CN111156301B - 适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统，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，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设有第二减速机构和超越离合器，与输出套之间设有凸轮离合系统，低速传动套与输出套连接，输出套上固定安装有轮毂，固定轴一端设有用于驱动输入套转动的电机；在低速传动时，凸轮离合系统中断动力，超越离合器传递动力，在高速传动时，凸轮离合系统传递动力，超越离合器中断动力。本发明的有益效果是：变速系统能够根据负载自动换挡，且结构紧凑，车辆的操控性和安全性高。

Description

适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统

技术领域

本发明属于涉及一种变速机构，具体涉及一种适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统。

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，国内市场近年来又出现了一种AAT变速器，即一种智能化的自动变速器，诸如公开号为：CN105151216A的一篇国内专利申请，该款自动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，整体受力的平衡性差等。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统，电动两轮车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：

一种适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统，包括固定轴，其关键在于：所述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，所述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，所述高速传动套与低速传动套之间设有第二减速机构和超越离合器，与输出套之间设有凸轮离合系统，所述低速传动套与输出套连接，输出套上固定安装有轮毂，所述固定轴一端设有用于驱动输入套转动的电机；在低速传动时，所述凸轮离合系统中断动力，超越离合器传递动力，在高速传动时，所述凸轮离合系统传递动力，超越离合器中断动力。

采用上述结构，在电动车低速行驶或者起步时，凸轮离合系统处于分离状态，超越离合器传递动力，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、超越离合器带动低速传动套转动，低速传动套又带动输出套转动，输出套则直接带动轮毂转动，即电动车进行低速行驶或完成起步；在电动车高速行驶时，凸轮离合系统处于结合状态，超越离合器中断动力的传递，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，高速传动套经凸轮离合系统带动输出套转动，输出套则直接带动轮毂转动，即电动车进行高速行驶。固定轴、输入套、高速传动套、低速传动套、输出套、超越离合器、凸轮离合系统以及电机采用同轴多层多级式结构布置，使得电动车的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轮毂的左右两侧，使得车辆受力更加均衡，提升了车辆的操控性和安全性。

作为优选：所述超越离合器包括外圈，以及沿轴向并排设置在外圈内部的至少两个内圈，各个内圈的外壁与外圈的内壁之间均设有滚动体。采用上述结构，外圈内部设置多个内圈，成倍地提高了超越离合器承受载荷的能力，突破了传统超越离合器的承载极限，有效地提升了产品可靠性和使用寿命。

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，其中第二齿轮与所述外圈啮合，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：所述凸轮离合系统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。采用上述结构，在电动车低速传动或起步时，轮毂所承受的负载较大，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。在电动车起步过程中或者速度提升的过程中，轮毂的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，即凸轮离合系统结合，此时又由于超越离合器的内圈速度大于外圈速度，超越离合器中断动力传递，变速系统的动力则按照高速传动路线进行传递。

作为优选：所述内圈一体成型在内凹段的外壁上。采用上述结构，强度高，结构更加紧凑。

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路径一致，且两者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：所述滚动体由沿内圈周向依次交替设置的粗滚动体和细滚动体组成。采用上述结构，粗滚动体起到啮合作用，细滚动体起到排序作用，使各个细滚动体能够实现随动，提高了超越离合器的可靠性，增加了使用寿命；同时，各个内圈周围的粗滚动体和细滚动体相互独立，各自随动，互不干涉，各自自适应，进一步提高了整体的可靠性。

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。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明提供的适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统，电动两轮车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轮毂的左右两侧，使得车辆受力更加均衡，提升了车辆的操控性和安全性。同时，超越离合器的结构新颖，设计巧妙，内圈及相应滚动体的数量能够根据实际需要进行自由选择，甚至无限增加，成倍地提高了超越离合器承受载荷的能力，突破了传统超越离合器的承载极限；由于内圈和滚动体的长度较短，受力均匀，使用过程中可靠性高，难以发生滚动体断裂的的情况，同时，对生产加工的精度要求低，易于制造，装配简单，材料要求低，普通轴承钢即可，制造成本相对低廉，从而能够以较低的生产成本制造出可靠性极高、能够承受超大载荷的重载超越离合器。

附图说明

图1为智能变速系统安装在两轮车后轮位置的示意图；

图2为智能变速系统的剖视图；

图3为图2中第一减速机构、第二减速机构和超越离合器位置的放大示意图；

图4为图2中反应凸轮离合系统工作原理的放大示意图。

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和2所示，一种适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统，其结构包括固定轴1，该固定轴1的左右两端可以固定安装在变速系统的外壳体12上，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，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之间设有第二减速机构8和超越离合器11，高速传动套3与输出套5之间设有凸轮离合系统9，低速传动套4与输出套5连接，输出套5上固定安装有两轮车轮毂10，所述固定轴1右端设有用于驱动输入套2转动的电机6。

如图4所示，凸轮离合系统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。

由于传统的超越离合器采用一种材质制成，为了兼顾抗扭和耐磨性能，只能折中地进行综合选择，一般是不能满足重载荷、大扭矩的极端使用场景的。为了能够适用于超大载荷的应用场景，现有的超越离合器只能通过延长外圈、内圈和滚动体的方法，以承受更大的载荷。但是，内圈和滚动体并不能无限延长，尤其是最细的滚柱，如果过长，不仅容易出现受力不均的问题，可能造成断裂，而且加工精度难以保证，容易出现啮合不良的情况，导致生产难度巨大，良品率低下，同时对材料的要求极高，生产成本居高不下。所以本实施例采用的超越离合器由多个并排设置的内圈11a组成，其具体装配结构如下所述：

请参图3，两个内圈11a沿轴向并排设置在外圈11b内部，两个内圈11a的外壁与外圈11b的内壁之间均设有滚动体，通过在外圈11b内部安装两个内圈11a，成倍地提高了超越离合器承受载荷的能力，突破了传统超越离合器的承载极限，同时内圈11a和滚动体依然保持了原有的较短的长度，受力均匀，使用过程中可靠性高，难以发生滚动体断裂的情况，对生产加工的精度要求也较低，易于制造，装配简单，材料要求低，普通轴承钢即可，制造成本相对低廉，从而能够以较低的生产成本制造出可靠性极高、能够承受超大载荷的超越离合器。

进一步的，上述滚动体由沿内圈11a周向依次交替设置的粗滚动体11c和细滚动体11d组成。粗滚动体11c起到啮合作用，细滚动体11d起到排序作用，使各个细滚动体11d能够实现随动，提高了超越离合器的可靠性，增加了使用寿命；同时，各个内圈周围的粗滚动体11c和细滚动体11d相互独立，各自随动，互不干涉，各自自适应，进一步提高了整体的可靠性。

为进一步提高结构强度，以及使产品结构更加紧凑，内圈11a一体成型在内凹段4a的外壁上。

再如图3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，第二齿轮8c与超越离合器的外圈11b啮合。

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。

再如图2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，在电动车低速行驶或者起步时，轮毂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(即起步或低速行驶时)，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，即凸轮离合系统9处于分离状态，此时变速系统为低速传动(超越离合器11传递动力)，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→外圈11b→内圈11a→内凹段4a→外凸段4b→外摩擦盘9b→支撑套5a→输出套5→轮毂10。

随着轮毂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，即凸轮离合系统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11内圈11a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11外圈11b的转速小于与高速传动套3转速，即内圈11a转速大于外圈11b转速从而完成超越，超越离合器11中断动力传递，此时变速系统为高速传动(凸轮离合系统9传递动力)，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→轮毂10。

如图4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、超越离合器11、凸轮离合系统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、轮毂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c支承在变速系统的外壳体12内。

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 (10)

1.一种适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统，包括固定轴（1），其特征在于：所述固定轴（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），所述输入套（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，所述高速传动套（3）与低速传动套（4）之间设有第二减速机构（8）和超越离合器（11），与输出套（5）之间设有凸轮离合系统（9），所述低速传动套（4）与输出套（5）连接，输出套（5）上固定安装有轮毂（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）；

所述凸轮离合系统（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；

在低速传动时，所述凸轮离合系统（9）中断动力，超越离合器（11）传递动力，在高速传动时，所述凸轮离合系统（9）传递动力，超越离合器（11）中断动力。

2.根据权利要求1所述的适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统，其特征在于：所述超越离合器（11）包括外圈（11b），以及沿轴向并排设置在外圈（11b）内部的至少两个内圈（11a），各个内圈（11a）的外壁与外圈（11b）的内壁之间均设有滚动体。

3.根据权利要求2所述的适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统，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）与所述超越离合器（11）的外圈（11b）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）。

4.根据权利要求3所述的适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统，其特征在于：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。

5.根据权利要求4所述的适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统，其特征在于：所述超越离合器（11）的内圈（11a）一体成型在内凹段（4a）的外壁上。

6.根据权利要求5所述的适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统，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）路径一致，且两者围成的通道内安装有滚珠（9h）。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统，其特征在于：所述滚动体由沿超越离合器（11）的内圈（11a）周向依次交替设置的粗滚动体（11c）和细滚动体（11d）组成。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统，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。

9.根据权利要求8所述的适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统，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。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的适用于电动两轮车的同轴多层多级式智能变速系统，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）。

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