CN102187120A - 具有载荷分配系统的变速器 - Google Patents

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Abstract

一种变速器，包括：输入轴(9)，使方向相反的第一和第二螺旋输入齿轮(1、2)协同地在轴向上彼此相对固定并且在轴向上能够移动；输出轴(10)；第一副轴和第二副轴(7、8)，它们偏离所述输入轴(9、10)的轴线，并被设置成与所述输入轴和输出轴(9、10)相接合以将旋转运动从所述输入轴(9)传送至所述输出轴(10)，每个副轴(7、8)包括输入齿轮(3、4)，使得所述第一副轴(7)与第一输入齿轮(1)相接合但不与第二输入齿轮(2)相接合，并且所述第二副轴(8)与所述第二输入齿轮(2)相接合但不与所述第一输入齿轮(1)相接合；以及两个或两个以上输出齿轮(26)，能够旋转地安装在所述输出轴(10)上并能够选择性地与该输出轴(10)相接合，这些输出齿轮与所述第一和第二副轴(7、8)上的相应的输出齿轮(5、6)持续地啮合，其中所述变速器经过配置，使得当所述输出轴(10)与所述第一和第二副轴(7、8)相接合的时候，所述输入轴(9)和所述第一和第二副轴(7、8)之间的载荷分配的不平衡引起所述第一和第二输入齿轮(1、2)的轴向运动，该轴向运动有助于减少该不平衡。

Description

具有载荷分配系统的变速器
技术领域
本发明涉及用来转换扭矩和旋转动力源的速度的变速器，例如发动机或其它电机。
背景技术
变速器通常用在机动车辆当中，以在考虑到车速的变化时允许发动机在其运转极限范围内运转。考虑到齿轮之间的机械公差以及轮齿的热膨胀，变速器中成对的齿轮典型地设计为具有轮齿隙。如果没有预留小量的轮齿隙，则在特定条件下变速器存在卡机的风险。
图1中示例性地显示了一种特定类型的已知变速器的结构，例如文献US 4,754,665中所描述的那样。这种类型的变速器从输入轴9中获取输入旋转动力，并通过头部齿轮组15而将输入旋转动力传送至一对副轴7和8(也称为中间轴)。副轴7、8通过齿轮组16或17而将动力传送至主轴10上的一系列齿轮18、19。主轴10上的齿轮18、19自由旋转，并借助离合器23或24被咬合以选择性地与主轴相接合。当齿轮被咬合的时候，动力通过由相关联的成对的齿轮所表现的特定的传动比而传送至主轴。
图1中所示的结构具有的固有的问题是，确保扭矩在每个副轴上平均分配，而不仅仅是在首先啮合的副轴上平均分配。该问题的之前的解决方案——例如文献US 4,754,665中公开的——包括使得被咬合的齿轮浮动，并且使得主轴的一端25移动。被咬合的齿轮18、19的径向平移，亦即沿着垂直于(正交于)主轴10的轴线所表示的旋转轴线的方向的平移，使得在选定的被咬合的齿轮18、19和与该被咬合的齿轮相接触的副轴16、17上的对应齿轮之间具有更加均匀的啮合。
将离合器23、24替换成同步器则使得更换齿轮成为更加简易的过程，这是因为在接合之前齿轮的转速不必十分匹配。然而，主轴上的齿轮18、19之间的浮动关系的特性则使得这种更改十分困难，这是因为同步器需要紧密的公差来正确地接合。因此，由于上述提到的有关于齿轮之间的机械公差的问题，使用同步器则具有引起变速器卡机的风险。
因此，本发明的目标在于解决上述问题。
发明内容
按照本发明，提供了一种变速器，包括：
输入轴，该输入轴使方向相反的第一和第二螺旋输入齿轮在轴向上彼此相对固定并且在轴向上能够协同地移动；
输出轴；
第一和第二副轴，该第一和第二副轴偏离所述输入轴的轴线，并被设置成与所述输入轴和输出轴相接合以将旋转运动从所述输入轴传送至所述输出轴，每个副轴包括输入齿轮，使得所述第一副轴与所述第一输入齿轮相接合但不与所述第二输入齿轮相接合，并且所述第二副轴与所述第二输入齿轮相接合但不与所述第一输入齿轮相接合；以及
两个或两个以上输出齿轮，这些输出齿轮能够旋转地安装在所述输出轴上并能够选择性地与该输出轴相接合，这些输出齿轮与所述第一和第二副轴上的相应的输出齿轮持续地啮合，
其中所述变速器经过配置，使得当所述输出轴与所述第一和第二副轴相接合的时候，所述输入轴和所述第一和第二副轴之间的载荷分配的不平衡引起所述第一和第二输入齿轮的轴向运动，该轴向运动有助于减少该不平衡。
上述变速器的优点是：当动力正在通过变速器而被传送的时候，自动实现了多个副轴之间的载荷分配，并且不需要使用输出轴上的离合器。副轴上的和输出轴上的齿轮能够被连续地啮合，并且能够通过第一和第二输入齿轮的运动而适应由于加工公差导致的任何小的不对齐。
所述第一和第二螺旋输入齿轮可以制造成一个部件或者由不同的齿轮构成。
所述第二齿轮可以选择性地包括：在所述第一齿轮的相对的两侧沿着所述输入轴布置的两个齿轮。
优选地，例如借助具有基本相等并且相反的螺旋齿轮角度的第一和第二螺旋输入齿轮，所述变速器被设置成在第一和第二副轴之间平等地分配载荷。然而，例如通过选定不相等的螺旋齿轮角度，其他的载荷分配比也是可行的。
优选地，变速器的输出轴相对于输入轴同轴地安装。
可选地，所述变速器包括同步器，该同步器安装在所述输出轴上，并被设置成使输出齿轮选择性地与所述副轴上的相应齿轮相接合，以通过选定的输出齿轮传送动力。
优选地，所述第一和第二输入齿轮被安装成适于相对于所述输入轴的轴向运动，从而该第一和第二齿轮能够响应于多个副轴之间的载荷分配不平衡而沿着输入轴运动。
所述的变速器还可以包括安装在所述输入轴上的方向相反的第三和第四螺旋输入齿轮，该第三和第四螺旋输入齿轮在轴向上彼此相对固定并且在轴向上能够协同地移动；
其中在这些副轴上的输入齿轮是第一副轴输入齿轮，并且每个副轴包括第二副轴输入齿轮，使得所述第一副轴能够选择性地与所述第三输入齿轮相接合但不与所述第四输入齿轮相接合，并且所述第二副轴能够选择性地与所述第四输入齿轮相接合但不与所述第三输入齿轮相接合。
可选地，每个副轴包括安装在其上的同步器，该同步器被设置成同步地选择性地使副轴与所述第一和第二输入齿轮或与所述第三和第四输入齿轮相接合。
本发明通过与之前公开的变速器不同的方式来确保了所有接合的齿轮的连续啮合，尤其是本发明不需要主轴的轴向运动，也不需要咬合齿轮的浮动。因此，本发明允许了在主轴上直接使用同步器。此外，本发明确保了多个副轴之间具有优化的载荷分配，典型地为50∶50比例，但可能会需要或设计其它的比例。因此，确定的载荷分配使得副轴上的所有齿轮都减小了规格，因此变速器的尺寸和重量得以减少。可选地，按照本发明的相同尺寸的变速器可以调整到更高的功率。
附图说明
将通过实例并参考附图来描述本发明，其中：
图1是已知的变速器布置的示意性的横截面图；
图2是根据本发明的变速器的示意性的横截面图；
图3是根据本发明的变速器的输入齿轮的可选布置的示意性的横截面图；
图4是可选实施方式的示意性的横截面图。
具体实施方式
图1中所示的变速器已经结合本发明的背景而进行了论述。
图2中所示的变速器包括方向相反的两个螺旋齿轮1、2，所述齿轮安装在输入轴9上，以通过输入动力源来进行旋转。这些输入齿轮1、2能够自由地轴向移动，但是无论是轴向移动还是旋转，输入齿轮1、2均被约束成协同地移动。可以通过例如将成对的齿轮制造成一个部件，或者通过利用螺栓、螺钉、焊接或其它连接手段来将两个齿轮连接在一起，从而对所述齿轮进行约束。两个输入齿轮1、2之间的设定距离可以为零或者大于零。当该距离为非零的情况下，齿轮之间的间隙可以通过插入到齿轮之间的刚性或可压缩材料而保持，所述材料例如安装到输入轴9上。
螺旋齿轮的啮合易于引起反向的轴向力，该轴向力将会大致与传递的扭矩成比例。因此，当反向的轴向力不平衡的时候，输入螺旋齿轮1、2的相反方向将会导致齿轮1、2的轴向运动。齿轮的轴向运动将易于在他们所啮合的成对齿轮中产生微弱的旋转。这种旋转将易于使低载的齿轮系更加靠近接触，并减少超载齿轮系上的接触，从而对副轴7、8之间的载荷进行平衡，直到所导致的反向的轴向力处于平衡。对于副轴7、8上具有相等载荷而言，则在输入齿轮1、2上选定相等的螺旋角度。对于需要在多个副轴上具有不均等载荷的变速器的设计而言，输入螺旋齿轮1、2则具有不同的螺旋角度，从而产生所需的载荷分配。
输入轴9使两个方向相反的螺旋输入齿轮1、2安装在其上，该两个螺旋输入齿轮1、2被约束为与轴9一同旋转，但是允许沿着输入轴9的一部分长度移动。可以通过使用齿条来确保齿轮沿着它们行驶的长度很容易地进行移动。副轴7、8上的齿轮3、4、5、6正常安装在副轴7、8上。副轴齿轮3、4、5、6的轴向运动受到阻止，并且齿轮被约束成与轴(齿轮安装于该轴上)一同旋转，从而在第一副轴7上将动力从输入齿轮3传送到输出齿轮5上，在第二副轴8上将动力从输入齿轮4传送到输出齿轮6。输出齿轮26安装在主轴10上的轴承上，并能够借助同步器19而进行同步，以将动力传送至主轴10。在图2所示的实施例当中，主轴10在每个端部都被轴向约束，其运动借助安装在轴10的一端的轴承18而被约束。在同步期间，如果副轴齿轮6首先与输出齿轮26进行齿轮齿接触的话，则所有动力首先将通过左边的副轴8而被传送。如果输入轴9沿着箭头27所示的方向旋转的话，则将会引起副轴7、8沿着箭头28、29所表示的方向旋转，并且主轴沿着箭头30所表示的方向旋转。当所有的动力瞬间通过左边的副轴8而被传送的时候，在齿轮2上产生反作用力，将输入齿轮1、2沿着输入轴9在箭头20所表示的方向上向上推动。该向上运动引起了两个副轴齿轮3、4相对于它们的初始位置而轻微旋转。由箭头21、22所表示的该轻微旋转在各自的副轴7、8上实施。旋转21的方向将会使得副轴齿轮5的齿更加靠近输出齿轮26的齿，并且旋转22将会使得副轴齿轮6的齿脱离与输出齿轮26的齿的直接接触。因此，通过输入齿轮1、2的轴向运动和随后的副轴7、8的旋转，齿轮5、6和26之间的接触将会趋向于相等，从而引起通过齿轮系的载荷分配发生变化。
按照图2中所示的实施例的变速器将典型地具有两组或更多组输出齿轮和对应的副轴齿轮，以允许选择输入和输出轴9、10之间的传动比范围。可以设置一个或多个同步器19，从而允许选择其中一个传动比。可以为每一组输出齿轮都提供同步器。可选择地，可以提供一个或多个双向同步器，其被设置成在两个相邻的输出齿轮组之间进行选择。
图3显示了本发明的可选实施例，其中，输入齿轮的一者被分成两个，导致了输入齿轮11、12与输入齿轮2方向相反。优选地，输入齿轮2的宽度是齿轮11、12的两倍。输入齿轮的这种结构将易于平衡副轴7、8上的任何不均匀的弯曲力矩，否则该不均匀的弯曲力矩将出现在图2所示的实施例当中。
图4显示了另一实施例，其中在输入轴9上除了上述的第一和第二输入齿轮1a、2a以外，还设置有第三和第四输入齿轮1b、2b。通过选择哪组输入齿轮与副轴7、8相接合，这种设置提供了额外的范围选择。优选地，借助设置在每个副轴7、8上的一个或多个同步器31来完成该选择。多个同步器31被设置成同时操作，这些同步器31可以是“双向”的同步器，这是因为可以在副轴7、8上的第一输入齿轮3a、4a和副轴7、8上的第二输入齿轮3b、4b之间进行选择。在其它方面，图4的实施例的工作原理与上述的其它实施例的工作原理相同。特别而言，第三和第四输入齿轮1b、2b也是相反方向并且安装在输入轴上，以考虑到协同的轴向运动。第三和第四输入齿轮1b、2b能够独立于第一和第二输入齿轮1a、2a而运动，从而在选定了任意一对齿轮的时候，能够在多个副轴之间进行载荷分配。
图4中所示的实施例的可选实施例可以包括安装在输入轴9上的同步器，该同步器被设置成通过第一和第二输入齿轮1a、2a或者通过第三和第四齿轮1b、2b，而同时地选择性地使输入轴9与副轴7、8相接合。
图4还显示了变速器的示例性的输出级，其中显示了两个输出齿轮26a、26b，这些输出齿轮可以借助另外的同步器19而进行选择，该同步器19被设置成选择性地使第一或第二输出齿轮26a、26b与副轴7、8上对应的输出齿轮5a、5b、6a、6b相啮合。这种结构还可以适用于图2所示的实施例。根据所需要的可选择传动比的数量，还可以使用另外的输出齿轮。根据输入齿轮和输出齿轮的选择，根据上述实施例的变速器将允许选择四种传动比。
其它实施例有意地在由权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (12)

1.一种变速器，包括：
输入轴，该输入轴使方向相反的第一和第二螺旋输入齿轮在轴向上彼此相对固定并且在轴向上能够协同地移动；
输出轴；
第一和第二副轴，该第一和第二副轴偏离所述输入轴的轴线，并被设置成与所述输入轴和输出轴相接合以将旋转运动从所述输入轴传送至所述输出轴，每个副轴包括输入齿轮，使得所述第一副轴与所述第一输入齿轮相接合但不与所述第二输入齿轮相接合，并且所述第二副轴与所述第二输入齿轮相接合但不与所述第一输入齿轮相接合；以及
两个或两个以上输出齿轮，这些输出齿轮能够旋转地安装在所述输出轴上并能够选择性地与该输出轴相接合，这些输出齿轮与所述第一和第二副轴上的相应的输出齿轮持续地啮合，
其中所述变速器经过配置，使得当所述输出轴与所述第一和第二副轴相接合的时候，所述输入轴和所述第一和第二副轴之间的载荷分配的不平衡引起所述第一和第二输入齿轮的轴向运动，该轴向运动有助于减少该不平衡。
2.如权利要求1所述的变速器，其中所述第一和第二螺旋输入齿轮制造成一个部件。
3.如权利要求1所述的变速器，其中所述第一和第二螺旋输入齿轮由不同的齿轮构成。
4.如权利要求1所述的变速器，其中所述第二齿轮包括在所述第一齿轮的相对的两侧沿着所述输入轴布置的两个齿轮。
5.如权利要求1所述的变速器，其中所述变速器被设置成在所述第一和第二副轴之间平等地分配载荷。
6.如权利要求5所述的变速器，其中所述第一和第二螺旋输入齿轮具有基本相等并且相反的螺旋齿轮角度。
7.如权利要求1所述的变速器，其中所述输出轴相对于所述输入轴同轴地安装。
8.如权利要求1所述的变速器，包括同步器，该同步器安装在所述输出轴上，并被设置成使输出齿轮选择性地与所述副轴上的相应齿轮相接合，以通过选定的输出齿轮传送动力。
9.如前述任意一项权利要求所述的变速器，其中所述第一和第二输入齿轮被安装成适于相对于所述输入轴的轴向运动。
10.如前述任意一项权利要求所述的变速器，包括安装在所述输入轴上的方向相反的第三和第四螺旋输入齿轮，该第三和第四螺旋输入齿轮在轴向上彼此相对固定并且在轴向上能够协同地移动；
其中在这些副轴上的输入齿轮是第一副轴输入齿轮，并且每个副轴包括第二副轴输入齿轮，使得所述第一副轴能够选择性地与所述第三输入齿轮相接合但不与所述第四输入齿轮相接合，并且所述第二副轴能够选择性地与所述第四输入齿轮相接合但不与所述第三输入齿轮相接合。
11.如权利要求10所述的变速器，其中每个副轴包括安装在其上的同步器，该同步器被设置成同时地选择性地使这些副轴与所述第一和第二输入齿轮或与所述第三和第四输入齿轮相接合。
12.如权利要求10所述的变速器，其中所述输入轴包括安装在其上的同步器，该同步器被设置成同时地选择性地使所述输入轴与所述第一和第二输入齿轮或与所述第三和第四输入齿轮相接合。
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