CN104500603B - 一种插入咬合式换挡装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于设置在具有齿轮的转动轴上的插入咬合式换挡装置及方法。该装置包括接合部、导向套、接合套，柔性缓冲连接单元，接合部设有插槽，接合套设置有插齿，导向套包括导向块和导向孔，导向孔与插槽对应设置，柔性缓冲连接单元自然伸长时，插槽与对应的插齿之间通过导向块阻隔。该方法包括：插齿与导向孔相对；插齿插入导向孔，柔性缓冲连接单元调节接合套与接合部之间的角速度；导向孔与插槽相对；插齿穿过所述导向孔并插入所述插槽内，使接合部、齿轮、接合套以及转动轴以相同的角速度转动。本申请所提供的插入咬合式换挡装置及方法不需要液压控制系统，重量小，反应速度快，换挡冲击小，还能减少咬合齿数，简化结构，加工简单。

Description

一种插入咬合式换挡装置及方法

技术领域

本申请涉及车辆工程领域，尤其涉及一种插入咬合式换挡装置及方法。

背景技术

变速箱通过改变传动比来扩大动力源的转矩和转速变化范围，在不同运行条件下使动力源在高功率的工况下工作，并在动力源旋转方向不变的情况下，使设备倒转运行，并且在动力源不中断的情况下通过空档选择来中断动力的传递。

相关技术中，换挡装置广泛使用同步器来实现换挡。同步器的同步作用是基于齿圈和同步环之间锥形摩擦面的摩擦力。为了达到足够大的摩擦力，换挡装置通常设有液压控制系统。这样就增加了换挡装置控制复杂程度，通过摩擦力来使轴与齿轮达到同步耗时较长使得换当中速度有小段不连续，而且在换挡过程中的速度差能量以热能形式耗散。对于换挡时的冲击缓冲，人们往往考虑在冲击之后来采取缓解措施，因此这个冲击能量就成了整个系统的干扰能量。

发明内容

本申请提供了一种插入咬合式换挡装置及该装置的换挡方法，能够克服以往换挡时的速度小段不连续，简化复杂的液压控制系统以及合理利用速度差能量。

本申请第一方面提供了一种插入咬合式换挡装置，该装置用于设置在具有齿轮的转动轴上，所述齿轮套设在所述转动轴上且能够相对所述转动轴转动，包括：套设在所述转动轴上且其中一端与所述齿轮固定连接的接合部、套设在所述转动轴上且位于所述接合部的另一端的导向套、位于所述导向套远离所述接合部的一端且与所述转动轴能够轴向相对移动周向同步转动的接合套、用于所述接合部与所述导向套之间传递周向动力的柔性缓冲连接单元，

所述接合部朝向所述接合套的一端沿周向设有插槽，所述接合套朝向所述接合部的一端沿周向对应所述插槽设置有插齿，

所述导向套包括沿周向排布的多个导向块以及相邻两个所述导向块之间的供所述插齿穿过的导向孔，所述导向孔与所述插槽对应设置，

所述柔性缓冲连接单元处于自然伸长状态时，所述插槽与对应的所述插齿之间通过所述导向块阻隔。

优选地，所述导向孔的周向尺寸小于所述导向块的周向尺寸。

优选地，所述柔性缓冲连接单元沿所述转动轴的周向设置，且其两端分别与所述导向套以及所述接合部连接。

优选地，所述柔性缓冲连接单元为弹簧或液压。

优选地，所述接合部朝向所述接合套的一端以及与所述接合部邻接的所述导向套之间形成沿周向延伸的密闭空间，所述接合部以及所述导向套分别在所述密闭空间内设置有受力部，所述柔性缓冲连接单元的两端分别与其中一个所述受力部连接。

优选地，所述密闭空间由所述接合部朝向所述接合套的一端沿周向设有两端封闭的条形腔以及所述导向套覆盖所述条形腔的部分共同围成。

优选地，沿所述接合部的径向，所述密闭空间设置在所述插槽的内侧。

优选地，所述齿轮、所述接合部以及所述导向套均为两个，且分别对称设置在所述接合套的两端，每个所述接合部均连接一个所述齿轮，且两个所述齿轮的直径不同。

优选地，所述接合部通过花键毂与所述转动轴连接。

本申请第二方面提供了一种插入咬合式换挡装置的换挡方法，包括下列步骤：

沿轴向移动接合套，使插齿向所述导向套运动并与所述导向孔相对；

所述插齿插入所述导向孔并使所述接合套与所述导向套共同沿周向转动，同时所述柔性缓冲连接单元吸收并传递周向转动能量，调节所述接合套与所述接合部之间的角速度；

所述接合部与所述导向套在转动过程中角速度逐渐接近，并发生周向相对运动，使所述导向孔与所述插槽相对；

所述插齿穿过所述导向孔并插入所述插槽内，使所述接合部、与该接合部固定连接的所述齿轮、所述接合套以及所述转动轴以相同的角速度转动。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请所提供的插入咬合式换挡装置及方法不需要液压控制系统，重量小，反应速度快，换挡冲击小，还能减少咬合齿数，简化结构，加工简单。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的插入咬合式换挡装置的局部剖视结构示意图；

图2为连接部、导向套以及接合套的配合结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的换挡方法的过程示意图。

附图说明：10-转动轴；11-大齿轮；12-小齿轮；13-接合部；130-插槽；132-条形腔；14-接合部；15-接合套；150-插齿；16-导向套；160-导向块；162-导向孔；17-柔性缓冲连接单元；18-花键毂；19-轴承。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。文中所述“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以本插入咬合式换挡装置的附图为参照，其中“前”指垂直于纸面向上，“后”指垂直于纸面向下。

如图1和图2所示，转动轴10上套同时设有大齿轮11以及小齿轮12，本申请的实施例提供的插入咬合式换挡装置(英文名称为Harpoon-shift，又名鱼叉切换结构)，包括：与大齿轮固定连接的接合部13、与小齿轮固定连接的接合部14、接合套15、两个导向套16以及多个柔性缓冲连接单元17。

其中，转动轴10可以是作为动力源的主动轴，也可以是作为动力输出对象的从动轴。当转动轴10为主动轴时，大齿轮11以及小齿轮12均为从动齿轮，当转动轴10为从动轴时，大齿轮11以及小齿轮12均为主动齿轮。

接合套15套设在转动轴10上，且要求与转动轴10之间可以在轴向产生相对位移，但却不能在周向产生相对位移。本实施例中通过采用花键毂18连接转动轴10与接合套15以实现上述功能。大齿轮11、小齿轮12以及与二者固定连接的接合部13、14均套设在转动轴10上，且分别位于接合套15的两端，接合部13和14均朝向接合套15。

接合部13和14可以通过焊接等方式与大齿轮11、小齿轮12连接，也可以直接与大齿轮11、小齿轮12设置为一体结构。接合部13和14用于与接合套15进行配合，使相应的大齿轮11或小齿轮12与接合套15、转动轴10一起以相同的角速度同步转动，因此，接合部13和14上均设置有用于与接合套15配合的结构。

以接合部13为例，如图1和图2所示，接合部13朝向接合套15的一端外围沿周向设置有一圈插槽130。同样的，为了完成配合，在接合套15朝向接合部13的一端沿周向对应插槽130会分布设置一圈插齿150。当然，对于接合部14，也设置有上述配合结构，在此不再赘述。

大齿轮11以及小齿轮12分别用于实现不同的变速比，其需要时刻与其它齿轮配合转动，因此二者与转动轴10之间并不随时保持同样的角速度。而为了降低相互之间的摩擦力，本实施例中的大齿轮11以及小齿轮12均与转动轴10之间通过轴承19连接。由于接合部13、14与大齿轮11以及小齿轮12固定连接，因此进一步还可将轴承19延伸至接合部13、14与转动轴10之间。

继续参见图1，两个导向套16分别位于接合套15的两端，且位于接合套15与对应一侧的接合部13或14之间。接合部13和14均通过柔性缓冲连接单元17与邻近的一个导向套16连接。

柔性缓冲连接单元17一般沿周向设置在接合部13、14以及导向套16的靠内侧区域，且柔性缓冲连接单元17的两端分别与接合部13、14或导向套16连接。这样，当导向套16与相邻的接合部13、14或者其它导向套16之间由于各自受力情况不同而造成转动角速度不一致时，柔性缓冲连接单元17便会发生弹性形变，将速度差所产生的能量转化为弹性能储存起来，并吸收咬合过程中由于较大速度差带来的冲击能，同时使位于柔性缓冲连接单元17两端的接合部13、14或者接合套15施加一个较为柔和的预加速扭力，使其速度连续变化，减小最后接合部13、14与接合套15咬合时的冲击。此外，由于可以通过柔性缓冲连接单元17的弹性形变来改变速度，因此相邻两个插齿150之间的间距可以比相关技术中的同步器上的插齿间距更大，以充分发挥柔性缓冲连接单元17的弹性形变变速能力，同时，插齿150的数量也会相应减少，简化结构。

一般柔性缓冲连接单元17可以选用弹簧、液压以及其它适合的柔性体，本实施例采用液压。以接合部13为例，为了便于柔性缓冲连接单元17的设置，可以在接合部13与导向套16之间形成一个沿周向延伸的密闭空间，将柔性缓冲连接单元17置于该密闭空间之内。同时，接合部13以及导向套16上分别连接一个设置在在密闭空间之内的受力部(例如凸出的台阶或挡片)，柔性缓冲连接单元17的两端分别与一个受力部连接。这样，密闭空间便可充当柔性缓冲连接单元17的导向槽，对柔性缓冲连接单元17的移动及形变方向进行限制。

如图1所示，具体的，对于接合部13与导向套16之间形成的密闭空间，由于接合部13上需要设置插槽130，因此其轴向尺寸较大，利用这一特点，本实施例将密闭空间的主体部分设置在接合部13内。具体方式为：在接合部13上设置两端封闭的条形腔132，之后将导向套16的端部紧紧覆盖在条形腔132的开口上，共同形成该密闭空间。这种方式充分利用了接合部13的内部空间，简化了导向套16的结构。

如图2所示，导向套16包括沿周向排布的多个导向块160以及相邻两个导向块160之间的供插齿150穿过的导向孔162。为了增加缓冲效果以及更加充分的利用速度差能，本实施例中导向孔162的周向尺寸小于导向块160的周向尺寸。

下面，本申请实施例结合具体情况对换挡装置的换挡方法进行详细说明。按照转动轴10为主动轴或是从动轴，本实施例中的换挡方法分别适用不同的具体情况，如图3所示，下面分别针对不同情况进行分别说明。

当转动轴10为主动轴时，动力需要由转动轴10通过不同的齿轮传递出去。此时，大齿轮11以及小齿轮12均时刻与其它齿轮保持啮合状态，并且在未进行动力输出的情况下并不随转动轴10一起转动。以换挡至大齿轮11为例，首先将接合套15向大齿轮11所在方向移动，由于接合套15与大齿轮11的转动不同步，因此接合套15上的插齿150与导向套16上的导向孔162之间会产生周向位移。当插齿150对准导向孔162后，接合套15便可向前移动，使插齿150插入导向孔162内，此时该导向套16便会在接合套15的带动下以相同的角速度转动并造成该导向套16与接合套15之间的角速度不一致，致使二者之间的柔性缓冲连接单元17产生形变吸收咬合过程中由于较大速度差带来的冲击能，并为接合部13施加一个较为柔和的预加速扭力，使其角速度连续变化。当接合部13上的插槽130与插齿150对准，大齿轮11的角速度与接合套15接近后，插齿150最终插入插槽130之中，使接合部13以及大齿轮11以与转动轴10相同的角速度转动，至此完成换挡过程。

当转动轴10为从动轴时，动力需要由不同的齿轮传递至转动轴10上。此时，大齿轮11以及小齿轮12均时刻与其它齿轮保持啮合状态，并作为时刻准备作为转动轴10的动力来源，在未进行动力来源的情况下大齿轮11以及小齿轮12的角速度均与转动轴10不同。还以换挡至大齿轮11为例，首先将接合套15向大齿轮11所在方向移动，由于接合套15与大齿轮11的转动不同步，因此接合套15上的插齿150与导向套16上的导向孔162之间会产生周向位移。当插齿150对准导向孔162后，接合套15便可向前移动，使插齿150插入导向孔162内，此时该导向套16便会与接合套15以相同的角速度转动并造成该导向套16与接合部13之间的角速度不一致，致使二者之间的柔性缓冲连接单元17产生形变吸收咬合过程中由于较大速度差带来的冲击能，并为接合部15施加一个较为柔和的预加速扭力，使其角速度连续变化当接合部13上的插槽130与插齿150对准，接合套15与大齿轮11的角速度接近后，插齿150最终插入插槽130之中，使接合套15以及转动轴10以与大齿轮11相同的角速度转动，至此完成换挡过程。

由上述过程可以看出，在换挡过程中，接合套15一次仅向一个方向移动，并与位于该方向上的齿轮进行配合，因此为了简化换挡装置的结构以及重量并降低生产成本，本实施例在接合套15的两侧分别设置有大齿轮11以及小齿轮12，这样能够通过一个接合套15控制两个挡位。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种插入咬合式换挡装置，该装置用于设置在具有齿轮的转动轴上，所述齿轮套设在所述转动轴上且能够相对所述转动轴转动，其特征在于，包括：套设在所述转动轴上且其中一端与所述齿轮固定连接的接合部、套设在所述转动轴上且位于所述接合部的另一端的导向套、位于所述导向套远离所述接合部的一端且与所述转动轴能够轴向相对移动周向同步转动的接合套、用于所述接合部与所述导向套之间传递周向动力的柔性缓冲连接单元，

所述接合部朝向所述接合套的一端沿周向设有插槽，所述接合套朝向所述接合部的一端沿周向对应所述插槽设置有插齿，

所述导向套包括沿周向排布的多个导向块以及相邻两个所述导向块之间的供所述插齿穿过的导向孔，所述导向孔与所述插槽对应设置，

所述柔性缓冲连接单元处于自然伸长状态时，所述插槽与对应的所述插齿之间通过所述导向块阻隔。

2.根据权利要求1所述的插入咬合式换挡装置，其特征在于，所述导向孔的周向尺寸小于所述导向块的周向尺寸。

3.根据权利要求1所述的插入咬合式换挡装置，其特征在于，所述柔性缓冲连接单元沿所述转动轴的周向设置，且其两端分别与所述导向套以及所述接合部连接。

4.根据权利要求3所述的插入咬合式换挡装置，其特征在于，所述柔性缓冲连接单元为弹簧或液压。

5.根据权利要求3所述的插入咬合式换挡装置，其特征在于，所述接合部朝向所述接合套的一端以及与所述接合部邻接的所述导向套之间形成沿周向延伸的密闭空间，所述接合部以及所述导向套分别在所述密闭空间内设置有受力部，所述柔性缓冲连接单元的两端分别与其中一个所述受力部连接。

6.根据权利要求5所述的插入咬合式换挡装置，其特征在于，所述密闭空间由所述接合部朝向所述接合套的一端沿周向设有两端封闭的条形腔以及所述导向套覆盖所述条形腔的部分共同围成。

7.根据权利要求6所述的插入咬合式换挡装置，其特征在于，沿所述接合部的径向，所述密闭空间设置在所述插槽的内侧。

8.根据权利要求1至7任一项所述的插入咬合式换挡装置，其特征在于，所述接合部以及所述导向套均为两个，且分别对称设置在所述接合套的两端，每个所述接合部均连接一个所述齿轮，且两个所述齿轮的直径不同。

9.根据权利要求1至7任一项所述的插入咬合式换挡装置，其特征在于，所述接合部通过花键毂与所述转动轴连接。

10.根据权利要求1至9任一项所述的插入咬合式换挡装置的换挡方法，其特征在于，包括下列步骤：

沿轴向移动接合套，使插齿向所述导向套运动并与所述导向孔相对；

所述插齿插入所述导向孔并使所述接合套与所述导向套共同沿周向转动，同时所述柔性缓冲连接单元吸收并传递周向转动能量，调节所述接合套与所述接合部之间的角速度；

所述接合部与所述导向套在转动过程中角速度逐渐接近，并发生周向相对运动，使所述导向孔与所述插槽相对；

所述插齿穿过所述导向孔并插入所述插槽内，使所述接合部、与该接合部固定连接的所述齿轮、所述接合套以及所述转动轴以相同的角速度转动。