双向汇流行星排组的分流分段式机械无级自动变速系统技术方案

本发明专利技术涉及机械传动系统，具体是指双向汇流行星排组的分流分段式机械无级自动变速系统。其设计要点是对机械式无级变速器ＣＶＴ增设下列机构：（１）功率分流机构；（２）由至少一个正向和一个反向单行星排组合而成的双向汇流行星排组；（３）可实现正、反向行星排（组）轮流分段工作的多段换段机构。本法能连续平滑或无冲击的换段，既具传动效率高、许用传递功率和速比变化范围大的特点，又保留ＣＶＴ速比连续可调的完美特性，适用范围广。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械(动力)传动系统，具体是指双向汇流行星排组的分流分段式机械无级自动变速系统的设计方法。在机械系统中通常需要把动力源的运动、能量及功率等通过传动子系统加以传递、转换与调节，最后传送到执行机构以某种需要的形式输出。通常传动系统中最重要的一环就是变速器，它的功能是改变传动比从而使执行机构按预期的规律输出运动和功率；动力源的工作特性与负载的特性动态地实现匹配，以保证整个机械大系统正常运转。从理论上讲，机械式无级自动变速器(CVT)具有最完美的特性，与其他有级的手动或自动变速器相比较，它能连续平滑地改变速比，如车用CVT因而就可使发动机负荷始终和路面行驶阻力按选定的模式达到最佳匹配，且使发动机一直保持在准稳态工况，从而带来有害排放降低、整车动力性和燃油经济性提高、行驶平顺及操纵方便等诸多好处。然而，由于各类CVT实际上都是基于摩擦传动的，一般具有下列的不足之处第一，机械效率低于齿轮传动，且一般除了在速比为1的邻近区域为较高效区(效率为90％左右)之外，在其他速比区域效率还将下降，越是远离高效区则效率下降越显著；第二，在转矩及转速较大等情况下将出现摩擦传动副打滑、不能正常工作的现象，即传递转矩和功率的能力有限；第三，可用的变速比范围(即最大速比imax与最小速比imin的比值Rb)有限，往往不能满足所要求的速比变化范围。因而CVT一般只适合于所需功率和速比范围不大的小排量轿车和摩托车，以及其他只需传递较小功率的用途或场合。迄今为止，人们已探索及采用了一些旨在弥补CVT上述这些不足之处的各种方案。附图说明图1、图2所示的两种方案，见于机械工业出版社出版、阮忠唐主编的《机械无级变速器》一书，典型地代表了现有解决方案的一般原理。图1中I、H分别为输入与输出轴，t、j、q、x分别为行星排的太阳轮、行星架、齿圈和行星轮，1、2、3、4和5为其他齿轮，CVT为挠带式无级变速器。这类方案的共同特点为动力源的功率以定轴齿轮系或行星排等分成两双向汇流行星排组的分流分段式机械无级自动变速系统路甚至多路，CVT只传递分流功率中的一路，然后通过功率汇流环节实现变速和传递功率的功能。图1所示方案，可以扩大速比范围，理论上可达到Rb=0～∞甚至Rb=-∞～+∞，但系统内存在较大的功率循环，通过CVT的功率流比输入或输出的功率还要大许多，系统的机械效率变得更为低下。图2所示方案，通过适当选择一个或一组对应于CVT自身速比范围而言，没有或只有较小内部功率循环的行星排来汇流，可以在一定程度上达到减小CVT负荷、提高变速器系统传递功率的能力及整体效率之目的。所存在的问题主要有，第一，这类系统的速比变化范围比CVT自身的速比范变化围还要缩小许多，影响了其可应用性；第二，CVT负荷减小的幅度、系统传递功率能力及整体效率提高的幅度等都不够大，相对于系统复杂程度的提高而言，有得不偿失之嫌。以一个实际钢带式CVT的仿真计算为例其自身的速比变化范围为0.45～2.22，即Rb=2.22/0.45=4.9382，已适合一般轿车要求的范围；若采取类似于图2的方法构成两路甚至三路分、汇流变速器系统，即使对行星排传动方案、构件参数等进行全面优化，在保证总效率比单纯采用CVT有所提高的前提下，能达到的Rb最大值约为3.5，已几乎不能满足一般轿车的要求，此时CVT所承担传递的功率随其工作速比变化而变化，约为发动机输出总功率的64～90％。由此可见，CVT的工作条件虽得到了改善，但设计上仅能按不同速比下负荷率的最小降幅或负载能力的最小升幅为10％作为依据，基本上还不能采用较小规格的CVT或增大系统的公称承载能力，尚不足以平衡Rb减小和系统成本提高等造成的代价。产生综上所述固有矛的主因，是现有各种“功率分流+CVT+行星汇流”方案的传动比要么正比于要么反比于CVT的传动比，即只有一个正向或反向的汇流行星排(组)所致。本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的缺点和不足，提出一种正、反双向汇流行星排组的分流分段式机械无级自动变速系统，使之既具备机械式有级变速器传动效率高、许用传递功率和速比变化范围大等优点，又保留CVT速比连续可调的特性，解决现有各种“功率分流+CVT+行星汇流”方案所无法回避的上述固有矛盾。本专利技术的目的是通过以下措施来实现的双向汇流行星排组的分流分段式机械无级自动变速系统，它包括功率分流、单向汇流行星排组和机械式无级自动变速器CVT等基本组成部分，其特征在于1、设置有由至少一个正向单行星排和至少一个反向单行星排组合而成的双向汇流行星排组；双向汇流行星排组的组合方式如下(1)一正向单行星排和一反向单行星排组成的双向汇流行星排组；(2)一正向单行星排和一个以上反向单行星排组成的反向行星排组，组合而成的双向汇流行星排组；(3)一个以上正向单行星排组成的正向行星排组和一反向单行星排，组合而成的双向汇流行星排组；(4)一个以上正向单行星排组成的正向行星排组和一个以上反向单行星排组成的反向行星排组，组合而成的双向汇流行星排组。2、设置有可实现正向与反向行星排或行星排组轮流分段工作的多段换段机构，该换段机构应满足下列条件a、换段时机即换段点的选择在CVT的传动比icvt往复变化至其规定最大值imax或最小值imin时；b、换段机构的各主动/从动齿轮对的速比的确定各齿轮对的速比之间必须满足公式(1)所确定的关系；ik·i+max=ik+i·i-max，k=Ⅰ，Ⅲ，Ⅴ…(k为奇数)(1)ik·i-min=ik+i·i+min，k=Ⅱ，Ⅳ，Ⅵ…(k为偶数)式中ik为主动/从动齿轮对的速比；下标k为段号，如k=Ⅰ代表第Ⅰ段、k=Ⅳ代表第Ⅳ段；则iⅣ代表第Ⅳ段主动/从动齿轮对的速比，等等；i+max、i+min、i-max、i-min指换段机构上游的各机构即功率分流机构、汇流行星排组等在CVT速比处于其规定最大值或最小值时的总速比，其中下标max表示CVT速比处于其规定最大值，下标min表示CVT速比处于其规定最小值，下标+表示对应于正向汇流输出时的速比，下标-表示对应于反向汇流输出时的速比。本专利技术的基本构思是，设法合理构造至少由正向和反向两个行星排相联共同组成的汇流行星排组总成，并设法让正向和反向行星排或行星排组轮流分段工作，即正向汇流排工作时反向汇流排空转(不工作)或反之，一个行星排(组)在其当前工作段末尾退出工作时，另一个行星排(组)及时且无冲击地进入下一工作段；其目的是为了能实现连续平滑或无冲击地换段、使系统能正常工作。与此同时，还可让CVT缩小其速比范围，仅局限在高效区附近工作并大大减少其功率负荷率，靠轮换工作段来实现系统总变速比范围的扩大。本专利技术的基本组成部分及原理如图3所示，本专利技术所指的系统由功率分流机构6、双向汇流行星排组总成7和换段机构8等三大部分组成。来自动力源的功率从轴Ⅰ输入，在功率分流机构6处以某种(如定轴齿轮等)方式分流成两路，其中一路通过传动轴或齿轮等以固定的速比“直接地”传递到双向汇流行星排组总成7的输入轴a；而另一路则先传递到机械式无级变速器CVT，经改变速比后，再传递到双向汇流行星排组总成7的另一输入轴b；根据需要可在功率分流机构6中增加或不增加一个惰轮(中间齿轮)，以满足设计上使a、b两轴的旋转方向相同或相反的要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
双向汇流行星排组的分流分段式机械无级自动变速系统，它包括功率分流机构、单向汇流行星排组和机械式无级自动变速器ＣＶＴ，其特征在于：（１）设置有由至少一个正向单行星排和至少一个反向单行星排组合而成的双向汇流行星排组；（２）设置有可实现正 向与反向行星排或行星排组轮流分段工作的多段换段机构，该换段机构应满足下列条件：ａ、换段时机即换段点的选择：在ＣＶＴ的速比ｉ↓［ｃｖｔ］往复变化至其规定最大值ｉ↓［ｍａｘ］或最小值ｉ↓［ｍｉｎ］时；ｂ、换段机构的各主动／从动齿轮对的速 比的确定：各齿轮对的速比之间必须满足公式（１）所确定的关系；ｉ↓［ｋ］.ｉ↓［＋ｍａｘ］＝ｉ↓［ｋ＋１］.ｉ↓［－ｍａｘ］， ｋ＝Ⅰ，Ⅲ，Ⅴ…（ｋ为奇数）ｉ↓［ｋ］.ｉ↓［－ｍｉｎ］＝ｉ↓［ｋ＋１］.ｉ↓［＋ｍｉｎ］， ｋ＝Ⅱ，Ⅳ， Ⅵ…（ｋ为偶数） （１）式中：ｉ↓［ｋ］为主动／从动齿轮对的速比，下标ｋ为段号，ｉ↓［＋ｍａｘ］、ｉ↓［＋ｍｉｎ］、ｉ↓［－ｍａｘ］、ｉ↓［－ｍｉｎ］指换段机构上游的各机构在ＣＶＴ速比处于规定最大值或最小值时的总速比，其中下标ｍａｘ表示 ＣＶＴ速比处于其规定最大值，下标ｍｉｎ表示ＣＶＴ速比处于其规定最小值，下标＋表示对应于正向汇流输出时的速比，下标－表示对应于反向汇流输出时的速比。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄向东，迟永滨，俞明，朱刚，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]