CN111140630B - 同轴多层多级式自适应两档变速系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同轴多层多级式自适应两档变速系统，固定轴上由内至外依次转动套装有输入套、高速传动套、低速传动套和输出套，其中输入套与高速传动套之间直接动力连接或者经第一减速机构动力连接，高速传动套与低速传动套之间经第二减速机构和离合机构动力连接，当所述离合机构分离时，输出套与低速传动套动力连接，当所述离合机构结合时，输出套与高速传动套动力连接，所述输出套上套装有输出部件，所述固定轴一端设有用于驱动输入套转动的电机。本发明的有益效果是：能够根据负载自动换挡，并且解决了传统变速系统结构过于庞大，整体受力平衡性差的技术问题。

Description

同轴多层多级式自适应两档变速系统

技术领域

本发明属于变速传动技术领域，具体涉及一种同轴多层多级式自适应两档变速系统。

背景技术

变速器是一种用来协调转速和转矩的机构，能够改变输出轴和输入轴之间的传动比，使驱动系统发挥最佳性能。变速器在现代机械中应用极为广泛，比如摩托车、汽车、航空、轮船等领域。

毫无疑问，随着变速机构研发的不断深入，能够进行自动换挡的自动变速器已成为市场主流。近年来，无论是国际上还是在国内市场，对自动变速器的要求也都越来越高，因为自动变速器品质的好坏，对车辆的驾驶感受、车辆性能、能耗经济性等方面都起到了决定性作用。

对于自动变速器的研发，除开市场上较为常见的电控液力自动变速器(AT)、电控机械式自动变速器(AMT)、电控机械无级自动变速器(CVT)以外，申请人近年来研发了一种AAT变速器，即一种智能化的自动变速器，其结构可参照公开号为：CN105151216A的专利申请文件，该AAT变速器主要利用凸轮副进行自适应换挡，通过负载反向驱动凸轮，使凸轮发生轴线位移，从而达到换挡的目的。

上述利用凸轮副进行换挡的变速器，其传动比的改变依然是借助传统减速机构实现的，即改变各齿轮间的传动比。但是，对于传统减速机构与动力源的装配结合，目前普遍采用并排方式布置，即各个动力传递轴之间是非同轴平行安装的，这样存在的缺陷是整个变速系统的结构过于庞大，整体受力平衡性差等。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种同轴多层多级式自适应两档变速系统，能够根据负载自动换挡，并且解决了传统变速系统结构过于庞大，整体受力平衡性差的技术问题。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种同轴多层多级式自适应两档变速系统，包括固定轴，其关键在于：所述固定轴径向外侧由内至外依次转动设置有输入套、高速传动套、低速传动套和输出套，其中输入套与高速传动套之间直接动力连接或者经第一减速机构动力连接，高速传动套与低速传动套之间经第二减速机构和离合机构动力连接，当所述离合机构分离时，输出套与低速传动套动力连接，当所述离合机构结合时，输出套与高速传动套动力连接，所述输出套上套装有输出部件，所述固定轴一端设有用于驱动输入套转动的电机。

采用上述结构，在低速传动时，离合机构处于结合状态，其动力传动过程为：电机驱动输入套转动，输入套直接或者经第一减速机构带动高速传动套转动，高速传动套经第二减速机构带动低速传动套转动，低速传动套又带动输出套转动，输出套则直接驱动输出部件进行输出转动；在高速传动时，离合机构处于分离状态，其动力传动过程为：电机驱动输入套转动，输入套直接或者经第一减速机构带动高速传动套转动，高速传动套带动输出套转动，输出套则直接驱动输出部件进行输出转动。固定轴、输入套、高速传动套、低速传动套、输出套、离合机构以及电机采用同轴多层多级式结构布置，使得变速系统整体结构十分紧凑，提升了机械传动效率，缩减了制造成本，并且电机和减速机构对称设置在输出部件的左右两侧，使得变速系统整体结构受力更加均衡，提升了稳定性和安全性。

作为优选：所述离合机构包括内摩擦部件和外摩擦盘，内摩擦部件固定安装在高速传动套的端部，外摩擦盘的内圈至少部分能够与内摩擦部件以锥面形式摩擦结合，外摩擦盘的内圈至少部分与低速传动套以花键形式连接，外摩擦盘的外圈与输出套之间通过螺旋滚珠结构连接，使外摩擦盘既能随输出套同步转动，又能相对输出套轴向移动，所述外摩擦盘一端设有弹性元件，施加使外摩擦盘与内摩擦部件摩擦结合的力；所述低速传动套包括内凹段和外凸段，两者相互靠近的一端分别设有弧形内凹结构和弧形外凸结构，弧形内凹结构与弧形外凸结构相互作用，以凸轮副的形式驱动外摩擦盘克服弹性元件的阻力移动；所述离合机构还包括超越离合器，超越离合器的内圈与内凹段连接，外圈与高速传动套之间连接有所述第二减速机构。采用上述结构，在低速传动时，输出部件所承受的负载较大，由于弧形内凹结构和弧形外凸结构是以凸轮副的形式摩擦配合的，所以在负载较大时，外凸段会沿轴向向右移动，即驱动外摩擦盘克服弹性元件的阻力沿轴向向右移动，使得外摩擦盘与内摩擦部件分离，此时则可保证动力按照低速传动路线进行传递。随着输出负载的逐渐减小，外摩擦盘在弹性元件的推力下沿轴向向左移动，使得外摩擦盘与内摩擦部件结合，此时又由于超越离合器的内圈速度大于外圈速度，超越离合器发生超越作用，变速系统的动力则按照高速传动路线进行传递。

作为优选：所述第二减速机构包括第一减速轴，以及套装在第一减速轴两端的第一齿轮和第二齿轮，其中第二齿轮与超越离合器的外圈啮合，所述高速传动套上固套有与第一齿轮啮合的第三齿轮。采用上述结构，可将高速传动套的转速减速传递给低速传动套。

作为优选：所述输出套的端部固定连接有支撑套，所述螺旋滚珠结构包括设置在支撑套内壁上的内螺旋槽，以及设置在外摩擦盘外侧的外螺旋槽，外螺旋槽与内螺旋槽围成的通道内安装有滚珠。采用上述结构，能够满足滚珠安装的需求，使支撑套与外摩擦盘之间形成滚珠丝杆连接的原理，以保证外摩擦盘受负载时其能够相对于支撑套左右移动。

作为优选：所述输出套和外凸段的端部均设有沿径向向外延伸的盘状结构。采用上述结构，便于分别安装支撑套和外摩擦盘部件。

作为优选：所述电机的转子为空心结构，转子的两端分别固定安装有左连接套和右连接套，所述输入套穿出右连接套，并与右连接套的内圈固定连接。采用上述结构，相当于整个电机直接套设在转动套上，可使变速系统的结构更加紧凑。

作为优选：所述高速传动套、低速传动套和输出套的右端均穿过左连接套伸入转子内。采用上述结构，能够使各部件之间形成同轴多层多级式装配结构，使变速系统的结构更加紧凑。

作为优选：所述输入套的两端、输出部件的两端、左连接套的左端、右连接套的右端均通过轴承支承在变速系统的外壳体上。采用上述结构，可使相应的部件满足转动安装的要求。

作为优选：所述第一减速机构包括第二减速轴，以及套装在第二减速轴两端的第四齿轮和第五齿轮，所述输入套上设有与第四齿轮啮合的第六齿轮，高速传动套上设有与第五齿轮啮合的第七齿轮。采用上述结构，可使输入套的转速经减速后传递给高速传动套。

作为优选：所述弹性元件为碟簧，其两端分别抵接在外摩擦盘和支撑套上。采用上述结构，可方便安装。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明提供的同轴多层多级式自适应两档变速系统，能够根据负载自动切换高低速两档，变速系统整体采用同轴多层多级式结构布置，使得整体结构十分紧凑，提升了机械传动效率，缩减了制造成本，并且电机和减速机构对称设置在输出部件的左右两侧，使得变速系统整体结构受力更加均衡，提升了稳定性和安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中左半部分的放大示意图；

图3为图1中离合机构位置的放大示意图；

图4为变速系统应用在两轮车轮毂上的示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种同轴多层多级式自适应两档变速系统，其结构包括固定轴1，固定轴1上由内至外依次转动套装有输入套2、高速传动套3、低速传动套4和输出套5，其中输入套2与高速传动套3之间经第一减速机构7动力连接，高速传动套3与低速传动套4之间经第二减速机构8和离合机构9动力连接，输出套5上套装有输出部件10，固定轴1右端设有用于驱动输入套2转动的电机6。

如图3所示，离合机构9包括内摩擦部件9a和外摩擦盘9b，内摩擦部件9a通过花键固定安装在高速传动套3的右端，外摩擦盘9b内圈的右部分能够与内摩擦部件9a以锥面形式摩擦结合，外摩擦盘9b内圈的左部分与低速传动套4以花键形式连接，外摩擦盘9b的外圈与输出套5之间通过螺旋滚珠结构连接，螺旋滚珠结构可使外摩擦盘9b既能随输出套5同步转动，又能相对输出套5轴向移动，外摩擦盘9b右端安装有弹性元件9c，本实施例中，弹性元件9c优选采用碟簧，其施加使外摩擦盘9b与内摩擦部件9a摩擦结合的力。

为确保外摩擦盘9b既能随输出套5同步转动，又能相对输出套5轴向移动，输出套5的端部固定连接有支撑套5a，上述螺旋滚珠结构包括设置在支撑套5a内壁上的内螺旋槽9f，以及设置在外摩擦盘9b外侧的外螺旋槽9g，外螺旋槽9g与内螺旋槽9f路径一致，且两者围成的通道内安装有滚珠9h。

低速传动套4包括内凹段4a和外凸段4b，内凹段4a和外凸段4b相互靠近的一端分别设有弧形内凹结构4a1和弧形外凸结构4b1，弧形内凹结构4a1与弧形外凸结构4b1相互作用，并以凸轮副的形式驱动外凸段4b沿轴向向右移动，即驱动外摩擦盘9b克服碟簧的阻力向右移动。

如图2所示，第二减速机构8包括第一减速轴8a，以及套装在第一减速轴8a两端的第一齿轮8b和第二齿轮8c，高速传动套3上固套有与第一齿轮8b啮合的第三齿轮9e，离合机构9实现离合功能还需要超越离合器9d的介入，超越离合器9d的内圈与内凹段4a同步转动，外圈与上述第二齿轮8c啮合。

再如图2所示，第一减速机构7包括第二减速轴7a，以及套装在第二减速轴7a两端的第四齿轮7b和第五齿轮7c，输入套2上设有与第四齿轮7b啮合的第六齿轮7d，高速传动套3上设有与第五齿轮7c啮合的第七齿轮7e。

如图1所示，电机6的转子6a为空心结构，转子6a的两端分别固定安装有左连接套6c和右连接套6b，输入套2穿出右连接套6b，并与右连接套6b的内圈通过花键固定连接。

基于上述结构阐述，在低速传动时，输出部件10所承受的负载较大，由于弧形内凹结构4a1与弧形外凸结构4b1之间是以凸轮副的形式摩擦配合的，所以在负载较大时，外凸段4b会沿轴向向右移动，即带动外摩擦盘9b克服碟簧的阻力沿轴向向右移动，使得外摩擦盘9b与内摩擦部件9a分离，即离合机构9处于分离状态，此时变速系统为低速传动，其低速传动的路径为：

电机6→转子6a→右连接套6b→输入套2→第六齿轮7d→第四齿轮7b→第二减速轴7a→第五齿轮7c→第七齿轮7e→高速传动套3→第三齿轮9e→第一齿轮8b→第一减速轴8a→第二齿轮8c→超越离合器9d的外圈→内凹段4a→外凸段4b→外摩擦盘9b→支撑套5a→输出套5→输出部件10。

随着输出部件10的转速逐渐增加，其承受的负载的逐渐减小，外摩擦盘9b则可在碟簧的推力下沿轴向向左移动，使得外摩擦盘9b与内摩擦部件9a结合，即离合机构9的结合状态，在外摩擦盘9b与内摩擦部件9a摩擦结合状态下，低速传动套4与高速传动套3的转速一致，即超越离合器9d内圈的转速等于高速传动套3的转速，由于第二减速机构8的减速作用，超越离合器9d外圈的转速小于与高速传动套3转速，即超越离合器9d内圈转速大于外圈转速以完成超越，此时变速系统为高速传动，其高速传动的路径为：

电机6→转子6a→右连接套6b→输入套2→第六齿轮7d→第四齿轮7b→第二减速轴7a→第五齿轮7c→第七齿轮7e→高速传动套3→内摩擦部件9a→外摩擦盘9b→支撑套5a→输出套5→输出部件10。

如图3所示，为方便安装支撑套5a和外摩擦盘部件9b，输出套5和外凸段4b的端部均设有沿径向向外延伸的盘状结构p。

固定轴1、输入套2、高速传动套3、低速传动套4、输出套5、离合机构9以及电机6采用同轴多层多级式结构布置，使得变速系统整体结构十分紧凑，提升了机械传动效率，缩减了制造成本。同时高速传动套3、低速传动套4和输出套5的右端均穿过左连接套6c并伸入转子6a内，使得各部件之间进一步形成同轴多层多级式装配结构，提升力变速系统结构的紧凑性。

为方便转动装配，输入套2的两端、输出部件10的两端、左连接套6c的左端、右连接套6b的右端均通过轴承11支承在变速系统的外壳体上。

如图4所示，具有上述高低速传动路径的两档变速系统特别适用于两轮车轮毂电机系统，将变速系统应用在两轮车轮毂电机系统中时，输出部件10即为两轮车的轮毂13，或者轮毂13固定安装在输出部件10上。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种同轴多层多级式自适应两档变速系统，包括固定轴（1），其特征在于：所述固定轴（1）径向外侧由内至外依次转动设置有输入套（2）、高速传动套（3）、低速传动套（4）和输出套（5），其中输入套（2）与高速传动套（3）之间直接动力连接或者经第一减速机构（7）动力连接，高速传动套（3）与低速传动套（4）之间经第二减速机构（8）和离合机构（9）动力连接，当所述离合机构（9）分离时，输出套（5）与低速传动套（4）动力连接，当所述离合机构（9）结合时，输出套（5）与高速传动套（3）动力连接，所述输出套（5）上套装有输出部件（10），所述固定轴（1）一端设有用于驱动输入套（2）转动的电机（6）；

所述离合机构（9）包括内摩擦部件（9a）和外摩擦盘（9b），内摩擦部件（9a）固定安装在高速传动套（3）的端部，外摩擦盘（9b）的内圈至少部分能够与内摩擦部件（9a）以锥面形式摩擦结合，外摩擦盘（9b）的内圈至少部分与低速传动套（4）以花键形式连接，外摩擦盘（9b）的外圈与输出套（5）之间通过螺旋滚珠结构连接，使外摩擦盘（9b）既能随输出套（5）同步转动，又能相对输出套（5）轴向移动，所述外摩擦盘（9b）一端设有弹性元件（9c），施加使外摩擦盘（9b）与内摩擦部件（9a）摩擦结合的力；

所述低速传动套（4）包括内凹段（4a）和外凸段（4b），两者相互靠近的一端分别设有弧形内凹结构（4a1）和弧形外凸结构（4b1），弧形内凹结构（4a1）与弧形外凸结构（4b1）相互作用，以凸轮副的形式驱动外摩擦盘（9b）克服弹性元件（9c）的阻力移动；

所述离合机构（9）还包括超越离合器（9d），超越离合器（9d）的内圈与内凹段（4a）连接，外圈与高速传动套（3）之间连接有所述第二减速机构（8）。

2.根据权利要求1所述的同轴多层多级式自适应两档变速系统，其特征在于：所述第二减速机构（8）包括第一减速轴（8a），以及套装在第一减速轴（8a）两端的第一齿轮（8b）和第二齿轮（8c），其中第二齿轮（8c）与超越离合器（9d）的外圈啮合，所述高速传动套（3）上固套有与第一齿轮（8b）啮合的第三齿轮（9e）。

3.根据权利要求2所述的同轴多层多级式自适应两档变速系统，其特征在于：所述输出套（5）的端部固定连接有支撑套（5a），所述螺旋滚珠结构包括设置在支撑套（5a）内壁上的内螺旋槽（9f），以及设置在外摩擦盘（9b）外侧的外螺旋槽（9g），外螺旋槽（9g）与内螺旋槽（9f）围成的通道内安装有滚珠（9h）。

4.根据权利要求3所述的同轴多层多级式自适应两档变速系统，其特征在于：所述输出套（5）和外凸段（4b）的端部均设有沿径向向外延伸的盘状结构（p）。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的同轴多层多级式自适应两档变速系统，其特征在于：所述电机（6）的转子（6a）为空心结构，转子（6a）的两端分别固定安装有左连接套（6c）和右连接套（6b），所述输入套（2）穿出右连接套（6b），并与右连接套（6b）的内圈固定连接。

6.根据权利要求5所述的同轴多层多级式自适应两档变速系统，其特征在于：所述高速传动套（3）、低速传动套（4）和输出套（5）的右端均穿过左连接套（6c）伸入转子（6a）内。

7.根据权利要求6所述的同轴多层多级式自适应两档变速系统，其特征在于：所述输入套（2）的两端、输出部件（10）的两端、左连接套（6c）的左端、右连接套（6b）的右端均通过轴承（11）支承在变速系统的外壳体上。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的同轴多层多级式自适应两档变速系统，其特征在于：所述第一减速机构（7）包括第二减速轴（7a），以及套装在第二减速轴（7a）两端的第四齿轮（7b）和第五齿轮（7c），所述输入套（2）上设有与第四齿轮（7b）啮合的第六齿轮（7d），高速传动套（3）上设有与第五齿轮（7c）啮合的第七齿轮（7e）。

9.根据权利要求3所述的同轴多层多级式自适应两档变速系统，其特征在于：所述弹性元件（9c）为碟簧，其两端分别抵接在外摩擦盘（9b）和支撑套（5a）上。

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