CN107061538A - 一种电驱两档变速箱高速高性能同步器 - Google Patents

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杨晓枫
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Abstract

本发明公开了一种电驱两档变速箱高速高性能同步器，包括一档结合齿、一档同步环总成、齿套、齿毂、防抖滑块、二档同步环总成和二档结合齿；所述齿毂安装在轴上，齿毂与齿套花键配合相连，齿毂沿其周向均匀设置有多个与防抖滑块相配合的滑块槽，防抖滑块安装在滑块槽内，防抖滑块上设置有弹簧槽，弹簧槽内安装有弹簧，且齿套内开设有与弹簧槽相对应的钢球槽，钢球位于钢球槽内，且钢球下部延伸至弹簧槽内；所述一档同步环总成和二档同步环总成对称设置在齿套两侧。本发明可以有效的解决电驱两档变速箱使用同步器对高转速抖动和高同步负荷的需求，为驱动系统效率提高，节约能耗，低成本的实现多档化创造了可行性。

Description

一种电驱两档变速箱高速高性能同步器
技术领域
本发明涉及汽车同步器技术领域，具体是一种电驱两档变速箱高速高性能同步器。
背景技术
近年来中国电动汽车发展迅猛，电动汽车产业的量产化步伐快速推进。发展前期均采用电机与单档位减速器此种简单的匹配形式，基本满足以A0级电动车为主的早期批产电动汽车的功能性需求。但是电动汽车进一步发展，车辆级别向A级、B级发展，对动力性和高速经济性提出更高的要求。单档减速器与电机的匹配难以兼顾加速性和高车速的需求，更加难以实现电机长时间工作在高效区提升系统效率，增加续驶里程的需求。
根据调查，电动汽车两档变速箱用档位切换装置，有方案通过湿式离合器实现，应对驱动电机档位切换下同步负荷较大的问题。但造成了结构复杂、成本较高。如将现有应用于MT或者DCT的同步器总成应用于电驱两档变速箱，因同步环设计上存在轴向和径向的自由活动量，将会出现高速异响，而传统铜基同步环相同安装空间内的等效摩擦直径较小，同步容量较小使得换挡力大，电驱两档变速箱同步负荷高可能超出摩擦材料极限，出现同步环烧蚀，过快磨损等问题。
另外，对现有技术的检索发现，中国发明专利申请号CN201610465362.7，公开号CN106015382A，记载一种大扭矩同步器，其设计思路是采用单锥同步环并将摩擦锥面外置与齿套内径组成摩擦副来增大摩擦直径，同步环齿牙内置控制同步过程，其不能解决电动汽车电机高转速使用条件下同步环抖动的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电驱两档变速箱高速高性能同步器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电驱两档变速箱高速高性能同步器，包括一档结合齿、一档同步环总成、齿套、齿毂、防抖滑块、二档同步环总成和二档结合齿；所述齿毂通过花键过盈配合安装在轴上，齿毂与齿套花键配合相连，齿毂沿其周向均匀设置有多个与防抖滑块相配合的滑块槽，防抖滑块安装在滑块槽内，防抖滑块上设置有弹簧槽，弹簧槽内安装有弹簧，且齿套内开设有与弹簧槽相对应的钢球槽，钢球位于钢球槽内，且钢球下部延伸至弹簧槽内，钢球与弹簧相接触并压缩弹簧；所述一档同步环总成和二档同步环总成对称设置在齿套两侧，且一档同步环总成与二档同步环总成结构相同，所述一档同步环总成包括内环、中间环和外环，中间环套设在内环外，外环套设在中间环外，外环一侧沿其周向均匀间隔设置有多个外环槽，内环上设置有与外环槽相配合的内环卡爪，内环卡爪嵌入外环槽；所述中间环沿其周向均匀间隔设置有多个中间环卡爪，一档结合齿上设置有与中间环卡爪相配合的结合齿开口槽，中间环卡爪嵌入结合齿开口槽内，一档结合齿通过结合齿开口槽与中间环卡爪的配合安装在一档同步环总成外侧，二档结合齿与一档结合齿结构相同，且二档结合齿设置在二档同步环总成的外侧。
作为本发明进一步的方案：所述齿毂上沿其周向均匀设置有三个滑块槽。
作为本发明再进一步的方案：所述外环沿其周向均匀间隔设置有六个外环槽。
作为本发明再进一步的方案：所述外环的外锥面嵌入齿毂内，且外环的外锥面与防抖滑块的内侧圆锥面相配合形成朝向齿毂内侧倾斜的第一配合面。
作为本发明再进一步的方案：所述外环上还设置有与滑块槽相配合的外环卡爪，外环卡爪呈倒梯形，外环卡爪嵌入滑块槽内，滑块槽两端设置有与外环卡爪的侧面相配合的斜面，斜面朝向滑块槽内侧，且外环卡爪的侧面与斜面配合形成第二配合面，所述防抖滑块端面与外环卡爪端面之间的间隙小于外环卡爪侧面与斜面之间的间隙。
作为本发明再进一步的方案：所述中间环沿其周向均匀间隔设置有六个中间环卡爪。
作为本发明再进一步的方案：所述内环、中间环和外环均采用钢材冲压制成。
作为本发明再进一步的方案：所述内环、中间环和外环的内侧均贴敷碳纤维摩擦材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明可以有效的解决电驱两档变速箱使用同步器对高转速抖动和高同步负荷的需求，为驱动系统效率提高，节约能耗，低成本的实现多档化创造了可行性；本发明成本低，占用空间小，重量轻，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为电驱两档变速箱高速高性能同步器的结构示意图。
图2为电驱两档变速箱高速高性能同步器中防抖滑块与一档同步环总成的配合示意图。
图3为电驱两档变速箱高速高性能同步器中一档同步环总成的局部结构示意图。
图4为电驱两档变速箱高速高性能同步器中防抖滑块的结构示意图。
图5为电驱两档变速箱高速高性能同步器中防抖滑块与齿毂的配合示意图。
图6为电驱两档变速箱高速高性能同步器中一档同步环总成的结构示意图。
图中：1-一档结合齿、2-一档同步环总成、3-齿套、4-齿毂、5-防抖滑块、6-二档同步环总成、7-二档结合齿、8-第一配合面、9-内侧圆锥面、10-外锥面、11-外环卡爪、12-第二配合面、13-斜面、14-内环、15-中间环、16-外环。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-6，一种电驱两档变速箱高速高性能同步器，包括一档结合齿1、一档同步环总成2、齿套3、齿毂4、防抖滑块5、二档同步环总成6和二档结合齿7；所述齿毂4通过花键过盈配合安装在轴上，当轴转动时带动齿毂4转动，齿毂4与齿套3花键配合相连，齿毂4沿其周向均匀设置有多个与防抖滑块5相配合的滑块槽，防抖滑块5安装在滑块槽内，防抖滑块5上设置有弹簧槽，弹簧槽内安装有弹簧，且齿套3内开设有与弹簧槽相对应的钢球槽，钢球位于钢球槽内，且钢球下部延伸至弹簧槽内，钢球与弹簧相接触并压缩弹簧，通过弹簧与钢球的配合，使滑块5与齿套3相卡接，齿毂4上滑块槽的数量不加限制，本实施例中，优选的，所述齿毂4上沿其周向均匀设置有三个滑块槽；
所述一档同步环总成2和二档同步环总成6对称设置在齿套3两侧，且一档同步环总成2与二档同步环总成6结构相同，所述一档同步环总成2包括内环14、中间环15和外环16，中间环15套设在内环14外，外环16套设在中间环15外，外环16一侧沿其周向均匀间隔设置有多个外环槽，内环14上设置有与外环槽相配合的内环卡爪，内环卡爪嵌入外环槽，从而将内环14、中间环15和外环16连接为一个整体，外环16上的外环槽的数量不加限制，本实施例中，优选的，所述外环16沿其周向均匀间隔设置有六个外环槽；
所述外环16的外锥面10嵌入齿毂4内，且外环16的外锥面10与防抖滑块5的内侧圆锥面9相配合形成朝向齿毂4内侧倾斜的第一配合面8，第一配合面8起到同步环径向防抖的功能，当一档同步环总成2和/或二档同步环总成6高速运转时，在自身质量分布及外界激励的作用下会有一定的径向运动，受到第一配合面8的约束，一档同步环总成2和/或二档同步环总成6的作用力传递到防抖滑块5，推动防抖滑块5沿径向向外移动，压缩防抖滑块5弹簧槽内的弹簧，弹簧起到缓冲作用，实现径向防抖动防异响的作用；
所述外环16上还设置有与滑块槽相配合的外环卡爪11，外环卡爪11呈倒梯形，外环卡爪11嵌入滑块槽内，滑块槽两端设置有与外环卡爪11的侧面相配合的斜面13，斜面13朝向滑块槽内侧，且外环卡爪11的侧面与斜面13配合形成第二配合面12，所述防抖滑块5端面与外环卡爪11端面之间的间隙小于外环卡爪11侧面与斜面13之间的间隙，第二配合面12起到轴向防抖的效果，传统的同步环总成轴向抖动倾斜时，将会与齿毂端面或结合齿锥面碰撞产生异响，本方案中，对于一档同步环总成2和/或二档同步环总成6的轴向抖动倾斜，通过设置第二配合面12，将运转过程中产生的外环卡爪11与斜面13之间的作用力分解，以产生将一档同步环总成2和/或二档同步环总成6拉向齿毂4的力，将一档同步环总成2和/或二档同步环总成6拉向齿毂4，由于防抖滑块5端面与外环卡爪11端面之间的间隙小于外环侧面与齿毂4外花键侧面之间的间隙，因此一档同步环总成2和/或二档同步环总成6在轴向抖动时，外环卡爪11端面会与防抖滑块5的端面接触，通过防抖滑块5缓和冲击，起到轴向防抖防碰撞作用；
所述中间环15沿其周向均匀间隔设置有多个中间环卡爪，一档结合齿1上设置有与中间环卡爪相配合的结合齿开口槽，中间环卡爪嵌入结合齿开口槽内，一档结合齿1通过结合齿开口槽与中间环卡爪的配合安装在一档同步环总成2外侧，中间环15上的中间环卡爪的数量不加限制，本实施例中，优选的，所述中间环15沿其周向均匀间隔设置有六个中间环卡爪，二档结合齿7与一档结合齿1结构相同，且二档结合齿7设置在二档同步环总成6的外侧；所述内环14、中间环15和外环16均采用钢材冲压制成，壁厚薄，增大了摩擦半径，内环14、中间环15和外环16的内侧均贴敷碳纤维摩擦材料，采用碳纤维摩擦材料可以获得较大的摩擦系数，同时具备很好的耐磨和耐热性能，这使得同步化应用于电驱两档变速箱高同步负荷成为可能。
本发明的工作原理是：所述电驱两档变速箱高速高性能同步器，当一档同步环总成2和/或二档同步环总成6高速运转时，在自身质量分布及外界激励的作用下会有一定的径向运动，受到第一配合面8的约束，一档同步环总成2和/或二档同步环总成6的作用力传递到防抖滑块5，推动防抖滑块5沿径向向外移动，压缩防抖滑块5弹簧槽内的弹簧，弹簧起到缓冲作用，实现径向防抖动防异响的作用。对于一档同步环总成2和/或二档同步环总成6的轴向抖动倾斜，通过设置第二配合面12，将运转过程中产生的外环卡爪11与斜面13之间的作用力分解，以产生将一档同步环总成2和/或二档同步环总成6拉向齿毂4的力，将一档同步环总成2和/或二档同步环总成6拉向齿毂4，由于防抖滑块5端面与外环卡爪11端面之间的间隙小于外环侧面与齿毂4外花键斜面之间的间隙，因此一档同步环总成2和/或二档同步环总成6在轴向抖动时，外环卡爪11端面会与防抖滑块5的端面接触，通过防抖滑块5缓和冲击，起到轴向防抖防碰撞作用。
对于目前电动汽车广泛应用的永磁同步电机为例，其最大转速一般在8000～12000RPM，电驱两档变速箱因档位少考虑实际使用效果一般阶比不小于2；相比传统发动机驱动下变速箱换挡转速一般不大于5000转和阶比1.3左右，可见换挡转速差大幅增大；对于同步负荷的另一个重要参数的同步惯量，永磁同步电机转子及相连接的变速箱部件为被同步端，转动惯量远大于传统变速箱与离合器从动盘；该设计的同步器需满足以上的更加严苛的使用工况。
本发明电驱两档变速箱高速高性能同步器，采用三锥结构，之所以采用三锥是因为一定的径向安装空间内，四锥的锥数对同步容量的贡献较小，却增加系统的复杂度和制造成本；就上文所述的较严苛负荷的使用工况，在有限的空间内设计三锥和钢制来最大程度的增加摩擦直径，考虑同步容量的另外一个制约要素，摩擦副的摩擦系数。对于目前乗用车主流的摩擦材料为铜合金螺纹锥摩擦副、同步环锥面喷钼层、同步环锥面贴碳纤维摩擦材料；其中，贴碳纤维摩擦材料为近年同步环应用的主流趋势。其主要优点为摩擦系数高、耐磨性好、耐热性好；较适合高同步负荷的使用工况，故本方案采用碳纤维摩擦材料的摩擦副形式；其高摩擦系数较高就增大了同步化同步容量，较高的耐磨性和耐热性满足高转速差高同步惯量的使用工况。
本发明的同步环总成采用钢材冲压成型加贴敷碳纤维材料的形式，钢材冲压目的是在有限的空间内，满足强度要求的情况下，大大减小基体占用的径向空间，最大限度的增大摩擦直径，增加同步容量；采用碳纤维摩擦材料可以获得较大的摩擦系数，同时具备很好的耐磨和耐热性能，这使得同步化应用于电驱两档变速箱高同步负荷成为可能。
本发明采用全新设计的高速防抖滑块形式，创新的将滑块与同步环外锥面配合，有效防止径向抖动；创新设计滑块与齿毂斜面配合形式解决轴向抖动，选用钢制同步环贴敷碳纤维摩擦材料解决高同步负荷工况需求，以上设计高速高性能同步器总成用于于电驱两档变速箱，为电动汽车低成本、多档化和高效率创造了条件。
本发明可以有效的解决电驱两档变速箱使用同步器对高转速抖动和高同步负荷的需求，为驱动系统效率提高，节约能耗，低成本的实现多档化创造了可行性。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种电驱两档变速箱高速高性能同步器，其特征在于，包括一档结合齿(1)、一档同步环总成(2)、齿套(3)、齿毂(4)、防抖滑块(5)、二档同步环总成(6)和二档结合齿(7)；所述齿毂(4)通过花键过盈配合安装在轴上，齿毂(4)与齿套(3)花键配合相连，齿毂(4)沿其周向均匀设置有多个与防抖滑块(5)相配合的滑块槽，防抖滑块(5)安装在滑块槽内，防抖滑块(5)上设置有弹簧槽，弹簧槽内安装有弹簧，且齿套(3)内开设有与弹簧槽相对应的钢球槽，钢球位于钢球槽内，且钢球下部延伸至弹簧槽内，钢球与弹簧相接触并压缩弹簧；所述一档同步环总成(2)和二档同步环总成(6)对称设置在齿套(3)两侧，且一档同步环总成(2)与二档同步环总成(6)结构相同，所述一档同步环总成(2)包括内环(14)、中间环(15)和外环(16)，中间环(15)套设在内环(14)外，外环(16)套设在中间环(15)外，外环(16)一侧沿其周向均匀间隔设置有多个外环槽，内环(14)上设置有与外环槽相配合的内环卡爪，内环卡爪嵌入外环槽；所述中间环(15)沿其周向均匀间隔设置有多个中间环卡爪，一档结合齿(1)上设置有与中间环卡爪相配合的结合齿开口槽，中间环卡爪嵌入结合齿开口槽内，一档结合齿(1)通过结合齿开口槽与中间环卡爪的配合安装在一档同步环总成(2)外侧，二档结合齿(7)与一档结合齿(1)结构相同，且二档结合齿(7)设置在二档同步环总成(6)的外侧。
2.根据权利要求1所述的电驱两档变速箱高速高性能同步器，其特征在于，所述齿毂(4)上沿其周向均匀设置有三个滑块槽。
3.根据权利要求1所述的电驱两档变速箱高速高性能同步器，其特征在于，所述外环(16)沿其周向均匀间隔设置有六个外环槽。
4.根据权利要求1或2或3所述的电驱两档变速箱高速高性能同步器，其特征在于，所述外环(16)的外锥面(10)嵌入齿毂(4)内，且外环(16)的外锥面(10)与防抖滑块(5)的内侧圆锥面(9)相配合形成朝向齿毂(4)内侧倾斜的第一配合面(8)。
5.根据权利要求4所述的电驱两档变速箱高速高性能同步器，其特征在于，所述外环(16)上还设置有与滑块槽相配合的外环卡爪(11)，外环卡爪(11)呈倒梯形，外环卡爪(11)嵌入滑块槽内，滑块槽两端设置有与外环卡爪(11)的侧面相配合的斜面(13)，斜面(13)朝向滑块槽内侧，且外环卡爪(11)的侧面与斜面(13)配合形成第二配合面(12)，所述防抖滑块(5)端面与外环卡爪(11)端面之间的间隙小于外环卡爪(11)侧面与斜面(13)之间的间隙。
6.根据权利要求5所述的电驱两档变速箱高速高性能同步器，其特征在于，所述中间环(15)沿其周向均匀间隔设置有六个中间环卡爪。
7.根据权利要求1所述的电驱两档变速箱高速高性能同步器，其特征在于，所述内环(14)、中间环(15)和外环(16)均采用钢材冲压制成。
8.根据权利要求1所述的电驱两档变速箱高速高性能同步器，其特征在于，所述内环(14)、中间环(15)和外环(16)的内侧均贴敷碳纤维摩擦材料。
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