汽車自動變速器的齒輪變速裝置的製作方法

2023-04-23 06:20:06

專利名稱：汽車自動變速器的齒輪變速裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車自動變速器，更具體地說是涉及該自動變速器的齒輪變速裝置。
現有公知的汽車自動變速器中的齒輪變速裝置大多採用行星齒輪機構。它包括行星齒輪組和換檔執行機構，其中，行星齒輪組由多個行星排組成。所謂行星排是指包含一個太陽輪、一個內齒圈、一個行星架和支撐在該架上的多個行星齒輪構成的齒輪機構。由於單排的行星齒輪機構有兩個自由度，因此它沒有固定的傳動比，不能用於變速傳動。為了組成具有一定傳動比的傳動機構，必須將太陽輪、內齒圈或行星架中的一個加以固定；或使其運動受到一定約束；或將兩個元件互相連接，使行星排只有一個自由度。
上述行星齒輪機構，是通過換檔執行機構適當地選擇行星排的基本元件和約束方式，使行星齒輪組處於不同的嚙合狀態，以獲得不同的傳動比和檔位的。為達上述目的，所使用的行星齒輪機構，須由多個行星排和眾多的換檔執行器組成，同時還需有大量的控制元件參與工作，這就使得已知自動變速器的齒輪變速裝置，結構過於複雜，製造、維修過於繁瑣，影響裝置工作的可靠性。
本發明的主要目的在於提供一種用於汽車自動變速器的齒輪變速裝置，通過優選的齒輪機構設計方案，與現有技術相比，能有效地降低變速裝置的複雜程度，提高了變速裝置工作可靠性，性價比得到改善。
本發明所說齒輪變速裝置包括齒輪機構、控制機構及輸入、輸出軸，其中輸入軸與液力變矩器的渦輪軸相連，輸出軸通過軸端突緣與傳動軸相連，它們位於變速裝置箱體內的軸端為中空結構，分別通過花鍵連接齒輪機構中輪徑相同的主、從動齒輪。此外，在齒輪機構中還包括輪軸兩端分別納入輸入、輸出軸端孔中的架輪，該輪上(裝)有三根完全相同且互成120度夾角，與輪輻相間，安裝在輪轂與輪輞上座孔中，可以自由轉動的中間傳動齒柱(下稱齒柱)。所謂齒柱，是由五個不同輪徑的齒輪一體加工製成，在架輪上由轂往輞的方向分別被稱為與主、從動齒輪共同嚙合的三檔中間輪；與通過軸承安裝在變速裝置箱體蓋端中部，輸出軸軸承座外圓周上的倒檔齒輪嚙合的倒檔中間輪；與通過軸承安裝在裝置體內「L」形突起的底部環行安裝座，內、外環面上的一、二檔齒輪嚙合的一、二檔中間輪；以及與同樣通過軸承安裝在裝置體近變矩器一端的內端面上，環行突起安裝座上的四檔齒輪嚙合的四檔中間輪。相互嚙合齒輪的輪徑比分別為1比2；1比1；1比4；1比8；和1比12。其中，四檔齒輪與主動齒輪同側，其餘檔位齒輪與位於架輪另一側的從動齒輪同側。依照本發明，上述涉及齒輪均為圓錐齒輪。
至於控制機構則包含一組電磁繼動器、作用槓桿、制動帶及位於方向盤上的手動/自動控制開關。其中制動帶位於齒輪機構架輪及各檔位齒輪輪輞的外圓周環行凹槽中，兩端分別被固定在裝置體內的安裝座及作用槓桿一端。
本發明的齒輪變速裝置，主要是利用齒輪機構的差速工作原理，依照給定的條件來改變轉速、轉矩的。通常情況是裝置的控制機構在根據汽車的行駛要求，選擇適當的檔位時，釋放或制動齒輪機構中的架輪或相應的檔位齒輪，並通過相關齒輪間的共同作用來產生不同的檔位，達到變速之目的。例如，當架輪被制動，則主動齒輪在驅動與之嚙合的三檔中間輪轉動時，由於齒柱為架輪所限，只能繞軸自轉，同時迫使從動齒輪轉動，動力即由主動齒輪經三檔中間輪至從動齒輪被原速輸出。此時其它檔位齒輪，則被齒柱上與之嚙合的中間輪驅動繞軸空轉(各檔時情況類似，下略)。當齒輪機構中架輪和檔位齒輪均呈自由狀態時，主動齒輪驅動三檔中間輪轉動，此時無論從動齒輪處於何種狀態，中間輪均不會對其產生力的作用，僅能沿從動齒輪的齒弧公轉並通過齒柱拖動架輪繞軸轉動，因此，動力不能被輸出而形成空檔。而當一檔齒輪被制動時，主動齒輪驅動三檔中間輪轉動，齒柱上與一檔齒輪嚙合的一檔中間輪繞一檔齒輪的齒弧公轉，並通過齒柱拖動架輪以一定的速度隨同轉動。當架輪轉向與從動齒輪轉向相反時，對該齒輪起減速作用，因此，在輸出軸端得到一個比輸入軸端低許多的反向轉速，從而達到降低檔位和變速的目的。
二檔時情形與此類似，只是架輪的轉速比一檔時慢而已。應該指出的是架輪在上述轉動方向上的轉速達到並超過一定的值後，輸出軸將相對其他檔位時反向轉動輸出動力。本發明裝置的倒檔情形即是如此。至於第四檔，由於四檔齒輪與主動齒輪同側，所以主動齒輪驅動三檔中間輪轉動時，四檔中間輪繞四檔齒輪的齒弧公轉並通過齒柱拖動架輪轉動，由於此時架輪轉向與從動齒輪同向，因此從動齒輪得到架輪的加速度，從而使輸出軸端轉速高於輸入軸而形成超速檔。
此外在上述裝置中，當有兩根制動帶同時作用時，尤其當架輪與任一檔位齒輪或架輪兩側各有一檔位齒輪被制動帶制動時，齒輪機構不能工作，於此形成駐車檔。
最後，在本發明的齒輪變速裝置中，控制機構的手動/自動控制開關，採用位於方向盤上，裝有工作狀態指示燈的鍵式安鈕的形式比較合適。它應包括自動/手動轉換及能滿足汽車使用要求的各檔位控制開關，並能適時地向控制系統電腦傳送控制開關的有關信息，使其據此對自動變速器實施有效地換檔及模式控制。
本發明的齒輪變速裝置用於汽車自動變速器時，可顯現出較大的優越性。它能夠在較大的範圍內選擇各檔有效的，符合汽車使用要求的傳動比，實現汽車使用全過程對不同檔位的設置要求。同時，通過優化的齒輪機構設計，降低了齒輪變速裝置結構複雜程度，使自動變速器的總體結構也隨之簡化，性價比得到改善，工作可靠性進一步提高。
將控制機構的手動/自動控制開關製成位於方向盤上，有工作狀態指示燈的鍵式安鈕的形式，操作較為方便，有利於駕駛者減少體力支出。
本發明隨後將通過優選的實施例結合附圖加以說明，其中

圖1表示本發明所述齒輪變速裝置的主要零件圖；圖2表示本發明所述齒輪變速裝置的結構簡圖；參照圖1齒輪變速裝置的主要零件圖，齒輪變速裝置的箱體2縱剖面呈拱門形，箱內前端部中心有輸入軸孔及軸承安裝座4，以及環形突起的四檔齒輪安裝座6；中部有「L」形突起的環行一、二當齒輪安裝座8；上部有作用槓桿及制動帶安裝座10；下部中間有縱向的油池12，在其兩側為電磁繼動器安裝座14；在箱的後端突起的邊緣有螺栓連接孔16，通過密封圈18與中部有輸出軸孔及軸承座20的箱蓋22連接。此外，還有位於箱內的輸入軸及主動齒輪24，輸出軸及從動齒輪26，以及到檔齒輪28、一檔齒輪30、二檔齒輪32、四檔齒輪34和架輪36，該架輪36上有三個相同的中間傳動齒柱38，柱上的五個齒輪由架輪36的轂向輞的方向分別為三檔中間輪40、倒檔中間輪42、一檔中間輪44、二檔中間輪46及四檔中間輪48。另外還有軸承50、制動帶52、電磁繼動器54和作用槓桿56。
在上述齒輪變速裝置的主要零件中，所涉及齒輪均為圓錐齒輪。架輪36與各檔位齒輪的輪輞外圓周上均有制動帶環形凹槽58。此外，一檔齒輪30和倒檔齒輪28的齒弧在其側端。
為了更好地理解本發明的齒輪變速裝置及其工作原理，圖2給出了齒輪變速裝置的結構簡圖。在圖2中，輸入軸及主動齒輪24，通過軸承50裝於箱體2近變矩器一端中部輸入軸孔及軸承座4內；輸出軸及從動齒輪26，通過軸承50安裝在箱蓋22中部輸出軸孔及軸承座20內。架輪36位於上述兩者之間，其輪軸分別納入輸入軸和輸出軸的端孔中，而輪上的三根齒柱38互成120度夾角並與輪輻相間，活裝在架輪36的轂與輞上的座孔內。四檔齒輪34與主動齒輪位於架輪36的同側，通過軸承50裝在箱內的安裝座6上。一檔齒輪30、二檔齒輪32、倒檔齒輪28則位於架輪36的另一側，它們分別通過軸承50安裝在箱體2內的中部「L」形突起的底部內、外環形安裝座8上，以及箱蓋22中部輸出軸孔及軸承座20的外環面上。而箱蓋22通過突緣上的栓孔16經密封圈18與箱體2結合。
在上述結構簡圖中所示各檔齒輪、軸承及安裝座三者間均為過盈裝配，各檔位齒輪與相應的中間輪處於常嚙合狀態，同時在各檔齒輪、架輪36的輪輞外環面凹槽58內均包有制動帶52。
以下結合附圖具體說明齒輪變速裝置的工作原理。在詳細論述本發明前，對涉及齒輪傳動原理的相關問題，提出如下考慮由於本發明的前述中已指明，主、從動齒輪同徑，與共同嚙合的三檔中間輪40的輪徑比為2比1。因此，在仔細分析該三者間相互作用的關係時，當僅以三檔中間輪40繞軸自轉一周的工作時段，作為考察三者間相互作用關係的起始界限時，能使分析過程變得更加明了。
當汽車按使用要求，自動或手動選擇三檔檔位時，齒輪變速裝置的控制機構中電磁繼動器54工作，收緊制動帶52，架輪36被制動。動力由輸入軸及主動齒輪24導入並驅動三檔中間輪40及齒柱38轉動，在這裡，由於架輪36被固定，所述三檔中間輪40及齒柱38的轉動，僅指其為繞軸自轉，因此，三檔中間輪40能將主動齒輪的作用力傳至從動齒輪，使之發生與主動齒輪轉向相反的轉動。而當三檔中間輪40自轉一周，與主動齒輪嚙合弧長等於自身周長且在主動齒輪上對應角度為180度時，由齒輪傳動原理的一般知識可知從動齒輪也應轉過半周。主、從動齒輪角速度相同，是為直接檔。
上述事例僅給出了本發明的齒輪變速裝置三檔時一工作片斷，而實際上，汽車在三檔條件下使用是上述過程不斷重複的結果。
當空檔被選擇後，控制機構的電磁繼動器54及制動帶52均不工作，各檔位齒輪及架輪36處於自由狀態。輸入軸及主動齒輪24驅動三檔中間輪40及齒柱38轉動，此時，三檔中間輪40繞從動齒輪的齒弧公轉，並拖動架輪36轉動。如果此刻輸出軸及從動齒輪26的角速度為零，那麼當三檔中間輪40自轉一周的同時在從動齒輪上行過的弧長，將對應從動齒輪180度角。也即架輪36轉過180度時，由齒輪傳動原理的一般知識可知相應的，主動齒輪轉角則應達360度。可見此時主動齒輪的作用力並沒有經三檔中間輪40由從動齒輪傳輸出去，僅用於維持三檔中間輪40沿從動齒輪的齒弧公轉的需要了。
為了方便敘述，上述事例僅給出了空檔時，從動齒輪角速度為零的這種特殊情況，而實際上空檔的形成與從動齒輪處於何種狀態並無關係。
當一檔被選擇，一檔齒輪30被制動，主動齒輪驅動三檔中間輪40及齒柱38轉動，齒柱38上一檔中間輪44沿一檔齒輪30的齒弧公轉，同時通過齒柱38使架輪36繞軸轉動。由於一檔齒輪30與一檔中間輪44的輪徑比為4比1，所以，當一檔中間輪44自轉一周時，在一檔齒輪30上公轉行程等於一檔齒輪30周長的1/4，對應角度為90度，此時架輪也轉過90度，相對應地，三檔中間輪40也應在從動齒輪的齒弧上行過90度所對應的弧長。在本實施例中，由於一檔中間輪44與一檔齒輪30這種相互作用的結果，使得三檔中間輪40轉動一周後，其架輪36的轉角既不是零(架輪被固定，如三檔時)，也不是180度(未固定，如空檔時)，而是處於上述二者之間的90度，因此，從動齒輪便不會像三檔時那樣與主動齒輪反向等速轉動，也不會像空檔時那樣保持原有狀態，而這種情形是緣於架輪36及齒柱38的轉速與轉角變化，即架輪36受一檔齒輪30與一檔中間輪44相互作而呈現出的一種「半制動」狀態。因而，三檔中間輪40轉動時，它對從動齒輪有力的作用，使從動齒輪以較主動齒輪慢的速度轉動。根據齒輪傳動原理的一般知識可知此時，當三檔中間輪40僅自轉一周時，主、從動齒輪的轉角應分別為270度(180度+90度)和90度(180度-90度)二者角速度比為3比1。
二檔時與上述一檔情形類似，只是此時架輪36的轉速比一檔時要小。如依照本實施例給出的二檔齒輪32與二檔中間輪46的輪徑比為6比1時，那麼，當三檔中間輪40自轉一周時，主、從動齒輪的轉角應分別為225度(180度+45度)和135度(180度-45度)，二者角速度比為1.66比1。
四檔時，由於四檔齒輪34與主動齒輪都位於架輪36的同一側，因此當四檔齒輪34被制動，輸入軸及主動齒輪24驅動三檔中間輪40及齒柱38轉動時，齒柱38上四檔中間輪48將沿四檔齒輪34的齒弧公轉，並通過齒柱38帶動架輪36轉動。應該指出的是，此時，架輪36的轉動方向與它在其它檔位時的轉向相反，即與主動齒輪轉向相反而與從動齒輪轉向相同。因此，架輪36包括其上的齒柱38和三檔中間輪40同主、從動齒輪間的相互作用效果與上述各檔時相反，但工作原理卻類似。所以，在給定四檔齒輪34與四檔中間輪48的輪徑比為12比1時，當三檔中間輪40自轉一周後，主、從動齒輪轉角應分別為150度(180度-30度)和210度(180度+30度)，二者之間角速度比為0.71比1。輸出軸及從動齒輪26的轉速高於輸入軸及主動齒輪24的轉速。
這裡，在對上述各檔時，主、從動齒輪與三檔中間輪40之間的相互作用效果進行比較時可發現當僅以三檔中間輪40自轉一周的過程為例時，其對從動齒輪的作用效果(從動齒輪的轉角速度)隨架輪36的轉速及轉角在-30度(指定與主動齒輪同向時為正，-30度為四檔時的轉角)至180度(空檔時)間逐漸增大而減小。而架輪36轉角為小於等於180度時是從動齒輪保持正方向(在本實施例中同時也指定從動齒輪的轉向當與主動齒輪的轉向相反時為其正方向)轉動的極限值。同時還可以看出，此時主、從動齒輪的轉角之和總是等於360度。由此可知，當架輪36轉角小於180度時，從動齒輪就會在三檔中間輪40力的作用下正向轉動。
倒檔時，倒檔齒輪28被固定，主動軸及主動齒輪24驅動三檔中間輪40及齒柱38轉動，齒柱38上倒檔中間輪42沿倒檔齒輪28的齒弧公轉並通過齒柱38使架輪36轉動。由於在本實施例中給出倒檔齒輪28與倒檔中間輪42的輪徑比為1比1，因此，當三檔中間輪40轉動一周時，倒檔中間輪42繞行倒檔齒輪28的齒弧一周，架輪36轉動360度。此時三檔中間輪40沿從動齒輪的齒弧公轉弧度與自轉角度的比值，相對其它檔位時要大許多。所以，當架輪36轉角為180度時，三檔中間輪40自轉角度僅為180度，比空檔時低一半，從而使從動齒輪不能保持原有狀態，即此時三檔中間輪40對從動齒輪有力的作用。其原因是三檔中間輪40自轉速度的二個因素在架輪36的轉動方向上均被延長了。這種時延使三檔中間輪40在輸入軸及主動齒輪24、架輪36、倒檔齒輪28及倒檔中間輪42的共同作用下，雖然轉向未變，但會以齒背反壓並迫使從動齒輪與架輪同向轉動。即主、從動齒輪同向轉動。當三檔中間輪40轉動360度時，主、從動齒輪的轉角，由齒輪傳動原理的一般知識中可知，此時主、從動齒輪的轉動角度應分別為540度(180度+360度)和-180度(180度-360度)，二者之和仍為360度，角速度比為3比1。
最後，需要指出的是本發明的齒輪變速裝置，在多個檔位上工作時，齒輪機構的動作狀態基本相同，因而在換檔時齒輪嚙合比較柔和。同時，控制機構採用以脈衝式電磁繼動器為動力源的控制方式，可以使制動作用變的更加迅速和準確。
至於上述實施例中給出的各檔位齒輪與相對應的中間輪的輪徑比，以及籍此而形成的架輪轉速和轉角值，當以整數倍擴大或縮小時，各檔原有傳動比保持不變。反之，則可根據需要而改變相應檔位的傳動比。此外，駐車檔用於起車時效果較好。
權利要求
1.一種汽車自動變速器的齒輪變速裝置，它包括一個齒輪機構，一個控制機構，一個與變矩器渦輪相連的輸入軸和一個利用軸端突緣與傳動軸相連的輸出軸，其特徵在於，所說輸入軸和輸出軸位於變速裝置箱體(2)內的一端均為中空結構，所說齒輪機構由主動齒輪、從動齒輪、倒檔齒輪(28)、一檔齒輪(30)、二檔齒輪(32)、四檔齒輪(34)和架輪(36)組成，其中，主、從動齒輪的輪徑相同，分別以花鍵與輸入、輸出軸相連，而架輪(36)則位於上述二者之間，其輪軸兩端分別納入輸入、輸出軸的端孔中，架輪(36)上有三根完全相同的中間傳動齒柱(38)，它們互成120度夾角，與輪輻相間，活裝於架輪的輪轂和輪輞上的座孔內。所謂中間傳動齒柱(38)，是由五個不同輪徑的齒輪一體加工製成，在架輪(36)上由輪轂向輪輞的方向，它們分別被稱為與主、從動齒輪同時嚙合的三檔中間輪(40)，與安裝在箱蓋(22)內端中部，輸出軸孔及軸承座(20)外圓周上的倒檔齒輪(28)嚙合的倒檔中間輪(42)，與安裝在箱體(2)內，「L」形突起的底部，環行安裝座(8)的內、外環面上的一、二檔齒輪(30)、(32)嚙合的一、二檔中間輪(44)、(46)，以及與安裝在箱體(2)近變矩器的一端的內端面上，環行突起安裝座(6)上的四檔齒輪(34)嚙合的四檔中間輪(48)以上所說齒輪均為圓錐齒輪，各檔齒輪均通過軸承(50)固定於安裝座上，其中四檔齒輪(34)位於主動齒輪的同側，其餘檔位齒輪(28、30、32)則與從動齒輪同側，而倒檔齒輪(28)與一檔齒輪(30)的齒弧都位於它們輪轂的側端，它們與常嚙合的中間傳動齒輪間存在確定的輪徑比例關係，至於所說的控制機構則由一組電磁繼動器(54)、作用槓桿(56)、制動帶(52)及位於方向盤上的手動控制開關組成，其中，作用槓桿(56)一端與同被固定在箱體(2)上制動帶及作用槓桿安裝座(60)上的制動帶(52)相連，另一端與電磁繼動器(54)銜鐵相連，制動帶(52)則容於架輪(36)和檔位齒輪的輪輞外環面上凹槽(58)中。
2.根據權利要求1所說的齒輪變速裝置，其特徵在於，所說裝置的箱體(2)縱剖面呈拱門形，其底部有矩形油池(12)，油池(12)兩側為電磁繼動器安裝座(14)，箱體(2)近傳動軸一端突起的邊緣上有栓孔(16)，經密封圈(18)與箱蓋(20)結合。
3.據權利要求1所說的齒輪變速裝置，其特徵在於，所說齒輪機構中的各檔位齒輪(28、30、32、34)、軸承(50)及安裝座，三者之間均為過盈裝配。
4.根據權利要求1所說的齒輪變速裝置，其特徵在於，所說各檔齒輪(主或從齒輪、28、30、32、34)與相嚙合的中間傳動齒輪(40、42、44、46、48)之間存在確定的比例關係，由架輪(36)上三檔中間輪(40)往四檔中間輪(48)方向，其輪徑比分別是2、1、4、8和12。
5.根據權利要求1所說的齒輪變速裝置，其特徵在於，所說控制機構的電磁繼動器(54)，為脈衝式電磁繼動器。
6.根據權利要求1所說的齒輪變速裝置，其特徵在於，所說控制機構的制動帶(52)，帶寬為35釐米～40釐米。
7.根據權利要求1所說的齒輪變速裝置，其特徵在於，所說控制機構的手動控制開關，採用位於方向盤上，有工作狀態指示燈的鍵式按鈕，它包括有自動/手動轉換，各檔位及模式控制手動開關的形式。
8.根據權利要求1或2所說的齒輪變速裝置，其特徵在於，架輪(36)和檔位齒輪(28、30、32、24)的輪輞外環面上的制動帶凹槽(58)，是由許多細密排列的細筋條構成的滑面。
9.根據權利要求1或4所說的齒輪變速裝置，其特徵在於，檔位齒輪與中間傳動齒輪間的輪徑比，在權利要求4所給出的數據基礎上，呈整數倍擴大或縮小時，各檔傳動比保持不變，反之，則可根據需要改變檔位的傳動比。
10.根據權利要求1所說的齒輪變速裝置，其特徵在於，所說控制機構不工作時，所說變速裝置為空檔，當架輪(36)被制動時，裝置工作在三檔；當其它任一檔位齒輪被制動時，所說齒輪變速裝置便處於相應檔位的工作狀態；當在架輪(36)兩側同時各有一檔位齒輪或架輪(36)與任一檔位齒輪被同時制動時，所說齒輪變速裝置形成駐車檔，以駐車檔起車較為合適。
全文摘要
一種汽車自動變速器的齒輪變速裝置，含齒輪機構，控制機構、輸入及輸出軸。其中，位於裝置體內的齒輪機構由主、從動齒輪、架輪及四個檔位齒輪組成；控制機構由一組電磁繼動器、作用槓桿、制動帶及自動/手動控制開關組成。它利用齒輪的差速傳動原理，依照給定的條件進行工作改變轉速、轉矩，並以此形成不同的檔位，以滿足汽車的使用要求。
文檔編號B60K20/00GK1515436SQ0313204
公開日2004年7月28日 申請日期2003年7月16日 優先權日2003年7月16日
發明者周立新 申請人:周立新