CN1145315A - 改进的单轴换档机构 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于多档机械变速器(10)的改进的单轴换档机构(200)。它包括一可轴向移动和可转动的换档轴(204)，一独立于该换档轴之换档滑块件(202)安装于该换档轴上并可随其一起轴向移动与转动。上述换档滑块件(202)装配于所述的换档轴(204)上，通过换档轴上开设的两肩部(210，212)及滑块件上开设的相配的两端面(236，238)承受轴向作用力，通过形成于所述滑块件和/或所述换挡轴上的几对相配面(230，232，244，246)并使用一杆型紧固装置使滑块件与换档轴压紧。换档轴与换档滑块间的相对面(222，248)保持分离，而所述的紧固装置之杆体部分(188A)穿过该两相对面。

Description

改进的单轴换档机构
本发明涉及变速传动装置之单轴换档机构，这种变速传动装置由可轴向移动的齿轮或者可轴向移动的牙嵌式接合套使其中被选择的齿轮档啮合和分离。尤其是本发明涉及一种使用改进的换档滑块—换档轴装配结构的改进的单轴换档机构组件。
在现有技术中，用于多档车辆变速器的单轴换档机构已经周知，可参见美国专利4621537和4920815，上述两专利所公开的内容在此用作参考。在某些情况下，这些单轴换档机构对于许多平行式换档导向装置而言已做出许多改进(参见美国专利4445393和4722237，它们所公开的内容在此用作参考)，因为它们只需较少的零件和较小的装配空间，生产成本更低并且(或)可使变速控制得以改善。
现有技术中的单轴换档机构需要加以改进，因为在某些情况下，换档滑块可能会相对于换档轴活动，使换档时产生一种不希望的＂空缺＂感觉并使紧密的装配定位受到破坏，从而最终可能导致换档滑块—换档轴连接的失效。
在现有技术的单轴换档机构中，其换档轴上设有与换档滑块底部的平面或内圆弧面相配的平面。上述面通过螺钉或类似的紧固装置连接。由于加工中不可避免地存在误差，那么在换档过程中的作用力的作用下，当该换档滑块—换档轴连接松动时，换档滑块就不会紧密地装配于换档轴上，从而失去准确的装配定位，使换档时产生＂空缺＂之感觉。此外，这种空缺也使作用于换档滑块上的力主要传换为紧固装置的侧向力，如果这种现象持续下去，最终可能会在疲劳周期内导致紧固装置的失效。
根据本发明所提供的一种改进的单轴换档机构组件，可使现有技术的上述缺陷得以减少。这种改进的换档机构组件使用一种改进的换档滑块—换档轴装配结构，可减少或消除换档滑块—换档轴连接的松动，因而可减少或消除换档空缺感觉的出现及换档滑块—换档轴连接失效的可能性。
本发明的上述改进是通过使用一种＂梯型＂设计来完成的，该设计中，换档滑块的内圆弧面及换档轴的外表面上均设有相互配合的斜面；一紧固装置穿过上述换档滑块与换档轴相对的且分开的内圆弧面及外表面，并且位于所述斜面之间。因此，螺钉或类似紧固装置所承受的张力就会使所述的换档滑块与所述换档轴在其斜面上保持稳定的配合。众所周知，螺钉、螺栓、铆钉或类似装置其抗拉力比抗侧向力(即剪切力)要好，因此就会使上述连接失效的概率降低。
据此，本发明的目的是提供一种新式改进的单轴换档机构。结合附图及通过阅读所附最佳实施例的详细描述，可显见本发明的上述及其他目的和其优越之处。
图1为现有技术的单轴换档机构的透视图。
图1A为图1所示现有技术单轴换档机构的换档滑块—换档轴联接结构的局部放大剖视图。
图2为一种典型的使用单轴换档机构的现有技术的车辆传动装置示意图。
图2A为图2所示传动装置的变速杆换档的位置示意图。
图3为本发明所述单轴换档机构的换档滑块—换档轴安装结构的局部侧剖视图。
图4为沿图3的4-4方向的剖视图。
图5为本发明的换档轴的剖视图。
图6为本发明的换档滑块沿图4的6-6方向的侧剖视图。
图7为沿图5的7-7的方向的剖视图。
为简便起见，下面的描述中将使用一些特定的术语，当然所述术语并不仅限于这些。术语＂向上＂，＂向右＂以及＂向左＂表示附图中所涉及的方向。术语＂前＂和＂后＂分别表示装于车辆上的传动装置的前部与后部，在图2中则分别由其左部与后部来表示。术语＂向里＂和＂向外＂分别表示朝向和离开该传动装置的几何中心及相应的部件的方向。所述术语包括上面特别提到的那些以及由此派生并具有类似含义的其他词语。
术语＂组合式传动装置＂是指由具有多个前进档的主变速器和具有多个速度档的副变速器串接组成的变速或齿轮换档传动装置(即组合式变速器)，从而可使主变速器中所选择的齿轮减速与副变速器中选择的齿轮减速进行组合。术语＂同步啮合装置＂及具有类似含义的术语将表示可非旋转地将一选择的齿轮挂入某轴的啮合装置，这种换档挂齿的方法是通过一啮合套在啮合的齿轮转速达到同步之前阻止其接合来实现的，所述的啮合套可产生相对较大的摩擦力，在齿轮啮合之时足以使啮合件及所有旋转件以相同转速旋转。
这里所用的术语＂传动装置＂或者是指一单变速器，或者是指组合式变速器中的主变速器。
结合图2，示出了一种装有本发明所述换档机构的区段组合式传动装置10。该传动装置10包括一具有多个速度档的主变速器12及与之串接的区段型副变速器14。传动装置10配置有一壳体H并包括一由源动机如柴油机驱动的输入轴16。源动机对输入轴16的驱动是通过可选择地分离和正常地接合的摩擦式离合器C进行的，该离合器具有一与发动机曲轴20相连的输入件或主动件18和可旋转并安装于所述传动装置输入轴16上的从动件22。
在主变速器12中，输入轴16上装有输入齿轮16以便以相同的转速同时驱动一对相同的中间轴组件26和26A。所述的相同中间轴组件26和26A分别径向地位于主轴28的相反的两侧，而主轴28则与输入轴16处于同一轴向上。上述每一中间轴组件都包括一由轴承32、34支承于壳体H的中间轴30，而图中仅示出了一部分。上述每一中间轴上均装有相同的中间轴齿轮组38，40，42，44，46及48，这些齿轮固定于相应的中间轴上并可随之旋转。在主轴28上则套有诸主轴齿轮50，52，54，56及58，通过滑动接合套60，62和64，每次均可有选择地将上述诸主轴齿轮与主轴28接合，这在现有技术中是非常常见的。也可用接合套60将输入齿轮24与主轴28接合，从而在输入轴16与主轴28间提供直接传动关系。
一般地，分别通过换档拨叉60A，62A和64A对接合套60，62和64进行轴向定位，而所述的换档拨叉则与一换档执行机构相连。这在现有技术中也是公知的。接合套60，62和64可以是公知的带同步器的型式，也可以是不带同步器而是采用两次动作的牙嵌式类型。
主轴齿轮58为倒档齿轮，它通过常规的倒档中间齿轮(未示出)与中间轴齿轮48保持常啮合。还须注意的是，由于主变速器12只有5个可选择的前进档，因此其最低前进档，即通过连接主轴的主动齿轮56与主轴28所产生的传动，常常为较大齿轮传动减速比因而将其视为低档或＂爬行＂档，该档只用于车辆在艰难条件下的起动，而在高速传动区段内则不采用。据此，由于主变速器12只提供5个前进档，因此常常称之为＂4＋1＂主变速器，原因是只使用其4个前进档与所配区段型副变速器14进行组合。
牙嵌式接合套60，62和64为具有三个接合位置的接合套，即既可处于中间非接合位置(如图所示)处，也可处于向或右向左的全接合位置。接合套所处的这三个接合位置是通过与换档指销相连的变速杆或换档横轴或其他＂X-Y＂型式的换档机构进行的。众所周知，每次换档时，只有一个接合套60，62或64能接合，而主变速器中的互锁装置可将其他接合套销止在中间位置。
副变速器14包括两套相同的副中间轴组件74和74A，每一副中间轴组件包括一由轴承78和80支承于壳体H上的副中间轴76，并且装有两个副中间轴齿轮82和84，可分别绕相应的副中间轴转动。副中间轴齿轮82与输出齿轮86保持常啮合并驱动输出齿轮86，而副中间轴齿轮84则与输出齿轮88常啮合，所述输出齿轮88装在传动装置的输出轴90上。
具有两个同步位置的牙嵌式接合套组件92通过换档拨叉和换档执行机构进行轴向定位。通过所述的接合套组件92，可将齿轮86与主轴28接合以进行低档区段传动，或者也可将齿轮88与主轴28接合以使组合式传动装置10以直接档或高档区段传动。组合式传动装置10的变速杆各档位置图如附图2A所示。选择传动装置10的低档区段还是高档区段是通过一操作执行开关或按钮进行的，所述的开关或按钮一般是位于变速杆上。作为变换，也可使用一种＂双H＂型的辅助换档装置。
结合附图1和1A可看到现有技术的单轴换档机构100。该换档机构100包括一滑块件102，其上设有一普通的槽窝104以形成与相邻的或远处的换档执行机构(即变速杆，图中未示出)之间的＂球-窝＂型连接。相邻的换档执行机构如应用于传统的卡车与拖拉机上的变速杆/柱机构，以及应用于平头式卡车或拖拉机上的与换档滑块相距较远的换档执行机构，均是公知技术，可参见美国专利No.3799002；No.3934485；No.4290515；No.4275612和No.4543843，这些专利公开的内容在此作为参考。
所述的换档机构100用于车辆传动装置上，如传动装置10，它具有一系列可选择啮合的传动比，通过使接合套的轴向移动使之与相应的牙嵌式接合套啮合即可啮合每一种传动比，而接合套的轴向移动是通过换档拨叉如60A、62A和64A进行的。所述的换档拨叉可对所选择的任一接合套从其中间非接合位置处向相对的两轴向方向进行有效的轴向定位，如图2所示。
所述的换档机构100包括一安装于壳体H上的换档轴106，该换档机构100可绕轴106的轴线108转动以及沿108轴向移动。换档轴106上装配有三根换档拨叉60A、62A和64A。每一换档拨叉分别包括有一套筒部分118、120和122，所述套筒部分则开有直通孔，使换档轴106穿过其中。
通过对滑块件102的＂球窝＂形连接器起作用的远处的或相邻的换档执行机构(未示出)可控制换档轴106相对于壳体H的轴向位移与转动，该滑块件102则通过螺钉108可随轴106一起滑动和转动地装配于换档轴106上。应当注意到，一种互锁装置150或类似的结构可使滑块件向外产生一定的移动，而设置于滑块件102上的锁止机构198具有其内设置由弹簧驱动的锁销球的半圆形凹槽，以对换档轴106相对于壳体从中间非啮合位置向轴向啮合位置的轴向移动中进行导向。
简单地说，换档轴106绕其轴线108的转动以及位于槽窝104中Y-Y方向的换档指销随滑块件的移动，就会选择某一换档拨叉随轴106轴向移动，而使未选择的换档拨叉相对于壳体保持不动。换档轴沿其轴向的移动以及位于槽窝104中X-X方向的换档指销的随同移动就会使已选定的接合套60，62，64啮合或分离。有关换档机构100的操作的细节可参考美国专利4920815和4621537得到详细的了解，上述专利所公开的内容在此用作参考。
结合图1A，可清楚地看出现有技术中换档滑块102在换档轴106上的安装。轴106与滑块102上分别设有互配的小平面106A和102A，通过螺钉188紧压在一起。
由于有加工误差，当这种连接在换档过程中的作用力的影响下松动时，滑块102就不会紧配于轴106上，使定位的准确性降低，从而使换档时产生一种＂空缺＂感觉。而且，这种连接的松动会使作用于换档滑动的方向螺钉188的螺钉杆188A传递侧向载荷，如果持续下去，最终就会在疲劳载荷的作用下导致螺钉188的失效。
本发明所述的改进的单轴换档机构200其改进部分如图3至图7所示。除了换档滑块202与换档轴204间的连接方式不同之外，本发明所述的换档机构200在结构和功能上均与上述换档机构100一致。因此只详述换档机构200的换档滑块/换挡轴连接。
图3和图4为换档机构200在其换档滑块/换档轴连接处的剖视图。与换档机构100类似，该换档滑块202上也设有容纳换档执行机构的换档指销的槽窝104，通过一单头螺钉(或螺栓)188将换档滑块202装置于换档轴204上，换档滑块202可随换挡轴204一起轴向移动或转动。换档滑块202上也可带有一凸起部分206，用于安装弹簧驱动的锁止机构，这种锁止机构与换档滑块102上所使用的锁止机构198相似。
如图5和7所示，换档轴204上开设有径向的内螺纹孔208，以与螺钉(或单头螺栓)188的外螺纹杆188A螺纹连接。当然，也可用其他型式的紧固装置，如螺栓和螺母，双头螺栓和/或铆钉等来代替螺钉188。
换档轴204上通过切除基本上位于螺纹孔208之轴线208A中心处的材料205，形成了第一基本桁弦区，以确定其肩部210，212及桁弦面214与216。肩部210与212间轴向相距为218，而桁弦面214与216基本上垂直于轴线208A，并且与轴线108经向相距220。一桁弦面222孔围绕孔208，径向相距轴线108为224，该距离224不大于并且最好是小于距离220。非接触凹下区226与228分别将桁弦面214、216与桁弦面222分开。
最好是如图7所示，在换档轴204的外表面上设有一对平的沿弦线方向延伸可交叉的斜面230，232。斜面230，232最好是对称地径向位于轴线208A的两侧，延伸时交叉于轴线20A处的断面上。
图6为换档滑块202的剖视图。该滑块202具有略小于轴向长度218的轴向长度234，以确定其两端面236和238，从而可紧配于，最好是压配于换档轴204的肩部210和212。因此，位于换档滑块202与换档轴204间的轴向力就会在肩部210、212与端面236、238间传输而不会作为侧向力传到轴式螺钉188之螺钉杆188A上，从而保持轴向的定位。
换档滑块202在通过孔240处设有沉肩以容纳螺钉188，使轴204上的孔208与孔204对准。换档滑块202(见图4和图6)上设有在其装配位置处环绕轴204的内圆弧面242。圆弧面242上有一对斜面244和246，该两斜面沿孔240的内圆面开口240A径向对置，并且分别与轴204的斜面230和232配合。所述的内圆弧面242和248部分围绕孔240的开口240A，该部分248设置成如下的型式：当轴204上的斜面230和232与滑块202上的斜面233及236接触时，轴204上的面222就会从滑块202的内圆面242处分离而不会与之接触。
作为一种可能的设计变换，也可取消换档轴上的斜面230和232，因此换档滑块内圆弧面242上的斜面244与246就会与换档轴的圆弧型外表面接触。
因此，分别位于换档轴与换档滑块上的相对面222与232间通配有螺钉188的螺钉杆188A，该螺钉杆与上述面保持非接触，并且插入滑块与轴上相配的斜面之间。因此，螺钉产生的拉力就会使滑块在轴的斜面上保持常配合。此外，位于滑块与轴间沿＂Y-Y＂方向的侧向力沿斜面至少部分转换成螺钉的拉力。众所周知，螺钉、螺栓、双头螺栓、铆钉及诸如此类的紧固装置更适合于抗拉而不是抗侧向剪力。因此就可使这种型式的换档滑块/换档轴连接的失效概率降至最低。
虽然本发明以具有某些特定性的实施例加以说明的，但可知道，只要不脱离本发明的实质及权利要求书所限定的范围，本发明结构形式的各种变化均在本发明之列。

Claims (3)

1.一种用于多档变速器(10)对各可选择的齿轮档进行选择及接合和分离的单轴换档机构(200)，它包括具有第一轴线(108)并安装于壳体(H)上的换档轴(204)，该换档轴可轴向移动与转动；与该换档轴分开的换档滑块件(202)，该滑块件装配于所述换档上并可随该轴一起移动与转动；所述滑块件上设有用于容纳一换档执行机构的安装孔(104)，所述换档执行机构可沿大体上平行于所述换档轴之轴线(108)的第一方向(X-X)移动，也可沿大体上垂直于上述轴线(108)的第二方向(Y-Y)移动；分别具有套筒部分(118，120，122)的诸换档拨叉(60A，62A，64A)上各设有一通孔，用于容纳所述的换档轴所述的换档机构其特征在于：
所述换档轴设有：(i)具有第二轴线(208A)以用于容纳紧固装置之杆体部分(188A)的通孔(208)；(ii)围绕该通孔之开口的外表面(222)；(iii)一对径向延伸轴向朝里的平肩部(210，212)，所述两平肩部相距第一轴向长度(218)；以及(iv)第一对大体上弦向延伸并朝所述外表面(222)倾斜的斜面(230，232)，所述两斜面沿所述第二轴线(208A)径向对置，如延伸则相交于所述第二轴线上；
所述的换档滑块件设有：(i)用于容纳所述紧固装置之杆体部分的通孔(240)；(ii)一对径向延伸轴向朝外的端面(236，238)，该两端面大体上相距与所述第一轴向长度相等的第二轴向长度(234)；和(iii)围绕所述换档轴的内圆弧面(242)，其上设有第二对沿所述通孔之开口对置的斜面(244，246)，与所述第一对斜面相配合，所述的围绕所述通孔之开口的内圆弧面还包括一对应面(248)，当所述的第一对和第二对斜面接触时，所述的该对应面与上述外表面(22)相对并与其相隔一定距离；以及
装置于所述通孔中具有一杆体部分的杆型紧固装置(188)，通过该紧固装置使所述的第一对和第二对斜面保持接触。
2.一种用于多档变速器(10)对各可选择的齿轮档进行选择及接合与分离的单轴换档机构(200)，它包括具有第一轴线(108)并安装于壳体(H)上的换档轴(204)，该换档轴可轴向移动与转动；与该换档轴分开的换档滑块件(202)，该滑块件装配于所述换档轴上并可随其一起轴向移动与转动；所述滑块件上设有用于容纳一换档执行机构的安装孔(104)，所述换档执行机构可沿大体上平行于该换档轴之轴线(108)的第一方向(X-X)移动，也可沿大体上垂直于上述轴线的第二方向(Y-Y)移动；分别具有套筒部分(118，120，122)的诸换档拨叉(60A，62A，64A)上各设有一个通孔，用于容纳所述的换档轴，所述的换档机构其特征在于：
所述换档轴上设有(i)具有第二轴线(208A)以用于容纳一紧固装置之杆体部分的通孔(208)；(ii)围绕所述通孔之开口的外表面(222)；(iii)一对径向延伸轴向朝里的平肩部分(210，212)，所述的两平肩部分相距第一轴向长度(218)；
所述的换档滑块件上设有：(i)用于容纳所述紧固装置之杆体部分的通孔(240)；(ii)一对径向延伸轴向朝外的端面(236，238)，两者相距大体上与第一轴向长度相等的第二轴向长度(234)；以及(iii)围绕所述换档轴的内圆弧面(242)，其上设有第二对大体弦向延伸且向内倾斜的斜面(244，246)，该两斜面对置于所述通孔之开口两边，围绕所述通孔之开口的内圆弧面还包括一对应面(248)，当所述斜面与所述换档轴接触时，该对应面与所述的外表面相对应并保持分离；以及
装置于所述通孔中且具有一杆体部分的杆型紧固装置(188)，通过该紧固装置使所述的这对斜面与所述的换档轴接触。
3.一种用于多档变速器(10)对各可选择的齿轮档进行选择及接合和分离的单轴换档机构(200)，它包括具有轴线(108)并可轴向移动与转动地安装于壳体(H)上的换档轴(204)；独立于所述换档轴的换档滑块件(202)，该滑块件装配成可随所述的换档轴一起轴向移动和转动的型式；所述的滑块件上设有用于容纳一换档执行机构的安装孔(104)，所述换档执行机构可沿大体上平行于所述换档轴之轴线(108)的第一方向(X-X)移动，也可沿大体上垂直于上述轴线的第二方向(Y-Y)移动；分别具有套筒部分(118，120，122)的诸换档拨叉(60A，62A，64A)上各设有一通孔，用于容纳所述的换档轴，所述换档机构其特征在于：
所述换档轴上设有：(i)具有第二轴线(208A)以用于容纳一紧固装置之杆体部分(188A)的通孔(208)；(ii)围绕所述通孔之开口的外表面(222)；(iii)一对径向延伸轴向朝里的平肩部(210，212)，两者相距第一轴向长度(218)；
所述的换档滑块件上设有：(i)用于容纳所述紧固装置之杆体部分的通孔(240)；(ii)一对经向延伸轴向朝外的端面(236，238)，两者相距大体上与所述第一轴向长度相等的第二轴向长度(234)；及(iii)围绕所述换档轴的内圆弧面(242)，共上设有一对应面(248)，当所述滑块件装配于所述换档轴上时，该对应面与所述换档轴之外表面(222)相对应并保持分开；
所述换档轴与换档滑块件之一上设有一对大体上弦向延伸的斜面(230，232)，该两斜面向所述外表面倾斜并对置于所述的第二轴线两边，该两斜面设计成如下的型式：当其延伸时，将相交于所述的第二轴线上；所述的斜面与所述换档轴及换档滑块件中另一个的内表面接触；及
装置于所述通孔中且具有一杆体部分的杆型紧固装置(188)，通过该紧固装置使所述的那对斜面与所述的换档轴或换档滑块中另一个之内表面压紧并接触。
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