CN1615410A - 汽车变速器 - Google Patents

Abstract

一种汽车齿轮箱的输出段(10)，包括一个构成部分末级驱动差速器(23)的输出齿轮(22)，和一个经一对伞形齿轮(14，16)驱动地啮合一个中间轴(18)的输入轴(12)。一个扭矩分派齿轮(20)连接该中间轴(18)。一对中间齿轮(28，30)为了提供平行的动力传递路径，同时在扭矩分派齿轮(20)和输出齿轮间传递扭矩。该扭矩分派齿轮(20)可移动，在那些路径间分派扭矩。在最佳实施方式中，该输出段也提供选择的运动反向装置。

Description

汽车变速器

技术领域

本发明涉及汽车变速器，尤其是那些在高的发动机转数下工作的跑车和其它的高性能应用中使用的。在某些最佳形式中，本发明也用于可换向的传动装置。

背景技术

一种已知的用于高性能跑车的齿轮箱具有多档传动比，其由伺服操作的齿轮换档机构来实现，并不需使用一个摩擦离合器或同步顺。变速器包括一个摩擦离合器，但其只用在车辆稳定时。已知的齿轮箱的结构需要输出部有高的减速比，一般大约为6.25∶1。这分两级来实现：首先通过一个驱动一个中间或横轴的伞形齿轮组，最后通过一个直齿减速齿轮组，其中其输出齿轮构成驱动车辆后轮的差速传动装置的一部分。当减速不是只发生在末级齿轮组时，中间轴、相关的齿轮和它们的轴承受到较高的扭矩载荷，并且因此被制得大而重。这种两级减速传动装置也占据了齿轮箱整个长度的显著部分。

发明内容

本发明设法通过使用扭矩分流式传动装置改善上述齿轮箱结构，并且由此提供一种汽车齿轮箱的输出段，包括一个构成部分末级驱动差速器的输出齿轮，和一个经一对伞形齿轮与一个中间轴驱动地啮合的输入轴，其中，一个扭矩分派(共用)齿轮驱动地连接中间轴，为提供平行的动力传递路径，一对中间齿轮同时在扭矩分派齿轮和输出轴间传递扭矩。最好扭矩分派齿轮可移动，在这些路径间分配扭矩。

输出齿轮的尺寸将由轴扭矩和容纳差速齿轮件所需的空间规定。通过提供平行的扭矩传递路径，输出齿轮和扭矩分派齿轮处的齿载荷基本上被平分。扭矩分派齿轮和输出齿轮因此可以制地小些，这样齿轮箱的齿轮和重量减少。输出齿轮和扭矩分派齿轮间的比率也可以制地大于现有技术的输出齿轮和共同工作的直齿齿轮的比率，这样齿轮箱输出段内的基本上所有的减速在扭矩分派/中间/输出齿轮组处实现。中间轴因此受到较小的扭矩载荷，并能是较小、较轻的。伞形齿轮可以是相同尺寸和模数的简单的等径齿轮，这使制造简化。这些齿轮不需要重的轴承。

在最佳实施方式中，扭矩分派齿轮是直齿齿轮，其沿径向受到扭矩补偿运动，以便在中间齿轮间自动定心。这不需要设置带有轴承的中间轴，在其端部与扭矩分派齿轮驱动地啮合。其它的已知的扭矩补偿运动是如适宜地可能，如在扭矩分派齿轮具有螺旋或双螺旋线(“人字形”)齿处。备选地，通过使用十分精确地制造和装配，扭矩可以足够地均匀地在具有固定轴的两个中间齿轮间分配。

常规地，汽车齿轮箱设置一个倒档机构，包括一个具有自己的轴和轴承的空转轮，以在齿轮箱的传动比选择部内的输入和输出轴间传递倒车运动。

在本发明的另一个最佳方式中，输出段的输入轴上的伞形齿轮同时与一对伞形齿轮啮合，这些如通过爪式离合器选择地可连接地与中间轴驱动地啮合，以提供倒车运动。由此这种带有空转轮轴和轴承的常规的倒车机构被除去。这两个可选择地啮合的伞形齿轮(也是有利地和输入轴上的共同工作的齿轮)的尺寸和模数相同，这又一次简化了制造。所有这些三个齿轮最好是等径齿轮。中间轴可以轴向移动，影响与伞形齿轮的选择地驱动啮合。这样的运动可以是伺服，如气动的，并且连接与如用于选择齿轮速比相同的控制系统，。

装有倒车动作的本发明不同传动比的实施方式具有许多前进和许多后退传动比，并能在每个运动的输出方向内处理相同的输出扭矩和速度。这样的一种齿轮箱结构适合于，如双驾驶室的轨道车。在具有单个司机位置的车辆内，一个适宜的安全互锁装置可以被提供，以便倒车运动只能选择一档(或也许是最低的档)。

在又一个实施方式中，齿轮箱的输出段的输入伞形齿轮与一个伞形齿轮共同工作，该伞形齿轮连接驱动一个行星齿轮组的太阳齿轮。太阳齿轮或相连的伞形齿轮为了沿一个方向驱动中间轴可选择地啮合，并且为了沿其它的方向以一个较低的传动比驱动中间轴，行星齿轮组的一个环形齿轮可选择地啮合。行星齿轮组的行星齿轮被固定，如轴颈固定(journal)在齿轮箱上。这样的一种机构当然能提供十分低的传动比。

附图说明

本发明和其它的最佳特性参照图中所示的例解的实施方式在下面进行描述，其中：

图1是现有技术的一种高性能齿轮箱，如用在跑车中的，其输出段的图；

图2是本发明的一个第一实施方式的相应的图；

图3是图2中的从箭头A所视图；

图4是表示用于扭矩分派运动的中间轴的安装的片断截面(scrapsection)；

图5是与螺旋齿轮一起使用的一种备选扭矩分派布置的片断截面；

图6是相应于图2的图，但表示出装有一个倒车机构的第二实施方式；

图7是表示图6的机构的细部的片断截面；

图8是表示与本发明一起使用的一种备选的倒车机构的片断截面；

图9是图8的沿IX-IX线的截面，和

图10是另一个跑车的齿轮箱的横截面图，为了清楚某些部件旋转出来，不在其适当的位置。

具体实施方式

在这些不同的附图中，为了简单，省略了齿轮齿，这些所涉及的齿轮采用节园来例解。

图1表示如F1方程式和Le Mans赛车所使用的一种公知的高性能齿轮箱的输出段10’的总设计图。一个输出轴12’支撑一个伞形齿轮14’，该齿轮14’与一个中间轴18’上的一个稍大直径的伞形齿轮16’啮合，它们提供第一减速级。中间轴18’也支撑一个小的直齿齿轮20’，该齿轮与一个输出齿轮22’啮合，经适当的差速器和牵引力控制装置(无图示)向半轴24’、26’传递动力。

在图2所示的本发明的实施方式中，齿轮箱的输出段10的布局稍小，包括一个输入轴12，中间轴18和半轴24、26。相对图1作出如下的改进。首先，伞形齿轮14、16的尺寸相似。例如，为了使制造简单，它们可以是相同的等径伞形齿轮。因此，所有的减速装置被设置在中间轴18上的直齿齿轮20和输出齿轮22间。轴18因此常受到较小的扭矩载荷，并且可以比图1中的布置更小和更轻。齿轮16(图4中的34)的轴承也可以更小和更轻。齿轮20如下进一步的解释的可以不需要轴承。

其次，扭矩经两个平行的路径从齿轮20传递到输出齿轮22，这两个路径由另两个齿轮28和30构成，见图3，它们每个同时与齿轮20和22啮合。齿轮箱输出段10的所需的减速比通过选择齿轮20和22的相对尺寸来设置。为了在啮合的同时装配，所有四个齿轮20、22、28和30的相对尺寸和齿数被(通过如数字装置)计算。为了通过具有每个齿轮28和30的啮合区平均的分派扭矩，齿轮20的轴基本上与齿轮28和30的轴共平面，但是允许沿于垂直于那个平面的方向稍许移动，如图2和3的双箭头32所示的方向。这样的移动以已知的方式补偿了制造和装配误差，否则它会在两个可获得路径间导致不平均的扭矩分派。差速器齿轮传动由图3的双点划线23示意地表示。

图4更详细地表示一种使齿轮20作出这样的扭矩分派移动的可能的安装布置。齿轮16的轴颈固定在轴承34内。轴18通过鼓形花键36驱动地与齿轮16保持啮合，允许轴18少许转动。齿轮20中心地保持在齿轮28和30间，而无需采用一个轴承；齿轮28和30通过齿轮20保持在固定的状态。通过适当的装置(无图示)限制轴18的轴向运动。

图5表示齿轮20和28间的一种备选的扭矩分派布置(为了简单省去齿轮30，但其轴仍与齿轮20和28的轴共平面)。这种布置与单螺旋齿轮一起使用。通过经一个扭矩传递套38安装齿轮20于轴18上提供运动补偿。齿轮20为一个环形齿轮，其内部的螺旋齿槽(spline)与套38上的互补的齿槽40啮合。套38上的内部的螺旋齿槽反过来啮合轴18上的互补的齿槽42。齿槽40、42是小的并且稍微隆起，允许轴18、套38和齿轮20相对彼此转动。齿槽40、42的螺距(lead)和hand(？)与螺旋齿轮齿44的螺距和hand相等。这确保套38和齿轮20上的由传递的扭矩引起的轴向力平衡。对于这个布置，齿轮20不仅自由地稍微转动出垂直于轴18的平面，而且也能既轴向又垂直于由齿轮28、30的轴所限定的平面稍微转移(translate)。当然对于双螺旋齿轮或“人字形”齿轮，也能是其它的已知的扭矩分派布置，如GB1434928或EP0244263中所公开的，或仅仅通过精确的制造和装配来达到。

图6表示图2的实施方式的一个改进，其允许半轴24、26为使输入轴12沿一个指定的方向运动(箭头48表示的)反向转动(双向箭头46表示)。为此，输入轴齿轮14同时与一对同样的伞形齿轮16a，16b。轴18通过一个爪式离合器或一个类似的选择驱动连接装置50可选择地离合齿轮16a或16b。爪式离合器50的选择啮合可以被轴18的轴向运动影响，如双向箭头52所示的。例如，轴18可以通过一个与之经适当的推力轴承相连的双向作用的气动驱动器轴向移动。对于赛车和跑车，驱动器能经一个转向柱上的踏板来控制，该踏板也被用于选择前进档。为了确保倒档齿轮只能从空档来选择，能设置一个合适的互锁装置，其在一档时带有齿轮箱的变速部。

图7是轴颈固定在齿轮箱54内的齿轮16a、16b的一种可能的布置的进一步的细部的半截面图。爪式离合器包括处于轴18上的渐开线短齿50c。齿50c具有常规的倒锥，以确保他们在载荷下能与齿轮16a、16b上的共同操作的短齿50a、50b保持啮合。如图示的，齿轮20是足够的宽，以便在轴18轴向移动时，能与齿轮28的整个宽度保持啮合。备选地，齿轮20可以保持轴向固定，在爪式离合器工作过程中，一个齿槽连接装置等允许轴18和齿轮20间的相对滑动。齿轮20、28那么可以是相同宽度。

图8和9表示与本发明一起使用的行星反向布置，假设“前进”和“倒退”的变速比是不同的。输入轴齿轮14(无图示)啮合一个单伞形齿轮16c，其上有一个一体形成的行星布置的太阳齿轮56。行星齿轮58轴颈固定在齿轮箱54上，并且与太阳齿轮56和一个转动的环形齿轮60啮合。轴18上的爪式离合器齿50c选择地与该组合的伞形齿轮/太阳齿轮16c/56上的齿50e共同工作，构成“前进”运动，与环形齿轮60上的相应齿50d啮合，构成“后退”。

图10表示一个F1赛车的齿轮箱输出段。如图2的布置，这不包括一个倒车机构，包括一个驱动等径齿轮14和16的输入轴12。齿轮16处于安装在轴承34a、34b中的中空的短轴62上。中间轴18由鼓形花键36保持与齿轮16驱动地啮合，齿轮16由一个垫片62和卡簧64夹持，允许扭矩分派齿轮20进行小的横向运动。齿轮20同时与一对另外的齿轮啮合，在图10中只图示出一个齿轮28a。为了清楚，齿轮28 a绕被轴18旋转90度图示。实际上，在这页所示的平面上和下，在齿轮20的相反侧装有它和其它的另一个齿轮。另一个齿轮28a刚性地固定(如焊接)到再一另一个齿轮28b，它们均轴颈固定在固定在齿轮箱54内的轴66上。其它的另一个齿轮(无图示)类似地固定到再一另一个齿轮上。两个再一另一个齿轮(28b和没有图示出的一个)与一个类似于图2和3中的齿轮22的输出齿轮(也无图示)同时啮合，以便提供平行的动力传递路径。齿轮28a和28b(或在没有示出的等同的另一个和再一另一个齿轮上)上的相对齿的位置能在将它们固定在一起之前进行调节，以允许另一个和再一另一个齿轮在分别与扭矩分派齿轮20和输出齿轮啮合的同时适当的装配。备选地，另一个和再一另一个齿轮能从一个单个的整体的坯料制成，其上具有每个齿轮的该组齿间的角度偏移。在图2和3中，齿轮20、28、22、30上的齿数必需被计算，以确保适当地啮合和装配。

Claims (9)

1.一种汽车的齿轮箱的输出段，包括一个构成部分末级驱动差速器的输出齿轮，和一个经一对伞形齿轮驱动地啮合一个中间轴的输入轴，其特征在于，一个扭矩分派齿轮被驱动地连接该中间轴，一对中间齿轮为了提供平行的动力传递路径，同时在扭矩分派齿轮和输出齿轮间传递扭矩。

2.根据权利要求1所述的齿轮箱输出段，其特征在于，可移动扭矩分派齿轮，以在那些路径间分派扭矩。

3.根据权利要求1或2所述的齿轮箱输出段，其特征在于，伞形齿轮基本上彼此是相同尺寸。

4.根据权利要求3所述的齿轮箱输出段，其特征在于，伞形齿轮是等径齿轮。

5.根据上述任一项权利要求所述的齿轮箱输出段，其特征在于，输入轴的伞形齿轮同时与一对伞形齿轮啮合，该对伞形齿轮可选择地连接，与该中间轴驱动地啮合。

6.根据权利要求5所述的齿轮箱输出段，其特征在于，该对可选择地连接的伞形齿轮，最好和该输入轴伞形齿轮的尺寸和模数相同。

7.根据权利要求5或6所述的齿轮箱输出段，其特征在于，该中间轴可轴向移动，影响与伞形齿轮的选择地驱动啮合。

8.根据权利要求1-4任一项所述的齿轮箱输出段，其特征在于，输入轴伞形齿轮与一个伞形齿轮共同工作，该伞形齿轮被连接来一个行星齿轮组的太阳齿轮。

9.根据权利要求8所述的齿轮箱输出段，其特征在于，太阳齿轮或相连的伞形齿轮为了沿一个方向驱动中间轴可选择地啮合，并且该行星齿轮组的一个环形齿轮为了沿其它的方向驱动中间轴可选择地啮合。

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