TWI762666B - 行星齒輪變速器 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種行星齒輪變速器和動力總成。所述行星齒輪變速器包括安裝到行星架上的第一摩擦盤、位於第一摩擦盤與殼體之間的第二摩擦盤、以及用於致動第二摩擦盤壓靠第一摩擦盤或殼體以便自動地調節行星齒輪變速器的變速比的傳動比調節裝置。根據本發明，可以簡單並且佔用空間小的機構自動、平滑並且可靠地實現行星齒輪變速器的變速比的改變。

Description

行星齒輪變速器
本發明涉及變速器，尤其涉及一種行星齒輪變速器。
行星齒輪變速器通常包括太陽齒輪、齒圈、與太陽齒輪和齒圈嚙合的兩個或更多個行星齒輪、以及支撐和保持行星齒輪的行星架。通過改變行星齒輪變速器的某些部件的連接關係，可以改變行星齒輪變速器的變速比。儘管存在多種變速比，但是在諸如電動自行車或電動摩托車等的電動車輛中，通常採用二級變速比，其中，一個變速比為1，另一個變速比大於1。在變速比為1的情況下，行星齒輪變速器的各個組成部件成為一體，相互之間沒有相對運動，而是一體地轉動。通過將行星齒輪變速器的齒圈固定、並且允許行星齒輪在太陽齒輪的驅動下一方面繞著行星齒輪軸自傳而另一方面繞著太陽齒輪公轉，進而帶著安裝在行星架上的輸出軸轉動，就可以獲得大於1的變速比。
在現有的行星齒輪變速器中，需要借助於複雜的換擋機構來實現行星齒輪變速器的變速比的改變。這種換擋機構需要換擋電機、換擋控制元件和電氣或液壓執行機構，不僅結構複雜、佔用較大空間、可靠性差，而且在換擋時會產生明顯的振動衝擊，使得車上人員感覺不舒適。
因此，需要對現有的行星齒輪變速器進行改進。
本發明的目的就是要克服上述現有技術中的至少一種缺陷，提出一種改進的行星齒輪變速器，這種行星齒輪變速器不需要換擋電機、換擋控制元件和電氣或液壓執行機構，不僅結構簡單、佔用空間小、可靠性好，而且能夠自動、平滑地實現行星齒輪變速器的變速比的改變，避免產生明顯的振動衝擊。
為此，根據本發明的一方面，提供一種行星齒輪變速器，包括：輸入軸；固定地安裝在所述輸入軸上的太陽齒輪；環繞所述太陽齒輪設置的齒圈；設置成與所述太陽齒輪和所述齒圈嚙合的多個行星齒輪；相應的所述行星齒輪可轉動地安裝在其上的多個行星齒輪軸；所述行星齒輪軸固定地安裝在其上以支撐和保持所述行星齒輪的行星架；固定地連接到所述行星架上的輸出軸；以及用於可轉動地支撐所述輸入軸和/或所述輸出軸的殼體；其中，所述行星齒輪變速器還包括：安裝到所述行星架上的第一摩擦盤；位於所述第一摩擦盤與所述殼體之間的第二摩擦盤；以及用於致動所述第二摩擦盤壓靠所述第一摩擦盤或所述殼體以便自動地調節所述行星齒輪變速器的變速比的傳動比調節裝置。
根據本發明的另一方面，還提供一種動力總成，所述動力總成包括：根據如上所述的行星齒輪變速器；以及設置在所述殼體中並且轉軸與所述輸入軸連接的電動機。
根據本發明，通過安裝到所述行星架上的第一摩擦盤、位於所述第一摩擦盤與所述殼體之間的第二摩擦盤、以及用於致動所述第二摩擦盤壓靠所述第一摩擦盤或所述殼體以便自動地調節所述行星齒輪變速器的變速比的傳動比調節裝置，可以簡單並且佔用空間小的機構自動、平滑並且可靠地實現變速比的改變。
1:行星齒輪變速器
3:輸入軸
5:太陽齒輪
7:齒圈
9:行星齒輪
11:行星齒輪軸
13:行星架
15:軸承
17:輸出軸
19:殼體
21:鉚釘
23:第一摩擦盤
25:彈簧
27:第二摩擦盤
27a:軸套部
29:螺旋凹槽
31:螺旋凸輪
33:滾珠
圖1是根據本發明較佳實施例的行星齒輪變速器的示意性橫截面視圖；以及圖2是根據本發明較佳實施例的行星齒輪變速器的螺旋凸輪的示意性立體圖。
下面結合示例詳細描述本發明的較佳實施例。本領域技術人員應理解的是，這些示例性實施例並不意味著對本發明形成任何限制。
圖1是根據本發明較佳實施例的行星齒輪變速器的示意性橫截面視圖。如圖1所示，根據本發明較佳實施例的行星齒輪變速器1包括輸入軸3、固定地安裝在輸入軸3上的太陽齒輪5、環繞太陽齒輪5設置的齒圈7、以及設置成與太陽齒輪5和齒圈7嚙合的多個行星齒輪9。多個行星齒輪9通過多個行星齒輪軸11由行星架13支撐和保持。行星齒輪9通過軸承15可轉動地安裝在行星齒輪軸11上，行星齒輪軸11則固定地安裝到行星架13上。行星齒輪變速器1還包括固定地連接到行星架13上的輸出軸17、以及用於可轉動地支撐輸入軸3和/或輸出軸17的殼體19。當然，輸出軸17與行星架13成一體也是可行的。這樣，在 齒圈7被固定時，行星齒輪9既能夠繞著行星齒輪軸11自轉，又能夠繞著太陽齒輪5公轉。行星齒輪9的公轉又導致行星架13旋轉，進而導致固定地連接到行星架13上的輸出軸17旋轉，從而輸出轉矩。
根據本發明較佳實施例的行星齒輪變速器1還包括例如通過鉚釘21安裝到行星架13上的第一摩擦盤23和位於第一摩擦盤23與殼體19之間並且通過多個彈簧25連接到齒圈7上的第二摩擦盤27。彈簧25是預緊彈簧，其一端固定到齒圈7上並且另一端固定到第二摩擦盤27上，彈簧25因而總是趨於給第二摩擦盤27施加將第二摩擦盤27緊壓在第一摩擦盤23上的預緊拉力。根據本發明較佳實施例的行星齒輪變速器1還包括設置在輸出軸17上並且具有螺旋凹槽29的螺旋凸輪31，螺旋凸輪31可以固定地連接在輸出軸17上或者與輸出軸17成一體地形成。圖2是根據本發明較佳實施例的行星齒輪變速器的螺旋凸輪的示意性立體圖。第二摩擦盤27的軸套部27a的內表面上也設置有在圖中未示出的另一螺旋凹槽。第二摩擦盤27通過部分地位於螺旋凸輪31上的螺旋凹槽29中並且部分地位於第二摩擦盤27的軸套部27a的內表面上的另一螺旋凹槽中的滾珠33可軸向移動地與第二摩擦盤27連接。
在轉動過程中，由於第二摩擦盤27具有相對於螺旋凸輪31運動的趨勢，部分地位於螺旋凸輪31上的螺旋凹槽29中並且部分地位於第二摩擦盤27的軸套部27a的內表面上的另一螺旋凹槽中的滾珠33受到周向分力和軸向分力的作用，周向分力帶動輸出軸17傳遞動力，而軸向分力趨於沿著輸出軸的軸向遠離第一摩擦盤23地移動第二摩擦盤27。如上所述，彈簧25總是趨於給第二摩擦盤27施加將第二摩擦盤27緊壓在第一摩擦盤23上的預緊拉力。因此，當輸出軸17的輸出轉矩較小時，滾珠33受到的軸向分力小於彈簧25給第二摩擦盤27施加的預緊拉力，第二摩擦盤27緊壓在第一摩擦盤23上，整個行星齒輪變速器1的各個組成部件成為一體，相互之間沒有相對運動，輸出軸17與輸入軸3一起 轉動，行星齒輪變速器1的傳動比為1，輸出軸17具有與輸入軸3(電動機)相同的轉速。隨著例如車輛在爬坡需要輸出軸17輸出較大轉矩時，滾珠33受到的軸向分力也逐漸增大。當滾珠33受到的軸向分力大於彈簧25給第二摩擦盤27施加的預緊拉力時，隨著滾珠33的運動，第二摩擦盤27將沿著輸出軸的軸向遠離第一摩擦盤23而朝向殼體19移動並且緊緊地抵靠在殼體19上。結果，使得通過彈簧25與第二摩擦盤27連接的齒圈7被固定，來自輸入軸3的動力驅動太陽輪5轉動，並且進而驅動與太陽輪5嚙合的行星齒輪9自轉和公轉。來自輸入軸3的動力因此經過行星架13傳遞到輸出軸17，此時行星齒輪變速器1的傳動比大於1。傳動比的具體大小取決於行星齒輪變速器的特徵參數，即齒圈7和太陽輪5的齒數的比值。當輸出轉矩減小，滾珠33受到的軸向分力又小於滾珠33受到的軸向分力時，第二摩擦盤27在彈簧25的預緊拉力作用下沿著輸出軸的軸向朝著第一摩擦盤23移動並且緊壓在第一摩擦盤23上，行星齒輪變速器1的傳動比又變為1，因此，能夠實現對傳動比的自動調節。在該實施例中，給第二摩擦盤27施加將第二摩擦盤27緊壓在第一摩擦盤23上的預緊拉力的彈簧25、設置在輸出軸17上並且具有螺旋凹槽29的螺旋凸輪31、第二摩擦盤27的內表面上具有螺旋凹槽的軸套部27a、以及部分地位於這些螺旋凹槽中的滾珠構成了傳動比調節裝置。
設置在第一摩擦盤23和第二摩擦盤27之間的彈簧25也可以是一個壓縮彈簧，彈簧25因而總是趨於給第二摩擦盤27施加將第二摩擦盤27緊壓在殼體19上的預張力。在第二摩擦盤27與殼體19相互接觸的表面之間設置多條徑向凹槽，徑向凹槽既可以形成在第二摩擦盤27上，也可以形成在殼體19上，或者形成在第二摩擦盤27和殼體19兩者上。凹槽的深度沿著徑向向外的方向逐漸變淺，並且在凹槽中也設置有滾珠。較佳地還可以設置趨於將滾珠保持在凹槽徑向內側位置的另一彈簧。當輸出轉矩較小而轉速較大時，滾珠所受到的離心 力增大，滾珠沿著徑向凹槽徑向向外運動，滾珠克服彈簧25給第二摩擦盤27施加的預張力使得第二摩擦盤27被擠壓在第一摩擦盤23上，整個行星齒輪變速器1的各個組成部件成為一體，相互之間沒有相對運動，輸出軸17與輸入軸3一起轉動，行星齒輪變速器1的傳動比為1。當輸出轉矩變大而轉速降低時，滾珠受到的離心力減小，滾珠在另一彈簧作用下沿著徑向凹槽徑向向內運動到凹槽徑向內側位置，第二摩擦盤27被彈簧25施加的預張力緊壓在殼體19上。結果，使得通過彈簧25與第二摩擦盤27連接的齒圈7被固定，來自輸入軸3的動力驅動太陽輪5轉動，並且進而驅動與太陽輪5嚙合的行星齒輪9自轉和公轉。來自輸入軸3的動力因此經過行星架13傳遞到輸出軸17，此時行星齒輪變速器1的傳動比大於1。傳動比的具體大小取決於行星齒輪變速器的特徵參數，即齒圈7和太陽輪5的齒數的比值。因此，同樣能夠實現對傳動比的自動調節。
儘管在較佳實施例中，只是單獨顯示了一個行星齒輪變速器，但應理解的是，一個電動機可以集成在殼體19中、並且使得輸入軸3與電動機的轉軸相連，從而構成一個結構緊促的動力總成，以適用於諸如電動自行車、電動摩托車、電動汽車等的電動車輛。
以上結合具體實施例對本發明進行了詳細描述。顯然，以上描述以及在圖式中示出的實施例均應被理解為是示例性的，而不構成對本發明的限制。對於本領域技術人員而言，可以在不脫離本發明的精神的情況下對其進行各種變化或修改，這些變化或修改均不脫離本發明的範圍。
1:行星齒輪變速器
3:輸入軸
5:太陽齒輪
7:齒圈
9:行星齒輪
11:行星齒輪軸
13:行星架
15:軸承
17:輸出軸
19:殼體
21:鉚釘
23:第一摩擦盤
25:彈簧
27:第二摩擦盤
27a:軸套部
29:螺旋凹槽
31:螺旋凸輪
33:滾珠

Claims (10)

  1. 一種行星齒輪變速器(1)，包括：輸入軸(3)；固定地安裝在所述輸入軸(3)上的太陽齒輪(5)；環繞所述太陽齒輪(5)設置的齒圈(7)；設置成與所述太陽齒輪(5)和所述齒圈(7)嚙合的多個行星齒輪(9)；相應的所述行星齒輪(9)可轉動地安裝在其上的多個行星齒輪軸(11)；所述行星齒輪軸(11)固定地安裝在其上以支撐和保持所述行星齒輪(9)的行星架(13)；固定地連接到所述行星架(13)上的輸出軸(17)；以及用於可轉動地支撐所述輸入軸(3)和/或所述輸出軸(17)的殼體(19)；其中，所述行星齒輪變速器(1)還包括：安裝到所述行星架(13)上的第一摩擦盤(23)；位於所述第一摩擦盤(23)與所述殼體(19)之間的第二摩擦盤(27)；以及用於致動所述第二摩擦盤(27)壓靠所述第一摩擦盤(23)或所述殼體(19)以便自動地調節所述行星齒輪變速器(1)的變速比的傳動比調節裝置。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的行星齒輪變速器(1)，其中，當所述第二摩擦盤(27)被壓靠在所述第一摩擦盤(23)上時，所述行星齒輪變速器(1)的變速比為1；當所述第二摩擦盤(27)被壓靠在所述殼體(19) 上時，所述行星齒輪變速器(1)具有大於1的變速比。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的行星齒輪變速器(1)，其中，所述行星齒輪變速器(1)還包括一端固定到所述齒圈(7)上並且另一端固定到所述第二摩擦盤(27)上的彈簧(25)，所述彈簧(25)構成所述傳動比調節裝置的一部分。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述的行星齒輪變速器(1)，其中，所述彈簧(25)是預緊彈簧、並且趨於給所述第二摩擦盤(27)施加將所述第二摩擦盤(27)緊壓在所述第一摩擦盤(23)上的預緊拉力，所述傳動比調節裝置還包括還設置在所述輸出軸(17)上並且具有螺旋凹槽(29)的螺旋凸輪(31)、設置在所述第二摩擦盤(27)的軸套部(27a)的內表面上的另一螺旋凹槽、以及部分地位於所述螺旋凹槽(29)中並且部分地位於所述另一螺旋凹槽中的滾珠(33)。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述的行星齒輪變速器(1)，其中，所述螺旋凸輪(31)固定地連接在所述輸出軸(17)上或者與所述輸出軸(17)成一體地形成。
  6. 根據申請專利範圍第3項所述的行星齒輪變速器(1)，其中，所述彈簧(25)是壓縮彈簧、並且趨於給所述第二摩擦盤(27)施加將所述第二摩擦盤(27)緊壓在所述殼體(19)上的預張力，所述傳動比調節裝置還包括位於所述第二摩擦盤(27)與所述殼體(19)相互接觸的表面之間並沿著徑向向外方向深度逐漸變淺的多條徑向凹槽、以及位於所述徑向凹槽中的滾珠。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述的行星齒輪變速器(1)，其中，所述徑向凹槽形成在所述第二摩擦盤(27)、所述殼體(19)、或者所述第二摩擦盤(27)和所述殼體(19)兩者上。
  8. 根據申請專利範圍第6項所述的行星齒輪變速器(1)，其中， 還包括設置成趨於將所述滾珠保持在所述徑向凹槽的徑向內側位置的另一彈簧。
  9. 一種動力總成，所述動力總成包括：根據申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的行星齒輪變速器(1)；以及設置在所述殼體(19)中並且轉軸與所述輸入軸(3)連接的電動機。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述的動力總成，其中，所述動力總成是用於電動自行車、電動摩托車或電動汽車的動力總成。
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