CN102401115B - 一种变速箱自动选换挡机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变速箱自动选换挡机构，包括选挡机构与换挡机构，所述选挡机构为电磁选挡机构：换挡轴的外周面上于各选挡位处分别开设有选挡孔，选挡孔中设有销轴，向销轴施加伸出选挡孔的顶出作用力的弹簧，以及驱动销轴克服弹簧力缩回选挡孔的电磁铁；换挡轴上设置有驱动所述换挡指沿轴向滑动的电磁驱动装置；所述换挡指与换挡轴外周面相对应滑动配合的表面上开设有与所述伸出状态的销轴定位锁止配合的定位孔。本发明用电磁选档机构替代现有技术中的电机或液压选档机构，避免了电机和液压驱动的缺点，同时结构更加简练，自动化程度高。

Description

一种变速箱自动选换挡机构

技术领域

本发明涉及变速箱选换挡控制领域。

背景技术

近年来，随着车辆自动变速技术的进步，我国自动变速器产品的研究得到了较大发展，相继出现了不同种类的自动变速器。拖拉机换挡时需要的换挡力较大，传统手动换挡的频繁操作容易造成驾驶员疲劳。在拖拉机上应用自动变速器，研究拖拉机自动变速技术越来越受到重视。

现有技术中的车用电控机械式自动变速器选换挡机构大都采用液压控制或电机控制。如双液压缸X-Y正交式布置，其控制结构比较复杂，控制元件较多，制造成本较高；而且液压系统性能受温度影响比较大，使得使用区域受到一定的限制；另外，液压元件对加工精度要求比较高，电磁阀的制造加工比较复杂，而且控制精度较低；液压油容易泄漏，污染环境。

采用电机控制，如申请号为201020211195的中国专利文件公开了一种滚珠丝杆式选换挡执行机构。包括选挡电机、换挡电机和选换挡执行装置，所述选换挡执行装置包括选换挡轴、选换挡拨叉和换挡传动块，换挡传动块固定安装在选换挡轴上，选换挡拨叉滑动安装在选换挡轴上，选挡电机通过选挡滚珠丝杆副与选换挡拨叉连接并驱动选换挡拨叉沿选换挡轴轴向作直线运动，换挡电机通过换挡滚珠丝杆副与换挡传动块连接并驱动换挡传动块和选换挡拨叉以选换挡轴为轴心摆动。该滚珠丝杆式选换挡执行机构均分别采样选挡电机和换挡电机驱动选挡和换挡动作，机构比较复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种独特的选换挡机构，仅使用一台电机，降低机构复杂程度，提高自动化程度。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种变速箱自动选换挡机构，包括选挡机构与换挡机构，所述换挡机构包括换挡电机及由换挡电机驱动转动的换挡轴，换挡轴上止旋地轴向滑动装配有换挡指，换挡指上固定有拨叉，对应拨叉并列设置有至少两根拨叉轴，换挡轴上设有沿轴向分布对应各拨叉轴的选挡位；所述选挡机构为电磁选挡机构：换挡轴的外周面上于各选挡位处分别开设有选挡孔，选挡孔中设有销轴，向销轴施加伸出选挡孔的顶出作用力的弹簧，以及驱动销轴克服弹簧力缩回选挡孔的电磁铁；换挡轴上设置有驱动所述换挡指沿轴向往复滑动的电磁驱动装置；所述换挡指或销轴头部设有当换挡指沿换挡轴滑动碰触被弹簧顶出的销轴时、能够使销轴被压入选挡孔中的倒角面，所述换挡指与换挡轴外周面相对应滑动配合的表面上开设有与所述伸出状态的销轴定位锁止配合的定位孔。 

进一步的，所述电磁驱动装置包括安装在换挡轴两端的电磁线圈，以及固定在换挡指上的衔铁。

进一步的，所述选挡孔为阶梯通孔，该阶梯通孔包括上部的小径孔段及下部的大径孔段；所述销轴上部处于小径孔段，销轴下部设有外翻沿，处于大径孔段；所述外翻沿上端面与所述阶梯通孔的阶梯端面顶压配合，外翻沿下端面与所述弹簧顶压配合；所述弹簧下部连接一个从阶梯通孔的大径孔口旋入的预紧螺栓；所述电磁铁设置在预紧螺栓与销轴外翻沿之间。

进一步的，所述换挡电机为双轴电机，其一轴与所述的换挡轴转动驱动连接，另一轴驱动连接一个副变速箱高低档转换机构。所述副变速箱高低档转换机构包括一个丝杠丝母直线移动执行机构，该丝杠丝母直线移动执行机构驱动连接副变速箱拨叉轴。所述丝杠丝母直线移动执行机构包括与所述双轴电机驱动转动连接的丝杠及穿设在丝杠螺纹部分上的螺母，螺母与所述副变速箱拨叉轴之间直接接触、传动连接。所述双轴电机通过副变速箱离合器与所述丝杠驱动转动连接。

本发明的选换挡机构，选挡机构采用电磁选挡机构，该电磁选挡机构主要包括换挡轴及与其轴向滑动、止旋配合的换挡指，换挡指在换挡轴上有至少两个确定的选挡位，分别对应至少两个拨叉轴。换挡指在每个选挡位均能被对应的弹性的销轴限位。在销轴缩回选挡孔时，通过电磁驱动装置对换挡指施以轴向的力，便能使换挡指沿轴向移动到下一个选挡位。

由于每个选挡位置的销轴除非被压缩，总是处于释放状态，而且在释放状态时，由于（换挡指或销轴头部）具有倒角面，换挡指在轴向移动时碰到销轴头部，能够将销轴压缩，并在移动到换挡指上的定位孔位置时，销轴插入定位孔为换挡指限位，便完成了选挡的定位与锁止。然后便可以进行换挡操作，换挡操作过程中，销轴能够起到传递转矩和力的作用。换挡机构利用（换挡指上的）拨叉拨动拨叉轴进行换挡，换挡过程与现有技术类似，不再赘述。

本发明用电磁选档机构替代现有技术中的电机或液压选档机构，避免了电机和液压驱动的缺点，同时结构更加简练，自动化程度高。

附图说明

图1是本发明的选换挡机构结构图；

图2是换挡轴示意图；

图3是换挡指、换挡轴沿换挡轴横向剖视图；

图4是电气控制电路图；

图5是实施例2的换挡轴、换挡指的配合方式示意图；

图6是实施例3的主副变速箱的实施方式示意图；

图7是实施例3的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

如图1、2、3所示的一种变速箱自动选换挡机构，包括选挡机构与换挡机构，换挡机构包括换挡电机1，换挡电机通过电磁离合器2驱动换挡轴23转动，换挡轴23上止旋地轴向滑动装配有换挡指7，换挡指7上固定有拨叉40，对应拨叉并列设置有三根拨叉轴13、15、16，换挡轴23上设有沿轴向分布对应各拨叉轴的选档位。换挡机构利用拨叉40拨动对应的拨叉轴进行换挡操作。为达到确定的选挡位，需要利用选挡机构，本实施例介绍一种电磁选挡机构。

换挡轴23的外周面上于各选挡位处分别开设有选挡孔24、25、26，选挡孔中设有销轴5、9、29（如图1所示，中间的销轴29被选挡指7挡住）。如图3，销轴29下方设有向销轴施加伸出选挡孔的顶出作用力的弹簧31、32，以及驱动销轴克服弹簧力缩回选挡孔的电磁线圈组30、33；销轴29头部设有倒角面，当换挡指7沿换挡轴滑动碰触被弹簧顶出的销轴29时，能够使销轴被压入选挡孔中；换挡指7与换挡轴23外周面相对应滑动配合的表面上开设有供伸出状态的销轴插入以定位锁止配合的定位孔。伸出状态下，销轴29凸出换挡轴23外周面h1距离，弹簧31、32高度为h2。作为其他实施方式，也可以在换挡指7与销轴29的接触面设置倒角面，或换挡指7与销轴29上均设倒角面。

换挡轴23上设置有驱动换挡指7沿轴向滑动的电磁驱动装置。电磁驱动装置包括安装在换挡轴两端的电磁线圈3、10，以及固定在换挡指上的衔铁6、8。这种电磁驱动装置，换挡轴23与换挡指7之间没有实体的传动结构，作为其他实施方式，也可以不在换挡指上设置衔铁，而采用换挡轴两端的两个电磁力驱动的传动杆等输出机构，直接接触换挡指7，推动换挡指7在换挡轴上沿电磁力方向滑动。另外，还可以仅在换挡轴一端设置一个通过弹簧复位的电磁驱动装置，通过输出力的传动杆推动换挡指，通过弹簧拉回换挡指。

如图3，选挡孔为阶梯通孔，该阶梯通孔包括上部的小径孔段及下部的大径孔段；所述销轴上部处于小径孔段，销轴下部设有外翻沿，处于大径孔段；外翻沿上端面与阶梯通孔的阶梯端面顶压配合，外翻沿下端面与弹簧31、32顶压配合；弹簧31、32下部连接一个从阶梯通孔的大径孔口旋入的预紧螺栓34；电磁线圈组30、33设置在预紧螺栓34与销轴外翻沿之间。作为其他实施方式，选档孔可以是任意的形状，只要满足弹簧使销轴伸出换挡轴h1距离，保证弹簧的运动方向即可。

换挡电磁离合器2的输出轴与换挡轴23通过花键或法兰连接，换挡轴23上开有滑槽4，换挡轴23一端安装PLC控制器，其内部有PLC控制线孔27。通过PLC控制器，控制选挡孔24、25、26中的电磁线圈组，在线圈组不通电时，销轴29被弹簧顶起，伸出换挡轴23的外周面。驱动换挡指7轴向滑动的电磁线圈3、10也受PLC控制器28的控制，控制电路如图4所示。图中，电磁线圈3、10分别对于线路a、b，选挡孔24、25、26中的电磁线圈组分别对应线路c、d、e，电磁离合器2对应线路f。控制线路中的继电器主触头设置在对应的电磁线圈的回路中。

下面说明一个选挡过程的详细流程。如图1，换挡指7处于中间，如果要使换挡指7移动到上面的一个档位，通过PLC控制器控制SB5开关闭合，d线路接通，线圈组30、33通电，在电磁力的作用下，销轴29向下压缩弹簧移动h1（h2≥h1）；然后SB2闭合，b线路接通，电磁线圈10通电，吸引换挡指7上的衔铁8，带动换挡指7向其移动，换挡指7碰到处于伸出状态的销轴9，由于接触面有倒角面，便将销轴9压入选挡孔24，直到移动到定位孔位置，销轴9伸出，插入定位孔，换挡指7被限位，SB1断开，b线路断电。当脱离中间选挡位时，SB6开关断开，线圈组30、33断电，销轴29在弹簧31、32力的作用下，回复到弹起状态。换挡指7与选挡位的位置关系通过换挡指7上的位置传感器11获得。

换挡指7选挡到位后，进行换挡操作，首先，PLC控制器控制f线路通电，电磁离合器2通电，电机1带动换挡轴23转动，由于换挡指7与换挡轴23是止旋的，拨叉40便拨动拨叉轴13运动，当移动到设定位置时，换挡位置传感器12反馈信号，PLC控制器控制电机1停止转动及电磁离合器2断电，挂入挡位。当需要挂入拨叉轴15、16的档位时，首先，使换挡指40拨动拨叉轴13移回到空挡位置；接着，进行选挡，使换挡指7移动到对应于拨叉轴15或16的选挡位，然后进行换挡操作，直至换挡位置传感器14或17反馈信号，电机1停止转动，挂入档位。

实施例2

上述实施例是一种优选的实施方式，从上述实施方式很容易推广到两个或超过三个选挡位的实施方式，在此不再赘述。另外，作为一种等同实施方式，可以将弹性销轴装置（包括销轴、弹簧、电磁铁，弹簧与销轴固定）设置在换挡指7中，而在换挡轴23的各选挡位处分别对应设置定位孔，其示意结构如图5所示，换挡指7在移动中，销轴将落入定位孔而起到限位作用，在需要移动时，用电磁铁带动弹簧拉出销轴。

实施例3

如图6所示为一个在拖拉机和重型汽车上采用的组合变速箱，现有的组合式变速箱，主副变速箱分别有各自的换挡杆进行操纵，空间布置复杂。由于在换挡时需要的换挡力较大，还需要分别频繁操纵主副变速箱换挡杆，增加了换挡时间，容易造成驾驶员疲劳。现有技术中的车用自动选换挡机构只对主变速箱进行改进，副变速箱保留手动换挡方式，没有全部自动化。而由于采用本发明的方案，则很容易实现组合变速箱的自动换挡。

基于本发明的实施例1，将电机1改为双轴电机，电机1增加的一个输出轴驱动副变速箱高低挡转换机构，副变速箱高低档转换机构包括一个丝杠丝母直线移动执行机构，该丝杠丝母直线移动执行机构包括丝杠20及穿设其上的螺母21，螺母21带动副变速箱拨叉轴18。电磁离合器22的输出轴与丝杠20通过花键或法兰连接，丝杠20与螺母21采用螺纹连接，螺母21与副变速箱拨叉轴18上的导块连接，丝杠20的旋转运动可通过螺旋传动形成螺母21的直线运动，从而带动拨叉轴18直线移动实现副变速箱高低挡的转换。19为位置传感器。整个控制流程如图7所示。

Claims (7)

1.一种变速箱自动选换挡机构，包括选挡机构与换挡机构，所述换挡机构包括换挡电机及由换挡电机驱动转动的换挡轴，换挡轴上止旋地轴向滑动装配有换挡指，换挡指上固定有拨叉，对应拨叉并列设置有至少两根拨叉轴，换挡轴上设有沿轴向分布对应各拨叉轴的选挡位；其特征在于，

所述选挡机构为电磁选挡机构：换挡轴的外周面上于各选挡位处分别开设有选挡孔，选挡孔中设有销轴、向销轴施加伸出选挡孔的顶出作用力的弹簧以及驱动销轴克服弹簧力缩回选挡孔的电磁铁；换挡轴上设置有驱动所述换挡指沿轴向往复滑动的电磁驱动装置；所述销轴头部或换挡指设有当换挡指沿换挡轴滑动碰触被弹簧顶出的销轴时、能够使销轴被压入选挡孔中的倒角面，所述换挡指与换挡轴外周面相对应滑动配合的表面上开设有供所述伸出状态的销轴插入以定位锁止配合的定位孔。

2.根据权利要求1所述的一种变速箱自动选换挡机构，其特征在于，所述电磁驱动装置包括安装在换挡轴两端的电磁线圈，以及固定在换挡指上的衔铁。

3.根据权利要求1所述的一种变速箱自动选换挡机构，其特征在于，所述选挡孔为阶梯通孔，该阶梯通孔包括上部的小径孔段及下部的大径孔段；所述销轴上部处于小径孔段，销轴下部设有外翻沿，处于大径孔段；所述外翻沿上端面与所述阶梯通孔的阶梯端面顶压配合，外翻沿下端面与所述弹簧顶压配合；所述弹簧下部连接一个从阶梯通孔的大径孔口旋入的预紧螺栓；所述电磁铁设置在预紧螺栓与销轴外翻沿之间。

4.根据权利要求1所述的一种变速箱自动选换挡机构，其特征在于，所述换挡电机为双轴电机，其一轴与所述的换挡轴转动驱动连接，另一轴驱动连接一个副变速箱高低档转换机构。

5.根据权利要求4所述的一种变速箱自动选换挡机构，其特征在于，所述副变速箱高低档转换机构包括一个丝杠丝母直线移动执行机构，该丝杠丝母直线移动执行机构驱动连接副变速箱拨叉轴。

6.根据权利要求5所述的一种变速箱自动选换挡机构，其特征在于，所述丝杠丝母直线移动执行机构包括与所述双轴电机驱动转动连接的丝杠及穿设在丝杠螺纹部分上的螺母，螺母与所述副变速箱拨叉轴之间直接接触、传动连接。

7.根据权利要求6所述的一种变速箱自动选换挡机构，其特征在于，所述双轴电机通过副变速箱离合器与所述丝杠驱动转动连接。

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