CN107165988B - 一种二挡定轴式变速箱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二挡定轴式变速箱，包括壳体及设于壳体内由上自下依次设置且与壳体分别相连的输入轴、惰轮轴、传动轴和输出轴；输入轴上由左自右依次设有输入法兰、第一二挡主动齿轮、第一离合器、第二离合器、第一一挡主动齿轮和过渡主动齿轮，惰轮轴上由左自右依次设有第二二挡主动齿轮、第三离合器、第四离合器、第二一挡主动齿轮和过渡被动齿轮，传动轴上由左自右依次套设有二挡从动齿轮、三轴主动齿轮和一挡被动齿轮，输出轴上由左自右依次套设有左输出法兰、输出齿轮和右输出法兰。本发明能够满足牵引机车低速、中速运行的不同需求，同时解决了现有牵引机车中大功率变速箱只有一个挡位，且笨重、成本高、换向或换挡时间长、效率低等缺陷。

Description

一种二挡定轴式变速箱
技术领域
本发明涉及动力换挡变速箱，更具体地说，涉及一种二挡定轴式变速箱。
背景技术
现有常见的机车牵引用传动装置为变速箱，主要分为两类：液力换挡和机械换挡。液力换挡，主要采用多循环圆机构，通过对不同元件的适时“充油”和“排油”实现换挡；机械换挡，在主离合器分离后，功率流断开传递，在此状态下，各挡位离合器根据传动比需求选择性啮合，从而实现换挡功能，换挡元件有同步器、爪牙牙嵌离合器等机构。
采用液力换挡传动装置，具有如下问题；(1)液力元件的传动效率低，为了取得相同等级传递扭矩，发动机功率与传动扭矩需求成正相关，某些工况下发动机的功率需要增加50％以上才能达到同等传递扭矩；(2)由于液力换挡采用的是“充油”和“排油”来实现挡位切换，液力变矩器循环圆内的油液充油和排油都需要时间的，一般需要10几秒的时间，导致换挡与换向时间长，起动速度慢。(3)由于同等功率的发动机，采用多循环圆液力传动装置，其传递扭矩偏低，使用成本较高；(4)多循环圆液力传动装置往往体积庞大，重量较重，成本高昂，经济性较差。目前在大功率内燃机车上均采用多循环圆液力传动装置，其最大的优越性是可靠性高。
对机械传动箱一般应用于小功率内燃机车，在大功率机车中较少应用。机械传动箱存在如下问题：(1)换挡或换向时需要车停下来换向，存在功率流切断情况；(2)机械传动形式为硬轴连接，当遇到异常情况或大扭矩负载时，发动机容易熄火；(3)硬轴连接传动冲击较大，直接传递到发动机，引起内燃机非常规损坏，可靠性较差。同时机械传动箱有损坏的潜在风险，故机械传动箱的可靠性较差，在机车牵引车对可靠性要求比较高的情况下，机械传箱应用越来越少。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种二挡定轴式变速箱，能够满足牵引机车低速、中速运行的不同需求，同时解决了现有牵引机车中大功率变速箱只有一个挡位，且笨重、成本高、换向或换挡时间长、效率低等缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种二挡定轴式变速箱，包括壳体以及设于壳体内由上自下依次设置且与壳体分别相连的输入轴、惰轮轴、传动轴和输出轴；
所述输入轴上由左自右依次设有输入法兰、第一二挡主动齿轮、第一离合器、第二离合器、第一一挡主动齿轮和过渡主动齿轮，输入法兰套设于输入轴左端的端部位置，并设于壳体外部，第一二挡主动齿轮套设于输入轴上，并与第一离合器相连，第一离合器和第二离合器均固定于输入轴上，第一一挡主动齿轮套设于输入轴上，并与第二离合器相连，过渡主动齿轮套设于输入轴上；
所述惰轮轴上由左自右依次设有第二二挡主动齿轮、第三离合器、第四离合器、第二一挡主动齿轮和过渡被动齿轮，第二二挡主动齿轮套设于惰轮轴上，并与第三离合器相连，第三离合器和第四离合器均固定于惰轮轴上，第二一挡主动齿轮套设于惰轮轴上，并与第四离合器相连，过渡被动齿轮套设于惰轮轴上，过渡被动齿轮与输入轴上的过渡主动齿轮相啮合；
所述传动轴上由左自右依次套设有二挡从动齿轮、三轴主动齿轮和一挡被动齿轮，二挡从动齿轮与惰轮轴上的第二二挡主动齿轮相啮合，一挡被动齿轮与惰轮轴上的第二一挡主动齿轮相啮合；
所述输出轴上由左自右依次套设有左输出法兰、输出齿轮和右输出法兰，左输出法兰和右输出法兰分别设于输出轴的左、右端部位置，并均设于壳体外部，输出齿轮与传动轴上的三轴主动齿轮相啮合；
所述第一离合器、第二离合器、第三离合器和第四离合器均采用液压控制离合器，包括离合器外毂及设于离合器外毂内腔的液压活塞、摩擦片、对偶钢片、压盘、回位弹簧和离合器内毂，离合器外毂连接固定于输入轴或/和惰轮轴上，液压活塞设于离合器外毂内腔中，使离合器外毂内腔与液压活塞的一侧面、输入轴或/和惰轮轴之间形成一油腔，离合器内毂设于液压活塞的另一侧面，离合器内毂的一端与液压活塞的另一侧面相接触，离合器内毂的另一端与输入轴或/和惰轮轴上的第一一挡主动齿轮、第二一挡主动齿轮、第一二挡主动齿轮或第二二挡主动齿轮相连，压盘设于离合器内毂另一端的上方，摩擦片和对偶钢片均具有数片，并呈间隔依次排列设置，设于液压活塞与压盘之间，液压活塞与回位弹簧相接触，液压活塞通过回位弹簧复位。
所述的输入轴、惰轮轴、传动轴和输出轴均通过轴承连于壳体内。
所述的离合器外毂与输入轴或/和惰轮轴之间为过盈固定连接。
所述的离合器外毂内腔中还设有弹簧支架，弹簧支架固定于输入轴或/和惰轮轴上，回位弹簧的一端与液压活塞相接触，另一端与弹簧支架相连接。
所述的摩擦片和对偶钢片设于液压活塞与压盘之间，并通过花键连接于离合器内毂上。
在上述的技术方案中，本发明所提供的一种二挡定轴式变速箱，换挡时间为2～3秒，换挡时间比原液力换向箱提高了8～10倍。整体重量大大减轻，外形尺寸较大缩小，功率密度大大提高，使其经济性也有很大改善。能够减少因压力不稳定导致摩擦片突然脱开或结合，使摩擦片出现异常滑摩而烧摩擦片的现象，提高了离合器的可靠性。本发明采用大角度斜齿传动，重合度高，传递扭矩大，齿轮冲击小，噪声低，齿轮强度和刚度大，可靠性高，采用圆锥滚子轴承，轴向承载能力大，寿命长，箱体因三轴、四轴轴向受力大，引起箱体变形大，针对特定部位进行加强加宽加强筋，增加凸台等结构，合理布置加强筋，设计合理的加强筋形状，保证箱体变形量大大降低，提高了机械部件的可靠性。本发明采用二挡，扩大了机车的速度范围，将原机车从0～15公里/小时提高到32公里/小时，最高车速提高1倍多。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中液压控制离合器的结构示意图；
图3是本发明正一挡传动的路线图；
图4是本发明正二挡传动的路线图；
图5是本发明倒一挡传动的路线图；
图6是本发明倒二挡传动的路线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
请结合图1所示，本发明所提供的一种二挡定轴式变速箱，包括壳体1以及设于壳体1内由上自下依次设置且与壳体1分别相连的输入轴2、惰轮轴3、传动轴4和输出轴5。
较佳的，所述输入轴2上由左自右依次设有输入法兰6、第一二挡主动齿轮7、第一离合器8、第二离合器9、第一一挡主动齿轮10和过渡主动齿轮11，输入法兰6通过花键连接在输入轴2左端的端部位置，并设于壳体1外部，输入法兰6通过万象联轴器与变矩器相连，将变矩器的动力引入变速箱中，第一二挡主动齿轮7套设于输入轴上，并通过花键再与第一离合器8相连，第一离合器8和第二离合器9均过盈固定连接在输入轴2上，第一一挡主动齿轮10套设于输入轴2上，并通过花键再与第二离合器9相连，过渡主动齿轮11套设于输入轴2上。
较佳的，所述惰轮轴3上由左自右依次设有第二二挡主动齿轮12、第三离合器13、第四离合器14、第二一挡主动齿轮15和过渡被动齿轮16，第二二挡主动齿轮12套设于惰轮轴上，并通过花键再与第三离合器13相连，第三离合器13和第四离合器14均过盈固定连接在惰轮轴3上，第二一挡主动齿轮15套设于惰轮轴3上，并通过花键再与第四离合器14相连，过渡被动齿轮16套设于惰轮轴3上，过渡被动齿轮16与输入轴2上的过渡主动齿轮11之间相啮合。
较佳的，所述传动轴4上由左自右依次套设有二挡从动齿轮17、三轴主动齿轮18和一挡被动齿轮19，二挡从动齿轮17与惰轮轴3上的第二二挡主动齿轮12之间相啮合，一挡被动齿轮19与惰轮轴3上的第二一挡主动齿轮15之间相啮合。
较佳的，所述输出轴5上由左自右依次套设有左输出法兰20、输出齿轮21和右输出法兰22，左输出法兰20和右输出法兰22分别设于输出轴5的左、右端部位置，并均设于壳体1外部，输出齿轮21与传动轴4上的三轴主动齿轮18之间相啮合，通过左输出法兰20和右输出法兰22将动力从输出轴5传递到负载，至此完成机车的动力传递。
请结合图2所示，所述第一离合器8、第二离合器9、第三离合器13和第四离合器14均采用液压控制离合器，包括离合器外毂23及设于离合器外毂23内腔的液压活塞24、摩擦片25、对偶钢片26、压盘27、回位弹簧28和离合器内毂29，离合器外毂23过盈固定连接在输入轴2或/和惰轮轴3上，液压活塞24设于离合器外毂23内腔中，使离合器外毂23内腔与液压活塞24的一侧面、输入轴2或/和惰轮轴3之间形成一个油腔，离合器内毂29设于液压活塞24的另一侧面，离合器内毂29的一端与液压活塞24的另一侧面相接触，离合器内毂29的另一端与输入轴2或/和惰轮轴3上的第一一挡主动齿轮10、第二一挡主动齿轮15、第一二挡主动齿轮7或第二二挡主动齿12之间通过螺栓固定相连，实现第一一挡主动齿轮10、第二一挡主动齿轮15、第一二挡主动齿轮7或第二二挡主动齿12与输入轴2或/和惰轮轴3之间的相对转动，压盘27设于离合器内毂29另一端的上方，摩擦片25和对偶钢片26均具有数片，并呈间隔依次排列设置，设于液压活塞24与压盘27之间，并通过花键又连接于离合器内毂29上，对偶钢片26通过花键与离合器外毂23连接，摩擦片25通过花键与离合器内毂29连接，离合器外毂23内腔中还设有弹簧支架30，弹簧支架30固定于输入轴2或/和惰轮轴3上，液压活塞24与回位弹簧28的一端相接触，回位弹簧28的另一端固定在弹簧支架30上，通过对油腔中注入/排放液压油，使液压活塞24控制摩擦片25和对偶钢片26之间的结合与分离，当摩擦片25和对偶钢片26之间结合时，将输入轴2或/和惰轮轴3上的动力通过摩擦片25传递到第一一挡主动齿轮10、第二一挡主动齿轮15、第一二挡主动齿轮7或第二二挡主动齿轮12，当摩擦片25和对偶钢片26之间分离时，液压活塞24通过回位弹簧28复位。
较佳的，所述的输入轴2、惰轮轴3、传动轴4和输出轴5的两端均安装了轴承31，通过轴承31使输入轴2、惰轮轴3、传动轴4和输出轴5连于壳体1内，并在壳体1内进行转动。
请结合图3中箭头方向所示，输入法兰6通过花键连接在输入轴2上，动力通过输入法兰6传递到输入轴2上，第二离合器9与输入轴2之间过盈固定连接，第一一挡主动齿轮10与第二离合器9通过花键连接，当第二离合器9处于结合状态时，其他离合器均处于脱开状态，第一一档主动齿轮10与离合器内毂29通过螺栓连接，第二离合器9结合时，第一一挡主动齿轮10随着第二离合器9和输入轴2一起旋转，第一一挡主动齿轮10与件传动轴4上的一挡被动齿轮19相啮合，动力由输入轴2传递到传动轴4，传动轴4上安装一挡被动齿轮19和三轴主动齿轮18，传动轴4上的三轴主动齿轮18与输出轴5的输出齿轮21相啮合，动力由传动轴4传递到输出轴5，输出轴5上通过花键固定安装左输出法兰20和右输出法兰22，通过左输出法兰20和右输出法兰22将动力从输出轴5传递到负载，至此完成了机车正一挡的动力传递。
请结合图4中箭头方向所示，输入法兰6通过花键连接在输入轴2上，动力通过输入法兰6传递到输入轴2上，第一离合器8与输入轴2之间通过过盈固定连接，第二二挡主动齿轮12与件第一离合器8通过花键连接，当第一离合器8处于结合状态时，其他离合器均处于脱开状态，第二二挡主动齿轮12与离合器内毂29通过螺栓连接，第一离合器8结合时，第二二挡主动齿轮12随着第一离合器8和输入轴2一起旋转，第二二挡主动齿轮12与传动轴4上的二挡从动齿轮17相啮合，动力由输入轴2传递到传动轴4，传动轴4上固定安装二挡从动齿轮17和三轴主动齿轮18，传动轴4上的三轴主动齿轮18与输出轴5的输出齿轮21相啮合，动力由传动轴4传递到输出轴5，输出轴5上通过花键固定安装左输出法兰20和右输出法兰22，通过左输出法兰20和右输出法兰22将动力从输出轴5传递到负载，至此完成了机车前进二档的动力传递。
请结合图5中箭头方向所示，输入法兰6通过花键连接在输入轴2上，动力通过输入法兰6传递到输入轴2上，当第四离合器14处于结合状态时，其它离合器均处于脱开状态，输入轴2上安装的过渡主动齿轮11和惰轮轴3上安装的过渡被动齿轮16相啮合，动力由输入轴2传递到惰轮轴3，惰轮轴3与第四离合器14过盈固定连接，第二一挡主动齿轮15与离合器内毂29通过螺栓连接，第四离合器14结合时，在动力作用下惰轮轴3带动第四离合器14和第二一挡主动齿轮15旋转，惰轮轴3上的第二一挡主动齿轮15和传动轴4上的一档被动齿轮19相啮合，将动力由惰轮轴3传递到传动轴4，一挡被动齿轮19和三轴主动齿轮18通过花键固定安装在传动轴4上，传动轴4上的三轴主动齿轮18与输出轴5的输出齿轮21相啮合，动力由传动轴4传递到输出轴5，输出轴5上通过花键固定安装左输出法兰20和右输出法兰22，通过左输出法兰20和右输出法兰22将动力从输出轴5传递到负载，至此完成了机车倒退一档的动力传递。
请结合图6中箭头方向所示，输入法兰6通过花键连接在输入轴2上，动力通过输入法兰6传递到输入轴2上，当第三离合器13处于结合状态时，其它离合器均处于脱开状态，输入轴2上通过花键固定安装的过渡主动齿轮11和惰轮轴3上通过花键固定安装的过渡被动齿轮16相啮合，动力由输入轴2传递到惰轮轴3，惰轮轴3与第三离合器13通过过盈固定连接，第二二挡主动齿轮12与离合器内毂29通过螺栓连接，第三离合器13结合时，在动力的作用下惰轮轴3将带动第三离合器13和第二二挡主动齿轮12一起旋转，惰轮轴3上的第二二挡主动齿轮12和传动轴4上的二挡从动齿轮17相啮合，将动力由惰轮轴3传递到传动轴4，二档从动齿轮17和三轴主动齿轮18通过花键固定安装在传动轴4上，传动轴4上的三轴主动齿轮18与输出轴5的输出齿轮21相啮合，动力由传动轴4传递到输出轴5，输出轴5上通过花键固定安装左输出法兰20和右输出法兰22，通过左输出法兰20和右输出法兰22将动力从输出轴5传递到负载，至此完成了机车倒退二档的动力传递。
另外，本发明变速箱的空挡运行：输入法兰6通过花键与输入轴2连接，原动力通过输入法兰6将动力输入至所述变速箱。过渡主动齿轮11通过花键连接在输入轴2上，过渡被动齿轮16通过花键连接在惰轮轴3上。过渡主动齿轮11与过渡被动齿轮16相啮合，动力由输入轴2传递到惰轮轴3，由于输入轴2上的第一离合器8和第二离合器9与惰轮轴3上的第三离合器13和第四离合器14均脱开，动力无法由输入轴2和惰轮轴3向下传递，故输出轴5上的左输出法兰20和右输出法兰22无动力输出，此时机车处于空挡状态。
输入轴2、惰轮轴3和传动轴4通过轴承31与壳体1连接，一档被动齿轮19、二挡从动齿轮17和二级主动齿轮7、10、12、15均通过花键连接在相应的轴系上。传动轴4上的三轴主动齿轮18与输出轴5上的输出齿轮21相啮合，一档被动齿轮19与第一一档主动齿轮10和第二一档主动齿轮15常啮合，当一档离合器(第二离合器9)结合带动一档主动齿轮19旋转时，动力由输入轴2传递到传动轴4，机车为前进一档的状态，此时第二一档主动齿轮15虽与传动轴4上的一档被动齿轮19啮合，但并不传递动力。当倒一档离合器(第四离合器14)结合带动第二一档主动齿轮15旋转时，动力由输入轴2传递到惰轮轴3，惰轮轴3将动力传递到传动轴4，机车为倒退一档的状态，此时第一一档主动齿轮10虽与传动轴4上的一档被动齿轮19啮合，但并不传递动力。
二档被动齿轮17与第一二档主动齿轮7和第二二档主动齿轮12常啮合，当二档离合器(第一离合器8)结合带动第一二档主动齿轮7旋转时，动力由输入轴2传递到传动轴4，机车为前进二档的状态，此时第二二档被动齿轮12虽与传动轴4上的二档被动齿轮17啮合，但并不传递动力。当倒二档离合器(第四离合器13)结合带动第二二档主动齿轮12旋转时，动力由输入轴2传递到惰轮轴3，惰轮轴3将动力传递到传动轴4，机车为倒退二档的状态，此时第一二档被动齿轮7虽与传动轴4上的二档被动齿轮17啮合，但并不传递动力。
输出轴5通过轴承31与壳体1连接，输出轴5作为动力的输出，输出轴5的两端分别通过花键将左输出法兰20和右输出法兰22连接在轴上。轴通过花键将输出齿轮21连接在轴的中间部位，输出齿轮21与传动轴4的三轴主动齿轮18始终啮合，无论离合器在什么档位都将传动轴4的动力传递到输出轴5。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种二挡定轴式变速箱，其特征在于，包括壳体以及设于壳体内由上自下依次设置且与壳体分别相连的输入轴、惰轮轴、传动轴和输出轴；
所述输入轴上由左自右依次设有输入法兰、第一二挡主动齿轮、第一离合器、第二离合器、第一一挡主动齿轮和过渡主动齿轮，输入法兰套设于输入轴左端的端部位置，并设于壳体外部，第一二挡主动齿轮套设于输入轴上，并与第一离合器相连，第一离合器和第二离合器均固定于输入轴上，第一一挡主动齿轮套设于输入轴上，并与第二离合器相连，过渡主动齿轮套设于输入轴上；
所述惰轮轴上由左自右依次设有第二二挡主动齿轮、第三离合器、第四离合器、第二一挡主动齿轮和过渡被动齿轮，第二二挡主动齿轮套设于惰轮轴上，并与第三离合器相连，第三离合器和第四离合器均固定于惰轮轴上，第二一挡主动齿轮套设于惰轮轴上，并与第四离合器相连，过渡被动齿轮套设于惰轮轴上，过渡被动齿轮与输入轴上的过渡主动齿轮相啮合；
所述传动轴上由左自右依次套设有二挡从动齿轮、三轴主动齿轮和一挡被动齿轮，二挡从动齿轮与惰轮轴上的第二二挡主动齿轮相啮合，一挡被动齿轮与惰轮轴上的第二一挡主动齿轮相啮合；
所述输出轴上由左自右依次套设有左输出法兰、输出齿轮和右输出法兰，左输出法兰和右输出法兰分别设于输出轴的左、右端部位置，并均设于壳体外部，输出齿轮与传动轴上的三轴主动齿轮相啮合；
所述第一离合器、第二离合器、第三离合器和第四离合器均采用液压控制离合器，包括离合器外毂及设于离合器外毂内腔的液压活塞、摩擦片、对偶钢片、压盘、回位弹簧和离合器内毂，离合器外毂连接固定于输入轴或/和惰轮轴上，液压活塞设于离合器外毂内腔中，使离合器外毂内腔与液压活塞的一侧面、输入轴或/和惰轮轴之间形成一油腔，离合器内毂设于液压活塞的另一侧面，离合器内毂的一端与液压活塞的另一侧面相接触，离合器内毂的另一端与输入轴或/和惰轮轴上的第一一挡主动齿轮、第二一挡主动齿轮、第一二挡主动齿轮或第二二挡主动齿轮相连，压盘设于离合器内毂另一端的上方，摩擦片和对偶钢片均具有数片，并呈间隔依次排列设置，设于液压活塞与压盘之间，液压活塞与回位弹簧相接触，液压活塞通过回位弹簧复位。
2.如权利要求1所述的一种二挡定轴式变速箱，其特征在于，所述的输入轴、惰轮轴、传动轴和输出轴均通过轴承连于壳体内。
3.如权利要求1所述的一种二挡定轴式变速箱，其特征在于，所述的离合器外毂与输入轴或/和惰轮轴之间为过盈固定连接。
4.如权利要求1所述的一种二挡定轴式变速箱，其特征在于，所述的离合器外毂内腔中还设有弹簧支架，弹簧支架固定于输入轴或/和惰轮轴上，回位弹簧的一端与液压活塞相接触，另一端与弹簧支架相连接。
5.如权利要求1所述的一种二挡定轴式变速箱，其特征在于，所述的摩擦片和对偶钢片设于液压活塞与压盘之间，并通过花键连接于离合器内毂上。
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