CN106931093B - 一种变速箱 - Google Patents

Abstract

变速箱就是利用同步齿轮和离合齿轮始终处于啮合状态，而通过离合器和离合齿轮扣合完成变速的一种齿轮变速装置，这种装置可以采用加工工艺更加简单的直齿齿轮完成，并且可以在不停车的情况下完成各种档速的换挡和挂档，空档。

Description

一种变速箱

技术领域

本发明属于机械变速，特别是涉及机床和车辆，航空器，轮船的变速箱领域。

背景技术

目前，变速箱主要分为齿轮变速、蜗杆涡轮变速两种，后者适用于变速比比较大的

场合，蜗杆涡轮变速其变速比取决于涡轮的多少，例如40齿的涡轮其变速就是40：1，输入速度是1400，输出速度就是1400/40=35，齿轮变速取决于主动轮和从动轮的齿数比，主动轮是48，从动轮是96，输入速度是1400，则输出速度是1400*48/96=700，输入速度不变的情况下，需要多种输出速度的，往往需要多组齿轮完成任务，以输出1000和700两种转速为例，主动轮是48和40，从动轮是96和56，将从动轮的96和主动轮的48啮合，输出转速就是700，从动轮的56和主动轮的40啮合，输出转速就是1000，但二者可能同时啮合出现问题，所以，变速时，都是通过移动一组齿轮，这一组齿轮有的资料称为联合齿轮，设计时通过距离限制，当和某一齿轮啮合时，就不可能和另一齿轮啮合，反之亦然，变速档多的变速箱，虽然设计相对复杂，但是，通过移动齿轮啮合这一原理却没有改变，这一原理的缺陷是，当没有停车的情况下进行换挡或挂档，特别是齿轮在高速旋转时，很有可能将齿轮打坏，对于机床而言，出现这种情况还仅仅是机床的损坏，但是，车辆出现异常情况后，有的司机往往会采取强行挂档或换挡的方法防止车辆失控，不过，这种方法会造成变速箱损坏还是小事，最关键是不一定成功，齿轮损坏后，照样无法挂档，往往会造成车毁人亡的悲剧。

发明内容

技术原理：参与啮合的齿轮不再利用移动齿轮的方法进行，而是将齿轮的位置固定，参与啮合的齿轮始终处于啮合状态，在啮合的两个齿轮中，有一个和中心轴是同步旋转的，这里记为同步齿轮，有一个则是不同步的，即齿轮旋转，中心轴不一定旋转，反之亦然，这里称为离合齿轮，在离合齿轮所在的中心轴上，有和中心轴同步旋转的离合器，通过移动离合器，离合器和离合齿轮扣合后，离合齿轮和中心轴旋转，离合齿轮和离合器分离后，离合齿轮和其所在的中心轴旋转不再同步，而参与啮合的齿轮对数没有限制，但是，离合器离合时不能同时向一根中心轴传送两种转速在两个中心轴所有参与的啮合齿轮中，其变速主要由离合齿轮，同步齿轮，离合器，拨动杆部分，操作杆部分和手柄部分完成，

需要解决的技术问题：

1是需要解决挂档时强行进齿引起的齿轮损坏问题，从而引发整个变速箱无法正常工作，

2是需要解决司机在惊慌情况下猛烈换挡引起的档位错乱问题，例如，司机换到高速档位需要返回低速档位，此时，通常人的反映是反向操作，但现在的档位并非是反向档位一定是低速档位，即需要将最后一个档位设置为最低速档；

技术方案： 变速箱通过离合器和离合齿轮的离合，从而完成离合齿轮和其所在的中心轴的同步或断开同步完成变速或换挡，空档、变速过程主要由同步齿轮，离合齿轮、离合器、中心轴、拨动杆组件、操作杆组件和手柄组件完成，所述的同步齿轮是指齿轮和其所在的中心轴旋转是同步的，离合齿轮是指齿轮和其所在的中心轴需要离合器作用才能完成旋转同步，所述的同步是指中心轴和中心轴上的零件旋转角速度一致，离合齿轮和同步齿轮成对使用，在各自的中心轴上的位置不能移动，离合齿轮和同步齿轮始终处于啮合状态，所述的啮合状态包含离合齿轮和同步齿轮没有直接啮合，而是通过另外的齿轮完成的啮合，离合齿轮与离合器的接触面不足时，在离合齿轮上设计摩擦片，所述的中心轴是指齿轮中心所在的轴，变速箱采用防失油运转和轴承单独润滑措施；

所述的拨动杆组件完成左右移动、让位和归位动作，即手柄拨动时，需要完成两个齿轮的离合，手柄再继续拨动时，进入下一离合器的离合动作，同时拨动杆完成归位，以迎接下一次的拨动，拨动杆组件主要由拨动杆基座、拨动杆、U形块和弹簧A组成，拨动杆基座在变速箱箱体上，拨动杆基座上有滑道和弹簧位，拨动杆有和拨动杆基座上滑道对应的滑槽，拨动杆与U形块连接，U形块的U形槽连接离合器，U形块的后端圆柱部分能够在圆柱孔中旋转，在拨动杆基座上，拨动杆左右两侧各有一个弹簧A，两个弹簧A各种参数是一致的，归位时处于中间位置，所述的归位是指拨动杆移动到滑道的中间位置，车辆的变速箱设计其离合器数和离合齿轮数是相同的，一个离合器只控制一个离合齿轮，向某一方向扳动手柄时，则分别完成各个档位的挂档，手柄只能扳到最后一档，反向扳动时，则分别完成各个档位的空档，并且，顺次挂档时最后一档是最低速档；

操作杆主要由操作杆基座，操作杆和弹簧B组成，操作杆基座和手柄组件的齿条或滑块是连接在一起的，操作杆基座有一个外方内圆的孔，内圆孔放置弹簧B，操作杆后端呈圆形，用于放置弹簧B，中间是方形，齿条或滑块移动时，操作杆一起移动，当用力到一定程度，在拨动杆和操作杆的斜面的共同作用下，操作杆后退，操作杆越过拨动杆进入下一拨动杆的工作，通过对齿条或滑块的位移进行限制，限制移动的距离，在操作杆基座底部有呈半球凹进的限位凹进位，每一个档位对应的位置有弹簧和钢珠，操作杆基座移动到对应的档位，弹簧将钢珠压进限位凹进位，有利于档位的定位，或者将限位凹进位设计在箱体上，在拨杆上设计弹簧和钢珠位;

在变速箱箱体有手柄安装孔，其中有个手柄是一个金属圆筒，另一个手柄的金属圆柱部分穿进金属圆筒部分，这两个手柄共用一个变速箱手柄孔，安装完成后，再安装拨杆，再在变速箱内侧安装齿轮齿条，操作时，操作人员移动拨杆，拨杆带动手柄再带动齿轮，齿轮带动齿条，这样获得齿条的直线移动，齿条带动操作杆组件运动；

在偏心轴基座上有偏心轮位和主轴孔，将偏心轮后部的主轴穿进偏心轴基座上的主轴孔，偏心轮置于偏心轮位，将小滑块置于偏心轮上的偏心柱，再将小滑块置于大滑块的直槽中，然后再将大滑块置于偏心轴基座上，转动主轴，大滑块沿偏心轴基座移动，大滑块带动操作杆组件运动，偏心轴基座或者为变速箱内部箱体的一部分，所述的主轴孔与手柄安装孔是同心的或者就是手柄安装孔；

变速箱内部设计溢油口，溢油口的高度在机箱底部和最低的机箱出口之间，当润滑油超过溢油口位置后，润滑油进入油箱，集油杯是用来收集机箱内部甩起来的润滑油，通过其上部的滤网过滤后送到轴承位润滑轴承。

有益效果：

1是不再采用进齿，退齿的方法变速，而是采用离合器离合离合齿轮的方法变速，这样，离合齿轮和同步齿轮始终处于啮合状态，不会出现打齿造成齿轮损坏的情况；

2是将档位最后一个档位设置为最低速档，当司机发现出现状态，只需要快速反向操作，就能降低转速，而且可以一次性降到最低速，这样快速换挡，不会对变速箱有不利影响。

附图说明

附图1是变速箱整体情况示意图，1是离合齿轮结构示意图，2是同步齿轮结构示意图，3是离合器简图，4是挂轮箱手柄孔，5是变速箱手柄孔，6是变速箱箱体；

附图2是齿轮变速原理图，A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8都是离合齿轮，分别是离合齿轮A1、离合齿轮A2、离合齿轮A3、离合齿轮A4、离合齿轮A5、离合齿轮A6、离合齿轮A7、离合齿轮A8，B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、C1、C2都是同步齿轮，分别是同步齿轮B1、同步齿轮B2、同步齿轮B3、同步齿轮B4、同步齿轮B5、同步齿轮B6、同步齿轮B7、同步齿轮B8、同步齿轮C1、同步齿轮C2，D1、D2、D3、D4都是中心轴，分别是中心轴D1、中心轴D2、中心轴D3、主轴D4，E都是轴承，主轴的法兰端是两个轴承，F是皮带轮，G1、G2、G3、G4是离合器，分别是离合器G1、离合器G2、离合器G3、离合器G4；

附图3是拨动杆部分示意图，7是拨动杆，8是U形块，9是拨动杆基座，10是弹簧位，11是滑道，12是圆柱孔，13是弹簧A；

附图4是操作杆部分示意图，14是操作杆基座，15是操作杆，16是齿条，17是弹簧B，18是限位凹进位；

附图5和附图6是齿轮齿条式手柄传动示意图，6变速箱箱体，19是手柄A，20是手柄B，16是齿条，21是齿轮A；

附图7和附图8是偏心轴式手柄组件示意图，22是偏心轴基座，23是大滑块，24是偏心轮位，25是偏心轮，26是小滑块；

附图9是离合齿轮和摩擦片示意图，101是摩擦片，1是离合齿轮，102是轴承，103是转动环，105是内六角螺杆，104是锁固孔；

附图10是齿轮齿条式手柄传动示意图，6是变速箱箱体，16是齿条，21是齿轮A，27是齿轮B，28是齿轮C。

具体实施方式

具体实施方式：这里以设计一种车床的16档速主轴变速箱为例说明，手柄分为两个，即分别完成4档变速，与目前广泛采用的普通车床变速手柄是相同的，操作人员容易熟悉，将变速的啮合齿轮分两大组，都是是4对啮合齿轮组参与变速，每一组啮合齿轮组都由一个同步齿轮和一个离合齿轮组成，在两个离合齿轮之间设计离合器，也就是总共4个离合器，离合器左右移动，就可以与两侧的离合齿轮进行离合，动力由皮带轮F传送到中心轴D1，而离合齿轮A1、离合齿轮A2、离合齿轮A3、离合齿轮A4是离合齿轮，离合器G1和离合器G2处于分离状态时，中心轴D1的动力无法传送，当离合器G1与离合齿轮A1或离合齿轮A2扣合后，或者是离合器G2与离合齿轮A3或离合齿轮A4扣合，此时动力由中心轴D1通过离合器G1或离合器G2，传送到离合齿轮A1，或离合齿轮A2，或离合齿轮A3，或离合齿轮A4，再由离合齿轮A1传送到同步齿轮B1，或者是离合齿轮A2传送到同步齿轮B2，或者是离合齿轮A3传送到同步齿轮B3，或者是离合齿轮A4传送到同步齿轮B4，动力由中心轴D1就传送到了中心轴D2，再通过同步齿轮C1、同步齿轮C2传送到中心轴D3，而离合齿轮A5、离合齿轮A6、离合齿轮A7、离合齿轮A8、同步齿轮B5、同步齿轮B6、同步齿轮B7、同步齿轮B8和中心轴D1和中心轴D2上的齿轮工作原理是相同的，最终，动力传送到主轴D4，但是，要实现上述功能，离合齿轮A1、离合齿轮A2、离合齿轮A3、离合齿轮A4只能有一个处于扣合状态，同理，离合齿轮A5、离合齿轮A6、离合齿轮A7、离合齿轮A8也只能有一个处于扣合状态，如果离合齿轮A1、离合齿轮A2、离合齿轮A3、离合齿轮A4有两个或以上同时处于扣合状态，那么，离合齿轮和同步齿轮就会有两组同时处于扣合状态，这会导致向同一根中心轴传送两种或以上不同的转速，这种情况是禁止出现的，同理，不论啮合齿轮组是多少组，都只能有一组啮合齿轮组处于扣合状态，也就是禁止向同一根中心轴传送两种或以上的转速，例如，6组啮合齿轮组完成的变速，将扣合状态记为1，分离状态记为0，则设计时这6组啮合齿轮组的扣合只能有6种情况，即100000、010000、001000、000100、000010、000001，这是一个最基本原理，此处所指的中心轴是指齿轮中心所在的轴，主轴是中心轴的一种，由于齿轮有大有小，小齿轮和离合器的扣合情况不理想甚至扣合不上，因此，在离合齿轮扣合面小于离合器的对应面的时候，需要设计摩擦片，摩擦片和齿轮或者是一体式，或者通过锁紧的方法使二者同步旋转。

由申请人提交的说明书附图可以看出，采用的是直齿齿轮，而且齿形上没有倒角，这涉及齿轮加工工艺，轮齿是斜形的，一般是采用范成大加工工艺，也就是利用渐开线加工，而渐开线加工容易出现根切现象，如果加工工艺不过关，容易出现噪声过大的机械加工缺陷，但是，斜齿在扣合时容易进齿，是广泛采用的变速箱齿轮加工方法，为了方便进齿，齿形上有倒角，而且齿形配合有一定的间隙，配合间隙也是噪声的一个来源，特别是在停车，换挡时齿形的松动会造成金属碰撞，虽然本申请并不排除斜齿，但是，采用直齿优点更多，降低了加工难度，容易提高齿形的配合精度，而且不用倒角，也增强了轮齿强度，此处所说的轮齿是指齿轮上的齿形部分，与齿轮不是一回事。

拨动杆组件的设计，一个手柄要完成两个或以上的离合器的拨动，需要拨动杆组件完成左右移动、让位和归位动作，即手柄拨动时，需要完成两个齿轮的离合，手柄再继续拨动时，进入下一离合器的离合动作，同时拨动杆完成归位，以迎接下一次的拨动，具体见附图3，拨动杆组件主要由拨动杆基座9、拨动杆7、和U形块8、弹簧A13组成，拨动杆基座9在变速箱箱体6上，拨动杆基座9上有滑道11和弹簧位10，拨动杆7有和上滑道11对应的滑槽，拨动杆7与U形块8连接，U形块8的U形槽连接离合器，U形块8的后端圆柱部分在拨动杆7的圆柱孔12中旋转，在拨动杆基座9上，拨动杆7左右两侧各有一个弹簧A13

，弹簧A13各种参数是一致的，归位时处于中间位置，这样防止偏向一侧，工作时，操作杆15移动，在操作杆15的斜面作用下，操作杆15的斜面贴紧拨动杆7的斜面，拨动杆7沿拨动杆基座9的滑道11移动，拨动杆7上的U形块8带动离合器一起移动，此时离合器开始扣合，当拨到一定距离，拨动杆7在拨动杆基座9的阻碍下，不再可以移动，离合器合上离合齿轮，挂档完成，如果需要换挡，则用力扳动手柄，操作杆15在斜面作用下越过拨动杆7进入下一拨动杆的工作，此时拨动杆7没有操作杆15的斜面的限制，弹簧A13回位，将拨动杆7移动到拨动杆基座9的中间位置，拨动杆7带动U形块8再带动离合器，离合器与离合齿轮分离，拨动杆的坡面是呈V型，这里有一点与现有的设计不同，就是完成某一档位的扣合只能单向完成，而且不同档位的扣合方向不一定相同，这样的设计对机床而言并不是问题，因为这样省了离合器，但是，对于车辆这样的设计有缺陷，因为驾驶员在危急情况下，左右不定的挂档设计显然是不明智的，因此，车辆的变速箱设计其离合器数和离合齿轮数是相同的，一个离合器只控制一个离合齿轮，向某一方向扳动手柄时，则分别完成各个档位的挂档，手柄只能扳到最后一档，反向扳动时，则分别完成各个档位的空档，并且，挂档最后一档是最低速档，这样，即使驾驶员将档位扳反，一般人的本能反应也是打猛力反向扳动，可直接扳到最低速档，这样最大限度的降低车辆前行速度，减少事故发生，拨动杆基座9是连接在变速箱箱体6内部或者是变速箱箱体6的一部分。

操作杆组件的设计，操作杆由操作杆基座14，操作杆15和弹簧B17组成，操作杆基座14和手柄传动部分的齿条或偏心轴的滑块是连接在一起的，也就是附图4的齿条16就是附图5的齿条16或者用附图7的大滑块23代替，操作杆基座14有一个外方内圆的孔，内圆孔是放置弹簧B17的，操作杆15后端呈圆形，用于放置弹簧B17，中间是方形，这是为了防止前端的斜面跑偏，齿条16或大滑块23移动时，操作杆15一起移动，当用力到一定程度，在拨动杆7和操作杆15的斜面的共同作用下，操作杆15后退，操作杆15越过拨动杆7进入下一拨动杆7的工作，通过对齿条16或大滑块23的位移进行限制，可以限制移动的距离，在操作杆基座14底部有呈半球凹进的限位凹进位18，每一个档位对应的位置有弹簧和钢珠，操作杆基座14移动到对应的档位，弹簧将钢珠压进限位凹进位18，有利于档位的定位，换挡时，由于限位凹进位18呈半球凹进，钢珠会压缩弹簧，滑动离开限位凹进位18。

手柄传动组件的设计，为了设计简单，操纵杆是直线移动的，手柄传动只要完成圆周动作转换成直线运动即可，这里有两个具体方案，一个是齿轮齿条，一个是偏心轴，先介绍齿轮齿条的手柄部分，见附图5和附图6，6是变速箱箱体，18是手柄A，20是是手柄B，16是齿条，21是齿轮A，手柄B20是一个金属圆筒，手柄A19的金属圆柱部分穿进手柄B20的金属圆筒部分，这两个手柄共用一个变速箱手柄孔，安装完成后，再安装拨杆，图示已经安装了拨杆，再在另一侧安装齿轮齿条即可，操作时，操作人员移动拨杆，拨杆带动手柄A或者手柄B，再带动齿轮，齿轮带动齿条16，这样获得齿条16的直线移动，但采用两个同心齿轮，齿条的安装位置可能存在设计困难，为了方便安装，另行设计一个齿轮，将齿条16的距离拉远。

偏心轴手柄组件的设计，具体见附图7和附图8，在偏心轴基座22上有偏心轮凹进位24，将偏心轮25后部的主轴穿进偏心轴基座22上的主轴孔，偏心轮25置于偏心轮凹进位24，将小滑块26置于偏心轮4上的偏心柱，小滑块26置于大滑块23的直槽中，然后再将大滑块23置于偏心轴基座22上，转动主轴，则大滑块23沿偏心轴基座22移动，大滑块23带动操作杆15部分，手柄A19和手柄B20或者采用齿轮齿条式的设计，也就是利用金属圆筒，进入箱体后，利用齿轮或链轮将其中一个位置移动，方便安装，用偏心轴原理的优点是不容易发生“呕档”，所谓“呕档”就是变速箱在运行过程中自动空档，特别是车辆在路况不好，颠簸剧烈的情况下，变速箱也晃来晃去，齿轮发生自动位移，这里的偏心轴基座22或者是变速箱箱体内部的一部分，而主轴孔与变速箱手柄孔是同心的或者就是变速箱手柄孔，附图7和附图8就是通过电脑软件对比获得的两个效果图，用鼠标转动主轴，可以看出，大滑块被移动了。

集油箱和集油杯，在机床中，如果润滑油处理不好，往往润滑油流的一地都是，但是，机床没有润滑油，对机床的机械损伤很大，特别是一些机床的抽油电机停止运转的情况下，操作人员继续操作，因此，在机床的底部和最低的孔位之间设计溢油口，只有润滑油超过溢油口的位置才会回流到油箱，也就是恢复机床变速箱的部分集油功能，但是在油面高度方面有限制，既要防止抽油电机的停止运转带来的润滑油未能润滑这种情况，又要防止油面过高时的溢油造成的润滑油外流这种情况，而集油杯是专门针对轴承的润滑措施，集油杯在箱体内，与轴承相通，集油杯的上部是滤网，齿轮甩动带来的润滑油通过滤网过滤后再行送到轴承位进行润滑，不再直接利用齿轮甩起的润滑油进行润滑。

Claims (3)

1.一种变速箱，其特征是：变速箱通过离合器和离合齿轮的离合，从而完成离合齿轮和其所在的中心轴的同步或断开同步完成变速或换挡，空档、变速过程主要由同步齿轮，离合齿轮、离合器、中心轴、拨动杆组件、操作杆组件和手柄组件完成，所述的同步齿轮是指齿轮和其所在的中心轴旋转是同步的，离合齿轮是指齿轮和其所在的中心轴需要离合器作用才能完成旋转同步，所述的同步是指中心轴和中心轴上的零件旋转角速度一致，离合齿轮和同步齿轮成对使用，在各自的中心轴上的位置不能移动，离合齿轮和同步齿轮始终处于啮合状态，所述的啮合状态包含离合齿轮和同步齿轮没有直接啮合，而是通过另外的齿轮完成的啮合，离合齿轮与离合器的接触面不足时，在离合齿轮上设计摩擦片，所述的中心轴是指齿轮中心所在的轴，变速箱采用防失油运转和轴承单独润滑措施；

所述的拨动杆组件完成左右移动、让位和归位动作，即手柄拨动时，需要完成两个齿轮的离合，手柄再继续拨动时，进入下一离合器的离合动作，同时拨动杆完成归位，以迎接下一次的拨动，拨动杆组件主要由拨动杆基座、拨动杆、U形块和弹簧A组成，拨动杆基座在变速箱箱体上，拨动杆基座上有滑道和弹簧位，拨动杆有和拨动杆基座上滑道对应的滑槽，拨动杆与U形块连接，U形块的U形槽连接离合器，U形块的后端圆柱部分能够在圆柱孔中旋转，在拨动杆基座上，拨动杆左右两侧各有一个弹簧A，两个弹簧A各种参数是一致的，归位时处于中间位置，所述的归位是指拨动杆移动到滑道的中间位置，车辆的变速箱设计其离合器数和离合齿轮数是相同的，一个离合器只控制一个离合齿轮，向某一方向扳动手柄时，则分别完成各个档位的挂档，手柄只能扳到最后一档，反向扳动时，则分别完成各个档位的空档，并且，顺次挂档时最后一档是最低速档。

2.依据权利要求1所述的变速箱，其特征是：操作杆主要由操作杆基座，操作杆和弹簧B组成，操作杆基座和手柄组件的齿条或滑块是连接在一起的，操作杆基座有一个外方内圆的孔，内圆孔放置弹簧B，操作杆后端呈圆形，用于放置弹簧B，中间是方形，齿条或滑块移动时，操作杆一起移动，当用力到一定程度，在拨动杆和操作杆的斜面的共同作用下，操作杆后退，操作杆越过拨动杆进入下一拨动杆的工作，通过对齿条或滑块的位移进行限制，限制移动的距离，在操作杆基座底部有呈半球凹进的限位凹进位，每一个档位对应的位置有弹簧和钢珠，操作杆基座移动到对应的档位，弹簧将钢珠压进限位凹进位，有利于档位的定位，或者将限位凹进位设计在箱体上，在拨杆上设计弹簧和钢珠位;

在变速箱箱体有手柄安装孔，其中有个手柄是一个金属圆筒，另一个手柄的金属圆柱部分穿进金属圆筒部分，这两个手柄共用一个变速箱手柄孔，安装完成后，再安装拨杆，再在变速箱内侧安装齿轮齿条，操作时，操作人员移动拨杆，拨杆带动手柄再带动齿轮，齿轮带动齿条，这样获得齿条的直线移动，齿条带动操作杆组件运动。

3.依据权利要求1所述的变速箱，其特征是：在偏心轴基座上有偏心轮位和主轴孔，将偏心轮后部的主轴穿进偏心轴基座上的主轴孔，偏心轮置于偏心轮位，将小滑块置于偏心轮上的偏心柱，再将小滑块置于大滑块的直槽中，然后再将大滑块置于偏心轴基座上，转动主轴，大滑块沿偏心轴基座移动，大滑块带动操作杆组件运动，偏心轴基座或者为变速箱内部箱体的一部分，所述的主轴孔与手柄安装孔是同心的或者就是手柄安装孔；

变速箱内部设计溢油口，溢油口的高度在机箱底部和最低的机箱出口之间，当润滑油超过溢油口位置后，润滑油进入油箱，集油杯是用来收集机箱内部甩起来的润滑油，通过其上部的滤网过滤后送到轴承位润滑轴承。