CN110822030A - 一种调速装置以及变速器 - Google Patents

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CN110822030A CN201911142867.XA CN201911142867A CN110822030A CN 110822030 A CN110822030 A CN 110822030A CN 201911142867 A CN201911142867 A CN 201911142867A CN 110822030 A CN110822030 A CN 110822030A
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Abstract

本发明属于变速器技术领域，尤其涉及一种调速装置以及变速器。调速装置包括：传动结构，包括一端连接旋转动力源的主动锥轴，主动锥轴的外径沿其轴向渐缩设置或渐扩设置；以及变速结构，变速结构包括调速轮、用于啮合调速轮与主动锥轴的啮合齿组以及用于调整调速轮在主动锥轴的轴向的位置的驱动机构。啮合齿组包括设置于主动锥轴锥侧面的第一啮合齿以及设置于调速轮上且用于与第一啮合齿啮合传动的第二啮合齿；第一啮合齿以及第二啮合齿均设置有多个，各第一啮合齿于主动锥轴上沿第一螺旋线间隔设置且设置有多圈，各第二啮合齿于调速轮上沿第二螺旋线间隔设置且设置为一圈。本发明结构简单，传动效率高。

Description

一种调速装置以及变速器
技术领域
本发明属于变速器技术领域，尤其涉及一种调速装置以及变速器。
背景技术
变速器是汽车的三大重要零部件之一。设计优良的变速器能提升汽车性能，提高驾乘的舒适性，且节能高效。
现在汽车主流变速器包括液力自动变速器(AT)、自动无级变速器(CVT)以及双离合变速器(DCT)。AT体积小，能承受大扭矩，故障率低，但是结构复杂且传动效率低，成本高；CVT换挡平顺，传动效率高，但是不能承受较大扭矩；DCT结构体积大，换挡速度快，动力传输直接高效，但低速平顺性差，质量稳定性差。
因此，汽车工程师们一直在为打造一款结构简单且传输高效的变速器而努力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种调速装置，旨在解决如何简化变速器的结构，并提高传动效率的问题。
本发明提供了一种调速装置，连接旋转动力源，所述调速装置包括：
传动结构，包括一端连接所述旋转动力源的主动锥轴，所述主动锥轴的外径沿其轴向渐缩设置或渐扩设置；以及
变速结构，所述变速结构包括调速轮、用于啮合所述调速轮与所述主动锥轴的啮合齿组以及用于调整所述调速轮在所述主动锥轴的轴向的位置的驱动机构；
其中，所述主动锥轴以及所述调速轮的旋转轴线共平面设置，且所述调速轮的旋转轴线平行所述主动锥轴的锥侧面与该平面的交线，所述啮合齿组包括设置于所述主动锥轴锥侧面的第一啮合齿以及设置于所述调速轮上且用于与所述第一啮合齿啮合传动的第二啮合齿；所述第一啮合齿以及所述第二啮合齿均设置有多个，各所述第一啮合齿于所述主动锥轴上沿第一螺旋线间隔设置且设置有多圈，各所述第二啮合齿于所述调速轮上沿第二螺旋线间隔设置且设置为一圈，所述第一螺旋线与所述第二螺旋线适配。
本发明的技术效果是：通过啮合齿组将调速轮与主动锥轴进行啮合传动，通过改变调速轮与主动锥轴的啮合位置，可以实现调速轮角速度的调节，以将调速轮的转速按预定要求输出。结构简单，且第一啮合齿以及第二啮合齿通过螺纹线的结构进行布局，传动效率高。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的调速装置的结构原理图；
图2是本发明实施例所提供的变速器的结构原理图；
图3是图1的调速轮的第二啮合齿的布局示意图；
图4是图1的调速轮的旋转轴线发生偏转的结构示意图；
图5是本发明又一实施例中多个变速结构的啮合传动的结构示意图；
图6是本发明另一实施例中多个变速结构的啮合传动的结构示意图。
附图中标号与名称对应的关系如下所示：
100、调速装置；10、传动结构；11、主动锥轴；23、啮合齿组；231、第一啮合齿；232、第二啮合齿；233、第三啮合齿；311、导向槽；50、导向结构；51、导向滑柱；52、导向板；20、变速结构；21、调速轮；22、从动锥轴；30、驱动机构；31、导向座；32、支撑座；33、驱动组件；13、主动轴；12、输出轴；200、变速器；201、旋转动力源；202、离合器；203、箱体；17、前进挡联轴器；141、倒挡连接齿；14、倒挡轴；142、驻车机构；15、倒挡反转齿；181、空挡位置；182、倒挡位置；183、驻车档位置；
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”、“垂直”、“平行”、“底”、“角”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。
请参阅图1至图3，本发明实施例提供了一种调速装置100，其用于连接旋转动力源201，从而将旋转动力源201的旋转动力按预定需求进行输出。
调速装置100包括：传动结构10以及变速结构20。传动结构10包括一端连接旋转动力源201的主动锥轴11，主动锥轴11的外径沿其轴向渐缩设置或渐扩设置。具体地，本实施例中主动锥轴11由金属材料制成，其横截面形状为圆形，且沿其轴向，主动锥轴11的外径渐扩设置或渐缩设置。进一步地，主动锥轴11与从动锥轴22的外径增大方向相反设置。变速结构20用于将主动锥轴11的旋转动力按预定要求输出。变速结构20包括调速轮21、用于啮合调速轮21与主动锥轴11的啮合齿组23以及用于改变调速轮21沿主动锥轴11的轴向的位置的驱动机构30。调速轮21呈圆柱体形。调速轮21与主动锥轴11的旋转轴线共平面设置，且调速轮21的旋转轴线平行主动锥轴11的锥侧面与该平面的交线。啮合齿组23包括设置于主动锥轴11锥侧面的第一啮合齿231以及设置于调速轮21上且用于与第一啮合齿231啮合传动的第二啮合齿232。第一啮合齿231、第二啮合齿232均设置有多个。各第一啮合齿231于主动锥轴11上沿第一螺旋线间隔设置且设置有多圈，各第二啮合齿232于调速轮21上沿第二螺旋线间隔设置且设置为一圈。第一螺旋线与第二螺旋线适配，以使在传动过程中，有且仅有一个第一啮合齿231与第二啮合齿232相啮合。可以理解的是，第一螺旋线的旋向与第二螺旋线的旋向相反设置。通过驱动机构30可以改变调速轮21与主动锥轴11的啮合位置，从而实现调节调速轮21的角速度的目的。
具体地，调速轮21的角速度满足下列公式：
w2＝w1*r1/r2
其中，
w1为主动锥轴的旋转角速度且为恒定值；
r1为主动锥轴与调速轮啮合处的等效半径；
w2调速轮的旋转角速度；
r2为调速轮的半径且为恒定值。
由上可知，调速轮朝主动锥轮外径增大的方向移动，r1增大，而r2不变，从而w2提高；反之，调速轮朝主动锥轮外径减少的方向移动，r1减少，而r2不变，从而w2降低。
通过啮合齿组23将调速轮21与主动锥轴11进行啮合传动，通过改变调速轮21与主动锥轴11的啮合位置，可以实现调速轮21角速度的调节，以将调速轮21的转速按预定要求输出。结构简单，且第一啮合齿231以及第二啮合齿232通过螺纹线的结构进行布局，传动效率高。
在一个实施例中，变速结构20还包括从动锥轴22，主动锥轴11与从动锥轴22之间形成调速区间，调速轮21位于调速区间，从动锥轴22与主动锥轴11的外径增大方向相反设置，且主动锥轴11与从动锥轴22的旋转轴线平行设置。同样地，从动锥轴22的横截面形状也为圆形，且沿从动锥轴22的轴向，其外径渐扩设置或渐缩设置。主动锥轴11、从动锥轴22以及调速轮21的旋转轴线共平面设置。可以理解的是，调速轮21的旋转轴线平行从动锥轴22的锥侧面与该平面的交线。啮合齿组23还包括多个设置于从动锥轴22的锥侧面且用于与第二啮合齿232啮合传动的第三啮合齿233，各第三啮合齿233于从动锥轴22上沿第三螺旋线间隔设置且设置有多圈。第三螺旋线与第二螺旋线适配，具体地，第二螺旋线的旋向与第三螺旋线的旋向相反。
具体地，从动锥轴22的角速度满足下列公式：
w3＝w1*r1/r3
其中，
w1为主动锥轴的旋转角速度且为恒定值；
r1为主动锥轴与调速轮啮合处的等效半径；
w3从动锥轴的旋转角速度；
r3为从动锥轴与调速轮啮合处的等效半径。
由上可知，调速轮朝主动锥轮外径增大的方向移动，r1增大，而r2减少，从而w2提高；反之，调速轮朝主动锥轮外径减少的方向移动，r1减少，而r2增大，从而w2降低。将调速轮21设置于主动锥轴11与从动锥轴22之间，且调速轮21的两端通过第二啮合齿232分别与主动锥轴11上的第一啮合齿231和从动锥轴22上的第二啮合齿232进行啮合传动，并通过从动锥轴22进行旋转动力的输出。通过改变调速轮21于调速区间的位置，可以实现从动锥轴22的角速度的调节，结构简单，且第一啮合齿231、第二啮合齿232以及第三啮合齿233均通过螺纹线的结构进行布局，能效传动高。
请参阅图4至图6，在一个实施例中，变速结构20设置有多个，各变速结构20依次连接，且各从动锥轴22的转动轴线均平行设置，任意相邻的两从动锥轴22的外径的增大方向相反设置，位于任意相邻的两从动锥轴22之间的调速轮21的两端分别啮合对应的两从动锥轴22。通过多个变速结构20依次连接，从而提高调速装置100的速比。
优选地，调速轮21的厚度小于两倍第一螺旋线的螺距或两倍第三螺旋线的螺距，从而使调速轮21不会与第一啮合齿231或第三啮合齿233发生干涉。
在一个实施例中，变速结构20设置有多个，各变速结构20绕主动锥轴11圆周分布，且各调速轮21的两端分别啮合主动锥轴11与对应的从动锥轴22。即所有变速结构20均与主动锥轴11进行啮合传动，以实现不同的传动速比。
在一个实施例中，第二啮合齿232为凸设于调速轮21上的啮合公齿，第一啮合齿231与第三啮合齿233均为呈孔状的啮合母齿，啮合公齿与啮合母齿适配。优选地，在动力的传递过程中，调速轮21一侧轮面上的啮合公齿依次扎入主动锥轴11上的啮合母齿内；同样地，调速轮21另一侧轮面上的啮合公齿依次扎入从动锥轴22上的啮合母齿内，从而实现动力的传递。
在一个实施例中，第二啮合齿232为开设于调速轮21并呈孔状的啮合母齿，第一啮合齿231与第三啮合齿233均为啮合公齿，且啮合公齿与啮合母齿适配。
请参阅图1至图3，在一个实施例中，啮合公齿呈角锥柱，且啮合公齿的横截面形状为圆形。具体地，啮合公齿的沿其高度方向的中心线垂直调速轮21的旋转轴线，啮合母齿的中心线的设置与啮合公齿的中心线适配。从而使啮合公齿和啮合母齿在传动啮合过程中能完全啮合，即啮合公齿的中心线与对应的啮合母齿的中心线重合，从而有利于提高传动效能。
在本实施例中，主动锥轴11在周期的旋转过程中，由于螺旋线的特性，存在半大齿圈和半小齿圈。调速轮21啮合在主动锥轴11的半大齿圈处时，调速轮21同样也啮合在从动锥轴22的半大齿圈处，而调速轮21啮合在主动锥轴11的半小齿圈处时，调速轮21同样也啮合在从动锥轴22的半小齿圈处。在调速轮21的旋转过程中，主动锥轴11和从动锥轴22保持稳定的同步旋转，而调速轮21的速度在半大齿圈快和半小齿圈慢之间小幅改变。
在一个实施例中，驱动机构30包括两导向座31、两支撑座32、两驱动组件33以及用于控制两驱动组件33的控制器，调速轮21的两端分别转接两支撑座32，两导向座31均开设有导向槽311，两支撑座32分别滑动设置于两导向槽311，且两导向槽311的延伸路径呈弧线设置且两导向槽311对称设置。具体地，两导向槽311的延伸路径的曲率中心均位于两导向槽311之间。两驱动组件33用于分别驱动两支撑座32沿对应的导向槽311并朝相反的方向滑动预定距离，以使调速轮21的旋转轴线偏转预定角度。在调速轮21的旋转轴线偏转预定角度后，下一个与第一啮合齿231相啮合的第二啮合齿232，会相对该第一啮合齿231发生偏转，即第二啮合齿232的中心线与第一啮合齿231的中心线有偏离，但由于调速轮21与主动锥轴11之间的啮合传动具有循迹性，即前一对已啮合的第一啮合齿231与第二啮合齿232会引导下一对待啮合的第一啮合齿231与第二啮合齿232按原来的路径进行啮合。同时调速轮21与主动锥轴11之间的啮合传动还具有纠偏性，即发生偏转第二啮合齿232偏心扎入对应的第一啮合齿231中时，第一啮合齿231的孔壁会对该第二啮合齿232施加一个纠偏力，以使第二啮合齿232的中心线与第一啮合齿231的中心线重合，同时在该纠偏力的作用下，调速轮21会于调速区间内，沿主动锥轴11的轴向产生微小的滑动，如此反复，直到调速轮21移动至预定位置。在调速轮21移动至预定位置后，控制器控制两驱动组件33反向转动预定角度，使调速轮21的旋转轴线复位。
具体地，调速轮21上设置有一圈第二啮合齿232，主动锥轴11作用于第二啮合齿232的首齿时，该首齿的作用力经调速轮21齿圈的中间齿，即与首齿相对180度的中间齿进行传导，而在改圈第二啮合齿232的尾齿进行啮合时，也同样经该中间齿进行作用力的传导。同样地，每个啮合中的第二啮合齿232都由和它相对180度的齿进行传导，但首齿和尾齿相差一条螺旋线的螺距。从而在首齿和尾齿尽心切换时，调速轮21的转速不会改变。进一步地，调速轮21一圈的齿数为10齿，其啮合在主动锥轴11且齿数为10的齿圈上时，当调速轮21转动一圈总共啮合10齿，它的旋线轨迹上第二啮合齿的首齿2311与第二啮合齿的尾齿2312进行切换时，该首齿与该尾齿之间的距离为第二螺旋线的螺距，而主动锥轴11对应的第一螺旋线上第一啮合齿231的首齿、尾齿之间的距离也为第一螺旋线的螺距，其中第一螺旋线与第二螺旋线的螺距相等。
请参阅图2至图6，可以理解的是，调速轮21与从动锥轴22之间的啮合传动同样具有循迹性和纠偏性。
在一个实施例中，各驱动组件33均包括连接对应的导向座31的驱动器以及连接驱动器与对应的支撑座32的滚珠丝杠，滚珠丝杠包括连接驱动器的螺杆以及与螺杆配合并连接对应的支撑座32的螺母。通过滚珠丝杠可以使支撑座32精确移动。具体地，调速轮21可以通过轴承而转接支撑座32，驱动器为伺服电机。
在一个实施例中，调速装置100还包括导向结构50，导向结构50用于引导变速结构20于调速区间滑动，导向结构50包括固定设置的导向滑柱51以及相对设置且均滑动连接各所述导向滑柱51的两导向板52，两导向板52在外力的驱动下，可于各导向滑柱51上自由往复滑动。两导向座31分别连接两导向板52，且各导向滑柱51平行设置，导向滑柱51的轴向平行主动锥轴11的旋转轴线。具体地，导向板52连接各导向滑柱51的位置均开设有滑动孔，各导向滑柱51的两端分别连接两导向板52且滑动设置于对应的两滑动孔内。
在一个实施例中，传动结构10还包括连接从动锥轴22的输出轴12。
本发明还提出了一种变速器200，该变速器200包括调速装置100，该调速装置100的具体结构参照上述实施例，由于本变速器200采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
在一个实施例中，变速器200还包括连接主动锥轴11的旋转动力源201以及位于主动锥轴11与旋转动力源201之间的离合器202。
变速器200还包括供调速装置100100放置的箱体203，传动结构10还包括用于将主动锥轴11转动连接至箱体203的主动轴13，变速器200还包括位于箱体203内且连接于主动轴13一端的前进挡联轴器17、连接箱体203的倒挡轴14、档位执行齿、分别位于倒挡轴14两端的两倒挡连接齿141以及连接箱体203且位于主动轴13与倒挡轴14之间的倒挡反转齿15。
其中，主动轴13上还设置有倒挡位置182、空挡位置181以及驻车档位置183，档位执行齿移动至相应的位置时，以执行相应的功能。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、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)

1.一种调速装置，连接旋转动力源，其特征在于，所述调速装置包括：
传动结构，包括一端连接所述旋转动力源的主动锥轴，所述主动锥轴的外径沿其轴向渐缩设置或渐扩设置；以及
变速结构，所述变速结构包括调速轮、用于啮合所述调速轮与所述主动锥轴的啮合齿组以及用于调整所述调速轮在所述主动锥轴的轴向的位置的驱动机构；
其中，所述主动锥轴以及所述调速轮的旋转轴线共平面设置，且所述调速轮的旋转轴线平行所述主动锥轴的锥侧面与该平面的交线，所述啮合齿组包括设置于所述主动锥轴锥侧面的第一啮合齿以及设置于所述调速轮上且用于与所述第一啮合齿啮合传动的第二啮合齿；所述第一啮合齿以及所述第二啮合齿均设置有多个，各所述第一啮合齿于所述主动锥轴上沿第一螺旋线间隔设置且设置有多圈，各所述第二啮合齿于所述调速轮上沿第二螺旋线间隔设置且设置为一圈，所述第一螺旋线与所述第二螺旋线适配。
2.如权利要求1所述的调速装置，其特征在于：所述变速结构还包括从动锥轴，所述调速轮位于所述主动锥轴与所述从动锥轴之间，所述从动锥轴与所述主动锥轴的外径增大方向相反设置，且所述主动锥轴与所述从动锥轴的旋转轴线平行设置，所述主动锥轴、所述从动锥轴以及所述调速轮的旋转轴线共平面设置，所述啮合齿组还包括多个设置于所述从动锥轴锥侧面且用于与所述第二啮合齿啮合传动的第三啮合齿，且各所述第三啮合齿于所述从动锥轴上沿第三螺旋线间隔设置且设置有多圈，所述第二螺旋线与所述第三螺旋线适配。
3.如权利要求2所述的调速装置，其特征在于：所述变速结构设置有多个，各所述变速结构依次连接，且各所述从动锥轴的转动轴线均平行设置，任意相邻的两所述从动锥轴的外径的增大方向相反设置，位于任意相邻的两所述从动锥轴之间的所述调速轮的两端分别啮合对应的两所述从动锥轴。
4.如权利要求2所述的调速装置，其特征在于：所述变速结构设置有多个，各所述变速结构绕所述主动锥轴圆周分布，且各所述调速轮的两端分别啮合所述主动锥轴与对应的所述从动锥轴。
5.如权利要求2所述的调速装置，其特征在于：所述第二啮合齿为凸设于所述调速轮上的啮合公齿，所述第一啮合齿与所述第三啮合齿均为呈孔状的啮合母齿，且所述啮合公齿与所述啮合母齿适配；或
所述第二啮合齿为开设于所述调速轮并呈孔状的所述啮合母齿，所述第一啮合齿与所述第三啮合齿均为所述啮合公齿，且所述啮合公齿与所述啮合母齿适配。
6.如权利要求4所述的调速装置，其特征在于：所述啮合公齿呈角锥柱，且所述啮合公齿的横截面形状为圆形。
7.如权利要求1所述的调速装置，其特征在于：所述驱动机构包括两导向座、两支撑座、两驱动组件以及用于控制两所述驱动组件的控制器，所述调速轮的两端分别转接两所述支撑座，两所述导向座均开设有导向槽，两所述支撑座分别滑动设置于两所述导向槽，且两所述导向槽的延伸路径呈弧线设置且两所述导向槽对称设置，两所述驱动组件用于分别驱动两所述支撑座沿对应的所述导向槽并朝相反的方向滑动预定距离，以使所述调速轮的旋转轴线偏转预定角度。
8.如权利要求7所述的调速装置，其特征在于：各所述驱动组件均包括连接对应的导向座的驱动器以及连接所述驱动器与对应的所述支撑座的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠包括连接所述驱动器的螺杆以及与所述螺杆配合并连接对应的所述支撑座的螺母。
9.如权利要求7所述的调速装置，其特征在于：所述调速装置还包括导向结构，所述导向结构用于引导所述变速结构沿所述主动锥轴的轴向滑动，所述导向结构包括两相对设置的导向板以及均滑动连接两所述导向板的多根导向滑柱，两所述导向座分别连接两所述导向板，且各所述导向滑柱平行设置。
10.一种变速器，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的调速装置以及连接所述主动锥轴的旋转动力源。
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