一种机械式刚柔换挡装置的制作方法

本发明属于汽车动力系统技术领域，具体涉及一种机械式刚柔换挡装置。

背景技术：

目前汽车的换挡装置主要采用离合器和同步器组合使用的结构，而离合器主要有摩擦式离合器、液力变矩器(液力偶合器)、电磁离合器等几种。其中摩擦式离合器使用较为广泛，但由于摩擦式离合器主要通过摩擦片之间的摩擦力来传递扭矩，导致其存在摩擦片损耗大、传递扭矩受限等问题。而且，在汽车换挡过程中离合器的通断时间会影响驾驶顿挫感。因此，本发明提出了一种机械式刚柔换挡装置，通过两个并联式离合器或一个串联式双离合器实现无动力中断换挡，换挡的动力源由功率为170w的直流电机提供，通过齿轮带动螺杆上螺母的轴向移动，进而改变离合器内弹簧形变量，实现两段式刚柔传递扭矩过程，其中摩擦片起到柔性传递转矩作用，花键起到刚性传递扭矩作用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机械式刚柔换挡装置，该装置可实现大扭矩的传递和换挡的无动力中断。

本发明目的采用如下技术方案实现：

一种机械式刚柔换挡装置，包括：双联齿轮1、离合器壳体2、摩擦片3、齿形垫片4、弹簧5、花键座6、推柱座7、螺母8、换挡直流电机9、花键轴10、双联齿轮11、一体式螺杆齿轮12、一体式螺杆齿轮13、一体式螺杆齿轮14。

所述双联齿轮1和双联齿轮11一侧与齿轮啮合，另一侧与摩擦片3啮合，并设有内渐开线花键，离合器壳体2内侧有齿形凹槽，中间突出部位外壁设有矩形花键，并设有内渐开线花键。

所述花键座6外壁设有外渐开线花键，被推柱座7轴向推动后与双联齿轮1或者双联齿轮11内渐开线花键啮合，内壁设有矩形花键，始终与离合器壳体2啮合。

所述推柱座7为空心环柱，环上立有6个圆形推柱；所述一体式螺杆齿轮12、一体式螺杆齿轮13和一体式螺杆齿轮14齿轮部分与换挡直流电机9输出轴上齿轮啮合，丝杆部分与螺母8螺旋结合。

进一步，换挡直流电机9启动后通过齿轮啮合带动一体式螺杆齿轮12，或者一体式螺杆齿轮13与一体式螺杆齿轮14旋转，从而带动螺母8产生轴向移动，并通过推柱座7压缩弹簧5，摩擦片3被压紧后产生摩擦力，从而起到柔性传递转矩的作用。

进一步推柱座7轴向移动达到一定距离后，花键座6外壁的外渐开线花键与双联齿轮1或者双联齿轮11内渐开线花键接触，从而通过花键进行刚性传递动力。

本发明具有如下优点和积极效果：

(1)该装置通过机械式控制、刚柔结合传递动力，使得结合过程平稳无冲击，且换挡动力不中断，体积小。

(2)利用花键实现大扭矩的传递，使离合器整体传递的扭矩增大，避免了摩擦片传递大扭矩时的摩擦损耗，传递效率高，离合器摩擦片工作在瞬间轻载的条件下，使其磨损较小，增加了离合器的工作寿命。

(3)利用丝杆螺母的自锁特性，当花键座达到设定的轴向位移后可以关闭换挡直流电机，但不影响动力传递，降低了换挡电机的工作时长，延长了其使用寿命。

(4)利用旋向相反可以达到换挡直流电机“一控二”的效果，既实现了档位间的互锁，避免档位干涉现象，又节省了换挡电机个数，经济节约。

(5)离合器采用摩擦片柔性结合的方式，可吸收换挡瞬时冲击力对变速箱箱体的冲击破坏。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为串联结构机械式刚柔换挡装置；

图2为并联结构机械式刚柔换挡装置；

图3为花键座示意图；

图4为推柱座示意图；

图5为离合器外壳示意图；

图中：双联齿轮(1)、离合器壳体(2)、摩擦片(3)、齿形垫片(4)、弹簧(5)、花键座(6)、推柱座(7)、螺母(8)、换挡直流电机(9)、花键轴(10)、双联齿轮(11)、一体式螺杆齿轮(12)、一体式螺杆齿轮(13)、一体式螺杆齿轮(14)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

一种机械式柔性换挡装置，包括两种结构形式：串联式和并联式。

(1)串联结构形式

串联机械式柔性换挡装置包括：双联齿轮1，离合器壳体2，摩擦片3，齿型垫片4，弹簧5，花键座6，推柱座7，螺母8，换挡直流电机9，花键轴10，双联齿轮11，一体式螺杆齿轮12。

所述双联齿轮1和双联齿轮11一侧与齿轮啮合，另一侧与摩擦片3啮合，并设有内渐开线花键。离合器壳体2内侧有齿形凹槽，中间突出部位外壁设有矩形花键，并设有内渐开线花键。

所述花键座6外壁设有外渐开线花键，被推柱座7轴向推动后与双联齿轮1或者双联齿轮11花键啮合。花键座6内壁设有矩形花键，始终与离合器壳体2矩形花键啮合。

所述推柱座7为空心环柱，环上立有6个圆形推柱；所述一体式螺杆齿轮12齿轮部分与换挡直流电机9输出轴上齿轮啮合，丝杆部分与螺母8螺旋结合，且两处螺纹旋向相同。

进一步，当换挡直流电机9以某一旋向旋转时，以齿轮啮合传动关系带动一体式螺杆齿轮12旋转，此时螺母8由于一体式螺杆齿轮12的旋转，通过螺旋传动关系，沿着花键轴10的轴向产生平移运动。

进一步，螺母8的平移运动一方面推动一体式螺杆齿轮12一侧的推柱座7向着离合器壳体运动，使得弹簧5压紧，进而压紧摩擦片3与齿型垫片4，该侧的双联齿轮开始通过摩擦片3传递低扭矩给离合器壳体2，离合器壳体2通过渐开线花键传递扭矩给花键轴10输出低扭矩。当螺母8继续平移时，会推动花键座6的外渐开线花键与该侧双联齿轮内渐开线花键进入啮合关系。此时双联齿轮通过花键刚性传递大扭矩给花键座6，花键座6通过矩形花键传递扭矩给离合器壳体2，再由离合器壳体传递扭矩给花键轴10输出大扭矩；另一方面一体式螺杆齿轮12另一侧的推柱座7在弹簧5恢复力的作用下远离壳体运动，使得该侧的花键座6上外渐开线花键与该侧双联齿轮内渐开线花键处于脱离啮合状态，并且摩擦片3与齿型垫片4处于未压紧状态，该侧双联齿轮不能传递扭矩给花键轴10。

进一步，当换挡直流电机9以相反的旋向旋转时，使得一体式螺杆齿轮12两侧的螺母、推柱座、花键座、弹簧、离合器壳体、摩擦片、齿型垫片与双联齿轮等，交换相对运动、啮合或压紧等运动或者接触关系，实现换挡，并且挡位具有互锁关系。

(2)并联结构形式

并联机械式柔性换挡装置包括：双联齿轮1，离合器壳体2，摩擦片3，齿型垫片4，弹簧5，花键座6，推柱座7，螺母8，换挡直流电机9，花键轴10，双联齿轮11，一体式螺杆齿轮13，一体式螺杆齿轮14。

所述双联齿轮1和双联齿轮11一侧与齿轮啮合，另一侧与摩擦片3啮合，并设有内渐开线花键。离合器壳体2内侧有齿形凹槽，中间突出部位外壁设有矩形花键，并设有内渐开线花键。

所述花键座6外壁设有外渐开线花键，被推柱座7轴向推动后与双联齿轮1或者双联齿轮11花键啮合。花键座6内壁设有矩形花键，始终与离合器壳体2啮合。

所述推柱座7为空心环柱，环上立有6个圆形推柱；所述一体式螺杆齿轮13、一体式螺杆齿轮14齿轮部分与换挡直流电机9输出轴上齿轮啮合，丝杆部分与螺母8螺旋结合。

进一步，当换挡直流电机9沿着某一旋向旋转时，通过齿轮传动关系带动一体式螺杆齿轮13、一体式螺杆齿轮14旋转，且两个一体式螺杆齿轮旋转方向相同。由于两个一体式螺杆齿轮上螺纹旋向相反，使得两个螺母8一个靠近离合器壳体2另一个远离离合器壳体2。

进一步，运动方向靠近离合器壳体2的螺母，推动推柱座7向离合器壳体2运动，推柱座7推动花键座6压紧弹簧5，弹簧5压紧摩擦片3和齿型垫片4。此时，该侧双联齿轮通过摩擦片3传递扭矩给离合器壳体2，离合器壳体2通过渐开线花键传递扭矩给该侧花键轴10，输出低扭矩。当该螺母继续靠近离合器壳体2运动，推动花键座6的外渐开线花键与双联齿轮的内花键啮合。此时，双联齿轮通过花键传递大扭矩给花键座6，花键座6通过矩形键传递扭矩给离合器壳体2，再由离合器壳体2通过渐开线花键传递扭矩给该侧花键轴输出。另一方面，运动方向远离离合器壳体2的螺母，使得该侧弹簧5由于恢复力推动花键座6远离壳体运动，花键座的外渐开线花键与双联齿轮的内渐开线花键处于脱离啮合的状态，并且摩擦片3和齿型垫片4不再压紧，该侧双联齿轮无法输入扭矩给花键轴。

进一步，当换挡直流电机9反向旋转时，电机左右两侧的运动部件交换运动位置关系，使得原本输出扭矩的花键轴不再输出扭矩而另一侧的花键轴可以输出扭矩，实现换挡以及挡位互锁。

本发明提供的一种机械式柔性换挡装置，其工作原理为：

换挡直流电机通过齿轮传动驱动一体式螺杆齿轮旋转，一体式螺杆齿轮带动两个螺母平移运动。在并联式结构中，两个螺母由于螺纹旋向相反而反向运动；在串联式结构中，两个螺母由于螺纹旋向相同而同向运动。由于两螺母与壳体的运动位置关系相反，一侧的摩擦片与齿型垫片被压紧而另一侧放松。螺母进一步运动，使得两侧的花键座外渐开线花键与双联齿轮的内渐开线花键一个啮合另一个脱离。摩擦片与齿型垫片，内外花键的不同运动关系，使得一个双联齿轮能够输入扭矩而另一个不能输入扭矩，以此实现换挡并且挡位互锁的功能。在并联式结构中，换挡时扭矩通过不同花键轴输出，而在串联式结构中，换挡时扭矩通过同一个花键轴输出。