CN102494118B - 旋云杆发动机变速器 - Google Patents

Abstract

旋云杆发动机变速器属于机械领域。主要用途为轿车与载重汽车发动机变速器。真正解决了所有发动机变速器的技术难题包括现行变速器设计方案与部件制造，装配及维护复杂化，造价高油耗与温升难以控制，不利于环保，体积大质量沉重无法实现轿车设计轻型化低耗油之要求，空挡齿轮处于高速运转中，消耗发动机能量加大部件磨损，换挡操作反映慢时间长等问题。新设计成果的技术方案采用齿盘与轴用弹性软连接，由丝杆操控轴芯机构作灵敏快速挂挡脱挡操作，加速时间4s100km/h操作时不必切开离合器，空挡齿轮不必空转，可双向选挡换挡操作十分灵活，可替代七挡双离合变速器功效。体积小重量轻性能特别稳定。易于实现电子全自动操控。

Description

旋云杆发动机变速器

技术领域

本发明属于机械设计与制造领域。实用于机车、汽车、轿车发动机多挡位变速器。

背景技术

在同系列机车用发动机变速器的设计方案复杂化，对部件制造，整体装配及使用与维护复杂化，且制造成本高，耗油与温升难以控制，对环境保护多有不利，而且现行机车用发动机变速器体积大，质量沉重，对轿车设计与低耗油带来多有不便；现有各类型变速器更不利的方面表现在未挂挡的变速齿轮都在以不同的速度空转，等待拨叉随时选挡换挡，此等行为增加轮齿磨损，消耗发动机能量等不利因素表现特别突出；而且换挡的常用方法是拨叉，操控力度大，操控性能不稳定，易磨损，易变形等问题。为解决这一重大问题，我特别发明了旋云杆发动机变速器。

发明内容

旋云杆发动机变速器是将齿轮盘与输入输出轴运用弹簧花键齿拟合的方式来实现换挡操作，这种换挡操作的同时不必切开离合器即可换挡操作变速器；由于这种操作模式是在轴的中心部位控制操作的，此时弹簧花键齿与输入输出轴的回转半径所产生的冲击力小，可用弹簧消除这部份拟合力，以达到变速之目的。此种新发明之变速器可运用于输入轴与输出轴，换挡时其他轮齿盘可不必空转，此举可免去换挡时对其他齿部空转之磨损，可节约发动机的能量。旋云杆发动机变速器可双向选挡变速，换挡操作十分灵活。

本发明的旋云杆发动机变速器的技术方案是：以十二个弹簧在同一时间内所产生的轴向反力足以解除输入输出轴与轮齿盘在转速不同的运转操作下的接合力。轮齿盘的圆心环处安装了六组弹簧花键齿，在输入输出轴上与齿盘对应的位置安装了六组滚柱花键齿，滚柱花键齿可上下运作，当滚柱花键齿上升到规定的位置时，此时变速器挂挡完成；当滚柱花键齿下降到规定位置时，此时变速器进入空挡。等待换挡的指令方可进入挂挡动作，周而复始以达到选挡换挡之目的。滚柱花键齿的下部与轴心控制部份的浮升键接触，浮升键安装在排珠换挡移动架上，与浮升键配装的是双浮键，双浮键可双向浮动控制着浮升键上行可锁键挂挡与下行可脱开齿合键使变速器进入空挡，当浮升键下行脱开滚柱花键齿的时候排珠换挡移动架可在轴的中心部位双向自由移动选挡且不与任何部件干涉；双浮键的双向运作由拉线系统控制，拉线系统以接受磁通拉线控制器的控制而进入电脑指挥系统完成周期运作；在排珠换挡移动架的中心部位安装了传动丝杆接受主操控齿轮的控制完成整个换挡运作。

附图说明

图1是操控系统

图2是图1的剖视图

图3是传动丝杆空挡挂挡操作系统

图4是传动丝杆空挡挂挡操作系统

图5是排珠换挡移动架结构图

图6是浮升键弹簧定位图

图7是浮升键进入挂挡前位置图

图8是传动丝杆空挡操作系统与滚柱花键齿的相互位置行动状况图

图9是浮升键挂挡前位置图

图10是弹簧花键齿结构图

图11是弹簧花键齿与齿轮的相互位置状况图

图12是弹簧花键齿与滚柱花键齿运行图

图13是滚柱花键齿机构图

图14是弹簧花键齿与滚柱花键齿锁定图

图15是发动机变速器系统图

具体实施方式

为了详细讲明旋云杆发动机变速器各系统的工作原理，我们结合附图作进一步详细说明：

A.操控系统；本系统分四个机构系统1、磁通控制器系统；磁通控制器1，磁通控制器1与计算机控制系统相连接，接收操作指令后磁通产生磁力，磁通中心轴向下行走完成操作动作。2、拉线机构运作系统；图1变速器处于空挡位置，此时拉线机构只能作放线收线动作。先行键2在图1的A部的放大图中与圈线盒5有间隔，此时圈线盒5能够任意转动，当磁通控制器1的中心轴下行时拉线滑块3连动下行拉线轴9在套管10相互滚动沿着规定的轨道滑行完成拉线动作；拉线调节块6是一个拉线距离调节装置，用螺丝调节固定。升降弹簧4是帮助拉线滑块3自动回位。先行键2安装在回程臂12的中间部位，当拉线滑块3开始动作的一瞬间，先行键2失去了a面的限位立即卡住拉线轮不得转动，待拉线动作完成后由拉线轴9推动回程臂12使圈线盒机构回位。由于卡位弹簧11安装在回程臂12上与其联动。当卡位弹簧11受到a面的限定后回程臂12继续前行到终点，此时便产生了先行键2与圈线盒5有大的间隙存在。W为先行键2机构图。3、圈线盒机构；自动控制弹簧15安装在圈线盒5中心转簧轴上(参见图2)，自动控制弹簧15的内端弹簧线头插入圈线盒5的安装孔内固定；其外端弹簧线头插入回程臂12上的安装孔内固定，它的位置靠近转线轴13的外环臂上。在初始位置时自动控制弹簧15有很小的拉力，这种拉力的产生是自动控制弹簧15的内端拉动圈线盒5，外端固定在回程臂12上，由于三个部件不同体，不同属性；圈线盒5善于转动；自动控制弹簧15具有伸缩特性；回程臂12相对于圈线盒5作圆周定点固定，使其转线盒系统能够自动完成放线收线的自动操作模式。圈线盒5受控于先行键2，在自由状态下作自动收线放线动作，转线轴13与拉线轴9安装在回程臂12上构成一个整体，拉线滑块3一有动作，圈线盒5立即被先行键2锁定，尔后，先行键2随着回程臂12一起行走，共同完成拉线动作。拉线滑块3在没有动作之前由于a面的限位，使先行键2与圈线盒5的顶环齿部保持间隙距离，不影响圈线盒5转线放线动作；拉线滑块3只有在需要挂挡时才动作，圈线盒5在空挡，换挡操作过程中一直保持转线放线动作。当拉线滑块3有动作回程臂12就运行，先行键2就离开a面的限位，使先行键2与圈线盒5顶环齿部相齿合，从而限定了圈线盒5转动。4、挂挡动力控制系统；传动丝杆16安装在固定座14上受控于平齿轮7，平齿轮7安装在固定座14上。固定座14将磁通控制系统、拉线盒装配系统、圈线盒机构与挂挡动力控制系统接合一起构成了变速器操控系统。浮升键19进入h的位置时，磁通控制器1的磁通中心轴向下行走时，拉线滑块3连动下行拉线轴9在套管10相互滚动沿着规定的轨道滑行进行拉线动作，再操控双浮键22的前行上升动作，此时浮升键19的选挡定位点h点沿着滚柱花键齿28的中心部位上升，由于传动丝杆16在作螺旋运动，挂挡操控系统机构在同一时间前行；待到双浮键22前行上升到i点的位置时，浮升键19的h点的双斜面与滚柱花键齿28的中心双斜面的双排滚柱相接触的同一时间便产生了推力，有推力的产生，双浮键22便有受压的力的存在，也就完成了随行定位的预期效果；此时磁通控制器1也就没必要保留对拉线的继续控制，对双浮键22保留拉力，所以磁通控制器1的中心轴立即上升，断开对双浮键22的拉力控制，此时双浮键回位拉簧21一直保留着对双浮键22的回位拉力，只要双浮键22失去压力，它就立即拉动双浮键22回位，以达到自身的受力平衡；双浮键22始终接受两种力的控制，拉线机构的力与双浮键回位拉簧21提供的拉力；当浮升键19处在h点时，即进入了挂挡前的位置，由于各系统的机构部件在作各自的轨迹运动，对于h点的上升与滚柱花键齿28的中心定位允许有相对的误差值，这个误差值为正负1mm。也就是说在2mm的误差区域内都能正常挂挡运作，而且双浮键22的操控的时间是很短的，而滚柱花键齿28从上升到E点至下降到F点的动作时间也是很短的。

B.传动杆空挡挂挡操作系统此系统分两部份，1、换挡机构部份；主架构件为排珠换挡移动架18，在它上面安装了12排排珠17作定位，浮升键19、双浮键22都安装在排珠换挡移动架18上。图3-4显示了各部件的安装位置及整个系统为空挡的装配关系。浮升键19上安装了四个双对U形弹簧27，其作用使浮升键19快速回位，U形弹簧27的下端压住浮升键19的底部骨位，而f端顶住排珠挂挡移动架18与之相对应的定位面b上(参见图3)。定位环弹簧26，在空挡运作中固定双浮键22。浮升键19可双向行走，双向选挡挂挡，图7中的h位置为正确选挡位置，g为预选位置。此时浮升键19还可以跨过滚柱花键齿28向两方向行走，对滚柱花键齿28和其它部件无干涉现象。图8表明了浮升键19与滚柱花键齿28在各自的位置上保留了很大的间隙，而且在排珠17(参见图3)的运动轨迹定位的状况下，确保各系统间按照各自的运动轨迹动作无干涉。图8还表明了排珠17以动能定位将花轴29与排珠换挡移动架18作运动定位连接。2、换挡操作机构部份；拉线连接座24与拉簧盘25以球轴承相连接，此时拉簧盘25安装在排珠换挡移动架18上，与换浮升挡机构连接为一个整体，此部件只能在排珠换挡移动架18前端轴承管区部位行走。小滑行轴20将拉簧盘25与双浮键22连接以控制双浮键22在CD的位置上沿着c至d的方向往返行走。当小滑行轴20在c点位置时是由拉线连接座24提供的拉力，此时浮升键19处于上升挂挡位置。当它运行到d点位置时是由双浮键回位拉簧21提供的拉力，此时浮升键19处于下降空挡位置。拉线连接座24与钢线8安装一起，接受操控系统而动作。双轴承丝杆螺母23与排珠换挡移动架18以整体球轴承动连接，传递传动丝杆16的作用力而动作。浮升键19受到拉簧盘25的作用力使小滑行轴20到达c的位置(参见图4)。由于小滑行轴20的作用力将双浮键22沿着i方向上升到一个平面，浮升键19在双浮键22的作用力下上升到A点定位。浮升键19的e2(参见图6)的双向定位面受到排珠换挡移动架18的e1(参见图4)的双向定位面限制，此时它只能是上升到达A点固定，下降至B点固定。只有整个操控系统有动作时，浮升键19才能沿着CD的方向动作完成挂挡任务。此时只要操控系统向D的方向推进，浮升键19对G的双斜面产生推力，推动滚柱花键齿28使其底部的多个小滚轴产生向上滑动的力，将滚柱花键齿28向E的方向上升。由于G部是双斜面的双推力，所以滚柱花键28是平稳上升到E点。滚柱花键齿28只能是固定于E点，固定于F点。在浮升键19产生推力的同时，双浮键22才有压力产生而固定，在挂挡的过程中它无法移动并一直承受浮升键19的压力。只要双浮键22有压力存在，此时磁通控制系统立即松开拉线机构，让小滑行轴20失去拉力。而双浮键回位拉簧21随时准备着将双浮键22拉向j的位置，让其回位，这样便提高了换挡操作的灵活性。双浮键22将接受拉线机构的拉力而将双浮键22送到A的固定点，在这一过程中双浮键22没有任何压力存在(参见图9)，所以它很轻松的完成对浮升键19的运输任务。

C.齿合系统1、齿轮与弹簧配装机构；v为运动轨迹线作内环定位面与轴承环30的v1(参见图8)面相互定位，其内部安装了两组滚珠弹簧31。在变速齿轮中部安装了六组弹簧花键齿32。以轴承环30的v1作圆周运动定位面。倒挡平齿轮36，Ⅴ挡齿轮37，Ⅳ挡齿轮38，Ⅲ挡齿轮39，Ⅱ挡齿轮40，Ⅰ挡齿轮41，在各挡变齿轮的中心部位安装了六组弹簧花键齿32。图14系统的介绍了轿车整个五挡变速挂挡工作图。Ⅲ挡齿轮39是弹簧花键齿32与滚柱花键齿28自动装配后正处于挂挡工作状态中。由于传动丝杆16与双轴承丝杆螺母23相互锁定，浮升键19压住双浮键22使滚柱花齿键28与弹簧花键齿32固定齿合而挂挡工作，在各定位装置的限定下工作无松动现象。2、滚柱花键齿配装机构；p为下行定位面，与花轴29孔肩的p1(参见图8)面作下行定位面。限位弹簧33为上行动定位，由轴承环30内环面作动定位的限定面。在脱挡时它将滚柱花键齿28下行到花轴29孔肩的p1部位定位面，与p面相对应的定位面重合。长滚柱34，小滚柱35，这些滚柱便于齿合到位，减磨损，抗冲击，定位迅速等优点。在挂挡过程中G的双斜面推向相对应的滚柱花键齿28的两组斜面滚柱产生推力，此时由于两个滚动面在受力，使滚柱花键齿28得到平恒的浮升力从而能够平稳上升与弹簧花键齿32相拟合，不被轴线转动惯量的惯性力所损害，真正实现挂挡稳定，退挡挂挡操作灵活，经久耐用之目的。图12为浮升键19产生推力过程中弹簧花键齿32与滚柱花键齿28的齿合运行状况，假设滚柱花键齿28开始进齿到s1图示的位置，此时滚柱花键齿28接触到弹簧花键齿32的顶部，由于滚柱花键齿28顶部装设了滚柱产生滑动而避开无损害现象，进而运行到s2，s3，s4的位置，在这个期间的进程是快速的，此时，轴与齿都处在惯性的同向而不同速度的相互转动，所以这部份力有一个差数比，与轴线所产生的转动惯量的惯性力相抵消了一部份力，所以弹簧花键齿32与滚柱花键齿28在拟合时受到轴向的冲击力是很小的，滚柱花键齿28环形排列共同12套滚珠弹簧31所产生的弹力有足够的能力保护花键齿而快速拟合挂挡，s5为弹簧花键齿32与滚柱花键齿28拟合完成正处于挂挡运作的位置图。

旋云杆发动机变速器可以安装在发动机的输入轴与输出轴可实现双动联用功效，磁通控制系统可并控，挡位的数量由制造者据需求而定。各级变速齿轮盘与六组弹簧花键齿32装配一起在空挡区它们作整体运行。轴承环30与花轴29装配一起，轴承环30与各级变速齿轮盘作运动定位，保持各齿轮盘的距离尺寸不变。弹簧花键齿32的动定位v运动轨迹线与v1的环面相配合。弹簧花键齿32与滚柱花键齿28都依轴承环30部件定位运行。各级变速齿轮，轴承环30，弹簧花键齿32与滚柱花键齿28一定要按顺序装配。滚柱花键齿28在配装前，一定要检测滚柱花键齿28机构的各种参数是否符合要求，待合格后安装。传动杆空挡挂挡操作系统一定要安照装配工艺要求配装，各分机构要求测试合格后再整体安装。要检测双浮键22在双向受力的情况下要求活动自如。浮升键19在排珠换挡移动架18上作上下行走的定位面的间隙滑动一定要符合要求。拉线连接座24采用了组合部件设计的方式(参见图4)，减化了部件装配的复杂程序，增加了部件操作的安全感，所以此部件的安装一定要按照一定的方法和顺序安装。此件先将双轴承丝杆螺母23装于拉线连接座24内管腔内，再将排珠换挡移动架18的轴承端管部插入双轴承丝杆螺母23的轴承管腔内配装轴承。双轴承丝杆螺母23要配装双轴承滚珠，先打开双滚珠入口盖44，滚珠入口盖43安装滚珠。轴承环定位孔，此处要选用销钉锁定。

拉线控制系统负责对挂挡的位置确定，动力控制系统负责各挡位之间行走并随时接收挂挡的指令完成挂挡动力的传送。它们必须在规定时间内连动才能完成挂挡动作。主操控机构安装在输入轴与输出轴的花轴29中心部位。轴与齿轮以软连接挂挡方式完成，挂挡齿轮处于工作状态时，其它挡位配对齿轮处于静止状态，是因为虚位挡配对齿轮与轴以滑动轴承连接没有传动力所至。6对12套弹簧花键齿32构成了齿部软连接。滚柱花键齿28的上下运行构成了快捷的挡位变换模式。双浮键22在i与j的位置变换完成了浮升键19的上行锁定滚柱花键齿28挂挡动作，下行为脱挡空挡模式。磁通控制器1的中心轴下行完成了先行键2对圈线盒5的转动控制，使双浮键22变换到i的位置，并完成了挂挡操作。平齿轮7的左向右向转动完成了传动丝杆16对花轴29的中心部位的主操控机构的挡位变换的力的操作。至此整个的分功连动才能完成挡位变换之效果。

Claims (3)

1.一种旋云杆发动机变速器，包括挂档操作机构，其特征在于：拉线控制系统负责对挂档位置的确认，动力控制系统负责各档位之间行走并随时接收挂档的指令完成挂档动作，拉线控制系统和动力控制系统必须在规定时间内连动才能完成挂档动作，主操控机构安装在输入轴与输出轴的花轴(29)中心部位，花轴(29)与齿轮以软连接挂档方式完成，挂档齿轮处于工作状态时，其它档位配对齿轮与花轴(29)以滑动轴承连接使得其它档位配对齿轮处于静止状态，6组弹簧花键齿(32)构成了齿部软连接，滚柱花键齿(28)的上下运行构成了快捷的档位变换模式，并完成了挂档操作，滚柱花键齿(28)的下部与浮升键(19)接触，浮升键(19)安装在排珠换档移动架(18)上，与浮升键(19)配装的是双浮键(22)，双浮键(22)双向浮动控制浮升键(19)，浮升键(19)的上行锁定滚柱花键齿(28)，下行脱开滚柱花键齿(28)使变速器进入空档，当浮升键(19)下行脱开滚柱花键齿(28)，排珠换档移动架(18)可在花轴(29)的中心部位双向自由移动选档且不与任何部件干涉；双浮键(22)的双向运作由拉线系统控制，拉线系统以接受磁通拉线控制器的控制而进入电脑指挥系统完成周期运作，转动平齿轮(7)完成了传动丝杆(16)对花轴(29)的中心部位的主操控机构的档位变换的操作，至此整个的分功连动才能完成档位变换之效果；

所述齿轮包括齿轮中部机构及齿轮中部与花轴(29)软连接的工作机构，各级齿轮中部安装六组，八组，十组，十二组或十六组弹簧花键齿(32)，依需求而定，轴承环(30)作圆周运动定位面，弹簧花键齿(32)的运动轨迹线作内环定位面与轴承环(30)相互运动定位，其内部安装了两组滚珠弹簧(31)。

2.根据权利要求1所述的旋云杆发动机变速器，其特征在于：还包括传动丝杆操作系统与滚柱花键齿(28)的相互位置运作机构，包括操控系统的自控特征，双浮键(22)能够让浮升键(19)上行定位挂档，用小的操控力能够得到稳定的锁紧力，使滚柱花键齿(28)与花轴(29)稳定齿合，双浮键(22)能够让浮升键(19)下行回位脱档，选档挂档行走自如不与其它部件干涉，传动丝杆(16)空档选档操作指引双轴承丝杆螺母(23)作方向性的来回运动，与滚柱花键齿(28)、双浮键(22)、浮升键(19)保持各自的相互位置与相互运动在各自的轨道上，浮升键(19)的行走运作与滚柱花键齿(28)的静止定位在各自不同方向的位置上保留了很大的间隙，而且在排珠(17)作动定位限定了整个系统与花轴(29)保持圆周同程转动的运动轨迹定位的状况，确保各机构的运作无干涉；排珠(17)以动能定位将花轴(29)与排珠换档移动架(18)、双浮键(22)、浮升键(19)始终保持同轴同速共转运动的定位连接关系。

3.根据权利要求1所述的旋云杆发动机变速器，其特征在于：自动控制弹簧(15)安装在圈线盒(5)中心转簧轴上，自动控制弹簧(15)的内端弹簧线头插入圈线盒(5)的安装孔内固定；其外端弹簧线头插入回程臂(12)上的安装孔内固定，它的位置靠近转线轴(13)的外环臂上，在初始位置时自动控制弹簧(15)有很小的拉力，这种拉力的产生是自动控制弹簧(15)的内端拉动圈线盒(5)，外端固定在回程臂(12)上，圈线盒(5)善于转动，自动控制弹簧(15)具有伸缩特性，回程臂(12)相对于圈线盒(5)作圆周定点固定，使其转线盒系统能够自动完成放线收线的自动操作模式；

圈线盒(5)受控于先行键(2)，在自由状态下作自动收线放线动作，转线轴(13)与拉线轴(9)安装在回程臂(12)上构成一个整体，当拉线滑块(3)动作时，圈线盒(5)被先行键(2)锁定，先行键(2)随着回程臂(12)一起行走，共同完成拉线动作，拉线滑块(3)在动作之前，先行键(2)与圈线盒(5)的顶环齿部保持间隙距离，拉线滑块(3)在挂档时才动作，圈线盒(5)在空档、换档操作过程中做转线放线动作。