CN211975785U - 一种双向输入单向输出的可变速驱动装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及车辆驱动系统，提供了一种双向输入单向输出的可变速驱动装置及车辆，包括：动力输入轴、动力输出轴、周转轮系、离合器、第一单向超越离合器和第二单向超越离合器；动力输入轴与所述动力输出轴通过离合器连接；周转轮系的行星架通过第一传动组件与动力输入轴连接，太阳轮通过第二传动组件与动力输入轴连接，齿圈通过第三传动组件与动力输出轴连接；行星架与第一传动组件之间以及壳体之间分别连接有第一单向超越离合器和第二单向超越离合器，第一单向超越离合器和第二单向超越离合器的约束转向相反。本实用新型双向输入单向输出的可变速驱动装置结构简单，控制方便，仅控制一个离合器即可实现双向输入单向可变速输出。

Description

一种双向输入单向输出的可变速驱动装置及车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆驱动系统，特别是涉及一种双向输入单向输出的可变速驱动装置及车辆。

背景技术

“十三五”期间国内各地轨道交通等项目不断实施。国家政策在提升工程机械需求，推动工程机械产业发展方面在努力，这势必在一定程度上带动工程机械产业。在机械、汽车等工程领域里，有一类典型的动力驱动的需求：当动力输入的旋转方向改变时，要求动力输出的旋转方向仍然不变。目前，现有的动力驱动装置都须要进行方向的判别，并根据所判别的方向控制两个以上的制动器才能获得单一方向旋转输出，因此，现有的这类驱动装置在结构和控制上都很复杂，大大增加了驱动装置的成本的控制难度。

实用新型内容

为此，需要提供一种双向输入单向输出的可变速驱动装置，用于解决现有双向输入单向输出设置结构和控制复杂的技术问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种双向输入单向输出的可变速驱动装置，该双向输入单向输出的可变速驱动装置包括：动力输入轴、动力输出轴、周转轮系、离合器、第一单向超越离合器和第二单向超越离合器；

所述动力输入轴与所述动力输出轴同轴设置，且通过离合器连接；

所述行星轮系包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈，所述行星轮可旋转的设置于所述行星架上，所述太阳轮与所述行星轮啮合，所述行星轮与所述齿圈啮合；

所述行星架通过第一传动组件与所述动力输入轴传动连接，所述太阳轮通过第二传动组件与所述动力输入轴传动连接，所述齿圈通过第三传动组件与所述动力输出轴传动连接；

所述行星架与所述第一传动组件之间连接有第一单向超越离合器，所述行星架与壳体之间连接有第二单向超越离合器，所述第一单向超越离合器和第二单向超越离合器的约束转向相反；

所述动力输入轴正向或反向旋转时，控制所述离合器结合或分离，所述动力输出轴单一方向旋转且具有两个不同转速。

进一步的，所述第一传动组件、第二传动组件和所述第三传动组件为齿轮组反向传动组件。

进一步的，第一传动组件的输出/输入速比<第三传动组件的输出/输入速比<第二传动组件的输出/输入速比。

进一步的，所述第一传动组件包括第一齿轮和第三齿轮，所述第一齿轮与第三齿轮啮合，所述第一齿轮与所述动力输入轴固连，第三齿轮与第一单向超越离合器的内圈固连，第一单向超越离合器的外圈与行星架固连；

所述第二传动组件包括第二齿轮和第四齿轮，所述第二齿轮与第四齿轮啮合，第二齿轮与所述动力输入轴固连，第四齿轮与太阳轮固连；

所述第三传动组件包括第五齿轮和第六齿轮，第五齿轮与第六齿轮啮合，第六齿轮与所述动力输出轴固连，第五齿轮与所述齿圈固连。

进一步的，所述动力输入轴正向旋转，所述离合器分离时，第一单向超越离合器带动所述行星架反向旋转，所述太阳轮反向旋转，所述齿圈的反向旋转，齿圈带动动力输出轴正向低速旋转；

所述动力输入轴正向旋转，所述离合器结合时，所述动力输入轴带动所述动力输出轴同步正向旋转；

所述动力输入轴反向旋转，所述离合器分离时，所述太阳轮正向旋转，第一单向超越离合器使行星架与动力输入轴分离，第二单向超越离合器约束行星架不能正向旋转，太阳轮正向旋转驱动齿圈反向旋转，齿圈带动动力输出轴正向低速旋转。

进一步的，所述驱动电机的转轴与所述动力输入轴连接，或所述驱动电机的转轴为所述动力输入轴。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供了另一技术方案：

一种车辆，所述车辆包括驱动装置，所述驱动装置用于驱动车辆行驶，所述驱动装置为以上任一技术方案所述的双向输入单向输出的可变速驱动装置。

区别于现有技术，上述技术方案驱动装置包括周转轮系、动力输入轴、动力输出轴、离合器、第一单向超越离合器和第二单向超越离合器，其中，离合器设置于动力输入轴与动力输出轴之间，动力输入轴与行星架通过第一传动组件连接，太阳轮与动力输入轴通过第二传动组件连接，齿圈与动力输出轴通过第三传动组件连接，因此通过离合器实现动力输入轴与动力输出轴之间的动力连接，或通过第一传动组件、第二传动组件、第三传动组件以及周转轮系实现动力输入轴与动力输出轴之间的动力连接，并且本实用新型还在行星架与第一传动组件之间设置第一单向离合器，以及在行星架与壳体之间设置第二单向离合器，所述第一单向超越离合器和第二单向超越离合器的约束转向相反，通过第一单向超越离合器和第二单向超越离合器的约束与离合器的结合，实现动力双向输入单向输出，并且具有高速与低速两档输出。本实用新型双向输入单向输出的可变速驱动装置结构简单，并且控制方便，仅控制一个离合器即可实现双向输入单向可变速输出。

附图说明

图1为具体实施方式所述双向输入单向输出的可变速驱动装置的结构简图。

附图标记说明：

2、太阳轮；

6、行星轮；

7、齿圈；

12、行星架；

15、离合器；

8、第一单向超越离合器；

11、第二单向超越离合器；

1、动力输入轴；

13、动力输出轴；

3、传动轴一；

10、传动轴二；

17、齿轮一；

16、齿轮二；

4、齿轮三；

5、齿轮四；

9、齿轮五；

14、齿轮六；

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1，本实施例提供了一种双向输入单向输出的可变速驱动装置。该双向输入单向输出的可变速驱动装置可实现无论是正向还是反向(即顺时针、逆时针,为了方便说明，设定顺时针旋转为正向，逆时针旋转为反向)动力输入，输出都仅有一个旋转方向，并且动力输出还可实现高速和低速两个不同转速。具体的，所述双向输入单向输出的可变速驱动装置包括：动力输入轴1、动力输出轴13、周转轮系、离合器15、第一单向超越离合器8和第二单向超越离合器11。

其中，周转轮系包括太阳轮2、行星轮6、齿圈7、行星架12，所述行星轮6具有两个以上，行星轮6通过行星轮轴可旋转的设置于行星架12上，太阳轮2与所述行星轮6啮合，所述行星轮6与所述齿圈7啮合。

所述动力输入轴1与所述动力输出轴13同轴设置，动力输入轴1与所述动力输出轴13分别通过轴承可旋转的设置于壳体上，其中，动力输入轴1可以为驱动电机的转轴或为与驱动电机转轴同步旋转的传动轴。动力输入轴1与动力输出轴13通过离合器15连接，通过离合器15结合可实现动力输入轴1与动力输出轴13结合在一起同轴旋转，当离合器15分离时，动力输入轴1与动力输出轴13动力分离。其中，所述离合器15为传统的离合器，包括主动部分与从动部分，无论是正向输入还是反向输入，离合器15能够实现主动部分与从动部分的结合与分离即可。

如图1所示，行星架12通过第一单向超越离合器8与传动轴一3连接，行星架12还通过第二单向超越离合器11与驱动装置的壳体连接，所述第一单向超越离合器和第二单向超越离合器的约束转向相反。传动轴一3通过齿轮三4以及齿轮一17与动力输入轴1传动连接，其中，传动轴一3、齿轮三4以及齿轮一17形成第一传动组件。

其中需要说明的是，单向超越离合器包括外圈和内圈，外圈与内圈之间实现单向超越离合，即只有当内圈的转速沿某一方向(正向旋转或反向旋转)超越外圈的速度时，才会实现内圈与外圈的结合，而在其他情况下内圈与外圈是分离的。

具体的，第一单向超越离合器8的外圈与所述行星架12连接，第一单向超越离合器8的内圈与传动轴一3连接，第二单向超越离合器11的外圈与驱动装置的壳体固定，第二单向超越离合器11的内圈通过传动轴二10与行星架12连接。因此行星架12的旋转同时受到第一单向超越离合器8，以及第二单向超越离合器11的约束，并且第一单向超越离合器8和第二单向超越离合器11的约束转向相反。

齿轮3设置于传动轴一3上并与传动轴一3同步旋转，齿轮一设置于动力输入轴1上并与动力输入轴1同步旋转，齿轮一17与齿轮三4啮合，因此动力输入轴1通过齿轮一17和齿轮三4可带动传动轴一3与动力输入轴1反向旋转。其中，齿轮一17的齿数可小于齿轮三4的齿数，从而使传动轴一3的转速小于动力输入轴1的转速，即第一传动组件为减速传动组件。

太阳轮2通过齿轮四5、齿轮二16与动力输入轴1动力连接，齿轮四5和齿轮二16形成第二传动组件，动力输入轴1通过齿轮二16和齿轮四5可带动传动轴太阳轮2与动力输入轴1反向旋转。其中，齿轮二16的齿数大于齿轮四5的齿数，即第二传动组件为增速传动组件。

所述齿圈7通过齿轮五9和齿轮6与动力输出轴13传动连接，其中，齿轮五9与齿圈7连接并与齿圈7同步旋转，齿轮六14与动力输出轴13连接并与动力输出轴13同步旋转，齿轮六14与齿轮五9啮合，齿轮六14与齿轮五9形成第三传动组件，因此齿圈7可通过齿轮六14与齿轮五9带动动力输出轴13与齿圈7反向旋转。其中，齿轮五9的齿数可以等于齿轮六14的齿数，即第三传动组件可以为行速行动组件。

所述动力输入轴1正向或反向旋转时，控制所述离合器15结合或分离，所述动力输出轴13单一方向旋转且具有两个不同转速。

假设图1中，第一单向超越离合器8限制内圈相对于外圈的反向(即逆时针)旋转(即只允许第一单向超越离合器8内圈逆时针带动外圈)，第二单向超越离合器11为限制内圈相对于外圈的正向(即顺时针)旋转(本图1中，第二单向超越离合器11外圈固定，即只允许内圈逆时针旋转，而不允许内圈顺时针旋转)。

具体的，(1)当动力输入轴1(即电机)正向旋转时，控制离合器15分离，动力输入轴1上的齿轮一17、和齿轮二16分别带动齿轮三4、和齿轮四5反向旋转，由图1中的齿轮直径(直径与齿数对应，直径越大齿数越多)可知，齿轮三4带动的传动轴一3反向旋转，且齿轮四5带动的太阳轮2反向旋转，且太阳轮2反向旋转的速度高于传动轴一3。由于传动轴一3的反向旋转，通过第一单向超越离合器8带动了行星架12反向旋转，与太阳轮2的反向旋转相配合，共同驱动了齿圈7的反向旋转，齿圈通3过齿轮五9带动齿轮六14正向旋转，带动动力输出轴13得到正向的低速旋转。

假设n₃为传动轴一3的输入转速，n₄为太阳轮转入转速，n₅为齿圈7的输出转速；

令：

其中，Z4’为太阳轮2的齿数；Z5’为齿圈的齿数；根据周转轮系公式：

则可以得到：-kn₅+kn₃＝n₄-n₃；

对公式变形可得到(k+1)n₃-n₄＝kn₅；

若k＝3，则可得到4n₃-n₄＝3n₅；

则

因此，只要

则n₅＞0，因此n₅与n₃、n₄同向；

因为n₄＞n₃；

所以n₅＜n₃；

其中，n₁为齿轮一17的转速；

若z₆＝z₅ n₅＞n_c，其中，n_c为动力输出轴13的输出转速；

可以得到n_c＜n₁，即动力输出轴13的输出转速小于动力输入轴1的输入转速。

(2)当动力输入轴1保持正向旋转，而离合器15结合时，动力输入轴1直接带动动力输出轴13正向旋转，由于未经减速，所以动力输出轴13得到了一个正向的高速旋转输出。

根据公式：

其中，n_H为行星架转速；

若n_H＞n₃，即不发生干涉；

因为n₃＜n₁，n₅＝n₁，n₄＞n₁；

从而可以可证明：n_H＞n₁；即此时行星架12被齿圈7反拖以高于传动轴一3的速度反向旋转,由于第一单向超越离合器8的约束特性,使周转轮系与动力输入轴1以及动力输出轴13不会发生干涉。

(3)当动力输入轴1反向(即逆时针)旋转时，控制离合器15应分离，图1中齿轮三4带动传动轴一3正向旋转，齿轮四5使太阳轮2正向旋转，由于第一单向超越离合器8的约束特性，传动轴一3自身正向空转而不能带动行星架12，行星架12受太阳轮2的影响有正向旋转的力矩，但受制于第二单向超越离合器11的约束特性而不能正向旋转，相当于被锁止，固定的行星架12构成了行星轮的定轴传动，使太阳轮2的正向旋转驱动齿圈7产生反向的旋转，而齿圈7的反向旋转经由齿轮五9带动齿轮六14产生了动力输出轴13的正向低速旋转，从而实现动力输出轴13得到正向的低速旋转。

固定的行星架12构成了行星轮的定轴传动时，结合图1所示，根据定轴输入输出传动比公式：

因此只要

即可实现n₁＞n₆，动力输入轴1转速大于动力输出轴13转速，动力输出轴13得到正向的低速旋转。

其中，Z1为齿轮一17的齿数；

Z2为齿轮二16的齿数；

Z3为齿轮三4的齿数；

Z4为齿轮四5的齿数；

Z5为齿轮五9的齿数；

Z6为齿轮六14的齿数；

可见，本实用新型通过周转轮系、第一单向超越离合器8和第二单向超越离合器11的约束与离合器15的结合，仅仅通过控制离合器15的结合或分离即可实现动力双向输入单向输出，并且具有高速与低速两档输出，因此本实用新型双向输入单向输出的可变速驱动装置结构简单，并且控制方便，大大提高驱动装置的稳定性和可靠性。

在上述实施方式中，第一传动组件、第二传动组件和所述第三传动组件均为齿轮组反向传动组件，即通过齿轮传动，并实现输入与输出反向的传动组件。并且第一传动组件的输出/输入速比<第三传动组件的输出/输入速比<第二传动组件的输出/输入速比。齿轮组传动组件具有结构简单，且稳定可靠的特性，但本实用新型中上述第一传动组件、第二传动组件和所述第三传动组件并不仅限于齿轮组传动组件，在其他实施方式中，上述第一传动组件、第二传动组件和所述第三传动组件还可以采用满足上述输入输出传动方向以及传动比的链式、带式等其他传动组件。

在另一实施方式中，提供了一种车辆，该车辆包括驱动装置，所述驱动装置用于驱动车辆行驶，所述驱动装置为以上任一实施方式所述的双向输入单向输出的可变速驱动装置。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本实用新型的专利保护范围。因此，基于本实用新型的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双向输入单向输出的可变速驱动装置，其特征在于，包括：动力输入轴、动力输出轴、周转轮系、离合器、第一单向超越离合器和第二单向超越离合器；

所述动力输入轴与所述动力输出轴同轴设置，且通过离合器连接；

所述周转轮系包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈，所述行星轮可旋转的设置于所述行星架上，所述太阳轮与所述行星轮啮合，所述行星轮与所述齿圈啮合；

所述行星架通过第一传动组件与所述动力输入轴传动连接，所述太阳轮通过第二传动组件与所述动力输入轴传动连接，所述齿圈通过第三传动组件与所述动力输出轴传动连接；

所述行星架与所述第一传动组件之间连接有第一单向超越离合器，所述行星架与壳体之间连接有第二单向超越离合器，所述第一单向超越离合器和第二单向超越离合器的约束转向相反；

所述动力输入轴正向或反向旋转时，控制所述离合器结合或分离，所述动力输出轴单一方向旋转且具有两个不同转速。

2.根据权利要求1所述的双向输入单向输出的可变速驱动装置，其特征在于，所述第一传动组件、第二传动组件和所述第三传动组件为齿轮组反向传动组件。

3.根据权利要求1或2所述的双向输入单向输出的可变速驱动装置，其特征在于，第一传动组件的输出/输入速比<第三传动组件的输出/输入速比<第二传动组件的输出/输入速比。

4.根据权利要求2所述的双向输入单向输出的可变速驱动装置，其特征在于，所述第一传动组件包括第一齿轮和第三齿轮，所述第一齿轮与第三齿轮啮合，所述第一齿轮与所述动力输入轴固连，第三齿轮与第一单向超越离合器的内圈固连，第一单向超越离合器的外圈与行星架固连；

所述第二传动组件包括第二齿轮和第四齿轮，所述第二齿轮与第四齿轮啮合，第二齿轮与所述动力输入轴固连，第四齿轮与太阳轮固连；

所述第三传动组件包括第五齿轮和第六齿轮，第五齿轮与第六齿轮啮合，第六齿轮与所述动力输出轴固连，第五齿轮与所述齿圈固连。

5.根据权利要求1所述的双向输入单向输出的可变速驱动装置，其特征在于，所述动力输入轴正向旋转，所述离合器分离时，第一单向超越离合器带动所述行星架反向旋转，所述太阳轮反向旋转，所述齿圈的反向旋转，齿圈带动动力输出轴正向低速旋转；

所述动力输入轴正向旋转，所述离合器结合时，所述动力输入轴带动所述动力输出轴同步正向旋转；

所述动力输入轴反向旋转，所述离合器分离时，所述太阳轮正向旋转，第一单向超越离合器使行星架与动力输入轴分离，第二单向超越离合器约束行星架不能正向旋转，太阳轮正向旋转驱动齿圈反向旋转，齿圈带动动力输出轴正向低速旋转。

6.根据权利要求1所述的双向输入单向输出的可变速驱动装置，其特征在于，还包括驱动电机，所述驱动电机的转轴与所述动力输入轴连接，或所述驱动电机的转轴为所述动力输入轴。

7.一种车辆，所述车辆包括驱动装置，其特征在于，所述驱动装置用于驱动车辆行驶，所述驱动装置为权利要求1至6任一所述的双向输入单向输出的可变速驱动装置。

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