專利名稱：電力機(jī)械行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力機(jī)械行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)，屬車輛傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
車輛傳動(dòng)系的功能是把動(dòng)力源的功率傳至驅(qū)動(dòng)輪，并按車輛行駛的要求改變牽引力和車速。無級(jí)變速傳動(dòng)是車輛傳動(dòng)的發(fā)展趨勢，被認(rèn)為是最理想的傳動(dòng)方式，無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)可以根據(jù)車輛路面行駛情況和發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)連續(xù)無級(jí)的改變速比(輸入轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速之比)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在最高效的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)外界條件與車輛的最佳匹配，使車輛獲得最佳的行駛性能。
但是，目前汽車用主流的無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)(如金屬帶式無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)或其變形，即在金屬帶式基礎(chǔ)上組合一行星齒輪系構(gòu)成的無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)、以及豐田PRIUS兩自由度單行星齒輪系無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng))，存在著以下的不足1)金屬帶式無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)或其變形需要復(fù)雜的液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)金屬帶的夾緊力控制和傳動(dòng)系統(tǒng)的速比控制，而夾緊力和速比控制又存在著復(fù)雜的耦合效應(yīng)。實(shí)際當(dāng)中，液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率較低，所以整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的效率也就偏低。
2)金屬帶式無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)由于其自身機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，其速比變化范圍(系統(tǒng)最大速比與最小速比的比值)較小(大約5～6)，即使通過設(shè)置一個(gè)行星變速機(jī)構(gòu)使變速比范圍增大，但同時(shí)也擴(kuò)大了金屬帶輪上承擔(dān)的功率，使得整個(gè)系統(tǒng)的效率變的更為低下。
3)金屬帶式無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)或其變形由于是基于摩擦傳動(dòng)的，故其傳動(dòng)效率較低，而且傳遞功率和扭矩的能力也偏低。
4)金屬帶式無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)或其變形由于要制造復(fù)雜的液壓系統(tǒng)及金屬帶等，故加工難度較大，需要的成本較高。
5)豐田PRIUS兩自由度單行星齒輪系無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的總速比變化范圍較小，且調(diào)速電機(jī)的功率較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，而提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊，加工容易，成本較低，傳動(dòng)效率高，變速比范圍大，調(diào)速電機(jī)所承擔(dān)功率小的無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是電力機(jī)械行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)由相互嚙合的齒輪Z1、惰輪Z2及齒輪Z3、行星機(jī)構(gòu)、輸入軸1、套軸2、輸入軸3、輸出軸4、相互嚙合的齒輪Z4和Z5、電動(dòng)機(jī)5、電動(dòng)機(jī)6(也有發(fā)電功能)、逆變器以及蓄電池組成；其中，輸入軸1和輸入軸3分別接發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸和電動(dòng)機(jī)5輸出軸。行星機(jī)構(gòu)由離合器C1、C2、C3、制動(dòng)器B、雙行星齒輪系K1、K2及單行星輪系K3構(gòu)成。K1、K2分別包括以下幾個(gè)部分太陽輪S1、行星架H1、齒圈Q1、相互嚙合的雙行星輪G1(其外面的行星齒輪與齒圈Q1嚙合，里面的行星齒輪與太陽輪S1嚙合)和太陽輪S2、行星架H2、齒圈Q2、相互嚙合的雙行星齒輪G2(其外面的行星齒輪與齒圈Q2嚙合，里面的行星齒輪與太陽輪S2嚙合)；K3包括單行星輪G3、太陽輪S3、行星架H3、齒圈Q3四個(gè)部分。
上述雙行星齒輪系K1的太陽輪S1與輸入軸3相連，行星架H1與套軸2相連，齒圈Q1通過離合器C2與單行星齒輪系K3的行星架H3相連；雙行星齒輪系K2的太陽輪S2與單行星輪系K3的太陽輪S3相連，行星架H2通過離合器C1與雙行星齒輪系K1的太陽輪S1相連，齒圈Q2與雙行星齒輪系K1的行星架H1相連；單行星齒輪系K3的太陽輪S3與雙行星齒輪系K2的太陽輪S2相連，齒圈Q3與制動(dòng)器B相連，行星架H3既通過離合器C2與單行星齒輪系K1的齒圈Q1相連，又與輸出軸4相連。
上述行星機(jī)構(gòu)有三個(gè)工作段位，即I段、II段、III段。行星機(jī)構(gòu)工作于I段位時(shí)，離合器C1、制動(dòng)器B接合，離合器C2、C3分離；工作于II段位時(shí)，離合器C2接合，離合器C1、C3和制動(dòng)器B分離；工作于III段位時(shí)，離合器C1、離合器C3接合，離合器C2和制動(dòng)器B分離。
上述電動(dòng)機(jī)5、電動(dòng)機(jī)6(也有發(fā)電功能)、逆變器、蓄電池及其連接組成是公知的已有技術(shù)。
電力機(jī)械行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理是記ic為電動(dòng)機(jī)1與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之比(電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，即與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相同，則ic為正，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，即與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反，則ic為負(fù))，k為齒輪Z3與Z1的齒數(shù)比，k1為齒圈Q1與太陽輪S1的齒數(shù)比，k2為齒圈Q2與太陽輪S2的齒數(shù)比，k3為齒圈Q3與太陽輪S3的齒數(shù)比，行星輪系K1、K2滿足雙行星齒輪系的特性方程，行星輪系K3滿足單行星齒輪系的特性方程。車輛首先工作于I段，此時(shí)，離合器C1、制動(dòng)器B接合，離合器C2、C3分離，由行星輪系K2、K3的特性方程可得系統(tǒng)的速比i1=k(1+k3)k2-(k2-1)kic;]]>當(dāng)車輛工作于II段時(shí)，離合器C2接合，離合器C1、C3和制動(dòng)器B分離，由行星輪系K1、K3的特性方程可得系統(tǒng)的速比i2=kk1(k1-1)+kic;]]>當(dāng)車輛工作于III段時(shí)，離合器C1、離合器C3接合，離合器C2和制動(dòng)器B分離，由行星輪系K2、K3的特性方程可得系統(tǒng)的速比i3=kk2-(k2-1)kic.]]>由上述i1、i2、i3可知，通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速，使輸入軸3在規(guī)定的較窄范圍內(nèi)做正、反向的往復(fù)連續(xù)無級(jí)變化(即ic在規(guī)定的正值與負(fù)值之間往復(fù)變化)，同時(shí)控制制動(dòng)器與各個(gè)離合器的工作狀態(tài)(接合或分離)，就可以形成系統(tǒng)逐段無沖擊的連續(xù)無級(jí)輸出，構(gòu)成足夠?qū)拸V的總速比變化范圍。車輛的倒車行駛通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)2得以實(shí)現(xiàn)。
需要說明的是，為了在不切斷動(dòng)力的情況下以較小的驅(qū)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)行星機(jī)構(gòu)平順、無沖擊的自動(dòng)換段，行星輪系K1、K2、K3的特性參數(shù)k1、k2、k3需滿足以下關(guān)系k3=2k1-2k1k2-22-k1.]]>本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)1)速比變化范圍大。通過合理選擇行星輪系K1、K2、K3的特性參數(shù)k1、k2、k3，可使系統(tǒng)的總變速比范圍達(dá)到8.5以上。
2)電動(dòng)機(jī)1承擔(dān)的功率小。系統(tǒng)工作當(dāng)中，電動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞的功率比最大為30％，也就是說，采用一個(gè)小功率的電動(dòng)機(jī)，就可以實(shí)現(xiàn)傳遞3倍功率的無級(jí)變速。
3)蓄電池、逆變器的體積小。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的功率較小，所以可以減小蓄電池和逆變器的體積，提高裝車性，同時(shí)減少燃油消耗。
4)傳動(dòng)效率高。由于采用了行星齒輪系，經(jīng)合理設(shè)計(jì)可使其傳動(dòng)效率達(dá)到98％以上。
5)傳動(dòng)平穩(wěn)可靠、抗沖擊和振動(dòng)的能力強(qiáng)。
6)結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞功率和扭矩大，承載能力高。
7)生產(chǎn)繼承性好，開發(fā)成本低?？梢猿浞掷媚壳笆謩?dòng)或自動(dòng)變速器的生產(chǎn)設(shè)備，具有良好的生產(chǎn)繼承性。而且，目前對(duì)于加工、制造、安裝行星輪系已不成問題。實(shí)踐表明，在具有中等技術(shù)水平的工廠里也可以制造出較好的行星輪系，開發(fā)難度不大，成本較低。


圖1為電力機(jī)械行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的總成示意圖。
圖2為行星機(jī)構(gòu)的總成示意圖。
具體實(shí)施例方式如附圖1所示，電力機(jī)械行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)由相互嚙合的齒輪Z1、惰輪Z2及齒輪Z3、行星機(jī)構(gòu)、輸入軸1、套軸2、輸入軸3、輸出軸4、相互嚙合的齒輪Z4和Z5、電動(dòng)機(jī)5、電動(dòng)機(jī)6(也有發(fā)電功能)、逆變器以及蓄電池組成。其中，套軸2和輸入軸3是同心的，輸入軸1和輸入軸3分別接發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸和電動(dòng)機(jī)5輸出軸。如附圖2所示，行星機(jī)構(gòu)由離合器C1、C2、C3、制動(dòng)器B、雙行星齒輪系K1、K2及單行星輪系K3構(gòu)成。K1、K2分別包括以下幾個(gè)部分太陽輪S1、行星架H1、齒圈Q1、相互嚙合的雙行星輪G1(其外面的行星齒輪與齒圈Q1嚙合，里面的行星齒輪與太陽輪S1嚙合)和太陽輪S2、行星架H2、齒圈Q2、相互嚙合的雙行星齒輪G2(其外面的行星齒輪與齒圈Q2嚙合，里面的行星齒輪與太陽輪S2嚙合)；K3包括單行星輪G3、太陽輪S3、行星架H3、齒圈Q3四個(gè)部分。其中，雙行星齒輪系K1的太陽輪S1與輸入軸3相連，行星架H1與套軸2相連，齒圈Q1通過離合器C2與單行星齒輪系K3的行星架H3相連；雙行星齒輪系K2的太陽輪S2與單行星輪系K3的太陽輪S3相連，行星架H2通過離合器C1與雙行星齒輪系K1的太陽輪S1相連，齒圈Q2與雙行星齒輪系K1的行星架H1相連；單行星齒輪系K3的太陽輪S3與雙行星齒輪系K2的太陽輪S2相連，齒圈Q3與制動(dòng)器B相連，行星架H3既通過離合器C2與單行星齒輪系K1的齒圈Q1相連，又與輸出軸4相連。系統(tǒng)工作時(shí)，靠控制制動(dòng)器和各個(gè)離合器的工作狀態(tài)(接合或分離)，使行星機(jī)構(gòu)平順、無沖擊的自動(dòng)換段，從而形成系統(tǒng)的逐段連續(xù)無級(jí)輸出，構(gòu)成足夠?qū)拸V的總速比變化范圍。車輛的倒車行駛通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)6得以實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的整個(gè)工作過程是行星機(jī)構(gòu)在離合器C1、制動(dòng)器B接合，離合器C2、C3分離的情況下，首先工作于第I段，ic開始從+1向-1連續(xù)變化，工作段I開始把最大的速比、最大的轉(zhuǎn)矩傳遞到輸出軸4，此時(shí)，齒圈Q1自由空轉(zhuǎn)；當(dāng)ic變化到-1時(shí)，使離合器C2接合，離合器C1、C3和制動(dòng)器B分離，行星機(jī)構(gòu)工作于第II段，同時(shí)，ic開始從-1向+1變化，工作段II開始把次大的速比、次大的轉(zhuǎn)矩傳遞到輸出軸4，此時(shí)，太陽輪S2、行星架H2、齒圈Q2、太陽輪S3、齒圈Q2自由空轉(zhuǎn)；當(dāng)ic變化到+1時(shí)，使離合器C1和離合器C3接合，離合器C2和制動(dòng)器B分離，行星機(jī)構(gòu)工作于第III段，同時(shí)，ic開始從+1向-1變化，工作段III開始把較小的速比、較小的轉(zhuǎn)矩傳遞到輸出軸6，此時(shí)，齒圈Q1自由空轉(zhuǎn)。如此，使ic反復(fù)變化，同時(shí)不跳段、無沖擊地切換制動(dòng)器和各離合器的工作狀態(tài)(接合或分離)，就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)總速比分段連續(xù)無級(jí)的變化。車輛的倒車行駛通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)6得以實(shí)現(xiàn)。
需要指出的是，若適當(dāng)收窄ic的上下限范圍，會(huì)使電動(dòng)機(jī)1工作在更高效的區(qū)域中工作，而且可以進(jìn)一步降低其功率。
權(quán)利要求
1.一種電力機(jī)械行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于由相互嚙合的齒輪(Z1)、惰輪(Z2)及齒輪(Z3)、行星機(jī)構(gòu)、輸入軸(1)、套軸(2)、輸入軸(3)、輸出軸(4)、相互嚙合的齒輪(Z4)和(Z5)、電動(dòng)機(jī)(5)、電動(dòng)機(jī)(6)、逆變器以及蓄電池連接組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力機(jī)械行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，行星機(jī)構(gòu)由離合器(C1、C2、C3)、制動(dòng)器(B)、雙行星齒輪系(K1、K2)以及單行星輪系(K3)構(gòu)成，雙行星齒輪系(K1、K2)分別包括以下幾個(gè)部分太陽輪(S1)、行星架(H1)、齒圈(Q1)、相互嚙合的雙行星輪(G1)、太陽輪(S2)、行星架(H2)、齒圈(Q2)、相互嚙合的雙行星齒輪(G2)；單行星齒輪系(K3)包括單行星輪(G3)、太陽輪(S3)、行星架(H3)、齒圈(Q3)；雙行星齒輪(G1)外面的行星齒輪與齒圈(Q1)嚙合，里面的行星齒輪與太陽輪(S1)嚙合；雙行星齒輪(G2)外面的行星齒輪與齒圈(Q2)嚙合，里面的行星齒輪與太陽輪(S2)嚙合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力機(jī)械行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，雙行星齒輪系(K1)的太陽輪(S1)與輸入軸(3)相連，行星架(H1)與套軸(2)相連，齒圈(Q1)通過離合器(C2)與單行星齒輪系(K3)的行星架(H3)相連；雙行星齒輪系(K2)的太陽輪(S2)與單行星輪系(K3)的太陽輪(S3)相連，行星架(H2)通過離合器(C1)與雙行星齒輪系(K1)的太陽輪(S1)相連，齒圈(Q2)與雙行星齒輪系(K1)的行星架(H1)相連；單行星齒輪系(K3)的太陽輪(S3)與雙行星齒輪系(K2)的太陽輪(S2)相連，齒圈(Q3)與制動(dòng)器(B)相連，行星架(H3)既通過離合器(C2)與單行星齒輪系(K1)的齒圈(Q1)相連，又與輸出軸(4)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電力機(jī)械行星機(jī)構(gòu)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)，屬車輛傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。該傳動(dòng)系統(tǒng)由相互嚙合的齒輪(Z1)、惰輪(Z2)及齒輪(Z3)、行星機(jī)構(gòu)、輸入軸(1)、套軸(2)、輸入軸(3)、輸出軸(4)、相互嚙合的齒輪(Z4)和(Z5)、電動(dòng)機(jī)(5)、電動(dòng)機(jī)(6)、逆變器以及蓄電池組成。本發(fā)明最大的優(yōu)點(diǎn)是用一個(gè)比較小功率的調(diào)速電動(dòng)機(jī)，就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的速比連續(xù)無級(jí)變化，與目前主流的無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)相比，其速比變化范圍更大，傳動(dòng)效率更高。而且成本低、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、傳動(dòng)穩(wěn)定可靠、傳遞功率和扭矩的能力大、易于運(yùn)用先進(jìn)的控制策略等，在普通汽車特別是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車傳動(dòng)系中有著廣泛的運(yùn)用前景。
文檔編號(hào)F16H61/28GK101082365SQ20071003441
公開日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2007年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日
發(fā)明者周云山, 薛殿倫, 劉金剛, 黃偉, 蘇建業(yè) 申請(qǐng)人:湖南江麓容大車輛傳動(dòng)有限責(zé)任公司