專利名稱：自由布局式多擋變速器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種改進的有級式齒輪變速器，特別是一種用少量齒輪能得到較多檔位的變速器，它適用于各種車輛及需要多檔變速的機械設備。
現有的汽車變速器大多為有級式齒輪變速器，它每檔需用一對齒輪，例如，5對齒輪只能得到5檔。我的前一個發明“自由輪離合式多檔變速器”提出了用4對齒輪可得到8檔，用5對齒輪可得到16檔。但在實際應用中，正好需要8檔和16檔變速器的并不多。如果舍去一些檔位，又顯得結構有些復雜。
本發明的目的就是要提供一些用3對齒輪能得到4檔，4對齒輪能得到5～8檔和用5對齒輪能得到7～16檔，并且結構不太復雜的變速器。
發明是這樣得到實現的，普通的三軸式變速器，由輸入軸傳來的動力只通過一對常嚙輸入齒輪傳給中間軸，再由中間軸每檔用一對輸出齒輪向輸出軸傳出動力。而本發明的三軸式變速器卻有兩對或更多對輸入齒輪將動力傳給中間軸。有的輸入齒輪也可以當作輸出齒輪。普通的二軸式變速器，動力由輸入軸上的齒輪傳遞給輸出軸上的齒輪。而本發明的二軸式變速器，可將輸出軸上齒輪的動力傳回給輸入軸上的齒輪，再由另一對齒輪將動力傳回輸出軸。對于上述兩種變速器因為改變了常規的輸入輸出方式，有些齒輪副不只使用一次，而是多次得到使用，因此可以得到多條傳動路線，即增加了檔位。而且這些檔位能夠滿足傳動比成等比數列的要求。
為了實現多檔傳動，有時要有兩個或更多的離合器同時結合，因此它的操縱系統要比一般的變速器復雜些。本變速器的離合器主要有兩種，一種是能使齒輪與軸之間傳遞動力的輪軸離合器，如現有的同步器，另一種是能使同軸線上相鄰兩齒輪間傳遞動力的輪間離合器。為了使操縱系統不致太復雜，有時可用單向超越離合器來代替輪間離合器。下面將結合附圖對發明作進一步的詳細說明。


圖1是4檔變速器的傳動示意圖。
圖2～4是5檔變速器的傳動示意圖。
圖5～9是6檔變速器的傳動示意圖。
圖10是8檔變速器的傳動示意圖。
圖11～14是7檔變速器的傳動示意圖。
圖15～22是8檔變速器的傳動示意圖。
圖23～31是9檔變速器的傳動示意圖。
圖32～37是10檔變速器的傳動示意圖。
圖38～39是12檔變速器的傳動示意圖。
圖40是16檔變速器的傳動示意圖。
以上是三軸式常嚙齒輪變速器的前進檔示意圖。
圖41是4檔變速器傳動示意圖。
圖42～43是5檔變速器傳動示意圖。
圖44～47是6檔變速器傳動示意圖。
圖48是8檔變速器傳動示意圖。
圖49～52是7檔變速器傳動示意圖。
圖53～56是8檔變速器傳動示意圖。
以上是二軸式常嚙齒輪變速器的前進檔示意圖。
圖57是4檔變速器傳動示意圖。
圖58～59是5檔變速器傳動示意圖。
圖60～61是6檔變速器傳動示意圖。
以上是二軸式移動齒輪變速器的前進檔示意圖。
圖62是4檔變速器傳動路線示意圖。
圖63～65是5檔變速器的傳動示意圖。
圖66～70是6檔變速器的傳動示意圖。
以上是三軸式移動齒輪變速器的前進檔示意圖。
圖71是三軸式倒檔示意圖。
圖72是輪間同步器示意圖。
圖73～79是操縱機構示意圖。
圖80～84是傳動系實例。
下面結合圖4中的第4個傳動系統示意圖來作具體說明，圖中共有4對齒輪，上面的4個齒輪從左至右為Z1、Z2、Z3、Z4，下面的4個齒輪從左至右為Z5、Z6、Z7、Z8。以后的例子中齒輪的編號方法與此相同。Z5、Z6之間和Z2、Z3之間是輪軸離合器，它可使兩邊齒輪中的任何一個隨軸一起轉動，使它們之間能夠傳遞扭矩。Z3、Z4之間是輪間離合器，它可使同軸線上的兩個相鄰齒輪之間傳遞扭矩或分別旋轉。輸入軸與輸出軸的結合部，可以根據實際需要放在Z3、Z4之間。Z1與輸入軸是一個整體，Z2可在輸入軸上自由轉動，但不能軸向移動。Z6、Z7是一個雙聯齒輪，從圖中可以看出由于各離合離的結合與分離，可在輸入軸與輸出軸之間形成5條傳遞路線。圖的下面是傳遞路線示意圖，左側的數字是表示最高檔為直接檔的檔位，右側的數字是表示設有超速檔的檔位。
圖1～70共有200多個只有前進檔的傳動方案的基本型。圖71有17種三軸式變速器的倒檔方案，(二軸式倒檔可參照三軸式倒檔)。它們之間互相結合可產生幾千種變速器的結構。如圖80～84所示。
圖57是滑移齒輪變速器的前進檔示意圖。Z1和Z6上有一條與軸平行的細線，它代表滑鍵，它表示齒輪可以軸向移動，并且齒輪與軸之間可以傳遞扭矩。在移動齒輪變速和倒檔方案中常見這種鍵。
變速器的檔位可以不用全，例如圖38，12檔變速器可以只用11檔或10檔、9檔等。
圖中給出了各傳動路線的排檔順序，按這個順序排檔就可以滿足傳動比成等比數列的要求，有時按其他的順序排檔也能滿足要求。
一般的三軸式變速器都是二級齒輪傳動，二軸式變速器都是一級傳動，而本發明的變速器，三軸式可有4級傳動，二軸式可有3級傳動，因此本變速器與現有的相同檔位，相同傳動比的變速器相比，可減少齒輪數量，減小齒輪直徑，減小軸心距，以致減小整個變速器的體積和重量。
一般的三軸式變速器只通過一對輸入的常嚙齒輪將動力由輸入軸傳給中間軸，除直接檔外，在其他檔，這對輸入齒輪總是處于工作狀態，因此它的工作時間多于輸出齒輪副，壽命短于其他齒輪副，這就違背了各零件同壽命的原則，在其他零件還能工作時不得不對它進行更換，增加了維修量。而本發明的變速器有兩對以上的齒輪輪流向中間軸輸入動力，因此減輕了輸入齒輪的工作量，使得變速器內的所有齒輪都壽命相近。
輪軸離合器可以是普通的同步器，輪間離合器可用同步器稍加改進而或。如圖72所示，從圖中可以看出它相當于一個單面同步器，它不是裝在軸上，而是裝在其中的一個齒輪上，當然輪軸離合器和輪間離合器也可以是嚙合套或其他離合器，有時用單向超越離合器來代替輪間離合器可減少撥叉數量，簡化操縱機構。
本發明的變速器有時要有兩個或兩個以上的離合器同時結合，因此它的操縱系統要復雜些。
圖73中有兩個操縱桿控制了三個撥叉，其實它表示了可以用兩個以上的操縱桿控制三個以上的撥叉。它的結構與現有的操縱結構相近。
圖74的擺桿式操縱機構比較新穎。變速時向右拉操縱桿〔2〕，通過傳動機構使定位筒〔3〕上升，離開擺桿〔4〕，然后轉動帶指示箭頭的選檔旋鈕〔1〕進行選檔，旋鈕〔1〕通過傳動機構帶動定位筒〔3〕旋轉，圖中畫的傳動機構是萬向節鏈，定位筒上有定位孔，當操縱桿〔2〕被推回原位時，定位筒〔3〕向擺桿〔4〕運動，帶動相應的擺桿擺動，并帶動撥叉〔5〕移動，使得離合器處于所要求的狀態，操縱桿回到原位，整個變速過程結束。圖164中只畫出3個擺桿，其實也可以有4個、5個以至更多個。多個撥叉可以共用一根導向軸，而且不用互鎖。定位筒也可以是定位盤、定位板，選檔時不一定旋轉，擺桿的擺動平面不一定垂直也可以水平或成一定角度，這樣可以減小變速箱的高度，對遠距離操縱的變速器有利。T形擺桿可以繞其固定軸轉動，因此它可以將定位筒一個方向的運動轉變成兩個方向的擺動。用這種擺桿式操縱機構可以很容易的實現復雜的變速。定位筒〔3〕相對擺桿〔4〕的運動可以通過很多種機構來操縱，也可以采用氣動或液動缸來實現其動作。再稍作改進就可實現變速半自動化。
圖75是擺桿式操縱機構的另一種形式，操縱軸可以軸向移動和轉動，其上有多個定位輪，它在中間位置旋轉時是選檔，推、拉到兩端時是換檔。操縱軸上的定位輪上有各種溝槽，它能使擺桿擺到預定的位置。圖中沒有畫出操縱桿到操縱軸之間的機構，因為不論操縱桿安裝在地板上還是安裝在轉向柱上，其操縱機構都可以有很多種方案。
圖76是圖75的改進型，其改進處是定位輪的輪腰改成凸輪形，擺桿上叉頭部的滾輪改成滾珠。它可以使操縱軸在選檔時有離合器結合，免得換檔時同時結合兩個或兩個以上的離合器。
圖77是圖74的一種變形，它適合于檔位較多的情況，它可以在選檔時使某個離合器結合，避免換檔時同時結合多個離合器。換檔時推壓操縱桿〔2〕，通過〔2〕上的插在齒輪〔3〕內的短軸，帶動齒輪〔3〕轉動，同時齒條〔4〕帶動定位筒〔8〕上升。操縱桿〔2〕不僅可以推拉，還可以沿著垂直于紙面的方向擺動，當它擺動時凸輪〔5〕也隨著轉動，其上的凸輪槽帶動擺桿6擺動，先使某個離合器離合，再旋轉選檔旋鈕〔1〕，通過軟軸帶動齒輪〔7〕旋轉，〔7〕通過定位筒〔8〕上的齒輪帶動〔8〕旋轉進行選檔，定位筒〔8〕上的齒輪可以在齒輪〔7〕上滑動，當操縱桿〔2〕向右拉回時，定位筒〔8〕向擺桿〔9〕運動，并使其擺動，帶動離合器進行離合，完成換檔動作。
圖78也是當操縱桿在擺動選檔時利用凸輪予先使一個離合器離合，以免在換檔時同時結合多個離合器。
圖77、78中的凸輪和圖76的定位輪不一定是圖示形狀，因為操縱桿只能擺動一個很小的角度，因此它們可以只是輪的一部分，或用沖出凸輪槽的板來代替輪。
圖79也是一種利用選檔的時機先使某個離合器動作的操縱機構，它適用于操縱桿裝在轉向柱上或駕駛員遠離變速器的情況。它與現有變速器操縱部分不同的是在選檔桿上裝了一塊帶有凸輪槽的扇形板，有某個撥叉可受它的控制而動作。
圖80是一個5檔變速器傳動部分的實例，它是圖2第4個前進檔方案與圖71中最后一個倒檔方案的結合。表1中給出了各齒輪的齒數和它的各檔傳動比，可以看出它的各檔傳動比與現有的變速器的傳動比相差不大，完全可以滿足需要。它不但所需的齒輪少，而且它所需的撥叉也少，因為齒輪Z5、Z6之間的輪間離合器可以使用單向超越離合器，它不需要撥叉控制，它的操縱機構可參照圖78或圖79。可以看出這個變速器要比現有的5檔變速器少用一對齒輪，而且結構也不復雜，體積重量還可以減少。
圖81也是一個5檔變速器的實例，它是圖8中第一方案與圖71右側第二方案的結合，它本來可以得到6檔，但第4檔必須移動齒輪變速，因此可將第4檔舍去，制成5檔變速器，它的各齒輪齒數和各檔傳動比參照表2。它的Z8齒輪必須加寬，以便能同時與Z4和倒檔齒輪嚙合，從圖中可以看出它只用3個撥叉來控制兩個同步器和一個滑移齒輪，就可實現5個前進檔全同步。
圖82是6檔變速器的實例，它是圖9中第5方案與圖71中左側第2方案的結合，它的Z5、Z6之間的輪間離合器也可以使用單向超越離合器。它也是用3個撥叉控制2個同步器和一個滑移齒輪來實現6檔全同步。它的各參數可參照表3。
圖83也是6檔變速器的實例，它是圖7中的第2方案與圖71中左側第5方案的結合，它的特點是第一檔采用4級傳動，因此齒輪和中心距都可縮小，可進一步減小變速箱的體積和重量，它的各參數可參照表4。
自由布局式多檔變速器由于改變了常規變速器的布局方式，因此能用少量齒輪得到多檔變速，也就是說對于具有相同檔位數的變速器，可減少齒輪的數量，并且它的操縱機構也不太復雜，因此它可以減小變速器的體積和重量，降低變速器的成本，它完全可以取代現有的變速器。
權利要求
1.一些由少量齒輪能得到多檔的有級式齒輪變速器，其特征是由前進檔傳動機構基本型和倒檔傳動機構基本型組成傳動機構，還有與此傳動機構相配合的操縱機構。
2.按權利要求1規定的變速器其特征是三軸式變速器的輸入軸上有輪軸離合器或輸入主動齒輪是雙聯齒輪或輸入主動齒輪上帶有輪間離合器，二軸式變速器的齒輪副中有自由齒輪副，即一對齒輪中的兩個齒輪在輸入軸和輸出軸上都能夠自由轉動，前進機構圖1-70和倒檔機構圖71組成了傳動機構。
3.按權利要求1、2規定的變速器其特征是有些輪間離合器可以采用單向超越離合器。
4.按權利要求1、2、3規定的變速器其特征是操縱機構中有一種多桿式操縱機構，它與普通變速器的區別是操縱桿可以是2個、3個或4個。每個操縱桿可以操縱1～3個撥叉，各桿的操縱范圍可以重疊。
5.按權利要求1、2、3規定的變速器其特征是操縱機構中有一種擺桿式操縱機構，如圖74～77，擺桿成T型，擺桿可以繞自己的軸轉動一定的角度，T形擺桿的下端能控制撥叉，上端有兩個帶臺的觸頭或兩個滾輪或滾珠，定位件可以與擺桿相對運動，定位件可以是筒、盤、板、輪、塊、定位件上有孔或溝槽。
6.按權利要求1、2、3所規定的變速器其特征是操縱機構中有一種在選檔時即可使某些離合器離合的機構，如圖76～78，操縱桿上帶有凸輪，操縱桿擺動時可帶動凸輪轉動，凸輪帶動撥叉移動，凸輪可以是輪缺或板。
全文摘要
本發明公開了一些自由布局式多擋變速器，它能夠用3對齒輪得到4擋，4對齒輪得到5～8擋，5對齒輪得到7～16擋。對于三軸式變速器它的低速擋可以有4級傳動，對于二軸式變速器它可以有3級傳動，因此對于相同擋位的變速器，它不但可以使齒輪數量減少，還可以減少齒輪的直徑，減小軸心距，以至減小整個變速器的體積和重量，可以降低變速器的成本，它完全可以取代現有的車輛變速器。
文檔編號F16H63/30GK1060517SQ90108408
公開日1992年4月22日 申請日期1990年10月10日 優先權日1990年10月10日
發明者劉大剛 申請人:劉大剛