CN110219977B - 变速器档位多功能自锁单元 - Google Patents

Abstract

一种变速器档位多功能自锁单元，包括：竖直运动的自锁插销和与之相联水平运动的插销座，其中：插销座设置于拨叉轴上；自锁插销上设有至少一组销齿；插销座上对应设有至少一组座齿；自锁插销上设有平行于拨叉轴轴向的导向条，插销座上设有平行于拨叉轴轴向且与导向条对应的导向槽，换档时自锁插销抬起销齿脱离插销座座齿齿间且导向条仍不脱离插销座的导向槽，拨叉轴带动插销座沿轴线方向作换档动作，到达目标档位后，自锁插销落下，销齿插入座齿齿间中。本装置能够有效解决现有结构中因拨叉轴受轴向扰动力的作用所造成的脱档情况，档位自锁稳定、可靠、精确。

Description

变速器档位多功能自锁单元

技术领域

本发明涉及的是一种变速器控制领域的技术，具体是一种变速器档位多功能自锁单元，可应用于车辆变速器换档系统中

背景技术

在变速器运行工况中，即使稳定在某一档位下，拨叉轴仍然存在轴向力的扰动，一旦扰动力超过弹性自锁销在拨叉轴上形成的轴向保持力，则目标档位无法维持，产生“脱档”(跳排)现象；另外，自锁弹簧弹性系数很难选择，如果弹性系数大，则自锁弹簧力大，换档力也要大，造成一系列零部件需要加强，且对手动变速器而言手感变差，如果弹性系数小，则自锁弹簧力小，更容易发生“脱档”现象；再则，自锁钢球在受到弹簧压力的情况下一直在拨叉轴表面滑动，容易造成零件磨损失效，为了提高耐磨性，通常拨叉轴该部位表面需作专门的硬化和强化处理，这种处理往往使拨叉轴产生异常变形，影响加工精度，制造难度增加。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种变速器档位多功能自锁单元，能够有效解决现有结构中因拨叉轴受轴向扰动力的作用所造成的脱档情况。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：竖直运动的自锁插销和与之相联水平运动的插销座，其中：插销座设置于拨叉轴上；自锁插销上设有至少一组销齿；插销座上对应设有至少一组座齿。

所述的一组销齿优选为三个，对应所述的一组座齿优选为六个。

所述的自锁插销上设有平行于拨叉轴轴向的导向条，插销座上设有平行于拨叉轴轴向且与导向条对应的导向槽。

所述的自锁插销销齿、插销座座齿的截面采用梯形结构时，除了销齿与座齿齿间、座齿与销齿齿间必须分别为同形、同尺寸外，销齿与销齿齿间、座齿与座齿齿间可以分别同形而不同尺寸。但考虑到换档力通过拨叉轴到座齿梯形齿面再与销齿梯形齿面接触传递，自锁插销与插销座应当具有相同的强度，所以销齿、销齿齿间、座齿、座齿齿间优选为全部同形、同尺寸。

在长时间运行过程中，销齿与座齿的梯形贴合面会磨损，因此本发明通过在销齿齿顶与座齿齿间底部之间、座齿齿顶与销齿齿间底部设置合理间隙，即顶隙来实现上述磨损造成的齿侧间隙的自动消除，即因顶隙的存在，一旦梯形贴合面磨损，自锁插销的上下行程会自动微小补偿，即微增行程，侧隙即可消除，而不影响换档和档位自锁动作的正常进行。

本装置具体工作过程如下：

换档时，先通过电磁铁抬起自锁插销使销齿脱离座齿齿间，而导向条保留在插销座的导向槽中，然后换档力推动拨叉轴和插销座移动到目标档位处，在此过程中导向条与导向槽共同作用使拨叉轴和插销座绕拨叉轴轴线旋转或摆动受到约束，确保换档正常进行。拨叉轴与插销座移动到目标档位后，电磁铁落下使销齿插入座齿齿间、座齿插入销齿齿间并贴合，至此目标档位就被紧紧锁住。当目标档位在自锁插销和插销座的共同作用下锁住时，拨叉轴上的轴向扰动力即使大到与换档力相同也无法使目标档位脱档。

上述消隙功能的实现完全自动，不需任何干预。为了自锁插销不致被通过插销座传递过来的拨叉轴轴向扰动力作用脱出自锁位置，自锁插销销齿、插销座座齿上的梯形底角θ需满足：90°＞θ＞arccot(μ)，其中：μ为自锁插销梯形齿齿侧面与插销座梯形齿齿侧面之间的摩擦系数。

技术效果

与现有技术相比，本发明可完全避免因拨叉轴受轴向扰动力的作用所造成的脱档(跳排)现象，因而档位自锁可靠、安全，也避免了传统自锁机构中的自锁钢球在拨叉轴上频繁摩擦造成相关零部件磨损而失效。采用本发明还使变速器档位位置比传统自锁机构更加精确。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明设有断续导向条的自锁插销示意图；

图3为本发明设有通长导向条的自锁插销示意图；

图4为本发明插销座示意图；

图5为销齿结构示意图；

图6、图7和图8为本发明电磁铁、自锁插销、直线轴承装配示意图；

图9为销齿、销齿齿间、座齿、座齿及相互间关系(同形、同尺寸)示意图；

图10为销齿、销齿齿间、座齿、座齿齿间(同形、不同尺寸)示意图；

图11为本发明应用示意图；

图中：1自锁插销、2插销座、3拨叉轴、4直线轴承、5电磁铁固定法兰、6电磁铁、7导向条、8销齿、9座齿、10导向槽、11扁平楔构型、12T形槽构型、13螺纹构型、14拨叉、15同步器、h顶隙、W_xt销齿齿间顶宽、W_xb销齿齿间底宽、D_xt销齿齿顶厚、D_xb销齿齿根厚、H_x销齿齿高、W_zt座齿齿间顶宽、W_zb座齿齿间底宽、D_zt座齿齿顶厚、D_zb座齿齿根厚、H_z座齿齿高。

具体实施方式

如图1所示，本实施例包括：竖直运动的自锁插销1和与之相联水平运动的插销座2，其中：插销座2设置于拨叉轴3上；自锁插销1上设有至少一组销齿8以及平行于拨叉轴3轴向的导向条7；插销座2上对应设有至少一组座齿9以及对应导向条7的导向槽10，当到达目标档位时自锁插销1落下且销齿8插入插销座2的座齿齿间中，实现拨叉轴3在目标档位的自锁。

所述的对应是指：销齿8与座齿9齿间、座齿9与销齿8齿间分别是配对关系，应分别为同形、同尺寸。

所述的销齿8的齿形可以是矩形、梯形、三角形、圆柱形、圆锥形、菱柱形、带锥的菱柱形等，优选为梯形，所述的插销座2的座齿9齿形可以是矩形、梯形、三角形，或插销座2的座孔孔形可以是圆柱孔、圆锥孔、菱柱孔或带锥菱柱孔。

所述的销齿8、销齿8的齿间、座齿9、座齿9的齿间优选为同形、同尺寸。

所述的销齿8的齿距与座齿9的齿距相等，且等于换档行程。

所述的导向槽10的宽度优选与导向条7的厚度相匹配，导向槽10的深度优选大于导向条7的高度，使得导向条7能够约束插销座2和拨叉轴3不会绕拨叉轴3轴心线旋转或摆动，使换档动作得以正常完成。

为了自锁插销1不致被通过插销座2传递过来的拨叉轴3轴向扰动力作用脱出自锁位置，自锁插销1上销齿8、插销座2上座齿的梯形底角θ满足：90°＞θ＞arccot(μ)，其中：μ为自锁插销1梯形齿齿侧面与插销座2梯形齿齿侧面之间的摩擦系数。

所述的竖直运动，采用但不限于通过电磁铁6与自锁插销1相联得以实现，电磁铁6衔铁的保持力及自锁插销1销齿8、插销座2座齿9上的梯形底角满足90°＞θ＞arccot(μ)从而使自锁插销1的销齿8插在插销座2的座齿9齿间中不会因拨叉轴3受到轴向扰动力而脱出，直至下一次换档时，电磁铁6再次抬起自锁插销1为止。

如图6、图7和图8所示，所述的电磁铁6的衔铁与自锁插销1之间优选采用T形槽12、扁平楔11加销或螺纹13方式相联。

所述的电磁铁6采用但不限于推拉式电磁铁6、推式电磁铁6、拉式电磁铁6、自保持推式电磁铁6、自保持拉式电磁铁6等。

优选地，所述的电磁铁6抬落行程满足：

i)大于销齿8齿高H_x与顶隙h之差且小于销齿8齿高H_x与顶隙h之差与导向条7高度之和，

ii)大于座齿9齿高H_z与顶隙h之差且小于座齿9齿高H_z与顶隙h之差与与导向条7高度之和。

所述的自锁插销1优选通过直线轴承4作径向支撑，该直线轴承4采用但不限于滑动直线轴承4、滚动直线轴承4。该直线轴承4通过自锁插销1圆柱体柄部为自锁插销1提供径向支撑，承受换档力。

为了形成顶隙h，所述的自锁插销1的销齿8的齿顶厚D_xt大于插销座2的座齿9齿间底宽W_zb，而插销座2座齿9齿顶厚D_zt大于自锁插销1销齿8齿间底宽W_xb，使自锁插销1的销齿8完全插入插销座2座齿9齿间后，销齿8齿顶与座齿9齿间底面、座齿9齿顶与销齿8齿间底面均保持一定的间隙；而销齿8齿侧与座齿9齿侧无间隙贴合，达到自动消隙的作用。

在长时间运行过程中，自锁插销1销齿8和插销座2座齿9的齿侧贴合面会磨损，但通过设置合理的顶隙h能够实现上述磨损造成的齿侧间隙通过自锁插销1的上下行程自动微小补偿(微增行程)即可消除，而不影响换档和档位自锁动作的正常进行。

销齿8及座齿9的齿高和齿厚以及齿数可以按照换档力的大小配置，齿高、齿厚尺寸越大、齿数越多则所能承受的换档力越大，反之；所能承受的换档力越小，结构尺寸也越小。

如图11所示，换档时，电磁铁6先把自锁插销1抬起使自锁插销1上的销齿8脱离插销座2上的座齿9齿间，但导向条7仍在插销座2的导向槽10中，然后拨叉轴3与插销座2一起向目标档位移动。当拨叉轴3与插销座2移动到目标档位位置时电磁铁6将自锁插销1落下直至自锁插销1上的销齿8嵌入座齿9齿间，此时拨叉轴3在轴向上被紧紧锁住，实现了可靠的档位自锁。在档位自锁状态下即使拨叉轴3受到轴向扰动力的作用，自锁插销1在销齿8的支撑下也不会从插销座2中脱出。上述拨叉轴3上的轴向扰动力依次通过插销座2、自锁插销1、直线轴承4传递到变速器壳体上。在这过程中自锁插销1上的导向条7始终在插销座2的导向槽10中滑动，使插销座2、拨叉轴3绕拨叉轴3轴线旋转或摆动的动作被约束，档位切换可以正常进行。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (11)

1.一种变速器档位多功能自锁单元，其特征在于，包括：竖直运动的自锁插销和与之相联水平运动的插销座，其中：插销座设置于拨叉轴上；自锁插销上设有至少一组销齿；插销座上对应设有至少一组座齿；

所述的自锁插销上设有平行于拨叉轴轴向的导向条，插销座上设有平行于拨叉轴轴向且与导向条对应的导向槽，换档时自锁插销抬起销齿脱离插销座座齿齿间且导向条仍不脱离插销座的导向槽，拨叉轴带动插销座沿轴线方向作换档动作，到达目标档位后，自锁插销落下，销齿插入座齿齿间中；

所述的对应是指：销齿与座齿齿间、座齿与销齿齿间分别是配对关系。

2.根据权利要求1所述的变速器档位多功能自锁单元，其特征是，所述的销齿的齿形采用矩形、梯形、三角形、圆柱形、圆锥形、菱柱形或带锥菱柱形，对应所述的座齿的齿形采用矩形、梯形、三角形，或对应所述的插销座座孔采用圆柱孔、圆锥孔、菱柱孔或带锥菱柱孔。

3.根据权利要求1所述的变速器档位多功能自锁单元，其特征是，所述的导向条具体位于自锁插销作用端，其厚度与导向槽配对；所述的导向槽具体位于插销座齿间底部，其宽度与导向条配对。

4.根据权利要求1所述的变速器档位多功能自锁单元，其特征是，所述的销齿、销齿的齿间、座齿、座齿的齿间为同形、同尺寸。

5.根据权利要求1所述的变速器档位多功能自锁单元，其特征是，所述的销齿的齿距与座齿的齿距相等，且等于换档行程。

6.根据权利要求1或3所述的变速器档位多功能自锁单元，其特征是，所述的导向槽的宽度与导向条的厚度相匹配，导向槽的深度大于导向条的高度，使得导向条能够约束插销座和拨叉轴不会绕拨叉轴轴心线旋转或摆动，使换档动作得以正常完成。

7.根据权利要求1-5中任一所述的变速器档位多功能自锁单元，其特征是，所述的销齿的齿顶与座齿的齿间底部之间、座齿的齿顶与销齿的齿间底部设置合理间隙，即顶隙实现磨损造成的齿侧间隙的自动消除。

8.根据权利要求6所述的变速器档位多功能自锁单元，其特征是，所述的销齿、座齿上的梯形底角θ需满足：90°＞θ＞arccot(μ)，其中：μ为自锁插销梯形销齿齿侧面与插销座梯形座齿齿侧面之间的摩擦系数。

9.根据权利要求1～5中任一所述的变速器档位多功能自锁单元，其特征是，所述的销齿齿顶厚大于座齿齿间底宽，座齿齿顶厚大于销齿齿间底宽；

所述的竖直运动，采用电磁铁与自锁插销相联得以实现，该电磁铁抬落行程的范围满足：

i)大于销齿齿高与顶隙之差且小于销齿齿高与顶隙之差与导向条高度之和，

ii)大于座齿齿高与顶隙之差且小于座齿齿高与顶隙之差与导向条高度之和，

使自锁插销的销齿插入插销座的座齿齿间后，销齿齿顶与座齿齿间底面之间、座齿齿顶与销齿齿间底面之间均保持一定的间隙，因而确保自锁插销销齿齿侧与插销座座齿齿侧无间隙贴合，起到自动消隙的作用，即使销齿齿侧、座齿齿侧长期使用后磨损，其产生的侧隙仍可自动消除。

10.根据权利要求1～5中任一所述的变速器档位多功能自锁单元，其特征是，所述的销齿齿顶厚与销齿齿间顶宽之和等于换档行程，所述的座齿齿顶厚与座齿齿间顶宽之和等于换档行程。

11.根据权利要求1～5中任一所述的变速器档位多功能自锁单元，其特征是，所述的销齿齿顶厚等于座齿齿顶厚、销齿齿根厚等于座齿齿根厚、销齿齿间底宽等于座齿齿间底宽、销齿齿间顶宽等于座齿齿间顶宽。