專利名稱:不必斷開動力實現(xiàn)換擋的機械變速器的制作方法
為了獲得可靠耐用，效率高，變速范圍大，不必斷開動力實現(xiàn)變速的傳動體系在各種動力設備尤其在車輛傳動中運用，許多傳動方案都提出過，試驗過?，F(xiàn)發(fā)展的靠電子信號控制的自動、半自動變速器已在車輛傳動中獲得成功運用，但這種變速器大多是與液力變矩器組合運用的，其缺點是結(jié)構(gòu)復雜，需補償與冷卻裝置，造價高，效率低，耗油量高等。因此在大量車輛中運用的還是必須斷開動力才能實現(xiàn)換檔的機械變速器，而這種變速系統(tǒng)的操縱及操縱機構(gòu)的復雜，由此造成車輛運行的平穩(wěn)性、復雜路面通過性、及發(fā)動機有效功率運用性的不足，這已是車輛變速傳動技術(shù)一直要克服解決的。
本發(fā)明的目的是提供一種在動力變速傳動中，尤其在車輛變速傳動中，不必斷開動力實現(xiàn)換檔的機械變速器。
本發(fā)明的目的是提供一種換檔操縱機構(gòu)簡單，不需采用空間多自由度，換檔操縱桿只需在一個平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)到一定位置而不需同步時間即實現(xiàn)換檔的機械變速器。
本發(fā)明的目的是提供一種能實現(xiàn)電控電動或電控液動的機械變速器。
本發(fā)明的目的是提供一種能實現(xiàn)不斷開動力實現(xiàn)換檔的機械變速器的換檔執(zhí)行之件。
發(fā)明的解決方案是在“可操縱的摩擦角自鎖離合器”(中國專利申請?zhí)?5107370)提供的技術(shù)的基礎上并對其改進而實現(xiàn)的。不必斷開動力實現(xiàn)換檔的機械變速器其關健是具有這種換檔執(zhí)行元件?，F(xiàn)有機械變速器的換檔執(zhí)行元件基本是靠同步器，同步器實質(zhì)上是一種錐形摩擦離合器，其原理是實現(xiàn)摩擦同步后才進行剛性嚙合。但由于變速器的基本要求是體積小，重量輕，而各種同步器的扭矩容量都是很小的，滿足不了負荷條件下接合。
凸塊超越離合器可在離速場合下傳遞大扭矩，其在各種動力設備的成功運用已是公認的。但由于凸塊與動力環(huán)的接觸點固定，易由于磨損而降低接合效果。中國專利申請?zhí)?5107370在凸塊與被動圈之間加置滾動體和滑動圈，在滑動圈中有滑槽，將這種凸塊超越離合器變?yōu)橐环N可操縱的離合器(以下簡稱凸塊離合器)，這是在剛性與柔性離合器中找到了一種更為合適的型式。但申請?zhí)?5107370提出的這種離合器的原理并不限于其中申請案給出的實施例型式，其結(jié)構(gòu)將有更為緊湊的設計。對于凸塊易磨損的問題在該種離合器中卻可以給予克服。該種離合器的接合操縱是極容易的，因其不是通過滑動圈對凸塊的楔緊而實現(xiàn)接合，而是滑動圈進入工作位置后其變換力矩的控制彈簧才控制凸塊與動力圈楔緊接合，固其接合操縱力是不必考慮的。但該種離合器的脫開操縱力無論怎么調(diào)整都是與傳遞扭矩成正比的。本發(fā)明將通過對該種離合器的改進，和與其它技術(shù)組合構(gòu)成一種能在負荷條件下無沖擊換檔的換檔元件，由該種換檔元件的發(fā)明也即完成該種變速器的發(fā)明。該種離合器由于可在高速場合下傳遞大扭矩，體積小、重量輕，這一點基本具備了在負荷條件下?lián)Q檔的要求。以下通過附圖1對其進行受力分析說明，以此提出一種能自動補償脫開操縱力的換檔元件的方案。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)對凸塊超越離合器的實用技術(shù)指標，該離合器的溜滑角θ在2°～7°范圍，楔緊角
在3°～4°范圍，當平衡時，滾動體與滑動圈接觸點B產(chǎn)生反力N1，保持架產(chǎn)生反力N2，凸塊與動力圈接觸的A點產(chǎn)生反力N3，并與N1、N2匯交于O點，凸塊與滾動體并不構(gòu)成二力桿系，而是三力匯交力系。N3= (N)/(n·R1) (M-主動力矩，η-凸塊數(shù)目，R1-主動力臂)。N3的作用方向與力接觸點A的法線交角必須小于摩擦角才能實現(xiàn)閉鎖。力平衡后，如在滑動圈加置一切向驅(qū)動力N4，其總反力R與O、A點連線的夾角必隨N4的加大而加大，因此滾動體與滑動圈接觸的B點不存在閉鎖現(xiàn)象。滾動體與滑動圈接觸點B是線接觸，滾動體與凸塊是面接觸，根據(jù)材料彈性理論，B點的靜摩擦力一定要大于滾動體與凸塊接觸的靜摩擦力，因此滑動圈具有脫開操縱力時，滾動體必然會轉(zhuǎn)動落入滑動圈的槽中而使離合器分離?；瑒尤Φ拿撻_操縱扭矩M1＝∑m，(m-單個滾動體的摩擦扭矩)，m＝R·f，其靜摩擦扭矩m＝N3·fo·r(fo-靜摩擦系數(shù)，r-滾動體半徑)，N3= (N)/(n·R1) ，因此滑動圈脫開操縱扭矩M1＝∑m＝＝∑N3·fo·r＝n· (M)/(n·R′) ·fO·r＝ (M)/(R′) ·fO·r。R1＝(R-r)sin
(R-滑動圈半徑)?；瑒尤︱?qū)動力
基本等于fo，R-r近似為R，N4近似于 (M·r)/(R2) 。N4也即是作用在滑動圈操縱導桿的正應力。N4值是隨離合器體積半徑成反比，與傳遞扭矩成正比。因此可以通過調(diào)整離合器的體積半徑將其脫開操縱力調(diào)整為一恒定值。
作為變速器的換檔元件其基本要求是體積小，重量輕，該種離合器的單位體積的扭矩容量已基本具備了這一條件，而脫開操縱力如只能單純通過體積半徑的調(diào)整而調(diào)整，這樣離合器在結(jié)構(gòu)上將出現(xiàn)不合理性，尤其為實現(xiàn)本發(fā)明的任務，要求離合器在負荷條件下離合操縱容易，這樣現(xiàn)有技術(shù)是不夠的。
以下將通過本發(fā)明提出的一個方案解決這一問題。本發(fā)明將提供一種具有自動補償凸塊磨損，結(jié)構(gòu)更為緊湊，易加工，脫開操縱力自動補償?shù)拿撻_增力凸塊離合器，將提供一種不必斷開動實現(xiàn)換檔的變速器和其換檔執(zhí)行元件。
以下的敘述可以說明本發(fā)明該種不必斷開動力實現(xiàn)換檔的機械變速器具有若干個不同轉(zhuǎn)速的動力盤和一輸出軸，在輸出軸中有若干個可在負荷條件下與動力盤接合或脫開的換檔元件，該換檔元件是由凸塊離合器和剛性爪齒離合器組合而成。爪齒離合器的其一動力圈通過滑鍵與輸出軸配合，另一動力圈與凸塊離合器是一體的。其兩個動力圈在變速過程中始終是處于嚙合或半嚙合狀態(tài)，并且這嚙合與半嚙合過程將操縱控制凸塊離合器的導桿運動。當爪齒離合器完成嚙合過程時，也將控制凸塊離合器接合，實現(xiàn)一個檔次的動力接合。爪齒離合器嚙合法線與脫開方向線成銳角，當需變換檔次時，爪齒離合器先脫開，在脫開過程中利用斜面作用產(chǎn)生的軸向力控制凸塊離合器分離，起到自動補償脫開操縱力的作用。為了避免爪齒離合器脫開后再次接合的沖擊磨損，爪齒離合器完成對凸塊離合器分離的增力后，是處于半嚙合狀態(tài)，以實現(xiàn)兩動力圈的同步。凸塊離合器的滑動圈轉(zhuǎn)動是通過若干個在同一圈的凸輪導桿操縱的，在若干個凸輪導桿副中有若干個彈性材料體，當凸輪因磨損而降低與動力圈的接合效果時，彈性材料體將靠彈性力使滑動圈轉(zhuǎn)動一定的角度，凸塊和滾動體將在滑動圈具有的凸輪面作用下向動力圈徑向位移，實現(xiàn)有限結(jié)合，起到自動補償?shù)淖饔谩?br>作用在凸輪導桿的正應力N4= (M ·r)/(R2) ，凸輪導桿操縱力P1＝N4tg(λ+
)(λ-導桿凸輪升角)，爪齒離合器在分離過程中產(chǎn)生的軸向力P＝Qtg(λ′-
)，(λ′-爪齒斜面與其軸線夾角)，Q＝ (M)/(RO) (Ro-爪齒離合器半徑)
取近似值(P)/(P′) = (R2)/(RO·r) ，這一比值將大于1，因此軸向力P將克服力P′，爪齒離合器在脫開過程中將操縱凸塊離合器分離。
本發(fā)明對凸塊離合器改進的結(jié)構(gòu)是這樣的凸塊的兩個動力圈中的其中一圈是爪齒形，在若干個爪齒的相鄰兩個爪齒空間放入凸塊與滾動體，滑動圈是在相對兩個動力圈是里圈或是外圈的位置，兩種變換力矩彈簧直接與爪齒動力圈結(jié)合并通過滑動圈的位移對凸塊控制。
通過以上的敘述已解決了本發(fā)明的任務，即本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單，容易批量生產(chǎn)的自動補償凸塊磨損的凸塊離合器，該種離合器與一種剛性爪齒離合器組成一種具有自動補償脫開操縱力的變速器換檔元件，該種換檔元件可完成不斷開動力條件下?lián)Q檔，因此本發(fā)明也提供了一種不必斷開動力實現(xiàn)換檔的機械變速器，因此本發(fā)明能實現(xiàn)簡化換檔操縱機構(gòu)，其可將空間多自由度的換檔操縱桿簡化為只通過一根軸單一旋轉(zhuǎn)到不同位置即完成換檔，而不需換檔所需的同步時間。因此本發(fā)明也很容易實現(xiàn)對一根軸旋轉(zhuǎn)操縱換檔的電控電動或電控液動的自動變速器。
以下通過給出的附圖和一個實施例對本發(fā)明作詳細的說明圖1是可操縱的凸塊離合器受力分析圖;
圖2是凸塊離合器徑向斷面圖;
圖3是變速器換檔元件軸向斷面圖;
圖4是爪齒離合器受力與操縱凸塊離合器離合原理圖;
圖5是撥叉與操縱凸輪軸結(jié)合圖。
該種不斷開動力實現(xiàn)換檔的機械變速器有一動力輸出軸(1)，在輸出軸(1)中有若干個不同轉(zhuǎn)速的動力盤(2)，在各動力盤間有換檔執(zhí)行元件(3)，換檔元件(3)是由凸塊離合器(4)和爪齒離合器(5)組成。爪齒離合器(5)的其一動圈(19)與輸出軸(1)通過滑鍵(6)配合，另一動力圈與凸塊離合器(4)是一體的，爪齒離合器(5)的齒形相對其軸線是構(gòu)成一定角度的斜面，操縱凸塊離合器(4)離合的機構(gòu)是由結(jié)合在同一圈(9)的若干個凸輪導向鍵(8)組成，圖(9)通過鋼球(18)與爪齒離合器(5)的其一可軸向位移的動力圈(19)形成可相對轉(zhuǎn)動的配合，并在軸向位移是同步或具有一小行程的差動。當需換檔變速時，撥叉(7)操縱齒爪動力圈(19)由半嚙合狀態(tài)向完全嚙合狀態(tài)移動，同時動力圈(19)又通過圈(9)推動操縱凸塊離合器(4)離合的導向鍵(8)移動。當爪齒離合器完全嚙合后，凸塊離合器(4)也接合，并把動力通過爪齒離合器(5)輸入到輸出軸(1)中。此時離合器完成一個檔次的變速。當變速器需要再換檔變速時，撥叉(7)操縱爪齒離合器(4)的動力圈(19)首先與另一動力圈(20)開始脫離嚙合的移動，動力圈(19)又通過鋼球(18)構(gòu)成對導向鍵具有一定行程差動的運動。由于爪齒離合器(5)斜面齒形的作用，力矩作用在爪齒斜面的正壓力Q將產(chǎn)生一反力N和軸向力P，軸向力P將推動動力圈(19)向脫開方向移動，動力圈(19)又通過鋼球(18)和圈(9)將導向鍵(8)移動，使凸塊離合器(4)脫離。當凸塊離合器(4)脫離后，爪齒離合器(5)的兩個動力圈(19)、(20)是處于半嚙合狀態(tài)。這樣凸塊離合器(4)的被動圈與爪齒離合器(5)構(gòu)成同步運轉(zhuǎn)，這是為了避免再次嚙合的沖擊。
為了達到本發(fā)明的要求，本發(fā)明給出的凸塊離合器(4)是這樣結(jié)構(gòu)的該種可操縱的凸塊離合器(4)的內(nèi)、外動力圈的其中一圈是齒爪型，在若干個齒爪的相鄰兩個齒爪(11)的空間，放入凸塊(12)和滾動體(13)，滑動圈(14)是相對內(nèi)、外動力圈是外圈或是里圈的位置，齒爪(11)與凸塊(12)或滾動體(13)不失去在小范圍移動后的接觸，滑動圈(14)相對具有齒爪的動力圈的轉(zhuǎn)動是通過若干個在同一撥圈(9)中的凸輪鍵(8)與滑動圈(14)構(gòu)成的凸輪副產(chǎn)生的，在這若干個凸輪副中有若干個彈性材料體(15)。當凸塊因磨損而失去與內(nèi)環(huán)或外環(huán)有效接觸時，彈性材料體(15)將靠彈性力使滑動圈(14)轉(zhuǎn)動一定的角度;另滑動圈(14)與滾動體(12)的接觸面具有使凸塊(12)和滾動體(13)產(chǎn)生徑向位移的凸輪面;這樣將產(chǎn)生一種自動補償凸塊磨損的作用。為了使滑動圈(14)進入工作位道后凸塊(12)才與動力圈接合，是通過兩個彈簧(16)和(17)在滑動圈(14)轉(zhuǎn)動中構(gòu)成對凸塊(12)的變換力矩。當由于滑動圈(14)的轉(zhuǎn)動彈簧(16)被壓縮，其對凸塊(12)的力矩大于彈簧(17)對凸塊(12)的力矩時，凸塊(12)才能與動力圈接合。
操縱換檔的撥叉(7)是通過凸輪機構(gòu)與同一操縱軸(10)結(jié)合。
本發(fā)明提供的這種凸塊離合器(4)可以用在各種動力傳動中。
本發(fā)明提供的這種變速器換檔元件(3)可以用在各種動力傳動中。
權(quán)利要求
1.不必斷開動力實現(xiàn)換檔的機械變速器，該變速器有一動力輸出軸(1)，在輸出軸(1)中有若干個不同轉(zhuǎn)速的動力盤(2)，和若干個把動力盤(2)的不同轉(zhuǎn)速接合到輸出軸(1)的換檔執(zhí)行元件(3)，各換檔執(zhí)行元件(3)通過撥叉(7)與操縱機構(gòu)結(jié)合，其特征在于換檔元件(3)是由凸塊離合器(4)和爪齒離合器(5)組成。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的變速器，其特征是爪齒離合器(5)的其一動力圈(20)與凸塊離合器(4)的其一動力圈是一體的，爪齒離合器(5)的另一動力圈(19)通過滑鍵(6)與輸出軸(1)配合，并且兩個動力圈(19)、(20)始終處于嚙合和半嚙合狀態(tài)。爪齒離合器(5)的爪齒嚙合法線相對其脫開方向線構(gòu)成銳角。
3.根據(jù)權(quán)力要求1、2所述的變速器，其特征是若干個撥叉(7)通過凸輪機構(gòu)配合在同一操縱軸(10)中。
4.根據(jù)權(quán)力要求3所述的變速器，其特征是通過一根操縱桿的平面轉(zhuǎn)動控制操縱軸(10)的轉(zhuǎn)動。
5.根據(jù)權(quán)力要求3所述的變速器，其特征是通過電控電動或電控液動操縱軸(10)的轉(zhuǎn)動。
6.根據(jù)權(quán)力要求1所述的變速器，其特征是凸塊離合器(4)的內(nèi)、外動力環(huán)的其中一環(huán)是齒爪型，在若干個齒爪(11)的相鄰兩個齒爪空間放入凸塊(12)和滾動體(13);滑動圈(14)是在相對內(nèi)、外動力環(huán)是內(nèi)環(huán)或是外環(huán)的位置;齒爪(11)與凸塊(12)或滾動體(13)不失去在小范圍移動后的接觸。在凸輪導向鍵(8)的凸輪摩擦副中有若干個彈性材料體(15);滑動圈(14)中有使?jié)L動體(13)徑向位移的凸輪面。
7.根據(jù)權(quán)力要求1、6所述的凸塊離合器(4)，其特征是用在各種動力傳動中。
8.根據(jù)權(quán)力要求1、6所述的換檔元件(3)，其特征是用在各種動力傳動。
專利摘要
一種用在各種動力變速中尤其是車輛變速傳動中的機械變速器，它可實現(xiàn)不斷開動力條件下?lián)Q擋。它的換擋元件由凸塊離合器和爪齒離合器組成，該換擋元件具有自動補償凸塊磨損的彈性材料體，和在負荷條件下脫開的自動增力作用。該變速器在車輛變速操縱中不需換擋接合的同步過程，因此只須一根操縱桿的平面旋轉(zhuǎn)即實現(xiàn)換擋操縱，該變速器可以通過電控電動或電控液動實現(xiàn)全自動變速。該換擋元件體積小，可在高速場合下無沖擊的接入大扭矩，并可作為一種離合器用在各種動力傳動中。
文檔編號F16D13/00GK87100403SQ87100403
公開日1988年8月3日 申請日期1987年1月19日
發(fā)明者梁信生 申請人:梁信生導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan