CN103410945B - 一种可柔性换挡的多档位路面机械变速箱 - Google Patents

Abstract

本发明是一种变速箱，具体是一种可柔性换挡的多档位路面机械变速箱。包括输入部件、前进档部件、倒档部件、三档部件和输出部件，所述的输入部件上设有弹性联轴器，所述的弹性联轴器包含有可分离的内齿圈，所述的前进档部件包含前进档离合器和一档离合器，所述的倒档部件包含倒档离合器和二档离合器，所述的三档部件包含三档离合器，所述的输出部件上的输出齿轮与三档离合器的三档齿轮啮合，所述的单向阀安装在旋转油缸上，所述的压力流体经旋转油缸进入工作油腔，所述的压力弹簧安装在旋转油缸上；本发明在结构先进合理，可靠性高，能实现连续无冲击换档，操作方便舒适。

Description

一种可柔性换挡的多档位路面机械变速箱

技术领域

本发明涉及一种变速箱，具体是一种可柔性换挡的多档位路面机械变速箱。

背景技术

在现有技术中，具有多档位的路面机械车辆，通常使用带脚踏离合器和多档位机械传动箱作为动力传动装置。这种传动型式的变速箱普遍存在以下问题：一是车辆换挡时需人工操作脚踏离合器切断和结合动力，增加劳动强度；二是车辆动力结合过程是由驾驶员通过离合器操控，与驾驶员的经验有直接关系，起步过程经常会引发传动系统损坏性震动，产生行驶冲击，影响压实质量；三是脚踏离合的干式摩擦片因频繁分离和结合，产生磨损失效。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种可柔性换挡的多档位路面机械变速箱，结构先进合理，可靠性高，能实现连续无冲击换档，操作方便舒适。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种可柔性换挡的多档位路面机械变速箱，包括输入部件、弹性联轴器、内齿圈、前进档部件、前进档离合器、倒档部件、一档离合器、倒档离合器、二档离合器、三档部件、三档离合器、输出部件、阀体、工作阀芯、工作弹簧、缓冲阀芯、单向阀、阀盖、延时阀芯、延时弹簧、变速泵、湿式离合器、液压控制阀、延时压力腔、缓冲压力腔和主压力腔，所述的液压控制阀是由阀体、工作阀芯、工作弹簧、缓冲阀芯、单向阀、阀盖、延时阀芯、延时弹簧、变速泵、延时压力腔、缓冲压力腔和主压力腔组成，阀体上设有主压力腔、延时压力腔和缓冲压力腔，阀体上的主压力腔和缓冲压力腔为一通腔，工作阀芯、工作弹簧和缓冲阀芯从下往上依次装于该通腔内，并将该通腔分隔为两部分，通腔下部为主压力腔，通腔上部为缓冲压力腔；延时弹簧和延时阀芯从下往上依次装于延时压力腔内；单向阀安装于阀盖内，阀盖与阀体联接，箱体中设有输入部件，输入部件上设置有弹性联轴器，弹性联轴器为可分离的齿形橡胶结构，弹性联轴器主动件可以独立安装在发动机飞轮上，弹性联轴器与输入轴之间用花键联接；输入部件上设置有输入齿轮，输入齿轮与输入轴之间用花键联接，变速泵通过花键联接在输入部件的末端；箱体中设有前进档部件，前进档部件包含前进档离合器和一档离合器，前进档离合器与一档离合器为串联布置，前进档离合器和一档离合器共用可旋转的支撑轴，有各自独立的自由度，前进档离合器和一档离合器的工作油腔都设置成容积大小不同的二个油腔，小容积工作油腔支持一档离合器滑动传递扭矩，容积大小不同的二个油腔共同支持一档离合器刚性传递扭矩，前进档离合器包含前进档齿轮、内花键摩擦片和外花键摩擦片，前进档齿轮与输入齿轮啮合，内花键摩擦片与前进档齿轮联接作为主动件，外花键摩擦片作为从动件，一档离合器包含一档齿轮、内花键摩擦片和外花键摩擦片，内花键摩擦片与一档齿轮联接作为从动件，外花键摩擦片作为主动件；箱体中设有倒档部件，倒档部件与前进档部件并联布置，倒档部件包含倒档离合器和二档离合器，倒档离合器与二档离合器为串联布置，倒档离合器和二档离合器共用可旋转的支撑轴，有各自独立的自由度，倒档离合器和二档离合器的工作油腔都设置成容积大小不同的二个油腔，小容积工作油腔支持二档离合器滑动传递扭矩，容积大小不同的二个油腔共同支持二档离合器刚性传递扭矩，倒档离合器包含倒档齿轮、内花键摩擦片和外花键摩擦片，倒档齿轮与输入齿轮啮合，内花键摩擦片与倒档齿轮联接作为主动件，外花键摩擦片作为从动件，二档离合器包含二档齿轮、内花键摩擦片和外花键摩擦片，内花键摩擦片与二档齿轮联接作为从动件，外花键摩擦片作为主动件；箱体中设有三档部件，三档部件、前进档部件和倒档部件并联布置，三档部件包含三档离合器，三档离合器包含三档齿轮、三档轴、内花键摩擦片和外花键摩擦片，三档齿轮和三档轴固定联接，外花键摩擦片作为主动件，内花键摩擦片与三档齿轮联接作为从动件，输出部件上的输出齿轮与三档离合器的三档齿轮啮合。

输入部件上设置有弹性联轴器，弹性联轴器为可分离的齿形橡胶结构，弹性联轴器主动件可以独立安装在发动机飞轮上，弹性联轴器与输入轴之间用花键联接；输入部件上设置有输入齿轮，输入齿轮与输入轴之间用花键联接。

所述的前进档离合器、一档离合器、倒档离合器和二档离合器和三档离合器为湿式液压离合器，所述的湿式离合器是由主动件、内齿摩擦片、外齿摩擦片、从动件、单向阀、旋转油缸、活塞和压力弹簧组成，内齿摩擦片与主动件通过花键联接，从动件通过花键同时与外齿摩擦片和旋转油缸联接，单向阀安装在旋转油缸上，活塞安装于旋转油缸的内部，压力弹簧安装于旋转油缸上。

本发明的有益效果是：车辆换挡时无需人工操作脚踏离合器切断和结合动力，该动作由变速箱内的执行结构自动完成，减少驾驶员的劳动强度；车辆动力结合过程是自动控制，与驾驶员的操作经验无关，动力接合过程平稳，不会引发传动系统损坏性震动，大大减少产生行驶冲击，压实质量得到有效提高；该机构减少脚踏离合器系统（杜绝干式离合器的频繁分离和结合，磨损杜绝），可靠性高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明湿式离合器结构示意图；

图3是本发明液压控制阀结构示意图；

图4是本发明的液压原理图。

图中：1、输入部件，2、弹性联轴器，3、内齿圈，4、前进档部件，5、前进档离合器，6、一档离合器，7、倒档部件，8、倒档离合器，9、二档离合器，10、三档部件，11、三档离合器，12、输出部件，13、主动件，14、内齿摩擦片，15、外齿摩擦片，16、从动件，17、单向阀，18、旋转油缸，19、活塞，20、压力弹簧，21、阀体，22、工作阀芯，23、工作弹簧，24、缓冲阀芯，25、单向阀，26、阀盖，27、延时阀芯，28、延时弹簧，29、变速泵，30、湿式离合器，31、液压控制阀，32、延时压力腔，33、缓冲压力腔，34、主压力腔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本可柔性换挡的多档位路面机械变速箱，包括输入部件1、弹性联轴器2、内齿圈3、前进档部件4、前进档离合器5、倒档部件7、一档离合器6、倒档离合器8、二档离合器9、三档部件10、三档离合器11、输出部件12和变速泵29，箱体中设有输入部件1，输入部件1上设置有弹性联轴器2，弹性联轴器2为可分离的齿形橡胶结构，弹性联轴器2主动件可以独立安装在发动机飞轮上，弹性联轴器2与输入轴之间用花键联接；输入部件1上设置有输入齿轮，输入齿轮与输入轴之间用花键联接,变速泵29通过花键联接在输入部件1的末端；箱体中设有前进档部件4，前进档部件4包含前进档离合器5和一档离合器6，前进档离合器5与一档离合器6为串联布置，前进档离合器5和一档离合器6共用可旋转的支撑轴，有各自独立的自由度，前进档离合器5和一档离合器6的工作油腔都设置成容积大小不同的二个油腔，小容积工作油腔支持一档离合器6滑动传递扭矩，容积大小不同的二个油腔共同支持一档离合器6刚性传递扭矩，前进档离合器5包含前进档齿轮、内花键摩擦片和外花键摩擦片，前进档齿轮与输入齿轮啮合，内花键摩擦片与前进档齿轮联接作为主动件，外花键摩擦片作为从动件，一档离合器6包含一档齿轮、内花键摩擦片和外花键摩擦片，内花键摩擦片与一档齿轮联接作为从动件，外花键摩擦片作为主动件；箱体中设有倒档部件7，倒档部件7与前进档部件4并联布置，倒档部件7包含倒档离合器8和二档离合器9，倒档离合器8与二档离合器9为串联布置，倒档离合器8和二档离合器9共用可旋转的支撑轴，有各自独立的自由度，倒档离合器8和二档离合器9的工作油腔都设置成容积大小不同的二个油腔，小容积工作油腔支持二档离合器9滑动传递扭矩，容积大小不同的二个油腔共同支持二档离合器9刚性传递扭矩，倒档离合器8包含倒档齿轮、内花键摩擦片和外花键摩擦片，倒档齿轮与输入齿轮啮合，内花键摩擦片与倒档齿轮联接作为主动件，外花键摩擦片作为从动件，二档离合器9包含二档齿轮、内花键摩擦片和外花键摩擦片，内花键摩擦片与二档齿轮联接作为从动件，外花键摩擦片作为主动件；箱体中设有三档部件10，三档部件10、前进档部件4和倒档部件7并联布置，三档部件10包含三档离合器11，三档离合器11包含三档齿轮、三档轴、内花键摩擦片和外花键摩擦片，三档齿轮和三档轴固定联接，外花键摩擦片作为主动件，内花键摩擦片与三档齿轮联接作为从动件，输出部件12上的输出齿轮与三档离合器11的三档齿轮啮合。

输入部件1上设置有弹性联轴器2，弹性联轴器2为可分离的齿形橡胶结构，弹性联轴器2主动件可以独立安装在发动机飞轮上，弹性联轴器2与输入轴之间用花键联接；输入部件1上设置有输入齿轮，输入齿轮与输入轴之间用花键联接。

如图2所示，前进档离合器5、一档离合器6、倒档离合器8、二档离合器9和三档离合器11为湿式液压离合器30，所述的湿式液压离合器30是由内齿摩擦片14与主动件13通过花键联接，从动件16通过花键同时与外齿摩擦片15和旋转油缸18联接，单向阀17安装在旋转油缸18上，活塞19安装于旋转油缸18的内部，压力弹簧20安装于旋转油缸18上；工作时，旋转油缸18和活塞19之间有小容积的工作油腔和大容积的工作油腔，所述的主动件13和内齿摩擦片14同步旋转，所述的外齿摩擦片15、从动件16和旋转油缸18同步旋转，所述的单向阀17安装在旋转油缸18上，所述的压力流体经旋转油缸进入工作油腔，所述的压力弹簧安装在旋转油缸上。

当较低压力的流体进入小容积的工作油腔，在活塞19上形成较小的推力克服压力弹簧20的弹力推动活塞19向左方移动，并以较小的压力作用于摩擦片，内齿摩擦片14和外齿摩擦片15之间传递较小的扭矩并产生相对滑动，主动件13转速不变状态下，从动件16转速缓慢增加，离合器平稳结合。

当流体压力升高，小容积的工作油腔和大容积的工作油腔联通，较高压力的流体同时作用于小容积的工作油腔和大容积的工作油腔，在活塞19上形成大的推力，内齿摩擦片14和外齿摩擦片15完全压紧无相对滑动，离合器实现全部动力传递。

当流体失去压力，小容积工作油腔的流体经进油路返回，大容积工作油腔的流体经单向阀17返回油池，活塞19在压力弹簧20的弹力作用下返回初始位置，内齿摩擦片14和外齿摩擦片15完全分离，离合器不传递动力。

湿式液压离合器30数量可以是四至八个，但当数量为五个时可以最大程度的使离合器能充分运转，使用寿命增加，最节省成本。

如图3所示，液压控制阀31是由阀体21、工作阀芯22、工作弹簧23、缓冲阀芯24、单向阀25、阀盖26、延时阀芯27、延时弹簧28、变速泵29、延时压力腔32、缓冲压力腔33和主压力腔34组成，阀体21上设有主压力腔34、延时压力腔32和缓冲压力腔33，阀体21上的主压力腔34和缓冲压力腔33为一通腔，工作阀芯22、工作弹簧23和缓冲阀芯24从下往上依次装于该通腔内，并将该通腔分隔为两部分，通腔下部为主压力腔34，通腔上部为缓冲压力腔33；延时弹簧28和延时阀芯27从下往上依次装于延时压力腔32内；单向阀25安装于阀盖26内，阀盖26与阀体21联接。

所述的液压控制阀31分别是压力缓冲阀、压力延时阀和离合器单向节流阀，所述的压力缓冲阀、压力延时阀和离合器单向节流阀分别控制前进档部件4、倒档部件7和三档部件10的压力和变化速度；所述的压力缓冲阀控制变速箱主压力的大小，所述的压力缓冲阀和压力延时阀联合控制主压力的变化速度，所述的单向节流阀控制压力流体流入工作油腔的速度，压力缓冲阀与压力延时阀和离合器单向节流阀之间通过油管联接到前进档部件4、倒档部件7和三档部件10上。

变速箱空档时，系统没有控制压力流体，主压力腔34内的主压力流体保持低压状态；变速箱任一档位开始工作时，主压力腔34内的主压力流体被导入工作离合器，控制压力流体同步进入延时压力腔32推动延时阀芯27，延时阀芯27移动过程中，主压力流体维持低压，离合器内部只有小容积的工作油腔充满低压力流体，变速箱只传递部分动力；延时阀芯27完成移动行程后，控制压力流体通过延时压力腔32进入缓冲压力腔33，推动缓冲阀芯24移动，在工作弹簧23的弹力作用下，工作阀芯22缓慢移动，主压力腔34内的主压力流体压力上升，离合器内部的小容积工作油腔和大容积工作油腔联通，离合器传递全部动力。

变速箱从工作状态转变为空档时，缓冲压力腔33通过单向阀25快速泄流，控制压力流体返回，主压力腔34内的主压力流体回归低压状态。

如图4所示，当发动机启动时油泵随发动机同步旋转，变速箱油底壳内的液压油经粗滤器被吸入油泵，从油泵排出的液压油经过精滤器过滤后进入主压力腔，主压力阀减压后的油液通过冷却器冷却后形成润滑油。空档状态下，四只湿式电磁铁均不通电，M1、M2和M3电磁铁控制的三只二位三通换向阀关闭，离合器K1、KV和KR分离，M4电磁铁控制的二位四通换向阀将压力油导入离合器K3，K2离合器分离；前进1档状态下，M1和M2电磁铁通电，M3和M4电磁铁不通电，M1和M2电磁铁控制的二只二位三通换向阀接通，离合器K1和KV结合，M3和M4控制的二位四通换向阀和二位三通换向阀关闭，离合器KR、K2和K3分离；前进2档状态下，M2和M3电磁铁通电，M1和M4电磁铁不通电，M2和M3电磁铁控制的一只二位三通换向阀和二位四通换向阀接通，离合器KV和K2结合，M1和M4控制的二只二位三通换向阀关闭，离合器K1、KR和K3分离；前进3档状态下，M2电磁铁通电，M1、M3和M4电磁铁不通电，M2电磁铁控制的一只二位三通换向阀接通，离合器KV和K3结合，M1、M3和M4控制的二只二位三通换向阀和二位四通换向阀关闭，离合器K1、K2和KR分离；倒退1档状态下，M1和M4电磁铁通电，M2和M3电磁铁不通电，M1和M4电磁铁控制的二只二位三通换向阀接通，离合器K1和KR结合，M2和M3控制的二位三通换向阀和二位四通换向阀关闭，离合器KV、K2和K3分离；倒退2档状态下，M3和M4电磁铁通电，M1和M2电磁铁不通电，M3和M4电磁铁控制的一只二位四通换向阀和二位三通换向阀接通，离合器KR和K2结合，M1和M2控制的二只二位三通换向阀关闭，离合器K1、KV和K3分离；倒退3档状态下，M4电磁铁通电，M1、M2和M3电磁铁不通电，M4电磁铁控制的一只二位三通换向阀接通，离合器KR和K3结合，M1、M2和M3控制的二只二位三通换向阀和二位四通换向阀关闭，离合器K1、K2和KV分离。

本发明的工作原理：

变速泵从变速箱内部吸入流体并将流体送入压力缓冲阀主压力腔，在变速箱空档状态，所有流体经压力缓冲阀主阀芯减压，减压后的流体经过散热器冷却后进入润滑系统。在任一档位工作状态时，压力延时阀先将流体控制在较低的压力状态，较低压力的流体从压力缓冲阀主压力腔经换向阀流入工作离合器小的容积腔，单向节流阀控制较低压力的流体充满小的容积腔的速度，活塞以可控制的压力和可控制的速度压迫离合器摩擦片，实现离合器柔性结合。在上述柔性结合过程中，从动件与主动件之间存在速度差，速度差距的大小随从动件上负载的大小变化，当速度差距消除后，压力缓冲阀将流体压力快速提升到较高的稳定状态，此时较高压力的流体同时作用于工作离合器小的容积和大的容积，变速箱呈现刚性传动状态。

上述离合器柔性结合的过程在变速箱每一次换档时，由变速箱内不同的离合器独立完成，变速箱档位改变的过程包含上一组离合器的分离过程和下一组离合器的结合过程，二组离合器工作状态的转换由电液控制系统提供无缝转换，转换过程对发动机转速变化没有要求。变速箱进行换向操作时，离合器的早期结合过程可以作为反向制动控制。

Claims (2)

1.一种可柔性换挡的多档位路面机械变速箱，包括阀体(21)、工作阀芯(22)、工作弹簧(23)、缓冲阀芯(24)、单向阀(25)、阀盖(26)、延时阀芯(27)、延时弹簧(28)、变速泵(29)、湿式离合器(30)、液压控制阀(31)、延时压力腔(32)、缓冲压力腔(33)和主压力腔(34)，所述的液压控制阀(31)是由阀体(21)、工作阀芯(22)、工作弹簧(23)、缓冲阀芯(24)、单向阀(25)、阀盖(26)、延时阀芯(27)、延时弹簧(28)、变速泵(29)、延时压力腔(32)、缓冲压力腔(33)和主压力腔(34)组成，阀体(21)上设有主压力腔(34)、延时压力腔(32)和缓冲压力腔(33)，阀体(21)上的主压力腔(34)和缓冲压力腔(33)为一通腔，工作阀芯(22)、工作弹簧(23)和缓冲阀芯(24)从下往上依次装于该通腔内，并将该通腔分隔为两部分，通腔下部为主压力腔(34)，通腔上部为缓冲压力腔(33)；延时弹簧(28)和延时阀芯(27)从下往上依次装于延时压力腔(32)内；单向阀(25)安装于阀盖(26)内，阀盖(26)与阀体(21)联接，其特征在于，还包括输入部件(1)、弹性联轴器(2)、内齿圈(3)、前进档部件(4)、前进档离合器(5)、一档离合器(6)、倒档部件(7)、倒档离合器(8)、二档离合器(9)、三档部件(10)、三档离合器(11)、输出部件(12)，箱体中设有输入部件(1)，输入部件(1)上设置有弹性联轴器(2)，弹性联轴器(2)为可分离的齿形橡胶结构，弹性联轴器(2)主动件可以独立安装在发动机飞轮上，弹性联轴器(2)与输入轴之间用花键联接；输入部件(1)上设置有输入齿轮，输入齿轮与输入轴之间用花键联接，变速泵(29)通过花键联接在输入部件(1)的末端；箱体中设有前进档部件(4)，前进档部件(4)包含前进档离合器(5)和一档离合器(6)，前进档离合器(5)与一档离合器(6)为串联布置，前进档离合器(5)和一档离合器(6)共用可旋转的支撑轴，有各自独立的自由度，前进档离合器(5)和一档离合器(6)的工作油腔都设置成容积大小不同的二个油腔，小容积工作油腔支持一档离合器(6)滑动传递扭矩，容积大小不同的二个油腔共同支持一档离合器(6)刚性传递扭矩，前进档离合器(5)包含前进档齿轮、第一内花键摩擦片和第一外花键摩擦片，前进档齿轮与输入齿轮啮合，第一内花键摩擦片与前进档齿轮联接作为主动件，第一外花键摩擦片作为从动件，一档离合器(6)包含一档齿轮、第二内花键摩擦片和第二外花键摩擦片，第二内花键摩擦片与一档齿轮联接作为从动件，第二外花键摩擦片作为主动件；箱体中设有倒档部件(7)，倒档部件(7)与前进档部件(4)并联布置，倒档部件(7)包含倒档离合器(8)和二档离合器(9)，倒档离合器(8)与二档离合器(9)为串联布置，倒档离合器(8)和二档离合器(9)共用可旋转的支撑轴，有各自独立的自由度，倒档离合器(8)和二档离合器(9)的工作油腔都设置成容积大小不同的二个油腔，所述的小容积工作油腔支持二档离合器(9)滑动传递扭矩，所述的容积大小不同的二个油腔共同支持二档离合器(9)刚性传递扭矩，倒档离合器(8)包含倒档齿轮、第三内花键摩擦片和第三外花键摩擦片，倒档齿轮与输入齿轮啮合，第三内花键摩擦片与倒档齿轮联接作为主动件，第三外花键摩擦片作为从动件，二档离合器(9)包含二档齿轮、第四内花键摩擦片和第四外花键摩擦片，第四内花键摩擦片与二档齿轮联接作为从动件，第四外花键摩擦片作为主动件；箱体中设有三档部件(10)，三档部件(10)、前进档部件(4)和倒档部件(7)并联布置，三档部件(10)包含三档离合器(11)，三档离合器(11)包含三档齿轮、三档轴、第五内花键摩擦片和第五外花键摩擦片，三档齿轮和三档轴固定联接，第五外花键摩擦片作为主动件，第五内花键摩擦片与三档齿轮联接作为从动件，输出部件(12)上的输出齿轮与三档离合器(11)的三档齿轮啮合。

2.根据权利要求1所述的可柔性换挡的多档位路面机械变速箱，其特征在于，所述的前进档离合器(5)、一档离合器(6)、倒档离合器(8)和二档离合器(9)和三档离合器(11)为湿式液压离合器(30)，所述的湿式离合器(30)是由主动件(13)、内齿摩擦片(14)、外齿摩擦片(15)、从动件(16)、单向阀(17)、旋转油缸(18)、活塞(19)和压力弹簧(20)组成，内齿摩擦片(14)与主动件(13)通过花键联接，从动件(16)通过花键同时与外齿摩擦片(15)和旋转油缸(18)联接，单向阀(17)安装在旋转油缸(18)上，活塞(19)安装于旋转油缸(18)的内部，压力弹簧(20)安装于旋转油缸(18)上。