CN115366673B - 一种用于新能源汽车的齿轮轴装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于新能源汽车的齿轮轴装置，属于新能源汽车的齿轮轴传动技术领域。它包括设备外壳，齿轮轴，输出主轴，转动装设在齿轮轴上且内部设有锥形齿的锥形内齿圈，固定装设在输出主轴上的连接件A，装设在连接件A上的柔性行星架，若干个转动装设在柔性行星架上、其一侧与主动锥齿轮外啮合、另一侧与锥形内齿圈内啮合的移动惰轮，与锥形内齿圈固定相连且同轴线装设的蜗轮A，驱动齿轮轴转动的电机A，驱动蜗轮A转动的动力组件B，以及驱动柔性行星架发生变形的动力组件C。本发明是一种能够在无动力间断的条件下实现无级变速、且具有双动力输入耦合增速增矩输出、可用于新能源汽车的齿轮轴装置。

Description

一种用于新能源汽车的齿轮轴装置

技术领域

本发明主要涉及新能源汽车的齿轮轴传动技术领域，特指一种用于新能源汽车的齿轮轴装置。

背景技术

新能源电动汽车在运行过程中可以实现零污染，且运行过程中的噪音和振动水平远低于传统的内燃机，因此新能源汽车替代传统内燃机汽车已经成为一种必然的发展趋势。现有的新能源汽车的驱动系统架构主要是采用单电机变速的多挡化技术方案，现有技术虽然可以实现车辆行驶过程中的变速功能，但仍存在如下缺陷：换挡过程中存在冲击、顿挫感和短暂的动力中断；车辆在最高车速行驶时以及大坡度爬坡过程中表现出明显的动力不足。

发明内容

本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够在无动力间断的条件下实现无级变速、且具有双动力输入耦合增速增矩输出、可用于新能源汽车的齿轮轴装置。

为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种用于新能源汽车的齿轮轴装置，包括设备外壳，转动装设于所述设备外壳内部、由光轴和主动锥齿轮固定连接组成的齿轮轴，以及一端与所述齿轮轴同轴线转动连接、另一端转动装设在所述设备外壳上并延伸在外的输出主轴，还包括：转动装设在所述齿轮轴上的锥形内齿圈，固定装设在所述输出主轴上的连接件A，装设在所述连接件A上的柔性行星架，若干个转动装设在所述柔性行星架上、其一侧与所述主动锥齿轮外啮合、另一侧与所述锥形内齿圈内啮合的移动惰轮，与所述锥形内齿圈固定相连且同轴线装设的蜗轮A，驱动所述齿轮轴转动的电机A，驱动所述蜗轮A转动的动力组件B，以及驱动所述柔性行星架发生变形的动力组件C。

所述移动惰轮由锥齿轮A、惰轮本体和锥齿轮B组成，所述锥齿轮A和锥齿轮B轴向固定在所述惰轮本体的两侧。

所述柔性行星架发生变形时，所述移动惰轮沿所述主动锥齿轮的母线滑动，且所述锥齿轮A和锥齿轮B分别与所述锥形内齿圈和主动锥齿轮保持啮合传动。

进一步地，所述柔性行星架包括：固定装设在所述连接件A上且与所述主动锥齿轮母线平行的导向杆，滑动装设在所述导向杆上的滑移套筒，平行于所述齿轮轴装设且一端与所述滑移套筒固定相连、另一端与所述移动惰轮转动相连的水平动杆，非接触式可转动套装于所述齿轮轴上的调速套筒，两端分别与所述调速套筒和滑移套筒铰接相连的调速连杆，以及转动且不滑动装设在所述调速套筒上的异形蜗轮；所述调速套筒在所述动力组件C的驱动下可以沿所述齿轮轴的轴向平动。

进一步地，本发明还包括定位套筒和定位弹簧；所述定位套筒转动且不滑动装设于所述齿轮轴上，所述定位弹簧的两端分别与所述定位套筒和调速套筒固定相连。

进一步地，所述动力组件C包括：位于所述设备外壳内部、采用支架平行于所述齿轮轴转动装设的蜗杆B，以及固定装设在所述支架上且其输出端与所述蜗杆B一端传动连接的电机C；所述蜗杆B与异形蜗轮相配合传动，且使得所述蜗杆B转动时，所述异形蜗轮可以带动所述调速套筒沿所述齿轮轴的轴向平动。

进一步地，所述异形蜗轮由圆柱体、环向齿和环向槽组成；所述环向槽沿所述圆柱体的圆周侧面开设，所述环向齿位于所述环向槽的两侧，且分别位于所述蜗杆B的螺旋型的齿槽中。

进一步地，本发明还包括与所述连接件A固定相连的连接件B；所述连接件B上开设有允许所述定位套筒穿过的套筒通孔和允许所述水平动杆穿过的动杆滑槽。

进一步地，所述动力组件B包括：位于所述设备外壳内部且垂直于所述齿轮轴转动装设的蜗杆A，以及固定装设在所述设备外壳上、其输出端与所述蜗杆A传动相连的电机B。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明的一种用于新能源汽车的齿轮轴装置设有驱动输出主轴输出动力的柔性行星架，且柔性行星架在转动的过程中可以实现变形，从而使得输出主轴在动力不中断的情况下实现无级变速；此外，本发明还设有驱动齿轮轴转动的电机A和驱动蜗轮A转动的动力组件B，从而使得车辆在高速行驶时或者爬坡过程中实现双动力叠加输入，进而实现输出主轴的增速增矩效果，从而克服了上述过程中的动力不足问题。由此可知，本发明是一种结构合理、能够在无动力间断的条件下实现无级变速、且具有双动力输入耦合增速增矩输出、可用于新能源汽车的齿轮轴装置。

附图说明

图1是本发明的一种用于新能源汽车的齿轮轴装置的主视图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1中的A-A剖面图。

图4是图1中I部分的局部放大图。

图5是图2中II部分的局部放大图。

图6是本发明中异形蜗轮的结构原理示意图。

图7是本发明中移动惰轮的结构原理示意图。

图中，1—设备外壳；10—支架；20—电机A； 21—光轴；22—主动锥齿轮；23—锥形内齿圈；3—输出主轴；31—连接件A；4—移动惰轮；401—锥齿轮A；402—惰轮本体；403—锥齿轮B； 41—导向杆；42—滑移套筒；43—水平动杆；44—调速连杆；45—调速套筒；46—异形蜗轮；460—圆柱体；461—环向齿；462—环向槽；51—蜗轮A；52—蜗杆A；53—电机B；61—蜗杆B；62—电机C；7—连接件B；71—套筒通孔；72—动杆滑槽；81—定位套筒；82—定位弹簧。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1和图2，本发明的一种用于新能源汽车的齿轮轴装置，它包括设备外壳1，转动装设于设备外壳1内部、由光轴21和主动锥齿轮22固定连接组成的齿轮轴，一端与齿轮轴同轴线转动连接、另一端转动装设在设备外壳1上并延伸在外的输出主轴3，转动装设在齿轮轴上且内部设有直齿的锥形内齿圈23，固定装设在输出主轴3上的连接件A31，装设在连接件A31上的柔性行星架，若干个转动装设在柔性行星架上、其一侧与主动锥齿轮22外啮合、另一侧与锥形内齿圈23内啮合的移动惰轮4，与锥形内齿圈23固定相连且同轴线装设的蜗轮A51，驱动齿轮轴转动的电机A20，驱动蜗轮A51转动的动力组件B，以及驱动柔性行星架发生变形的动力组件C。具体实施时，齿轮轴的一端采用一个滚动轴承装设在设备外壳1上，另一端采用另一个滚动轴承装设在输出主轴3的空腔内部；输出主轴3的中部采用一个滚动轴承装设在设备外壳1上，从而使得输出主轴3的一端延伸到设备外壳1的外部与负载相连；光轴21和主动锥齿轮22采用高强度合金一体化铸造成型；锥形内齿圈23的内侧面母线平行于主动锥齿轮22的外侧面母线，从而使得移动惰轮4沿平行于主动锥齿轮22母线方向平动时可以始终与主动锥齿轮22外啮合传动，且同时与锥形内齿圈23内啮合传动；若干个移动惰轮4关于主动锥齿轮22轴对称分布，以增加柔性行星架转动的平衡性。电机A20驱动齿轮轴正向转动，进而通过齿轮轴上的主动锥齿轮22带动移动惰轮4沿锥形内齿圈23的内侧面滚动，与移动惰轮4相连的柔性行星架带动连接件A31转动，进而带动输出主轴3正向减速转动；动力组件B驱动蜗轮A51正向转动，进而带动锥形内齿圈23正向转动，从而驱动移动惰轮4沿主动锥齿轮22外侧面滚动，与移动惰轮4相连的柔性行星架通过连接件A31带动输出主轴3正向减速转动。正常情况下，动力组件B不工作，即锥形内齿圈23静止不动；当输出主轴3的动力不足时才启动动力组件B。

参见图1和图7，移动惰轮4由锥齿轮A401、惰轮本体402和锥齿轮B403组成，锥齿轮A401和锥齿轮B403轴向固定在惰轮本体402的两侧；移动惰轮4采用铸造工艺整体制作，可以提高啮合传动的精度。柔性行星架发生变形时，移动惰轮4沿主动锥齿轮22的母线滑动，且锥齿轮A401和锥齿轮B403分别与锥形内齿圈23和主动锥齿轮22保持啮合传动。动力组件C驱动柔性行星架向着齿轮轴的方向变形时，移动惰轮4由主动锥齿轮22的大直径啮合齿向小直径啮合齿方向滑动，尽管与移动惰轮4啮合的锥形内齿圈23和主动锥齿轮22的啮合圆半径都在减小，但由于锥形内齿圈23的啮合圆半径始终大于主动锥齿轮22的啮合圆半径，从而使得锥形内齿圈23的啮合圆半径与主动锥齿轮22的啮合圆半径之比逐渐增加，即主动锥齿轮22与柔性行星架之间的传动比增加，即输出主轴3的转速减小；动力组件C驱动柔性行星架向着背离齿轮轴的方向变形时，移动惰轮4由主动锥齿轮22的小直径啮合齿向大直径啮合齿方向滑动，主动锥齿轮22与柔性行星架之间的传动比减小，即输出主轴3的转速增加。

参见图1和图4，作为优选地，柔性行星架包括：固定装设在连接件A31上且与主动锥齿轮22母线平行的导向杆41，滑动装设在导向杆41上的滑移套筒42，平行于齿轮轴装设且一端与滑移套筒42固定相连、另一端与移动惰轮4转动相连的水平动杆43，非接触式可转动套装于齿轮轴上的调速套筒45，两端分别与调速套筒45和滑移套筒42铰接相连的调速连杆44，以及转动且不滑动装设在调速套筒45上的异形蜗轮46；调速套筒45在动力组件C的驱动下可以沿齿轮轴的轴向平动。

调速套筒45向左平动时，滑移套筒42沿导向杆41向着主动锥齿轮22的方向运动，移动惰轮4由主动锥齿轮22的大直径啮合齿向小直径啮合齿方向滑动；调速套筒45向右平动时，滑移套筒42沿导向杆41向着背离主动锥齿轮22的方向运动，移动惰轮4由主动锥齿轮22的小直径啮合齿向大直径啮合齿方向滑动。

参见图1和图5，作为优选地，本发明还包括定位套筒81和定位弹簧82；定位套筒81转动且不滑动装设于齿轮轴上，定位弹簧82的两端分别与定位套筒81和调速套筒45固定相连。定位弹簧82用于锁紧调速套筒45的水平位置，从而消除移动惰轮4与锥形内齿圈23和主动锥齿轮22之间的啮合冲击。

参见图2和图5，作为优选地，动力组件C包括：位于设备外壳1内部、采用支架10平行于齿轮轴转动装设的蜗杆B61，以及固定装设在支架10上且其输出端与蜗杆B61一端传动连接的电机C62；蜗杆B61与异形蜗轮46相配合传动，且使得蜗杆B61转动时，异形蜗轮46可以带动调速套筒45沿齿轮轴的轴向平动。支架10装设在设备外壳1内部且与设备外壳1的后侧板固定相连，蜗杆B61穿过开设于连接件B7上的套筒通孔71。

参见图6，作为优选地，异形蜗轮46由圆柱体460、环向齿461和环向槽462组成；环向槽462沿圆柱体460的圆周侧面开设，环向齿461位于环向槽462的两侧，且分别位于蜗杆B61的螺旋型的齿槽中。

参见图1和图3，作为优选地，本发明还包括与连接件A31固定相连的连接件B7；连接件B7上开设有允许定位套筒81及蜗杆B61穿过的套筒通孔71和允许水平动杆43穿过的动杆滑槽72。具体实施时，连接件B7为开口向右的U型套筒，套筒通孔71开设于U型套筒底面的正中心，动杆滑槽72沿径向开设于U型套筒底面，从而增加水平动杆43平动时的稳定性，即提高柔性行星架的变形稳定性。

作为优选地，动力组件B包括：位于设备外壳1内部且垂直于齿轮轴转动装设的蜗杆A52，以及固定装设在设备外壳1上其输出端与蜗杆A52传动相连的电机B53。具体实施时，蜗杆A52的两端采用两个滚动轴承转动装设在设备外壳1的前后两侧板上。

本发明实施无动力中断调速的工作原理：电机A20带动齿轮轴转动时，柔性行星架与输出主轴3同时转动，当需要将输出主轴3的速度调小时，电机C62驱动蜗杆B61正向转动，进而驱动异形蜗轮46相对于主动锥齿轮22向左平动，异形蜗轮46通过调速套筒45拉动调速连杆44，从而使得滑移套筒42沿导向杆41向着主动锥齿轮22的方向滑动，移动惰轮4由主动锥齿轮22的大直径啮合齿向小直径啮合齿方向滑动，主动锥齿轮22与柔性行星架之间的传动比增加，即输出主轴3的转速减小；当需要将输出主轴3的速度调大时，电机C62驱动蜗杆B61反向转动，滑移套筒42沿导向杆41向着背离主动锥齿轮22的方向滑动，移动惰轮4由主动锥齿轮22的小直径啮合齿向大直径啮合齿方向滑动，输出主轴3的转速增大。上述过程中虽然调速套筒45在转动，但由于异形蜗轮46转动装设在调速套筒45上，从而使得异形蜗轮46只发生平动，从而实现了柔性行星架在转动过程中的调速操作，即本发明实现了无动力中断的输出主轴3的调速操作。

本发明双动力叠加的工作原理：规定图1中，从输出主轴3向齿轮轴的方向观察，逆时针方向的转动为正向转动，顺时针方向的转动为反向转动。电机A20驱动齿轮轴中的主动锥齿轮22正向转动，与主动锥齿轮22外啮合的移动惰轮4反向转动，即移动惰轮4沿静止的锥形内齿圈23顺时针方向滚动，从而使得柔性行星架正向减速转动，输出主轴3正向转动；当遇到最高车速或最大爬坡的动力性能不足的情况时，电机B53启动，使得蜗轮A51正向转动，锥形内齿圈23正向转动，与锥形内齿圈23内啮合的移动惰轮4正向转动，即移动惰轮4沿主动锥齿轮22逆时针方向滚动，从而使得柔性行星架正向减速转动；上述分析柔性行星架转动方向时采用了运动叠加原理，即认为主动锥齿轮22正向转动时，锥形内齿圈23暂时静止，锥形内齿圈23正向转动时，主动锥齿轮22暂时静止。实际上，由于锥形内齿圈23和主动锥齿轮22同时在正向转动，因此柔性行星架的实际转动将是上述两者情况的叠加，即锥形内齿圈23和主动锥齿轮22的转动将使得柔性行星架具有增速增扭矩的技术效果，因此本发明实现了输出主轴3的双动力叠加输出。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应该属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于新能源汽车的齿轮轴装置，包括设备外壳（1），转动装设于所述设备外壳（1）内部、由光轴（21）和主动锥齿轮（22）固定连接组成的齿轮轴，以及一端与所述齿轮轴同轴线转动连接、另一端转动装设在所述设备外壳（1）上并延伸在外的输出主轴（3），其特征在于，还包括：

转动装设在所述齿轮轴上的锥形内齿圈（23），固定装设在所述输出主轴（3）上的连接件A（31），装设在所述连接件A（31）上的柔性行星架，若干个转动装设在所述柔性行星架上、其一侧与所述主动锥齿轮（22）外啮合、另一侧与所述锥形内齿圈（23）内啮合的移动惰轮（4），与所述锥形内齿圈（23）固定相连且同轴线装设的蜗轮A（51），驱动所述齿轮轴转动的电机A（20），驱动所述蜗轮A（51）转动的动力组件B，以及驱动所述柔性行星架发生变形的动力组件C；

所述移动惰轮（4）由锥齿轮A（401）、惰轮本体（402）和锥齿轮B（403）组成，所述锥齿轮A（401）和锥齿轮B（403）轴向固定在所述惰轮本体（402）的两侧；

所述柔性行星架发生变形时，所述移动惰轮（4）沿所述主动锥齿轮（22）的母线滑动，且所述锥齿轮A（401）和锥齿轮B（403）分别与所述锥形内齿圈（23）和主动锥齿轮（22）保持啮合传动；

所述柔性行星架包括：固定装设在所述连接件A（31）上且与所述主动锥齿轮（22）母线平行的导向杆（41），滑动装设在所述导向杆（41）上的滑移套筒（42），平行于所述齿轮轴装设且一端与所述滑移套筒（42）固定相连、另一端与所述移动惰轮（4）转动相连的水平动杆（43），非接触式可转动套装于所述齿轮轴上的调速套筒（45），两端分别与所述调速套筒（45）和滑移套筒（42）铰接相连的调速连杆（44），以及转动且不滑动装设在所述调速套筒（45）上的异形蜗轮（46）；所述调速套筒（45）在所述动力组件C的驱动下可以沿所述齿轮轴的轴向平动；

所述动力组件C包括：位于所述设备外壳（1）内部、采用支架（10）平行于所述齿轮轴转动装设的蜗杆B（61），以及固定装设在所述支架（10）上且其输出端与所述蜗杆B（61）一端传动连接的电机C（62）；所述蜗杆B（61）与异形蜗轮（46）相配合传动，且使得所述蜗杆B（61）转动时，所述异形蜗轮（46）可以带动所述调速套筒（45）沿所述齿轮轴的轴向平动；

所述异形蜗轮（46）由圆柱体（460）、环向齿（461）和环向槽（462）组成；所述环向槽（462）沿所述圆柱体（460）的圆周侧面开设，所述环向齿（461）位于所述环向槽（462）的两侧，且分别位于所述蜗杆B（61）的螺旋型的齿槽中。

2.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车的齿轮轴装置，其特征在于，还包括定位套筒（81）和定位弹簧（82）；所述定位套筒（81）转动且不滑动装设于所述齿轮轴上，所述定位弹簧（82）的两端分别与所述定位套筒（81）和调速套筒（45）固定相连。

3.根据权利要求2所述的一种用于新能源汽车的齿轮轴装置，其特征在于，还包括与所述连接件A（31）固定相连的连接件B（7）；所述连接件B（7）上开设有允许所述定位套筒（81）穿过的套筒通孔（71）和允许所述水平动杆（43）穿过的动杆滑槽（72）。

4.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车的齿轮轴装置，其特征在于，所述动力组件B包括：位于所述设备外壳（1）内部且垂直于所述齿轮轴转动装设的蜗杆A（52），以及固定装设在所述设备外壳（1）上、其输出端与所述蜗杆A（52）传动相连的电机B（53）。

Images