CN202251790U - 横置多功能变速器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种横置多功能变速器，其中运转机构包括输入轴、输出轴和差速器；输入轴上相隔地设有各挡齿轮组；输出轴上设有电动机，与输出轴上的三五挡常啮合齿轮、二四挡常啮合齿轮直接相连。本实用新型它使用发动机和电动机作为两种动力输入，实现同一车型两种模式的动力总成，并实现手/自一体的操纵模式；将一个单排辛普森式行星系应用到变速器中，减少齿轮组的数量；整体结构为传统齿轮组、单排辛普森式行星系、电动机的有效布置，使变速器具有不同动力流传递方式和不同动力源输入的多种功能，功率损失降低。本实用新型适用作新能源车辆的横置变速装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种车辆变速装置，具体地说是一种横置多功能变速器。
背景技术
传统手动变速器的动力输入主要以发动机为主，很少使用行星系、很少使用电动机作为变速器的输入动力源；手动变速器不能实现动力连续的自动换挡功能。而在现有混合动力的变速器中，驱动电动机和发动机为独立的两个电动机，驱动电动机布置在输入轴上，在动力传递过程中存在功率损失。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题，是提供一种横置多功能变速器，它使用发动机和电动机做为两种动力输入，实现同一车型两种模式的动力总成，并实现手/自一体的操纵模式；将一个单排辛普森式行星系应用到变速器中，减少齿轮组的数量；整体结构为传统齿轮组、单排辛普森式行星系、电动机的有效布置，实现变速器不同动力流传递方式和不同动力源的输入多种功能变速器，功能损失降低。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：
一种横置多功能变速器，包括运转机构、控制机构，其中：
运转机构包括输入轴、输出轴和差速器；
输入轴上相隔地设有各前进挡主动齿轮，各前进挡从动齿轮分别相应地设于输出轴上；输出轴上设有电动机，与输出轴上的三五挡常啮合齿轮、二四挡常啮合齿轮直接相连。
输出轴上还设有单排辛普森式行星系，所述单排辛普森式行星系的齿圈与设于输出轴上的一挡输出大齿轮、一挡输出小齿轮刚性连接为一体，一挡输出大齿轮、一挡输出小齿轮分别与设置在输入轴上的一挡齿轮组、差速器齿圈常啮合。
以上为本实用新型的基本结构，其突出的特点为单排辛普森式行星系的使用，其太阳轮与输出轴刚性连接，同步运转；其齿圈与一挡大、小齿轮同步运转。当行星系中的太阳轮、行星架及齿圈中之一被固定（即与变速器壳体相对静止）时，剩余的两构件必然分别作为行星系统的动力输入和输出件，可以实现减少齿轮组数量、节省布置空间的目的。电动机既可作为非常规电力驱动工况下变速箱的动力源又可作为发动机驱动（常规动力总成）工况下的发电机。
作为本实用新型上述结构的具体化，它为六挡变速器，有五前进挡一倒挡；
运转机构还包括一挡齿轮组、二四挡齿轮组、三五挡齿轮组、单排辛普森式行星系、输入轴、输出轴和差速器总成；控制机构包括第一离合器与第二离合器、行星架制动器、第二制动器和二四挡同步器、一挡同步器、倒挡同步器。
作为本实用新型的更具体化：
输入轴上的二四挡齿轮组与三五挡齿轮组之间设有二四挡同步器，与相应挡位换挡拨叉控制连接；
输入轴上一挡齿轮组一侧设有一挡同步器，与一挡换挡拨叉控制连接；
倒挡同步器设置于输出轴上，布置于输出轴上的齿轮一侧，与倒挡换挡拨叉控制连接；
三五挡常啮合齿轮与二四挡常啮合齿轮，分别与输入轴上的三五挡齿轮组、二四挡齿轮组常啮合；
三五挡常啮合齿轮、二四挡常啮合齿轮的齿轮毂相接为于一体，总称为齿轮连接毂；第二制动器与行星架制动器的内毂分别与输出轴、行星架相连，制动器制动时，与其内毂相连的构件相对变速器壳体静止（通常称为构件被固定）；
第二离合器起作用时，齿轮连接毂与行星架相连；第一离合器起作用时，齿轮连接毂与行星系齿圈相连。
单排辛普森式行星系包括太阳轮、行星齿轮组、行星架、齿圈，其中：齿圈与一挡输出大齿轮、一挡输出小齿轮联为一体；太阳轮与输出轴刚性连接；
电动机的输出轴与齿轮连接毂（三五挡常啮合齿轮和二四挡常啮合齿轮）直接相连，能够直接将动力传递至齿轮连接毂。
本实用新型工作时：
一、常规动力总成工况下，发动机提供的驱动力传递至输入轴。因此，在常规动力总成工况下，可认为输入轴为该变速器的动力输入部件。各挡位动力传递情况描述如下：
1挡：输出轴被第二制动器制动，即输出轴与制动器（太阳轮、变速器壳体）相对静止。一挡同步器与一挡齿轮组接合，此时，一挡齿轮组与输入轴同角速度运转，通过两对齿轮的常啮合依次将动力传递至一挡输出大齿轮、一挡输出小齿轮、差速器齿圈，最终动力由差速器输出，实现了1挡动力传递；
2挡：输出轴被第二制动器制动，即输出轴与第二制动器（太阳轮、变速器壳体）相对静止。二四挡同步器与二四挡齿轮组接合，此时，二四挡齿轮组与输入轴同角速度运转，并将动力传递至二四挡常啮合齿轮（齿轮连接毂），当第一离合器接合后，齿轮连接毂与一挡输出小齿轮同角速度转动。通过齿轮常啮合动力传递至差速器齿圈，最终动力由差速器输出实现了2挡动力传递；
3挡：输出轴被第二制动器制动，即输出轴与第二制动器（太阳轮、变速器壳体）相对静止。二四挡同步器与三五挡齿轮组接合，此时，三五挡齿轮组与输入轴同角速度运转，并将动力传递至三五挡常啮合齿轮（齿轮连接毂），当第一离合器接合后，齿轮连接毂与一挡输出小齿轮同角速度转动。通过齿轮常啮合动力传递至差速器齿圈，最终动力由差速器输出实现了3挡动力传递；
4挡：输出轴被第二制动器制动，即输出轴与第二制动器（太阳轮、变速器壳体）相对静止。二四挡同步器与二四挡齿轮组接合，此时，二四挡齿轮组与输入轴同角速度运转，并将动力传递至二四挡常啮合齿轮（齿轮连接毂），当第二离合器接合后，齿轮连接毂与行星架同角速度转动。通过行星系齿圈（一挡输出小齿轮）动力传递至差速器齿圈，最终动力由差速器输出实现了4挡动力传递；
5挡：输出轴被第二制动器制动，即输出轴与第二制动器（太阳轮、变速器壳体）相对静止。二四挡同步器与三五挡齿轮组接合，此时，三五挡齿轮组与输入轴同角速度运转，并将动力传递至三五挡常啮合齿轮（齿轮连接毂），当第二离合器接合后，齿轮连接毂与行星架同角速度转动。通过行星系齿圈（一挡输出小齿轮）动力传递至差速器齿圈，最终动力由差速器输出实现了5挡动力传递；
倒挡：单排辛普森式行星系的行星架被行星架制动器制动。二四挡同步器与二四挡齿轮组接合，此时，二四挡齿轮组与输入轴同角速度运转，并将动力传递至其二四挡常啮合齿轮及三五挡常啮合齿轮，当倒挡同步器与三五挡常啮合齿轮接合后，输出轴、太阳轮与三五挡常啮合齿轮同角速度转动。此时动力通过行星系齿圈（一挡输出小齿轮）传递至差速器齿圈，最终动力由差速器输出实现了倒挡动力传递。
二、在2/3/4/5/倒挡工况下，电动机变为发电机，给整车提供电源。
三、在非常规电力驱动工况下，变速器的动力由电动机提供，与其相接的齿轮连接毂可看作此工况下变速器的动力输入部件。
1挡：输出轴被输出轴第二制动器制动，即输出轴与输出轴第二制动器（太阳轮、变速器壳体）相对静止。动力由齿轮连接毂输入，当第一离合器接合后，齿轮连接毂与一挡输出小齿轮同角速度转动。之后通过齿轮常啮合动力传递至差速器齿圈，最终动力由差速器输出，实现了1挡动力传递；
2挡：输出轴被输出轴第二制动器制动，即输出轴与输出轴第二制动器（太阳轮、变速器壳体）相对静止。动力由齿轮连接毂输入，当第二离合器接合后，齿轮连接毂与行星架同角速度转动。通过行星系齿圈（一挡输出小齿轮）动力传递至差速器齿圈，最终动力由差速器输出，实现了2挡动力传递；
倒挡：单排辛普森式行星系的行星架被行星架制动器制动。动力由齿轮连接毂输入，当倒挡同步器与三五挡常啮合齿轮接合后，输出轴、太阳轮与三五挡常啮合齿轮同角速度转动。此时动力通过行星系齿圈（一挡输出小齿轮）传递至差速器齿圈，最终动力由差速器输出，实现了倒挡动力传递。
由于采用了上述的技术方案，本实用新型所取得技术进步在于：
（1）使用发动机和电动机作为两种动力输入，实现同一车型两种模式的动力总成；
（2）将一个单排辛普森式行星系应用到手动变速器中，减少齿轮组，提高整箱品质；
（3）实现两种动力模式的同时，可以实现手/自一体的操纵模式，提高驾驶乐趣；
（4）将一个电动机套在输出轴上和一个单排辛普森式行星系连接，在电动机驱动时实现了2个前进挡和1个倒挡功能，另外在发动机驱动时2/3/4/5/倒挡工况下，电动机变为发电机，给整车提供电源和给电池充电；
（5）整体结构为传统齿轮组、单排辛普森式行星系、电动机的有效布置，实现变速器不同动力流传递方式和不同动力源的输入多种功能变速器。
本实用新型适用作新能源车辆的横置变速装置。
本实用新型下面将结合说明书附图与具体实施例作进一步详细说明。
附图说明
图1为本实用新型实施例１的整体结构示意图；
图2为本实用新型实施例2的整体结构示意图。
图中：1—输入轴，2—三五挡齿轮组，3—二四挡同步器，4—二四挡齿轮组，5—一挡同步器，6—一挡齿轮组，7—行星架制动器，8—差速器总成，9—单排辛普森式行星系，10—第一离合器，11—第二离合器，12—电动机，13—倒挡同步器，14—第二制动器，15—输出轴，16—齿轮连接毂；2-1—三五挡常啮合齿轮，4-1—二四挡常啮合齿轮，6-1—一挡输出大齿轮，6-2—一挡输出小齿轮，6-3—行星架，6-4—太阳轮，8-1—差速器齿圈。
具体实施方式
实施例１
图1所示为一种横置多功能变速器，六挡变速器，有五前进挡一倒挡。该变速器包括运转机构、控制机构。其中：
运转机构包括输入轴1、输出轴15和差速器总成8；还包括一挡齿轮组6、二四挡齿轮组4、三五挡齿轮组2、单排辛普森式行星系9、输入轴1、输出轴15和差速器总成8；控制机构包括第一离合器10与第二离合器11、行星架制动器7、第二制动器14和二四挡同步器3、一挡同步器5、倒挡同步器13。
输出轴15上设有电动机12，与输出轴15上的三五挡常啮合齿轮2-1、二四挡常啮合齿轮4-1直接相连。
输出轴上还设有单排辛普森式行星系9，它的齿圈与设于输出轴15上的一挡输出大齿轮6-1、一挡输出小齿轮6-2刚性连接为一体，一挡输出大齿轮6-1、一挡输出小齿轮6-2分别与设置在输入轴1上的1挡齿轮组6、差速器齿圈8-1常啮合。
输入轴1上的二四挡齿轮组4与三五挡齿轮组2之间设有二四挡同步器3，与相应挡位换挡拨叉控制连接。
输入轴1上1挡齿轮组6一侧设有1挡同步器5，与1挡换挡拨叉控制连接。
倒挡同步器13设置于输出轴15上，布置于齿轮2-1的一侧，与倒挡换挡拨叉控制连接。
三五挡常啮合齿轮2-1与二四挡常啮合齿轮4-1，分别与输入轴1上的三五挡齿轮组件2、二四挡齿轮组4常啮合。
三五挡常啮合齿轮2-1、二四挡常啮合齿轮4-1的齿轮毂相接为于一体，总称为齿轮连接毂16；第二制动器14与行星架制动器7的内毂分别与输出轴15、行星架6-3相连，制动器制动时，与其内毂相连的构件相对变速器壳体静止（通常称为构件被固定）。
第二离合器11起作用时，齿轮连接毂16与行星架6-3相连；第一离合器10起作用时，齿轮连接毂16与行星系齿圈相连。
单排辛普森式行星系9包括太阳轮6-4、行星齿轮组、行星架6-3、齿圈，其中：齿圈与齿轮6-2及齿轮6-1联为一体；太阳轮6-4与输出轴15刚性连接；
电动机12的输出轴与齿轮连接毂16（三五挡常啮合齿轮2-1和二四挡常啮合齿轮4-1）直接相连，能够直接将动力传递至齿轮连接毂16。
本实施例工作时：
一、常规动力总成工况下，发动机提供的驱动力传递至输入轴1。因此，在常规动力总成工况下，可认为输入轴1为该变速器的动力输入部件。各挡位动力传递情况描述如下：
1挡：输出轴15被第二制动器14制动，即输出轴15与第二制动器14（太阳轮6-4、变速器壳体）相对静止。一挡同步器5与一挡齿轮组6接合，此时，一挡齿轮组6与输入轴1同角速度运转，通过两对齿轮的常啮合依次将动力传递至一挡输出大齿轮6-1、一挡输出小齿轮6-2、差速器齿圈8-1，最终动力由差速器输出，实现了1挡动力传递；
2挡：输出轴15被第二制动器14制动，即输出轴15与第二制动器14（太阳轮6-4、变速器壳体）相对静止。二四挡同步器3与二四挡齿轮组4接合，此时，二四挡齿轮组4与输入轴1同角速度运转，并将动力传递至二四挡常啮合齿轮4-1（齿轮连接毂16），当第一离合器10接合后，齿轮连接毂16与一挡输出小齿轮6-2同角速度转动。通过齿轮常啮合动力传递至差速器齿圈8-1，最终动力由差速器输出实现了2挡动力传递；
3挡：输出轴15被第二制动器14制动，即输出轴15与第二制动器14（太阳轮6-4、变速器壳体）相对静止。二四挡同步器3与三五挡齿轮组2接合，此时，三五挡齿轮组2与输入轴1同角速度运转，并将动力传递至三五挡常啮合齿轮2-1（齿轮连接毂16），当第一离合器10接合后，齿轮连接毂16与一挡输出小齿轮6-2同角速度转动。通过齿轮常啮合动力传递至差速器齿圈8-1，最终动力由差速器输出实现了3挡动力传递；
4挡：输出轴15被第二制动器14制动，即输出轴15与第二制动器14（太阳轮6-4、变速器壳体）相对静止。二四挡同步器3与二四挡齿轮组4接合，此时，二四挡齿轮组4与输入轴1同角速度运转，并将动力传递至二四挡常啮合齿轮4-1（齿轮连接毂16），当第二离合器11接合后，齿轮连接毂16与行星架6-3同角速度转动。通过行星系齿圈（一挡输出小齿轮6-2）动力传递至差速器齿圈8-1，最终动力由差速器输出实现了4挡动力传递；
5挡：输出轴15被第二制动器14制动，即输出轴15与第二制动器14（太阳轮6-4、变速器壳体）相对静止。二四挡同步器3与三五挡齿轮组2接合，此时，三五挡齿轮组2与输入轴1同角速度运转，并将动力传递至三五挡常啮合齿轮2-1（齿轮连接毂16），当第二离合器11接合后，齿轮连接毂16与行星架6-3同角速度转动。通过行星系齿圈（一挡输出小齿轮6-2）动力传递至差速器齿圈8-1，最终动力由差速器输出实现了5挡动力传递；
倒挡：单排辛普森式行星系9的行星架6-3被行星架制动器7制动。二四挡同步器3与二四挡齿轮组4接合，此时，二四挡齿轮组4与输入轴1同角速度运转，并将动力传递至其二四挡常啮合齿轮4-1及三五挡常啮合齿轮2-1，当倒挡同步器13与三五挡常啮合齿轮2-1接合后，输出轴、太阳轮6-4与三五挡常啮合齿轮2-1同角速度转动。此时动力通过行星系齿圈（一挡输出小齿轮6-2）传递至差速器齿圈8-1，最终动力由差速器输出实现了倒挡动力传递。
二、在2/3/4/5/倒挡工况下，电动机12变为发电机，给整车提供电源。
三、在非常规电力驱动工况下，变速器的动力由电动机12提供，与其相接的齿轮连接毂16可看作此工况下变速器的动力输入部件。动力由电动机12驱动：
1挡：输出轴15被第二制动器14制动，即输出轴15与第二制动器14（太阳轮6-4、变速器壳体）相对静止。动力由齿轮连接毂16输入，当第一离合器10接合后，齿轮连接毂16与一挡输出小齿轮6-2同角速度转动。之后通过齿轮常啮合动力传递至差速器齿圈8-1，最终动力由差速器输出，实现了1挡动力传递；
2挡：输出轴15被第二制动器14制动，即输出轴15与第二制动器14（太阳轮6-4、变速器壳体）相对静止。动力由齿轮连接毂16输入，当第二离合器11接合后，齿轮连接毂16与行星架6-3同角速度转动。通过行星系齿圈（一挡输出小齿轮6-2）动力传递至差速器齿圈8-1，最终动力由差速器输出，实现了2挡动力传递；
倒挡：单排辛普森式行星系9的行星架6-3被行星架制动器7制动。动力由齿轮连接毂16输入，当倒挡同步器13与三五挡常啮合齿轮2-1接合后，输出轴15、太阳轮6-4与三五挡常啮合齿轮2-1同角速度转动。此时动力通过行星系齿圈（一挡输出小齿轮6-2）传递至差速器齿圈8-1，最终动力由差速器输出，实现了倒挡动力传递。
实施例2
图2所示为一种横置多功能变速器，其原理与实施例1极为相似，其工作过程如下：
一、在常规动力总成工况下，动力由发动机驱动：
1挡：输出轴15被电动机12制动，一挡同步器5向右滑动接合，通过一挡齿轮组6动力传递实现1挡；
2挡：输出轴15被电动机12制动，第一离合器10接合，二四挡同步器3向右滑动接合，通过二四挡齿轮组4和单排辛普森式行星系9实现2挡；
3挡：输出轴15被电动机12制动，第一离合器10接合，二四挡同步器3向左滑动接合，通过三五挡齿轮组2和单排辛普森式行星系9实现3挡；
4挡：输出轴15被电动机12制动，第二离合器11接合，二四挡同步器3向右滑动接合，通过二四挡齿轮组4和单排辛普森式行星系9实现4挡；
5挡：输出轴15被电动机12制动，第二离合器11接合，二四挡同步器3向左滑动接合，通过三五挡齿轮组2和单排辛普森式行星系9实现5挡；
倒挡：单排辛普森式行星系9的行星架6-3被行星架制动器7制动，二四挡同步器3向右滑动接合，倒挡同步器13向右滑动接合，通过二四挡齿轮组4、输出轴15和单排辛普森式行星系9实现倒挡。
二、在非常规电力驱动工况下，动力由电动机12驱动：
前进挡：行星架离合器14将输出轴15、单排辛普森式行星系9的太阳轮6-4和行星架6-3接合，电动机12输入，通过单排辛普森式行星系9动力传递实现前进挡。
倒挡：单排辛普森式行星系9的行星架6-3被行星架制动器7制动，电动机12输入，通过单排辛普森式行星系9动力传递实现倒挡。
Claims (4)
1.一种横置多功能变速器，包括运转机构、控制机构，其特征在于：运转机构包括输入轴(1)、输出轴(15)和差速器总成(8)；
输入轴(1)上相隔地设有各前进挡主动齿轮，各前进挡从动齿轮分别相应地设于输出轴(15)上；输出轴(15)上设有电动机(12)，与输出轴(15)上的三五挡常啮合齿轮(2-1)、二四挡常啮合齿轮(4-1)直接相连；
输出轴(15)上还设有单排辛普森式行星系(9)，所述单排辛普森式行星系(9)的齿圈与设于输出轴(15)上的一挡输出大齿轮(6-1)、一挡输出小齿轮(6-2)刚性连接为一体，一挡输出大齿轮(6-1)、一挡输出小齿轮(6-2)分别与设置在输入轴(1)上的一挡齿轮组(6)、差速器齿圈(8-1)常啮合。
2.根据权利要求1所述的横置多功能变速器，其特征在于：它为六挡变速器，有五前进挡一倒挡；
运转机构还包括一挡齿轮组(6)、二四挡齿轮组(4)、三五挡齿轮组(2)、单排辛普森式行星系(9)、输入轴(1)、输出轴(15)和差速器总成(8)；控制机构包括第一离合器(10)与第二离合器(11)、行星架制动器(7)、第二制动器(14)和二四挡同步器(3)、一挡同步器(5)、倒挡同步器(13)。
3.根据权利要求1所述的横置多功能变速器，其特征在于：
输入轴(1)上的二四挡齿轮组(4)与三五挡齿轮组(2)之间设有二四挡同步器(3)，与相应挡位换挡拨叉控制连接；
输入轴(1)上1挡齿轮组(6)一侧设有1挡同步器(5)，与一挡换挡拨叉控制连接；
倒挡同步器(13)设置于输出轴(15)上，布置于输出轴(15)上的齿轮(2-1)一侧，与倒挡换挡拨叉控制连接；
三五挡常啮合齿轮(2-1)与二四挡常啮合齿轮(4-1)，分别与输入轴(1)上的三五挡齿轮组(2)、二四挡齿轮组（4）常啮合；
三五挡常啮合齿轮(2-1)、二四挡常啮合齿轮(4-1)的齿轮毂相接为于一体，总称为齿轮连接毂(16)；第二制动器(14)与行星架制动器(7)的内毂分别与输出轴(15)、行星架(6-3)相连，第二离合器(11)起作用时，齿轮连接毂(16)与行星架(6-3)相连；第一离合器(10)起作用时，齿轮连接毂(16)与行星系齿圈相连；
电动机(12)的输出轴与齿轮连接毂(16)直接相连。
4.根据权利要求1所述的横置多功能变速器，其特征在于：单排辛普森式行星系(9)包括太阳轮(6-4)、行星齿轮组、行星架(6-3)、齿圈，其中齿圈与齿轮(6-2)及齿轮(6-1)联为一体；太阳轮(6-4)与输出轴(15)刚性连接。
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