CN1102711C - 具有滚珠斜滑道驱动器的变速箱换档变速机构 - Google Patents

Abstract

一种沿轴向移动爪式离合器(21，23)的变速箱变速换档系统，离合器(21，23)具有多个沿抽向和/或径向被制成斜面的齿(72)，齿(72)用于与制作在主轴齿轮(22，24)上的多个啮合腔(78)相结合，系统中的滚珠斜滑道驱动器(14，16)或凸轮斜滑道机构被用来使爪式离合器(21，23)沿轴向移动。电气线圈(32，33)被用来以电磁方式将控制环(37，39)通过一离合器板(52，53)连接于主轴齿轮(22，24)，驱动环(43)则以不可转动方式连接于主轴(18)。在另一替换实施例中，驱动环(90，92)被制作成爪式离合器(94，96)的一部分，而且控制环(82，83)相对主轴(18)保持位置。多个磁力线槽(80A，80B)被用来沟通离合器板(84，85)与主轴齿轮(22，24)之间的磁力。

Description

具有滚珠斜滑道驱动器的变速箱换档变速机构

技术领域

本发明涉及用于齿轮变速箱的一种换档变速机构，更具体说，涉及一种用于齿轮变速箱的换档变速机构，其中制有斜面的爪式离合器由一滚珠斜滑道驱动器移动进入与制作在一主轴齿轮上的啮合腔相结合。

背景技术

采用变速杆机构组件的齿轮变速箱是公知的现有技术，在此组件中，一个或多个沿轴向可动的变速棒(也称作变速轨)和变速杆每个上均装有配合作用的变速叉，通过轴向移动一离合器件或具有离合器齿的齿轮或爪式离合器，它们被有选择地沿轴向移动，使之与一选定的变速箱齿轮啮合或脱开。通过参看美国专利US3105395，US3283613，US3611483，US4152949，US4194410，US4445393，US4754665，US4876924及US5053961可以对此有所了解。这些专利公开的内容用作本申请的参考资料。

通过压力液体，压缩空气或电动机及其控制系统驱动的电控变速杆壳体组件也是公知的现有技术，通过参看美国专利US 4428248，US4445393，US4722237及US4873881可以对此有所了解，它们全都转让给本发明的同一受让人，这些专利文件均用作本发明的参考资料。

虽然现有技术的电控驱动的变速杆壳体组件总的来说是令人满意的，而且目前还在生产领域中被用于远程控制和/或自动控制齿轮变速箱，但由于它们复杂，生产、安装和维修费用高而并不总令人满意。由于用于驱动变速杆的空气的可压缩性，使现有技术的压缩空气系统动作缓慢和难以控制。将液压流体作为运作介质使用，由于系统中液体泄漏而导致性能降低，要求昂贵的维护而证明其应用是有困难的。

在与一个全部或局部自动化的传动链主离合器协同作用下，通过电气控制多个驱动器使之移动变速箱齿轮的变速机构，就可以使传统的手动变速箱自动化也是公知的。驱动器使装有变速叉的齿轮箱变速杆运动，变速叉又控制在其末端处的一爪式离合器沿轴向移动。爪式离合器沿制有花键的一变速箱主轴滑动；使之与传动装置啮合，及以不可转动方式将输入连接于变速箱的输出。类似的机构或齿轮变速箱作为现有技术是公知的，而且可以通过参看美国专利US3105395，US3283613，US4754665，US4876924及US5053961加以了解，这些专利公开的内容引作本申请的参考资料。

使用由一单独的驱动马达驱动的滚珠斜滑道驱动器也是公知的，在一变速箱中的每对滚珠斜滑道驱动器使主轴上的离合器部件加载，将旋转运动以摩擦方式从该主轴传递到装在此主轴上的齿轮，这些齿轮又是与在中间轴上的齿轮啮合的。其公开的内容用作本发明参考资料的美国专利US5078249就介绍了这样的一种变速箱。此滚珠斜滑道组件由两个压力环及一个置于两环之间的调整环组成。压力环和调整环两者均利用对置的变深度槽对，槽对用以保持一滚动件，根据调整环相对于压力环的旋转方向，槽对及滚动件使压力环沿轴向伸展和收缩。调整环的回转运动是由一个与变速箱相关的马达来提供的。

利用电马达驱动器使调整环相对于变速箱壳转动，导致某些机械和电气构件复杂、费用高。要求将相对高的马达回转速度转换到调整齿轮的低速转动的齿轮系会产生复杂性。齿轮减速箱减慢了滚珠斜滑道驱动器的响应速度，由此也使变速箱的执行速度变慢。

根据本发明，通过利用中间轴与主轴之间的相对转动，并使滚珠斜滑道离合器的电磁线圈组件激励，将一制有斜面的爪式离合器沿轴向移动而使变速箱主轴齿轮连接于变速箱主轴，就能消除或减少现有技术的不足之处。以这种方式，一个简单的电磁线圈组件被用来控制本发明的滚珠斜滑道驱动器和爪式离合器而无需使用复杂的马达和别的回转驱动器，那类驱动器使用一种齿轮驱动的调整环，总是伴随着缓慢的响应(速度)和使机械复杂化。制有斜面形状的爪式离合器部份以这样一种方式与主轴齿轮结合：允许滚珠斜滑道驱动器连续地迫使此爪式离合器移向主轴齿轮。

上述的情况是通过有选择地以电磁方式将一滚珠斜滑道控制环通过一离合器板连接于变速箱主轴齿轮来实现的，其中的电气线圈用于在离合器板中产生磁场，此离合器板又以不可转动方式与控制环连接。控制环沿轴向接触并移动爪式离合器，此离合器以不可转动方式连接于主轴花键上，花键允许爪式离合器响应此滚珠斜滑道机构而沿轴向移动。这样，在此推荐实施例中，控制环被有选择地以磁性方式连接于通过一中间轴齿轮连续地被中间轴驱动的主轴齿轮上，中间轴齿轮与主轴齿轮啮合。控制环与安装在主轴上的驱动环之间的相对转动使滚珠斜滑道驱动器沿轴向扩张，由此而使爪式离合器运动至与主轴齿轮结合，从而将主轴齿轮连接于主轴，用以向车辆驱动线路进行输出。控制环有一个滚珠斜滑道机构的第一侧面，其第二侧面是由驱动环组成的。控制环由与制作在控制环和驱动环两者上的相应的变深度槽相结合的滚动元件操作着沿轴向运动。由于控制环相对于驱动环的相对转动，滚珠斜滑道机构随着滚动元件在制作于控制环和驱动环两者上的变深度槽上的运行而沿轴向扩张。带有斜面的边缘部制作在爪式离合器上，此离合器在该处与制作在主轴齿轮上的相应的啮合腔相结合。爪式离合器和主轴齿轮的制有斜面的接触表面是为了在使制有斜面(倒角)的齿能够进入到齿腔尽头而配设的，它能够使滚珠斜滑道驱动器持续地促使爪式离合器与主轴齿轮进一步啮合，这样一来，当爪式离合器与主轴齿轮结合时，制有斜面的爪式离合器，和制作在主轴齿轮上的啮合腔的几何形状，允许控制环和驱动环之间有进一步的相对回转运动，由此而使滚珠斜滑道驱动器连续地沿轴向扩张，增大爪式离合器与主轴齿轮之间的结合量。制作在离合器板上的磁力线槽防止磁力线在此板上传布，从而使离合器板以磁力方式只连接于主轴齿轮而不与线圈组件连接。

在一个第一替换实施例中，用一线圈组件将离合器板和控制环以电磁方式连接于变速箱主轴齿轮，由此提供控制环与驱动环之间的相对转动，此驱动环被连接于变速箱壳。线圈组件最好环绕滚珠斜滑道机构，产生指向离合器板的电磁场，离合器板以磁性方式吸向主轴齿轮并以摩擦方式与之结合。凸轮斜滑道机构也可以替代滚珠斜滑道机构，以产生使本发明的爪式离合器与主轴齿轮相结合所要求的轴向力。

一第二替换实施例公开了一种驱动环，此驱动环与爪式离合器制成为一整体件。控制环扩张延伸，使控制环以不可转动的方式与一离合器板连接，离合器板则以电磁力用可转动方式连接于一主轴齿轮。主轴齿轮和主轴间的相对转动使滚珠斜滑道机构激励起动。

发明内容

本发明的目的之一是利用电磁线圈对一种连接于一变速箱换档变速系统中的爪式离合器的滚珠斜滑道驱动器提供控制。

本发明的另一目的是提供一种紧凑的滚珠斜滑道驱动系统来对在一齿轮变速箱中的一爪式离合器的轴向移动进行控制。

本发明的另一目的是，利用一电气线圈在以不可转动方式连接于一滚珠斜滑道驱动器的离合器板中产生电磁场，提供对滚珠斜滑道驱动器加载一爪式离合器的控制。

本发明的另一个目的是提供一种用以控制一爪式离合器的沿轴向移动的紧凑的滚珠斜滑道驱动器系统，该爪式离合器制有斜面，用来与在一齿轮变速箱中的一主轴齿轮上制作的啮合腔相结合。

本发明的另一个目的是提供一种用以控制一爪式离合器沿轴向移动的紧凑的滚珠斜滑道驱动器系统，此爪式离合器制有斜面，此斜面与啮合腔结合，啮合腔制作在主轴齿轮上，由此而允许该斜面与在齿轮变速箱内的该啮合腔完全结合之前不断地驱动此滚珠斜滑道驱动器。

根据本发明的一个方面，用于变速箱的一种变速箱换档变速系统，具有基本安置于一壳内、有相互平行的回转轴线的一主轴及至少一中间轴，至少两对齿轮，每对均具有一个以不可转动方式安装于中间轴、永久性与一主轴齿轮啮合的中间轴齿轮，主轴齿轮以可转动方式支承于主轴，通过一可沿轴向移动的爪式离合器主轴齿轮可连接于主轴，该系统具有：滚珠斜滑道机构，该机构具有以不可转动方式连接于主轴的驱动环，及与环邻近安置的控制环。两环均环绕着主轴及具有对置的端面，端面上配置有沿周向延伸的、安排得至少有三对对置的槽，槽具有变深度部份，在每对对置的槽中安置有滚动元件，驱动环和控制环上的槽被安置得从一起始位置起沿任一方向的驱动环与控制环间的相对角位移，均使控制环远离驱动环，因而使爪式离合器沿轴向移动，由此而使主轴齿轮转动连接于主轴；线圈组件，它安置于壳上，而且可被电激励产生一电磁场，而将控制环以摩擦方式连接于主轴齿轮，由此使控制环与驱动环之间产生相对转动；离合器板，用于根据线圈组件被电激励而以摩擦方式与线圈组件结合，该离合器板以不可转动方式连接于控制环；其特征在于，爪式离合器沿轴向与控制环接触，并带有用以与在主轴齿轮上的相应的多个制有斜面的啮合腔相结合的、沿轴向被制有斜面的离合器齿。

根据本发明的另一个方面，用于变速箱的一种变速箱变速换档系统，具有：大致安置于壳内的、有相互平行回转轴线的一主轴及至少一中间轴，至少两对齿轮，每对均具有一个以不可转动方式安装在中间轴上、与一相应的主轴齿轮永久啮合的中间轴齿轮，主轴齿轮以可转动方式支承于主轴，且通过可沿轴向移动的爪式离合器使之与主轴连接，此系统具有：一凸轮斜滑道机构，该机构具有以不可转动方式连接于主轴的驱动环及与环邻近安置的控制环，两环均环绕着主轴并有对置的端面端面，上配置有凸轮斜滑道，凸轮斜滑道被安排得至少为对置的三对且有变深度的部份，在驱动环上的凸轮斜滑道和在控制环上的凸轮斜滑道被安置的方式，使得在驱动环与控制环之间的从一起始点沿任一方向的相对角位移，均使控制环远离驱动环，使爪式离合器沿轴向移动，由此而使主轴齿轮转动连接于主轴；安装于壳上的线圈组件，它被电激励而产生以摩擦方式将控制环连接于主轴齿轮的电磁场，由此而使控制环和驱动环之间产生相对转动；离合器板，用于根据线圈组件电激励而以摩擦方式与线圈组件相结合，该离合器板以不可转动方式连接于控制环。其特征在于，爪式离合器沿轴向与控制环接触，而且在其上有沿轴向被制出斜面的离合器齿，齿用以与在主轴齿轮上的多个沿轴向被制有斜面的啮合腔相结合。

虽然本发明已就其在一个双中间轴型的变速箱内的应用进行了介绍。但是，任何合适类型的齿轮变速箱均可以采用本发明，用来将一个齿轮连接于一回转轴。

附图说明

对附图简要说明如下：

图1是具有本发明换档变速系统的一变速箱的局部剖视图；

图2是安装在一变速箱中的各个主轴齿轮上的本发明的各爪式离合器及两个滚珠斜滑道驱动器的剖视图；

图3是沿2图中III-III线剖切的本发明的滚珠斜滑道机构的一个剖视图；

图4是沿图3之IV-IV线剖切的处于最小间隔情况下的本发明的滚珠斜滑道机构的剖视图；

图5是沿图3之IV-IV线剖切的处于增大的间隔状态下的本发明的滚珠斜滑道机构的剖视图；

图6是本发明的爪式离合器及主轴齿轮的正视图；

图7是在本发明的爪式离合器与主轴齿轮之间产生的力的示意图；

图8是本发明的滚珠斜滑道驱动器第一替换实施例的局部剖视图；

图9是本发明的滚珠斜滑道驱动器第二替换实施例的局部剖视图；

图10是本发明使用的一种斜滑道驱动器的剖视图。

具体实施方式

为了引证方便起见，在下面说明书中将采用某些术语，这不是对说明书的限制。例如，术语“朝前”和“向后”是指变速箱在其通常安装于一车辆上时的朝前和向后的方向。“朝右”、“朝左”是指在与上述术语一起使用的图中的方向。术语“向内”、“向外”是指趋近或远离装置几何中心的方向。“朝上”、“向下”是指与这些术语一起使用的图中的方向，上述的所有术语还包括它们的同义词及公称的派生词。

为了利于理解本发明的基本实质，将引证实施例，实施例展示于附图中，为了介绍实施例会引用专门用语，尽管如此，将会明白，这不是对本发明基本精神的限制，其意图是指，对本发明涉及领域中的熟练人员来说，随着对所介绍内容的考虑，会出现对所介绍装置的替换，进一步的改型及本发明基本实质的更多的应用。

通过参看图1，可以看到用本发明的滚珠斜滑道驱动器14和16的一齿轮变速箱2。图1介绍了一个具有输入轴4的变速箱2，轴4与一驱动齿轮6连接，两者均支承于变速箱壳8中。齿轮6与中间轴驱动齿轮10、11两者啮合，它们以不可转动方式分别被连接到各自的中间轴12和13上。中间轴12转动中间轴齿轮26及28，中间轴13转动中间轴齿轮27和29。滚珠斜滑道驱动器14和16被用来有选择地将各自的主轴齿轮22和24连接于主轴18。主轴齿轮22或24分别以各自的爪式离合器21和23以不可转动方式连接于主轴18。通过其各自的滚珠斜滑道驱动器(未示出)有选择地以可旋转方式连接于主轴18的别的主轴齿轮未被示出。如图1所示，通过将电流导入电导线32A和33A，使各自的电气线圈32，33励磁增能，而使各自的滚珠斜滑道机构30，31被驱动和沿轴向移动，中间轴齿轮26和27及28和29被以可转动方式连接于主轴18。

所介绍的变速箱2具有一装有一驱动齿轮6的输入轴4，齿轮6与中间轴驱动齿轮10，11啮合，使之与其一起转动。通过一主离合器或力矩变换器(未示出)，输入轴14可被如发动机(未示出)之类的原动机驱动，使用这些是公知技术。一对大致一样的中间轴12，13以可转动方式安装于壳8中，且通过中间轴驱动齿轮10，11的转动与输入轴4一起转动。在变速箱壳8中配置一最好是以浮动和/或可转动方式安装的输出轴即主轴18，且通过起分流载荷作用的中间轴12，13被驱动。主轴18不直接与输入轴4连接，而是通过一选定的齿轮比由中间轴12，13驱动。每个中间轴12，13均装有多个中间轴齿轮，例如包括与中间轴12一起转动的中间轴齿轮26，28，及与中间轴13一起转动的中间轴齿轮27，29。所有中间轴齿轮都被固定于各中间轴上，用以使之随中间轴一起转动。中间轴齿轮26和27与主轴齿轮22常啮合，中间轴齿轮28和29与主轴齿轮24常啮合。根据相似的操作理论，任何数目的齿轮对均可被使用，以提供所期望数量的驱动齿轮速比，以便用来将动力从中间轴12和13向主轴传送。

例如，主轴齿轮22和24不是以转动连接方式连接于主轴，而且除非以如爪式离合器那样的某种机构与主轴18以可转动方式连接，齿轮22，24一般不驱动主轴18，所述爪式离合器通过一杠杆控制的变速杆机构由操作控制变速叉产生运动，这种技术在本领域是公知的。根据本发明，滚珠斜滑道驱动器14，16被用来将改进了的爪式离合器21，23与选择出的主轴齿轮22或24进行啮合，以便在输入轴4，中间轴12及13和主轴18之间提供转动连接。虽然在图1中未示出，别的中间轴齿轮及其各自的主轴齿轮对也是永久啮合的，且通过它们各自的线圈组件的电激励，也可以用相似的方式与主轴18连接。

主轴齿轮22，24以可转动方式支承并以沿轴向固定的方式安装在主轴18上。根据本发明，主轴齿轮22，24用爪式离合器21和23连接于主轴18，爪式离合器21和23均可被独立地沿轴向移动，以便与各自的主轴齿轮22或24根据需要的齿轮速比通过驱动滚珠斜滑道驱动器14或16之一进行结合。通过导入电流到电导线32A使电气线圈组件32激励，使滚珠斜滑道驱动器14被激励，由此而起动装在此驱动器14内的滚珠斜滑道机构30。以相似的方式，通过将电流导入电导线33A而产生电磁场，以起动装在驱动器16内的滚珠斜滑道机构31，电导线33A是与电气线圈组件33连接的。

由于只有一个齿轮组应该被啮合，所以一般一次只有一个电气线圈组32或32被激励，例如，当期望由中间轴齿轮26，27及主轴齿轮22确定的速比时，线圈组件32被激励。由线圈组件32产生的电磁场将电磁力导入滚珠斜滑道驱动器14，使滚珠斜滑道机构30起动。机构30沿轴向扩张，使爪式离合器21运动到与主轴齿轮22啮合。由于爪式离合器21有沿径向向内扩张的花键，使离合器21转动连接于在主轴18上形成的花键20。当离合器21与主轴齿轮啮合时，主轴齿轮22就被以不可转动方式连接于主轴18，结果使主轴18通过中间轴齿轮26，27与两个中间轴12，13进行转动连接。以与此相似的方式，线圈组件33也可以被激励，使机构31起动，由此而产生爪式离合器23的轴向移动，使之与主轴齿轮24接触结合。然后，主轴齿轮24就转动连接于主轴18。这样，主轴18就通过中间轴齿轮28，29而被转动连接于中间轴12和13。

动力通过变速箱2朝后流向车辆驱动链的其余部份。具体说来，回转能量通过输入轴4，再通过与中间轴齿轮10，11外啮合的驱动齿轮6而流动。中间轴12，13使中间轴齿轮26，27，28和29转动。取决于线圈32或33中哪一个被激励，中间轴12和13的转动被或者通过中间轴齿轮对26和27传至主轴齿轮22，或者通过中间轴齿轮对28和29传到主轴齿轮24。如在本领域中所公知的那样，主轴齿轮22和24最好能够相对于主轴18有某种沿径向的运动(浮动)。采用浮动主轴和/或浮动主轴齿轮的优点在本领域中是公知的，通过参看上述的美国专利US3105395，就可以较详细地对之了解。

现在参看附图2，图中展示了安装在变速箱2的各自的主轴齿轮22，24上的本发明的两个滚珠斜滑道驱动器14，16的部份剖视图。两个滚珠斜滑道机构30，31各自使用多个滚动元件34A，35A，它们运作于在控制环37和控制环39上形成的沟槽36A和42A中，以及运作在形成于驱动环43的基本上相同的环形槽38A及40A中。驱动环43用稳定环44来使之相对主轴18定位安装，环44与在主轴18上切出的一槽结合。驱动环43通过花键58以不可转动的方式连接于主轴18。爪式离合器21被一回位簧48推向脱离主轴齿轮22的方向，以相似的方式爪式离合器23，被回位簧49朝远离主轴齿轮24的方向推压。两回位簧48被保持在位且处于受安装在主轴18上的两个各自的弹簧档件50，51压缩的状态。环状离合器板52和53分别在接近各自的主轴齿轮22、24处运作，从而使得在线圈组件32或33被激励时，使离合器板52或53被以电磁方式吸向主轴齿轮22或24，由此而以摩擦方式将离合器板52或53连接于它们各自的主轴齿轮22或24。离合器板52和53各自具有板销54和55，销54和55与各自的控制环37，39结合成允许离合器板52，53相对主轴齿轮22，24作轴向移动，而同时将离合器板52，53可转动地连接于它们各自的控制环37，39。例如，主轴齿轮22和主轴18间的相对转动引起驱动环43和控制环39之间的相对转动，引起滚珠斜滑道机构31沿轴向扩张，由此而移动爪式离合器23，使之与主轴齿轮24结合。

在图2中，电气线圈32及第二线圈组件64通过线圈支架56以结构方式连接于壳8，组件64具有电导线64A。另外的线圈组件64和65表明一种安排。通过这种安排，这两个线圈组件利用一个线圈支架56就被安装于减速箱壳8。线圈组件64可以用来控制一第三滚珠斜滑道驱动器(未示出)以使另一个未示出的主轴齿轮啮合。线圈组件33通过线圈支架60固定于壳8上，支架60也以相似的方式支承具有电导线65A的另一线圈组件65，用以起动一第四滚珠斜滑道驱动器(未示出)，以便控制它的与之配合作用的主轴齿轮的啮合。这样，根据所期望的齿轮速比，使电气线圈32或33或64或65通过各自的导线32A，33A，64A及65A励磁，由此而驱动配合作用的滚珠斜滑道驱动器30，31或未展示在图2中的那两个滚珠斜滑道驱动器。由此而使爪式离合21或23或未在图2中展示的两个别的爪式离合器中的一个运动到与主轴齿轮22或24或未在图2中展示的主轴齿轮相啮合。每一次只有一个爪式离合器使所期望的主轴齿轮与主轴18相结合。所有的主轴齿轮均是由它们各自的配合作用中间轴齿轮连续地驱动的。例如，主轴齿轮22被连续地转动且与中间轴齿轮26，27啮合。主轴齿轮24也以相似的方式转动和与中间轴齿轮28，29啮合。分段的磁力线槽80A被制作在离合器板52，53上。分段的磁力线槽80B则制作在主轴轮22，24上，它们共同作用增强由线圈组件32，33产生的电磁力，以便有效地将离合器板52，53分别吸引于各自的主轴齿轮22，24上，此种技术在本领域是公知的、被应用于车辆空气调节压缩器的离合器。

现在参看图3-5，介绍滚珠斜滑道机构31的工作。在图3中展示沿图2之III-III线剖切的控制环39的剖视图。在图4、5中展示沿图3之IV-IV线剖切的由滚动元件35A分隔开的控制环39和驱动环43的剖视图。在控制环39相对驱动环43转动时，三个近似以120°分隔开的球状滚动体35A、35B及35C在三个变深度的槽42A，42B及42C中滚动。任何数目的球形滚动体及各自的斜滑道均可使用，这要取决于滚珠斜滑道驱动器16的所期望的回转角及轴向运动量。采用至少三个球状滚动元件35A，35B及35C是合适的，滚动件运行在相同数目的，相同的和等间距对置的变深度槽40A和42A，40B和42B及40C和42C中，这些槽分别制在控制环39与驱动环43上，用以给控制环39及驱动环43提供稳定性。可以沿槽42A，42B及42C滚动的任何类型的低摩擦元件如滚珠、滚子均可被用作滚动元件35A，35B和35C。

三个半圆的、环状变深度槽42A，42B及42C制作在控制环39的端面上，相应的，同样的、对置的变深度槽40A，40B和40C(槽40B和40C均没被展示)是如图4，5所示制作在驱动环43的端面上的，在驱动环43的一相反的面上也制作有槽38A，38B及38C。在这里，38B，38C没有示出，但是它们大致相同于槽42B和42C。变深度槽40A、40B、40C，42A，42B及42C根据其在槽上的圆周位置而变化其轴向深度，而且沿圆周方向延伸约120°(事实上略小于120°，以便允许在斜滑道之间有一分隔部份)。任何数目的对置槽及配合作用的滚动元件均可被采用，这要取决于滚珠斜滑道机构31所期望的转动角及所需的轴向行程。槽深在其全长的中心处最深。控制环39和驱动环43可以用高强度钢或粉末冶金来制作。变深度槽38A、38B、38C、40B、40C、40A，42A，42B及42C被渗碳及淬硬至RC55-60，图4展示出控制环39与驱动环43之间的最小状态的轴向间隔70，它是由如40A和42A那样的相应对置的槽之间的旋转方位决定的，随着控制环39以相同的回转轴线C相对于驱动环43转动，球形滚动元件35A在每个斜滑道40A和42A上滚动。此相对转动迫使控制环39和驱动环43互相分开或趋近，这要取决于滚动元件35A-35C在它们各自的槽对40A，42A和40B，42B及40C，42C内的位置，由此而提供爪式离合器23的用于与主轴齿轮24结合的轴向移动。应该注意：槽是双向倾斜的，在它的中央部位最深。因此，随着控制环39从图4所示的起始点朝任何方向转动，均提供轴向间隔70的增加。这种双向作用能力在车辆运行的驱动和滑行两种模式中使主轴齿轮24锁定。

图4表明在轴向间隔70处于最小时的控制环39及驱动环43的转动方位。由于槽40A与42A直接对置，以及如由参照点66和68所标示的那样，滚动元件35A处于槽40A和42A的最深处。控制环39沿任何方向的转动均会使轴向间隔70增加。

图5展示随着控制环39被相对于驱动环43转动而增大间隔70。参照点66和68不再相互对准，而且滚动元件35A已在控制环39的槽42A及驱动环43的槽40A上相对移动，由此而使轴向间隔距离70增大。

如图2所示，当电流供应到线圈组件33时，通过离合器板53接触主轴齿轮24而产生的一转矩输入的作用，使控制环39相对驱动环43转动。离合板53有一板销55，销55延伸并使离合器板53与控制环39转动连接，由此而将主轴齿轮24旋转锁定于控制环39。如果控制环39与驱动环43间有相对转动，离合器板53就旋加一个力于控制环39，使环39相对驱动环43旋转，例如转到图5所示的位置。在图4上所示的、分别在槽42A和40A上的参照点66相对于点68的被对准的相互关系就转变为图5中所示状态，在图5所示状态下，由于滚动元件35A相对槽40A和42A的转动，使间隔70增大。因此，随着滚动元件35A，35B及35C分别在其各自的槽42A，42B和42C及40A，40B和40C上占据新的位置，控制环39与驱动环43间的相对运动就增大了这两者间的轴向间隔距离。滚珠斜滑道机构31的增大了的轴向间隔70使爪式离合器23沿轴向朝着主轴齿轮24移动，由此而与主轴齿轮24啮合，并将主轴齿轮24转动连接于主轴18。由于主轴齿轮24是与中间轴齿轮28和29连续啮合和驱动的，因此主轴18就被转动连接于输入轴4，由此而实现使动力通过变箱2传递，并最后传送到车辆的未示出的驱动轴上，使动力传送到车辆驱动路线的其余部份上。

图6是本发明的主轴齿轮24及爪式离合器23的放大图。爪式离合器23有多个形成于其主体73上的爪式离合器齿72，齿72沿离合器23的圆周等间距分布。瓜式离合器齿74沿轴向和径向均制有斜面，用以使之与形成于主轴齿轮24上的匹配的离合器啮合腔78相结合。爪式离合器齿74也可以沿轴向从离合器23的端面延伸，而不是在(离合器23)周边上形成。制有斜面的爪式离合器齿74及啮合腔78的设计方案允许控制环39连续地相对驱动环43转动，使爪式离合器23作更大的轴向移动进入主轴齿轮24，以便使爪式离合器齿74与啮合腔78的啮合量增大。

参看图7，它展示爪式离合器23与主轴齿轮24结合的简图。图中，在爪式离合器齿74结合离合器啮合腔78时，离合器齿72已经与主轴齿轮24啮合。角度T被用于计算爪式离合23上产生的力，离合器23上所产生的力趋向于使滚珠斜滑道机构31被进一步驱动，由此而在离合器23上提供增大的轴向力，此力趋于向使齿74增大与离合器啮合腔78的啮合量。齿74的几何形状不允许由离合器23产生的力反向驱动滚珠斜滑道机构31。

力Ft由公式Ft＝Fn sinT+μfn cosT计算。

力Fa由公式Fa＝Fn cosT-uFn sinT来计算。

因此， $\frac{\mathrm{Ft}}{\mathrm{Fa}}\tan (T+B)$ 式中B＝tan^-1(u)

其中，Ft是由离合器23施加的驱动力

      Fa是由机构31的控制环39施加的轴向力

    Fn是法向力分量

    Fu是切向力分量

    u是摩擦系数

    T是做成斜角的爪式离合器齿74的角度

    B是摩擦角

图8是本发明的变速箱变速换档系统的第一替换实施例的部份剖视图。电气线圈组件32和33的形状及位置均已改变，其中的线圈组件32和33被安装于驱动环支架59，并且以电磁方式供给一个力用以将离合器板52、53连接于各自的主轴齿轮22，24，由此而提供控制环37与驱动环43，以及控制环39与驱动环43之间的相对运动。

磁力线槽80A被制成在离合器板52，53上的分段的圆周槽，磁力线槽80B被制作在主轴齿轮22和24上，从而使得磁力线不通过离合器板52和53流动，而是流过主轴齿轮22和24，由此而在离合器板52与主轴齿轮22及离合器板53与主轴齿轮24之间提供了以摩擦方式的连接。这些磁力线槽类似于在车辆空气调节离合器中使用的槽，并在通上电流时防止离合器板短路磁线轨迹。齿74及啮合腔78的几何形状允许控制环39相对于驱动环43继续转动，直到齿74已完全与啮合腔78结合为止。

现在参看图9，图中展示本发明的变速箱变速换档系统的第二替换实施例的部份剖视图。也如图8所示，线圈组件32，33被用支承件86安装在壳8上。线圈组件32以电磁方式使离合板84连接于主轴齿轮22，组圈组件33以相似方式用电磁方式使离合器板85与主轴齿轮24接触并摩擦结合。离合器板84，85分别以不可转动方式连接于各自的控制环82和83。在图9的第二替换实施例中，控制环82，83以摩擦方式连接于主轴齿轮22，24。不是如在前面的实施例那样是单独的部件，爪式离合器94和96现在延伸并形成驱动环90和92。滚珠斜滑道机构30和31以前述实施例相似的方式运作，但是，其不同之处是槽38A，38B及38C被形成于控制环82上，槽40A，40B及40C被制作在控制环83上，槽38A，38B及38C被制作在驱动环90上，槽42A，42B及42C被制作在驱动环92上。因而由于这些变化，其运作与结合图3，4，5介绍的情况是一样的。而且，在选定的主轴齿轮22或24与主轴20之间存在旋转速度差时就产生相对运动，线圈组件32的电激励导致离合器板84与主轴齿轮22之间的以摩擦方式的连接，主轴齿轮22于是就驱动控制环82转动，从而使控制环82和驱动环90及爪式离合器94的相对转动导致滚珠斜滑道机构30起动，由此而使爪式离合器94沿轴向朝着主轴齿轮22运动，使离合器齿74与啮合腔78结合。一旦对线圈组件32中断电能，回位簧48使离合器94轴向返回其原来位置，由此而使滚珠斜滑道机构30终止作用，回到图4所示状态。在此状态下，间隔距离70处于最小状态，稳定环44维持控制环82，83两者相互间的及相对于主轴18的几何结构条件。

现在参看图10，图中展示驱动环43’及控制环39’的一替换实施例的一视图，它们可被使用于图2，8所示的换档变速系统。由于要求一相对中等大小的力(约300磅)以使离合器21，23与各自的主轴齿轮22和24啮合，滚珠斜滑道机构30，31对需要产生这样大小的力不是必须的，作为对机构31的一个替换，驱动环43’和控制环39’有凸轮斜滑道102和104，它们能分别用于产生使爪式离合器23与主轴齿轮24结合所要求的轴向力。以同样的方式，滚珠斜滑道机构30被针对驱动环43’运作的控制环37’替代。图10展示了处于非工作状态中的控制环37’，在此状态下的间隔70A处于最小状态，而控制环39’则相对于驱动环43’处于中间位置，在这一位置上，凸轮斜滑道104已部份地骑跨于凸轮斜滑道102上，由此而使间隔70B增大，它可以使爪式离合器23运动到与主轴齿轮24相结合。这样，由于采用了本发明的爪式离合器23，有各自的凸轮斜滑道的驱动环43’及控制环39’能够不用一种滚珠斜滑道机构而产生所要求的力。

本发明已经被详尽地介绍，这足以使本领域的熟练人员能够制作及使用它。通过阅读和理解上面的说明书，对本领域的熟练人员来说会产生各种替换和改型。因此，来自本发明的基本精神的所有替换和改型均应作为本发明的一部份。

Claims (8)

1、用于变速箱(2)的一种变速箱换档变速系统，具有基本安置于一壳(8)内、有相互平行的回转轴线的一主轴(18)及至少一中间轴(12，13)，至少两对齿轮，每对均具有一个以不可转动方式安装于中间轴(12，13)、永久性与一主轴齿轮(22，24)啮合的中间轴齿轮(10，11)，主轴齿轮以可转动方式支承于主轴(18)，通过一可沿轴向移动的爪式离合器(21，23)主轴齿轮(22，24)可连接于主轴(18)，该系统具有：

滚珠斜滑道机构(30，31)，该机构具有以不可转动方式连接于主轴(18)的驱动环(43)，及与环(43)邻近安置的控制环(37，39)。两环均环绕着主轴(18)及具有对置的端面，端面上配置有沿周向延伸的、安排得至少有三对对置的槽(40A，40B，40C；及42A，42B，42C)，槽具有变深度部份，在每对对置的槽(40A、42A；40B，42B；40C，42C)中安置有滚动元件(35A，35B及35C)，驱动环(43)和控制环(37，39)上的槽(40A，40B，40C，42A，42B，42C)被安置得从一起始位置起沿任一方向的驱动环(43)与控制环(37，39)间的相对角位移，均使控制环(37，39)远离驱动环(43)，因而使爪式离合器(21，23)沿轴向移动，由此而使主轴齿轮(22，24)转动连接于主轴(18)；

线圈组件(32，33)，它安置于壳(8)上，而且可被电激励产生一电磁场，而将控制环(37，39)以摩擦方式连接于主轴齿轮(22，24)，由此使控制环(37，39)与驱动环之间产生相对转动；

离合器板(52，53)，用于根据线圈组件(32，33)被电激励而以摩擦方式与线圈组件(32，33)结合，该离合器板(52，53)以不可转动方式连接于控制环(37，39)；

其特征在于，爪式离合器(21，23)沿轴向与控制环(37，39)接触，并带有用以与在主轴齿轮(22，24)上的相应的多个制有斜面的啮合腔(78)相结合的、沿轴向被制有斜面的离合器齿(72)。

2、如权利要求1所述系统，其特征在于，离合器板(52，53)有沿轴向延伸、与控制环(37，39)结合的板销(54，55)，由此而允许离合器板(54，55与控制环(37，39)有相对的轴向运动和将离合器板以不可转动方式连接于控制环(37，39)。

3、如权处要求1所述系统，其特征在于，离合器板(52，53)被安置于主轴齿轮(22，24)的第一侧面，线圈组件(32，33)则置于主轴齿轮(22，24)的第二侧面。

4、用于变速箱(2)的一种变速箱变速换档系统，具有：大致安置于壳(8)内的、有相互平行回转轴线的一主轴(18)及至少一中间轴(12，13)，至少两对齿轮，每对均具有一个以不可转动方式安装在中间轴(12，13)上、与一相应的主轴齿轮(22，24)永久啮合的中间轴齿轮(10，11)，主轴齿轮(22，24)以可转动方式支承于主轴(18)，且通过可沿轴向移动的爪式离合器(21，23)使之与主轴(18)连接，此系统具有：

一凸轮斜滑道机构，该机构具有以不可转动方式连接于主轴(18)的驱动环(43’)及与环(43’)邻近安置的控制环(37’，39’)，两环均环绕着主轴(18)并有对置的端面端面，上配置有凸轮斜滑道(100，102，104，106)，凸轮斜滑道被安排得至少为对置的三对且有变深度的部份，在驱动环上的凸轮斜滑道(100，102)和在控制环上的凸轮斜滑道(104，106)被安置的方式，使得在驱动环(43’)与控制环(37’，39’)之间的从一起始点沿任一方向的相对角位移，均使控制环(37’，39’)远离驱动环(43’)，使爪式离合器(21，23)沿轴向移动，由此而使主轴齿轮(22，24)转动连接于主轴(18)；

安装于壳(8)上的线圈组件(32，33)，它被电激励而产生以摩擦方式将控制环(37’，39’)连接于主轴齿轮的电磁场，由此而使控制环(104，106)和驱动环(43’)之间产生相对转动；

离合器板(52，53)，用于根据线圈组件(32，33)电激励而以摩擦方式与线圈组件(32，33)相结合，该离合器板(52，53)以不可转动方式连接于控制环(37’，39’)。

其特征在于，爪式离合器(21，23)沿轴向与控制环(37’，39’)接触，而且在其上有沿轴向被制出斜面的离合器齿(74)，齿(74)用以与在主轴齿轮(22，24)上的多个沿轴向被制有斜面的啮合腔(78)相结合。

5、如权利要求4所述系统，其特征在于，离合器板(52，53)还具有沿轴向延伸、与控制环(37’，39’)结合的板销(54，55)，由此而允许离合器板(52，53)与控制环(37’，39’)有相对的轴向运动和将离合器板(52，53)以不可转动方式连接于控制环(37’，39’)。

6、如权利要求4所述系统，其特征在于，控制环(37’，39’)沿轴向延伸扩张而使之与离合器板(52，53)转动结合。

7、如权利要求4所述系统，其特征在于，它还具有在面向主轴齿轮(22，24)的离合器板(52，53)上制成的多个隔断的磁力线槽(80A)。

8、如权利要求4所述系统，其特征在于，它还具有制作在面向离合器板(52，53)的主轴齿轮(22，24)的多个磁力线槽(80B)。

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