CN103104664A

CN103104664A - 一种车用两挡行星变速机构及振动试验装置

Info

Publication number: CN103104664A
Application number: CN2013100221955A
Authority: CN
Inventors: 刘辉; 项昌乐; 何韡; 韩全福
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2033-01-21
Also published as: CN103104664B

Abstract

本发明公开了一种车用两挡行星变速机构及振动试验装置，包括两个电机、两个行星排、两个制动器、两组转速转矩传感器、三组应变片和四个膜片联轴器；两个电机分别提供动力输入和负载；第一行星排和第二行星排均包括太阳轮、行星架及行星轮组和齿圈；两个制动器分别对第一行星排的齿圈和第二行星排的行星架制动；三组应变片分别测出第一行星排的太阳轮、齿圈和第二行星排的齿圈应力；四个膜片联轴器分别用于连接输入端、输出端和转速转矩传感器以及转速转矩传感器与第一行星排的输入、第二行星排的输出部件。本发明适用于重型车辆或低速工程车辆的变速机构，解决一挡速比小、结构不紧凑，承载幅度窄等问题；同时也适用于变速机构的振动试验装置。

Description

一种车用两挡行星变速机构及振动试验装置

技术领域

发明涉及一种车用两挡行星变速机构及振动试验装置，属于车辆结构技术领域。

背景技术

随着近年来城市轨道、公路交通建设等基础设施建设项目的快速增长，对重型车辆和低速工程类车辆的需求量也不断加大，一度供不应求。

由于这些车辆往往运行在复杂的工作条件下，设计实用的变速系统来提升车辆在各种工作条件下的动力性能和燃油经济性是非常有意义的。

目前，国内这两种车辆常用的变速系统是双中间轴式变速器。这种变速器通常包括一个主箱和一个副箱，在主箱后串联一个副箱，由副箱中的高、低两挡传动比分别与主变速器各挡传动比搭配而组成高、低两段传动比范围。

当前市场上用于重型车辆或低速工程车上的双中间轴式变速器的主箱结构大都为双中间轴式，而副箱则有双中间轴式或行星轮式两种。行星轮结构的副箱比双中间轴式的副箱承载能力更强，也是更有发展前途的一种变速机构，但由于当前市场中的行星轮式副箱的设计不够理想、传动比也偏小，从而导致整个变速系统依旧存在着一挡速比小、体积庞大、传动效率低、无法满足扭矩和速比覆盖范围的要求等问题，影响了整车的爬坡能力、耐久性和燃油经济性等使用性能。

另一方面，由于行星轮结构的副箱相比传统的双中间轴式副箱具有更好的承载能力，它被越来越广泛地用于重型车辆或低速工程车上的变速系统中。由于重型车辆的承载质量大、低速工程车工作时往往需要传递很大的扭矩，车辆的传动系统的负荷较大，经常需要在高速状态下工作，所以，如何设计合理的振动试验装置来对副箱或类似的变速机构进行试验，是对其进行动力学分析或系统优化的重要前提。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种车用两挡行星变速机构及振动试验装置，适用于需要实现高低挡切换的重型车辆、低速工程类汽车使用，同时也能够满足振动试验的需要。

一种车用两挡行星变速机构及振动试验装置，包括两个电机、第一行星排、第二行星排、制动器Ⅰ、制动器Ⅱ、两组转速转矩传感器、三组应变片和四个膜片联轴器；

其中，电机Ⅰ提供动力输入，电机Ⅱ提供负载；第一行星排和第二行星排均包括一个太阳轮、一个行星架及行星轮组和一个齿圈；制动器Ⅰ对第一行星排的齿圈制动，制动器Ⅱ对第二行星排的行星架Ⅱ制动；三组应变片分别用来测出第一行星排的太阳轮、齿圈和第二行星排的齿圈应力；四个膜片联轴器分别用于连接输入端、输出端和转速转矩传感器以及转速转矩传感器与第一行星排的输入、第二行星排的输出部件；

其连接关系为：电机Ⅰ、电机Ⅱ、第一行星排和第二行星排同轴布置，电机Ⅰ与膜片联轴器Ⅰ相连，膜片联轴器Ⅰ与转速转矩传感器Ⅰ相连，转速转矩传感器Ⅰ又通过膜片联轴器Ⅲ与第一行星排的太阳轮Ⅰ相连；第一行星排的行星架Ⅰ与第二行星轮的齿圈Ⅱ相连；第一行星排的齿圈Ⅰ与第二行星轮的太阳轮Ⅱ相连，第一行星排的齿圈Ⅰ通过制动器Ⅰ制动；第二行星排的行星架Ⅱ通过制动器Ⅱ来制动，第二行星排的齿圈Ⅱ通过膜片联轴器Ⅳ与转速转矩传感器Ⅱ相连，转速转矩传感器Ⅱ又通过膜片联轴器Ⅱ与输出端电机Ⅱ相连；另外还在第一行星排的太阳轮Ⅰ、齿圈Ⅰ和第二行星排的齿圈Ⅱ的齿根处分别布置了应变片Ⅰ、应变片Ⅱ和应变片Ⅲ。

在低挡时，制动器Ⅰ将第一行星排的齿圈Ⅰ制动，由于第二行星排的太阳轮Ⅱ与第一行星轮的齿圈Ⅰ相连，故其也被制动，制动器Ⅱ则不工作。功率从第一行星排的太阳轮Ⅰ输入,由第一行星排的行星架Ⅰ上的连接件传至第二行星排的齿圈Ⅱ，最后由第二行星排的齿圈Ⅱ输出，第二行星排的行星架Ⅱ空转不受力。在低挡时进行振动试验，布置在第一行星排齿圈Ⅰ的齿根处的应变片Ⅲ可测出齿圈Ⅰ齿根处的应力，第一行星排的太阳轮Ⅰ处的应力还有第二行星排的齿圈Ⅱ处的应力也可分别用遥测应变片Ⅰ、遥测应变片Ⅱ用遥测应变仪来测得。分别布置在输入和输出端的转速转矩传感器Ⅰ和转速转矩传感器Ⅱ可分别测出输入端和输出端的转速和转矩。

在高挡时，制动器Ⅱ将第二行星排的行星架Ⅱ制动，制动器Ⅰ不工作；功率输入第一行星排的太阳轮Ⅰ,一方面输入功率依次经过第一行星排的太阳轮Ⅰ、行星轮Ⅰ流入齿圈Ⅰ，传递至第二行星排的太阳轮Ⅱ，经过第二行星排的行星轮Ⅱ，流入第二行星排的齿圈Ⅱ，从第二行星排的齿圈Ⅱ流出行星轮系，通过该种路线传递的功率可称为主功率；另一方面输出功率又流经第一行星排的行星架Ⅰ、行星轮Ⅰ与主功率一起在轮系内部流动，在高挡时进行振动试验，第一行星排太阳轮Ⅰ处的应力以及第二行星排的齿圈Ⅱ处的应力分别用应变片Ⅰ、应变片Ⅱ通过遥测的方法测得。同样，分别布置在输入、输出端的转速、转矩传感器Ⅰ和转速转矩传感器Ⅱ可分别测出输入端和输出端的转速和转矩。

由以上测得的部件应力及输入、输出端的转速和转矩，即可对行星变速机构进行动力学分析、设计优化。

有益效果：本发明将电机、第一行星排、第二行星排同轴布置，机械结构紧凑，可实现高低挡切换，且高挡的传动比较大。将这种变速机构通过串联方式接入传动系统可以对传统的变速器实现倍挡调节，即用较少的齿轮数实现较多的挡位，获得更大的一挡传动比、更高的传递效率、更低的燃油消耗率，并且可以将变速器总成做得相对更小、更经济、更简单；利用本发明中的试验装置，还可以较为精确、方便地得到变速机构的输入、输出端的转速、转矩及行星轮系中关键部件的应力等参数，根据这些参数还可进一步地进行动力学、疲劳强度分析，或对系统进行优化设计。

附图说明

图1为本发明实施的两挡行星变速机构及振动试验装置的结构简图；

图2是制动器Z1制动，用于实现低挡时的功率流示意图；

图3是制动器Z2制动，用于实现高挡时的功率流示意图。

其中：1-电机Ⅰ，2-电机Ⅱ，3-膜片联轴器Ⅰ，4-膜片联轴器Ⅱ，5-膜片联轴器Ⅲ，6-膜片联轴器Ⅳ，7-转速、转矩传感器Ⅰ，8-转速转矩传感器Ⅱ，9-太阳轮Ⅰ，10-行星轮Ⅰ，11-齿圈Ⅰ，12-太阳轮Ⅱ，13-行星轮Ⅱ，14-齿圈Ⅱ，15-连接件，16-行星架Ⅱ，17-行星架Ⅰ，18-制动器Ⅰ，19-制动器Ⅱ，50-应变片Ⅰ，60-应变片Ⅱ，70-应变片Ⅲ。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种车用两挡行星变速机构及振动试验装置，如附图1所示，包括电机Ⅰ1和电机Ⅱ2，电机Ⅰ1提供动力输入，电机Ⅱ2提供负载；第一行星排包括太阳轮Ⅰ9、行星轮Ⅰ10、行星架Ⅰ17和齿圈Ⅰ11；第二行星排包括太阳轮Ⅱ12、行星轮Ⅱ13、行星架Ⅱ16和齿圈Ⅱ14；湿式多片制动器Ⅰ18可将第一行星排的齿圈Ⅰ11制动；湿式多片制动器Ⅱ19可将第二行星排的行星架Ⅰ17制动；转速转矩传感器Ⅰ7和转速转矩传感器Ⅱ8分别用来测出输入端和输出端的转速和转矩；应变片50Ⅰ、应变片60Ⅱ和应变片70Ⅲ分别用来测出第一行星排的太阳轮Ⅰ9、齿圈Ⅰ11和第二行星排的齿圈Ⅱ14应力；四个膜片联轴器，分别用于连接输入端、输出端和转速、转矩传感器以及转速转矩传感器与第一行星排的输入、第二行星排的输出部件。

其连接关系为：电机Ⅰ1、电机Ⅱ2、第一行星排、第二行星排同轴布置，电机Ⅰ1与可衰减的扭矩波动的膜片联轴器Ⅰ3相连，膜片联轴器Ⅰ3与转速转矩传感器Ⅰ7相连，转速转矩传感器Ⅰ7又通过膜片联轴器Ⅲ5与第一行星排的太阳轮Ⅰ9相连；第一行星排的行星架Ⅰ17与第二行星轮的齿圈Ⅱ14相连；第一行星排的齿圈Ⅰ11与第二行星轮的太阳轮Ⅱ12相连，通过制动器Ⅰ18来制动；第二行星排的行星架Ⅱ16通过制动器Ⅱ19来制动，第二行星排的齿圈Ⅱ14通过膜片联轴器Ⅳ6与转速转矩传感器Ⅱ8相连，转速转矩传感器Ⅱ8又通过膜片联轴器Ⅱ4与输出端电机Ⅱ2相连；当作为振动试验装置时，在第一行星排的太阳轮Ⅰ9、齿圈Ⅰ11和第二行星排的齿圈Ⅱ14的齿根处分别布置应变片50Ⅰ、应变片60Ⅱ和应变片70Ⅲ。

在低挡时，如附图2所示，制动器Ⅰ18将第一行星排的齿圈Ⅰ11制动，由于第二行星排的太阳轮Ⅱ12与第一行星轮的齿圈Ⅰ11相连，故其也被制动，制动器Ⅱ19则不工作。功率从第一行星排的太阳轮Ⅰ9输入,由第一行星排的行星架Ⅰ17上的连接件传至第二行星排的齿圈Ⅱ14，最后由第二行星排的齿圈Ⅱ14输出，第二行星排的行星架Ⅱ16空转不受力。在低挡时进行振动试验，布置在第一行星排齿圈Ⅰ11的齿根处的应变片70可测出齿圈Ⅰ11齿根处的应力，第一行星排的太阳轮Ⅰ9处的应力还有第二行星排的齿圈Ⅱ14处的应力也可分别用遥测应变片Ⅰ50、遥测应变片Ⅱ60用遥测应变仪来测得。分别布置在输入和输出端的转速转矩传感器Ⅰ7和转速转矩传感器Ⅱ8可分别测出输入端和输出端的转速和转矩。

在高挡时，如附图3所示，制动器Ⅱ19将第二行星排的行星架Ⅱ16制动，制动器Ⅰ18不工作；功率输入第一行星排的太阳轮Ⅰ9,一方面输入功率依次经过第一行星排的太阳轮Ⅰ9、行星轮Ⅰ10流入齿圈Ⅰ11，传递至第二行星排的太阳轮Ⅱ12，经过第二行星排的行星轮Ⅱ13，流入第二行星排的齿圈Ⅱ14，从第二行星排的齿圈Ⅱ14流出行星轮系，通过该种路线传递的功率可称为主功率，如图中实线所示；另一方面输出功率又流经第一行星排的行星架Ⅰ17、行星轮Ⅰ10与主功率一起在轮系内部流动，如图中虚线所示。在高挡时进行振动试验，第一行星排太阳轮Ⅰ9处的应力还有第二行星排的齿圈Ⅱ14处的应力仍然可以分别用应变片Ⅰ50、应变片60Ⅱ通过遥测的方法测得。同样，分别布置在输入、输出端的转速转矩传感器Ⅰ7和转速转矩传感器Ⅱ8可分别测出输入端和输出端的转速和转矩。

本实施例中，第一行星排的参数k1=1.83,第二行星排的参数k2=2.26,两者的模数m=3，低挡时:传动比（1+k1）=2.83,输出1000r/min时输入转速为2830转，高挡时，传动比（1+k1+k2k1）=6.97,输出1000r/min时输入转速为6970 转。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种车用两挡行星变速机构及振动试验装置，其特征在于，包括：两个电机、第一行星排、第二行星排、制动器Ⅰ、制动器Ⅱ、两组转速转矩传感器、三组应变片和四个膜片联轴器；

其中，电机Ⅰ提供动力输入，电机Ⅱ提供负载；第一行星排和第二行星排均包括一个太阳轮、一个行星架及行星轮组和一个齿圈；三组应变片分别用来测出第一行星排的太阳轮、齿圈和第二行星排的齿圈应力；四个膜片联轴器分别用于连接输入端、输出端和转速转矩传感器以及转速转矩传感器与第一行星排的输入、第二行星排的输出部件；

其连接关系为：电机Ⅰ、电机Ⅱ、第一行星排和第二行星排同轴布置，电机Ⅰ与膜片联轴器Ⅰ相连，膜片联轴器Ⅰ与转速转矩传感器Ⅰ相连，转速转矩传感器Ⅰ又通过膜片联轴器Ⅲ与第一行星排的太阳轮Ⅰ相连；第一行星排的行星架Ⅰ与第二行星轮的齿圈Ⅱ相连；第一行星排的齿圈Ⅰ与第二行星轮的太阳轮Ⅱ相连，第一行星排的齿圈Ⅰ通过制动器Ⅰ制动；第二行星排的行星架Ⅱ通过制动器Ⅱ制动，第二行星排的齿圈Ⅱ通过膜片联轴器Ⅳ与转速转矩传感器Ⅱ相连，转速转矩传感器Ⅱ又通过膜片联轴器Ⅱ与输出端电机Ⅱ相连；另外还在第一行星排的太阳轮Ⅰ、齿圈Ⅰ和第二行星排的齿圈Ⅱ的齿根处分别布置了应变片Ⅰ、应变片Ⅱ和应变片Ⅲ。

2.如权利要求1所述的车用两挡行星变速机构及振动试验装置，其特征在于，在低挡时，制动器Ⅰ将第一行星排的齿圈Ⅰ制动，由于第二行星排的太阳轮Ⅱ与第一行星轮的齿圈Ⅰ相连，故其也被制动，制动器Ⅱ则不工作；功率从第一行星排的太阳轮Ⅰ输入,由第一行星排的行星架Ⅰ上的连接件传至第二行星排的齿圈Ⅱ，最后由第二行星排的齿圈Ⅱ输出，第二行星排的行星架Ⅱ空转不受力；在低挡时进行振动试验，布置在第一行星排齿圈Ⅰ的齿根处的应变片 Ⅲ可测出齿圈Ⅰ齿根处的应力，第一行星排的太阳轮Ⅰ处的应力以及第二行星排的齿圈Ⅱ处的应力分别用遥测应变片Ⅰ、遥测应变片Ⅱ用遥测应变仪来测得；分别布置在输入和输出端的转速转矩传感器Ⅰ和转速转矩传感器Ⅱ可分别测出输入端和输出端的转速和转矩。

3.如权利要求1所述的车用两挡行星变速机构及振动试验装置，其特征在于，在高挡时，制动器Ⅱ将第二行星排的行星架Ⅱ制动，制动器Ⅰ不工作；功率输入第一行星排的太阳轮Ⅰ,一方面输入功率依次经过第一行星排的太阳轮Ⅰ、行星轮Ⅰ流入齿圈Ⅰ，传递至第二行星排的太阳轮Ⅱ，经过第二行星排的行星轮Ⅱ，流入第二行星排的齿圈Ⅱ，从第二行星排的齿圈Ⅱ流出行星轮系；另一方面输出功率又流经第一行星排的行星架Ⅰ、行星轮Ⅰ与主功率一起在轮系内部流动，在高挡时进行振动试验，第一行星排太阳轮Ⅰ处的应力以及第二行星排的齿圈Ⅱ处的应力分别用应变片Ⅰ、应变片Ⅱ通过遥测的方法测得；同样，分别布置在输入、输出端的转速转矩传感器Ⅰ和转速转矩传感器Ⅱ可分别测出输入端和输出端的转速和转矩。