CN1021248C - 单轴换挡机构 - Google Patents

Abstract

本文提出一种齿轮变速器(100)的单轴换挡机构(106)。换挡机构具有啮合及空挡止动装置(194，196，198)和定位装置(200，202，204，206)，它们全部与换挡机构成一整体，使相当简单的联锁机构可用于标准的遥控和/或直接控制换挡促动器。

Description

本发明涉及一种齿轮变速器或组合式变速器的主变速器部的换挡机构，该换挡机构通过可轴向移动的齿轮和/或齿轮啮合牙嵌式离合器构件，按选定的各速比挂挡或释放。具体地说，本发明涉及一种上述类型的换挡机构，它采用单换挡轴，在三个或多个可选择的速比中每次选择一个进行挂挡。

用以对车辆多级机械变速器的可变速比进行选速及挂挡的单轴换挡机构，在先有技术领域中已公知，可参阅美国专利4，621，537及德国专利1，011，736，其有关说明对照和引用于本说明书中。这类机构在某些情况下，比美国专利4，445，393;4，275，612;4，584，895及4，722，237等所公开的多级平行换挡轨型式的装置有改进，这是因为它们只需要较少的零件，并且使用单个移动轴，便可能采用改进的轴承和使精加工成本更为经济;它们需要空间少，副减速器易控制，并且/或者使变速器是处于空挡或处于挂挡状态的感测更容易更经济，上述美国专利内容对照引用于本说明书中。

虽然在某些情况下，先有技术的单轴换挡机构可以使用，但并不能完全令人满意，因为在各个换挡拨叉的轴毂或联锁部件上，要求切削多条轴向的槽道，它们从内直径表面沿径向穿过轴毂，到达外直径表面，这可能降低轴毂的强度，并且加工时较困难而费用较高。

此外，先有技术的单轴换挡机构采用很复杂的十字轴机构，其中有各种棘爪和止动机构，无论作直接操纵或遥控换挡，变速都不容易。

在本发明中，可通过设置一根加工较易、费用较少并且易于适应直 的公知方式，通过离合器套环60、62及64的移动而与主轴28耦合，随之旋转。离合器套环60还可用于将输入齿轮24与主轴28耦合，形成输入轴16与主轴28间的直接驱动关系。

一般常用与换挡器壳组合件70相关联的变速拨叉60A、62A及64A，将离合器套环60、62及64分别在轴向上定位，如现有技术中所常见那样。离合器套环60、62及64的类型可以采用常见的同步或非同步双作用牙嵌式离合器。

主轴齿轮58为倒车挡齿轮，靠传统的中间惰齿轮（未示）与中间轴齿轮48常啮合。还应注意，虽然主变速部12设有五挡可供选择的前进速比，但其最低挡前进速比，即由将主轴驱动齿轮56与主轴28耦合取得的速比，经常有非常大的减速，因此应将其考虑为低速挡，或“爬行”挡，仅用于恶劣条件下的车辆起动，通常不应用于高变速范围。因此，虽然主变速部12中设有五个前进速度，但通常称之为“四加一”主变速部，因为仅有四个前进速度由本发明所用的副变速部14进行组合。

牙嵌式离合器60、62及64为三位离合器，可在图示的中间不啮合位置上定位，或利用变速杆72拨到完全向右或完全向左的啮合位置。众所周知，在一定时间中仅离合器60、62及64中的一个可进行啮合，设有主变速部联锁装置，将其他的离合器在空挡状态中锁定。

副变速部14具有两个基本相同的副中间轴组合件74和74A，它们各有一个副中间轴76，由轴承78及80支持在壳H中，副中间轴上面装有两个副变速部中间轴齿轮82及84随之旋转。副中间轴齿轮82与增档/输出齿轮86常啮合，并将其支承，而副变速部中间轴齿轮84，与固定在变速器输出轴90上的输出齿轮88常啮合。

设有两位同步牙嵌式离合器组合件92，用拨叉94和增档部换挡促动器组合件96在轴向上定位，离合器组合件92用以将齿轮86与主轴28耦合，作低速量程运转，或将齿轮88与主轴28耦合，作组合变速器10的直 接换挡或遥控换挡的单轴换挡机构，先有技术中存在的缺点就得以尽量减少或克服。

上述情况之所以能实现，是因为采用了轴向伸展的槽孔，这些槽孔通过轴毂或轴毂部的全部轴向长度，从而容易利用拉削加工来制出，不需要端铣削加工工序，也不削弱轴毂部的强度。此外，所需的全部棘爪和止动机构都和各轴毂及拨叉联锁部成一整体，因而仅需在拨叉联锁部上，有一个形成球窝连接的窝座，使换挡机构和直接换挡或遥控换挡促动器联系。

因此，本发明的目的是提供一种新颖的改进的单轴换挡机构。

本发明的上述及其他的目的与优点，通过阅读下文对理想实施方案的详细叙述，结合附图，便可清楚了解。

图1是具有直线型副变速器并采用本发明的单轴换挡机构的组合变速装置的示意说明图。

图1A是图1所示变速装置的换挡机构。

图1B是图1所示变速装置的换挡方式的示意说明图。

图2是本发明单轴换挡机构的侧视图。

图3是本发明换挡机构的俯视图。

图4A-4C是一个矩阵，显示在本发明换挡机构各选定位置上，轴和键相对于各换挡轴毂部的位置。

图5是互锁键的俯视图。

图6是一个拨叉的俯视图。

图7是本发明换挡机构的透视图。

为便利起见，在下面的说明中要使用某些术语，它们仅作参考而无制约意义。词“向上”、“向下”、“向右”及“向左”指在该图中所示的方向。词“前方”、“后方”分别指按传统方法安装在车辆上的变速装置的前、后端，即分别为图1中所示变速装置的左、右侧。词“向 内”和“向外”，分别指向着装置及其指定部分的几何中心趋近和远离的方向。各该术语包括上面具体提到的词、其派生词和有相似含义的词。

术语“组合变速器”，用于表示一种变速器或齿轮变速器，它具有一个多级前进速度的主变速部，与一个多级副变速部串联，从而可将主变速部中选定的减速比和副变速部中的另外选定的减速比相组合。“同步离合器组合件”及有相同含义的词，指利用一个刚性离合器将选定齿轮与轴作不旋转耦合的离合器组合件，其中，离合器构件在相当大的摩擦力下作基本同步的旋转前，可防止该离合器的挂接倾向，有装置配合离合器构件工作，在离合器开始挂挡时，足以使离合器构件与全部随之旋转的构件基本以同步速度旋转。

在本文中，术语“变速器”指简单变速器或组合变速器的主变速部。

参看图1、1A及1B，其中显示了有利使用本发明换挡机构的直线型组合变速器10。组合变速器10包括一个多级的主变速部12，它与直线型副变速部14串联。变速器10安放在壳H内，具有一根输入轴16，由一台诸如柴油发动机E的原动机，通过按选择分离的常闭合主摩擦离合器C驱动，主离合器C具有一个输入部，即驱动部18，与发动机曲轴20作传动连接，具有一个随动部22，与变速器输入轴16连接，可一起旋转。

在主变速部12中，输入轴16上装有输入齿轮24，同时驱动多个基本相同的中间轴组合件26及26A按基本相同的转速旋转。这两个基本相同的中间轴组合件设在主轴28的完全相反的两侧，该主轴28与输入轴16基本上为同轴线。每一个中间轴组合件有一根中间轴30，用轴承32及34支承在壳H中，图中只示出其一部分。每一根中间轴装有相同的中间轴齿轮组38、40、42、44、46及48，固定在其上随之旋转。多个主轴齿轮50、52、54、56及58围绕主轴28安装，每次选定一个，按照现有技术中 接连接或高速量程的运转。组合直线型变速器10的换挡方式，在图1B中显示。变速器10低速及高速量程运转的选择，是利用操作者启动开关或按钮98进行的，该开关一般放置在变速杆72上。或者也可采用“双H”型副换挡装置。

虽然图示的直线型副变速部14为二级变速部，它使用正齿轮或斜齿轮装置，但应理解，本发明也适用于有三个或三个以上速比选择范围和/或使用行星齿轮的采用综合小速比/直线型副变速部的直线型变速器。并且，如上所述，离合器60、62或64中的任何一个或多个可以是同步牙嵌式离合器，变速器部12和/或14可以是单中间轴型。

参考图2至7，可了解本发明单轴换挡机构100的详细细节。换挡机构100有一个联锁件102，它形成有一个简单的窝座104，以便与直接换挡促动器或遥控换挡促动器（未示）形成球窝型连接。诸如用于传统载重汽车及拖拉机上的变速杆/塔形机构之类直接变速促动器，和用于平头车型的载重汽车和拖拉机上的遥控换挡促动器，都属常见类型，可参看美国专利3，799，002;3，934，485;4，290，515;4，275，612和4，543，843等，其公开的内容本文转述以作参考。

本发明的换挡机构100的结构适用于车辆变速器，诸如变速器10上，它具有多个可选择挂挡的速比，各被设计成可利用诸如拨叉60A、62A及64A等，通过离合器在轴向上移动，和相应的牙嵌式离合构件啮合。拨叉的作用是在离合器套环中选定一个，将其从如图1所示的中间不啮合位置，向轴向上的两个相反方向上定位。

换挡机构100有轴106安装在壳H中绕其轴线108旋转，并可沿轴线108轴向移动。为此，轴106设有小直径部110及112，用设在壳H中的滚针轴承114及116支承。

轴106支承三个拨叉60A、62A及64A。各拨叉有一个轴毂形部分118、120及122，各设有通孔124、126及128，其中容纳轴106。内孔 直径130略大于轴106中部134的外径132。

换挡机构100还具有一组第一齿或换挡齿，从轴的外径136沿径向外伸，在轴向和周向上与轴106相对固定。换挡齿在轴106上的配置，应使各轴毂118、120及122可在两相邻齿之间沿轴向配合。因此，在图示的结构中，有四个换挡齿138、140、142及144。为便利制作齿，将换挡齿键146容纳在轴106中间部134上设置的相应的轴向槽148中。齿138、140、142及144从键146的同一侧向外伸，该键的底部容纳在槽148中。

换挡机构100还具有第二组齿，即互锁齿，又从轴106的中部134沿径向外伸，在圆周上固定，但可在轴向上相对于中部移动。第二组齿亦即互锁齿，可相对于轴106在轴向上移动，但在轴向上相对壳H固定。与第一组齿相似，每一个毂配置在两相邻互锁齿之间。互锁齿具有齿150、152、154及156。从图5可见，互锁齿设在单一的互锁键158上，该键158的底部160，可滑动地安放在轴106的轴向伸展的槽162中。最好槽148和162在轴106的两侧正对。因为互锁键150和156的轴向外端164和166被设计成分别抵靠变速器壳H的表面168和170，故键160形成的全部互锁齿在轴向上相对壳H固定。

拨叉60A、62A及64A的轴毂部118、120及122分别设有若干槽，从其内径孔表面沿径向外伸，并沿轴向在各毂部的全部轴向长度上伸展。因此，槽可用成本较低而精确的拉削加工技术来制作。

每一槽的尺寸，应该当其在圆周上与变速键或互锁键之一对正时，使对正的键可嵌入槽中，使轴毂与对正的齿之间可相对轴向滑动。

从图6可见，拨叉60A的轴毂部分118设有一槽174和一个双倍宽度槽176。拨叉62A的轴毂部120设有槽178、180及182。拨叉64A的轴毂部122设有槽184和双倍宽度槽186。

轴106相对于壳H的轴向平移和转动，由作用在联锁件102上的球 窝连接器上的遥控或直接控制变速促动器（未示）进行控制，该联锁件102用定位螺丝188与轴106作轴向及旋转方向上的固定。注意在变速齿上有一个突出部190，供插入设在联锁件102上的槽口192中，从而键146和变速齿138、140、142及144，在轴向上相对轴106固定。还应注意互锁键158上有多个外伸的半环形凹槽194，与联锁件102止动机构198上的弹簧偏压止动球196互相作用，指示轴106相对于壳体、从中心空挡位置转向轴向偏移的啮合位置的轴向移动情况。除止动球96与凹槽194间有弹性的相互作用外，互锁键148可相对于轴106充分轴向移动，联锁机构102在轴向上与轴106固定。

各拨叉元件的各轴毂部上的槽的配置，对于换挡机构100三个供选择的位置的每一个来说，除作轴向移动的一个轴毂部外，全部轴毂部的槽与互锁齿在圆周上错开，而作轴向移动的该拨叉的轴毂部上的槽之一则和互锁齿对正，使拨叉可相对于壳作轴向移动。此外，除轴向移动的一个拨叉外，全部拨叉的轴毂部中有至少一条槽，与变速齿对正，使轴106可相对于各拨叉轴向移动，而作轴向移动的拨叉毂部上没有槽与变速齿对正，从而该拨叉与轴向两侧上的变速齿在轴向上啮合，随变速轴106作轴向移动。

各齿与槽的互相作用情况可参看图4A-4C。图4A-4C确定一个3×3矩阵，显示换挡机构100的各工作状态中，互锁齿、变速齿和轴毂部槽的相对位置。第一行示出变速轴106各旋转位置上的轴毂部122。第二行示出变速轴106各旋转位置上的轴毂部120。第三行示出变速轴106各旋转位置上的轴毂部118。第一列示出变速轴106在选定的倒车挡或低速挡的挂挡或释放位置时的位置。第二列示出变速轴106在第一或第二挡的挂挡或释放时的位置。第三列示出在变速轴106的第三挡或第四挡的挂接或分离位置上，变速轴106相对于变速轴各轴毂部的位置。图4A-4C中各视图为从图1所示变速或换挡机构的后面所看到的剖 视图。

作为举例，假设操作者将轴106旋转，选定第一挡或第二挡的挂挡或分离，轴106在旋转中的位置如第二列所示。在该位置上时，互锁齿156和154与轴毂部122的槽184不对正，于是拨叉64A相对于壳H在轴向上锁定。与此相似，互锁齿152和150不与槽174对正，则拨叉60A相对于壳H在轴向上锁定。互锁齿154和152与拨叉62A的轴毂部120的槽178在轴向上对正，使拨叉62A和离合器元件62可相对于壳H作轴向移动，将齿轮52或54与主轴28挂接或分离。变速齿144和142与毂部122上的槽186对正，变速齿140和138与毂部118上的槽176对正，使轴106可相对于正由互锁齿的作用保持在轴向上相对壳固定的拨叉60A和64A，作轴向移动。变速齿142和140不与拨叉62A的毂部120的槽180或182对正，从而将拨叉62A固定，使之随轴106作轴向移动。与此相似，从图4A-4C中右列可见，将轴106旋转选定第三挡或第四挡的挂接或分离时，使拨叉64A和62A的毂部122和120在壳上互锁，而同时将拨叉60A的毂部118与轴106固定，以便随其作轴向移动。并且，从图4A-4C的最左列可见，将轴106转到选定低速挡或反向挡的挂接或分离的位置，可将拨叉62A和64A的毂部120和122与壳互锁，而同时将拨叉64A的毂部122固定在轴上，随其作轴向移动。

虽然本发明的单轴换挡机构，是结合一个五级前进挡和一个反向挡的主变速部12来说明，但还可以通过增加拨叉与轴毂组合件，并将每一轴毂组合件的槽正确定位，便可将这机构用于选择速比数目更多的变速器。

从图4可见，毂部122还在前端设有一对轴向伸展的表面200及202，分别与变速齿142及互锁齿154互相作用，分别限制轴106相对于壳H的顺时针或逆时针的旋转。简言之，变速齿142与表面200相接，将轴106的顺时针旋转，限制于轴106处于可正确选择低速挡或倒车挡 挂接的位置，使操作者有确知已正确达到该位置的措施。与此相似，互锁齿154与表面202相接，限制轴106的逆时针旋转（按图4所看到的方向），使操作者确切知道轴106已为选定第三及第四挡的挂接或分离而正确定位。壳部122还设有弹簧偏压的柱塞204，与设在轴106上的表面206互相作用。简言之，从图4的中列可见，当将轴106旋转定位，以正确选择挂接第一和第二挡时，弹簧偏压的柱塞204刚与表面206相接，使操作者确知轴106已为这种选择正确定位。此外，柱塞204在选择低速挡与倒车挡时构成公知的阻力，放松变速杆时倾向于将变速器推离选定位置。

参看图2，本发明的换挡机构100还具有各种附加的传感器或与设在壳中的传感装置配合的传感器促动机构，如先有领域中所常见。例如，轴106的小直径部112可以具有第一坡形凹口208，被设计为可与壳H中的柱塞210互相作用，促动空挡起动安全开关212。小直径部112可具有一个第二坡形凹口214，与壳H中的柱塞216配合，以便操纵副变速控制阀218。拨叉160A的毂部122可具有一个突出部220，操纵倒车挡的倒车灯开关222。拨叉60A的毂部118可具有一个突出部224，当拨叉移到图2中的左方时，突出部224接触传感器226，挂接高速挡，操纵道路车速控制阀226等。

如上所述，各种啮合、空挡机构，各种止动机构，和指示轴106已旋转到各种选定旋转位置的机构，全部与机构100成一整体，使机构100可用于任何容放在联锁件102中的窝座104中的标准变速促动器，不要求将变速促动机构作任何特殊的变动。

Claims (8)

1、一种单轴换挡机构(100)，用于在变速装置(10)中按可选择的齿轮速比进行选定和挂挡，该换挡机构包括壳(H)，安装在该壳内作相对的轴向移动和转动的轴(106)，与该壳作轴向和旋转方向连接的联锁件(102)，多个拨叉(60A，62A，64A)，它们各有一个套管式的轴毂部(118，120，122)，每个所述轴毂部各有一个通孔(124，126，128)、一个外表面和一对在轴向上相对的端面，两端面基本上垂直于所述轴的轴线，一组变速齿(138，140，142及144)按一定轴向间隔从所述轴沿径向向外伸，使每个所述轴毂部配置在所述一组变速齿的两相邻齿之间，所述变速齿相对于所述轴的轴向和周向固定，一组互锁齿(150，152，154及156)从所述轴沿径向伸出，在轴向上有间隔，使每个所述轴毂部配置在所述一组互锁齿的两相邻齿之间，所述一组互锁齿可在轴向上与轴(106)有相对移动，但在周向上相对于所述轴固定，并在轴向上相对于所述壳固定，每个所述轴毂部具有至少一对槽(184及186；178，180及182；174及176)从相应的两端面轴向伸出，所述槽的形状可容纳所述齿中的相应一个齿，所述槽沿所述轴毂的通孔的预定位置上配置，使得当所述轴毂中之一个轴毂的所述槽中之一槽，与所述互锁齿组中之相应一个互锁齿对正，并且所述轴毂中所有槽与随所述轴旋转的所述变速齿中的任一变速齿错开时，所述一个毂部以外的每个所述毂部的所述槽中之一个槽与所述一组变速齿组中的一个齿对正，而所述一个毂部以外的每个所述轴毂部中的任何槽，与所述一组互锁齿中的一个互锁齿错开，该换挡机构的特征在于：

所述槽从各所述毂部的一个轴向端面完全伸到另一轴向端面，而从所述毂部的内径仅向外伸出半径的一个部分，所述单轴换挡机构还具有一个啮合及空挡止动机构(194，196，198)，与该换挡机构成一体。

2、根据权利要求1所述的单轴换挡机构，其特征在于所述联锁件（102）上形成一个窝座式的凹穴（104），以容纳一个换挡促动器，给予该轴选定的转动和轴向移动。

3、根据权利要求2所述的单轴换挡机构，其特征在于还具有一个止动件（200，202）与所述机构形成一体，限制所述轴的最大的顺、逆时针旋转量。

4、根据权利要求3所述的单轴换挡机构，其特征在于所述机构包括三个拨叉，所述拨叉中的一个的轴向移动，要求将所述轴在一个位于最大的顺、逆时针方向的旋转位置之间的中间位置上定位;和所述毂部中的一个形成一体的装置（204，206），提供所述轴的正确旋转定位和该中间位置的指示。

5、根据权利要求1所述的单轴换挡机构，其特征在于所述互锁齿组的齿（150，152，154及156）全部设置在一个键件（158）上，该键件（158）有一个底部（160）滑动放置在所述轴的沿轴向伸展的槽（162）中，所述止动机构具有多个凹陷（194）设置在所述键上，和一个与所述联锁件（102）形成一体的弹性止动机构（198，196）配合。

6、根据权利要求3所述的单轴换挡机构，其特征在于所述止动件具有沿轴向伸展的表面（200，202），在轴向上延伸超过所述毂部中的一个毂部的所述端面中的一个端面之外，与所述变速齿中的一个变速齿和所述互锁齿中的一个互锁齿啮合。

7、根据权利要求4所述的单轴换挡机构，其特征在于指示所述选定中间旋转位置的所述装置，具有一个弹性柱塞（204），固定在所述毂件中的一个上，与所述轴上的径向伸展的表面（206）配合工作。

8、根据权利要求2所述的单轴换挡机构，其特征在于所述变速齿（138，140，142及144）在单个的键146上形成，键146具有一个底部，容纳在所述轴上的沿轴向伸展的槽（148）中，所述键上形成有一个突出部（190），与设在所述联锁件（102）上的相应凹陷（192）互相作用，将所述键与所述联锁件在轴向上固定。

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