CN115978146A - 一种行星排式副箱传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行星排式副箱传动机构，包括副箱输入轴、第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、输出轴、第一换挡元件、第二换挡元件；第一行星齿轮组为单级行星排，包括第一太阳轮、第一行星架、第一行星轮和第一齿圈；第二行星齿轮组为单级行星排，包括第二太阳轮、第二行星架、第二行星轮和第二齿圈；第一太阳轮与副箱输入轴固定连接，第一齿圈与第二太阳轮固定连接，第二行星架与输出轴相连，第一行星架与第一换挡元件相连，第二齿圈与第二换挡元件相连。该副箱传动机构的行星排结构相比于多中间轴结构，更为简单，集成度更好，且传递扭矩的能力更强，适合于重载的工况；相比于外啮合齿轮副的轴向尺寸更小，更利于变速器的紧凑化设计。

Description

一种行星排式副箱传动机构

技术领域

本发明属于车辆传动技术领域，具体涉及一种行星排式副箱传动机构。

背景技术

当手动变速器的输入扭矩增大到2000Nm以上时就会出现齿轮传递扭矩的瓶颈，该问题容易出现在手动变速器的副箱部分，因为副箱所需要传递的扭矩经过变速器前端主箱的放大后可以达到6倍之多，常用的解决方法是采用多中间轴结构，因为多中间轴结构可以将齿轮应力按照中间轴数量成比例降低，但扭矩上升到3000Nm后，双中间轴已无法满足齿轮寿命要求，需要采用三中间轴结构，机械布置非常复杂。

同时，手动变速器为了实现倒挡需要在变速器的主箱部分设置专门的倒挡中间轴及二轴上的倒挡齿轮，倒挡中间轴的轴齿会承受非常高的应力，手动变速器因为倒挡齿轮齿面损伤而导致的故障比比皆是。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种行星排式副箱传动机构，包括副箱输入轴3、第一行星齿轮组PG1、第二行星齿轮组PG2、输出轴4、第一换挡元件H1、第二换挡元件H2；第一行星齿轮组PG1为单级行星排，包括第一太阳轮S1、第一行星架PC1、第一行星轮P1和第一齿圈A1；第二行星齿轮组PG2为单级行星排，包括第二太阳轮S2、第二行星架PC2、第二行星轮P2和第二齿圈A2；第一太阳轮S1与副箱输入轴3固定连接，第一齿圈A1与第二太阳轮S2固定连接，第二行星架PC2与输出轴4相连，第一行星架PC1与第一换挡元件H1相连，第二齿圈A2与第二换挡元件H2相连。其中，第一换挡元件H1与第二换挡元件H2的形式可以是滑套形式，也可以为摩擦片形式，本发明不作明确要求，可以实现换挡功能即可。

进一步，所述第一换挡元件H1具有三种位置状态：左位、右位、中间位置，当其处于左位时，第一行星架PC1与变速器壳体相连接，即其转速为0；当其处于右位时，第一行星架PC1与第一齿圈A1相连；当其处于中间位置时，第一行星架PC1的转速不受变速器壳体与第一齿圈A1的转速限制；需要注意的是，上述换挡元件的三种位置状态左位、中间位置、右位仅用来描述换挡元件的三种工作状态不作为换挡元件实际空间位置的限制；

所述第二换挡元件H2具有三种位置状态：左位、右位、中间位置，当其处于右位时，第二齿圈A2与变速器壳体相连接，即其转速为0；当其处于左位时，第二行星架PC2与第二齿圈A2相连；当其处于中间位置时，第二行星架PC2的转速不受变速器壳体与第二齿圈A2的转速限制。需要注意的是，上述换挡元件的三种位置状态左位、中间位置、右位仅用来描述换挡元件的三种工作状态不作为换挡元件实际空间位置的限制。

进一步，通过第一换挡元件H1和第二换挡元件H2的位置组合，所述副箱传动机构可以实现四个挡位，包括两个前进挡及两个倒挡。

进一步，前进一挡时，第一换挡元件（H1）处于右位，第一行星架（PC1）与第一齿圈（A1）相连，第二换挡元件（H2）处于右位，第二齿圈（A2）与变速器壳体相连接，副箱的速比为，其中为第二行星齿轮组（PG2）的固定传动比；

前进二挡时，第一换挡元件（H1）处于右位，第一行星架（PC1）与第一齿圈（A1）相连，第二换挡元件（H2）处于左位，第二行星架（PC2）与第二齿圈（A2）相连，副箱的速比为1；

倒退一挡时，第一换挡元件（H1）处于左位，第一行星架（PC1）与变速器壳体相连接，第二换挡元件（H2）处于右位，第二齿圈（A2）与变速器壳体相连接，副箱的速比为，其中为第一行星齿轮组（PG1）的固定传动比；

倒退二挡时，第一换挡元件（H1）处于左位，第一行星架（PC1）与变速器壳体相连接，第二换挡元件（H2）处于左位，第二行星架（PC2）与第二齿圈（A2）相连，副箱的速比为。

本发明还提供了一种手动变速器，包括一轴1、二轴2、主箱6、副箱7，所述副箱7包含上述行星排式副箱传动机构；一轴1为主箱6的输入轴，一轴1的动力经过主箱6的变速后，经过二轴2进行输出；副箱输入轴3与二轴2固定连接，接收来自二轴2的转速和扭矩；输出轴4作为手动变速器的输出轴进行变速后的动力输出。

进一步，所述主箱6和副箱7之间设置壳体支撑件。

本发明的优点在于：

（1）行星排结构相比于多中间轴结构，在机械结构上更为简单，集成度更好，且传递扭矩的能力更强，适合于重载的工况。行星排结构相比于外啮合齿轮副的轴向尺寸更小，更利于变速器的紧凑化设计。

（2）相比于传统的手动变速器，省去了二轴上的倒挡齿轮、主箱部分的倒挡中间齿轮轴及轴承，并省去了倒挡拨叉，将倒挡的功能集成于副箱部分，避免传统设计中倒挡齿轮和倒挡中间齿轮轴齿面应力过大的设计缺陷。

（3）因为去除了二轴的倒挡齿轮，所以可较大程度的减小主箱的轴向空间；同时因为省去了倒挡中间齿轮轴，可在径向省去倒挡中间齿轮轴的空间及减少该部分的加工。

附图说明

图1是本发明的手动变速器的结构示意图。

图中附图标记：1一轴；2二轴；3副箱输入轴；4输出轴；5手动变速器；6主箱；7副箱；8壳体支撑件；PG1第一行星齿轮组；PG2第二行星齿轮组；S1第一太阳轮；PC1第一行星架；A1第一齿圈；S2第二太阳轮；PC2第二行星架；A2第二齿圈；H1第一换挡元件；H2第二换挡元件。

具体实施方式

下面结合附图对发明内容进行说明，手动变速器5的结构如图1所示，包括主箱6和副箱7。变速器的主箱6可以为多中间轴的外啮合齿轮结构，也可以为行星排结构，其动力来源一轴1，一轴1的动力经过主箱的变速后，动力经过二轴2进行输出。

变速器的副箱7的副箱输入轴为3，其与二轴2通过花键或其他方法连接，使副箱输入轴3能够接收来自二轴2的转速和扭矩，副箱7的输出轴为4，该轴也为整个变速器的输出轴。

变速器的副箱7包含第一行星齿轮组PG1和第二行星齿轮组PG2，第一行星齿轮组PG1为单级行星排，包括第一太阳轮S1、第一行星架PC1、第一行星轮P1和第一齿圈A1；第二行星齿轮组PG2为单级行星排，包括第二太阳轮S2、第二行星架PC2、第二行星轮P2和第二齿圈A2；包含两个换挡元件H1与H2，H1与H2的形式可以是滑套形式，也可以为摩擦片形式，本发明不作明确要求，可以实现换挡功能即可。第一行星齿轮组PG1的第一太阳轮S1与副箱输入轴3固定连接，第一齿圈A1与第二行星齿轮组PG2的第二太阳轮S2固定连接，第二行星齿轮组PG2的第二行星架PC2与输出轴4相连，第一行星架PC1与第一换挡元件H1相连，第二齿圈A2与第二换挡元件H2相连。

第一换挡元件H1具有三种位置状态，当其处于左位时，第一行星架PC1与变速器壳体相连接，即其转速为0；当其处于右位时，第一行星架PC1与第一齿圈A1相连；当其处于中间位置时，第一行星架PC1的转速不受变速器壳体与第一齿圈A1的转速限制。需要注意的是，上述换挡元件的三种位置状态左位、中间位置、右位仅用来描述换挡元件的三种工作状态不作为换挡元件实际空间位置的限制。

第二换挡元件H2具有三种位置状态，当其处于右位时，第二齿圈A2与变速器壳体相连接，即其转速为0；当其处于左位时，第二行星架PC2与第二齿圈A2相连；当其处于中间位置时，第二行星架PC2的转速不受变速器壳体与第二齿圈A2的转速限制。需要注意的是，上述换挡元件的三种位置状态左位、中间位置、右位仅用来描述换挡元件的三种工作状态不作为换挡元件实际空间位置的限制。

在常规的设计中，主箱6与副箱7之间存在壳体支撑件8，该部分可以为变速器主箱部分和副箱部分提供更好的支撑，但本发明并未限制壳体支撑件8存在的必要性，在本发明中，壳体支撑件8的存在与否都可以。

本发明的副箱结构可以实现四个挡位，两个前进挡及两个倒挡。实现方式如下：

首先定义第一行星齿轮组PG1和第二行星齿轮组PG2的固定传动比分别为和，固定传动比的定义为行星齿轮组中太阳轮的转速与齿圈的转速之比：

其中，为行星齿轮组的固定传动比；为行星齿轮组中太阳轮的转速；为行星齿轮组中齿圈的转速。

一、前进一挡时，第一换挡元件H1处于右位，第一行星架PC1与第一齿圈A1相连，根据行星排的基本公式

其中，为行星齿轮组中行星架的转速。

可得，第一太阳轮S1、第一行星架PC1与第一齿圈A1的转速相同，假设副箱输入轴3的转速为，则

第二换挡元件H2处于右位，第二齿圈A2与变速器壳体相连接，即其转速为0，根据行星排的基本公式可得第二行星架PC2的转速为

即输出轴4的转速为

即前进一挡时，副箱的速比为。

二、前进二挡时，第一换挡元件H1处于右位，第一行星架PC1与第一齿圈A1相连，根据行星排的基本公式可得，第一太阳轮S1、第一行星架PC1与第一齿圈A1的转速相同，假设副箱输入轴3的转速为，则

第二换挡元件H2处于左位，第二行星架PC2与第二齿圈A2相连，根据行星排的基本公式可得第二行星架PC2的转速为

即输出轴4的转速为

即前进二挡时，副箱的速比为1。

三、倒退一挡时，第一换挡元件H1处于左位，第一行星架PC1与变速器壳体相连接，即其转速为0，假设副箱输入轴3的转速为，根据行星排的基本公式可得

第二换挡元件H2处于右位，第二齿圈A2与变速器壳体相连接，即其转速为0，根据行星排的基本公式可得第二行星架PC2的转速为

即输出轴4的转速为

即倒退一挡时，副箱的速比为。

四、倒退二挡时，第一换挡元件H1处于左位，第一行星架PC1与变速器壳体相连接，即其转速为0，假设副箱输入轴3的转速为，根据行星排的基本公式可得

第二换挡元件H2处于左位，第二行星架PC2与第二齿圈A2相连，根据行星排的基本公式可得第二行星架PC2的转速为

即输出轴4的转速为

即倒退二挡时，副箱的速比为。

综上，通过调节和的大小可以调节副箱各挡位的速比。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种行星排式副箱传动机构，其特征在于，包括副箱输入轴（3）、第一行星齿轮组（PG1）、第二行星齿轮组（PG2）、输出轴（4）、第一换挡元件（H1）、第二换挡元件（H2）；第一行星齿轮组（PG1）为单级行星排，包括第一太阳轮（S1）、第一行星架（PC1）、第一行星轮（P1）和第一齿圈（A1）；第二行星齿轮组（PG2）为单级行星排，包括第二太阳轮（S2）、第二行星架（PC2）、第二行星轮（P2）和第二齿圈（A2）；第一太阳轮（S1）与副箱输入轴（3）固定连接，第一齿圈（A1）与第二太阳轮（S2）固定连接，第二行星架（PC2）与输出轴（4）相连，第一行星架（PC1）与第一换挡元件（H1）相连，第二齿圈（A2）与第二换挡元件（H2）相连。

2.根据权利要求1所述的行星排式副箱传动机构，其特征在于，所述第一换挡元件（H1）具有三种位置状态：左位、右位、中间位置，当其处于左位时，第一行星架（PC1）与变速器壳体相连接，即其转速为0；当其处于右位时，第一行星架（PC1）与第一齿圈（A1）相连；当其处于中间位置时，第一行星架（PC1）的转速不受变速器壳体与第一齿圈（A1）的转速限制；

所述第二换挡元件（H2）具有三种位置状态：左位、右位、中间位置，当其处于右位时，第二齿圈（A2）与变速器壳体相连接，即其转速为0；当其处于左位时，第二行星架（PC2）与第二齿圈（A2）相连；当其处于中间位置时，第二行星架（PC2）的转速不受变速器壳体与第二齿圈（A2）的转速限制。

3.根据权利要求2所述的行星排式副箱传动机构，其特征在于，通过第一换挡元件（H1）和第二换挡元件（H2）的位置组合，所述副箱传动机构可以实现四个挡位，包括两个前进挡及两个倒挡。

4.根据权利要求3所述的行星排式副箱传动机构，其特征在于，前进一挡时，第一换挡元件（H1）处于右位，第一行星架（PC1）与第一齿圈（A1）相连，第二换挡元件（H2）处于右位，第二齿圈（A2）与变速器壳体相连接，副箱的速比为，其中为第二行星齿轮组（PG2）的固定传动比；

前进二挡时，第一换挡元件（H1）处于右位，第一行星架（PC1）与第一齿圈（A1）相连，第二换挡元件（H2）处于左位，第二行星架（PC2）与第二齿圈（A2）相连，副箱的速比为1；

倒退一挡时，第一换挡元件（H1）处于左位，第一行星架（PC1）与变速器壳体相连接，第二换挡元件（H2）处于右位，第二齿圈（A2）与变速器壳体相连接，副箱的速比为，其中为第一行星齿轮组（PG1）的固定传动比；

倒退二挡时，第一换挡元件（H1）处于左位，第一行星架（PC1）与变速器壳体相连接，第二换挡元件（H2）处于左位，第二行星架（PC2）与第二齿圈（A2）相连，副箱的速比为。

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