多能源分段式行星机构无级变速传动系统技术方案

一种多能源分段式行星机构无级变速传动系统，属车辆传动技术领域，该系统由相互啮合的齿轮、惰轮、行星机构、换段机构、输入轴、输出轴、套轴、中间轴、电动机、逆变器、蓄电池组成，两输入轴分别连接发动机和电动机，行星机构由两级双行星齿轮系构成，其中，两太阳轮分别与输入轴和中间轴相连接，两行星架分别与套轴和太阳轮相连，两齿圈分别与套轴和行星架相连，换段机构由三个前进段、两个同步器构成。本实用新型专利技术速比范围大，传动效率高，成本低，结构简单，传动能力大，稳定可靠。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利说明
本技术涉及一种多能源分段式行星机构无级变速传动系统，属车辆传动

技术介绍
车辆传动系的功能是把动力源的功率传至驱动轮，并按车辆行驶的要求改变牵引力和车速。无级变速传动是车辆传动的发展趋势，被认为是最理想的传动方式，无级传动系统可以根据车辆路面行驶情况和发动机工作状态连续无级的改变速比(输入转速与输出转速之比)，从而使发动机始终工作在最高效的区域，实现外界条件与车辆的最佳匹配，使车辆获得最佳的行驶性能。 但是，目前汽车用主流的无级传动系统(如金属带式无级变速传动系统或其变形，即在金属带式基础上组合一行星齿轮系构成的无级变速传动系统、以及丰田PRIUS两自由度单行星齿轮系无级变速传动系统)，存在着以下的不足 1)金属带式无级变速传动系统或其变形需要复杂的液压系统来实现金属带的夹紧力控制和传动系统的速比控制，而夹紧力和速比控制又存在着复杂的耦合效应。实际当中，液压系统组成复杂、效率比较低，所以整个系统的效率也就偏低。 2)金属带式无级变速传动系统由于其自身机械结构的限制，其变速比范围(系统最大速比与最小速比之比)较小(大约5～6)，即使通过设置一个行星变速机构使变速比范围增大，但同时也扩大了金属带轮上承担的功率，使得整个系统的效率变的更为低下。 3)金属带式无级变速传动系统或其变形由于是基于摩擦传动的，故其传动效率较低，而且传递功率和扭矩的能力也偏低。 4)金属带式无级变速传动系统或其变形由于要制造复杂的液压系统及金属带等，故加工难度较大，需要的成本较高。 5)丰田PRIUS两自由度单行星齿轮系无级变速传动系统的总速比变化范围较小，且调速电机的功率较大。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是解决上述现有技术存在的问题，而提供一种结构简单紧凑，加工容易，成本较低，传动效率高，变速比范围大，调速电机承担功率小的无级变速传动系统。 本技术采用的技术方案是这种多能源分段式行星机构无级变速传动系统由相互啮合的齿轮Z1、惰轮Z2及齿轮Z3、行星机构、换段机构、输入轴1、套轴2、输入轴3、套轴4、中间轴5、输出轴6、齿轮10、齿轮11、电动机12、电动机13、逆变器以及蓄电池组成；其中，输入轴1和输入轴3分别接发动机输出轴和电动机输出轴。行星机构由两级双行星齿轮系K1、K2构成，K1、K2分别包括以下几个部分太阳轮S1、行星架H1、齿圈Q1、相互啮合的双行星齿轮G1(其外面的行星齿轮与齿圈Q1啮合，里面的行星齿轮与太阳轮S1啮合)和太阳轮S2、行星架H2、齿圈Q2、相互啮合的双行星齿轮G2(其外面的行星齿轮与齿圈Q2啮合，里面的行星齿轮与太阳轮S2啮合)；换段机构由三个前进段(即前进段I、前进段II、前进段III)、同步器1(有左、中、右三个工作位置)以及同步器2(有中和右两个工作位置)构成。 上述多能源分段式行星机构无级变速传动系统的双行星齿轮系K1的太阳轮S1与输入轴3相连，行星架H1与套轴2相联，齿圈Q1与套轴4相连；双行星齿轮系K2的太阳轮S2与中间轴5相连，行星架H2与双行星齿轮系K1的太阳轮S1相连，齿圈Q2与双行星齿轮系K1的行星架H1相连。 上述换段机构由三个前进段和两个同步器构成。三个前进段由前进段I(相互啮合的齿轮Z4、Z5)、前进段II(相互啮合的齿轮Z6、Z7)及前进段III(相互啮合的齿轮Z8、Z9)构成。第一同步器有左、中、右三个工作位置，当同步器处于左位或右位时，将联接其左或右侧的相应从动齿轮与轴6同轴旋转，处于中位时两侧的从动齿轮将套在轴6上空转，第二同步器有中和右两个工作位置，当同步器处于右位时，将联接主动齿轮Z8与轴5同轴旋转，处于中位时主动齿轮Z8空转。 本技术通过增加换段机构的前进段，进一步扩大无级变速传动系统的总速比变化范围，而不需要增加电动机的功率。 本技术的电动机12、电动机13(也有发电功能)、逆变器、蓄电池及其联接组成是公知的现有技术。 多能源分段式行星机构无级变速传动系统的工作原理是记ic为电动机1与发动机转速之比(电动机正转，即与发动机转向相同，则ic为正，电动机反转，即与发动机转向相反，则ic为负)，k为齿轮Z3与Z1的齿数比。双行星齿轮系K1的速比是行星架H1转速与齿圈Q1转速之比，设为i1，k1为齿圈Q1与太阳轮S1的齿数比，则由双行星齿轮系特性方程得，K1的速比双行星齿轮系K2的速比是齿圈Q2转速与太阳轮S2转速之比，设为i2，k2为齿圈Q2与太阳轮S2的齿数比，同理得，K2的速比由上述i1、i2可知，通过调节电动机12的转速，使输入轴3在规定的较窄范围内做反、正向的往复连续无级变化(即ic在规定的负值与正值之间往复变化)，这时，对双行星齿轮系K1和K2来说，它们的速比是连续无级变化的。同时设置一个与套轴4(即双行星齿轮系K1的输出)和中间轴5(即双行星齿轮系K2的输出)相联的换段机构，该换段机构可以把具有不同固定速比的各前进段自动交替且平顺无冲击的与轴4或轴5接通，从而形成系统的连续无级输出，构成足够宽广的总速比变化范围。车辆的倒车行驶通过调节电动机13得以实现。 本技术与现有技术相比，具有以下优点 1)速比变化范围大。通过合理选择双行星齿轮系的特征参数k1、k2，可使系统的总变速比范围达到8.5以上。 2)换段机构中前进段段位少。只需设置三个前进段位，就足以满足汽车对变速比范围的要求。若需要更大的变速比范围，只需相应的增加前进段即可。 3)电动机承担的功率小。系统工作当中，电动机与发动机传递的功率比最大为30％，也就是说，采用一个小功率的电动机，就可以实现传递3倍功率的无级变速。 4)蓄电池、逆变器的体积小。因为电动机的功率较小，所以可以减小蓄电池和逆变器的体积，提高装车性，同时减少燃油消耗。 5)传动效率高。由于采用了双行星齿轮系和相互啮合齿轮副，其传动效率可达98％以上。 6)传动平稳可靠、抗冲击和振动的能力强。 7)结构紧凑，传递功率和扭矩大，承载能力高。 8)生产继承性好，开发成本低。可以充分利用目前手动或自动变速器的生产设备，具有良好的生产继承性。而且，目前设计制造双行星齿轮系和相互啮合齿轮副的技术相对成熟，开发难度不大，成本较低。 附图说明 图1为多能源分段式行星机构无级变速传动系统的总成示意图。 图2为行星机构的总成示意图。 图3为换段机构的总成示意图。具体实施方式 以下结合附图，对本专利技术作进一步的描述。 如附图1所示，多能源分段式行星机构无级变速传动系统由相互啮合的齿轮Z1、惰轮Z2及齿轮Z3、行星机构、换段机构、输入轴1、套轴2、输入轴3、套轴4、中间轴5、输出轴6、齿轮10、齿轮11、电动机12、电动机13(也有发电功能)、逆变器15以及蓄电池16组成。套轴2和套轴4分别与输入轴3和中间轴5是同心的，输入轴1和输入轴3分别接内燃机14输出轴和电动机输出轴。如附图2所示，行星机构由两级双行星齿轮系K1、K2构成，K1、K2分别包括以下几个部分双行星轮G1(其外面的行星齿轮与齿圈Q1啮合，里面的行星齿轮与太阳轮S1啮合)、太阳轮S1、行星架H1、齿圈Q1和双行星轮G2(其外面的行星齿轮与齿圈Q2啮合，里面的行星齿轮与太阳轮S2啮合)、太阳轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多能源分段式行星机构无级变速传动系统，其特征在于由相互啮合的齿轮（Ｚ１）、惰轮（Ｚ２）及齿轮（Ｚ３）、行星机构、换段机构、输入轴（１）、套轴（２）、输入轴（３）、套轴（４）、中间轴（５）、输出轴（６）、齿轮（１０）、齿轮（１１）、电动机（１２）、电动机（１３）、逆变器以及蓄电池组成；其中，输入轴（１）和输入轴（３）分别接发动机输出轴和电动机（１２）输出轴，行星机构由两级双行星齿轮系（Ｋ１、Ｋ２）构成，（Ｋ１、Ｋ２）分别包括以下几个部分：太阳轮（Ｓ１）、行星架（Ｈ１）、齿圈（Ｑ１）、相互啮合的双行星齿轮（Ｇ１）和太阳轮（Ｓ２）、行星架（Ｈ２）、齿圈（Ｑ２）、相互啮合的双行星齿轮（Ｇ２）；换段机构由三个前进段、同步器１以及同步器２构成；双行星齿轮系（Ｋ１）的太阳轮（Ｓ１）与输入轴（３）相连，行星架（Ｈ１）与套轴（２）相联，齿圈（Ｑ１）与套轴（４）相连；双行星齿轮系（Ｋ２）的太阳轮（Ｓ２）与中间轴（５）相连，行星架（Ｈ２）与双行星齿轮系（Ｋ１）的太阳轮（Ｓ１）相连，齿圈（Ｑ２）与双行星齿轮系（Ｋ１）的行星架（Ｈ１）相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周云山，薛殿伦，刘金刚，黄伟，苏建业，
申请(专利权)人：湖南江麓容大车辆传动有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：43[中国|湖南]