CN102734395B - 无离合自动变速器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无离合自动变速器，包括两根传动轴和多对挡位齿轮，每对挡位齿轮包括一个活动齿轮和一个固定齿轮，活动齿轮空套在其中一根传动轴上并通过同步装置与该传动轴相连接，固定齿轮固定在另一根传动轴上，每个活动齿轮的端部均与一个同步轮固定连接，同步轮包括一个结合部，结合部的外圆周上设有外螺纹；同步滑套与传动轴通过花键连接，同步滑套的端部设有结合槽，结合槽内设有内螺纹，当同步滑套沿传动轴滑动时，同步轮的结合部插入同步滑套的结合槽内并通过螺纹连接在一起。本发明结构简单、紧凑，换挡过程中无需中断动力，非常迅速、平稳，既减少了换挡损耗，又提升了整体性能，极大提高驾乘舒适性，并有效延长部件使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种变速器，具体涉及一种无离合器的自动控制换挡变速器。
背景技术
随着新能源技术的发展，无论是纯电动车还是混合动力车，电机作为车辆的驱动动力运用越来越广泛。相对于传统内燃机，电机驱动具有低速扭矩大、输出扭矩随转速变化平缓，高速功率变化小等特性。为了适应这种动力特性，如何将电机的动力平稳高效地耦合进入机械传动系统，成为新能源领域一项迫切而又核心的课题。
中国发明专利申请CN1974262A公开了一种电机驱动汽车无离合器变速系统，包括手动变速系统和自动变速系统，它包括：驱动电机，机械多挡位变速器，驱动电机控制器，变速器控制器，该系统的动力传递路径为：从驱动电机到机械多挡变速器，然后驱动车轮；该系统的控制路径为：变速器控制器发出变速控制信号到驱动电机控制器，驱动电机控制器控制驱动电机的转矩和转速，实现平顺换挡。
中国发明专利申请CN101290066A公开了一种无离合器的变速传动装置及其控制方法，该变速传动装置包括电动机和变速器，所述电动机与变速器连接，电动机的动力通过输入轴输入给变速器，还包括控制装置，所述控制装置分别与所述电动机和变速器电连接，其中，所述控制装置用于根据变速器的转速，当需要换挡时，分别调整电动机的转矩和转速从而控制变速器的换挡。
然而，上述两专利申请公开的无离合器变速系统仅涉及换挡控制系统及控制方法，如何对现有变速器的机械结构进行改进，以适应无离合器换挡的要求，仍是一个有待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单可靠的无离合自动变速器，专门针对电机动力的输出特性优化匹配。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种无离合自动变速器，包括两根传动轴和多对挡位齿轮，每对挡位齿轮包括一个活动齿轮和一个固定齿轮，活动齿轮空套在其中一根传动轴上并通过同步装置与该传动轴相连接，固定齿轮固定安装在另一根传动轴上，所述同步装置包括同步轮和同步滑套，每个活动齿轮的端部均与一个同步轮固定连接，所述同步轮包括一个结合部，所述结合部的外圆周上设有外螺纹；所述同步滑套与传动轴通过花键连接并可沿传动轴的轴线方向滑动，同步滑套的端部设有结合槽，结合槽内设有内螺纹，当同步滑套沿传动轴的轴线方向滑动时，所述同步轮的结合部插入同步滑套的结合槽内并通过螺纹连接在一起。
优选地，所述同步轮还包括一个锁止部，锁止部的直径大于所述结合部，锁止部的外圆周上设有止逆槽，同步滑套的外圆周上开设多个外滑槽，每个外滑槽内均设有一个止逆块，所述止逆块通过双向限位弹簧与同步滑套相连接并可在所述外滑槽内滑动，当所述同步轮的结合部插入同步滑套的结合槽内时，所述止逆块进入同步轮的止逆槽中。
优选地，所述同步轮结合部的中心设有锥形孔，所述同步滑套的中心设有锥形凸台，当所述结合部插入结合槽内时，所述锥形孔与所述锥形凸台相配合。
更优地，所述结合部的锥形孔内设有摩擦缓冲环，所述摩擦缓冲环优选为锥形弹片结构。
优选地，所述同步滑套与传动轴之间设有弹簧球销定位机构。
优选地，还包括换挡控制装置，所述换挡控制装置包括电子控制单元和换挡执行机构，换挡执行机构与所述同步滑套相连接。
更优地，所述同步滑套的外面套有拨叉环。
更优地，所述换挡执行机构包括以下部件：拨叉，与所述拨叉环相连接；换挡缓冲盒，与拨叉固定连接；螺母，位于换挡缓冲盒内，螺母的两端与换挡缓冲盒的两端面之间均设有弹簧；丝杠，贯穿所述换挡缓冲盒并与所述螺母相配合；换挡执行电机，与丝杠传动连接。
更优地，还包括一根固定安装的导轨，所述拨叉套在导轨上并可沿导轨滑动。
更优地，所述换挡缓冲盒上装有挡位位置传感器。
本发明具有以下有益效果：本发明采用通过螺纹连接实现同步结合的螺旋同步装置，结构简单、紧凑，并不需要离合器即可可靠进挡，换挡过程中无需中断动力，既减少了换挡损耗，又提升了整体性能。换挡执行机构采用电机控制的丝杠结构，换挡动作迅速可靠。可智能控制换挡过程，换挡平顺舒适；机电结合，性能可靠，加工工艺要求不高，大大降低了制作成本，另外在换挡控制器的智能程序控制下，换挡过程将非常迅速和平稳，极大提高驾乘舒适性，并有效延长部件使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种两速无离合自动变速器的结构示意图。
图2为一种同步装置的半剖结构示意图。
图3为图2所示同步装置的立体结构示意图。
图4为止逆块的底面结构示意图。
图5本发明中换挡执行机构的示意图。
图6为本发明中丝杠与拨叉的传动关系示意图。
图中：1.第一传动轴；2.止推轴承；3.一挡固定齿轮；4.二挡固定齿轮；5-7.同步装置；8.倒挡活动齿轮；9.止推轴承；10.第二传动轴；11.止推轴承；12.同步滑套；13.一挡活动齿轮；14.一挡同步轮；15.摩擦缓冲环；16.拨叉环；17.止逆块；18.双向限位弹簧；19.二挡活动齿轮；20.轴套；21.倒挡固定齿轮；22.止推轴承；23.换挡执行电机；24.减速机构；25.挡位位置传感器；26.换挡缓冲盒；27.丝杠；28.拨叉；29.导轨；30.螺母；31.弹簧；32.外滑槽；33.限位弹簧挡座；34.锥形凸台；35.结合槽；36-37.弹簧槽；41.锁止部；42.止逆槽；44.结合部；45.锥形孔。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种无离合自动变速器包括两根传动轴1、10和多对挡位齿轮，本实施例以一种两速变速器为例进行说明，因此图1中共有三对挡位齿轮，每对挡位齿轮包括一个活动齿轮和一个固定齿轮，分别是一挡固定齿轮3/一挡活动齿轮13、二挡固定齿轮4/二挡活动齿轮19、倒挡固定齿轮21/倒挡活动齿轮8。
在每对挡位齿轮中，活动齿轮空套在其中一根传动轴上并通过同步装置与该传动轴相连接，固定齿轮则固定安装在另一根传动轴上。在图1所示实施例中，一挡、二挡活动齿轮13、19通过滚针轴承空套在第二传动轴10上，并分别通过同步装置6、7与第二传动轴10相连接；一挡、二挡固定齿轮3、4则固定安装在第一传动轴1上；倒挡活动齿轮8通过滚针轴承空套在第一传动轴1上，倒挡活动齿轮8通过同步装置5与第一传动轴1相连接；倒挡固定齿轮21固定安装在第二传动轴10上。
第一传动轴1的两端分别由止推轴承2、9支承，第二传动轴10的两端分别由止推轴承11、22支承。在本实施例中，第一传动轴1为输出轴，第二传动轴10为输入轴。当然，如果第一传动轴1为输入轴而第二传动轴10为输出轴，也不影响本发明的实施。安装在输入轴上的齿轮为主动齿轮，安装在输出轴上的齿轮为从动齿轮。各挡位的同步装置可以安装在同一根传动轴上，也可以安装在不同的传动轴上。
所述同步装置5、6、7均包括同步轮和同步滑套，每个活动齿轮的端部均与一个同步轮固定连接。如图2、图3所示，在本实施例中，一、二挡同步装置6、7共用一个同步滑套12，当然它们也可以分别有独立的同步滑套。一挡同步轮14包括一个结合部44，结合部44的外圆周上设有外螺纹；同步滑套12与第二传动轴10通过花键连接并可沿第二传动轴10的轴线方向滑动，同步滑套12的端部设有结合槽35，结合槽35内设有内螺纹，当同步滑套12沿第二传动轴10的轴线方向滑动时，所述同步轮的结合部44插入同步滑套的结合槽35内并通过螺纹连接在一起。
同步轮14还包括一个锁止部41，锁止部41的直径大于所述结合部44，锁止部41的外圆周上设有止逆槽42，同步滑套12的外圆周上开设多个外滑槽32，每个外滑槽32内均设有一个止逆块17，所述止逆块17通过双向限位弹簧18与同步滑套12相连接并可在所述外滑槽32内滑动。当所述同步轮的结合部44插入同步滑套的结合槽35内时，所述止逆块17进入同步轮的止逆槽42中。这样可以使得车辆在滑行等动力中断的状态下，通过止逆块的连接，同步轮与同步滑套之间的螺纹不会在反向旋转力的作用下自动脱开，从而实现车辆对动力系统的反拖。如图4所示，止逆块17的底部设有两个开口方向相反的弹簧槽36、37，每个弹簧槽36、37内设有一个双向限位弹簧18。结合图2-4，在同步滑套12上，对应于弹簧槽36、37开口端的位置设有限位弹簧挡座33，使弹簧槽36、37形成封闭槽，限定双向限位弹簧18的动作空间，起到限制止逆块17滑动的轴向范围的功能。
优选地，在同步轮结合部44的中心设有锥形孔45，所述同步滑套12的中心设有锥形凸台34，当所述结合部44插入结合槽35内时，所述锥形孔45与所述锥形凸台34相配合。结合部的锥形孔45内进一步地还可以设有摩擦缓冲环15，摩擦缓冲环15优选为锥形弹片结构，以减小挡位结合时的冲击。
在同步滑套与同步轮完全脱开的空挡位置，同步滑套与传动轴之间设有弹簧球销定位机构，使得空挡位置清晰。
一、二挡同步装置6、7的结构是对称的，但对于倒挡同步装置5而言，由于倒车工况使用频度不高，并且不存在长时间倒挡滑行的工况，故倒挡同步装置不设计止逆功能，它的同步滑套上不设止逆块，倒挡同步轮上也不设止逆槽。
本发明无离合自动变速器还包括换挡控制装置，所述换挡控制装置包括电子控制单元和换挡执行机构，换挡执行机构与所述同步滑套相连接。如图2、图3所示，同步滑套12的外面套有拨叉环16，拨叉环16与止逆块17固定连接。对于倒挡同步滑套而言，由于没有止逆块，其拨叉环可以直接由设在倒挡同步滑套外圆周上的环形凹槽构成。
一种优选的换挡执行机构如图5、图6所示，它包括以下部件：与上述拨叉环相连接拨叉28；与拨叉28固定连接的换挡缓冲盒26，换挡缓冲盒26上装有挡位位置传感器25；位于换挡缓冲盒26内的螺母30，螺母30的两端与换挡缓冲盒26的两端面之间均设有弹簧31；一根丝杠27贯穿所述换挡缓冲盒26并与螺母30相配合；丝杠27的一端通过减速机构24与换挡执行电机23传动连接。还包括一根固定安装的导轨29，所述拨叉28套在导轨29。当换挡执行电机23带动丝杠27转动时，螺母30通过弹簧31推动换挡缓冲盒26、拨叉28沿导轨29前后滑动，从而带动同步滑套轴向滑动。
换挡电子控制单元采集车辆驾驶状态信息，并处理这些信息，在恰当的换挡时机发出换挡指令，并控制换挡操作。挡位位置传感器25的信号结合换挡算法，确保换挡操作安全、动作彻底。换挡执行机构的换挡执行电机23在控制器指令下启停、正反转，通过减速机构24驱动丝杠27旋转，并通过螺母30将旋转运动转化为直线运动，从而推动换挡拨叉28执行换挡操作。弹簧31使螺母30和拨叉28柔性连接，其作用是使得同步装置的动作和换挡驱动装置的动作不必同步，并起到改善换挡手感的作用。
下面是本发明的使用过程：驱动电机的输出轴直接与本发明变速器的输入轴(比如第二传动轴10)连接。静止状态下前进挡和倒挡的同步装置均处于空挡位置。起步时，换挡控制装置通过挡位手柄的位置信号、车速信号和加速踏板状态判断当前为起步工况，换挡执行机构动作，通过拨叉环16将同步滑套12推向一挡同步轮14，两者螺纹接触后，在第二传动轴10的旋转作用下，同步滑套12与一挡同步轮14的螺纹自动旋合；螺纹旋合接近底部时，同步滑套12、一挡同步轮14的摩擦锥面分别与摩擦缓冲环15的内外侧弹片接触，缓冲螺纹旋到底时的冲击；螺纹旋合到底即完成动力结合，实现传动。上步动作完成后，拨叉28继续前进，推动止逆块17在相对周向静止的状态切入一挡同步轮14的止逆槽42中，完成完整的换一挡同步过程。止逆块和止逆槽的设计，使得在车辆滑行等动力中断的状态，通过止逆块的连接，螺纹不会在反向旋转力的作用下自动脱开，从而实现车辆对动力系统的反拖。
当车速达到一定的速度时，一挡换二挡的动作如下：换挡控制装置通过挡位手柄的位置信号、车速信号和加速踏板状态等信号计算合理的换挡时机，满足换挡条件时换挡执行电机23向进挡的反方向旋转，止逆块17首先脱离止逆槽42。然后换挡控制装置向电机控制系统发出降速信号，驱动电机转速下降，此时车辆的反拖作用使得一挡同步轮14的转速大于同步滑套12的转速，在螺纹的作用下，同步滑套12自动脱离一挡结合状态。这个过程中换挡执行电机23持续动作，直到回到空挡位置，完成脱挡操作。脱挡动作完成，驱动电机恢复动力输出，换挡控制装置按照上述起步进挡同样的动作，使同步滑套12与二挡同步轮结合，完成一挡换二挡的整个过程。
二挡退一挡执行过程同上述升挡过程，两挡的退空挡执行动作也如上述换挡时的退挡过程。所有的换挡操作都由挡位位置传感器25保障换挡动作执行时机的准确，执行动作彻底。
倒挡操作类似于起步操作，驱动电机转向相反。不同的是由于倒车工况使用频度不高，并且不存在长时间倒挡滑行的工况，故倒挡同步装置不设计止逆功能，换挡拨叉直接驱动倒挡的同步滑套实现进退挡操作。
本发明结构简单可靠，并针对电机动力的输出特性优化设计，能有效减少中间损耗，提高电机使用效率，提升驾驶舒适性。
Claims (9)
1.一种无离合自动变速器，包括两根传动轴和多对挡位齿轮，每对挡位齿轮包括一个活动齿轮和一个固定齿轮，活动齿轮空套在其中一根传动轴上并通过同步装置与该传动轴相连接，固定齿轮固定安装在另一根传动轴上，其特征是，所述同步装置包括同步轮和同步滑套，每个活动齿轮的端部均与一个同步轮固定连接，所述同步轮包括一个结合部，所述结合部的外圆周上设有外螺纹；所述同步滑套与传动轴通过花键连接并可沿传动轴的轴线方向滑动，同步滑套的端部设有结合槽，结合槽内设有内螺纹，当同步滑套沿传动轴的轴线方向滑动时，所述同步轮的结合部插入同步滑套的结合槽内并通过螺纹连接在一起，所述同步轮还包括一个锁止部，锁止部的直径大于所述结合部，锁止部的外圆周上设有止逆槽，同步滑套的外圆周上开设多个外滑槽，每个外滑槽内均设有一个止逆块，所述止逆块通过双向限位弹簧与同步滑套相连接并可在所述外滑槽内滑动，当所述同步轮的结合部插入同步滑套的结合槽内时，所述止逆块进入同步轮的止逆槽中。
2.根据权利要求1所述的无离合自动变速器，其特征是，所述同步轮结合部的中心设有锥形孔，所述同步滑套的中心设有锥形凸台，当所述结合部插入结合槽内时，所述锥形孔与所述锥形凸台相配合。
3.根据权利要求2所述的无离合自动变速器，其特征是，所述结合部的锥形孔内设有摩擦缓冲环，所述摩擦缓冲环为锥形弹片结构。
4.根据权利要求1所述的无离合自动变速器，其特征是，所述同步滑套与传动轴之间设有弹簧球销定位机构。
5.根据权利要求1所述的无离合自动变速器，其特征是，还包括换挡控制装置，所述换挡控制装置包括电子控制单元和换挡执行机构，换挡执行机构与所述同步滑套相连接。
6.根据权利要求5所述的无离合自动变速器，其特征是，所述同步滑套的外面套有拨叉环。
7.根据权利要求6所述的无离合自动变速器，其特征是，所述换挡执行机构包括以下部件：
拨叉，与所述拨叉环相连接；
换挡缓冲盒，与拨叉固定连接；
螺母，位于换挡缓冲盒内，螺母的两端与换挡缓冲盒的两端面之间均设有弹簧；
丝杠，贯穿所述换挡缓冲盒并与所述螺母相配合；
换挡执行电机，与所述丝杠传动连接。
8.根据权利要求7所述的无离合自动变速器，其特征是，还包括一根固定安装的导轨，所述拨叉套在导轨上并可沿导轨滑动。
9.根据权利要求7所述的无离合自动变速器，其特征是，所述换挡缓冲盒上装有挡位位置传感器。
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