CN107061639B - 一种平行轴***的中心距优化方法、变速箱和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种平行轴***的中心距优化方法、变速箱和车辆。方法包括：S1，确定第一副传动轴与输入轴的中心距AB、输入轴与第二副传动轴的中心距BC、第二副传动轴与输出轴的中心距CD、第一副传动轴与输出轴的中心距AD，在平行轴***的垂直面上以输入轴的轴心为原点建立XY坐标系；S2，第一副传动轴、输入轴、第二副传动轴、输出轴在XY坐标系中依次对应坐标点A(Xa，Ya)，B(Xb，Yb)，C(Xc，Yc)，D(Xd，Yd)，根据平行轴***的连接次序获得一优化约束条件；S3，确定一目标函数F(x)在优化约束条件下获得至少一极值使得输入轴与输出轴的中心距BD最小值，获取BD为最小值时的BD、α1、α2。S4根据所述BD为最小值时的BD、α1、α2获得A(Xa，Ya)，C(Xc，Yc)，D(Xd，Yd)的优化坐标。

Description

一种平行轴***的中心距优化方法、变速箱和车辆
技术领域
本发明涉及平行轴技术领域，具体地，涉及一种平行轴***的中心距优化方法、变速箱和车辆。
背景技术
中心距是指平行轴齿轮副或交错轴齿轮副，两轴线间的最短距离，亦即两齿轮轴线间公垂线(连心线)长度称齿轮中心距简称中心距。其值总等于齿轮副两节圆半径之和，或等于两分度圆半径与分离量之和。作为2AT平行轴***中的各级中心距的确定，不同的中心距布置则会导致不同的变速器外形，传统的设计方法主要是根据个人经验来确定输入轴与输出轴的距离，并不能完全确定输入轴和输出轴的距离是否已经达到最小，是否还有空间变小，从而不能确认在现有条件下变速箱是否是最优化的，从而容易使变速箱尺寸变大，结构不紧凑，增加变速箱的成本。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种平行轴***的中心距优化方法、变速箱和车辆。
根据本发明提供的一种平行轴***的中心距优化方法，平行轴***包括第一副传动轴、输入轴、第二副传动轴、输出轴，包括：
S1，根据第一副传动轴、输入轴、第二副传动轴、输出轴上套设齿轮的半径确定第一副传动轴与输入轴的中心距AB、输入轴与第二副传动轴的中心距BC、第二副传动轴与输出轴的中心距CD、第一副传动轴与输出轴的中心距AD，在平行轴***的垂直面上以输入轴的轴心为原点建立XY坐标系；
S2，所述第一副传动轴、输入轴、第二副传动轴、输出轴在所述XY坐标系中依次对应坐标点A(Xa,Ya)，B(Xb,Yb)，C(Xc,Yc)，D(Xd,Yd)，根据平行轴***的连接次序获得一优化约束条件包括：
(Xd-Xc)^2+(Yd-Yc)^2＝CD^2，
(Xd-Xa)^2+(Yd-Ya)^2＝AD^2，
0°<α1<45°，150°<α2<180°，
Xa＝AB*cos(α2)，Ya＝AB*sin(α2)，Xc＝BC*cos(180-α1)，Yc＝BC*sin(180-α1)，
其中，所述α1为第二副传动轴与X坐标轴的夹角，所述α2为第一副传动轴与X坐标轴的夹角；
S3，确定一目标函数F(x)在所述优化约束条件下获得至少一极值使得所述输入轴与输出轴的中心距BD最小值，获取所述中心距BD为最小值时的BD、α1、α2；
S4，根据所述中心距BD为最小值时的BD、α1、α2获得A(Xa,Ya)，C(Xc,Yc)，D(Xd,Yd)的优化坐标。
作为一种优化方案，所述S3中目标函数F(x)＝Xd^2+Yd^2。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种变速箱，包括由所述优化方法确定的平行轴***。
作为一种优化方案，所述输入轴通过传动齿轮分别驱动所述第一副传动轴、第二副传动轴转动，所述第一副传动轴、第二副传动轴还分别驱动所述输出轴转动。
作为一种优化方案，所述第一副传动轴上设置有第一传动齿轮、第一驱动齿轮、第一离合器；所述第一传动齿轮空套于所述第一副传动轴上，所述第一驱动齿轮与所述第一副传动轴同轴固定连接，所述第一传动齿轮通过所述第一离合器连接所述第一驱动齿轮，所述输入轴通过所述第一传动齿轮连接所述第一副传动轴，所述第一副传动轴通过所述第一驱动齿轮连接所述输出轴。
作为一种优化方案，所述第二副传动轴上设置有第二传动齿轮、第二驱动齿轮、第二离合器；所述第二传动齿轮空套于所述第二副传动轴上，所述第二驱动齿轮与所述第二副传动轴同轴固定连接，所述第二传动齿轮通过所述第二离合器连接所述第二驱动齿轮，所述输入轴通过所述第二传动齿轮连接所述第二副传动轴，所述第二副传动轴通过所述第二驱动齿轮连接所述输出轴。
作为一种优化方案，所述第一传动齿轮的半径小于所述第二传动齿轮的半径；所述第一驱动齿轮的半径小于所述第二驱动齿轮的半径。
作为一种优化方案，所述第一传动齿轮的半径大于所述第一驱动齿轮的半径；所述第二传动齿轮的半径大于所述第二驱动齿轮的半径。
基于同一发明构思，本发明提供了一种车辆，包括所述的变速箱。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
通过构建优化约束条件和目标函数的方法获得平行轴***中输入输出中心距最小值，进而获得整个平行轴***的最小尺寸，使得整体***结构紧凑，降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1是一种可选的平行轴***结构示意图；
图2是一种可选的在平行轴***的垂直面上以输入轴的轴心为原点建立的XY坐标系示意图；
图3是一种可选的平行轴***的中心距优化方法流程示意图。
具体实施方式
下文结合附图以具体实施例的方式对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，还可以使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。
在本发明提供的一种平行轴***的中心距优化方法的实施例中，平行轴***包括第一副传动轴、输入轴、第二副传动轴、输出轴，如图3所示的方法流程包括：
S1，根据第一副传动轴、输入轴、第二副传动轴、输出轴上套设齿轮的半径确定第一副传动轴与输入轴的中心距AB、输入轴与第二副传动轴的中心距BC、第二副传动轴与输出轴的中心距CD、第一副传动轴与输出轴的中心距AD，在平行轴***的垂直面上以输入轴的轴心为原点建立XY坐标系。由于优化对象是平行轴***，因此各转轴在Z向上偏角都为0，无需考虑。
步骤S1中根据轴上套设齿轮的半径确定两轴之间中心距的具体方法的一种可选实施例包括确定通过齿轮啮合连接的两个轴上套设的齿轮的齿根圆半径R1、R2，以及相啮合的两齿轮之一的全齿高h(齿顶圆与齿根圆之间的径向距离)，中心距＝R1+R2+h。该计算方式考虑到相啮合位置的齿轮重叠，且啮合处为两齿轮距离最短位置，即是两轴之间的最短距离。
S2，如图1、2所示，所述第一副传动轴、输入轴、第二副传动轴、输出轴在所述XY坐标系中依次对应坐标点A(Xa,Ya)，B(Xb,Yb)，C(Xc,Yc)，D(Xd,Yd)，根据平行轴***的连接次序获得一优化约束条件包括：
(Xd-Xc)^2+(Yd-Yc)^2＝CD^2，
(Xd-Xa)^2+(Yd-Ya)^2＝AD^2，
0°<α1<45°，150°<α2<180°，
Xa＝AB*cos(α2)，Ya＝AB*sin(α2)，Xc＝BC*cos(180-α1)，Yc＝BC*sin(180-α1)，
其中，所述α1为第二副传动轴与X坐标轴的夹角，所述α2为第一副传动轴与X坐标轴的夹角。
步骤S2所述第一副传动轴、输入轴、第二副传动轴、输出轴与平行轴***的垂直面分别存在并仅存在一个交点，该交点也是垂点。如图2所示，所述第一副传动轴与平行轴***的垂直面的交点在坐标系中对应坐标点A(Xa,Ya)；所述输入轴与平行轴***的垂直面的交点在坐标系中对应坐标点B(Xb,Yb)，B点也是坐标原点(0,0)；所述第二副传动轴与平行轴***的垂直面的交点在坐标系中对应坐标点C(Xc,Yc)；所述输出轴与平行轴***的垂直面的交点在坐标系中对应坐标点D(Xd,Yd)。中心距AB，BC，CD，AD已知，输入轴中心点B为坐标原点，第一副传动轴跟X坐标轴的夹角α2未知，第二副传动轴跟X坐标轴的夹角α1未知，优化的目标为求取输入轴中心跟输出轴中心的最小距离。
平行轴***中各个轴在坐标系中的坐标值可以由下表示出：
由上述优化约束条件可以求得D点的坐标Xd，Yd的表达式，表达式中包含未知的α1、α2。
S3，确定一目标函数F(x)在所述优化约束条件下获得至少一极值使得所述输入轴与输出轴的中心距BD最小值，获取所述中心距BD为最小值时的BD、α1、α2。
S4，根据所述BD为最小值时的BD、α1、α2获得A(Xa,Ya)，C(Xc,Yc)，D(Xd,Yd)的优化坐标。由此完成了平行轴***各个转轴的定位，获得了使得输入输出轴之间中心距最小的优化结构。
作为一种实施例，以D点相对于B点的距离，即中心距BD作为目标函数F(x)＝(Xd-Xb)^2+(Yd-Yb)^2，而由于B点为坐标原点，因此Xb＝0，Yb＝0，即转化为求解有目标函数F(x)＝Xd^2+Yd^2的最小值。
根据方程求出最小值后，在考虑轴承等其他零件不干涉的情况下，根据即定的中心距数值，根据上述计算方法获得输入轴和输出轴最小值后，参考实际情况适当调整即可获得最佳中心距及结构布置，从而节省空间，降低成本。
根据上述优化约束条件计算获得结合Xa＝AB*cos(α2)，Ya＝AB*sin(α2)，Xc＝BC*cos(180-α1)，Yc＝BC*sin(180-α1)获得关于Yd的计算表达式：(BC*COS(180-α1)-AB*COSα2)^2＝AD^2+CD^2-(Yd-AB*SINα2)^2-(Yd-BC*SIN(180-α1))^2±2*SQRT((AD^2-(Yd-AB*SINα2)^2)*(CD^2-(Yd-BC*SIN(180-α1))^2)；
根据上述优化约束条件计算获得结合Xa＝AB*cos(α2)，Ya＝AB*sin(α2)，Xc＝BC*cos(180-α1)，Yc＝BC*sin(180-α1)获得关于Xd的计算表达式：(BC*SIN(180-α1)-AB*SINα2)^2＝D^2+AD^2-(Xd-BC*COS(180-α1))^2-(Xd-AB*COSα2)^2±2*SQRT((CD^2-(Xd-BC*COS(180-α1))^2-(AD^2-(Xd-AB*COSα2))^2)。
目标函数F(x)＝Xd^2+Yd^2的轨迹为椭圆形，由于目标函数为椭圆形，因此为了取到合理的单值结果，需要对角度进行约束，即约束条件：0°<α1<45°150°<α2<180°。
在坐标系中找到α1和α2使得F(x)的最小值，由此确定Xd和Yd的值。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种变速箱，包括由所述优化方法确定的平行轴***。
所述输入轴通过传动齿轮分别驱动所述第一副传动轴、第二副传动轴转动，所述第一副传动轴、第二副传动轴还分别驱动所述输出轴转动。
所述第一副传动轴上设置有第一传动齿轮、第一驱动齿轮、第一离合器；所述第一传动齿轮空套于所述第一副传动轴上，所述第一驱动齿轮与所述第一副传动轴同轴固定连接，所述第一传动齿轮通过所述第一离合器连接所述第一驱动齿轮，所述输入轴通过所述第一传动齿轮连接所述第一副传动轴，所述第一副传动轴通过所述第一驱动齿轮连接所述输出轴。
所述第二副传动轴上设置有第二传动齿轮、第二驱动齿轮、第二离合器；所述第二传动齿轮空套于所述第二副传动轴上，所述第二驱动齿轮与所述第二副传动轴同轴固定连接，所述第二传动齿轮通过所述第二离合器连接所述第二驱动齿轮，所述输入轴通过所述第二传动齿轮连接所述第二副传动轴，所述第二副传动轴通过所述第二驱动齿轮连接所述输出轴。
所述第一传动齿轮的半径小于所述第二传动齿轮的半径；所述第一驱动齿轮的半径小于所述第二驱动齿轮的半径。
所述第一传动齿轮的半径大于所述第一驱动齿轮的半径；所述第二传动齿轮的半径大于所述第二驱动齿轮的半径。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种车辆，包括所述的变速箱。上述变速箱能够通过优化方法获得最小尺寸，整个平行轴***内部结构紧凑，降低了变速箱的整体成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种平行轴***的中心距优化方法，平行轴***包括第一副传动轴、输入轴、第二副传动轴、输出轴，其特征在于，包括：
S1，根据第一副传动轴、输入轴、第二副传动轴、输出轴上套设齿轮的半径确定第一副传动轴与输入轴的中心距AB、输入轴与第二副传动轴的中心距BC、第二副传动轴与输出轴的中心距CD、第一副传动轴与输出轴的中心距AD，在平行轴***的垂直面上以输入轴的轴心为原点建立XY坐标系；
S2，所述第一副传动轴、输入轴、第二副传动轴、输出轴在所述XY坐标系中依次对应坐标点A(Xa,Ya)，B(Xb,Yb)，C(Xc,Yc)，D(Xd,Yd)，根据平行轴***的连接次序获得一优化约束条件包括：
(Xd-Xc)^2+(Yd-Yc)^2＝CD^2，
(Xd-Xa)^2+(Yd-Ya)^2＝AD^2，
0°<α1<45°，150°<α2<180°，
Xa＝AB*cos(α2)，Ya＝AB*sin(α2)，Xc＝BC*cos(180-α1)，Yc＝BC*sin(180-α1)，
其中，所述α1为第二副传动轴与X坐标轴的夹角，所述α2为第一副传动轴与X坐标轴的夹角；
S3，确定一目标函数F(x)在所述优化约束条件下获得至少一极值使得所述输入轴与输出轴的中心距BD最小值，获取所述中心距BD为最小值时的BD、α1、α2；
S4，根据所述中心距BD为最小值时的BD、α1、α2获得A(Xa,Ya)，C(Xc,Yc)，D(Xd,Yd)的优化坐标。
2.根据权利要求1所述的一种平行轴***的中心距优化方法，其特征在于，所述S3中目标函数F(x)＝Xd^2+Yd^2。
3.一种变速箱，其特征在于，包括由权利要求1-2任一所述优化方法确定的平行轴***。
4.根据权利要求3所述的一种变速箱，其特征在于，所述输入轴通过传动齿轮分别驱动所述第一副传动轴、第二副传动轴转动，所述第一副传动轴、第二副传动轴还分别驱动所述输出轴转动。
5.根据权利要求4所述的一种变速箱，其特征在于，所述第一副传动轴上设置有第一传动齿轮、第一驱动齿轮、第一离合器；所述第一传动齿轮空套于所述第一副传动轴上，所述第一驱动齿轮与所述第一副传动轴同轴固定连接，所述第一传动齿轮通过所述第一离合器连接所述第一驱动齿轮，所述输入轴通过所述第一传动齿轮连接所述第一副传动轴，所述第一副传动轴通过所述第一驱动齿轮连接所述输出轴。
6.根据权利要求5所述的一种变速箱，其特征在于，所述第二副传动轴上设置有第二传动齿轮、第二驱动齿轮、第二离合器；所述第二传动齿轮空套于所述第二副传动轴上，所述第二驱动齿轮与所述第二副传动轴同轴固定连接，所述第二传动齿轮通过所述第二离合器连接所述第二驱动齿轮，所述输入轴通过所述第二传动齿轮连接所述第二副传动轴，所述第二副传动轴通过所述第二驱动齿轮连接所述输出轴。
7.根据权利要求6所述的一种变速箱，其特征在于，所述第一传动齿轮的半径小于所述第二传动齿轮的半径；所述第一驱动齿轮的半径小于所述第二驱动齿轮的半径。
8.根据权利要求6所述的一种变速箱，其特征在于，所述第一传动齿轮的半径大于所述第一驱动齿轮的半径；所述第二传动齿轮的半径大于所述第二驱动齿轮的半径。
9.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求3所述的变速箱。
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Address after: 215127 South of Yingbin West Road, Yongzhi Town, Wuzhong District, Suzhou City, Jiangsu Province

Applicant after: EKONTROL DRIVE (SUZHOU) Co.,Ltd.

Address before: 215211 No. 666 Fenyue Road, Fenhu High-tech Industrial Development Zone, Wujiang District, Suzhou City, Jiangsu Province

Applicant before: SUZHOU KAIBO YIKONG DRIVE TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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Address after: No. 999, Yingbin West Road, Luzhi Town, Wuzhong District, Suzhou City, Jiangsu Province

Patentee after: Capotech (Suzhou) Co.,Ltd.

Address before: 215127 South of Yingbin West Road, Yongzhi Town, Wuzhong District, Suzhou City, Jiangsu Province

Patentee before: EKONTROL DRIVE (SUZHOU) Co.,Ltd.

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Effective date of registration: 20230116

Address after: Wolfen, Austria

Patentee after: Viti Aisi Drive Co.,Ltd.

Address before: 215100 No. 999, Yingbin West Road, Luzhi Town, Wuzhong District, Suzhou City, Jiangsu Province

Patentee before: Capotech (Suzhou) Co.,Ltd.

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Granted publication date: 20190611