轴7提供轴向弹簧力。所述支撑套轴4通过第一推力轴承3可相对壳体转动，并通过第二推力轴承2可支撑于双联共太阳轮182，并相对双联共太阳轮182转动。

具体的，第一离合器组件13、第二离合器组件8和制动器组件10中的摩擦片通过键连接在相应前排行星架184、双联共太阳轮182和中间套轴7上，并可相对前排行星架184、双联共太阳轮182和中间套轴7轴向滑动；第一离合器组件13、第二离合器组件8和制动器组件10中的钢片分别通过键连接在中间套轴7、中间套轴7和壳体5上，可相对中间套轴7、中间套轴7和壳体5轴向滑动。

支撑套轴4上设置第三弹簧固定座，使第三弹簧6可同时与支撑套轴4和中间套轴7接触。支撑套轴4上设置卡环槽，使卡环17限制中间套轴7和支撑套轴4的轴向相对位置在一定范围内。

动力源组件可以采用人力、气压力、液压力、电动力或磁力等原始驱动力生成装置，其输出端作用于作动器15上，本实施例中，采用外压力源作为其中1种实施例示意图进行应用说明。

本发明实施例中，主要实现输入轴1的动力经过三个不同传动比的传动路线分别传递给输出轴的功能目的，并且只要控制1路外控压力源或其他类型动力源16即可实现。具体实现原理如下：

(1)第一挡工作状态：如图1所示，输入轴1的动力经有1挡传动比的辛普森行星轮系后传递给输出轴19后输出。动力源组件中的外控压力源或其他的类型动力源16处于高压或大推力状态，从而对作动器15提供向左的作用力，并使作动器15处于其作动器腔的最左位置。该作用力一方面连续经过第一推杆4、第一弹簧12、第二推杆11后压紧制动器组件10；另一方面由于该作用力较大并压缩第一弹簧12至其极限位置，使第一推杆4上设置的推盘作用在中间套轴7的右端，使中间套轴7向左运动压紧第三弹簧6。由于支撑套轴4的左端受第一推力轴承3的限位作用，第三弹簧6被压紧，其弹簧力经过中间套轴7、被壳体限位的第二离合器组件8最右边的钢片和中间弹簧9使第一离合器组件13工作在“结合”状态。这样，出现制动器组件10的“制动”以及第一离合器组件13的“结合”的工作状态，即第一联动制动器B1工作在联动“制动”状态，辛普森行星轮系中的前排行星架184被联动制动。由于第二离合器组件8最右边的钢片被壳体限位，以及中间套轴7被第一推杆4推盘的作用下左移，使得第二离合器组件8工作在“分离”状态。

假设前排/后排齿圈和前排/后排太阳轮的齿数比为k(辛普森轮系的特点在于双排行星轮系有同样的齿数和模数等参数)，根据辛普森行星轮系前排的运动学方程：n_s1+kn_r1-(1+k)n_c1＝0和后排运动学方程：n_s2+kn_r2-(1+k)n_c2＝0，可得到变速器该运动模式下的传动比为：

(2)第二挡工作状态：如图2所示，输入轴1的动力经有2挡传动比的辛普森行星轮系后传递给输出轴19后输出。动力源组件中的外控压力源或其他的类型动力源16处于中压或中等推力状态，从而对作动器15提供向左的作用力，并使作动器15处于其作动器腔的中间位置。该作用力可连续经过第一推杆4、第一弹簧12、第二推杆11后压紧制动器组件10；不过该作用力不足以使第一弹簧12被压缩至极限位置，这样第一推杆4上设置的推盘尚未能作用在中间套轴7的右端，中间套轴7不会向左运动。这样，在第二推杆11的左推下，第一离合器组件13最左边的钢片被推向左边，使第一离合器组件13处于“分离”状态以及使第二弹簧9被左压；进一步地，在第二弹簧9和第三弹簧6的共同作用力第二离合器组件8被压紧，即第二离合器组件8工作在“结合”状态。因此，该情况下出现制动器组件10的“制动”、第一离合器组件13的“分离”和第二离合器组件8的“结合”的工作状态，即第二联动制动器B2工作在联动“制动”状态，辛普森行星轮系中的双联共太阳轮182被联动制动。

根据辛普森行星轮系后排的运动学方程：n_s2+kn_r2-(1+k)n_c2＝0，可得到变速器该运动模式下的传动比为：

(3)第三挡工作状态：如图3所示，输入轴1的动力经有3挡传动比的辛普森行星轮系后传递给输出轴19后输出。动力源组件中的外控压力源或其他的类型动力源16处于低压或无推力状态，作动器15没有承受向左作用力，而制动器组件10的惯性甩油作用力经第二推杆11、第一弹簧12、第一推杆4后使作动器向右运动到作动器腔的最右位置，制动器组件10处于“分离”状态。此外，预先压紧装配的第二中间弹簧9同时作用在第二离合器组件8最右边的钢片和第一离合器组件13最左边的钢片上，使2个离合器组件均工作在“结合”状态。这样，出现制动器组件10“释放”以及离合器组件8和13均“结合”的工作状态，即联动离合器C工作在联动“结合”状态，辛普森行星轮系中的前排行星架184和双联共太阳轮182均与输入轴相连。

这样，根据双排轮系的运动学方程可知，变速器该运动模式下的传动比为：

综上，本实施例利用辛普森行星轮系和联动执行机构等组合设计可实现具有三档传动比的变速器装置，在此基础上的构件结构位置改型均属于保护范围之内。

区别现有技术，本实施例实现联动执行元件来替代单控执行元件的结构，实现单控1个动力源达到输入轴1动力可经过3个不同传动比传递到动力输出轴19的效果。可以有效减少现有变速器多动力源的成本和控制等难题，并且从机械上有效解决自动变速器可能出现的同时挂2个挡位所导致的变速器失效问题。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims

1.一种基于辛普森行星轮系和联动执行机构的三档变速器，其特征在于：所述变速器包括输入轴、中间套轴、支撑套轴、联动离合器、第一联动制动器、第二联动制动器、动力源组件、辛普森行星轮系以及输出轴；

2.根据权利要求1所述的基于辛普森行星轮系和联动执行机构的三档变速器，其特征在于：所述中间套轴上设置有2组离合器钢片和1组制动器摩擦片，其中，第一组离合器钢片与设置在前排行星架上的第一组离合器摩擦片构成第一离合器组件，第二组离合器钢片与设置在双联共太阳轮上的第二组离合器摩擦片构成第二离合器组件，制动器摩擦片与设置在壳体上的制动器钢片构成制动器组件；

3.根据权利要求1所述的基于辛普森行星轮系和联动执行机构的三档变速器，其特征在于：所述动力源组件包含作动器、外控压力源或其他类型动力源(机械式、电磁式等)、第一推杆、第一弹簧和第二推杆；

所述作动器本发明采用活塞作为优选结构；

所述动力源组件中的作动器受控于外控压力源或其他类型动力源和第一弹簧可处于3个位置状态：最左端、中间和最右端，并且变速器对应的工作在3个挡位。

所述动力源组件中的第一推杆与作动器传动连接，并且其上设置有第一弹簧座和中间套轴推盘；

所述动力源组件中的第二推杆在第一弹簧作用力下，可控制制动器组件的工作状态。

4.根据权利要求1所述的基于辛普森行星轮系和联动执行机构的三档变速器，其特征在于：第一离合器组件和第二离合器组件中间设置有第二弹簧，第二弹簧处于预压紧装配；

所述第二弹簧的弹力可直接作用在第一离合器组件和第二离合器组件上，若没有外压力源或其他类型动力源的外作用力下，联动离合器处于“闭合”工作状态。

5.根据权利要求1所述的基于辛普森行星轮系和联动执行机构的三档变速器，其特征在于：所述支撑套轴上设置有第三弹簧支撑座，并通过第三弹簧为中间套轴提供轴向弹簧力。

所述支撑套轴通过第一推力轴承可相对壳体转动，并通过第二推力轴承可支撑于双联共太阳轮，并相对双联共太阳轮转动。