一种基于带式齿型制动器换挡的行星传动机构及方法与流程

本发明涉及一种带式齿型制动器变速机构及方法，特别是关于一种在采用电机调速的电传动轻型履带车辆变速装置中应用的基于带式齿型制动器换挡的行星传动机构及方法。

背景技术：

传动装置作为动力装置与行动装置的中间部分，其性能的优劣极大地影响着整车的动力性和经济性。变速机构作为传动装置的主要组成部分，研制具有高传动效率、高功率密度和高可靠性的变速机构成为现代车辆传动技术的重要任务。就现代履带车辆而言，变速机构多采用湿式片式制动器实现车辆换挡，而湿式片式制动器依靠摩擦片间的摩擦力矩进行制动，制动方式粗暴，极易损坏摩擦片，影响传动系统寿命，同时，制动过程中的摩擦片滑摩与油液带排，使传动系统功率损耗较为严重，降低了传动效率，影响了车辆的动力性与经济性。另外，片式制动器依靠液压力推动活塞使摩擦片滑摩结合，需要复杂的液压系统提供液压力，对制动器和制动管路的制造要求较高，在造价和结构设计上增加了难度。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于带式齿型制动器换挡的行星传动机构及方法，其克服了湿式片式制动器的滑摩功率损耗，可实现小速差、无带排换挡，有效提高传动系统效率，减小传动装置结构尺寸,适用于轻型履带车辆。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于带式齿型制动器换挡的行星传动机构，其特征在于：它包括驱动电机、动力输入轴、变速器传动轴、第一行星排、第二行星排、动力输出轴、第一排带式齿型制动器和第二排带式齿型制动器；所述驱动电机的输出轴与所述动力输入轴一端连接，所述动力输入轴另一端与所述变速器传动轴连接；所述第一行星排和第二行星排均与所述变速器传动轴连接，两行星排具有相同的输入转速；所述第二行星排与所述动力输出轴连接，动力由所述第二行星排经所述动力输出轴、已有的侧传动装置传输至车辆一侧主动轮输出；所述第一行星排与所述第一排带式齿型制动器连接，所述第二行星排与所述第二排带式齿型制动器连接。

进一步，所述第一行星排和第二行星排都包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈；所述太阳轮与所述变速器传动轴连接，所述行星轮与所述太阳轮外啮合，位于所述行星轮外侧设置有所述齿圈，所述行星轮外侧与所述齿圈内啮合，所述齿圈通过花键与各行星排对应的带式齿型制动器连接；所述第一行星排中的行星架与所述第二行星排中的齿圈连接，所述第二行星排中的行星架与所述动力输出轴连接。

进一步，所述第一排带式齿型制动器和第二排带式齿型制动器均包括制动毂和制动带；所述制动毂由所述驱动电机驱动转动，所述齿圈通过花键与所述制动毂连接，所述制动毂外侧周向设置有所述制动带；所述制动带两端分别通过一活动支架与浮式杠杆操纵机构连接，所述浮式杠杆操纵机构由电磁缸带动工作；所述制动毂外圈上间隔设置有梯形齿，所述制动带的内侧设置有能与所述制动毂上梯形齿啮合的梯形钢齿。

进一步，所述浮式杠杆操纵机构包括第一制动杆、第二制动杆和挡板；所述第一制动杆一端与所述电磁缸连接，所述第一制动杆另一端与所述第二制动杆一端铰接；所述第二制动杆另一端通过一所述活动支架与所述制动带的一端连接，所述第二制动杆中部通过另一所述活动支架与所述制动带的另一端连接；所述挡板采用s型结构，所述挡板固定在变速器壳体上，所述制动带两端分别位于s型所述挡板的两弧形槽内。

进一步，所述梯形钢齿铆接在所述制动带上。

一种基于带式齿型制动器换挡的行星传动方法，其特征在于，设置一包括第一行星排制动器、第二行星排制动器、第一行星排、第二行星排、驱动电机、动力输入轴、变速器传动轴和动力输出轴的行星传动机构；所述第一行星排和第二行星排都包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈；所述第一排带式齿型制动器和第二排带式齿型制动器均包括制动毂和制动带，所述制动毂外圈上间隔设置有梯形齿，所述制动带内侧间隔设置有梯形钢齿；车辆在一档行驶、二档行驶以及倒档时的传动方法如下：1)当第二排带式齿型制动器制动时，车辆以一档行驶：第二排带式齿型制动器中梯形齿和梯形钢齿结合，第二行星排中的齿圈制动，第一排带式齿型制动器处于自由状态，第一行星排空转，仅第二行星排参与工作，输入件为第二行星排中的太阳轮，输出件为第二行星排中的行星架；此时，电机转矩由动力输入轴传输至变速器传动轴，经由第二行星排中的太阳轮和行星架传输至动力输出轴输出动力；2)当第一排带式齿型制动器制动时，车辆以二档行驶：第一排带式齿型制动器中梯形齿和梯形钢齿结合，第一行星排中的齿圈制动，第一行星排和第二行星排都工作，输入件为第一行星排中的太阳轮，输出件为第二行星排中的行星架；此时，电机转矩由动力输入轴传输至变速器传动轴，经由第一行星排中的太阳轮和行星架、以及第二行星排中的齿圈、行星架传输至动力输出轴输出转矩；3)倒档时，驱动电机反转，第一行星排和第二行星排中的太阳轮都获得与前进挡反向的转速，动力传递路线与一档时一致，第二排带式齿型制动器中梯形齿和梯形钢齿结合，第二排带式齿型制动器中的齿圈制动，反向转矩由第二行星排中的行星架传至动力输出轴，经由侧传动装置传输至车辆一侧主动轮。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用带式齿型制动器实现制动，相比于现有的片式制动器，其齿型传动力矩大、结合时间短，具有良好的抱合性能，同时结合了带式制动器结构简单、周向布置、占用空间小的特点使其结构尺寸更紧凑，在制动带贴紧旋转时，会产生一个使制动毂停止转动的楔紧作用，有效地克服了摩擦片易损坏、传动系统功率损耗较为严重，以及传动效率低等问题。2、本发明改变传动系统摩擦方法，通过带式齿型制动器，依靠制动毂与制动带上的梯形齿和梯形钢齿结合进行制动。一方面在制动时制动毂与制动带之间相对转速小，只需很小的力就能将梯形齿和梯形钢齿结合，相对于摩擦片式制动器实现了无速差换挡，减小了摩擦功率损耗；另一方面，在结构上减少了用于推动制动器活塞压紧摩擦片的液压系统，使各部件布置紧凑，缩小了机构体积。3、本发明适用于电驱动车辆，在保证高传动效率、高功率密度的同时，还能实现两个前进档和一个倒档。本发明可以广泛在机械传动与驱动技术领域中应用。

附图说明

图1是本发明的行星传动机构简化结构示意图；

图2是本发明在制动时制动器齿型块结合示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供一种基于带式齿型制动器换挡的行星传动机构，其包括驱动电机1、动力输入轴2、变速器传动轴3、第一行星排4、第二行星排5、动力输出轴6、第一排带式齿型制动器7和第二排带式齿型制动器8。驱动电机1的输出轴与动力输入轴2一端连接，动力输入轴2另一端与变速器传动轴3连接，进而将驱动电机1转矩由动力输入轴2传输至变速器传动轴3。第一行星排4和第二行星排5均与变速器传动轴3连接，两行星排具有相同的输入转速；第二行星排5与动力输出轴6连接，动力由第二行星排5经动力输出轴6传输至已有的侧传动装置，由该侧传动装置传输至车辆一侧主动轮输出。第一行星排4还与第一排带式齿型制动器7连接，第二行星排5与第二排带式齿型制动器8连接，实现制动。

上述实施例中，第一行星排4和第二行星排5结构相同，第一行星排4和第二行星排5都包括太阳轮9、行星轮10、行星架12和齿圈11。太阳轮9与变速器传动轴3连接，行星轮10与太阳轮9外啮合，位于行星轮10外侧设置有齿圈11，且行星轮10外侧与齿圈11内啮合，齿圈11通过花键与各行星排对应的第一排带式齿型制动器7或第二排带式齿型制动器8连接。第一行星排4中的行星架12与第二行星排5中的齿圈11连接。第二行星排5中的行星架12与动力输出轴6连接。

上述各实施例中，如图2所示，第一排带式齿型制动器7和第二排带式齿型制动器8结构相同，均包括制动毂13和制动带14。制动毂13由驱动电机1驱动转动，齿圈11通过花键与制动毂13连接，制动毂13外侧周向设置有制动带14。制动带14两端分别通过一活动支架与浮式杠杆操纵机构15连接，浮式杠杆操纵机构15由电磁缸16带动工作。制动毂13外圈上间隔设置有梯形齿17，制动带14的内侧间隔设置有能与制动毂13上梯形齿17啮合的梯形钢齿18。其中，梯形钢齿18铆接在制动带14上，梯形钢齿18的数量可根据制动器径向尺寸及结构刚度进行设置。

上述实例中，浮式杠杆操纵机构15包括第一制动杆151、第二制动杆152和挡板153。第一制动杆151一端与电磁缸16连接，第一制动杆151另一端与第二制动杆152一端铰接；第二制动杆152另一端通过一活动支架与制动带14的a端连接，第二制动杆152中部通过另一活动支架与制动带14的b端连接。挡板153采用s型结构，挡板153固定在变速器壳体上，制动带14两端分别位于s型挡板153的两弧形槽内。以制动毂13逆时针旋转为例介绍其工作原理：如图2所示，电磁缸16动作，制动带14抱紧，制动带14上的梯形钢齿18与制动毂13上的梯形齿17齿顶接触，在齿顶间摩擦力的作用下，制动带14逆时针旋转，使制动带14的a端上移至弧形挡板153处被限位，成为固定端；b端在电磁缸16拉力作用下，由浮式杠杆操纵机构15带动继续向上动作拉紧制动带14，成为活动端。反之，当制动毂13顺时针旋转时，制动带b端由于弧形挡板153限位作用成为固定端，a端成为活动端。

综上所述，本发明的传动机构在使用时，由于制动器为常开式，既通常情况下，制动带14内侧的梯形钢齿18与制动毂13上梯形齿17处于未结合状态，当带式齿型制动器制动时，制动带14在电磁缸16拉力作用下抱紧制动毂13，驱动电机1调节输出转速使齿圈11带动制动毂13调速，当制动毂13与制动带14达到预先设定的小速差结合要求时，制动带14抱紧，制动毂13与制动带14上的梯形齿17和梯形钢齿18在小速差情况下啮合，使制动毂13制动，进而制动齿圈11，实现动力传输路线的改变，完成换挡。

基于上述传动机构，本发明还提供一种基于带式齿型制动器换挡的行星传动方法，车辆在一档行驶、二档行驶以及倒档时的传动方法如下：

1)当第二排带式齿型制动器8制动时，实现大速比传动，车辆以一档行驶：

第二排带式齿型制动器8中梯形齿17和梯形钢齿18结合，第二行星排5中的齿圈11制动，第一排带式齿型制动器7处于自由状态，第一行星排4空转，仅第二行星排5参与工作，整个传动机构的输入件为第二行星排5中的太阳轮9，输出件为第二行星排5中的行星架12。此时，电机转矩由动力输入轴2传输至变速器传动轴3，经由第二行星排5中的太阳轮9和行星架12传输至动力输出轴6输出动力。

2)当第一排带式齿型制动器7制动时，实现小速比传动，车辆以二档行驶：

第一排带式齿型制动器7中梯形齿17和梯形钢齿18结合，第一行星排4中的齿圈11制动，第一行星排4和第二行星排5都工作，整个传动机构的输入件为第一行星排4中的太阳轮9，输出件为第二行星排5中的行星架12。此时，电机转矩由动力输入轴2传输至变速器传动轴3，经由第一行星排4中的太阳轮9和行星架12、以及第二行星排5中的齿圈11、行星架12传输至动力输出轴6输出转矩。

3)倒档时，驱动电机1反转，第一行星排4和第二行星排5中的太阳轮9都获得与前进挡反向的转速，动力传递路线与一档时一致，第二排带式齿型制动器8中梯形齿17和梯形钢齿18结合，第二排带式齿型制动器8中的齿圈11制动，反向转矩由第二行星排5中的行星架12传至动力输出轴6，经由侧传动装置传输至车辆一侧主动轮。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。