專利名稱：汽車變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車變速器，尤其是那些在高的發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)下工作的跑車和其它的高性能應(yīng)用中使用的。在某些最佳形式中，本發(fā)明也用于可換向的傳動裝置。
背景技術(shù)：
一種已知的用于高性能跑車的齒輪箱具有多檔傳動比，其由伺服操作的齒輪換檔機構(gòu)來實現(xiàn)，并不需使用一個摩擦離合器或同步順。變速器包括一個摩擦離合器，但其只用在車輛穩(wěn)定時。已知的齒輪箱的結(jié)構(gòu)需要輸出部有高的減速比，一般大約為6.25∶1。這分兩級來實現(xiàn)首先通過一個驅(qū)動一個中間或橫軸的傘形齒輪組，最后通過一個直齒減速齒輪組，其中其輸出齒輪構(gòu)成驅(qū)動車輛后輪的差速傳動裝置的一部分。當減速不是只發(fā)生在末級齒輪組時，中間軸、相關(guān)的齒輪和它們的軸承受到較高的扭矩載荷，并且因此被制得大而重。這種兩級減速傳動裝置也占據(jù)了齒輪箱整個長度的顯著部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)法通過使用扭矩分流式傳動裝置改善上述齒輪箱結(jié)構(gòu)，并且由此提供一種汽車齒輪箱的輸出段，包括一個構(gòu)成部分末級驅(qū)動差速器的輸出齒輪，和一個經(jīng)一對傘形齒輪與一個中間軸驅(qū)動地嚙合的輸入軸，其中，一個扭矩分派(共用)齒輪驅(qū)動地連接中間軸，為提供平行的動力傳遞路徑，一對中間齒輪同時在扭矩分派齒輪和輸出軸間傳遞扭矩。最好扭矩分派齒輪可移動，在這些路徑間分配扭矩。
輸出齒輪的尺寸將由軸扭矩和容納差速齒輪件所需的空間規(guī)定。通過提供平行的扭矩傳遞路徑，輸出齒輪和扭矩分派齒輪處的齒載荷基本上被平分。扭矩分派齒輪和輸出齒輪因此可以制地小些，這樣齒輪箱的齒輪和重量減少。輸出齒輪和扭矩分派齒輪間的比率也可以制地大于現(xiàn)有技術(shù)的輸出齒輪和共同工作的直齒齒輪的比率，這樣齒輪箱輸出段內(nèi)的基本上所有的減速在扭矩分派/中間/輸出齒輪組處實現(xiàn)。中間軸因此受到較小的扭矩載荷，并能是較小、較輕的。傘形齒輪可以是相同尺寸和模數(shù)的簡單的等徑齒輪，這使制造簡化。這些齒輪不需要重的軸承。
在最佳實施方式中，扭矩分派齒輪是直齒齒輪，其沿徑向受到扭矩補償運動，以便在中間齒輪間自動定心。這不需要設(shè)置帶有軸承的中間軸，在其端部與扭矩分派齒輪驅(qū)動地嚙合。其它的已知的扭矩補償運動是如適宜地可能，如在扭矩分派齒輪具有螺旋或雙螺旋線(“人字形”)齒處。備選地，通過使用十分精確地制造和裝配，扭矩可以足夠地均勻地在具有固定軸的兩個中間齒輪間分配。
常規(guī)地，汽車齒輪箱設(shè)置一個倒檔機構(gòu)，包括一個具有自己的軸和軸承的空轉(zhuǎn)輪，以在齒輪箱的傳動比選擇部內(nèi)的輸入和輸出軸間傳遞倒車運動。
在本發(fā)明的另一個最佳方式中，輸出段的輸入軸上的傘形齒輪同時與一對傘形齒輪嚙合，這些如通過爪式離合器選擇地可連接地與中間軸驅(qū)動地嚙合，以提供倒車運動。由此這種帶有空轉(zhuǎn)輪軸和軸承的常規(guī)的倒車機構(gòu)被除去。這兩個可選擇地嚙合的傘形齒輪(也是有利地和輸入軸上的共同工作的齒輪)的尺寸和模數(shù)相同，這又一次簡化了制造。所有這些三個齒輪最好是等徑齒輪。中間軸可以軸向移動，影響與傘形齒輪的選擇地驅(qū)動嚙合。這樣的運動可以是伺服，如氣動的，并且連接與如用于選擇齒輪速比相同的控制系統(tǒng)，。
裝有倒車動作的本發(fā)明不同傳動比的實施方式具有許多前進和許多后退傳動比，并能在每個運動的輸出方向內(nèi)處理相同的輸出扭矩和速度。這樣的一種齒輪箱結(jié)構(gòu)適合于，如雙駕駛室的軌道車。在具有單個司機位置的車輛內(nèi)，一個適宜的安全互鎖裝置可以被提供，以便倒車運動只能選擇一檔(或也許是最低的檔)。
在又一個實施方式中，齒輪箱的輸出段的輸入傘形齒輪與一個傘形齒輪共同工作，該傘形齒輪連接驅(qū)動一個行星齒輪組的太陽齒輪。太陽齒輪或相連的傘形齒輪為了沿一個方向驅(qū)動中間軸可選擇地嚙合，并且為了沿其它的方向以一個較低的傳動比驅(qū)動中間軸，行星齒輪組的一個環(huán)形齒輪可選擇地嚙合。行星齒輪組的行星齒輪被固定，如軸頸固定(journal)在齒輪箱上。這樣的一種機構(gòu)當然能提供十分低的傳動比。


本發(fā)明和其它的最佳特性參照圖中所示的例解的實施方式在下面進行描述，其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種高性能齒輪箱，如用在跑車中的，其輸出段的圖；圖2是本發(fā)明的一個第一實施方式的相應(yīng)的圖；圖3是圖2中的從箭頭A所視圖；圖4是表示用于扭矩分派運動的中間軸的安裝的片斷截面(scrapsection)；圖5是與螺旋齒輪一起使用的一種備選扭矩分派布置的片斷截面；圖6是相應(yīng)于圖2的圖，但表示出裝有一個倒車機構(gòu)的第二實施方式；圖7是表示圖6的機構(gòu)的細部的片斷截面；圖8是表示與本發(fā)明一起使用的一種備選的倒車機構(gòu)的片斷截面；圖9是圖8的沿IX-IX線的截面，和圖10是另一個跑車的齒輪箱的橫截面圖，為了清楚某些部件旋轉(zhuǎn)出來，不在其適當?shù)奈恢谩?br> 具體實施例方式
在這些不同的附圖中，為了簡單，省略了齒輪齒，這些所涉及的齒輪采用節(jié)園來例解。
圖1表示如F1方程式和Le Mans賽車所使用的一種公知的高性能齒輪箱的輸出段10’的總設(shè)計圖。一個輸出軸12’支撐一個傘形齒輪14’，該齒輪14’與一個中間軸18’上的一個稍大直徑的傘形齒輪16’嚙合，它們提供第一減速級。中間軸18’也支撐一個小的直齒齒輪20’，該齒輪與一個輸出齒輪22’嚙合，經(jīng)適當?shù)牟钏倨骱蜖恳刂蒲b置(無圖示)向半軸24’、26’傳遞動力。
在圖2所示的本發(fā)明的實施方式中，齒輪箱的輸出段10的布局稍小，包括一個輸入軸12，中間軸18和半軸24、26。相對圖1作出如下的改進。首先，傘形齒輪14、16的尺寸相似。例如，為了使制造簡單，它們可以是相同的等徑傘形齒輪。因此，所有的減速裝置被設(shè)置在中間軸18上的直齒齒輪20和輸出齒輪22間。軸18因此常受到較小的扭矩載荷，并且可以比圖1中的布置更小和更輕。齒輪16(圖4中的34)的軸承也可以更小和更輕。齒輪20如下進一步的解釋的可以不需要軸承。
其次，扭矩經(jīng)兩個平行的路徑從齒輪20傳遞到輸出齒輪22，這兩個路徑由另兩個齒輪28和30構(gòu)成，見圖3，它們每個同時與齒輪20和22嚙合。齒輪箱輸出段10的所需的減速比通過選擇齒輪20和22的相對尺寸來設(shè)置。為了在嚙合的同時裝配，所有四個齒輪20、22、28和30的相對尺寸和齒數(shù)被(通過如數(shù)字裝置)計算。為了通過具有每個齒輪28和30的嚙合區(qū)平均的分派扭矩，齒輪20的軸基本上與齒輪28和30的軸共平面，但是允許沿于垂直于那個平面的方向稍許移動，如圖2和3的雙箭頭32所示的方向。這樣的移動以已知的方式補償了制造和裝配誤差，否則它會在兩個可獲得路徑間導(dǎo)致不平均的扭矩分派。差速器齒輪傳動由圖3的雙點劃線23示意地表示。
圖4更詳細地表示一種使齒輪20作出這樣的扭矩分派移動的可能的安裝布置。齒輪16的軸頸固定在軸承34內(nèi)。軸18通過鼓形花鍵36驅(qū)動地與齒輪16保持嚙合，允許軸18少許轉(zhuǎn)動。齒輪20中心地保持在齒輪28和30間，而無需采用一個軸承；齒輪28和30通過齒輪20保持在固定的狀態(tài)。通過適當?shù)难b置(無圖示)限制軸18的軸向運動。
圖5表示齒輪20和28間的一種備選的扭矩分派布置(為了簡單省去齒輪30，但其軸仍與齒輪20和28的軸共平面)。這種布置與單螺旋齒輪一起使用。通過經(jīng)一個扭矩傳遞套38安裝齒輪20于軸18上提供運動補償。齒輪20為一個環(huán)形齒輪，其內(nèi)部的螺旋齒槽(spline)與套38上的互補的齒槽40嚙合。套38上的內(nèi)部的螺旋齒槽反過來嚙合軸18上的互補的齒槽42。齒槽40、42是小的并且稍微隆起，允許軸18、套38和齒輪20相對彼此轉(zhuǎn)動。齒槽40、42的螺距(lead)和hand(？)與螺旋齒輪齒44的螺距和hand相等。這確保套38和齒輪20上的由傳遞的扭矩引起的軸向力平衡。對于這個布置，齒輪20不僅自由地稍微轉(zhuǎn)動出垂直于軸18的平面，而且也能既軸向又垂直于由齒輪28、30的軸所限定的平面稍微轉(zhuǎn)移(translate)。當然對于雙螺旋齒輪或“人字形”齒輪，也能是其它的已知的扭矩分派布置，如GB1434928或EP0244263中所公開的，或僅僅通過精確的制造和裝配來達到。
圖6表示圖2的實施方式的一個改進，其允許半軸24、26為使輸入軸12沿一個指定的方向運動(箭頭48表示的)反向轉(zhuǎn)動(雙向箭頭46表示)。為此，輸入軸齒輪14同時與一對同樣的傘形齒輪16a，16b。軸18通過一個爪式離合器或一個類似的選擇驅(qū)動連接裝置50可選擇地離合齒輪16a或16b。爪式離合器50的選擇嚙合可以被軸18的軸向運動影響，如雙向箭頭52所示的。例如，軸18可以通過一個與之經(jīng)適當?shù)耐屏S承相連的雙向作用的氣動驅(qū)動器軸向移動。對于賽車和跑車，驅(qū)動器能經(jīng)一個轉(zhuǎn)向柱上的踏板來控制，該踏板也被用于選擇前進檔。為了確保倒檔齒輪只能從空檔來選擇，能設(shè)置一個合適的互鎖裝置，其在一檔時帶有齒輪箱的變速部。
圖7是軸頸固定在齒輪箱54內(nèi)的齒輪16a、16b的一種可能的布置的進一步的細部的半截面圖。爪式離合器包括處于軸18上的漸開線短齒50c。齒50c具有常規(guī)的倒錐，以確保他們在載荷下能與齒輪16a、16b上的共同操作的短齒50a、50b保持嚙合。如圖示的，齒輪20是足夠的寬，以便在軸18軸向移動時，能與齒輪28的整個寬度保持嚙合。備選地，齒輪20可以保持軸向固定，在爪式離合器工作過程中，一個齒槽連接裝置等允許軸18和齒輪20間的相對滑動。齒輪20、28那么可以是相同寬度。
圖8和9表示與本發(fā)明一起使用的行星反向布置，假設(shè)“前進”和“倒退”的變速比是不同的。輸入軸齒輪14(無圖示)嚙合一個單傘形齒輪16c，其上有一個一體形成的行星布置的太陽齒輪56。行星齒輪58軸頸固定在齒輪箱54上，并且與太陽齒輪56和一個轉(zhuǎn)動的環(huán)形齒輪60嚙合。軸18上的爪式離合器齒50c選擇地與該組合的傘形齒輪/太陽齒輪16c/56上的齒50e共同工作，構(gòu)成“前進”運動，與環(huán)形齒輪60上的相應(yīng)齒50d嚙合，構(gòu)成“后退”。
圖10表示一個F1賽車的齒輪箱輸出段。如圖2的布置，這不包括一個倒車機構(gòu)，包括一個驅(qū)動等徑齒輪14和16的輸入軸12。齒輪16處于安裝在軸承34a、34b中的中空的短軸62上。中間軸18由鼓形花鍵36保持與齒輪16驅(qū)動地嚙合，齒輪16由一個墊片62和卡簧64夾持，允許扭矩分派齒輪20進行小的橫向運動。齒輪20同時與一對另外的齒輪嚙合，在圖10中只圖示出一個齒輪28a。為了清楚，齒輪28 a繞被軸18旋轉(zhuǎn)90度圖示。實際上，在這頁所示的平面上和下，在齒輪20的相反側(cè)裝有它和其它的另一個齒輪。另一個齒輪28a剛性地固定(如焊接)到再一另一個齒輪28b，它們均軸頸固定在固定在齒輪箱54內(nèi)的軸66上。其它的另一個齒輪(無圖示)類似地固定到再一另一個齒輪上。兩個再一另一個齒輪(28b和沒有圖示出的一個)與一個類似于圖2和3中的齒輪22的輸出齒輪(也無圖示)同時嚙合，以便提供平行的動力傳遞路徑。齒輪28a和28b(或在沒有示出的等同的另一個和再一另一個齒輪上)上的相對齒的位置能在將它們固定在一起之前進行調(diào)節(jié)，以允許另一個和再一另一個齒輪在分別與扭矩分派齒輪20和輸出齒輪嚙合的同時適當?shù)难b配。備選地，另一個和再一另一個齒輪能從一個單個的整體的坯料制成，其上具有每個齒輪的該組齒間的角度偏移。在圖2和3中，齒輪20、28、22、30上的齒數(shù)必需被計算，以確保適當?shù)貒Ш虾脱b配。
權(quán)利要求
1.一種汽車的齒輪箱的輸出段，包括一個構(gòu)成部分末級驅(qū)動差速器的輸出齒輪，和一個經(jīng)一對傘形齒輪驅(qū)動地嚙合一個中間軸的輸入軸，其特征在于，一個扭矩分派齒輪被驅(qū)動地連接該中間軸，一對中間齒輪為了提供平行的動力傳遞路徑，同時在扭矩分派齒輪和輸出齒輪間傳遞扭矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪箱輸出段，其特征在于，可移動扭矩分派齒輪，以在那些路徑間分派扭矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的齒輪箱輸出段，其特征在于，傘形齒輪基本上彼此是相同尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的齒輪箱輸出段，其特征在于，傘形齒輪是等徑齒輪。
5.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的齒輪箱輸出段，其特征在于，輸入軸的傘形齒輪同時與一對傘形齒輪嚙合，該對傘形齒輪可選擇地連接，與該中間軸驅(qū)動地嚙合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的齒輪箱輸出段，其特征在于，該對可選擇地連接的傘形齒輪，最好和該輸入軸傘形齒輪的尺寸和模數(shù)相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的齒輪箱輸出段，其特征在于，該中間軸可軸向移動，影響與傘形齒輪的選擇地驅(qū)動嚙合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的齒輪箱輸出段，其特征在于，輸入軸傘形齒輪與一個傘形齒輪共同工作，該傘形齒輪被連接來一個行星齒輪組的太陽齒輪。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的齒輪箱輸出段，其特征在于，太陽齒輪或相連的傘形齒輪為了沿一個方向驅(qū)動中間軸可選擇地嚙合，并且該行星齒輪組的一個環(huán)形齒輪為了沿其它的方向驅(qū)動中間軸可選擇地嚙合。
全文摘要
一種汽車齒輪箱的輸出段(10)，包括一個構(gòu)成部分末級驅(qū)動差速器(23)的輸出齒輪(22)，和一個經(jīng)一對傘形齒輪(14，16)驅(qū)動地嚙合一個中間軸(18)的輸入軸(12)。一個扭矩分派齒輪(20)連接該中間軸(18)。一對中間齒輪(28，30)為了提供平行的動力傳遞路徑，同時在扭矩分派齒輪(20)和輸出齒輪間傳遞扭矩。該扭矩分派齒輪(20)可移動，在那些路徑間分派扭矩。在最佳實施方式中，該輸出段也提供選擇的運動反向裝置。
文檔編號F16H1/22GK1615410SQ02827440
公開日2005年5月11日 申請日期2002年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月26日
發(fā)明者埃里克·A·彭杰利 申請人:特雷弗·詹姆斯·沃勒爾