一种新型自动可调变速驱动系统的制作方法

1.自动可调变速驱动系。


背景技术：

2.可调变速动力系统，是车辆节能的关键技术。理想的无级变速器系统，在实施时，很难理想。现有的无级变速器技术本身能耗高，设备成本高。现有的离散变速技术总体上结构复杂，占用空间，或需要人工辅助，限制了其应用。对于低速电动车，可能不需要可调的变速。然而，对于速度范围较大的车辆，如高速和中速电动摩托车，缺乏变速功能会造成能源浪费。
3.使用行星齿轮系的变速系统是车辆变速的经典课题。而摩托车的无级变速器系统使用皮带传动，普利被广泛使用。行星齿轮系统和普利还有其它可能的应用吗，本发明的基本想法从思考这个问题开始。它提出并实现了一种结构简单、占用空间小、成本低、运行可靠的自动调节多变速系统。


技术实现要素：

4.对于减速系统来说，有差异的不同减速比的可调节选择构成可调变速系统。本发明的自动可调变速驱动系统包括一个带有电动机或其它发动机的发动机室，一个带有变速减速器的减速器室，一个穿过上述减速器室的端盖到系统外的动力输出轴。所述变速减速器包括：从发动机室通过发动机室与减速器室之间壁上的轴承延伸到减速器室的输入动力轴或输入动力轴分段。沿所述发动机室到所述减速器室端盖的方向，按照齿轮齿数从高到低的顺序，通过轴承在输入动力轴或输入动力轴分段上安装n个各带单侧离合器齿面的驱动齿轮。 n-1个集成有速度触发器的滑动离合器通过滑动键安装在输入动力轴或输入动力轴分段上。m根从动轴，每根都有n个多连从动齿轮，与所述输入动力轴或输入动力轴分段平行并围绕动力轴和驱动齿轮啮合。当m=1时，单根从动轴就是所述的动力输出轴，通过减速机室壁延伸到外面；当m大于1时，多连齿轮轴经过轴承安装在可转动架上，形成多连齿行星齿轮系，然后再和n个内齿圈啮合。当行星架固定时，动力输出是和所有内齿圈连成一体的内齿圈架。当内齿圈架固定时，输出是行星齿轮架。以上系统的实际应用范围可包括高速和中速摩托车、脚踏摩托车、电动自行车、电动汽车和电动卡车。当需要更大的最高减速比时，m组从动齿轮将有自己的固定转轴。并在每根轴的末端安装附加齿轮，这些m个附加齿轮再与一个内齿圈啮合，由此形成二级n可变速减速器。此时的动力输出是连接到所述输出轴的内齿圈架。该系统可应用于低速和中速驱动的轮毂电机。对于需要更高减速比的应用，如机器人用驱动电机，上述每组多联从动齿轮轴可以延伸到摆线针轮减速器，形成可调多变速摆线针轮减速器。
5.当变速挡位n大于2时，动力轴被分成n-1段。动力轴分段为中空管状结构，并通过轴承连接到支承轴上，不允许在轴的方向上有移动。第一分段是转子动力轴的延伸，在靠近动力室的一侧边缘安装有一个驱动齿轮，然后是一个滑动离合器。对于动力转换的第二段，
如果它是中间段之一，它有一个固定的环形齿面，然后是一个驱动齿轮，一个滑动离合器。如此重复到最后一段，有固定的环形齿面、一个驱动齿轮、一个滑动离合器加上最后一个驱动齿轮。所有的滑动离合器都有双侧齿面。滑动离合器周围的每个驱动齿轮或固定齿面的齿面都是相互面对。不同区段的n个驱动齿轮按照从大到小的顺序有不同的齿数，和变速器的高挡变速挡位到低挡变速挡位相对应。当n=3，没有中间段。当n=2，动力轴是一个整体，无需中心支承轴，可以是非管型结构。在动力轴上安装两个驱动齿轮，并在二个驱动齿轮之间安装一个滑动离合器。驱动齿轮侧边的离合齿面相互面对。
6.所述速度触发器是一个有预设的触发转速的特殊普利装置。所述的速度触发器包括：安装在输入动力轴或输入动力轴分段上的一个固定板，它随所述输入动力轴或输入动力轴分段转动，但不允许有轴向移动。安装在所述输入动力轴或输入动力轴分段上的移动板，它随轴转动，并且也可以在轴上滑动；在固定板和移动板之间有几对普利珠；一个与移动板作用的弹簧，将移动板、普利珠和固定板压紧在一起。所述的滑动离合器与速度触发器的移动板结合在一起。在移动板和固定板上都可以有成对的表面体，这些表面体是轴对称的，供成对的普利珠在表面上移动；每个普利珠在移动板和固定板上都有自己的接触体；垂直于移动板或固定板接触体的两侧有翅片形成槽形通道约束普利珠。固定板或移动板上有内缘和外缘挡板限制普利珠在径向的运动。同一速度触发器的所有普利珠相同。
7.每个速度触发器有二个触发转动速度，分别称为第一触发转速和第二触发转速。当输入动力轴或输入动力轴分段转速低于第一触发转速时，所有普利珠与内缘挡板接触，普利珠静止不动，被称为普利珠第一状态。一旦输入动力轴或输入动力轴分段转速超过第一触发转速，普利珠迅速脱离第一状态，加速进入第二状态，即普利珠与外缘挡板接触的状态。在输入动力轴或输入动力轴分段转速不低于第二触发转速时，普利珠和外缘挡板接触，静止不动。一旦输入动力轴或输入动力轴分段的转动速度低于第二触发速度时，普利珠就会加速到达第一状态。第一触发速度大于第二触发速度。
8.所述普利珠的两种状态和滑动离合器的两个位置相对应；当普利珠处于第一状态时，移动板和固定板相距最近，滑动离合器在端盖一侧与相邻的离合器齿面啮合，而于另一侧相邻离合器完全分离；当普利珠处于第二状态时，移动板和固定板距离最远，滑动离合器和在发动机室一侧的相邻离合器齿面啮合，而于另一侧相邻离合齿面完全分离。
9.所述固定板上的接触面设定为垂直于轴的平面。所述移动板上的接触面是一个倾向固定板的光滑面。所述的光滑面起始于一个和输入动力轴或输入动力轴分段垂面交角为的平面，在上述平面和圆柱形普利珠面接触以后，相连接的是一个半径大于普利珠半径的圆柱体外表面；该大圆柱体面和在第一状态时的普利珠柱面外切。因此，该接触面是相切大圆柱体的一段柱面，此段柱面对应的圆柱体垂直截面中心角为，是大圆柱面末端的切向平面与动力轴垂直面之间的交角。设定当普利珠与该段圆柱面末端接触时，普利珠的顶部正好靠在外缘挡板上。为确保触发器的性能满足上述(a)中的特征，除了要求外，可以规定所述压缩弹簧的弹性系数k，弹簧初始压缩长度，以及动力轴静止时珠子中心线与动力轴中心线的半径，满足关系，其中是普利珠圆柱体中心线在第一种状态时和动力轴中心线之间的距离。n自动可调变速系统中的 n-1 个速度触发器的第一，第二触发速度围绕动力系统的最佳转速，从高档到抵挡按序降低；不同挡位的速度触发器参数有所不同。
10.具体实施方式：这里的描述只涉及本发明的优选实施方案。如图1，我们用一个具有三档变速的电驱动系统的例子来说明本发明的驱动系统的结构和作用。在不失一般性的前提下，我们假设电机的内转子电机1位于系统的左侧。输入动力轴分段2，为管状结构。输入动力轴分段2的外轴承3安装在减速器室固定板4的轴承套中。中心支承轴5和输入动力轴分段用轴承6连接。中心支承轴5的另一端安装在端盖18上。太阳轮7、8、9沿轴从左到右按齿数从大到小的顺序排列，分别用轴承连接在输入动力轴分段上。太阳轮7、8右侧有离合齿面，太阳轮9左侧有离合齿面。三变速系统的输入动力轴2是一个二分段结构。第一分段在左侧，太阳轮7位于第一段的最左侧，右侧是一个双齿面滑动离合器，11是普利珠，12是速度触发器的固定板。速度触发器10通过滑动键安装在输入动力轴2上。第二分段和动力轴2的第一分段之间的间隙很小。第二分段轴13用轴承固定在中心支撑轴5上，不允许有轴向移动。第二分段轴13的左侧装有固定的离合器齿面。当速度触发器10向右移动时，与第二分段轴13的固定离合齿面啮合。14是一个压缩弹簧。第二分段的其余部分依次是：第二太阳轮8、压缩弹簧15、第二个滑动离合器16，普利珠17和端盖18。
11.当动力系统处于静止状态时，所有滑动离合器在弹簧力的作用下右移。第一滑动离合齿面与最左边的太阳轮完全脱开，与第二分段输入动力轴的固定齿面啮合。第二滑动齿面在弹簧力作用下和第二太阳轮8完全脱离，并与右侧的第三太阳轮9啮合，系统准备启动。启动时，动力传递到最小的太阳轮9，经太阳轮又传递到行星齿轮19，再经过内齿圈21输出，此时行星架20固定。为结构简单，行星齿轮系采用多连齿。在启动时，减速比最大。当车辆速度增加，输入动力轴2转速增加。当转速超过第二速度触发器的第一触发速度时，第二滑动离合器向左移动，脱离太阳轮9，啮合太阳轮8，系统完成换挡。此时动力从太阳轮8传输到行星轮组22，然后由内齿圈23输出。当动力继续增加，输入动力轴2的转动速度增加到超过第一速度触发器的第一触发转速时，第一速度触发器动作，滑动离合器左移，脱离第二分段轴的固定齿面，使第二动力分段轴失去动力，第二太阳轮不再起动力传输作用。第一滑动离合器加速左移，与第一太阳轮啮合，完成换档。动力从最大的太阳齿轮7传递到行星齿轮组24，然后由内齿圈25输出。
12.当车速降低，输入动力轴2的速度也随之降低。当输入动力轴2转速低于第一速度触发器的第二触发速度时，第一滑动离合器与第一太阳齿轮7完全脱开，与第二分段式动力轴的固定齿面啮合。第二分段输入动力轴获得动力，使该分段右侧离合器表面向左移动，和太阳齿轮8啮合，完成换挡。此时系统在第二档运行。随着输入动力轴的转动速度进一步降低，第二滑动离合器向右移动，完全脱离第二太阳齿轮8，与第一太阳齿轮9啮合，系统在第一档运行。速度继续降低，直到在第一档上完全静止，系统恢复到等待运行状态。
13.电机在达到额定速度时达到其峰值效率。在达到最高效率以后，电机仍有一定的速度范围才到达其最高转速。在最佳效率速度上下，可以安排n-1具有不同第一触发转速和第二触发转速的速度触发器，由此建成按序运行，互不干扰的n档自动变速减速系统。
14.图2对应于本发明的变速系统的最简单情况，仍以电动动力为例。电动机在左边，有定子29、转子30和转子轴31。右边是一个二变速减速度变速室。动力传输到变速箱的输入动力轴32。齿轮33、34通过轴承35，36固定在输入动力轴上。速度触发器39在齿轮33和34之间，并与输入轴32通过滑动键连接。部件37是固定板，部件38是普利珠，部件39是压缩弹簧。部件28为双连齿轮轴。动力通过输入动力轴32输入，速度触发器40随输入动力轴转动。在转
速低于第一触发转速时，弹簧力推动接触面，将普利珠压向内圈翅片，低档齿轮33和41开始工作。当动力系统加速，超过速度触发器预设的第一触发速度时，离心力驱动普利珠上升，将滑动齿面推向左侧。此时普利珠将被加速到达触发器的外缘。使齿轮34和42工作，系统完成了从低挡到高挡的换挡。当动力系统减速，输入动力轴分段的转动速度小于速度触发器的第二触发速度，可移动光滑面将普利珠压回内圈，滑动离合面和齿轮34的离合面完全脱离，齿轮34 和42 不传输动力。此时，滑动离合器齿面和齿轮33 的齿轮离合面啮合，齿轮33和41开始工作，系统回到低档。
15.图3 给出了速度触发器和有关普利珠，接触面，和轴向位移的简图。其中，43 为输入动力轴管壁截面。44 为固定板，外缘挡板和内缘挡板和固定板结合在一起。45 为普利珠。46为移动板接触体。45， 46 实线表示普利珠在第一状态时，普利珠和接触体的位置。虚线表示普利珠在第二状态时，普利珠和接触体的位置。为移动板在触发器工作时的最大轴向移动距离。和对应的大圆弧段显示接触面如何形成。附图说明：附图1为三档变速实施方案举例；附图2为二档变速简化方案举例；附图3为变速结构简图。
16.图中标号说明1.电机 2.输入动力轴 3.轴承 4.固定板 5.中心支承轴 6.轴承 7.太阳轮一 8.太阳轮二 9.太阳轮三 10. 速度触发器11.普利珠 12. 速度触发器固定板 13.第二分段轴 14.弹簧 15.弹簧 16. 速度触发器二17.普利珠 18.盖子 19. 行星轮组一 20.行星架 21.齿圈一 22.行星轮组二 23.齿圈二 24.行星轮组三 25.齿圈三28.双联齿轴 29.定子 30.转子 31.转子轴 32.输入动力轴 33.主动齿轮一 34.主动齿轮二 35.轴承36.轴承 37.固定板 38.普利珠 39.弹簧 40.速度触发器三 41.从动齿轮一 42.从动齿轮二 43.输入动力轴 44.固定板 45.普利珠 46.速度触发器。

技术特征：
1.一种新型自动可调变速驱动系统，它包括以下任何一部或全部：带有电动机或其它发动机的发动机室；减速器室，内有自动可调变速减速器；一个动力输出轴穿过所述减速器室的端盖到达系统外部； 所述变速减速器包括以下任何一部或全部：一根整体输入动力轴或多分段输入动力轴；对于n挡位变速，按照齿轮齿数从高到低的顺序，沿所述发动机室到所述减速器室的方向，通过轴承在输入动力轴或输入动力轴分段上安装n个各带一个侧向离合器齿面的驱动齿轮； n-1个集成有速度触发器的双侧面滑动离合器通过滑动键安装在输入动力轴或输入动力轴分段上；m根从动轴，与所述动力轴平行，每根都有n个多连从动齿轮环绕动力轴和所述的驱动齿轮啮合；当m=1时，单根从动轴是所述的动力输出轴，通过减速器室壁延伸到外部；当m大于1时，多连齿轮轴可以通过轴承安装在一个可转动架上，形成多连齿行星齿轮组；连接在内齿圈架上的n个内齿圈分别与所述的多连行星齿轮啮合；当行星齿轮架被固定时，动力输出是内齿圈架；当内齿圈架被固定时，动力输出是行星齿轮架；当多连的m组从动齿轮具有各自独立的固定转轴，此时在每个轴的末端安装一个小齿轮，m个附加小齿轮再与一个内齿圈啮合，就形成二级n 挡位可调变速减速器，其最大减速比高于一级行星齿轮组；此时，动力输出由内齿圈连到所述动力输出轴。2.权利要求1所述的一种新型自动可调变速驱动系统，其特征在于；当变速挡位n大于2时，所述的输入动力轴由n-1个分段组成；所有的输入动力轴分段都是中空管结构，通过轴承连接到一个中心支承轴上，输入动力轴分段轴向固定； 第一分段是来自所述发动机室的动力轴的延伸；第一驱动齿轮安装在第一分段紧靠发动机室处，然后是滑动离合器；输入动力轴的第二分段，如果它不是最后一个分段，则在靠近所述第一分段的边缘固定安装一个环形离合齿面，接着是第二驱动齿轮，滑动离合器； 此后在所有分段中按此重复，直到最后一个分段，有一个固定的环形齿面、一个驱动齿轮、一个滑动离合器和最后一个驱动齿轮；每个驱动齿轮或滑动离合器周围的固定齿面相互面对；当n=3，输入动力轴只有第一分段和最后一个分段；当n=2，输入动力轴为一整体，无需中心支承轴；此时在两个驱动齿轮之间只有一个滑动离合器，驱动齿轮侧向离合齿面互相面对。3.权利要求1所述的一种新型自动可调变速驱动系统，其特征在于：所述速度触发器是一个有二个触发转速的新型普利（参考文献1）装置；所述的速度触发器包括：安装在输入动力轴或输入动力轴分段上的一个固定板，它随所述输入动力轴或输入动力轴分段转动，但在轴向固定；安装在所述输入动力轴或输入动力轴分段上的移动板，它随输入动力轴或输入动力轴分段转动，同时也可以在轴上滑动；在固定板和移动板之间有几对普利珠；一个与移动板作用的弹簧，将移动板、普利珠和固定板压紧在一起；所述的滑动离合器与速度触发器的移动板结合在一起；在移动板和固定板上都可以有成对的接触体，这些接触体是轴对称的，供普利珠在这些接触体上移动；每个普利珠在移动板和固定板上都有自己的接触体；每个普利珠被垂直于移动板或固定板接触体的侧翼翅片形成的通道约束；固定板或移动板有内缘和外缘挡板限制普利珠径向的运动范围；同一速度触发器的普利珠都相同；所述速度触发器和所述速度触发器的固定板，移动板接触体的特征还在于：(a)每个速度触发器有二个触发转动速度，分别称为第一触发转速和第二触发转速；当输入动力轴或输入动力轴分段转速低于第一触发转速时，普利珠与内缘挡板接触，静止不动，被称为普利珠第一状态；一旦动力轴转速超过第一触发转速，普利珠迅速脱离第一状态，加速进入第二状态，即普利珠与外缘挡板接触的状态；在输入动力轴或输入动力轴分段转速不低于第二触发转速
时，普利珠继续处于第二状态，静止不动；一旦输入动力轴或输入动力轴分段的转动速度低于第二触发速度时，普利珠就会脱离第二状态，加速到达第一状态；第一触发速度大于第二触发速度，(b)所述普利珠的两种状态和滑动离合器的两个位置相对应；当普利珠处于第一状态时，移动板和固定板相距最近，滑动离合器在端盖一侧与相邻的离合器齿面啮合， 而于另一侧相邻离合器完全分离； 当普利珠处于第二状态时，移动板和固定板距离最远，滑动离合器和在发动机室一侧的相邻离合器齿面啮合， 而于另一侧相邻离合齿面完全分离，（c）所述固定板上的接触体表面可以设定为垂直于轴的平面；所述移动板上的接触体表面是一个倾向固定板的光滑面；所述的光滑面起始于一个和动力轴垂面交角为的平面，在上述平面和圆柱形普利珠面接触以后连接一个半径大于普利珠半径的圆柱体外表面；该大圆柱体和普利珠在第一状态时的柱体外切；该接触体表面是相切大圆柱体的一段柱面；此段柱面对应的圆柱体垂直截面中心角为，是大圆柱体柱面段末端的切向平面与动力轴垂面之间的交角； 规定；规定当普利珠与该段圆柱的末端面接触时，普利珠的顶部正好靠在外缘挡板上；为确保触发器的结构满足上述(a)中的特征，除了要求外，还要求弹簧初始压缩长度，动力轴静止时普利珠中心线与动力轴中心线的半径，满足关系，其中是在第一状态时普利珠中心线和输入动力轴或输入动力轴分段中心线之间的距离。4.如权利要求1所述的一种新型自动可调变速驱动系统，其特征在于：n自动可调变速系统中的 n-1 个速度触发器的第一，第二触发速度围绕动力系统的最佳效率转速上下，从高档到抵挡按序降低；不同挡位的速度触发器参数有所不同。

技术总结
提出了一种新型N档自动可调变速驱动系统。减速器的动力轴被分成N-1分段，N个驱动齿轮通过轴承安装在动力轴上；单组或多组N个连齿从动齿轮分别与上述N个驱动齿轮啮合；N-1个滑动离合器分别与N-1个速度触发器集成，并在驱动齿轮之间或驱动齿轮与固定在分段动力轴上的离合器齿面之间滑动，完成换挡。该系统可以方便地将多种减速器纳入其中。以方便地将多种减速器纳入其中。


技术研发人员：陆炳林 严井 汉斯巴斯蒂安农
受保护的技术使用者：南通雷圣特种电机有限公司
技术研发日：2022.03.07
技术公布日：2023/9/20