CN110762199A - 一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置 - Google Patents

一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置。该技术方案采用两组电动推杆协同完成换挡动作，其中第一电动推杆驱动换挡杆上杆和换挡杆下杆以球铰为轴进行摆动，从而拨动换挡拨叉杆产生水平往复运动，实现档位切换；在此基础上，利用第二电动推杆对第一电动推杆的角度起到调节作用，从而控制第一电动推杆的推力输出方向。在电动推杆的具体结构中，采用丝杠运动机构执行推拉动作，具有运动平稳、结构紧凑的优势。本发明可弯折传动的电动推杆装置产生二维平面的传动动力，提高了驱动结构的灵活性。本发明利用丝杠滑台式换挡装置实现机械式换挡操作，减少驾驶人员的操纵工作量，提高燃油的经济性，还可广泛应用于车辆变速器的自动控制工作。

Description

一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置
技术领域
本发明涉及汽车工程技术领域，进一步涉及汽车变速器换挡装置，具体涉及一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置。
背景技术
在汽车产业中，变速器的好坏直接影响汽车的燃油经济性、换挡平顺性和乘坐舒适性等性能。传统机械式变速器需驾驶员频繁换挡以满足动力性要求，频繁换挡加重了驾驶员的劳动强度，并且驾驶员驾驶技术的好坏，对汽车的性能具有较大的影响。在现有汽车的变速器中，大多是机械式传动，换挡操作复杂，变速效率低。在复杂路面行驶时，车速变化较大，换挡频繁，增大了驾驶人员操纵工作量。
电动推杆是由电机推杆和控制装置等机构组成的一种新型直线执行机构，是旋转电机在结构方面的一种延伸。目前，液压和气动执行机构在工程结构驱动器中占有主导地位，但是液压和气压驱动装置存在结构复杂、体积庞大，污染严重，能耗较高等问题，迫切需要一种新的驱动结构替代。电动推杆执行机构，在改变控制开度时，需要供电，在达到所需开度时就可不再供电，因此从节能看，电动推杆执行机构比液压和气动执行机构有明显节能优点。
发明内容
本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置，以解决现有技术中汽车变速器换挡时需要手动推拉换挡杆的技术问题。
本发明要解决的另一技术问题是如何采用机械执行机构代替手动推拉换挡杆的动作，完成档位切换。
本发明要解决的再一技术问题是如何开发一种全新构造的机械式换挡装置。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置，包括换挡杆上杆，换挡杆球铰，换挡杆球铰外套，换挡杆下杆，换挡拨叉杆，第一电动推杆，弯折滑动铰链，第二电动推杆，其中，换挡杆上杆和换挡杆下杆分别固定连接在换挡杆球铰的上下两端，换挡杆球铰与换挡杆球铰外套相配合，换挡杆球铰嵌入至换挡杆球铰外套中，换挡杆下杆与换挡拨叉杆光滑连接，换挡杆上杆与所述第一电动推杆相连接；所述第一电动推杆连接在弯折滑动铰链上，第一电动推杆与第二电动推杆的末端铰接。
作为优选，还包括推杆连接环，所述推杆连接环与换挡杆上杆滑动连接，推杆连接环与所述第一电动推杆固定连接。
作为优选，所述第一电动推杆包括丝杠，丝杠螺母，上缸体，推杆，其中丝杠位于上缸体中，丝杠螺母丝接在丝杠上，推杆与丝杠螺母固定连接，推杆连接环与推杆固定连接，上缸体与弯折滑动铰链的一个臂固定连接；还包括驱动电机，所述驱动电机与丝杠传动连接。
作为优选，还包括万向节和传动旋转杆；驱动电机与丝杠之间的传动连接，是通过以下结构实现的：传动旋转杆通过万向节与丝杠相连接，驱动电机与传动旋转杆传动连接。
作为优选，还包括下缸体，其中，传动旋转杆位于下缸体中，下缸体与弯折滑动铰链的另一个臂固定连接。
作为优选，还包括驱动电机连接轴，驱动轮，皮带，传动旋转杆皮带轮，轴承；驱动电机与传动旋转杆之间的传动连接是通过以下结构实现的：驱动轮固定连接在驱动电机的驱动电机连接轴上，皮带绕接在驱动轮与传动旋转杆皮带轮之间，轴承固定连接在下缸体中，传动旋转杆连接在轴承上，传动旋转杆皮带轮与传动旋转杆固定连接。
作为优选，还包括底座，驱动轮、皮带、传动旋转杆皮带轮三者内置于底座中，下缸体和驱动电机分别位于底座的上端。
作为优选，第二电动推杆的下端与下缸体铰接，第二电动推杆的上端与上缸体铰接。
作为优选，所述第二电动推杆包括斜推杆，斜缸体，斜丝杠，斜丝杠螺母，斜驱动电机，其中，斜丝杠位于斜缸体中，斜丝杠螺母丝接在斜丝杠上，斜推杆与斜丝杠螺母固定连接，斜驱动电机与斜丝杠传动连接。
作为优选，还包括上铰链和下铰链，其中，第二电动推杆的斜驱动电机通过下铰链与下缸体铰接，第二电动推杆的斜推杆通过上铰链与上缸体铰接。
本发明装置在结构上主要包括丝杠进动系统、驱动传动系统、角度控制系统以及换挡传动机构四大部分，其中：
丝杠进动系统包括上缸体、丝杠、丝杠螺母、推杆和推杆连接环，丝杠和丝杠螺母通过螺纹连接，丝杠螺母和推杆固定连接，推杆与推杆连接环固定连接，丝杠旋转时，丝杠螺母在丝杠推动下沿着上缸体做前进或后退运动，丝杠螺母推动推杆做前进或后退运动。
驱动传动系统包括驱动电机、驱动电机连接轴、驱动轮、皮带、传动旋转杆皮带轮、轴承、下缸体和传动旋转杆，驱动电机通过驱动电机连接轴与驱动轮固定连接，驱动轮与传动旋转杆皮带轮通过皮带传递转动力矩，传动旋转杆皮带轮与传动旋转杆固定连接，传动旋转杆与轴承内环固定连接。传动旋转杆通过万向节与丝杠连接。驱动电机转动时，驱动轮通过皮带传动将转动运动传递给传动旋转杆皮带轮，传动旋转杆皮带轮将转动运动通过传动旋转杆和万向节传递给丝杠，转动力矩通过皮带传动系统和万向节弯折传递系统传递给丝杠，再由丝杠将力矩转化为推杆力，通过推杆连接环将力作用于工作物体。底座与下缸体固结在一起，形成一个刚体，起到整体支撑作用。下缸体与上缸体通过弯折滑动铰链连接。传动旋转杆与丝杠通过万向节连接。
角度控制系统包括上铰链、斜推杆、斜缸体、斜丝杠、斜丝杠螺母、斜驱动电机和下铰链。上缸体通过上铰链与斜推杆连接，斜推杆与斜丝杠螺母固定连接，并嵌入斜缸体中，斜丝杠与斜丝杠螺母通过螺纹连接，斜丝杠与斜驱动电机的电机轴固定连接，斜驱动电机通过下铰链与下缸体连接。斜驱动电机产生转动时，带动斜丝杠产生同步转动，斜丝杠推动斜丝杠螺母产生前后进动，斜丝杠螺母推动斜推杆进动，斜推杆通过铰链推动上缸体产生角度运动。
换挡传动机构包括换挡杆上杆、换挡杆球铰、换挡杆球铰外套、换挡杆下杆和换挡拨叉杆组成。换挡杆上杆与推杆连接环滑动连接，推杆连接环随丝杠进动时，换挡杆上杆绕换挡杆球铰产生定轴转动；换挡杆上杆、换挡杆球铰和换挡杆下杆固定连接，形成刚体杆件，换挡杆球铰嵌入到换挡杆球铰外套中，形成球铰链。换挡杆下杆和换挡拨叉杆光滑连接，拨动换挡拨叉杆产生水平往复运动，换挡拨叉杆推动换挡接合套运动，实现换挡动作。
本发明提供了一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置。该技术方案采用两组电动推杆协同完成换挡动作，其中第一电动推杆驱动换挡杆上杆和换挡杆下杆以球铰为轴进行摆动，从而拨动换挡拨叉杆产生水平往复运动，实现档位切换；第一电动推杆通过弯折滑动铰链与下方支撑机构铰接，在此基础上，利用第二电动推杆对第一电动推杆的角度起到调节作用，从而控制第一电动推杆的推力输出方向。在电动推杆的具体结构中，采用丝杠运动机构执行推拉动作，具有运动平稳、结构紧凑的技术优势。本发明可弯折传动的电动推杆装置产生二维平面的传动动力，提高了驱动结构的灵活性。本发明利用丝杠滑台式换挡装置实现机械式换挡操作，减少驾驶人员的操纵工作量，提高燃油的经济性，还可广泛应用于车辆变速器的自动控制工作。
附图说明
图1是本发明整体的结构示意图；
图中：
1、弯折滑动铰链 2、丝杠 3、丝杠螺母 4、上缸体
5、推杆 6、推杆连接环 7、上铰链 8、斜推杆
9、斜缸体 10、斜丝杠 11、斜丝杠螺母 12、斜驱动电机
13、下铰链 14、驱动电机 15、驱动电机连接轴 16、底座
17、驱动轮 18、皮带 19、传动旋转杆皮带轮 20、轴承
21、下缸体 22、传动旋转杆 23、万向节 24、换挡杆上杆
25、换挡杆球铰 26、换挡杆球铰外套 27、换挡杆下杆 28、换挡拨叉杆。
具体实施方式
以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下实施例中对属于公知的结构或功能将不进行详细描述。以下实施例中所使用的近似性语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。除有定义外，以下实施例中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。
一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置，如图1所示，包括换挡杆上杆24，换挡杆球铰25，换挡杆球铰外套26，换挡杆下杆27，换挡拨叉杆28，第一电动推杆，弯折滑动铰链1，第二电动推杆，其中，换挡杆上杆24和换挡杆下杆27分别固定连接在换挡杆球铰25的上下两端，换挡杆球铰25与换挡杆球铰外套26相配合，换挡杆球铰25嵌入至换挡杆球铰外套26中，换挡杆下杆27与换挡拨叉杆28光滑连接，换挡杆上杆24与所述第一电动推杆相连接；所述第一电动推杆连接在弯折滑动铰链1上，第一电动推杆与第二电动推杆的末端铰接。
同时，还包括推杆连接环6，所述推杆连接环6与换挡杆上杆24滑动连接，推杆连接环6与所述第一电动推杆固定连接。
所述第一电动推杆包括丝杠2，丝杠螺母3，上缸体4，推杆5，其中丝杠2位于上缸体4中，丝杠螺母3丝接在丝杠2上，推杆5与丝杠螺母3固定连接，推杆连接环6与推杆5固定连接，上缸体4与弯折滑动铰链1的一个臂固定连接；还包括驱动电机14，所述驱动电机14与丝杠2传动连接。
还包括万向节23和传动旋转杆22；驱动电机14与丝杠2之间的传动连接，是通过以下结构实现的：传动旋转杆22通过万向节23与丝杠2相连接，驱动电机14与传动旋转杆22传动连接。
还包括下缸体21，其中，传动旋转杆22位于下缸体21中，下缸体21与弯折滑动铰链1的另一个臂固定连接。
还包括驱动电机连接轴15，驱动轮17，皮带18，传动旋转杆皮带轮19，轴承20；驱动电机14与传动旋转杆22之间的传动连接是通过以下结构实现的：驱动轮17固定连接在驱动电机14的驱动电机连接轴15上，皮带18绕接在驱动轮17与传动旋转杆皮带轮19之间，轴承20固定连接在下缸体21中，传动旋转杆22连接在轴承20上，传动旋转杆皮带轮19与传动旋转杆22固定连接。
还包括底座16，驱动轮17、皮带18、传动旋转杆皮带轮19三者内置于底座16中，下缸体21和驱动电机14分别位于底座16的上端。
第二电动推杆的下端与下缸体21铰接，第二电动推杆的上端与上缸体4铰接。
所述第二电动推杆包括斜推杆8，斜缸体9，斜丝杠10，斜丝杠螺母11，斜驱动电机12，其中，斜丝杠10位于斜缸体9中，斜丝杠螺母11丝接在斜丝杠10上，斜推杆8与斜丝杠螺母11固定连接，斜驱动电机12与斜丝杠10传动连接。
还包括上铰链7和下铰链13，其中，第二电动推杆的斜驱动电机12通过下铰链13与下缸体21铰接，第二电动推杆的斜推杆8通过上铰链7与上缸体4铰接。
以上装置在结构上主要包括丝杠进动系统、驱动传动系统、角度控制系统以及换挡传动机构四大部分，其中：
丝杠进动系统包括上缸体4、丝杠2、丝杠螺母3、推杆5和推杆连接环6，丝杠2和丝杠螺母3通过螺纹连接，丝杠螺母3和推杆5固定连接，推杆5与推杆连接环6固定连接，丝杠2旋转时，丝杠螺母3在丝杠2推动下沿着上缸体4做前进或后退运动，丝杠螺母3推动推杆5做前进或后退运动。
驱动传动系统由驱动电机14、驱动电机连接轴15、驱动轮17、皮带18、传动旋转杆皮带轮19、轴承20、下缸体21和传动旋转杆22组成，驱动电机14通过驱动电机连接轴15与驱动轮17固定连接，驱动轮17与传动旋转杆皮带轮19通过皮带18传递转动力矩，传动旋转杆皮带轮19与传动旋转杆22固定连接，传动旋转杆22与轴承20内环固定连接。传动旋转杆22通过万向节23与丝杠2连接。驱动电机14转动时，驱动轮17通过皮带18传动将转动运动传递给传动旋转杆皮带轮19，传动旋转杆皮带轮19将转动运动通过传动旋转杆22和万向节23传递给丝杠2，转动力矩通过皮带18传动系统和万向节23弯折传递系统传递给丝杠2，再由丝杠2将力矩转化为推杆力，通过推杆连接环6将力作用于工作物体。底座16与下缸体21固结在一起，形成一个刚体，起到整体支撑作用。下缸体21与上缸体4通过弯折滑动铰链1连接。传动旋转杆22与丝杠2通过万向节23连接。
角度控制系统包括上铰链7、斜推杆8、斜缸体9、斜丝杠10、斜丝杠螺母11、斜驱动电机12和下铰链13。缸体4通过上铰链7与斜推杆8连接，斜推杆8与斜丝杠螺母11固定连接，并嵌入斜缸体9中，斜丝杠10与斜丝杠螺母11通过螺纹连接，斜丝杠10与斜驱动电机12的电机轴固定连接，斜驱动电机12通过下铰链13与下缸体21连接。斜驱动电机12产生转动时，带动斜丝杠10产生同步转动，斜丝杠10推动斜丝杠螺母11产生前后进动，斜丝杠螺母11推动斜推杆8进动，斜推杆8通过铰链7推动上缸体4产生角度运动。
换挡传动装置包括换挡杆上杆24、换挡杆球铰25、换挡杆球铰外套26、换挡杆下杆27和换挡拨叉杆28。换挡杆上杆24与推杆连接环6滑动连接，推杆连接环6随丝杠2进动时，换挡杆上杆24绕换挡杆球铰25产生定轴转动；换挡杆上杆24、换挡杆球铰25和换挡杆下杆27固定连接，形成刚体杆件，换挡杆球铰25嵌入到换挡杆球铰外套26中，形成球铰链。换挡杆下杆27和换挡拨叉杆28光滑连接，拨动换挡拨叉杆28产生水平往复运动，换挡拨叉杆28推动换挡接合套运动，实现换挡动作。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置，其特征在于包括换挡杆上杆(24)，换挡杆球铰(25)，换挡杆球铰外套(26)，换挡杆下杆(27)，换挡拨叉杆(28)，第一电动推杆，弯折滑动铰链(1)，第二电动推杆，其中，换挡杆上杆(24)和换挡杆下杆(27)分别固定连接在换挡杆球铰(25)的上下两端，换挡杆球铰(25)与换挡杆球铰外套(26)相配合，换挡杆球铰(25)嵌入至换挡杆球铰外套(26)中，换挡杆下杆(27)与换挡拨叉杆(28)光滑连接，换挡杆上杆(24)与所述第一电动推杆相连接；所述第一电动推杆连接在弯折滑动铰链(1)上，第一电动推杆与第二电动推杆的末端铰接。
2.根据权利要求1所述的一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置，其特征在于还包括推杆连接环(6)，所述推杆连接环(6)与换挡杆上杆(24)滑动连接，推杆连接环(6)与所述第一电动推杆固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置，其特征在于所述第一电动推杆包括丝杠(2)，丝杠螺母(3)，上缸体(4)，推杆(5)，其中丝杠(2)位于上缸体(4)中，丝杠螺母(3)丝接在丝杠(2)上，推杆(5)与丝杠螺母(3)固定连接，推杆连接环(6)与推杆(5)固定连接，上缸体(4)与弯折滑动铰链(1)的一个臂固定连接；还包括驱动电机(14)，所述驱动电机(14)与丝杠(2)传动连接。
4.根据权利要求3所述的一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置，其特征在于还包括万向节(23)和传动旋转杆(22)；驱动电机(14)与丝杠(2)之间的传动连接，是通过以下结构实现的：传动旋转杆(22)通过万向节(23)与丝杠(2)相连接，驱动电机(14)与传动旋转杆(22)传动连接。
5.根据权利要求4所述的一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置，其特征在于还包括下缸体(21)，其中，传动旋转杆(22)位于下缸体(21)中，下缸体(21)与弯折滑动铰链(1)的另一个臂固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置，其特征在于还包括驱动电机连接轴(15)，驱动轮(17)，皮带(18)，传动旋转杆皮带轮(19)，轴承(20)；驱动电机(14)与传动旋转杆(22)之间的传动连接是通过以下结构实现的：驱动轮(17)固定连接在驱动电机(14)的驱动电机连接轴(15)上，皮带(18)绕接在驱动轮(17)与传动旋转杆皮带轮(19)之间，轴承(20)固定连接在下缸体(21)中，传动旋转杆(22)连接在轴承(20)上，传动旋转杆皮带轮(19)与传动旋转杆(22)固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置，其特征在于还包括底座(16)，驱动轮(17)、皮带(18)、传动旋转杆皮带轮(19)三者内置于底座(16)中，下缸体(21)和驱动电机(14)分别位于底座(16)的上端。
8.根据权利要求7所述的一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置，其特征在于第二电动推杆的下端与下缸体(21)铰接，第二电动推杆的上端与上缸体(4)铰接。
9.根据权利要求8所述的一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置，其特征在于所述第二电动推杆包括斜推杆(8)，斜缸体(9)，斜丝杠(10)，斜丝杠螺母(11)，斜驱动电机(12)，其中，斜丝杠(10)位于斜缸体(9)中，斜丝杠螺母(11)丝接在斜丝杠(10)上，斜推杆(8)与斜丝杠螺母(11)固定连接，斜驱动电机(12)与斜丝杠(10)传动连接。
10.根据权利要求9所述的一种平面运动的电动推杆变速器换挡装置，其特征在于还包括上铰链(7)和下铰链(13)，其中，第二电动推杆的斜驱动电机(12)通过下铰链(13)与下缸体(21)铰接，第二电动推杆的斜推杆(8)通过上铰链(7)与上缸体(4)铰接。
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