CN1010971B - 电控(或液控)的差动变速器 - Google Patents
电控(或液控)的差动变速器Info
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Abstract
电控(或液控)的差动变速器,属于机械传动中的变速装置,该变速器由差动变速机构,倒档机构、壳体及制动轮等组成,适合于需要变换传动速比的机械使用,特别适用于中小型汽车。该变速器的所有齿轮为常啮合状态,它没有变速杆,换档时不需要拨动齿轮。它的操作采用电控或液控,也可以用机械或手工操作。该变速器还具有结合,分离动力的功能,使用它的机械可以不设置离合器。
Description
本发明属于机械传动中的变速装置,用于需要变换传动速比的机械,特别适用于中小型汽车、拖拉机等运输机械作变速使用。
在需要变换速比的机械中,变速器是一个重要的部件。传统的齿轮变速器,都需要用手工拨动齿轮,改变齿轮传动比,来达支变换输出转速和扭矩的目的。由于不少机械的工况是经常发生变化的,必须频繁的进行变速操作。因为要抉动齿轮,就使得现有齿轮变速器存在许多难以克服的缺点。如操纵机构复杂、操作难度大,不能远矩离操作,无法进行电控和液控等。它对驾驶员的技术要求高,操作劳动强度大。在车辆行进中换档时,主被动齿轮的切线速度要一致,变速杆的操作就必须恰当的与离合器、油门配合才能顺利进行。特别是高速挡换到低速挡,车辆在下坡时换挡,操作吏为复杂,稍有不慎就发生打齿、以响、挂不上挡、脱挡等问题,甚至损坏机件,导致以生安全事故。近年来尽管对传统的变速器已作过很多改进,但上的述的缺点终未得到根本的解决。
改进现有的齿轮变速,早已引起人们的极大兴趣,并且做了许多研究和探索,提出过一些新的齿轮传动方案。如85108083号专利“双差速轮系惯性无级级变速器”,提出用两组串联的差速器作为变速器,省去了抉动齿轮变速的麻烦。如株式会社小松制作所在86100093号专利中提出以行星齿轮传动***作为车辆的变速器,以切换不同行星齿轮组的方法,达到不用变速杆变速的目的。但是,前者因为变速范围还不能满足车辆的需要,后者结构复杂,径向尺寸大,制造较难,只能用于大吨位卡车,不能在中小车辆特别是轻型车辆上使用。
本发明的任务是设计一种不必拨动齿轮的、无变速杆的、结构较为简单、重量轻、制造成本不高、操纵方便的变速器,较为彻底的改进传统的齿轮变速箱,克服它固有的缺点,开辟一条用按钮或开关控制变速的操作方法。它既可以用电或液压控制,也可以用机械或手工操作,既可用它对现有车辆进行改造,也可用它开发性能优异的新产品。
本发明的原理是用一种新的差动传动方案,合理的组合传动机构,使所有处于常啮合状态的齿轮无需拨动就能改换传动路线,达到改变传动比的目的。
本发明附图3的方案,除变速操作变得很简单外,还具有结合和分离动力的功能,采用这种变速器的机械,可以省去离合器。
本变速器的传动原理如附图1。
输入轴(1)上开有齿轮。在行星轮架上安装着3个行星轮轴(10),每个行星轮轴上套装着齿轮(7)、(8)、(9)和(11)组成的4联齿轮,齿轮(11)和输入轴(1)齿轮、输出齿轮(13)同时啮合。齿轮(9)和齿轮(22)啮合。齿轮(8)和齿轮(24)啮合。齿轮(7)和齿轮(25)啮合。齿轮(22)、(24)、(25)它们各自都通过制动套(28)、(27)、(26)互相套装在一起,可以转动。各自的制动套上都安装着1个制动轮(4)、(3)、(2)。行星轮架(6)的支承套上也安装着制动轮(5)。输出齿轮(13)套装在输出轴(17)上,输出轴上安装着滑动牙嵌(21),它可在输出轴的花键上左右移动,平时被弹簧(19)压向左端,和输出齿轮(13)结合。电磁铁活动衔铁(15)连着拨叉(14)电磁铁(16)通电时,可吸动活动衔铁带动拨叉,将活动牙嵌(21)拨向右端,与输出齿轮(13)分离,和外牙嵌(20)结合。
变速器体(23)和后盖(18)用螺钉连接为一体。输入轴(1)和4个制动轮通过轴承安装在变速器的前端。输出轴(17)通过轴承安装在后盖(18)内,通出变速器外。输入轴与输出轴在壳体内的轴端互相用轴承(12)支撑。
下面结合附图1对本发明的传动原理进行叙述。
空挡:制动轮(2)、(3)、(4)、(5)均未加制动,处于自由状态。原动机的动力经输入轴(1)使其轴上齿轮旋转,带动齿轮(11)作反向旋转。此时输出齿轮(13)因有载荷不能跟随转动,故齿轮(11)绕输出齿轮(13)滚动,带动行星轮架(6)作反向旋转。齿轮(9)、(8)、(7)带动齿轮(22)、(24)、(25)及制动轮(2)、(3)、(4)空转。此时输出齿轮(13)为静止状态,输出轴(17)无转速输出。
第4挡(即直接传动挡):此时将制动轮(5)制动,使行星轮架(6)处于固定状态。制动轮(2)、(3)、(4)均处在自由状态。动力经输入轴(1)齿轮,带动齿轮(11)自转。齿轮(22)、(24)、(25)被齿轮(9)、(8)、(7)带动作正向旋转。齿轮(11)带动输出齿轮(13)、输出轴(17)正向旋转。因输出齿轮(13)是与输入轴(1)齿轮齿数模数相同的,故输入转速与输出转速也是相同的。
第3挡:此时应将制动轮(4)制动,齿轮(25)处于固定状态、制动轮(2)、(3)、(5)均在自由状态。动力经输入轴(1)齿轮,带动齿轮(11)反向旋转,齿轮(7)绕齿轮(25)滚动,这时使得齿轮(11)既在作较低速度的公转,又在作较高速度的自转,这两种转速的合成使输出齿轮(13)输出轴(17)得到较第4挡低一些的正向转速。齿轮(8)、(9)带动齿轮(24)、(22)及他们的制动轮空转。制动轮(5)也由齿轮(7)带动空转。
第2挡:此时应将制动轮(3)制动,使齿轮(24)处于固定状态,制动轮(2)、(4)、(5)均在自由状态。动力经输入轴(1)齿轮,带动齿轮(11)反向旋转,齿轮(8)绕齿轮(24)滚动,使齿轮(11)作与第3挡相同公转和自转,不同的是公转要高于第3挡,自转要低于第3挡,因而输出齿轮(13)、输出轴(17)得到较第3挡低一些的正向转速。其他齿轮情况和第3挡相似。
第1挡:此时应将制动轮(2)制动,使齿轮(22)处于固定状态,制动轮(3)、(4)、(5)均处于自由状态,动力经输入轴(1)齿轮,带动齿轮(11)反向旋转,齿轮(9)绕齿轮(22)滚动,使齿轮作与第2挡相同的公转和自转,不同的是公转更高,自转更低,因而使输出齿轮(13)、输出轴(17)得到比第2挡更慢的第一挡转速。
倒挡:此时首先应使电磁铁(16)通电,吸动活动衔铁(15),带动拨叉(14)把活动牙嵌向后拉动,使输出轴(17)与输出齿轮(13)分离,与外牙嵌(20)结合。之后,在制动轮(5)处于自由状态的情况下,制动制动轮(2)或(3)或(4)其中1个。此时动力经输入轴(1)齿轮,带动齿轮(11)反向旋转,齿轮(7)或(8)或(9)便绕(25)或(24)或(22)滚动,使可得到行星轮架(6)3个不同的反转速度(请参见第3挡、2挡、1挡、不再重述)。由于外牙嵌是直接固定到行星轮架(6)上的,因而活动牙嵌(21)、输出轴(17)便可得到速度不同的三种倒挡速度。输出齿轮(13)空转。一般的车辆只需1个倒挡,可以根据需要选用一种合适的倒挡。其余只要在控制电路上不要把电磁铁(16)接入电源不用就可以了。
综上说述,只要将制动轮(2)、(3)、(4)、(5)其中任何一个处于制动状态,且制动力矩大于输出轴(17)上的阻力所反映到该制动轮的阻力矩时,在输出轴上便可得到相应的输出转速和扭矩。全部放松所有制动轮时,输出轴上无转速输出。如能将制动轮的放松状态逐步的过渡到制动状态,则输出轴上便可得到逐渐加大的扭矩和转速,这就是该变速器能够具有离合器功能的原理。
附图2和附图3是本变速器和操作机构一体化的两种结构图。
变速器的操作。
根据上述原理和基本结构,本变速器的操作就是对制动轮(2)、(3)、(4)、(5)分别的进行制动。具体的制动方法,应根据不同的机械来确定。现在提供2种供汽车使用的操作机构,见附图2和附图3。
附图2是用电控棘轮控制的变速器。在2个支点轴(29)上,共套装着4个由电磁铁控制的棘轮(31)。当电磁铁通电时,电磁铁拉动拉杆(34),把棘轮爪卡入制动轮的凹槽(30),使其制动轮固定,输出轴(17)上便有相应的转速输出。当电磁铁断电时,棘轮在弹簧(33)的作用下,把棘轮爪退出凹槽,制动轮恢复自由状态,输出轴无转速输出。这种方案完全采用电控,结构简单可靠,体积也较小,除控制电路外,无需其他的
附属设施。由于制动的自由到固定是突变的,需要在变速器前设置离合器,避免车辆起步和换挡时发生冲击。这种结构主要用于对现有车辆的改造,利用现有离合器较为方便的使用本变速器。
附图3的变速器是液压控制的,倒挡可用电控,也可用液控。该控制机构为液压制动离合器。三个支点轴(45)上固定着3个固定压盘(44)和4个活动压盘(43),它们之间安装着制动磨擦片(35),通过花键连接于制动轮(2)、(3)、(4)及(5)上。2组液控压紧缸由底板(40)、内缸(39)、外缸(37)、环状活塞(38)及密封垫片(41)等组成。液压油通过4个接头(46)通向环状活塞和密封垫片的后面,推动环状活塞(38)及活动压盘(43),压紧制动磨擦片(35)。液压油切断后,靠3个回位弹簧(36)把活动压盘和环状活塞拉回原位,恢复制动磨擦片的放松状态。这种控制机构每挡都可在无冲击下进行换挡,除起步时需要和操纵机构配合外,其余各种挡位和停车均不需要与任何机构配合。因而完全可以省去离合器,输入轴(1)直接与发动机连结。操作时只需按动电钮就可随意换挡,操作变得十分简单,这在高速车和舒适性要求较高的车辆上,它的优越性是能充分显示的。还有其它的许多控制方法,如机械制动控制,机械控制和手工控制等,本变速器均可根据具体要求和使用条件而确定控制方法。在现有技术中这些都是不难解决的,故不再多加叙述。
关于扩大本变速器应用范围的问题。
附图1、附图2和附图3只提供了原理及2种操作机构的具体结构,但实际应用中还远远不止该图所限制的范围。现将主要的变型和扩大应用介绍如下:
1.可以增加或减少变速器的挡位。在实施中如需多于或少于4个前进挡位,可以根据需要采用增加或减少齿轮(7)、(8)、(9)和齿轮(25)、(24)、(22)数量的方法,根据转速需要设计他们的传动比,即可得到要求的前进和倒车挡位。
2.可以扩大变速的范围。如需输出转速高于输入转速时,可按附图4的方法,将输出齿轮(13)设计得小于输入轴(1)齿轮,并把齿轮(11)改为只与输入轴(1)齿轮啮合,另外增加齿轮(47)与输出齿轮(13)啮合,便可得到高于输入转速的输出转速。
3.在不需要倒挡时,可以把输出齿轮(13)直接固定到输出轴(17)上,省去倒挡机构的所有另件;在只需要倒挡并需变速时,可以按附图5的方法改进传动方案。使得结构更为简单,轴向长度更为缩短。
实施例:
现以BJ-130汽车为例,说明具体的实施方案,见附图2和附图3。
BJ-130汽车发动机最高转速为4000转/分,原设计传动比为:1挡6.09,2挡3.09,3挡1.78,4挡1,倒挡4.95。
1.实施方案的齿轮齿数是:输入轴(1)齿轮和输出齿轮(13)均为15齿,齿轮(11)为25齿,齿轮(9)为18齿,齿轮(22)为21齿,齿轮(8)为16齿,齿轮(24)为24齿,齿轮(7)为12齿,齿轮(25)为27齿。
2.经上述齿轮组,得到如下的传动比:
式中,n-发动机最高转速转/分
Z22-齿轮(22)的齿数(其余各注脚含义相同,下略)
式中,n1-输出转速转/分
倒挡利用前进第3挡时行星轮架(6)的反转转速。
倒挡传动比略小于原设计要求,倒车速度比原设计快一些,参照其它小型车,不会影响使用,故可以采用。
3.控制机构可以采用附图2或附图3任选一种。用于改造原车时推荐采用附图2的结构,用于开发新产品时,推荐采用附图3的结构。
Claims (9)
1、一种电控(或液控)的差动变速器,该变速器的特征在于:在由变速器体(23)和后盖(18)所组成的变速器壳体内的同一轴线上,一端通过轴承安装着行星轮架(6)、输入轴(1)和若干个制动套,另一端通过轴承安装着输出轴(17),输入轴和输出轴内端用轴承互相支撑,输出轴(17)上套装着输出齿轮(13),每个制动套的内端固装着1个不同齿数的齿轮,外端固装着1个制动轮;在行星轮架(6)的同一圆周上,通过3个行星轮轴(10),套装着3个相同的由若干个齿数不同的齿轮组成的多联齿轮,其中的齿轮(7)、(8)、(9)(根据变速档位数的需要可以增加或减少)分别和制动套上的齿轮(25)、(24)、(22)(根据变速档位数的需要也可同时增加或减少)相啮合,齿轮(11)同时和输入轴(1)齿轮、输出齿轮(13)相啮合;输出轴(17)上安装着活动牙嵌(21),它可在输出轴的花键上左右移动,平时被弹簧(19)压向左端,和输出齿轮(13)结合;行星轮架(6)上固接外牙嵌(20),后盖(18)上安装电磁铁(16),活动衔铁(15)连着拨叉(14),电磁铁通电时,可以吸动活动衔铁(15),带动拨叉(14),将活动牙嵌(21)与输出齿轮(13)分离,和外牙嵌(20)相结合;相对于行星轮架(6)上的制动轮和若干个制动套上的制动轮,每个制动轮安装着一套制动机构。
2、根据权利要求1所述的变速器,其特征在于所述输入轴(1)齿轮、输出齿轮(13)的齿数可以不相等,齿轮(11)可以由两个齿数不同的齿轮所组成。
3、根据权利要求1所述的变速器,其特征在于所述制动机构,可在制动轮上开制动凹槽(30),在变速器体(23)左面安装着支点轴(29),支点轴上套装棘轮(31),棘轮和壳体之间安装弹簧(33),棘轮由销(32)连接拉杆(34),拉杆由电磁铁所驱动。
4、根据权利要求1所述的变速器,其特征在于所述制动机构,可用下述的液压制动离合器实现:制动轮上开有外花键,在制动轮上安装制动磨擦片(35),在变速器体(23)左面,安装着支点轴(45),支点轴上固装固定压盘(44),套装活动压盘(43),固定压盘与活动压盘之间安装制动摩擦片(35),相邻两个活动压盘之间安装弹簧(36)和液控压紧缸,由液控压紧缸压紧或放松活动压盘(43)。
5、根据权利要求4所述的变速器,其特征在于所述液压制动离合器的液控压紧缸是:在固装于支点轴(45)的底板(40)上,固装内缸(39)、外缸(37),在内缸和外缸之间安装环状活塞(38),在环状活塞和底板之间安装密封垫片(41),底板(40)上安装接头(46),液压油通过接头通向环状活塞和密封垫片的后面,推动环状活塞(38),得到压紧活动压盘(43)、制动磨擦片(35)的压力。
6、一种能输出与输入轴旋转方向相反的电控(或液控)的差动变速器,它的特征在于:在由变速器体(23)和后盖(18)所组成的变速器壳体内的同一轴线上,一端通过轴承安装着输入轴(1)和若干个制动轮,另一端通过轴承安装着输出轴(17)及其固定到它上面的行星轮架(6),输入轴和输出轴的内端用轴承互相支撑,每个制动套的内端固装着一个齿数不同的齿轮,外端固装着一个制动轮;行星轮架(6)上的同一圆周上,通过3个行星轮轴(10),套装着3个相同的由若干个齿数不同的齿轮组成为一体的多联齿轮,其中的齿轮(7)、(8)、(9)(根据变速档位数的需要可以增加或减少)分别和制动套上的齿轮(25)、(24)、(22)(根据变速档位数的需要也可同时增加或减少)相啮合,齿轮(11)同时和齿轮(48)、输入轴(1)齿轮相啮合;相对于制动套上的制动轮,每个制动轮安装着1套制动机构。
7、根据权利要求6所述的变速器,其特征在于所述制动机构,可在制动轮上开制动凹槽(30),在变速器体(23)左面安装支点轴(29),支点轴上套装棘轮(31),棘轮和壳体之间安装弹簧(33),棘轮由销(32)连接拉杆(34),拉杆由电磁铁所驱动。
8、根据权利要求6所述的变速器,其特征在于所述制动机构,可用下述的液压制动离合器实现:制动轮上开有外花键,在制动轮上安装制动磨擦片(35),在变速器体(23)左面,安装支点轴(45),支点轴上固装固定压盘(44),套装活动压盘(43),固定压盘与活动压盘之间安装制动磨擦片(35),相邻两个活动压盘之间安装弹簧(36)和液控压紧缸,由液控压紧缸压紧或放松活动压盘(43)。
9、根据权利要求8所述的变速器,其特征在于所述液压制动离合器的液控压紧缸是:在固装于支点轴(45)的底板(40)上,固装内缸(39)、外缸(37),在内缸和外缸之间安装环状活塞(38),在环状活塞和底板之间安装密封垫片(41),底板(40)上安装接头(46),液压油通过接头通向环状活塞和密封垫片的后面,推动环状活塞(38),得到压紧活动压盘(43)、制动磨擦片(35)的压力。
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