CN102777553A - 一种机械式变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械式变速器，所述输入轴(2)的尾部套装有输入齿轮(15)，在所述壳体(1)内设置有两组周转轮系，所述齿圈(6)通过轴承支撑在壳体(1)内，该齿圈(6)通过内齿(6a)与行星轮(5)相啮合，且该齿圈(6)与变速机构相连接；在所述周转轮系的行星架(7)上套装有副轴齿轮，该副轴齿轮与输出齿轮相啮合，该输出齿轮套装在输出轴(3)上。本发明在壳体内设置了两个周转轮系与输入轴相啮合，通过周转轮系在行星轮系和差动轮系之间的切换，以达到无间隔换档的目的，降低了热量损耗，还具有设计巧妙、结构简单、能耗低等特点。

Description

一种机械式变速器
技术领域
本发明涉及一种齿轮传动装置，特别涉及一种机械式变速器。
背景技术
变速器是能固定或改变输出轴和输入轴传动比的齿轮传动装置，汽车上的变速器是通过改变传动比，改变发动机曲轴的扭力，以适应在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下，对驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要，是汽车传动系中最主要的部件之一。目前汽车换档机制一般是拨动齿轮或其他挂档机构，使原用档位的某一齿轮副脱开传动，再使另一档位的齿轮副进入工作，但是在换档前都必须踩下离合器踏板，中断动力传动，便于使原档位的啮合副脱开，同时使新档位啮合副的啮合部位的速度逐步趋向同步，这个从中断动力传动至新档位趋于同步的过程需要浪费一定时间，同时又耗费了油量。为了使换档过程中，发动机的动力始终不断的被传递到车轮上，实现动力换档，通常采用双离合变速器，但是双离合变速器的离合系统在切换离合器时，由于离合器的摩擦力从零增大需要一个短暂的时间，因此无法做到彻底无间隔换档。又由于双离合变速器是采用摩擦传动系统，受摩擦力所限不能传递大扭矩，并且发热量高、容易磨损。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够无间隔换档并且传递大扭矩的变速器。
本发明的技术方案如下：一种机械式变速器，包括壳体(1)、输入轴(2)和输出轴(3)，所述输入轴(2)的尾部伸入壳体(1)内，在该输入轴(2)的尾部套装有输入齿轮(15)，在所述输出轴(3)上套装有输出齿轮，在所述壳体(1)内设置有两组周转轮系，两组周转轮系均包括太阳轮轴(4)、行星轮(5)、齿圈(6)和行星架(7)，所述太阳轮轴(4)通过轴承支撑在壳体(1)内，该太阳轮轴(4)的轴身上套装有动力齿轮(29)，所述动力齿轮(29)与输入齿轮(15)相啮合，在太阳轮轴(4)上还套装有太阳轮(4a)，该太阳轮(4a)与行星轮(5)相啮合，所述行星轮(5)套装在行星架(7)的头部；所述齿圈(6)通过轴承支撑在壳体(1)内，该齿圈(6)通过内齿(6a)与行星轮(5)相啮合，且该齿圈(6)与变速机构相连接；在所述行星架(7)的尾部套装有副轴齿轮，该副轴齿轮与输出齿轮相啮合。
本发明在平时工作时，其中一组周转轮系的齿圈(6)由变速机构控制其转速，使其自由度为零，从而使这个周转轮系成为行星轮系，从输入轴(2)输入的扭矩经过输入齿轮(15)和动力齿轮(29)传递给太阳轮轴(4)，再由太阳轮(4a)传递给行星轮(5)，然后通过行星轮(5)将扭矩传递给行星架(7)，经由副轴齿轮传递给输出齿轮，最后传递给输出轴(3)带动从动设备工作。另外一组周转轮系的齿圈(6)保持自由转动状态，从而使这个周转轮系成为差动轮系，动力无法从输入轴(2)经由当前差动轮系传递给输出轴(3)。在换档时，正在传递动力的周转轮系的变速机构解除该周转轮系的齿圈(6)的控制状态，使该周转轮系的齿圈(6)转为自由转动状态，从而使该周转轮系变为差动轮系，无法传递动力；同时，另一个周转轮系的齿圈(6)通过变速机构控制其转速，从而使这个周转轮系成为行星轮系，将动力从输入轴(2)经由这个周转轮系上套装的副轴齿轮传递给输出轴(3)，两个周转轮系上套装的不同型号的副轴齿轮改变了传动比，实现了换档的目的。由于通过齿轮传动机构进行换档，不需要通过离合器来实现，节省了摩擦力增大的时间，相较于传统变速器又省去了齿轮脱开再啮合的过程，因此换档时间可以忽略不计，保证了发动机的动力始终不断的被传递到车轮上，实现了无间隔换档。同时，由于采用的齿轮式换档，能够传递较大的扭矩，并且减少了离合器摩擦产生的热量。
在所述输出轴(3)上依次固套有第一输出齿轮(21)、第二输出齿轮(22)、第三副输出齿轮(23)和第四输出齿轮(24)，相邻的两个输出齿轮之间设置有轴套(10)，该轴套(10)套装在输出轴(3)上；在两个所述周转轮系的行星架(7)上均依次活套有第一副轴齿轮(17)、第二副轴齿轮(18)、第三副轴齿轮(19)和第四副轴齿轮(20)，两个周转轮系的第一副轴齿轮(17)均与第一输出齿轮(21)相啮合，两个周转轮系的第二副轴齿轮(18)均与第二输出齿轮(22)相啮合，两个周转轮系的第三副轴齿轮(19)均与第三输出齿轮(23)相啮合，两个周转轮系的第四副轴齿轮(20)均与第四输出齿轮(24)相啮合；在两个所述周转轮系的行星架(7)上均套装有两个同步器(9)，第一个同步器(9)位于第一副轴齿轮(17)和第二副轴齿轮(18)之间，第二个同步器位于第三副轴齿轮(19)和第四副轴齿轮(20)之间，四个所述同步器(9)均与拨叉机构相连。在同一时刻，行星轮系上有且仅有一个副轴齿轮通过同步器(9)与行星架(7)固定相连，周转轮系上最多有一个副轴齿轮通过同步器(9)与行星架(7)固定相连。在需要换档前，拨叉机构拨动同步器(9)，使当前差动轮系的行星架上需要使用的副轴齿轮提前与行星架(7)固套在一起，预先选好档位，然后再进行换档。由于两个周转轮系上均有四个副轴齿轮与输出轴上的四个输出齿轮相啮合，本发明可以在八个传动速比之间进行任意切换，提高了本发明的实用性。
在所述输出轴(3)上依次固套有第一输出齿轮(21)和第二输出齿轮(22)，第一输出齿轮(21)和第二输出齿轮(22)之间设置有轴套(10)，该轴套(10)套装在输出轴(3)上；在两个所述周转轮系的行星架(7)上均依次活套有第一副轴齿轮(17)和第二副轴齿轮(18)，两个周转轮系的第一副轴齿轮(17)均与第一输出齿轮(21)相啮合，两个周转轮系的第二副轴齿轮(18)均与第二输出齿轮(22)相啮合；在两个所述周转轮系的行星架(7)上均套装有同步器(9)，该同步器(9)位于第一副轴齿轮(17)和第二副轴齿轮(18)之间；两个所述同步器(9)均与拨叉机构相连。在同一时刻，行星轮系上有且仅有一个副轴齿轮通过同步器(9)与行星架(7)固定相连，周转轮系上最多有一个副轴齿轮通过同步器(9)与行星架(7)固定相连。在需要换档前，拨叉机构拨动同步器(9)，使当前差动轮系的行星架上需要使用的副轴齿轮提前与行星架(7)固套在一起，预先选好档位，然后再进行换档。本发明可以在四个传动速比之间进行任意切换，提高了本发明的实用性，同时保证了变速箱内部结构的紧凑性。
在所述输出轴(3)上固套有第一输出齿轮，在两个所述周转轮系的行星架(7)上均固套有第一副轴齿轮(17)，两个周转轮系的第一副轴齿轮(17)均与第一输出齿轮(21)相啮合。当采用以上结构时，可以随时在两个周转轮系之间切换动力传递路线，换档更为迅速。
所述拨叉机构包括拨叉(25)、活塞杆(26)、活塞(27)和缸体(28)，该拨叉(25)的一端与同步器(9)相连，拨叉(25)的另一端与活塞杆(26)相连，所述活塞杆(26)伸入到缸体(28)与缸体(28)的活塞(27)相连。拨叉机构的缸体(28)可以选用气动活塞缸或液压活塞缸，在换档前，向缸体(28)内充入气体或液压油，使活塞杆(26)左右移动，带动拨叉(25)和同步器(9)左右移动，从而达到副轴齿轮与输出齿轮相啮合的目的。所述拨叉机构也可选用电动拨叉器，控制更加精确。
所述输入轴(2)上套装有倒档齿轮(8)，该倒档齿轮(8)位于输入齿轮(15)的后方。
所述倒档齿轮(8)和/或输入齿轮(15)与输入轴(2)一体成型。
所述变速机构为刹车片16、电磁刹车器、齿轮传动机构20或马达。该变速机构可以控制行星架(7)的转速，使周转轮系在行星轮系和差动轮系之间切换，并且采用马达等动力机构可以起到调整该周转轮系速比的目的，使本发明具备可微调的传动比。
所述行星架(7)与输入轴(2)平行，该行星架(7)还与输出轴(3)相平行。平行的结构可以使动力传递更加平稳。
所述太阳轮(4a)和/或动力齿轮(29)与太阳轮轴(4)一体成型。
有益效果：本发明在壳体内设置了两个周转轮系与输入轴相啮合，通过两个周转轮系在行星轮系和差动轮系之间的切换，以达到无间隔换档的目的，同时降低了热量损耗，还具有设计巧妙、结构简单、能耗低等特点。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图2为图1中一个周转轮系的结构示意图。
图3为本发明实施例二的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例一：
如图1、图2所示，本发明由壳体1、输入轴2、输出轴3、太阳轮轴4、行星轮5、齿圈6、行星架7、倒档齿轮8、同步器9、轴套10、输入压盖13、中心轴14、输入齿轮15、第一副轴齿轮17、第二副轴齿轮18、第三副轴齿轮19、第四副轴齿轮20、第一输出齿轮21、第二输出齿轮22、第三副输出齿轮23、第四输出齿轮24、拨叉25、活塞杆26、活塞27、缸体28和动力齿轮29等部件组成。所述输入轴2的尾部伸入壳体1内，在该输入轴2的尾部一体成型有输入齿轮15和倒档齿轮8，该倒档齿轮8位于输入齿轮15的后端。在所述壳体1内设置有两组周转轮系，两组周转轮系均包括太阳轮轴4、行星轮5、齿圈6和行星架7，所述行星架7与输入轴2平行，该行星架7还与输出轴3相平行。所述太阳轮轴4通过轴承支撑在壳体1内，该太阳轮轴4的轴身中部一体成型有动力齿轮29，该动力齿轮29与输入齿轮15相啮合，在太阳轮轴4的尾部还一体成型有太阳轮4a，该太阳轮4a与行星轮5相啮合，所述行星轮5架设在齿圈6内，且行星轮5分别与齿圈6和太阳轮轴4相啮合，该行星轮5通过中心轴14固定连接在行星架7的头部；所述齿圈6通过轴承支撑在壳体1内，该齿圈6通过内齿6a与行星轮5相啮合，且该齿圈6的两侧设置有刹车片16。
如图1所示，在所述输出轴3上依次固套有第一输出齿轮21、第二输出齿轮22、第三副输出齿轮23和第四输出齿轮24，相邻的两个输出齿轮之间设置有轴套10，该轴套10套装在输出轴3上；在两个所述周转轮系的行星架7上均依次活套有第一副轴齿轮17、第二副轴齿轮18、第三副轴齿轮19和第四副轴齿轮20，两个周转轮系的第一副轴齿轮17均与第一输出齿轮21相啮合，两个周转轮系的第二副轴齿轮18均与第二输出齿轮22相啮合，两个周转轮系的第三副轴齿轮19均与第三输出齿轮23相啮合，两个周转轮系的第四副轴齿轮20均与第四输出齿轮24相啮合；在两个所述周转轮系的行星架7上均套装有两个同步器9，第一个同步器9位于第一副轴齿轮17和第二副轴齿轮18之间，第二个同步器位于第三副轴齿轮19和第四副轴齿轮20之间，四个所述同步器9均与拨叉机构相连；在同一时刻，行星轮系上有且仅有一个副轴齿轮通过同步器9与行星架7固定相连，差动轮系上最多有一个副轴齿轮通过同步器9与行星架7固定相连。
由图1进一步可知，所述拨叉机构包括拨叉25、活塞杆26、活塞27和缸体28，该拨叉25的一端与同步器9相连，拨叉25的另一端与活塞杆26相连，所述活塞杆26与缸体28内的活塞27相连，该缸体28固定连接在壳体1上。本发明工作原理如下：
其中一个周转轮系上套装的第一副轴齿轮17与第一输出齿轮21的啮合状态为该变速箱的第一档，该周转轮系上套装的第二副轴齿轮18与第二输出齿轮22的啮合状态为该变速箱的第三档，该周转轮系上套装的第三副轴齿轮19与第三输出齿轮23的啮合状态为该变速箱的第五档，该周转轮系上套装的第四副轴齿轮20与第四输出齿轮24的啮合状态为该变速箱的第七档。另一个周转轮系上套装的第一副轴齿轮17与第一输出齿轮21的啮合状态为该变速箱的第二档，该周转轮系上套装的第二副轴齿轮18与第二输出齿轮22的啮合状态为该变速箱的第四档，该周转轮系上套装的第三副轴齿轮19与第三输出齿轮23的啮合状态为该变速箱的第六档，该周转轮系上套装的第四副轴齿轮20与第四输出齿轮24的啮合状态为该变速箱的第八档。本机械式变速器处于一档状态时，第一档所在周转轮系的齿圈6通过刹车片16保持制动状态，该周转轮系成为行星轮系，可以传递动力，该行星轮系上套装的第一副轴齿轮17与第一输出齿轮21相啮合，且该第一副轴齿轮17通过同步器9与行星架7固套在一起。这个行星轮系上套装的其余副轴齿轮均活套在行星架7上。另外一个周转轮系的太阳轮轴4保持自由转动状态，该周转轮系成为差动轮系，无法传递动力。当需要从一档升为二档时，先预先换档，向缸体28内充入气体或液压油，使活塞杆26移动，带动拨叉25和同步器9移动，同步器9带动当前差动轮系的行星架7上的第一副轴齿轮17与行星架7固套在一起。然后控制第二档所在周转轮系上套装的刹车片16，使该周转轮系转为制动状态，从而使这个周转轮系成为行星轮系。同时，控制第一档所在周转轮系上套装的刹车片16，解除该周转轮系的太阳轮轴4的制动状态，从而使该周转轮系变为差动轮系，无法传递动力。此时就可以将动力从输入轴2通过第二档所在的第一输出齿轮21和第一副轴齿轮17传递给输出轴3。
实施例二：
如图3所示，所述齿圈6具备外齿，该齿圈6通过外齿与齿轮传动机构30相啮合。在所述输出轴3上依次固套有第一输出齿轮21和第二输出齿轮22，第一输出齿轮21和第二输出齿轮22之间设置有轴套10，该轴套10套装在输出轴3上；在两个所述周转轮系的行星架7上均依次活套有第一副轴齿轮17和第二副轴齿轮18，两个周转轮系的第一副轴齿轮17均与第一输出齿轮21相啮合，两个周转轮系的第二副轴齿轮18均与第二输出齿轮22相啮合；在两个所述周转轮系的行星架7上均套装有同步器9，该同步器9位于第一副轴齿轮17和第二副轴齿轮18之间；两个所述同步器9均与拨叉机构相连；行星轮系上有且仅有一个副轴齿轮通过同步器9与行星架7固定相连，差动轮系上最多有一个副轴齿轮通过同步器9与行星架7固定相连。本实施例的其余部分与实施例一相同。当齿轮传动机构的转速保持为零时，可使齿圈6的转速为零；当齿轮传动机构随齿圈6一同转动时，齿圈6保持自由转动状态；当齿轮传动机构30带动齿圈6一同转动时，该齿圈6所在的周转轮系传递的扭矩可由齿轮传动机构30控制其大小。
实施例三：
在所述输出轴3上套装有第一输出齿轮21，在两个所述周转轮系的行星架7上均套装有第一副轴齿轮17，两个周转轮系的第一副轴齿轮17均与第一输出齿轮21相啮合。本实施例的其余部分与实施例一相同。
实施例四：
本实施例中，所述变速机构为马达，本实施例的其余部分与实施例一相同。
实施例五：
本实施例中，所述倒档齿轮8套装在输出轴3的头部，本实施例的其余部分与实施例一相同。

Claims (10)

1.一种机械式变速器，包括壳体(1)、输入轴(2)和输出轴(3)，所述输入轴(2)的尾部伸入壳体(1)内，在该输入轴(2)的尾部套装有输入齿轮(15)，在所述输出轴(3)上套装有输出齿轮，其特征在于：在所述壳体(1)内设置有两组周转轮系，两组周转轮系均包括太阳轮轴(4)、行星轮(5)、齿圈(6)和行星架(7)，所述太阳轮轴(4)通过轴承支撑在壳体(1)内，该太阳轮轴(4)的轴身上套装有动力齿轮(29)，所述动力齿轮(29)与输入齿轮(15)相啮合，在太阳轮轴(4)上还套装有太阳轮(4a)，该太阳轮(4a)与行星轮(5)相啮合，所述行星轮(5)套装在行星架(7)的头部；所述齿圈(6)通过轴承支撑在壳体(1)内，该齿圈(6)通过内齿(6a)与行星轮(5)相啮合，且该齿圈(6)与变速机构相连接；在所述行星架(7)的尾部套装有副轴齿轮，该副轴齿轮与输出齿轮相啮合。
2.根据权利要求1所述的一种机械式变速器，其特征在于：在所述输出轴(3)上依次固套有第一输出齿轮(21)、第二输出齿轮(22)、第三副输出齿轮(23)和第四输出齿轮(24)，相邻的两个输出齿轮之间设置有轴套(10)，该轴套(10)套装在输出轴(3)上；在两个所述周转轮系的行星架(7)上均依次活套有第一副轴齿轮(17)、第二副轴齿轮(18)、第三副轴齿轮(19)和第四副轴齿轮(20)，两个周转轮系的第一副轴齿轮(17)均与第一输出齿轮(21)相啮合，两个周转轮系的第二副轴齿轮(18)均与第二输出齿轮(22)相啮合，两个周转轮系的第三副轴齿轮(19)均与第三输出齿轮(23)相啮合，两个周转轮系的第四副轴齿轮(20)均与第四输出齿轮(24)相啮合；在两个所述周转轮系的行星架(7)上均套装有两个同步器(9)，第一个同步器(9)位于第一副轴齿轮(17)和第二副轴齿轮(18)之间，第二个同步器位于第三副轴齿轮(19)和第四副轴齿轮(20)之间，四个所述同步器(9)均与拨叉机构相连。
3.根据权利要求1所述的一种机械式变速器，其特征在于：在所述输出轴(3)上依次固套有第一输出齿轮(21)和第二输出齿轮(22)，第一输出齿轮(21)和第二输出齿轮(22)之间设置有轴套(10)，该轴套(10)套装在输出轴(3)上；在两个所述周转轮系的行星架(7)上均依次活套有第一副轴齿轮(17)和第二副轴齿轮(18)，两个周转轮系的第一副轴齿轮(17)均与第一输出齿轮(21)相啮合，两个周转轮系的第二副轴齿轮(18)均与第二输出齿轮(22)相啮合；在两个所述周转轮系的行星架(7)上均套装有同步器(9)，该同步器(9)位于第一副轴齿轮(17)和第二副轴齿轮(18)之间；两个所述同步器(9)均与拨叉机构相连。
4.根据权利要求1所述的一种机械式变速器，其特征在于：在所述输出轴(3)上固套有第一输出齿轮(21)，在两个所述周转轮系的行星架(7)上均固套有第一副轴齿轮(17)，两个周转轮系的第一副轴齿轮(17)均与第一输出齿轮(21)相啮合。
5.根据权利要求2或3所述的一种机械式变速器，其特征在于：所述拨叉机构包括拨叉(25)、活塞杆(26)、活塞(27)和缸体(28)，该拨叉(25)的一端与同步器(9)相连，拨叉(25)的另一端与活塞杆(26)相连，所述活塞杆(26)与缸体(28)内的活塞(27)相连。
6.根据权利要求1所述的一种机械式变速器，其特征在于：所述输入轴(2)上套装有倒档齿轮(8)，该倒档齿轮(8)位于输入齿轮(15)的后方。
7.根据权利要求6所述的一种机械式变速器，其特征在于：所述倒档齿轮(8)和/或输入齿轮(15)与输入轴(2)一体成型。
8.根据权利要求1所述的一种机械式变速器，其特征在于：所述变速机构为刹车片16、电磁刹车器、齿轮传动机构30或马达。
9.根据权利要求1所述的一种机械式变速器，其特征在于：所述行星架(7)与输入轴(2)平行，该行星架(7)还与输出轴(3)相平行。
10.根据权利要求1所述的一种机械式变速器，其特征在于：所述太阳轮(4a)和/或动力齿轮(29)与太阳轮轴(4)一体成型。
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