CN103758947A - 机械三轴式大速比汽车变速箱 - Google Patents

机械三轴式大速比汽车变速箱 Download PDF

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gearbox
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谭富春
王伟
邹捷
苏定跃
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QIJIANG DALISHEN GEAR CO Ltd
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    • F16H63/32—Gear shift yokes, e.g. shift forks

Abstract

本发明公开了一种机械三轴式大速比汽车变速箱，包括输入轴、输出轴、中间轴和设置在轴上的传动齿轮，由于变速箱的各级传动齿轮均采用点线齿轮，不仅能够使变速箱的运行更加平稳，降低变速箱的工作噪音，延长变速箱的使用寿命，而且由于点线齿轮是大的负变位齿轮，可以实现大齿数比，通过对传动齿轮的齿数比的极限设计，使变速箱的一档最大传动比达到12以上，实现了变速箱一档传动比的最大化，满足了汽车陡坡重载的运输要求，同时还不再需要在变速箱前或后增加副变速箱，降低了重载汽车变速箱的制造成本，减少了变速箱的故障率，提高了变速箱的可靠性，另外还不需要改变变速箱的传动结构，使换挡操作更加方便、灵活。

Description

机械三轴式大速比汽车变速箱
技术领域
本发明涉及汽车的变速传动装置，特别是涉及一种重载汽车的变速箱。
 
背景技术
现有技术中，机械三轴式汽车变速箱由输入轴、输出轴、中间轴及设置在轴上的齿轮组成，其中，输入轴上设置有能够随其同步转动的传动齿轮，中间轴上设置有能够随其同步转动的中间轴常啮合齿轮，中间轴常啮合齿轮与输入轴上的传动齿轮啮合，形成一级减速传动；中间轴和输出轴上对应设置有多组相互啮合的档位齿轮，中间轴上的档位齿轮用键或过盈配合装在中间轴上并能够随中间轴同步转动，输出轴上的档位齿轮通过滚针轴承套装在输出轴上并能够在输出轴自由转动，中间轴和输出轴上的档位齿轮形成二级传动，用于实现增速或减速，同时输出轴上还设置有用于进行档位切换并能够将输入轴输出的转矩传递到输出轴的换挡机构。工作时，操纵换挡杆，此时换挡机构的换挡拨叉动作，带动同步器滑套与对应的档位齿轮接合，此时输入轴输出的转矩首先通过常啮合齿轮传递到中间轴，然后再通过档位齿轮传递到换挡机构，最后再通过换挡机构的同步器齿座传递到输出轴上。然而，由于受到结构和空间的尺寸限制，目前五档、六档和七档变速箱的一档传动比在7-8之间，无法满足汽车陡坡重载运输要求，需要在变速箱前或后增加副变速箱来增大变速箱的最大传动比，然而增加副变速箱不仅会改变汽车传动结构，增加制造成本，同时也会使变速箱故障增加，可靠性降低，操作不够方便灵活。
 
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于解决因变速箱的各级传动比小而需要增加副变速箱所引起的制造成本高、可靠性低、故障增加、操作不便等问题，提供一种不需要增加副变速箱和不改变汽车传动结构，具有设计合理、结构相对简单的新型汽车变速箱结构；同时，本发明将点线齿轮应用其中，以降低变速箱的工作噪音，延长变速箱的使用寿命，另外，可以设计大速比变速箱，有利于提高汽车的重载爬坡能力。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种机械三轴式大速比汽车变速箱，包括变速箱壳体以及安装在变速箱壳体内的输入轴、输出轴、中间轴和倒档轴，所述输入轴与输出轴的中心轴线共线，所述输出轴、中间轴和倒档轴三者相互平行，倒档轴位于输出轴和中间轴之间；所述输入轴上设置有能够随其同步转动的传动齿轮，中间轴上设置有能够随其同步转动的中间轴常啮合齿轮，所述中间轴常啮合齿轮与输入轴上的传动齿轮相互啮合；
所述中间轴上设置有能够随其同步转动的至少三档中间轴齿轮，所述输出轴上依次对应设置有与所述中间轴齿轮啮合的至少三档输出轴齿轮，所述输出轴齿轮通过滚针轴承安装在输出轴上；所述输出轴上还设置有输出轴倒档齿轮，所述输出轴倒档齿轮通过滚针轴承安装在输出轴上；所述倒档轴上设置有倒档惰轮，所述倒档惰轮通过滚针轴承安装在倒档轴上；所述中间轴齿轮包括中间轴一档齿轮，倒档惰轮与中间轴一档齿轮和输出轴倒档齿轮啮合；所述输出轴上对应设置有数级换挡机构，各级换挡机构能够与对应的输出轴齿轮或输出轴倒档齿轮接合并将输入轴输出的转矩传递到输出轴上；
所述传动齿轮、中间轴常啮合齿轮、输出轴倒档齿轮、各级中间轴齿轮和各级输出轴齿轮均采用点线齿轮，所述传动齿轮的齿数为19，所述中间轴常啮合齿轮的齿数为48，所述中间轴一档齿轮的齿数为9，所述输出轴齿轮包括与中间轴一档齿轮啮合的输出轴一档齿轮，所述输出轴一档齿轮的齿数为43或45。
作为优选，所述中间轴齿轮包括中间轴五档齿轮、中间轴四档齿轮、中间轴三档齿轮、中间轴二档齿轮和中间轴一档齿轮；输出轴齿轮包括与中间轴五档齿轮对应并啮合的输出轴五档齿轮、与中间轴四档齿轮对应并啮合的输出轴四档齿轮、与中间轴三档齿轮对应并啮合的输出轴三档齿轮、与中间轴二档齿轮对应并啮合的输出轴二档齿轮和与中间轴一档齿轮对应并啮合的输出轴一档齿轮；所述输出轴上设置有能够与传动齿轮或输出轴五档齿轮接合并将输入轴输出的转矩传递到输出轴的五六档换挡机构、能够与输出轴四档齿轮或输出轴三档齿轮接合并将输入轴输出的转矩传递到输出轴的三四档换挡机构、能够与输出轴二档齿轮或输出轴一档齿轮接合并将输入轴输出的转矩传递到输出轴的一二档换挡机构以及能够与输出轴倒档齿轮接合并将输入轴输出的转矩传递到输出轴的倒档换挡机构。
作为优选，所述输出轴二档齿轮的齿数为43，所述中间轴二档齿轮的齿数为17，所述输出轴三档齿轮的齿数为36，所述中间轴三档齿轮的齿数为23，所述输出轴四档齿轮的齿数为32，所述中间轴四档齿轮的齿数为33，所述输出轴五档齿轮的齿数为24，所述中间轴五档齿轮的齿数为39，所述输出轴倒档齿轮的齿数为38或40。
作为优选，所述换挡机构包括同步器齿座、同步器滑套和换挡拨叉，所述同步器齿座通过内花键套装在输出轴上，所述同步器滑套套在同步器齿座上，并且同步器滑套通过内花键与同步器齿座的外花键连接，所述换挡拨叉与同步器滑套连接并能够带动同步器滑套沿轴向运动。
本发明的有益效果在于：
本发明巧妙地将点线齿轮应用于汽车变速箱的各级传动齿轮，点线齿轮传动是武汉理工大学厉海祥教授20多年的研究成果，由于其具有制造简单、有可分性、强度高、寿命长和噪声低等特点，因此将点线齿轮应用于汽车变速箱就能够起到降低噪音、延长使用寿命、提高承载能力等作用；另外，由于点线齿轮是大的负变位齿轮，因此其可以实现较大的齿数比，这样就更有利于提高汽车变速箱的各级传动比，满足汽车的陡坡重载运输要求；同时，本实用新型通过对传动齿轮的齿数比进行了极限设计，使变速箱的一档最大传动比达到12以上，实现了变速箱一档传动比的最大化，保证了与增加副变速箱所得到的最大传动比相近，这样不再需要在汽车变速箱前或后增加副变速箱，降低了重载汽车变速箱的制造成本，减少了汽车变速箱的故障率，提高了汽车变速箱的可靠性，另外还不需要改变汽车变速箱的传动结构，使换挡操作更加方便、灵活、可靠。
 
附图说明    
图1为本发明机械三轴式大速比汽车变速箱的结构简图。
 
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，一种机械三轴式大速比汽车变速箱，包括变速箱壳体1以及安装在变速箱壳体1内的输入轴2、输出轴3、中间轴4和倒档轴5，其中，输入轴2、输出轴3和中间轴4与变速箱壳体1之间安装有滚动轴承10。
输入轴2上设置有能够随其同步转动的传动齿轮21，传动齿轮21与输入轴2为一体结构，当然，传动齿轮21也可通过过盈配合或花键连接的方式套在输入轴2上；中间轴4与输入轴2平行，中间轴4上设置有能够随其同步转动的中间轴常啮合齿轮41、中间轴五档齿轮42、中间轴四档齿轮43、中间轴三档齿轮44、中间轴二档齿轮45和中间轴一档齿轮46，中间轴常啮合齿轮41、中间轴五档齿轮42、中间轴四档齿轮43、中间轴三档齿轮44、中间轴二档齿轮45和中间轴一档齿轮46通过单键连接、花键连接或过盈配合等方式套接在中间轴4上，中间轴常啮合齿轮41与传动齿轮21相互啮合。
输出轴3与输入轴2的中心轴线共线，输出轴3上依次对应设置有与中间轴五档齿轮42对应并啮合的输出轴五档齿轮31、与中间轴四档齿轮43对应并啮合的输出轴四档齿轮32、与中间轴三档齿轮44对应并啮合的输出轴三档齿轮33、与中间轴二档齿轮45对应并啮合的输出轴二档齿轮34和与中间轴一档齿轮46对应并啮合的输出轴一档齿轮35，输出轴五档齿轮31、输出轴四档齿轮32、输出轴三档齿轮33、输出轴二档齿轮34和输出轴一档齿轮35通过滚针轴承6安装在输出轴3上；输出轴3、中间轴4和倒档轴5三者相互平行，倒档轴5位于输出轴3和中间轴4之间，并且倒档轴5上设置有倒档惰轮51，倒档惰轮51通过滚针轴承6安装在倒档轴5上；输出轴3上还设置有输出轴倒档齿轮36，输出轴倒档齿轮36通过滚针轴承6安装在输出轴3上，倒档惰轮51位于中间轴一档齿轮46和输出轴倒档齿轮36之间，并与中间轴一档齿轮46和输出轴倒档齿轮36啮合。
输出轴3上设置有五六档换挡机构、三四档换挡机构、一二档换挡机构和倒档换挡机构，四个换挡机构的结构相同，均包括同步器齿座7、同步器滑套8和换挡拨叉9，同步器齿座7通过花键套装在输出轴3上，同步器滑套8套在同步器齿座7上，并且同步器滑套8通过内花键与同步器齿座7的外花键连接，换挡拨叉9与同步器滑套8连接并能够带动同步器滑套8沿轴向运动，工作时，驾驶者通过汽车换挡杆带动换挡拨叉9动作，换挡拨叉9带动同步器滑套8轴向滑动，同步器滑套8带动设置在同步器齿座7上的滑块（图中未标出）运动，滑块推动锁环运动使锁环的内锥面与传动齿轮21或各级输出轴齿轮的外锥面接合，然后锁环上的外传动齿与同步器滑套8的内传动齿啮合，此时输入轴2输出的转矩依次通过中间轴常啮合齿轮41、中间轴4、中间轴齿轮、输出轴齿轮、同步器滑套8和同步器齿座9传递到输出轴3上。需要指出的是，本发明所采用锁环式同步器换挡机构属于现有技术，故在本发明中不再对换挡机构的结构、技术原理进行详细说明。
五六档换挡机构位于传动齿轮21或输出轴五档齿轮31之间，当五六档换挡机构的同步器滑套8向左滑动与传动齿轮21接合时，输入轴2输出的转矩以1：1的形式直接传递到输出轴3上，此时汽车变速箱处于六档状态；当五六档换挡机构的同步器滑套8向右滑动与输出轴五档齿轮31接合时，此时输入轴2输出的转矩首先经过中间轴常啮合齿轮41进行一级减速后传递到中间轴4上，然后再通过中间轴五档齿轮42和输出轴五档齿轮31进行二级变速后传递到输出轴3上，此时汽车变速箱处于五档状态。
三四档换挡机构位于输出轴四档齿轮32与输出轴三档齿轮33之间，当三四档换挡机构的同步器滑套8向左滑动与输出轴四档齿轮32接合时，输入轴2输出的转矩首先经过中间轴常啮合齿轮41进行一级减速后传递到中间轴4上，然后再通过中间轴四档齿轮43和输出轴四档齿轮32进行二级变速后传递到输出轴3上，此时汽车变速箱处于四档状态；当三四档换挡机构的同步器滑套8向右滑动与输出轴三档齿轮33接合时，输入轴2输出的转矩首先经过中间轴常啮合齿轮41进行一级减速后传递到中间轴4上，然后再通过中间轴三档齿轮44和输出轴三档齿轮33进行二级变速后传递到输出轴3上，此时汽车变速箱处于三档状态。
一二档换挡机构输出轴二档齿轮34与输出轴一档齿轮35之间，当一二档换挡机构的同步器滑套8向左滑动与输出轴二档齿轮34接合时，输入轴2输出的转矩首先经过中间轴常啮合齿轮41进行一级减速后传递到中间轴4上，然后再通过中间轴二档齿轮45和输出轴二档齿轮34进行二级变速后传递到输出轴3上，此时汽车变速箱处于二档状态；当一二档换挡机构的同步器滑套8向右滑动与输出轴一档齿轮35接合时，输入轴2输出的转矩首先经过中间轴常啮合齿轮41进行一级减速后传递到中间轴4上，然后再通过中间轴一档齿轮46和输出轴一档齿轮35进行二级变速后传递到输出轴3上，此时汽车变速箱处于一档状态。
倒档换挡机构与输出轴倒档齿轮36相邻，在本实施例中，倒档换挡机构位于输出轴倒档齿轮36的右侧，当倒档换挡机构的同步器滑套8向左滑动与输出轴倒档齿轮36接合时，输入轴2输出的转矩首先经过中间轴常啮合齿轮41进行一级减速后传递到中间轴4上，然后再通过中间轴一档齿轮46、倒档惰轮51和输出轴倒档齿轮36进行反向变速后传递到输出轴3上，此时汽车变速箱处于倒档状态。
传动齿轮21、中间轴常啮合齿轮41、输出轴倒档齿轮36、各级中间轴齿轮和各级输出轴齿轮均采用点线齿轮，其中，传动齿轮21的齿数为19，中间轴常啮合齿轮41的齿数为48，输出轴一档齿轮35的齿数为43或45，中间轴一档齿轮46的齿数为9，输出轴二档齿轮34的齿数为43，中间轴二档齿轮45的齿数为17，输出轴三档齿轮33的齿数为36，中间轴三档齿轮44的齿数为23，输出轴四档齿轮32的齿数为32，中间轴四档齿轮43的齿数为33，输出轴五档齿轮31的齿数为24，中间轴五档齿轮42的齿数为39，输出轴倒档齿轮36的齿数为38或4。本发明通过对汽车变速箱齿轮齿数的极限设计，使变速箱的一档最大传动比达到12以上，实现了变速箱一档传动比的最大化，满足了汽车陡坡重载的运输要求，同时还保证了与增加副变速箱所得到的最大传动比相近，这样不再需要在汽车变速箱前或后增加副变速箱，使换挡操作更加方便、灵活、可靠。
下面是本公司在研究成果基础上开发的6T60DX和6T50DX汽车变速箱，现将6T53（CA142）与6T60DX和6T50DX汽车变速箱的传动比进行对比如下：
一、6T53（CA142）汽车变速箱
档位 一档 二档 三档 四档 五档 六档 倒档 常啮合齿
输入轴齿轮齿数               22
输出轴齿轮齿数 43 47 38 32 26 1 40  
中间轴齿轮齿数 11 19 26 33 38 1 11 43
传动比 7.640 4.835 2.857 1.895 1.337 1 7.107 1.954545455
二、带副变速箱
档位 一档 二档 三档 四档 五档 六档 倒档 常啮合齿
副箱速比 12.682 8.0261 4.743 3.146 2.219 1.66 11.736  
三、6T60DX大速比汽车变速箱
档位 一档 二档 三档 四档 五档 六档 倒档 常啮合齿
输入轴齿轮齿数               19
输出轴齿轮齿数 43 43 36 32 24 1 38  
中间轴齿轮齿数 9 17 23 33 39 1 9 48
传动比 12.070 6.390 3.692 2.450 1.555 1 10.667 2.526315789
四、6T50DX大速比汽车变速箱
档位 一档 二档 三档 四档 五档 六档 倒档 常啮合齿
输入轴齿轮齿数               19
主轴齿轮齿数 45 43 36 32 24 1 40  
副轴齿轮齿数 9 17 23 33 39 1 9 48
传动比 12.632 6.390 3.692 2.450 1.555 1 11.228 2.526315789
通过上述对比表格可以得出：改进后6T60DX变速箱或6T50DX变速箱比改进前6T53（CA142）变速箱的各级传动比大，尤其是一档最大传动比，改进前6T53（CA142）变速箱的一档最大传动比为7.640，增加副变速箱得到的一档最大传动比为12.682，而改进后的6T60DX大速比汽车变速箱的一档最大传动比为12.070，改进后的6T50DX大速比汽车变速箱的一档最大传动比为12.632，也就是说，改进后的大速比汽车变速箱在不增加副变速箱的情况下一档最大传动比达到12以上，与增加副变速箱得到的最大传动比相近，满足了汽车陡坡重载的运输要求。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人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，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种机械三轴式大速比汽车变速箱，包括变速箱壳体（1）以及安装在变速箱壳体（1）内的输入轴（2）、输出轴（3）、中间轴（4）和倒档轴（5），其特征在于，所述输入轴（2）与输出轴（3）的中心轴线共线，所述输出轴（3）、中间轴（4）和倒档轴（5）三者相互平行，倒档轴（5）位于输出轴（3）和中间轴（4）之间；所述输入轴（2）上设置有能够随其同步转动的传动齿轮（21），中间轴（4）上设置有能够随其同步转动的中间轴常啮合齿轮（41），所述中间轴常啮合齿轮（41）与输入轴（2）上的传动齿轮（21）相互啮合；所述中间轴（4）上设置有能够随其同步转动的至少三档中间轴齿轮，所述输出轴（3）上依次对应设置有与所述中间轴齿轮啮合的至少三档输出轴齿轮，所述输出轴齿轮通过滚针轴承安装在输出轴上；所述输出轴（3）上还设置有输出轴倒档齿轮（36），所述输出轴倒档齿轮（36）通过滚针轴承安装在输出轴（3）上；所述倒档轴（5）上设置有倒档惰轮（51），所述倒档惰轮（51）通过滚针轴承安装在倒档轴（5）上；所述中间轴齿轮包括中间轴一档齿轮（46），倒档惰轮（51）与中间轴一档齿轮（46）和输出轴倒档齿轮（36）啮合；所述输出轴（3）上对应设置有数级换挡机构，各级换挡机构能够与对应的输出轴齿轮或输出轴倒档齿轮（36）接合并将输入轴（2）输出的转矩传递到输出轴（3）上；所述传动齿轮（21）、中间轴常啮合齿轮（41）、输出轴倒档齿轮（36）、各级中间轴齿轮和各级输出轴齿轮均采用点线齿轮，所述传动齿轮（21）的齿数为19，所述中间轴常啮合齿轮（41）的齿数为48，所述中间轴一档齿轮（46）的齿数为9，所述输出轴齿轮包括与中间轴一档齿轮（46）啮合的输出轴一档齿轮（35），所述输出轴一档齿轮（35）的齿数为43或45。
2.根据权利要求1所述的机械三轴式大速比汽车变速箱，其特征在于，所述中间轴齿轮包括中间轴五档齿轮（42）、中间轴四档齿轮（43）、中间轴三档齿轮（44）、中间轴二档齿轮（45）和中间轴一档齿轮（46）；输出轴齿轮包括与中间轴五档齿轮（42）对应并啮合的输出轴五档齿轮（31）、与中间轴四档齿轮（43）对应并啮合的输出轴四档齿轮（32）、与中间轴三档齿轮（44）对应并啮合的输出轴三档齿轮（33）、与中间轴二档齿轮（45）对应并啮合的输出轴二档齿轮（34）和与中间轴一档齿轮（46）对应并啮合的输出轴一档齿轮（35）；所述输出轴（3）上设置有能够与传动齿轮（21）或输出轴五档齿轮（31）接合并将输入轴（2）输出的转矩传递到输出轴（3）的五六档换挡机构、能够与输出轴四档齿轮（32）或输出轴三档齿轮（33）接合并将输入轴（2）输出的转矩传递到输出轴（3）的三四档换挡机构、能够与输出轴二档齿轮（34）或输出轴一档齿轮（35）接合并将输入轴（2）输出的转矩传递到输出轴（3）的一二档换挡机构以及能够与输出轴倒档齿轮（36）接合并将输入轴（2）输出的转矩传递到输出轴（3）的倒档换挡机构。
3.根据权利要求2所述的机械三轴式大速比汽车变速箱，其特征在于，所述输出轴二档齿轮（34）的齿数为43，所述中间轴二档齿轮（45）的齿数为17，所述输出轴三档齿轮（33）的齿数为36，所述中间轴三档齿轮（44）的齿数为23，所述输出轴四档齿轮（32）的齿数为32，所述中间轴四档齿轮（43）的齿数为33，所述输出轴五档齿轮（31）的齿数为24，所述中间轴五档齿轮（42）的齿数为39，所述输出轴倒档齿轮（36）的齿数为38或40。
4.根据权利要求1所述的机械三轴式大速比汽车变速箱，其特征在于，所述换挡机构包括同步器齿座（7）、同步器滑套（8）和换挡拨叉（9），所述同步器齿座（7）通过内花键套装在输出轴（3）上，所述同步器滑套（8）套在同步器齿座（7）上，并且同步器滑套（8）通过内花键与同步器齿座（7）的外花键连接，所述换挡拨叉（9）与同步器滑套（8）连接并能够带动同步器滑套（8）沿轴向运动。
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