CN101644319B - 一种换挡系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械传动系统的动力转换装置，具体涉及汽车分动器的一种换挡系统。该换挡系统中主动小齿轮外花键、输入轴换挡外花键、换挡结合套内花键、主动大齿轮外花键都采用相同模数和齿数的花键，且结合套内花键、主动小齿轮外花键、主动大齿轮外花键的齿顶向内收缩，位于端面的每个花键从齿顶到齿根的端面线由“-”型状加工成“∧”形状，换挡结合套内花键、主动小齿轮换挡外花键、输入轴换挡外花键、主动大齿轮换挡外花键在沿轴线方向对齿厚进行调整。花键头部设计为特殊的角度和形状以后，保证花键结合时，能迅速定位，不出现“滑档”、“脱档”现象。

Description

一种换挡系统

技术领域

本发明涉及一种机械传动系统的动力转换装置，具体涉及一种汽车分动器的换挡系统。

背景技术

现有的汽车分动器的换挡系统对换挡系统的花键采用如下两种方式进行加工处理：

一、最常见的方式是换挡系统花键内外齿在齿宽方向上采用大齿宽窄齿厚结构，还可以将换挡系统的外花键长齿或内花键长齿的头部加工成圆弧形；

二、对换挡系统花键内、外齿在齿长度方向采用长短齿间隔结构，还可以将换挡系统的外花键长齿或内花键长齿的头部加工成圆弧形。

这两种方式尽管加工简单经济性好，但是换挡性能不好，主要原因如下：在齿宽方向上的变化相对齿厚不能过大，否则齿强度削弱太多。由于齿厚方向少量变化对整个齿厚而言太小，即使花键头部采用加工成圆弧面等措施，也不能大幅度减少换档冲击、提高换档的便捷性。采用第二种方式的换挡系统，虽然换档性能比第一种有所改善，但由于圆弧型化键头部在接触时，内外花键的在接触点滑移方向与作用力角度过大，因此限制了换档轻便性的提高。所以在现有换挡系统端面齿经常出现冲击变形，和挂不上档情况。另外由于换挡系统内外齿面与轴线平行并且结合套内外花键之间有滑动间隙，在传递大扭矩时，现有换挡系统容易出现内外花键滑移松拖，从而出现“脱档”、“掉挡”现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种使分动器能在较低速或静止情况下，能够迅速有效的完成换挡动作，不会出现打齿或挂不上挡现象的换挡系统，当分动器一旦挂上挡，在运行过程中，特别是在大载荷的作用下，能确保不会出现由于换挡系统松脱，从而使分动器出现掉档、脱档现象。

为解决上述技术问题，本发明专利采用如下方案：

换挡系统的主动小齿轮换挡外花键、输入轴换挡外花键、换挡结合套内花键、主动大齿轮换挡外花键采用同样规格(模数、齿数相同)的花键。

主动小齿轮换挡外花键、输入轴换挡外花键、换挡结合套内花键、主动大齿轮换挡外花键花键端头设计成以下形状：

a.主动小齿轮外花键、主动大齿轮换挡外花键外侧头部内缩，主动小齿轮外花键外侧头部侧边与主动小齿轮外花键侧边形成角度为δ的夹角，主动大齿轮换挡外花键外侧头部侧边与主动大齿轮换挡外花键侧边形成角度为δ的夹角，换挡结合套内花键在中部切槽，将内花键分成左右对称的两部分，左、右两部分内花键各自在靠端面处两侧头部内缩，头部两侧边分别与换挡结合套内花键两侧边形成角度为δ的夹角，前述夹角角度δ值均相等，角度δ范围为15°～75°；

b.主动小齿轮换挡外花键、换挡结合套内花键、主动大齿轮换挡外花键位于端面的每个花键从齿顶到齿根的端面线由“-”形状加工成“∧”形状，亦即花键齿头部端面变尖，每个花键端面头部中间有一凸棱(5)，凸棱(5)宽度范围为0～5mm，靠近端面的花键端面头部以单个花键的对称面为中心，每侧从凸棱(5)的棱边开始，对称对花键头部进行加工，使头部端面与花键外端面成角度β的夹角，角度β的范围20°～70°。

c.换挡结合套内花键、主动小齿轮换挡外花键、输入轴换挡外花键、主动大齿轮换挡外花键在沿轴线方向对齿厚进行调整，调整情况如下：

花键结合套内花键在中部有退刀槽，退刀槽将内花键分为左右两部分；左右两部分的花键齿侧面分别与花键结合套端面成角度α，α取值范围为90°＜α＜100°，即插齿刀进给方向与花键结合套左(或右)端面成α角，α大于90°的结果导致：从花键结合套端面开始，越接近退刀槽，花键横截面齿厚就越小于标准花键横截面齿厚。

主动小齿轮换挡外花键、主动大齿轮换挡外花键也在齿长方向上同样对齿厚进行修正，修正角度也α，与相连的结合套相同。

输入轴上的换挡外花键从两端开始也在齿长方向上对齿厚进行修正，修正角度也为α。输入轴上的换挡外花键修正后，单个花键形状变为双凹形。

换挡结合套内花键与齿轮上的换档花键以及输入轴上的换档花键结合以后，由于α大于90°，使得结合套花键产生轴向的防脱滑分力，从而防止的出现脱档现象。

由于90°＜α＜100°，所以在换挡结合套与输入轴上的换挡花键、齿轮上的换挡花键结合以后，就会产生轴向的防脱滑分力F_{anti_slip}：

式中：

T-结合套传递的扭矩，Nm；

D-结合套花键中径，m。

由公式可知：传递扭矩越大，防脱滑分力也越大，防脱滑效果越好；角度α越大防脱滑分力也越大，防脱滑效果越好。但角度α过大，导致花键齿厚降低过多，影响花键强度。一般以(α-90°)不超过材料的自锁角并且单侧齿厚降低不大于0.1倍的齿厚为宜。

优选的，所述夹角角度δ值为20°。

优选的，所述凸棱宽度为0.5mm。

优选的，所述夹角角度β值为40°。

优选的，所述夹角角度α值为93。

花键头部设计为如上的角度和形状以后，能保证花键结合时，能迅速定位，减少换档冲击和打齿；沿花键齿长方向对齿厚进行调整以后，不仅能保证花键滑动有足够的间隙，使花键结合轻便，不打齿，而且也能保证花键结合以后，不会脱开，不出现“滑档”、“脱档”现象。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。

图1为换挡系统连接关系示意图；

图2为主动小齿轮换挡外花键外形示意图；

图3为图2的A向展开图；

图4为输入轴换挡外花键外形示意图；

图5为图4的A向展开图；

图6为换挡结合套内花键外形示意图；

图7为图6的A向展开图；

图8为主动大齿轮换挡外花键外形示意图；

图9为图8的A向展开图；

图10为结合套与换挡齿轮结合后的展开示意图。

具体实施方式

本发明采用如下实施方式：

主动小齿轮换挡花键1、输入轴换挡外花键2、换挡结合套内花键3、主动大齿轮换挡外花键4采用同样规格(模数、齿数相同)的花键。

且主动小齿轮外花键1、主动大齿轮换挡外花键4外侧头部内缩，主动小齿轮外花键1外侧头部侧边与主动小齿轮外花键1侧边形成角度为δ的夹角，主动大齿轮换挡外花键4外侧头部侧边与主动大齿轮换挡外花键4侧边形成角度为δ的夹角，换挡结合套内花键3在中部切槽，将内花键分成左右对称的两部分，左、右两部分内花键各自在靠端面处两侧头部内缩，头部两侧边分别与换挡结合套内花键3两侧边形成角度为δ的夹角，前述夹角角度δ值均相等，角度δ为20°，主动小齿轮外花键1、换挡结合套内花键3、主动大齿轮换挡外花键4花键端面头部中间有一凸棱5，凸棱5宽度为0.5mm，靠近端面的花键端面头部以单个花键的对称面为中心，每侧从凸棱5的棱边开始，对称对花键头部进行加工，使头部端面与花键端面成角度β的夹角，前述夹角角度β值均相等，角度β为40°，主动小齿轮外花键1、换挡结合套内花键3、主动大齿轮换挡外花键4花键齿廓均从外端面开始逐渐减小内缩，输入轴换挡外花键2花键齿廓从两端向中间逐渐减小内缩，减小内缩角度均为α，α为93°，其中输入轴换挡外花键2单个花键形状为双凹形。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本专利进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种换挡系统，包括主动小齿轮外花键（1）、输入轴换挡外花键（2）、换挡结合套内花键（3）、主动大齿轮外花键（4），主动小齿轮外花键（1）、输入轴换挡外花键（2）、换挡结合套内花键（3）、主动大齿轮外花键（4）都采用相同模数和齿数的花键；且主动小齿轮外花键（1）、主动大齿轮外花键（4）外侧头部内缩，主动小齿轮外花键（1）外侧头部侧边与主动小齿轮外花键（1）侧边形成角度为δ的夹角，主动大齿轮外花键（4）外侧头部侧边与主动大齿轮外花键（4）侧边形成角度为δ的夹角，主动小齿轮外花键（1）、换挡结合套内花键（3）、主动大齿轮外花键（4）每个花键端面头部中间有一凸棱（5），主动小齿轮外花键（1）、换挡结合套内花键（3）、主动大齿轮外花键（4）花键齿侧面均从外端面开始逐渐减小内缩，输入轴换挡外花键（2）花键齿厚从两端向中间逐渐减小内缩，减小内缩角度均为α，其特征在于：换挡结合套内花键（3）在中部切槽，将内花键分成左右对称的两部分，左、右两部分内花键各自在靠端面处两侧头部内缩，头部两侧边分别与换挡结合套内花键（3）两侧边形成角度为δ的夹角，前述夹角角度δ值均相等，角度δ范围为15°～75°，所述凸棱（5）宽度范围为0～5mm，靠近端面的每个花键端面头部以单个花键的对称面为中心，每侧从凸棱（5）的棱边开始，对称对花键头部进行加工，使头部端面与花键外端面成角度β的夹角，前述夹角角度β值均相等，角度β范围20°～70°，α范围为90°～100°，其中输入轴换挡外花键（2）单个花键形状为双凹形。

2.根据权利要求1所述的换挡系统，其特征在于，所述夹角角度δ值为20°。

3.根据权利要求1所述的换挡系统，其特征在于，所述凸棱（5）宽度为0.5mm。

4.根据权利要求1所述的换挡系统，其特征在于，所述夹角角度β值为40°。

5.根据权利要求1所述的换挡系统，其特征在于，所述夹角角度α值为93°。

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