CN110185751A - 一种变速箱三挡副箱结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于车辆传动系统技术领域，具体涉及一种变速箱三挡副箱结构，包括箱体、输入轴、输出轴、中间轴、两位气缸和三位气缸；中间轴与输入轴、输出轴相平行；中间轴上的三个固定齿轮分别与输入轴上一个固定齿轮、输出轴上两个转动齿轮相啮合；输出轴上设有第一啮合齿套和第二啮合齿套，三位气缸的推杆上并设有用于拨动第一啮合齿套的第一拨叉；两位气缸的推杆上设有用于拨动第二啮合齿套的第二拨叉。本发明与变速箱主箱组合使用可实现总速比范围增大，正常行驶过程中使用其中两个挡位，起步或爬坡等要求增大传动系速比的工况使用第三个挡位；由于不增加同时传动的齿轮组所以不影响传动效率，副箱换挡由气缸机构执行，方便操纵。

Description

一种变速箱三挡副箱结构
技术领域
本发明属于车辆传动系统技术领域，具体涉及一种变速箱三挡副箱结构，主要应用在机械式变速箱副箱结构中。
背景技术
重型卡车机械式变速箱普遍采用主副箱结构。副箱有两个挡位，采用气动控制换挡，主箱采用手动控制换挡，通过主箱齿轮与副箱齿轮组合，达到挡位倍数增加的效果。
常见的12挡变速箱一般采用“主箱6挡x副箱2挡”结构，速比范围一般在1~15之间。速比范围越宽，路况适应性越好，能够兼顾动力性与燃油经济性，由于相邻两个挡位之间级差不能太大，因此要获得更宽范围的速比，只能考虑增加齿轮组的数量。增加主箱齿轮组的数量会加大驾驶员换挡操作强度，同时换挡杆人机舒适性也较难保证。
16挡变速箱速比范围能实现1~17 之间，多采用“前副箱2挡x主箱4挡x后副箱2挡”的双副箱结构，由于副箱可采用气动换挡，解决了驾驶员换挡操作强度问题，但增加了一组传动齿轮，导致了系统传动效率降低，经验表明，每增加一组参与传动的齿轮，系统效率降低2~3%左右。同时，行车过程中需要反复操作两个副箱同样不容易被司机接受。
随着市场经济的发展以及货运市场多样化变革，用户对变速箱速比范围需求进一步扩大，如重载大件运输车辆要求尽可能加大变速箱速比范围，大速比在保证爬坡和加速阶段动力性的同时，起步阶段也能减少对传动系冲击。国外某大件运输车自动挡变速箱，因不用考虑手动换挡操纵方便性，最大速比能达到19以上，受成本因素影响，重型自动变速箱普及率不高。
发明内容
本发明提供了一种变速箱三挡副箱结构，与变速箱主箱组合使用可实现总速比范围增大，正常行驶过程中使用其中两个挡位，起步或爬坡等要求增大传动系速比的工况使用第三个挡位；正常行驶过程中由于不增加换挡挡位进而不增加换挡操纵难度，由于不增加同时传动的齿轮组所以不影响传动效率。副箱换挡由气缸机构执行，方便操纵。
按照本发明的技术方案，所述变速箱三挡副箱结构，包括箱体、输入轴、输出轴、中间轴、两位气缸和三位气缸；
所述输入轴与输出轴转动安装在箱体上，输入轴与输出轴同轴设置，输入轴上固定设有输入轴齿轮，输出轴上转动设有第一输出轴齿轮和第二输出轴齿轮；
输出轴的内端部滑动设有第一啮合齿套，第一输出轴齿轮与第二输出轴齿轮之间的输出轴上滑动设有第二啮合齿套，所述输入轴齿轮与第一输出轴齿轮上设有与第一啮合齿套相匹配的啮合结构，第二输出轴齿轮上设有与第二啮合齿套相匹配的啮合结构；
所述中间轴转动安装在箱体内，中间轴与输入轴、输出轴相平行，中间轴上依次固定设有第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮；所述第一齿轮与输入轴齿轮相啮合，第二齿轮与第一输出轴齿轮相啮合，第三齿轮与第二输出轴齿轮相啮合；
所述三位气缸的第一推杆伸入箱体内，第一推杆上设有用于拨动第一啮合齿套的第一拨叉；
所述两位气缸的第二推杆伸入箱体内，第二推杆上设有用于拨动第二啮合齿套的第二拨叉。
进一步的，所述第一啮合齿套、第二啮合齿套与输出轴通过滑动花键连接。
进一步的，所述啮合结构为外花键或直齿轮。
本发明的有益效果在于：通过在两挡副箱齿轮组基础上增加一对齿轮组及用于齿轮组挡位切换的气缸机构实现带有三个挡位的变速箱副箱结构，由于在同一时间，啮合传动状态的三个挡位中只有一个挡位的齿轮负责啮合传动，因此不影响系统传动效率；
通过匹配三挡副箱能够实现更宽速比范围，以采用“主箱6挡x副箱2挡”结构的12挡直接挡变速箱为例，匹配前速比范围为1~15，匹配后能够实现速比范围1~25.43，速比范围增大66%，这样可以给整车传动系统更大的优化空间，例如在保证低挡位行驶起步、爬坡动力性能的同时，可以更倾向于保证高挡位行驶燃油经济性设计，降低燃油消耗；
另一方面，三挡副箱实现更宽速比范围设计，允许车辆匹配更小排量的发动机，从而能够从源头降低污染物排放，符合当今绿水青山、绿色城市的发展主题，三挡副箱将给传动系统设计领域带来一场技术革命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明：1-箱体、2-输入轴、3-输入轴齿轮、4-中间轴、5-第一齿轮、6-第一啮合齿套、7-第二齿轮、8-第一输出轴齿轮、9-第二啮合齿套、10-第三齿轮、11-第二输出轴齿轮、12-输出轴、13-两位气缸、13.1-第五气口、13.2-第六气口、14-三位气缸、14.1-第一气口、14.2-第二气口、14.3-第三气口、14.4-第四气口、15-第二推杆、16-第一推杆、17-第二拨叉、18-第一拨叉。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示：本发明通过在两挡副箱齿轮组基础上增加一对齿轮组及用于齿轮组挡位切换的气缸机构实现。其结构包括：箱体1、输入轴2、输出轴12、中间轴4、两位气缸13和三位气缸14。
其中，输入轴2、输出轴12与箱体1通过轴承连接，输入轴2、输出轴12相对箱体1可以自由转动，输入轴2与输出轴12同轴设置。输入轴2上固定设有输入轴齿轮3，输出轴12上通过轴承转动设有第一输出轴齿轮8和第二输出轴齿轮11。
在输出轴12的内端部滑动设有第一啮合齿套6，第一输出轴齿轮8与第二输出轴齿轮11之间的输出轴12上滑动设有第二啮合齿套9。输入轴齿轮3与第一输出轴齿轮8上设有与第一啮合齿套6相匹配的啮合结构，第一啮合齿套6相对输出轴12有三个工作位置：图1位置，不与输入轴齿轮3、第一输出轴齿轮8接合，对应N1挡；与输入轴齿轮3上啮合结构啮合，对应H挡；与第一输出轴齿轮8上啮合结构啮合，对应L挡。第二输出轴齿轮11上设有与第二啮合齿套9相匹配的啮合结构，第二啮合齿套9对输出轴12有两个工作位置：图1位置，不与第二输出轴齿轮11接合，对应N2挡；与第二输出轴齿轮11上啮合结构啮合，对应C挡。
中间轴4的两端与箱体1通过轴承连接相对箱体1可以自由转动，中间轴4与输入轴2、输出轴12相平行。在中间轴4上依次固定设有第一齿轮5、第二齿轮7和第三齿轮10。其中，第一齿轮5与输入轴齿轮3相啮合，第二齿轮7与第一输出轴齿轮8相啮合，第三齿轮10与第二输出轴齿轮11相啮合。
三位气缸14的第一推杆16伸入箱体1内，第一推杆16上设有用于拨动第一啮合齿套6的第一拨叉18，实现第一啮合齿套6的三个工作位置切换；两位气缸13的第二推杆15伸入箱体1内，第二推杆15上设有用于拨动第二啮合齿套9的第二拨叉17，实现第二啮合齿套9的两个工作位置切换。
具体的，第一啮合齿套6、第二啮合齿套9与输出轴12通过滑动花键连接。啮合结构为外花键或直齿轮。
本发明带有H挡、L挡、C挡三个啮合传动状态的挡位，以及两个非啮合状态空挡位N1挡及N2挡。
其中，H挡、L挡和N1挡由三位气缸14控制，三位气缸14、第一推杆16、第一拨叉18、第一齿套6构成H挡、N1挡、L挡气缸机构，H挡、L挡、N1挡齿轮组（涉及齿轮组见传动路线部分）与该气缸机构共同构成两挡副箱结构。三位气缸14通过第一推杆16、第一拨叉18控制第一齿套6分别与H挡输入轴齿轮3、L挡第一输出轴齿轮8啮合或脱开，三位气缸14在H挡、L挡位置切换过程中需经过N1挡位置。
N2挡和C挡由两位气缸13控制，两位气缸13通过第二推杆15、第二拨叉17控制第二齿套9与C挡第二输出轴齿轮11啮合或脱开。两位气缸13、第二推杆15、第二拨叉17、第二齿套9构成C挡、N2挡气缸机构。C挡齿轮及C挡、N2挡气缸机构是本发明增加的一组齿轮及控制结构，C挡齿轮传动比大于H挡及L挡齿轮（传动比见传动路线部分）；H挡、L挡和N1挡齿轮组及其气缸机构与C挡、N2挡齿轮组及其气缸机构共同构成本发明的三挡副箱结构。
H挡、L挡主要在正常行车状态下使用：正常行车状态，三位气缸14可分别对应H挡、L挡工作位置，实现传统两挡副箱功能，两位气缸13对应N2挡工作位置，C挡齿轮不啮合；遇到起步或爬坡等要求增大系统传动比的工况时使用C挡，两位气缸13对应C挡位置，C挡齿轮啮合，同时三位气缸14对应N1挡位置。
由于C挡齿轮传动比大于H挡或L挡齿轮传动比，使用C挡时，可实现增大系统传动比的作用；同时，同一时间，H挡、L挡、C挡只有一个挡位的齿轮负责人啮合传动，因此不影响系统传动效率。气缸机构主要作用是配合三挡变速箱副箱齿轮组结构，实现齿轮组换挡。
本发明的挡位传动路线如下：
N1挡、N2挡状态时，如图1，第一啮合齿套6位于N1挡，第二啮合齿套9位于N2挡，输入轴2有转速输入时，输入轴2、中间轴4以及输入轴齿轮3和第一齿轮5、第二齿轮7和第一输出轴齿轮8、第三齿轮10和第二输出轴齿轮11空转，输出轴无转速输出。
H挡传动时，第一啮合齿套6从图1所示N1挡向前拨动至H挡，与齿轮3的啮合结构接合，第二啮合齿套9处于图1所示N2挡，传动路线经：输入轴2-输入轴齿轮3-第一啮合齿套6-输出轴12。H挡传动时，副箱传动比为1。
L挡传动时，第一啮合齿套6从图1所示N1挡位向后拨动至L挡位，与第一输出轴齿轮8接合，第二啮合齿套9处于图示空挡位N2，传动路线经：输入轴2-输出轴齿轮3-第一齿轮5-中间轴4-第二齿轮7-第一输出轴齿轮8-第二啮合齿套6-输出轴12，L挡传动时，副箱传动比为第一齿轮5/输出轴齿轮3齿轮组与第一输出轴齿轮8/第二齿轮7齿轮组的速比乘积。
C挡传动时，第一啮合齿套6位于图1所示N1挡位，第二啮合齿套9从图1所示N2挡位向后拨动至C挡位，与第而输出轴齿轮11的啮合结构接合, 传动路线经：输入轴2-输入轴齿轮3-第一齿轮5-中间轴4-第三齿轮10-第二输出轴齿轮11-第二啮合齿套9-输出轴12，L挡传动时，副箱传动比为第一齿轮5/输入轴齿轮3齿轮组与第二输出轴齿轮11/第三齿轮10齿轮组的速比乘积（第二输出轴齿轮11/第三齿轮10齿轮组的速比大于第一输出轴齿轮8/第二齿轮7齿轮组的速比，最大可以设定为两档副箱的最大速比）。
本发明副箱换挡由气缸机构执行，方便操纵，气缸机构工作如下：
如图1所示，第一啮合齿套6的三个工作位置通过三位气缸14实现，三位气缸14带有四个气口，从左往右为第一气口14.1，第二气口14.2，第三气口14.3和第四气口14.4；
三位气缸14对应H挡位时，第三气口14.3进气，第四气口14.4排气；第二气口14.2通气，第一气口14.1排气，三位气缸14前活塞控制第一推杆16向左运动，第一推动拨叉18及第一啮合齿套6进至H挡位；
三位气缸14对应L挡位时，第三气口14.3进气，第四气口14.4排气；第一气口14.1通气，第二气口14.2排气，三位气缸14前活塞控制第一推杆16向右运动，第一拉动拨叉18及第一啮合齿套6进至L位；
三位气缸14对应N1挡位时，如图1，第四气口14.4进气，第三气口14.3排气，三位气缸14后活塞顶杆在气压和弹簧作用下对前活塞形成限位；第一气口14.1进气，第二气口14.2排气，三位气缸14前活塞在后活塞顶杆配合县，控制第一推杆16、第一拨叉18及第一啮合齿套6保持N1位。
第二啮合齿套9的两个工作位置通过两位气缸13实现，两位气缸13带有两个气口，第五气口13.1和第六气口13.2；
两位气缸13对应N2挡位时，第六气口13.2进气，第五气口13.1排气，两位气缸13活塞向左运动，控制第二推杆15向左推动第二拨叉17及第二啮合齿套9保持N2位；气路失效时在弹簧力作用下可保持N2挡位；
两位气缸13对应C挡位时，第五气口13.1进气，第六气口13.2排气，两位气缸13活塞向右运动，控制第二推杆15向右拉动第二拨叉17及第二啮合齿套9进至C挡位。

Claims (3)

1.一种变速箱三挡副箱结构，其特征在于，包括箱体（1）、输入轴（2）、输出轴（12）、中间轴（4）、两位气缸（13）和三位气缸（14）；
所述输入轴（2）与输出轴（12）转动安装在箱体（1）上，输入轴（2）与输出轴（12）同轴设置，输入轴（2）上固定设有输入轴齿轮（3），输出轴（12）上转动设有第一输出轴齿轮（8）和第二输出轴齿轮（11）；
输出轴（12）的内端部滑动设有第一啮合齿套（6），第一输出轴齿轮（8）与第二输出轴齿轮（11）之间的输出轴（12）上滑动设有第二啮合齿套（9），所述输入轴齿轮（3）与第一输出轴齿轮（8）上设有与第一啮合齿套（6）相匹配的啮合结构，第二输出轴齿轮（11）上设有与第二啮合齿套（9）相匹配的啮合结构；
所述中间轴（4）转动安装在箱体（1）内，中间轴（4）与输入轴（2）、输出轴（12）相平行，中间轴（4）上依次固定设有第一齿轮（5）、第二齿轮（7）和第三齿轮（10）；所述第一齿轮（5）与输入轴齿轮（3）相啮合，第二齿轮（7）与第一输出轴齿轮（8）相啮合，第三齿轮（10）与第二输出轴齿轮（11）相啮合；
所述三位气缸（14）的第一推杆（16）伸入箱体（1）内，第一推杆（16）上设有用于拨动第一啮合齿套（6）的第一拨叉（18）；
所述两位气缸（13）的第二推杆（15）伸入箱体（1）内，第二推杆（15）上设有用于拨动第二啮合齿套（9）的第二拨叉（17）。
2.如权利要求1所述的变速箱三挡副箱结构，其特征在于，所述第一啮合齿套（6）、第二啮合齿套（9）与输出轴（12）通过滑动花键连接。
3.如权利要求1所述的变速箱三挡副箱结构，其特征在于，所述啮合结构为外花键或直齿轮。
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