CN105065662A - 一种电动车两挡变速器的换挡装置 - Google Patents

一种电动车两挡变速器的换挡装置 Download PDF

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CN105065662A CN201510417441.6A CN201510417441A CN105065662A CN 105065662 A CN105065662 A CN 105065662A CN 201510417441 A CN201510417441 A CN 201510417441A CN 105065662 A CN105065662 A CN 105065662A
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Abstract

本发明公开了一种电动车两挡变速器的换挡装置，所述换挡机构包括选挡花键(14)、换挡轴(5)、高速挡齿轮(6)和低速挡齿轮(8)，所述换挡轴(5)上设置有换挡轴输出齿轮(4)，挡花键(14)通过选挡拨插(15)的拉动与高速挡齿轮(6)啮合，或与低速挡轮(8)啮合；所述换挡执行机构包括依次传动连接的选挡电机(22)、减速箱(21)、和换挡电机输出齿(20)。本发明的换挡机构能够实现两挡换挡，使用方便。

Description

一种电动车两挡变速器的换挡装置
技术领域
一种可用于电动车两挡变速器的换挡装置，属于电动车变速驱动与传动技术领域。
背景技术
为使电机尽可能地工作在高效区，装备变速器的电动车的应用正日益增多。但现有的电动三轮车、电动汽车等电动车领域，多采取手拉式变挡装置。这将导致以下几种问题：
1、现有电动车手拉式变挡装置，在换挡过程中无同步动作，这将导致换挡过程中出现打齿、冲击、顿挫、噪音等问题，并容易造成齿轮或变速箱的损坏。
2、现有电动车手拉式变挡装置，换挡执行机构由拉线、弹簧等机构组成，且无法判断换挡是否到位，时间一长将会导致，拉线、弹簧等纯机械机构老化或松动，造成行驶过程中脱挡或换不上挡。
3、现有电动车手拉式变挡装置，需要借助强力弹簧来实现挡位锁定，在行驶过程中，容易出现挂不动挡，或在上坡过程中错过换挡时机。
4、现有电动车手拉式变挡装置，没有离合器装置，在换挡过程中无法做到动力中断或动力衔接。因此在手动操作过程中，需要更多的手动力量，这无疑影响整车操控性能和驾驶体验。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种电动车两挡变速器的换挡装置，安装了本变速器的电动车可以更轻松的实现换挡，并提高变速器的使用寿命。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种电动车两挡变速器的换挡装置，所述变速器包括驱动机构、减速机构、换挡机构、选挡机构、换挡执行机构、信号采集机构以及控制模块，其中：
所述驱动机构用于根据控制模块控制电动车转速，并将该转速传递给减速机构；
所述减速机构用于对驱动机构转速的降低，并将降低后的转速传递给换挡机构；
所述控制模块用于控制换挡执行机构和驱动机构的操作；
所述换挡执行机构根据控制模块的控制，驱动选挡机构进行高低挡选挡；
所述选挡机构用于根据换挡执行机构的驱动进行高低挡选挡，并将所选挡传递给换挡机构；
所述换挡机构根据选挡机构选中的挡，将减速机构传递的转速传递给输出端轮胎。
所述换挡机构包括选挡花键(14)、换挡轴(5)、高速挡齿轮(6)和低速挡齿轮(8)，所述换挡轴(5)上设置有换挡轴输出齿轮(4)，而所述高速挡齿轮(6)和低速挡齿轮(8)与换挡轴(5)相固定，同时所述选挡花键(14)置于高速挡齿轮(6)和低速挡齿轮(8)之间并通过花键与换挡轴(5)连接，并可沿轴向滑动，高速挡输入齿轮(7)与高速挡齿轮(6)常啮合连接；低速挡输入齿轮(9)与低速挡齿轮(8)常啮合连接；挡花键(14)通过选挡拨插(15)的拉动与高速挡齿轮(6)啮合，或与低速挡轮(8)啮合；
所述换挡执行机构包括依次传动连接的选挡电机(22)、减速箱(21)、和换挡电机输出齿(20)，且所述换挡电机输出齿(20)和选挡齿轮(17)啮合传动连接。
优选的：所述高速挡齿轮(6)和低速挡齿轮(8)与换挡轴(5)通过卡簧垫片限位连接并可随换挡轴(5)转动。。
有益效果：本发明提供的一种电动车两挡变速器的换挡装置，相比现有技术，具有以下有益效果：
本发明的所述换挡机构包括选挡花键(14)、换挡轴(5)、高速挡齿轮(6)和低速挡齿轮(8)，所述换挡轴(5)上设置有换挡轴输出齿轮(4)，而所述高速挡齿轮(6)和低速挡齿轮(8)与换挡轴(5)相固定，同时所述选挡花键(14)置于高速挡齿轮(6)和低速挡齿轮(8)之间并通过花键与换挡轴(5)连接，并可沿轴向滑动，高速挡输入齿轮(7)与高速挡齿轮(6)常啮合连接；低速挡输入齿轮(9)与低速挡齿轮(8)常啮合连接；挡花键(14)通过选挡拨插(15)的拉动与高速挡齿轮(6)啮合，或与低速挡轮(8)啮合；所述换挡执行机构包括依次传动连接的选挡电机(22)、减速箱(21)、和换挡电机输出齿(20)，且所述换挡电机输出齿(20)和选挡齿轮(17)啮合传动连接，因此，通过选挡拨插(15)的拉动实现高低速挡齿轮的选取，进而实现高低挡的选取。
本发明采用电动换挡取代了人工手动换挡，使换挡更方便。设计采用的换挡位置凸轮结构，精确的定位每一个挡位的位置，使挡位准确地停留在有效位置，防止脱挡、挂挡不到位；设计采用的信号采集装置，可实时获取变速器输出转速，配合电机输入转速，通过控制器来判断换挡时机，可以做到在换挡过程中不打齿、不顿挫、没有冲击。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的各零件立体装配图。
图3是图1中挡位位置凸轮19的分解结构图。
图4是图1中换挡轴5的立体装配分解图。
图5是车速信号23、挡位位置信号26、信号接收电路板27的立体装配结构图。
图6、是低挡、空挡、高挡的立体装配结构图。
图7是低挡、空挡、高挡的立体装配结构图。
图8是低挡、空挡、高挡的立体装配结构图。
其中，1-外壳，2-差速器，3-差速器输出齿轮，4-换挡轴输出齿轮，5-换挡轴，6-高速挡齿轮，7-高速挡输入齿轮，8-低速挡齿轮，9-低速挡输入齿轮，10-减速轴输入齿轮，11-驱动电机输入齿轮，12-减速轴，13-驱动电机输入轴，14-选挡花键，141-花键齿，142-花键齿，15-选挡拨插，151-定位孔，16-选挡拉杆，161-限位卡槽，162-导程槽，163-限位孔，17-选挡齿轮，171-齿轮孔，18-选挡组件，181-选挡杆，19-挡位位置凸轮，191-高挡位置，192-空挡位置，193-低挡位置，194-导程孔，20-选挡电机输出齿，21-减速箱，22-选挡电机，23-车速信号，231-定位孔，232-车速信号磁钢，24-换挡弹簧，25-顶齿弹簧，26-挡位位置信号，261-挡位位置磁钢，262-定位孔，27-信号接收电路板，271-车速霍尔，272-空挡霍尔，273-高低挡霍尔，28-限位垫片，29-开口销，30-限位垫片，31-驱动电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种电动车两挡变速器，如图1-5所示，所述变速器包括外壳1、驱动机构、减速机构、换挡机构、选挡机构、换挡执行机构、信号采集机构以及控制模块，所述外壳1内安装有减速机构、换挡机构、选挡机构、换挡执行机构、信号采集机构以及控制模块，其中：
所述驱动机构用于根据控制模块控制电动车转速，并将该转速传递给减速机构；
所述减速机构用于对驱动机构转速的降低，并将降低后的转速传递给换挡机构；
所述控制模块用于控制换挡执行机构和驱动机构的操作；
所述换挡执行机构根据控制模块的控制，驱动选挡机构进行高低挡选挡；
所述选挡机构用于根据换挡执行机构的驱动进行高低挡选挡，并将所选挡传递给换挡机构；
所述换挡机构根据选挡机构选中的挡，将减速机构传递的转速传递给输出端轮胎。
驱动机构包括驱动电机31、驱动电机输入轴13以及驱动电机输入齿轮11，所述驱动电机31与驱动电机输入齿轮11之间通过驱动电机输入轴13传动连接；所述驱动电机输入轴13一端通过轴承固定于外壳1内,一端与驱动电机31相连接。
所述减速机构包括减速轴输入齿轮10、减速轴12、低速挡输入齿轮9以及高速挡输入齿轮7，所述减速轴输入齿轮10固定安装在减速轴12上，且所述驱动电机输入齿轮11与减速轴输入齿轮10常啮合连接；所述低速挡输入齿轮9通过第一花键与减速轴12固定连接，而高速挡输入齿轮7与减速轴12一体联动固定在一起；或者所述高速挡输入齿轮7通过第一花键与减速轴12固定连接，而低速挡输入齿轮9与减速轴12一体联动固定在一起；
所述换挡机构包括选挡花键14、换挡轴5、高速挡齿轮6和低速挡齿轮8，所述换挡轴5上设置有换挡轴输出齿轮4，而所述高速挡齿轮6和低速挡齿轮8与换挡轴5通过卡簧垫片限位连接并可转动，同时所述选挡花键14置于高速挡齿轮6和低速挡齿轮8之间并通过花键与换挡轴5连接，高速挡输入齿轮7与高速挡齿轮6常啮合连接；低速挡输入齿轮9与低速挡齿轮8常啮合连接；选挡花键14置于高速挡齿轮6和低速挡齿轮8之间并通过花键与换挡轴5连接，并可沿轴向滑动；通过换挡执行机构驱动选挡机构，并拉动选挡拨插15使选挡花键14与高速挡齿轮6啮合，或选挡花键14与低速挡轮8啮合。
所述选挡机构包括选挡拨插15、选挡拉杆16、选挡齿轮17、选挡组件18、挡位位置凸轮19以及顶齿弹簧25，所述选挡拉杆16沿轴向依次设有选挡拨插定位孔164、第一限位垫片30、限位卡槽161、导程槽162、限位孔163；所述选挡拨插15通过选挡拨插定位孔164与选挡拉杆16相连接固定，同时所述选挡拨插15与第一限位垫片30之间设置有换挡弹簧24，且所述换挡弹簧24套在选挡拉杆16上，而所述第一限位垫片30固定连接在外壳1上；所述选挡齿轮17、选挡组件18、挡位位置凸轮19以及顶齿弹簧25依次套在第一限位垫片30另一侧的选挡拉杆16上；而所述选挡拉杆16的限位孔163内安装有开口销29，所述顶齿弹簧25与开口销29之间设置有第二限位垫片28；所述挡位位置凸轮19沿着导程槽162轴向运动，且其背离顶齿弹簧25运动的极限位置为限位卡槽161；所述选挡齿轮17与选挡组件18的一端固定连接，且所述选挡齿轮17沿选挡拉杆16周向旋转；同时所述选挡组件18的另一端沿着挡位位置凸轮19做周向运动；选挡齿轮17与选挡拉杆16连接，选挡齿轮17沿选挡拉杆16在选挡时顺时针运动；选挡组件18与选挡齿轮17紧密连接；挡位位置凸轮19与低速挡顶齿弹簧25、限位垫片28通过开口销29连接在选挡拉杆16的限位孔163以下。通过限位卡槽161、导程槽162，挡位位置凸轮19在选挡拉杆16上沿导程槽162进行范围有限的轴向运动。
通过车速信号23，驱动换挡执行机构由换挡电机输出齿20传递给选挡齿轮17，通过选挡组件18与挡位位置凸轮19旋转滑动接触；选挡组件18经过挡位位置凸轮19表面时，挡位位置凸轮19带动选挡拉杆16沿齿轮孔171做轴向运动。
所述换挡执行机构包括依次传动连接的选挡电机22、减速箱21、和换挡电机输出齿20，且所述换挡电机输出齿20和选挡齿轮17啮合传动连接；
所述信号采集机构包括速度信号磁钢232、挡位位置磁钢261以及信号采集电路板27，所述速度信号磁钢232通过速度信号磁钢定位孔231与换挡轴5连接；挡位位置磁钢261通过挡位位置磁钢定位孔262与选挡齿轮17连接；信号采集电路板27包括车速霍尔271、空挡霍尔272、高低挡霍尔273，所述空挡霍尔272、高低挡霍尔273与挡位位置磁钢261相对设置，而车速霍尔271与速度信号磁钢232相对设置；信号采集电路板27通过速度信号磁钢232采集车速信号，通过挡位位置磁钢261采集挡位位置信号；
所述控制模块根据换挡信号控制选挡电机22由换挡电机输出齿20传递给选挡齿轮17，选挡齿轮17带动选挡组件18顺时针转动；选挡组件18沿挡位位置凸轮19表面运动，通过选挡组件18与挡位位置凸轮19旋转滑动接触，选挡组件18运动到挡位位置凸轮19相应的挡位位置时，换挡动作结束，同时挡位位置凸轮19带动选挡拉杆16沿选挡齿轮17做轴向运动，选挡拉杆16带动选挡拨插15，拉动选挡花键14靠向高速齿轮8；所述控制模块通过信号采集机构采集到的信号进行判断，然后驱动换挡执行机构带动选挡拨插15上的选挡花键14使换挡轴5与高、低速齿轮互换啮合。
所述挡位位置凸轮19上设置有高挡位置191、空挡位置192、低挡位置193，且所述挡位位置凸轮19通过导程孔194与导程槽162滑动连接。挡位位置凸轮(19)通过导程孔194与导程槽162连接，并只能做轴向运动，而不能做圆周运动。
所述选挡拨插15设置有拨插定位孔151，所述选挡拨插15通过第一销轴穿过拨插定位孔151和选挡拨插定位孔164将选挡拨插15和选挡拉杆16相连接固定。
本发明通过驱动电机24的输入，然后通过逐级减速最终将动力传递给输出端轮胎。驱动电机31与驱动电机输入轴13连接，将动力通过驱动电机输入轴13传递给驱动电机输入齿轮11，由再由驱动电机输入齿轮11传递给减速轴输入齿轮10；低速挡输入齿轮9与减速轴输入齿轮10以花键的方式固定在减速轴12上，高速挡输入齿轮7与减速轴12为一体联动。当减速轴输入齿轮10转动时，带动减速轴12、高速挡输入齿轮7、低速挡输入齿轮9同步转动；高速挡输入齿轮9与高速挡齿轮8常啮合，低速挡输入齿轮7与低速挡齿轮6常啮合；高速挡齿轮6和低速挡齿轮8通过卡簧垫片限位，与换挡轴5连接并可转动。选挡花键14置于高速挡齿轮6和低速挡齿轮8之间，通过花键与换挡轴5连接，并可沿轴向上下滑动；通过换挡执行机构驱动选挡机构，并拉动换挡拨插使选挡花键14与高速挡齿轮6啮合，或选挡花键14与低速挡轮8啮合，两种不同的啮合方式，将获得两种不同的输出速比；输出齿轮4与换挡轴5一体联动，两种不同的速比最终由输出齿轮4传递给差速器齿轮3，最后传递给输出端轮胎。
如图1、2。所示，如上所述，由换挡执行机构驱动选挡机构，并拉动换挡拨插使选挡花键14与高速挡齿轮8或低速挡齿轮6啮合，以获得两种不同的速比
—换挡拨插包括：选挡拨插15、选挡拉杆16；选挡拨插15通过定位孔151与定位孔164由螺丝固定在选挡拉杆16上。当拉杆上下运动时，选挡拨插被动联动。
—选挡机构包括：选挡齿轮17、选挡组件18、挡位位置凸轮19、开口销29、限位垫片28、顶齿弹簧25、限位垫片30、换挡弹簧24；选挡齿轮17通过齿轮孔171与选挡拉杆16连接，选挡齿轮17被固定在箱体上，沿选挡拉杆16顺时针转动；选挡组件18与选挡齿轮17固定连接；挡位位置凸轮19通过导程孔194、导程槽162套在选挡拉杆16上；开口销29固定在定位孔163内，限位垫片28、顶齿弹簧25套在选挡拉杆16上，并被开口销29限制在定位孔163以下；顶齿弹簧25下端压向挡位位置凸轮19，使挡位位置凸轮19始终产生向下的压力并最终被限制在限位卡槽161的位置上；综上所述，挡位位置凸轮19与选挡拉杆16呈固定角度，并可沿着选挡拉杆16做向上的、有限的轴向滑动；换挡弹簧24套在选挡拉杆16上，并被限制在选挡拨插15与限位垫片30之间；限位垫片30被固定在壳体1上。
—换挡执行机构包括：选挡电机22、减速箱21、选挡电机输出齿20；换挡时，选挡电机22驱动减速箱21，由选挡电机输出齿20传递给选挡齿轮17。
本发明的调挡如下所述：
一、低挡
如图6、3所示，如上所述。当CPU(控制模块)发出换挡指令时，选挡电机22最终驱动选挡电机输出齿20再传递给驱动选挡齿轮17；选挡齿轮17带动选挡组件18顺时针转动；选挡组件18沿挡位位置凸轮19表面运动，当选挡组件18运动到凸轮低挡位置193时，换挡动作结束，其特征在于：
选挡组件18沿挡位位置凸轮19表面运动时，挡位位置凸轮19被不断向上顶起，顶齿弹簧25受力后，带动选挡拉杆16向上运动；选挡拉杆16带动选挡拨插15，拉动选挡花键14靠向高速齿轮8，最终花键齿141插进高速齿轮8中；此过程中，由于限位垫片30固定不动，换挡弹簧24在换挡拨插15的向上运动过程中被不断压缩；因此在低挡过程中，换挡弹簧24始终处在压缩状态；顶齿弹簧25的弹力始终大于换挡弹簧24的压缩状态下的力，因此在没有发生顶齿时，顶齿弹簧25始终保持最大行程并且不被压缩。
二、空挡
如图7、3所示，如上所述。当CPU发出换挡指令时，选挡电机22最终驱动选挡电机输出齿轮20驱动选挡齿轮17；选挡齿轮17带动选挡组件18顺时针转动；选挡组件18沿挡位位置凸轮19表面运动，当选挡组件18运动到凸轮低挡位置192时，为空挡状态，其特征在于：
选挡组件18离开低挡位置193到达空挡位置192时，换挡弹簧24释放部分压力，将选挡位置凸轮19向下拉动一定距离；如上所述，选挡拉杆16与选挡位置凸轮19的联动，带动选挡拨插15继而带动选挡花键14的花键齿141离开低挡齿轮8；花键齿141、142与低挡齿轮8、高挡齿轮6互不干涉，此为空挡状态。
三、高挡
如图8、3所示，如上所述。当CPU发出换挡指令时，选挡电机22最终驱动选挡电机输出齿轮20驱动选挡齿轮17；选挡齿轮17带动选挡组件18顺时针转动；选挡组件18沿挡位位置凸轮19表面运动，当选挡组件18运动到凸轮低挡位置191时，换挡动作结束为高挡状态，其特征在于：
选挡组件18离开低挡位置192到达空挡位置191时，换挡弹簧24释放全部压力，将选挡位置凸轮19再向下拉动一定距离；如上所述，选挡拉杆16与选挡位置凸轮19的联动，带动选挡拨插15继而带动选挡花键14滑向高挡齿轮6，使花键齿141与高挡齿轮6啮合；在此过程中，如果出现顶齿现象，换挡弹簧24释放弹簧行程时受阻，在花键齿142错开并最终插进高挡齿轮6中时，换挡弹簧24行程被全部释放，则换挡过程结束，此时为高挡状态。
本发明通过采集到的信号进行判断，然后驱动换挡执行机构带动换挡拨插上的花键使换挡轴与高低速齿轮互换啮合；通过高低速切换，使电动车在各种路况行驶过程中，始终将驱动电机保持在高效区。在低速行驶过程中，产生大扭矩，降低电动车启动电流。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种电动车两挡变速器的换挡装置，所述变速器包括驱动机构、减速机构、换挡机构、选挡机构、换挡执行机构、信号采集机构以及控制模块，其中：
所述驱动机构用于根据控制模块控制电动车转速，并将该转速传递给减速机构；
所述减速机构用于对驱动机构转速的降低，并将降低后的转速传递给换挡机构；
所述控制模块用于控制换挡执行机构和驱动机构的操作；
所述换挡执行机构根据控制模块的控制，驱动选挡机构进行高低挡选挡；
所述选挡机构用于根据换挡执行机构的驱动进行高低挡选挡，并将所选挡传递给换挡机构；
所述换挡机构根据选挡机构选中的挡，将减速机构传递的转速传递给输出端轮胎。
其特征在于：所述换挡机构包括选挡花键(14)、换挡轴(5)、高速挡齿轮(6)和低速挡齿轮(8)，所述换挡轴(5)上设置有换挡轴输出齿轮(4)，而所述高速挡齿轮(6)和低速挡齿轮(8)与换挡轴(5)相固定，同时所述选挡花键(14)置于高速挡齿轮(6)和低速挡齿轮(8)之间并通过花键与换挡轴(5)连接，并可沿轴向滑动，高速挡输入齿轮(7)与高速挡齿轮(6)常啮合连接；低速挡输入齿轮(9)与低速挡齿轮(8)常啮合连接；挡花键(14)通过选挡拨插(15)的拉动与高速挡齿轮(6)啮合，或与低速挡轮(8)啮合；
所述换挡执行机构包括依次传动连接的选挡电机(22)、减速箱(21)、和换挡电机输出齿(20)，且所述换挡电机输出齿(20)和选挡齿轮(17)啮合传动连接。
2.根据权利要求1所述的电动车两挡变速器的换挡装置，其特征在于：所述高速挡齿轮(6)和低速挡齿轮(8)与换挡轴(5)通过卡簧垫片限位连接并可随换挡轴(5)转动。
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