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专利名称：多齿轮叠加式变速器

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN201710755906.8

专利申请（专利权）人：王家宇
权利人地址：广西壮族自治区贵港市桂平市厚禄乡峡口村芦村屯79号

专利发明（设计）人：王家宇

专利摘要：一种多齿轮叠加式变速器，包括输入轴、输出轴、中间轴、主动锥齿轮组、从动锥齿轮组与换挡同步器组：中间轴上连接有输出端齿轮组，输出端齿轮组两端分别连接中间轴与输出轴；主动锥齿轮组具有复数个共轴层叠分布的主动锥齿轮，主动锥齿轮与输入轴固定连接；从动锥齿轮组具有复数个逐一套设的从动锥齿轮，从动锥齿轮共轴地套设于中间轴上，从动锥齿轮与主动锥齿轮保持一一啮合而组成变速齿轮组，变速齿轮组具有各不相同的传动比而形成不同挡位；换挡同步器组用于使切换从动锥齿轮与中间轴之间的接合/分离。本发明提供了一种结构紧凑、刚强度高、易于增加挡位的多齿轮叠加式变速器。

主权利要求：多齿轮叠加式变速器
技术领域
[0001] 本发明属于变速器技术领域，具体地来说，是一种多齿轮叠加式变速器。
背景技术
[0002] 变速器是用来改变来自发动机的转速和转矩的机构，它能固定或分挡改变输出轴和输入轴传动比，又称变速箱。一般地，变速器包括序列式手动变速器、自动变速器、无级变速器、双离合变速器等类型。
[0003] 现有的变速器虽然种类众多，对应不同的结构而开发，但多具有一种难以克服的问题。例如，手动变速箱体积重量大，难以增加挡位；自动变速箱虽然挡位相对丰富，但体积大且结构复杂；无级变速器难以承受高扭矩；双离合变速器属于较为新型的类型，其结构复杂、生产研发成本高，技术尚未成熟。
发明内容
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种多齿轮叠加式变速器，具有紧凑小巧的结构，改善结构刚性与强度，提高承载能力，并具有易于增加挡位的优点。
[0005] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：
[0006] 一种多齿轮叠加式变速器，包括输入轴与输出轴以及：
[0007] 至少一根中间轴，所述中间轴上连接有输出端齿轮组，所述输出端齿轮组具有保持啮合的输出端主动齿轮与输出端从动齿轮，所述输出端主动齿轮与所述中间轴固定连接，所述输出端从动齿轮与所述输出轴固定连接；
[0008] 主动锥齿轮组，所述主动锥齿轮组具有复数个主动锥齿轮，所述主动锥齿轮共轴地与所述输入轴固定连接而同步旋转；
[0009] 与所述中间轴一一对应的从动锥齿轮组，所述从动锥齿轮组具有复数个从动锥齿轮，复数个所述从动锥齿轮共轴地套设于所述中间轴上，所述从动锥齿轮与所述主动锥齿轮保持一一啮合而组成变速齿轮组，复数个所述变速齿轮组具有各不相同的传动比而形成不同挡位；
[0010] 换挡同步器组，所述换挡同步器组用于使一所述从动锥齿轮与所述中间轴保持接合而同步旋转，同时使其余的所述从动锥齿轮与所述中间轴保持分离。
[0011] 作为上述技术方案的改进，所述从动锥齿轮组还包括滚动体，相邻的所述从动锥齿轮的周侧壁面包围而成至少一条环形滚动沟道，最内侧的所述从动锥齿轮与所述中间轴的周侧壁面包围而成至少一条所述环形滚动沟道，复数个所述滚动体可滚动地保持于所述环形滚动沟道。
[0012] 作为上述技术方案的进一步改进，相邻的所述从动锥齿轮与所述滚动体组成角接触轴承结构。
[0013] 作为上述技术方案的进一步改进，所述换挡同步器组具有彼此保持接合的复数个惯性式同步器，所述惯性式同步器沿所述中间轴的径向逐一套设并与所述中间轴保持接合，所述惯性式同步器可沿所述中间轴的轴向直线运动而与所述从动锥齿轮逐渐接合，在任意时刻，至多仅有一所述惯性式同步器与所述从动锥齿轮保持接合。
[0014] 作为上述技术方案的进一步改进，所述惯性式同步器连接有换挡驱动部，所述换挡驱动部用于驱动所述惯性式同步器直线运动。
[0015] 作为上述技术方案的进一步改进，所述惯性式同步器具有花键毂与可滑动地保持于所述花键毂上的接合套，相邻的所述花键毂彼此通过花键啮合，所述接合套远离所述从动锥齿轮的一端端面具有拨叉槽，所述换挡驱动部为一端设于所述拨叉槽内的换挡拨叉，所述换挡拨叉用于驱动所述接合套沿所述中间轴的轴向直线运动而与所述从动锥齿轮逐渐接合或分离。
[0016] 作为上述技术方案的进一步改进，所述花键毂上设有挡环，所述挡环用于防止所述花键毂沿所述中间轴的轴向直线运动。
[0017] 作为上述技术方案的进一步改进，所述中间轴为两根并共轴相对布置，其中一所述中间轴上的所述输出端齿轮组还具有惰轮，所述惰轮设于输出端主动齿轮与所述输出端从动齿轮之间并与后二者同时啮合。
[0018] 作为上述技术方案的进一步改进，设有所述惰轮的所述中间轴上还连接有倒挡齿轮组，所述倒挡齿轮组具有倒挡主动齿轮与倒挡从动齿轮，所述倒挡主动齿轮与所述中间轴固定连接，所述倒挡从动齿轮与所述输出轴固定连接。
[0019] 作为上述技术方案的进一步改进，所述倒挡齿轮组还设有倒挡同步器，所述倒挡同步器用于使所述倒挡主动齿轮与倒挡从动齿轮达到一致的转速而顺利啮合。
[0020] 本发明的有益效果是：
[0021] 通过层叠布置的多级主动锥齿轮与套设布置的多级从动锥齿轮，主动锥齿轮与从动锥齿轮一一对应地保持啮合，并以换挡同步器组分别控制多级从动锥齿轮与中间轴之间的接合/分离，使于任一工作时刻，仅有一从动锥齿轮与中间轴接合，实现相应挡位的动力输出，避免传统结构的换挡行程而压缩变速器的尺寸，减小跨度而提高变速器的承载能力，通过叠加传动齿轮即可增加挡位，提供了一种结构紧凑、刚强度高、易于增加挡位的变速器。
[0022] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0024] 图1是本发明实施例1提供的多齿轮叠加式变速器的整体结构示意图；
[0025] 图2是本发明实施例1提供的多齿轮叠加式变速器的第一局部示意图；
[0026] 图3是本发明实施例1提供的多齿轮叠加式变速器的第二局部示意图；
[0027] 图4是本发明实施例1提供的多齿轮叠加式变速器的第三局部示意图；
[0028] 图5是本发明实施例1提供的多齿轮叠加式变速器的换挡同步器组的主视示意图；
[0029] 图6是本发明实施例1提供的多齿轮叠加式变速器的换挡同步器组的轴测示意图；
[0030] 图7是本发明实施例1提供的多齿轮叠加式变速器的第一挡位动力输出图；
[0031] 图8是本发明实施例1提供的多齿轮叠加式变速器的第二挡位动力输出图；
[0032] 图9是本发明实施例1提供的多齿轮叠加式变速器的第三挡位动力输出图；
[0033] 图10是本发明实施例1提供的多齿轮叠加式变速器的第四挡位动力输出图；
[0034] 图11是本发明实施例1提供的多齿轮叠加式变速器的第五挡位动力输出图；
[0035] 图12是本发明实施例1提供的多齿轮叠加式变速器的第六挡位动力输出图；
[0036] 图13是本发明实施例1提供的多齿轮叠加式变速器的倒挡挡位动力输出图。
[0037] 主要元件符号说明：
[0038] 1000?多齿轮叠加式变速器，0100?输入轴，0200?主动锥齿轮组，0210?主动锥齿轮，0300?从动锥齿轮组，0310?从动锥齿轮，0311?摩擦锥面，0312?接合齿，0320?滚动体，0400?中间轴，0410?第一中间轴，0420?第二中间轴，0500?换挡同步器组，0510?惯性式同步器，0511?花键毂，0511a?挡环，0512?接合套，0512a?拨叉槽，0513?同步锁环，0520?换挡驱动部，0600?输出端齿轮组，0610?第一输出端齿轮组，0611?第一输出端主动齿轮，0612?第一输出端从动齿轮，0620?第二输出端齿轮组，0621?第二输出端主动齿轮，0622?第二输出端从动齿轮，0623?惰轮，0700?输出轴，0800?倒挡齿轮组，0810?倒挡主动齿轮，0820?倒挡从动齿轮，0830?倒挡同步器。

具体实施方式
[0039] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对多齿轮叠加式变速器进行更全面的描述。附图中给出了多齿轮叠加式变速器的优选实施例。但是，多齿轮叠加式变速器可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对多齿轮叠加式变速器的公开内容更加透彻全面。
[0040] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0041] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在多齿轮叠加式变速器的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0042] 实施例1
[0043] 请参阅图1，多齿轮叠加式变速器(以下简称“变速器”)1000包括输入轴0100与输出轴0700，输入轴0100与输出轴0700之间依次设置主动锥齿轮组0200、从动锥齿轮组0300、中间轴0400与输出端齿轮组0600。其中，主动锥齿轮组0200与从动锥齿轮组0300保持啮合而形成不同挡位；从动锥齿轮组0300一一对应地套设于中间轴0400上，并通过设于中间轴0400上的换挡同步器组0500而与中间轴0400保持接合或分离，从而使中间轴0400获得相应挡位的动力。

[0044] 换言之，动力自输入轴0100输入，并经主动锥齿轮组0200、从动锥齿轮组0300、中间轴0400而传递至输出端齿轮组0600，输出端齿轮组0600进一步将动力传递至输出轴0700，从而实现相应挡位的动力输出，完成变速器1000的变速过程。在本发明中，变速器
1000具有紧凑而小巧的结构，在需要增加挡位时通过简单叠加即可实现，具有易于实现、动力传输路径简单的优点。

[0045] 以下逐一介绍变速器1000各部分的具体结构，以便更好地理解本发明。
[0046] 输入轴0100用于与动力源连接而向变速器1000输入动力。一般地，动力源包括发动机、电动机等各类可提供机械驱动力的结构。在汽车领域，较为常见的是发动机。
[0047] 输入轴0100远离动力源的一端与主动锥齿轮组0200固定连接。其中，主动锥齿轮组0200具有复数个主动锥齿轮0210，复数个主动锥齿轮0210具有共轴关系，并与输入轴0100固定连接而同步旋转。换言之，复数个主动锥齿轮0210沿输入轴0100的轴向分布，形成多个动力输出端。

[0048] 请结合参阅图2，主动锥齿轮组0200与从动锥齿轮组0300保持啮合而形成相应挡位。其中，从动锥齿轮组0300与中间轴0400的数量一一对应，并对应地设置于中间轴0400上。换言之，任一中间轴0400上均设有一从动锥齿轮组0300。
[0049] 从动锥齿轮组0300具有复数个从动锥齿轮0310，复数个从动锥齿轮0310共轴地套设于中间轴0400上。换言之，复数个从动锥齿轮0310形成嵌套结构且彼此之间具有间隙轴孔配合关系，并在中间轴0400的轴向具有投影重合关系。从动锥齿轮0310与主动齿轮保持一一啮合而组成变速齿轮组。值得注意的是，有别于传统的变速箱，从动锥齿轮0310与中间轴0400并不固定连接，二者之间具有相对转动，并仅通过换挡同步器组0500而实现传动连接。
[0050] 其中，复数个变速齿轮组具有各不相同的传动比而形成不同挡位。换言之，不同的变速齿轮组中，主动锥齿轮0210与从动锥齿轮0310的齿数比各不相同，对应于预设的变速挡位，实现对应的变速比。
[0051] 应当注意，在复数个中间轴0400的结构中，从动锥齿轮组0300亦为复数个。此时，任一主动齿轮同时与复数个从动锥齿轮0310保持啮合。换言之，不同的变速齿轮组可具有共用的主动齿轮。
[0052] 优选地，从动锥齿轮组0300还包括滚动体0320。在此，滚动体0320包括滚珠、滚子等类型。相应地，相邻的从动锥齿轮0310的周侧壁面包围而成至少一条环形滚动沟道，最内侧的从动锥齿轮0310与中间轴0400的周侧壁面亦包围而成至少一条环形滚动沟道，复数个滚动体0320可滚动地保持于环形滚动沟道。
[0053] 换言之，具有轴孔配合的相邻两个从动锥齿轮0310中，充当“孔”的从动锥齿轮0310的内侧周壁具有至少一条外圈沟道，充当“轴”的从动锥齿轮0310的外侧周壁具有至少一条内圈沟道。类似地，最内侧的从动锥齿轮0310的内侧周壁具有至少一条外圈沟道，中间轴0400的外侧周壁具有至少一条内圈沟道。外圈沟道与内圈沟道相对并包围而成环形滚动沟道，滚动体0320与环形滚动沟道之间具有滚动接触，具有较佳的承载结构与较小的摩擦，使相邻的从动锥齿轮0310之间具有承载作用。

[0054] 应当注意，复数个滚动体0320依预设位置而保持于环形滚动沟道内。在一个示范性的实施例中，复数个滚动体0320具有圆周均匀分布关系。对应于环形滚动沟道的数量范围自一个至复数个，滚动体0320形成单列至多列结构，可适应不同的载荷工况。
[0055] 进一步优。嗔诘拇佣冻萋0310与滚动体0320组成角接触轴承结构。换言之，滚动体0320与环形滚动沟道之间具有接触角，以角接触轴承结构而可同时承受轴向负荷与径向负荷，进一步改善运动过程中相邻的从动锥齿轮0310之间的承载结构。
[0056] 在前述承载结构下，相邻的从动锥齿轮0310之间具有相互的承载支撑，使变速器1000获得极佳的承载能力。即于高扭矩工况下，变速器1000也能获得良好的承载能力，保证工作状态。

[0057] 请结合参阅图3～6，中间轴0400上还设有换挡同步器组0500，用于使一从动锥齿轮0310与中间轴0400保持接合而同步旋转，同时使其余的从动锥齿轮0310与中间轴0400保持分离。在一个示范性的实施例中，换挡同步器组0500的一端与中间轴0400固定连接，另一端用于在从动锥齿轮0310间切换连接关系。亦即在任意时刻，换挡同步器组0500的另一端仅与某一从动锥齿轮0310保持接合，而与其余从动锥齿轮0310保持分离，从而使中间轴0400仅与所述某一从动锥齿轮0310保持接合而传递动力。在另一个实施例中，换挡同步器组0500亦可与从动锥齿轮组0300固定连接，并具有与从动锥齿轮0310一一对应的复数个输出端，复数个输出端中在任意时刻仅有一者与中间轴0400保持接合，亦可达到发明目的。

[0058] 优选地，换挡同步器组0500具有彼此保持接合的复数个惯性式同步器0510，惯性式同步器0510沿中间轴0400的径向逐一套设并与中间轴0400保持接合，惯性式同步器0510可沿中间轴0400的轴向直线运动而与从动锥齿轮0310逐渐接合，在任意时刻，至多仅有一惯性式同步器0510与从动锥齿轮0310保持接合。进一步优。咝允酵狡0510连接有换挡驱动部0520，换挡驱动部0520用于驱动惯性式同步器0510直线运动。
[0059] 在一个示范性的实施例中，惯性式同步器0510具有花键毂0511与可滑动地保持于花键毂0511上的接合套0512，相邻的花键毂0511彼此通过花键啮合并进一步与中间轴0400啮合。换言之，花键毂0511与中间轴0400以花键啮合而具有同步旋转，但可具有沿中间轴0400轴向的相对直线运动。优选地，花键毂0511上设有挡环0511a，挡环0511a用于防止花键毂0511沿中间轴0400的轴向直线运动，亦即实现花键毂0511在中间轴0400上的轴向定位。

[0060] 接合套0512远离从动锥齿轮0310的一端端面具有拨叉槽0512a，换挡驱动部0520为一端设于拨叉槽0512a内的换挡拨叉，换挡拨叉用于驱动接合套0512沿中间轴0400的轴向直线运动而与从动锥齿轮0310逐渐接合或分离。在换挡拨叉的驱动下，接合套0512可直线运动而分别与花键毂0511、从动锥齿轮0310啮合，从而实现花键毂0511、接合套0512、从动锥齿轮0310的一体旋转。其中，换挡拨叉可通过机械操纵杆或电子控制方式获得驱动力，电子控制方式可采用电机、伸缩缸等方式提供驱动力。
[0061] 更具体地，惯性式同步器0510还具有同步锁环0513，同步锁环0513具有三个缺口，花键毂0511上具有三个轴向槽并分别设有滑块，滑块可沿轴向运动伸入同步锁环0513的缺口内，使接合套0512与同步锁环0513保持接合或分离。在一个极简的实施例中，惯性式同步器0510具有锁环式惯性同步器的结构构造，区别仅在于拨叉槽0512a的设置位置，本发明的拨叉槽0512a设置于接合套0512的端面而非外圈表面。
[0062] 相应地，从动锥齿轮0310远离主动锥齿轮0210的一端具有摩擦锥面0311与接合齿0312，用于与同步锁环0513接合锁紧，而实现同步锁环0513与从动锥齿轮0310的接合与同步旋转。换言之，在摩擦锥面0311的摩擦作用与接合齿0312的啮合下，同步锁环0513与从动锥齿轮0310完全锁紧。

[0063] 如前所述，动力经换挡同步器组0500自某一从动锥齿轮0310传递至中间轴0400。其中，变速器1000具有至少一根中间轴0400，用于传递动力。中间轴0400上连接有输出端齿轮组0600，输出端齿轮组0600具有保持啮合的输出端主动齿轮与输出端从动齿轮，输出端主动齿轮与中间轴0400固定连接，输出端从动齿轮与输出轴0700固定连接。

[0064] 中间轴0400的数量决定从动锥齿轮组0300的数量及排布，并决定惯性式同步器0510的数量与排布结构。请结合参阅图1，优选地，中间轴0400为两根并共轴相对布置。换言之，中间轴0400包括第一中间轴0410与第二中间轴0420，第一中间轴0410与第二中间轴
0420具有共轴关系，并分居主动锥齿轮组0200两侧。可以理解，第一中间轴0410与第二中间轴0420具有相反的旋转方向。第一中间轴0410上设有第一输出端齿轮组0610，第二中间轴
0420上设有第二输出端齿轮组0620。

[0065] 相应地，从动锥齿轮组0300的数量为2组，并分别设于第一中间轴0410与第二中间轴0420上。其中，任一主动锥齿轮0210同时与第一中间轴0410上的一从动锥齿轮0310、第二中间轴0420上的一从动锥齿轮0310保持啮合，形成一拖二结构。
[0066] 相应地，惯性式同步器0510两端分别对应于第一中间轴0410与第二中间轴0420。换言之，任一惯性式同步器0510可用于控制2个从动锥齿轮0310与中间轴0400之间的接合或分离状态。

[0067] 输出端齿轮组0600包括相互啮合的第一输出端主动齿轮0611与第一输出端从动齿轮0612。第二输出端齿轮组0620包括第二输出端主动齿轮0621、惰轮0623与第二输出端从动齿轮0622，惰轮0623设于第二输出端主动齿轮0621与第二输出端从动齿轮0622之间并与后二者同时啮合。第一输出端从动齿轮0612与第二输出端从动齿轮0622均与输出轴0700固定连接，惰轮0623可避免第一中间轴0410与第二中间轴0420发生运动冲突，保证动力输出稳定有序。
[0068] 优选地，第二中间轴0420上还连接有倒挡齿轮组0800，倒挡齿轮组0800具有倒挡主动齿轮0810与倒挡从动齿轮0820，倒挡主动齿轮0810与中间轴0400固定连接，倒挡从动齿轮0820与输出轴0700固定连接。进一步优。沟渤萋肿0800还设有倒挡同步器0830，倒挡同步器0830用于使倒挡主动齿轮0810与倒挡从动齿轮0820达到一致的转速而顺利啮合。倒挡同步器0830与前述的惯性式同步器0510结构与工作原理类似。

[0069] 请结合参阅图7～13，在一个示范性的实施例中，变速器1000具有6挡前进挡与倒挡等7个挡位。根据换挡拨叉的驱动切换，换挡同步器组0500的某一惯性式同步器0510与对应的一个从动锥齿轮0310保持接合，动力即经主动锥齿轮0210、对应的从动锥齿轮0310、换挡同步器组0500、中间轴0400及输出端齿轮组0600/倒挡齿轮组0800传递至输出轴0700，实现相应挡位的动力输出。在另一个实施例中，变速器1000尚可根据实际需要增减挡位，以叠加形式即可轻松实现。
[0070] 在本发明中，由于主动锥齿轮0210与从动锥齿轮0310保持常啮合，避免了传统结构下的滑动行程问题，有效地压缩了变速器1000的结构尺寸。同时，由于不存在换挡滑动行程，可轻松地进行多级叠加，实现挡位的增加，易于实现而结构可靠。
[0071] 在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
[0072] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0073] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

专利地区：广西

专利申请日期：2017-08-29

专利公开日期：2023-07-25

专利公告号：CN107387679B