一种错分式花键换挡机构及消防车取力分动箱的制作方法

1.本发明属于机械传动领域，尤其是一种错分式花键换挡机构及消防车取力分动箱。


背景技术：

2.消防车取力分动箱是单发动机消防工程车的动力传递装置，安装在车辆的变速箱和驱动后桥之间，前侧与变速箱的输出端相连接，后侧与驱动桥后桥的输入端相连接，取力分动箱的工作用途是将发动机经过变速箱输出的动力分配给后轴实现走行功能，也可以将动力分配给水泵实现消防作业功能(停车作业)。
3.现有的取力分动箱的啮合套拨叉换挡机构采用常见的花键联接方式实现输入齿轮、啮合套、前侧输入轴、后侧输入轴之间的互相联接。但是，因为车辆的安装空间有限，取力分动箱的箱体轴向结构紧凑，因而输入齿轮与啮合套之间的花键联接配合长度偏短，在消防作业换挡时，配合长度偏短引起的齿面压应力过大的问题会导致花键齿面无法长期无磨损工作，影响分动箱的换挡使用寿命。因此，对其输入齿轮以及啮合套花键联接的结构做出改进，使得在有限的轴向空间、较短的换挡距离实现较长的花键配合键长，改善花键强度、降低长期工作时的齿面磨损程度。


技术实现要素：

4.为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种错分式花键换挡机构及消防车取力分动箱，以解决背景技术所涉及的问题。
5.本发明提供一种错分式花键换挡机构及消防车取力分动箱，包括：
6.第一输入轴；
7.第二输入轴，与所述第一输入轴同轴设置，并与第一输入轴间隙配合；所述第一输入轴和第二输入轴在其连接处的周向上均设置有第一外花键；
8.啮合套，包括套装在所述第一输入轴和第二输入轴连接处的套筒，设置在所述套筒内部、与所述第一外花键相配合实现套筒与所述第一输入轴、所述第二输入轴相联接的第一内花键，设置在所述套筒外部的第二外花键，以及设置在所述第二外花键的键宽中点位置或近似为中点位置、并将所述第二外花键分割形成至少两段花键齿的第一沟槽；
9.输入齿轮，完全套装或部分套装在所述啮合套外部，并在输入齿轮的内部与所述啮合套相连接处设置有与所述第二外花键相配合的第二内花键，在第二内花键的键宽中点位置或近似中点位置设置有第二沟槽，并将所述第二内花键分割形成至少两段花键齿；
10.其中，所述啮合套可沿着所述第一输入轴和第二输入轴的轴向移动，使得嵌合套在第一状态或第二状态之间切换；所述第一状态为第一输入轴和第二输入轴的传动连接；第二状态为第一输入轴和输入齿轮之间的传动连接。
11.优选地或可选地，所述第一状态为：所述第一输入轴和第二输入轴的第一外花键嵌合于所述第一输入轴和第二输入轴上的第一内花键，且第二外花键的花键齿容纳于所述
第二沟槽内、第二内花键的花键齿容纳于所述第一沟槽内。
12.优选地或可选地，所述第二状态为：所述第二输入轴的第一外花键脱离于所述第二输入轴上的第一内花键，所述第二外花键与所述第二内花键相嵌合。
13.优选地或可选地，所述第二内花键与所述第二外花键的总键长相等。
14.优选地或可选地，所述第一沟槽与所述第二沟槽的宽度相等，所述第一沟槽的宽度值不小于三分之一的第二外花键的键宽总长；所述第二沟槽的宽度值不小于三分之一的第二内花键的键宽总长。
15.优选地或可选地，所述第一沟槽的深度大于第二外花键的花键齿的高度；
16.所述第二沟槽的深度大于第二内花键的花键齿的高度。
17.优选地或可选地，所述第一沟槽两侧面在靠近第二外花键的两个花键齿端面上形成10～20度的倒角，倒角高度为1.25倍的第二外花键的模数；
18.所述第二沟槽两侧面在靠近第二内花键的两个花键齿端面上形成10～20度的倒角，倒角高度为1.25倍的第二内花键的模数。
19.优选地或可选地，所述输入齿轮的一侧通过轴承套装在所述第一输入轴外部，另一侧套装在所述啮合套外部。
20.本发明还提供一种消防车取力分动箱，包括：
21.箱体；
22.输入轴系，具有所述的错分式花键换挡机构的结构，其中，第一输入轴、第二输入轴均通过轴承转动安装在所述箱体内部，所述第一输入轴与发动机后的变速箱输出端传动连接；所述第二输入轴与消防车后轴传动连接；换档机构与啮合套相连接，适于驱动所述啮合套沿着所述第一输入轴和第二输入轴的轴向移动；
23.中间轴系，其输入端与第一输入轴系的输入齿轮传动连接；
24.输出轴系，包括与所述中间轴系的输出端传动连接的输出齿轮，与消防车辆内水泵传动连接的输出轴，以及控制输出齿轮与输出轴的联接与脱离的离合器。
25.优选地或可选地，所述啮合套靠近箱体与所述第二输入轴相连接的轴承端面的一侧形成环套，其环套的内孔直径大于靠近该啮合套一侧的箱体轴承座的外径；
26.并在所述环套的周向上设置有连接件，所述连接件适于与气动式拨叉换档机构的输出端相连接。
27.本发明涉及一种错分式花键换挡机构及消防车取力分动箱，相较于现有技术，具有如下有益效果：本发明中的错分式花键换挡机构与现有的花键啮合套换挡机构相比，具有换挡距离相等的情况下花键配合长度更长或保持花键联接长度不变而缩短其换挡行程的特点，因此该换挡机构在消防车取力分动箱内部的应用能起到增强消防工况下输入齿轮与啮合套的花键联接强度、减轻花键齿面磨损、提高啮合套换挡机构寿命或者减小换挡行程，优化分动箱轴向尺寸的作用。
附图说明
28.图1是现有消防车取力分动箱的结构示意图。
29.图2是现有普通花键啮合套换挡机构在消防作业时的结构示意图。
30.图3是现有普通花键啮合套换挡机构在行走作业时的结构示意图。
31.图4是本发明中消防车取力分动箱的结构示意图。
32.图5是本发明中错分式花键啮合套换挡机构在消防作业时的结构示意图。
33.图6是本发明中错分式花键啮合套换挡机构在行走作业时的结构示意图。
34.图7是本发明中啮合套的结构示意图。
35.图8是本发明中啮合套中错分式外花键的局部放大图。
36.图9是本发明中输入齿轮的结构示意图。
37.图10是本发明中输入齿轮中错分式内花键的局部放大图。
38.附图标记为：1、输入轴系；1-1、输入齿轮(普通花键)；1-2、啮合套(普通花键)；1-3、前侧输入轴；1-4、后侧输入轴；2、中间轴系；3、输出轴系；3-1、输出轴；3-2、输出齿轮；3-3、离合器；4、箱体；5、气动式拨叉换档机构；6、润滑管路；7、输入轴系；7-1、输入齿轮(错分花键)；7-2、啮合套(错分花键)；7-3、第一输入轴；7-4、第二输入轴；7-3-1、第一外花键；7-2-1、套筒；7-2-2、第一内花键；7-2-3、第二外花键；7-2-4、第一沟槽；7-2-5、环套；7-2-6、连接件；7-1-1、第二内花键；7-1-2、第二沟槽。
具体实施方式
39.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
40.参阅附图1至3，现有的取力分动箱的啮合套拨叉换挡机构采用常见的花键联接方式实现输入齿轮1-1、啮合套1-2、前侧输入轴1-3、后侧输入轴1-4之间的互相联接。但是，因为车辆的安装空间有限，取力分动箱的箱体轴向结构紧凑，因而输入齿轮1-1与啮合套1-2之间的花键联接配合长度偏短，在消防作业换挡时，配合长度偏短引起的齿面压应力过大的问题会导致花键齿面无法长期无磨损工作，影响分动箱的换挡使用寿命。因此，对其输入齿轮1-1以及啮合套1-2花键联接的结构做出改进，使得在有限的轴向空间、较短的换挡距离实现较长的花键配合键长，改善花键强度、降低长期工作时的齿面磨损程度。
41.本发明提出了一种错分式花键换挡机构，其啮合套7-2与输入齿轮7-1采用错分式花键啮合，其内外花键等长，且在各自的键宽中间位置设置有一个宽度相等且宽度值不少于三分之一的键宽总长的沟槽。当消防车在走行作业时，取力分动箱输入轴系7的输入齿轮7-1与啮合套7-2的花键齿错开，且齿部正好被对方的沟槽包容，使得输入齿轮7-1与啮合套7-2脱离。这种结构与常见的啮合套1-2花键联接相比，具有换挡距离相等的情况下花键配合长度更长、结构紧凑的优点，也适用于对换挡距离有限制的齿轮传动机构。
42.下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
43.实施例1
44.参阅附图4至10，一种错分式花键换挡机构，包括：输入齿轮7-1、啮合套7-2、第一输入轴7-3、第二输入轴7-4。
45.第二输入轴7-4与所述第一输入轴7-3同轴设置，并与第一输入轴7-3间隙配合，当然对于本领域技术人员而言，可以理解的是，错分式花键换挡机构还包括若干支撑架，所述
第一输入轴7-3、第二输入轴7-4通过若干支撑架进行固定，以实现同轴设置。在本实施例中，所述第一输入轴7-3、第二输入轴7-4通过轴承转动安装在箱体4上。在所述第一输入轴7-3和第二输入轴7-4在其连接处的周向上均设置有第一外花键7-3-1。
46.啮合套7-2包括套装在所述第一输入轴7-3和第二输入轴7-4连接处的套筒7-2-1，设置在所述套筒7-2-1内部、与所述第一外花键7-3-1相配合实现套筒7-2-1与所述第一输入轴7-3、所述第二输入轴7-4相联接的第一内花键7-2-2，设置在所述套筒7-2-1外部的第二外花键7-2-3，以及设置在所述第二外花键7-2-3的键宽中点位置或近似为中点位置、并将所述第二外花键7-2-3分割形成至少两段花键齿的第一沟槽7-2-4。
47.输入齿轮7-1完全套装或部分套装在所述啮合套7-2外部，在本实例中，所述输入齿轮7-1的一侧通过轴承套装在所述第一输入轴7-3外部，另一侧套装在所述啮合套7-2外部。并在输入齿轮7-1的内部与所述啮合套7-2相连接处设置有与所述第二外花键7-2-3相配合的第二内花键7-1-1，在第二内花键7-1-1的键宽中点位置或近似中点位置设置有第二沟槽7-1-2，并将所述第二内花键7-1-1分割形成至少两段花键齿。
48.在进一步实施例中，所述第二内花键7-1-1与所述第二外花键7-2-3的总键长相等。所述第一沟槽7-2-4与所述第二沟槽7-1-2的宽度相等，所述第一沟槽7-2-4的宽度值不小于三分之一的第二外花键7-2-3的键宽总长；所述第二沟槽7-1-2的宽度值不小于三分之一的第二内花键7-1-1的键宽总长。所述第一沟槽7-2-4的深度大于第二外花键7-2-3的花键齿的高度；所述第二沟槽7-1-2的深度大于第二内花键7-1-1的花键齿的高度。当第一输入轴7-3和第二输入轴7-4的传动连接时，保证第二外花键7-2-3的花键齿可以完全容纳于所述第二沟槽7-1-2内，第二内花键7-1-1的花键齿可以容纳于所述第一沟槽7-2-4内，避免第二外花键7-2-3、第二内花键7-1-1之间发生干涉。
49.同时，所述第一沟槽7-2-4两侧面在靠近第二外花键7-2-3的两个花键齿端面上形成10～20度的倒角，进一步优选地，所述倒角为15度；倒角高度为1.25倍的第二外花键7-2-3的模数；所述第二沟槽7-1-2两侧面在靠近第二内花键7-1-1的两个花键齿端面上形成10～20度的倒角，进一步优选地，所述倒角为15度；倒角高度为1.25倍的第二内花键7-1-1的模数。即可保证倒角高度值与倒角角度的正切值的乘积不小于0.5毫米，在花键齿错开时，留出内、外花键齿之间的端面间隙，以此避免在第二内花键7-1-1、第二外花键7-2-3齿错开脱离时出现齿部干涉的问题。
50.为了方便理解错分式花键换挡机构及消防车取力分动箱的技术方案，对其工作原理做出简要说明：所述啮合套7-2可沿着所述第一输入轴7-3和第二输入轴7-4的轴向移动，使得嵌合套在第一状态或第二状态之间切换；所述第一状态为第一输入轴7-3和第二输入轴7-4的传动连接；具体地，所述第一状态为：所述第一输入轴7-3和第二输入轴7-4的第一外花键7-3-1嵌合于所述第一内花键7-2-2，且第二外花键7-2-3的花键齿容纳于所述第二沟槽7-1-2内、第二内花键7-1-1的花键齿容纳于所述第一沟槽7-2-4内，实现啮合套7-2内部联接于所述第一输入轴7-3和所述第二输入轴7-4，且所述啮合套7-2外部脱离于所述输入齿轮7-1。第二状态为第一输入轴7-3和输入齿轮7-1之间的传动连接；具体地，所述第二状态为：所述第二输入轴7-4的第一外花键7-3-1脱离于所述第一内花键7-2-2，所述第二外花键7-2-3与所述第二内花键7-1-1相嵌合，实现所述啮合套7-2内部联接于所述第一输入轴7-3、脱离于所述第二输入轴7-4，所述啮合套7-2外部联接于所述输入齿轮7-1。
51.实施例2
52.参阅附图4至10，本实施例提成了一种消防车取力分动箱，包括：箱体4、输入轴系7、中间轴系2、输出轴系3、及润滑管路附件6。
53.其中，输入轴系7具有实施例1所述的错分式花键换挡机构的结构，其中，第一输入轴7-3、第二输入轴7-4均通过轴承转动安装在所述箱体4内部，所述第一输入轴7-3与发动机后的变速箱输出端传动连接；所述第二输入轴7-4与消防车后轴传动连接；换档机构与啮合套7-2相连接，适于驱动所述啮合套7-2沿着所述第一输入轴7-3和第二输入轴7-4的轴向移动；中间轴系2为若干个传动齿轮，其中所述传动齿轮的输入端与输入轴系7的输入齿轮7-1传动连接；输出轴系3包括与所述中间轴系2的输出端传动连接的输出齿轮3-2，与消防车辆内水泵传动连接的输出轴3-1，以及控制输出齿轮3-2与输出轴3-1的联接与脱离的离合器3-3，所述离合器3-3可以为湿式摩擦离合器。
54.如图6所示，在消防车处于走行工况时，啮合套7-2的第二外花键7-2-3与输入齿轮7-1的第二内花键7-1-1错开位置，使得啮合套7-2的第二外花键7-2-3靠近输入齿轮7-1一侧的花键齿部被输入齿轮7-1的第二内花键7-1-1的第二沟槽7-1-2完全包容，而输入齿轮7-1远离轮齿一侧的第二内花键7-1-1齿被啮合套7-2的第二外花键7-2-3的第一沟槽7-2-4完全包容。由此，输入齿轮7-1与啮合套7-2完全脱离，而啮合套7-2的第一内花键7-2-2同时与第一输入轴7-3的第一外花键7-3-1以及第二输入轴7-4的第一外花键7-3-1联接，因而第一输入轴7-3和第二输入轴7-4联接为一个整体，分动箱将发动机后的变速箱输出端传递的功率通过分动箱的输入轴系7全部传递给车辆后轴，满足消防车的走行工况要求。
55.如图5所示，所述消防车处于消防工况时，啮合套7-2的第二外花键7-2-3与输入齿轮7-1的第二内花键7-1-1的完全联接。同时啮合套7-2的第一内花键7-2-2仅与第一输入轴7-3的第一外花键7-3-1联接，和第二输入轴7-4的第一外花键7-3-1处于脱开状态。因此，输入齿轮7-1、啮合套7-2和第一输入轴7-3成为一个整体。此外，分动箱上部的湿式摩擦片式离合器3-3接合使得输出齿轮3-2和输出轴3-1成为一个整体。由此，分动箱将发动机后的变速箱输出端传递的功率从分动箱的第一输入轴7-3通过三齿轮传递，最终由输出轴3-1输出给水泵，实现车辆静止状态下的消防作业工况要求。
56.在进一步实施例中，所述啮合套7-2靠近箱体4与所述第二输入轴7-4相连接的轴承端面的一侧形成环套7-2-5，其环套7-2-5的内孔直径大于靠近该啮合套7-2一侧的箱体4轴承座的外径；并在所述环套的周向上设置有连接件7-2-6，所述连接件7-2-6适于与气动式拨叉换档机构5的输出端相连接。当啮合套7-2的第二外花键7-2-3与输入齿轮7-1的第二内花键7-1-1完全脱开后啮合套7-2的环套结构会将箱体4内的轴承座外圆柱面完全包容，防止干涉。
57.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。