雙行星輪系式無(wú)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(wú)級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，包括輸入和輸出行星輪系，兩個(gè)太陽(yáng)輪裝在機(jī)器殼體中心軸上，輸入或輸出齒輪與第一輪系太陽(yáng)輪嚙合，第二輪系的行星架與輸出或輸入齒輪嚙合；第一輪系中，行星輪、側(cè)齒圈為錐齒輪，側(cè)齒圈、帶有錐齒部的太陽(yáng)輪的軸線與中心軸軸線相同，行星輪軸線與中心軸軸線相交；第一輪系側(cè)齒圈與第二輪系太陽(yáng)輪固接，第一輪系的行星架與第二輪系的外齒圈固定連接。本發(fā)明通過(guò)在主功率循環(huán)流之外創(chuàng)建一個(gè)僅受外部扭矩或轉(zhuǎn)動(dòng)角速度影響的內(nèi)部功率循環(huán)流，通過(guò)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(wú)極變速功能，且無(wú)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(shuō)明】雙行星輪系式無(wú)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(wú)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(guò)變速或變矩，以滿足不同工況的需要，廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)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(wú)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(wú)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(guò)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(wú)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(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)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(wú)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(wú)級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，通過(guò)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(guò)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，其能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)、無(wú)極的變速功能，且省卻了現(xiàn)有技術(shù)中的液力機(jī)制，具有較高的經(jīng)濟(jì)相對(duì)性。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]雙行星輪系式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，包括第一行星輪系、第二行星輪系，所述第一行星輪系包括第一太陽(yáng)輪、與第一太陽(yáng)輪嚙合的第一行星輪、與第一行星輪嚙合的側(cè)齒圈，第一行星輪通過(guò)軸承裝在第一行星架上，所述第二行星輪系包括第二太陽(yáng)輪、與第二太陽(yáng)輪外嚙合的第二行星輪、與第二行星輪內(nèi)嚙合的外齒圈，第二行星輪通過(guò)軸承裝在第二行星架上；第一太陽(yáng)輪、側(cè)齒圈及第二太陽(yáng)輪通過(guò)軸承裝在中心軸上，中心軸兩端通過(guò)軸承裝在機(jī)器殼體上；第一行星架通過(guò)軸承裝在機(jī)器殼體上，且其軸線與中心軸的軸線相同；第一太陽(yáng)輪包括與第一中間軸上的第一齒輪嚙合的第一齒部、與第一行星輪嚙合的第二齒部，第二齒部與側(cè)齒圈均為錐齒輪，且二者位置相對(duì)，第一行星輪為錐齒輪，第一行星輪的軸線與中心軸的軸線相交；側(cè)齒圈與第二太陽(yáng)輪固接；第二行星架帶有第三齒部，第三齒部與第二中間軸上的第二齒輪嚙合，第一中間軸及第二中間軸均可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝在機(jī)器殼體上；第一行星架與外齒圈固定連接。
[0007]其進(jìn)一步技術(shù)方案為:
[0008]第一行星架與外齒圈的所述固定連接部分的外周設(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(guò)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(guò)在安裝軸上滑動(dòng)與所述兩套行星輪系連接或斷開(kāi)。
[0009]所述第二行星架及第三齒部均通過(guò)軸承裝在中心軸上。
[0010]所述第一中間軸為輸入軸，第二中間軸為輸出軸，第二中間軸通過(guò)單向離合器裝在機(jī)器殼體上。
[0011]所述第一中間軸為輸出軸，第二中間軸為輸入軸，第一中間軸通過(guò)單向離合器裝在機(jī)器殼體上。
[0012]所述固定連接的第一行星架與外齒圈為一體結(jié)構(gòu)。
[0013]所述固定連接的側(cè)齒圈與第二太陽(yáng)輪為一體結(jié)構(gòu)。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0015]本發(fā)明使用兩套行星輪系，兩套行星輪系為輸入行星輪系與輸出行星輪系的關(guān)系，其中，可以使第一行星輪系為輸入輪系且第一太陽(yáng)輪為輸入端、第二行星輪系為輸出輪系且第二行星架為輸出端，也可以使第一行星輪系為輸出輪系且第一太陽(yáng)輪為輸出端、第二行星輪系為輸入輪系且第二行星架為輸入端，除了輸入和輸出的關(guān)系不相同之外，其余連接關(guān)系不變，在上述兩種輸入與輸出連接關(guān)系形成的實(shí)施例中，側(cè)齒圈與第二太陽(yáng)輪固定連接，且第一行星輪系中的第一行星架與第二行星輪系中的外齒圈固定連接，使整個(gè)機(jī)構(gòu)在從輸入端到輸出端的主功率循環(huán)流之外，還在兩套行星輪系之間形成一個(gè)僅受外界轉(zhuǎn)速或扭矩影響的內(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_(kāi)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(kāi)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(guò)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)級(jí)自動(dòng)變速器，無(wú)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(wú)極和自動(dòng)變速，且變速過(guò)程中無(wú)需切斷動(dòng)力、改變機(jī)構(gòu)間的連接，且變速過(guò)程無(wú)頓挫感，簡(jiǎn)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(shuō)明】[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為圖1的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為單個(gè)行星輪系的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)示意圖，圖中示出了單行星輪的受力情況。[0019]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。
[0020]圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]其中:1、第一太陽(yáng)輪；101、第一齒部；102、第二齒部；2、第一行星輪；3、側(cè)齒圈；
4、第一行星架；5、第二太陽(yáng)輪；6、第二行星輪；7、外齒圈；8、第二行星架；801、第三齒部；9、中心軸；10、機(jī)器殼體；11、第一中間軸；12、第一齒輪；13、第二中間軸；14、第二齒輪；15、單向離合器；16、怠速齒輪；17、滑動(dòng)軸承；18、安裝軸；100、太陽(yáng)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】
[0022]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(shuō)明。
[0023]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(guò)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；
[0024]在單個(gè)行星輪系中，Wt表示太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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；
[0025]在所述輸入與輸出行星輪系中，Wt1表不第一太陽(yáng)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表示側(cè)齒圈的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，Wt2表示第二太陽(yáng)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表示外齒圈的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度,Mt1表示第一太陽(yáng)輪的扭矩，Mx1表示第一行星架的扭矩，Mq1表示側(cè)齒圈的扭矩，Mt2表示第二太陽(yáng)輪的扭矩，Mx2表示第二行星架的扭矩，Mq2表示外齒圈的扭矩，Rt1表示第一太陽(yáng)輪節(jié)度圓半徑，Rx1表示第一行星輪節(jié)度圓半徑，Rq1表示側(cè)齒圈節(jié)度圓半徑，Rt2表示第二太陽(yáng)輪節(jié)度圓半徑，Rx2表示第二行星輪節(jié)度圓半徑，Rq2表示外齒圈節(jié)度圓半徑，&表示Rq1與Rt1的比值，k2表示Rq2與Rt2的比值，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。
[0026]下面結(jié)合附圖，說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0027]見(jiàn)圖1，本發(fā)明包括第一行星輪系、第二行星輪系，所述第一行星輪系包括第一太陽(yáng)輪1、與第一太陽(yáng)輪I嚙合的第一行星輪2、與第一行星輪2嚙合的側(cè)齒圈3，多個(gè)第一行星輪2通過(guò)軸承裝在第一行星架4上，所述第二行星輪系包括第二太陽(yáng)輪5、與第二太陽(yáng)輪5外嚙合的第二行星輪6、與第二行星輪6內(nèi)嚙合的外齒圈7，多個(gè)第二行星輪6通過(guò)軸承裝在第二行星架8上；第一太陽(yáng)輪1、側(cè)齒圈3及第二太陽(yáng)輪5通過(guò)軸承裝在中心軸9上，中心軸9兩端通過(guò)軸承裝在機(jī)器殼體10上；第一行星架4及外齒圈7均通過(guò)軸承裝在機(jī)器殼體10上，且二者的軸線均與中心軸9的軸線相同；第一太陽(yáng)輪I包括與第一中間軸11上的第一齒輪12哨合的第一齒部101、與第一行星輪2 B齒合的第二齒部102,第二齒部102與側(cè)齒圈3均為錐齒輪，且二者位置相對(duì)，第一行星輪2為錐齒輪，第一行星輪2的軸線與中心軸9的軸線相交，具體地，第一行星輪2通過(guò)軸承裝在第一行星架4的徑向軸上；側(cè)齒圈3與第二太陽(yáng)輪5固接；第二行星架8上固接有第三齒部801，第二行星架8及第三齒部801均通過(guò)軸承裝在中心軸9上，第三齒部801與第二中間軸13上的第二齒輪14嚙合，第一中間軸11及第二中間軸13均可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝在機(jī)器殼體10上；第一行星架4與外齒圈7固定連接，其中，第一太陽(yáng)輪I的第一齒部101與第二齒部102制作為一體結(jié)構(gòu)，也可以制作成相互固定連接的分體結(jié)構(gòu)，第二行星架8的第三齒部801與第二行星架8本體只作為一體結(jié)構(gòu)，也可以制作成相互固定連接的分體結(jié)構(gòu)，所述固定連接的第一行星架4與外齒圈7、側(cè)齒圈3與第二太陽(yáng)輪5優(yōu)選制作成一體結(jié)構(gòu)。[0028]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與外齒圈7的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，具體地，也可以在第一行星架4與外齒圈7之間設(shè)一個(gè)中間齒輪，該中間齒輪與第一行星架4與外齒圈7均固接，且該中間齒輪與怠速齒輪16嚙合，怠速齒輪16通過(guò)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(guò)在安裝軸18上滑動(dòng)與所述兩套行星輪系連接或斷開(kāi)，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(kāi)。
[0029]本發(fā)明中的兩套行星輪系為輸入行星輪系與輸出行星輪系的關(guān)系，輸入行星輪系與變速機(jī)構(gòu)的輸入端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，輸出行星輪系與變速機(jī)構(gòu)的輸出端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，本發(fā)明所述的變速機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)實(shí)施例，即兩套行星輪系均可以作為輸入行星輪系或者輸出行星輪系，而其他連接關(guān)系不變，圖2為本發(fā)明的一種實(shí)施例，即第一行星輪系為輸入輪系且第一太陽(yáng)輪I為輸入端、第二行星輪系為輸出輪系且第二行星架8為輸出端，具體地，第一中間軸11為輸入軸，第二中間軸13為輸出軸，第二中間軸13通過(guò)單向離合器15裝在機(jī)器殼體10上；圖5為本發(fā)明的另一實(shí)施例，即第一行星輪系為輸出輪系且第一太陽(yáng)輪I為輸出端、第二輸出輪系為輸入輪系且第二行星架8為輸入端，具體地，第一中間軸11為輸出軸，第二中間軸13為輸入軸，第一中間軸11通過(guò)單向離合器15裝在機(jī)器殼體10上。
[0030]以所述輸入、輸出行星輪系與所述怠速機(jī)構(gòu)斷開(kāi)進(jìn)行說(shuō)明，本發(fā)明所述的變速機(jī)構(gòu)滿足以下三個(gè)條件:
[0031]①M(fèi)r=aMc+bMz
[0032]②WrsaJc+t^Wz
[0033]③Mr*Wr=Mc*Wc
[0034]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(lái)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(guò)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:
[0035]Mr*ffr=Mc*ffc+Pd
[0036]上述①式和②式是基于單個(gè)行星輪系中太陽(yáng)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(guò)程如下:
[0037]見(jiàn)圖3，圖3為典型的單個(gè)行星輪系，包括太陽(yáng)輪100、與太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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:
[0038]④Wt+kWq=(l+k)Wx
[0039]⑤Mt+Mq/k=Mx/(l+k) [0040]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(yáng)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(yáng)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:
[0041]⑥Wq-Wx=-Rt* (fft-ffx) /Rq
[0042]賦予k=Rq/Rt，且k > I，則上述⑥式可以簡(jiǎn)化為上述④式:
[0043]上述⑤式是行星輪系處于平衡狀態(tài)時(shí)得出的，見(jiàn)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(guò)程如下:
[0044]1、當(dāng)太陽(yáng)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)。
[0045]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(niǎo)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:
[0046](F2+F3/2) Rx-F1^Rx=O
[0047]上式簡(jiǎn)化可得下述i式:
[0048]1.(F2-F1) *2+F3=0
[0049]設(shè)太陽(yáng)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(yáng)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:
[0050]F1=-MtZRt
[0051]F2=Mq/Rq
[0052]F3=-Mx/ (Rt+Rx)
[0053]Rx= ( Rq-Rt) /2
[0054]根據(jù)上述后面兩個(gè)關(guān)系式換算可得下述ii式:
[0055]ii.F3=_2*Mx/ (Rt+Rq)
[0056]將ii式帶入i式換算可得下述iii式:
[0057]ii1.Mt/Rt+Mq/Rq=Mx/ (Rt+Rq)[0058]將k=Rq/Rt代入上述iii式，可得上述⑤式:
[0059]2、當(dāng)太陽(yáng)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)。
[0060]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#+&/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:
[0061 ] (F^F3/2) Rx-F2^Rx=O
[0062]上式簡(jiǎn)化可得下述iv式:
[0063]iv.(F1-F2) *2+F3=0
[0064]設(shè)太陽(yáng)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(yáng)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:
[0065]F1=MtZRt
[0066]F2=-Mq/Rq
[0067]F3=-Mx/ (Rt+Rx)
[0068]Rx= ( Rq-Rt) /2
[0069]根據(jù)上述后面兩個(gè)關(guān)系式換算可得下述V式:
[0070]V.F3=_2*Mx/ (Rt+Rq)
[0071]將V式帶入iv式換算可得下述vi式:
[0072]vi.Mt/Rt+Mq/Rq=Mx/ (Rt+Rq)
[0073]將k=Rq/Rt代入上述vi式，同樣可得上述⑤式。 [0074]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。
[0075]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)圖1和圖2所示實(shí)施例所述的變速機(jī)構(gòu)的兩套行星輪系的輸入/輸出的轉(zhuǎn)速/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(guò)程如下:
[0076]圖1和圖2所示實(shí)施例的變速機(jī)構(gòu)中第一太陽(yáng)輪I為輸入端(即Wt1=WnMt1=Mr),第二行星架8為輸出端(即Wx2=Wc,Mx2=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)閭?cè)齒圈3和第二太陽(yáng)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與外齒圈7固定連接，因此這二者的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度及扭矩均相等。
[0077]首先，基于轉(zhuǎn)動(dòng)角速度利用上述④式進(jìn)行分析推算，該實(shí)施例所述變速機(jī)構(gòu)滿足以下四組關(guān)系:
[0078]1.Wt^k1Wq1= (1+k^ Wx1
[0079]I1.fft2+k2ffq2=(l+k2)ffx2
[0080]II1.Wq1=Wt2
[0081]IV.Wx1=Wq2
[0082]由上述I式、II式、III式、IV式整合換算得到下述⑦式:
[0083](7) Wt1=- (k^k^a) Wx2+ (k^+k^+l) Wx1
[0084]將上述⑦式中的所有系數(shù)整合后由系數(shù)&1、Id1表示，Wx1用中間扭矩Wz表示，Wt1為輸入轉(zhuǎn)動(dòng)角速度Wr，Wx2為輸出轉(zhuǎn)動(dòng)角速度Wc，則上述⑦式即為上述②式:
[0085]②WrsaJc+t^Wz
[0086]其次，基于扭矩利用上述⑤式進(jìn)行分析推算，該實(shí)施例所述變速機(jī)構(gòu)滿足以下四組關(guān)系:
[0087]1.Mt^Mq1Zk1=Mx1/ (1+k^
[0088]I1.Mt2+Mq2/k2=Mx2/ (l+k2)
[0089]II1.Mq1=Mt2
[0090]IV.Mx1=Mq2
[0091]由上述I式、II式、III式、IV式整合換算得到下述⑧式:
[0092]⑧Ii1Mt1=-Mx2/ (l+k2) +Mx1 [1/1?+!^/ (1+kJ ]
[0093]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，Mt1為輸入轉(zhuǎn)動(dòng)角速度Mr，Mx2為輸出轉(zhuǎn)動(dòng)角速度Mc，則上述⑧式即為上述①式:
[0094]①M(fèi)r=aMc+bMz
[0095]由于第一齒圈3與第一 太陽(yáng)輪I的齒數(shù)比和第二齒圈7與第二太陽(yáng)輪5的齒數(shù)比均大于零，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和k2的值均大于零，且k2大于1，因此，上述⑦式和⑧式整合后的系數(shù)a、b、&1、Id1均不為零。
[0096]圖1和圖2所示實(shí)施例的變速機(jī)構(gòu)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——個(gè)的值時(shí)，
對(duì)于上述①式、②式、③式均能尋找到唯--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。
[0097]圖2為圖1所示實(shí)施例的的原理結(jié)構(gòu)示意圖，該實(shí)施例使用輸入和輸出共兩套行星輪系，其中第一行星輪系為輸入輪系且第一太陽(yáng)輪I為輸入端、第二行星輪系為輸出輪系且第二行星架8為輸出端，第二太陽(yáng)輪5與側(cè)齒圈3固定連接，且第一行星輪系中的第一行星架4與第二行星輪系中的外齒圈7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和圖5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(guò)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(guò)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(wú)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(wú)極變速功能。
[0098]圖5為本發(fā)明的另一實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)示意圖，該實(shí)施例同樣使用輸入和輸出共兩套行星輪系，其中第一行星輪系為輸出輪系且第一太陽(yáng)輪I為輸出端、第二行星輪系為輸入輪系且第二行星架8為輸入端，第二太陽(yáng)輪5與側(cè)齒圈3固定連接，且第一行星輪系中的第一行星架4與第二行星輪系中的外齒圈7固定連接，與圖2所示的實(shí)施例相比，除了輸入與輸出的關(guān)系改變外，其他連接關(guān)系不變，該實(shí)施例同樣在兩套行星輪系之間形成一個(gè)僅受外界的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度需求或扭矩影響的內(nèi)部功率循環(huán)流500，且內(nèi)部功率循環(huán)流500自成一體，通過(guò)改變流經(jīng)所述變矩機(jī)構(gòu)的內(nèi)部功率流的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)變速變矩，圖5所示的實(shí)施例同樣滿足上述①式、②式、③式這三個(gè)數(shù)學(xué)關(guān)系式，具體論證過(guò)程可以參照上述關(guān)于圖2所示的實(shí)施例的論證過(guò)程。
[0099]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:
[0100]V.Mf=jMn+pMz
[0101]V1.fff=sffn+tffz
[0102]VI1.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_(kāi))
[0103]VII1.Mf*Wf=Mn*Wn+Pd (所述怠速機(jī)構(gòu)與所述兩套行星輪系保持連接)
[0104]汽車在行駛過(guò)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(shuō)明如下:
[0105]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):
[0106]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；
[0107]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(guò)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VIII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f(wàn)c為零，則上述VIII式和②式分別轉(zhuǎn)變?yōu)橄率鰯?shù)學(xué)關(guān)系式
[0108]IX.Pd=Mf^fff
[0109]X.Wr^1Wz
[0110]此時(shí),汽車怠速,且上述①式、②式、③式仍成立。
[0111]2、變速狀態(tài)(汽車加速、減速):
[0112]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。
[0113]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；
[0114]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。
[0115]如上所述整個(gè)過(guò)程均在恒定功率下進(jìn)行，無(wú)需外界控制，則變速過(guò)程是自動(dòng)的，整個(gè)變化過(guò)程變速機(jī)構(gòu)并沒(méi)有改變機(jī)構(gòu)間聯(lián)接的情況，即可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。
[0116]3、勻速行駛狀態(tài):
[0117]見(jiàn)圖4，當(dāng)汽車以較小油門被驅(qū)動(dòng)時(shí)，汽車經(jīng)過(guò)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f(wàn)c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(guò)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(guò)油門(輸入功率)控制汽車勻速行駛的速度。
[0118]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(jiàn)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(wú)級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，包括第一行星輪系、第二行星輪系，其特征在于:所述第一行星輪系包括第一太陽(yáng)輪(I)、與第一太陽(yáng)輪(I)嚙合的第一行星輪(2)、與第一行星輪(2)嚙合的側(cè)齒圈(3)，第一行星輪(2)通過(guò)軸承裝在第一行星架(4)上，所述第二行星輪系包括第二太陽(yáng)輪(5)、與第二太陽(yáng)輪(5)外嚙合的第二行星輪(6)、與第二行星輪(6)內(nèi)嚙合的外齒圈(7)，第二行星輪(6)通過(guò)軸承裝在第二行星架(8)上；第一太陽(yáng)輪(I)、側(cè)齒圈(3)及第二太陽(yáng)輪(5)通過(guò)軸承裝在中心軸(9)上，中心軸(9)兩端通過(guò)軸承裝在機(jī)器殼體(10)上；第一行星架(4)通過(guò)軸承裝在機(jī)器殼體(10)上，且其軸線與中心軸(9)的軸線相同；第一太陽(yáng)輪(I)包括與第一中間軸(11)上的第一齒輪(12)嚙合的第一齒部(101)、與第一行星輪(2)嚙合的第二齒部(102)，第二齒部(102)與側(cè)齒圈(3)均為錐齒輪，且二者位置相對(duì)；第一行星輪(2)為錐齒輪，且其軸線與中心軸(9)的軸線相交；側(cè)齒圈(3)與第二太陽(yáng)輪(5)固接；第二行星架(8)帶有第三齒部(801)，第三齒部(801)與第二中間軸(13)上的第二齒輪(14)嚙合，第一中間軸(11)及第二中間軸(13)均可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝在機(jī)器殼體(10)上；第一行星架(4)與外齒圈(7)固定連接。
2.按權(quán)利要求1所述的雙行星輪系式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，其特征在于:第一行星架(4)與外齒圈(7)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(guò)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(guò)在安裝軸(18)上滑動(dòng)與所述兩套行星輪系連接或斷開(kāi)。
3.按權(quán)利要求1所述的雙行星輪系式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述第二行星架(8)及第三齒部(801)均通過(guò)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(wú)級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述第一中間軸(11)為輸入軸，第二中間軸(13)為輸出軸，第二中間軸(13)通過(guò)單向離合器(15)裝在機(jī)器殼體(10)上。
5.按權(quán)利要求1所述的雙行星輪系式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述第一中間軸(11)為輸出軸，第二中間軸(13)為輸入軸，第一中間軸(11)通過(guò)單向離合器(15)裝在機(jī)器殼體(10)上。
6.按權(quán)利要求1所述的雙行星輪系式無(wú)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)與外齒圈(7)為一體結(jié)構(gòu)。
7.按權(quán)利要求1所述的雙行星輪系式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述固定連接的側(cè)齒圈(3)與第二太陽(yáng)輪(5)為一體結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】F16H3/58GK103527730SQ201310500874
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
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