CN107725688B - 滑道式啮合装置、换挡装置及变速器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滑道式啮合装置及换挡装置，需要啮合时，轴向推动主动啮合齿轮的同时调整从动啮合齿轮的转速，通过斜滑道对限位装置的缓冲、限位及引导作用，平稳实现主动啮合齿轮和从动啮合齿轮的转速与转角的相位同步，当限位装置沿斜滑道滑移至其齿槽端时，主动啮合齿轮与从动啮合齿轮完全啮合，通过设置限位装置和滑道为啮合导向，实现主动啮合齿轮和从动啮合齿轮之间的精准定位，使得控制电机可以只用来实现转速同步，而不用精确的转角相位同步，因此对控制电机的精度要求大大降低。本发明还公开了一种包括上述换挡装置的变速器。
Description
技术领域
本发明涉及车辆换挡技术领域，特别是涉及一种滑道式啮合装置及换挡装置。此外，本发明还涉及一种包括上述换挡装置的变速器。
背景技术
纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的汽车，混合动力汽车是指含有两个以上动力源的汽车，其出现介于传统汽车和纯电动汽车之间，由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看。
相比传统汽车，纯电动汽车和混合动力汽车采用电机驱动时除了具有节能环保体积小的优势，更重要的是还具有电机低转速时恒扭矩、高转速时恒功率的特性，其更符合汽车的工况；但为了满足繁杂工况的需求，电动汽车上仍需要装有变速器。现在电动汽车上使用的二档变速器，以啮合套为换挡元件，会出现换挡冲击的问题，而如果使用控制电机的方案来解决换挡冲击，则对控制电机的控制精度要求太高，成本也更高。
因此如何解决电动汽车上变速器换挡冲击的问题，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种滑道式啮合装置及换挡装置，其通过接合元件的机构结构实现啮合齿轮之间的精准定位，能够解决换挡冲击问题，且对控制电机的精度要求低。本发明的另一目的是提供一种包括上述换挡装置的变速器。
为解决上述技术问题，本发明提供一种滑道式啮合装置，包括同轴设置的从动啮合齿轮和主动啮合齿轮，所述从动啮合齿轮的外端具有外啮合齿，所述主动啮合齿轮靠近所述从动啮合齿轮的一端内壁具有能够与所述外啮合齿相啮合以实现传动的内啮合齿，所述内啮合齿中的至少一个轮齿的齿顶面上安装有能够径向伸缩的限位装置，所述从动啮合齿轮的外轴面上设有用于与所述限位装置滑动配合的斜滑道，所述斜滑道一端为开口端且该开口端与所述从动啮合齿轮的内端面连通，另一端向外倾斜延伸至所述外啮合齿的一个齿槽内，且当所述限位装置沿所述斜滑道滑移至其齿槽端时，所述主动啮合齿轮与所述从动啮合齿轮完全啮合。
优选地，所述斜滑道为宽度从内端面端至齿槽端逐渐变窄的弧形滑道。
优选地，所述内啮合齿中的多个轮齿的齿顶面上安装有所述限位装置，所述从动啮合齿轮的外轴面上设有分别与各所述限位装置滑动配合的多个所述斜滑道，多个所述限位装置在所述内啮合齿上均匀布置。
优选地，所述限位装置为柱销弹簧装置或滚珠弹簧装置。
优选地，所述滑道内设有与其匹配且紧密贴合固定的卡槽，所述卡槽为石墨烯加强塑料卡槽。
本发明还提供一种换挡装置，包括两组左右对称设置的滑道式啮合装置，所述滑道式啮合装置具体为上述任意一项所述的滑道式啮合装置，且两个所述主动啮合齿轮固定连接为一体或一体加工成型。
优选地，所述主动啮合齿轮外周具有用于带动其左右轴向移动的拔叉环。
本发明还提供一种变速器，包括输入轴、输出轴、固定在所述输出轴上的输出低速齿轮和输出高速齿轮，安装在所述输入轴上的换挡装置，以及安装在所述输入轴上且分别位于所述换挡装置左右两侧的输入低速齿轮和输入高速齿轮，所述输出低速齿轮与所述输入低速齿轮轮齿啮合，所述输出高速齿轮与所述输入高速齿轮轮齿啮合，所述输入低速齿轮和所述输入高速齿轮与所述输入轴周向转动连接，所述换挡装置具体为上述任意一项所述的换挡装置，所述主动啮合齿轮与所述输入轴周向固定连接且能够沿所述输入轴左右轴向移动，一个所述从动啮合齿轮与所述输入低速齿轮固定连接，另一个所述从动啮合齿轮与所述输入高速齿轮固定连接。
优选地，所述主动啮合齿轮与所述输入轴花键连接。
本发明提供的滑道式啮合装置，包括同轴设置的从动啮合齿轮和主动啮合齿轮，从动啮合齿轮的外端具有外啮合齿，主动啮合齿轮靠近从动啮合齿轮的一端内壁具有能够与外啮合齿相啮合以实现传动的内啮合齿，内啮合齿中的至少一个轮齿的齿顶面上安装有能够径向伸缩的限位装置，从动啮合齿轮的外轴面上设有用于与限位装置滑动配合的斜滑道，斜滑道一端为开口端且该开口端与从动啮合齿轮的内端面连通，另一端向外倾斜延伸至外啮合齿的一个齿槽内，且当限位装置沿斜滑道滑移至其齿槽端时，主动啮合齿轮与从动啮合齿轮完全啮合。
需要啮合时，轴向推动主动啮合齿轮的同时调整从动啮合齿轮的转速，通过斜滑道对限位装置的缓冲、限位及引导作用，平稳实现主动啮合齿轮和从动啮合齿轮的转速与转角的相位同步，当限位装置沿斜滑道滑移至其齿槽端时，主动啮合齿轮与从动啮合齿轮完全啮合。
通过设置限位装置和滑道为啮合导向，实现主动啮合齿轮和从动啮合齿轮之间的精准定位，使得控制电机可以只用来实现转速同步，而不用精确的转角相位同步，因此对控制电机的精度要求大大降低。
本发明提供的换挡装置包括上述滑道式啮合装置，由于上述滑道式啮合装置具有上述技术效果，上述换挡装置也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。
本发明提供的变速器包括上述换挡装置，由于上述换挡装置具有上述技术效果，上述变速器也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。
附图说明
图1为本发明所提供的滑道式啮合装置的一种具体实施方式的结构示意图；
图2为本发明所提供的换挡装置的一种具体实施方式的结构示意图；
图3为本发明所提供的变速器的一种具体实施方式的结构示意图；
图4为本发明所提供的变速器的一种具体实施方式的一种啮合状态示意图；
图5为本发明所提供的变速器的一种具体实施方式的另一种啮合状态示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种滑道式啮合装置及换挡装置，其通过接合元件的机构结构实现啮合齿轮之间的精准定位，能够解决换挡冲击问题，且对控制电机的精度要求低。本发明的另一核心是提供一种包括上述换挡装置的变速器。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明所提供的滑道式啮合装置的一种具体实施方式的结构示意图。
本发明具体实施方式提供的滑道式啮合装置，包括同轴设置的从动啮合齿轮301和主动啮合齿轮303，从动啮合齿轮301的外端具有外啮合齿，主动啮合齿轮303靠近从动啮合齿轮301的一端内壁具有内啮合齿，该内啮合齿能够与从动啮合齿轮301的外啮合齿轮轮齿啮合，从而实现主动啮合齿轮303与从动啮合齿轮301的啮合传动，另外，在内啮合齿中的至少一个轮齿的齿顶面上安装有限位装置3031，该限位装置3031能够相对齿顶面沿主动啮合齿轮303径向伸缩，在从动啮合齿轮301的外轴面上设有能够与限位装置3031滑动配合的斜滑道3011，斜滑道3011一端为开口端且该开口端与从动啮合齿轮301的内端面连通，另一端向外倾斜延伸至外啮合齿的一个齿槽内。
需要啮合时，轴向推动主动啮合齿轮303的同时调整从动啮合齿轮301的转速，通过斜滑道3011对限位装置3031的缓冲、限位及引导作用，平稳实现主动啮合齿轮303和从动啮合齿轮301的转速与转角的相位同步，当限位装置3031沿斜滑道3011滑移至其齿槽端时，主动啮合齿轮303与从动啮合齿轮301完全啮合。
通过设置限位装置3031和滑道为啮合导向，实现主动啮合齿轮303和从动啮合齿轮301之间的精准定位，使得控制电机可以只用来实现转速同步，而不用精确的转角相位同步，因此对控制电机的精度要求大大降低。
为在实现导向作用下进一步减少啮合冲击，本发明具体实施方式提供的滑道式啮合装置，斜滑道3011优选采用弧形结构，且其宽度优选从内端面端至齿槽端逐渐变窄，可以使主动啮合齿轮303和从动啮合齿轮301能够更平稳地啮合。
进一步，可以在内啮合齿中的多个轮齿的齿顶面上安装有限位装置3031，并在从动啮合齿轮301的外轴面上设有多个与之对应的斜滑道3011，每个斜滑道3011均与一个限位装置3031滑动配合，即可以设有多组限位装置3031和斜滑道3011，可以实现快速定位，啮合导向性和平稳性更好。多个限位装置3031在内啮合齿上可以均匀布置，以便转动平衡。限位装置3031和斜滑道3011的设置数量可以自行调整，本申请对此不作具体限制。
本发明具体实施方式提供的滑道式啮合装置，限位装置3031有多种，具体可以选用滚珠弹簧装置，滚珠弹簧装置由滚珠和推动滚珠径向移动的弹簧组成，弹簧与轮齿固定相连，主动啮合齿轮303移动至限位装置3031与斜滑道3011相对应时，弹簧推动滚珠落入斜滑道3011内。当然，也可以选用柱销弹簧装置等其他限位装置3031，也在本发明的保护范围之内。
在上述各具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的滑道式啮合装置，在滑道内可以设有与其匹配且紧密贴合固定的卡槽，卡槽作为一个单独部件安装在从动啮合齿轮301上的斜滑道3011内，可以保护从动啮合齿轮301，可以单独更换；另外，卡槽所用材料优选具有一定弹性，以进一步减小啮合时限位装置3031与斜滑道3011撞击的冲击度，具体可以选用以有机材料为基体，掺杂石墨烯的复合材料，例如石墨烯加强塑料，抗冲击性能较好。当然，也可以选用其他抗冲击的材料制作卡槽，均在本发明的保护范围之内。
在上述各具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的滑道式啮合装置，主动啮合齿轮303安装在转轴上，通过与转轴同步转动并沿转轴轴向移动来实现与从动啮合齿轮301的轮齿啮合，具体地，在主动啮合齿轮303外周可以设有拔叉环3032，这样使用时可以通过拔叉带动主动啮合齿轮303轴向移动。
请参考图2，图2为本发明所提供的换挡装置的一种具体实施方式的结构示意图。
除了上述滑道式啮合装置，本发明具体实施方式还提供了一种包括两组上述滑道式啮合装置的换挡装置300，两组滑道式啮合装置左右对称设置，且两个主动啮合齿轮303固定连接为一体或一体加工成型。
控制两个主动啮合齿轮303向左轴向移动，并通过相应的限位装置3031和滑道限位和导向，可以实现主动啮合齿轮303左端与位于其左侧的从动啮合齿轮301啮合，控制两个主动啮合齿轮303向右轴向移动，则可以实现主动啮合齿轮303右端与位于其右侧的从动啮合齿轮302啮合，从而实现换挡；通过设置限位装置3031和斜滑道3011为换挡啮合导向，能够实现主动啮合齿轮303和左侧从动啮合齿轮301以及右侧从动啮合齿轮302之间的精准定位，减少换挡冲击，并使得控制电机可以只用来实现转速同步，而不用精确的转角相位同步，因此对控制电机的精度要求大大降低。
在上述具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的换挡装置300，两个主动啮合齿轮303安装在转轴上，通过与转轴同步转动并沿转轴左右轴向移动来实现与两侧的从动啮合齿轮301轮齿啮合，具体地，在主动啮合齿轮303外周可以设有拔叉环3032，这样使用时可以通过拔叉带动主动啮合齿轮303左右轴向移动，简单方便。
请参考图3至图5，图3为本发明所提供的变速器的一种具体实施方式的结构示意图；图4为本发明所提供的变速器的一种具体实施方式的一种啮合状态示意图；图5为本发明所提供的变速器的一种具体实施方式的另一种啮合状态示意图。
本发明的具体实施方式还提供一种包括上述换挡装置300的变速器，该变速器还包括输入轴200、输出轴100，固定在输出轴100上的输出低速齿轮401和输出高速齿轮501，以及安装在输入轴200上的输入低速齿轮402和输入高速齿轮502，换挡装置300安装在输入轴200上，且输入低速齿轮402和输入高速齿轮502分别位于换挡装置300左右两侧，输出低速齿轮401与输入低速齿轮402轮齿啮合，输出高速齿轮501与输入高速齿轮502轮齿啮合，输入低速齿轮402和输入高速齿轮502与输入轴200周向转动连接，换挡装置300中的主动啮合齿轮303与输入轴200周向固定连接且能够沿输入轴200左右轴向移动，换挡装置300中的一个从动啮合齿轮301与输入低速齿轮402固定连接，另一个从动啮合齿轮302与输入高速齿轮502固定连接；使用时通过由驾驶员操作或电控操作的换挡操作控制主动啮合齿轮303沿输入轴200左右轴向移动，实现主动啮合齿轮303与输入低速齿轮402上的从动啮合齿轮301或输入高速齿轮502上的从动啮合齿轮302啮合，实现换挡操作，再通过输入低速齿轮402与输出轴100上的输出低速齿轮401啮合，或输入高速齿轮502与输出轴100上的输出高速齿轮501啮合来实现传动输出，完成变速操作。
在一种模式下，控制主动啮合齿轮303向左轴向移动即向输入低速齿轮402上的从动啮合齿轮301轴向移动时，通过动力源同步调整输入低速齿轮402上的从动啮合齿轮301的转速，限位装置3031沿斜滑道3011滑移，在斜滑道3011对限位装置3031的缓冲、限位及引导作用下，平稳实现主动啮合齿轮303和该从动啮合齿轮301的转速与转角的相位同步，当限位装置3031沿斜滑道3011滑移至其齿槽端时，主动啮合齿轮303与该从动啮合齿轮301完全啮合，完成换挡操作。
在另一种模式下，控制主动啮合齿轮303向右轴向移动即向输入高速齿轮502上的从动啮合齿轮302轴向移动时，通过动力源同步调整输入高速齿轮502上的从动啮合齿轮302的转速，限位装置3031沿斜滑道3011滑移，在斜滑道3011对限位装置3031的缓冲、限位及引导作用下，平稳实现主动啮合齿轮303和该从动啮合齿轮302的转速与转角的相位同步，当限位装置3031沿斜滑道3011滑移至其齿槽端时，主动啮合齿轮303与该从动啮合齿轮302完全啮合，完成另一种换挡操作。
进一步地，本发明具体实施方式提供的变速器，主动啮合齿轮303与输入轴200周向固定连接且能够沿输入轴200左右轴向移动，具体地，主动啮合齿轮303可以与输入轴200花键连接，在输入轴200上加工有外花键，在主动啮合齿轮303上加工有与外花键配合连接的内花键，花键连接结构强度高且稳定可靠。当然，也可以采用普通的键连接等方式，也在本发明的保护范围之内。
在本发明申请文件的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上对本发明所提供的滑道式啮合装置、换挡装置及变速器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种滑道式啮合装置，其特征在于，包括同轴设置的从动啮合齿轮和主动啮合齿轮，所述从动啮合齿轮的外端具有外啮合齿，所述主动啮合齿轮靠近所述从动啮合齿轮的一端内壁具有能够与所述外啮合齿相啮合以实现传动的内啮合齿，所述内啮合齿中的至少一个轮齿的齿顶面上安装有能够径向伸缩的限位装置，所述从动啮合齿轮的外轴面上设有用于与所述限位装置滑动配合的斜滑道，所述斜滑道一端为开口端且该开口端与所述从动啮合齿轮的内端面连通，另一端向外倾斜延伸至所述外啮合齿的一个齿槽内，所述限位装置为滚珠弹簧装置，所述滚珠弹簧装置由滚珠和推动滚珠径向移动的弹簧组成；
需要啮合时，轴向推动所述主动啮合齿轮的同时，调整所述从动啮合齿轮的转速，通过所述斜滑道对所述限位装置的缓冲、限位及引导作用，平稳实现所述主动啮合齿轮和所述从动啮合齿轮的转速与转角的相位同步，且当所述限位装置沿所述斜滑道滑移至其齿槽端时，所述主动啮合齿轮与所述从动啮合齿轮完全啮合；所述斜滑道为宽度从内端面端至齿槽端逐渐变窄的弧形滑道。
2.根据权利要求1所述的滑道式啮合装置，其特征在于，所述内啮合齿中的多个轮齿的齿顶面上安装有所述限位装置，所述从动啮合齿轮的外轴面上设有分别与各所述限位装置滑动配合的多个所述斜滑道，多个所述限位装置在所述内啮合齿上均匀布置。
3.根据权利要求1或2所述的滑道式啮合装置，其特征在于，所述滑道内设有与其匹配且紧密贴合固定的卡槽，所述卡槽为石墨烯加强塑料卡槽。
4.一种换挡装置，其特征在于，包括两组左右对称设置的滑道式啮合装置，所述滑道式啮合装置具体为权利要求1至3任意一项所述的滑道式啮合装置，且两个所述主动啮合齿轮固定连接为一体或一体加工成型。
5.根据权利要求4所述的换挡装置，其特征在于，所述主动啮合齿轮外周具有用于带动其左右轴向移动的拔叉环。
6.一种变速器，其特征在于，包括输入轴、输出轴、固定在所述输出轴上的输出低速齿轮和输出高速齿轮，安装在所述输入轴上的换挡装置，以及安装在所述输入轴上且分别位于所述换挡装置左右两侧的输入低速齿轮和输入高速齿轮，所述输出低速齿轮与所述输入低速齿轮轮齿啮合，所述输出高速齿轮与所述输入高速齿轮轮齿啮合，所述输入低速齿轮和所述输入高速齿轮与所述输入轴周向转动连接，所述换挡装置具体为权利要求4或5所述的换挡装置，所述主动啮合齿轮与所述输入轴周向固定连接且能够沿所述输入轴左右轴向移动，一个所述从动啮合齿轮与所述输入低速齿轮固定连接，另一个所述从动啮合齿轮与所述输入高速齿轮固定连接。
7.根据权利要求6所述的变速器，其特征在于，所述主动啮合齿轮与所述输入轴花键连接。
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2017
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