本发明涉及一种机械式自动变速器。

现有的单行星齿轮变速器包括：一作为输入齿轮的内环齿圈，一作为输出 齿轮的外凸齿轮和一组行星轮，行星轮组设置在内环齿圈和外凸齿轮之间，并 分别与二者啮合传动。在输入齿轮轴上可以取到较低的转速和较高的力矩，在 输出齿轮轴上可以取到较高的转速和较低的力矩，输入齿轮和输出齿轮二者的 转动方向相反。这就造成：1、当负载使用输入齿轮或输出齿轮轴上的不同转 速或输出力矩时，需要转换与负载连接轴上的传动方向，连接和控制装置复杂。 2、输入齿轮和输出齿轮的输出力矩或转速不能自动变换，一般负载启动时所 需力矩较大，如果仅使用输出齿轮的输出力矩，有时可能带不动。但是如果使 用输入齿轮的输出力矩直接带动，则负载启动后，即使不需要那么大的力矩， 也不能自动转换为使用输出齿轮的输出力矩，因此达不到启动后较高的转速要 求。

针对上述问题本发明的目的是提供一种可以根据负载力矩的需要，自动变 换输出力矩或转速的机械式自动变速器。

为实现上述目的，本发明采取以下设计：一种机械式自动变速器，它包括 至少一列动力传动装置，所述传动装置包括输入齿轮，输出齿轮，行星轮及安 装所述行星轮的自由轮架，其特征在于：所述行星轮为数量相同的两组，两组 所述行星轮安装在同一所述自由轮架上，其中一组与所述输入齿轮啮合，另一 组与所述输出齿轮啮合，所述输入齿轮、输出齿轮及自由轮架分别转动地安装 在同一根定轴上。

上述每一组所述行星轮中的行星轮数量可以是1-3个。

为了扩大本发明的变速或变力矩范围，所述动力传动装置可以是一列以上， 将前一列所述动力传动装置中的所述输出齿轮与后一列所述动力传动装置中的 所述输入齿轮连接。

上述多列动力传动装置的数量可以是3-5列。

本发明可以是以下结构形式，即所述输入齿轮为内环齿圈，所述输出齿轮 为外凸齿轮，两组所述行星轮分别设置在所述自由轮架同一侧的两组伸出轴上， 两组所述伸出轴位于所述自由轮架的两个圆周上，所述两组行星轮互相对应啮 合，且靠近外侧圆周的一组所述行星轮与所述输入齿轮啮合，靠近中心圆周上 的一组所述行星轮与所述输入齿轮啮合。

本发明还可以是以下结构形式，即两组所述行星轮分别设置在伸出所述自 由轮架左右两侧的同一根伸出轴上。

以上结构形式又可以分为：所述输入齿轮和输出齿轮均为内环齿圈，或者 所述输入齿轮和输出齿轮均为外凸齿轮。

而所述输入齿轮与输出齿轮均为外凸齿轮的结构形式中的输入齿轮和输出 齿轮可以是连体齿轮。

而无论所述输入齿轮和输出齿轮均为内环齿圈还是外凸齿轮，两组所述行 星轮中相互对应的一对所述行星轮均可以是连体齿轮。

本发明由于采取以上设计，其具有以下优点：1、本发明由于在输入齿轮 和输出齿轮之间设置数量相同的两组行星轮，将两组行星轮安装在同一自由轮 架上，使其中一组与输入齿轮啮合，另一组与输出齿轮啮合，同时将所述输入 齿轮、输出齿轮及自由轮架分别转动地安装在同一根定轴上，因此输入齿轮和 输出齿轮具有相同的转动方向，省去了换向装置，使结构简单，连接安装及操 作方便。2、本发明由于使输入齿轮和输出齿轮具有相同的传动方向，因此， 当负载的启动力矩较大，输出齿轮的输出力矩不够时，输出齿轮可以通过两组 行星轮与输入齿轮自动形成“锁定”状态，由输入齿轮直接带动负载启动；而 当负载启动后，负载力矩下降至小于输出齿轮的输出力矩时，各轮之间的“锁 定”状态即被自动解除，输出齿轮又可以继续带动负载力矩以较高的转速运行， 从而达到了根据需要自动变换输出力矩和自动变换转速的目的。3、本发明由 于可以在设置一列由输入齿轮、输出齿轮和两组行星轮组成的动力传动装置的 基础上，再增设至两列，三列以及更多列动力传动装置，并可以非常方便将前 一列的输出齿轮连接至下一列的输入齿轮上，从而使本实用新型可以根据需要 设置多个变速档位，达到负载力矩的多种换挡要求。4、本实用新型由于可以 灵活采取各种结构方式，因此提供了为实现本发明发明目的多种可行性，使本 发明的产品具有广阔的发展前景。5、由于本实用新型采用比较简单的机械式 结构，因此在省去了较多的电路控制系统的情况下，就可以达到根据需要自动 变换转速或输出力矩的要求。它可以广泛用于各种汽车、发动机或其它带动负 载的动力传动装置中。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明原理示意图

图2是图1的侧面示意图

图3是本发明结构示意图

图4是本发明的另一个实施例

图5是本发明的再一个实施例

图6是图5中连体齿轮结构示意图

图7是图5中自由轮架结构示意图

如图1、图2、图3所示，本发明是由一列或一列以上结构基本相同的动力 传动装置互相串联组成。其中每一列动力传动装置包括一个作为输入齿轮的内 环齿圈1，一个作为输出齿轮的外凸齿轮2，一个安装行星轮的自由轮架3。上 述三者1、2、3分别转动地安装在同一根定轴4上，自由轮架3也可以转动地安 装在外凸齿轮2的输出轴外圆周上。在自由轮架3的同一侧的两个不同圆周上分 别具有一组数量相同、位置对应的伸出轴5、6。在靠近外侧圆周上的一组伸出 轴5上设置有与内环齿圈1啮合的一组行星轮7，在靠近中心圆周上的一组伸出 轴6上设置有与外凸齿轮2啮合的另一组行星轮8，且两组行星轮中相互对应的 行星轮7、8互相啮合。每组行星轮7、8均可以在自由轮架3上的各自伸出轴5、 6上顺时针或逆时针方向自由转动(自转)，也可以随自由轮架3一起绕定轴4 作整体转动(公转)。当本发明为一列以上动力传动装置串联在一起使用时， 定轴4即为整个串联体的定轴，只须将前一列作为输出齿轮的外凸齿轮2与后 一列作为输入齿轮的内环齿圈1连接在一起，将自由轮架3安装在前一列输出齿 轮和后一列输入齿轮的连接轴外圆周上即可。一般在使用本发明时，需要在整 个结构的前端设置一个与第一列内环齿圈1连接的动力送入齿轮9，而在整个 结构的末端设置一个与最后一列外凸齿轮2连接的动力送出齿轮10。

上述实施例中，两组行星轮7、8的轮齿数量可以相同，那样，两组行星轮 7、8在变速传动过程中相当于一组行星轮，其作用是改变传动方向，使输出 齿轮与输入齿轮具有相同的传动方向。而当位于自由轮架3外侧圆周的一组行 星轮7的轮齿数量大于或小于位于中心圆周的一组行星轮8的轮齿数量时，则既 改变了传动方向，又改变了传动速比，这在实际应用中都是可能采用的。

上述各实施例中，由输入齿轮、输出齿轮和两组安装在同一自由轮架上的 行星轮组成的动力传动装置的列数，可以根据实际需要-变速或变力矩的要求 确定，其可以是一列、两列、三列或三列以上，一般有三至五列即可满足需要。 另外在上述实施例中，两组相同数量的行星轮中的每组行星轮数量可以是一个、 两个或三个，当然也可以是三个以上，这可以根据结构需要确定。

实施例二如图4所示，本发明还可以采取以下结构型式，首先在自由轮 架11的同一圆周上仅设置一组伸出轴12，而该组伸出轴中的每根伸出轴12均向 自由轮架11的左右两侧伸出，在这组伸出轴12的左右两侧分别设置一组行星轮 13、14，两组行星轮13、14具有相同的传动方向和转动速度。将左侧的一组 行星轮13与一个作为输入齿轮的内环齿圈15啮合，将右侧的一组行星轮14与作 为输出齿轮的另一个内环齿圈16啮合。当本实施例采用多列动力传动装置串联 时，只需将前一列作为输出齿轮的内环齿圈16与后一列作为输入齿轮的内环齿 圈15连接在一起，并如实施例一一样，在整个串联体的前端设置一个与第一列 输入齿轮连接的动力送入齿轮9，而在整个串联体的末端设置一个与最后一列 输出齿轮连接的与动力送出齿轮10即可。

从上述实施例的叙述和附图中可以看出，各传动齿轮之间存在着这样的齿 数关系，如果整个机构是加速传动，而假设作为输入和输出齿轮的轮齿数量相 等，那么位于内环齿圈15一侧的行星轮组中的每个行星轮13的轮齿数量应该小 于位于内环齿圈16一侧的行星轮14的轮齿数量。如果整个机构仍为加速传动， 而两组行星轮的轮齿数量相同，那么位于输入齿轮的内环齿圈15的轮齿数量应 大于作为输出齿轮的内环齿圈16的轮齿数量。当然还有第三种情况，即在左侧 一组行星轮13的轮齿数量小于右侧一组行星轮14的轮齿数量的同时，内环齿圈 15的轮齿数量仍大于内环齿圈16的轮齿数量。在上述论述由是以加速传动为 例，如果是减速传动，那么轮齿数量的关系亦随之变化，这是一般常识，不再 赘述。为实现上述轮齿数量的变化而采用的结构设计，可以通过各种方式实现， 比如，采用不同的齿型参数等。

实施例三如图5所示，本实施例的原理与实施例二基本相同。首先，两 组行星轮13、14在自由轮架17上的设置相同，其不同仅在于作为输入齿轮的是 一个外凸齿轮18，而作为输出齿轮的也是一个外凸齿轮19，两个外凸齿轮18、 19分别转动地连接在定轴4上，通过外齿与围绕其四周的行星轮组中的行星轮 啮合13、14啮合，而不是像实施例二中的内环齿圈15、16那样通过内齿与行星 轮组中的行星轮13、14啮合。当本实施例采用多列动力传动装置串联时，只需 将前一列作为输出齿轮的外凸齿轮19与后一列作为输入齿轮的外凸齿轮18连接 在一起，并如实施例一一样，在整个串联体的前端设置一个与第一列输入齿轮 连接的动力送入齿轮9，而在整个串联体的末端设置一个与最后一列输出齿轮 连接的动力送出齿轮10即可。

在实施例二和实施例三中可以看到，在具体结构设计中，一对左右伸出的 行星轮13、14既可以做成两个齿轮分别安装在输出轴上(如图4所示)，也可 以做成连体齿轮(如图5、图6所示)，这时的自由轮架17(如图7所示)应该是 外圆周可开合的，以便整体放入一对连体行星轮13、14。如图5所示，第一列 作为输入齿轮的外凸齿轮18可以与动力送入齿轮9做成一对连体齿轮，每一列 的输出齿轮都可以与下一列的输入齿轮做成一对连体齿轮，最后一列作为输出 齿轮的外凸齿轮19可以与动力送出齿轮10做成一对连体齿轮。

当本发明操作的时候，整个装置的动力送入齿轮9带动第一列动力传动装 置的输入齿轮转动，两组行星轮可以有两种运动方式，一种方式是：自由轮架 相对机体不动，而两组行星轮分别在自由轮架的伸出轴上自转，将力矩传递给 输出齿轮，输出齿轮则以与输入齿轮相同的方向，将力矩或转速传递给下一列 动力传动装置的输入齿轮，最后一列的输出齿轮通过动力送出齿轮将整个动力 传动装置的力矩或转速传递给负载。而两组行星轮的另一种运动方式是：在负 载力矩的作用下，自由轮架相对机体转动，两组行星轮分别既在各自的伸出轴 上自转，又随自由轮架沿定轴作公转。

从以上结构设置可以看到本机构在两个方面与其它机构不同，一、由于设 置了两组行星轮，并将输入齿轮、输出齿轮和自由轮架设置在同一定轴上，因 此，本机构不用设置换向装置，就可以分别取到所需的同一传动方向的力矩或 转速。二、由于当一列输出齿轮的输出力矩小于或等于加在其上的负载力矩时， 其不能带动负载启动，输出齿轮、两组行星轮与输入齿轮之间则处于“锁定” 状态，互相之间无相对运动，使整个装置以输入齿轮的输出力矩带动负载转动。 而当负载启动后，负矩力矩逐步减小至输出齿轮的输出力矩以下时，各齿轮之 间的“锁定”状态即被解除，输出齿轮又可以自动带动负载以较高的转速运行。 因此，本机构具有自动变换转速或变换输出力矩的“锁定”和“解锁”功能。

在上述多列传动装置在传动过程中，每列传动装置都可以具有上述论述的 两种运动状态，而在“锁定”和“解锁”的功能上，既可以在输入力矩不变的 情况下，根据负载变化的需要，增加或减少“锁定”的组数，得到多种不同的 输出力矩或转速，也可以在负载力矩不变的情况下，根据输入力矩变化的需要， 增加或减少“解锁”组数。下面以由三列动力传动装置组成的本发明为例，对 本发明的“锁定”和“解锁”功能的应用加以说明：

如图1所示，当汽车发动机起步时负载力距很大，在这种情况，起步需要 大力距低速度。其通过减速机构输出的低速度大力距，直接作用于负载，第一 列、第二列、第三列都被负载力距“锁定”而变成直接力距输出，如果把直接 传动定为一档，也可以叫起步档。

当第三列、第二列被“锁定”，而第一列未被“锁定”时，第三列和第二 列同步转动，输入力距和输出力距相等，因第一列未被“锁定”，此时就是传 动第一列的力距和速度。那么就可以将起步后，第一列未被“锁定”，而二列 三列被“锁定”为二档。

现设“锁定”为Q，未锁为W，那么起步时三列动力传动装置的状态为：

Q1    Q2    Q3    一档、起步档、直接档

W1    Q2    Q3    二档

W1    W2    Q3    三档

W1    W2    W3    四档

Q1、Q2、Q3为三列双行星轮均被负荷力距锁定。

W1、Q2、Q3为第二、三列被负荷力距“锁定”，而第一列未被“锁定”。

W1、W2、Q3为第三列被“锁定”，而第一、二列未被“锁定”。

W1、W2、W3为三列都未被“锁定”，输出为最大速度和最小力距。

在实际情况中一般负载力矩的变化是动态的，本发明自动变速也能在这种 情况动运用，它的档位也是频繁变化的，变速过程是各齿轮组自动选择最适合 的“锁定”和“解锁”的过程，这是其它类型变速器无法比拟的。