CN107850210B - 换挡设备 - Google Patents

Abstract

一种换挡设备，其包括沿着轴线(114)延伸的轴(100)和至少一个换挡特征(102)，各个所述换挡特征(102)包括：多部分销(106)，其具有布置成相对于彼此旋转的第一部分(108)和第二部分(110)，它们延伸穿过沿着轴(100)延伸的相应槽(112)；鼓(104)，其围绕轴(100)布置并且具有沿其长度延伸的通道(120)，多部分销(106)的第一部分(108)和第二部分(110)分别接收在该通道(120)中用于使得扭矩能够在轴(100)旋转时传递至鼓(104)，鼓(104)还至少部分地围绕其外表面限定轨道(117)；偏置机构，其用于将鼓(104)沿着轴(100)的长度朝向静止位置推进；以及驱动部件选择器部件，其设置成与所述轨道(117)操作相关，其中驱动部件选择器部件可控制成通过使轴(100)旋转而选择性地接合驱动部件，用于在使用中将扭矩传递至其。

Description

换挡设备

技术领域

本发明涉及用于选择性地接合驱动部件例如以实施齿轮箱内的传动比变化的换挡设备。

背景技术

WO2014/049317A1描述了一种齿轮箱，其在如下意义上为无离合器的：一旦具有此类齿轮箱的汽车处于运动中，则不同的传动比可被选择，而不使离合器解除接合。WO2014/049317A1中在第12页第17行与第15页第32行之间的段落描述了用于在此类齿轮箱中实施传动比变化的换档机构。发现的是，在实践中，需要比期望的更大的扭矩来旋转换档轴，以实施传动比变化。在某些情况(其中在换档桶状物的斜坡上使用一陡峭角度)下，机构可卡住，并且因此阻止机构正确地起作用。在本文中参照图8(WO2014/049317A1中的图8的重现)，这主要归因于销21与它们所延伸穿过的换档轴9中的槽22的边缘之间的摩擦。

更具体而言，有时图8中标记为11的这种选择器鼓沿着换档轴9的长度被推进。这例如在WO2014/049317A1中在第16页第31行与第17页第1行之间以及还在第18页第25至32行之间提到的情况下发生。例如，在第一种情况下，为了实施传动比升档，扭矩和轴向力两者施加在与较低档齿轮相关联的选择器鼓11b上，由此使其沿着换档轴9移动，直到较高档齿轮被接合。在选择器鼓11b沿着换档轴9推动时，以上提及的销21拖拽抵靠换档轴9中的槽22的边缘。滑动摩擦因此提供，要求比预期更大的扭矩施加在换档轴9上，以使选择器鼓11b在传动比升档期间沿着其长度推动。在降档但正驱动扭矩存在期间，关于摩擦的类似问题发生。

本发明的方面构思成解决前面所述。

发明内容

根据本发明的方面，提供一种换挡设备，其包括沿着轴线延伸的轴和至少一个换挡特征，各个所述换挡特征包括：

多部分销，其具有布置成相对于彼此旋转的第一部分和第二部分，它们延伸穿过沿着轴延伸的相应槽；

鼓，其围绕轴布置并且具有沿着其长度延伸的通道，多部分销的第一部分和第二部分分别接收在该通道中用于使得扭矩能够在轴旋转时传递至鼓，鼓还至少部分地围绕其外表面限定轨道；

偏置机构，其用于将鼓沿着轴的长度朝向静止位置推进；以及

驱动部件选择器部件，其设置成与所述轨道操作相关，其中驱动部件选择器部件可控制成通过使轴旋转而选择性地接合驱动部件，用于在使用中将扭矩传递至其。

设备可构造成使得在扭矩从轴传递至鼓并且克服偏置机构的轴向力施加于鼓时，鼓通过骑乘在多部分销上而沿着轴移动。

设备可构造成使得在扭矩从轴传递至鼓时，多部分销的第一部分和第二部分中的各个夹在槽的边缘与通道的表面之间，相应部分延伸穿过该槽，相应部分延伸到该通道中。

设备可构造成使得在鼓沿着轴移动时，多部分销的第一部分和第二部分中的各个与槽的边缘和通道的表面处于剪切，相应部分延伸穿过该槽，相应部分延伸到该通道中。

设备可构造成使得多部分销的第一部分和第二部分在鼓沿着轴移动时，沿相反的方向旋转。

设备可构造成使得轴可相对于鼓旋转预定的量，而不使扭矩传递至鼓。

间隙可存在于槽的侧部与通道的侧部之间，多部分销的第一部分和第二部分分别延伸穿过该槽，到该通道中。

多部分销的第一部分和第二部分中的一个可接收在另一个内。

多部分销的第一部分和第二部分可由至少一个附加的多部分销特征联接。

多部分销可包括第三部分，第一部分和第二部分可绕着第三部分旋转。

偏置机构可包括两个销，该两个销推进到鼓的相对侧上的凹部中，并且其中设备可构造成使得扭矩在轴旋转时不由此类销传递至鼓。

销中的各个可由围绕销部分地延伸的相应的弹性偏置部件推进。

当鼓定位在静止位置时，围绕相应销延伸的弹性偏置部件可维持多部分销与沿着轴的长度延伸的轴线大致上垂直。

销可相对于多部分销以大致90度布置。

一种变速箱，其包括根据任一迄今为止提及的布置的换挡设备。

附图说明

本发明的实施例现在将经由非限制性实例参照附图来描述，其中：

图1示出了处于完全解除接合状态的根据本公开的方面的布置的主构件的组装；

图2为图1的布置的主构件的分解视图；

图3示出了止块毂3b上的止块特征和齿轮2上的对应的止块特征的细节视图；

图4示出了处于半接合状态的图1的布置的主构件的组装；

图5示出了处于完全接合状态的图1的布置的主构件的组装；

图6为包括现有技术的换档机构的4比齿轮箱的总体视图；

图7示出了图6的换档机构的一些构件，其中一个止块毂以分解视图示出用于参照；

图8为通过换档轴9的轴线的截面视图，示出了换档轴与选择器鼓之间的弹簧连接；

图9为包括现有技术的换档机构的4比齿轮箱的平面视图，示出有完全地接合的一个比；

图10为包括示出在从第三速度至第四速度的升档的过程中的、现有技术的换档机构的4比齿轮箱的平面视图；

图11为包括现有技术的换档机构的4比齿轮箱的平面视图，示出有在存在正驱动扭矩时预先选择的降档；

图12为穿过根据本发明的实施例的包括多个换档特征的换档轴的截面视图；

图13为图12中的布置的部分分解视图；

图14a至图14g从各个角度示出选择器鼓104；

图15为沿着换档轴100的长度观看的图12中的布置的截面视图；以及

图16为图12中的布置的另一部分分解视图。

具体实施方式

本发明的实施例是对WO2014/049317A1中描述的齿轮箱的改进。为了本说明的完整性，提供了该已知的齿轮箱的概要，并且之后解释了用于实施传动比换挡的改进的换挡机构。

图1示出处于完全解除接合状态的本公开的方面的主构件的组装。轴1穿过第一选择器部件(在本文中被称为“止块毂”3a)、呈齿轮2的形式的驱动部件，以及第二止块毂3b。齿轮2由低摩擦轴承(不可见)(在该布置中为平面止推垫圈和滚针轴承的组合)安装在轴上，以使其沿轴向和径向定位在轴1上，但是相对于轴1自由旋转。

在该布置中，驱动部件为齿轮2，尽管在其它布置中，驱动部件可为需要选择性地旋转地接合于轴的驱动机构的任何部分，例如滚子链条链轮或皮带驱动滑轮。

如可特别地参照图1至图3看见的，止块毂3大致上为环形的，具有两个面和用于与轴1接合的器件(在该实例中为带齿的内环6a,6b)。它们还包括布置在其各个面上的多个(在该实例中为3个)突起或接合“止块”特征7a,7b,7f,7e。齿轮2也为环形的，包括带齿的外表面和两个相对的面。齿轮进一步包括多个(在该实例中，在各个面上为3个)接合“止块”特征7c,7d。毂3b的止块特征7确定形状成接合齿轮2的止块特征7，如将在下面更详细描述的。

在图1的解除接合状态下，两个止块毂3a和3b远离齿轮2沿轴向移位，以使毂上的止块特征7a,7b与齿轮2上对应的止块特征7c,7d解除接合。将注意的是，两个止块毂3a,3b的第二面(如示出的，外面)上的止块特征7e和7f不与图1-5中示出的齿轮2接合，但是设置成允许与可安装在主轴上的其它齿轮的接合(见在前的图6)。

图2为本公开的方面的主构件的“分解视图”，其中图的下半部示出与图的上半部相同的构件，但是以不同的视角揭露齿轮2的第二侧上的止块特征7。在图2的上半部中，止块毂3a上的止块特征7a和齿轮2的一侧上的对应的止块特征7d为可见的。在图2的下半部中，止块毂3b上的止块特征7b和齿轮2的另一侧上的对应的止块特征7c为可见的。

在如附图中示出的该布置中，各个止块毂3的各个面和各个齿轮2的各个面具有由止块特征7提供的三个此类突起，其围绕轴的轴线大致均匀地分布。然而，每面使用任何数量的相似的止块特征7为可能的。例如，如果需要较高的负载能力，则可使用更多的止块特征7，或者为了简单起见，或者为了实现关于较高的速度差的接合，可使用较少的止块特征7。然而，每面提供三个止块特征7在止块特征7之间提供大致均匀的负载共享，并且在止块特征7传递扭矩时给出自定心动作。如果使用多于三个止块特征7，则需要高的制造精度，以确保止块特征位置中的任何误差小于负载下的止块特征7的偏转(如果将实现多于三个止块特征7的负载共享)。此外，每面使用三个止块特征7提供了特征之间的大的角度间隙，以允许在止块毂3与齿轮2之间以相对高的速度的正接合。

轴1包括多个阳花键齿部分6c,6d(其数量对应于组件中的止块毂3的数量)，并且止块毂3的内环承载对应的阴花键齿6a,6b。这些匹配的花键6c,6d和6a,6b确定公差成以间隙配合啮合。阳花键齿比阴花键齿宽(即，沿着轴1进一步沿轴向延伸)，使得一旦布置在轴1上，止块毂3a,3b在与阳花键齿6c，6d对准时沿径向且旋转地连接于轴1，但是在维持至轴1的该连接时自由地沿轴向移动。这允许止块毂3a,3b的止块特征7a,7b在仍由轴1驱动时移入和移出与齿轮2的止块特征7c,7d的接合。

图3示出了止块毂3上的止块特征7a,7b和齿轮2上的对应的止块特征7c,7d的细节视图。止块特征7a-d中的各个由在齿轮2或止块毂3的侧面上方突出的斜坡形块构成。各个止块特征7a-d从与止块毂3的面处于同一平面的基部4e升起，并且包括倾斜表面5b,5c以及“匹配”或接触表面4c,4b，其远离轴1的轴线成角度，以在毂3上的特征与齿轮2上的特征之间(在彼此旋转地驱动时)提供正接合或物理互锁。

此外，以单个毂为例，在止块毂3b由换档机构(在下文中描述)的作用朝向齿轮2移动时，止块毂3b的止块特征7b的前缘4b将变成与齿轮2的止块特征7c的前缘4c接合，并且提供在两个构件之间传递扭矩的器件。由于扭矩的传递而产生的匹配面4b,4c之间的接触力将倾向于(由于面4b,4c的角度)将止块毂3b朝向齿轮2拉动，因此确保不存在机构在传递扭矩时脱离接合的趋势。

止块特征7b,7c的倾斜表面5b,5c提供以相对小的角度倾斜的后缘。在另一意义上，在止块毂3b与齿轮2之间存在相对旋转时，浅倾斜表面5b,5c将容易地彼此上骑(rideup)，因此迫使止块毂3b远离齿轮2，并且因此使两个构件之间的任何连接解除接合。止块特征7a-f的该“倾斜”形式因此提供在相对旋转的一种意义上的扭矩的正接合和传递，并且提供在相对旋转的另一种意义上的止块特征7a-f的解除接合以及扭矩的不传递。

应当注意的是，如图2的上半部中可见的，齿轮2的一侧上的止块特征7以及止块毂3a上的对应的止块特征7适于给出在相对旋转的意义上的止块毂3a与齿轮2之间的正接合和驱动连接，并且齿轮2的另一侧上的止块特征7以及止块毂3b上的对应的止块特征7适于给出在相对旋转的另一种意义上的正接合和驱动连接。因此，当两个止块毂3由换挡机构(之后描述)的作用朝向齿轮2移动时，在齿轮2与止块毂3a,3b之间在相对旋转的两种意义上存在正驱动接合，并且由于两个止块毂3a,3b由花键连接于轴(对轴1而言)。

图4示出处于“半接合”状态的本公开的迄今为止描述的方面的主构件的组装。止块毂3a与齿轮2接触，并且止块特征7的匹配表面4a,4d与彼此接触。止块毂3b远离齿轮2沿轴向移位，以使在止块特征突起的末端之间存在间隙。因此，在该状态下，齿轮2在一种意义上(例如，正扭矩/向前驱动)而不是在另一种意义上(例如，负扭矩/反向驱动)旋转地连接于轴1，用于相对旋转。

图5示出处于完全接合状态的本公开的迄今为止描述的方面的主构件的组装。两个止块毂3a,3b与齿轮2接触。止块毂3上的止块特征7a,7b的前缘与齿轮2上的止块特征7c,7d的对应前缘接合。因此，在该状态下，齿轮2旋转地连接于轴1，用于在两种意义上的相对旋转和驱动。应当注意的是，选择止块毂3a,3b到轴1上的组装，以使在该完全接合的状态下，仅小切向间隙存在于止块特征7的前缘之间。该小切向间隙确保在该完全接合的状态下，仅少量的游隙存在于齿轮2与轴1之间。对于道路车辆，特别是客运车辆而言，小游隙对于乘客舒适而言为合乎需要的，以在每次发生扭矩反转时(例如，在驾驶员抬起加速踏板时)使传动系统中的扭转冲击最小化。在止块之间提供最小量的间隙，以允许具有成角度的前缘(如该布置中示出的)的止块特征7a-f的接合，以提供正接合，并且允许制造公差。

图6为包括换档机构的4比齿轮箱的整体视图。主轴1a承载直径变化的四个齿轮2a,2b,2c,2d，它们均与放置齿轮(lay gear)8啮合，放置齿轮8具有沿其长度形成的四个啮合齿轮2。在该布置中，主轴1a为输入，而放置齿轮8为输出。当通过使用止块毂3将齿轮2a-d旋转地连接于主轴而选择齿轮2a-d中的一个时，在输入轴1a与放置齿轮8之间存在驱动连接，输入轴1a关于放置齿轮8的相对速度为选择的齿轮2上的齿数与放置齿轮8上的接合齿轮上的齿数的比率。选择齿轮中的各个上的直径和齿数，以实现相邻的齿轮对之间大致相似的比率差，因此提供在换档时的输入速度的相似阶跃变化。

换档机构包括换档轴9，其包括许多换档特征10。在该四速示例性实施例中，存在五个此类换档特征，各个换档特征包括一个止块毂3。如图1中示出，在主轴1a上的齿轮2中的各个之间的止块毂3具有形成在两侧上的止块特征7，以与相邻的齿轮2中的任一个接合。在该图示中示出的主轴1a的各个端部上的止块毂3具有仅一侧上的止块特征7，以与相邻的齿轮2接合。然而，为了方便起见，为了最小化在给定的齿轮箱中使用的不同构件的数量，并且为了防止不正确的组装，与齿轮2之间使用的相同的“双侧” 止块毂3可在主轴1a的端部处使用，其中其外部止块特征7为冗余的。

主轴1a、放置齿轮8以及换档轴9在壳体中支承在合适的轴承上，各个轴的各个端部处有一个轴承。壳体和轴承在该图示中未示出，但是合适的轴承将对本领域技术人员而言为熟悉的。

图7示出了以分解视图示出的换档机构的一些构件。选择器鼓11安装在换档轴9上。提供换档臂12a,12b，一个安装在各个选择器鼓11的上方，而另一个安装在各个选择器鼓11的下方，并且换档臂12a,12b由枢转销13定位到齿轮箱壳体(未示出)中。枢转销13定位在齿轮箱壳体的孔中，以便关于壳体静止。在各个枢转臂12a,12b的一个端部上，存在销15，其与在选择器鼓11的外直径上切割的轨道16接合(还见针对轨道16的视图的图9)。如可以可能在图9中示出的组装的换挡机构中更好地认识到的，轨道16的轴向位置围绕鼓11的圆周变化。在鼓11与换挡轴9一起旋转时，销15因此沿轴向移动，并且换档臂12a-b围绕枢转销13枢转。在换档臂12a,12b的另一端部上安装换档止推环14。换档止推环14的外侧上形成的销17配合穿过换档臂12a,12b的端部中的孔，以使换档止推环14可在臂12a,12b的端部上枢转。换档止推环14形成为具有围绕其内径的凹槽18，凹槽18配合在形成在止块毂3的外直径上的脊部19之上。当换档止推环14配合在止块毂3之上时，在凹槽18的内侧与脊部19的轮廓之间存在小轴向间隙，以使止块毂3可在环14内自由地旋转，但是如果环14沿轴向移位，则止块毂3也沿轴向移位。具体而言，当换挡臂12a,12b由旋转的选择器鼓11的作用枢转时，换挡止推环14因此沿轴向移位，并且与其止块毂3一起沿轴向移位。

在示出的布置中，齿轮箱呈现成部分地填充有油，用于冷却和润滑齿轮和轴承。该油因此将在凹槽18的内部与脊部19之间提供润滑，因此在齿轮箱以高速旋转时形成能够使止块毂3移位的推力轴承，用于齿轮选择的目的。如将对技术人员而言为熟悉的，凹槽18的内表面中的一些可被回切，以留下升起的推力垫，以减小凹槽18与脊部19之间的接触面积，以减少摩擦并且有助于润滑。

在其它布置中，换挡止推环14与止块毂3之间的推力轴承可为任何其它合适形式的推力轴承，例如，滚针推力轴承、滚珠轴承，或球面滚子轴承。如将对技术人员而言为熟悉的，任何此类轴承能够引起止块毂3的轴向位移。

图8为穿过换挡轴9的轴线的截面视图，揭露换挡轴9与选择器鼓11之间的弹簧连接。换挡轴9包括具有一系列槽22(也见图9)的管，一系列槽22切割穿过管壁。各个选择器鼓11的各侧上的销21配合穿过槽22并且与选择器鼓11的各侧上的切出轨道25接合。弹簧24在换档轴9内配合在各个选择器鼓11之间，其中，弹簧杯形件23在各个弹簧24的各个端部上，弹簧杯形件23依靠在销21上。弹簧24选择成比各个弹簧杯形件23之间的空隙长，以使它们在组装时部分地压缩并且因此将限定的预负载提供至销21。弹簧杯形件23依靠在其上的各个销21的中间部分为较小的直径，以使弹簧杯形件23的各侧存在台阶，以将销21固持在换档轴9中的适当位置，即使销21由选择器鼓11的轴向位移揭露。应当注意的是，在换档轴9中的槽22的端部之间的空隙以及在选择器鼓11中的切出轨道25之间的材料的轴向厚度为大致相同的，以使来自弹簧24的销21上的预负载保持销21与槽22的端部接触，并且选择器鼓11沿着换档轴9的轴线正定位在销21之间。穿过槽22且到选择器鼓11中的切出部25中的销21提供换挡轴9与鼓11之间的旋转连接，但是允许在槽22的长度内的轴向位移。如果力作用成沿着换挡轴9拉动扇形鼓11，该力超过弹簧24中的预负载，则销21将沿着槽22移动，进一步压缩弹簧24，允许选择器鼓11的轴向位移，同时维持旋转连接。选择器鼓11因此沿着换档轴9的长度正定位，因此可提供对换档臂的正控制以及止块毂3沿着轴1的移动，但是如果由弹簧24中的预负载限定的负载被超过时，则选择器鼓11可沿着换档轴9沿轴向移位。

应当注意的是，在该实例中，各个选择器鼓11利用间隙配合来配合在换档轴9之上，以允许轴向位移，并且此外，选择器鼓11的内部开孔28为双锥形形式，以允许鼓11在轴9上的一些未对准。此外，应当注意的是，示例性布置中的两个换档臂12a和12b可彼此独立地枢转。这在机构中提供了一定量的灵活性，以允许由于制造公差等而产生的各个构件的几何形状的变化。止块毂3接着允许接触齿轮2，而不被换挡机构过度地约束。还可注意的是，关于接合在其轨道中的两个销15(一个与另一个直接相对)的选择器鼓11的使用确保了来自选择器鼓11上的换挡臂12的合力大致上作用在弹簧24上的轴9的中心线处。该构造因此抵抗鼓11结合在换挡轴9上的任何倾向，如果鼓11由止块毂3上的止块特征7与齿轮2上的止块特征7接合的作用沿轴向移位。

可注意的是，在该实例中，为了成本有效的制造，通过最小化使用的不同构件的数量并且防止不正确的组装，配合于换档轴9的选择器鼓11中的各个为相同的构件，并且它们的角度和轴向位置由切割穿过换档轴9的各种槽22的地点确定。此外，选择器鼓11设计成对称的，以使它们不需要安装在任何特定的方位上以正确地起作用。然而，这在所有实例中不需要如此。

图7示出了配合于换档轴9的选择器鼓11。邻近于鼓11的是门26。门26固定于齿轮箱(未示出)的壳体，并且具有一系列槽，各个选择器鼓11的边缘穿过该一系列槽。鼓11与门26中的槽之间存在间隙，以使在正常操作中，鼓11自由地旋转，而不接触门26。在各个鼓11的端面中，存在邻近于门26中的槽的切出部27。在某些角度位置处，鼓11的切出部27与门26对准，以使如果选择器鼓11沿着换挡轴9沿轴向移位，则切出部27与门26接合，并且鼓11(以及整个换档轴9)的旋转限制于切出部的角度范围。这提供了用以阻挡止块毂3移动的某些组合的机构，该某些组合否则可损坏齿轮箱，如现在描述的。在其它角位置，切出部27不与门26对准，并且因此鼓11的轴向移动受门26限制。

应当注意的是，选择器鼓11中的切出部27与门26对准(在换档臂12上的销15在轨道16的部分中时，该部分引起销的轴向位移并且因此移动换档臂12并且将止块毂3移动成与齿轮2接合)。选择器鼓11中的轨道16的剩余部分不提供轴向位移，因此在销15在轨道的该部分中时，止块毂3大致上保持在齿轮2之间的中间位置处，并且因此不与齿轮2接合，并且切出部27不与门26对准，因此鼓11的轴向位移限制于鼓缘与门26之间的间隙。

该换档机构也可用于其它驱动部件选择组件中。

图9为包括迄今为止描述的换档机构的4比齿轮箱的平面视图，示出有完全地接合的一个齿轮2。具体而言，止块毂3a,3b与齿轮2a接合。换挡轴9处于一角度位置，在该角度位置，选择器鼓11a和11b的轨道16a和16b中的销15a,15b远离齿轮2a沿轴向移位，以使换挡臂12a和12c围绕枢转销13a,13b枢转，以将止块毂3保持与齿轮2a接合。

如示出的优选示例性布置构造用于在常规发动机驱动车辆中使用。对于该应用，齿轮箱被组装，以使升档利用大致正扭矩传递(即，在输入轴处的扭矩的意义与旋转的意义相同时)执行，并且降档利用大致负扭矩(在输入轴处的扭矩的意义与旋转的意义相反时)执行。升档为从一个传动比向另一个传动比的转换，其导致对于恒定输出轴速度而言的输入轴速度的减小，并且通常在车辆加速时顺序地执行。降档为从一个传动比向另一传动比的转换，其导致对于恒定输出轴转速而言的输入轴转速的增加，并且通常在车辆减速时顺序地执行。

在图9中，应当注意的是，各个齿轮2的右面上的止块特征7以及止块毂3上的啮合止块特征7在齿轮2与轴之间提供正驱动扭矩连接，并且各个齿轮2的左侧上的止块特征7在齿轮2与轴之间提供负驱动扭矩连接。当齿轮箱传递正扭矩时，因此，齿轮2a的右侧上的止块毂3b(如图9中示出的)将扭矩从输入轴传递至齿轮2，接着与放置齿轮啮合的齿轮2驱动输出。应当注意的是，当传递扭矩时，由于止块特征7的成角面以及止块毂3和轴1之间的花键连接中的摩擦，止块毂3可不容易远离齿轮2移动，以将齿轮2从轴解除接合。换档轴9上的弹簧24中的预负载受限制，以确保解除接合可仅在相对低的扭矩水平处发生。

然而，如图中示出的，然而，止块毂3a在正扭矩被传递时不被加载，并且因此自由移动远离齿轮2a(如果如此由换档机构推进)。

图10为包括示出在从第三速度至第四速度的升档的过程中的、迄今为止描述的换档机构的4比齿轮箱的平面视图。换档轴9完全旋转至第四齿轮位置。止块毂3b将扭矩从输入轴传递至齿轮2a，并且因此保持接合。相关联的选择器鼓11b沿着换档轴9移位。另一个止块毂3c通过换档轴9中的弹簧24的作用朝向齿轮2b移动。由于第三齿轮2a仍接合，齿轮2b旋转得比轴1a和止块毂3慢，因此止块特征7的倾斜面彼此上骑，以将止块毂3c远离齿轮2b拉动，而不接合。止块毂3c允许通过压缩换挡轴9内的弹簧24来远离齿轮2b移动。又一个止块毂3a通过换挡轴9内的弹簧24的作用而朝向第四齿轮2b移动。第四齿轮2b与止块毂3a之间的止块特征7为正驱动的，并且主轴旋转得比第四齿轮快，因此，在止块毂3a朝向齿轮沿轴向移动时，止块特征7的前面接触，并且正驱动在轴与齿轮2b之间实现。在驱动由止块毂3a拾起时，止块毂3b上的负载被放松，并且齿轮2a接着旋转得比主轴1快。止块特征7上的斜坡接着将使止块毂3b远离齿轮2a推动，并且换档轴9中的弹簧24也将选择器鼓11b移动回至空档位置。

一旦止块毂3a与齿轮2b接合，则主轴以与齿轮2b相同的速度旋转，因此止块毂3c能够完全移动成与齿轮2b接合。第四齿轮接着完全地接合，并且换档过程完成。

应当注意的是，换挡由中间止块毂3的轴向移动来实现，中间止块毂3在接合或解除接合的两个齿轮2之间。该止块毂3自由移动，以开始换档，由于其为用于解除接合的齿轮2的负驱动构件，并且其进行接合，因为其为用于待接合的齿轮2的正驱动构件。一旦接合由中间接合止块毂3进行，则来自较早选择的齿轮2的正驱动止块毂3被释放，并且实现同步，以允许齿轮2上的负驱动止块毂3接合，以完全地移动成接合。

更一般地表达的是，如果正驱动选择器部件朝着较高齿轮的驱动部件移动，则各个上的突起的前缘由于不同的传动比而朝向彼此移动。当前缘接触时，驱动由较高齿轮驱动部件拾起，并且用于较低档齿轮驱动部件的选择器变成解除接合。因为从较低档齿轮的驱动仅在驱动由较高档齿轮拾起之后解除接合，所以没有扭矩传递中的中断发生，并且换档可为大致瞬时的。

降档由中间齿轮2的相同的移动机构来完成，同时负扭矩被传递，在常规的发动机驱动的车辆的情况下，这将为在驾驶员从加速器踏板抬起时。

如果降档在正驱动扭矩被要求(例如，如果车辆爬升，斜度和车辆速度下降)时需要，则采用不同的换档过程。在齿轮箱传递正扭矩时，单个降档可通过将换档轴9旋转至下一个较低档齿轮位置来预先选择。中间止块毂3不自由移动，由于其为齿轮2与输入轴之间的正驱动接合。用于中间齿轮2的选择器鼓11因此沿着换挡轴9沿轴向移位，并且换挡轴9内的弹簧24被进一步压缩。用于待接合的较低档齿轮的负驱动止块毂3与齿轮2接触，但是其旋转得比齿轮2慢，因此其不接合。为了完成换档，在该实例中，驾驶员暂时减小或反转驱动扭矩，以释放中间止块毂3。这最容易通过提升加速器或者备选地通过浸沉(dip)离合器踏板(如果提供)来实现。一旦通过中间止块毂3传递的扭矩被放松，换挡轴9中的压缩弹簧24使止块毂3移动成与较低档齿轮接合，负驱动止块接合，齿轮2和轴1同步，并且向前驱动的止块落入接合，完成降档。

如果存在正驱动扭矩，其在尝试多于一次的降档时，将止块毂3保持为接合，而不允许换档通过减小扭矩来完成，则将存在如下可能性(如果没有采取步骤来防止它)：用于较低档齿轮的负驱动止块毂可接合，同时另一齿轮的正驱动止块仍接合。这将导致锁定状态，其很可能引起对组件的显著损坏，但是可如以下陈述地解决。

图11为包括迄今为止描述的换档机构的4比齿轮箱的平面视图，示出有在存在正驱动扭矩时预先选择的降档。止块毂3b保持与齿轮2a接合。止块毂3d朝向齿轮2c移动，但是在齿轮2c旋转得比主轴快时，由于齿轮2a仍接合，故反向驱动止块3d不接合。在该状态下，换档轴9旋转至对应于完全接合的较低档齿轮的位置。在止块毂3b保持与齿轮2a接合时，选择器鼓11b沿着换挡轴9移位，并且切出部27与门26接合。换挡轴9可因此不进一步旋转，以预先选择第二降档，并且因此防止锁定状态。类似的切出部存在于各个选择器鼓11的两侧中，并且门26邻近于各个选择器鼓11的各侧，因此在负扭矩被传递时，多于一个的升档的预先选择被类似地防止。切出部27因此防止由一个齿轮2的负驱动止块毂3和较高档齿轮2的正驱动止块毂3的同步接合，并且还防止一个齿轮2的正驱动止块毂3和较低档齿轮2的负驱动止块3的同步选择。

在该实例中，换档轴9必须在每次换档时旋转预定的角度。对于手动操作而言，这使用本领域技术人员熟悉的任何形式的分度机构(例如，用于对马达循环齿轮箱中的选择器鼓进行分度的棘轮机构)来最容易地实现。作为备选，可使用任何形式的旋转促动器，例如，电动伺服马达、液压伺服马达，或气动伺服马达。

电子或其它形式的控制系统可用于操作齿轮机构，其可简单地采取用以确定何时进行换档的器件的形式，并且因此使使用迄今为止描述的类型的机械换档机构的换档自动化。

对本领域技术人员而言将显而易见的是，迄今为止提及的换挡构件和机构可出于任何目的用于齿轮箱或变速器的许多不同构造中，例如使用任何数量的不同的可选择的齿轮或者利用安装在多于一个的轴上的可选择的齿轮。

此外，应当注意的是，齿轮箱或迄今为止描述的构件中的任一个可用于需要将构件选择性地联接于轴的任何机构中。还应当注意的是，齿轮箱或以上描述的构件中的任一个可连同任何旋转功率源和旋转负载(例如在将电动机联接于车辆的车轮的变速器中)使用。可使用的旋转功率源的其它实例包括但不限于液压马达、气动马达、内燃机，以及燃气涡轮发动机。

改进的换挡机构

本发明的实施例在下文描述，并且涉及用于实施传动比换挡的改进的换档机构。此类实施例包括将选择器鼓11联接于换档轴9的不同方式(与结合图8描述的方式相比)。

图12示出了设有多个换档特征的换档轴100的截面视图，其中的一个现在将详细地描述。

标记为102的换档特征包括选择器鼓104，其由多部分销106旋转地联接于换档轴100。多部分销106具有第一部分108和第二部分110；由此第一部分108接收在由第二部分110限定的凹部内，使得两个部分可相对于彼此旋转。如从图13更清楚的，多部分销106突出穿过相对的槽112，相对的槽112沿着与由换档轴100限定的轴线114平行的方向延伸。更具体而言，在被组装时，多部分销的第一部分108和第二部分110中的各个突出穿过相应的同轴的槽112，并且因此远离换挡轴102的相对侧延伸。如稍后将更详细地描述的，微小的间隙在多部分销的第一部分108和第二部分110中的各个与它们所延伸穿过的相应槽112之间，沿着图13中标记为A的方向存在。然而，沿着标记为B的方向的间隙大得多，使得多部分销106能够沿着槽112移动。

返回观看图12，选择器鼓104围绕轴102布置。此类选择器鼓104在图14a至14g中从不同的角度示出。其限定了开孔118，在选择器鼓104安装在换档轴100上时，换档轴100延伸穿过开孔118。其还限定了至少部分地围绕其外表面延伸的轨道117，轨道117构造用于以迄今为止描述的与图7中的轨道16相同的方式使用，特别是以经由换挡臂布置引起止块毂的移动；或者更一般地表示，以使驱动部件选择器部件(以与所述轨道的操作关系提供)通过旋转换档轴100而推进成进出与驱动部件的驱动接合。

此外，选择器鼓104限定了相对的通道120，其沿着与开孔118相同的方向完全地延伸穿过选择器鼓104。由此类通道120限定的空间与由开孔118限定的空间连结。当选择器鼓104安装在换档轴100上时，多部分销的第一部分108和第二部分110分别延伸到这些通道120中。因此，当换档轴100旋转时，扭矩借助于多部分销的第一部分108和第二部分110与各个通道120的侧部的接合而传递至选择器鼓104，各个此类通道120由此作用为关键的道路。如稍后将更详细地描述的，在被组装时，微小的间隙在多部分销的第一部分108和第二部分110与它们延伸到其中的相应通道120之间，沿着图13中标记为C的方向存在；这也在图14a中再次示出。

图15示出了穿过使用中的换挡特征102的截面视图。如先前描述的，多部分销的第一部分108和第二部分110突出穿过换档轴100中的相对的同轴槽112，并且接收在由选择器鼓104限定的相对的同轴通道120中。间隙存在于槽112的侧部与延伸穿过它们的多部分销的部分之间，除了存在于通道120与延伸到它们中的多部分销106的部分之间的间隙之外。因此，换档轴100具有某一旋转自由度，并且可相对于选择器鼓104旋转预定的量，而不使扭矩传递至选择器鼓104，并且现在将解释这一切的原因。

图15中的通道120的相应侧标记为a至d，并且槽112的相应侧标记为e至h。实质上，当换档轴100旋转时，多部分销的第一部分108和第二部分110接合的槽112和通道120的边缘，取决于换档轴100沿其旋转的方向而不同。例如，如果换档轴100像图15中逆时针旋转，则标记为g和f的换档轴100的边缘分别抵靠多部分销的第一部分108和第二部分110移动；而标记为h和e的换档轴100的边缘远离多部分销的第一部分108和第二部分110移动。

当力由槽112的前述侧部g和f施加在多部分销的第一部分108和第二部分110上时，多部分销的相应部分推进成与标记为c和a的通道120的侧部接合；而多部分销的第一部分108和第二部分110远离标记为d和b的通道120的侧部移动。

换句话说，当扭矩从换档轴100传递至选择器鼓104时，多部分销的第一部分108和第二部分110中的各个夹在槽112的边缘与通道120的表面之间，相应部分延伸穿过槽112，相应部分延伸到通道120中。

鉴于上述内容，将认识到的是，如果换挡轴100沿与图15中示出的相反的顺时针方向旋转，则标记为h和e的换挡轴的侧部将分别推进抵靠多部分销的第一部分108和第二部分110，它们将由此使这些部分移动成与标记为d和b的通道120的侧部接合。

上述内容使得多部分销的第一部分108和第二部分110能够沿相反的方向旋转，如果使选择器鼓104沿着换档轴100的长度移动，同时扭矩施加在其上；像在本文中第14页第10至15行描述的升档操作期间，和此外遍及降档但正驱动扭矩如本文中第16页第16至24行描述地存在，在鼓11b上发生的情况一样。

具体而言，再次查看图15，如果使选择器鼓104沿着换档轴100沿离开页面的方向移动，则多部分销的第一部分108将沿标记为A的方向旋转，但是多部分销的第二部分110将沿标记为B的相反方向旋转。这是由于多部分销的相应部分108,110与槽112的边缘和通道120的表面处于剪切。

如果使选择器鼓104沿着换挡轴100的长度移动，同时扭矩施加在其上，则选择器鼓104可因此沿着换档轴100在多部分销106上骑乘(在多部分销106在选择器鼓104下方滚动时)。这与图8中示出的现有布置不同，由此在相似的情况下，销21将沿换挡轴9中的槽22的边缘拖曳，由此阻碍鼓11沿着轴9的滑动运动。

如描述的多部分销的第一部分108和第二部分110的旋转显著地减小抵抗选择器鼓104沿着换档轴100的长度的移动的摩擦力的量级。这使得较容易实施传动比换档，因为需要较小的扭矩来施加在换档轴100上，以实施传动比换档，记住的是，该扭矩中的一些使选择器鼓104沿着换档轴100推进。作为提醒，这是因为在一些情况下，当使选择器鼓104旋转时，与轨道117协作的换档臂基本上锁定就位，并且因此在选择器鼓104旋转时上骑轨道117的倾斜部分。此类换档臂抵靠轨道117的反作用力沿着换档轴100推动选择器鼓104；像在本文中第14页第10至15行描述的升档操作期间，和此外遍及降档但正驱动扭矩如本文中第16页第16至24行描述地存在，在鼓11b上发生的情况一样。

换句话说，施加在换档轴100上以实施传动比换档的扭矩引起选择器鼓104沿着换档轴100的平移移动。关于阻碍此类平移移动的较小的摩擦，需要较小的扭矩来施加在换档轴100上，以实施传动比换档。减少摩擦还减小了机构卡住，和因此未正确地起作用的可能性。

现在将描述图12中标记为102的换挡特征的一些附加方面。再次，类似于图8中的布置，换档特征102包括偏置机构，用于将选择器鼓104沿着换档轴100的长度朝向静止位置推进。具体而言，在选择器鼓104的各侧上提供弹性偏置特征，如弹簧122。各个此类弹簧122将弹簧杯形件124推进抵靠销126，由此销126接收在延伸到选择器鼓104的侧部中的一对相对的凹部128内。当被组装时，偏置机构的销126相对于多部分销106以大致90度布置。图16示出了在不存在换档轴100的情况下包括偏置机构的特征的布置，并且现在将更详细地阐释此类特征如何起作用。

返回查看图13，销126突出穿过沿着换档轴100的长度延伸的附加槽。具体而言，图13中的左部上的销126延伸穿过换档轴100的一侧上的第一轴向延伸的槽130以及换档轴100的相对侧上的相对的轴向延伸的槽。此外，图13中的右部上的销126也延伸穿过换档轴100的一侧上的第一轴向延伸的槽130以及换档轴100的相对侧上的相对的轴向延伸的槽。包括图13中的左部上的销126所延伸穿过的第一对的槽130与包括另一销126所延伸穿过的第二对的槽130同轴。

销126可沿着它们所延伸穿过的相应槽130的长度移动。关于销126中的各个与凹部128的侧部之间的沿着图13和图14a中标记为D的方向的间隙，该间隙应当大于迄今为止描述的间隙，其存在于多部分销的第一部分108和第二部分110与它们接收在其中的通道120的侧部a,b,c,d之间。换句话说，在销126与凹部128之间的沿着图14a中的方向D的间隙大于在多部分销106与通道120之间的沿着方向C的间隙。

在一些布置中，销126的宽度为近似3mm，并且沿着方向D的凹部128的宽度为近似5mm。

多部分销106的第一部分和第二部分的直径以及沿着图13中标记为C的方向的通道120的宽度在名义上为相同的，仅具有小差别，以产生间隙，以允许组装并且允许多部分销106在通道120内滚动，但是维持选择器鼓104相对于换档轴100的角度对准。

在一些布置中，接收在通道120中的多部分销106的第一部分和第二部分的宽度为0.1mm，比沿着图13中标记为C的方向的通道120的宽度小。

以上提供了，扭矩不由偏置机构的销126(在换档轴100旋转时)，而是仅由多部分销106传递至选择器鼓104。

现在将阐释延伸到选择器鼓104的侧部中的凹部128的性质，偏置机构的销126接收在凹部128中。如图14中示出的，选择器鼓104的各侧包括一对相对的凹部128，其沿着与开孔118相同的方向延伸相似的距离到选择器鼓104中。选择器鼓104的各侧上的相对的凹部128均终止于凸耳131中，凸耳131限定了面，偏置机构的销126可被迫抵靠该面。此外，延伸到选择器鼓104的相对侧中的凹部128与彼此同轴。因此，相邻的凸耳131之间的距离(图14f中标记为A)大致上类似于包括以上提及的其第一对和第二对的槽130的相邻端部之间的距离(图13中标记为E)。因此，像在图13中，当偏置机构的销126推动抵靠槽130的相邻端部时，它们将推进抵靠由凹部128内的凸耳131限定的相应面，并且将选择器鼓104保持在所谓的静止位置。

返回参照图12，例如，如果使选择器鼓104沿着换档轴100向左移动，则选择器鼓104的左部上的销126将沿着其所延伸穿过的槽130滑动，并且压缩弹簧122。因此，当将选择器鼓104沿着换档轴100向左推进的轴向力被移除时，弹簧122将使销126推动回成与槽130的端部接合，由此使选择器鼓104返回至其静止位置。如果选择器鼓104沿着换档轴100向右推进，则类似的情况发生。

位于偏置机构的弹簧122和销126之间的以上提及的弹簧杯形件124均部分地围绕弹簧122和销126延伸，它们分别与之接合。更具体而言，弹簧杯形件124均限定在它们的端面中用于接收销126的槽132(如图12和图16中示出的)。由此类槽132分离的端部面133,134的第一部分和第二部分在选择器鼓104处于以上提及的静止位置时(其为图12中示出的情况)，接合多部分销106。这提供了多部分销106保持在选择器鼓104的近似中间处并且大致上垂直于换档轴100(当选择器鼓104处于静止位置时)。

此处再次陈述的是，由于选择器鼓104能够骑乘在多部分销106上，故在WO2014/049317A1中描述的类型的齿轮箱中更容易实施传动比换档，该齿轮箱修改成使得在其换档机构中，选择器鼓以根据本发明的实施例的方式安装于换档轴。在包括此类修改的齿轮箱的车辆的情况下，在离合器浸沉同时发动机空转的情况下，将更容易降档至空档。

此外，选择器鼓104的端面中的凹部139(见图14g)与结合图7描述的切出部27对应，并且因此构造成在使用中与图7中示出的类型的门26相互作用。

将认识到的是，虽然迄今为止描述了本发明的各种方面和实施例，但是本发明的范围不限于本文中阐述的实施例，并且替代地，延伸成涵盖所有布置以及其修改和变更，它们落入在所附权利要求的精神和范围内。

例如，多部分销106可包括多于两个的部分。能够相对于彼此旋转的多部分销106的第一部分和第二部分可由至少一个附加的多部分销特征联接。作为实例，多部分销106可包括中心构件，其第一部分和第二部分可围绕该中心构件旋转。此类三部分销可包括两个相同的钻销区段，在其间插入较小直径的销，以提供定位特征。然而，将认识到的是，多部分销的各种合适的版本将对本领域技术人员而言在阅读本公开时为显而易见的。

尽管偏置机构的销126描述为相对于多部分销106大致90度，但这不一定是必需的。在一些实施例中，这些销126中的一个或两者可相对于多部分销以另一角度布置，在该情况下，选择器鼓104中的凹部128和销126所延伸穿过的槽130将具有与迄今为止描述的不同的布置。此外，偏置机构的销126不一定需要布置成对准，并且可相对于彼此以不同的角度布置。

Claims (15)

1.一种换挡设备，其包括沿着轴线延伸的轴和至少一个换挡特征，每个所述换挡特征包括：

多部分销，其具有布置成相对于彼此旋转的第一部分和第二部分，它们延伸穿过沿着所述轴延伸的相应槽；

鼓，其围绕所述轴布置并且具有沿着其长度延伸的通道，所述多部分销的所述第一部分和所述第二部分分别接收在所述通道中用于使得扭矩能够在所述轴旋转时传递至所述鼓，所述鼓还至少部分地围绕其外表面限定轨道；

偏置机构，其用于将所述鼓沿着所述轴的长度朝向静止位置推进；以及

驱动部件选择器部件，其设置成与所述轨道操作相关，其中所述驱动部件选择器部件能够控制成通过旋转所述轴而选择性地接合驱动部件，用于在使用中将扭矩传递至所述驱动部件。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备构造成使得在扭矩从所述轴传递至所述鼓并且克服所述偏置机构的轴向力施加于所述鼓时，所述鼓通过骑乘在所述多部分销上而沿着所述轴移动。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备构造成使得在扭矩从所述轴传递至所述鼓时，所述多部分销的所述第一部分和所述第二部分中的每个夹在所述槽的边缘与所述通道的表面之间。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备构造成使得在所述鼓沿着所述轴移动时，所述多部分销的所述第一部分和所述第二部分中的每个与所述槽的边缘和所述通道的表面处于剪切。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的设备，其特征在于，所述设备构造成使得所述多部分销的所述第一部分和所述第二部分在所述鼓沿着所述轴移动时，沿相反的方向旋转。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的设备，其特征在于，所述设备构造成使得所述轴能够相对于所述鼓旋转预定的量，而不使扭矩传递至所述鼓。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，间隙存在于所述槽的侧部与所述通道的侧部之间，所述多部分销的所述第一部分和所述第二部分分别延伸穿过所述槽到所述通道中。

8.根据权利要求1至4中的任一项所述的设备，其特征在于，所述多部分销的所述第一部分和所述第二部分中的一个接收在另一个内。

9.根据权利要求1至4中的任一项所述的设备，其特征在于，所述多部分销的所述第一部分和所述第二部分由至少一个附加的多部分销特征联接。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述多部分销包括第三部分，所述第一部分和所述第二部分能够绕着所述第三部分旋转。

11.根据权利要求1至4中的任一项所述的设备，其特征在于，所述偏置机构包括两个销，所述两个销推进到所述鼓的相对侧上的凹部中，并且其中所述设备构造成使得扭矩在所述轴旋转时不由所述两个销传递至所述鼓。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述两个销中的每个由围绕其部分地延伸的相应的弹性偏置部件推进。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，当所述鼓定位在所述静止位置时，围绕相应销延伸的所述弹性偏置部件维持所述多部分销与沿着所述轴的长度延伸的所述轴线大致上垂直。

14.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述销相对于所述多部分销以大致90度布置。

15.一种变速箱，其包括根据权利要求1至14中的任一项所述的换挡设备。