行星齿轮式无级变速传动系统

摘要

本发明涉及的是一种行星齿轮式无级变速传动系统，适用于各种汽车、轨道车辆、拖拉机、摩托车等机动车辆与电动车辆作无级变速器。具有无级变速装置，行星排(1)和行星排(4)同轴，行星排(1)外齿圈与行星排(4)太阳轮做成一体或固接，行星排(1)太阳轮与后行星排(4)外齿圈做成一体或固接；齿轮对(14)和齿轮对(17)在不同车速时分别分流一部分功率到行星排(10)的行星架；行星排(10)与行星排(12)同轴，行星排(10)的外齿圈与行星排(12)的行星架做成一体或固接；行星排(12)太阳轮通过齿轮对(13)输出一部分功率到发电机(11)，外齿圈通过齿轮对(19)输出一部分功率。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种行星齿轮式无级变速传动系统，适用于各种汽车、轨道车辆、拖拉机、摩托车等机动车辆与电动车辆作无级变速器。

背景技术

当前汽车用的无级变速器主要是金属带形式的无级变速器，其价格很高，且金属带形式的无级变速不能用于4.0升以上的发动机(目前高档轿车的自动变速器只能用液力变矩器加双排行星齿轮的形式)，传动噪声大。汽车用自动变速器目前主要是液力变矩器加双排行星齿轮形式的，这种结构主要缺点是液力变矩器的效率较低，且不是真正意义上的无级变速。这两种变速器特别是金属带目前我国没有自行设计及生产的能力，关键技术掌握在外国人手里。目前国际上研究的主流是双离合器变速器，但其不是无级变速，无级变速器能与发动机更好的匹配，乘座舒适性好。

发明内容

本专利目的是针对上述不足之处提供一种行星齿轮式无级变速传动系统，具体结构是由主传动部分和控制传动部分组成。主传动部分由前后两个行星排同轴组成，控制传动部分由两个同轴行星排、发电机(或液压泵)、蓄电池(或液压蓄能器)和电动机(或液压马达)组成；主传动部分的前行星排外齿圈与后行星排太阳轮做成一体或固接，前行星排太阳轮与后行星排外齿圈做成一体或固接，前行星排行星架通过轴接收发动机输入的动力，后行星排行星架通过齿轮输出动力；前行星排太阳轮输出动力直接到后行星排外齿圈，前行星排外齿圈输出动力到后行星排太阳轮；在前行星排外齿圈与后行星排太阳轮之间装有一齿轮(该齿轮通过一超越离合器同轴安装在前行星排外齿圈轴上)，与该齿轮啮合的齿轮为控制传动部分的功率输入齿轮之一，在车辆为中低速时通过该对齿轮啮合分流一部分功率到控制传动部分；同时还在发动机输入行星架的轴上设有一齿轮，与该齿轮啮合的齿轮也是控制控制传动部分的输入齿轮之一，在车辆为中高速时该对啮合齿轮通过接合离合器也可以分流一部分功率到控制传动部分；从主传动部分前外齿圈与后太阳轮之间的齿轮传来的功率(或从发动机输入行星架轴上的齿轮输入的功率)输入控制行星排的后行星排行星架，控制行星排的后排太阳轮连接有一齿轮，与该齿轮啮合的齿轮与主传动部分后外齿圈做成一体或固接，输出一部分控制传动部分的功率到主传动部分的后外齿圈；控制传动部分的后外齿圈与控制传动部分的前行星架做成一体或固接，控制传动部分的前外齿圈连接一齿轮，该齿轮与主传动部分的后行星排输出行星架连接的齿轮啮合，输出一部分控制传动部分的功率给主传动部分的后行星排输出行星架；控制传动部分的前行星排太阳轮连接一齿轮，该齿轮与驱动发电机(或液压泵)输入轴上安装的齿轮啮合；发电机输出电能到蓄电池(或液压泵输出高压油到液压蓄能器)，蓄电池驱动与主传动部分后外齿圈相连接的电动机(或液压蓄能器驱动与主传动部分后外齿圈相连接的液压马达)，在需要时传递一部分控制传动部分的功率到主传动部分后行星排外齿圈。通过控制发电机(或液压泵)的输出功率，就可以控制系统处于加速、减速或匀速不同工况

行星齿轮式无级变速传动系统采取以下方案实现：行星齿轮式无级变速传动系统结构具有无级变速装置，其特征在于结构具有主传动部分和控制传动部分组成；主传动部分由前行星排(1)和后行星排(4)组成，控制传动部分由行星排(10)、行星排(12)、发电机(或液压泵)(11)、蓄电池(或液压蓄能器)(9)和电动机(或液压马达)(8)组成；主传动部分的行星排(1)和行星排(4)同轴，行星排(1)的外齿圈与行星排(4)的太阳轮做成一体或固接，行星排(1)的太阳轮与行星排(4)的外齿圈做成一体或固接，行星排(1)的行星架轴(18)接收来自发动机的动力，行星排(4)的行星架通过齿轮(20)输出动力；在车辆为中低速时，行星排(1)的外齿圈连接齿轮对(14)的主动齿轮，传递一部分功率给控制传动部分，齿轮对(14)的从动齿轮连接控制传动部分行星排(10)的行星架，齿轮对(14)的主动齿轮通过单向超越离合器(2)与主传动部分前行星排外齿圈的轴同轴安装；在中高速时齿轮对(17)从动齿轮连接离合器(16)，离合器(16)接合后把一部分功率传给控制传动部分后行星排(10)的行星架，齿轮对(17)的主动齿轮安装在主传动部分前行星排(1)的输入行星架轴(18)上，此时由于超越离合器(2)的存在，齿轮对(14)不传递动力；控制传动部分后行星排(10)的行星架为控制传动部分的功率输入元件，行星排(10)太阳轮通过齿轮对(6)把一部分控制传动的功率传给行星排(4)的外齿圈，齿轮对(6)的主动齿轮与行星排(10)的太阳轮做成一体或固接，从动齿轮与行星排(4)的外齿圈做成一体或固接，后行星排(10)的外齿圈与控制传动部分前行星排(12)的行星架做成一体或固接；前行星排(12)的外齿圈通过齿轮对(19)输出控制传动部分的一部分功率到行星排(4)的输出行星架，齿轮对(19)的主动齿轮与行星排(12)的外齿圈做成一体或固接，其从动齿轮与行星排(4)的行星架做成一体或固接；前行星排(12)的太阳轮通过齿轮对(13)输出功率到发电机(或液压泵)(11)，齿轮对(13)的主动齿轮与行星排(12)的太阳轮做成一体或固接，齿轮对(13)的从动齿轮与发电机(或液压泵)(11)的输入轴做成一体或固接，发电机(或液压泵)(11)连接到蓄电池(或液压蓄能器)(9)，蓄电池(或液压蓄能器)(9)连接到蓄电池(或液压蓄能器)(9)，根据需要蓄电池(或液压蓄能器)(9)驱动蓄电池(或液压蓄能器)(9)，电动机(或液压马达)(8)通过单向离合器(7)与行星排(4)的外齿圈轴相连接；超越离合器(3)同轴安装在行星排(1)的外齿圈轴上，控制行星排(1)的外齿圈不能反转，制动器(5)同轴安装在行星排(4)的外齿圈外周，用来制动行星排(4)的外齿圈，制动器(15)同轴安装在行星排(1)的外齿圈外周，用来制动行星排(1)的外齿圈。通过控制发电机(或液压泵)(11)与电动机(或液压马达)(8)的输出扭矩和功率，就能控制该系统的传动比的变化和大小。

本发明“行星齿轮式无级变速传动系统”是利用目前已成熟的行星齿轮制造技术和电机、液压驱动及控制技术，经过精心设计后提出一种新型的车辆用无级变速系统，用于车辆无级变速器后能有效的拓宽无级变速器的使用范围，同时具有有效降低无级变速器制造和维护的成本，提高其传动效率，降低其噪声和延长其使用寿命。其工作原理如下：起步时，主传动部分的后行星排外齿圈制动，动力全部通过前行星排的外齿圈传给后行星排的太阳轮，通过后行星排的行星架输出动力，控制传动部分不传递动力；当起步后车辆在中低速范围内，主传动部分的功率分两路传给后行星排的输出行星架，同时控制传动部分起作用，控制传动部分输入功率是通过分流一部分主传动部分前行星排外齿圈的功率，通过控制控制传动部分的发电机(或液压泵)的输出功率、电动机(或液压马达)的工作与否及输出功率的大小，改变在主传动部分后行星排的太阳轮与外齿圈的输入扭矩的比例，从而达到系统速比的无级变化或稳定在一特定的传动比；在车辆速度在中高速范围内，主传动部分的功率也是分两路传给后行星排的输出行星架，同时控制传动部分也起作用，控制传动部分输入功率是通过分流一部分主传动部分前行星排输入行星架的功率，通过控制控制传动部分的发电机(或液压泵)的输出功率、电动机(或液压马达)的工作与否及输出功率的大小，改变在主传动部分后行星排的太阳轮与外齿圈的输入扭矩的比例，从而达到系统速比的无级变化或稳定在一特定的传动比；在高速不需要变速时(如高速公路工况)，控制传动部分不传递动力，主传动部分前行星排外齿圈被制动，动力经主传动部分的前太阳轮，后行星排外齿圈，由后行星排行星架输出动力，通过完全由齿轮传动达到传动效率最高。

本发明行星齿轮式无级变速传动系统特点：

1、本发明用目前技术成熟的行星齿轮技术和电机液压驱动控制技术，使产品的开发周期短和制造可行性好。

2、不用金属带和液力变矩器等一些国内没有很好掌握的技术，在制造原材料方面国内生产也没有困难，使该项发明在国内更具有可行性。

3、用齿轮传动代替金属带和链式的摩擦传动，具有效率高、噪声低、使用寿命长、传递功率范围宽，体积小的特点。

4、发电机或液压控制传动的功率占发动机输出功率比例很小，在车速为中低速时，最高占发动机输出功率的5％以下，在车速为中高速时，最高功率占发动机输出功率的3％以下，高速时为1.5％以下，因此电机或液压泵的功率及体积都不大。

本发明行星齿轮式无级变速传动系统是针对车辆的复杂使用工况而设计的无级变速系统，主要用于适用于各种汽车、轨道车辆、拖拉机、摩托车等机动车辆与电动车辆的无级变速器，特别适合轿车，也可用于其他车辆，例如重型卡车和工程机械等。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明。

附图1是行星齿轮式无级变速传动系统实施实例。

具体实施方式

参照附图1，行星齿轮式无级变速传动系统结构特征为(如附图1)：主传动部分由前行星排(1)和后行星排(4)组成，控制传动部分由行星排(10)、行星排(12)、发电机(或液压泵)(11)、蓄电池(或液压蓄能器)(9)和电动机(或液压马达)(8)组成；前行星排(1)和后行星排(4)同轴，前行星排(1)的外齿圈与后行星排(4)的太阳轮做成一体或固接，前行星排(1)的太阳轮与后行星排(4)的外齿圈做成一体或固接，前行星排(1)的行星架轴(18)接收来自发动机的动力，后行星排(4)的行星架通过齿轮(20)输出动力；在车辆为中低速时，主传动部分前行星排(1)的前外齿圈通过齿轮对(14)把一部分功率传给控制传动部分后行星排(10)的行星架，齿轮对(14)的主动齿轮通过单向超越离合器(2)与主传动部分前行星排外齿圈的轴相连接；在中高速时齿轮对(17)通过接合离合器(16)把一部分功率传给控制传动部分后行星排(10)的行星架，齿轮对(17)的主动齿轮安装在主传动部分前行星排的输入行星架轴上，此时由于超越离合器(2)的存在，齿轮对(14)不传递动力；控制传动部分后行星排(10)的行星架为控制传动部分的功率输入元件，其太阳轮通过齿轮对(6)把一部分控制传动的功率传给行星排(4)的外齿圈，齿轮对(6)的主动齿轮与行星排(10)的太阳轮做成一体或固接，从动齿轮与行星排(4)的外齿圈做成一体或固接，后行星排(10)的外齿圈与控制传动部分前行星排(12)的行星架做成一体或固接；前行星排(12)的外齿圈通过齿轮对(19)输出控制传动部分的一部分功率到行星排(4)的输出行星架，齿轮对(19)的主动齿轮与行星排(12)的外齿圈做成一体或固接，其从动齿轮与行星排(4)的行星架做成一体或固接；前行星排(12)的太阳轮通过齿轮对(13)输出功率到发电机(或液压泵)(11)，齿轮对(13)的主动齿轮与行星排(12)的太阳轮做成一体或固接，其从动齿轮与发电机(或液压泵)(11)的输入轴做成一体或固接，发电机(或液压泵)(11)输出能量到蓄电池(或液压蓄能器)(9)，蓄电池(或液压蓄能器)(9)根据需要驱动电动机(或液压马达)(8)，电动机(或液压马达)(8)通过单向离合器(7)与行星排(4)的外齿圈轴相连接；超越离合器(3)安装在行星排(1)的外齿圈轴上，控制行星排(1)的外齿圈不能反转，制动器(5)安装在行星排(4)的外齿圈外周，用来制动行星排(4)的外齿圈，制动器(15)安装在行星排(1)的外齿圈外周，用来制动行星排(1)的外齿圈。通过控制发电机(或液压泵)(11)的输出扭矩和功率，就能控制该系统的传动比的变化和大小。具体的工作原理如下(见附图1)：轴(18)接受来自发动机的动力，并传递给行星架(1)的行星架，在车辆起步时，主传动部分的后行星排(4)外齿圈由制动器(5)制动，动力全部通过前行星排(1)的外齿圈传给后行星排(4)的太阳轮，通过后行星排(4)的行星架输出动力，发电机或液压泵(11)空转，行星排(10)和行星排(12)不传递动力，发电机(或液压泵)(11)、电动机(或液压马达)(8)及蓄电池(或液压蓄能器)(9)不传递动力；当起步后车辆在中低速范围内，行星排(1)功率分两路传给后行星排(4)的输出行星架，同时控制传动部分行星排(10)和行星排(12)起作用，行星排(10)输入功率是通过齿轮对(14)分流一部分主传动部分前行星排(1)外齿圈的功率，通过控制控制传动部分的发电机(或液压泵)(11)的输出功率、电动机(或液压马达)(8)的工作与否及输出功率的大小，改变在主传动部分后行星排(4)的太阳轮与外齿圈的输入扭矩的比例，从而达到系统速比的无级变化或稳定在一特定的传动比，此时制动器(5)、制动器(15)松开，超越离合器(2)和超越离合器(7)传递动力，离合器(16)分离，蓄电池(或液压蓄能器)(9)起作用；在车辆速度在中高速范围内，主传动部分的功率也是从前行星排(1)分两路传给后行星排(4)的输出行星架，同时控制传动部分也起作用，控制传动部分输入功率是通过齿轮对(17)分流一部分轴(18)输入行星排(1)行星架的功率，通过控制控制传动部分的发电机(或液压泵)(11)的输出功率、电动机(或液压马达)(8)的工作与否及输出功率的大小，改变在主传动部分后行星排(4)的太阳轮与外齿圈的输入扭矩的比例，从而达到系统速比的无级变化或稳定在一特定的传动比，此时制动器(5)、制动器(15)松开，超越离合器(2)不传递动力，超越离合器(7)传递动力，离合器(16)接合，蓄电池(或液压蓄能器)(9)起作用；在高速不需要变速时，控制传动部分不传递动力，主传动部分前行星排(1)外齿圈被制动器(15)制动，动力经主传动部分行星排(1)的太阳轮，行星排(4)外齿圈，由后行星排(4)行星架通过齿轮(20)输出动力，通过完全由齿轮传动达到传动效率最高。这种方案可以完全用齿轮传动来代替目前依靠摩擦传动的金属带或链式无级变速器，使车辆无级传动效率更高，噪声低，寿命长，使无级变速器能在更大发动机排量的范围内应用。