CN107218359A - 一种多级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多级变速器，包括输入轴、输出轴、若干楔块及液压系统；输入轴套设有若干主动齿轮；输出轴套设有若干从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮啮合，且从动齿轮安装壁上开设有若干组楔口；若干组楔块，每组楔块安装在输出轴上，与楔口对应；液压系统包括油腔、顶升活塞及供油管；油腔其内部容纳液压油；若干组顶升活塞安装在输出轴内，并与楔块组对应连接；若干供油管与油腔联通，每根供油管与一组顶升活塞组联通。本发明的优点在于，输出轴和输入轴之间密集设置若干互相啮合的齿轮，达成数十级的变速功能，相邻两档位齿轮的转速差很小，可以直接由本档位换至相邻档位，不需要额外的机构去减小换档时的顿挫感，变速箱结构更为简单。

Description

一种多级变速器

技术领域

本发明涉及变速器技术领域，尤其涉及多级变速器。

背景技术

现行的轻型汽车变速器，由于体积、结构等原因的限制，最多做到十级变速，缺点就是每一级齿轮控制的速度区间很大，造成发动机并不总是在最高效状态下进行动力输出，浪费燃油。而且各级齿轮间转速差很大，在换档时，容易造成卡顿现象。

因此，如何针对上述现有所存在的缺点进行研发改良，实为相关业界所需努力研发的目标，本发明设计人有鉴于此，乃思及创作的意念，遂以多年的经验加以设计，经多方探讨并试作样品试验，及多次修正改良，乃推出本发明。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种多级变速器。

(二)技术方案

本发明提供了一种多级变速器，包括位于变速箱内的：

输入轴，其上固定套设有若干主动齿轮；

输出轴，为中空轴，且该输出轴上同轴可转动地套设有若干从动齿轮，所述从动齿轮与主动齿轮一一啮合设置，且该从动齿轮与输出轴贴合的安装壁上呈环状开设有若干组楔口；

若干组楔块，每组楔块呈环形安装在输出轴上，与楔口一一对应，每个楔块沿输出轴截面径向向外延伸；

液压系统，包括：

油腔，其内部容纳液压油；

若干组顶升活塞，安装在输出轴内，并与楔块组一一对应连接；

若干供油管，与油腔联通，并穿设在输出轴空腔内，每根供油管均独立地与一组顶升活塞组联通。

在本发明的一些实施例中，所述油腔包括：

主油腔，位于输出轴空腔外，且所述大活塞设置在该油腔内，并由电机驱动；

副油腔，位于输出轴空腔内，通过大油管与主油腔联通，所述大油管穿设在输出轴空腔内；

其中，所述主油腔和副油腔分设在输出轴长轴方向的两端，若干所述供油管一端与主油腔联通，另一端与就近的顶升活塞组连接，剩下若干所述供油管一端与副油腔联通，另一端也与就近的顶升活塞组连接。

在本发明的一些实施例中，所述顶升活塞包括：

活塞腔，设置在输出轴内，所述活塞腔沿输出轴径向设置，且活塞腔一端与供油管连接，另一端为开口设置；

活塞本体，一端堵设在活塞腔开口端，另一端伸出活塞腔。

在本发明的一些实施例中，所述活塞本体与楔块之间通过顶升弹簧连接，且活塞本体伸出活塞腔的端部开设有供顶升弹簧安装的安装槽。

在本发明的一些实施例中，所述供油管与活塞腔之间通过环形油管实现联通，所述环形油管同轴内置在输出轴内，且与活塞腔位置相对应。

在本发明的一些实施例中，所述输出轴上开设有供楔块伸出的顶升孔，所述楔块嵌套配合在顶升孔内，且下端位于输出轴内。

在本发明的一些实施例中，所述楔块下端与输出轴内壁之间连接有回位弹簧。

在本发明的一些实施例中，所述楔口为向安装壁内下陷的槽口，其两侧具有向其靠近且逐渐下陷的渐进斜坡面。

在本发明的一些实施例中，在所述输出轴长轴方向相邻的顶升活塞之间互相错开布置。

在本发明的一些实施例中，所述水平管安装有电磁阀。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明至少具有以下有益效果其中之一：

(1)输出轴和输入轴之间密集设置若干互相啮合的齿轮，在变速箱有限的长度内，尽可能多的增加齿轮级数，从而达成数十级的变速功能，由于档位大大增多，相邻两档位齿轮的转速差很小，可以直接由本档位换至相邻档位，不需要额外的机构去减小换档时的顿挫感，使变速箱结构更为简单，甚至不需要断开离合器；由于每个档位控制的速度范围区间很小，变速箱能更好的匹配发动机转速与汽车速度，使发动机输出效率最高；采用输出轴中空设计，便于利用液压系统换挡；发动机转速与车速更匹配，达到省油，提高效率，加快换档速度的目的；

(2)可以在车速均匀增大、减小时不断开离合器，直接换档，通过多齿轮组提供更多齿速比，使发动机实现高效的动力输出，保证发动机转速与车速达到最匹配的状态；

(3)该结构的液压驱动原理简单，且液压管道内置在输出轴中空腔内，可以在较小的空间内实现尽可能多的齿轮的安装，从而实现无顿挫感的均变速；

(4)因为从动齿轮较多，供油管数量也较多，但同一个截面只能布置一定数量的供油管，所以，将输油筒中供油管分左右两部分，互不连通，其中主油腔一侧供油管与主油腔连通，副油腔一侧供油管与副油腔连通，这就保证了输油筒截面面积最小化，进而使整个变速器体积变小；

(5)由供油管输送到活塞腔内的液压油，将活塞本体顶升，首先对顶升弹簧进行压缩，顶升弹簧再对楔块进行顶升，由于从动齿轮在高速运转，会压迫逐渐露出输出轴的楔块，在顶升弹簧的作用下，楔块会做退让，保证楔块不被损坏，当顶升力足够大，楔块完全卡在楔口内，不再退让，从而带动输出轴转动；

(6)在楔块顶升的过程中，会对回位弹簧进行压缩，当液压消失，活塞本体退回，楔块在回位弹簧的作用下可以自动缩回；

(7)由于从动齿轮楔口两侧是渐进斜坡面，而且保持高速转动，当锲块接触到斜面后，会沿内口斜面滑动，直到锲合进锲口，斜坡面起到缓冲导向的作用；

(8)由于是电磁阀控制每级档位的挂脱，换档非常迅速。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图。

图2为本发明实施例一的从动齿轮的安装示意图。

图3为本发明实施例一的A-A截面示意图。

图4为本发明实施例一的输出轴内部示意图。

图5为本发明实施例一的输出轴示意图。

图6为本发明实施例二的楔块示意图。

图7为本发明实施例三的液压系统驱动装置结构示意图。

【本发明主要元件符号说明】

1、变速箱； 2、输入轴； 3、主动齿轮；

4、输出轴； 41、顶升孔； 51、副油腔；

52、主油腔； 53、大油管； 54、供油管；

541、电磁阀； 55、环形油管； 56、大活塞；

57、电机； 58、加压机； 59、旋转接头；

6、顶升活塞； 61、顶升弹簧； 62、活塞腔；

63、安装槽； 64、活塞本体； 7、轴承；

8、从动齿轮； 81、楔口； 82、斜坡面；

9、楔块； 91、回位弹簧； 92、顶支座；

93、滚柱。

具体实施方式

本发明提供了一种多级变速器。本变速器采用并列式的齿轮组，可以在有效的长度以内，尽可能多的增加齿轮级数，从而达成数十级的变速功能。考虑到长度限制，最多可以做到40级。由于级数很多，相邻两级齿轮的转速差在4％以内，所以换档过程没有顿挫感，汽车的舒适性大大提高。由于每级齿轮控制一个小范围的速度区间，所以，可以保证在每个档位下，发动机为最优输出状态，发动机转速与车速更匹配，达到省油，提高效率，减小换档顿挫感，加快换档速度的目的。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

实施例一

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种多级变速器。图1为本发明实施例的结构示意图。如图所示，本发明包括位于变速箱1内的输入轴2、输出轴4、楔块9及液压系统。

以下分别对本实施例的各个组成部分进行详细描述。

如图1-3所示，输入轴2和输出轴4，输入轴2为动力输入轴，其上固定套设有若干主动齿轮3；输出轴4动力输出轴，为中空轴，且该输出轴4上同轴可转动地套设有若干从动齿轮8，从动齿轮8与主动齿轮3一一啮合设置，主动齿轮3带动对应的从动齿轮8转动，用来将动力从输入轴2传给输出轴8。且该从动齿轮3与输出轴8贴合的安装壁上呈环状开设有若干组楔口81。从动齿轮8和输出轴4之间安装有轴承7，以此实现转动，轴承7安装在齿轮安装壁的一侧的三分之一宽度处，楔口81开设在另一侧。每组齿轮具有额定的齿速比，控制一个档位。本发明具有40个齿轮组，所以能变换40个档位对动力进行变速。

若干组楔块9，每组楔块9呈环形安装在输出轴4上，与楔口81一一对应，每个楔块9沿输出轴4截面径向向外延伸；某级齿轮的楔块9和楔口81配合后，该级主、从动齿轮2、4投入使用，变速器即变化到该档位。

变速器档位的变换，是通过液压结构驱动实现的。

变速器输出轴内部设有液压系统。

液压系统，包括：

油腔，包括位于输出轴空腔外的主油腔52及位于输出轴空腔内的副油腔51，主油腔52和副油腔51分设在输出轴4长轴方向的两端，通过穿设在输出轴4内的大油管53实现联通，在主油腔52内设置有由电机57驱动的大活塞56；

若干组顶升活塞6，如图4所示，安装在输出轴4内，并与楔块组一一对应连接；包括设置在输出轴4内的活塞腔62，该活塞腔62沿输出轴4径向设置，且活塞腔62一端与供油管54连接，另一端为开口设置；还包括活塞本体64，其一端堵设在活塞腔62开口端，另一端伸出活塞腔62。

若干供油管54，穿设在输出轴4空腔内，其中若干供油管54一端与主油腔52联通，另一端与就近的一组顶升活塞组连接，剩下若干供油管54一端与辅油腔51联通，另一端也与就近的顶升活塞组连接，将液压油输入到顶升活塞6内。

每一个档位包括一个完整的液压回路：输出轴两端分别有一个油腔，通过中心贯通的大油管53连通。供油管54与大油管53平行设置，彼此独立。供油管54与活塞腔之间通过环形油管实现联通，环形油管同轴内置在输出轴内，且与活塞腔62位置相对应，环形油管55环包在供油管54外围，每个环形油管55对一个档位活塞腔62输油，每个供油管54唯一连通一个环形油管55，油腔给供油管54供油，液压油再由供油管54进入环形油管55，再进入活塞腔62，实现顶升活塞，从而顶升楔块9，实现楔块9和楔口81的卡合，完成换挡。

此外，活塞本体64与楔块9之间通过顶升弹簧61连接，且活塞本体64伸出活塞腔62的端部开设有供顶升弹簧61安装的安装槽63。输出轴4上开设有供楔块9伸出的顶升孔41，楔块9嵌套配合在顶升孔41内，包括下端的顶支座92和滚动设置在顶支座92上端的滚柱93，且下端顶支座92位于输出轴4内，与输出轴4内壁之间连接有回位弹簧91。楔口81为向安装壁内下陷的槽口，其两侧具有向其靠近且逐渐下陷的渐进斜坡面82。

如图5所示，为了保证输出轴4具有一定强度，在输出轴4长轴方向相邻的顶升活塞6之间互相错开布置。

较为重要的是，为了方便每级控制，每根供油管55上都安装有控制液压油通断的电磁阀541。

当使用该变速器的汽车启动后，发动机输出动力，动力经离合器传至变速器输入轴2，输入轴2上所有主动齿轮3转动。带动所有从动齿轮8转动，由于从动齿轮8与输出轴4全部采用轴承7铰接，此时输出轴4不转动，有所档位都不工作，汽车处于空挡。

汽车油门开始增大后，主控板控制变速器挂最低档位一档，此档为齿速比最大档。首先，主控板控制一档液压油路中电磁阀541打开，接着，控制变速电机57转动，电机57带动推杆对主油腔52内大活塞56加压，压缩主油腔52内液压油，由于此时仅有一档电磁阀541打开，油压传到一档供油管54，再传到与供油管54连通的环形油管55，再传到一档活塞腔62，活塞腔62内活塞本体64受压后向上顶升。

顶升活塞6顶升后，首先对顶升弹簧61进行压缩，顶升弹簧61再对顶支座92进行顶升，将顶支座92上的滚柱93顶出输出轴4。同时，顶支座92对回位弹簧91进行压缩，直至顶升过程结束。

滚柱93被顶出输出轴4表面后，会接触到从动齿轮楔口81。由于从动齿轮楔口81具有渐进斜坡面82，而且保持高速转动，当93滚柱接触到斜坡面82后，会沿楔口81斜面滚动或滑动，直到锲合进锲口81。但是由于开始阶段，顶升弹簧61内压力很小，提供给滚柱93用于锲合于锲口81的压力很小，随着从动齿轮8与输出轴4转动不同步，滚柱93脱离所在锲口81，随着转动进行而滑进下一个锲口81。此时，会重复上面的顶进与脱离过程，直至某一时刻，顶升弹簧61被压缩后产生足够大的弹力提供给滚柱93，使滚柱93锲合于锲口81中，不被从动齿轮8超越，二者保持同步转动，挂档完成。

同时，油腔内压力持续增加，油腔内压力感应器感应到压力达到最大额定值后，将信号传给主控板。

主控板控制电机57，停止工作，从而对油腔停止加压。同时，主控板控制一档电磁阀541关闭。整个换档过程结束。

当汽车速度增加，发动机转速增加后，一档齿轮不足以输出汽车行驶所需速度，主控板控制变速器脱离一档，挂进二档。

主控板首先控制一档电磁阀541打开，然后控制电机57工作，将推杆后拉，带动油腔内大活塞56后退，使整个油路中油压减小。活塞本体64因受到油压变小，对顶升弹簧61压力变小。因此，顶升弹簧61将活塞本体64压向轴心位置，同时顶升弹簧61伸长，顶支座92受到压力随之变小。顶升弹簧61伸长到一定阶段，回位弹簧91中弹力大于顶升弹簧61中弹力，回位弹簧91会将顶支座92压向轴心。直至活塞本体64受到油压为0，回位弹簧91将顶支座92压回初始位置，顶支座92带动滚柱93脱离从动齿轮8的锲口81，一档脱离。此时油腔中油压继续减小，油压感应器感应到油压达到最小额定值后，将信号传给主控板，主控板将一档电磁阀541关闭，将电机57关闭。

接着主控板控制二档电磁阀541打开，将电机57打开，将推杆前压，压缩油腔内液压油。二档机构重复一档机构的挂档过程，挂上二档。

以此类推，所有换档过程重复以上挂档过程。

当汽车踩刹车时，主控板监测到汽车速度突然减小，首先控制档位脱离，脱离过程重复一档脱离过程。然后汽车处于空挡，直至油门重新被加大，主控板根据当时的汽车速度以及发动机转速，

计算出此时最匹配的档位，控制变速器挂进该档位。挂档过程，重复一档的挂档过程。

实施例二

如图6所示，与实施例一相比，楔块9为一体结构，方便加工和制造。

实施例三

如图7所示，在实施例一的基础上，油腔内的加压装置采用在主油腔52上连接加压机58的结构，通过旋转接头59实现二者的连接，能很好的增大液压油的压力。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多级变速器，其特征在于，包括位于变速箱内的：

输入轴，其上固定套设有若干主动齿轮；

输出轴，为中空轴，且该输出轴上同轴可转动地套设有若干从动齿轮，所述从动齿轮与主动齿轮一一啮合设置，且该从动齿轮与输出轴贴合的安装壁上呈环状开设有若干组楔口；

若干组楔块，每组楔块呈环形安装在输出轴上，与楔口一一对应，每个楔块沿输出轴截面径向向外延伸；

液压系统，包括：

油腔，其内部容纳液压油；

若干组顶升活塞，安装在输出轴内，并与楔块组一一对应连接；

若干供油管，与油腔联通，并穿设在输出轴空腔内，每根供油管均独立地与一组顶升活塞组联通。

2.根据权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，所述油腔包括：

主油腔，位于输出轴空腔外，且所述大活塞设置在该油腔内，并由电机驱动；

副油腔，位于输出轴空腔内，通过大油管与主油腔联通，所述大油管穿设在输出轴空腔内；

其中，所述主油腔和副油腔分设在输出轴长轴方向的两端，若干所述供油管一端与主油腔联通，另一端与就近的顶升活塞组连接，剩下若干所述供油管一端与副油腔联通，另一端也与就近的顶升活塞组连接。

3.根据权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，所述顶升活塞包括：

活塞腔，设置在输出轴内，所述活塞腔沿输出轴径向设置，且活塞腔一端与供油管连接，另一端为开口设置；

活塞本体，一端堵设在活塞腔开口端，另一端伸出活塞腔。

4.根据权利要求3所述的多级变速器，其特征在于，所述活塞本体与楔块之间通过顶升弹簧连接，且活塞本体伸出活塞腔的端部开设有供顶升弹簧安装的安装槽。

5.根据权利要求3所述的多级变速器，其特征在于，所述供油管与活塞腔之间通过环形油管实现联通，所述环形油管同轴内置在输出轴内，且与活塞腔位置相对应。

6.根据权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，所述输出轴上开设有供楔块伸出的顶升孔，所述楔块嵌套配合在顶升孔内，且下端位于输出轴内。

7.根据权利要求6所述的多级变速器，其特征在于，所述楔块下端与输出轴内壁之间连接有回位弹簧。

8.根据权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，所述楔口为向安装壁内下陷的槽口，其两侧具有向其靠近且逐渐下陷的渐进斜坡面。

9.根据权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，在所述输出轴长轴方向相邻的顶升活塞之间互相错开布置。

10.根据权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，所述水平管安装有电磁阀。