轴心换档式变速器的制作方法

本发明涉及一种轴心换档式变速器。

背景技术：

目前，几乎所有的机动车变速器(无级变速除外)的换档方式，均采用同步器将两组不同速的齿轮予以同步后啮合，以避免对应齿轮在有转速差的情况下强行结合，这种换档方式从技术层面上讲有着它的合理性。也正因为如此，同步器换档方式才得以广泛推广并沿用至今。

但现在看来，这种同步器换档方式并非无懈可击、十全十美。事实上，当它体现出其自身优势的同时，也暴露出了它弱势的一面，这就是同步器组件加工难度大，精度要求过高，致使其制造成本大幅上升，且长期居高不下。不仅如此，同步器技术所呈现出的另一个弱项是处于动态的同步器与处于静态中的换档拨叉联动上的矛盾，这一矛盾就先天的注定了其二者之间在碰撞接触时，必然会产生噪音这一机械设计中最敏感的问题。

技术实现要素：

本发明是针对同步器换档方式的上述缺陷，整体性地否定了同步器在变速器中的存在，独到的设计出一款结构简单，科技含量高，噪音小，制造成本低，换档更为轻捷平顺的轴心换档式变速器。

一种全新的轴心换档式变速器，包括动力输入空心轴和滑动齿轮，动力输入空心轴设计为不同径的外圆和不同径的内腔。其外径套装滑动齿轮，内腔盛装不同体积的换档机构，并在轴径上设计有与滑动齿轮滚柱室相吻合的轴滚柱室及换档钢球通孔。作为滚柱和换档钢球两个单体件，它们分别置于轴滚柱室和换档钢球通孔之中，上述的动力输入空心轴内部小空腔装有异径轴，该异径轴通过a联动钢球与换挡一轴活络连接，大空腔装有另一组换档机构，即换档钢球支套和换档轴管，二者通过b联动钢球活络联动。换档时，异径轴和换挡一轴可同步内外运动，为了可靠地稳定换档机构，在动力输入空心轴内的相关的点位均设有滚针支撑。在动力输入空心轴端设计有轴承和油封，以支装该轴和密封变速器体内润滑油。

上述的轴心换档式变速器，仅为两个档位的组合结构，如需多档的变速器结构，就应在两档结构的基础上增加换档钢球支套和换档轴管，增加滚柱、换档钢球、联动钢球、滚针等。所增加的换档钢球支套其作用似同于异径轴，而换档轴管则似同于换档一轴，这只是机件形态上的变异没有作用上的不同。其它增加的滚柱、换档钢球、联动钢球、滑动齿轮等机件形态也没有大的不同，只是随着变速器档位的增加而增加罢了。

该变速器中各组换挡机构其功能相同，当内外推拉换档一轴(或换档轴管)时，异径轴(或换档钢球支套)便会同向同步运动。当其二者之大径与某一换档钢球中心点相对应时换档钢球即外移，处在换档钢球外围的滚柱就会被换档钢球挤压到滑动齿轮内的滚柱室。此时的动力输入空心轴和滑动齿轮会被滚柱卡合为一体，实现有效的动力传递。当异径轴(或换档钢球支套)的小径复位至与换档钢球中心点相对时，滚柱将会在滑动齿轮内径旋转力的赶压下连同换档钢球一并内收，解除了动力输入空心轴与滑动齿轮的卡合，此时的本变速器实现为空档状态。

处在动力输入空心轴空腔内的每一组换档机构，只能完成两个档位的换档任务。如本变速器增为6个档位，那就需在动力输入空心轴内增至三套换档机构，这是轴心换档方式基本的规律和具体的实施方法。

续上所述，轴心换档式变速器增加档位，不但只是增加换档机构，在动力输入空心轴上也需相应地增加轴滚柱室，轴滚柱室每个档位都是成组的，也是有排序的，这与下面将说明的滑动齿轮内的滚柱室是密切相关的。动力输入空心轴上的滚柱室的形态，其左右两侧的切面角度是不相同的，传递动力的侧切面角度是小于90°的，而另一侧切面则为90°设计。传递动力侧切面小于90°的设计理由，主要是为了多一些分解和承受滚柱的压力，以减轻滚柱对换档钢球和换档钢球支套及异径轴的压荷，确保上述件使用周期内的安全。

所述的滑动齿轮其内径设计有滚柱室，该滚柱室的排序及每组的数量与上述的动力输入空心轴上的滚柱室是一致的，故必须是完全吻合的。该滚柱室为弧形，但切弧的深度及切径的大小与所述的滚柱直径是相关的，而滚柱室的多少则是与滑动齿轮的技术要求相关。

轴心换档式变速器在工作状态下，其换档一轴和换挡轴管是没有旋转能力的，只可内外推拉动作以满足换档之需求。同样处在动力输入空心轴内腔的异径轴和换档钢球支套则是旋转的，相连的两件一动一静的过渡和联动任务是靠介于其间的联动钢球来实现的。至于换档一轴或是换档轴管的内外运动幅度是由限位来完成的，而防止两轴的同时共动则是由互锁来完成的，还有定位技术，这是变速器上共有的设计，也是业内人所能想得到的，在此不子细述。

设动力输入空心轴在旋转，其内腔的异径轴和换档钢球支套在空档状态下，应当是浮动状，如在挂档带档的情况下，异径轴和换档钢球支套这时是必转的。如图1所示，各组滚针及联动钢球除了起到上述作用外，还起到了稳定整套换档机构的作用。

综合性的说，轴心换档式变速器的整体架构与同步器换档方式完全不同，甚至多处相反。其动力输入轴变为空心，且将原固定在其上的各档齿全部改制为滑动齿，而将动力输出轴上的全部滑动齿系数变制为固定齿，取消了同步器及齿环和换档拨叉、叉轴等附件。取而代之的是将所有换档机构置入动力输入空心轴之内，供操控的外部换档联动件以推拉方式，拨动动力输入空心轴之内的异径轴(或换档钢球支套)和换档一轴(或换档轴管)，可简便地完成换档过程。

本发明轴心换档式变速器，整体紧缩为小型化，轻量化，加工工艺常规，压低了制造成本，品质优良，减少了噪音。其操控过程对驾驶人员来说并无任何变化，这将是易于被人们接受的一款新型产品。

附图说明

结合附图对本发明做进一步说明

图1为本发明的整体结构示意图

图2为本发明的动力输入空心轴的示意图

图3为本发明滑动齿轮的示意图

图4为本发明异径轴的示意图

图5为本发明换档一轴的示意图

图6为本发明换档钢球支套的示意图

图7为本发明的换档轴管的示意图

图8为本发明的滑动齿轮、滚柱、换档钢球、动力输入空心轴及异径轴大径的组合截面图

图中：1为动力输入空心轴、2为油封、3为轴承、4为滚柱、5为滑动齿轮、6为a联动钢球、7为换档一轴、8为小径、9为动力输出齿轴、10为a换档钢球、11为箱体、12为齿轮滚柱室、13为联动钢球通孔、14为换档钢球通孔、15为轴滚柱室、16为换档钢球支套、17为a滚针、18为换档轴管、19为联动钢球环槽、20为异径轴、21为b联动钢球、22为b滚针、23为大径、24为c滚针、25为b换档钢球、26为拨档孔、27为轴管定位点、28为换档一轴定位点、29为换档一轴及轴管限位点、30为互锁装置。

具体实施方式

如图1、图4、图5、图6、图7所示，以一款四档轴心换档式变速箱为例，其中包括：动力输入空心轴1、滑动齿轮5、异径轴20、换档一轴7、换档支套16和换档轴管18等件。图1可见，配装在动力输入空心轴1内腔的换档机构，可明显地区分为左右两个组合，为叙述方便，将该两个组合简称为左组合和右组合。左组合中包括异径轴20，a换档钢球10、滚柱4、a滚针17以及在异径轴20和换档一轴7之间起联运作用的a联动钢球6，它装入联动钢球通孔13和联动钢球环槽19之中。右组合包括换档钢球支套16、换档轴管18以及两者之间起联动作用的b联动钢球21。在换档钢球支套16外围附着有b换档钢球25，在该套内端有与换档一轴7起稳定作用的是b滚针22，稳定换档轴管18的是c滚针24，其它诸如该组合中的滚柱，滑动齿轮等件与与左组合类同。

如图1、图2所示，动力输入空心轴1是轴心换档式变速箱的主件之一，它的外圆呈两个不同的直径。这种径差是各档齿轮存在的径差和轴内换档机构体积对空间的要求所决定的。动力输入空心轴1其内腔一大一小，恰好满足盛装需要小径的左组合和需要大径的右组合。

如图2、图8所示，滚柱4为长形圆柱体，故其轴滚柱室15的空间与滚柱4基本等同为立体长方空间，轴滚柱室15的深度与滚柱4的直径相同。该滚柱室在轴壁并非通孔。所述的换档钢球通孔14就设计在轴滚柱室15的下方的中心点(图2十字线可见)。轴滚柱室15的数量及方位，要按变速箱所需的扭矩和滑动齿轮5的位置而确定。从图8中可以看到轴滚柱室15的左右两侧其切面不同，图8中左侧切面小于90°，而右面为垂线90°，这种小于90°切面的设计是为了让动力输入空心轴1多承担一些压力，以缓解动力传递时滚柱4对a换档钢球10、b换档钢球25的压力。另需重申的是轴滚柱室15和滑动齿轮5的齿轮滚柱室12为对应关系。

如图1所示，动力输入空心轴1通过轴承3与箱体11承装，该轴端用油封2密封，以防油脂泄漏。

如图1、图3所示，滑动齿轮5外径齿与动力输出齿轴9齿轮齿合，其内径套装在动力输入空心轴1上。滑动齿轮5的齿轮滚柱室12设计的形状为孤形(图8可见)。

从图1、图4中可以看出，在换档机构中的异径轴20，它配装在动力输入空心轴1的内腔左侧，其一端通过a滚针17与动力输入空心轴1的内壁承装。另一端由a联动钢球6与换档一轴7活络联接。联动钢球环槽19，它是a联动钢球6的安装位，异径轴20的小径孔支装换档一轴7的小径。异径轴20分为明显的大径23、小径8，用以控制a换档钢球6的收放变动。所述的a联动钢球6之外围靠在动力输入空心轴1的内壁。

如图4、图5、图6、图7所示，上述左右两组合中异径轴20和换档一轴7，换档钢球支套16和换档轴管18是两组换档机构的核心件。从图中静态地看，异径轴20小径8上的a换档钢球10，它半径处在换档钢球通孔14之中，环围接触的是轴滚柱室15之内的各个滚柱4，而套装在动力输入空心轴1上的滑动齿轮5时下的齿轮滚柱室12为空缺状态。如此时的动力输入空心轴1在旋转，套装其上的滑动齿轮5只能是不动空滑，变速器表现为空挡，并不输送动力。动态地看，将换档一轴7向左推动，此时的换档一轴7和和异径轴20在a联动钢球6的联动作用下同步向左运动。当异径轴20的大径23与a换档钢球10中心点交汇时，a换档钢球10即向外运动，将各滚柱4顶推至滑动齿轮5的齿轮滚柱室12之中，滑动齿轮5和动力输入空心轴1被滚柱4卡合为一体共同旋转，动力由滑动齿轮5传递至动力输出齿轴9，此时的变速箱为带档状态。反之，如将换档一轴7向右拉动至原位，上述件亦将作反方向运动而复位，a换档钢球10也回落至异径轴20的小径8上，滚柱4退出齿轮滚柱室12，回到轴滚柱室15之中，解除动力输入空心轴1对滑动齿轮5的卡合恢复空滑状态，停止动力的输送。

图1中的右组合如图4、图6所示，其换档钢球支套16的作用等同于左组合中的异径轴20，而换档轴管18则等同于左组合中的换档一轴7，其它右组合中的b联动钢球21、c滚针24与左组合中的a联动钢球6、a滚针17作用相同。至于换档钢球，滚柱、滑动齿轮等在两组合中的作用相同，所不同的是右组合中增加了c滚针24以稳定换档轴管18。由此可知，变速器每存在两个档位就需要有一个与之匹配的换档组合，如是多档变速器，就需按本模式增加相应的换档机构组合。本文只对该组合的具体实施方式做重点说明，因右组合或是再增加的组合与左组合存在共性，没有必要重复细述。

图1右首的拨档孔26、换档轴管18的定位点27、换档一轴7的定位点28、换档一轴及轴管限位缺口29、互锁装置30，如图7所示，它的分别是为变速器换档过程中的换档限位、档位定位、轴互锁等所提供的技术条件，此是传统技术为业内人士所共知，在此只做概念示意。

图1显示，左组合整体小于右组合，这是变速器转速比及档齿存在径差决定的设计方式。一般情况下，变速器输入轴的低速档齿均为小径，高档齿则为大径。为此，似左组合模式通常适用于低档位，如1、2档。而右组合模式通常适用于高速档。