CN112503144A - 一种10档机械式自动变速器 - Google Patents

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reverse
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刘义
聂幸福
杨小辉
韩晓宇
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Shaanxi Fast Gear Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种10档机械式自动变速器，解决了现有技术中存在的噪音大、效率低以及太多档位造成驾驶疲劳的问题。该10档机械式自动变速器采用5X2两段式主箱‑副箱结构，其中主箱设置五个档位，副箱设置高低档；一轴、二轴、副箱主轴从输入端到输出端依次设置；当一轴转动时通过常啮合的五档齿轮带动左、右中间轴转动；倒档中间轴上设置有倒档介轮，倒档介轮分别同时与中间轴倒档齿轮和倒档齿轮常啮合；二轴末端固定连接有副箱驱动齿轮，随二轴一起传动；副箱中间轴上依次固定设置有副箱传动齿轮、副箱中间轴减速齿；当副箱同步器向前滑动结合副箱驱动齿轮时，获得高档位；当副箱同步器向后滑动结合副箱主轴减速齿轮时，获得低档位。

Description

一种10档机械式自动变速器
技术领域
本发明涉及一种机械式自动变速器。
背景技术
变速器作为整车动力传动系统中主要部件，在发动机和驱动轮之间起着匹配作用，通过改变变速器传动比，可以使汽车在不同的使用条件下得到所需的驱动力和速度，同时，使发动机在最有利的工况范围内工作，直接影响整车动力性和燃油经济性。
目前市场上重卡变速器主要以传统机械变速器为主，噪音大、效率低；变速器换档时要保证齿轮啮合不受冲击，需要设置同步装置，通常采用同步器同步换档，当换档力较大或经常频繁换档时，同步材料容易磨损，影响变速器使用寿命且成本较高；当变速器长时间在恶劣工况下运行时，变速器内部油温升高，润滑油变性从而齿轮发生损坏，大大缩短变速器寿命；一轴及一轴上齿轮大多分体状态，通过内外花键连接，并用卡环固定，结构复杂，零件种类较多，装配不变等；由于重卡长期重载荷进行长途运行，通常需要设置很多档位以满足不同路况行驶车速和输出动力的最佳匹配，但市场上以12档和16档多为常见，太多档位需要多次换档，达到满足工况的速比，容易造成驾驶员疲劳等。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种10档机械式自动变速器，以解决现有技术中存在的噪音大、效率低以及太多档位造成驾驶疲劳的问题。
本发明的技术方案如下：
一种10档机械式自动变速器，其特殊之处在于，采用5X2两段式主箱-副箱结构，其中主箱设置五个档位，副箱设置高低档；
所述主箱内设置的轴有一轴、二轴、左中间轴、右中间轴和两个倒档中间轴；所述副箱内设置的轴有副箱主轴和副箱中间轴；所述一轴、二轴、副箱主轴从输入端到输出端依次设置；
所述左中间轴、右中间轴分别位于一轴以及二轴整体的两侧，两个倒档中间轴分别相应设置于左中间轴与二轴之间、右中间轴与二轴之间；
所述副箱中间轴成对设置于副箱主轴的两侧；
所述一轴轴端集成有五档齿轮，并预留换档结合齿圈；二轴上空套有倒档齿轮、一档齿轮、二档齿轮、三档齿轮、四档齿轮，并分别通过二轴上设置的相应凹槽与花键垫片配合限制轴向移动；
所述左中间轴、右中间轴上依次成对设置有中间轴倒档齿轮、中间轴一档齿轮、中间轴二档齿轮、中间轴三档齿轮、中间轴四档齿轮、中间轴五档齿轮，通过中间轴五档齿轮与一轴上集成的所述五档齿轮常啮合，当一轴转动时通过常啮合的五档齿轮带动左、右中间轴转动；倒档中间轴上设置有倒档介轮，倒档介轮分别同时与所述中间轴倒档齿轮和倒档齿轮常啮合；
所述二轴末端固定连接有副箱驱动齿轮，随二轴一起传动；所述副箱主轴上依次设置有副箱同步器、副箱主轴减速齿轮；其中，副箱主轴减速齿轮通过隔垫支撑，能够在副箱主轴上浮动；所述副箱中间轴上依次固定设置有副箱传动齿轮、副箱中间轴减速齿；当副箱同步器向前滑动结合副箱驱动齿轮时，获得高档位；当副箱同步器向后滑动结合副箱主轴减速齿轮时，获得低档位。
进一步地，所述二轴上还依次设置有一倒档滑套、二三档滑套和四五档滑套，分别位于二轴上相应各档齿轮中间，能够在二轴上沿直线移动。
进一步地，在所述左中间轴或者右中间轴的轴端设置有制动器，相应的另一中间轴的轴端用于设置油泵。
进一步地，所述中间轴倒档齿轮、中间轴一档齿轮为依次加工在左、右中间轴上的轴齿，所述中间轴五档齿轮、中间轴四档齿轮、中间轴三档齿轮、中间轴二档齿轮通过圆柱销与左、右中间轴固定。
进一步地，所述副箱驱动齿轮通过花键固定于二轴末端；所述副箱主轴减速齿轮通过花键垫片支撑在副箱主轴上；所述副箱传动齿轮通过焊接方式与副箱中间轴固定，副箱中间轴靠近后端加工有轴齿形成所述副箱中间轴减速齿。
进一步地，所述主箱和副箱内的齿轮均为斜齿。
进一步地，整体外壳从输入端到输出端依次分为离合器壳体、变速器壳体(对应于主箱)、后盖壳体(对应于副箱)，操纵窗口设置在变速器壳体上。
进一步地，所述离合器壳体的侧面加工有一工艺孔，离合器壳体的底部设置有两个冷却口，其中一个冷却口和工艺孔分别直接与油腔连通，另一个冷却口与工艺孔连通。
进一步地，所述四五档滑套包括第一内花键、外花键和第二内花键，其中所述第二内花键与二轴连接并能够在挂挡行程范围内沿二轴轴向移动，第一内花键用于与一轴轴端集成的五档齿轮上的结合齿圈啮合，实现一轴与二轴之间的扭矩传递；所述外花键用于与二轴上空套的四档齿轮上的结合齿圈啮合。
进一步地，所述制动器包括制动盘、摩擦盘、活塞和复位弹簧，所述制动盘通过圆柱销固定在离合器壳体上，能够轴向移动但被限制转动，所述摩擦盘通过花键固定在相应的中间轴上，随中间轴转动并能够轴向移动，所述复位弹簧安装在中间轴与活塞之间。
本发明具有以下优点：
1)采用“5X2”两段式结构，主箱设置五个档位，后副箱设置高低档，通过配合工作，实现10档位工作。
2)主、副箱齿轮均采用斜齿、双中间轴结构，主箱二轴总成处于“浮动”状态，可以大大降低二轴总成的加工、装配精度，减小制造成本，且可以实现“动力分流”，相同体积的变速器，可以传递更大的扭矩。
3)新型“筒式”结构，变速器体积小，方便整车布置，操纵窗口设置在变速器壳体上，解决了由于离合器壳体尺寸小，操纵无法布置的问题；
4)主箱采用滑套换档，由于换档时需要同步，在左中间轴轴端设计了轴端制动器结构，代替同步器的功用，解决了同步器材料容易磨损、结构容易损坏的问题，同时也降低了成本，增加变速器的寿命。
5)离合器壳体设计了独特的强制冷却接口，当变速器在恶劣的工况下工作时，可方便加装冷却装置，解决由于高温造成润滑油失效，变速器损坏的问题。
6)设计了一种新的滑套结构，配合新设计的一轴结构，可以减少零件种类，节省空间，结构紧凑，可靠。
7)提出一种新的一轴、二轴连接方式，二轴始终处于“浮动”状态，降低了制造、装配要求，节省制造成本，且结构安全可靠。
附图说明
图1为本发明结构示意图(展开图)。
图2为本发明离合器强制冷却接口剖面结构示意图。
图3为本发明离合器强制冷却接口结构示意图。
图4为本发明制动器结构示意图。
图5为本发明五六档滑套结构示意图。
图6为本发明一轴结构示意图。
图7为本发明一轴、二轴连接结构示意图。
附图标号说明：
1-一轴；2-左中间轴轴端制动器；3-离合器壳体；4-中间轴五档齿轮；5-中间轴四档齿轮；6-中间轴三档齿轮；7-左中间轴；8-中间轴二档齿轮；9-中间轴一档齿轮；10-倒档中间轴；11-倒档中间轴上倒档介轮；12-中间轴倒档齿轮；13-副箱传动齿轮；14-副箱中间轴；15-中间轴减速齿；16-后盖壳体；17-轴齿(一轴上的五档齿轮)；18-四五档滑套；19-四档齿轮；20-测速轮；21-输入转速传感器；22-三档齿轮；23-二三档滑套；24-二档齿轮；25-一档齿轮；26-一倒档滑套；27-倒档齿轮(二轴)；28-副箱驱动齿轮；29-同步器；30-副箱主轴减速齿轮；31-输出轴转子；32-法兰盘；33-输出转速传感器；34-二轴；35-副箱主轴；36-变速器壳体；37-油管；38-卡环；39-滚子轴承；40-挡板；41-推力轴承；42-右中间轴；
201-制动盘；202-摩擦盘；203-推动活塞；204-复位弹簧；205-圆柱销。
301-强制冷却预留接口；302-工艺孔；303-油腔；304-离合器执行机构接口；
101-油道；1701-五档结合齿圈；
1801-第一内花键；1802-第二内花键；1803-外花键；1804-拨叉连接槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本实施例提供了一种10档机械式自动变速器，整体采用5X2“筒式”结构，全斜齿，主、副箱均采用双中间轴结构。包括离合器壳体、变速器壳体、后盖壳体、从输入端到输出端依次设置一轴、二轴、副箱主轴；一轴轴端集成五档齿轮，且预留换档结合齿圈，二轴上空套有倒档齿轮、一档齿轮、二档齿轮、三档齿轮、四档齿轮，且通过二轴上设置相应的凹槽与花键垫配合限制轴向移动，一倒档滑套、二三档滑套、四五档滑套分别设置在二轴上各档齿轮中间，且在二轴上可以直线移动。
左右中间轴上加工轴齿中间轴倒档齿轮、中间轴一档齿轮，并通过圆柱销安装中间轴二档齿轮、中间轴三档齿轮、中间轴四档齿轮、中间轴五档齿轮，通过中间轴五档齿轮与一轴上五档齿轮常啮合，当一轴转动时将通过常啮合的五档齿轮带动左右中间轴转动。
副箱驱动齿轮通过花键固定于二轴末端；副箱主轴减速齿轮通过花键垫片支撑在副箱主轴上，副箱中间轴传动齿轮通过焊接方式固定在副箱中间轴上，副箱中间轴一端加工出副箱中间轴低档齿轮。
其中，采用滑套换档并设置轴端制动器以代替同步器换档，大大增加了换档结构的可靠性和寿命，降低了成本；在离合器壳体上预留强制冷却接口，当变速器使用工况恶劣时，方便加装冷却装置，提高寿命；将一轴与轴上齿轮集成，减少零件种类，结构更加可靠，装配方便，同时一侧加工出二轴安装结构，二轴定位更加精准；本实施例设计的10档自动式机械变速器档位数量合理，速比极差均匀，整体采用“5X2”、“筒式”结构，结构紧凑，方便整车布置。具体说明如下：
如图1所示，一种10档机械式自动变速器，其主体是由主箱+副箱组成“5X2”结构。
主箱部分包括一轴1、左中间轴7、右中间轴42、二轴34、倒档中间轴10及二轴34上倒档齿轮27、一倒档滑套26、一档齿轮25、二档齿轮24、二三档滑套23、三档齿轮22、四档齿轮19、四五档滑套18；中间轴上中间轴倒档齿轮12、中间轴一档齿轮9、中间轴二档齿轮8、中间轴三档齿轮6、中间轴四档齿轮5、中间轴五档齿轮4；倒档中间轴10上倒档介轮11、左中间轴7轴端制动器2等。
二轴34上各档齿轮均通过齿轮隔垫圈、六角键等在二轴上处于“浮动”状态，各档滑套通过内花键与二轴上外花键配合，可以在二轴34上轴向移动，并可以通过花键传递扭矩。
中间轴上中间轴五档齿轮4、中间轴四档齿轮5、中间轴三档齿轮6、中间轴二档齿轮8通过圆柱销与中间轴固定，中间轴倒档齿轮12、中间轴一档齿轮9为加工在中间轴上的轴齿，中间轴上所有齿轮均随中间轴转动。倒档介轮11与中间轴倒档齿轮12常啮合，同时与二轴34上倒档齿轮27常啮合，中间轴倒档齿轮12与倒档齿轮27不直接啮合，用于改变动力传递方向，使整车可以倒退行驶。
副箱部分主要包括副箱驱动齿轮28、副箱主轴35、副箱主轴减速齿轮30、副箱中间轴14、副箱传动齿轮13、副箱同步器29等。副箱驱动齿轮28通过花键与二轴34连接，随二轴34一起传动，副箱传动齿轮13通过焊接方式与副箱中间轴14固定，副箱中间轴14一端加工轴齿副箱中间轴减速齿15，同步器29安装在副箱主轴35上，副箱主轴减速齿轮30通过隔垫可以在副箱主轴35上浮动。当同步器29向前滑动结合副箱驱动齿轮28时，获得高档位，当同步器29向后滑动结合副箱主轴减速齿轮30时，将获得低档位。
以一档为例，说明本实施例动力传递路线，档变速器挂入一档时，一倒档滑套26向后滑动，滑套上外花键与倒档齿轮27上结合齿圈内花键啮合，动力从一轴1输入，通过一轴1上设计的轴齿17进行动力分流传递到左、左中间轴上中间轴五档齿轮4，带动中间轴转动，中间轴上一档齿轮9也随中间轴转动，动力通过中间轴一档齿轮9传递到二轴34上一档齿轮25，一档齿轮25通过结合齿圈内花键与一倒档滑套26外花键啮合，将动力传递到一倒档滑套26上，一倒档滑套26与二轴34通过花键连接，从而，将一轴1传递过来的动力通过换档机构传递到二轴34上，主箱部分完成换档；主箱部分1档与6档、2档与7档、3档与8档、4档与9档、5档与10档共用同一齿轮。
由于一档是低档区，副箱部分接低档区，此时，同步器29向后滑动与副箱主轴减速齿轮30结合，从二轴34传递来的来的动力通过副箱驱动齿轮28、副箱传动齿轮13、副箱中间轴14、副箱中间轴减速齿轮15、副箱主轴减速齿轮30、同步器29传递到副箱主轴35上，再通过法兰盘32输出，完成动力传递。
其他档位动力传递类似，当变速器处于高档位时，只主要将副箱同步器29向前滑动，与副箱驱动齿轮28啮合，这里不作详细陈述。
如图2、图3所示，为本实施例离合器强制冷却接口示意图，由于离合器壳体尺寸限制，无法直接从油腔底部预留两个冷却接口。本实施例通过从离合器壳体侧面加工一工艺孔连通油腔，再加工一冷却口与工艺孔连通(通过工艺孔间接与油腔连通)，以达到两个强制冷却接口均与油腔连通的目的。
如图4所示，为本实施例制动器结构示意图，由于采用了更加可靠性更高，寿命更长、成本较低的滑道换档，但同时由于滑道类换档本身无同步作用，所以在左中间轴7轴端设计该结构，其中，制动盘201通过圆柱销固定在离合器壳体3上，可以轴向移动但不能转动，摩擦盘202通过花键固定在左中间轴7上，可以随左中间轴7转动，同时可以轴向移动，复位弹簧204安装在左中间轴7与活塞203之间；当变速器需要升档或者起步时，制动器工作，整车压缩气体通过制动器中，推动活塞203向右侧移动，压紧复位弹簧204、制动盘201、摩擦盘202，使左中间轴7转速降下来，进行同步换档，当换档完成时，停止通气，复位弹簧204通过自身弹力将活塞203推开，制动盘201、摩擦盘202没有压力的情况下自动分开，此时，制动器制动力消失。
图5为本实施例的设计的四五档滑套，拨叉连接槽作为导向槽使四五档滑套沿二轴轴向移动。工作时，一侧通过第一内花键与一轴上五档齿轮17上结合齿圈啮合，完成换档或通过另一侧设计的外花键与四档齿轮19上结合齿圈啮合完成挂挡，本实施例结构设计巧妙，结构紧凑、可靠。
图6为本实施例设计的一轴结构示意图，在一轴1上集成五档齿轮17，齿轮上设计了结合齿圈，并在一轴1端面设计二轴34的连接空间，方便定位，设计的油道对二轴连接结构部分零件进行润滑。
图7为本实施例一轴1、二轴34及相关零部件连接方式，二轴一侧通过轴承支撑在壳体36上，一侧通过滚子轴承39支撑在一轴1轴端内孔，并通过推力轴承41、进行轴向限位，卡环38、挡板40、对相关零件进行限位，油管37连通一轴1、二轴34，使前侧油泵流出的润滑油流入到二轴34内部，对二轴34上齿轮及其相关零件润滑。二轴34与一轴1连接处始终处于“浮动”状态，工作时，左右中间轴手力“夹紧”二轴，本设计安装精度要求不高，但工作时通过两中间轴又可使二轴准确定位。

Claims (10)

1.一种10档机械式自动变速器，其特征在于，采用5X2两段式主箱-副箱结构，其中主箱设置五个档位，副箱设置高低档；
所述主箱内设置的轴有一轴(1)、二轴(34)、左中间轴(7)、右中间轴(42)和两个倒档中间轴(10)；所述副箱内设置的轴有副箱主轴(35)和副箱中间轴(14)；所述一轴(1)、二轴(34)、副箱主轴(35)从输入端到输出端依次设置；
所述左中间轴(7)、右中间轴(42)分别位于一轴以及二轴整体的两侧，两个倒档中间轴(10)分别相应设置于左中间轴(7)与二轴(34)之间、右中间轴(42)与二轴(34)之间；
所述副箱中间轴(14)成对设置于副箱主轴(35)的两侧；
所述一轴(1)轴端集成有五档齿轮(17)，并预留换档结合齿圈；二轴(34)上空套有倒档齿轮(27)、一档齿轮(25)、二档齿轮(24)、三档齿轮(22)、四档齿轮(19)，并分别通过二轴上设置的相应凹槽与花键垫片配合限制轴向移动；
所述左中间轴(7)、右中间轴(42)上依次成对设置有中间轴倒档齿轮(12)、中间轴一档齿轮(9)、中间轴二档齿轮(8)、中间轴三档齿轮(6)、中间轴四档齿轮(5)、中间轴五档齿轮(4)，通过中间轴五档齿轮(4)与一轴上集成的所述五档齿轮(17)常啮合，当一轴转动时通过常啮合的五档齿轮带动左、右中间轴转动；倒档中间轴上设置有倒档介轮(11)，倒档介轮(11)分别同时与所述中间轴倒档齿轮(12)和倒档齿轮(27)常啮合；
所述二轴(34)末端固定连接有副箱驱动齿轮(28)，随二轴(34)一起传动；所述副箱主轴(35)上依次设置有副箱同步器(29)、副箱主轴减速齿轮(30)；其中，副箱主轴减速齿轮(30)通过隔垫支撑，能够在副箱主轴(35)上浮动；所述副箱中间轴(14)上依次固定设置有副箱传动齿轮(13)、副箱中间轴减速齿(15)；当副箱同步器(29)向前滑动结合副箱驱动齿轮(28)时，获得高档位；当副箱同步器(29)向后滑动结合副箱主轴减速齿轮(30)时，获得低档位。
2.根据权利要求1所述的一种10档机械式自动变速器，其特征在于，所述二轴(34)上还依次设置有一倒档滑套(26)、二三档滑套(23)和四五档滑套(18)，分别位于二轴(34)上相应各档齿轮中间，能够在二轴上沿直线移动。
3.根据权利要求2所述的一种10档机械式自动变速器，其特征在于，在所述左中间轴(7)或者右中间轴(42)的轴端设置有制动器(2)，相应的另一中间轴的轴端用于设置油泵。
4.根据权利要求1所述的一种10档机械式自动变速器，其特征在于，所述中间轴倒档齿轮(12)、中间轴一档齿轮(9)为依次加工在左、右中间轴上的轴齿，所述中间轴五档齿轮(4)、中间轴四档齿轮(5)、中间轴三档齿轮(6)、中间轴二档齿轮(8)通过圆柱销与左、右中间轴固定。
5.根据权利要求1所述的一种10档机械式自动变速器，其特征在于，所述副箱驱动齿轮(28)通过花键固定于二轴(34)末端；所述副箱主轴减速齿轮(30)通过花键垫片支撑在副箱主轴(35)上；所述副箱传动齿轮(13)通过焊接方式与副箱中间轴(14)固定，副箱中间轴(14)靠近后端加工有轴齿形成所述副箱中间轴减速齿(15)。
6.根据权利要求1所述的一种10档机械式自动变速器，其特征在于，所述主箱和副箱内的齿轮均为斜齿。
7.根据权利要求1所述的一种10档机械式自动变速器，其特征在于，整体外壳从输入端到输出端依次分为离合器壳体(3)、变速器壳体(36)、后盖壳体(16)，操纵窗口设置在变速器壳体(36)上。
8.根据权利要求7所述的一种10档机械式自动变速器，其特征在于，所述离合器壳体的侧面加工有一工艺孔，离合器壳体的底部设置有两个冷却口，其中一个冷却口和工艺孔分别直接与油腔连通，另一个冷却口与工艺孔连通。
9.根据权利要求2所述的一种10档机械式自动变速器，其特征在于，所述四五档滑套(18)包括第一内花键、外花键和第二内花键，其中所述第二内花键与二轴连接并能够在挂挡行程范围内沿二轴轴向移动，第一内花键用于与一轴轴端集成的五档齿轮(17)上的结合齿圈啮合，实现一轴与二轴之间的扭矩传递；所述外花键用于与二轴(34)上空套的四档齿轮(19)上的结合齿圈啮合。
10.根据权利要求3所述的一种10档机械式自动变速器，其特征在于，所述制动器(2)包括制动盘(201)、摩擦盘(202)、活塞(203)和复位弹簧(204)，所述制动盘(201)通过圆柱销固定在离合器壳体(3)上，能够轴向移动但被限制转动，所述摩擦盘(202)通过花键固定在相应的中间轴上，随中间轴转动并能够轴向移动，所述复位弹簧(204)安装在中间轴与活塞(203)之间。
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