单边输入、输出的四行星排无级变速机构的制作方法

1.本实用新型涉及无级变速器技术领域，特别涉及一种单边输入、输出的四行星排无级变速机构。


背景技术：

2.随着社会对环保的要求越来越高，电动车技术成了各大车企的主流研究方向。目前电动车多采用固定速比的减速器，虽然可以选用大速比的减速器来满足车辆起步爬坡时候的动力需求，但是大速比限制车辆无法达到较高的最大车速，这也是市场上电动车最高车速普遍低于燃油车最高车速的原因。为了兼顾车辆的最高车速和爬坡能力，很多车企已经开始在电动车上安装amt变速器，但是amt变速器从原理上属于有级变速，先天存在换挡顿挫，有动力中断的问题；amt变速器的传动比范围受制于挡位设置，应用在重型车上面，为了扩大传动比范围，需要设置非常多的挡位，换挡过程慢，操作复杂，导致很多大车司机不愿意踩刹车；amt变速器换挡过程依赖复杂的控制策略，很难把握准确的换挡时机，存在能耗高、效率低的问题；amt变速器的结构复杂，制造成本高，维修困难。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是为了解决上述问题，设计了一种单边输入、输出的四行星排无级变速机构。
4.实现上述目的本实用新型的技术方案为一种单边输入、输出的四行星排无级变速机构，包括第一行星排、第二行星排、第三行星排和第四行星排，所述第一行星排上的第一齿圈通过第一连接轴与所述第二行星排上的第二太阳轮连接，所述第二行星排上的第二齿圈与所述第三行星排上的第三行星架连接，所述第三行星排上的第三行星架通过第二连接轴与所述第四行星排上的第四太阳轮连接，所述第四行星排上的第四行星架上连接着输出部件，所述第一行星排上的第一行星架、所述第二行星排上的第二行星架、所述第三行星排上的第三齿圈和所述第四行星排上的第四齿圈均连接在同转速连接体上，所述同转速连接体上设置有单向止动器，所述第三行星排上的第三太阳轮通过第二输入轴穿过所述第三行星架、所述第二连接轴、所述第四太阳轮、所述第四行星架和所述输出部件与第二驱动件连接，所述第一行星排上的第一太阳轮通过第一输入轴穿过所述第一连接轴、所述第二太阳轮、所述第三太阳轮、所述第二输入轴和所述第二驱动件与第一驱动件连接。
5.作为对本实用新型的进一步说明，所述第一连接轴、所述第二太阳轮、所述第三太阳轮、所述第三行星架、所述第二连接轴、所述第四太阳轮、所述第四行星架、所述输出部件和所述第二输入轴均为贯穿中空式结构。
6.作为对本实用新型的进一步说明，所述单向止动器用于限制所述第一行星架、所述第二行星架、所述第三齿圈和所述第四齿圈的转动方向。
7.本实用新型提供的单边输入、输出的四行星排无级变速机构，通过对第一驱动件和第二驱动件的转速的调整，并通过第一行星排、第二行星排、第三行星排、第四行星排和
单向止动器之间的配合，改变输入端和输出端之间传动比，实现输出端的无级变速，该变速机构具有传动效率高、输出扭矩大、无动力中断、结构简单可靠、制造成本低、维修容易及调速简单方便等优点。此外，将第一驱动件、第二驱动件和输出部件的连接端均设置在该无级变速机构的一端，使动力的输入和输出都在无级变速机构的一端，且第一输入轴是穿过第二输入轴和第二驱动件与第一驱动件连接的，这样的设计可以极大的提升空间的利用率，使整个动力设备在排布和空间利用率上更加合理。
附图说明
8.图1是本实用新型实施例提供的单边输入、输出的四行星排无级变速机构示意图；
9.图2是本实用新型实施例提供的第一行星排、第二行星排、第三行星排和第四行星排的转速矢量图；
10.图3是本实用新型实施例提供的将第一行星排、第二行星排、第三行星排和第四行星排合并的转速矢量图；
11.图4是本实用新型实施例提供的第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2的比值小于p时的转速矢量图；
12.图5是本实用新型实施例提供的第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2的大小比值大于p时的转速矢量图；
13.图6是本实用新型实施例提供的第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2的比值等于1时的转速矢量图；
14.图7是本实用新型实施例提供的第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2的比值小于1且转向均为正向时的转速矢量图；
15.图8是本实用新型实施例提供的第一驱动件的转速n1不变，调整第二驱动件的转速n2大小时的转速矢量图；
16.图9是本实用新型实施例提供的第二驱动件的转速n2不变，调整第一驱动件的转速n1大小时的转速矢量图；
17.图10是本实用新型实施例提供的当第一驱动件失效时，第二驱动件的转速n2转向为正向时的转速矢量图；
18.图11是本实用新型实施例提供的当第二驱动件失效时，第一驱动件的转速n1转向为正向时的转速矢量图；
19.图12是本实用新型实施例提供的第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2的比值等于p且转向均为反向时的转速矢量图。
20.附图标记：
21.1-第一行星排，101-第一太阳轮，102-第一行星架，103-第一齿圈，2-第二行星排，201-第二太阳轮，202-第二行星架，203-第二齿圈，3-第三行星排，301-第三太阳轮，302-第三行星架，303-第三齿圈，4-第四行星排，401-第四太阳轮，402-第四行星架，403-第四齿圈，5-第一输入轴，6-第二输入轴，7-第一连接轴，8-第二连接轴，9-输出部件，10-单向止动器。
具体实施方式
22.首先我们先要说明我们申报本实用新型实施例的目的，我们是为了解决amt变速器先天存在换挡顿挫，有动力中断的问题；amt变速器的传动比范围受制于挡位设置，应用在重型车上面，为了扩大传动比范围，需要设置非常多的挡位，换挡过程慢，操作复杂，导致很多大车司机不愿意踩刹车的原因；amt变速器换挡过程依赖复杂的控制策略，很难把握准确的换挡时机，存在能耗高、效率低的问题；amt变速器的结构复杂，制造成本高，维修困难等现有问题，故提出了一种单边输入、输出的四行星排无级变速机构来解决现有存在的问题。
23.下面结合附图对本实用新型实施例进行具体描述，我们先来介绍一下本实用新型实施例的具体结构。
24.参见图1，本实用新型实施例提供的单边输入、输出的四行星排无级变速机构，包括第一行星排1、第二行星排2、第三行星排3和第四行星排4，第一行星排1上的第一齿圈103通过第一连接轴7与第二行星排2上的第二太阳轮201连接，第二行星排2上的第二齿圈203与第三行星排3上的第三行星架302连接，第三行星排3上的第三行星架302通过第二连接轴8与第四行星排4上的第四太阳轮401连接，第四行星排4上的第四行星架402上连接着输出部件9，第一行星排1上的第一行星架102、第二行星排2上的第二行星架202、第三行星排3上的第三齿圈303和第四行星排4上的第四齿圈403均连接在同转速连接体上，同转速连接体上设置有单向止动器10，第三行星排3上的第三太阳轮301通过第二输入轴6穿过第三行星架302、第二连接轴8、第四太阳轮401、第四行星架402和输出部件9与第二驱动件连接，第一行星排1上的第一太阳轮101通过第一输入轴5穿过第一连接轴7、第二太阳轮201、第三太阳轮301、第二输入轴6和第二驱动件与第一驱动件连接。
25.参见图1，第一行星排1包括第一太阳轮101、第一行星架102和第一齿圈103，第二行星排2包括第二太阳轮201、第二行星架202和第二齿圈203，第三行星排3包括第三太阳轮301、第三行星架302和第三齿圈303，第四行星排4包括第四太阳轮401、第四行星架402和第四齿圈403。在实际应用中，第一连接轴7、第二太阳轮201、第三太阳轮301、第三行星架302、第二连接轴8、第四太阳轮401、第四行星架402、输出部件9和第二输入轴6均为贯穿中空结构设计。单向止动器10用于限制第一行星架102、第二行星架202、第三齿圈303和第四齿圈403的转动方向。
26.下面我们需要结合本实用新型实施例的具体结构说明基于单边输入、输出的四行星排无级变速机构的变速方法。
27.根据行星齿轮的基本原理，太阳轮、齿圈和行星架三个构件中任意两个构件的转速确定的话，另外一个构件的转速也是确定的，并且他们的转速关系根据太阳轮齿数和齿圈齿数成相应的比例关系。
28.根据行星齿轮的基本原理，太阳轮、齿圈和行星架三个构件中任意两个构件的转速相同，另外一个构件的转速也是相同的。
29.故第一驱动件的转速和第一太阳轮101的转速相同，设定为n1；第二驱动件的转速和第三太阳轮301的转速相同，设定为n2；第一行星架102、第二行星架202、第三齿圈303和第四齿圈403的转速相同，设定为n3；第一齿圈103和第二太阳轮201的转速相同，设定为n4；第二齿圈203、第三行星架302和第四太阳轮401的转速相同，设定为n5；第四行星架402和输
出部件9的转速相同，设定为n6。
30.根据行星齿轮的转速矢量计算方法得到第一行星排1、第二行星排2、第三行星排3和第四行星排4的转速矢量图，如图2所示。图2中线段的长度代表转速的大小，箭头方向代表转速方向，定义箭头向上为正向的转向，箭头向下为反向的转向。
31.将第一行星排1、第二行星排2、第三行星排3和第四行星排4的转速矢量图合并在一起得到如图3所示的转速矢量图。
32.参见图3，当n1、n2、n3、n4、n5和n6中任意两个数值确定时，另外四个数值就可以通过矢量图中线段的比例关系计算得出。即第一驱动件的转速n1确定，第二驱动件的转速n2确定，使输出部件9的转速n6也唯一确定。通过调节控制第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2就可以实现输出部件9转速n6的连续无级变化。
33.接下来结合具体工况说明本实用新型实施例单边输入、输出的四行星排无级变速机构的变速原理。
34.1、起步工况
35.参见图3，起步时，启动第一驱动件和第二驱动件进行加速，在转向方面控制第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2均为正向，在转速方面控制第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2的比值等于p。使输出部件9的转速n6逐渐加速，转向为正向。该工况下第一驱动件和第二驱动件的动力耦合在一起，减速增扭输出，使车辆加速向前行驶。
36.2、加减速工况
37.参见图4，加减速时，在转向方面控制第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2均为正向，在转速方面控制第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2的比值小于p。通过控制第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2的大小和增减速快慢程度，就能够实现输出部件9的转速n6的逐渐增加或减小，转向为正向，使车辆加速或减速向前行驶。
38.另外，如图8所示，加速和减速的调速方法还可以是通过维持第一驱动件的转速n1不变，通过调节第二驱动件的转速n2的大小来调节输出部件9的转速n6的大小；如图9所示，也可以维持第二驱动件的转速n2不变，通过调节第一驱动件的转速n1的大小来调节输出部件9的转速n6的大小。故在实现输出部件9的转速n6加速或者减速的过程中，第一驱动件和第二驱动件可以根据各自的高效工作区不同，控制系统根据当下工况控制第一驱动件和第二驱动件的加速、减速和维持转速。这样就可以使第一驱动件和第二驱动件都能够长时间工作在各自的高效工作区域，从而实现节能的效果。
39.3、最高车速工况
40.参见图6，控制第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2的大小相等，转向均为正向，且均达到最高转速时，输出部件9的转速n6与第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2也相等，可以设定该状态下车辆达到最高车速。
41.参见图7，如果在达到上述最高车速状态还需要车辆达到更高的车速，可以降低第一驱动件的转速n1，维持第二驱动件的转速为最高转速不变，使输出部件9的转速n6继续升高。最高车速由输出部件9的转速n6的大小决定，输出部件9的转速n6的大小可以通过第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2来进行设定。故只要选用转速较低的第一驱动件，就能实现非常高的输出转速，进一步降低了对使用驱动件的功率要求。
42.针对上述的起步工况和加减速工况，有一种危险工况的发生需要考虑如何避免。
43.例：参见图5，当第一驱动件和第二驱动件转速控制不准确或者控制失效时，出现第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2的大小比值大于p的情况，且第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2的转向均为正向时，使输出部件9的转速n6可能会出现转向为反向的情况，这时车辆突然出现倒退行驶，极易发生严重事故，为了防止这种情况发生，通过在第一行星架102、第二行星架202、第三齿圈303和第四齿圈403共同连接的同转速连接体上面设置单向止动器10，达到限制第一行星架102、第二行星架202、第三齿圈303和第四齿圈403的转速n3的转向只能为正向，不能为反向。这样就保证了输出部件9的转速n6的转向始终为正向。故当该危险工况发生时，由于单向止动器10限制了第一行星架102、第二行星架202、第三齿圈303和第四齿圈403的转速n3的转向只能为正向，不能为反向，此时两个驱动件会相互拖拽，第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2的大小比值始终等于p，第一行星架102、第二行星架202、第三齿圈303和第四齿圈403的转速n3等于0，输出部件9的转速n6的转向只能为正向，故车辆不会突然发生倒退行驶的情况。
44.4、倒车工况
45.参见图12，倒车时，启动第一驱动件和第二驱动件进行加速，在转向方面控制第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2均为反向，在转速方面控制第一驱动件的转速n1和第二驱动件的转速n2的比值等于p。使输出部件9的转速n6逐渐加速，转向为反向。该工况下第一驱动件和第二驱动件的动力耦合在一起，减速增扭输出，使车辆加速后退行驶。
46.除了上述的正常工况和危险工况，还有一些应急工况需要应对，本实用新型实施例都有将其考虑进去并解决。
47.例：参见图10，当第一驱动件失效时，第二驱动件的转速为n2，转向为正向，第一行星架102、第二行星架202、第三齿圈303和第四齿圈403的转速n3有反转趋势，此时单向止动器10限制其反转，使第一行星架102、第二行星架202、第三齿圈303和第四齿圈403的转速n3为0，输出部件9的转速n6正向转动，第二驱动件的动力通过第三行星排3和第四行星排4减速增扭输出，使车辆可以继续加速或减速向前行驶。
48.参见图11，当第二驱动件失效时，第一驱动件的转速为n1，转向为正向，第一行星架102、第二行星架202、第三齿圈303和第四齿圈403的转速n3有反转的趋势，此时单向止动器10限制其反转，使第一行星架102、第二行星架202、第三齿圈303和第四齿圈403的转速n3为0，输出部件9的转速n6正向转动，第一驱动件的动力通过第一行星排1、第二行星排2和第四行星排4减速增扭输出，使车辆可以继续加速或减速向前行驶。
49.由此可见，当一个驱动件发生失效时，另外一个驱动件仍然可以驱动车辆行驶，虽然动力性下降，但是可以依靠一个驱动件将车辆行驶到维修地点或者安全地点，可以大大提高车辆的可靠性。
50.本实用新型实施例提供的单边输入、输出的四行星排无级变速机构，具有如下优点：
51.1、本实用新型实施例的单边输入、输出的四行星排无级变速机构，调速过程中无动力中断，并且运行安静平稳，用户在用车时，会有更好的用车体验感，在感官上可以极大地满足客户需求，为本产品的推广和使用奠定了非常好的基础。
52.2、本实用新型实施例的单边输入、输出的四行星排无级变速机构可以实现输出端从低速到高速均具有大扭矩，通过输出大的扭矩实现车辆在驾驶时，拥有快速加速起步的
能力，且大的扭矩在车辆爬坡时可以攀爬更大的坡度，大扭矩也可以满足更多人的用车需求，使本产品的受众面更大。
53.3、本实用新型实施例的单边输入、输出的四行星排无级变速机构可以实现输出转速的无级连续变化，输入端驱动件可以长时间工作在高效区间内，提高了工作效率，在能源的使用方面可以做到更加节省的效果，在节能方面可以做出更多的贡献。
54.4、本实用新型实施例的单边输入、输出的四行星排无级变速机构，具有调速简单方便，只需要控制第一驱动件和第二驱动件的转速，就能够实现输出转速的无级连续变化，从而降低了车辆对控制系统的要求，使本产品的推广使用范围更加的宽泛，在一定程度上保证了本产品的推广和普及度。
55.5、本实用新型实施例第一驱动件和第二驱动件的动力耦合在一起驱动车辆行驶，当其中一个驱动件发生失效时，另一个驱动件仍然可以继续带动车辆行驶，保证了车主在使用汽车时，即使一个驱动件发生失效，车主还可以依靠另一个驱动件驱动汽车，并及时将汽车开往维修地点，避免了需要叫拖车事件的发生，更好的照顾了车主的用车体验。
56.6、相对于传统单个驱动件的驱动方式，使用本实用新型实施例的产品不仅可以采用双驱动件进行驱动，而且还可以选取体积更小、转速更低的驱动件相适配，小体积的驱动件更利于驱动件在车体内的排布设计，更方便了后期车体外形的美观设计，并且使用更小的驱动件可以节约成本。
57.7、本实用新型实施例的单边输入、输出的四行星排无级变速机构具有高效的传动率，在相同的工况下，可以挑选功率更低和转速更低的电机作为驱动件，相对于大功率的电池，小功率的电池可以更好的预防电池过热情况的发生，通过本实用新型实施例间接提升了电池的使用安全性。
58.8、本实用新型实施例的单边输入、输出的四行星排无级变速机构采用的是四行星排传动，加大了传动比，使扭矩得到了进一步的增大，可以应用在载重更大的货车、渣土车、客车等重型大车上，进一步拓宽了本实用新型实施例的适用范围。
59.9、本实用新型实施例的单边输入、输出的四行星排无级变速机构将第一驱动件、第二驱动件和输出部件的连接端均设置在该无级变速机构的一端，使动力的输入和输出都在无级变速机构的一端，且第一输入轴是穿过第二输入轴和第二驱动件与第一驱动件连接的，这样的设计可以极大的提升空间的利用率，使整个动力设备在排布和空间利用率上更加合理。
60.上述技术方案仅体现了本实用新型技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。