CN106286802B - 变速器及其换挡执行机构 - Google Patents

变速器及其换挡执行机构 Download PDF

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Abstract

一种变速器及其换挡执行机构，变速器包括同步器、换挡轴和换挡执行机构，换挡执行机构包括换挡电机、拨叉轴、换挡拨叉、壳体、蜗杆和换挡齿轮，所述换挡电机的输出轴与蜗杆传动连接，所述拨叉轴与壳体固定连接,所述蜗杆与换挡齿轮传动连接，还包括推杆、大U型板、盘形凸轮和固定轴，所述盘形凸轮转动连接在固定轴上且具有凸轮槽，盘形凸轮与换挡齿轮固定连接，所述推杆的一端活动连接在盘形凸轮的凸轮槽中且由导位孔限位而沿导位孔运动，所述推杆的另一端与大U型板固定连接，所述大U型板和换挡拨叉均滑动连接在拨叉轴上且换挡拨叉位于大U型板的第一侧板与第二侧板之间。本发明结构简单，控制方便、尺寸小、成本低、响应速度快，灵敏性高。

Description

变速器及其换挡执行机构
技术领域
本发明涉及一种变速器，具体涉及一种变速器及其换挡执行机构。
背景技术
现有的自动变速器的换挡执行机构分为液压式和机电式。液压式换挡执行机构采用液压离合器或液压缸和同步器，通过改变工作的齿轮组实现换挡功能，但由于液压系统的存在，使得换挡执行机构结构复杂，控制困难；机电式换挡执行机构主要采用如齿轮齿条，扇形齿，换挡鼓等机械装置将换挡电机旋转运动转变为直线运动，这种方式的换挡执行机构往往需要两级或两级以上的减速机构，增加了换挡执行机构的尺寸及成本，且这种换挡执行机构响应速度较慢，灵敏性不高。现有的无级变速器的换挡执行机构大多采用离合器与行星齿轮机构，这种换挡执行机构的缺点是结构复杂，占用空间较大。
变速器技术的发展使得传统手动变速器换挡操纵得以简化，大大降低了驾驶员在操纵换挡时精神及身体疲劳程度,对于自动变速器或挡位排布相对更少的无级变速器而言，提升换挡操纵的舒适性的同时更要注重换挡执行机构的可靠性。
现有的自动变速器的换挡执行机构分为液压式和机电式。液压式换挡执行机构采用液压离合器，通过改变工作的齿轮组实现换挡功能，但由于液压系统的存在，使得变速器结构复杂，控制困难；机电式换挡执行机构主要采用如齿轮齿条，扇形齿等机械装置将换挡电机旋转运动转为直线运动，这种方式的执行机构往往需要两级或两级以上的减速机构，增加了变速器的尺寸及成本，且这种变速器响应速度较慢，灵敏性不高。现有的无级变速器的换挡执行机构大多采用离合器与行星齿轮机构，这种变速器缺点是结构复杂，占用空间较大。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种结构简单，控制方便、尺寸小、成本低、响应速度快，灵敏性高的换挡执行机构。
实现上述第一目的的技术方案是：
一种换挡执行机构，包括换挡电机、拨叉轴、换挡拨叉、壳体、蜗杆和换挡齿轮，所述换挡电机的输出轴与蜗杆传动连接，所述拨叉轴与壳体固定连接,所述蜗杆与换挡齿轮传动连接，其创新点于：还包括推杆、大U型板、盘形凸轮和固定轴，所述盘形凸轮转动连接在固定轴上且具有凸轮槽，盘形凸轮与换挡齿轮固定连接或制成一体，所述推杆的一端活动连接在盘形凸轮的凸轮槽中且由位于壳体上或与壳体固定连接的元件上的导位孔限位而沿导位孔运动，推杆的另一端与大U型板固定连接或制成一体，所述大U型板和换挡拨叉均滑动连接在拨叉轴上且换挡拨叉位于大U型板的第一侧板与第二侧板之间,所述固定轴装配连接在壳体上或装配连接在与壳体固定连接的元件上。
还包括第一缓冲元件、第二缓冲元件和小U型板，所述第一缓冲元件、第二缓冲元件和小U型板均滑动连接在拨叉轴上，所述小U型板位于大U型板的第一侧板与第二侧板之间，所述换挡拨叉位于小U型板的第三侧板与第四侧板之间，所述第一缓冲元件位于大U型板的第一侧板与小U型板的第三侧板之间，所述第二缓冲元件位于换挡拨叉与小U型板的第四侧板之间。
上述技术方案的有益效果是：(1)换挡执行机构通过控制换挡电机旋转，由换挡电机带动蜗杆转动，蜗杆带动换挡齿轮转动，固定连接在换挡齿轮上的盘形凸轮也随之转动，并推动推杆的一端在盘形凸轮的凸轮槽内运动，推杆受到导位孔限制而做直线运动并通过大U型板推动换挡拨叉做直线运动，由位置检测装置将检测到换挡拨叉位置信号实时反馈到控制系统，换挡拨叉到位后由控制系统控制换挡电机断电，换挡拨叉停止移动，换挡完成。不需通过复杂的液压系统进行控制，因此换挡执行机构的结构简单，控制方便。(2)由于换挡执行机构通过蜗杆带动换挡齿轮转动，这种减速机构减速比较大，只需通过一级减速，而不需设置两级或两级以上的减速机构，因此换挡执行机构的尺寸小、成本低、响应速度快、灵敏性高。
本发明的第二目的是提供一种结构简单，控制方便、尺寸小、成本低、响应速度快，灵敏性高的变速器。
实现上述第二目的的技术方案是：
一种变速器，包括同步器、换挡轴和换挡执行机构，所述换挡执行机构包括换挡电机、拨叉轴、换挡拨叉、壳体、蜗杆和换挡齿轮，所述换挡电机的输出轴与蜗杆传动连接，所述蜗杆与换挡齿轮传动连接，所述换挡轴和换挡执行机构的拨叉轴均装配连接在壳体上或装配连接在与壳体固定连接的元件上，所述同步器滑动连接在换挡轴上，其创新点在于：所述换挡执行机构还包括推杆、大U型板、盘形凸轮和固定轴，所述盘形凸轮转动连接在固定轴上且具有凸轮槽，盘形凸轮与换挡齿轮固定连接或制成一体，所述推杆的一端活动连接在盘形凸轮的凸轮槽中且由位于壳体上或与壳体固定连接的元件上的导位孔限位而沿导位孔运动，所述推杆的另一端与大U型板固定连接或制成一体，所述大U型板和换挡拨叉均滑动连接在拨叉轴上且换挡拨叉位于大U型板的第一侧板与第二侧板之间，所述固定轴装配连接在壳体上或装配连接在与壳体固定连接的元件上。
还包括第一缓冲元件、第二缓冲元件和小U型板，所述第一缓冲元件、第二缓冲元件和小U型板均滑动连接在拨叉轴上，所述小U型板位于大U型板的第一侧板与第二侧板之间，所述换挡拨叉位于小U型板的第三侧板与第四侧板之间，所述第一缓冲元件位于大U型板的第一侧板与小U型板的第三侧板之间，所述第二缓冲元件位于换挡拨叉与小U型板的第四侧板之间。
还包括位置检测装置,所述位置检测装置为角位移传感器或霍尔传感器。
还包括换挡齿轮端盖，所述换挡齿轮端盖装配连接在壳体上或装配连接在与壳体固定连接的元件上，且换挡齿轮端盖上设有端盖凸台，所述盘形凸轮上设有换挡齿轮凸台,所述端盖凸台能与换挡齿轮凸台相抵或相分离。
所述推杆的一端装配连接有滚套。
所述盘形凸轮的凸轮槽的中心线的轨迹为阿基米德螺旋线。
所述换挡齿轮为蜗轮或斜齿轮。
所述换挡齿轮端盖的端盖凸台与盘形凸轮上的换挡齿轮凸台之间设有弹性元件。
上述技术方案的有益效果是：(1)由于变速器的换挡执行机构通过控制换挡电机旋转，由换挡电机带动蜗杆转动，蜗杆带动换挡齿轮转动，固定连接在换挡齿轮上的盘形凸轮也随之转动，并推动推杆的一端在盘形凸轮的凸轮槽内运动，推杆受到导位孔限制而做直线运动并通过大U型板推动换挡拨叉做直线运动，由位置检测装置将检测到换挡拨叉位置信号实时反馈到控制系统，换挡拨叉到位后由控制系统控制换挡电机断电，换挡拨叉停止移动，换挡完成。不需通过复杂的液压系统进行控制，因此变速器的结构简单，控制方便。(2)由于变速器的换挡执行机构通过蜗杆带动换挡齿轮转动，这种减速机构减速比较大，只需通过一级减速，而不需设置两级或两级以上的减速机构，因此变速器的尺寸小、成本低、响应速度快、灵敏性高。
附图说明
图1为变速器的部分结构的立体示意图；
图2为变速器的部分结构的立体示意图；
图3为换挡执行机构的立体示意图；
图4为换挡齿轮端盖的立体示意图；
图5为壳体的部分结构的立体示意图；
图6为盘形凸轮的立体示意图；
图7为盘形凸轮的主视图；
图8为盘形凸轮的后视图。
具体实施方式
以下结合附图以及给出的实施例，对本发明作进一步的说明。
如图1～3所示，一种换挡执行机构，包括换挡电机1、拨叉轴6、换挡拨叉11、壳体15、蜗杆2和换挡齿轮3，所述换挡电机1的输出轴与蜗杆2传动连接，所述拨叉轴6与壳体15固定连接,所述蜗杆2与换挡齿轮3传动连接，其创新点在于：还包括推杆5、大U型板7、盘形凸轮13和固定轴20，所述盘形凸轮13转动连接在固定轴20上且具有凸轮槽4，盘形凸轮13与换挡齿轮3固定连接或制成一体，所述推杆5的一端活动连接在盘形凸轮13的凸轮槽4中且由位于壳体15上或与壳体15固定连接的元件上的导位孔14限位而沿导位孔14运动，推杆5的另一端与大U型板7固定连接或制成一体，所述大U型板7和换挡拨叉11均滑动连接在拨叉轴6上且换挡拨叉11位于大U型板7的第一侧板7-1与第二侧板7-2之间,所述固定轴20装配连接在壳体15上或装配连接在与壳体15固定连接的元件上。所述换挡电机1为直流电机。
如图2、3所示，还包括第一缓冲元件9、第二缓冲元件12和小U型板10，所述第一缓冲元件9、第二缓冲元件12和小U型板10均滑动连接在拨叉轴6上，所述小U型板10位于大U型板7的第一侧板7-1与第二侧板7-2之间，所述换挡拨叉11位于小U型板10的第三侧板10-1与第四侧板10-2之间，所述第一缓冲元件9位于大U型板7的第一侧板7-1与小U型板10的第三侧板10-1之间，所述第二缓冲元件12位于换挡拨叉11与小U型板10的第四侧板10-2之间。所述第一缓冲元件9和第二缓冲元件12可以是弹簧、橡胶等弹性元件。第一缓冲元件9和第二缓冲元件12用于减小换挡时的冲击，避免由蜗杆2、换挡齿轮3构成的减速机构受到突变载荷而失效。
如图1～7所示，一种变速器，包括同步器19、换挡轴22和换挡执行机构，所述换挡执行机构包括换挡电机1、拨叉轴6、换挡拨叉11、壳体15、蜗杆2和换挡齿轮3，所述换挡电机1的输出轴与蜗杆2传动连接，所述蜗杆2与换挡齿轮3传动连接，所述换挡轴22和换挡执行机构的拨叉轴6均装配连接在壳体15上或装配连接在与壳体15固定连接的元件上，所述同步器19滑动连接在换挡轴22上，其创新点在于：所述换挡执行机构还包括推杆5、大U型板7、盘形凸轮13和固定轴20，所述盘形凸轮13转动连接在固定轴20上且具有凸轮槽4，盘形凸轮13与换挡齿轮3固定连接或制成一体，所述推杆5的一端活动连接在盘形凸轮13的凸轮槽4中且由位于壳体15上或与壳体15固定连接的元件上的导位孔14限位而沿导位孔14运动，所述推杆5的另一端与大U型板7固定连接或制成一体，所述大U型板7和换挡拨叉11均滑动连接在拨叉轴6上且换挡拨叉11位于大U型板7的第一侧板7-1与第二侧板7-2之间，所述固定轴20装配连接在壳体15上或装配连接在与壳体15固定连接的元件上。所述换挡电机1为直流电机。
如图2、3所示，还包括第一缓冲元件9、第二缓冲元件12和小U型板10，所述第一缓冲元件9、第二缓冲元件12和小U型板10均滑动连接在拨叉轴6上，所述小U型板10位于大U型板7的第一侧板7-1与第二侧板7-2之间，所述换挡拨叉11位于小U型板10的第三侧板10-1与第四侧板10-2之间，所述第一缓冲元件9位于大U型板7的第一侧板7-1与小U型板10的第三侧板10-1之间，所述第二缓冲元件12位于换挡拨叉11与小U型板10的第四侧板10-2之间。所述第一缓冲元件9和第二缓冲元件12可以是弹簧、橡胶等弹性元件。第一缓冲元件9和第二缓冲元件12用于减小换挡时的冲击，避免由蜗杆2、换挡齿轮3构成的减速机构受到突变载荷而容易失效。
如图1、3所示，还包括位置检测装置8,所述位置检测装置8为角位移传感器或霍尔传感器。所述位置检测装置8用于检测换挡拨叉11的位置，从而检测车辆所处挡位。所述位置检测装置8可以由角位移传感器和摆杆机构组成，或由角位移传感器和齿轮齿条机构组成，直接检测换挡拨叉11或大U型板7或小U型板10的位置；所述位置检测装置8也可以利用角位移传感器检测换挡齿轮3的角度位置间接得到换挡拨叉11的位置；所述位置检测装置8还可以利用霍尔传感器检测换挡电机1或检测蜗杆2转动的圈数间接得到换挡拨叉11的位置。
如图1、4、6、7所示，还包括换挡齿轮端盖17，所述换挡齿轮端盖17装配连接在壳体15上或装配连接在与壳体15固定连接的元件上，且换挡齿轮端盖17上设有端盖凸台18，所述盘形凸轮13上设有换挡齿轮凸台16,所述端盖凸台18能与换挡齿轮凸台16相抵或相分离。所述端盖凸台18也可以直接设置在壳体15上，由于换挡齿轮端盖17上的端盖凸台18固定不动，而盘形凸轮13上的换挡齿轮凸台16随盘形凸轮13旋转，当盘形凸轮13旋转到换挡齿轮凸台16与换挡齿轮端盖17上的端盖凸台18接触时将不再旋转，换挡拨叉11也就不再轴向移动，因此可用于限制换挡拨叉11沿拨叉轴6轴向移动的极限位置，同时为位置检测装置8提供原始参考数据。
如图1、2、5所示，所述推杆5的一端装配连接有滚套21。滚套21使得推杆5的一端在凸轮槽4内的运动由滑动变为滚动，减少了摩擦力。
如图8所示，所述盘形凸轮13的凸轮槽4的中心线4-1的轨迹为阿基米德螺旋线。凸轮槽4的中心线4-1上的点为O1，盘形凸轮13的中心点为O，半径OO1的变化量与拨叉移动的距离相等，且呈线性增长关系，这样设置增加了换挡的平顺性。
如图1、3所，所述换挡齿轮3为蜗轮或斜齿轮。通过蜗杆2、换挡齿轮3传动不仅能降低换挡电机1的转速并获得较大的转矩。并具有反向自锁功能，防止换挡结束后脱挡。
所述换挡齿轮端盖17的端盖凸台18与盘形凸轮13上的换挡齿轮凸台16之间设有弹性元件。这样可起缓冲作用。
所述变速器的工作过程为：当换挡拨叉11处于拨叉轴6的中间位置时，车辆处于空挡状态，当需要换挡时，换挡电机1正转或反转，驱动蜗杆2转动，蜗杆2带动换挡齿轮3绕固定轴20转动，固定连接在换挡齿轮3上的盘形凸轮13也绕固定轴20转动，推动推杆5的一端在盘形凸轮13的凸轮槽4内运动，由于推杆5受到导位孔14限制而做直线运动并通过大U型板7推动换挡拨叉11做直线运动，换挡拨叉11推动同步器19运动，当换挡拨叉11到达适合位置时，由位置检测装置8将检测到换挡拨叉11的位置信号实时反馈到控制系统，由控制系统控制换挡电机1断电，换挡拨叉11停止直线移动，换挡完成。

Claims (8)

1.一种换挡执行机构，包括换挡电机(1)、拨叉轴(6)、换挡拨叉(11)和壳体(15)，其特征在于：还包括蜗杆(2)、换挡齿轮(3)、推杆(5)、大U型板(7)、盘形凸轮(13)和固定轴(20)，所述换挡电机(1)的输出轴与蜗杆(2)传动连接，所述拨叉轴(6)与壳体(15)固定连接，所述蜗杆(2)与换挡齿轮(3)传动连接，所述盘形凸轮(13)转动连接在固定轴(20)上且具有凸轮槽(4)，盘形凸轮(13)与换挡齿轮(3)固定连接或制成一体，所述推杆(5)的一端活动连接在盘形凸轮(13)的凸轮槽(4)中且由位于壳体(15)上或与壳体(15)固定连接的元件上的导位孔(14)限位而沿导位孔(14)运动，推杆(5)的另一端与大U型板(7)固定连接或制成一体，所述大U型板(7)和换挡拨叉(11)均滑动连接在拨叉轴(6)上且换挡拨叉(11)位于大U型板(7)的第一侧板(7-1)与第二侧板(7-2)之间,所述固定轴(20)装配连接在壳体(15)上或装配连接在与壳体(15)固定连接的元件上；还包括第一缓冲元件(9)、第二缓冲元件(12)和小U型板(10)，所述第一缓冲元件(9)、第二缓冲元件(12)和小U型板(10)均滑动连接在拨叉轴(6)上，所述小U型板(10)位于大U型板(7)的第一侧板(7-1)与第二侧板(7-2)之间，所述换挡拨叉(11)位于小U型板(10)的第三侧板(10-1)与第四侧板(10-2)之间，所述第一缓冲元件(9)位于大U型板(7)的第一侧板(7-1)与小U型板(10)的第三侧板(10-1)之间，所述第二缓冲元件(12)位于换挡拨叉(11)与小U型板(10)的第四侧板(10-2)之间。
2.一种变速器，包括同步器(19)、换挡轴(22)和换挡执行机构，所述换挡执行机构包括换挡电机(1)、拨叉轴(6)、换挡拨叉(11)和壳体(15)，所述换挡轴(22)和换挡执行机构的拨叉轴(6)均装配连接在壳体(15)上或装配连接在与壳体(15)固定连接的元件上，所述同步器(19)滑动连接在换挡轴(22)上，其特征在于：所述换挡执行机构还包括蜗杆(2)、换挡齿轮(3)、推杆(5)、大U型板(7)、盘形凸轮(13)和固定轴(20)，所述换挡电机(1)的输出轴与蜗杆(2)传动连接，所述蜗杆(2)与换挡齿轮(3)传动连接，所述盘形凸轮(13)转动连接在固定轴(20)上且具有凸轮槽(4)，盘形凸轮(13)与换挡齿轮(3)固定连接或制成一体，所述推杆(5)的一端活动连接在盘形凸轮(13)的凸轮槽(4)中且由位于壳体(15)上或与壳体(15)固定连接的元件上的导位孔(14)限位而沿导位孔(14)运动，所述推杆(5)的另一端与大U型板(7)固定连接或制成一体，所述大U型板(7)和换挡拨叉(11)均滑动连接在拨叉轴(6)上且换挡拨叉(11)位于大U型板(7)的第一侧板(7-1)与第二侧板(7-2)之间，所述固定轴(20)装配连接在壳体(15)上或装配连接在与壳体(15)固定连接的元件上；还包括第一缓冲元件(9)、第二缓冲元件(12)和小U型板(10)，所述第一缓冲元件(9)、第二缓冲元件(12)和小U型板(10)均滑动连接在拨叉轴(6)上，所述小U型板(10)位于大U型板(7)的第一侧板(7-1)与第二侧板(7-2)之间，所述换挡拨叉(11)位于小U型板(10)的第三侧板(10-1)与第四侧板(10-2)之间，所述第一缓冲元件(9)位于大U型板(7)的第一侧板(7-1)与小U型板(10)的第三侧板(10-1)之间，所述第二缓冲元件(12)位于换挡拨叉(11)与小U型板(10)的第四侧板(10-2)之间。
3.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于：还包括位置检测装置(8)，所述位置检测装置(8)为角位移传感器或霍尔传感器。
4.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于：还包括换挡齿轮端盖(17)，所述换挡齿轮端盖(17)装配连接在壳体(15)上或装配连接在与壳体(15)固定连接的元件上，且换挡齿轮端盖(17)上设有端盖凸台(18)，所述盘形凸轮(13)上设有换挡齿轮凸台(16)，所述端盖凸台(18)能与换挡齿轮凸台(16)相抵或相分离。
5.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于：所述推杆(5)的一端装配连接有滚套(21)。
6.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于：所述盘形凸轮(13)的凸轮槽(4)的中心线(4-1)的轨迹为阿基米德螺旋线。
7.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于：所述换挡齿轮(3)为蜗轮或斜齿轮。
8.根据权利要求4所述的变速器，其特征在于：所述换挡齿轮端盖(17)的端盖凸台(18)与盘形凸轮(13)上的换挡齿轮凸台(16)之间设有弹性元件。
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