CN104595478A - 一种车用机械式自动变速箱选换挡执行机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车用机械式自动变速箱选换挡执行机构，通过此执行机构控制机械式自动变速箱挡位的变换。本发明采用无刷直流电机作为动力源，采用滚珠丝杠作为传动装置。通过控制无刷直流电机转动带动滚珠丝杠上的螺母前进或者后退，螺母通过推拉杆推拉变速箱的选挡、换挡轴来实现选换挡。滚珠丝杠传动效率高，可以提高机构输出的力和响应速度。本机械式自动变速箱选换挡执行机构还包括了由内外圈、环形拨叉、行星轮以及滚珠、弹簧所组成的反传动双向逆止器，使本发明具有防止变速箱脱挡，跳挡的功能。

Description

一种车用机械式自动变速箱选换挡执行机构
技术领域
本发明属于车用变速器领域，具体涉及一种车用机械式自动变速箱选换挡执行机构，用于控制汽车挡位的选择与变换。
背景技术
现有的自动变速器包括分别是液力自动变速器(AT)、机械式无级变速器(CVT)、电控机械式自动变速器(AMT)、双离合自动变速器(Dual Clutch Transmission--DCT)。装有自动变速器的汽车能根据汽车的运行状况自动变速变矩，变速器和发动机匹配良好，驾驶起来没有换挡的顿挫感，驾驶舒适性很好。但是相比传统的手动变速箱，自动变速箱的效率较低，维护成本高。
机械式自动变速器AMT,是在传统的有级固定轴式机械变速器的基础上增加选换挡机构,通过电控单元(TCU)控制变速器实现自动换挡。AMT除了具有自动变速的优点以外,还继承了传统手动齿轮变速器传动效率高、成本低、易于制造、工作可靠等优点是汽车理想的传动形式。但是现有的机械式自动变速箱的换挡执行机构存在“换挡反应速度较慢”的缺陷。此外，在较差的路况下，由于车辆颠簸、震动，变速箱选换挡轴易发生位置变动，此时变速箱选换挡轴会带动推拉杆轴向运动，从而螺母便会受到轴向力作用。当电机没有信号输入时，电机的输出轴会处于自由转动状态，从而螺杆也会自由转动。由于结构原因，滚珠丝杠的传动效率很高，但是同时也会有很高的逆效率，螺母受到轴向力作用时，滚珠丝杠的螺杆就会转动，螺母就会发生轴向移动，即滚珠丝杠发生逆传动，易发生“脱挡、跳挡”等技术问题。
发明内容
本申请人已申请专利一种车用离合器执行机构[CN203453332U]，该专利技术方案适用于车用离合器，虽对本申请的技术方案有一定的借鉴，但是并不属于同一范围，且该专利执行机构较为复杂，对各部分零部件的加工要求较高，需要设计一款结构更加简单，且适用于变速箱的选换挡执行机构，克服“换挡反应速度较慢”、“易脱挡、跳挡”等技术问题。
本发明为了解决以上技术问题，提供了一种车用机械式自动变速箱选换挡执行机构的技术方案，结合附图说明如下：
一种车用机械式自动变速箱选换挡执行机构，主要由无刷直流电机1、滚珠丝杠、反传动双向逆止器组成，其特征在于：所述反传动双向逆止器一端与无刷直流电机1连接，另一端与滚珠丝杠连接；所述反传动双向逆止器由外至内依次为外圈4、环形拨叉5和行星轮6，所述行星轮6外侧拨动板的孔内设有弹簧7，弹簧7两端压装有滚柱8；所述外圈4内侧面与行星轮6外侧面形成楔形槽，环形拨叉5拨动滚柱8，进而拨动装有弹簧7的行星轮6拨动板，使行星轮6在外圈4内旋转。
所述行星轮6主体为圆柱形套筒，其拨动板连接处侧面加工成平面，所述楔形槽由外圈4内侧面与该平面构成。
所述滚珠丝杠由滚珠丝杠螺杆15与滚珠丝杠螺母14组成，滚珠丝杠螺杆15一端与所述行星轮6通过键连接。
所述无刷直流电机1固定在支架18一端外侧，滚珠丝杠与反传动双向逆止器固定在支架18凹槽内侧，滚珠丝杠螺杆15另一端固定在支架18的另一端上。
在滚珠丝杠螺母14上固定有两个对称的推拉杆16，所述推拉杆16的一端与滚珠丝杠螺母14通过加宽件12紧固连接，推拉杆16的另一端穿过支架18，并与支架18另一端外侧的挡板19固定，通过滚珠丝杠螺母14间接带动挡板19做往复直线运动。
所述推拉杆16与加宽件12为螺纹连接。
在支架18上安装有位移传感器9，位移传感器的测量杆通过第二连接件13固定在推拉杆16上。
本发明中，反传动双向逆止器用以实现防止变速箱脱挡、跳挡，其工作原理为：
由于滚柱8的直径大于外圈4内侧面与行星轮6外圆弧侧面之间的间隙，且小于外圈4内侧面与行星轮6外侧平面之间的间隙，使得行星轮6的外侧平面与外圈4内侧面形成楔槽。
当正常工作时，反传动双向逆止器拨叉5旋转，拨叉5首先将滚柱8压向楔槽较宽位置，而后带动行星轮6进行顺时针或逆时针转动，使得反传动双向逆止器输出端的行星轮6和输入端的拨叉5同步运转，实现了反传动双向逆止器输出端和输入端扭矩在顺时针和逆时针两个方向的传递。
当停止工作时，此时反传动双向逆止器的行星轮6作为主动件，顺时针转时，滚柱8受摩擦力作用被压向楔槽较窄位置，并楔紧在楔槽内，形成自锁。随着反传动双向逆止器行星轮6的继续转动，滚柱8越锁越紧。同理，当反传动双向逆止器行星轮6产生逆时针方向上的转动趋势时，滚柱体8同样被楔紧在楔槽中，形成自锁。这时反传动双向逆止器能够在反转时顺时针和逆时针两个方向形成自锁，实现反传动双向逆止。
由反传动双向逆止器工作原理知：逆止器的行星轮不能反转，从而丝杠的螺杆就不能转动，从而螺母不能做轴向运动，即推拉杆不能轴向运动，选换挡轴就不能轴向运动，这样将实现防止变速箱脱挡、跳挡。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的执行机构采用无刷直流电机。由无刷直流电动机组成的伺服系统，具有转矩平滑、响应快、控制精度高的特点，是变速箱选换挡执行机构良好的动力源。此种电动机既具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护工作量小的特点，又具有与直流电动机同样优良的控制性能。滚珠丝杠的效率能达到95％以上，采用高效的滚珠丝杠作为传动装置，可以使电机的功率充分发挥，可以提高汽车的换挡响应速度，提升整车的动态特性。
2、本发明的执行机构还设有反传动双向逆止器，能够有效防止变速箱脱挡、跳挡。
3、与现有技术相比，本发明的防止变速箱脱挡、跳挡的反传动双向逆止器结构更加简单，零件数目简化，进一步降低加工的要求，延长了装置的使用寿命，在本领域内同类产品中具有更大的竞争力。
附图说明
图1为本发明的爆炸分解图。
图2为反传动双向逆止器中拨叉的三维视图。
图3为反传动双向逆止器中行星轮的三维视图。
图4为反传动双向逆止器工作原理图。
图5为图4中I部分的局部放大图。
图6为本发明的推拉杆在零点处时的结构示意图。
图7为本发明的推拉杆在位移最大处时的结构示意图。
图中：
1-无刷直流电机，2-第一连接件，3-第一轴承，4-外圈，5-环形拨叉，6-行星轮，7-弹簧，8-滚柱，9-位移传感器，10-轴承座，11-第二轴承，12-加宽件，13-第二连接件，14-滚珠丝杠螺母，15-滚珠丝杠螺杆，16-推拉杆，17-第三轴承，18-支架，19-挡板。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明的技术方案的具体实施方式作进一步介绍：
如图1所示，一种车用机械式自动变速箱选换挡执行机构，包括无刷直流电机1、反传动双向逆止器、滚珠丝杠螺母14、滚珠丝杠螺杆15、推拉杆16、支撑架18以及挡板19。
其中，反传动双向逆止器由外圈4、环形拨叉5、行星轮6、弹簧7和滚柱8组成。
所述支架18为凹槽形，无刷直流电机1固定在支架18的一端外侧，反传动双向逆止器位于支架18凹槽内侧，外圈4固定安装在支架18的凹槽内侧壁上，环形拨叉5套置在外圈4内，并通过带键的第一连接件2以及第一轴承3与无刷直流电机1的输出轴连接。
反传动双向逆止器输出端的行星轮6通过键连接的方式和滚珠丝杠螺杆15一端连接，且在连接处安装有第二轴承11和轴承座10。滚珠丝杠螺杆15的另一端通过第三轴承17固定在支架上18的另一端上。
滚珠丝杠螺母14上通过螺栓安装有加宽件12，一对推拉杆16通过螺纹连接在宽件12两侧，进而实现与滚珠丝杠螺母的连接。同时，推拉杆16穿过执行机构的支架18，与支架18另一端外侧的挡板19固定连接。
位移传感器9固定在支架18上，其测量杆通过连接件13固定在推拉杆16上，以实现测量推拉杆16的位移状态。
反传动双向逆止器的内部具体结构为：
如图2所示，环形拨叉5为带有四个拨头的对称环形结构，如图3所示，行星轮6的主体为圆柱形套筒，在其外侧面平行于轴线设有两个对称的拨动板，且拨动板上沿轴线方向开有两个对称的通孔，此外，在行星轮6的拨动板连接处，其侧面被加工成与轴线平行的对称平面。如图4所示，行星轮6套置在环形拨叉5内，弹簧7穿过行星轮6拨动板上的孔，滚柱8平行于拨叉5轴线的方向，压装在弹簧7与拨叉5之间。如图5所示，滚柱8的直径大于外圈4内侧面与行星轮6外圆弧侧面之间的间隙，而小于外圈4内侧面与行星轮6外侧平面之间的间隙，进而使外圈4的内侧面与行星轮6的外侧面形成楔槽。
本发明的换挡执行机构的工作过程如下：
如图6和图7所示，无刷直流电机1旋转带动反传动双向逆止器输入端的拨叉5旋转，然后使输出端的行星轮6带动滚珠丝杠螺杆15旋转，进而带动滚珠丝杠螺母14在滚珠丝杠螺杆15上作轴向运动。通过加宽件12与滚珠丝杠螺母14固定连接的推拉杆16同时做轴向运动。最后，推拉杆16再推拉变速箱选换挡轴来改变汽车的挡位。如图6所示，推拉杆在零点位置，即推拉杆没有推动选换挡轴轴向移动；如图7所示，换挡执行机构处于工作状态，即推拉杆16推动选换挡轴轴向移动。机械式自动变速箱需要两个执行机构来实现换挡功能，一个机构控制选挡轴，进行挡位选择，另一个机构来控制换挡轴，进行换挡动作。两个机构相互配合来实现档位的变化。
本发明的另一个方面涉及到机械式自动变速箱执行机构的挡位自锁功能，即防脱挡、跳挡功能。在较差的路况下，由于车辆颠簸、震动，变速箱选换挡轴易发生位置变动，此时变速箱选换挡轴会带动推拉杆16轴向运动，从而螺母14便会受到轴向力作用。当无刷直流电机1没有信号输入时，电机的输出轴会处于自由转动状态，从而滚珠丝杠螺杆15也会自由转动。由于结构原因，滚珠丝杠的传动效率很高，但是同时也会有很高的逆效率，滚珠丝杠螺母14受到轴向力作用时，滚珠丝杠螺杆15就会转动，滚珠丝杠螺母14就会发生轴向移动，即滚珠丝杠发生逆传动，从而发生跳挡、脱挡现象。
本发明在无刷直流电机1输出轴与滚珠丝杠螺杆15之间加装了一个反传动双向逆止器。反传动双向逆止器具有自锁特性,其工作过程如下：
如图4所示，输出端的行星轮6的拨动板上开有通孔结构，弹簧7安装在该通孔中，滚柱8沿反传动双向逆止器的轴向方向压装在弹簧7两端，使得当输入端的拨叉5旋转时先拨动滚柱8运动，进而再拨动输出端行星轮6的拨动板。
当正常工作时，拨叉5旋转，拔叉5首先将滚柱8压向外圈4与行星轮6所形成楔槽的宽敞部分，而后拨动输出端星轮6的拨动板，带动其进行顺时针或逆时针运转，输出端和输入端同步运转，实现了输出端和输入端扭矩在顺时针和逆时针两个方向的传递。
在停止工作时，此时，输出端的行星轮6作为主动件，当其有顺时针转动趋势时，在行星轮6拨动板的拨动下，滚柱8受摩擦力作用被楔紧在楔槽狭窄部分内，形成自锁，随着行星轮6继续转动，滚柱8越锁越紧。同样，行星轮6有逆时针方向转动趋势时，滚柱体8在摩擦力作用下压向楔槽狭窄部分，进而被楔紧，形成自锁，这时反传动双向逆止器能够在反转时顺时针和逆时针两个方向形成自锁。由于行星轮6不能反转，滚珠丝杠螺杆15就不能转动，滚珠丝杠螺母14不能做轴向运动，即推拉杆16不能轴向运动，选换挡轴就不能轴向运动，这样就有效防止了变速箱脱挡、跳挡。

Claims (7)

1.一种车用机械式自动变速箱选换挡执行机构，主要由无刷直流电机(1)、滚珠丝杠、反传动双向逆止器组成，其特征在于：所述反传动双向逆止器一端与无刷直流电机(1)连接，另一端与滚珠丝杠连接；所述反传动双向逆止器由外至内依次为外圈(4)、环形拨叉(5)和行星轮(6)，所述行星轮(6)外侧拨动板的孔内设有弹簧(7)，弹簧(7)两端压装有滚柱(8)；所述外圈(4)内侧面与行星轮(6)外侧面形成楔形槽，环形拨叉(5)拨动滚柱(8)，进而拨动装有弹簧(7)的行星轮(6)拨动板，使行星轮(6)在外圈(4)内旋转。
2.如权利要求1所述一种车用机械式自动变速箱选换挡执行机构，其特征在于：所述行星轮(6)主体为圆柱形套筒，其拨动板连接处侧面加工成平面，所述楔形槽由外圈(4)内侧面与该平面构成。
3.如权利要求1所述一种车用机械式自动变速箱选换挡执行机构，其特征在于：滚珠丝杠由滚珠丝杠螺杆(15)与滚珠丝杠螺母(14)组成，滚珠丝杠螺杆(15)一端与所述行星轮(6)通过键连接。
4.如权利要求3所述一种车用机械式自动变速箱选换挡执行机构，其特征在于：所述无刷直流电机(1)固定在支架(18)一端外侧，滚珠丝杠与反传动双向逆止器固定在支架(18)凹槽内侧，滚珠丝杠螺杆(15)另一端固定在支架(18)的另一端上。
5.如权利要求4所述一种车用机械式自动变速箱选换挡执行机构，其特征在于：在滚珠丝杠螺母(14)上固定有两个对称的推拉杆(16)，所述推拉杆(16)的一端与滚珠丝杠螺母(14)通过加宽件(12)紧固连接，推拉杆(16)的另一端穿过支架(18)，并与支架(18)另一端外侧的挡板(19)固定，通过滚珠丝杠螺母(14)间接带动挡板(19)做往复直线运动。
6.如权利要求5所述一种车用机械式自动变速箱选换挡执行机构，其特征在于：所述推拉杆(16)与加宽件(12)为螺纹连接。
7.如权利要求4所述一种车用机械式自动变速箱选换挡执行机构，其特征在于：在支架(18)上安装有位移传感器(9)，位移传感器的测量杆通过第二连接件(13)固定在推拉杆(16)上。
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