CN109163062A - 一种两档纯电动变速器 - Google Patents

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白玉田
严鉴铂
刘义
孙智金
殷崇
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Abstract

本发明公开了一种两档纯电动变速器，包括前壳、与前壳连接的前轴承盖、一轴总成、二轴总成、变速器壳体和与变速器壳体连接的后轴承盖；一轴总成支撑在前壳上，二轴总成的两端分别支撑在一轴总成内圈和变速器壳体上；二轴总成上设置二轴一档齿轮，二轴一档齿轮和一轴总成之间设置滑套，滑套上方设置换档拨叉，换档拨叉空套在拨叉轴上，换档拨叉上方设置变速器操纵装置；二轴总成周围均布3个中间轴；每个中间轴的两端分别支撑在前壳和变速器壳体上。本发明采用三中间轴的技术路线，缩小中心距，变速器的体积小、重量轻、结构紧凑；同时，三根中间轴采用两上一下对称分布的结构，既能保证润滑，还能尽可能减小搅油损失，提高变速箱效率。

Description

一种两档纯电动变速器
技术领域
本发明属于变速器领域，涉及一种两档纯电动变速器。
背景技术
随着社会的前进和汽车工业的快速发展，汽车已成为人们十分重要的交通工具。随着石油能源紧张和减排法规的越来越严格，包括中国在内的许多国家出台了相关政策，鼓励开发新能源汽车，纯电动汽车以噪音小、零排放、舒适干净等优点成为了一种发展趋势，也是汽车工业向自动化和智能化发展的必然趋势，目前纯电动客车的技术路线逐渐由纯电直驱向电机加EMT转变。
市场上也有两档纯电动变速器，但普遍采用的技术路线为单中间轴或者双中间轴方案，换档滑套采用大倒角结构。因此普遍存在产品重量大，稳定性不足，换档平顺性差，噪声大等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种两档纯电动变速器。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种两档纯电动变速器，包括前壳、与前壳连接的前轴承盖、一轴总成、二轴总成、变速器壳体和与变速器壳体连接的后轴承盖；一轴总成支撑在前壳上，二轴总成的两端分别支撑在一轴总成内圈和变速器壳体上；
二轴总成上设置二轴一档齿轮，二轴一档齿轮和一轴总成之间设置滑套，滑套上方依次设置换档拨叉、换档拨头和变速器操纵装置，换档拨叉空套在拨叉轴上，拨叉轴的两端分别固定在前壳和变速器壳体上；
二轴总成下方设置第一中间轴；二轴总成上方一侧设置第二中间轴，另一侧设置第三中间轴；每个中间轴的一端均支撑在前壳上，另一端均支撑在变速器壳体上；每个中间轴上均设置中间轴传动齿轮和中间轴一档齿轮，中间轴传动齿轮与一轴总成上设置的一轴齿轮常啮合，中间轴一档齿轮与二轴一档齿轮常啮合；第二中间轴上设置输入测速转子；二轴总成后端设置输出法兰盘和输出测速转子。
本发明进一步的改进在于：
中间轴传动齿轮、中间轴一档齿轮、一轴齿轮和二轴一档齿轮均为斜齿轮。
中间轴传动齿轮和中间轴一档齿轮的旋向相同，中间轴传动齿轮和中间轴一档齿轮为双联齿轮。
一轴总成通过第一四点定位球轴承支撑；二轴总成两端分别通过无外圈圆柱滚子轴承和第二四点定位球轴承支撑；每个中间轴的两端分别通过带卡环槽圆柱滚子轴承和圆柱滚子轴承支撑。
拨叉轴上设置三个用于换档拨叉自锁的环形凹槽；换档拨叉内部设置压缩弹簧和自锁钢球；自锁钢球一端置于环形凹槽内，另一端与压缩弹簧接触。
拨叉轴上设置用于换档拨叉限位的前限位垫和后限位垫。
换档拨叉前后两侧设置拨头凹槽，换档拨头U型结构的一端卡在拨头凹槽内。
二轴一档齿轮空套在二轴总成上，二轴一档齿轮的前后端面以及与之接触的端面上设置润滑油槽。
前壳、前轴承盖、变速器壳体和后轴承盖上均设置若干用于润滑的油道。
变速器操纵装置为单轴换档机构；前壳、前轴承盖、变速器壳体和后轴承盖均为铝合金材质；变速器壳体前大后小，成5°角向后收口。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过设置一轴总成和一轴总成右端连接的二轴总成并在二轴总成下方设置第一中间轴；二轴总成上方一侧设置第二中间轴，另一侧设置第三中间轴；采用三中间轴的技术路线，中心距为90mm，与同等扭矩段的其它技术路线相比中心距小了39％，整个变速器的体积小、重量轻、结构紧凑，可适用的底盘类型更多，整车底盘的布置也更为方便；同时，三根中间轴除第二中间轴的轴头结构外，完全相同，采用两上一下对称分布的结构，既能保证润滑，还能尽可能减小搅油损失，提高变速箱效率。变速器前后轴承盖各需要压住四个轴承的端面，采用轴承盖整体式设计，强度好，零件少；变速器整体外形采用上大下小，酒杯式造型设计，壳体强度好。在第二中间轴上设置输入测速转子，二轴总成后端设置输出测速转子，通过测速传感器感应变速器输出与输入的转速，方便匹配换档。同时，二轴总成上设置二轴一档齿轮，二轴一档齿轮和一轴总成之间设置滑套，滑套上方设置换档拨叉，换档拨叉空套在拨叉轴上，换档拨叉上方设置变速器操纵装置，采用滑套换档的换档方式，提高了换档的平顺性，换档拨叉空套在拨叉轴上，可以前后滑动实现挂档；同时，滑套换档的结构简单、零件少、故障率低，在降低成本的同时提高安全性。
进一步的，中间轴传动齿轮、中间轴一档齿轮、一轴齿轮和二轴一档齿轮均采用斜齿轮，斜齿轮的工作承载能力更强，变速器的噪声降低，可达到同类产品国际先进水平。
进一步的，中间轴传动齿轮和中间轴一档齿轮设计成双联齿轮，提高中间轴上两个齿轮的相对位置度，降低噪声，提高承载能力；同时，由于斜齿变速器存在轴向力，轴承多用圆锥滚子轴承；而圆锥滚子轴承需要调整轴向间隙，不便于总成的装配，如果不调整或调整不当，轴承容易损坏。本发明的中间轴上齿轮的旋向相同，因此同时啮合的两对齿轮轴向力方向相反，同时设计齿轮时螺旋角大小的设定以各档位齿轮的轴向力基本相等为标准，作用于中间轴上的斜齿啮合产生的两个轴向力相互抵消一部分，提高了总成的装配性能和可靠性、同时提高了传动效率。
进一步的，一轴总成和二轴总成均采用四点定位球轴承支撑固定，并承受斜齿轮啮合产生的轴向力，极限转速高，成本低，安装方便；中间轴前后两端分别使用了带卡环槽圆柱滚子轴承和圆柱滚子轴承支撑，提高了总成的装配性能和可靠性、同时提高了传动效率。
进一步的，在拨叉轴上设置三个用于换档拨叉自锁的环形凹槽；换档拨叉内部设置压缩弹簧和自锁钢球构成自锁机构，自锁机构设在换档拨叉上，变速箱外形简单，结构紧凑。
进一步的，在拨叉轴上设置前限位垫和后限位垫，换档拨叉前后移动换档时，通过拨叉轴上的限位垫实现换档行程限位，准确可靠。
进一步的，在换档拨叉上前后两侧设置拨头凹槽，换档拨头U型结构的的一端卡在拨头凹槽内，由于拨头凹槽处于换档拨叉上中心位置的前后两侧，因此换档拨头对拨叉没有反转力矩，不需要额外的锁定装置。
进一步的，二轴一档齿轮空套在二轴总成上，省去了容易损坏的滚针轴承，从而提高了变速器的可靠性；二轴一档齿轮的前后端面或与之接触的端面上设置润滑油槽，保证二轴一档齿轮与二轴总成之间的润滑；同时，在前壳、前轴承盖、变速器壳体和后轴承盖上均设置若干用于润滑第二中间轴、第三中间轴及第二中间轴和第三中间轴上的中间轴传动齿轮和中间轴一档齿轮。
进一步的，变速器操纵装置为单轴换档机构，无须选档，只需实现前、后两个档位和空档三个位置；变速器壳体采用前大后小的造型设计，成5°角向后收口，充分利用齿轮副前后排布，前大后小的结构空间，造型美观，铸造工艺性好；前壳、前轴承盖、变速器壳体和后轴承盖均为铝合金材质，结合体积小的优势，变速器的重量进一步减轻，经济性优势突出。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的两段筒式壳体示意图；
图3为本发明的第二中间轴和输入测速转子的爆炸图；
图4为本发明的拔叉自锁和限位系统的爆炸图。
其中：1-前壳；2-四点定位球轴承；3-前轴承盖；4-一轴总成；5-无外圈圆柱滚子轴承；6-二轴总成；7-带卡环槽圆柱滚子轴承；8-中间轴；9-变速器壳体；10-圆柱滚子轴承；1-后轴承盖；12-二轴一档齿轮；13-四点定位球轴承；14-法兰盘；15-输出测速转子；16-拨叉轴；17-后限位垫；18-换档拨叉；19-操纵总成；20-滑套；21-前限位垫；22-输入测速转子；23-换档拨头；24-压缩弹簧；25-自锁钢球。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1和2，本发明两档纯电动变速器，包括前壳1、与前壳1连接的前轴承盖3、一轴总成4、二轴总成6、变速器壳体9和与变速器壳体9连接的后轴承盖11；一轴总成4支撑在前壳1上，一轴总成4右端连接二轴总成6，二轴总成6的两端分别支撑在一轴总成4内圈和变速器壳体9上；一轴总成4右端连接二轴总成6，二轴总成6分别通过无外圈圆柱滚子轴承5和四点定位球轴承13支撑在一轴总成4内圈和变速器壳体9上；二轴总成6上设置有二轴一档齿轮12，二轴一档齿轮12和一轴总成4之间设置有滑套20；滑套20上方设置换档拨叉18，换档拨叉18空套在拨叉轴16上，拨叉轴16支撑并固定在变速器的前壳1和变速器壳体9拨叉轴孔内；换档拨叉18上方设置变速器操纵装置19；拨叉轴16上设置有用于换档拨叉18限位的前限位垫21和后限位垫17，二轴总成6周围均布三根中间轴8，每根中间轴的前后端分别通过带卡环槽圆柱滚子轴承7和圆柱滚子轴承10支撑在变速器壳体9上。每根中间轴上均设置中间轴传动齿轮和中间轴一档齿轮，中间轴传动齿轮与一轴总成4上设置的一轴齿轮常啮合，中间轴一档齿轮与对应的二轴一档齿轮12常啮合。二轴总成6后端设置有输出测速转子15和输出法兰盘14。
参见图3，位于二轴总成6左上方的第二中间轴的后端设置用于检测变速器的输入转速的输入测速转子22。
参见图4，拨叉自锁和限位系统，包括拨叉轴16、后限位垫17、换档拨叉18、前限位垫21、换档拨头23、压缩弹簧24和自锁钢球25；换档拨头23的一端为U型结构，卡在换档拨叉18上前后两侧设置的拨头凹槽内，拨头凹槽处于换档拨叉18上中心位置的前后两侧，前后拨动换档拨叉18实现换档。拨叉轴16上设置有三个环形凹槽，换档拨叉18上设置的自锁孔里设置压缩弹簧24和自锁钢球25，通过压缩弹簧24挤压自锁钢球25，使自锁钢球25与拨叉轴16上的环形凹槽接触，实现自锁。
下面结合附图对本发明的设计原理和具体工作过程作进一步说明：
本发明采用三中间轴的技术路线，中心距为90mm，与同等扭矩段的其它技术路线相比中心距小了39％，体积小、重量轻、结构紧凑；可适用更多的底盘类型车厢地板可以更低，整车底盘的布置也更为方便。三根中间轴采用两上一下对称分布的结构，既能保证润滑，还能尽可能减小搅油损失，提高变速箱效率；每个中间轴上的中间轴传动齿轮和中间轴一档齿轮都为双联齿轮，提高中间轴上两个齿轮的相对位置度，降低噪声，提高承载能力；二轴一档齿轮12空套在二轴总成6上，省去了容易损坏的滚针轴承，从而提高可靠性。二轴一档齿轮12的前后端面或者与之接触的端面上设置润滑油槽，用于保证二轴一档齿轮12与二轴总成6之间的润滑；变速器的前壳1、前轴承盖3、变速器壳体9和后轴承盖11上均设置有若干油道，用于润滑第一中间轴和第二中间轴上的中间轴传动齿轮和中间轴一档齿轮以及中间轴前后端的带卡环槽圆柱滚子轴承7和圆柱滚子轴承10；一轴齿轮与一轴换档结合齿圈通过焊接连接在一起；换档拨叉18上左右两侧设置有拨头凹槽，换档拨头23骑在拨头凹槽中，拨头凹槽处于拨叉轴孔中心两侧，换档拨头23对换档拨叉18没有反转力矩。前后拨动换档拨叉18实现换档，省去传统的变速箱的换档导块、固定销等零件，结构简单、可靠性高、成本低；换档拨叉18前后移动换档时，通过拨叉轴16上设置的限位块实现换档行程限位，准确可靠；自锁机构设在换档拨叉上，变速箱外形简单，结构紧凑；变速器操纵机构为电动单轴换档机构，无须选档，只需实现前、后两个档位和空档三个位置；拨叉轴16上设置有三个环形凹槽，换档拨叉18上开设的自锁孔里设置压缩弹簧24和自锁钢球25，通过压缩弹簧24挤压自锁钢球25，使自锁钢球25与拨叉轴16上的环形凹槽接触，实现一档、二档和空档的自锁；在二轴总成6后端和第二中间轴上分别设置输出测速转子和输入测速转子，通过测速传感器感应变速器输出与输入的转速，方便匹配换档；中间轴传动齿轮、中间轴一档齿轮、二轴一档齿轮12和一轴齿轮全为斜齿轮设计，斜齿轮的工作承载能力更强，变速器的噪声低；变速器的前轴承盖3和后轴承盖11各需要压住四个轴承的端面，均采用轴承盖整体式设计，强度好，零件少；一轴总成4和二轴总成6均采用四点定位球轴承支撑，承受斜齿轮啮合产生的轴向力，极限转速高，成本低，安装方便。中间轴传动齿轮和中间轴一档齿轮的旋向相同全部采用右旋，因此同时啮合的两对齿轮轴向力方向相反啮合时，中间轴传动齿轮为被动齿轮，中间轴一档齿轮为主动齿轮，因此旋向虽相同但轴向力方向相反，同时设计齿轮时螺旋角大小的设定以各档位齿轮的轴向力基本相等为标准，如此一来作用于中间轴上的斜齿啮合产生的两个轴向力相互抵消一部分；中间轴前后两端使用了带卡环槽圆柱滚子轴承7和圆柱滚子轴承10，提高了总成的装配性能和可靠性、同时提高了传动效率；前壳1和变速壳体9采用铝合金材质，结合体积小的优势，变速器的重量进一步减轻。变速器的壳体采用前大后小的造型设计，成5°角向后收口，充分利用齿轮副前后排布，前大后小的结构空间；变速器整体外形采用上大下小，酒杯式造型设计，壳体强度好；参见图1，变速器的壳体为两段筒式结构，主箱体呈筒状，没有上盖。
具体工作过程：
电机的动力通过花键结合传给变速器的一轴总成4上设置的一轴齿轮，一轴齿轮与中间轴传动齿轮常啮合，驱动中间轴8转动，中间轴一档位齿轮与二轴一档位齿轮12常啮合，二轴总成6上的二轴一档齿轮12空套在二轴总成6上，且二轴一档齿轮12上设置有外花键。齿座与二轴总成6通过花键联接，当滑套20随换档拨叉18一起移动时，滑套20的结合齿与二轴一档齿轮12的外花键结合，二轴总成6与二轴一档齿轮12成为一体并按一定的速比转动而传递动力。
以一档为例，操纵变速器的滑套20挂入一档一侧，动力从一轴总成4输入后通过一轴齿轮与中间轴传动齿轮的啮合关系，驱动中间轴8旋转，中间轴一档齿轮与二轴一档齿轮12也随之旋转，带动结合齿圈、齿座旋转，齿座与二轴总成6通过花键连接，于是动力便由齿座递至二轴总成6，进而通过法兰盘14输出。
当挂直接档时，动力从一轴总成4输入，依次经过一轴齿轮、滑套20、齿座、二轴总成6、输出法兰盘14后直接输出。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种两档纯电动变速器，其特征在于，包括前壳(1)、与前壳(1)连接的前轴承盖(3)、一轴总成(4)、二轴总成(6)、变速器壳体(9)和与变速器壳体(9)连接的后轴承盖(11)；一轴总成(4)支撑在前壳(1)上，二轴总成(6)的两端分别支撑在一轴总成(4)内圈和变速器壳体(9)上；
二轴总成(6)上设置二轴一档齿轮(12)，二轴一档齿轮(12)和一轴总成(4)之间设置滑套(20)，滑套(20)上方依次设置换档拨叉(18)、换档拨头(23)和变速器操纵装置(19)，换档拨叉(18)空套在拨叉轴(16)上，拨叉轴(16)的两端分别固定在前壳(1)和变速器壳体(9)上；
二轴总成(6)下方设置第一中间轴(8)；二轴总成(6)上方一侧设置第二中间轴，另一侧设置第三中间轴；每个中间轴的一端均支撑在前壳(1)上，另一端均支撑在变速器壳体(9)上；每个中间轴上均设置中间轴传动齿轮和中间轴一档齿轮，中间轴传动齿轮与一轴总成(4)上设置的一轴齿轮常啮合，中间轴一档齿轮与二轴一档齿轮(12)常啮合；第二中间轴上设置输入测速转子(22)；二轴总成(6)后端设置输出法兰盘(14)和输出测速转子(15)。
2.根据权利要求1所述的一种两档纯电动变速器，其特征在于，所述中间轴传动齿轮、中间轴一档齿轮、一轴齿轮和二轴一档齿轮(12)均为斜齿轮。
3.根据权利要求1或2所述的一种两档纯电动变速器，其特征在于，所述中间轴传动齿轮和中间轴一档齿轮的旋向相同，中间轴传动齿轮和中间轴一档齿轮为双联齿轮。
4.根据权利要求1所述的一种两档纯电动变速器，其特征在于，所述一轴总成(4)通过第一四点定位球轴承(2)支撑；二轴总成(6)两端分别通过无外圈圆柱滚子轴承(5)和第二四点定位球轴承(13)支撑；每个中间轴的两端分别通过带卡环槽圆柱滚子轴承(7)和圆柱滚子轴承(10)支撑。
5.根据权利要求1所述的一种两档纯电动变速器，其特征在于，所述拨叉轴(16)上设置三个用于换档拨叉(18)自锁的环形凹槽；换档拨叉(18)内部设置压缩弹簧(24)和自锁钢球(25)；自锁钢球(25)一端置于环形凹槽内，另一端与压缩弹簧(24)接触。
6.根据权利要求1所述的一种两档纯电动变速器，其特征在于，所述拨叉轴(16)上设置用于换档拨叉(18)限位的前限位垫(21)和后限位垫(17)。
7.根据权利要求1所述的一种两档纯电动变速器，其特征在于，所述换档拨叉(18)前后两侧设置拨头凹槽，换档拨头(23)U型结构的一端卡在拨头凹槽内。
8.根据权利要求1所述的一种两档纯电动变速器，其特征在于，所述二轴一档齿轮(12)空套在二轴总成(6)上，二轴一档齿轮(12)的前后端面以及与之接触的端面上设置润滑油槽。
9.根据权利要求1所述的一种两档纯电动变速器，其特征在于，所述前壳(1)、前轴承盖(3)、变速器壳体(9)和后轴承盖(11)上均设置若干用于润滑的油道。
10.根据权利要求1所述的一种两档纯电动变速器，其特征在于，所述变速器操纵装置(19)为单轴换档机构；前壳(1)、前轴承盖(3)、变速器壳体(9)和后轴承盖(11)均为铝合金材质；变速器壳体(9)前大后小，成5°角向后收口。
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