專利名稱：車用雙差動式行星無級自動變速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是車用雙差動式行星無級自動變速裝置，它屬于車輛傳動技術(shù)領(lǐng)域，它可以根據(jù)路面狀況與發(fā)動機(jī)配合實現(xiàn)自動無級變速變矩，它適用于各種需要安裝變速器才能行走的車輛。
背景技術(shù)：
目前在車輛上廣泛使用的變速裝置有手動檔(MT)、液力自動檔(AT)、電控機(jī)械自動檔(AMT)和機(jī)械無級自動變速器(CVT)。
MT-結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，成本低廉，操作復(fù)雜。
AT-由液力變矩器、行星齒輪和液壓操縱系統(tǒng)組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達(dá)到變速變矩。它在主要汽車制造商生產(chǎn)的城市用車中的平均裝車率已經(jīng)達(dá)到70％。液力變矩器和行星齒輪的組合有著明顯的缺點傳動比不連續(xù)，只能實現(xiàn)分段范圍內(nèi)的無級變速；液力傳動的效率較低，影響了整車的動力性與燃料的經(jīng)濟(jì)性；增加變速器的檔位數(shù)來擴(kuò)大無級變速覆蓋范圍，就必須采用較多的執(zhí)行元件來控制行星齒輪的動力傳遞路線，導(dǎo)致自動變速器零部件數(shù)量過多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，修理困難；汽車因蓄電池缺電不能啟動時，不能用推車或拖車的方法啟動。如果拖運(yùn)故障車，驅(qū)動輪必須脫離地面。由于AT變速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，制造精度要求較高，使得價格居高不下。
AMT-在MT的原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，通過加裝微機(jī)控制的自動操縱系統(tǒng)來實現(xiàn)換檔的自動化，實際上是由一個機(jī)器人系統(tǒng)來完成操作離合器和選檔的兩個動作。它的核心技術(shù)是微機(jī)控制，電子技術(shù)及質(zhì)量直接決定AMT的性能與運(yùn)行質(zhì)量。
CVT-采用傳動帶和可變槽寬的棘輪進(jìn)行動力傳遞，當(dāng)棘輪變化槽寬時，相應(yīng)改變驅(qū)動輪與從動輪上傳動帶的接觸半徑進(jìn)行變速，傳動帶一般用橡膠帶、金屬帶和金屬鏈等。它是一種真正的無級變速裝置，具有較高的運(yùn)行效率，油耗較低。由于傳動帶的傳動功率有限，不能承受較大的載荷，只能限用于低功率和低扭矩的車型。新型金屬帶式無級變速器采用了最新研制的高強(qiáng)度寬鋼帶和一個高液壓控制系統(tǒng)及先進(jìn)的電子控制技術(shù)，有效地提高了CVT的傳動功率。但CVT系統(tǒng)中液壓裝置是必不可少的，從而其制造精度和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度會使生產(chǎn)成本偏高。
到目前為止，我國汽車業(yè)所需的自動變速器(AT)全部依賴進(jìn)口，金屬帶式無級變速器(CVT)沒有裝備任何車型，正處于研究階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種傳動效率高，結(jié)構(gòu)簡單，便于生產(chǎn)制造，便于維護(hù)修理，無需使用高精度的液壓控制系統(tǒng)和先進(jìn)的電子控制技術(shù)，便可根據(jù)路面狀況能與發(fā)動機(jī)進(jìn)行自動匹配的無級變速裝置。
解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是所述的本發(fā)明是一種車用雙差動式行星無級自動變速裝置，其特征在于采用兩個差動式行星輪系，即主減速機(jī)由一差動式行星輪系構(gòu)成，而差動速度反饋系統(tǒng)由另一差動式行星輪系構(gòu)成，它們與用齒輪副和蝸輪副構(gòu)成的具有單向傳動特性的單向減速系統(tǒng)相連接，組合成雙差動式行星無級自動變速裝置。所述的構(gòu)成主減速機(jī)差動行星輪系的太陽輪、內(nèi)齒圈及行星輪可以是正齒輪、錐齒輪、斜齒輪，人字齒輪，任選其一，主要是正齒輪。所述構(gòu)成差動速度反饋系統(tǒng)差動行星輪系的太陽輪、內(nèi)齒圈及行星輪可以是正齒輪、錐齒輪、斜齒輪，人字齒輪，任選其一，主要是錐齒輪。它們之間連接的方法是構(gòu)成主減速機(jī)的差動式行星輪系的輸入軸與太陽輪相連接，并通過一組齒輪或鏈條或傳動帶與構(gòu)成差動速度反饋系統(tǒng)的差動式行星輪系的太陽輪相連接；構(gòu)成主減速機(jī)的差動式行星輪系的行星架與輸出軸和車輪相連接，并通過齒輪或鏈條或傳動帶與構(gòu)成差動速度反饋系統(tǒng)的差動式行星輪系的內(nèi)齒輪相連接；由齒輪副和蝸輪副構(gòu)成的具有單向傳動特性的單向減速系統(tǒng)的一端與構(gòu)成主減速機(jī)的差動式行星輪系的內(nèi)齒輪相連接，另一端與構(gòu)成差動速度反饋系統(tǒng)的差動式行星輪系的行星架相連接。主減速機(jī)輸入軸與輸出軸之間轉(zhuǎn)速差的變化使差動速度反饋系統(tǒng)的行星架的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，這一變化使得主減速機(jī)內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生變化，主減速機(jī)內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)速的變化會引起主減速機(jī)傳動比的變化。由于上述所產(chǎn)生的各變化量都是連續(xù)變化的，所以主減速機(jī)的傳動比的變化也是連續(xù)的，這樣就構(gòu)成了一個無級變速裝置(Continuously Variable Transmission)。
對照現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用全機(jī)械傳動，利用主減速機(jī)輸入軸與輸出軸之間轉(zhuǎn)速差的連續(xù)變化使差動速度反饋系統(tǒng)的行星架的轉(zhuǎn)速發(fā)生連續(xù)變化，同時利用差動速度反饋系統(tǒng)的行星架轉(zhuǎn)速的變化來控制主減速機(jī)內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)速的連續(xù)變化，從而實現(xiàn)主減速機(jī)之傳動比的全無級自動變速變矩。本發(fā)明主要采用齒輪傳動，因而結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制造，大大提高了無級自動變速裝置工作的可靠性，并使傳動效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于液力傳動和帶傳動，傳遞功率也得到大大提高，可有效地改善整車的動力性與燃料的經(jīng)濟(jì)性。由于采用了傳統(tǒng)的機(jī)械傳動使得維護(hù)、保養(yǎng)與修理都比較方便簡單。
四

圖1為本發(fā)明的機(jī)構(gòu)示意圖。
五具體實施例方式
結(jié)合附圖1對本發(fā)明實施例予以說明所述的車用雙差動式行星無級自動變速裝置是采用兩個差動式行星輪系，即主減速機(jī)由一差動行星輪系構(gòu)成，差動速度反饋系統(tǒng)由另一差動行星輪系構(gòu)成，它們與用齒輪副及蝸輪副構(gòu)成的具有單向傳動特性的單向減速系統(tǒng)相連接，組合成雙差動式行星無級自動變速裝置。構(gòu)成主減速機(jī)的差動行星輪系的太陽輪4、內(nèi)齒圈5、行星輪6及行星架3均為正齒輪，構(gòu)成差動速度反饋系統(tǒng)的差動行星輪系的太陽輪16、內(nèi)齒輪19、行星輪18及行星架17可以是錐齒輪、正齒輪、斜齒輪，任選其一，主要是錐齒輪。它們之間是通過下述方法相連接的構(gòu)成主減速機(jī)的差動行星輪系的太陽輪4連接于輸入軸12，并經(jīng)過齒輪9、10、11與構(gòu)成差動速度反饋系統(tǒng)的差動行星輪系的太陽輪16相連接，其內(nèi)齒圈5由齒輪7、8與單向減速系統(tǒng)的蝸輪副13相連接，也可以用金屬鏈條或同步帶相連接，任擇其一，主要選用齒輪連接，其行星架3接輸出軸1，并通過齒輪2、20與構(gòu)成差動速度反饋系統(tǒng)的差動行星輪系的內(nèi)齒輪19相連接，亦可用金屬鏈條或同步帶連接，主要是用齒輪連接，構(gòu)成差動減速反饋系統(tǒng)的差動行星輪系的行星架17通過錐齒輪14、15與蝸輪副13相連接。
為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，在此對其工作原理予以敘述在行星傳動中，它的主要構(gòu)件有太陽輪a、內(nèi)齒輪b、行星輪c及行星架x。在行星傳動的型式中固定不同的構(gòu)件可得到不同的傳動方案當(dāng)x固定時，稱之為定軸輪系，當(dāng)a或b固定時稱之為行星輪系，如果a、b、c及x皆不固定則稱之為差動輪系。設(shè)a為主動，定軸輪系的傳動比為i=nanb=-ZbZa----(1)]]>na-太陽輪轉(zhuǎn)速nb-內(nèi)齒輪(圈)轉(zhuǎn)速Za-太陽輪齒數(shù)
Zb-內(nèi)齒輪(圈)齒數(shù)i-定軸輪系的傳動比假設(shè)給定整個傳動以-nx的轉(zhuǎn)速，于是可得到行星架固定(相當(dāng)于定軸輪系)的“轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)”，此轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動比為 iabx-轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動比nx-行星架轉(zhuǎn)速①i的腳注右上角代表固定件；右下角第一個字母代表主動件，第二個字母代表從動件。
轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動比，當(dāng)從動件與主動件轉(zhuǎn)向相同時為正值，轉(zhuǎn)向相反時為負(fù)值。由于在傳動系統(tǒng)中的太陽輪a和內(nèi)齒輪b的齒數(shù)Za、Zb是給定的，所以式(1)、(2)中的 為一常數(shù)C(C≥1)，可以求出太陽輪4與行星架3之間的傳動比na-nxnb-nx=-C]]>導(dǎo)出nx=na+Cnb1+C]]>iax=nanx=nana+Cnb1+C=na(C+1)na+Cnb[-naC<nb≤na]----(3)]]>從式(3)可以看出，如果na不變，nb的變化會引起iax的變化。所謂無級變速器就是可以連續(xù)改變傳動比的變速裝置。如果能使nb在某一范圍內(nèi)連續(xù)變化，那么iax便隨之在某一范圍內(nèi)連續(xù)變化，從而獲得一個傳動比可以連續(xù)變化的無級變速系統(tǒng)。
根據(jù)汽車行走的基本特性，在起步(加速)時車輪所需的是大扭矩，對變速器的要求是提供大傳動比而輸出(低速)大扭矩，而在勻速行駛時則需要變速器提供小傳動比和輸出(高速)較小的扭矩。也可以說在車輪角加速度增加時變速器要增大傳動比，而隨角加速度的減小變速器的傳動比隨之減小。
根據(jù)圖1，發(fā)動機(jī)的動力經(jīng)離合器、換向器及輸入軸12以na的轉(zhuǎn)速傳遞給主減速機(jī)的太陽輪4，同時經(jīng)過齒輪9、10、11傳遞給差動速度反饋系統(tǒng)中的太陽輪16，并使太陽輪16的轉(zhuǎn)速na′與na同速同向旋轉(zhuǎn)。假設(shè)汽車在起步的瞬時車輪轉(zhuǎn)速近似為零，也就是說主減速機(jī)的行星架3的轉(zhuǎn)速nx為零，此時差動速度反饋系統(tǒng)的內(nèi)齒輪19的轉(zhuǎn)速nb′也為零。當(dāng)nb′＝0時，根據(jù)式(2)可以計算出差動速度反饋系統(tǒng)中行星架17的轉(zhuǎn)速nx′，nx′＝0.5na′＝0.5na(當(dāng)太陽輪齒數(shù)與內(nèi)齒輪齒數(shù)相等時)，nx′通過總傳動比為-ij的單向減速系統(tǒng)反饋給主減速機(jī)的內(nèi)齒輪5，使5獲得一個nb＝-ijnx′的轉(zhuǎn)速，主減速機(jī)的太陽輪4以na的轉(zhuǎn)速驅(qū)動主減速機(jī)行星架3轉(zhuǎn)動(車輪開始轉(zhuǎn)動)，使主減速機(jī)行星架3的轉(zhuǎn)速nx開始逐漸增加，并通過反饋齒輪2、20(或其他形式的傳動機(jī)構(gòu))驅(qū)動差動速度反饋系統(tǒng)的內(nèi)齒輪19，即內(nèi)齒輪19的轉(zhuǎn)速為nb′隨主減速機(jī)行星架3(亦可視為車輪)的轉(zhuǎn)速nx的增加而增加，但方向相反。設(shè)反饋齒輪(或其他形式的傳動機(jī)構(gòu))的總傳動比為-if，那么內(nèi)齒輪19的轉(zhuǎn)速nb′＝-ifnx。而內(nèi)齒輪19轉(zhuǎn)速nb′的變化會反饋給速度反饋系統(tǒng)，并使得差動速度反饋系統(tǒng)的行星架17的轉(zhuǎn)速nx′產(chǎn)生變化。根據(jù)轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的計算公式(2)可以得出nx′與nb′之間的關(guān)系na′-nx′nb′-nx′=-Zb′Za′]]>由于差動速度反饋系統(tǒng)中差動輪系的Zb′Za′=1]]>nx′＝0.5(na′+nb′)(4)且na′與nb′轉(zhuǎn)向相反 nx′＝0.5(na′-nb′)(5)∵nx′=-nbij=0.5(na′+nb′),]]>na′＝na，nb′＝-ifnx代入(4) ∴nb＝-0.5ij(na-ifnx)(6)將式(6)代入(3)iax=na(C+1)na+C[-0.5ij(na-ifnx)]]]>=na(C+1)na-0.5Cijna+0.5Cijifnx----(7)]]>將式(7)分子、分母同除以na得到iax=C+11-0.5Cij+0.5Cijifnxna----(8)]]>如果差動速度反饋內(nèi)齒輪19的轉(zhuǎn)速nb′隨主減速機(jī)行星架3的轉(zhuǎn)速nx，(可視為車輪轉(zhuǎn)速)不斷升高，則差動速度反饋系統(tǒng)行星架17的轉(zhuǎn)速nx′便隨之降低，從式(5)中得出當(dāng)nb′＝na′的時候nx′等于零，當(dāng)nb′＞na′時nx′將反轉(zhuǎn)。
在主減速機(jī)太陽輪轉(zhuǎn)速na保持不變的情況下，即發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變的情況下，差動速度反饋系統(tǒng)行星架17的轉(zhuǎn)速nx′的變化通過單向減速系統(tǒng)傳遞給主減速機(jī)的內(nèi)齒輪5，內(nèi)齒輪5的轉(zhuǎn)速nb的變化會使主減速機(jī)的傳動比iax產(chǎn)生變化，根據(jù)式(3)內(nèi)齒輪5的轉(zhuǎn)速nb受主減速機(jī)行星架3(車輪)轉(zhuǎn)速的約束可以在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間產(chǎn)生連續(xù)的變化，可以分三個階段分析1、nb為負(fù)值時，|nb|增加使iax增加，當(dāng)C·nb由趨近na時，iax→∞，當(dāng)C·|nb|大于na時，iax為負(fù)值將導(dǎo)致nx反轉(zhuǎn)(這種情況是不允許發(fā)生的)，由于在主減速機(jī)與差動速度反饋系統(tǒng)之間是聯(lián)動機(jī)構(gòu)，并可以根據(jù)需要設(shè)置if與ifk的值來確定主減速機(jī)傳動比iax的最大值，使得C·|nb|≥na的情況不會發(fā)生。
2、nb＝0時，主減速機(jī)傳動比iax＝C+1。
3、nb為正值時，轉(zhuǎn)速nb越高則主減速機(jī)傳動比iax越小。
在車輛行走的過程中，根據(jù)路面不同的狀況，發(fā)動機(jī)的工作狀況也會相應(yīng)需要改變和調(diào)整，主要是調(diào)整發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變它的輸出功率和輸出扭矩，發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速即為本無級自動變速機(jī)構(gòu)的主減速機(jī)的太陽輪4的轉(zhuǎn)速na。由公式(8)可以得到本無級自動變速裝置的傳動比iax與主減速機(jī)行星架3的轉(zhuǎn)速nx(車輪的轉(zhuǎn)速)和太陽輪4的轉(zhuǎn)速na(發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速)三者之間相互的變化關(guān)系1 、當(dāng)na突然增加的時候，由于nx不會突變，iax會隨之增加，使無級自動變速裝置的輸出扭矩增大，車輛可獲得較大地加速度。
2、當(dāng)na增加到一定值不再繼續(xù)增加的時候，nx將隨車輛速率的增加而不斷增加，而iax會隨之減小，使無級自動變速機(jī)構(gòu)的輸出扭矩逐漸減小，直至發(fā)動機(jī)輸出扭矩與車輛阻力傳遞給無級自動變速裝置的阻力矩相平衡，以保持車輛的勻速行駛。
3、當(dāng)na突然減小的時候，由于nx不會突變，iax會隨之減小，車輪將通過無級自動變速裝置反向驅(qū)動發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)的阻力會阻止車輪的轉(zhuǎn)動使車輛減速。
由于主減速機(jī)的行星架3在驅(qū)動車輪行走時要輸出扭矩Tx，與此同時主減速機(jī)的內(nèi)齒輪5將會受到一個與Tx方向相反的扭矩Tb，為了不使Tb對差動速度反饋系統(tǒng)產(chǎn)生影響，在單向減速系統(tǒng)中設(shè)置了一具有單向傳動特性的蝸輪蝸桿副13，利用這種特性可以阻止Tb反向驅(qū)動差動速度反饋系統(tǒng)，而只能讓來自差動速度反饋系統(tǒng)的運(yùn)動傳遞給主減速機(jī)的內(nèi)齒輪5以控制和調(diào)節(jié)主減速機(jī)的傳動比。
根據(jù)上述的工作原理，利用車輪和發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化來自動調(diào)整各種工況下無級自動變速裝置所需的不同傳動比，從而實現(xiàn)車輛的無級自動變速功能。
權(quán)利要求
1.一種車用雙差動式行星無級自動變速裝置，其特征在于采用兩個差動式行星輪系，即主減速機(jī)由一差動式行星輪系構(gòu)成，而差動速度反饋系統(tǒng)由另一差動式行星輪系構(gòu)成，它們與用齒輪副和蝸輪副構(gòu)成的具有單向傳動特性的單向減速系統(tǒng)相連接，組合成雙差動式行星無級自動變速裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用雙差動式行星無級自動變速裝置，其特征在于它們之間連接的方法是構(gòu)成主減速機(jī)的差動式行星輪系的輸入軸(12)與太陽輪(4)相連接，并通過一組齒輪或鏈條或傳動帶與構(gòu)成差動速度反饋系統(tǒng)的差動式行星輪系的太陽輪(16)相連接，構(gòu)成主減速機(jī)的差動式行星輪系的行星架(3)與輸出軸(1)和車輪相連接，并通過齒輪或鏈條或傳動帶與構(gòu)成差動速度反饋系統(tǒng)的差動式行星輪系的內(nèi)齒輪(19)相連接；由齒輪副和蝸輪副構(gòu)成的具有單向傳動特性的單向減速系統(tǒng)的一端與構(gòu)成主減速機(jī)的差動式行星輪系的內(nèi)齒輪(5)相連接，另一端與構(gòu)成差動速度反饋系統(tǒng)的差動式行星輪系的行星架(17)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用雙差動式行星無級自動變速裝置，其特征在于構(gòu)成主減速機(jī)差動行星輪系的太陽輪(4)、內(nèi)齒圈(5)及行星輪(6)可以是正齒輪、錐齒輪、斜齒輪、人字齒輪，任選其一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用雙差動式行星無級自動變速裝置，其特征在于構(gòu)成差動速度反饋系統(tǒng)的差動行星輪系的太陽輪(16)、內(nèi)齒圈(19)及行星輪(18)可以是正齒輪、錐齒輪、斜齒輪、人字齒輪，任選其一。
全文摘要
本發(fā)明的主減速機(jī)由一差動式行星輪系構(gòu)成，而差動速度反饋系統(tǒng)由另一差動式行星輪系構(gòu)成，它們與單向減速系統(tǒng)相連接，組合成車用雙差動式行星無級自動變速裝置。本發(fā)明利用主減速機(jī)輸入、輸出軸之間轉(zhuǎn)速差的連續(xù)變化使差動速度反饋系統(tǒng)中行星架的轉(zhuǎn)速發(fā)生連續(xù)變化，同時利用差動速度反饋系統(tǒng)的行星架轉(zhuǎn)速的變化來控制主減速機(jī)內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)速的連續(xù)變化，從而實現(xiàn)主減速機(jī)之傳動比的全無級變化。它可根據(jù)路面狀況與發(fā)動機(jī)配合實現(xiàn)自動無級變速變矩。本發(fā)明主要采用齒輪傳動，因而結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制造，維護(hù)、保養(yǎng)與修理都比較方便簡單，大大提高了無級自動變速裝置工作的可靠性，傳動效率也得到提高，可有效地改善整車的動力性與燃料的經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號B60K23/04GK1565882SQ0313772
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月20日
發(fā)明者邵培森, 張向陽 申請人:邵培森, 張向陽