电动汽车用传动比5至15推力式CVT机械无级变速器的制作方法

文档序号:31052510发布日期:2022-08-06 08:16阅读:152来源:国知局
电动汽车用传动比5至15推力式CVT机械无级变速器的制作方法
电动汽车用传动比5至15推力式cvt机械无级变速器
技术领域
1.本发明涉及一种无级变速器,尤其是新能源电动汽车用cvt机械无级变速器。


背景技术:

2.现有的电动汽车大多采用传动比为9左右的单级减速器,也有采用传动比6左右和10左右的双级减速变速器,也有尝试采用多级减速变速器,还有尝试采用传统燃油车辆的钢带或钢链式cvt机械无级变速器来满足车辆各种工况需要,目前采用不同模式两个电机且两个电机分别配不同速比单级减速器来满足车辆高低速需要的也很多。
3.另外,使用单级减速器虽然使电机与各种工况匹配不是最佳,但是能使电机在大电流高转速多耗能的条件下满足大多常用工况需要,其前提必须是使用体积大耗能多的大功率电机,大功率控制器,并且车速越高电机转数也必须越高,并伴随耗电量大幅增高,缩短了续航里程,且电机高转速下效率扭矩急速下降噪音增大,还有电池输出电流在不同工况转换下变化幅度大,影响电池电机控制器等的使用寿命。双级、多级变速器及采用不同模式两个电机虽然能更好的匹配工况,但也只是在部分工况处于合理的效率区域内,且双级、多级变速器的各档位的传动比差别幅度大,无论采用何种换档方式,都将不可避免的产生换档顿挫。使用传统燃油车cvt无级变速器的电动车:“因为燃油车上应用的钢带或钢链式cvt无级变速器其传动比范围一般在0.5至5之间,由于受到其结构和尺寸的限制,经过重新设计匹配于电动汽车的钢带或钢链式cvt无级变速器也只能有部分传动比范围适应电机的部分工况需要”。


技术实现要素:

4.为了解决新能源电动汽车配置单级双级或多级减速器或传统cvt无级变速器或不同模式两个电机后,却并不能保证在大部分工况内使电机转速保持在合理的高效率区域的问题,且减速器级数越少所配置的电机和控制器的体积和功率就相应越大,从而耗电越大使续航里程缩短等问题,还有双级多级减速器换档顿挫等问题。鉴于此本发明针对电动汽车电机的特性提出了一种专门应用于新能源电动汽车的传动比范围5至15的推力式cvt机械无级变速器,在全速范围内满足各种工况需要。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:与电机连接的输入轴带动的主动推轮(其左右两端加工的倒角为工作锥面环),两个或多个均匀布置在输出锥轮的周围,主动推轮两端的工作锥面环分别与输出锥轮左右两个工作锥轮相切接触并保持一定的径向压力,主动推轮围绕输出锥轮做圆周运动,但是主动推轮“不自转”,只可以围绕输出锥轮“公转”,并推动输出锥轮转动,输出锥轮左右两个工作锥轮可以靠近或分离,主动推轮可以同时向输出锥轮轴心靠拢或远离,当主动推轮向输出锥轮轴心靠拢到极限位置,同时输出锥轮两个工作锥轮配合主动推轮向左右分离,这时为高速档位置,反之为低速档位置,并且可以在高低档之间任何位置变换档位,也就是通过改变主动推轮工作锥面环与输出锥轮相切的径向位置来改变输出转速,最后通过行星齿轮输出机构实现传动比范围为5-15的有效的
无级传动。
6.下面结合图1、图2、图3说明其工作原理:在图1、图2中,圆心为o的圆为从动轮,大从动轮直径是小从动轮直径的2倍,并且大从动轮圆周上相邻两点间的弧长与小从动轮圆周上相邻两点间弧长相等,并且长度在图1中从动轮圆周上对称布置有沿着直线运动的主动推块与其相切接触并推动其旋转,就如同我们用双手搓动一支笔转动一样,图1上图中主动推块运动ab距离推动大从动轮转过1和2之间弧长,既1/16圆周弧长,对应转动圆周角度为360
°
/16=22.5
°
,图1下图中小从动轮直径是大从动轮的1/2,所以周长也是其1/2,因为大小从动轮圆周上相邻两点弧长相等,既且所以相同的主动推块运动ab距离,推动小从动轮转过其上的1和2之间弧长,既1/8圆周弧长,对应的转动圆周角度为360
°
/8=45
°
,所以当主动推块条件不变,改变从动轮大小就可以改变从动轮输出转速,在图2中,把作直线运动的主动推块改为作圆周运动且不自转的主动推轮,就可以使从动轮连续不断的转动,当从动轮直径任意改变时,输出转速也就可以无级的变化,在图2上图中主动推轮绕从动轮转过90
°
并在合力f作用下推动从动轮旋转了90
°
+22.5
°
=112.5
°
,图2下图中主动推轮绕从动轮转过90
°
在合力f作用下推动从动轮旋转了90
°
+45
°
=135
°
,从中可以看出主动推轮公转90
°
推动从动轮旋转时,都要一起经过一个共同角度90
°
,共同角度之外的从动轮绕过的对应的角度22.5
°
和45
°
,也就是从动轮转动角度与主动推轮公转角度的差值才是和图1一样需要的转动角度,要想得到需要的连续不断的转动角度,就得需要图3所展示的行星齿轮输出机构的配合,图3a)中:3个行星排中的中心齿轮、行星齿轮、齿圈的齿数分度圆直径都分别相同,齿圈8(与主动推轮相连)和齿圈9(与从动轮相连)分别通过行星轮2、行星轮1一起带动行星架6围绕中心齿轮7和中心齿轮10公转,从图2可知,主动推轮推动从动轮旋转时,都要一起绕过一个共同角度,共同角度之外的从动轮绕过的角度才是需要的转动角度,也就是说齿圈9转速大于齿圈8的这个差值就是所需要的转动角度,且由于中心齿轮7固定不动,所以齿圈8只是控制行星架转动,所以在转动的同时齿圈9转速大于齿圈8的这个差值还要通过行星轮1带动中心齿轮10反向转动,然后再通过中心齿轮4、行星轮3、齿圈5把这个差值正向输出。图2、图3a)的结合就形成了完整的推力式无级变速器。
7.上述的推力式cvt机械无级变速器包括:输入部分、主动推轮部分、控制主动推轮不自转部分、主动推轮径向位移控制部分、输出锥轮及其左右锥轮分离靠近控制部分、行星齿轮输出部分等6部分组成,所述的输入部分由输入轴与套装在其上并固定连接的右侧驱动盘和套装在中心固定控制齿轮套筒上的左侧驱动盘组成,左右驱动盘通过至少两个中间惰轮轴的两端固定连接,左右驱动盘上加工有与主动推轮数量对应的弧形导向槽口,并且槽口的圆心是中间惰轮轴的轴心;主动推轮部分由推轮轴与套装在其上的推轮齿轮固定连接组成并安装在左右驱动盘之间,推轮轴的两端加工有倒角形成工作锥面环,推轮轴的两端插入左右驱动盘的弧形导向槽口内且可以沿着槽口移动,并由驱动盘带动主动推轮围绕输出锥轮公转并推动输出锥轮旋转;控制主动推轮不自转部分由中心固定控制齿轮、安装在驱动盘惰轮轴上的中间惰轮、推轮齿轮组成,其中中心固定控制齿轮通过套筒套装在输入轴上并固定于变速器壳体上使其固定不转,并通过驱动盘惰轮轴上的中间惰轮限制推轮齿轮的自转,因为中心固定控制齿轮与推轮齿轮的齿数分度圆直径相等,所以主动推轮在
公转的同时不发生自转;主动推轮径向位移控制部分由扇形齿轮片、圆周齿圈、一端输出的弧形双向活塞液压缸组成,其中两片扇形齿轮片套装在中间惰轮轴的两端,可以相对于中间惰轮自由转动,扇形齿轮片的边缘附近开有圆孔,并通过圆孔套装在推轮轴上,扇形齿轮片由圆周齿圈带动,圆周齿圈只有两侧加工有轮齿,分别与扇形齿轮片啮合,圆周齿圈中间无齿防止与推轮齿轮碰撞,圆周齿圈的内部加工有凸块与液压缸活塞前端连接,弧形液压缸安装在左右驱动盘之间并与驱动盘固定连接,其中弧形活塞的尾部加工有圆柱凸台,把液压缸分为前后两个液压工作腔,当液压缸工作时,弧形活塞就会带动圆周齿圈相对驱动盘转动,同时圆周齿圈驱动扇形齿轮片转动就可以带动主动推轮围绕中间惰轮旋转并带动推轮轴沿着驱动盘上的弧形导向槽口移动,实现主动推轮径向位移,并且在液压缸作用下主动推轮始终保持对输出锥轮的径向压力;输出锥轮及其左右锥轮分离靠近控制部分由输出锥轮框架、与框架固定连接的左右锥轮液压缸、与液压缸活塞为一体的左右锥轮、其中与活塞为一体的左右锥轮还通过花键齿与液压缸上的花键齿啮合限制锥轮与液压缸及框架的相对转动,左侧的液压缸与锥轮套装在中心固定控制齿轮的套筒上,右侧的液压缸与锥轮套装在变速器输入轴上,因为左右液压缸通过框架固定连接为一体,所以当液压缸进油工作时,左右锥轮将靠近,当主动推轮向输出锥轮轴心靠近时将推动输出锥轮左右分离,从而实现高低档之间无级变换;行星齿轮输出部分由第一输出行星排、控制行星排、第二输出行星排组成,并且3个行星排的齿圈、行星轮、中心轮的齿数分度圆直径分别相同,第一输出行星排和控制行星排的行星架共用,第一第二输出行星排的中心齿轮是由穿过控制行星排中心齿轮的轴固定连接,其中变速器的输入轴与控制行星排的齿圈连接并通过行星轮带动和控制行星架围绕固定在壳体的中心齿轮公转,变速器的输出锥轮与第一输出行星排的齿圈连接并也带动行星轮行星架围绕中心齿轮公转,因为控制行星排的中心齿轮固定不动,所以输入轴只控制行星架的转动,假设输入轴和输出锥轮转速相同,则第一输出行星排和控制行星排的行星轮只是共同带动行星架围绕中心齿轮公转,并不带动第一输出行星排中心齿轮旋转,实际当中因为输出锥轮转速大于输入轴,且控制行星排的中心齿轮固定于壳体使行星架的转速受控于输入轴,所以输出锥轮转速大于输入轴却并不能使行星架转速更高,只能是通过行星轮带动第一输出行星排的中心齿轮反向旋转,这个反向旋转通过第二输出行星排的中心齿轮带动其行星架固定于壳体的行星轮再通过其齿圈正向输出的转速就是输出锥轮大于输入轴转速的差值,也就是需要的输出转速。
8.在此特别说明行星齿轮输出部分:如图4所示:变速器在车上横置安装,且变速器输入轴与行星齿轮输出部分平行布置:则第一第二输出行星排的中心齿轮要通过空心轴固定连接,以便于半轴通过空心轴驱动车轮,且第一输出行星排和控制行星排的齿圈除了内齿轮外,还要加工有外齿轮,并分别由固定在输出锥轮液压缸上的齿轮和固定在输入轴上的齿轮驱动,如果变速器输入轴与行星齿轮输出部分同轴心布置:这时控制行星排的行星齿轮需要通过套装在行星架上的空心轴延伸到第一输出行星排的另一侧,并把第一输出行星排的行星齿轮套装在这个空心轴的中间位置,这样,控制行星排的齿圈就可以从第一输出行星排的右侧移到左侧,便于输入轴的连接,也就是图3b)所示情形。
9.通过上述叙述的变速器方案就实现了推力式cvt机械无级变速器的构成方案。其中液压缸高压油液可采用类似传统at变速箱内置的机械油泵供油,也可以采用灵活布置的电子油泵供油。
10.本发明的有益效果是:结构简单,采用只围绕输出锥轮公转却不自转的主动推轮在输出锥轮周围推动其旋转,并通过改变主动推轮工作锥面环与输出锥轮锥面相切的径向位置,来改变输出锥轮转速,从而实现无级调速,且在正常合理尺寸的变速器体积下可以做到主动推轮工作锥面环直径是输出锥轮直径的1/15,并通过其后的行星齿轮输出机构实现5至15宽范围的传动比变化,从而使电动汽车电机转速在全部工况范围内保持在高效合理区域,从而高效利用电池电能延长车辆续航里程,还减小了各种工况转换下电池输出电流变化的幅度,延长电池电机控制器等设备的使用寿命,并且在同等车况条件下,使用相应小体积小功率电机和控制器就能达到相应大体积大功率电机所能达到的效果,并在车辆高速状态下大幅降低电机转速,降低了耗电提高了车速、避免了电机在高转速下效率扭矩急速下降和噪音增大的弊端,调速过程平稳,在变速过程中动力不中断,所以不存在换挡顿挫。
附图说明
11.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明:
12.图1、图2为本发明原理图;
13.图3为变速器行星齿轮输出部分示意图;
14.图4为变速器的结构示意图以及与电机、差速器连接示意图;
15.图5为变速器实施例的模型;
16.图6为变速器实施例的高低档位置示意图,其中a)为最低速档位置,b)为最高速档位置;
17.图7为变速器实施例的主动推轮部分、控制主动推轮不自转部分、主动推轮径向位移控制部分工作示意图,其中a)为最低速档位置,b)为最高速档位置;
18.图8为变速器实施例的模型爆炸图;
19.图9为变速器实施例的输出锥轮及控制液压缸结构图;
20.图10为变速器实施例的输入部分、主动推轮部分、控制主动推轮不自转部分、主动推轮径向位移控制部分结构爆炸图;
21.图11为变速器实施例的行星齿轮输出部分结构爆炸图;
22.图中:1.第一输出行星排行星齿轮,2.控制行星排行星齿轮,3.第二输出行星排行星齿轮,4.第二输出行星排中心齿轮,5.输出齿圈,6.第一输出行星排和控制行星排共用行星架,7.固定于壳体的控制行星排中心齿轮,8.与变速器输入轴连接的控制行星排齿圈,9.与变速器输出锥轮连接的第一输出行星排齿圈,10.第一输出行星排中心齿轮,11.控制行星排延伸行星齿轮,12.第一输出行星排内外齿齿圈,13.控制行星排内外齿齿圈,14.右侧锥轮,15.右侧锥轮液压缸,16.变速器输入轴,17.变速器输入轴齿轮,18.与输出锥轮部分固接的输出齿轮,19.与变速器输入轴固接的右侧驱动盘,20.推轮轴,21.套装在中心固定控制齿轮套筒上的左侧驱动盘,22.左侧锥轮,23.左侧锥轮液压缸,24.通过套筒固定于壳体的中心固定控制齿轮,25.中间惰轮轴,26.中间惰轮,27.推轮齿轮,28.输出锥轮框架,29.一端输出的弧形双向活塞液压缸,30.圆周齿圈,31.壳体隔板,32.扇形齿轮片,33.圆周齿圈凸块,34.差速器,35.电动机,36.花键齿。
具体实施方式
23.[实施例]
[0024]
推力式cvt机械无级变速器包括:输入部分、主动推轮部分、控制主动推轮不自转部分、主动推轮径向位移控制部分、输出锥轮及其左右锥轮分离靠近控制部分、行星齿轮输出部分等6部分组成。如图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11所示:输入部分由输入轴16、与输入轴固接的右侧驱动盘19、套装在中心固定控制齿轮24的套筒上的左侧驱动盘21组成,并且驱动盘上加工有和主动推轮数量一致的弧形导向槽口,驱动盘19和21由中间惰轮轴25的两端固定连接;主动推轮部分由推轮轴20与套装在其上并固接的推轮齿轮27组成,安装在驱动盘19和21之间,推轮轴20的两端插入驱动盘上的弧形导向槽口内,推轮轴20的两端加工有倒角形成工作锥面环与输出锥轮14和22相切接触并推动其旋转;控制主动推轮不自转部分由通过套筒固定于壳体的中心固定控制齿轮24、安装在中间惰轮轴25上的中间惰轮26、以及推轮齿轮27组成,其中中心固定控制齿轮24与推轮齿轮27的齿数分度圆直径相同保证推轮齿轮27及推轮轴20只围绕输出锥轮公转而不发生自转;主动推轮径向位移控制部分由扇形齿轮片32、圆周齿圈30、一端输出的弧形双向活塞液压缸29等组成,其中两片扇形齿轮片32通过其圆心孔套装在中间惰轮轴25的两端,通过其边缘附近圆孔套装在推轮轴20的两端,圆周齿圈30两侧的内齿圈分别与两片扇形齿轮片32啮合,弧形双向活塞液压缸29安装在两片驱动盘19和21之间并与驱动盘固接,其中弧形活塞的尾部加工有圆柱凸台,把液压缸分为前后两个液压工作腔,活塞输出端与圆周齿圈30内部的凸块33相连接,当液压缸进油工作时弧形活塞就会带动圆周齿圈30相对驱动盘19和21转动,从而带动扇形齿轮片32推动推轮轴20沿着驱动盘上的弧形导向槽口移动并带动推轮齿轮27围绕中间惰轮26转动,实现主动推轮径向位移,并且液压缸机构始终使主动推轮对输出锥轮保持一定的径向压力,其中推轮齿轮27与中心固定控制齿轮24的齿轮厚度是中间惰轮26厚度的1/2,并分别布置在中间惰轮26的轴向中心的两侧与中间惰轮26啮合,是为增大主动推轮径向移动距离,并防止最高档位时中心固定控制齿轮24与推轮齿轮27碰撞;输出锥轮及其左右锥轮分离靠近控制部分由锥轮框架28、与锥轮框架固接的左右侧锥轮液压缸23和15、与活塞为一体的左右侧锥轮22和14组成,其中锥轮液压缸和与活塞为一体的输出锥轮还通过各自上面的花键齿36啮合,结合为可以左右相互移动不可相互转动的活塞液压缸机构,并且左侧锥轮液压缸23和左侧锥轮22套装在中心固定控制齿轮24的套筒上,右侧锥轮液压缸15和右侧锥轮14套装在变速器输入轴16的右半部分,因为左右侧锥轮液压缸23和15都和锥轮框架28固定连接为一体,所以当液压缸进油工作时,左右锥轮将靠近,当推轮轴20向左右锥轮22和14的轴心靠近时将推动输出锥轮左右分离;行星齿轮输出部分由第一、第二输出行星排和控制行星排三部分组成:第一输出行星排由内外齿齿圈12、行星齿轮1、中心齿轮10组成,控制行星排由内外齿齿圈13、行星齿轮2、固定于壳体隔板31的中心齿轮7组成,第二输出行星排由行星齿轮3(其行星架固定在壳体隔板31上)、中心齿轮4、输出齿圈5组成,其中第一输出行星排和控制行星排共用行星架6,中心齿轮10和中心齿轮4由穿过中心齿轮7的空心轴固定连接成一体,行星齿轮2带动并控制行星架6围绕固定于壳体隔板31的中心齿轮7公转,与输出锥轮部分固接的输出齿轮18带动第一输出行星排内外齿齿圈12旋转,然后通过第一输出行星排行星齿轮1带动行星架6转动的同时驱动中心齿轮10反向旋转,然后通过中心齿轮4、行星齿轮3带动输出齿圈5正向旋转,从而完成动力输出。
[0025]
其工作过程为:电动机35带动由输入轴16、驱动盘19、21组成的输入部分转动

输入部分带动由推轮齿轮27、推轮轴20组成的主动推轮部分围绕输出锥轮14、22转动并推动输出锥轮14、22及锥轮框架28旋转

与输出锥轮部分固接的输出齿轮18驱动第一输出行星排内外齿齿圈12转动,与此同时变速器输入轴齿轮17带动控制行星排内外齿齿圈13转动

控制行星排内外齿齿圈13通过行星齿轮2带动并控制行星架6围绕固定于壳体隔板31的中心齿轮7公转,第一输出行星排内外齿齿圈12带动行星齿轮1围绕中心齿轮10公转的同时带动中心齿轮10反向旋转

中心齿轮10带动中心齿轮4同步转动

最后中心齿轮4通过行星齿轮3带动输出齿圈5正向旋转输出转速。其间驱动盘19、21带动中间惰轮26围绕中心固定控制齿轮24旋转,以确保中心固定控制齿轮24通过中间惰轮26,控制主动推轮不发生自转,当一端输出的弧形双向活塞液压缸29的活塞伸出时,将通过圆周齿圈凸块33推动圆周齿圈30带动扇形齿轮片32推动主动推轮向输入轴心靠拢,与此同时推轮轴20推动输出锥轮14、22左右分离,实现向高档位变换,反之锥轮液压缸23、15进油工作时,输出锥轮14、22将靠近,同时弧形双向活塞液压缸29一端进油一端出油使活塞缩回,主动推轮与输入轴心远离,实现向低档位变换。
[0026]
且在正常合理尺寸的变速器体积下可以做到推轮轴20两端的工作锥面环直径是输出锥轮14、22直径的1/15,从而实现5至15宽范围的传动比变化。
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