专利名称:不必断开动力实现换挡的机械变速器的制作方法
为了获得可靠耐用，效率高，变速范围大，不必断开动力实现变速的传动体系在各种动力设备尤其在车辆传动中运用，许多传动方案都提出过，试验过。现发展的靠电子信号控制的自动、半自动变速器已在车辆传动中获得成功运用，但这种变速器大多是与液力变矩器组合运用的，其缺点是结构复杂，需补偿与冷却装置，造价高，效率低，耗油量高等。因此在大量车辆中运用的还是必须断开动力才能实现换档的机械变速器，而这种变速系统的操纵及操纵机构的复杂，由此造成车辆运行的平稳性、复杂路面通过性、及发动机有效功率运用性的不足，这已是车辆变速传动技术一直要克服解决的。
本发明的目的是提供一种在动力变速传动中，尤其在车辆变速传动中，不必断开动力实现换档的机械变速器。
本发明的目的是提供一种换档操纵机构简单，不需采用空间多自由度，换档操纵杆只需在一个平面内旋转到一定位置而不需同步时间即实现换档的机械变速器。
本发明的目的是提供一种能实现电控电动或电控液动的机械变速器。
本发明的目的是提供一种能实现不断开动力实现换档的机械变速器的换档执行之件。
发明的解决方案是在“可操纵的摩擦角自锁离合器”(中国专利申请号85107370)提供的技术的基础上并对其改进而实现的。不必断开动力实现换档的机械变速器其关健是具有这种换档执行元件。现有机械变速器的换档执行元件基本是靠同步器，同步器实质上是一种锥形摩擦离合器，其原理是实现摩擦同步后才进行刚性啮合。但由于变速器的基本要求是体积小，重量轻，而各种同步器的扭矩容量都是很小的，满足不了负荷条件下接合。
凸块超越离合器可在离速场合下传递大扭矩，其在各种动力设备的成功运用已是公认的。但由于凸块与动力环的接触点固定，易由于磨损而降低接合效果。中国专利申请号85107370在凸块与被动圈之间加置滚动体和滑动圈，在滑动圈中有滑槽，将这种凸块超越离合器变为一种可操纵的离合器(以下简称凸块离合器)，这是在刚性与柔性离合器中找到了一种更为合适的型式。但申请号85107370提出的这种离合器的原理并不限于其中申请案给出的实施例型式，其结构将有更为紧凑的设计。对于凸块易磨损的问题在该种离合器中却可以给予克服。该种离合器的接合操纵是极容易的，因其不是通过滑动圈对凸块的楔紧而实现接合，而是滑动圈进入工作位置后其变换力矩的控制弹簧才控制凸块与动力圈楔紧接合，固其接合操纵力是不必考虑的。但该种离合器的脱开操纵力无论怎么调整都是与传递扭矩成正比的。本发明将通过对该种离合器的改进，和与其它技术组合构成一种能在负荷条件下无冲击换档的换档元件，由该种换档元件的发明也即完成该种变速器的发明。该种离合器由于可在高速场合下传递大扭矩，体积小、重量轻，这一点基本具备了在负荷条件下换档的要求。以下通过附图1对其进行受力分析说明，以此提出一种能自动补偿脱开操纵力的换档元件的方案。
根据现有技术对凸块超越离合器的实用技术指标，该离合器的溜滑角θ在2°～7°范围，楔紧角
在3°～4°范围，当平衡时，滚动体与滑动圈接触点B产生反力N1，保持架产生反力N2，凸块与动力圈接触的A点产生反力N3，并与N1、N2汇交于O点，凸块与滚动体并不构成二力杆系，而是三力汇交力系。N3= (N)/(n·R1) (M-主动力矩，η-凸块数目，R1-主动力臂)。N3的作用方向与力接触点A的法线交角必须小于摩擦角才能实现闭锁。力平衡后，如在滑动圈加置一切向驱动力N4，其总反力R与O、A点连线的夹角必随N4的加大而加大，因此滚动体与滑动圈接触的B点不存在闭锁现象。滚动体与滑动圈接触点B是线接触，滚动体与凸块是面接触，根据材料弹性理论，B点的静摩擦力一定要大于滚动体与凸块接触的静摩擦力，因此滑动圈具有脱开操纵力时，滚动体必然会转动落入滑动圈的槽中而使离合器分离。滑动圈的脱开操纵扭矩M1＝∑m，(m-单个滚动体的摩擦扭矩)，m＝R·f，其静摩擦扭矩m＝N3·fo·r(fo-静摩擦系数，r-滚动体半径)，N3= (N)/(n·R1) ，因此滑动圈脱开操纵扭矩M1＝∑m＝＝∑N3·fo·r＝n· (M)/(n·R′) ·fO·r＝ (M)/(R′) ·fO·r。R1＝(R-r)sin
(R-滑动圈半径)。滑动圈驱动力
基本等于fo，R-r近似为R，N4近似于 (M·r)/(R2) 。N4也即是作用在滑动圈操纵导杆的正应力。N4值是随离合器体积半径成反比，与传递扭矩成正比。因此可以通过调整离合器的体积半径将其脱开操纵力调整为一恒定值。
作为变速器的换档元件其基本要求是体积小，重量轻，该种离合器的单位体积的扭矩容量已基本具备了这一条件，而脱开操纵力如只能单纯通过体积半径的调整而调整，这样离合器在结构上将出现不合理性，尤其为实现本发明的任务，要求离合器在负荷条件下离合操纵容易，这样现有技术是不够的。
以下将通过本发明提出的一个方案解决这一问题。本发明将提供一种具有自动补偿凸块磨损，结构更为紧凑，易加工，脱开操纵力自动补偿的脱开增力凸块离合器，将提供一种不必断开动实现换档的变速器和其换档执行元件。
以下的叙述可以说明本发明该种不必断开动力实现换档的机械变速器具有若干个不同转速的动力盘和一输出轴，在输出轴中有若干个可在负荷条件下与动力盘接合或脱开的换档元件，该换档元件是由凸块离合器和刚性爪齿离合器组合而成。爪齿离合器的其一动力圈通过滑键与输出轴配合，另一动力圈与凸块离合器是一体的。其两个动力圈在变速过程中始终是处于啮合或半啮合状态，并且这啮合与半啮合过程将操纵控制凸块离合器的导杆运动。当爪齿离合器完成啮合过程时，也将控制凸块离合器接合，实现一个档次的动力接合。爪齿离合器啮合法线与脱开方向线成锐角，当需变换档次时，爪齿离合器先脱开，在脱开过程中利用斜面作用产生的轴向力控制凸块离合器分离，起到自动补偿脱开操纵力的作用。为了避免爪齿离合器脱开后再次接合的冲击磨损，爪齿离合器完成对凸块离合器分离的增力后，是处于半啮合状态，以实现两动力圈的同步。凸块离合器的滑动圈转动是通过若干个在同一圈的凸轮导杆操纵的，在若干个凸轮导杆副中有若干个弹性材料体，当凸轮因磨损而降低与动力圈的接合效果时，弹性材料体将靠弹性力使滑动圈转动一定的角度，凸块和滚动体将在滑动圈具有的凸轮面作用下向动力圈径向位移，实现有限结合，起到自动补偿的作用。
作用在凸轮导杆的正应力N4= (M ·r)/(R2) ，凸轮导杆操纵力P1＝N4tg(λ+
)(λ-导杆凸轮升角)，爪齿离合器在分离过程中产生的轴向力P＝Qtg(λ′-
)，(λ′-爪齿斜面与其轴线夹角)，Q＝ (M)/(RO) (Ro-爪齿离合器半径)
取近似值(P)/(P′) = (R2)/(RO·r) ，这一比值将大于1，因此轴向力P将克服力P′，爪齿离合器在脱开过程中将操纵凸块离合器分离。
本发明对凸块离合器改进的结构是这样的凸块的两个动力圈中的其中一圈是爪齿形，在若干个爪齿的相邻两个爪齿空间放入凸块与滚动体，滑动圈是在相对两个动力圈是里圈或是外圈的位置，两种变换力矩弹簧直接与爪齿动力圈结合并通过滑动圈的位移对凸块控制。
通过以上的叙述已解决了本发明的任务，即本发明提供了一种结构简单，容易批量生产的自动补偿凸块磨损的凸块离合器，该种离合器与一种刚性爪齿离合器组成一种具有自动补偿脱开操纵力的变速器换档元件，该种换档元件可完成不断开动力条件下换档，因此本发明也提供了一种不必断开动力实现换档的机械变速器，因此本发明能实现简化换档操纵机构，其可将空间多自由度的换档操纵杆简化为只通过一根轴单一旋转到不同位置即完成换档，而不需换档所需的同步时间。因此本发明也很容易实现对一根轴旋转操纵换档的电控电动或电控液动的自动变速器。
以下通过给出的附图和一个实施例对本发明作详细的说明图1是可操纵的凸块离合器受力分析图;
图2是凸块离合器径向断面图;
图3是变速器换档元件轴向断面图;
图4是爪齿离合器受力与操纵凸块离合器离合原理图;
图5是拨叉与操纵凸轮轴结合图。
该种不断开动力实现换档的机械变速器有一动力输出轴(1)，在输出轴(1)中有若干个不同转速的动力盘(2)，在各动力盘间有换档执行元件(3)，换档元件(3)是由凸块离合器(4)和爪齿离合器(5)组成。爪齿离合器(5)的其一动圈(19)与输出轴(1)通过滑键(6)配合，另一动力圈与凸块离合器(4)是一体的，爪齿离合器(5)的齿形相对其轴线是构成一定角度的斜面，操纵凸块离合器(4)离合的机构是由结合在同一圈(9)的若干个凸轮导向键(8)组成，图(9)通过钢球(18)与爪齿离合器(5)的其一可轴向位移的动力圈(19)形成可相对转动的配合，并在轴向位移是同步或具有一小行程的差动。当需换档变速时，拨叉(7)操纵齿爪动力圈(19)由半啮合状态向完全啮合状态移动，同时动力圈(19)又通过圈(9)推动操纵凸块离合器(4)离合的导向键(8)移动。当爪齿离合器完全啮合后，凸块离合器(4)也接合，并把动力通过爪齿离合器(5)输入到输出轴(1)中。此时离合器完成一个档次的变速。当变速器需要再换档变速时，拨叉(7)操纵爪齿离合器(4)的动力圈(19)首先与另一动力圈(20)开始脱离啮合的移动，动力圈(19)又通过钢球(18)构成对导向键具有一定行程差动的运动。由于爪齿离合器(5)斜面齿形的作用，力矩作用在爪齿斜面的正压力Q将产生一反力N和轴向力P，轴向力P将推动动力圈(19)向脱开方向移动，动力圈(19)又通过钢球(18)和圈(9)将导向键(8)移动，使凸块离合器(4)脱离。当凸块离合器(4)脱离后，爪齿离合器(5)的两个动力圈(19)、(20)是处于半啮合状态。这样凸块离合器(4)的被动圈与爪齿离合器(5)构成同步运转，这是为了避免再次啮合的冲击。
为了达到本发明的要求，本发明给出的凸块离合器(4)是这样结构的该种可操纵的凸块离合器(4)的内、外动力圈的其中一圈是齿爪型，在若干个齿爪的相邻两个齿爪(11)的空间，放入凸块(12)和滚动体(13)，滑动圈(14)是相对内、外动力圈是外圈或是里圈的位置，齿爪(11)与凸块(12)或滚动体(13)不失去在小范围移动后的接触，滑动圈(14)相对具有齿爪的动力圈的转动是通过若干个在同一拨圈(9)中的凸轮键(8)与滑动圈(14)构成的凸轮副产生的，在这若干个凸轮副中有若干个弹性材料体(15)。当凸块因磨损而失去与内环或外环有效接触时，弹性材料体(15)将靠弹性力使滑动圈(14)转动一定的角度;另滑动圈(14)与滚动体(12)的接触面具有使凸块(12)和滚动体(13)产生径向位移的凸轮面;这样将产生一种自动补偿凸块磨损的作用。为了使滑动圈(14)进入工作位道后凸块(12)才与动力圈接合，是通过两个弹簧(16)和(17)在滑动圈(14)转动中构成对凸块(12)的变换力矩。当由于滑动圈(14)的转动弹簧(16)被压缩，其对凸块(12)的力矩大于弹簧(17)对凸块(12)的力矩时，凸块(12)才能与动力圈接合。
操纵换档的拨叉(7)是通过凸轮机构与同一操纵轴(10)结合。
本发明提供的这种凸块离合器(4)可以用在各种动力传动中。
本发明提供的这种变速器换档元件(3)可以用在各种动力传动中。
权利要求
1.不必断开动力实现换档的机械变速器，该变速器有一动力输出轴(1)，在输出轴(1)中有若干个不同转速的动力盘(2)，和若干个把动力盘(2)的不同转速接合到输出轴(1)的换档执行元件(3)，各换档执行元件(3)通过拨叉(7)与操纵机构结合，其特征在于换档元件(3)是由凸块离合器(4)和爪齿离合器(5)组成。
2.根据权力要求1所述的变速器，其特征是爪齿离合器(5)的其一动力圈(20)与凸块离合器(4)的其一动力圈是一体的，爪齿离合器(5)的另一动力圈(19)通过滑键(6)与输出轴(1)配合，并且两个动力圈(19)、(20)始终处于啮合和半啮合状态。爪齿离合器(5)的爪齿啮合法线相对其脱开方向线构成锐角。
3.根据权力要求1、2所述的变速器，其特征是若干个拨叉(7)通过凸轮机构配合在同一操纵轴(10)中。
4.根据权力要求3所述的变速器，其特征是通过一根操纵杆的平面转动控制操纵轴(10)的转动。
5.根据权力要求3所述的变速器，其特征是通过电控电动或电控液动操纵轴(10)的转动。
6.根据权力要求1所述的变速器，其特征是凸块离合器(4)的内、外动力环的其中一环是齿爪型，在若干个齿爪(11)的相邻两个齿爪空间放入凸块(12)和滚动体(13);滑动圈(14)是在相对内、外动力环是内环或是外环的位置;齿爪(11)与凸块(12)或滚动体(13)不失去在小范围移动后的接触。在凸轮导向键(8)的凸轮摩擦副中有若干个弹性材料体(15);滑动圈(14)中有使滚动体(13)径向位移的凸轮面。
7.根据权力要求1、6所述的凸块离合器(4)，其特征是用在各种动力传动中。
8.根据权力要求1、6所述的换档元件(3)，其特征是用在各种动力传动。
专利摘要
一种用在各种动力变速中尤其是车辆变速传动中的机械变速器，它可实现不断开动力条件下换挡。它的换挡元件由凸块离合器和爪齿离合器组成，该换挡元件具有自动补偿凸块磨损的弹性材料体，和在负荷条件下脱开的自动增力作用。该变速器在车辆变速操纵中不需换挡接合的同步过程，因此只须一根操纵杆的平面旋转即实现换挡操纵，该变速器可以通过电控电动或电控液动实现全自动变速。该换挡元件体积小，可在高速场合下无冲击的接入大扭矩，并可作为一种离合器用在各种动力传动中。
文档编号F16D13/00GK87100403SQ87100403
公开日1988年8月3日 申请日期1987年1月19日
发明者梁信生 申请人:梁信生导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan