雙行星輪系式無級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】雙行星輪系式無級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，包括輸入和輸出行星輪系，兩套行星輪系均包括太陽輪、行星輪、齒圈及行星架，兩個(gè)太陽輪裝在中心軸上，輸入齒輪與輸入系的齒圈嚙合，輸出系的齒圈與輸出齒輪嚙合，中心軸及輸入軸裝在機(jī)器殼體上，輸出軸通過單向離合器裝在機(jī)器殼體上；兩個(gè)太陽輪固接，兩個(gè)行星架固定連接，兩套行星輪系中的齒圈與太陽輪的齒數(shù)比不相等。本發(fā)明通過在主功率循環(huán)流之外創(chuàng)建一個(gè)僅受外部轉(zhuǎn)動(dòng)角速度或扭矩影響的內(nèi)部功率循環(huán)流，通過改變內(nèi)部循環(huán)流的大小進(jìn)而得到適合的輸出扭矩及轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)、無極變速功能，且無需液力機(jī)制，具有較高的經(jīng)濟(jì)相對(duì)性和較廣的實(shí)用性。
【專利說明】雙行星輪系式無級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及變速機(jī)構(gòu)，具體涉及包括雙行星輪系的無極自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]變速機(jī)構(gòu)是一種在輸入軸轉(zhuǎn)速或扭矩不變的情況下，使輸出軸獲得不同的轉(zhuǎn)速或扭矩傳動(dòng)裝置，即通過變速或變矩，以滿足不同工況的需要，廣泛應(yīng)用于各種場合。
[0003]以汽車領(lǐng)域?yàn)槔?，為了滿足在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙燈不同行駛條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪牽引力及車速不同要求的需要，在發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)橋之間通常裝有變速器。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車變速器經(jīng)歷了非自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)向自動(dòng)變速器、從有級(jí)到無級(jí)的發(fā)展比如傳統(tǒng)的帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等，這類變速機(jī)構(gòu)的變速比單一為有級(jí)變速，但制造成本低，而且工藝較為成熟；又比如基于力矩變速的液力自動(dòng)變速器(AT)，能自主實(shí)現(xiàn)無極變速，但是機(jī)構(gòu)復(fù)雜，工藝復(fù)雜，制造成本高，且由于液力耦合器在使用過程中汽車輸出的能量有一部分被轉(zhuǎn)化為油溫，所以經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差。除上述外目前世界上比較成熟的全自動(dòng)變速器還有機(jī)械無級(jí)自動(dòng)變速器(CVT)、電控機(jī)械自動(dòng)變速器(AMT)，前者基于一對(duì)V形帶輪、鋼制皮帶以及一套液壓及電腦微控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)無極自動(dòng)變速，該變速器技術(shù)含量高，制造復(fù)雜，成本高，傳動(dòng)帶壽命相對(duì)較短，維護(hù)成本高，且由于受到如材料性能等多方面技術(shù)上的限制，其目前主要限制在小功率汽車上使用；后者基于傳統(tǒng)變速器以及電腦控制的自動(dòng)操作機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)有級(jí)、自動(dòng)變速，雖然其易于制造且成本低，但是其換檔性能較差，換擋時(shí)有頓挫感，低檔時(shí)頓挫感尤其明顯，另外，該變速器只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)變速，而不能實(shí)現(xiàn)無極變速，且需引入外界干預(yù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本 申請(qǐng)人:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，提供一種雙行星輪系式無級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，通過在主功率循環(huán)流之外創(chuàng)建一個(gè)僅受外部轉(zhuǎn)動(dòng)角速度或扭矩影響的內(nèi)部功率循環(huán)流，通過改變內(nèi)部循環(huán)流的大小進(jìn)而得到適合的輸出扭矩及轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)、無極變速功能，且無需液力機(jī)制，具有較高的經(jīng)濟(jì)相對(duì)性和較廣的實(shí)用性。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]雙行星輪系式無級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，包括輸入行星輪系、輸出行星輪系，所述輸入行星輪系包括第一太陽輪、與第一太陽輪外嚙合的第一行星輪、與第一行星輪內(nèi)嚙合的第一齒圈，第一行星輪通過軸承裝在第一行星架上，所述輸出行星輪系包括第二太陽輪、與第二太陽輪外嚙合的第二行星輪、與第二行星輪內(nèi)嚙合的第二齒圈，第二行星輪通過軸承裝在第二行星架上，第一太陽輪及第二太陽輪通過軸承裝在中心軸上，中心軸兩端通過軸承裝在機(jī)器殼體上，輸入軸上的輸入齒輪與第一齒圈哨合，第二齒圈與輸出軸上的輸出齒輪哨合，輸入軸通過軸承裝在機(jī)器殼體上，輸出軸通過單向離合器裝在機(jī)器殼體上；第一太陽輪與第二太陽輪固定連接，第一行星架與第二行星架固定連接；第一齒圈與第二齒圈通過軸承裝在機(jī)器殼體上，第一齒圈與第一太陽輪的齒數(shù)比和第二齒圈與第二太陽輪的齒數(shù)比不相等。
[0007]其進(jìn)一步技術(shù)方案為:
[0008]第一行星架與第二行星架的所述固定連接部分上設(shè)有外齒，怠速齒輪與所述固定連接部分上的外齒嚙合，怠速齒輪通過滑動(dòng)軸承裝在安裝軸上，安裝軸固定裝在機(jī)器殼體上，怠速齒輪通過在安裝軸上滑動(dòng)與所述兩套行星輪系連接或斷開。
[0009]所述第一行星架及第二行星架均通過軸承裝在中心軸上。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0011]本發(fā)明使用輸入和輸出共兩套行星輪系，其中所述輸入行星輪系中的第一齒圈為輸入端，所述輸出行星輪系中的第二齒圈為輸出端，兩套行星輪系中的太陽輪固定連接，且兩套行星輪系中的行星架固定連接，使整個(gè)機(jī)構(gòu)在從輸入端到輸出端的主功率循環(huán)流之夕卜，還在兩套行星輪系之間形成一個(gè)僅受外界轉(zhuǎn)動(dòng)角速度或扭矩影響的內(nèi)部功率循環(huán)流，該內(nèi)部循環(huán)功率流自成一體，當(dāng)所述怠速機(jī)構(gòu)同所述兩套行星輪系保持?jǐn)嚅_狀態(tài)時(shí)，整個(gè)變速機(jī)構(gòu)只有一個(gè)輸出流，即由輸出行星輪系輸出，當(dāng)所述怠速機(jī)構(gòu)同所述兩套行星輪系保持連接狀態(tài)時(shí)，整個(gè)變加速機(jī)構(gòu)有兩個(gè)輸出流，即從輸出行星輪系輸出和從所述怠速機(jī)構(gòu)輸出。在本發(fā)明所述的變速機(jī)構(gòu)變速時(shí)，由于輸入功率為已知常量，在所述兩套行星輪系與所述怠速機(jī)構(gòu)斷開的情況下，此時(shí)，功率守恒定律中的輸出功率的兩個(gè)因子，即輸出行星輪系輸出端的扭矩和轉(zhuǎn)動(dòng)角速度則成反比例關(guān)系。本發(fā)明所述的變速機(jī)構(gòu)在創(chuàng)建一個(gè)僅受外界的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度需求或扭矩影響的內(nèi)部功率循環(huán)流的基礎(chǔ)上，根據(jù)變速機(jī)構(gòu)輸出端的扭矩或轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的需求狀況，通過改變內(nèi)部循環(huán)流的大小從而得到適合的輸出扭矩或輸出轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，由此實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)變速功能；另一方面，由于變速機(jī)構(gòu)在無需改變機(jī)構(gòu)間聯(lián)接的情況下即可滿足各種轉(zhuǎn)速及扭矩的需求，由此實(shí)現(xiàn)了無極變速功能；在輸出軸上設(shè)有單向離合器，能夠確保整個(gè)變速機(jī)構(gòu)輸出方向唯一確定。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)中的液力機(jī)制，在同樣能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)、無極的變速功能下，省卻了液力變矩器，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的機(jī)械無級(jí)自動(dòng)變速器，無需額外的液壓及電腦微控系統(tǒng)則可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及調(diào)整，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有的變速器而言，能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的無極和自動(dòng)變速，且變速過程中無需切斷動(dòng)力、改變機(jī)構(gòu)間的連接，且變速過程無頓挫感，簡化了變速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及制作，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和較廣的實(shí)用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3為單個(gè)行星輪系的簡易結(jié)構(gòu)示意圖，圖中示出了單行星輪的受力情況。
[0015]圖4為以兩種不同油門驅(qū)動(dòng)汽車并使汽車最終勻速行駛工況下汽車驅(qū)動(dòng)扭矩、汽車行駛阻力矩和汽車行駛速度的關(guān)系示意圖。
[0016]其中:1、第一太陽輪；2、第一行星輪；3、第一齒圈；4、第一行星架；5、第二太陽輪；6、第二行星輪；7、第二齒圈；8、第二行星架；9、中心軸；10、機(jī)器殼體；11、輸入軸；12、輸入齒輪；13、輸出軸；14、輸出齒輪；15、單向離合器；16、怠速齒輪；17、滑動(dòng)軸承；18、安裝軸；100、太陽輪；200、行星輪；300、齒圈；400、主功率循環(huán)流；500、內(nèi)部功率循環(huán)流。【具體實(shí)施方式】
[0017]現(xiàn)對(duì)本發(fā)明采用的公式中的字母及符號(hào)作如下說明。[0018]Pr表示輸入功率，Pc表示輸出功率，Mr表示輸入扭矩，Wr表示輸入轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，Mc表示輸出扭矩，Wc表示輸出轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，且Mr和Wr為已知常量，Pd表示通過所述怠速機(jī)構(gòu)輸出的功率，Mz表示中間扭矩，Wz表示中間轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，Mz及Wz均為中間自由變量，
a、I^apb1均為常量系數(shù)，Ps表示變速機(jī)構(gòu)內(nèi)部損失的功率；
[0019]在單個(gè)行星輪系中，Wt表示太陽輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，Wx表示行星架轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，Wq表示齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，Rt表示太陽輪節(jié)度圓半徑，Rx表示行星輪節(jié)度圓半徑，Rq表示齒圈節(jié)度圓半徑，k表示Rq與Rt的比值，Mt表示太陽輪的扭矩，Mq表示齒圈的扭矩，Mx表示行星架的扭矩，F(xiàn)1為太陽輪對(duì)行星輪的作用力，F(xiàn)2為齒圈對(duì)行星輪的作用力，F(xiàn)3為行星架對(duì)行星輪的作用力；
[0020]在所述輸入與輸出行星輪系中，Wt1表不第一太陽輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，Wx1表不第一行星架的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，Wq1表示第一齒圈的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度,Wt2表示第二太陽輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，Wx2表示第二行星架的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，Wq2表示第二齒圈的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，Mtl表示第一太陽輪的扭矩，Mxl表不第一行星架的扭矩，Mql表不第一齒圈的扭矩，Mt2表不第二太陽輪的扭矩，Mx2表示第二行星架的扭矩，Mq2表示第二齒圈的扭矩，Rt1表示第一太陽輪節(jié)度圓半徑，Rx1表示第一行星輪節(jié)度圓半徑，Rq1表示第一齒圈節(jié)度圓半徑，Rt2表示第二太陽輪節(jié)度圓半徑，Rx2表示第二行星輪節(jié)度圓半徑，Rq2表示第二齒圈節(jié)度圓半徑，h表示Rq1與Rt1的比值，k2表示Rq2與Rt2的比值,且Ii1古k2,Mf表示發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩,Mn表示汽車驅(qū)動(dòng)扭矩,Wf表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，Wn表示汽車行駛速度，j、P、s、t均為常量系數(shù)，Mu表示汽車行駛阻力矩，且Mu跟隨汽車行駛速度變大而變大，Ma表示加速扭矩。
[0021 ] 下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0022]見圖1，本發(fā)明包括輸入行星輪系、輸出行星輪系，所述輸入行星輪系包括第一太陽輪1、與第一太陽輪I外嚙合的第一行星輪2、與第一行星輪2內(nèi)嚙合的第一齒圈3，多個(gè)第一行星輪2通過軸承裝在第一行星架4上，所述輸出行星輪系包括第二太陽輪5、與第二太陽輪5外嚙合的第二行星輪6、與第二行星輪6內(nèi)嚙合的第二齒圈7，多個(gè)第二行星輪6通過軸承裝在第二行星架8上，第一太陽輪I及第二太陽輪5通過軸承裝在中心軸9上，中心軸9兩端通過軸承裝在機(jī)器殼體10上,輸入軸11上的輸入齒輪12與第一齒圈3哨合,第二齒圈7與輸出軸13上的輸出齒輪14嚙合，輸入軸11通過軸承裝在機(jī)器殼體10上，輸出軸13通過單向離合器15裝在機(jī)器殼體10上；第一太陽輪I與第二太陽輪5固定連接，第一行星架4與第二行星架8固定連接；第一齒圈3與第二齒圈7通過軸承裝在機(jī)器殼體10上，第一齒圈3與第一太陽輪I的齒數(shù)比和第二齒圈7與第二太陽輪5的齒數(shù)比不相等，其中，第一太陽輪I與第二太陽輪5、第一行星架4與第二行星架8優(yōu)選地制作成一體結(jié)構(gòu)。
[0023]進(jìn)一步地，為了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)汽車臨時(shí)性停車的工況要求，在第一行星架4與第二行星架8的固定連接部分上設(shè)有外齒，怠速齒輪16與所述固定連接部分上的外齒嚙合，具體地，也可以在第一行星架4與第二行星架8之間設(shè)一個(gè)中間齒輪，該中間齒輪與第一行星架4、第二行星架8均固接，且該中間齒輪與怠速齒輪16嚙合，怠速齒輪16通過滑動(dòng)軸承17裝在安裝軸18上，安裝軸18固定裝在機(jī)器殼體10上，怠速齒輪16、滑動(dòng)軸承17、安裝軸18構(gòu)成怠速機(jī)構(gòu)，怠速齒輪16通過在安裝軸18上滑動(dòng)與所述兩套行星輪系連接或斷開，使所述怠速機(jī)構(gòu)與所述輸入、輸出行星輪系連接或斷開。
[0024]以所述輸入、輸出行星輪系與所述怠速機(jī)構(gòu)斷開進(jìn)行說明，本發(fā)明所述的變速機(jī)構(gòu)滿足以下三個(gè)條件:
[0025]①M(fèi)r=aMc+bMz
[0026]②WFaJc+biWz
[0027]③Mr*Wr=Mc*Wc
[0028]上述③式是由功率守恒定律得出，從理論上而言，輸入功率與輸出功率之間還存在一個(gè)變速機(jī)構(gòu)內(nèi)部損耗功率Ps，功率損耗Ps主要來自于齒輪軸同機(jī)器殼體之間和內(nèi)部的摩擦，基于目前生產(chǎn)工藝，這種摩擦因子可以控制得很小，并且在使用過程中中間輪系的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度并不會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)大于輸入轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的情況，因此由摩擦產(chǎn)生的功率損耗Ps很小，將其忽略與否并不會(huì)改變最終結(jié)果，由此得到上述③式；在所述輸入、輸出行星輪系與所述怠速機(jī)構(gòu)處于連接狀態(tài)時(shí)，輸入功率有一部分經(jīng)所述怠速機(jī)構(gòu)輸出，即此時(shí)，上述③式表述為下式:
[0029]Mr*ffr=Mc*ffc+Pd
[0030]上述①式和②式是基于單個(gè)行星輪系中太陽輪、行星輪及齒圈這三者的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度/扭矩之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，對(duì)本發(fā)明所述變速機(jī)構(gòu)的兩套行星輪系的輸入/輸出的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度/扭矩的關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)上的推算而得，具體推算過程如下:
[0031]見圖3，圖3為典型的單個(gè)行星輪系，包括太陽輪100、與太陽輪100外嚙合的行星輪200，與行星輪200內(nèi)嚙合的齒圈300，行星輪200裝在行星架(圖3中未示出)上，圖3中O1是太陽輪100、齒圈300和行星架的運(yùn)動(dòng)中心，O2是行星輪200的自轉(zhuǎn)中心，B和A表示行星輪200分別與太陽輪100、齒圈300的嚙合點(diǎn)，在單個(gè)行星輪系中，存在如下基礎(chǔ)理論關(guān)系:`
[0032]④Wt+kWq=(l+k)Wx
[0033]⑤Mt+Mq/k=Mx/(l+k)
[0034]上述④式是基于齒輪嚙合原理(即在嚙合處速度相等)得出，設(shè)太陽輪100轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)檎较?，行星?00轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為Wx，以行星輪200為參照物，則太陽輪100轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為(Wt-Wx)、外齒圈300轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為(Wq-Wx)，則根據(jù)齒輪嚙合原理可以得到下述⑥式:
[0035]⑥Wq-Wx=-Rt* (fft-ffx) /Rq
[0036]賦予k=Rq/Rt，且k > I，則上述⑥式可以簡化為上述④式:
[0037]上述⑤式是行星輪系處于平衡狀態(tài)時(shí)得出的，見圖3，根據(jù)行星輪200的力矩平衡條件，在不同受力情況下，均存在上述⑤式的數(shù)學(xué)關(guān)系，具體論證過程如下:
[0038]1、當(dāng)太陽輪100對(duì)行星輪200的作用力F1小于齒圈300對(duì)行星輪200的作用力F2，將構(gòu)造一個(gè)以B為回轉(zhuǎn)中心、以02、A為扭矩力作用點(diǎn)的系統(tǒng)。
[0039]在該系統(tǒng)中，將O2點(diǎn)的力等價(jià)轉(zhuǎn)移到A點(diǎn)有A點(diǎn)所受合力:F2+F3/2，而B點(diǎn)所受合力為F1,根據(jù)行星輪勻速自傳即合轉(zhuǎn)矩為零，可得到如下數(shù)學(xué)關(guān)系式:
[0040](F2+F3/2) Rx-F1^Rx=O
[0041]上式簡化可得下述i式:
[0042]1.(F2-F1) *2+F3=0[0043]設(shè)太陽輪100、齒圈300及行星架的轉(zhuǎn)矩分別為Mt、Mq、Mx，在以B為回轉(zhuǎn)中心、以02、A為扭矩力作用點(diǎn)的系統(tǒng)中，太陽輪100對(duì)行星輪200的作用力F1與Mt方向相反，齒圈300對(duì)行星輪200的作用力F2與Mq方向相同，由輪系做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的平衡條件，可得到如下四個(gè)數(shù)學(xué)關(guān)系式:
[0044]F1=-MVRt
[0045]F2=Mq/Rq
[0046]F3=-Mx/ (Rt+Rx)
[0047]Rx= (Rq-Rt) /2
[0048]根據(jù)上述后面兩個(gè)關(guān)系式換算可得下述ii式:
[0049]ii.F3=_2*Mx/ (Rt+Rq)
[0050]將ii式帶入i式換算可得下述iii式:
[0051]ii1.Mt/Rt+Mq/Rq=Mx/ (Rt+Rq)
[0052]將k=Rq/Rt代入上述iii式，可得上述⑤式:
[0053]2、當(dāng)太陽輪100對(duì)行星輪200的作用力F1大于齒圈300對(duì)行星輪100的作用力F2，將構(gòu)造一個(gè)以A為回轉(zhuǎn)中心、以02、B為扭矩力作用點(diǎn)的系統(tǒng)。
[0054]在該系統(tǒng)中，將O2點(diǎn)的力等價(jià)轉(zhuǎn)移到B點(diǎn)有B點(diǎn)所受合力$#3/2，而A點(diǎn)所受合力為F2,根據(jù)行星輪勻速自傳即合轉(zhuǎn)矩為零，可得到如下數(shù)學(xué)關(guān)系式:
[0055](F^F3/2) Rx-F2^Rx=O
[0056]上式簡化可得下述iv式:
[0057]iv.(F1-F2) *2+F3=0
[0058]設(shè)太陽輪100、齒圈300及行星架的轉(zhuǎn)矩分別為Mt、Mq、Mx，在以A為回轉(zhuǎn)中心、以
02、B為扭矩力作用點(diǎn)的系統(tǒng)中，太陽輪100對(duì)行星輪200的作用力F1與Mt方向相同，齒圈300對(duì)行星輪200的作用力F2與Mq方向相反，由輪系做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的平衡條件，可得到如下四個(gè)數(shù)學(xué)關(guān)系式:
[0059]F1=MtZRt
[0060]F2=-Mq/Rq
[0061]F3=-Mx/ (Rt+Rx)
[0062]Rx= ( Rq-Rt) /2
[0063]根據(jù)上述后面兩個(gè)關(guān)系式換算可得下述V式:
[0064]V.F3=_2*Mx/ (Rt+Rq)
[0065]將V式帶入iv式換算可得下述Vi式:
[0066]v1.Mt/Rt+Mq/Rq=Mx/ (Rt+Rq)
[0067]將k=Rq/Rt代入上述vi式，同樣可得上述⑤式。
[0068]根據(jù)上述關(guān)于單個(gè)行星輪系的力矩平衡分析，可知，對(duì)于如圖3所示的單行星輪系的各力矩之間存在上述⑤式的基礎(chǔ)理論關(guān)系。
[0069]在單個(gè)行星輪系的上述④式和⑤式的基礎(chǔ)理論關(guān)系的基礎(chǔ)上，對(duì)本發(fā)明所述變速機(jī)構(gòu)的兩套行星輪系的輸入/輸出的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度/扭矩的關(guān)系進(jìn)行推算，可以得到上述①式和②式的結(jié)論，具體推算過程如下:
[0070]本發(fā)明所述變速機(jī)構(gòu)中第一齒圈3為輸入端(即Wq1=Wr, Mq1=Mr),第二齒圈7為輸出端(即Wq2=Wc, Mq2=Mc),除了存在單個(gè)行星輪系中④式和⑤式的數(shù)學(xué)關(guān)系，還因?yàn)榈谝惶栞咺和第二太陽輪5固定連接，因此二者的轉(zhuǎn)速及扭矩均相等，第一行星架4與行星架8固定連接，因此這二者的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度及扭矩均相等。
[0071]首先，基于轉(zhuǎn)動(dòng)角速度利用上述④式進(jìn)行分析推算，本發(fā)明所述變速機(jī)構(gòu)滿足以下四組關(guān)系:
[0072]1.Wt^k1Wq1= (1+k^ Wx1
[0073]I1.fft2+k2ffq2=(l+k2)ffx2
[0074]H1.Wt1=Wt2[0075]IV.Wx1=Wx2
[0076]由上述I式、II式、III式、IV式整合換算得到下述⑦式:
[0077]⑦(Iifk2)Wx1
[0078]將上上述⑦式中的所有系數(shù)整合后由系數(shù)Bpb1表示，Wx1用中間扭矩Wz表示，Wq1為輸入轉(zhuǎn)動(dòng)角速度Wr，Wq2為輸出轉(zhuǎn)動(dòng)角速度Wc，則上述⑦式即為上述②式:
[0079]②WrsaJc+t^Wz
[0080]其次，基于扭矩利用上述⑤式進(jìn)行分析推算，本發(fā)明所述變速機(jī)構(gòu)滿足以下四組關(guān)系:
[0081]1.Mt^Mq1Zk1=Mx1/ (1+k^
[0082]II.Mt2+Mq2/k2=Mx2/ (l+k2)
[0083]H1.Mt1=Mt2
[0084]IV.Mx1=Mx2
[0085]由上述I式、II式、III式、IV式整合換算得到下述⑧式:
[0086]⑧Mq1A1=Mq2A2+[I/(1+k^ -1/ (l+k2) JMx1
[0087]將上述⑧式中的所有系數(shù)整合后由系數(shù)a、b表示，Mx1用中間扭矩Mz表示，Mq1為輸入轉(zhuǎn)動(dòng)角速度Mr，Mq2為輸出轉(zhuǎn)動(dòng)角速度Mc,則上述⑧式即為上述①式:
[0088]①M(fèi)r=aMc+bMz
[0089]由于第一齒圈3與第一太陽輪I的齒數(shù)比和第二齒圈7與第二太陽輪5的齒數(shù)比不相等，根據(jù)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中齒數(shù)比與半徑比相等的關(guān)系，則h不等于k2，且二者都大于1，因此，上述⑦式和⑧式整合后的系數(shù)a、b、a1、Id1均不為零。
[0090]本發(fā)明滿足的上述①式、②式、③式的三個(gè)數(shù)學(xué)關(guān)系式中，由于Wr、Mr為已知常量，Wz、Mz為中間自由變量，當(dāng)確定Wc或Mc其中任一一個(gè)的值時(shí)，對(duì)于上述①式、②式、③式均能尋找到唯一一個(gè)確定的Wz、Mz以及Mc或Wc的值使這三個(gè)數(shù)學(xué)關(guān)系式成立，即本發(fā)明所述變速機(jī)構(gòu)依賴輸出端轉(zhuǎn)動(dòng)角速度/扭矩相應(yīng)地自動(dòng)調(diào)整輸出扭矩/轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)的變速功能。
[0091]圖2為本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明使用輸入和輸出共兩套行星輪系，其中所述輸入行星輪系中的第一齒圈3為輸入端，所述輸出行星輪系中的第二齒圈7為輸出端，兩套行星輪系中的太陽輪固定連接，且兩套行星輪系中的行星架固定連接，使整個(gè)機(jī)構(gòu)在從輸入端到輸出端的主功率循環(huán)流400之外，還在兩套行星輪系之間形成一個(gè)僅受外界的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度Wc需求或扭矩Mc影響的內(nèi)部功率循環(huán)流500。圖2中帶箭頭的直線為功率流的路徑，內(nèi)部功率循環(huán)流500處于封閉的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，整個(gè)變速機(jī)構(gòu)在受到外界影響時(shí)，即Mc或Wc變化時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi)部功率流500，即通過改變⑦式和⑧式的中間自由變量Wx1及Mx1進(jìn)而改變輸出轉(zhuǎn)動(dòng)角速度或輸出扭矩，以此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速功能。本發(fā)明所述的變速機(jī)構(gòu)在創(chuàng)建內(nèi)部功率循環(huán)流500的基礎(chǔ)上，根據(jù)變速機(jī)構(gòu)輸出端的扭矩或轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的需求狀況，通過改變內(nèi)部循環(huán)流500的大小從而得到適合的輸出扭矩或輸出轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)變速功能；另一方面，由于變速機(jī)構(gòu)在無需改變機(jī)構(gòu)間聯(lián)接的情況下即可滿足各種轉(zhuǎn)速及扭矩的需求，實(shí)現(xiàn)了無極變速功能。
[0092]對(duì)于汽車變速器而言，變速機(jī)構(gòu)輸入扭矩Mr取決于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩Mf及變速機(jī)構(gòu)的變矩比，變速器輸出扭矩Mc決定了汽車驅(qū)動(dòng)扭矩Mn，變速器輸入轉(zhuǎn)動(dòng)角速度Wr取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Wf及變速機(jī)構(gòu)的變速比，變速器輸出轉(zhuǎn)速Wc決定了汽車行駛速度Wn，同理，根據(jù)上述①式、②式、③式，可以得出下列四個(gè)關(guān)系式:
[0093]V.Mf=jMn+pMz
[0094]A/1.fff=sffn+tffz
[0095]YD.Mf*Wf=Mn*Wn (所述怠速機(jī)構(gòu)與所述兩套行星輪系保持?jǐn)嚅_)
[0096]VIH.Mf*fff=Mn*ffn+Pd (所述怠速機(jī)構(gòu)與所述兩套行星輪系保持連接)
[0097]汽車在行駛過程中有駐車、變速、勻速、倒車這幾種狀態(tài)，倒車功能已較為完善和成熟，即在前進(jìn)的條件中加入換向齒輪，在此不做討論，因此，汽車變速機(jī)構(gòu)需要能夠滿足上述不同狀態(tài)下的工況要求，具體說明如下:
[0098]1.駐車狀態(tài)，此時(shí)又包括發(fā)動(dòng)機(jī)停止及發(fā)動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)兩種狀態(tài):
[0099]發(fā)動(dòng)機(jī)停止:即汽車熄火，故Wf=0，由上面推導(dǎo)的VII式可知汽車速度Wn為零；
[0100]發(fā)動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng):即汽車`臨時(shí)性停車,則輸入功率不為零,此時(shí)通過人工控制所述怠速機(jī)構(gòu)與所述兩套行星輪系處于連接狀態(tài)，則上述VDI式成立，此時(shí)若Mn小于或等于Mu，此處Mu特指汽車從零到行駛時(shí)的臨界阻力矩，則汽車行駛速度fc為零，則上述珊式和②式分別轉(zhuǎn)變?yōu)橄率鰯?shù)學(xué)關(guān)系式:
[0101]IX.Pd=Mf^fff
[0102]X.Wr=ID1Wz
[0103]此時(shí),汽車怠速,且上述①式、②式、③式仍成立。
[0104]2、變速狀態(tài)(汽車加速、減速):
[0105]由汽車行駛原理可知:汽車驅(qū)動(dòng)扭矩Mn等于加速扭矩Ma與形式阻力矩Mu之和，其中，Mu隨著汽車行駛速度變大而變大。
[0106]當(dāng)Mn>Mu，汽車加速，則汽車行駛速度Wn增大，根據(jù)上述VII式，則汽車驅(qū)動(dòng)扭矩Mn變小，而行駛阻力矩Mu隨著Wn增大，直到達(dá)到平衡，即汽車驅(qū)動(dòng)扭矩Mn等于行駛阻力矩Mu,即變速器實(shí)現(xiàn)加速功能；
[0107]反之，當(dāng)Mn < Mu, Wn減小，Mn增大,而Mu隨著Wn減小,直到達(dá)到平衡，即汽車驅(qū)動(dòng)扭矩Mn等于行駛阻力矩，即變速器實(shí)現(xiàn)減速功能。
[0108]如上所述整個(gè)過程均在恒定功率下進(jìn)行，無需外界控制，則變速過程是自動(dòng)的，整個(gè)變化過程變速機(jī)構(gòu)并沒有改變機(jī)構(gòu)間聯(lián)接的情況，即可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。
[0109]3、勻速行駛狀態(tài):
[0110]見圖4，當(dāng)汽車以較小油門被驅(qū)動(dòng)時(shí)，汽車經(jīng)過加速后會(huì)以一個(gè)較小的速度Wn1勻速行駛，若此時(shí)加大油門，即輸入功率變大，根據(jù)上述Vn式，汽車驅(qū)動(dòng)扭矩Mn會(huì)立即變大，這將導(dǎo)致Mn大于行駛阻力矩Mu，由此汽車加速，即汽車行駛速度fc會(huì)增加，驅(qū)動(dòng)力矩Mn變小，行駛阻力矩Mu增大直直至與車驅(qū)動(dòng)扭矩Mn相等從而達(dá)到平衡，此時(shí)汽車行駛速度為Wn2,且Wn2大于Wn1,即汽車經(jīng)過加速后會(huì)以一個(gè)較大的速度Wn2勻速行駛。由此可知，駕駛員可以通過油門(輸入功率)控制汽車勻速行駛的速度。
[0111]以上描述是對(duì)本發(fā)明的解釋，不是對(duì)發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見權(quán)利要求，在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，可以作任何形式的修改。
【權(quán)利要求】
1.雙行星輪系式無級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，包括輸入行星輪系、輸出行星輪系，所述輸入行星輪系包括第一太陽輪(I)、與第一太陽輪(I)外嚙合的第一行星輪(2)、與第一行星輪(2)內(nèi)嚙合的第一齒圈(3)，第一行星輪(2)通過軸承裝在第一行星架(4)上，所述輸出行星輪系包括第二太陽輪(5)、與第二太陽輪(5)外嚙合的第二行星輪(6)、與第二行星輪(6)內(nèi)嚙合的第二齒圈(7)，第二行星輪(6)通過軸承裝在第二行星架(8)上，其特征在于:第一太陽輪(I)及第二太陽輪(5)通過軸承裝在中心軸(9)上，中心軸(9)兩端通過軸承裝在機(jī)器殼體(10)上,輸入軸(11)上的輸入齒輪(12)與第一齒圈(3) B齒合,第二齒圈(7)與輸出軸(13)上的輸出齒輪(14)嚙合，輸入軸(11)通過軸承裝在機(jī)器殼體(10)上，輸出軸(13)通過單向離合器(15)裝在機(jī)器殼體(10)上；第一太陽輪(I)與第二太陽輪(5)固定連接,第一行星架(4)與第二行星架(8)固定連接；第一齒圈(3)與第二齒圈(7)通過軸承裝在機(jī)器殼體(10)上，第一齒圈(3)與第一太陽輪(I)的齒數(shù)比和第二齒圈(7)與第二太陽輪(5)的齒數(shù)比不相等。
2.按權(quán)利要求1所述的雙行星輪系式無級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，其特征在于:第一行星架(4)與第二行星架(8)的所述固定連接部分的外周設(shè)有外齒，怠速齒輪(16)與所述固定連接部分上的外齒嚙合，怠速齒輪(16)通過滑動(dòng)軸承(17)裝在安裝軸(18)上，安裝軸(18)固定裝在機(jī)器殼體(10)上，怠速齒輪(16)通過在安裝軸(18)上滑動(dòng)與所述兩套行星輪系連接或斷開。
3.按權(quán)利要求1所述的雙行星輪系式無級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述第一行星架(4 )及第二行星架(8 )均通過軸承裝在中心軸(9 )上。
4.按權(quán)利要求1所述的雙行星輪系式無級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述固定連接的第一太陽輪(I)與第二太陽輪(5)為一體結(jié)構(gòu)。
5.按權(quán)利要求1所述的雙行星輪系式無級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述固定連接的第一行星架(4)與第二行星架(8)為一體結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】F16H3/58GK103511563SQ201310499327
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】徐攀 申請(qǐng)人:徐攀