CN101581361A - 双向离合器变速杆 - Google Patents

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Abstract

一种双向离合器变速杆(4)，其包括：两个主轴(5)；副轴(7)；多对齿轮(8、9)，每对齿轮将主轴(5)与副轴(7)机械地连接并界定各自的齿轮速度，每对齿轮均包括安装在主轴(5)上的主齿轮(8)和按在副轴(7)上并与主齿轮(8)啮合的副齿轮(9)；多个同步装置(10)，每个同步装置(10)均与两对齿轮的两个齿轮(8、9)之间的轴(5、7)同轴，并被驱动以轮流将两齿轮(8、9)与轴(5、7)啮合；多个拨叉(11)，其驱动同步装置(10)并被分成两个不同的组，每组与各自的主轴(5)相联接；和两个机械手(12)，每个机械手联接一套拨叉(11)，以仅驱动该组拨叉(11)的所有拨叉(11)；单个控制轴(13)和与控制轴(13)连接的单个齿轮传动装置(14)。

Description

双向离合器变速杆
技术领域
本发明涉及双向离合器变速杆
背景技术
伺服传动系统的应用越来越广泛，其与传统类型的手动传动系统在结构上相似，只是离合器踏板和传统上由驾驶员操作的用以选择档位的操作杆被相应的电气或液压随动系统所替代。应用伺服传动系统，驾驶员仅需要向传动系统的控制部件传送转到更高速档或更低速档的指令，传动系统的控制部件则通过作用于引擎和与离合器和变速杆联接的伺服系统而自动执行档位转换。
为了减少执行档位转换的所需时间以及消除在档位转换过程中由于离合器开启而出现的“扭矩降”，已提议给伺服传动系统配备双向离合器变速杆。在双向离合器变速杆中，引擎轴将运动传送给两个同轴的离合器，每个离合器轮流地将运动传送给各自的变速杆的主轴。两个变速杆的主轴是同轴的，并设在彼此内部，且均与共同的副轴连接，该副轴通过各自的齿轮系将运动传给驱动轮，每个齿轮系有各自的传动比并界定特定的齿轮速度。为了能正确操作双向离合器变速杆，所有奇数齿轮都与同一个主轴连接，同时所有偶数齿轮都与另一个主轴连接。通常，每个齿轮系包括主齿轮(被固定在各自主轴上)和副齿轮，所述副齿轮与主齿轮永久啮合，且空转地安装在副轴上并可通过副齿轮自身的、可沿副轴轴向移动的同步装置而被固定至副轴。
通常，每个同步装置被设置在两个副齿轮之间并由各自的拨叉(fork)驱动，拨叉沿副轴轴向朝两个方向移动以使同步装置在两个啮合限位与中间空转位置之间移动；在每个啮合限位，同步装置与各自的副齿轮啮合，在空间空转位置，同步装置不与两个副齿轮中的任一个啮合。另外，每个拨叉由固定至齿轮传动装置的控制轴的机械手(finger)来驱动。通常，齿轮传动装置将用于选择档位范围(即，用于选择要被驱动的拨叉)的轴向平移运动以及用于啮合/脱离齿轮(即，用于移动要被驱动的拨叉)的旋转运动施加至控制轴，从而施加至被固定至控制轴的机械手。
在目前市面上可买到的双向离合器变速杆中，设有两个齿轮传动装置，每个齿轮传动装置与各自的主轴联接，从而仅驱动连接至其主轴的所有拨叉。但是存在两个不同的齿轮传动装置使得零部件数量的增加，从而导致成本、重量、总尺寸的增加以及出现故障的可能性的增高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双向离合器变速杆，其没有上述缺点，尤其是其制造容易、成本低，而且重量轻、结构简单且可靠。
本发明提供一种双向离合器变速杆，其包括：
两个主轴；
副轴；
多对齿轮，每对齿轮将主轴与副轴机械地连接、界定各自的齿轮速度且包括安装在主轴上的主齿轮和安装在副轴上并与主齿轮永久啮合的副齿轮；
多个同步装置，每个同步装置被安装成与两对齿轮的两个齿轮之间的轴同轴，并被驱动以使两个齿轮轮流与轴啮合；
多个拨叉，其驱动同步装置并被分成两个不同的组，每组与各自的主轴联接；和
两个机械手，每个机械手联接一套拨叉，以仅驱动该套拨叉的所有拨叉；
所述双向离合器变速杆的特征在于，它包括：
单个控制轴，其被安装使得能绕纵向轴线转动并能沿纵向轴线轴向滑动；
单个齿轮传动装置，其与控制轴连接以使控制轴绕纵向轴线旋转并使控制轴沿纵向轴线轴向移动；
两个套筒，每个套筒支撑各自的机械手并绕控制轴空转设置，以能相对于控制轴自由地旋转和平移；和
耦合系统，其使得控制轴轮流地成角度地固定至套筒。
附图说明
现在将结合附图对本发明进行描述，这些附图阐明了本发明的实施方式的非穷举的实施例，其中：
图1是根据本发明制造的双向离合器变速杆的示意图(为清楚起见而除去了零件)；
图2是图1的双向离合器变速杆的齿轮传动装置的控制轴的局部截面示意图(为而清楚起见而除去了零件)；
图3是图1的双向离合器变速杆的齿轮方案(scheme)的视图；
图4是为与图1的双向离合器变速杆中的第一齿轮I啮合而进行的运动的示意图；
图5是为与图1的双向离合器变速杆中的第二齿轮II啮合而进行的运动的示意图；
图6是为与图1的双向离合器变速杆中的第一齿轮I脱离，随后与第三齿轮III啮合而进行的运动的示意图。
本发明的优选实施方式
如图1所示，附图标记1是指整个由配置有引擎轴3的内燃机2驱动的汽车(图中未示出)的伺服传动系统。
伺服传动系统1包括伺服双向离合器变速杆4，该伺服双向离合器变速杆4配置有一对主轴5，该对主轴5彼此同轴、彼此独立且其中一个插入另一个内部。另外，双向离合器变速杆4包括两个同轴的串联设置的离合器6，每个离合器将各自的主轴5和内燃机引擎2的引擎轴3连接。双向离合器变速杆4包括单个的副轴7，该单个的副轴7与差速器(图中未示出)连接，所述差速器将运动传给驱动轮(图中未示出)。
附图所示的双向离合器变速杆4具有六个由罗马数字标示的正向齿轮(forward gear)(第一齿轮I、第二齿轮II、第三齿轮III、第四齿轮IV、第五齿轮V、第六齿轮VI)和反向齿轮(reverse gear)(由字母R标示)。主轴5和副轴7通过多对齿轮彼此机械地连接，每对齿轮界定各自的齿轮速度并包括安装在主轴5上的主齿轮8和安装在副轴7上的副齿轮9。为了能正确操作双向离合器变速杆4，所有的奇数齿轮(第一齿轮I、第三齿轮III、第五齿轮V)都与同一个主轴5a连接，同时所有的偶数齿轮(第二齿轮II、第四齿轮IV、第六齿轮VI)都与另一个主轴5b连接。
每个主齿轮8均安装到各自的主轴5，以总是以固定的方式相对于主轴5旋转并永久与各自的副齿轮9啮合。相反，每个副齿轮9则空转地设置在副轴7上。另外，双向离合器变速杆4包括四个同步装置10，每个同步装置均与副轴7同轴安装，每个同步装置均设置在两个副齿轮9之间并能被驱动来使两个各自的副齿轮9轮流与副轴7啮合(即，用于使得两个各自的副齿轮9轮流地成角度地固定至副轴7)。也就是说，每个同步装置10能朝一个方向移动以使副齿轮9与副轴7啮合，或者还可以朝另一个方向移动以使另一个副齿轮9与副轴7啮合。
每个同步装置10被设置在两个副齿轮9之间并由各自的拨叉11驱动，拨叉11沿副轴7朝两个方向轴向移动以将同步装置10在两个啮合限位和空转的中间位置之间移动。在每个啮合限位，同步装置10啮合各自的副齿轮9，在空转的中间位置，同步装置10不与两个副齿轮9中的任一个啮合。另外，每个拨叉11均由机械手12驱动，而机械手12由单个共同的齿轮传动装置14的控制轴13移动。齿轮传动装置14向控制轴13施加轴向平移的运动(即，平行于控制轴13的纵向轴线15)和绕控制轴13的纵向轴线15的旋转运动。
四个拨叉11被分成两套，每套均包括两个拨叉11且由各自的机械手12驱动。特别地，控制两个同步装置10的两个拨叉11a由机械手12a驱动，该两个同步装置10被连接至与主轴5a的主齿轮8啮合的副齿轮9；同时，控制两个同步装置10的两个拨叉11b由机械手12b(与机械手12a分离且彼此独立)驱动，该两个同步装置10被连接至与主轴5b的主齿轮8啮合的副齿轮9。
如图2所示，控制轴13以可旋转、可滑动的方式，通过一对轴承17而被安装在双向离合器变速杆4的固定的箱式框架16内。控制轴13的一端伸出框架16，以与设置在框架16外部上的齿轮传动装置14连接。
每个机械手12均由绕控制轴13空转安装的管状套筒18来运载，以能相对于控制轴13自由地旋转和平移。每个套筒18均由弹簧19朝另一套筒18的方向轴向推动，该弹簧19绕套筒18设置并被压缩在框架16的凸出部与套筒18的凸出部之间(例如，由各自的机械手12界定)。每个套筒18在弹簧19推力作用下在另一个套筒18的方向上的位移由棘爪掣(detent)20来限制，棘爪掣20固定在框架16上并为两个套筒18界定内部行程终端要素(end-of-travel element)。需要注意的是，当套筒18压在界定内部行程终端要素的棘爪掣20上时，如图2所示，各自的机械手12则与各自的用来控制内部同步装置10(即向内设置)的内部拨叉11结合。另外，每个套筒18远离另一个套筒18的移动(因而压缩弹簧19)则由为套筒18界定外部行程终端要素的各自的轴承17的主体来限制。需要注意的是，当套筒18压在界定外部行程终端要素的各自的轴承17的主体上时，各自的机械手12则与控制外部同步装置10(例如，朝外设置)的各自的外部拨叉11结合。在不同的实施例中(图中未示出)，套筒18的外部行程终端要素不由轴承17界定，而由固定至框架16另一个棘爪掣界定。
在被包括在两个套筒18之间的区域内设有销21，销21被固定至控制轴13，并从控制轴13放射状地(即，以垂直于纵向轴线15的方向)伸出，其能轮流地插入形成于每个套筒18内并反向(in negative)复制销21形状的每个耦合缝22内。销21与耦合缝22的整体构成耦合系统，其使得控制轴13轮流地成角度地固定至套筒18。需要注意的是，两个套筒18在轴向上彼此分离，以在两者之间界定出自由区域。当销21占据两个套筒18之间的自由区域时(即，当销21没有插入耦合缝内时)，控制轴13成角度地独立于该两个套筒18，因此能相对于该两个套筒18本身自由旋转。
最后，每个套筒18包括阻挡装置23，该阻挡装置23优选由已知的弹簧球结构制成，并能利用连续的、预定的阻挡扭矩使套筒18保持在当前的角位。每个阻挡装置23的功能在于将套筒18维持在当前的角位以防止套筒18的任意的、不受控制的和不合需要的角运动。明显地，根据以下将描述的形式，控制轴13能向每个套筒18施加远大于由各自的阻挡装置23产生的阻挡扭矩的扭矩，以保证套筒18所需的旋转。
伺服传动系统1包括控制部件24，该控制部件驱动齿轮传动装置14以使齿轮啮合或脱离，并驱动控制两个离合器6开闭的离合器驱动器(图中未示出)。
下文将结合附图2-6对双向离合器变速杆4的运转进行描述。特别地，以下描述了从空转状态开始的第一齿轮I的啮合的形态(图4)，然后是第二齿轮II的啮合的形态(图5)，最后是第一齿轮I的脱离和第三齿轮的啮合(图6)的形态。
从空转状态开始，在空转状态齿轮均不啮合且两个离合器6为打开状态(即，引擎轴3与两个主轴5断开)，如图2所示，销21处于两个耦合缝22之间的中间位置。为啮合第一齿轮I，需要旋转外部拨叉11a(销21所产生的运动示意性地显示在图4中)。因此，齿轮传动装置14轴向移动控制轴13以带动销21插入耦合缝22a内。一旦控制轴13的销21安装到耦合缝22a内，控制轴13则成角度地被固定至套筒18a。在此位置，由套筒18a运载的机械手12a与内部拨叉11a结合。因此，齿轮传动装置14轴向移动控制轴13以推动套筒18a，以便它压在外部行程终端要素上从而压缩弹簧19a，以使机械手12a与外部拨叉11a结合。
这时，齿轮传动装置14使控制轴13绕纵向轴线15旋转，使得套筒18a(因而使固定至套筒18a的机械手12a以及由机械手12a推动的外部拨叉11a)朝啮合第一齿轮所需的方向旋转。如果需要啮合第三齿轮III，则齿轮传动装置14可使套筒18a朝相反的方向旋转。如前所述，在旋转套筒18a时，齿轮传动装置14必须克服由阻挡装置23a产生的阻挡扭矩。
一旦第一齿轮I以上述方式啮合，离合器6a可被关闭以将运动以第一齿轮I的传动比从引擎轴3传到驱动轮(图中未示出)。另外，一旦第一齿轮I以上述方式被啮合，齿轮传动装置14还用来啮合使内部拨叉11b旋转的第二齿轮II(销21所产生的运动示意性地显示在图5中)。
为了啮合第二齿轮II，齿轮传动装置14轴向移动控制轴13但不做任何旋转运动以使销21从耦合缝22a中释放出来。由于阻挡装置23a产生的阻挡扭矩的原因，此操作并不必需要第一齿轮I脱离，该阻挡装置23a防止套筒18a在除齿轮传动装置14的控制的情况以外的旋转。一旦销21从耦合缝22a中脱离出来，齿轮传动装置14则使控制轴13旋转以使销21与耦合缝22b对准，随后按压控制轴13新的轴向位移以使销21插入耦合缝22b中。一旦控制轴13的销21安装到耦合缝22b内，控制轴13则成角度地被固定至套筒18b。另外，在此位置，由套筒18b运载的机械手12b与控制内部同步装置10的内部拨叉11b结合。此时，齿轮传动装置14使控制轴13绕纵向轴线15旋转，以使套筒18b(因而使固定至套筒18b的机械手12b和由机械手12b推动的内部拨叉11b)朝啮合第二齿轮II所需的方向旋转。如果需要啮合第四齿轮IV，则齿轮传动装置14可使套筒18b朝相反的方向转动。如前所述，在旋转套筒18b时，齿轮传动装置14必须克服由阻挡装置23b产生的阻挡扭矩。
一旦第二齿轮II以上述方式啮合，离合器6b可被关闭，同时离合器6a必须打开，以将运动以第二齿轮的传动比从引擎轴3传到驱动轮(图中未示出)。另外，一旦第二齿轮II按上述方式啮合，齿轮传动装置14还用来通过使外部拨叉11a旋转而脱离第一齿轮I并啮合第三齿轮III(销21所产生的运动示意性地显示在图6中)。
为了使第一齿轮I脱离然后使第三齿轮III啮合，齿轮传动装置14轴向移动控制轴13而不做任何旋转运动，以使销21从耦合缝22b内释放出来，然后插入耦合缝22a内。由于阻挡装置23b产生的阻挡扭矩的原因，此操作并不必需要第二齿轮II的脱离，该阻挡装置23b防止套筒18b在除齿轮传动装置14推动的情况以外的旋转。一旦控制轴13的销21安装到耦合缝22a内，控制轴13则成角度地被固定至套筒18a。另外，在此位置，由套筒18a运载的机械手12a与控制外部同步装置10a的外部拨叉11a结合。此时，齿轮传动装置14使控制轴13绕纵向轴线15旋转，以使套筒18a(因而使固定至套筒18a的机械手12a及由机械手12a推动的外部拨叉11a)朝脱离第一齿轮I所需的方向转动(只要离合器6a打开，则不涉及扭矩的传送)，从而啮合第三齿轮III。如前所述，为了使套筒18a旋转，齿轮传动装置14必须克服由阻挡装置23a产生的阻挡扭矩。
一旦第三齿轮III以上述方式啮合，离合器6a可关闭，同时离合器6b必须打开以将运动以第三齿轮III的传动比从引擎轴3传到驱动轮(图中未示出)。
上述的双向离合器变速杆4具有许多优点，例如其结构简单，造价低且结构紧凑，而且仅需要使用一个齿轮传动装置14，该齿轮传动装置14能高效且有效地驱动所有的拨叉11。

Claims (14)

1、一种双向离合器变速杆(4)，其包括：
两个主轴(5)；
副轴(7)；
多对齿轮(8、9)，每对齿轮将主轴(5)与副轴(7)机械地连接并界定各自的齿轮速度，每对齿轮均包括安装在主轴(5)上的主齿轮(8)和安装在副轴(7)上并与主齿轮(8)永久啮合的副齿轮(9)；
多个同步装置(10)，每个同步装置(10)均与两对齿轮的两个齿轮(8、9)之间的轴(5、7)同轴，并被驱动用于轮流将所述两个齿轮(8、9)与轴(5、7)啮合；
多个拨叉(11)，其驱动同步装置(10)并被分成两个不同的组，每组与各自的主轴(5)相联接；和
两个机械手(12)，每个机械手连接一组拨叉(11)，用于仅驱动该组拨叉(11)的所有拨叉(11)；
所述双向离合器变速杆(4)的特征在于，它包括：
单个控制轴(13)，其能绕纵向轴线(15)旋转并能沿纵向轴线(15)轴向滑动；
单个齿轮传动装置(14)，其与控制轴(13)连接以使控制轴(13)绕纵向轴线(15)旋转并使控制轴(13)沿纵向轴线(15)轴向移动；
两个套筒(18)，每个套筒支撑各自的机械手(12)并绕控制轴(13)空转地安装以能相对于控制轴(13)自由地旋转和移动；和
耦合系统，其使得控制轴(13)轮流地成角度地固定至套筒(18)。
2、如权利要求1所述的双向离合器变速杆(4)，其特征在于，所述耦合系统包括：
两个耦合缝(22)，每个耦合缝设置在各自的套筒(18)内；
销(21)，其被固定至控制轴(13)并从控制轴(13)放射状地伸出，并轮流地插入每个耦合缝(22)内。
3、如权利要求2所述的双向离合器变速杆(4)，其特征在于，该两个耦合缝反向复制销(21)的形状且彼此相对地设置。
4、如权利要求2所述的双向离合器变速杆(4)，其特征在于，所述两个套筒(18)在轴向上彼此分离以在两个套筒(18)自身之间界定出自由区域。
5、如权利要求4所述的双向离合器变速杆(4)，其特征在于，当销(21)处于在两个套筒(18)之间的自由区域内时，控制轴(13)成角度地独立于两个套筒(18)，因而可相对于两个套筒(18)自身自由旋转。
6、如权利要求1所述的双向离合器变速杆(4)，包括两个弹簧(19)，每个弹簧将各自的套筒(18)推向另一个套筒(18)。
7、如权利要求6所述的双向离合器变速杆(4)，其特征在于，每个弹簧(19)绕各自的套筒(18)设置并被压缩在用于容纳控制轴(13)的固定框架(16)的凸出部与套筒(18)的凸出部之间。
8、如权利要求6所述的双向离合器变速杆(4)，其特征在于，每个套筒(18)包括内部行程终端要素，该内部行程终端要素限制每个套筒(18)在弹簧(19)的推力下朝另一个套筒方向的位移。
9、如权利要求8所述的双向离合器变速杆(4)，其特征在于，被固定至用于容纳控制轴(13)的固定框架(16)的同一个棘爪掣(20)界定出所述两个内部行程终端要素。
10、如权利要求8所述的双向离合器变速杆(4)，其特征在于，当每个套筒(18)压在内部行程终端要素上时，各自的机械手(12)与内部拨叉(11)结合。
11、如权利要求1所述的双向离合器变速杆(4)，其特征在于，每个套筒(18)包括外部行程终端要素，该外部行程终端要素限制每个套筒(18)远离其它套筒(18)移动的位移。
12、如权利要求11所述的双向离合器变速杆(4)，其特征在于，每个外部行程终端要素均由轴承(17)的主体界定，该轴承(17)由用于容纳控制轴(13)的固定框架(16)运载并以可旋转和可滑动的方式支撑控制轴(13)。
13、如权利要求11所述的双向离合器变速杆(4)，其特征在于，当每个套筒(18)压在外部行程终端要素上时，各自的机械手(12)与外部的拨叉(11)结合。
14、如权利要求1所述的双向离合器变速杆(4)，其特征在于，所述双向离合器变速杆(4)包括两个阻挡装置(23)，每个阻挡装置被设计成通过连续的、预定的阻挡扭矩将各自的套筒(18)维持在当前的角位。
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