CN101290043B - 齿轮多级变速装置 - Google Patents

Abstract

一种齿轮多级变速装置，包括主动轴(2)、从动轴(1)和箱体(15)，其特征是：箱体(15)内装有一个固定于从动轴(1)上的齿盘(12)，齿盘(12)盘面上设有N个与齿盘(12)同心的锥齿圈(3)；主动轴(2)上装有N个与锥齿圈(3)对应配合的锥齿轮(5)，构成N对齿轮副；每对齿轮副之间设计成不同的齿比，从而每对齿轮副有不同的转速比；每个锥齿轮(5)与主动轴(2)之间设有控制该锥齿轮(5)与主动轴(2)之间的离合状态的控制装置，该控制装置使齿轮多级变速装置在同一时刻，只能有一个锥齿轮(5)与主动轴(2)之间相对固定，其余锥齿轮(5)仅仅是活动地套在主动轴(2)上。

Description

齿轮多级变速装置

一、技术领域

本发明属于一种机械传动变速机构，具体涉及一种可以适用于各种变速机构的齿轮多级变速装置，该装置与汽车差速器结合时可以使汽车变速装置结构更为紧凑，运行更为可靠。

二、背景技术

齿轮变速装置是机械传动领域的基本机构之一。在现有技术中，人们设计出了多种形式的齿轮变速装置，本发明试图提供一种与现有技术的思路完全不同的结构简单可靠的齿轮多级变速装置。

三、发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，设计一种结构简单紧凑，制造和组装方便，成本低的既可手动控制又可自动控制的齿轮多级变速装置。

本发明的基本思路是：设计一个固定于从动轴上的齿盘，齿盘盘面上设有N个与齿盘同心的锥齿圈，锥齿圈可以是固定于齿盘盘面上的另制零件，也可以是在齿盘盘面上直接开齿；在齿盘盘面上沿齿盘的半径方向设有主动轴，主动轴上装有N个与锥齿圈一一对应配合的锥齿轮，构成N对齿轮副；每对齿轮副之间设计成不同的齿比，从而每对齿轮副有不同的转速比；在每个锥齿轮与主动轴之间设有控制该锥齿轮与主动轴之间的离合状态的控制装置，该控制装置使齿轮多级变速装置在同一时刻，只能有一个锥齿轮与主动轴之间相对固定传递动力，其余锥齿轮5仅仅是活动地套在主动轴2上随相应的锥齿圈空转。从而只要控制不同的锥齿轮与主动轴之间的离合状态，就可以实现固定于齿盘中心的从动轴的转速发生变化，达到齿轮多级变速的目的。

本发明的具体实现方案是：

一种齿轮多级变速装置，包括主动轴、从动轴和箱体，其特征是：

箱体内装有一个固定于从动轴上的齿盘，齿盘盘面上设有N个与齿盘同心的锥齿圈；

主动轴设置于齿盘的半径方向，主动轴上装有N个与锥齿圈一一对应配合的锥齿轮，构成N对齿轮副；

每对齿轮副之间设计成不同的齿比，从而每对齿轮副有不同的转速比；

在每个锥齿轮与主动轴之间设有控制该锥齿轮与主动轴之间的离合状态的控制装置，该控制装置使齿轮多级变速装置在同一时刻，只能有一个锥齿轮与主动轴之间相对固定，其余锥齿轮仅仅是活动地套在主动轴上。

控制装置可以采用多种方式实现，只要能随时控制锥齿轮与相应的锥齿圈在工作状态与非工作状态之间转换即可，相当于开关的开或闭状态转换。为此，可以设计成锥齿轮与相应的锥齿圈随时脱离啮合，或啮合但处于不传递动力的空转状态。如可以采用拨叉机构让锥齿轮随时脱离相应的锥齿圈或主动轴。

在本发明中，齿盘可以是如陀螺形的锥形盘面，也可以是平面形盘面。齿盘上还可以有两组由主动轴带动的锥齿轮。

进一步的方案是：

在齿盘上还设有倒挡锥齿圈；

在主动轴上固定有倒挡齿轮；

倒挡齿轮与一传动齿轮啮合构成一对齿轮副，传动齿轮中心固定有中间传动轴，在中间传动轴上装有倒档锥齿轮，倒档锥齿轮与倒挡锥齿圈构成一对齿轮副；

在倒档锥齿轮与中间传动轴之间设有控制倒档锥齿轮与中间传动轴之间的离合状态的控制装置，且当倒档锥齿轮与中间传动轴之间相对固定时，主动轴上的所有锥齿轮仅仅是活动地套在主动轴上。从而可以实现从动轴反转。当该装置用于机动车时，就是可实现机动车倒挡后退。

具体的齿轮多级变速装置的一种控制装置可以是这样的，控制装置包括：

主动轴上固定套有N个轴承，每个锥齿轮装在相应的轴承上；

在每个锥齿轮一侧的等圆周上开有棘齿槽，在位于棘齿槽一侧的主动轴上固定有带活动棘爪的棘爪座，活动棘爪与棘齿槽相配合。

具体的倒挡装置的控制装置也可以采用同样的原理，即倒挡控制装置包括：

中间传动轴上固定套有轴承，倒档锥齿轮装在轴承上；

在倒档锥齿轮一侧的等圆周上开有棘齿槽，在位于棘齿槽一侧的中间传动轴上固定有带活动棘爪的棘爪座，活动棘爪与棘齿槽相配合。

所述活动棘爪可以包括正向棘爪和反向棘爪。设置反向棘爪的目的是当该装置用于机动车或类似设备时，就可防止机动车空挡运行。活动棘爪既可以设计一组，也可以设计多组。

所述活动棘爪的具体实现方式可以是：

活动棘爪通过轴连接于棘爪座上；

在棘爪座上装有控制活动棘爪的复位弹簧；

每个活动棘爪的棘爪座中固定有带动铁芯的电磁线圈，且动铁芯的最大位移正好将活动棘爪的一端顶入棘齿槽内。

所述活动棘爪的电磁控制方式可以是：

在主动轴端部装有电刷滑环组，主动轴或中间传动轴中掏有穿线槽孔，穿线槽孔中装有电源线，每个电磁线圈的正负极与相应的电源线的一端连接，电源线的另一端与电刷滑环组上相应的电刷滑环的正负极连接构成相应的电源回路；

在电源回路中还连接有电源和控制每个电磁线圈的换挡开关组。所述槽孔包括槽或孔。

所述活动棘爪的电磁控制方式也可以是：在箱体内壁位于每个控制装置处装有类似于发电机定子的装置，在主动轴位于每个控制装置处装有类似于发电机转子的装置，相当于给每个控制装置配置一台可临时给相应的控制装置的电磁线圈提供电源的“发电机”，而所有“发电机”的切换换挡开关组设在箱体外面。

所述活动棘爪的电磁控制方式还可以是：在箱体内壁上与活动棘爪相应处装有带动铁芯的电磁线圈，动铁芯的最大位移正好将活动棘爪的一端顶入棘齿槽内，而换挡开关组及为电磁线圈供电的电源设在箱体外面。

上述电磁控制方式的后两种方式实现了不在主动轴或中间传动轴端部装电刷滑环组，主动轴或中间传动轴中也不需要掏穿线槽孔，即不需要借助主动轴或中间传动轴作为电磁线圈供电电源的桥路。

所述换挡开关组可以是：

设于主动轴的转速控制装置；

换挡开关组包括固定于壳体上的开有多个通孔的绝缘板，位于绝缘板下面并固定于壳体上的导向块，导向块中装有导电拉杆；

导电拉杆一端装有拉杆弹簧，另一端与主动轴的转速控制装置连接；

导电拉杆上也开有与绝缘板上的通孔个数一样多的锁定孔，且每个锁定孔与相应的通孔之间有一定错位；

在绝缘板的每个通孔中装有导电杆件，导电杆件顶部装有按钮，在导电杆件位于绝缘板与按钮之间的一段上装有按钮弹簧，在导电杆件下端部固定有锥形绝缘头，锥形绝缘头的最大外径略小于锁定孔，且在静止状态时，导电杆件的中心线与锁定孔的中心有一定错位；

导电拉杆构成换挡开关组的公共端接电源回路的一端，每个导电杆件分别构成相应的开关的另一端接电源回路的另一端。

该换挡开关组类似于收录机的开关组设计方式。

其换挡变速过程是：

1、增速(加挡)：先切断正在运行的低挡位的控制活动棘爪的电磁线圈电源，此时反向棘爪在复位弹簧的作用下自动回位，而正向棘爪因为还在传递动力，正在运行的挡位的锥齿轮与主动轴之间仍然相对固定，其余锥齿轮仅仅是活动地套在主动轴上空转，该挡位的活动棘爪虽然已经断电但不能自动回位；经过一定时间延时后，接通有较大输出转速的高挡位的控制活动棘爪的电磁线圈电源，由于高挡位的锥齿轮的空转转速始终低于主动轴的转速，所以当高挡位电磁线圈电源接通时，高挡位的活动棘爪能自动打开到位开始传递动力，并带动前一低档位的锥齿轮提速转动，前一低档位的已经断电的还没有回位的活动棘爪此时由于该活动棘爪的转速比相应的锥齿轮的转速低就会自动回位。

2、减速(减挡)：先切断正在运行的高挡位的控制活动棘爪的电磁线圈电源，反向棘爪在复位弹簧的作用下自动回位，而正向棘爪因为还在传递动力，正在运行的挡位的锥齿轮与主动轴之间仍然相对固定，其余锥齿轮仅仅是活动地套在主动轴上空转，该挡位的活动棘爪虽然已经断电但不能自动回位；此时开启主动轴的转速控制装置使主动轴瞬间减速后再回到原转速，在主动轴减速期间，由于惯性作用，该挡位的锥齿轮转速比主动轴转速快，该挡位的活动棘爪就自动回位；然后接通有较小输出转速的低挡位的控制活动棘爪的电磁线圈电源，低挡位的活动棘爪就自动打开到位开始传递动力。所述的转速控制装置对于内燃机就是油门控制装置，对于电动机就是相应的电机转速控制装置。

根据现在的电子技术，将换挡开关组设计成自动换挡形式也是很容易的，具体方案可以是：换挡开关组包括主动轴转速信号采集装置、从动轴转速信号采集装置，主动轴转速信号与从动轴转速信号分析比较装置，开关选择通断装置，与开关选择通断装置联动的主动轴转速控制器。其工作过程是，将采集到主动轴转速信号与从动轴转速信号与预定的变速换挡数据进行分析比较后，由开关选择通断装置及与开关选择通断装置联动的主动轴转速控制器自动选择是否换挡并及时自动完成增、减挡控制。当该装置用于机动车时，就是可实现机动车自动换挡。

为了有效利用空间，有更多的挡位，齿盘背面盘面上也设有多个与齿盘同心的锥齿圈；齿盘背面盘面上的锥齿圈的齿间距最好与齿盘正面盘面上的锥齿圈的齿间距错位一半，以便实现等梯度换挡。

主动轴通过传动齿轮副与中间轴相配合，中间轴上装有与锥齿圈一一对应配合的锥齿轮，构成多对齿轮副；

每对齿轮副之间设计成不同的齿比，从而每对齿轮副有不同的转速比；

在每个锥齿轮与中间轴之间设有控制该锥齿轮与中间轴之间的离合状态的控制装置，该控制装置使齿轮多级变速装置在同一时刻，只能有一个锥齿轮与主动轴和中间轴之间之一相对固定，其余锥齿轮仅仅是活动地套在主动轴或者中间轴上。

所述的齿轮多级变速装置也可以设计成：主动轴或中间轴前端固定有伞齿轮，该伞齿轮与一中间伞齿轮构成齿轮副，中间伞齿轮与另一伞齿轮构成齿轮副，另一伞齿轮固定于转动轴前端，转动轴上也装有与锥齿圈一一对应配合的锥齿轮，构成多对齿轮副；

每对齿轮副之间设计成不同的齿比，从而每对齿轮副有不同的转速比；

在每个锥齿轮与转动轴之间设有控制该锥齿轮与转动轴之间的离合状态的控制装置，该控制装置使齿轮多级变速装置在同一时刻，只能有一个锥齿轮与主动轴、转动轴及中间轴之一相对固定，其余锥齿轮仅仅是活动地套在主动轴或者转动轴或者中间轴上。

主动轴与转动轴在齿盘盘面上可以成直线形或V形布置。

所述的齿轮多级变速装置也可以设计成：

从动轴设计成差速器架的形式，差速器架中装有一对行星齿轮，行星齿轮再与一左半轴齿轮和一右半轴齿轮配合。从而实现与差速器结合。

所述的齿轮多级变速装置的从动轴还可以经过另一大齿盘减速后再与差速器结合。

本发明的优点是，结构简单紧凑，制造成本低廉，操作简便，自动化程度高，动力传动效率高等。就机动年而言，在不切断动力(也即不踩离合装置)的情况下实现加挡或减挡，并且省去换挡杆，从而可以做成按钮式或自动控制变速，同时节约能源。

四、附图说明

图1是本发明的基本原理图。

图2是图1的C-C面俯视图，即齿盘上装有齿轮多级变速装置和倒挡装置的俯视图。

图3是图2的F-F剖视图。

图4是图1的A-A局部剖视图。

图5是图4中棘爪结构的局部放大图。

图6是图4中棘爪处于第一种状态的B-B局部剖视图。

图7是图4中棘爪处于第二种状态的B-B局部剖视图。

图8是图4中棘爪处于第三种状态的B-B局部剖视图。

图9是图4中棘爪处于第四种状态的B-B局部剖视图。

图10是图4中棘爪处于第五种状态的B-B局部剖视图。

图11是图4中棘爪处于第六种状态的B-B局部剖视图。

图12是齿盘两边都装有锥齿轮的结构示意图。

图13是该齿轮多级变速装置与差速器相结合的结构示意图。

图14是装于主动轴上的电磁线圈电源线路布置示意图。

图15是换挡开关组处于一种状态的结构示意图。

图16是换挡开关组处于另一种状态的结构示意图。

图中，1、从动轴，2、主动轴，3、锥齿圈，4、支架，5、锥齿轮，6、轴承，7、棘爪座，8、动铁芯，9、电磁线圈，10、轴，11、活动棘爪，12、齿盘，13、倒挡齿轮，14、键，15、箱体，16、键，17、棘齿槽，18、传动齿轮，19、中间传动轴，20、键，21、倒挡锥齿轮，22、支架，23、复位弹簧，24、倒挡锥齿圈，25、电刷滑环组，26、传动轴，27、支架，28、轴承，29、传动轴，30、左半轴，31、伞齿轮，32、左半轴齿轮，33、行星齿轮，34、轴承，35、差速器架，36、右半轴齿轮，37、轴承，38、右半轴，39、花键，40、轴承，41、穿线槽孔，42、电源线，43、电源线，44、电源线，45、电源线，46、电源线，47、通孔，48、绝缘板，49、按钮，50、按钮弹簧，51、导电杆件，52、拉杆弹簧，53、导向块，54、锥形绝缘头，55、开关触点，56、锁定孔，57、导电拉杆，58、转速控制装置，59、齿轮，60、齿轮，61、中间轴，62、直接挡控制装置。

五、具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1、图2和图3，一种齿轮多级变速装置，包括主动轴2、从动轴1和箱体15，其特征是：

箱体15内装有一个固定于从动轴1上的齿盘12，齿盘12盘面上设有5个与齿盘12同心的锥齿圈3；

主动轴2设置于齿盘12的半径方向，主动轴2上装有5个与锥齿圈3一一对应配合的锥齿轮5，构成5对齿轮副；

每对齿轮副之间设计成不同的齿比，从而每对齿轮副有不同的转速比，由此可构成I、II、III、IV、V共5个不同的变速挡位；

在每个锥齿轮5与主动轴2之间设有控制该锥齿轮5与主动轴2之间的离合状态的控制装置，该控制装置使齿轮多级变速装置在同一时刻，只能有一个锥齿轮5与主动轴2之间相对固定，其余锥齿轮5仅仅是活动地套在主动轴2上。

在齿盘12最外边上还设有倒挡锥齿圈24；

在主动轴2上固定有倒挡齿轮13；

倒挡齿轮13与一传动齿轮18啮合构成一对齿轮副，传动齿轮18中心固定有中间传动轴19，在中间传动轴19上装有倒档锥齿轮21，倒档锥齿轮21与倒挡锥齿圈24构成一对齿轮副；由此可构成倒挡挡位；

在倒档锥齿轮21与中间传动轴19之间设有控制倒档锥齿轮21与中间传动轴19之间的离合状态的控制装置，该装置也可设在主动轴2上，且当倒档锥齿轮21与中间传动轴19之间相对固定时，主动轴2上的锥齿轮5仅仅是活动地套在主动轴2上。

如图1、图2、图3、图4和图5，齿轮多级变速的控制装置包括：

主动轴2上固定套有5个轴承6，每个锥齿轮5装在相应的轴承6上；

在每个锥齿轮5一侧的等圆周上开有棘齿槽17，在位于棘齿槽17一侧的主动轴2上固定有带活动棘爪11的棘爪座7，活动棘爪11与棘齿槽17相配合。

倒档控制装置包括：

中间传动轴19上固定套有轴承6，倒档锥齿轮21装在轴承6上；

在倒档锥齿轮21一侧的等圆周上开有棘齿槽17，在位于棘齿槽17一侧的中间传动轴19上固定有带活动棘爪11的棘爪座7，活动棘爪11与棘齿槽17相配合。

活动棘爪11包括一对对称设置的正向棘爪11和一对对称设置的反向棘爪11。

活动棘爪11通过轴10连接于棘爪座7上；

在棘爪座7上装有控制活动棘爪11的复位弹簧23；

每个活动棘爪11的棘爪座7中固定有带动铁芯8的电磁线圈9，且动铁芯8的最大位移正好将活动棘爪11的一端顶入棘齿槽17内。

如图6、图7、图8、图9、图10和图11，该齿轮多级变速装置的换挡过程分为有所不同的两种方式：

1、增速(加挡)时，现假设图6、图8、图10为II挡，图7、图9、图11为III挡：

先切断正在运行(图6状态)的II挡的控制活动棘爪11的电磁线圈9的电源，II挡的动铁芯8全部复位，反向棘爪11在复位弹簧23的作用下自动回位，而正向棘爪11虽然已经断电但不能自动回位，还在传递动力，II挡的锥齿轮5与主动轴2之间仍然相对固定(图8状态)；由于III挡及其余各挡还没有通电，其锥齿轮5仅仅是活动地套在主动轴2上空转(图7、图9状态)，经过一定时间延时后，接通有较大输出转速的III挡的控制活动棘爪11的电磁线圈9电源，由于III挡的锥齿轮5的空转转速始终低于II挡锥齿轮5的转速(此时也是主动轴2的转速)，所以当III挡电磁线圈9电源接通时，III挡的活动棘爪11能自动打开到位开始传递动力(图11状态)，并带动II挡的锥齿轮5提速转动，II挡的已经断电的还没有回位的活动棘爪11此时由于该活动棘爪11的转速比相应的锥齿轮5的转速低就会自动回位(图10状态)。

2、减速(减挡)，现假设图6、图8、图10为II挡，图7、图9、图11为I挡：

先切断正在运行(图6状态)的II挡的控制活动棘爪11的电磁线圈9的电源，II挡的动铁芯8全部复位，反向棘爪11在复位弹簧23的作用下自动回位，而正向棘爪11虽然已经断电但不能自动回位，还在传递动力，II挡的锥齿轮5与主动轴2之间仍然相对固定(图8状态)；由于I挡及其余各挡没有通电，其锥齿轮5仅仅是活动地套在主动轴2上空转(图7、图9状态)；此时开启主动轴2的转速控制装置58使主动轴2瞬间减速后再回到原转速，在主动轴2减速期间，由于惯性作用，II挡的锥齿轮5转速比主动轴2转速快，II挡的活动棘爪11就自动回位(图10状态)；然后接通有较小输出转速的I挡的控制活动棘爪11的电磁线圈9电源，I挡的活动棘爪11就自动打开到位开始传递动力(图11状态)。

如图12，主动轴2上装有3个锥齿轮5并与相应的锥齿圈3构成I、III、V共3个挡位；主动轴2前端固定有伞齿轮31，该伞齿轮31与一中间伞齿轮29构成齿轮副，中间伞齿轮29与另一伞齿轮31构成齿轮副，另一伞齿轮31固定于转动轴26前端，转动轴26上也装有与锥齿圈3一一对应配合的3个锥齿轮5，构成3对齿轮副形成II、IV、VI共3个挡位；

每对齿轮副之间设计成不同的齿比，从而每对齿轮副有不同的转速比；

在每个锥齿轮5与转动轴26之间设有控制该锥齿轮5与转动轴26之间的离合状态的控制装置，该控制装置使齿轮多级变速装置在同一时刻，只能有一个锥齿轮5与主动轴2或转动轴26之一相对固定，其余锥齿轮5仅仅是活动地套在主动轴2或者转动轴26上。

也可以将主动轴2与从动轴1相对设置并通过直接挡控制装置62连接构成直接挡挡位VII，

由此，本实施方式可以在充分利用空间的情况下，紧凑地设置I、II、III、IV、V、VI、VII共7个不同的变速挡位，加上倒挡挡位就有8个挡位。

如图13，在图12的基础上，还可以在齿盘12背面盘面上也设有多个与齿盘12同心的锥齿圈3；齿盘背面盘面上的锥齿圈的齿间距最好与齿盘正面盘面上的锥齿圈的齿间距错位一半，以便实现等梯度换挡。

主动轴2和转动轴26通过传动齿轮副59、60与中间轴61相配合，中间轴61上装有与齿盘12背面的锥齿圈3一一对应配合的锥齿轮5，构成多对齿轮副；

每对齿轮副之间设计成不同的齿比，从而每对齿轮副有不同的转速比；

在每个锥齿轮5与中间轴61之间设有控制该锥齿轮5与中间轴61之间的离合状态的控制装置，该控制装置使齿轮多级变速装置在同一时刻，只能有一个锥齿轮5与主动轴2和中间轴61之间之一相对固定，其余锥齿轮5仅仅是活动地套在主动轴2或者中间轴61上。由此还可以构成更多的变速挡位。

从动轴1设计成差速器架35的形式，差速器架35中装有一对行星齿轮33，行星齿轮33再与一左半轴齿轮32和一右半轴齿轮36配合，并通过相应的左半轴30和右半轴38输出转矩。从而可以使该齿轮多级变速装置与差速器有机地结合成整体构成驱动桥，更加简化整机结构。

如图14，在主动轴2端部装有电刷滑环组25，主动轴2中掏有穿线槽孔41，穿线槽孔41中装有电源线42、43、44、45、46，每个电磁线圈9的正负极与相应的电源线42、43、44、45、46的一端连接，电源线42、43、44、45、46的另一端与电刷滑环组25上相应的电刷滑环的正负极连接构成相应的电源回路；

在电源回路中还连接有电源(对于汽车而言可以直接利用电瓶电源)和控制每个电磁线圈9的换挡开关组，具体的电路图略。

如图15和图16，假设该换挡开关组要控制6个变速挡位，换挡开关组上设有主动轴2的转速控制装置58(对于内燃机汽车而言就是油门控制装置)；

换挡开关组包括固定于壳体上的开有6个通孔47的绝缘板48，位于绝缘板48下面并固定于壳体上的导向块53，导向块53中装有导电拉杆57；

导电拉杆57一端装有拉杆弹簧52，另一端与主动轴2的转速控制装置58连接；

导电拉杆57上也开有6个锁定孔56，且每个锁定孔56与相应的通孔47之间有一定错位；

在绝缘板48的每个通孔47中装有导电杆件51，导电杆件51顶部装有按钮49，在导电杆件51位于绝缘板58与按钮49之间的一段上装有按钮弹簧50，在导电杆件51下端部固定有锥形绝缘头54，锥形绝缘头54的最大外径略小于锁定孔56，且在静止状态时，导电杆件51的中心线与锁定孔56的中心有一定错位；

导电拉杆57构成换挡开关组的公共端接电源回路的一端，每个导电杆件51分别构成相应的开关的另一端接电源回路的另一端。

换挡开关组的工作原理是：

当需要接通某一变速挡位的电源时，按下表示该挡位的按钮49，导电杆件51随按钮49下移，直至锥形绝缘头54完全穿过锁定孔56后，松开按钮49，导电杆件51就被锁定在锁定孔56中无法自行复位。在锥形绝缘头54穿过锁定孔56期间，由于锁定孔56与相应的通孔47之间有一定错位，导电拉杆57在锥形绝缘头54和导向块53的作用下，被迫向右移动，与导电拉杆57相连的转速控制装置58也有所动作，该动作可以经过常规简单转换直接控制主动轴2的转速(对于内燃机汽车而言就是控制油门)，当锥形绝缘头54完全穿过锁定孔56后，导电拉杆57在拉杆弹簧52的作用下立即复位，将导电杆件51锁定在锁定孔56中。从而接通该变速挡位的电源。

当需要换挡即接通另一变速挡位的电源时，按下表示另一变速挡位的按钮49，相应的导电杆件51随按钮49下移，直至锥形绝缘头54完全穿过锁定孔56后，松开按钮49，导电杆件51就被锁定在锁定孔56中无法自行复位，从而接通另一变速挡位的电源。在锥形绝缘头54穿过锁定孔56期间，导电拉杆57在锥形绝缘头54和导向块53的作用下，被迫向右移动，当移动到前一锥形绝缘头54完全与相应的锁定孔56对位时，前一锥形绝缘头54及相应的导电杆件51在按钮弹簧50的作用下被弹出，即前一变速挡位的电源断开，也即在另一变速挡位的电源接通前，前一变速挡位的电源就已经断开(见图16)。

换挡开关组的自动换挡形式的具体方案可以是：换挡开关组包括主动轴转速信号采集装置、从动轴转速信号采集装置，主动轴转速信号与从动轴转速信号分析比较装置，开关选择通断装置，与开关选择通断装置联动的主动轴转速控制器。其工作过程是：将采集到主动轴转速信号与从动轴转速信号与预定的变速换挡数据进行分析比较后，由开关选择通断装置及与开关选择通断装置联动的主动轴转速控制器自动选择是否换挡并及时自动完成增、减挡控制。当该装置用于机动车时，就是可实现机动车自动换挡。在汽车自动换挡技术已经很成熟的今天，本发明的自动换挡完全可一借用现有的汽车自动换挡技术，因此其附图也从略。

Claims (10)

1.一种齿轮多级变速装置，包括主动轴(2)、从动轴(1)和箱体(15)，其特征是：

箱体(15)内装有一个固定于从动轴(1)上的齿盘(12)，齿盘(12)盘面上设有N个与齿盘(12)同心的锥齿圈(3)；

主动轴(2)设置于齿盘(12)的半径方向，主动轴(2)上装有N个与锥齿圈(3)一一对应配合的锥齿轮(5)，构成N对齿轮副；

每对齿轮副之间设计成不同的齿比，从而每对齿轮副有不同的转速比；

在每个锥齿轮(5)与主动轴(2)之间设有控制该锥齿轮(5)与主动轴(2)之间的离合状态的控制装置，该控制装置使齿轮多级变速装置在同一时刻，只能有一个锥齿轮(5)与主动轴(2)之间相对固定，其余锥齿轮(5)仅仅是活动地套在主动轴(2)上；

主动轴(2)上固定套有N个轴承(6)，每个锥齿轮(5)装在相应的轴承(6)上；

在每个锥齿轮(5)一侧的等圆周上开有棘齿槽(17)，在位于棘齿槽(17)一侧的主动轴(2)上固定有带活动棘爪(11)的棘爪座(7)，活动棘爪(11)与棘齿槽(17)相配合；

活动棘爪(11)包括正向棘爪(11)和反向棘爪(11)。

2.根据权利要求1所述的齿轮多级变速装置，其特征在于：

在齿盘(12)上还设有倒挡锥齿圈(24)；

在主动轴(2)上固定有倒挡齿轮(13)；

倒挡齿轮(13)与一传动齿轮(18)啮合构成一对齿轮副，传动齿轮(18)中心固定有中间传动轴(19)，在中间传动轴(19)上装有倒挡锥齿轮(21)，倒挡锥齿轮(21)与倒挡锥齿圈(24)构成一对齿轮副；

在倒挡锥齿轮(21)与中间传动轴(19)之间设有控制倒挡锥齿轮(21)与中间传动轴(19)之间的离合状态的控制装置，且当倒挡锥齿轮(21)与中间传动轴(19)之间相对固定时，所有锥齿轮(5)仅仅是活动地套在主动轴(2)上；

中间传动轴(19)上固定套有轴承(6)，倒挡锥齿轮(21)装在轴承(6)上；

在倒挡锥齿轮(21)一侧的等圆周上开有棘齿槽(17)，在位于棘齿槽(17)一侧的中间传动轴(19)上固定有带活动棘爪(11)的棘爪座(7)，活动棘爪(11)与棘齿槽(17)相配合。

3.根据权利要求1或2所述的齿轮多级变速装置，其特征在于：

活动棘爪(11)通过轴(10)连接于棘爪座(7)上；

在棘爪座(7)上装有控制活动棘爪(11)的复位弹簧(23)；

每个活动棘爪(11)的棘爪座(7)中固定有带动铁芯(8)的电磁线圈(9)，且动铁芯(8)的最大位移正好将活动棘爪(11)的一端顶入棘齿槽(17)内。

4.根据权利要求3所述的齿轮多级变速装置，其特征在于：

在主动轴(2)端部装有电刷滑环组(25)，主动轴(2)或中间传动轴(19)中掏有穿线槽孔(41)，穿线槽孔(41)中装有电源线(42、43、44、45、46)，每个电磁线圈(9)的正负极与相应的电源线(42、43、44、45、46)的一端连接，电源线(42、43、44、45、46)的另一端与电刷滑环组(25)上相应的电刷滑环的正负极连接构成相应的电源回路；

在电源回路中还连接有电源和控制每个电磁线圈(9)的换挡开关组。

5.根据权利要求4所述的齿轮多级变速装置，其特征在于：

设于主动轴(2)的转速控制装置(58)；

换挡开关组包括固定于壳体上的开有多个通孔(47)的绝缘板(48)，位于绝缘板(48)下面并固定于壳体上的导向块(53)，导向块(53)中装有导电拉杆(57)；

导电拉杆(57)一端装有拉杆弹簧(52)，另一端与主动轴(2)的转速控制装置(58)连接；

导电拉杆(57)上也开有与绝缘板(48)上的通孔(47)个数一样多的锁定孔(56)，且每个锁定孔(56)与相应的通孔(47)之间有一定错位；

在绝缘板(48)的每个通孔(47)中装有导电杆件(51)，导电杆件(51)顶部装有按钮(49)，在导电杆件(51)位于绝缘板(48)与按钮(49)之间的一段上装有按钮弹簧(50)，在导电杆件(51)下端部固定有锥形绝缘头(54)，锥形绝缘头(54)的最大外径略小于锁定孔(56)，且在静止状态时，导电杆件(51)的中心线与锁定孔(56)的中心有一定错位；

导电拉杆(57)构成换挡开关组的公共端接电源回路的一端，每个导电杆件(51)分别构成相应的开关的另一端接电源回路的另一端。

6.根据权利要求4所述的齿轮多级变速装置，其特征在于：换挡开关组包括主动轴(2)转速信号采集装置、从动轴(1)转速信号采集装置，主动轴(2)转速信号与从动轴(1)转速信号分析比较装置，开关选择通断装置，与开关选择通断装置联动的主动轴(2)转速控制器。

7.根据权利要求1所述的齿轮多级变速装置，其特征在于：齿盘(12)背面盘面上也设有多个与齿盘(12)同心的锥齿圈；

主动轴(2)通过传动齿轮副(59、60)与中间轴(61)相配合，中间轴(61)上装有与背面盘面上锥齿圈一对应配合的锥齿轮，构成多对齿轮副；

背面盘面上每对齿轮副之间设计成不同的齿比，从而每对齿轮副有不同的转速比；

在背面盘面上每个锥齿轮与中间轴(61)之间设有控制该锥齿轮与中间轴(61)之间的离合状态的控制装置，该控制装置使齿轮多级变速装置在同一时刻，只能有一个锥齿轮(5)与主动轴(2)和中间轴(61)之间之一相对固定，其余锥齿轮(5)仅仅是活动地套在主动轴(2)或者中间轴(61)上。

8.根据权利要求1或7所述的齿轮多级变速装置，其特征在于：主动轴(2)或中间轴(61)前端固定有伞齿轮(31)，该伞齿轮(31)与一中间伞齿轮(29)构成齿轮副，中间伞齿轮(29)与另一伞齿轮(31)构成齿轮副，另一伞齿轮(31)固定于转动轴(26)前端，转动轴(26)上也装有与锥齿圈一一对应配合的锥齿轮，构成多对齿轮副；

该每对齿轮副之间设计成不同的齿比，从而每对齿轮副有不同的转速比；

在每个锥齿轮与转动轴(26)之间设有控制该锥齿轮与转动轴(26)之间的离合状态的控制装置，该控制装置使齿轮多级变速装置在同一时刻，只能有一个锥齿轮(5)与主动轴(2)、转动轴(26)及中间轴(61)之一相对固定，其余锥齿轮(5)仅仅是活动地套在主动轴(2)或者转动轴(26)或者中间轴(61)上。

9.根据权利要求1或7所述的齿轮多级变速装置，其特征在于：

从动轴(1)设计成差速器架(35)的形式，差速器架(35)中装有一对行星齿轮(33)，行星齿轮(33)再与一左半轴齿轮(32)和一右半轴齿轮(36)配合。

10.根据权利要求8所述的齿轮多级变速装置，其特征在于：从动轴(1)设计成差速器架(35)的形式，差速器架(35)中装有一对行星齿轮(33)，行星齿轮(33)再与一左半轴齿轮(32)和一右半轴齿轮(36)配合。

Images