專利名稱：流體操縱的雙作用力換擋裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力流體擋縱的換檔裝置，用來與一換檔桿殼體組件相配合以便對一變換齒輪的機(jī)械傳動裝置進(jìn)行選擇換檔。具體來說，本發(fā)明涉及一種“X-Y”型的流體操縱換檔裝置，對此予以描述。
變換齒輪的機(jī)械傳動裝置中的換檔桿殼體組件通常包括一些平行的、可獨立地軸向移動的換檔桿或換檔撥叉軸，每一換檔桿上固定有一換檔撥叉，可對每一換檔桿或換檔撥叉軸加以選擇使其軸向移動，以實現(xiàn)某一特定傳動比的接合或斷開。此類殼體組件在現(xiàn)有技術(shù)中已為公知，參閱下述專利可對其有更好的理解US-4，455，883;US-4，575，029;US-4，584，895。所有這些專利在此引用作為參考。
諸換檔桿殼體組件可由車輛駕駛員借助一換檔手柄手動控制。近來，在此類換檔桿殼體組件中趨向于使用自動控制的壓力流體來操縱換檔裝置。在壓力流體操縱的換檔裝置中，換檔銷隨著一流體壓力裝置的運轉(zhuǎn)自動地沿X-X(換檔撥叉軸選擇)方向運動，而后，隨著另一流體操縱裝置的運轉(zhuǎn)，換檔銷自動地沿Y-Y(齒輪嚙合/脫開)方向運動。
現(xiàn)有技術(shù)中，采用一些壓力操縱的換檔裝置來控制自動或半自動機(jī)械傳動裝置中的各換檔撥叉軸的換檔桿殼體組件已為公知，參閱如下的專利可對其更好地理解US-4，445，393;US-4，722，237。上述專利在此引用作為參考。
現(xiàn)有技術(shù)的為變換齒輪的機(jī)械傳動裝置提供自動和/或半自動換檔的流體操縱換檔裝置尚未十分完善。這些換檔裝置是以單一固定(調(diào)定的)流體壓力來提供壓力流體(通常為較高的壓力)，這就導(dǎo)致了在所有操縱狀態(tài)下在各換檔撥叉軸上均施加有相同量值的作用力。換言之，以較大的作用力作用于換檔撥叉軸來完成齒輪嚙合(如所希望的那樣)，但使齒輪脫開仍需對換檔撥叉軸施加同樣的較大作用力。如此大的作用力對于齒輪脫開來說是不必要的，并有可能對傳動裝置的運轉(zhuǎn)造成損害。許多此類傳動裝置中，(齒輪脫開的)空檔是予選的，但當(dāng)駕駛員腳移開加速器而扭矩值經(jīng)過零點之前，實際上并未切換到空檔，只有在扭矩于零點時才換到空檔。若在切換到空檔時所施加的作用力過大，那么在扭矩值經(jīng)過零點之前就可能已切換到齒輪脫開的狀態(tài)。此外，還可能越過所選定的位置，以及可能使換檔撥叉等部件過度磨損。
正由于現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，現(xiàn)已開發(fā)出一種雙壓力源的流體操縱換檔裝置，由此，換檔撥叉軸移至齒輪嚙合位置時較之移至齒輪脫離嚙合時受到一較大的作用力作用。參見授予本申請人的美國專利US-4，928，544，該專利在此被引作參考。盡管上述參考專利中的換檔組件成功地克服了前述問題，但由于雙壓力源及一些附加的電磁閥，故大大地增加了總的成本并使所述組件復(fù)雜化。
因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種改進(jìn)的用于機(jī)械傳動裝置的流體控制(操縱)換檔裝置，該裝置僅采用單一的壓力流體源，在基本固定的調(diào)定壓力下，換檔撥叉軸移至齒輪嚙合位置較之由該位置移至空檔時該裝置可施加一較大的作用力。
本發(fā)明的上述及其他目的由如下的構(gòu)成來完成，一種用于機(jī)械傳動裝置的流體操縱(控制)換檔裝置，具有一空檔檔位和一些可選擇的傳動比，所述換檔裝置包括一設(shè)置有活塞孔的殼體，裝入活塞孔中的主活塞可往復(fù)運動并具有一相應(yīng)于空檔位的中間位置，活塞桿固定于活塞上，兩者一起往復(fù)運動?；钊皻んw與活塞桿相配合確定一第一流體壓力腔，通過第一流體控制裝置使第一流體壓力腔與流體壓力源常通式流體連通。主活塞上受第一流體壓力腔作用的有效面積使主活塞及活塞桿向相應(yīng)于某一選擇的傳動比的第一方向偏移。
所述換檔裝置的特征在于，主活塞及殼體與活塞桿相配合確定一第二流體壓力腔，該壓力腔借助一第二流體控制裝置與流體壓力源常通式流體連通。主活塞上受第二流體壓力腔作用的有效面積使主活塞及活塞桿向著相應(yīng)于另一選擇的傳動比的第二方向偏移。第一輔助活塞與活塞桿可操縱連接，由此，活塞桿沿第一方向的運動可使第一輔助活塞亦沿該方向運動，當(dāng)主活塞沿第一方向偏離中間位置后，第一輔助活塞上受第一流體壓力腔作用的有效面積使第一輔助活塞及活塞桿向與第一方向相反的第二方向偏移。第二輔助活塞與活塞桿可操縱連接，活塞桿沿第二方向的運動使第二輔助活塞亦沿該方向運動，當(dāng)主活塞沿第二方向偏離中間位置后，第二輔助活塞上受第二流體壓力腔作用的有效面積使第二輔助活塞及活塞桿向第一方向偏移。


圖1為本發(fā)明用于X-Y型換檔裝置的頂視圖，其中的兩處為局部剖視;
圖2為沿圖1中2-2線的放大橫截面圖，表示了一傳統(tǒng)的X-X型的換檔裝置;
圖3為沿圖1中3-3線的放大軸向截面圖，表示了一根據(jù)本發(fā)明X-Y型換檔裝置處于空檔的情形;
圖4類似于圖3的局部軸向截面放大視圖，表示本發(fā)明換檔裝置處于某一齒輪嚙合位置，圖5為本發(fā)明操作狀態(tài)的真值表;
圖6類似于圖4的局部軸向截面放大視圖，表示出本發(fā)明換檔裝置處于另一齒輪嚙合位置;
圖7為本發(fā)明換檔裝置可采用的典型“H”型換檔方式的示意圖。
以附圖作為參照，然而本發(fā)明的范圍并不限于此。圖1表示采用本發(fā)明的流體操縱換檔裝置的頂視圖，它通常由標(biāo)號11示出。一種本領(lǐng)域公知的，可用于重型卡車的變換齒輪機(jī)械傳動裝置中的典型換檔裝置在美國專利US-3，105，395中示出，此專利在此引用作為參考。
正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的那樣，此類傳動裝置通常包括一由上述美國專利US-4，928，544所示的換檔桿殼體組件。該殼體組件(未示出)通常包括一些可軸向移動的換檔撥叉軸(如圖1中可從左向右或從右向左移動，或在圖7的換檔方式中可上下移動)。每一換檔撥叉軸上固定有一換檔撥叉，以便共同軸向移動。這種傳動裝置的換檔是這樣實現(xiàn)的，即選定一換檔撥叉軸，使一嚙合元件如換檔銷沿X-X軸向移動(如圖1中上下移動，或圖7中從左向右或從右向左移動)而與所選定換檔撥叉軸上的換檔塊對齊。然后沿Y-Y方向施加一軸向作用力，使換檔銷軸向移動時產(chǎn)生所選定換檔撥叉軸的軸向移動，從而完成實際的換檔操作。由于在此所述的流體操縱換檔裝置能夠沿X-X及Y-Y方向移動換檔銷，故通常稱其為X-Y型換檔裝置。然而，可以清楚的理解，本發(fā)明并非僅限于在X-Y型換檔裝置中應(yīng)用，而是可用于任何一種當(dāng)使換檔銷從空檔位置移至齒輪嚙合位置，而后再從該嚙合位置返回到空檔位置的流體操縱換檔裝置中。
X-Y型換檔裝置11封閉在殼體13中，殼體13上有一安裝蓋板15并具有一些螺栓孔17，以便可將換檔裝置11安裝在傳動裝置的換檔桿殼體組件的上開口處。由圖2清楚可見，一換檔銷19從殼體13向下延伸，以便與各換檔撥叉軸(未示出)相配合。
殼體13包括殼體部分21，該部分21封閉著一通常以標(biāo)號23表示的活塞-缸組件，用于使換檔銷19(見圖2)沿X-X方向橫向移動。殼體13還包括殼體部分25，該部分25封閉著一通常以標(biāo)號27表示的活塞-缸組件，用于使換檔銷19沿Y-Y方向軸向移動(見圖3)。
與殼體部分21和活塞-缸組件23相配合的是一對二位三通電磁閥29和31;類似地與殼體部分25和活塞-缸組件27相配合的是一對二位三通電磁閥33和35。電磁閥29、31、33、35可以是標(biāo)準(zhǔn)型的，其第一通口與壓力流體的公共卸流管連通，其第二通口與公共卸流管連通，其第三通口同與其相應(yīng)的由特定電磁閥所控制的各壓力腔連通。這些電磁閥通常均處于使壓力腔卸載的位置，通過電磁閥控制，所述的諸電磁閥可切換到使壓力腔加壓的位置。
現(xiàn)在主要參照圖2簡單地描述X-X換檔裝置，這是本領(lǐng)域所公知的，而不是本發(fā)明的主要特征。X-X換檔裝置主要由活塞-缸組件23構(gòu)成，包括一通常由標(biāo)號37表示的曲臂結(jié)構(gòu)，曲臂結(jié)構(gòu)37包括一基本呈U形的曲臂件39，件39上設(shè)有一開口41，換檔銷19穿過該開口向下延伸，以便與適當(dāng)?shù)膿Q檔撥叉軸的之一相嚙合。換檔銷19包括一換檔銷支架43的下端部，借助于鍵45所述支架43非轉(zhuǎn)動地與活塞桿47固定在一起(見圖3)。
換檔銷支架43繞活塞桿47的軸線的轉(zhuǎn)動是通過曲臂結(jié)構(gòu)37的往復(fù)運動(即圖2中從左向右或從右向左的運動)來實現(xiàn)。曲臂結(jié)構(gòu)37的這種往復(fù)運動是通過活塞-缸組件23的加壓而完成的。殼體13設(shè)置有一階梯活塞孔49，其內(nèi)設(shè)置活塞51。與活塞51相鄰的是另一活塞53，活塞53上具有一軸體部分55并由殼體13上的孔來容納該軸體部分;活塞53還包括一較小直徑的端部57，它由U形曲臂件39上的孔來容納，并通過定位螺釘59來限定該端部59相對于曲臂件39的軸向運動。在X-X換檔裝置的右側(cè)有一軸體部分61可滑動地設(shè)置在殼體13的孔中，該孔由螺旋塞堵63封閉。軸體部分61包括一較小直徑的端部65，由與前述相同的方式裝在U形曲臂件39的孔中，并由另一定位螺釘59來限定其相對于曲臂件39的軸向運動。
活塞51與缸孔49相配合從而限定壓力腔65，而腔65內(nèi)的流體壓力由電磁閥29來控制(見圖1)?；钊?1和53與缸孔49配合確定壓力腔67，該腔67內(nèi)的流體壓力由電磁閥31來控制(見圖1)。
現(xiàn)參照圖3詳細(xì)描述本發(fā)明的Y-Y換檔裝置它主要包括活塞-缸組件27。殼體13設(shè)有一階梯活塞缸孔71，該孔中固定安裝一環(huán)形支承件73，支承件73具有特定的內(nèi)徑，該內(nèi)徑最好與殼體13所確定的內(nèi)徑75相同。殼體13還確定了一較小直徑的孔77，活塞桿47的較小直徑部分79滑動地安裝于孔77中?；钊麠U47具有一凸肩81和一螺紋部分83，換檔銷支架43借助于同螺紋部分83相配合的螺母85軸向定位到凸肩81上。
活塞-缸組件27包括一主活塞87，它由一對卡環(huán)89軸向固定在活塞桿47上。主活塞87與活塞桿47與殼體13相配合，確定了第一壓力腔91和第二壓力腔92。如下面將詳述那樣，壓力腔91、92中的流體壓力分別由電磁閥33和35來控制。
第一輔助活塞93徑向布置在活塞桿47與殼體13的內(nèi)徑75之間，而第二輔助活塞95徑向布置在活塞桿47與支承件73的內(nèi)徑之間。
圖3所示本發(fā)明的Y-Y換檔裝置處于其“中間”位置，即相應(yīng)于受控的特定換檔撥叉軸的“空檔”位置，此時受控的特定齒輪脫開其嚙合位置。通過控制電磁閥33和35可使特定的撥叉軸保持其空檔位置，其原因?qū)⒃谙挛闹性斒?。為下文中說明本發(fā)明的需要，圖3中活塞桿47向右運動稱為沿“第一方向”運動，而其向左運動稱為沿“第二方向”運動。為此，電磁閥33的操作給第一壓力腔91加壓，而使電磁閥35處于卸壓位置，從而對主活塞87施加壓力沿第一方向移動活塞桿47。另一方面，電磁閥35的操作給第二壓力腔92加壓，從而使電磁閥33處于卸壓位置，而對主活塞87施加壓力沿第二方向移動活塞桿47。正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的，Y-Y換檔裝置的典型應(yīng)用中，活塞桿47從其中間(空檔)位置沿第一或第二方向運動將導(dǎo)致所控制的齒輪移至齒輪嚙合位置。此外，如本文背景技術(shù)中所述，為實現(xiàn)齒輪的嚙合，通常還須施加一特定的、予定量的作用力。
根據(jù)本發(fā)明的一重要特征，一卡環(huán)97設(shè)置于鄰近第一輔助活塞93的左端處，為此，活塞桿47沿第一方向的運動將導(dǎo)致第一輔助活塞93沿此第一方向運動。類似地一卡環(huán)99設(shè)置于鄰近第二輔助活塞95的右端處，這樣活塞桿47沿第二方向的運動將導(dǎo)致第二輔助活塞95沿第二方向移動。然而，圖3中第一輔助活塞93向左的運動會受到止動件103的限制，而圖3中第二輔助活塞95的向右運動會受到與支承件73相配合的止動件101的限制。根據(jù)本發(fā)明的另一重要特征，圖3中向第一輔助活塞93施加一向左的作用力，而使該輔助活塞93及活塞桿47沿第二方向運動。類似地，向第二輔助活塞95施加一向右的作用力，而使該輔助活塞95及活塞桿47沿第一方向運動。
參照與圖3相連系的圖5詳述本發(fā)明Y-Y換檔裝置的操作。首先應(yīng)注意，主活塞87在第一壓力腔91中處于流體壓力作用的面積為A1，而在第二壓力腔92中處于流體壓力作用的面積為相同的面積A1。第一輔助活塞93在第一壓力腔91中處于壓力作用的面積為A2，而第二輔助活塞95亦有相同的面積A2處于第二壓力腔92中的壓力作用下。盡管不是本發(fā)明的主要特征，但主活塞87兩側(cè)最好是相等的，并且各輔助活塞93和95也具有相同的面積，其原因?qū)⒃谙挛闹酗@而易見。
當(dāng)換檔裝置27處于圖3所示的空檔位置時，若將電磁閥33置于“ON”，而電磁閥35置于“OFF”，所產(chǎn)生的使活塞桿47沿第一方向運動的軸向作用力(以磅為單位)將是第一壓力腔91中的壓力(磅/吋2)與面積差(即A1-A2)的乘積。就典型的重型卡車而言，車載氣源通常是通過某種已知類型的過濾/調(diào)節(jié)裝置而被過濾和調(diào)節(jié)到60-80磅/吋2。本發(fā)明的一改進(jìn)的特定實施例中，利用60磅/吋2的壓力將產(chǎn)生133磅沿第一方向使齒輪嚙合的作用力(見圖5)，由圖5還可知，當(dāng)換檔裝置處于圖3的空檔位置時，使電磁閥35加載(而電磁閥33卸載)以便在第二壓力腔92中形成60磅/吋2的壓力，這將產(chǎn)生同樣133磅但卻沿第二方向作用于活塞桿47上使齒輪進(jìn)入另一嚙合位置的作用力。
現(xiàn)結(jié)合圖3和5參照圖4予以描述，圖4所示換檔裝置通過前已述及的隨電磁閥33的加載所進(jìn)行的換檔操作而處于齒輪嚙合的第一位置。應(yīng)注意，當(dāng)換檔裝置處于圖4所示第一位置時，兩個電磁閥33、35均可被卸載(“OFF”)，活塞桿47將保持在齒輪嚙合位置。在切斷電源或流體斷壓的情況下，上述換檔裝置將保持在所選定的位置，由于本發(fā)明的這一特征，上述換檔裝置27可以有益地作為X-X換檔裝置使用。若車輛駕駛員欲將換檔撥叉軸從圖4的齒輪嚙合位置移回到圖3的空檔位置，可對電磁閥33和35同時加載(“ON”)。隨著每一壓力腔91和92中建立起相同的流體壓力，主活塞87的相對兩側(cè)的面積A1上作用有相等且相對的作用力，這些作用力彼此相對且相互抵消。
當(dāng)換檔裝置處于圖4所示第一位置，而第二輔助活塞95沿軸向移開卡環(huán)99時，第二壓力腔92中的壓力不會在第一方向上對活塞桿47施加作用力，因此作用于活塞桿47上的凈力即為第一壓力腔91中作用于第一輔助活塞93的凈面積A2上的壓力。本實施例中，凈面積A2僅為面積差A(yù)1-A2的43%。當(dāng)兩電磁33、35均被加載時活塞桿47在上述作用力作用下返回到空檔位置，該作用力僅為換檔撥叉軸移至齒輪嚙合位置時的作用力的43%(本實施例中約為58磅)。
現(xiàn)主要參照圖6，它示出換檔裝置處于第二位置，其中第一輔助活塞93軸向移開卡環(huán)97(圖中未示)。因此，第一壓力腔91中的壓力不會沿第二方向?qū)钊麠U47產(chǎn)生作用力。作用于活塞桿47上的凈力即為第二壓力腔92中作用于第二輔助活塞95的凈面積A2上的壓力。本實施例中，凈面積A2僅為面積差A(yù)1-A2的43%，當(dāng)電磁閥33、35均被加載時，將使活塞桿47在上述相同值(即58磅左右)的作用力作用下返回到空檔位置。
由此可見，本發(fā)明提供了一改進(jìn)的流體操縱的換檔裝置，它可以只利用單一的恒定壓力源，在換檔撥叉軸從空檔位置移至齒輪嚙合位置時對其施加一較大的作用力，而當(dāng)換檔撥叉軸從齒輪嚙合位置返回到空檔位置時對其施加一較小的作用力。
上述說明書對發(fā)明作了詳述，可以確信，通過對說明書的閱讀及理解本發(fā)明的各種改變和變型對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見的。所有的這些改進(jìn)及變型均附于權(quán)利要求書中，因而也就包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)械傳動裝置的流體操縱換檔裝置(11)，該傳動裝置具有一空檔檔位和一些可供選擇的傳動比檔位，所述換檔裝置包括一設(shè)有活塞孔(71)的換檔裝置殼體(13)，活塞孔(71)中裝有一可往復(fù)運動并具有一與所述空檔檔位相應(yīng)的中間位置的主活塞(87)；一活塞桿(47)固定在該活塞(87)上，兩者一起往復(fù)運動，活塞(87)及殼體(13)與活塞桿(47)相配合確定了一第一流體壓力腔(91)，通過一第一流體控制裝置(33)使該壓力腔(91)與一流體壓力源相連通，主活塞(87)上受第一流體壓力腔(91)作用的有效面積使該活塞(87)及活塞桿(47)向著與所述可選擇的傳動比之一相對應(yīng)的第一方向偏移，其特征在于a)主活塞(87)及殼體(13)與活塞桿(47)相配合確定一第二流體壓力腔(92)，通過一第二流體控制裝置使所述壓力腔(92)與所述流體壓力源流體連通；主活塞(87)上具有受第二流體壓力腔(92)作用的有效面積，從而使該活塞及活塞桿向著與另一可選擇的傳動比相對應(yīng)的第二方向偏移；b)一第一輔助活塞(93)與活塞桿(47)可操縱地相連，由此活塞桿(47)沿第一方向的運動使該活塞(93)沿該第一方向運動，所述第一輔助活塞具有受所述第一流體壓力腔(91)作用的有效面積，從而使該第一輔助活塞及活塞桿在主活塞(87)沿第一方向偏離中間位置后向著與該第一方向相反的第二方向偏移；c)一第二輔助活塞(95)與活塞桿(47)可操縱地相連，由此活塞桿(47)沿第二方向的運動使該活塞(95)沿該第二方向運動，所述第二輔助活塞具有受所述第二流體壓力腔(92)作用的有效面積，從而使該第二輔助活塞及活塞桿在主活塞(87)沿第二方向偏離中間位置后向所述的第一方向偏移。
2.如權(quán)利要求1所述的流體操縱換檔裝置，其特征在于主活塞(87)具有受第一流體壓力腔(91)作用的有效面積為(A1)，面其受第二流體壓力腔(92)作用的有效面積亦為所述的(A1)。
3.如權(quán)利要求2所述的流體操縱換檔裝置，其特征在于所述第一輔助活塞(93)具有受第一流體壓力腔(91)作用的有效面積為(A2)，所述面積(A1)明顯大于該面積(A2)。
4.如權(quán)利要求2所述的流體操縱換檔裝置，其特征在于所述第二輔助活塞(95)具有受第二流體壓力腔(92)作用的有效面積，該有效面積明顯小于所述的有效面積(A1)。
5.如權(quán)利要求4所述的流體操縱換檔裝置，其特征在于所述第二輔助活塞(95)具有受第二流體壓力腔(92)作用的有效面積為(A2)。
6.如權(quán)利要求1所述的流體操縱換檔裝置，其特征在于所述第一輔助活塞(93)通過一元件(97)與活塞桿(47)可操縱地相連，該元件(97)固定設(shè)置在活塞桿上，且當(dāng)活塞桿沿第二方向移動時，所述元件(97)沿第二方向軸向偏離所述第一輔助活塞。
7.如權(quán)利要求6所述的流體操縱換檔裝置，其特征在于所述元件包括一設(shè)置于活塞桿(47)上的槽中的卡環(huán)(97)。
8.如權(quán)利要求1所述的流體操縱換檔裝置，其特征在于所述第二輔助活塞(95)通過一元件(99)與活塞桿(47)可操縱地相連，該元件(99)固定設(shè)置于活塞桿(47)上，且當(dāng)活塞桿(47)沿第一方向移動時，所述元件(99)沿第一方向軸向偏離所述第二輔助活塞。
9.如權(quán)利要求8所述的流體操縱換檔裝置，其特征在于所述元件包括一設(shè)置于活塞桿(47)上的槽中的卡環(huán)(99)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種流體操縱的換擋裝置(11)，尤其適合用作變換齒輪的機(jī)械傳動裝置中的X-Y型換擋裝置。它包括活塞桿(47)、主活塞(87)和一對輔助活塞(93、95)，由此確定了兩個流體壓力腔(91、92)。當(dāng)主活塞(87)和活塞桿(47)從空擋位置向任一方向移動而進(jìn)入齒輪嚙合位置后，向兩流體壓力腔(91、92)同時加壓就將以較小的作用力使換擋裝置返回空擋位置(齒輪脫離嚙合)，上述作用力明顯小于換擋裝置移向齒輪嚙合位置時的作用力。
文檔編號F16H61/30GK1087706SQ9311656
公開日1994年6月8日 申請日期1993年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月23日
發(fā)明者T·A·詹尼斯 申請人:易通公司