專利名稱：一種可直接換擋的行星齒輪變速箱的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及行星齒輪傳動裝置結構的改進，特別一種可直接換擋的行星齒輪變速箱。
背景技術：
眾所周知，普通的行星齒輪由太陽輪、行星輪、行星架以及內齒圈等元件構成，已 廣泛應用于汽車、紡織機械、礦山機械以及建筑工程機械、風力發(fā)電裝置等作為減速器、增 速器、換向機構或者是作為機動車的差速器，因其結構復雜，對換擋的條件也較高；為了充 分利用內嚙合承載能力高和內齒輪(即內齒圈)的空間容積，從而縮小了其徑向尺寸、軸向 尺寸，使機構緊湊而承載能力又很高。但是，內齒圈技工工藝中用插齒刀插齒的工藝是主要 工序，最難控制的為公法線變動量容易超差，與普通的外嚙合圓柱齒輪相比，內齒圈加工難 度就較大、精度要求較高，加工制造困難，成本也較高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種可直接換擋的行星齒輪變速箱，它由相互獨立的行星 傳動模塊單元機構串聯(lián)構成，可獲得大傳動比，可直接換擋，結構簡單，制造成本低，易維護。 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種可直接換擋的行星齒輪變速箱，包括變速箱殼 體，轉軸相平行的位于輸入端的圓柱形太陽齒輪與位于輸出端的圓柱形太陽齒輪構成太陽 輪系，位于輸入端的太陽齒輪通過圓柱形行星齒輪相配合傳動位于輸出端的太陽齒輪，圓 柱形行星齒輪的公轉軸線與太陽齒輪、太陽齒輪相平行，圓柱形行星齒輪安裝在行星架上， 行星架與太陽齒輪、太陽齒輪同軸安裝，該圓柱形行星齒輪至少為一對由位于輸入端的圓 柱形主行星齒輪和位于輸出端的圓柱形主行星齒輪構成，輸入端圓柱形主行星齒輪與輸出 端圓柱形主行星齒輪通過其相固接的連接轉軸安裝在行星轉軸上，位于輸入端的圓柱形主 行星齒輪與位于輸入端的圓柱形太陽齒輪相嚙合，位于輸出端的圓柱形主行星齒輪與位于 輸出端的圓柱形太陽齒輪相嚙合，以構成行星傳動模塊單元；n個上述行星傳動模塊單元 組成傳動機構，n為正整數(shù)，從輸入端至輸出端的方向，第1個行星傳動模塊單元與固接在 變速箱內壁上的制動器相配合；由第1個行星傳動模塊單元至第m個行星傳動模塊單元組 成前半部傳動機構，m相應的正整數(shù)取值范圍為m〈n，在該m個行星傳動模塊單元之間，從 輸入端至輸出端的方向，位于前一個行星傳動模塊單元行星架的輸出端一側通過單向離合 器與后一個行星傳動模塊單元輸入端一側的行星架相配合串連連接；由第m+l個行星傳動 模塊單元至第n個行星傳動模塊單元組成后半部傳動機構，在該n-m個行星傳動模塊單元 之間，從輸入端至輸出端的方向，位于前一個行星傳動模塊單元行星架的輸出端一側通過 單向離合器與后一個行星傳動模塊單元輸入端一側的行星架相配合串連連接；位于前半部 傳動機構的第m個行星傳動模塊單元其行星架通過單向離合器與位于后半部傳動機構的 第m+l個行星傳動模塊單元的行星架相配合連接或者位于前半部傳動機構的第m個行星傳動模塊單元其行星架上固接的主動齒輪與位于后半部傳動機構的第m+1個行星傳動模塊
單元的行星架上固接的從動齒輪相嚙合傳動。 本發(fā)明由上述技術方案可得知，其優(yōu)點在于可直接換擋 —、 (1)當處于一檔且沒有發(fā)動機制動時，要進入二檔只需將二擋制動器制動；由
二檔進三檔只需將三檔制動器制動，三檔制動器制動后二檔制動器可以分離，依此類推，由
五檔進六檔時可以直接將六檔制動器制動就可以實現(xiàn)。在整個換擋過程中通常都只有一個
制動器動作，不存在普通手動變速箱通過換擋撥叉推動齒輪嚙合的機械動作或普通行星自
動變速器通過多個離合器或制動器的切換實現(xiàn)換檔，換檔速度快；換檔過程中，不存在普通
手動變速箱離合器分離動力輸出中斷的現(xiàn)象或普通行星自動變速器換檔時動力輸出的短
暫中斷現(xiàn)象；可以跳躍升檔或減檔，例如，可以直接由一檔進入三檔，也可以由六檔直接減
到二檔。(2)當處于一檔且有發(fā)動機制動時，要進入二檔則需先將一檔發(fā)動機制動離合器分
離，再將二檔制動器制動；由二檔進三檔只需將三擋制動器制動，三檔制動器制動后二檔制
動器可以分離，依此類推，由五檔進六檔時可以直接將六檔制動器制動就可以實現(xiàn)。 二、模塊化結構，設計制造簡單，加工制造容易成本低，維護簡便。 三、由制動器實現(xiàn)擋位的切換，制動器油路設計比離合器簡單，而且更可靠。 因此，本發(fā)明由相互獨立的行星傳動模塊單元機構串聯(lián)構成，可獲得大傳動比，可
直接換擋，結構簡單，制造成本低，易維護。


下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
圖1為本發(fā)明實施例1的結構示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例2的結構示意圖；
圖3為本發(fā)明實施例3的結構示意圖；
圖4為本發(fā)明實施例4的結構示意圖。
具體實施例方式
—種可直接換擋的行星齒輪變速箱，包括變速箱殼體，轉軸相平行的位于輸入端 的圓柱形太陽齒輪7與位于輸出端的圓柱形太陽齒輪8構成太陽輪系，位于輸入端的太陽 齒輪7通過圓柱形行星齒輪相配合傳動位于輸出端的太陽齒輪8，圓柱形行星齒輪的公轉 軸線與太陽齒輪7、太陽齒輪8相平行，圓柱形行星齒輪安裝在行星架4上，行星架4與太陽 齒輪7、太陽齒輪8同軸安裝，該圓柱形行星齒輪至少為一對由位于輸入端的圓柱形主行星 齒輪5和位于輸出端的圓柱形主行星齒輪6構成，輸入端圓柱形主行星齒輪5與輸出端圓 柱形主行星齒輪6通過其相固接的連接轉軸安裝在行星轉軸上，位于輸入端的圓柱形主行 星齒輪5與位于輸入端的圓柱形太陽齒輪7相嚙合，位于輸出端的圓柱形主行星齒輪6與 位于輸出端的圓柱形太陽齒輪8相嚙合，以構成行星傳動模塊單元；n個上述行星傳動模塊 單元組成傳動機構，n為正整數(shù)，從輸入端至輸出端的方向，第l個行星傳動模塊單元與固 接在變速箱內壁17上的制動器1相配合；由第1個行星傳動模塊單元至第m個行星傳動模 塊單元組成前半部傳動機構，m相應的正整數(shù)取值范圍為m < n，在該m個行星傳動模塊單 元之間，從輸入端至輸出端的方向，位于前一個行星傳動模塊單元行星架4的輸出端一側
5通過單向離合器2與后一個行星傳動模塊單元輸入端一側的行星架4相配合串連連接；由
第m+1個行星傳動模塊單元至第n個行星傳動模塊單元組成后半部傳動機構，在該n-m個 行星傳動模塊單元之間，從輸入端至輸出端的方向，位于前一個行星傳動模塊單元的行星 架4的輸出端一側通過單向離合器2與后一個行星傳動模塊單元輸入端一側的行星架4相 配合串連連接；位于前半部傳動機構的第m個行星傳動模塊單元其行星架4通過單向離合 器2與位于后半部傳動機構的第m+1個行星傳動模塊單元的行星架4相配合連接或者位于 前半部傳動機構的第m個行星傳動模塊單元其行星架4上固接的主動齒輪20與位于后半 部傳動機構的第m+1個行星傳動模塊單元的行星架4上固接的從動齒輪21相嚙合傳動。
在第n個行星傳動模塊單元之后還連接配合設置著倒檔行星傳動結構，該倒檔行 星傳動結構由行星架11、離合器13、制動器12、同軸安裝于中心轉軸上的輸入端內太陽齒 輪16與輸出端外太陽齒輪14以及行星齒輪15組成，其中至少一對行星齒輪15配合安裝 在行星架11上，輸入端內太陽齒輪16通過離合器13與行星架11相配合連接，并通過行星 齒輪15嚙合傳動，行星齒輪15又與輸出端外太陽齒輪14內嚙合傳動，行星架11與固接在 變速箱內壁17上的制動器12相配合；第n個行星傳動模塊單元其輸出軸18與該倒檔行星 傳動結構的輸入軸19相固接。 第1個行星傳動模塊單元至第n-l個行星傳動模塊單元當中，其相應的行星架11 分別通過離合器3與位于輸入端的太陽齒輪7相配合連接或者行星架11分別與固接在變 速箱內壁17上的制動器1相配合；第n個行星傳動模塊單元的行星架11與固接在變速箱 內壁上的單向離合器10相配合連接。
m的相應的整數(shù)取值為 {(m=， )〔n為偶數(shù)時〕}或者{( m=^Ji )〔n為奇數(shù)時〕}。 每一個行星傳動模塊單元的輸出端行星齒輪6的直徑小于輸入端行星齒輪5的直 徑或者每一個行星傳動模塊單元的輸出端行星齒輪6的直徑大于輸入端行星齒輪5的直 徑。 如圖1所示的實施例1方案基于傳動比小于1的傳動機構，倒擋則由置于末端有 齒圈的倒檔行星傳動結構來實現(xiàn)。 —、當本傳動機構(除倒檔行星傳動結構外，還有其它五個行星傳動模塊單元)只 有六擋離合器結合時，由于每個行星傳動模塊單元的行星架間單向離合器(注行星架間 單向離合器的作用是當前一個行星架的轉速有小于后一個行星架的趨勢時，自動結合，使 前一個行星架的轉速無法小于后一個行星架的轉速)的作用，此時，整個傳動機構以整體 的形式轉動，傳動比為l，既最高檔。 六檔時，前進機構的所有離合器均分離。整個前進機構的傳動比為所有五個行星 傳動模塊單元行星架全部制動時傳動比的乘積。 五檔時，傳動機構只有五擋離合器結合時，由于行星架間單向離合器的作用，傳動 機構的前四個行星傳動模塊單元將以相同的速度轉動，第五個行星傳動模塊單元由于其行 星架將會有反轉的趨勢，此時最后一個行星傳動模塊單元的單向離合器將結合，將行星架 制動，整個傳動機構的傳動比為最后一個行星傳動模塊單元的行星架制動時的傳動比。
四檔時，傳動機構只有四檔離合器結合時，由于每個行星傳動模塊單元的行星架間單向離合器的作用，傳動機構的前三個行星傳動模塊單元的行星架將以與輸入軸相同的速度轉動，此時前三個行星傳動模塊單元的傳動比為1。由于第四個行星傳動模塊單元的輸出軸同時也是第五個行星單元的輸入軸，它也是具有惰性的被動軸，所以，第四個行星傳動模塊單元的行星架有反轉的趨勢，同時第五個行星傳動模塊單元的行星架，也有反轉的趨勢，已經被單向離合器制動，因每個行星傳動模塊單元的行星架間單向離合器的作用，第四個行星傳動模塊單元的行星架也被制動，此時整個前進機構的傳動比為后兩個行星單元行星架全部制動時傳動比的乘積。 三檔時，傳動機構只有三檔離合器結合時，由于每個行星傳動模塊單元的行星架間單向離合器的作用，傳動機構前兩個行星傳動模塊單元的行星架將以與輸入軸相同的速度轉動，此時前兩個行星傳動模塊單元的傳動比為1。其余三個行星傳動模塊單元的行星架，由于其行星單元輸出端惰性的作用會有反轉的趨勢，從而被單向離合器鎖止(與四擋同理)。此時，整個前進機構的傳動比為后三個行星傳動模塊單元的行星架全部制動時傳動比的乘積。 二檔時，傳動機構只有二擋離合器結合時，傳動機構第一個行星傳動模塊單元的
行星架將以與輸入軸相同的速度轉動，此時第一個行星傳動模塊單元傳動比為1 。整個傳動
機構的傳動比為后四個行星單元行星架全部制動時傳動比的乘積(與三、四擋同理)。 —檔需要發(fā)動機制動時，只需將一檔發(fā)動機的制動器制動即可，此時，第一個行星
傳動模塊單元的行星架的轉速為零，由于行星架間單向離合器的作用，所有行星架的轉速
在有反向輸入時都不可能大于零，以實現(xiàn)發(fā)動機制動。 前進擋、倒擋的轉換由最后一個倒檔行星傳動機構來實現(xiàn) 圖2所示的實施例2方案為圖1方案的緊湊型方案，即位于前半部傳動機構的第m個行星傳動模塊單元其行星架4上固接的主動齒輪20與位于后半部傳動機構的第m+l行星傳動模塊單元的行星架4上固接的從動齒輪21相嚙合傳動。 圖3所示的實施例3方案基于傳動比小于1的傳動機構，除最后末置的倒檔行星傳動機構外的其他5個串連的行星傳動模塊單元，其所有行星傳動模塊單元的行星架制動時，即行星架與變速箱相固接，此時傳動比最小，輸出速度最大，是最高檔位為六檔；當?shù)?個行星傳動模塊單元的制動器且只有第4個制動器制動時，第4個行星傳動模塊單元行星架的速度為零，由于行星架間單向離合器的作用(行星架間單向離合器的用途是限制前一個行星架的速度大于后一節(jié)的速度)，第1、2、3行星傳動模塊單元其各自行星架的速度也為零，此時第5個行星傳動模塊單元相當于一個獨立的第3個行星傳動模塊單元(傳動比小于一的行星單元)行星架制動器未制動的情況，此時第5個行星傳動模塊單元的傳動比為一。整個傳動機構的傳動比為第1、2、3、4個行星單元此時傳動比的乘積，此時相當于五檔；當傳動機構的第3個行星傳動模塊單元的制動器且只有第三個制動器制動時，第3個行星傳動模塊單元地行星架的速度也為零。由于沒每個行星傳動模塊單元的行星架間單向離合器的作用(行星架間單向離合器的用途是限制前一個行星架的速度大于后一節(jié)的速度)，第1、2行星架的速度也為零，此時，第4、5兩節(jié)行星架不受制動器控制如圖3所示，可以作出以下假設 輸入轉速為10r/min，且輸出軸具有惰性時，行星架的轉速會有以下幾種假設情況
(1)假設兩個行星架中的任何一個或者兩個行星架的速度都大于10r/min，此時，由于單向離合器的作用，輸出軸的速度大于10r/min，由于輸出軸具有惰性，所以這種情況不成立；(2)假設兩個行星架中的任何一個或者兩個行星架的速度都小于10r/min，此時，此時，輸出軸的速度也將會大于10r/min，由于是依靠輸出軸的惰性使單向離合器結合進行輸出，此時兩個行星單元任何一個都不可能以小于1的傳動比傳動，所以這種情況不成立。
總之，無論兩個行星架中的任何一個或者兩個行星架的速度大于或小于10r/min時，輸出軸的速度都將大于10r/min，即不符合依靠惰性輸出的原理。 由以上兩個假設可以得出結論，依靠輸出軸的惰性使單向離合器結合進行傳動時，任何一個行星架的速度都不可能大于或小于輸入軸或輸出軸的速度，所以只存在一種可能，那就是行星架的速度=輸入軸的速度=輸出軸的速度，此時整個前進機構的傳動比為前三個行星單元傳動比之乘積；當?shù)?個行星傳動模塊單元制動器且只有第二個制動器制動時，三號行星架的速度為零，由于行星架間單向離合器的作用(行星架間單向離合器的用途是限制前一個行星架的速度大于后一節(jié)的速度)，第一個行星架的速度也為零。此時，后三節(jié)行星架不受制動器控制，此時行星架間的相互作用同上。此時，整個傳動機構的傳動比為前兩個行星單元傳動比之乘積；當所有行星架制動器都不制動時，無論五個行星架中的一部分或者全部行星架的速度大于或小于10r/min時，輸出軸的速度都將大于10r/min，不符合依靠惰性輸出的原理。此時所有行星架的速度與輸入軸的速度相等，前進機構的傳動比為1。 第一個行星傳動模塊單元輸入軸與行星架之間離合器的作用是用于一擋(直接擋)時發(fā)動機制動，當變速器處于一擋時，假如輸出端有反向輸入時(當車輛下坡或者正在滑行時)此時輸出端的速度將會大于輸入端的速度，此時行星架的速度將會小于輸入軸的速度，由于一擋發(fā)動機制動離合器強制行星架以與輸入軸相同的速度旋轉，輸出軸的速度=輸入軸的速度所以，此時整個前進機構則顯現(xiàn)出發(fā)動機制動效果。 圖4所示的實施例4方案為一號方案的緊湊型方案，在第三個和第四個行星元件之間，通過齒輪將第三節(jié)行星元件行星架與輸出太陽輪的轉動分別傳遞到第四節(jié)行星元件的行星架與輸入太陽輪，即位于前半部傳動機構的第m個行星傳動模塊單元其行星架4上固接的主動齒輪20與位于后半部傳動機構的第m+l行星傳動模塊單元的行星架4上固接的從動齒輪21相嚙合傳動。
8
權利要求
一種可直接換擋的行星齒輪變速箱，包括變速箱殼體，轉軸相平行的位于輸入端的圓柱形太陽齒輪(7)與位于輸出端的圓柱形太陽齒輪(8)構成太陽輪系，位于輸入端的太陽齒輪(7)通過圓柱形行星齒輪相配合傳動位于輸出端的太陽齒輪(8)，圓柱形行星齒輪的公轉軸線與太陽齒輪(7)、太陽齒輪(8)相平行，其特征是圓柱形行星齒輪安裝在行星架(4)上，行星架(4)與太陽齒輪(7)、太陽齒輪(8)同軸安裝，該圓柱形行星齒輪至少為一對由位于輸入端的圓柱形主行星齒輪(5)和位于輸出端的圓柱形主行星齒輪(6)構成，輸入端圓柱形主行星齒輪(5)與輸出端圓柱形主行星齒輪(6)通過其相固接的連接轉軸安裝在行星轉軸上，位于輸入端的圓柱形主行星齒輪(5)與位于輸入端的圓柱形太陽齒輪(7)相嚙合，位于輸出端的圓柱形主行星齒輪(6)與位于輸出端的圓柱形太陽齒輪(8)相嚙合，以構成行星傳動模塊單元；n個上述行星傳動模塊單元組成傳動機構，n為正整數(shù)，從輸入端至輸出端的方向，第1個行星傳動模塊單元與固接在變速箱內壁(17)上的制動器1相配合；由第1個行星傳動模塊單元至第m個行星傳動模塊單元組成前半部傳動機構，m相應的正整數(shù)取值范圍為m＜n，在該m個行星傳動模塊單元之間，從輸入端至輸出端的方向，位于前一個行星傳動模塊單元的行星架(4)的輸出端一側通過單向離合器(2)與后一個行星傳動模塊單元輸入端一側的行星架(4)相配合串連連接；由第m+1個行星傳動模塊單元至第n個行星傳動模塊單元組成后半部傳動機構，在該n-m個行星傳動模塊單元之間，從輸入端至輸出端的方向，位于前一個行星傳動模塊單元的行星架(4)的輸出端一側通過單向離合器(2)與后一個行星傳動模塊單元輸入端一側的行星架(4)相配合串連連接；位于前半部傳動機構的第m個行星傳動模塊單元其行星架(4)通過單向離合器(2)與位于后半部傳動機構的第m+1行星傳動模塊單元的行星架(4)相配合連接或者位于前半部傳動機構的第m個行星傳動模塊單元其行星架(4)上固接的主動齒輪(20)與位于后半部傳動機構的第m+1行星傳動模塊單元的行星架(4)上固接的從動齒輪(21)相嚙合傳動。
2. 根據(jù)權利要求1所述的可直接換擋的行星齒輪變速箱，其特征是在第n個行星 傳動模塊單元之后還連接配合設置著倒檔行星傳動機構，該倒檔行星傳動機構由行星架(11)、離合器(13)、制動器(12)、同軸安裝于中心轉軸上的輸入端內太陽齒輪(16)與具有 內齒圈的輸出端外太陽齒輪(14)以及行星齒輪(15)組成，其中至少一對行星齒輪(15)配 合安裝在行星架(11)上，輸入端內太陽齒輪(16)通過離合器(13)與行星架(11)相配合 連接，并通過行星齒輪(15)嚙合傳動，行星齒輪(15)又與輸出端外太陽齒輪(14)內嚙合 傳動，行星架(11)與固接在變速箱內壁(17)上的制動器(12)相配合；第n個行星傳動模 塊單元其輸出軸(18)與該倒檔行星傳動結構的輸入軸(19)相固接。
3. 根據(jù)權利要求1所述的可直接換擋的行星齒輪變速箱，其特征是第1個行星傳動 模塊單元至第n-l個行星傳動模塊單元當中，其相應的行星架(11)分別通過離合器(3)與 位于輸入端的太陽齒輪(7)相配合連接或者行星架(11)分別與固接在變速箱內壁(17)上 的制動器(1)相配合；第n個行星傳動模塊單元的行星架(11)與固接在變速箱內壁上的單 向離合器(10)相配合連接。
4. 根據(jù)權利要求l所述的可直接換擋的行星齒輪變速箱，其特征是m的相應的整數(shù)取 值為{ (m=g) 〔n為偶數(shù)時〕}或者{ (m-^i)〔n為奇數(shù)時〕}。
5. 根據(jù)權利要求1所述的可直接換擋的行星齒輪變速箱，其特征是每一個行星傳動模塊單元的輸出端行星齒輪(6)的直徑小于輸入端行星齒輪(5)的直徑。
6. 根據(jù)權利要求1所述的可直接換擋的行星齒輪變速箱，其特征是每一個行星傳動模塊單元的輸出端行星齒輪(6)的直徑大于輸入端行星齒輪(5)的直徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可直接換擋的行星齒輪變速箱，輸入端圓柱形主行星齒輪與輸出端圓柱形主行星齒輪通過其相固接的連接轉軸安裝在行星轉軸上，位于輸入端的圓柱形主行星齒輪與位于輸入端的圓柱形太陽齒輪相嚙合，位于輸出端的圓柱形主行星齒輪與位于輸出端的圓柱形太陽齒輪相嚙合，位于前半部傳動機構的第m個行星傳動模塊單元其行星架通過單向離合器與位于后半部傳動機構的第m+1行星傳動模塊單元的行星架相配合連接或者第m個行星傳動模塊單元行星架上固接的主動齒輪與第m+1行星傳動模塊單元行星架上固接的從動齒輪相嚙合傳動。本發(fā)明由相互獨立的行星傳動模塊單元機構串聯(lián)構成，可獲得大傳動比，可直接換擋，結構簡單，制造成本低，易維護。
文檔編號F16H57/10GK101769365SQ20091020865
公開日2010年7月7日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權日2009年10月23日
發(fā)明者陳國慶 申請人:陳國慶