CN110686076B - 纯电动汽车两挡变速器 - Google Patents

Abstract

一种纯电动汽车两挡变速器，包括箱体、输入轴、输出轴，输入轴上滑动配合高速挡主动齿轮、低速挡主动齿轮，输出轴上固定高速挡从动齿轮、低速挡从动齿轮，高速挡主动齿轮、低速挡主动齿轮之间设置两个摩擦离合器，摩擦离合器的从动摩擦盘均空套在输入轴上，分别与高速挡主动齿轮、低速挡主动齿轮周向固定连接，两个摩擦离合器的主动摩擦盘分别固定连接压盘，两个压盘均周向定位可轴向移动的滑动配合在输入轴上，各压盘分别通过压杆固定连接推盘，两个推盘之间设置换挡凸轮，换挡凸轮轴向与输入轴轴向垂直，换挡凸轮的凸轮轴通过齿轮减速装置与安装在箱体上的换挡驱动电机连接，一回位弹簧位于两个推盘之间空套在输入轴上且与两推盘连接固定。

Description

纯电动汽车两挡变速器

技术领域

本发明涉及汽车变速器领域，特别涉及一种纯电动汽车两挡变速器。

背景技术

传统纯电动汽车的主流车型的传动系统的主减速器，一般采用单级变速器，这种结构的变速器仅能提供固定减速比，在使用时因不能针对整车各类运行状态用通过改变挡位的方式调整减速比，难以对牵引电机输出转速及转矩进行适应性调整，并且由于牵引电机通常多处于工作低效区而导致牵引电机长时间保持高负荷运转状态，由此产生电池能量损耗增大导致行驶里程减少，续航能力明显不足的问题。而且因动力系统工作负载波动较大，对牵引电机质量要求过高，牵引电机的开发难度大，制造成本高。故在纯电动汽车领域，怎样提升电动汽车续航能力，以及怎样降低牵引电机的开发难度和制造成本，长期以来一直是该领域难以解决的难题。

发明内容

本发明的目的是针对现有的纯电动汽车主流车型传动系统仅搭载主减速器所产生的续航能力不足及动力系统开发难度较大等缺陷，提供一种纯电动汽车两挡变速器。它通过搭载两挡变速器，直接利用换挡凸轮驱动两个挡位的摩擦离合器分别接合或分离实现换挡。既能通过换挡调整减速比，减小电池能量损耗，增大续航能力，又能降低变速器结构的复杂性及制造工艺要求，还能降低牵引电机的开发难度和制造成本。

本发明的目的是这样实现的：一种纯电动汽车两挡变速器，包括箱体、输入轴、输出轴，所述输入轴、输出轴平行且分别通过轴承支承于箱体侧壁，所述输入轴上分别轴向限位滑动配合一高速挡主动齿轮、一低速挡主动齿轮，所述输出轴上固定连接一高速挡从动齿轮、一低速挡从动齿轮，高速挡从动齿轮与高速挡主动齿轮啮合，低速挡从动齿轮与低速挡主动齿轮啮合，所述高速挡主动齿轮、低速挡主动齿轮之间设置两个摩擦离合器，两个摩擦离合器的从动摩擦盘均空套在输入轴上，所述高速挡主动齿轮通过连接座周向固定连接一个摩擦离合器的从动摩擦盘，所述低速挡主动齿轮通过连接座周向固定连接另一个摩擦离合器的从动摩擦盘，两个摩擦离合器的主动摩擦盘分别固定连接压盘，两个摩擦离合器的压盘均周向定位可轴向移动的滑动配合在输入轴上，各摩擦离合器的压盘分别通过压杆固定连接推盘，推盘空套在输入轴上，两个摩擦离合器的推盘之间设置换挡凸轮，所述换挡凸轮位于输入轴的径向侧，换挡凸轮轴向与输入轴轴向垂直，两个推盘的轴向端面与换挡凸轮接触，所述换挡凸轮的凸轮轴通过齿轮减速装置与安装在箱体上的换挡驱动电机连接，一回位弹簧位于两个推盘之间空套在输入轴上且与两推盘连接固定。

所述两推盘的相向端分别设有四个固定钩，四个固定钩均布在推盘轴孔边，回位弹簧的端部由四个固定钩约束固定，所述两推盘的相反端固定连接两个压杆，两压杆对称设置，各压杆的两端与压盘上设置的支架连接固定。

所述压杆为呈拱梯形结构的弹性压杆，弹性压杆的拱顶与推盘通过销钉铆接固定，弹性压杆两边的斜臂延伸端通过销轴与压盘上的支架连接固定。

所述输入轴为阶梯轴，该阶梯轴中部为大径段，该阶梯轴两端为小径段，大径段与小径段之间为中径段，高速挡主动齿轮、低速挡主动齿轮分别滑动配合在两端的小径段上且由小径段轴肩轴向限位，两个摩擦离合器分别位于中径段上，各摩擦离合器的推盘由大径段轴肩轴向限位，各摩擦离合器的压盘周向定位可轴向移动的滑动配合在中径段上。

所述主动摩擦盘与压盘通过多个螺栓连接固定，所述从动摩擦盘与连接座通过多个螺栓连接固定，连接座与对应的主动齿轮的轴向端面通过多个螺钉固定连接形成周向固定。

所述凸轮轴支承于箱体内设置的支撑架上，凸轮轴一端固定设置换挡凸轮，另一端通过第一联轴器与齿轮减速装置的输出轴连接，所述齿轮减速装置的输入轴通过第二联轴器与换挡驱动电机的转轴连接。

所述支撑架一端通过轴承支承凸轮轴，另一端与箱体的上盖或底壳固定。

所述两推盘之间设置对应的两个换挡凸轮，两个换挡凸轮对称位于输入轴的径向两侧，各换挡凸轮的凸轮轴分别通过该侧设置的齿轮减速装置与该侧设置的换挡驱动电机连接。

所述换挡驱动电机采用双向步进电机，所述齿轮减速装置采用锥齿轮转动机构。

所述换挡凸轮为盘形凸轮。

采用上述方案的纯电动汽车两挡变速器，通过在输入轴上分别轴向限位滑动配合的高速挡主动齿轮、低速挡主动齿轮之间设置两个摩擦离合器，两个摩擦离合器的从动摩擦盘均空套在输入轴上。所述高速挡主动齿轮通过连接座周向固定连接一个摩擦离合器的从动摩擦盘，所述低速挡主动齿轮通过连接座周向固定连接另一个摩擦离合器的从动摩擦盘，使从动摩擦盘能带动主动齿轮旋转。两个摩擦离合器的主动摩擦盘分别固定连接压盘，两个摩擦离合器的压盘均周向定位可轴向移动的滑动配合在输入轴上，使输入轴的旋转扭矩能通过压盘传递给主动摩擦盘。各摩擦离合器的压盘分别通过压杆固定连接推盘，推盘空套在输入轴上，两个摩擦离合器的推盘之间设置换挡凸轮，所述换挡凸轮位于输入轴的径向侧，换挡凸轮轴向垂直于输入轴轴向，换挡凸轮与两个推盘的轴向端面接触。换挡凸轮的凸轮轴通过齿轮减速装置与安装在箱体上的换挡驱动电机连接，一回位弹簧位于两个推盘之间空套在输入轴上且与两推盘连接固定。在换挡驱动电机的驱动下，使换挡凸轮顺时针或逆时针转动，推动其中一个摩擦离合器的主动摩擦盘与从动摩擦盘接合，使输入轴的扭矩通过该摩擦离合器传递给高速挡主动齿轮或者低速挡主动齿轮，完成高速挡或低速挡的动力切换，并在换挡驱动电机的持续驱动下保持使该摩擦离合器保持接合状态传递动力。当要切换至另一挡位时，换挡驱动电机驱动换挡凸轮回转，解除对处于工作状态的这一摩擦离合器的推力，在回位弹簧的作用下，推盘经压盘带动主动摩擦盘与从动摩擦盘分离，使这一摩擦离合器动力传递中断，并在换挡驱动电机的驱动下，使换挡凸轮推动另一个摩擦离合器的主动摩擦盘与从动摩擦盘接合，完成挡位切换。这种采用凸轮机构与两个摩擦离合器配合的换挡结构，利用摩擦力进行换挡动力传递，完全不同于传统变速器采用拨叉拨动换挡同步器实现换挡的方式，解决了传统变速器在换挡过程中出现剧烈打齿、烧齿等损坏变速器的问题；同时也可以解决电动汽车牵引电机因转速输出范围过大出现的起步抖动问题。

所述两推盘的相向端分别设有四个固定钩，回位弹簧的端部由四个固定钩约束固定，能够使空套在输入轴上位于两个推盘之间的回位弹簧便于安装和固定连接，利用回位弹簧的作用使推盘能够在解除推力后回位，让摩擦离合器的主动摩擦盘与从动摩擦盘分离，中断动力传递。所述两推盘的相反端固定连接两个压杆，两压杆对称设置，各压杆的两端与压盘上设置的支架连接固定。采用对称设置的两个压杆，能够将推盘的推力均衡的传递给压盘，使压盘上固定连接的主动摩擦盘与从动摩擦盘接合时不会出现偏斜，既能保证摩擦离合器的动力传递稳定，又能防止主动摩擦盘和从动摩擦盘上的摩擦片磨损加剧，可延长摩擦片的使用寿命。

所述压杆为呈拱梯形结构的弹性压杆，弹性压杆的拱顶与推盘通过销钉铆接固定，弹性压杆两边的斜臂延伸端通过销轴与压盘上的支架连接固定。压杆采用呈拱梯形结构的弹性压杆，属于两集中荷载结构，既能够保证推力平衡，又便于压杆与压盘的连接固定。

所述两推盘之间设置对应的两个换挡凸轮，两个换挡凸轮对称位于输入轴的径向两侧，各换挡凸轮的凸轮轴分别通过该侧设置的齿轮减速装置与该侧设置的换挡驱动电机连接。设置两个换挡凸轮以及两个换挡驱动电机，形成两套换挡驱动机构，使两套换挡驱动机构在电机控制器的控制下，既可以由两套换挡驱动机构共同驱动一个摩擦离合器实现换挡，由两个凸轮对推盘施与同步推力，使推力更加平衡，还能够在一个换挡驱动电机出现故障的情况下，另一个换挡驱动电机仍保持换挡驱动，保证纯电动汽车能继续行驶，避免在行驶途中发生换挡故障，提高纯电动汽车使用可靠性和安全性；也可以使两套换挡驱动机构一个单独用于驱动高速挡换挡，一个单独用于驱动低速挡换挡。

本纯电动汽车两挡变速器与传统的双离合变速器相比较，由于采用换挡凸轮直接驱动高速挡或低速挡的摩擦离合器传递或中断动力，动力的传递和转换更加顺畅。并且还可以通过凸轮推程轮廓弥补摩擦片磨损缺陷，对摩擦传动存在的磨损进行补偿，保证在换挡凸轮推力作用下，使摩擦离合器接合时保持在压紧状态传递扭矩，提高变速器的工作可靠性。并且纯电动汽车两挡变速器的结构与传统的双离合变速器相比较，内部结构得到简化，整体重量得到减轻，能够降低变速器结构复杂性和制造工艺要求，使纯电动汽车两挡变速器的开发成本和制造成本都得到降低，可用于不同价位的纯电动汽车车型，具有广泛的推广价值。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A向剖视图；

图3为本发明的摩擦离合器的结构示意图；

图4为本发明的换挡凸轮结构示意图；

图5为本发明的摩擦离合器的压盘结构示意图；

图6为图1的B向示意图。

具体实施方式

参见图1至图6，本发明纯电动汽车两挡变速器的一种实施例，包括箱体1、输入轴2、输出轴3。所述箱体1包括四周侧壁和上盖14、底壳26，所述上盖14、底壳26通过螺钉与四周侧壁紧固连接，其连接端面的结合缝均设有密封垫。所述输入轴2、输出轴3平行且分别通过轴承支承于箱体1的前后端侧壁，所述输入轴2的前端外伸出箱体1用于连接牵引电机，输出轴3的后端外伸出箱体1用于连接传动轴；箱体1上的轴承安装孔均用轴承端盖4盖住，其中输入轴2、输出轴3的外伸端与轴承端盖4之间的间隙用油封5密封。所述输入轴2上分别轴向限位滑动配合一高速挡主动齿轮9、一低速挡主动齿轮22。所述输出轴3上固定连接一高速挡从动齿轮8、一低速挡从动齿轮28，本实施例的高速挡从动齿轮8、低速挡从动齿轮28分别通过键25与输出轴3周向固定连接。所述高速挡从动齿轮8与高速挡主动齿轮9啮合，低速挡从动齿轮28与低速挡主动齿轮22啮合，这些主动齿轮和从动齿轮均位于箱体1内。所述高速挡主动齿轮9、低速挡主动齿轮22之间设置两个摩擦离合器，各摩擦离合器均包括主动摩擦盘17、从动摩擦盘11，主动摩擦盘17上的摩擦片与从动摩擦盘11上的摩擦片相向。两个摩擦离合器的从动摩擦盘11均空套在输入轴2上，所述高速挡主动齿轮9通过连接座12周向固定连接一个摩擦离合器的从动摩擦盘11，所述低速挡主动齿轮22通过连接座周向固定连接另一个摩擦离合器的从动摩擦盘。本实施例的各从动摩擦盘11与连接座12通过四个螺栓连接固定，各连接座12与对应的主动齿轮的轴向端面通过四个螺钉固定连接形成周向固定。当然从动摩擦盘11与连接座12，连接座12与对应的主动齿轮，也可以分别采用二或三个螺钉固定连接。两个摩擦离合器的主动摩擦盘17分别固定连接压盘18，各主动摩擦盘17与压盘18通过多个螺栓连接固定，本实施例采用四个均布的螺栓将主动摩擦盘17与压盘紧固连接。两个摩擦离合器的压盘18均周向定位可轴向移动的滑动配合在输入轴2上，其周向定位可轴向移动的滑动配合可采用导向键6或花键配合，本实施例采用导向键6配合，在压盘18的轴孔18-1中设有周向定位凹槽18-2，在输入轴2上通过螺钉固定连接导向键6，压盘18的周向定位凹槽18-2与导向键6滑动配合形成周向定位可轴向移动状态。各摩擦离合器的压盘18分别通过压杆19固定连接推盘16，两推盘16的相反端固定连接两个压杆19，两压杆19对称设置，各压杆19的两端与压盘18上设置的支架18-3连接固定。本实施例的支架18-3为压盘18上一体成型的四个凸起，两个压杆19为呈拱梯形结构的弹性压杆，弹性压杆的拱顶与推盘16通过销钉23铆接固定，弹性压杆两边的斜臂延伸端通过销轴15与压盘18上对称设置的支架18-3连接固定。所述推盘16空套在输入轴2上，两个摩擦离合器的推盘16之间设置一个换挡凸轮20，所述换挡凸轮20位于输入轴2的径向侧，换挡凸轮20轴向与输入轴轴向垂直，所述换挡凸轮20为盘形凸轮，两个推盘16的轴向端面与换挡凸轮20接触。所述换挡凸轮20的凸轮轴20a通过一齿轮减速装置31与安装在箱体1上的一个换挡驱动电机27连接。本实施例的换挡驱动电机27采用双向步进电机，可以由双向步进电机的控制器控制换挡凸轮20的转动角度，使摩擦离合器的主动摩擦盘17和从动摩擦盘11压紧传递动力。所述齿轮减速装置31采用锥齿轮转动机构。本实施例的换挡驱动电机27和齿轮减速装置31均固定安装在箱体1外壁，位于箱体1左侧或右侧壁上，齿轮减速装置31的输出轴伸入箱体1内。所述凸轮轴20a支承于箱体1内设置的支撑架13上，所述支撑架13一端通过轴承支承凸轮轴20a，另一端与箱体1的上盖14或底壳26固定。本实施例的支撑架13与箱体1的上盖14通过螺钉固定连接，当然，支撑架13也可与上盖14焊接或一体成型。凸轮轴20a一端固定设置换挡凸轮20，所述换挡凸轮20与凸轮轴20a通过紧键7周向固定，或者换挡凸轮20与凸轮轴20a为一体结构；凸轮轴20a另一端通过第一联轴器29与齿轮减速装置31的输出轴连接，所述齿轮减速装置31的输入轴通过第二联轴器30与换挡驱动电机27的转轴连接。一回位弹簧21位于两个推盘16之间空套在输入轴2上且与两推盘16连接固定，两推盘16的相向端分别设有四个固定钩24，四个固定钩24均布在推盘16轴孔边且与推盘16一体成型，回位弹簧21的端部由四个固定钩24约束固定。

本实施例的输入轴2为阶梯轴，该阶梯轴中部为大径段，该阶梯轴两端为小径段，大径段与小径段之间为中径段。高速挡主动齿轮9、低速挡主动齿轮22分别滑动配合在两端的小径段上且由小径段轴肩轴向限位，所述高速挡主动齿轮9、低速挡主动齿轮22与输入轴2小径段之间设有轴瓦10，用于减小摩擦。两个摩擦离合器分别位于中径段上，各摩擦离合器的推盘16由大径段轴肩轴向限位，各摩擦离合器的压盘18周向定位可轴向移动的滑动配合在中径段上。

本发明不局限于上述实施例，也可以在两个摩擦离合器的推盘16之间设置对应的两个换挡凸轮20，在箱体1的左、右侧壁上各安装一齿轮减速装置31和一个换挡驱动电机27，两个换挡凸轮20对称位于输入轴2的径向两侧，各换挡凸轮20的凸轮轴20a分别通过该侧设置的齿轮减速装置31与该侧设置的换挡驱动电机27连接。由此可实现由两个换挡驱动电机27在电机控制器的控制下共同驱动两换挡凸轮20同步推动一个摩擦离合器实现换挡，使推盘16的推力更加平衡；还能够在一个换挡驱动电机出现故障的情况下，另一个换挡驱动电机仍保持换挡驱动，保证纯电动汽车能继续行驶，避免在行驶途中发生换挡故障，提高纯电动汽车使用可靠性和安全性。或者也可以使两个换挡驱动电机27在电机控制器的控制下，一个单独用于驱动高速挡换挡，一个单独用于驱动低速挡换挡。

本发明纯电动汽车两挡变速器工作时，纯电动汽车的牵引电机将动力通过输入轴2传递给两个摩擦离合器的压盘18，压盘18带动主动摩擦盘17旋转，在主动摩擦盘17与从动摩擦盘11不接触的状态下，两个摩擦离合器都处于分离状态，不传递扭矩。在换挡驱动电机27没有工作时，两个摩擦离合器的推盘16在回位弹簧21的作用下，均与换挡凸轮20的基圆接触，该两挡变速器处于空挡状态。当换挡驱动电机27开始工作，驱动换挡凸轮20向低速挡主动齿轮22方向转动，并推动位于该方向的摩擦离合器的推盘16轴向移动，推盘16经压杆19推动压盘18轴向移动，使主动摩擦盘17压紧从动摩擦盘11形成接合，完成挡位切换，将牵引电机动力传递给低速挡主动齿轮22，两挡变速器输出低速挡动力，纯电动汽车在低速挡范围内行驶。此时，位于高速挡主动齿轮9一方的摩擦离合器的推盘16仍与换挡凸轮20的基圆接触，该摩擦离合器处于动力中断状态。当需要转换成高速挡范围行驶时，由换挡驱动电机27驱动换挡凸轮20向高速挡主动齿轮9方向转动，换挡凸轮20推动位于该方向的摩擦离合器的推盘16轴向移动，推盘16经压杆19推动压盘18轴向移动，使主动摩擦盘17压紧从动摩擦盘11形成接合，完成低速挡向高速挡的挡位切换，纯电动汽车在高速挡范围内行驶。在此过程中，位于低速挡主动齿轮22一方的摩擦离合器的推盘16在回位弹簧21的作用下回位，与换挡凸轮20的基圆接触，该摩擦离合器处于动力中断状态，不传递低速挡动力。当换挡凸轮20对两个摩擦离合器的推盘16的推力都解除，两个摩擦离合器的推盘16在回位弹簧21的作用下均回位，两个摩擦离合器均不传递动力，两挡变速器处于空挡状态，换挡驱动电机27停止工作。

Claims (10)

1.一种纯电动汽车两挡变速器，包括箱体、输入轴、输出轴，其特征在于：所述输入轴、输出轴平行且分别通过轴承支承于箱体侧壁，所述输入轴上分别轴向限位滑动配合一高速挡主动齿轮、一低速挡主动齿轮，所述输出轴上固定连接一高速挡从动齿轮、一低速挡从动齿轮，高速挡从动齿轮与高速挡主动齿轮啮合，低速挡从动齿轮与低速挡主动齿轮啮合，所述高速挡主动齿轮、低速挡主动齿轮之间设置两个摩擦离合器，两个摩擦离合器的从动摩擦盘均空套在输入轴上，所述高速挡主动齿轮通过连接座周向固定连接一个摩擦离合器的从动摩擦盘，所述低速挡主动齿轮通过连接座周向固定连接另一个摩擦离合器的从动摩擦盘，两个摩擦离合器的主动摩擦盘分别固定连接压盘，两个摩擦离合器的压盘均周向定位可轴向移动的滑动配合在输入轴上，各摩擦离合器的压盘分别通过压杆固定连接推盘，推盘空套在输入轴上，两个摩擦离合器的推盘之间设置换挡凸轮，所述换挡凸轮位于输入轴的径向侧，换挡凸轮轴向与输入轴轴向垂直，两个推盘的轴向端面与换挡凸轮接触，所述换挡凸轮的凸轮轴通过齿轮减速装置与安装在箱体上的换挡驱动电机连接，一回位弹簧位于两个推盘之间空套在输入轴上且与两推盘连接固定。

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车两挡变速器，其特征在于：所述两推盘的相向端分别设有四个固定钩，四个固定钩均布在推盘轴孔边，回位弹簧的端部由四个固定钩约束固定，所述两推盘的相反端固定连接两个压杆，两压杆对称设置，各压杆的两端与压盘上设置的支架连接固定。

3.根据权利要求1或2所述的纯电动汽车两挡变速器，其特征在于：所述压杆为呈拱梯形结构的弹性压杆，弹性压杆的拱顶与推盘通过销钉铆接固定，弹性压杆两边的斜臂延伸端通过销轴与压盘上的支架连接固定。

4.根据权利要求1所述的纯电动汽车两挡变速器，其特征在于：所述输入轴为阶梯轴，该阶梯轴中部为大径段，该阶梯轴两端为小径段，大径段与小径段之间为中径段，高速挡主动齿轮、低速挡主动齿轮分别滑动配合在两端的小径段上且由小径段轴肩轴向限位，两个摩擦离合器分别位于中径段上，各摩擦离合器的推盘由大径段轴肩轴向限位，各摩擦离合器的压盘周向定位可轴向移动的滑动配合在中径段上。

5.根据权利要求1所述的纯电动汽车两挡变速器，其特征在于：所述主动摩擦盘与压盘通过多个螺栓连接固定，所述从动摩擦盘与连接座通过多个螺栓连接固定，连接座与对应的主动齿轮的轴向端面通过多个螺钉固定连接形成周向固定。

6.根据权利要求1所述的纯电动汽车两挡变速器，其特征在于：所述凸轮轴支承于箱体内设置的支撑架上，凸轮轴一端固定设置换挡凸轮，另一端通过第一联轴器与齿轮减速装置的输出轴连接，所述齿轮减速装置的输入轴通过第二联轴器与换挡驱动电机的转轴连接。

7.根据权利要求6所述的纯电动汽车两挡变速器，其特征在于：所述支撑架一端通过轴承支承凸轮轴，另一端与箱体的上盖或底壳固定。

8.根据权利要求1所述的纯电动汽车两挡变速器，其特征在于：所述两推盘之间设置对应的两个换挡凸轮，两个换挡凸轮对称位于输入轴的径向两侧，各换挡凸轮的凸轮轴分别通过该侧设置的齿轮减速装置与该侧设置的换挡驱动电机连接。

9.根据权利要求1所述的纯电动汽车两挡变速器，其特征在于：所述换挡驱动电机采用双向步进电机，所述齿轮减速装置采用锥齿轮转动机构。

10.根据权利要求1所述的纯电动汽车两挡变速器，其特征在于：所述换挡凸轮为盘形凸轮。

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