基于单行星排开发的两挡变速器结构原理专利分析.pdf

NO.653 1 2 3 4 用于纯电动汽车的两挡变速器因其能够有效地解决纯电动汽车采 用固定速比的减速箱时存在的低速爬坡电机发热、高速弱磁及高 速噪音等问题，作为一种优化的方案得到广泛的研究。 行星齿轮机构的诸多优点和灵活性又为两挡变速器提供了多种构 型的可能性。 一、行星齿轮传动的特点 行星齿轮传动与普通齿轮传动相比，即使在它们的零件材料和机 械性能、制造精度和工作环境等均相同的条件下，前者却具有许 多独特的优点： 1、结构紧凑、重量轻、体积小。 由于行星齿轮传动具有功率分流和动轴线的运动特性，而且各中 心轮构成共轴线式的传动，以及合理的应用内啮合，因此可使结 构非常紧凑。 由于太阳轮周围均匀的地分布着数个行星轮来共同分担载荷，故 使得每个齿轮所承受的负荷较小，所以，可采用较小的模数。 一般，行星齿轮传动的外轮廓尺寸和重量约为普通传动齿轮的 1/2~1/6。 2、传动效率高。 由于行星齿轮传动结构的对称性，即它具有数个均匀分布的行星 轮、使得作用于太阳轮和行星架的反作用力能相互平衡，从而有 利于提高传动效率的作用。 在传动类型选择恰当、结构布置合理的情况下，其效率值可达 0.97~0.99。 3、运动平稳、抗冲击和振动的能力较强。 由于多个行星轮均匀分布在太阳轮周围，使得行星轮和行星架的 惯性力相互平衡，同时啮合的齿数增多，故行星齿轮传动的运动 平稳、抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。 二、单排单级行星齿轮机构 单排单级行星齿轮机构由太阳轮、行星轮、行星架和齿圈组成。 太阳轮、行星架和齿圈三组件同轴布置，行星轮既有公转又有自 转。 单排单级行星齿轮机构运动方程： ns+αnr =(1+α)·nc 式中：ns -太阳轮转速；nr-齿圈转速；nc-行星架转速。 α=齿圈齿数Zr 与太阳轮齿数Zs之比，即α= Zr/ Zs ＞1。 单排单极行星齿轮机构必须将太阳轮、行星架和齿圏三个元件中 的一个加以固定，或者将某两个元件相互连接在一起，输入与输 出才能获得一定的传动比。 改变各元件的运动状态，可获得多个传动比。 从结构原理上来分析，基于行星排开发的两挡变速器须满足一下 几个条件： 1、输入元件为同一个，或输出元件为同一个； 2、基于输入方向不变，两个挡位的输出方向应当相同； 3、需实现两个不同大小的传动比。 结合以上表格进行分析，由于输入和输出为固定元件，所以在某 一挡位时，必须是行星排整体输出（工况7 ）和输入元件直接输出 （工况8 ）这种传动比为1的情况。 那么，因为方向的不同，其输入和输出方向相反（工况5和6 ）则 不可以匹配使用。 由于两挡位变速器主要还是要起到减速增扭的作用，所以在工况 1~4之间，其传动比小于1 （工况2和3 ）的也不适合。 接合两挡变速器的实际应用，通常一挡和二挡级差大于2 ，所以 传动比小于2 （工况1 ）的也不适合。 综上所述，可实现两挡变速器的行星排构型最优组合为： 一挡：齿圈固定，太阳轮输入，行星架输出，传动比为1+α ； 二挡：任意两两固定，行星排整体输出，或某一元件直接输出， 传动比为1。 三、专利分析 下面，针对符合以上工作原理的相关专利进行分析： [专利一：CN106853770A] 在该专利中提出了一种纯电动汽车行星排式两挡变速器，包括电 机、电机轴、输出轴、行星排、离合器和制动器。 太阳轮位于行星架之内、行星轮可转动地安装于行星架上、齿圈 位于行星架之外，驱动电机的电机轴的右端与行星排的太阳轮固 联，行星排的行星架的右端与输出轴固联，齿圈与外圈的左端固 联。 制动器位于齿圈和壳体之间，离合器用于实现齿圈和行星架的接 合和分离。 工作原理： 一挡：制动器闭合，离合器打开，齿圈被固定。 电机动力输入到太阳轮，经过行星架输出，此时传动比为1+α ； 二挡：制动器打开，离合器闭合，齿圈和行星架固定。 此时整个行星排连接为一整体，电机动力直接经整体传出，传动 比为1。 [专利二：CN104477