CN116061682A - 用于变速器的换挡机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于变速器的换挡机构。该换挡机构包括第一传动轴、用于在第一挡位下与第一传动轴进行扭矩传递的第一扭矩传递端和用于在第二挡位下与第一传动轴进行扭矩传递的第二扭矩传递端。其中，该换挡机构还包括：第一离合器，其在第一挡位下仅连接在第一传动轴与第一扭矩传递端之间以至少传递沿第一转动方向的扭矩，并且在第二挡位下仅连接在第一传动轴与第二扭矩传递端之间以传递双向的扭矩；和第二离合器，第二离合器为设置在第一传动轴与第一扭矩传递端之间的单向超越离合器，其能够仅在第一传动轴与第一扭矩传递端之间传递沿与第一转动方向相反的第二转动方向的扭矩，并且始终保持接合状态。本发明的换挡机构具有改进的换挡性能。

Description

用于变速器的换挡机构

技术领域

本发明涉及车辆技术领域。具体地，本发明涉及一种用于变速器的换挡机构。

背景技术

随着能源与环境问题日益突出，各种新能源车辆的越来越受到重视。在当前的新能源车辆中，一些混合动力车辆通常采用两挡变速的电桥驱动系统。在这种驱动系统中，需要设置同步器来实现换挡，并且需要设置滑摩离合器来控制扭矩传递路径。

传统的同步器可以通过移动例如齿套等传动接合机构来与不同的传动齿轮接合，从而实现传动路径和传动比的改变。但是，在这种传统的同步器中，传动接合机构在换挡过程中必须与齿轮分离，使得扭矩传递发生中断，并且换挡过程的平顺性较差。这导致采用传统同步器的车辆驾驶体验不佳。此外，滑摩离合器在断开状态下仍然可能存在一定的拖曳扭矩，进而提高了能量损耗。

发明内容

因此，本发明需要解决的技术问题是，提供一种改进的换挡机构。

上述技术问题通过根据本发明的一种用于变速器的换挡机构而得到解决。该换挡机构用于在第一挡位与第二挡位之间进行切换。该换挡机构包括第一传动轴、第一扭矩传递端和第二扭矩传递端，第一扭矩传递端用于在第一挡位下与第一传动轴进行扭矩传递，第二扭矩传递端用于在第二挡位下与第一传动轴进行扭矩传递。其中，该换挡机构还包括：第一离合器，在第一挡位下，第一离合器仅连接在第一传动轴与第一扭矩传递端之间以至少传递沿第一转动方向的扭矩，在第二挡位下，第一离合器仅连接在第一传动轴与第二扭矩传递端之间以传递双向的扭矩；和第二离合器，第二离合器为设置在第一传动轴与第一扭矩传递端之间的单向超越离合器，其能够仅在第一传动轴与第一扭矩传递端之间传递沿与第一转动方向相反的第二转动方向的扭矩，并且始终保持接合状态。第一离合器和第二离合器共同构成在转速较低的第一挡位下与第一扭矩传递端进行扭矩传递的离合器，其中二者分别传递相反方向的扭矩。在车辆从转速较低的第一挡位向转速较高的第二挡位切换的过程中，第二离合器始终保持接合，从而能够持续地传递第二转动方向的扭矩，第二转动方向的扭矩是驱动车辆正向行驶的扭矩，因此换挡期间的扭矩中断可以通过第二离合器得到有效补偿。同时，当车辆完成换挡而达到转速较高的第二挡位时，第二扭矩传递端与第一传动轴抗扭连接，使得输出端的转速变大，由于第二离合器是单向超越离合器，因此允许输出端的转速超越输入端，并且在此时停止扭矩传递。

根据本发明的一个优选实施例，该换挡机构还可以包括第三离合器，第三离合器可以为连接在第一离合器与第二扭矩传递端之间的滑摩离合器。在这种情况下，第一传动轴与第二扭矩传递端之间的扭矩传递由第一离合器和第三离合器共同控制，作为滑摩离合器的第三离合器可以在挡位切换时实现转速的平稳过渡。

根据本发明的另一优选实施例，该换挡机构还可以包括轴承，第三离合器可以包括与第一离合器抗扭连接的毂法兰，毂法兰可以通过轴承支撑在第一传动轴上。因此，当在第一挡位下第一离合器将第一传动轴与第二扭矩传递端之间的扭矩传递路径断开时，由于轴承的存在，第二扭矩传递端产生的拖曳扭矩较小，从而能够减少能量损耗。

根据本发明的另一优选实施例，第一离合器可以包括与第一传动轴抗扭连接的齿套、与第一扭矩传递端抗扭连接的第一齿接部以及与第三离合器抗扭连接的第二齿接部，齿套能够相对于第一传动轴轴向移动从而选择性地与第一齿接部和第二齿接部中的一者接合。因此，第一离合器可以形成为牙嵌离合器，从而方便地在两个接合状态之间转换。在这种情况下，第二齿接部可以通过轴承支撑在第一传动轴上并且与毂法兰固定连接。第二齿接部可以在第二挡位下在第一传动轴与毂法兰之间传递扭矩。此外，第二离合器可以包括与第一扭矩传递端抗扭连接的外圈，第一齿接部可以与外圈固定连接。第一齿接部可以在第一挡位下在第一传动轴与外圈之间传递扭矩。

根据本发明的另一优选实施例，第一离合器还可以包括定位装置，定位装置能够将第一离合器锁定在与第一齿接部接合的第一位置或与第二齿接部接合的第二位置。定位装置能够确保第一离合器在非换挡状态下保持稳定的传扭状态。

根据本发明的另一优选实施例，定位装置可以包括沿径向布置的弹簧和接合件，弹簧的一端可以定位在第一传动轴或与第一传动轴固定连接的部件上，另一端与接合件连接，并且通过接合件与齿套接合。在这种情况下，第一传动轴或与第一传动轴固定连接的部件可以具有沿径向延伸的安装槽，弹簧安装在安装槽中，从而使弹簧相对于第一传动轴定位。

根据本发明的另一优选实施例，第一离合器还可以包括与第一传动轴固定连接的内毂，齿套可轴向移动地安装在内毂的径向外侧。齿套可以通过嵌齿与内毂抗扭连接。在这种情况下，弹簧可以安装在内毂中。这使得嵌齿或弹簧的安装槽不会影响第一传动轴本身的结构。

附图说明

以下结合附图进一步描述本发明。图中以相同的附图标记来代表功能相同的元件。其中：

图1示出根据本发明的实施例的换挡机构的示意图；

图2示出图1中的换挡机构的局部放大图；

图3示出根据本发明的实施例的换挡机构的第二离合器的剖视图；和

图4示出根据本发明的实施例的换挡机构的布局方式的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图描述根据本发明的换挡机构的具体实施方式。下面的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的保护范围由权利要求书限定。

根据本发明的实施例，提供了一种用于变速器的换挡机构。这种换挡机构尤其适用于电动车辆或混合动力车辆等两挡变速的机动车辆。这种换挡机构安装在变速器中，以便在变速器的两个挡位之间进行切换，使得变速器的输出扭矩可以根据需要沿两个不同挡位的传动路径输出。

图1至图3示出了根据本发明的换挡机构的示意性实施例。图1示出了根据该实施例的换挡机构的总体示意图。该换挡机构安装在具有第一挡位和第二挡位的两挡变速器中，用于使变速器在第一挡位与第二挡位之间进行切换。变速器在第二挡位下的输出转速大于在第一挡位下的输出转速。

如图1所示，该换挡机构包括第一传动轴10、第一扭矩传递端和第二扭矩传递端。第一扭矩传递端和第二扭矩传递端能够分别与第一传动轴10抗扭连接，以便并行地与第一传动轴传递扭矩，使得变速器的扭矩能够沿两个具有不同传动比的传动路径输出。其中，第一扭矩传递端对应于第一挡位，而第二扭矩传递端对应于第二挡位。

在本实施例中，第一扭矩传递端示意性地示出为同轴地安装在第一传动轴10的径向外侧的第一齿轮20，而第二扭矩传递端示意性地示出为与第一传动轴10同轴地布置的第二传动轴30以及与第二传动轴30抗扭连接的第二齿轮40。第二齿轮40固定在第二传动轴30的径向外侧。这种结构仅是示意性的，第一扭矩传递端和第二扭矩传递端也可以是其他结构或者具有其他的布置方式。

该换挡机构还包括第一离合器A、第二离合器B和第三离合器C。第一离合器A是设置在第一传动轴10与第一扭矩传递端之间并且设置在第一传动轴10与第二扭矩传递端之间的牙嵌离合器。第二离合器B是设置在第一传动轴10与第一扭矩传递端之间的单向超越离合器。第三离合器C是设置在第一离合器A与第二扭矩传递端之间的滑摩离合器。第三离合器C在轴向上与第二离合器B位于第一离合器A的相反两侧。

如图1所示，第三离合器C包括与第一离合器A抗扭连接的毂法兰C1以及与第二扭矩传递端抗扭连接的离合器盘C2。毂法兰C1与第一传动轴10同轴布置并且能够相对于第一传动轴10转动。优选地，毂法兰C1可以通过轴承50支撑在第一传动轴10的径向外侧。第一传动轴10与毂法兰C1之间能够通过轴承50传递的扭矩非常微小，特别是显著小于滑摩离合器C自身在分离状态下可能产生的拖曳扭矩。离合器盘C2优选地安装在第二传动轴30的径向外侧，并且可以相对于第二传动轴30轴向移动，从而与毂法兰C1接合或分离。

图2示出了图1中的区域R的局部放大图。如图2所示，第一离合器A安装在第一传动轴10的径向外侧，并且包括齿套A2、第一齿接部A3和第二齿接部A4。第一齿接部A3与第一齿轮20抗扭连接，特别是固定在第一齿轮20的径向内缘的朝向第三离合器C的一侧。第二齿接部A4与第三离合器C的一端抗扭连接，特别是固定在毂法兰C1的径向内缘的朝向第二离合器B的一侧。优选地，第二齿接部A4也可以支撑在轴承50的径向外侧。齿套A2与第一传动轴10抗扭连接并且能够相对于第一传动轴10轴向移动，从而在第一位置与第二位置之间切换。在第一位置，齿套A2与第一齿接部A3接合，使得第一离合器A仅连接在第一传动轴10与第一扭矩传递端之间。此时，第一离合器A至少能够在第一传动轴10与第一扭矩传递端之间传递沿第一转动方向的扭矩。在第二位置，齿套A2与第二齿接部A4接合，使得第一离合器仅连接在第一传动轴10与第三离合器C之间，并且进而可以通过第三离合器C与第二扭矩传递端连接。此时，第一离合器A能够在第一传动轴10与第三离合器C之间传递双向的扭矩。

齿套A2与第一齿接部A3、第二齿接部A4、第一传动轴10的抗扭连接可以通过嵌齿来实现。优选地，齿套A2可以安装在第一齿接部A3、第二齿接部A4和第一传动轴10三者的径向外侧，齿套A2具有内齿，而第一齿接部A3、第二齿接部A4和第一传动轴10(或与第一传动轴10固定连接的部件)分别具有外齿。

为了使第一离合器A稳定在两个接合位置，第一离合器A还可以包括定位装置。定位装置可以是安装在第一传动轴10(或与第一传动轴10固定连接的部件)与齿套A2之间的弹性装置。优选地，定位装置可以包括弹簧A6和接合件A5。弹簧A6沿径向方向延伸。弹簧A6的一端定位在第一传动轴10(或与第一传动轴10固定连接的部件)中，另一端与接合件A5连接。弹簧A6能够通过接合件A5沿径向抵接齿套A2。齿套A2的径向内侧具有沿轴向间隔布置的第一凹部和第二凹部。这两个凹部分别对应于齿套A2的第一位置和第二位置。接合件A5能够部分地插入第一凹部或第二凹部中。当齿套A2位于第一位置时，接合件A5与第一凹部对准，从而能够与第一凹部接合，以将齿套A2锁定在与第一齿接部A3接合的状态；当齿套A2位于第二位置时，接合件A5与第二凹部对准，从而能够与第二凹部接合，以将齿套A2锁定在与第二齿接部A4接合的状态。

优选地，第一离合器A还可以包括与第一传动轴10固定连接的内毂A1。内毂A1可以安装在或者一体形成在第一传动轴10的径向外侧，并且从第一传动轴10的表面沿径向向外凸起。齿套A2可轴向移动地安装在内毂A1的径向外侧，并且可以通过嵌齿与内毂A1抗扭连接。弹簧A6可以安装在内毂A1中的安装槽中。因此，嵌齿或弹簧A6的安装槽不必直接形成在第一传动轴10上，从而减少对第一传动轴10的结构强度的影响。

如图2所示，第二离合器B也安装在第一传动轴10的径向外侧，并且与第一离合器A沿轴向相邻。第二离合器B包括内圈B1、外圈B2和单向传动件B3。内圈B1与第一传动轴10抗扭连接，特别是固定在第一传动轴10的径向外侧。外圈B2同轴地安装在内圈B1的径向外侧，并且与第一扭矩传递端抗扭连接，特别是固定在第一齿轮20的径向内侧。优选地，第一离合器A的第一齿接部A3可以固定在外圈B2的径向外侧，特别是可以与其一体形成。单向传动件B3安装在内圈B1与外圈B2之间。第二离合器B仅能单向地传递扭矩。具体而言，内圈B1和外圈B2中作为输入端的一者仅能向作为输出端的另一者传递沿一个转动方向的扭矩，而不能传递沿相反转动方向的扭矩，并且当第二离合器B沿一个方向转动时，扭矩仅能从内圈B1和外圈B2中的一者传递到另一者，而不能反向传递。第二离合器B的输入端可以向输出端传递扭矩的转动方向称为第二转动方向。第二转动方向与第一转动方向相反。

图3示出了第二离合器B的横截面的剖视图。在图3中，第二离合器B示出为滚子式单向超越离合器，但这仅是示意性的，第二离合器B也可以是其他类型的单向超越离合器，例如楔块式单向超越离合器或摇杆式单向超越离合器等。

当换挡机构处于第一挡位时，第一离合器A的齿套A2与第一齿接部A3接合。此时，换挡机构能够在第一传动轴10与第一扭矩传递端之间通过第一离合器A传递沿第一转动方向的扭矩，同时通过第二离合器B传递沿第二转动方向的扭矩。第一离合器A在第一挡位下可以是单向传扭或双向传扭的，但当第一离合器A在第一挡位下能够双向传扭时，优选地，沿第二转动方向的扭矩仍然主要通过第二离合器B来传递。此时，由于齿套A2与第二齿接部A4分离，第一传动轴10与第二扭矩传递端之间不能通过第一离合器A传递任何扭矩。同时，第一传动轴10能够通过轴承50传递到第二传动轴30的扭矩也非常微小，甚至可以忽略不计。这使得第二扭矩传递端产生的拖曳扭矩非常小。尤其是相对于仅通过滑动摩擦离合器来断开第二扭矩传递端与第一传动轴10之间的扭矩传递路径的传统方案相比，这种方式明显减少了能量损耗。

当换挡机构从第一挡位向转速更高的第二挡位切换时，第一离合器A的齿套A2与第一齿接部A3分离而与第二齿接部A4接合。齿套A2与第二齿接部A4的接合过程可以迅速完成。当齿套A2与第二齿接部A4完成接合之后，第三离合器C开始接合，直至能够在第一传动轴10与第二扭矩传递端之间平稳地传递扭矩。在换挡过程中，换挡机构不能通过第一离合器A在第一传动轴10与第一扭矩传递端之间传递扭矩，但第二离合器B始终保持接合状态，因此换挡机构始终能够通过第二离合器B在第一传动轴10与第一扭矩传递端之间传递沿第二转动方向的扭矩。第二离合器B的第二转动方向对应于驱动车辆正向行驶的方向，因此，在第三离合器C完成接合之前，换挡机构始终能够通过第二离合器B来输出驱动车辆继续行驶的扭矩，从而补偿换挡过程中的扭矩中断。当第三离合器C完全接合后，由于第三离合器C所对应的传动路径的转速更高，从而使得变速器输出端的转速更高，这样在第一扭矩传递端处，第一齿轮20的转速大于第一传动轴10的转速，因此在第二离合器B中将发生超越现象，即输出端的转速超过输入端。因此，在第二挡位下，换挡机构仅通过第三离合器C传递扭矩，而不再通过第二离合器B传递扭矩。同时，由于第三离合器C是滑摩离合器，换挡期间转速升高的过程可以更加平顺地进行，这样就使得在换挡过程中不会发生动力的中断或动力的冲击，从而使得换挡过程转速非常平顺。

图4示出了根据本发明的换挡机构在变速器中的布局方式。如图4所示，该换挡机构(虚线圆圈所示处)的输入端可以直接与电机M的输出轴连接。该换挡机构的第一扭矩传递端和第二扭矩传递端可以作为两个不同直径的齿轮分别与另一个平行的传动轴上的对应齿轮啮合，从而以不同的传动比来传递扭矩。另一个平行的传动轴继而可以通过齿轮组连接到差速器，最终通过差速器将扭矩输出到车轮。

虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应当理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

附图标记表

10 第一传动轴

20 第一齿轮

30 第二传动轴

40 第二齿轮

50 轴承

A 第一离合器

A1 内毂

A2 齿套

A3 第一齿接部

A4 第二齿接部

A5 接合件

A6 弹簧

B 第二离合器

B1 内圈

B2 外圈

B3 单向传动件

C 第三离合器

C1 毂法兰

C2 离合器盘

M 电机

Claims (10)

1.一种用于变速器的换挡机构，其用于在第一挡位与第二挡位之间进行切换，所述换挡机构包括第一传动轴(10)、第一扭矩传递端和第二扭矩传递端，所述第一扭矩传递端用于在所述第一挡位下与所述第一传动轴(10)进行扭矩传递，所述第二扭矩传递端用于在所述第二挡位下与所述第一传动轴(10)进行扭矩传递，

其特征在于，

所述换挡机构还包括：

第一离合器(A)，在所述第一挡位下，所述第一离合器(A)仅连接在所述第一传动轴(10)与所述第一扭矩传递端之间以至少传递沿第一转动方向的扭矩，在所述第二挡位下，所述第一离合器(A)仅连接在所述第一传动轴(10)与所述第二扭矩传递端之间以传递双向的扭矩；和

第二离合器(B)，所述第二离合器(B)为设置在所述第一传动轴(10)与所述第一扭矩传递端之间的单向超越离合器，其能够仅在所述第一传动轴(10)与所述第一扭矩传递端之间传递沿与所述第一转动方向相反的第二转动方向的扭矩，并且始终保持接合状态。

2.根据权利要求1所述的换挡机构，其特征在于，所述换挡机构还包括第三离合器(C)，所述第三离合器(C)为连接在所述第一离合器(A)与所述第二扭矩传递端之间的滑摩离合器。

3.根据权利要求2所述的换挡机构，其特征在于，所述换挡机构还包括轴承(50)，所述第三离合器(C)包括与所述第一离合器(A)抗扭连接的毂法兰(C1)，所述毂法兰(C1)通过所述轴承(50)支撑在所述第一传动轴(10)上。

4.根据权利要求3所述的换挡机构，其特征在于，所述第一离合器(A)包括与所述第一传动轴(10)抗扭连接的齿套(A2)、与所述第一扭矩传递端抗扭连接的第一齿接部(A3)以及与所述第三离合器(C)抗扭连接的第二齿接部(A4)，所述齿套(A2)能够相对于所述第一传动轴(10)轴向移动从而选择性地与所述第一齿接部(A3)和所述第二齿接部(A4)中的一者接合。

5.根据权利要求4所述的换挡机构，其特征在于，所述第二齿接部(A4)通过所述轴承(50)支撑在所述第一传动轴(10)上并且与所述毂法兰(C1)固定连接。

6.根据权利要求4所述的换挡机构，其特征在于，所述第二离合器(B)包括与所述第一扭矩传递端抗扭连接的外圈(B2)，所述第一齿接部(A3)与所述外圈(B2)固定连接。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的换挡机构，其特征在于，所述第一离合器(A)还包括定位装置，所述定位装置能够将所述第一离合器(A)锁定在与所述第一齿接部(A3)接合所对应的第一位置或与所述第二齿接部(A4)接合所对应的第二位置。

8.根据权利要求7所述的换挡机构，其特征在于，所述定位装置包括沿径向布置的弹簧(A6)和接合件(A5)，所述弹簧(A6)的一端定位在所述第一传动轴(10)或与所述第一传动轴(10)固定连接的部件上，另一端与所述接合件(A5)连接，并且通过所述接合件(A5)与所述齿套(A2)接合。

9.根据权利要求8所述的换挡机构，其特征在于，所述第一离合器(A)还包括与所述第一传动轴(10)固定连接的内毂(A1)，所述齿套(A2)可轴向移动地安装在所述内毂(A1)的径向外侧。

10.根据权利要求9所述的换挡机构，其特征在于，所述弹簧(A6)安装在所述内毂(A1)中。

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