CN113339485A - 一种特种车辆用定轴齿轮正倒机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种特种车辆用定轴齿轮正倒机构，包括输入轴和输出轴，输入轴上套接有第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮与输入轴转动连接，第二齿轮与输入轴固定连接，第一齿轮与第二齿轮之间设置有第一移动齿套，输出轴上套接有第三齿轮和第四齿轮，第三齿轮与输出轴固定连接，第四齿轮与输出轴转动连接，第三齿轮与第四齿轮之间设置有第二移动齿套，第一齿轮与第三齿轮啮合，第二齿轮与第四齿轮之间通过第五齿轮啮合。既可以满足车辆的前进挡行驶功能，又能实现车辆快速反向行驶，使车辆具有高机动性，正倒机构与前传动箱集成设计，实现了齿轮机构的共用，减小了系统的体积和重量，工作可靠，满足了特种车辆快速的倒挡行驶功能的要求。

Description

一种特种车辆用定轴齿轮正倒机构
技术领域
本发明涉及特种车辆技术领域，尤其涉及一种特种车辆用定轴齿轮正倒机构。
背景技术
传动系统的功能和作用是将发动机的功率尽可能多的传递给驱动轮，同时对于车辆行驶方面需要满足多项要求：
1）功率传递，改变牵引力和行驶速度；
2）路面最大阻力与最小阻力之比大于某一数值；
3）能倒驶，并且某些车辆要求可以高速倒驶；
4）能切断动力启动发动机或制动车辆；
5）能迅速的消耗车辆行驶的动能，进行减速和停车制动。
但是动力装置性能不足主要又体现在以下几点：
1）转速变化范围小；
2）转矩变化范围狭窄；
3）发动机不能倒转。
上述的要求与装置的性能有许多矛盾的地方，比如车辆要求能倒驶，但是发动机并不能倒转；对于某些特殊用途的特种车辆而言，要求高速行驶，并且正向倒向性能应相当，但是发动机转速变化范围小等等。
上述矛盾要求在传动系统设计的过程中改造或者调节发动机性能以此来满足车辆的行驶需要。车辆在工作中经常需要的进行动力方向的转换，而普通的实现方式是在变速箱中设计一个或两个倒挡，这种方式变速箱一般比较复杂，倒挡车速比较低，并不能很好的满足车辆高速倒挡行驶需求。北方车辆研究所提出了一种双内啮合正倒机构（专利号CN109681593 A）实现了在不停机状态下的动力换向。但其机构间的各个齿轮承受更大的内力，对制造提出了更高的工艺要求。
发明内容
本发明旨在提供一种特种车辆用定轴齿轮正倒机构，很好的解决了上述问题，其结构简单，既可以满足车辆的前进挡行驶功能，又能实现车辆快速反向行驶，使车辆具有高机动性，正倒机构与前传动箱集成设计，实现了齿轮机构的共用，减小了系统的体积和重量，工作可靠，满足了特种车辆快速的倒挡行驶功能的要求。
本发明的技术方案是一种特种车辆用定轴齿轮正倒机构，包括输入轴和输出轴，所述输入轴上套接有第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与输入轴转动连接，所述第二齿轮与输入轴固定连接，所述第一齿轮与第二齿轮之间设置有第一移动齿套，所述输出轴上套接有第三齿轮和第四齿轮，所述第三齿轮与输出轴固定连接，所述第四齿轮与输出轴转动连接，所述第三齿轮与第四齿轮之间设置有第二移动齿套，所述第一齿轮与第三齿轮啮合，所述第二齿轮与第四齿轮之间通过第五齿轮啮合。
进一步的，所述第一移动齿套与第二移动齿套均连接有齿套操纵组件。
进一步的，所述齿套操纵组件为机械操纵组件，所述机械操纵组件包括依次连接的拉杆、拉臂、拨叉轴和拨叉，所述拨叉与移动齿套固定连接，用于控制移动齿套的轴向运动。
进一步的，所述齿套操纵组件为液压操纵组件，所述液压操纵组件包括液压缸、活塞、拨叉和复位弹簧，所述活塞一侧与液压缸连接，所述活塞另一侧与拨叉一端固定连接，所述拨叉另一端与移动齿套固定连接，所述拨叉远活塞侧连接有复位弹簧。
进一步的，所述拨叉远活塞端还设置有位置传感器和/或限位器。
进一步的，还包括壳体，所述输入轴和输出轴分别通过轴承安装在壳体内，第五齿轮固定连接有齿轮轴，所述齿轮轴也通过轴承安装在壳体内。
进一步的，所述第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮和第五齿轮均为外啮合齿轮。
进一步的，所述输入轴连接有发动机。
进一步的，所述发动机为柴油发电机。
进一步的，所述输入轴与第一齿轮之间、所述输出轴与第四齿轮之间均设置有轴承，实现输入轴与第一齿轮之间、所述输出轴与第四齿轮之间的转动连接。
本发明的有益效果是：本发明通过齿轮啮合以及移动齿套连接和分离同轴的齿轮，从而带动齿轮的转动。即当前进挡时，输入轴带动第二齿轮转动，第一移动齿套使第一齿轮和第二齿轮连接，使第一齿轮和第二齿轮同步旋转，第二移动齿套使第三齿轮和第四齿轮分离，第一齿轮带动第三齿轮旋转，第二齿轮通过第五齿轮带动第四齿轮空转，此时第三齿轮带动输出轴，实现车辆的前进挡行驶；当倒挡时，输入轴带动第二齿轮转动，第一移动齿套移动使第一齿轮和第二齿轮分离，第二移动齿套移动使第三齿轮和第四齿轮连接，第二齿轮通过第五齿轮带动第四齿轮旋转，第四齿轮与第三齿轮同步旋转，从而带动输出轴反向转动，实现车辆的倒挡行驶，此时第三齿轮带动第一齿轮空转。
本发明整个机构的齿轮啮合数量少，具有较高的传动效率。用于机电复合车辆中可以使用电机进行调速，可以实现零速差齿套结合，减小换挡冲击；可以实现与前进挡行驶性能相当的倒挡行驶，提高了车辆的机动性；可以将正倒机构与前传动箱进行集成，实现发动机横置的传动方案，并且正倒机构齿轮与前传动齿轮共用，进行集成设计，结构紧凑，降低系统的体积和重量；正倒机构齿轮选型方便，制造工艺要求相对较低；采用齿套方案，系统结构简单，工作可靠。
附图说明
图1为本发明的齿轮传动示意图；
图2为本发明前进挡行驶功率流示意图；
图3为本发明倒挡行驶功率流示意图；
图4为本发明第三种实施例的内部剖面结构示意图；
图中：1、输入轴；2、输出轴；3、第一齿轮；4、第二齿轮；5、第一移动齿套；6、第三齿轮；7、第四齿轮；8、第二移动齿套；9、第五齿轮；10、液压缸；11、活塞；12、拨叉；13、回位弹簧；14、传感器和/或限位器；15、壳体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：如图1-3所示，本发明提供了一种特种车辆用定轴齿轮正倒机构，包括输入轴1和输出轴2，所述输入轴1上套接有第一齿轮3和第二齿轮4，所述第一齿轮3与输入轴1转动连接，所述第二齿轮4与输入轴1固定连接，所述第一齿轮3与第二齿轮4之间设置有第一移动齿套5，所述输出轴2上套接有第三齿轮6和第四齿轮7，所述第三齿轮6与输出轴2固定连接，所述第四齿轮7与输出轴2转动连接，所述第三齿轮6与第四齿轮7之间设置有第二移动齿套8，所述第一齿轮3与第三齿轮6啮合，所述第二齿轮4与第四齿轮7之间通过第五齿轮9啮合。
所述输入轴1与第一齿轮3之间、所述输出轴2与第四齿轮7之间均设置有轴承，实现输入轴1与第一齿轮3之间、所述输出轴2与第四齿轮7之间的转动连接。即输入轴1不能带动第一齿轮3转动，第四齿轮7也不能带动输入轴1转动。
齿套用于两个同轴齿轮之间的连接，移动齿套即齿套可以移动，在两个同轴齿轮之间，使两个同轴齿轮连接，也可以使其分离。
所述第一移动齿套5与第二移动齿套8均连接有齿套操纵组件。齿套操纵组件即用于带动移动齿套的移动，使移动齿轮分离或者连接两个齿轮。
还包括壳体15，所述输入轴1和输出轴2两端分别通过轴承安装在壳体15内，第五齿轮9固定连接有齿轮轴，所述齿轮轴两端也通过轴承安装在壳体15内。所述第一齿轮3、第二齿轮4、第三齿轮6、第四齿轮7和第五齿轮9均为外啮合齿轮。所述输入轴1连接有发动机，所述发动机为柴油发电机。
如图1所示，第一移动齿套5与第二移动齿套8均有两个位置，其中第一移动齿套5初始位置为结合状态，第一齿轮3和第二齿轮4之间连接同步旋转；当齿套操纵组件带动第一移动齿套5向右运动，第一齿轮3和第二齿轮4之间分离； 第二移动齿套8初始位置为分离状态，第三齿轮6和第四齿轮7之间分离各自运转；当齿套操纵组件带动第二移动齿套8向右运动，第三齿轮6和第四齿轮7之间连接同步旋转。当齿套操纵组件复位时，第一移动齿套5和第二移动齿套8回到初始位置。图中箭头方向为诶移动齿套可移动的方向。
如图2所示，为前进挡行驶功率流示意图。当车辆处于前进挡时，第一移动齿套5处于初始位置，第一齿轮3与第二齿轮4之间处于连接状态；第二移动齿套8处于初始位置，第三齿轮6和第四齿轮7之间处于分离状态。此时功率传递路线为：发动机功率通过输入轴1传递给第二齿轮4，动力从第二齿轮4经第一移动齿套5传递到第一齿轮3，第一齿轮3与第三齿轮6啮合，经第三齿轮6将动力输出。由于此时第二移动齿套8处于分离状态，第四齿轮7在输出轴2上空转。图中箭头方向为功率传导的方向。
如图3所示，为倒挡行驶功率流示意图。当车辆处于倒挡时，第一移动齿套5处于右侧位置，第一齿轮3与第二齿轮4之间处于分离状态；第二移动齿套8处于右侧位置，第三齿轮6与第四齿轮7之间处于结合状态。此时功率传递路线为：发动机功率通过输入轴1传递给第二齿轮4，由于第一移动齿套5处于分离状态，第一齿轮3在输入轴1上空转，动力从第二齿轮4经第五齿轮9传递到第四齿轮7，由于第二移动齿套8结合状态，动力从第四齿轮7经第二移动齿套8传递到第三齿轮6，经第三齿轮6带动输出轴2将动力输出。图中箭头方向为功率传导的方向。
实施例二：所述齿套操纵组件为机械操纵组件，所述机械操纵组件包括依次连接的拉杆、拉臂、拨叉轴和拨叉12，所述拨叉12与移动齿套固定连接，用于控制移动齿套的轴向运动。即通过机械连接的方式实现移动齿套的轴向移动。第一移动齿套5与第二移动齿套8分别与各自的拨叉12固定连接，拉动拉杆，即可带动拉臂、拨叉轴和拨叉12，从而使移动齿套向左或者向右移动，从而实现两个齿轮之间的连接或者分离。
实施例三：如图4所示，在实施例一的基础上，所述齿套操纵组件为液压操纵组件，所述液压操纵组件包括液压缸10、活塞11、拨叉12和复位弹簧，所述活塞11一侧与液压缸10连接，所述活塞11另一侧与拨叉12一端固定连接，所述拨叉12另一端与移动齿套固定连接，所述拨叉12远活塞11侧连接有复位弹簧。所述拨叉12远活塞11端还设置有位置传感器和/或限位器14。
即通过液压的方式实现移动齿套的连接或分离。具体的活塞11与复位弹簧位于壳体15内，活塞11一侧与液压缸10连接，活塞11另一侧与拨叉12一端固定连接，拨叉12另一端与移动齿套固定连接，拨叉12远活塞11侧连接有复位弹簧。当液压缸10进油时，在油压作用下，推动活塞11向右运动，活塞11带动拨叉12向右移动，拨叉12带动移动齿套向右运动，复位弹簧压缩克服弹簧阻力，当活塞11的右端接触位置传感器和/或限位器14时，停止运动，同时位置传感器发出移动齿套已分离的信号，实现移动齿套的分离。当液压缸10放油时，拨叉12在复位弹簧的作用下，向左运动，带动移动齿套回到初始位置。
当车辆需要从前进挡切换到倒挡时，需要先控制第一移动齿套5的液压缸10充油，克服复位弹簧的阻力向右运动，将第一移动齿套5分离，切断发动机的动力；然后通过对机电复合传动电机的调速控制，使第二移动齿套8主被动连接齿轮的转速差减小，直至接近同步，然后控制第二移动齿套8的液压缸10充油，克服复位弹簧的阻力向右运动，将第二移动齿套8结合，挂入倒挡。同理，当车辆需要从倒挡切换到前进挡时，需要先给第二移动齿套8的液压缸10放油，在复位弹簧的作用下回到初始位置，使第二移动齿套8分离；然后调速使第一移动齿套5主被动连接齿轮接近同步，其次控制第一移动齿套5的液压缸10放油，在复位弹簧的作用下回到初始位置，使第一移动齿套5结合，挂入前进挡。
本发明通过齿轮啮合以及移动齿套连接和分离同轴的齿轮，从而带动齿轮的转动。即当前进挡时，输入轴1带动第二齿轮4转动，第一移动齿套5使第一齿轮3和第二齿轮4连接，使第一齿轮3和第二齿轮4同步旋转，第二移动齿套8使第三齿轮6和第四齿轮7分离，第一齿轮3带动第三齿轮6旋转，第二齿轮4通过第五齿轮9带动第四齿轮7空转，此时第三齿轮6带动输出轴2，实现车辆的前进挡行驶；当倒挡时，输入轴1带动第二齿轮4转动，第一移动齿套5移动使第一齿轮3和第二齿轮4分离，第二移动齿套8移动使第三齿轮6和第四齿轮7连接，第二齿轮4通过第五齿轮9带动第四齿轮7旋转，第四齿轮7与第三齿轮6同步旋转，从而带动输出轴2反向转动，实现车辆的倒挡行驶，此时第三齿轮6带动第一齿轮3空转。
本发明整个机构的齿轮啮合数量少，具有较高的传动效率。用于机电复合车辆中可以使用电机进行调速，可以实现零速差齿套结合，减小换挡冲击；可以实现与前进挡行驶性能相当的倒挡行驶，提高了车辆的机动性；可以将正倒机构与前传动箱进行集成，实现发动机横置的传动方案，并且正倒机构齿轮与前传动齿轮共用，进行集成设计，结构紧凑，降低系统的体积和重量；正倒机构齿轮选型方便，制造工艺要求相对较低；采用齿套方案，系统结构简单，工作可靠。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种特种车辆用定轴齿轮正倒机构，其特征在于：包括输入轴(1)和输出轴(2)，所述输入轴(1)上套接有第一齿轮(3)和第二齿轮(4)，所述第一齿轮(3)与输入轴(1)转动连接，所述第二齿轮(4)与输入轴(1)固定连接，所述第一齿轮(3)与第二齿轮(4)之间设置有第一移动齿套(5)，所述输出轴(2)上套接有第三齿轮(6)和第四齿轮(7)，所述第三齿轮(6)与输出轴(2)固定连接，所述第四齿轮(7)与输出轴(2)转动连接，所述第三齿轮(6)与第四齿轮(7)之间设置有第二移动齿套(8)，所述第一齿轮(3)与第三齿轮(6)啮合，所述第二齿轮(4)与第四齿轮(7)之间通过第五齿轮(9)啮合。
2.根据权利要求1所述的特种车辆用定轴齿轮正倒机构，其特征在于：所述第一移动齿套(5)与第二移动齿套(8)均连接有齿套操纵组件。
3.根据权利要求2所述的特种车辆用定轴齿轮正倒机构，其特征在于：所述齿套操纵组件为机械操纵组件，所述机械操纵组件包括依次连接的拉杆、拉臂、拨叉轴和拨叉(12)，所述拨叉(12)与移动齿套固定连接，用于控制移动齿套的轴向运动。
4.根据权利要求2所述的特种车辆用定轴齿轮正倒机构，其特征在于：所述齿套操纵组件为液压操纵组件，所述液压操纵组件包括液压缸(10)、活塞(11)、拨叉(12)和复位弹簧，所述活塞(11)一侧与液压缸(10)连接，所述活塞(11)另一侧与拨叉(12)一端固定连接，所述拨叉(12)另一端与移动齿套固定连接，所述拨叉(12)远活塞(11)侧连接有复位弹簧。
5.根据权利要求4所述的特种车辆用定轴齿轮正倒机构，其特征在于：所述拨叉(12)远活塞(11)端还设置有位置传感器和/或限位器(14)。
6.根据权利要求1所述的特种车辆用定轴齿轮正倒机构，其特征在于：还包括壳体(15)，所述输入轴(1)和输出轴(2)分别通过轴承安装在壳体(15)内，第五齿轮(9)固定连接有齿轮轴，所述齿轮轴也通过轴承安装在壳体(15)内。
7.根据权利要求1所述的特种车辆用定轴齿轮正倒机构，其特征在于：所述第一齿轮(3)、第二齿轮(4)、第三齿轮(6)、第四齿轮(7)和第五齿轮(9)均为外啮合齿轮。
8.根据权利要求1所述的特种车辆用定轴齿轮正倒机构，其特征在于：所述输入轴(1)连接有发动机。
9.根据权利要求8所述的特种车辆用定轴齿轮正倒机构，其特征在于：所述发动机为柴油发电机。
10.根据权利要求1所述的特种车辆用定轴齿轮正倒机构，其特征在于：所述输入轴(1)与第一齿轮(3)之间、所述输出轴(2)与第四齿轮(7)之间均设置有轴承，实现输入轴(1)与第一齿轮(3)之间、所述输出轴(2)与第四齿轮(7)之间的转动连接。
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