CN108869646B - 轴心换档式变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴心换档式变速器，包括动力输入空心轴及套装于其外径上的滑动齿轮。动力输入空心轴有其不同径的外圆和不同径的内腔，轴上制有滚柱室和换档钢球通孔与滑动齿轮内径的齿轮滚柱室相对应，其中配装有滚柱和换档钢球。在动力输入空心轴内腔配装着两组换档机构，当推拉其中的换档一轴或换档轴管时，随动的异径轴或换档钢球支套会控制换档钢球和滚柱，将动力输入空心轴和滑动齿轮结合与分离，支配动力的输送与否。采用本结构的轴心换档式变速器，能简化变速器结构，实现产品的小型化，轻量化。同时降低了机件的加工难度，大幅度地缩减了变速器的生产成本，是一款易于被人们所接受的新一代变速器。

Description

轴心换档式变速器

技术领域

本发明涉及一种轴心换档式变速器。属于汽车变速箱领域。

背景技术

目前，几乎所有的机动车变速器(无级变速除外)的换档方式，均采用同步器将两组不同速的齿轮予以同步后啮合，以避免对应齿轮在有转速差的情况下强行结合，这种换档方式从技术层面上讲有着它的合理性。也正因为如此，同步器换档方式才得以广泛推广并沿用至今。

但现在看来，这种同步器换档方式并非无懈可击、十全十美。事实上，当它体现出其自身优势的同时，也暴露出了它弱势的一面，这就是同步器组件加工难度大，精度要求过高，致使其制造成本大幅上升，且长期居高不下。不仅如此，同步器技术所呈现出的另一个弱项是处于动态的同步器与处于静态中的换档拨叉联动上的矛盾，这一矛盾就先天的注定了其二者之间在碰撞接触时，必然会产生噪音这一机械设计中最敏感的问题。

发明内容

本发明是针对同步器换档方式的上述缺陷，整体性地否定了同步器在变速器中的存在，独到的设计出一款结构简单，科技含量高，噪音小，制造成本低，换档更为轻捷平顺的轴心换档式变速器。

一种全新的轴心式换档变速器，包括动力输入空心轴，它设计有不同径的内腔和不等圆的外径，分别用以盛装不同体积的换档机构和套装内径不等的滑动齿轮。轴上设计有成组的滚柱室及换档钢球通孔，以配装滚柱和换档钢球。滑动齿轮的内径制有齿轮滚柱室，它与动力输入空心轴上的轴滚柱室的设计方位及数量相吻合。

一种轴心式换档变速器总体方案包括：动力输入空心轴，其外径套装制有齿轮滚柱室的滑动齿轮，内腔盛装换档机构；所述齿轮滚柱室为孤形；异径轴，其一端用A滚针与动力输入空心轴的内壁承装，另一端用联动钢球与换档一轴活络联接；换档钢球支套，两端分别用D滚针和C滚针与动力输入空心轴内壁承装，其内壁以B滚针同异径轴外径承装，而其外端之大径圆盘飞边与换档二轴的孤形凹槽扣装，呈活性联接状态；动力输入空心轴上制有轴滚柱室和换档钢球通孔，其间装配滚柱和换档钢球；所述轴滚柱室两端的侧切面角度不同；轴滚柱室左侧切面小于90°，而右侧切面为垂线90°。动力输入空心轴外径套装一组或多组滑动齿轮，其内腔配装一套或多套换档机构；所述换档机构包括异径轴和换档一轴、换档钢球支套和换档二轴，异径轴外径设计有明显的大径和小径，其上附着有数个换档钢球，异径轴中部用B滚针与换档钢球支套内径支装，换档钢球支套与异径轴的凸凹外形相同，有大小径之分且附着有相同的换档钢球，当内外推拉换档一轴或换档二轴时，异径轴或换档钢球支套便会同向同步运动，当其二者之大径与某组换档钢球中心点相对应时，换档钢球即外移，处在换档钢球外围的滚柱就会被换档钢球挤压到滑动齿轮内的滚柱室，此时的动力输入空心轴和滑动齿轮会被滚柱卡合为一体，实现有效的动力传递，当异径轴或换档钢球支套的小径复位至与换档钢球中心点相对时，滚柱将会在滑动齿轮内径旋转力的赶压下连同换档钢球一并内收，解除了动力输入空心轴与滑动齿轮的卡合，此时的本变速器实现为空档状态。

上述的轴心换档式变速器，仅为两个档位的组合结构，如需多档的变速器结构，就应在两档结构的基础上增加换档钢球支套和换档轴，增加滚柱、换档钢球、联动钢球、滚针等。所增加的换档钢球支套其作用似同于异径轴，而换档二轴则似同于换档一轴，这只是机件形态上的变异，没有作用上的不同。其它增加的滚柱、换档钢球、联动钢球、滑动齿轮等并没有原理上的区别，只是随着变速器档位的增加而增加罢了。

该变速器中各组换挡机构其功能相同，当内外推拉换档一轴(或换档二轴)时，异径轴(或换档钢球支套)便会同向同步运动。当其二者之大径与某组换档钢球中心点相对应时换档钢球即外移，处在换档钢球外围的滚柱就会被换档钢球挤压到滑动齿轮内的滚柱室。此时的动力输入空心轴和滑动齿轮会被滚柱卡合为一体，实现有效的动力传递。当异径轴(或换档钢球支套)的小径复位至与换档钢球中心点相对时，滚柱将会在滑动齿轮内径旋转力的赶压下连同换档钢球一并内收，解除了动力输入空心轴与滑动齿轮的卡合，此时的本变速器实现为空档状态。

处在动力输入空心轴空腔内的每一组换档机构，只能完成两个档位的换档任务。如本变速器增为6个档位，那就需在动力输入空心轴内增至三套换档机构，这是轴心换档方式基本的规律和具体的实施方法。

续上所述，轴心换档式变速器增加档位，不但只是增加换档机构，在动力输入空心轴上也需相应地增加轴滚柱室，轴滚柱室每个档位都是成组的，也是有排序的，这与下面将说明的滑动齿轮内的滚柱室是密切相关的。动力输入空心轴上的滚柱室的形态为长方形立体空间，其左右两侧的切面角度是不相同的，传递动力的侧切面角度是小于90°的，而另一侧切面则为90°设计。传递动力的侧切面小于90°的设计理由，主要是为了多一些分解和承受滚柱的压力，以减轻滚柱对换档钢球和换档钢球支套及异径轴的压荷，确保上述件使用周期内的安全。

所述的滑动齿轮其内径设计有滚柱室，该滚柱室的排序及每组的数量与上述的动力输入空心轴上的滚柱室是一致的，故必须是完全吻合的。该滚柱室为弧形，但切弧的深度及切径的大小与所述的滚柱直径是相关的，而滚柱室的多少则是与滑动齿轮的技术要求相关。

轴心换档式变速器在工作状态下，其换档一轴和换挡二轴是没有旋转能力的，只可内外推拉动作以满足换档之需求。同样处在动力输入空心轴内腔的异径轴和换档钢球支套则是旋转的，相连的两件一动一静的过渡和联动任务是靠介于其间的联动钢球来实现的。至于换档一轴或是换档二轴的内外运动幅度是由限位来完成的，而防止两轴的同时共动则是由互锁来完成的，还有定位技术，这是变速器上共有的设计，也是业内人所能想得到的，在此不子细述。

设动力输入空心轴在旋转，其内腔的异径轴和换档钢球支套在空档状态下，应当是浮动状。如在挂档带档的情况下，异径轴和换档钢球支套这时是必转的。如图1所示，各组滚针及联动钢球除了起到上述作用外，还起到了稳定整套换档机构的作用。

综合性的说，轴心换档式变速器的整体架构与同步器换档方式完全不同，甚至多处相反。其动力输入轴变为空心，且将原固定在其上的各档齿全部改制为滑动齿，而将动力输出轴上的全部滑动齿系数变制为固定齿，取消了同步器及齿环和换档拨叉、叉轴等附件。取而代之的是将所有换档机构置入动力输入空心轴之内，供操控的外部换档联动件以推拉方式，带动动力输入空心轴之内的异径轴(或换档钢球支套)和换档一轴(或换档二轴)，可简便地完成换档过程。

本发明轴心换档式变速器，整体紧缩为小型化，轻量化，加工工艺常规，压低了制造成本，品质优良，减少了噪音。其操控过程对驾驶人员来说并无任何变化，这将是易于被人们接受的一款新型产品。

附图说明

结合附图对本发明做进一步说明

图1为本发明的整体结构示意图

图2为本发明的动力输入空心轴的示意图

图3为本发明滑动齿轮的示意图

图4为本发明异径轴的示意图

图5为本发明换档一轴的示意图

图6为本发明换档钢球支套的示意图

图7为本发明的滑动齿轮、滚柱、换档钢球、动力输入空心轴及异径轴大径的组合截面图

图中：1为动力输入空心轴、2为油封、3为轴承、4为滚柱、5为滑动齿轮、6为联动钢球、7为换档一轴、8为小径、9为动力输出齿轴、10为A换档钢球、11为箱体、12为齿轮滚柱室、13为联动钢球通孔、14为换档钢球通孔、15为轴滚柱室、16为换档钢球支套、17为A滚针、18为换档两轴限位缺口、19为联动钢球环槽、20为异径轴、21为互锁装置、22为B滚针、23为大径、24为C滚针、25为B换档钢球、26为拨档孔、27为换档二轴定位点、28为换档一轴定位点、29为换档二轴、30为D滚针、31、为小径。

具体实施方式

如图1、图4、图5、图6、图7所示，以一款四档轴心换档式变速箱为例，其中包括：动力输入空心轴1、滑动齿轮5、异径轴20、换档一轴7、换档钢球支套16和换档二轴29等件。图1可见，配装在动力输入空心轴1内腔的换档机构，可明显地区分为左右两个组合。为叙述方便，将该两个组合简称为左组合和右组合。左组合中包括异径轴20，A换档钢球10、滚柱4、A滚针17以及在异径轴20和换档一轴7之间起联运作用的联动钢球6，它装入联动钢球通孔13和联动钢球环槽19之中。右组合包括换档钢球支套16、换档二轴29。在换档钢球支套16外围附着有B换档钢球25，在该套内端有与换档一轴7外径承装的B滚针22，套外端有稳定换档二轴29的C滚针24。其它诸如该组合中的滚柱，滑动齿轮等件与左组合类同。

如图1、图2所示，动力输入空心轴1是轴心换档式变速箱的主件之一，它的外圆呈两个不同的直径。这种径差是各档齿轮存在的径差和轴内换档机构体积对空间的要求所决定的。动力输入空心轴1其内腔一大一小，恰好满足盛装需要小径的左组合和需要大径的右组合。

如图2、图7所示，滚柱4为长形圆柱体，故其轴滚柱室15的空间与滚柱，4基本举等同为长方形立体空间。轴滚柱室15的深度与滚柱4的直径相同。该滚柱室在轴壁并非通孔。所述的换档钢球通孔14就设计在轴滚柱室15的下方的中心点(图2十字线可见)。轴滚柱室15的数量及方位与齿轮滚柱室12相对应，并按变速箱所需的扭矩和滑动齿轮5的位置而确定。从图7、图2中可以看到轴滚柱室15的左右两侧其切面不同，图7中左侧切面小于90°，而右侧切面为垂线90°，这种小于90°切面的设计是为了让动力输入空心轴1多承担一些压力，以缓解动力传递时滚柱4对A换档钢球10、B换档钢球25的压力。另需重申的是轴滚柱室15和滑动齿轮5的齿轮滚柱室12为对应关系。

如图1所示，动力输入空心轴1通过轴承3与箱体11承装，该轴端用油封2密封，以防油脂泄漏。

如图1、图3所示，滑动齿轮5外径齿与动力输出齿轴9的齿轮齿合，其内径套装在动力输入空心轴1上。滑动齿轮5的齿轮滚柱室12设计的形状为孤形(图3、图7可见)。

从图1、图4中可以看出，在换档机构中的异径轴20，它配装在动力输入空心轴1的内腔左侧，其一端通过A滚针17与动力输入空心轴1的内壁承装。另一端由联动钢球6与换档一轴7活络联接。联动钢球环槽19它是联动钢球6的安装位。异径轴20分为明显的大径23、小径31，用以控制换档钢球6的收放变动。

如图4、图5、图6、图7所示，上述左右两组合中的异径轴20和换档一轴7、换档钢球支套16和换档二轴29是两组换档机构的核心件。从图中静态地看，异径轴20小径31上的A换档钢球10、B档钢球25，它的半径处在换档钢球通孔14之中，环围接触的是轴滚柱室15之内的各个滚柱4，而套装在动力输入空心轴1上的滑动齿轮5时下的齿轮滚柱室12为空缺状态。如此时的动力输入空心轴1在旋转，套装其上的滑动齿轮5只能是不动空滑，变速器表现为空挡，并不输送动力。动态地看，将换档一轴7向左推动，此时的换档一轴7和和异径轴20在联动钢球6的联动作用下同步向左运动。当异径轴20的大径23与A换档钢球10中心点交汇时，A换档钢球10即向外运动，将各滚柱4顶推至滑动齿轮5的齿轮滚柱室12之中，滑动齿轮5和动力输入空心轴1被滚柱4卡合为一体共同旋转，动力由滑动齿轮5传递至动力输出齿轴9，此时的变速箱为带档状态。反之，如将换档一轴7向右拉动至原位，上述件亦将作反方向运动而复位，A换档钢球10也回落至异径轴20的小径8上，滚柱4退出齿轮滚柱室12，回到轴滚柱室15之中，解除了动力输入空心轴1对滑动齿轮5的卡合恢复空滑状态，停止动力的输送。

图1中的右组合如图4、图6所示，其换档钢球支套6的作用等同于左组合中的异径轴20，而换档二轴29则等同于左组合中的换档一轴7，其它右组合中的B换档钢球25、C滚针24与左组合中的换钢球10、滚针17作用相同。至于联动钢球，滚柱、滑动齿轮等在两组合中也无作用上的区别。由此可知，变速器每存在两个档位就需要有一个与之匹配的换档组合，如是多档变速器，就需按本模式增加相应的换档机构组合。本文只对本例组合的具体实施方式做重点说明，因右组合或是再增加的组合与左组合存在共性，没有必要重复细述。

图1右首的拨档孔26、换档二轴29的定位点27、换档一轴7的定位点28、换档两轴限位缺口18、互锁装置21，如图1所示，它的分别是为变速器换档过程中的拨轴限位、档位定位、轴互锁等所提供的技术条件，此是传统技术为业内人士所共知，在此只做概念示意。

图1显示，左组合整体小于右组合，这是变速器转速比及档齿存在径差决定的设计方式。一般情况下，变速器输入轴的低速档齿均为小径，高档齿则为大径。为此，似左组合模式通常适用于低档位，如1、2档。而右组合模式通常适用于高速档，如3、4档。

Claims (2)

1.一种轴心换档式变速器，其特征在于，包括：

动力输入空心轴(1)，其外径套装制有齿轮滚柱室(12)的滑动齿轮(5)，内腔盛装换档机构；所述齿轮滚柱室(12)为孤形；异径轴(20)，其一端用A滚针(17)与动力输入空心轴(1)的内壁承装，另一端用联动钢球(6)与换档一轴(7)活动联接；换档钢球支套(16)，两端分别用D滚针(30)和C滚针(24)与动力输入空心轴(1)内壁承装，其内壁以B滚针(22)同异径轴(20)外径承装，而其外端之大径圆盘飞边与换档二轴(29)的孤形凹槽扣装，呈活性联接状态；动力输入空心轴(1)上制有轴滚柱室(15)和换档钢球通孔(14)，其间装配滚柱(4)和换档钢球(10)；所述轴滚柱室(15)两端的侧切面角度不同，轴滚柱室(15)左侧切面角度小于90°，而右侧切面角度为垂线90°；动力输入空心轴(1)外径套装一组或多组滑动齿轮(5)，其内腔配装一套或多套换档机构；所述换档机构包括异径轴(20)和换档一轴(7)、换档钢球支套(16)和换档二轴(29)，异径轴(20)外径设计有大径(23)和小径(31)且附着有数个换档钢球(10)，异径轴(20)中部用B滚针(22)与换档钢球支套(16)内径支装，换档钢球支套(16)与异径轴(20)的凸凹外形相同，有大小径之分且附着有相同的换档钢球，当内外推拉换档一轴(7)时，异径轴(20)便会同向同步运动，当内外推拉换挡二轴(29)时，换档钢球支套(16)便会同向同步运动，当异径轴(20)或换档钢球支套(16)的大径与某组换档钢球中心点相对应时，换档钢球外移，处在换档钢球外围的滚柱(4)就会被换档钢球挤压到滑动齿轮(5)内的滚柱室，此时的动力输入空心轴(1)和滑动齿轮(5)会被滚柱(4)卡合为一体，实现有效的动力传递，当异径轴20或换档钢球支套(16)的小径复位至与换档钢球中心点相对时，滚柱(4)将会在滑动齿轮(5)内径旋转力的赶压下连同换档钢球一并内收，解除了动力输入空心轴(1)与滑动齿轮(5)卡合，此时所述变速器实现为空档状态。

2.根据权利要求1所述的一种轴心换档式变速器，其特征在于，所述联动钢球(6)亦可制作圆柱体。

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