CN103615511B - 多凸轮自适应多档自动变速器主轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多凸轮自适应多档自动变速器主轴，包括动力输入轴和动力输出轴，还包括具有动力输出至其它档位的动力输出端和输回动力的动力输入件；本发明用于变速器具有现有凸轮自适应自动变速装置的全部优点，且可用于多凸轮多档的结构，能够保证在换挡过程中的灵敏性，消除换挡顿挫感和卡涩感，提高驾乘舒适性，进一步节能降耗，大大提高车辆的动力性、经济性、驾驶安全性和舒适性；同时，本发明中利用动力输出轴、凸轮以及凸轮之间的配合关系，锁紧锥面离合器的分离，利于消除传动部件之间的传动间隙，提高传动精度和效率，节约驱动能源。

Description

多凸轮自适应多档自动变速器主轴

技术领域

本发明涉及一种机动驱动的变速器结构，特别涉及一种多凸轮自适应多档自动变速器主轴。

背景技术

现有技术中，汽车、摩托车、电动自行车基本上都是通过调速手柄或加速踏板直接控制节气门或电流控制速度，或采用手控机械自动变速机构方式实现变速。手柄或加速踏板的操作完全取决于驾驶人员的操作，常常会造成操作与车行状况不匹配，致使电机或发动机运行不稳定，出现发动机堵转现象。

机动车在由驾驶者在不知晓行驶阻力的情况下，仅根据经验操作控制的变速装置，难免存在以下问题：1.在启动、上坡和大负载时、由于行驶阻力增加,迫使电机或发动机转速下降在低效率区工作。2.由于没有机械变速器调整扭矩和速度，只能在平原地区推广使用，不能满足山区、丘陵和重负荷条件下使用,缩小了使用范围;3.驱动轮处安装空间小,安装了发动机或电机后很难再容纳自动变速器和其它新技术;4.不具备自适应的功能，不能自动检测、修正和排除驾驶员的操作错误；5.在车速变化突然时，必然造成电机或发动机功率与行驶阻力难以匹配。6.续行距离短、爬坡能力差，适应范围小。

为了解决以上问题，本发明的发明人发明了一系列的凸轮自适应自动变速装置，利用行驶阻力驱动凸轮，达到自动换挡和根据行驶阻力自适应匹配车速输出扭矩的目的，具有较好的应用效果；前述的凸轮自适应自动变速器虽然具有上述优点，稳定性和高效性较现有技术有较大提高，但是部分零部件结构较为复杂，变速器体积较大，特别是没有形成多档传动的结构，不适用于载重汽车；同时，由于传动路线较长，特别是慢档，影响传动效率，稳定性依然不够理想；且通过凸轮离合过程中会有卡涩，影响自动换挡过程的顺畅性；在使用寿命上虽然较现有技术有所提高，但根据结构上的分析，使用寿命仍有改进空间。

因此，需要一种对上述凸轮自适应自动变速装置进行改进，适用于所有汽车以至载重的汽车，不但能够自适应随行驶阻力变化不切断驱动力的情况下自动进行换挡变速，解决扭矩—转速变化小不能满足复杂条件下道路使用的问题，平稳性好，进一步提高工作效率，具有更好的节能降耗效果；还能够根据行驶阻力实现多档自动变速，进一步减小顿挫感并节约驱动能耗；同时，换挡过程顺畅无卡涩，反应灵敏，节约驱动能源，降低能耗，并进一步提高使用寿命，适用于所有机动车辆使用，使得整车形势更为平稳。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种多凸轮自适应多档自动变速器主轴，适用于所有汽车以至载重的汽车并用于多档变速器，不但能够自适应随行驶阻力变化不切断驱动力的情况下自动进行换挡变速，解决扭矩—转速变化小不能满足复杂条件下道路使用的问题，平稳性好，进一步提高工作效率，具有更好的节能降耗效果；还能够根据行驶阻力实现多档自动变速，进一步减小顿挫感并节约驱动能耗；同时，换挡过程顺畅无卡涩，反应灵敏，节约驱动能源，降低能耗，并进一步提高使用寿命，适用于所有机动车辆使用，使得整车形势更为平稳。

本发明的多凸轮自适应多档自动变速器主轴，包括动力输入轴和动力输出轴，其特征在于：还包括高速机械智能化自适应变速总成，包括圆环体轴向外锥套、圆环体轴向内锥套和变速弹性元件；

所述圆环体轴向内锥套与动力输入轴传动配合，圆环体轴向内锥套设有轴向内锥面且外套于圆环体轴向外锥套，圆环体轴向外锥套设有与圆环体轴向内锥套的轴向内锥面相配合的轴向外锥面；圆环体轴向外锥套外套于动力输出轴并与其通过传动凸轮副传动配合；圆环体轴向外锥套通过凸轮副组传动配合设有多档动力输入件，所述凸轮副组包括至少一个凸轮副，圆环体轴向内锥套设有将动力输出至多档的动力输出端；

变速弹性元件对圆环体轴向外锥套施加使其外锥面与圆环体轴向内锥套的内锥面贴合传动的预紧力；所述动力输出轴输出快挡动力时，所述传动凸轮副产生向圆环体轴向外锥套的轴向分力，该轴向分力与变速弹性元件预紧力方向相反；所述多档动力输入件通过凸轮副组向圆环体轴向外锥套输入动力时，所述传动凸轮副以及凸轮副组产生向圆环体轴向外锥套的轴向分力，该轴向分力与变速弹性元件预紧力方向相反。

进一步，所述多档动力输入件为由一档从动齿轮、二档从动齿轮、三档从动齿轮和四档从动齿轮固定连接形成联体从动齿轮；

进一步，空套于动力输出轴设有至少两个凸轮套，每个凸轮套两端均设有端面波轮，凸轮套之间、凸轮套与圆环体轴向外锥套之间以及凸轮套与联体从动齿轮之间均通过端面波轮啮合传动形成凸轮副组；

进一步，每个凸轮套两端的端面波轮的形线升角不同，且形成凸轮副组的全部凸轮套的端面波轮的形线升角由联体从动齿轮至圆环体轴向外锥套逐渐增大；

进一步，所述变速弹性元件为外套于动力输出轴的变速蝶簧；变速弹性元件设有预紧力调节组件，所述预紧力调节组件包括轴向限位安装于变速蝶簧端部的调节盘，所述调节盘设有端面凸轮槽，端面凸轮槽通过内嵌的调节销抵紧变速碟簧；

进一步，所述圆环体轴向外锥套与动力输出轴之间的传动凸轮副为螺旋凸轮副；

进一步，形成凸轮副组的全部端面波轮的形线升角由联体从动齿轮至圆环体轴向外锥套逐渐由24°增大至60°；

进一步，所述变速弹性元件通过滑动配合外套于动力输入轴的平面轴承顶住圆环体轴向外锥套；

进一步，圆环体轴向内锥套转动配合外套于凸轮套设有直筒段，所述圆环体轴向内锥套的直筒段设有第一传动齿轮和第二啮合齿轮；

进一步，凸轮套为三个，由联体从动齿轮至圆环体轴向外锥套，第一个凸轮套两端的端面波轮升角分别为24°和36°，第二个凸轮套两端的端面波轮升角分别为36°和48°，第三个凸轮套两端的端面波轮升角分别为48°和60°。

本发明的有益效果是：本发明的多凸轮自适应多档自动变速器主轴，用于多档的自适应变速结构，设有多档输出及输入端，装入变速器后，具有现有凸轮自适应自动变速装置的全部优点，如能根据行驶阻力检测驱动扭矩—转速以及行驶阻力—车速信号，使电机或发动机输出功率与车辆行驶状况始终处于最佳匹配状态，实现车辆驱动力矩与综合行驶阻力的平衡控制，在不切断驱动力的情况下自适应随行驶阻力变化自动进行换挡变速；可以满足山区、丘陵和重负荷条件下使用，使电机或发动机负荷变化平缓，机动车辆运行平稳，提高安全性；且采用多凸轮多档的结构，能够保证在换挡过程中的灵敏性，消除换挡顿挫感和卡涩感，提高驾乘舒适性，进一步节能降耗，大大提高车辆的动力性、经济性、驾驶安全性和舒适性；

同时，本发明中利用动力输出轴和凸轮以及凸轮之间的配合关系，锁紧慢挡传动的离合器分离，同时，还利于消除传动部件之间的传动间隙，提高传动精度和效率，节约驱动能源，结构布置简单紧凑，传动链科学合理，平稳性好，且传动轴具有较好的支撑稳定性，使得整车形势更为平稳，具有更好的节能降耗效果，并减小体积。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明布置示意图；

图2为圆环体轴向外锥套结构示意图；

图3为凸轮套结构示意图；

图4为凸轮套的端面凸轮展开示意图。

具体实施方式

图1为本发明布置示意图，图2为圆环体轴向外锥套结构示意图，图3为凸轮套结构示意图，图4为凸轮套的端面凸轮展开示意图，如图所示：本发明的多凸轮自适应多档自动变速器主轴，包括动力输入轴和动力输出轴，如图所示，动力输入轴1和动力输出轴2同轴设置且在使用时均需与箱体转动配合并形成支撑，需设有必要的径向滚动轴承；还包括高速机械智能化自适应变速总成，包括圆环体轴向外锥套7、圆环体轴向内锥套8和变速弹性元件5；使用时，与高速机械智能化自适应变速总成对应还需设有其它档位；

所述圆环体轴向内锥套8与动力输入轴1传动配合，如图所示，通过传动架将动力输至圆环体轴向内锥套8；圆环体轴向内锥套8设有轴向内锥面且外套于圆环体轴向外锥套7，圆环体轴向外锥套7设有与圆环体轴向内锥套8的轴向内锥面相配合的轴向外锥面；圆环体轴向外锥套7外套于动力输出轴2并与其通过传动凸轮副传动配合；通过锥套结构进行配合传动，内锥面和外锥面至少之一需具有一定的粗糙度，属于本领域技术人员根据本记载能够知道的，在此不再赘述；圆环体轴向外锥套外套于动力输出轴并与其通过传动凸轮副传动配合；传动凸轮副可以是螺旋凸轮副或者加工成端面凸轮副，均能实现传动的目的；圆环体轴向外锥套通过凸轮副组传动配合设有多档动力输入件，所述凸轮副组包括至少一个凸轮副，也就是，凸轮副组由凸轮副依次传递动力构成，对于离合换档过程来说可较为柔顺，特别适用于多档换档操作，并且换档后，与传动凸轮副相互配合具有较好的多重锁紧功能，避免圆环体轴向外锥套7来回窜动；圆环体轴向内锥套设有将动力输出至多档的动力输出端；通过动力输出端将动力输出至多档，经过变速后由多档动力输入件输送回圆环体轴向外锥套并由动力输出轴输出，此时圆环体轴向外锥套与圆环体轴向内锥套分离；

变速弹性元件5对圆环体轴向外锥套7施加使其外锥面与圆环体轴向内锥套的内锥面贴合传动的预紧力；所述动力输出轴输出快挡动力时，所述传动凸轮副产生向圆环体轴向外锥套的轴向分力，该轴向分力与变速弹性元件预紧力方向相反；所述多档动力输入件通过凸轮副组向圆环体轴向外锥套输入动力时，所述传动凸轮副以及凸轮副组产生向圆环体轴向外锥套的轴向分力，该轴向分力与变速弹性元件预紧力方向相反；上述凸轮副轴向分力可消除凸轮副的配合间隙，有效提高传动精度。

本实施例中，所述多档动力输入件为由一档从动齿轮18、二档从动齿轮15、三档从动齿轮16和四档从动齿轮17固定连接形成联体从动齿轮；连体式结构，整体性较强，并且制造方便简单，节约成本，且传递动力不会丢转；该布置结构使得多档变速器结构紧凑，体积较小，降低整体重量，利于节约驱动能源，适用于轻卡等小型载重汽车；联体从动齿轮可以是一体成形，也可以是通过机械手段固定连接；如图所示，本实施例中，二档从动齿轮25、三档从动齿轮27和四档从动齿轮28一体成形，一档从动齿轮29则采用螺栓固定与其连接，方便加工；当然，一档从动齿轮18、二档从动齿轮15、三档从动齿轮16和四档从动齿轮17所能达到的传动比按需设定，在此不再赘述。

本实施例中，空套于动力输出轴2设有至少两个凸轮套，每个凸轮套两端均设有端面波轮，凸轮套之间、凸轮套（与圆环体轴向外锥套7配合的凸轮套）与圆环体轴向外锥套7之间以及凸轮套（与联体从动齿轮配合的凸轮套）与联体从动齿轮之间均通过端面波轮啮合传动形成凸轮副组；多个凸轮套的结构可平缓传动和驱动锥面离合器分离，具有较好的平顺性和稳定性；

本实施例中，每个凸轮套两端的端面波轮的形线升角不同，且形成凸轮副组的全部凸轮套的端面波轮的形线升角由联体从动齿轮至圆环体轴向外锥套逐渐增大；如图所示，凸轮套共有三个，分别为凸轮套10、12、13；如图所示，以凸轮套10为例，其两端的端面波轮10a和端面波轮10b，圆环体轴向外锥套7的端面波轮7b，联体从动齿轮的端面波轮14，端面波轮14通过机械连接的方式固定连接于联体从动齿轮，方便加工；凸轮副组的升角采用逐渐增大的结构，利于形成足够大的轴向分力和周向驱动力，并能避免卡涩；也就是说，对于每个凸轮套来说，按照上述方向两端的端面波轮一个升角小另一个升角大，如图所示，凸轮套的端面波轮10a升角α小于端面波轮10b升角β，升角β的保证周向驱动力，而升角α的保证周向错位并实现对圆环体轴向外锥套7的灵敏轴向驱动；采用多端面波轮的传动结构，能够保证在换挡过程中的灵敏性，消除换挡顿挫感和卡涩感，行车顺畅，提高驾乘舒适性，进一步节能降耗，大大提高车辆的动力性、经济性、驾驶安全性和舒适性。

本实施例中，所述变速弹性元件5为外套于动力输出轴的变速蝶簧；变速弹性元件5设有预紧力调节组件，所述预紧力调节组件包括轴向限位安装于变速蝶簧端部的调节盘，所述调节盘3设有端面凸轮槽，端面凸轮槽通过内嵌的调节销4抵紧变速碟簧；当圆环体轴向内锥套8和圆环体轴向外锥套7的接合面发生磨损时，可通过旋转调节盘3，利用端面凸轮槽驱动调节销4向变速蝶簧以及圆环体轴向外锥套7的方向移动，实现预紧力的恒定不变，以保证车辆的正常行驶。

本实施例中，所述圆环体轴向外锥套7与动力输出轴2之间的传动凸轮副为螺旋凸轮副；如图所示，圆环体轴向外锥套7内圆设有螺旋凸轮7a，动力输出轴2设有与其配合的螺旋凸轮6；螺旋凸轮副是本实施例的优选结构，也可采用现有的其它凸轮副驱动，比如端面凸轮等等，但螺旋凸轮副能够使本结构更为紧凑，制造、安装以及维修更为方便，并且螺旋结构具有无可比拟的稳定性和顺滑性，进一步提高工作效率，具有更好的节能降耗效果，较大的控制车辆排放，更适用于轻便的两轮车等轻便车辆使用；螺旋凸轮的旋向与动力输出转动方向有关，本领域技术人员根据上述记载，在得知传动轴动力输出方向的前提下，能够得知螺旋凸轮何种旋向能够施加何种方向的轴向分力，在此不再赘述。

本实施例中，形成凸轮副组的全部端面波轮的形线升角由联体从动齿轮至圆环体轴向外锥套逐渐由24°增大至60°；如图所示，本实施例中，凸轮套为三个，由联体从动齿轮至圆环体轴向外锥套，第一个凸轮套10两端的端面波轮升角分别为24°和36°，第二个凸轮套12两端的端面波轮升角分别为36°和48°，第三个凸轮套13两端的端面波轮升角分别为48°和60°，升角角度分布合理，更利于实现轴向分力和圆周驱动力之间的合理分配，保证节约驱动能源的前提下实现平顺换档。

本实施例中，所述变速弹性元件5通过滑动配合外套于动力输入轴的平面轴承顶住圆环体轴向外锥套；减少运动干扰，节约能耗。

本实施例中，圆环体轴向内锥套8转动配合外套于凸轮套设有直筒段，所述圆环体轴向内锥套8的直筒段设有第一传动齿轮9和第二啮合齿轮11；第一传动齿轮9和第二啮合齿轮11作为动力输出端，可灵活布置其它档位结构。

本实施例的高速档动力传递路线：

动力输入轴1→圆环体轴向内锥套8→圆环体轴向外锥套7→传动凸轮副→动力输出轴2→输出；

此时阻力传递路线：动力输出轴2→传动凸轮副→圆环体轴向外锥套7→压缩变速弹性元件7；

通过传动凸轮副对圆环体轴向外锥套7施加轴向力并压缩变速弹性元件（变速蝶簧），当行驶阻力加大到一定时，该轴向力大于变速碟簧设定的预紧力并压缩变速碟簧，使圆环体轴向内锥套8和圆环体轴向外锥套7分离，动力通过圆环体轴向内锥套的动力输出端输出至其它档位，并由联体从动齿轮传回，而此时阻力始终作用于传动凸轮副，且牵引力通过凸轮副组施加压缩变速蝶簧（变速弹性元件）的轴向力，保证圆环体轴向外锥套7和圆环体轴向内锥套8分离。

上述传递路线可以看出，本发明在运行时，圆环体轴向内锥套8的内锥面与圆环体轴向外锥套7的外锥面在变速弹性元件作用下紧密贴合，形成一个保持一定压力的自动变速机构，并且可以通过调整调节盘来调整离合器啮合所需压力，且补偿磨损，达到传动目的。

假定动力输出轴输出方向从左向右看为逆时针，机动车启动时阻力大于驱动力，阻力迫使动力输出轴顺时针转动一定角度，在传动凸轮副的作用下，圆环体轴向外锥套7压缩变速弹性元件；圆环体轴向外锥套7和圆环体轴向内锥套8分离，同步，圆环体轴向内锥套输出慢挡动力至其它档位，可自动实现了低速挡起动，缩短了起动时间，减少了起动力。与此同时，变速弹性元件7吸收运动阻力矩能量，为恢复快挡挡位传递动力蓄备势能。

启动成功后，行驶阻力减少，当分力减少到小于变速弹性元件7所产生的压力时，因被运动阻力压缩而产生变速弹性元件7高速档释放推动下，完成圆环体轴向外锥套7的外锥面和圆环体轴向内锥套8的内锥面恢复紧密贴合状态，其他档位处于超越状态。

行驶过程中，随着运动阻力的变化自动换挡原理同上，在不需要剪断驱动力的情况下实现变挡，使整个机车运行平稳，安全低耗，而且传递路线简单化，提高传动效率。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种多凸轮自适应多档自动变速器主轴，包括动力输入轴和动力输出轴，其特征在于：还包括高速机械智能化自适应变速总成，包括圆环体轴向外锥套、圆环体轴向内锥套和变速弹性元件；

所述圆环体轴向内锥套与动力输入轴传动配合，圆环体轴向内锥套设有轴向内锥面且外套于圆环体轴向外锥套，圆环体轴向外锥套设有与圆环体轴向内锥套的轴向内锥面相配合的轴向外锥面；圆环体轴向外锥套外套于动力输出轴并与其通过传动凸轮副传动配合；圆环体轴向外锥套通过凸轮副组传动配合设有多档动力输入件，所述凸轮副组包括至少一个凸轮副，圆环体轴向内锥套设有将动力输出至多档的动力输出端；

空套于动力输出轴设有至少两个凸轮套，每个凸轮套两端均设有端面波轮，凸轮套之间、凸轮套与圆环体轴向外锥套之间以及凸轮套与联体从动齿轮之间均通过端面波轮啮合传动形成凸轮副组；

每个凸轮套两端的端面波轮的形线升角不同，且形成凸轮副组的全部凸轮套的端面波轮的形线升角由联体从动齿轮至圆环体轴向外锥套逐渐增大；

变速弹性元件对圆环体轴向外锥套施加使其外锥面与圆环体轴向内锥套的内锥面贴合传动的预紧力；所述动力输出轴输出快挡动力时，所述传动凸轮副产生向圆环体轴向外锥套的轴向分力，该轴向分力与变速弹性元件预紧力方向相反；所述多档动力输入件通过凸轮副组向圆环体轴向外锥套输入动力时，所述传动凸轮副以及凸轮副组产生向圆环体轴向外锥套的轴向分力，该轴向分力与变速弹性元件预紧力方向相反。

2.根据权利要求1所述的多凸轮自适应多档自动变速器主轴，其特征在于：所述多档动力输入件为由一档从动齿轮、二档从动齿轮、三档从动齿轮和四档从动齿轮固定连接形成联体从动齿轮。

3.根据权利要求2所述的多凸轮自适应多档自动变速器主轴，其特征在于：所述变速弹性元件为外套于动力输出轴的变速蝶簧；变速弹性元件设有预紧力调节组件，所述预紧力调节组件包括轴向限位安装于变速蝶簧端部的调节盘，所述调节盘设有端面凸轮槽，端面凸轮槽通过内嵌的调节销抵紧变速碟簧。

4.根据权利要求3所述的多凸轮自适应多档自动变速器主轴，其特征在于：所述圆环体轴向外锥套与动力输出轴之间的传动凸轮副为螺旋凸轮副。

5.根据权利要求4所述的多凸轮自适应多档自动变速器主轴，其特征在于：形成凸轮副组的全部端面波轮的形线升角由联体从动齿轮至圆环体轴向外锥套逐渐由24°增大至60°；形成多档凸轮副组的全部端面波轮的形线升角由多档主动齿轮至多档圆环体轴向外锥套逐渐由24°增大至60°。

6.根据权利要求5所述的多凸轮自适应多档自动变速器主轴，其特征在于：所述变速弹性元件通过滑动配合外套于动力输入轴的平面轴承顶住圆环体轴向外锥套。

7.根据权利要求6所述的多凸轮自适应多档自动变速器主轴，其特征在于：圆环体轴向内锥套转动配合外套于凸轮套设有直筒段，所述圆环体轴向内锥套的直筒段设有第一传动齿轮和第二啮合齿轮。

8.根据权利要求7所述的多凸轮自适应多档自动变速器主轴，其特征在于：凸轮套为三个，由联体从动齿轮至圆环体轴向外锥套，第一个凸轮套两端的端面波轮升角分别为24°和36°，第二个凸轮套两端的端面波轮升角分别为36°和48°，第三个凸轮套两端的端面波轮升角分别为48°和60°。