專利名稱：改進的單軸換檔機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及變速傳動裝置之單軸換檔機構，這種變速傳動裝置由可軸向移動的齒輪或者可軸向移動的牙嵌式接合套使其中被選擇的齒輪檔嚙合和分離。尤其是本發明涉及一種使用改進的換檔滑塊—換檔軸裝配結構的改進的單軸換檔機構組件。
在現有技術中，用于多檔車輛變速器的單軸換檔機構已經周知，可參見美國專利4621537和4920815，上述兩專利所公開的內容在此用作參考。在某些情況下，這些單軸換檔機構對于許多平行式換檔導向裝置而言已做出許多改進(參見美國專利4445393和4722237，它們所公開的內容在此用作參考)，因為它們只需較少的零件和較小的裝配空間，生產成本更低并且(或)可使變速控制得以改善。
現有技術中的單軸換檔機構需要加以改進，因為在某些情況下，換檔滑塊可能會相對于換檔軸活動，使換檔時產生一種不希望的＂空缺＂感覺并使緊密的裝配定位受到破壞，從而最終可能導致換檔滑塊—換檔軸連接的失效。
在現有技術的單軸換檔機構中，其換檔軸上設有與換檔滑塊底部的平面或內圓弧面相配的平面。上述面通過螺釘或類似的緊固裝置連接。由于加工中不可避免地存在誤差，那么在換檔過程中的作用力的作用下，當該換檔滑塊—換檔軸連接松動時，換檔滑塊就不會緊密地裝配于換檔軸上，從而失去準確的裝配定位，使換檔時產生＂空缺＂之感覺。此外，這種空缺也使作用于換檔滑塊上的力主要傳換為緊固裝置的側向力，如果這種現象持續下去，最終可能會在疲勞周期內導致緊固裝置的失效。
根據本發明所提供的一種改進的單軸換檔機構組件，可使現有技術的上述缺陷得以減少。這種改進的換檔機構組件使用一種改進的換檔滑塊—換檔軸裝配結構，可減少或消除換檔滑塊—換檔軸連接的松動，因而可減少或消除換檔空缺感覺的出現及換檔滑塊—換檔軸連接失效的可能性。
本發明的上述改進是通過使用一種＂梯型＂設計來完成的，該設計中，換檔滑塊的內圓弧面及換檔軸的外表面上均設有相互配合的斜面；一緊固裝置穿過上述換檔滑塊與換檔軸相對的且分開的內圓弧面及外表面，并且位于所述斜面之間。因此，螺釘或類似緊固裝置所承受的張力就會使所述的換檔滑塊與所述換檔軸在其斜面上保持穩定的配合。眾所周知，螺釘、螺栓、鉚釘或類似裝置其抗拉力比抗側向力(即剪切力)要好，因此就會使上述連接失效的概率降低。
據此，本發明的目的是提供一種新式改進的單軸換檔機構。結合附圖及通過閱讀所附最佳實施例的詳細描述，可顯見本發明的上述及其他目的和其優越之處。
圖1為現有技術的單軸換檔機構的透視圖。
圖1A為圖1所示現有技術單軸換檔機構的換檔滑塊—換檔軸聯接結構的局部放大剖視圖。
圖2為一種典型的使用單軸換檔機構的現有技術的車輛傳動裝置示意圖。
圖2A為圖2所示傳動裝置的變速桿換檔的位置示意圖。
圖3為本發明所述單軸換檔機構的換檔滑塊—換檔軸安裝結構的局部側剖視圖。
圖4為沿圖3的4-4方向的剖視圖。
圖5為本發明的換檔軸的剖視圖。
圖6為本發明的換檔滑塊沿圖4的6-6方向的側剖視圖。
圖7為沿圖5的7-7的方向的剖視圖。
為簡便起見，下面的描述中將使用一些特定的術語，當然所述術語并不僅限于這些。術語＂向上＂，＂向右＂以及＂向左＂表示附圖中所涉及的方向。術語＂前＂和＂后＂分別表示裝于車輛上的傳動裝置的前部與后部，在圖2中則分別由其左部與后部來表示。術語＂向里＂和＂向外＂分別表示朝向和離開該傳動裝置的幾何中心及相應的部件的方向。所述術語包括上面特別提到的那些以及由此派生并具有類似含義的其他詞語。
術語＂組合式傳動裝置＂是指由具有多個前進檔的主變速器和具有多個速度檔的副變速器串接組成的變速或齒輪換檔傳動裝置(即組合式變速器)，從而可使主變速器中所選擇的齒輪減速與副變速器中選擇的齒輪減速進行組合。術語＂同步嚙合裝置＂及具有類似含義的術語將表示可非旋轉地將一選擇的齒輪掛入某軸的嚙合裝置，這種換檔掛齒的方法是通過一嚙合套在嚙合的齒輪轉速達到同步之前阻止其接合來實現的，所述的嚙合套可產生相對較大的摩擦力，在齒輪嚙合之時足以使嚙合件及所有旋轉件以相同轉速旋轉。
這里所用的術語＂傳動裝置＂或者是指一單變速器，或者是指組合式變速器中的主變速器。
結合圖2，示出了一種裝有本發明所述換檔機構的區段組合式傳動裝置10。該傳動裝置10包括一具有多個速度檔的主變速器12及與之串接的區段型副變速器14。傳動裝置10配置有一殼體H并包括一由源動機如柴油機驅動的輸入軸16。源動機對輸入軸16的驅動是通過可選擇地分離和正常地接合的摩擦式離合器C進行的，該離合器具有一與發動機曲軸20相連的輸入件或主動件18和可旋轉并安裝于所述傳動裝置輸入軸16上的從動件22。
在主變速器12中，輸入軸16上裝有輸入齒輪16以便以相同的轉速同時驅動一對相同的中間軸組件26和26A。所述的相同中間軸組件26和26A分別徑向地位于主軸28的相反的兩側，而主軸28則與輸入軸16處于同一軸向上。上述每一中間軸組件都包括一由軸承32、34支承于殼體H的中間軸30，而圖中僅示出了一部分。上述每一中間軸上均裝有相同的中間軸齒輪組38，40，42，44，46及48，這些齒輪固定于相應的中間軸上并可隨之旋轉。在主軸28上則套有諸主軸齒輪50，52，54，56及58，通過滑動接合套60，62和64，每次均可有選擇地將上述諸主軸齒輪與主軸28接合，這在現有技術中是非常常見的。也可用接合套60將輸入齒輪24與主軸28接合，從而在輸入軸16與主軸28間提供直接傳動關系。
一般地，分別通過換檔撥叉60A，62A和64A對接合套60，62和64進行軸向定位，而所述的換檔撥叉則與一換檔執行機構相連。這在現有技術中也是公知的。接合套60，62和64可以是公知的帶同步器的型式，也可以是不帶同步器而是采用兩次動作的牙嵌式類型。
主軸齒輪58為倒檔齒輪，它通過常規的倒檔中間齒輪(未示出)與中間軸齒輪48保持常嚙合。還須注意的是，由于主變速器12只有5個可選擇的前進檔，因此其最低前進檔，即通過連接主軸的主動齒輪56與主軸28所產生的傳動，常常為較大齒輪傳動減速比因而將其視為低檔或＂爬行＂檔，該檔只用于車輛在艱難條件下的起動，而在高速傳動區段內則不采用。據此，由于主變速器12只提供5個前進檔，因此常常稱之為＂4＋1＂主變速器，原因是只使用其4個前進檔與所配區段型副變速器14進行組合。
牙嵌式接合套60，62和64為具有三個接合位置的接合套，即既可處于中間非接合位置(如圖所示)處，也可處于向或右向左的全接合位置。接合套所處的這三個接合位置是通過與換檔指銷相連的變速桿或換檔橫軸或其他＂X-Y＂型式的換檔機構進行的。眾所周知，每次換檔時，只有一個接合套60，62或64能接合，而主變速器中的互鎖裝置可將其他接合套銷止在中間位置。
副變速器14包括兩套相同的副中間軸組件74和74A，每一副中間軸組件包括一由軸承78和80支承于殼體H上的副中間軸76，并且裝有兩個副中間軸齒輪82和84，可分別繞相應的副中間軸轉動。副中間軸齒輪82與輸出齒輪86保持常嚙合并驅動輸出齒輪86，而副中間軸齒輪84則與輸出齒輪88常嚙合，所述輸出齒輪88裝在傳動裝置的輸出軸90上。
具有兩個同步位置的牙嵌式接合套組件92通過換檔撥叉和換檔執行機構進行軸向定位。通過所述的接合套組件92，可將齒輪86與主軸28接合以進行低檔區段傳動，或者也可將齒輪88與主軸28接合以使組合式傳動裝置10以直接檔或高檔區段傳動。組合式傳動裝置10的變速桿各檔位置圖如附圖2A所示。選擇傳動裝置10的低檔區段還是高檔區段是通過一操作執行開關或按鈕進行的，所述的開關或按鈕一般是位于變速桿上。作為變換，也可使用一種＂雙H＂型的輔助換檔裝置。
結合附圖1和1A可看到現有技術的單軸換檔機構100。該換檔機構100包括一滑塊件102，其上設有一普通的槽窩104以形成與相鄰的或遠處的換檔執行機構(即變速桿，圖中未示出)之間的＂球-窩＂型連接。相鄰的換檔執行機構如應用于傳統的卡車與拖拉機上的變速桿/柱機構，以及應用于平頭式卡車或拖拉機上的與換檔滑塊相距較遠的換檔執行機構，均是公知技術，可參見美國專利No.3799002；No.3934485；No.4290515；No.4275612和No.4543843，這些專利公開的內容在此作為參考。
所述的換檔機構100用于車輛傳動裝置上，如傳動裝置10，它具有一系列可選擇嚙合的傳動比，通過使接合套的軸向移動使之與相應的牙嵌式接合套嚙合即可嚙合每一種傳動比，而接合套的軸向移動是通過換檔撥叉如60A、62A和64A進行的。所述的換檔撥叉可對所選擇的任一接合套從其中間非接合位置處向相對的兩軸向方向進行有效的軸向定位，如圖2所示。
所述的換檔機構100包括一安裝于殼體H上的換檔軸106，該換檔機構100可繞軸106的軸線108轉動以及沿108軸向移動。換檔軸106上裝配有三根換檔撥叉60A、62A和64A。每一換檔撥叉分別包括有一套筒部分118、120和122，所述套筒部分則開有直通孔，使換檔軸106穿過其中。
通過對滑塊件102的＂球窩＂形連接器起作用的遠處的或相鄰的換檔執行機構(未示出)可控制換檔軸106相對于殼體H的軸向位移與轉動，該滑塊件102則通過螺釘108可隨軸106一起滑動和轉動地裝配于換檔軸106上。應當注意到，一種互鎖裝置150或類似的結構可使滑塊件向外產生一定的移動，而設置于滑塊件102上的鎖止機構198具有其內設置由彈簧驅動的鎖銷球的半圓形凹槽，以對換檔軸106相對于殼體從中間非嚙合位置向軸向嚙合位置的軸向移動中進行導向。
簡單地說，換檔軸106繞其軸線108的轉動以及位于槽窩104中Y-Y方向的換檔指銷隨滑塊件的移動，就會選擇某一換檔撥叉隨軸106軸向移動，而使未選擇的換檔撥叉相對于殼體保持不動。換檔軸沿其軸向的移動以及位于槽窩104中X-X方向的換檔指銷的隨同移動就會使已選定的接合套60，62，64嚙合或分離。有關換檔機構100的操作的細節可參考美國專利4920815和4621537得到詳細的了解，上述專利所公開的內容在此用作參考。
結合圖1A，可清楚地看出現有技術中換檔滑塊102在換檔軸106上的安裝。軸106與滑塊102上分別設有互配的小平面106A和102A，通過螺釘188緊壓在一起。
由于有加工誤差，當這種連接在換檔過程中的作用力的影響下松動時，滑塊102就不會緊配于軸106上，使定位的準確性降低，從而使換檔時產生一種＂空缺＂感覺。而且，這種連接的松動會使作用于換檔滑動的方向螺釘188的螺釘桿188A傳遞側向載荷，如果持續下去，最終就會在疲勞載荷的作用下導致螺釘188的失效。
本發明所述的改進的單軸換檔機構200其改進部分如圖3至圖7所示。除了換檔滑塊202與換檔軸204間的連接方式不同之外，本發明所述的換檔機構200在結構和功能上均與上述換檔機構100一致。因此只詳述換檔機構200的換檔滑塊/換擋軸連接。
圖3和圖4為換檔機構200在其換檔滑塊/換檔軸連接處的剖視圖。與換檔機構100類似，該換檔滑塊202上也設有容納換檔執行機構的換檔指銷的槽窩104，通過一單頭螺釘(或螺栓)188將換檔滑塊202裝置于換檔軸204上，換檔滑塊202可隨換擋軸204一起軸向移動或轉動。換檔滑塊202上也可帶有一凸起部分206，用于安裝彈簧驅動的鎖止機構，這種鎖止機構與換檔滑塊102上所使用的鎖止機構198相似。
如圖5和7所示，換檔軸204上開設有徑向的內螺紋孔208，以與螺釘(或單頭螺栓)188的外螺紋桿188A螺紋連接。當然，也可用其他型式的緊固裝置，如螺栓和螺母，雙頭螺栓和/或鉚釘等來代替螺釘188。
換檔軸204上通過切除基本上位于螺紋孔208之軸線208A中心處的材料205，形成了第一基本桁弦區，以確定其肩部210，212及桁弦面214與216。肩部210與212間軸向相距為218，而桁弦面214與216基本上垂直于軸線208A，并且與軸線108經向相距220。一桁弦面222孔圍繞孔208，徑向相距軸線108為224，該距離224不大于并且最好是小于距離220。非接觸凹下區226與228分別將桁弦面214、216與桁弦面222分開。
最好是如圖7所示，在換檔軸204的外表面上設有一對平的沿弦線方向延伸可交叉的斜面230，232。斜面230，232最好是對稱地徑向位于軸線208A的兩側，延伸時交叉于軸線20A處的斷面上。
圖6為換檔滑塊202的剖視圖。該滑塊202具有略小于軸向長度218的軸向長度234，以確定其兩端面236和238，從而可緊配于，最好是壓配于換檔軸204的肩部210和212。因此，位于換檔滑塊202與換檔軸204間的軸向力就會在肩部210、212與端面236、238間傳輸而不會作為側向力傳到軸式螺釘188之螺釘桿188A上，從而保持軸向的定位。
換檔滑塊202在通過孔240處設有沉肩以容納螺釘188，使軸204上的孔208與孔204對準。換檔滑塊202(見圖4和圖6)上設有在其裝配位置處環繞軸204的內圓弧面242。圓弧面242上有一對斜面244和246，該兩斜面沿孔240的內圓面開口240A徑向對置，并且分別與軸204的斜面230和232配合。所述的內圓弧面242和248部分圍繞孔240的開口240A，該部分248設置成如下的型式當軸204上的斜面230和232與滑塊202上的斜面233及236接觸時，軸204上的面222就會從滑塊202的內圓面242處分離而不會與之接觸。
作為一種可能的設計變換，也可取消換檔軸上的斜面230和232，因此換檔滑塊內圓弧面242上的斜面244與246就會與換檔軸的圓弧型外表面接觸。
因此，分別位于換檔軸與換檔滑塊上的相對面222與232間通配有螺釘188的螺釘桿188A，該螺釘桿與上述面保持非接觸，并且插入滑塊與軸上相配的斜面之間。因此，螺釘產生的拉力就會使滑塊在軸的斜面上保持常配合。此外，位于滑塊與軸間沿＂Y-Y＂方向的側向力沿斜面至少部分轉換成螺釘的拉力。眾所周知，螺釘、螺栓、雙頭螺栓、鉚釘及諸如此類的緊固裝置更適合于抗拉而不是抗側向剪力。因此就可使這種型式的換檔滑塊/換檔軸連接的失效概率降至最低。
雖然本發明以具有某些特定性的實施例加以說明的，但可知道，只要不脫離本發明的實質及權利要求書所限定的范圍，本發明結構形式的各種變化均在本發明之列。
權利要求
1.一種用于多檔變速器(10)對各可選擇的齒輪檔進行選擇及接合和分離的單軸換檔機構(200)，它包括具有第一軸線(108)并安裝于殼體(H)上的換檔軸(204)，該換檔軸可軸向移動與轉動；與該換檔軸分開的換檔滑塊件(202)，該滑塊件裝配于所述換檔上并可隨該軸一起移動與轉動；所述滑塊件上設有用于容納一換檔執行機構的安裝孔(104)，所述換檔執行機構可沿大體上平行于所述換檔軸之軸線(108)的第一方向(X-X)移動，也可沿大體上垂直于上述軸線(108)的第二方向(Y-Y)移動；分別具有套筒部分(118，120，122)的諸換檔撥叉(60A，62A，64A)上各設有一通孔，用于容納所述的換檔軸所述的換檔機構其特征在于所述換檔軸設有(i)具有第二軸線(208A)以用于容納緊固裝置之桿體部分(188A)的通孔(208)；(ii)圍繞該通孔之開口的外表面(222)；(iii)一對徑向延伸軸向朝里的平肩部(210，212)，所述兩平肩部相距第一軸向長度(218)；以及(iv)第一對大體上弦向延伸并朝所述外表面(222)傾斜的斜面(230，232)，所述兩斜面沿所述第二軸線(208A)徑向對置，如延伸則相交于所述第二軸線上；所述的換檔滑塊件設有(i)用于容納所述緊固裝置之桿體部分的通孔(240)；(ii)一對徑向延伸軸向朝外的端面(236，238)，該兩端面大體上相距與所述第一軸向長度相等的第二軸向長度(234)；和(iii)圍繞所述換檔軸的內圓弧面(242)，其上設有第二對沿所述通孔之開口對置的斜面(244，246)，與所述第一對斜面相配合，所述的圍繞所述通孔之開口的內圓弧面還包括一對應面(248)，當所述的第一對和第二對斜面接觸時，所述的該對應面與上述外表面(22)相對并與其相隔一定距離；以及裝置于所述通孔中具有一桿體部分的桿型緊固裝置(188)，通過該緊固裝置使所述的第一對和第二對斜面保持接觸。
2.一種用于多檔變速器(10)對各可選擇的齒輪檔進行選擇及接合與分離的單軸換檔機構(200)，它包括具有第一軸線(108)并安裝于殼體(H)上的換檔軸(204)，該換檔軸可軸向移動與轉動；與該換檔軸分開的換檔滑塊件(202)，該滑塊件裝配于所述換檔軸上并可隨其一起軸向移動與轉動；所述滑塊件上設有用于容納一換檔執行機構的安裝孔(104)，所述換檔執行機構可沿大體上平行于該換檔軸之軸線(108)的第一方向(X-X)移動，也可沿大體上垂直于上述軸線的第二方向(Y-Y)移動；分別具有套筒部分(118，120，122)的諸換檔撥叉(60A，62A，64A)上各設有一個通孔，用于容納所述的換檔軸，所述的換檔機構其特征在于所述換檔軸上設有(i)具有第二軸線(208A)以用于容納一緊固裝置之桿體部分的通孔(208)；(ii)圍繞所述通孔之開口的外表面(222)；(iii)一對徑向延伸軸向朝里的平肩部分(210，212)，所述的兩平肩部分相距第一軸向長度(218)；所述的換檔滑塊件上設有(i)用于容納所述緊固裝置之桿體部分的通孔(240)；(ii)一對徑向延伸軸向朝外的端面(236，238)，兩者相距大體上與第一軸向長度相等的第二軸向長度(234)；以及(iii)圍繞所述換檔軸的內圓弧面(242)，其上設有第二對大體弦向延伸且向內傾斜的斜面(244，246)，該兩斜面對置于所述通孔之開口兩邊，圍繞所述通孔之開口的內圓弧面還包括一對應面(248)，當所述斜面與所述換檔軸接觸時，該對應面與所述的外表面相對應并保持分離；以及裝置于所述通孔中且具有一桿體部分的桿型緊固裝置(188)，通過該緊固裝置使所述的這對斜面與所述的換檔軸接觸。
3.一種用于多檔變速器(10)對各可選擇的齒輪檔進行選擇及接合和分離的單軸換檔機構(200)，它包括具有軸線(108)并可軸向移動與轉動地安裝于殼體(H)上的換檔軸(204)；獨立于所述換檔軸的換檔滑塊件(202)，該滑塊件裝配成可隨所述的換檔軸一起軸向移動和轉動的型式；所述的滑塊件上設有用于容納一換檔執行機構的安裝孔(104)，所述換檔執行機構可沿大體上平行于所述換檔軸之軸線(108)的第一方向(X-X)移動，也可沿大體上垂直于上述軸線的第二方向(Y-Y)移動；分別具有套筒部分(118，120，122)的諸換檔撥叉(60A，62A，64A)上各設有一通孔，用于容納所述的換檔軸，所述換檔機構其特征在于所述換檔軸上設有(i)具有第二軸線(208A)以用于容納一緊固裝置之桿體部分(188A)的通孔(208)；(ii)圍繞所述通孔之開口的外表面(222)；(iii)一對徑向延伸軸向朝里的平肩部(210，212)，兩者相距第一軸向長度(218)；所述的換檔滑塊件上設有(i)用于容納所述緊固裝置之桿體部分的通孔(240)；(ii)一對經向延伸軸向朝外的端面(236，238)，兩者相距大體上與所述第一軸向長度相等的第二軸向長度(234)；及(iii)圍繞所述換檔軸的內圓弧面(242)，共上設有一對應面(248)，當所述滑塊件裝配于所述換檔軸上時，該對應面與所述換檔軸之外表面(222)相對應并保持分開；所述換檔軸與換檔滑塊件之一上設有一對大體上弦向延伸的斜面(230，232)，該兩斜面向所述外表面傾斜并對置于所述的第二軸線兩邊，該兩斜面設計成如下的型式當其延伸時，將相交于所述的第二軸線上；所述的斜面與所述換檔軸及換檔滑塊件中另一個的內表面接觸；及裝置于所述通孔中且具有一桿體部分的桿型緊固裝置(188)，通過該緊固裝置使所述的那對斜面與所述的換檔軸或換檔滑塊中另一個之內表面壓緊并接觸。
全文摘要
本申請公開了一種用于多檔機械變速器(10)的改進的單軸換檔機構(200)。它包括一可軸向移動和可轉動的換檔軸(204)，一獨立于該換檔軸之換檔滑塊件(202)安裝于該換檔軸上并可隨其一起軸向移動與轉動。上述換檔滑塊件(202)裝配于所述的換檔軸(204)上，通過換檔軸上開設的兩肩部(210，212)及滑塊件上開設的相配的兩端面(236，238)承受軸向作用力，通過形成于所述滑塊件和/或所述換擋軸上的幾對相配面(230，232，244，246)并使用一桿型緊固裝置使滑塊件與換檔軸壓緊。換檔軸與換檔滑塊間的相對面(222，248)保持分離，而所述的緊固裝置之桿體部分(188A)穿過該兩相對面。
文檔編號F16H63/08GK1145315SQ9610408
公開日1997年3月19日 申請日期1996年1月5日 優先權日1995年1月5日
發明者K·J·克盧津加, J·D·格盧斯 申請人:易通公司