专利名称：防止复合传动装置中齿轮跳齿的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及车用复合传动装置，特别是涉及在复合传动装置的“动力分出”(PTO)工作期间防止齿轮跳齿的装置。
变换齿轮的复合传动装置通常与重型车辆相关，例如大型卡车，拖拉机/半自动拖车等。复合传动装置包括相互串联的主传动部分和副传动部分，它所提供的可用传动比的总数等于主部传动比与副部传动比两者的乘积。例如，一个变换齿轮的复合传动装置，包括一个4速的主传动部分，以及与之串联的一个4速的副传动部分，该装置将能提供16个可用传动比(4×4＝16)。
动力从发动机传出，经过主离合器和输入轴传入传动装置。在“富勒(Fuller)”型传动装置中，有一个通过花键连接在输入轴上的齿轮(即所谓的“前置齿轮”)，它与在其周向上呈180°间隔布置的两个副轴齿轮保持常啮合。扭矩便传至副轴齿轮，然后传过副轴。副轴通常带有一些与主轴齿轮相啮合的副轴齿轮。主轴齿轮设置在输入轴的轴线上，并可在浮动的主轴上自由浮动。在主轴和主轴齿轮之间设有离合器，以提供一系列的速比。通过离合器从其空档位置向啮合位置的移动，扭矩从副轴传至主轴齿轮，再经过离合器传至主轴。这种方式使输入扭矩在诸副轴之间等量分流，然后再以等量分流的方式将齿轮传动扭矩返回至主轴齿轮。
为了使扭矩有效地和等量地分流，重要的是要使主轴，各主轴齿轮和各离合器都能够浮动到设定的对中位置。由于在齿轮轮齿处产生的径向力和切向力分别是等值的和方向相反的，因而可相互抵消，因此就不必象在单副轴传动装置中的通常作法那样，将主轴齿轮和主轴牢牢地固定。实际上，由于不可能制造出理想的齿轮传动系统，即不可能达到无公差的绝对尺寸，因此，将主轴齿轮/输入轴齿轮固定就可能是有害的，会产生不平衡扭矩。制造公差会导致主轴齿轮和输入轴齿轮的轮齿在其一侧上较之另一侧受到较重的载荷，因此使得某一副轴上的齿轮较其它副轴的齿轮受载较重。更进一步，这可能导致齿轮倾斜，以及在个别情况下，导致正常传动条件时的齿轮跳齿。
在一个单副轴的中型传动装置中，扭矩通过输入轴和前置齿轮供入到传动装置中，从前置齿轮传至相啮合的副轴齿轮，再传至单副轴。在这种情况下，主轴由具有限小径向间隙的轴承简单地支承。主轴齿轮与装在滚针轴承上的主轴保持同心。这点是必需的，因为在两个啮合齿轮之间产生了很大的切向力和径向力，这些力必须由装在传动装置壳体中的滚动元件来平衡。
复合传动装置有时工作在“动力分出”(PTO)状态，此时，扭短从一个副轴传至某一辅助装置，例如传至一个泵，或者使车底升降机工作的一个连接装置等。传统的富勒型双副轴传动装置中的前置齿轮以很小的径向浮动量用花键连接到输入轴上，并且当传动装置自前部副轴进行动力分出(PTO)时，该装置便工作在单副轴方式。前置齿轮或主轴齿轮不连接到主轴上，因而没有扭矩分流。前置齿轮只从一个副轴传递扭短。由于前置齿轮不与离合器连接，因此就不会有任何的齿轮跳齿。很小的径向间隙保证了前置齿轮与输入轴同轴运行，以及很大的传动花键其强度足以承受“动力分出”工作期间的循环载荷。
在某些设计中，设有分流齿轮。这样，通常由花键安装在输入轴上的前置齿轮就可以自由转动和浮动，并且承担低载分流的功能(在超速传动装置中)，以及承担第四齿轮的功能。该前置齿轮安装在拧入主轴中的一个芯轴上。前置齿轮的孔具有与芯轴相适应的间隙，使得齿轮在正常的传动条件下能够浮动，以保证平衡的扭矩分流。该齿轮还由圆柱滚子推力轴承进行轴向支承。推力轴承用来抵消在正常工作时由于螺旋齿轮传动而产生的不平衡的轴向推力。这些轴向推力是当选定低载分流齿轮时(即选定该齿轮作为主动齿轮时)，随着前置齿轮与芯轴之间的转差而产生的，因此就需要有推力轴承。然后一个分流齿轮被安装在输入轴上，通过一个相对于输入轴具有普通间隙的孔而安置在前置齿轮/第四齿轮的前面，该分流齿轮承担高载分流的功能。然后，通过一个以花键安装在输入轴上并可沿花键自由滑动以提供离合功能的分流离合器，即可对这两个齿轮加以选择。
对于正常的传动条件，这一设计是可行的。然而，当这两个齿轮用于动力分出作业时，离合器就有可能发生跳齿啮合。实质上，无论是在高载分流或低载分流时，产生这种跳齿状况的原因是由于传动装置被用作单副轴的传动装置而在传动齿轮中又没有轴承。
跳齿可归因于所选定的分流齿轮或前置齿轮、分流离合器以及装有齿轮的轴相互之间的不平行和对中不当。于是齿轮发生径向位移，在高载分流时占据了齿轮孔与轴之间的间隙；以及类似地，在低载分流时占据了同样的上述间隙，而且还额外地占据了由主轴与芯轴之间的浮动性所提供的间隙。这就导致了倾斜作用。
对分流齿轮和前置/第四齿轮来说，需要它们能够提供扭矩分流的选择性，同时还能提供动力分出作业。这就需要有齿轮浮动以平衡扭矩分流。然而，遗憾的是，这种浮动造成了更大的齿轮倾斜，尤其是当动力分出作业时，这就增加了在分流离合器上发生齿轮跳齿的可能性。
因此就期望提供一种复合传动装置，其分流齿轮和前置/第四齿轮能够提供大致平衡的扭矩分流，以及能提供动力分出作业，在动力分出作业时不会增大发生齿轮跳齿的可能性。
本发明克服了现有技术的复合传动装置的上述缺陷，其途径是提供一种复合传动装置，它包括一个分流齿轮和一个前置/第四齿轮，两者都安装在输入轴上。为了减小分流齿轮的倾斜同时能够实现基本上平衡的扭矩分流，分流齿轮相对于输入轴具有0.005～0.020英寸的很小径向浮动量，以及为了减小前到第四齿轮的倾斜，前置/第四齿轮通过一对围绕着输入轴对置设置的圆锥滚子轴承安装在输入轴上。这样，防止了动力分出作业时的齿轮跳齿，以及实现了基本平衡的扭矩分流。
更具体地说，本发明提供了一种减少了齿轮跳齿的复合传动装置，包括一个沿中心轴线设置的输入轴，一个靠近输入轴的基本上沿所述中心轴线设置的浮动主轴，一个靠近主轴的副传动部分，以及与中心轴线平行和间隔开的至少一个副轴，所述副轴用以将输入轴的扭矩传至主轴和有助于进行力分出作业。该装置进一步包括一个安装在输入轴上的分流齿轮，它具有贯穿的中心孔，为了减小齿轮倾斜以及为平衡的载荷分流提供充分的径向间隙，中心孔相对于输入轴具有0.005～0.020英寸的很小径向间隙。一个带有离合花键的同步器围绕着输入轴设置在靠近分流齿轮处。一对对置的圆锥滚子轴承围绕着输入轴设置在靠近同步器处。一个前置齿轮转动地安装在这对对置的圆锥滚子轴承上以减小动力分出作业时该齿轮的倾斜。同步器的离合花键可有选择地与分流齿轮和前置齿轮其中之一相啮合，由此减小了动力分出作业期间任一齿轮相对于离合花键发生齿轮跳齿的可能性。
本发明还提供了在复合传动装置的动力分出作业期间消除齿轮跳齿的方法，该方法包括(1)在输入轴上设置一个分流齿轮，该齿轮相对于输入轴是有很小的径向间隙以减小该分流齿轮的倾斜；(2)在输入轴上设置一对对置的圆锥滚子轴承；以及(3)将一个前置齿轮安装在这对对置的圆锥滚子轴承上以减小该前置齿轮的倾斜。
因此，本发明的目的是提供一种复合传动装置，该装置在可获得的低载分流和高载分流作业时具有基本平衡的扭矩分流性能，同时在动力分出作业时可减小发生齿轮跳齿的可能性。
结合附图，通过下述对本发明最佳实施例的详细描述，本发明的上述以及其它的目的、特征和优点将愈加明显。
图1是现有技术的“富勒”型双副轴复合传动装置的垂直截面视图。
图2是本发明复合传动装置的放大的局部截面视图。
图3是图2所示装置的放大的截面视图。
图4是图2所示实施例中垫圈和前置齿轮的切出的截面图。
图5是图2所示实施例中垫圈、前置齿轮和定位螺钉的放大的局部切出的截面图。
图6是图2所示实施例中垫圈、前置齿轮和定位螺钉的放大的局部切出的截面图。
图7是图6所示装置的切出的俯视图。
图1表示现有技术的“富勒”型双副轴复合变速传动装置10的截面视图。这个典型的双副轴传动装置包括一个将扭矩从发动机送入传动装置中的输入轴12。输入轴12驱动前置齿轮14，该齿轮以花键安装在输入轴12上并且与相对的两个副轴齿轮16常啮合。副轴18包括一些副轴齿轮20，22，24，26和28，它们与相应的主轴齿轮21，23，25，27和29相互啮合。这些主轴齿轮沿着输入轴的轴线设置并可在浮动主轴30上自由地浮动。在主轴30和诸主轴齿轮之间设有一些离合器，以便提供一系列的速比。于是扭矩从主轴径过辅助传动齿轮32传入到副传动部分34中，并且最终经输出轴36传出。
如图2～图7所示，本发明提供了这样一种复合传动装置，其分流齿轮和前置/第四齿轮能提供基本上平衡的扭矩分流，同时还能提供动力分出作业，在动力分出作业时不会增大发生齿轮跳齿的可能性。
参照图2和图3，图中表示了根据本发明的一个复合变速传动装置40。装置40包括一个将扭矩传到该装置中的输入轴42。输入轴42通过隔套46支承在传动装置的壳体44中。隔套46通过输入轴承48相对于壳体44被转动地支承着。轴承48固定在套管50上。
输入轴42沿着中心轴线52设置。分流齿轮54设置在输入轴42上靠近隔套46处。分流齿轮具有贯穿的中心孔56，为了减小分流齿轮的倾斜，中心孔56相对于输入轴具有0.005～0.020英寸的很小径向间隙。当分流齿轮54工作在高载分流时，这一很小的径向间隙为在相对的两个副轴之间保持基本平衡的扭矩分流提供了充分的浮动量。这一径向间隙在相对的两个副轴之间提供了比例范围大致为40％-60％或60％-40％的扭短分流。这一扭矩差不会产生明显的平衡问题，这是因为在某一副轴上超出的扭矩可由传动装置中的轴承和支承结构予以平衡。为防止载荷分配或扭矩分流发生更大的不平衡，需要保持一个充分的径向间隙。
沿着输入轴42再往后，一个前置/第四齿轮58通过一对在输入轴上对置安装的圆锥滚子轴承60，62安装在输入轴42上。这两个对置的圆锥轴承60，62减小了前置/第四齿轮58的倾斜。
因此，当分流齿轮54或前置/第四齿轮58分别工作在动力分出作业的高载分流或低载分流时，本发明可以有效地减小这两个齿轮的倾斜，并保持它们相对于离合器的同心和平行。由于分流齿轮54和前置/第四齿轮相对于离合器保持同心和平行，这两个齿轮与花键套/离合器78之间就不易发生跳齿啮合。
分流齿轮54或前置/第四齿轮58可通过摩擦环同步器组件64有选择地与输入轴42相结合。这种类型的摩擦环同步器64在授予易通公司的美国专利US5,425,437中有充分的描述，该专利在此引作参考。尽管这是优选的同步器，但其它类型的同步器也同样适合于本发明。
同步器64包括一个安装在输入轴42的花键68上的固定套66。预载弹簧70将导销72和滚子74预压在滑套78中的环槽76上。借助于换档组件82的换挡拨叉80可以使滑套78滑动，以使离合器78有选择地与分流齿轮54或前置/第四齿轮58相啮合。分流齿轮54包括以花键相连接的同步突缘84，突缘84包括可与滑动离合器79相啮合的齿78。同样，前置/第四齿轮58也包括以花键相连接的同步突缘88，突缘88也包括可与滑动离合器78相啮合的齿90。同步环92，94可分别与同步突缘84，88摩擦结合，以便以摩擦方式使固定套66和分流齿轮54或前置/第四齿轮58之间的转速达到同步。同步环92，94还作为阻档块，以阻止滑套/离合器78朝着各同步突缘84，88移动，直到各同步突缘84，88达到与固定套66同步的转速，才允许离合器78与各同步突缘啮合。
如图2～6所示，滑套/离合器78朝着置/第四齿轮方向的滑动受到垫圈96和定位螺钉98的限制。在装配时，当滑套78就位后，可推动垫圈96越过前置齿轮的轮齿59，然后转动垫圈直到垫圈96上的两个径向孔100与两个定位螺钉98对齐。螺钉98被拧在前置/第四齿轮58中的螺钉孔102中。在这个位置时，如图5所示，垫圈96的花键104与前置/第四齿轮58的轮齿59相互对齐，以起到刚性阻挡块的作用。在这个位置时，可将一个适当的六角形扳手伸入到垫圈96上的径向进入孔106中，以便拧升定位螺钉98，直到螺钉98进到垫圈96中的螺钉座108中。这一结构缓解了许多传动装置所面临的问题，在这些装置中，由于振动和存在离心力，螺钉容易自行松动，脱开还可以会进入到啮合的轮齿处而造成损害，采用本发明的结构，定位螺钉98必须克服离心力而将自身拧入到齿轮58中，这是极不可能的。
尽管已对本发明的最佳实施例作了详细的描述，然而本发明领域的技术人员将会认识到，在所附权利要求书的范围内为实施本发明可以有各种的变型和修改。
权利要求
1.一种减少了齿轮跳齿的复合传动装置(40)，包括一个沿中心轴线(52)设置的输入轴(42)，一个靠近输入轴(42)的基本上沿所述中心轴线(52)设置的浮动主轴，一个靠近主轴的副传动部分，以及与中心轴线(52)平行和间隔开的至少一个副轴，所述副轴用以将输入轴的扭矩传至主轴和有助于进行动力分出作业，该装置还包括一个安装在输入轴(42)上的分流齿轮(54)，它具有贯穿的中心孔(56)，为减小分流齿轮的倾斜，中心孔相对于输入轴(42)具有很小的径向间隙；一个同步器(64)，它围绕着输入轴(42)设置在靠近分流齿轮(54)处并带有离合花键；一对对置的圆锥滚子轴承(60，62)，它们围绕着输入轴(42)设置在靠近上述同步器(64)处；一个前置齿轮(58)，它转动地安装在所述的一对对置的圆锥滚子轴承(60，62)上，以减小动力分出作业时该齿轮的倾斜；和其中，所述同步器的离合花键可以有选择地与分流齿轮(54)和前置齿轮(58)其中之一相啮合，减少了动力分出作业时上述任一齿轮相对于离合花键发生跳齿的可能性。
2，如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述的一对对置的圆锥滚2轴承中的一个轴承包括第一组支承滚子，它们的转动中心轴线共同确定了朝着第一方向的一个锥形开口，所述的一对对置的圆锥滚子轴承中的另一个轴承包括第二组支承滚子，它们的转动中心轴线共同确定了朝着第一方向相反方向的一个锥形开口。
3.如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述的同步器(64)由摩擦环同步器构成，包括分别安装在分流齿轮(54)和前置齿轮(58)上的第一和第二同步突缘(84，88)；可分别与第一和第二同步突缘(84，88)摩擦结合的第一和第二阻挡环(92，94)；安装在输入轴上的固定套(66)；以及所述离合花键可以轴向移动并可随固定套(66)一起转动，可以有选择地与分流齿轮(54)或前置齿轮(58)相啮合，另外还包括一个滑套(78)。
4.如权利要求3所述的传动装置，其特征在于，前置齿轮(58)包括成形在该齿轮中的定位螺钉孔，该装置进一步包括与定位螺钉孔相配合的定位螺钉(98)；以及围绕着前置齿轮(58)设置的阻挡垫圈(96)，该垫圈中具有与所述螺钉(98)相配合的孔，所述阻挡垫圈(96)还具有一些花键齿，用来与前置齿轮的齿相互对齐以实现刚性阻挡，所述阻挡垫圈可以与所述滑套(78)相接合，以限制滑套(78)的运动。
5.如权利要求4所述的传动装置，其特征在于，所述阻挡垫圈(96)包括用来接按所述螺钉的径向进入孔(100)，以及包括当螺钉(98)被拧升时用来容纳螺钉的螺钉座。
6.一种减少了齿轮跳齿的复合传动装置(40)，包括一个沿中心轴线(52)设置的输入轴(42)，一个基本上沿主轴设置的浮动主轴，一个靠近主轴的副传动部分，以及与中心轴线(52)平行和间隔开的至少一个副轴，所述副轴用以将输入轴的扭矩传至主轴和有助于进行“动力分出”(PTO)作业，该装置还包括一个围绕输入轴(42)安装的分流齿轮(54)，它具有贯穿的中心孔(56)，为减小该齿轮的倾斜，中心孔相对于输入轴具有很小的径向间隙；一个摩擦环同步器(64)，它围绕着输入轴(42)设置在靠近分流齿轮(54)处并带有离合花键；一对对置的圆锥滚子轴承(60，62)，它们围绕着输入轴(42)设置在靠近上述同步器(64)处；一个前置齿轮(58)，它转动地安装在所述的一对对置的圆锥滚子轴承(60，62)上，以减小动力分出作业时该齿轮的倾斜；和其中，所述同步器的离合花键可以有选择地与分流齿轮(54)和前置齿轮(58)其中之一相啮合，减少了上述任一齿轮相对于离合花键发生跳齿的可能性。
7.如权利要求6所述的传动装置，其特征在于，所述的一对对置的圆锥滚子轴承中的一个轴承包括第一组支承滚子，它们的转动中心轴线共同确定了朝着第一方向的一个锥形开口，所述的一对对置的圆锥滚子轴承中的另一个轴承包括第二组支承滚子，它们的转动中心轴线共同确定了朝着第一方向相反方向的一个锥形开口。
8.如权利要求7所述的传动装置，其特征在于，所述的摩擦环同步器包括分别安装在分流齿轮和前置齿轮上的第一和第二同步突缘；可分别与第一和第二同步突缘摩擦结合的第一和第二阻挡环；安装在输入轴上的固定套；以及所述离合花键可以轴向移动并可随固定套一起转动，可以有选择地与分流齿轮或前置齿轮相啮合，另外还包括一个滑套(78)。
9.如权利要求6所述的传动装置，其特征在于，前置齿轮(58)包括成形在该齿轮中的定位螺钉孔，该装置进一步包括与定位螺钉孔相配合的定位螺钉(98)；以及围绕着前置齿轮(58)设置的阻挡垫圈(96)，该垫圈中具有与所述螺钉(98)相配合的孔，所述阻挡垫圈还具有一些花键齿，用来与前置齿轮(58)的齿相互对齐以实现刚性阻挡，所述阻挡垫圈(96)可以与所述滑套相接合，以限制滑套的运动。
10.如权利要求9所述的传动装置，其特征在于，所述阻挡垫圈(96)包括用来接近所述螺钉(98)的径向进入孔(100)，以及包括当螺钉(98)被拧升时用来容纳螺钉(98)的螺钉座。
11.如权利要求6所述的传动装置，其特征在于，为保持基本平衡的载荷分配，所述中心孔(56)相对于输入轴(42)具有充分的径向间隙。
12.一种在复合传动装置(40)的动力分出作业期间消除齿轮跳齿的方法，该装置包括一个沿中心轴线(52)设置的输入轴(42)，一个靠近输入轴(42)的基本上沿所述中心轴线(52)设置的浮动主轴，一个靠近主轴的副传动部分，以及与中心轴线(52)平行和间隔开的至少一个副轴，所述的副轴用以将输入轴的扭矩传至主轴和有助于进行“动力分出”作业，该方法包括在输入轴(42)上设置一个分流齿轮(54)，为减小分流齿轮的倾斜，该齿轮相对于输入轴(42)具有很小的径向间隙；在输入轴上设置一对对置的圆锥滚子轴承(60，62)；以及将一个前置齿轮(58)安装在这对对置的圆锥滚子轴承上，以减小前置齿轮的倾斜。
全文摘要
本发明提供了一种复合传动装置(40),包括分流齿轮(54)和前置/第四齿轮(58),这两个齿轮都安装在输入轴(42)上。为了减小分流齿轮的倾斜以及在相对的两个副轴之间能够获得基本平衡的扭矩分流,分流齿轮(54)相对于输入轴(42)具有很小的径向间隙。为了防止前置/第四齿轮的倾斜,该齿轮(58)通过一对围绕输入轴(42)对置设置的圆锥滚子轴承(60,62)安装在输入轴(42)上。这样,在动力分出作业时防止了齿轮的跳动,以及实现了基本平衡的扭矩分流。
文档编号F16H3/095GK1174301SQ9711484
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