专利名称：一种在复合式变速箱内防止齿轮滑移的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及复合式机车变速箱，尤其是涉及一种在复合式变速箱内进行“动力输出”(以下简称“PTO”)工作时防止齿轮滑移的系统。
复合式齿轮变速箱通常用于重载机车，如大型的卡车、拖拉机、半挂车及类似车辆。复合式变速箱包括首尾相接的主、辅变速部分，并可提供总数量等于主、辅部分速比数乘积的可用变速比。例如，一个复合式齿轮变速箱包括一个四速主部，后接一个四速辅部，该变速箱可提供16(4×4＝16)种可用速比。
动力从发动机经过主离合器及输入轴传入变速箱。在“富勒”变速箱中，齿轮与输入轴键连接(即盖齿轮)，而输入轴与位于盖齿轮外围呈180°度布置的两副轴齿轮始终啮合。扭矩传给副轴齿轮后，经由副轴传出。这些副轴通常包括一定数量的齿轮，这些齿轮与沿输入轴的轴线布置并可在一滑动主轴上自由滑动的主轴齿轮相啮合。主轴与主轴齿轮间装有离合器以提供渐进的传动比。移动离合器使其从空挡位置转变为啮合位置，扭矩由副轴传给主轴齿轮，又经离合器传入主轴。这种方法将输入扭矩在副轴间均匀分割，并将啮合扭矩传回主轴齿轮，再均匀分割。
为了使扭矩均匀且有效地分割，重要的是主轴、主轴齿轮及离合器都能滑动到设定的中心位置。由于齿轮齿处产生的分割力和切向力大小相等、方向相反，可以相互抵销，因而不必将主轴齿轮与主轴紧固，如通常的单副轴变速箱一样。实际上，固定主轴/输入轴齿轮可能会产生不利的后果，易产生扭矩不均匀的分配，因为不可能精确地制造出齿轮组，即达到绝对尺寸而没有误差。这种制造误差可导致主轴及输入轴齿轮的某一侧齿的负荷较重而另一侧齿的负荷较轻，结果，某一副轴齿轮的负荷较另一副轴齿轮的负荷要重。再有，这可能导致齿轮倾斜，极端情况下，会在正常驱动工作中产生齿轮滑移。
在一单副轴、中等强度负荷变速箱中，扭矩经输入轴传入变速箱，该扭矩先由输入轴传给盖齿轮，又由盖齿轮传给一个配对副轴齿轮，最后传给单副轴。此情况下，主轴只是简单地由若干径向间隙很小的轴承支承。主轴齿轮与滚针轴承支撑的主轴同轴。这一点是很必要的，因为两配对齿轮间产生的较大分割力和切向力必须经此滚动部件反作用到变速箱壳体上。
复合式变速箱有时也用于“动力输出”(PTO)工作，在这样的工作中，扭矩由某一副轴传给一附属装置，如一个用于操纵一个卡车货箱升起器的泵或法兰装置等。一个常用的富勒双副轴变速箱的盖齿轮与输入轴键连接，其间有一很小的径向自由度。当PTO适合由前副轴输出时，该变速箱只以一单副轴方式使用。此时盖齿轮或主轴齿轮并不与主轴接合，因此无扭矩可分割。盖齿轮只通过一根副轴传输扭矩。既然盖齿轮不与离合器连接，因此也就不会产生任何的齿轮滑移。小的径向间隙可确保盖齿轮与输入轴同轴转动，大驱动键要足够结实，以便在PTO工作中承受循环负荷。
分割装置的结构在某些设计中可有如下形式通常经一花键装在输入轴上的盖齿轮可以自由转动及滑动，并且可以实现同第四齿轮功能一样的低分割功能(在一带超速挡的变速箱中)。这种齿轮安装在一个旋入主轴的心轴上。该盖齿轮的中心孔与心轴间有一定间隙，以便该齿轮在正常驱动工作中可以滑动，以保证扭矩均匀分割。同时，该盖齿轮在轴向由滚子止推轴承支承，以克服通常工作中由于齿轮螺旋啮合而产生的轴向推力，该推力是非平衡力。当选择了低分割齿轮(即当其是一个驱动齿轮时)后，这些力伴随着一个盖齿轮和心轴间的差速转动而产生，因此需要有止推轴承。此时一个分割齿轮被置于输入轴上，处于盖齿轮/第四齿轮之前，提供一高分割功能，该齿轮有一与输入轴间存在普通间隙的中心孔。这两个齿轮由一个分割离合器选择，该离合器与输入轴花键连接，并可沿花键自由滑动实现离合功能。
这种设计在通常的驱动工况下是可以使用的，但是当这两个齿轮用于PTO工况时，就会出现离合器啮合滑移的趋势。实质上，这种滑移情形的产生，在高和低分割下，是由于该变速箱只是作为一个单副轴变速箱使用的，在驱动齿轮下没有轴承支撑。
这种滑移的产生可以归结为所选分割装置或盖齿轮、分割离合器与齿轮所在轴间的平行度、同轴度不够。在高分割位置，齿轮发生径向位移，占去齿轮孔与轴间的间隙，在低分割位置也同样如此，而且，由于主轴与心轴的可滑动性，间隙还会有所增加。这就导致了齿轮倾斜。
因此，相对于分割齿轮与盖齿轮/第四齿轮两齿轮而言，不仅提供这种扭矩分割工作很重要，而且还要使PTO工作具有可用性。要想使扭矩分割均匀就必须使齿轮能滑动，但不幸地是，这种滑动将加剧齿轮倾斜，尤其是在PTO工作中，在分割离合器处，齿轮滑移产生的可能性增加。
本发明通过提供一种包括一装于输入轴上的可转动的分割齿轮、一紧固在输入轴上的心轴及一装于该心轴上的可转动的盖齿轮/第四齿轮的复合式变速箱来克服上述现有技术的复合式变速箱设备中存在的缺陷。分割齿轮相对输入轴滑动所需要的间隙要做得尽可能小，以便最大限度地减小分割齿轮的倾斜度，保证扭矩在两相对副轴间大体上均匀分割。同时还要保证一足够的径向自由度，以使负荷分配基本均衡。由于心轴紧固在输入轴上，盖齿轮/第四齿轮经一全套的滚针轴承可转动地装于心轴上，因此相对分割离合器所选择的分割齿轮与盖齿轮/第四齿轮间的平行度和同轴度可以得到保证，从而防止齿轮滑移。
具体地说，本发明提供了一种能够使齿轮滑移出现的可能性减少的改进的复合式变速箱。该变速箱包括一根沿中心轴线布置的输入轴、一根基本上处于该中心轴线上的滑动主轴、一个紧靠主轴的辅属部分及至少一根与中心轴线平行且相间的副轴。该副轴可以将输入轴扭矩传给主轴，并可以使“动力输出”(PTO)工作更易进行。输入轴上有一分割齿轮，该齿轮有一个中心孔，此孔与输入轴间有一很小的径向间隙，以尽可能减少齿轮的倾斜度。输入轴内沿中心轴线有一中心孔，并有一后端。输入轴在其后端沿中心轴线形成一个心轴腔。一根心轴插入此心轴腔内，且该心轴沿轴线形成的连接孔与上述中心孔相通。一个双头连接螺栓穿过此中心孔和心轴上的连接孔，以便将心轴紧固在输入轴上。并将盖齿轮可转动地装在此心轴上。
因此，本发明的一个目的是提供一种具有基本均衡分割扭矩能力的复合式变速装置，可以在低分割与高分割工作中使用，并且可在PTO工作中减少齿轮滑移的可能性。
对照附图，下面将对本发明最佳实施例进行详细描述，这可使本发明上述目的及其它目的、特征及优点更为清楚明了。
图1是现有技术“富勒”双副轴复合式变速箱的纵剖图；图2是本发明变速箱的局剖图；图3是图2的断面部分的放大图；图4是本发明变速装置替换实施例的局剖视图；图5是图4剖视部分的放大图；图6是本发明变速装置第二替换实施例的局剖视图；图7是本发明变速装置第三替换实施例的局剖视图；图8是本发明变速装置第四替换实施例的局剖视图；图1是现有技术“富勒”双副轴复合式变速装置10的剖视图。这种典型的双副轴装置包括一根可将发动机扭矩传入变速箱的输入轴12。该输入轴12驱动盖齿轮14，该盖齿轮14与输入轴花键连接，并自始自终与相对的副轴齿轮16啮合。副轴18包括一系列齿轮20、22、24、26及28，这些齿轮与沿输入轴轴线布置并可在一滑动主轴30上滑动的主轴齿轮21、23、25、27及29相配合。离合器置于主轴30与主轴齿轮之间，以提供渐进速比。此时，扭矩由主轴传出，经辅助驱动齿轮32，传入辅助部分34，最终由输出轴36输出。
如图2-8所示的各实施例，本发明提供了一种复合式变速箱设计，该设计可以实现扭矩基本均匀分割，同时相应于分割齿轮与盖齿轮/第四齿轮两齿轮，使PTO工况可用，而不会增加PTO工作中齿轮滑移的风险。
参照图2-3，图中示出了一种本发明复合式变速装置40。该装置40包括一根可将扭矩传入该装置的输入轴42。该输入轴42在变速箱的壳体44内由一衬套46支撑，而该衬套46又由输入轴承48支撑，且相对于壳体44可转动。
该输入轴42沿中心轴线50布置。分割齿轮52置于输入轴42上并紧靠衬套46。该分割齿轮52内有一中心孔54，该孔54与输入轴间存在一很小的0.010(注原文不清楚)英寸数量级的径向间隙，以尽可能减小齿轮倾斜。该径向间隙还要使滑动足够自由以便使分割齿轮52在高分割模式下工作时扭矩可以在两相对副轴间大体均匀分割。该最小径向间隙要在齿轮倾斜度尽可能小的前提下，使扭矩大体以40％-60％和60％-40％的范围在两相对副轴间分割。这种分割差别不会形成一显著的平衡问题，因为某一副轴上多出的扭矩会由装置内的轴承及支撑结构克服。为防止负荷分割或扭矩分割的更多的不平衡，需要保证足够的径向间隙。
在输入轴42后端上有一心轴腔55，该通道有接受心轴62锥形头部60的锥形侧壁56。心轴62通过一长连接螺栓64紧固在输入轴42上。输入轴42上有一沿中心轴线50布置的、用于接受连接螺栓64的中心孔66。螺栓64穿过此中心孔66后拧入心轴62的螺纹68内(见图3)。连接螺栓64的前端固定有一内螺母70，该内螺母下有一O型密封圈72，用于防止油从中心孔66内漏出。
心轴62与输入轴42间的配合锥面56有如下几点好处。该锥面可在输入轴插入变速箱时帮助心轴与输入轴对中，同时使输入轴与心轴在任何随机方向上配合。该锥而还可在心轴与输入轴间提供一锁定中介，以便拧紧螺栓64与螺母70。该锥面还可使输入轴与心轴自由拆卸。在两锥面间用油润滑，以利长时间装配后拆卸而不会在装配时影响锥面的锁定质量。
一个盖齿轮/第四齿轮74由全套的滚针轴承76可转动地支撑在心轴62上。由于心轴62紧固在输入轴42上，盖齿轮/第四齿轮由滚针轴承组76可转动地支撑在心轴62上，因此可以保持盖齿轮/第四齿轮74相对同步离合器78的同轴度和平行度从而防止齿轮滑移。盖齿轮下的全套滚针轴承76用于承受低分割模式下PTO工作中产生的径向负荷及由副轴扭矩不平衡而带来的径向负荷。
滚子止推轴承80、82装在盖齿轮/第四齿轮74的两侧，用于承受作用在盖齿轮/第四齿轮74上的轴向负荷。为了放置止推轴承80，输入轴42的后端84做出一直径增加段以形成容纳止推轴承80的空间。该止推轴承用于克服正常工作中产生的推力与速差。对着输入轴42布置轴承80、82，对轴承寿命与轴承尺寸都有好处，因为工况是变化的。
分割同步器86也进行同样的改变，其离合器78直径增加以便在变速器现存的限制范围内安置止推轴承80。该同步离合器78有一内部对称的花键，该键保留原有的后斜面，该后斜面用于克服离合器缓慢脱离啮合的趋势。加工该后斜面使其形成一个很小的负压角，以便在扭转力的作用下产生一个推力从而保持连接件的啮合。花键直径的增加可以减少现有技术滑动键可能存在的凹坑的数量，同时允许同样的自由滑动，以便离合器能找到其最佳径向位置以此来克服制造误差。间隙不够的离合器在部件装配时，如果平行度与同轴度有小的误差，尤其是驱动轴线振动时，发生滑移是不可避免的。
同步器86的功能是可选择地将分离齿轮52或盖齿轮/第四齿轮74与输入轴42啮合。本发明不需用特殊同步装置。最好采用美国专利No.5,111,922公开的同步器设计，如图2-8所做的修改，包括在其全部参考资料内。
但是，需要对上述的参考同步器设计作一小的修改。为了确保罩88、90始终与同步器的锥形头部92、94分开(见图4)，提供了分离销96。该分离销96置于销98、100的中心孔内以保持该同步器的预驱动指示功能。
图4-5示出了本发明的一个替换实施例。在此实施例中输入轴102与心轴104不存在配合锥面。而是以在输入轴102上成形的一柱形孔106代替，以接受心轴104的柱形头部108。再有，连接螺栓110拧入心轴104的螺纹112内，从而将心轴104紧固在输入轴102上。同时为防止心轴104相对输入轴102转动，提供了一个定位销114与输入轴102上的槽116相配合。
图6示出了本发明第二替换实施例。除了穿过输入轴42的中心孔66使心轴62固定在输入轴42上所用螺栓118的螺栓体的截面更细之外，图6所示实施例与图2-3所示实施例完全相同。该连接螺栓118的细颈部分有利于油沿螺栓118流动。图6a示出了油孔87与衬套89。
图7示出了本发明第三替换实施例。该实施例与图2-3和6所示实施例唯一的不同点是去掉了长连接螺栓。具体地说，为了使心轴120固定在输入轴122上，一个长的六角键穿过输入轴122的中心孔124插入心轴120上的六角槽126内。这个长的六角键可用于使心轴120相对输入轴122转动，以此将心轴固定在输入轴上。也可以是，长六角键将心轴120固定在某一位置，而后转动输入轴122，通过螺纹128将输入轴与心轴拧在一起。输入轴122的末端装有内六角头130，以防止油从输入轴122的中心孔124内漏出。图7a示出了油孔121与衬套123。
图8-8a示出了本发明第四替换实施例。除了将心轴134固定在输入轴136上所用的连接螺栓是较短的细颈螺钉132之外，该实施例与图6-7所示实施例完全相同。在此实施例中，所用连接螺钉132头部有一六角凹槽138用来与穿过输入轴136的中心孔140的一长六角键配合。该连接螺钉132可随此六角键转动。螺纹142使连接螺钉132与心轴134相接合，螺钉头部144旋入在输入轴136上形成的螺纹座146内。以此方式，心轴134被紧固在输入轴136上。而后将一个螺塞148拧入输入轴136的螺纹150内，以此来密封输入轴136的中心孔140。图8a是图8的纵剖图，以示出油孔152、154及衬套156。
至此已详细描述了本发明的几个最佳实施例，熟悉本发明领域的人可以在后面权利要求书的范围内想出各种替换设计及实施例以实施本发明。
权利要求
1.一种可以减少齿轮滑移的改进的复合式变速装置，包括一根沿中心轴线(50)布置的输入轴(42)、一根基本上沿该中心轴线布置的滑动主轴、一个紧靠该主轴的辅助部分及至少一根与中心轴线(50)平行且相间的副轴，所述副轴用于将输入轴扭矩传给主轴，并使“动力输出”(PTO)工作容易进行，改进之处在于输入轴(42)上设置一分割齿轮(52)，该齿轮(52)内部有一中心通孔(54)，该孔与输入轴(42)间的径向间隙极小，以便尽可能减小分割齿轮的倾斜度；所述输入轴(42)沿所述中心轴线(50)有一中心通孔(66)并有一后端，在该后端沿所述中心轴线(50)加工出一个心轴腔(55)；心轴(62)插入所述心轴腔(55)内，该心轴沿所述中心轴线(50)有一连接孔与所述中心孔(66)相通；一个连接螺栓(64)穿过所述中心孔(66)及所述心轴(62)上的连接孔，将所述心轴(62)紧固在所述输入轴上；及一个可转动地安装在心轴(62)上的盖齿轮(74)。
2.如权利要求1所述的变速装置，还包括一个位于盖齿轮内的滚针轴承装置(76)，用于将所述盖齿轮(74)可转动地安置在所述心轴(62)上，这里所述中心孔相对于输入轴(42)有一足够大的径向间隙，以保持负荷分配大体平衡。
3.如权利要求2所述的变速装置，还包括安置在所述盖齿轮(74)两侧的止推轴承(80、82)。
4.如权利要求1所述的变速装置，其特征在于所述心轴腔(55)包含有锥形侧壁，而所述心轴(62)包括有一用于与所述锥形侧壁相配合的锥形头部。
5.如权利要求1所述的变速装置，还包括一个位于输入轴(42)之上、置于分割齿轮(52)与盖齿轮(74)之间的同步器(86)，用于有选择地将分割齿轮(52)或盖齿轮(74)与输入轴(42)啮合。
6.如权利要求1所述的变速装置，还包括一个插入心轴(62)与输入轴(42)之间的防转销(114)，以防止二者间发生相对转动。
7.一种可以减少齿轮滑移的改进的复合式变速装置，包括一根沿中心轴线(50)布置的输入轴(42)、一根基本上沿该中心轴线(50)布置的滑动主轴(注原文似有缺)。所述副轴用于将输入轴扭矩传给主轴，并使“动力输出”(PTO)工作容易进行，改进之处在于一个设置在输入轴(42)上的分割齿轮(52)，其内有一中心通孔(54)，该孔与输入轴(42)间有一极小径向间隙，以尽可能减小分割齿轮的倾斜度；一个沿所述中心轴线(50)固定在输入轴(42)一端的心轴(62)；一个围绕所述心轴(62)的盖齿轮(74)；及一个置于盖齿轮内用于将盖齿轮可转动地安装在心轴(62)上、同时尽可能减小盖齿轮倾斜的滚针轴承装置(76)。
8.如权利要求7所述的变速装置，其特征在于所述输入轴(42)和心轴(62)有一个中心通孔(66)，所述装置还包括一个穿过输入轴(42)及心轴(62)上的中心孔(66)以将心轴(62)固定在输入轴(42)上的连接螺栓(64)。
9.如权利要求8所述的变速装置，其特征在于所述连接螺栓(64)有一直径减小段，以便于形成油沿螺栓(64)流动的通道。
10.如权利要求7所述的变速装置，其特征在于所述输入轴(42)在所述输入轴端做出一个心轴腔(55)，以接受所述心轴(62)。
11.如权利要求8所述的变速装置，其特征在于所述心轴腔(55)具有锥形侧壁，而所述心轴具有一与所述锥形侧壁相配合的锥形头部。
12.如权利要求7所述的变速装置，还包括一个位于所述输入轴(42)之上并置于分割齿轮(52)及盖齿轮(74)之间的同步器(78)，用于有选择地将分割齿轮或盖齿轮与输入轴啮合。
13.一种可以减少齿轮滑移的改进的复合式变速装置，包括一根沿中心轴线(50)布置的输入轴(42)、一根基本上沿该中心轴线(50)布置的滑动主轴、一个紧靠该主轴的辅助部分及至少一根与中心轴线平行且相间的副轴，所述副轴用于将输入轴扭矩传给主轴，并使“动力输出”(PTO)工作容易进行，改进之处在于一个设置在输入轴(42)上的分割齿轮(52)，其内有一中心通孔(54)，该孔与输入轴间有一极小的径向间隙，以尽可能减小分割齿轮(52)的倾斜度；所述输入轴(42)沿所述中心轴线(50)有一中心通孔(66)，并有一后端，在该后端沿所述中心轴线(50)加工出一个锥形心轴腔(55)；心轴(62)插入所述心轴腔(55)内，该心轴沿所述中心轴线(50)有一与所述中心通孔(66)相通的连接孔；连接螺栓(64)穿过所述中心孔(66)，并进一步穿过所述心轴(62)上的连接孔，将所述心轴(62)紧固在所述输入轴(42)上；及一个可转动地安装在心轴(62)上的盖齿轮(74)；一个置于盖齿轮(74)内的滚针轴承装置(76)，用于将所述盖齿轮(74)可转动地安置在所述心轴(62)上，同时尽可能减小齿轮倾斜；安置在所述盖齿轮(74)两侧的止推轴承(80、82)；和一个位于所述输入轴(42)之上并置于分割齿轮(52)及盖齿轮(74)之间，用于有选择地将分割齿轮或盖齿轮与输入轴(42)啮合的同步器(86)。
全文摘要
本发明提供了一种改进的复合式变速装置的设计,该装置用于减少齿轮滑移,尤其是在PTO工作期间,减少齿轮滑移。在此设计中,一根心轴(62)紧固在输入轴(42)上,一个盖齿轮/第四齿轮(74)通过一个全套的滚针轴承(76)可转动地装在心轴(62)上。一个分割齿轮(52)可转动地装在所述输入轴(42)上,在保持两副轴间扭矩基本平衡的同时,该齿轮与输入轴(42)之间应有一足够(小)的径向自由度,以尽可能减小齿轮(52)的倾斜度。这种结构可以保持盖齿轮/第四齿轮(74)和分割齿轮(52)相对于同步离合器(78)的平行度的一致性从而防止齿轮滑移。
文档编号F16H3/091GK1174302SQ97114940
公开日1998年2月25日 申请日期1997年6月19日 优先权日1996年6月19日
发明者B·J·杜森 申请人:易通公司