一种单控式三档变速器的制作方法

本发明涉及电动汽车变速器领域，特别涉及一种单控式三档变速器。

背景技术：

现有应用于自动变速器的行星轮系变速机构较易实行各种档位匹配设计，通过采用离合器、制动器和单向离合器等换档作动器模块来实现齿圈、太阳轮或行星架的结合或分离，从而达到具体档位的实现。在离合器和制动器工作状态的控制上，一般采用一控一的方式，即一个作动器模块控制某个离合器或制动器。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中存在如下问题：

1、现有一控一的方式下，变速器有多少个档位，就要配不少于档位的离合器和制动器，每个离合器和制动器都要一个作动器模块，生产成本较高且增加了变速器的设计难度和装配工艺成本。

2、现有离合器活塞腔的设计需要从传动轴中间设置通道，增加了设计和制造难度和泄漏风险。

3、多个作动器模块增加了能量消耗。

4、多个作动器模块增加了信号受干扰，失效风险也就相应增加。

技术实现要素：

为此，需要提供一种单控式三档变速器，用于解决现有技术的技术问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种单控式三档变速器，其特征在于，包括：

壳体、输入轴、输出轴、作动器模块、制动器、第一离合器、第二离合器、前排行星轮组件以及后排行星轮组件；

所述制动器分别与所述第一离合器、所述第二离合器相连接，所述制动器、所述第一离合器、所述第二离合器均设置有压盘；

所述前排行星轮组件包括前排太阳轮、前排齿圈以及前排行星架，所述后排行星轮组件包括后排太阳轮、后排齿圈以及后排行星架，所述输入轴与所述后排太阳轮传动连接，所述制动器与所述第一离合器相互配合用于制动前排太阳轮，所述制动器与所述第二离合器相互配合用于制动后排齿圈，所述后排行星架与所述输出轴传动连接；

所述作动器模块接收外部压力源的压力，并可用于直接或间接的对第一离合器的压盘提供压力、对第二离合器的压盘或者对制动器的压盘提供压力，以实现三个档位的切换。

作为本发明的一种优选结构，所述单控式三档变速器还包括第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧以及限位套筒，所述第一弹簧的一端与所述壳体相连接，所述第一弹簧的另一端与所述限位套筒的一端传动连接，所述限位套筒的另一端与所述第一离合器传动连接，所述第一离合器的压盘通过第二弹簧与所述第二离合器的压盘一端传动连接，所述第二离合器的压盘另一端用于与所述作动器模块传动连接；

所述作动器模块包括第一活塞以及推杆，所述第一活塞包括第一连接部以及第二连接部，所述第一连接部通过第三弹簧与推杆相连接，所述推杆通过分别与所述制动器的压盘、所述第二离合器的压盘传动连接，所述第二连接部用于与所述第二离合器的压盘传动连接。

作为本发明的一种优选结构，所述单控式三档变速器还包括第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧以及推力套筒，所述第一弹簧的一端与所述壳体相连接，所述第一弹簧的另一端与制动器的制动器毂的一端传动连接，所述制动器毂的另一端与所述第一离合器传动连接，所述第一离合器的压盘通过第三弹簧与所述第二离合器的压盘一端传动连接，所述第二离合器的压盘另一端用于与所述作动器模块传动连接；

所述第二弹簧的一端与所述壳体相连接，所述第二弹簧的另一端与制动器的一端传动连接，所述制动器的另一端通过推力套筒与所述第一离合器的压盘传动连接，所述推力套筒用于与所述作动器模块传动连接，所述第一离合器的压盘与第二离合器的压盘均可相对推力套筒轴向移动。

作为本发明的一种优选结构，所述作动器模块包括第二活塞、第四弹簧以及耐磨钢片，所述第四弹簧的一端与所述第二活塞相连接，所述第四弹簧的另一端与所述耐磨钢片传动连接，所述耐磨钢片用于与所述第二离合器的压盘传动连接。

作为本发明的一种优选结构，所述作动器模块还包括耐磨限位卡环，所述耐磨限位卡环固定设置在壳体上，且相对耐磨钢片设置，所述耐磨限位卡环用于对耐磨钢片进行限位；

所述第二活塞包括第三连接部，所述第三连接部用于与所述推力套筒传动连接。

作为本发明的一种优选结构，所述单控式三档变速器还包括第一限位卡环，所述第一限位卡环固定设置在壳体上，且相对第一离合器的压盘设置，所述第一限位卡环用于对第一离合器的压盘进行限位。

作为本发明的一种优选结构，所述单控式三档变速器还包括中间输入中间轴以及后排太阳轮，所述输入轴通过花键与输入中间轴相啮合，所述输入中间轴通过套轴与后排太阳轮相啮合。

作为本发明的一种优选结构，所述前排行星架与后排齿圈通过花键相啮合，所述后排行星架与前排齿圈通过花键相啮合。

作为本发明的一种优选结构，所述第一离合器包括内摩擦片以及钢片组，所述第一离合器的内摩擦片通过内花键与所述前排太阳轮相啮合，并可相对轴向移动，所述第一离合器的钢片组通过外花键与所述推力套筒相啮合，并可相对轴向移动。

作为本发明的一种优选结构，所述第二离合器包括内摩擦片以及钢片组，所述第二离合器的内摩擦片通过内花键与所述后排齿圈相啮合，并可相对轴向移动，所述第二离合器的钢片组通过外花键与所述推力套筒相相啮合，并可相对轴向移动。

区别于现有技术，上述技术方案中的作动器模块有三种状态：

在作动器模块处于低压状态时，制动器处于分离状态，则可以切换至高速直接档；

在作动器模块处于中压状态时，制动器联合第一离合器对前排太阳轮进行制动，则可以切换至中速档；

在作动器模块处于高压状态时，制动器联合第二离合器对后排齿圈进行制动，则可以切换至低速档。

这样的设置使得通过控制作动器模块就可以实现3个挡位自动变速器的挡位切换，即实现了单控式三挡变速器，可以避免现有一控一的行星轮系变速器控制元件多而成本高、设计和装配难度高等问题，并且有效解决变速器控制指令出错下的“防呆”功能，从机械构型上避免了无法同时挂入2个挡位导致变速器失效的问题。

附图说明

图1为第一种实施例所述单控式三挡变速器高压状态简图；

图2为第一种实施例所述单控式三挡变速器中压状态简图；

图3为第一种实施例所述单控式三挡变速器低压状态简图；

图4为第二种实施例所述单控式三挡变速器高压状态简图；

图5为第二种实施例所述单控式三挡变速器中压状态简图；

图6为第二种实施例所述单控式三挡变速器低压状态简图。

附图标记说明：

1、输入轴；

2、输入轴油封；

3、左端盖；

4、油道套筒；

5、滑动轴承；

6、第一弹簧；

7、第二弹簧；

8、左壳体；

9、第一限位卡环；90、第二限位卡环；10、推力套筒；

11、制动器毂；110、限位套筒；

12、第一离合器的压盘；

13、第三弹簧；

14、第二离合器的压盘；140、推杆；15、耐磨钢片限位卡环；

16、耐磨钢片；160、耐磨挡圈；

17、第四弹簧；

48、第一活塞；481、第二连接部；

18、第二活塞；181、第三连接部；

19、右壳体；

20、输入中间轴；

21、输入轴支撑轴承；

22、输入轴推力轴承；

23、前排太阳轮推力轴承；

24、前排太阳轮；

25、前排行星架；

26、前排行星轮；

27、前排齿圈；

28、后排太阳轮；

29、后排行星轮；

30、后排行星架推力轴承；

31、后排齿圈；

32、后排行星架；

33、输出轴；

34、输出轴支撑轴承；

35、输出轴油封；

36、套轴；

37、滚轴轴承；

38、制动器；

39、第一离合器；

40、第二离合器。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

请参阅图1至图6，本实施例涉及一种单控式三档变速器，是用来改变来自电动机的转速和转矩的机构，它能固定或分档改变输出轴33和输入轴1传动比，尤其是可以通过一个制动器和一个作动器模块，实现三个档位的切换，从而达到降低成本，简化装配和制造难度。

在所有种实施例中，所述单控式三档变速器包括：壳体、输入轴1、输出轴33、作动器模块、制动器38、第一离合器39、第二离合器40、前排行星轮组件以及后排行星轮组件；

所述制动器38分别与所述第一离合器39、所述第二离合器40相连接，所述制动器38、所述第一离合器39、所述第二离合器40均设置有压盘；

所述前排行星轮组件包括前排太阳轮24、前排齿圈27、前排行星轮26、前排行星架25，所述后排行星轮组件包括后排太阳轮28、后排齿圈31、后排行星轮29、后排行星架32，所述前排行星轮26通过销轴可旋转地设置于前排行星架处，且分别与前排齿圈27、前排太阳轮啮合；所述后排行星架32通过后排行星架推力轴承30设置于壳体内；所述后排行星轮29通过销轴可旋转地设置于后排行星架32处，且分别与后排齿圈31、后排太阳轮28啮合；所述输入轴1与所述后排太阳轮28传动连接，所述制动器38与所述第一离合器39相互配合用于制动前排太阳轮24，所述制动器38与所述第二离合器40相互配合用于制动后排齿圈31，所述后排行星架32与所述输出轴33传动连接；

所述作动器模块接收外部压力源的压力，所述作动器模块可用于对第一离合器的压盘12提供压力、对第二离合器的压盘14提供压力或者对制动器38的压盘提供压力，以实现三个档位的切换。

作动器模块可用于接收气缸、电缸、液压缸提供的压力。

这样的设置，可以通过控制作动器模块，实现对制动器38的控制，以及实现对第一离合器39和第二离合器40的控制，然后达到对前排行星轮组件以及后排行星轮组件的控制，最终达到改变传动比的目的，实现对电动机转速的改变，可以避免现有一控一的行星轮系变速器控制元件多而成本高、设计和装配难度高等问题，并且有效解决变速器控制指令出错下的“防呆”功能，从机械构型上避免了无法同时挂入2个挡位导致变速器失效的问题。

请参阅图1及图6中，前排行星架25和后排齿圈31通过花键常啮合形成了前排行星架后排齿圈组件，这样可以保证二者转速一致。同样地，后排行星架32和前排齿圈27通过焊接形成了后排行星架前排齿圈组件，也可以保证二者转速一致。

可选的，还设置有推力套筒10，第三弹簧13位于第一离合器的压盘12和第二离合器的压盘14的中间，第一离合器的压盘12和第二离合器的压盘14均可相对推力套筒10轴向移动。

可选的，所述单控式三档变速器还包括中间输入中间轴20以及后排太阳轮28，所述输入轴1通过花键与输入中间轴20相啮合，所述输入中间轴20通过套轴36与后排太阳轮28相啮合。

可选的，还包括套轴36，输入轴1通过花键与输入中间轴20常啮合，输入中间轴20经过花键与套轴36常啮合，套轴36进一步经过花键与后排太阳轮28常啮合。这样的设置则实现了输入轴1与后排太阳轮28的传动连接。

可选的，所述前排太阳轮24通过前排太阳轮推力轴承23可旋转地设置于壳体内，第一离合器39的摩擦片和钢片组件中的摩擦片通过内花键与前排太阳轮24啮合，这样可以保证二者同转速并可相对轴向移动；而第一离合器39的摩擦片和钢片组件中的钢片通过外花键与推力套筒10啮合，这样可以保证二者同转速并可相对轴向移动。通过控制第一离合器39的摩擦片和钢片组件中的摩擦片和钢片的结合或分离，则可以实现前排太阳轮24和推力套筒10的结合或分离。

同样地，第二离合器40的摩擦片和钢片组件中的摩擦片通过内花键与后排齿圈31啮合，这样可以保证二者同转速并可相对轴向移动；而第二离合器40的摩擦片和钢片组件中的钢片通过外花键与推力套筒10啮合，这样可以保证二者同转速并可相对轴向移动。通过控制第二离合器40的摩擦片和钢片中的摩擦片和钢片的结合或分离，则可以实现后排齿圈31和推力套筒10的结合或分离。

可选的，所述作动器模块与制动器的连接处还设置有耐磨钢片16，且所述耐磨钢片16通过外齿嵌入壳体而不能转动。

通过制动前排行星轮组件以及后排行星轮组件内不同的组件，实现改变所述单控三档变速器输出的传动比，但是具体的传动比的数值与前排行星轮组件以及后排行星轮组件内不同的组件的齿数相关，为了便于阐述，本申请通过以下数值进行阐述：前行星齿轮组中前排太阳轮24齿数为25，前排齿圈27齿数为62，其特征参数k1＝62/25＝2.48；后行星齿轮组中后排太阳轮2828齿数为38，后排齿圈31齿数为70，其特征参数k2＝70/38＝1.842。

请参阅图1至图3，可选的，在第一种实施例中，所述单控式三档变速器还包括第一弹簧6、第二弹簧7、第三弹簧13以及推力套筒10，所述第一弹簧6的一端与所述壳体相连接，所述第一弹簧6的另一端与制动器的制动器毂11的一端传动连接，所述制动器毂11的另一端与所述第一离合器39传动连接，且所述制动器毂11通过滑动轴承5与外壳可旋转地连接；所述第一离合器的压盘12通过第三弹簧13与所述第二离合器的压盘14一端传动连接，所述第二离合器的压盘14另一端用于与所述作动器模块传动连接；

所述第二弹簧7的一端与所述壳体相连接，所述第二弹簧7的另一端与制动器38的一端传动连接，所述制动器38的另一端通过推力套筒10与所述第一离合器的压盘12传动连接，所述推力套筒10用于与所述作动器模块传动连接，所述第一离合器的压盘12与第二离合器的压盘14均可相对推力套筒10轴向移动。

可选的，所述作动器模块包括第二活塞18、第四弹簧17以及耐磨钢片16，所述第四弹簧17的一端与所述第二活塞18相连接，所述第四弹簧17的另一端与所述耐磨钢片16传动连接，所述耐磨钢片16用于与所述第二离合器的压盘14传动连接。

可选的，所述作动器模块还包括耐磨限位卡环15，所述耐磨限位卡环15固定设置在壳体上，且相对耐磨钢片16设置，所述耐磨限位卡环15用于对耐磨限位卡环15进行限位；所述第二活塞18包括第三连接部181，所述第三连接部181用于与所述推力套筒10传动连接。

可选的，所述单控式三档变速器还包括第一限位卡环9，所述第一限位卡环9固定设置在壳体上，且相对第一离合器的压盘12设置，所述第一限位卡环9用于对第一离合器的压盘12进行限位。

在第一种实施例中，所述单控三档变速器的具体的工作原理阐述如下：

(1)高速直接挡(3挡)：如图3所示，当作动器模块的右侧空腔中的气压源或油压源处于低压状态或无其他外力源时，第一弹簧6依次通过制动器毂11、第一离合器的摩擦片和钢片组件39、第一离合器的压盘12、第三弹簧13、第二离合器的压盘14、耐磨钢片16、第四弹簧17等零件将作动器模块向右推至如图3所示位置。之后，第一弹簧6、第二弹簧7、第四弹簧17均处于自由伸缩状态(假设长度分别为13.0、13.9、9.7)，第三弹簧13处于预紧力状态(假设长度为22.4)。此时，制动器38的摩擦片和钢片组件处于分离状态，第一离合器39的摩擦片和钢片组件、第二离合器40的摩擦片和钢片组件在第三弹簧13的压力下均处于结合状态。进一步地轮系分析可知，前排太阳轮24通过第一离合器39的摩擦片和钢片组件与推力套筒10结合，并且后排齿圈31通过第二离合器40的摩擦片和钢片组件与推力套筒10结合，这样后排齿圈31和前排太阳轮24结合同转速。由于后排齿圈31与前排行星架25过花键形成组件，前排太阳轮24与前排行星架25同转速，其前排齿圈27也必然同转速。前排齿圈27与后排行星架32构成组件后一同输出动力，由于后排齿圈31和后排行星轮29同转速，即行星轮系工作在直接挡。动力从后排太阳轮28输入，并从后排行星架32输出，其传动比为1:1。

(2)中速挡(2挡)：如图2所示，当作动器模块的右侧空腔中的气压源油压源处于中压状态时或其他外力源，作动器模块克服第四弹簧17使耐磨钢片16左移，并通过第二离合器的压盘14压缩第三弹簧13。一方面在第三弹簧13的作用力下，第一离合器39的摩擦片和钢片组件仍然处于结合状态，另一方面，第三弹簧13依次通过第一离合器的压盘12、推力套筒10、制动器38的摩擦片和钢片组件对第二弹簧7进行压缩，而制动器38的摩擦片和钢片组件也同样在第二弹簧7和推力套筒10的共同作用下处于制动状态。之后，第一弹簧6、第二弹簧7、第四弹簧17均处于受缩状态(假设长度分别为10、12.9、6.7)，第三弹簧1313处于预紧以及进一步受压状态(假设长度为18.4)。此时，制动器38的摩擦片和钢片组件处于结合状态，第一离合器39的摩擦片和钢片组件处于结合状态，第二离合器40的摩擦片和钢片组件处于分离状态。进一步地轮系分析可知，推力套筒10在制动器的制动下停止旋转，这将使通过第一离合器39的摩擦片和钢片组件与推力套筒10结合的前排太阳轮24被制动停转。当动力从后排太阳轮28输入，并从后排行星架32输出时，通过联合双排行星轮的运动学方程，可以求解出该模式下的传动比为(1+k2)-k1k2/(1+k1)＝1.529。

(3)低速挡(1挡)：如图1所示，当作动器模块的右侧空腔中的气压源或油压源处于高压状态或其他外力源时，作动器模块先克服第四弹簧17使耐磨钢片16左移，在与耐磨钢片16和制动器之间设置有限制耐磨钢片16移动的耐磨钢片限位卡环15，因此，在此之后耐磨钢片16受到耐磨钢片限位卡环15的限位后停止左移。由于作动器模块的右侧高压作动器模块的作用力较大，作动器模块将进一步压缩第四弹簧17至作动器模块的下端部接触并压紧推力套。进一步地，一方面推力套筒10的左移使第二离合器的摩擦片和钢片组件40在压缩第三弹簧13和作动器模块的作用下处于压紧状态；另一方面，推力套筒10的左移使制动器的摩擦片和钢片组件38进一步受到压缩而处于结合状态。由于第一离合器的压盘12受到壳体的限位停止向左移动以及推力套筒10的左移，第一离合器的摩擦片和钢片组件39将处于分离状态。进一步地轮系分析可知，推力套筒10在制动器的制动下停止旋转，这将使通过第二离合器的摩擦片和钢片组件40与推力套筒10结合的后排齿圈31被制动停转。当动力从后排太阳轮28输入，并从后排行星架32输出时，通过后排行星轮29的运动学方程，可以求解出该模式下的传动比为1+k2＝2.842。

为了缩短整个变速器的长度轴向尺寸，可以将制动器设计在推力套筒10的上部，请参阅图4至图6，在第二种实施例中，所述单控式三档变速器还包括第一弹簧6、第二弹簧7、第三弹簧13以及限位套筒110，所述第一弹簧6的一端与所述壳体相连接，所述第一弹簧6的另一端与所述限位套筒110的一端传动连接，所述限位套筒110的另一端与所述第一离合器39传动连接，所述第一离合器的压盘12通过第二弹簧7与所述第二离合器的压盘14一端传动连接，所述第二离合器的压盘14另一端用于与所述作动器模块传动连接；

所述作动器模块包括第一活塞48，所述第一活塞48包括第一连接部以及第二连接部481，所述第一连接部通过第三弹簧13与推杆140相连接，所述推杆140通过分别与所述制动器38的压盘、所述第二离合器的压盘14传动连接，所述第二连接部481用于与所述第二离合器的压盘14传动连接。

在进一步的实施例中，所述限位套筒110和第一弹簧6之间还设置有耐磨挡圈160。

在本实施例中所述单控三档变速器的具体的工作原理阐述如下：

请参阅图4，当作动器模块的活塞腔内为高压时，制动器38的摩擦片和钢片组、第二离合器40的摩擦片和钢片组件在作动器模块推力下处于结合状态，而第一离合器39的摩擦片和钢片组件由于第一离合器的压盘12被左壳体8限位而处于分离工作状态。此时，第一弹簧6和第三弹簧13进一步受压缩至最小长度尺寸状态。参考图1中的工作原理可知，图4工作在1挡。

请参阅图5，当作动器模块的活塞腔内为中压时，制动器38的摩擦片和钢片组件、第一离合器39的摩擦片和钢片组件在作动器模块推力下处于结合状态，而第二离合器40的摩擦片和钢片组件由于第二离合器的压盘14被推杆140左推而处于分离工作状态。此时，第一弹簧6和第三弹簧13受一定的压缩。参考图2中的工作原理可知，图4工作在2挡。

请参阅图6，当作动器模块的活塞腔内为低压时，第一离合器39的摩擦片和钢片组件、第二离合器40的摩擦片和钢片组件在第二弹簧7的预压紧力下均处于结合状态，而制动器38的摩擦片和钢片组件由于其摩擦片和钢片组件的甩油惯性而处于分离工作状态。参考图3中的工作原理可知，图6工作在3挡。

在第二实施例中，第一限位卡环9设置在限位套筒110的左侧，用于对限位套筒110进行限位，而第二限位卡环90设置在第二离合器40的右侧，用于对第二离合器40进行限位。

可选的，在所有实施例中，为了便于为输入轴1、输出轴33、前排行星轮组件以及后排行星架32组件等进行润滑，所述二控三式三档变速器设置有强制润滑油道，强制润滑油道设置有输入轴油封2及输出轴油封35，以及与之连通的油道套筒4。

可选的，在所有实施例中，所述二控三式三档变速器的壳体还包括左端盖3、右端盖、左壳体8和右壳体19，所述左壳体8和右壳体19均为半圆柱形，左壳体8和右壳体19拼接成圆柱形的腔体，所述左端盖3盖于腔体的一端，右壳体19盖于腔体的另一端。所述输入轴1从左端盖3穿进腔体内，且输入轴1的一端通过输入轴支撑轴承21与左端盖3可旋转地连接，输入轴1的另一端通过输入轴推力轴承22固定；输出轴33从右端盖穿出腔体外，且输出轴33通过输出轴支撑轴承34、滚针轴承及滚轴轴承37可旋转地与右端盖连接。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明专利的保护范围之内。