CN100561011C - 活齿自动变速器 - Google Patents

Abstract

活齿自动变速器，包括固定在壳体上的输入轴、输出轴和与输入轴、输出轴交叉的复合中间体，其特征在于复合中间体的中间轴两端通过轴承、螺栓将一对容纳活齿的环形体对称装配，中间体上分别安装活齿复位盘、交叉于中间轴安装有丝杠和滑轨，输入轴、输出轴壳体内端分别安装叠式齿盘，与环形体中活齿面成5°～20°夹角设置，并有部分接触；叠式齿盘的直齿与环形体上的活齿相遇时，形成相适应的齿槽；中间体可与两端输入轴、输出轴作交叉往复移动，并带动两端环形体沿叠式齿盘圆锥母线作径向移动，从而变换叠式齿盘上的直齿与环形体内的活齿交替啮合的数量，实现变速的功能。成本低，结构简单，大扭力，维护、控制方便实现高可靠性等优点。

Description

活齿自动变速器

技术领域

本发明涉及自动变速器，特别涉及一种活齿自动变速器。

背景技术

汽车采用自动变速器具有操作容易、驾驶舒适、能减少驾驶者疲劳的优点，已成为现代轿车配置的一种发展方向。装有自动变速器的汽车能根据路面状况自动变速变矩，驾驶者可以全神贯地注视路面交通而不会被换挡所扰。

现有的自动变速器主要有以下几种形式：AT(液力变扭器自动变速器)、CVT(机械无级自动变速器)、AMT(电控机械自动变速器)。

AT(液力变扭器自动变速器)由于精度高，控制系统完善，在中高档汽车中有广泛应用，但是由于它采用的是液压油来传递动力，存在效率低下，成本高，换档反映不灵敏等一系列的先天缺陷。这种AT结构的最高效率一般只有82％~86％左右，而机械传动的效率可达95％~97％。由于传动效率低，使汽车的燃油经济性有所降低；另外，由于自动变速器的结构复杂，相应的维修技术也较复杂，要求有专门的维修人员，具有较高的修理水平和故障检查分析的能力。

CVT(机械无级自动变速器)无疑是变速比较平稳的自动变速器，但是它也有其弱点，一是摩擦传动使CVT实现大功率的无极变速传动是极为困难的；二是摩擦传动使CVT传动功率低是必然的；三是摩擦传动使CVT的效率，功率明显低于齿轮变速结构，无法相比；四是CVT操控系统复杂，成本高，维修困难。

AMT(电控机械自动变速器)是在手动变速器的基础上增加自动控制装置的一种变速器，因此AMT实际上是由一个机器人系统来完成操作离合器和选档的两个动作。AMT的核心技术是微机控制，电子技术及质量将直接决定AMT的性能与运行质量。现在的主要问题是换档精确度不高，换挡时的冲击感太明显，动力中断，驾驶不舒适，技术不够成熟等等。

发明内容

本发明的目的就是提供一种活齿自动变速器，是三维运动的齿轮变速结构，传动结构优化，可以充分满足发动机传动扭力的要求，并提高效率、降低能耗。

本发明的活齿自动变速器，包括固定在壳体上的输入轴、输出轴和与所述输入轴、输出轴交叉的复合中间体，其特征在于复合中间体的中间轴两端通过轴承、螺栓将一对容纳活齿的环形体对称装配，复合中间体上还在环形体内侧分别安装活齿复位盘、交叉于中间轴在壳体上安装有丝杠和滑轨，输入轴、输出轴在壳体内端分别安装叠式齿盘，叠式齿盘与环形体的活齿面成5°～20°夹角设置，并有部分接触；输入、输出轴端的叠式齿盘的直齿与环形体上的活齿相遇时，圆面相切并迫使活齿沿环形体轴向运动，形成相适应的齿槽；复合中间体可与两端输入轴、输出轴作交叉往复移动，并带动两端环形体沿输入、输出叠式齿盘圆锥母线作径向移动，从而变换叠式齿盘上的直齿与环形体内的活齿交替啮合的数量，实现变速的功能。

本发明的活齿自动变速器具有成本低，结构简单，扭矩大，效率高，维护、控制方便，高可靠性等优点。

本发明中的设计分别具有如下功能：输入、输出叠式齿盘上的输入齿盘、输出齿盘与输入、输出轴的装配有一定的间隙并且通过扭力弹簧与输入、输出轴连接，此种机构形成了在输入、输出轴传递动力的过程中，输入齿盘、输出齿盘会根据所夹活齿的不同做一定的自适应调整，以实现减小冲击与降噪的功能。输入、输出圆锥盘上的直齿可实现圆弧齿达到传递动力的目的。输入、输出叠式齿盘和中间体中的环型体位置可以互换，以实现变速变矩的功能。

附图说明

图1是活齿自动变速器结构剖示图；

图2是环形体21主视图，图3是图2侧剖图；

图4是叠式输入齿盘5示意图；

图5是与图4配合使用的叠式输出齿盘6示意图；

图6是叠式输入、输出齿盘5、6圆心处的调整片示意图；

图7是叠式输入、输出齿盘5、6结构示意图；

图8是活齿复位盘9剖视图；

图9是复合中间体15左视图，图10复合中间体15剖视图；

图11是环形体中的涨圈挡片10主视图；

图12是活齿19、20主视图；

图13a是叠式齿盘上盘26主视图；

图13b是图13a的上盘26圆锥剖视图；

图14a是叠式齿盘中盘27主视图；

图14b是图14a的中盘27圆锥剖视图；

图15a是叠式齿盘下盘28主视图；

图15b是图15a的下盘28圆锥剖视图；

具体实施方式

活齿自动变速器，见图1，包括固定在壳体14上的输入轴1、输出轴16，和与所述输入轴1、输出轴16交叉的复合中间体15，壳体14与轴向端盖13由螺栓4紧固为一体，其特征在于输入轴1、输出轴16内端分别安装有叠式输入齿盘5、输出齿盘6，中间体15(复合中间体简称中间体)的中间轴17两端通过轴承2、螺栓4将容纳活齿19、活齿20的环形体21对称安装组合，还在环形体21内侧分别安装两个活齿复位盘9，交叉于中间轴17在壳体14上安装有丝杠12与滑轨11；将中间轴17上的对称环形体21的活齿面与其两端的输入轴1、输出轴16上的叠式输入齿盘5、输出齿盘6部分接触，使输入轴1、输出轴16与环形体21活齿面成5°~20°夹角设置；中间体15可与两端输入轴1、输出轴16作交叉往复移动，输入轴1、输出轴16在壳体14内端的叠式输入齿盘5、输出齿盘6及其对称侧叠式齿盘的直齿与环形体21上的活齿19、活齿20圆面相切并压下，直齿与活齿相遇形成相适应的齿槽，随输入轴1、输出轴16转动的直齿与环形体21内的活齿19、活齿20动态交替啮合，使活齿19、活齿20沿环形体21轴向运动。

本发明的复合中间体15如图9、10所示：中间体15的形状：管状外周有垂直于管轴向的对称柄，柄上分别有丝杠12的调速孔和滑轨11孔。中间轴17装入中间体15管的中心孔内，两端与环形体21装配，并由中间轴固定螺栓7紧固。两根滑轨11和丝杠12安装对称柄的孔中，并交叉于中间轴17固定在壳体14上，通过控制丝杠12的转动使中间体15在滑轨11上直线往复移动。

两个环形体21如图2所示：每个环形体21上面均分布着两圈圆柱形齿槽23、齿槽24，每圈齿槽23、齿槽24内均有圆周相交的轴向通孔，如图3所示为两个上下不等径圆柱形孔，环形体21的圆心也是两个不等径孔。每面齿槽中插入多枚可轴向移动的活动齿柱，活齿19、活齿20为四个不等径圆柱体，见图12：其大径柱体构成环形体上的齿孔表面，大径凸出部与环形体21上的齿槽配合传输力矩，中径与环形体相应部分配合起导向作用，尾段与装配在环形体21上的弹性涨圈8相接触，约束活齿按设计要求运动。活齿19、活齿20的中径与环形体21槽孔相应部分配合起导向作用，活齿19、活齿20的尾段与装配在环形体21上的弹性涨圈8相接触，见图11：约束活齿19、活齿20按设计要求运动。

两组叠式输入齿盘5、输出齿盘6，如图4、5所示：叠式输入齿盘5一面圆盘上有沿圆锥母线分布的直齿，齿的截面宽度不等并有台；输出齿盘6的圆盘上沿圆锥母线交替分布直齿和齿孔，直齿的宽度相等，齿孔的尺寸略大于输入齿盘5上的直齿尺寸。输入齿盘5、输出齿盘6圆心为与调整片形状相同的孔，调整片22见图6：通过调整片22弹簧25将输入齿盘5的直齿套入输出齿盘6的齿孔内组合为叠式齿盘，分别用螺栓3安装在输入轴1、输出轴16花键上，见图7。花键与输入、输出轴间有一定的活动空间，通过弹簧使得两个输入、输出叠式齿盘在变速器工作过程中可以作自适应的调整。

活齿复位盘9如图8所示：由圆盘与管构成环台，管内孔壁与外壁均有各自轴心。活齿复位盘9通过轴承2固定在中间体15的环形体21内侧，并与中间轴17的轴向呈5°~20°夹角，跟环形体21同步转动。在转动过程中活齿复位盘9与环形体21中的活齿19、活齿20尾端摩擦接触，起到推动活齿复位的作用。

涨圈挡片10如图11所示：为环型薄片结构，环面上有两圈孔，弹性涨圈8为环形，置于中间体15内，与涨圈挡片10一并通过卡簧18固定在环型盘内侧的15上。弹性涨圈8和涨圈挡片10一组或多组相互配合与活齿19、活齿20的尾段相接触，起到固定活齿位置的作用。

本发明的变速器中叠式齿盘可以使用两层或两层以上结构。现以三层为例，如图13a、b，14a、b，15a、b所示：叠式齿盘的上盘26为沿圆锥母线分布直齿，在直齿之间有连续的齿槽；叠式齿盘的中盘27的直齿和齿槽相邻，并与另一对直齿和齿槽之间有空位；叠式齿盘的下盘28为少数直齿均匀分布在圆盘上，直齿间有较大空位。

叠式齿盘各个圆盘一面上均有沿圆锥母线交替分布的直齿、或直齿和齿槽，上盘26、中盘27、下盘28依次叠加组合为一体的叠式齿盘；下盘28的直齿穿过中盘27的齿槽，组合后凸出的直齿再穿过上盘26上的齿槽，在各盘之间安装有弹簧25与调整片22，对称的叠式齿盘由螺栓3装配到输入轴1、输出轴16上，组成三层输入、输出叠式齿盘。

随着车速的变化，自动变速机构通过内置芯片和软件的计算并发出指令通过驱动电机带动蜗杆转动，蜗杆的转动会驱动复合中间体的移动，从而改变叠式输入与输出齿盘5、6相切活齿的数量，以达到改变输入与输出齿盘转速的变化，导致汽车速度与传递力矩的改变。

在叠式输入、输出齿盘与活齿相切的过程中，输入、输出齿盘上的直齿会压下环型盘上的活动齿柱，随着两个叠式输入、输出齿盘的转动，叠式齿盘与复位盘的夹角不断变小，在这个连续运动中，被叠式齿盘直齿所压下的活齿就会在复位盘的推动下不断的上移，当复位盘与叠式齿盘夹角变为最小时，活齿就会被复位盘复位到初始状态下，随着发动机的转动，就形成了连续的运动过程。

使用状态时当输入圆锥盘在发动机的带动下开始转动，此时输入叠式齿盘上的直齿与复合中间体上的输入端环形体上的活齿相切，活齿交替被压下，相邻没压到的齿柱形成齿槽与叠式齿盘直齿接触，配合传输力矩，带动输出端的环形体上的活齿与输出轴叠式齿盘相切，达到了传动动力的目的。

Claims (8)

1、一种活齿自动变速器，包括固定在外壳上的输入轴、输出轴和与所述输入轴、输出轴交叉的复合中间体，其特征在于输入轴、输出轴之间通过叠式齿盘与复合中间体中环形体上的活齿相啮合，复合中间体的中间轴两端通过轴承、螺栓将容纳活齿的环形体对称组合，复合中间体上还在环形体内侧分别安装活齿复位盘，并交叉于中间轴在外壳上安装有丝杠和滑轨，输入轴、输出轴在壳体内端分别安装有啮合的叠式齿盘，叠式齿盘与中间轴两端环形体中的活齿面成5°～20°夹角设置，并有部分接触；复合中间体可与两端输入轴、输出轴作交叉往复移动，叠式齿盘上的直齿可与环形体内的活齿动态交替啮合。

2、根据权利要求1所述的活齿自动变速器，其特征在于两个环形体：每个环形体(21)圆心为两个不等径孔，圆周内均分布着外圈齿槽(23)、内圈齿槽(24)，各齿槽内均有圆周相交的不等径孔，两槽内的孔径不等，各齿槽的孔为轴向两个不等径通孔；每面齿槽中插入多枚可轴向移动的活齿(19、20)。

3、根据权利要求1所述的活齿自动变速器，其特征在于活齿(19、20)形状相同、规格不同，均为圆柱体，有四个不等径，其大径柱体端在外圈齿槽(23)、内圈齿槽(24)内构成环形体上的齿孔表面。

4、根据权利要求1所述的活齿自动变速器，其特征在于叠式输入齿盘(5)、输出齿盘(6)为一组，输入齿盘(5)一面圆盘上有沿圆锥母线分布的直齿，齿的截面宽度不等并有台；输出齿盘(6)的圆盘上沿圆锥母线交替分布直齿和齿孔，齿孔的尺寸略大于输入齿盘(5)上的直齿尺寸；输入齿盘(5)、输出齿盘(6)圆心为与调整片(22)形状相同的孔，通过调整片(22)、弹簧(26)将输入齿盘(5)的直齿套入输出齿盘(6)的齿孔内组合为叠式齿盘，两组齿盘分别通过螺栓(25)安装在输入轴(1)、输出轴(16)花键上。

5、根据权利要求1所述的活齿自动变速器，其特征在于叠式齿盘有两层以上结构：下盘(28)圆盘一面上有沿圆锥母线分布的直齿、上盘(26)、中盘(27)一面上均有交替分布的直齿和齿槽，上盘(26)、中盘(27)、下盘(28)依次叠加组合为一体的叠式齿盘：下盘(28)上的直齿穿过中盘(27)的齿槽，组合后凸出的直齿再穿过上盘(26)上的齿槽，在各盘之间安装有弹簧(25)与调整片(22)，对称的叠式齿盘通过由螺栓(3)装配到输入轴(1)、输出轴(16)上，组成三层输入、输出叠式齿盘。

6、根据权利要求1所述的活齿自动变速器，其特征在于活齿复位盘(9)由圆盘的环台构成，环台内孔壁和外壁有各自的轴心；活齿复位盘(9)通过轴承(2)固定在中间体(15)的环形体(21)内侧，并与中间轴(17)轴向呈夹角，跟环形体(21)同步转动。

7、根据权利要求1所述的活齿自动变速器，其特征在于涨圈挡片(10)为环型薄片结构，环面上有两圈圆孔，弹性涨圈(8)为环形，与涨圈挡片(10)一并通过卡簧(18)固定在环形体(21)内侧的中间体(15)上。

8、根据权利要求1所述的活齿自动变速器，其特征在于中间体(15)的形状：管状外周有垂直于管轴向的对称柄，柄上分别有丝杠(12)的调速孔和滑轨(11)孔，管的中心孔可容纳中间轴(17)。

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