一种锥齿轮行星机构无级变速传动装置 |
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申请号 | CN201610163984.4 | 申请日 | 2016-03-22 | 公开(公告)号 | CN105697667A | 公开(公告)日 | 2016-06-22 |
申请人 | 西北工业大学; | 发明人 | 袁茹; 蔡鑫; 王三民; 郝立峰; 司艳新; 姜景明; 陈森; 陈群; | ||||
摘要 | 本 发明 提出的一种锥 齿轮 行星机构无级变速传动装置,由两组圆柱 斜齿轮 传动副、 锥齿轮 行星传动副、 滚动 轴承 、两组 输入轴 、两组 传动轴 组成。第一输入轴与 发动机 固连,第一输入轴与双面端面齿轮通过 滚动轴承 安装实现动 力 输入,通过第一组圆柱斜 齿轮传动 副将部分功率分流至第一传动轴,第一传动轴与 电动机 固连,实现机械能转换成 电能 进行储能。第二输入轴与电动机固连,将电能转换成机械能通过第二组圆柱斜齿轮传动副和第二传动轴传输至输入端锥齿轮,通过调节输入端锥齿轮实现无级变速;双面端面齿轮和输入端锥齿轮的功率由输出端锥齿轮输出。通过锥齿轮行星传动副实现 传动系统 在紧凑结构下大 传动比 减速,传递 扭矩 大,承载能力强。 | ||||||
权利要求 | 1.一种锥齿轮行星机构无级变速传动装置,其特征在于:包括两组圆柱斜齿轮传动副、锥齿轮行星传动副、滚动轴承,所述第一组圆柱斜齿轮传动副包括第三圆柱斜齿轮、第四圆柱斜齿轮、第一输入轴、第一传动轴,第一输入轴和第一传动轴为花键轴,第三圆柱斜齿轮、第四圆柱斜齿轮的中心孔为花键孔,第三圆柱斜齿轮和第四圆柱斜齿轮分别安装在第一输入轴和第一传动轴上,第一输入轴一端与发动机固连,第一输入轴另一端穿过第二传动轴与双面端面齿轮通过滚动轴承安装连接,第一组圆柱斜齿轮传动副将部分功率分流至第一传动轴,第一传动轴与电动机连接,实现机械能转换成电能进行储能; |
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说明书全文 | 一种锥齿轮行星机构无级变速传动装置技术领域背景技术[0002] 目前应用的无级变速器一般采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力,可以实现传动比的连续改变,常见的无级变速器有皮带式及金属带式两种带式无级变速器,但带式无级变速器的缺点是受力有限,容易打滑,而且传动效率低。轻量化、高功率密度、低噪声一直是传动装置追求的目标,锥齿轮行星传动机构具有传动平稳、结构紧凑、承载能力强、寿命长、效率高的优点,是一种很有发展前途的减速传动装置。 [0003] 在专利CN203254956U中提出了一种电子无级变速混合动力系统,该系统发动机和行星架固连,电机与太阳轮固连,输出轴与齿圈固连,动力由发动机和电机分别通过行星架和太阳轮输入,由输出轴输出,最终驱动车轮,通过调整电机的转速实现无级变速。这种电子无级变速混合动力系统采用行星齿轮机构实现无级变速,但是该无级变速器的总传动比较小,导致发动机转速高,经济性差。 [0004] 发明专利CN102230515A公开了一种锥齿轮行星传动机构,该锥齿轮行星传动机构包括一组传动副或多组传动副串联,每组传动副包括支撑架,支撑架上间隔并列设置有两个同轴向的固定锥齿轮和传动锥齿轮;传动副还包括一端转动装配于支撑架上的主轴,主轴、固定锥齿轮和传动锥齿轮同轴设置;传动副还包括转动装配于主轴上的旋转轴,旋转轴的轴线与主轴的轴线相交且不重合,旋转轴的两端分别朝向固定锥齿轮的齿面和传动锥齿轮的齿面,旋转轴的两端固定连接有分别用于固定锥齿轮和传动锥齿轮啮合传动的两个行星轮,主轴上设有动力输入或输出端且传动轮锥齿轮上对应设有动力输出、或输入端,但是该锥齿轮行星传动机构由于采用了外锥齿轮啮合传动,具有重合度较低、承载能力较弱、占用空间体积较大的缺点。 发明内容[0005] 为了避免现有技术存在的不足,本发明提出一种锥齿轮行星机构无级变速传动装置,通过锥齿轮行星传动机构实现较大传动比范围内的无级变速,具有结构紧凑、传动比大、重量轻、承载能力强的特点。 [0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括两组圆柱斜齿轮传动副、锥齿轮行星传动副、滚动轴承,所述第一组圆柱斜齿轮传动副包括第三圆柱斜齿轮、第四圆柱斜齿轮、第一输入轴、第一传动轴,第一输入轴和第一传动轴为花键轴,第三圆柱斜齿轮、第四圆柱斜齿轮的中心孔为花键孔,第三圆柱斜齿轮和第四圆柱斜齿轮分别安装在第一输入轴和第一传动轴上,第一输入轴一端与发动机固连,第一输入轴另一端穿过第二传动轴与双面端面齿轮通过滚动轴承安装连接,第一组圆柱斜齿轮传动副将部分功率分流至第一传动轴,第一传动轴与电动机连接,实现机械能转换成电能进行储能; [0007] 所述第二组圆柱斜齿轮传动副包括第一圆柱斜齿轮、第二圆柱斜齿轮、第二输入轴、第二传动轴,第二输入轴和第二传动轴为花键轴,第一圆柱斜齿轮、第二圆柱斜齿轮的中心孔为花键孔,第一圆柱斜齿轮、第二圆柱斜齿轮分别安装在第二输入轴和第二传动轴上,第二输入轴与电动机固连,输入端锥齿轮与第二圆柱斜齿轮分别安装在第二传动轴上,通过电动机调速,调节输入端锥齿轮转速,实现无级变速; [0008] 所述锥齿轮行星传动副包括双面端面齿轮、输入端锥齿轮、输出端锥齿轮,双面端面齿轮分别与输入端锥齿轮、输出端锥齿轮相啮合,输出端锥齿轮用来动力输出;第一输入轴、输出端锥齿轮、双面端面齿轮、输入端锥齿轮的转速关系按公式(1)进行: [0009] [0010] 式中,i为锥齿轮行星传动无级变速机构的传动比,ω5为第一输入轴转速,ω8为输出端锥齿轮转速,ω9为双面端面齿轮转速,ω10为输入端锥齿轮转速,Z8为输出端锥齿轮齿数,Z9L为双面端面齿轮左侧齿数,Z9R为双面端面齿轮右侧齿数,Z10为输入端锥齿轮齿数; [0011] 通过第二组圆柱斜齿轮传动副的转速,可得第二输入轴、输入端锥齿轮的转速关系按公式(2)进行: [0012] [0013] 式中,ω10为输入端锥齿轮转速,ω1为第一圆柱斜齿轮转速,ω2为第二输入轴转速,ω3为第二圆柱斜齿轮转速,Z1为第一圆柱斜齿轮齿数,Z3为第二圆柱斜齿轮齿数; [0014] 由式(1)和式(2)可知,当第一输入轴转速恒定时,通过调节第二输入轴转速改变输入端锥齿轮转速,实现输出端齿轮转速的无级变速。 [0015] 第二输入轴、第一传动轴分别与第一输入轴平行安装。 [0016] 有益效果 [0017] 本发明提出的锥齿轮行星机构无级变速传动装置,由两组圆柱斜齿轮传动副、锥齿轮行星传动副、滚动轴承、两组输入轴、两组传动轴组成。第一输入轴与发动机固连,第一输入轴与双面端面齿轮通过滚动轴承安装实现动力输入,通过第一组圆柱斜齿轮传动副将部分功率分流至第一传动轴,第一传动轴与电动机固连,实现机械能转换成电能进行储能。第二输入轴与电动机固连,将电能转换成机械能通过第二组圆柱斜齿轮传动副和第二传动轴传输至输入端锥齿轮,通过调节输入端锥齿轮实现无级变速;双面端面齿轮和输入端锥齿轮的功率由输出端锥齿轮输出。 [0018] 本发明锥齿轮行星机构无级变速传动装置,通过锥齿轮行星传动机构实现较大传动比范围内的无级变速,与传统的带式无级变速器相比,结构更加紧凑,效率更高,同时由于不受传送带的限制,可传递大扭矩;与普通行星齿轮无级变速装置相比,采用锥齿轮行星传动机构,传动比更大;与外锥齿轮啮合传动相比,采用锥齿轮与端面齿轮啮合传动,齿轮重合度更大,承载能力更强;相对于其它无级变速方式,通过采用电机调速实现无级变速的响应速度更快;通过实现无级变速,使发动机在满足燃油经济性和动力性要求的工况下工作。附图说明 [0019] 下面结合附图和实施方式对本发明一种锥齿轮行星机构无级变速传动装置作进一步详细说明。 [0020] 图1为本发明锥齿轮行星机构无级变速传动装置示意图。 [0021] 图2为本发明锥齿轮行星机构无级变速传动装置结构爆炸图。 [0022] 图中: [0023] 1.第一圆柱斜齿轮 2.第二输入轴 3.第二圆柱斜齿轮 4.第三圆柱斜齿轮5.第一输入轴 6.第一传动轴 7.第四圆柱斜齿轮 8.输出端锥齿轮 9.双面端面齿轮10.输入端锥齿轮 11.第二传动轴 12.滚动轴承 具体实施方式[0024] 本实施例是一种锥齿轮行星机构无级变速传动装置。 [0025] 参阅图1、图2,本实施例锥齿轮行星机构无级变速传动装置由两组圆柱斜齿轮传动副、锥齿轮行星传动副、滚动轴承组成,第一组圆柱斜齿轮传动副包括第三圆柱斜齿轮4、第四圆柱斜齿轮7、第一输入轴5、第一传动轴6,第一输入轴5和第一传动轴6为花键轴,第三圆柱斜齿轮4、第四圆柱斜齿轮7的内孔为花键孔,第三圆柱斜齿轮4通过花键安装在第一输入轴5上,第四圆柱斜齿轮7通过花键安装在第一传动轴6上;第一输入轴5一端与发动机固定连接,第一输入轴5另一端穿过第二传动轴11与双面端面齿轮9通过滚动轴承12安装连接,第一组圆柱斜齿轮传动副将部分功率分流至第一传动轴6,第一传动轴6与电动机连接,实现机械能转换成电能进行储能。第二组圆柱斜齿轮传动副包括第一圆柱斜齿轮1、第二圆柱斜齿轮3、第二输入轴2、第二传动轴11,第二输入轴2和第二传动轴11为花键轴,第一圆柱斜齿轮1、第二圆柱斜齿轮3的中心孔为花键孔,第一圆柱斜齿轮1、第二圆柱斜齿轮3分别安装在第二输入轴2和第二传动轴11上,第二输入轴2与电动机固定连接,用来作为次要动力输入。第一圆柱斜齿轮1通过花键安装在第二输入轴2上,第二圆柱斜齿轮3通过花键安装在第二传动轴11上,输入端锥齿轮10和第二圆柱斜齿轮3通过花键安装在第二传动轴11上,用来传递电动机的功率和转速,通过电动机调速调节输入端锥齿轮10的功率和转速,实现无级变速。第二输入轴2、第一传动轴6分别与第一输入轴5平行安装;第一输入轴5与第二传动轴11同轴安装。 [0026] 本实施例中,锥齿轮行星传动副包括双面端面齿轮9、输入端锥齿轮10、输出端锥齿轮8,第一输入轴5穿过第二传动轴11的中心内孔通过滚动轴承12安装在双面端面齿轮9,用来传递发动机的功率和转速,驱动双面端面齿轮9运动。输入端锥齿轮10与双面端面齿轮9的一侧面齿轮相啮合,双面端面齿轮9的另一侧面齿轮与输出端锥齿轮8相啮合,输出端锥齿轮8用来动力输出,实现在紧凑结构下达到较大的传动比,其传动比最大可达到60:1。 [0027] 通过对锥齿轮行星传动机构的转速分析,可得出第一输入轴5、输出端锥齿轮8、双面端面齿轮9、输入端锥齿轮10的转速关系按公式(1)进行: [0028] [0029] 式中,i为锥齿轮行星传动无级变速机构的传动比,ω5为第一输入轴5转速,ω8为输出端锥齿轮8转速,ω9为双面端面齿轮9转速,ω10为输入端锥齿轮10转速,Z8为输出端锥齿轮8齿数,Z9L为双面端面齿轮9左侧齿数,Z9R为双面端面齿轮9右侧齿数,Z10为输入端锥齿轮10齿数; [0030] 通过对第二组圆柱斜齿轮传动副的转速分析,可得第二输入轴2、输入端锥齿轮10的转速关系按公式(2)进行: [0031] [0032] 式中,ω10为输入端锥齿轮10转速,ω1为第一圆柱斜齿轮1转速,ω2为第二输入轴2转速,ω3为第二圆柱斜齿轮3转速,Z1为第一圆柱斜齿轮1齿数,Z3为第二圆柱斜齿轮3齿数; [0033] 由式(1)和式(2)可知,当第一输入轴5转速恒定时,通过调节第二输入轴2转速改变输入端锥齿轮10转速,实现输出端齿轮8转速的无级变速。 |