专利名称：电动车辆全啮合式变速传动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车用变速装置。
电动汽车具有节约能源、不污染环境、噪声低等优点，但由于作为动力的蓄电池重量高达数百斤，且能量密度仅为40-45瓦小时/公斤，而存在马力不足、行驶速率低等缺点。但是近来由于能源短缺及空气污染等问题，而使电动车辆重新被人所重视。
电动汽车如要进入实用阶段，必须克服马力不足，行驶速率低等缺点，克服上述缺点的方法除了发展高性能蓄电池外，最直接的方法即减轻变速装置的重量并提高其传动效率。
本发明的目的在于针对电动车辆所存在的上述问题，提供一种可减少齿轮组、减轻重量、减小体积并提高传动效率的全啮合式变速传动装置。
为实现本发明的目的，该全啮合式变速传动装置中的各档主动齿轮和被动齿轮均保持常啮合状态，主轴仅能直接驱动一档主动齿轮，而对其余各档的主动齿轮则经由各该档位的单向弹簧传动机构进行间接传动，平时这些单向弹簧传动机构均处于脱离位置，只有在车速超过一定值时才被各该档的离心式自动入档装置驱动而先后排入各该档位。各档位被动齿轮间也分别以各档位单向传动机构传递动力，且各档位单向传动机构均容许较高档位的被动齿轮以高于较低档位被动齿轮的转速转动，而使相互啮合的各档位主动齿轮与被动齿轮在排档时不需脱离，并可依据车辆行驶速度随时自动变换适当档位，无需设置手动操作的离合器和排档杆等，从而大大简化了变速传动机构，并提高了传动效率。
该全啮合式变速传动装置包括主轴、副轴筒、各档主动齿轮、各档被动齿轮、单向螺旋弹簧传动构件、离心式自动入档装置和差速器。其主要特征是一档主动齿轮直接固定在主轴上，而其余各档主动齿轮分别具有轴向空心延伸套筒，由内向外依次间隔套合在主轴上，各空心延伸套筒内分别装有单向螺旋弹簧传动构件;最终档位被动齿轮直接固定在副轴筒上，而其余各档被动齿轮分别具有轴向空心延伸套筒，由外向内依次间隔套在副轴筒上，各相邻被动齿轮延伸套筒之间以及倒数第二档被动齿轮与副轴筒之间均装有单向传动构件;倒退档从动件直接固定在副轴筒上。
该变速传动装置中，设置一与最终档位被动齿轮同步转动的差速器，该差速器可带动该电动车辆所具有的两侧车轮轴转动，并允许该两侧车轮轴以不同转速转动。
为了实现自动排档的目的，该变速传动装置中设置有离心式自动入档装置，包括与该主动齿轮延伸套筒相互啮合并随之转动的一盘座;以环形等距排列方式装在该盘座上并可自转的数个心轴;固定于该心轴上并与该心轴同步转动的一齿轮;固定于入档从动件上并与该齿轮相互啮合的一从动齿轮;固定于该心轴上的一重块，该重块受一弹簧的弹性作用力而具有向该从动齿轮贴尽的压力，使该相互啮合的齿轮与从动齿轮驱动该从动件转动至制动位置;而当该盘座的转速超过一设定速度值时，该重块所承受的离心力即大于该弹性作用力，而使该重块向外偏离并经由该相互啮合的齿轮与从动齿轮驱动该入档从动件转动至入档位置。
各档位被动齿轮单向传动构件与倒退档单向传动构件为螺旋方向相反的单向螺旋弹簧或动力传递方向相反的单向轴承。
请参阅以下有关本发明的实施例的详细说明及附图。
图1为本发明电动车辆全啮合式变速装置第一实施例在前进一档时的剖面图;
图2为该变速器中第二档离心式自动入档装置在原始位置时的部分剖面放大视图;
图3为该变速器中第二档离心式自动入档装置在入档位置时的部分剖面放大视图;
图4为该变速器中第二档主动齿轮及其单向螺旋弹簧传动构件位于与主轴相互脱离状态时的部分剖面放大视图;
图5为该第二档主动齿轮及其单向螺旋弹簧传动构件位于与主轴相互连接状态时的部分剖面放大视图;
图6为该变速器在前进二档时的剖面视图;
图7为该变速器在前进三档时的剖面视图;
图8为该变速器第二实施例的剖面视图。
本发明的变速器10可依实际需要提供不同档位设计的变速功能;为便于说明，图1所示的变速器10为具有前进三档及倒退一档的变速功能，该变速器也可以设计成具有前进四档以上的变速功能。图1中直流马达90、前置减速器91。变速器10主要包括有主轴11，该主轴11的动力经由第一档至第三档全啮合式传动齿轮组以递减的变速比传递至一副轴筒12，该副轴筒12则与一差速器外壳32同步连动，并借以带动两侧车轮轴33及34随之转动;该变速器10还包括有第二及第三档离心式自动入档装置22及23，可依据车辆行驶速率，驱动该变速器10随时变换适当的档位。
传动齿轮组由两个为一组相对啮合的的一直接或间接被主轴11所带动的主动齿轮及一直接或间接带动副轴筒12的从动齿轮所组成;其中第一档至第三档从动齿轮的齿数则递减，而第一档至第三档从动齿轮的齿数则递减，使各不同档位的传动齿轮组分别具有不同的变速比，借以在低速档位时令副轴筒12获得高扭力，而在高速档位时降低主轴11的转速。
第一档主动齿轮13直接固定在主轴11上，第二及第三档主动齿轮14及15则由内向外依序利用滚珠轴承16及17间隔套合于主轴11上，使主轴11无法直接带动该第二及第三档主动齿轮14及15，且第二及第三档主动齿轮14及15分别具有轴向空心延伸套筒18及19，该第二及第三档主动齿轮延伸套筒18及19分别与一具有单向传递动力特性的第二及第三档主动齿轮单向螺旋弹簧传动构件20及21相互嵌合，该第二及第三档主动齿轮单向螺旋弹簧传递构件21及21具有一向内压紧力，但在平时则被第二及第三档自动入档装置22及23所制动而分别与主轴11或第二档主动齿轮延伸套筒18间呈相互脱离状态;只有在主轴11转速超过一设定值时，该第二及第三档自动入档装置22及23即先后因离心作用而失去其制动作用，进而使该第二及第三档主动齿轮单向传动构件20及21先后向内压紧而分别与主轴11及第二档主动齿轮延伸套筒18连接。如此主轴11的动力即经由该第二及第三档主动齿轮单向传动构件20及21分别传递至第二及第三档主动齿轮14及15而使其与主轴11同速转动。
第一及第二档从动齿轮24及25则由外向内依序利用滚珠轴承间隔套合于副轴筒12上，且第一及第二档从动齿轮24及25分别具有轴向空心延伸套筒28及29;该第一档从动齿轮延伸套筒28的内表面与一具有单向传递动力特性且与第二档从动齿轮25间呈连接状态的单向螺旋弹簧传动构件30相互嵌合，使该第一档从动齿轮24在正向旋转时的动力可经由该第一档从动齿轮单向传动构件30传递至第二档从动齿轮25;而该第二档从动齿轮延伸套筒29则与一具有单向传递动力特性且与副轴筒12间呈连接状态的单向螺旋弹簧传动构件31相互嵌合，使该第二档从动齿轮25在正向旋转时的动力可经由该第二档从动齿轮单向传动构件31传递至副轴筒12;第三档从动齿轮26则利用一平键27直接固定在副轴筒12上，并利用数个螺栓35与该差速器外壳32相互连接，而使副轴筒档12、第三档从动齿轮26及差速器外壳32三者完全同步连动。
第一档从动齿轮延伸套筒28的外表面以压紧方式套有一倒退档单向螺旋弹簧传动构件36，该倒退档单向传动构件36具有一与倒退档从动件37相互嵌合的延伸端38，倒退档从动件37利用一平键39而直接固定在副轴筒12上，借以构成一倒车时的动力传递组件。由于倒退档单向传动构件36的螺旋方向恰与各前进档单向螺旋弹簧传动构件相反，使得该倒退档单向传动构件36在直流马达90正向旋转时仅与第一档从动齿轮延伸套筒28之间产生一相对滑动现象而能保持静止不动，并无法将一正向旋转的动力传递给各倒退档从动件37。该倒退档单向传动构件36在直流马达90逆向旋转时，将逆向旋转的动力经由倒退档从动件37传递给副轴筒12，进而使车辆倒退行驶;当直流马达90逆向旋转时，第一档从动齿轮单向传动构件30在第二档从动齿轮延伸套筒29上滑动，并未将逆向旋转的动力传递给第二档从动齿轮延伸套筒29。
副轴筒12的动力经由第三档从动齿轮26传递给差速器40的外壳32，该差速器40是一种伞形齿轮式差速器，包括有一两端插入差速器外壳32上的径向差速器轴41，分别固定在差速器轴41两端相对位置上的伞形差速齿轮42及43;以及分别固定于两侧车轮轴33及34的端部并与该两端伞形差速齿轮42及43啮合的两个伞形边齿轮44及45。其中，当车辆直线行驶时，两侧车辆(图中未示)所承受的路面摩擦阻力相同，因而使该两端伞形差速齿轮42、43及差速器轴41均仅被差速器外壳32所带动而公转，本身并无自转运动，伞形边齿轮44和45以相同速度转动，使车辆保持直线行驶状态。但是当车辆在一弯逆或不平路面行驶时，由于向心力的影响而使两侧车轮轴所承受的阻力不同，因而使该两端伞形差速齿轮42、43除被差速器外壳32带动而公转外，本身亦因两侧阻力不同而具有一自转运动，该自转运动促使位于外侧的边齿轮以高于内侧边齿轮的速度转动，以补偿两侧车轮的阻力差，并使车辆得以顺利转弯。
请同时参阅图1至图3，本发明所提供的全啮合齿轮式变速器10可借由各档位器的单向螺旋弹簧传动构件与第二及第三档离心式自动入档装置22及23配合，而具有随时依据车辆行驶速率变换适当档位的自动排档功能。该第二及第三档自动入档装置22及23的构造完全相同，为便于了解，本文中仅以第二档自动入档装置22为例说明。第二档自动入档装置22包括有一直接固定在第二档主动齿轮延伸套筒档18上而随之同步转动的盘座46，盘座46上设有数个成环形等距排列且本身可自转的心轴47，各心轴47上分别固定有一重块48以及一齿轮49，重块48的自由端50与另一心轴47间装有一拉伸弹簧51，该拉伸弹簧51具有将自由端50向内拉动的弹性力，而齿轮49与一紧配合方式套合在一环圈58上的从动齿轮53相互啮合，该环圈58则被固定在第二档入档空心从动件52上。如图1所示，当该电动车辆以一档行驶时，主轴11的正向旋转动力经由第一档主动齿轮13传递给第一档从动齿轮24，再由第一档从动齿轮24依序传递给第一档从动齿轮单向传动构件30，第二档从动齿轮25，第三档从动齿轮单向传动构件31、副轴筒12、第三档从动齿轮26及差速器外壳32，上列各传动构件均以相同速度转动;而与第二档从动齿轮25啮合的第二档主动齿轮14亦被第二档从动齿轮25带动而随之转动，该第二档主动齿轮14的空心延伸套筒18及固定在其上的盘座46亦随之转动(同理第三档自动入档装置23的盘座亦随之转动);当盘座46的转速低于一设定速度值时，重块48所承受的离心力小于其本身重力及拉伸弹簧51弹力之和，而使重块48停留于如图2所示的原始位置，没有进行换档的动作;只有当盘座46的转速超过该设定速度值时，重块48所承受的离心力即大于其本身重力及拉伸弹簧51弹力之和，而使重块48因离心作用并以心轴47为支点而向外转动至如图3所示的偏离位置，心轴47及固定于其上的齿轮49随着重块48的偏离而旋转一适当角度，进而带动与齿轮49啮合的从动齿轮53及该第二档入档从动件52沿图3中箭头A方向而转动一适当角度，该转动一适当角度的第二档入档从动件52将促使第二档主动齿轮单向传动构件20向内压紧而与主轴11连接(如图5所示)。亦即当车行速度超过一设定值时，该第二档自动入档装置22因离心作用而自动完成排入二档的入档动作，而使主轴11的正向旋转动力可直接经由与主轴11连接的第二档主动齿轮单向传动构件20而传递给第二档主动齿轮14。
如图4所示，第二档入档从动件52在靠近第二档主动齿轮单向传动构件20的一端设有一凹槽54，该凹槽54恰与第二档主动齿轮单向传动构件20的一延伸端55相互嵌合;而第二档主动齿轮单向传动构件20的另一延伸端56则与第二档主动齿轮延伸套筒18的一凹槽57相互嵌合。当车辆以一档的低速行驶时，该第二档自动入档装置22中的入档从动件52停留在如图4所示的原始位置，并迫使具有向内压紧力的第二档主动齿轮单向传动构件20因被第二档入档从动件52制动而与主轴11间呈脱离状态，即主轴11的动力无法经由第二档主动齿轮单向传动构件20传递至第二档主动齿轮14，而设置于主轴11与第二档主动齿轮14间的滚珠轴承16，则允许主轴11与第二档主动齿轮14以不同速度转动。
如图5所示，在车行速度超过一设定值时，该第二档自动入档装置22中的入档从动件52将如前所述转动一适当角度至如图5所示的入档位置，并带动该第二档主动齿轮单向传动构件20的延伸端55随之转动，进而迫使该原具有向内压紧力的第二档主动齿轮单向传动构件20向内压紧至如图5所示与主轴11相互连接的传动位置;此时，主轴11的正向旋转动力可直接由第二档主动齿轮单向传动构件20传递给第二档主动齿轮14，而使主轴11与第二档主动齿轮14间以同一速度转动。
请参阅图6，当车行速度超过一设定值时，第二档自动入档装置22即驱动第二档主动齿轮单向传动构件20向内压紧使之与主轴11呈连接状态;而使主轴11的正向旋转力同时传递给第一及第二档主动齿轮13和14，并使之以等速转动。分别与该第一及第二档主动齿轮13及14啮合的第一及第二档从动齿轮24和25则因齿数比不同而具有不同的转速。其中第二档从动齿轮25的转速高于第一档从动齿轮24，而介于第一档从动齿轮延伸套筒28与第二从动齿轮延伸套筒29间的第一档从动齿轮单向传动构件30属于一种单向螺旋式弹簧，使之能与较高速转动的第二档从动齿轮延伸套筒29间产生一相对滑动现象，且无法将高速转动的第二档从动齿轮延伸套筒29的动力传递给第一档从动齿轮延伸套筒28，而使以不同速度转动的第一及第二档从动齿轮24及25间不致相互妨碍，且第一档主动齿轮13与第一档从动齿轮24在变速器排入二档时无需相互脱离，当该变速器10排入第二前进档时，第二档从动齿轮25的动力依序传递给第二档从动齿轮单向传动构件31、副轴筒12、第三档从动齿轮26及差速器外壳32，并使其转速与第二档从动齿轮25的转速相同。
请参阅图7，当车行速度超过另一更高的设定值时，第三档自动入档装置23继第二档自动入档装置22排入二档之后自动排入三档位置，其中第三档自动入档装置23驱动第三档主动齿轮单向传动构件21向内压紧使之与第二主动齿轮延伸套筒18呈连接状态;而使主轴11的正向旋转动力可同时传递给第一、第二及第三档主动齿轮13、14及15，并使三者均以等速转动。分别与第一、第二及第三档主动齿轮13、14及15啮合的第一、第二及第三档从动齿轮24、25及26则因齿数比不同而具有不同的转速，其中第三档从动齿轮26的转速最快而第一从动齿轮24的转速最慢，而分别介于第一档从动齿轮延伸套筒28与第二档从动齿轮延伸套筒29间的第一档从动齿轮单向传动构件30以及介于第二档从动齿轮延伸套筒29与副轴筒12间的第二档从动齿轮单向传动构件31则分别与较高转动的第二档从动齿轮延伸套筒29及副轴筒12间产生相对滑动现象，且无法将第三档从动齿轮26的动力反向传递给第一及第二档从动齿轮24及25，因此，第一档主动齿轮13与第一档从动齿轮24以及第二档主动齿轮14与第二档从动齿轮25在变速器排入三档时无需相互脱离，当该变速器10排入第三前进档时，第三档从动齿轮26的动力分别传递给副轴筒12及差速器外壳32，并使其转速与第三档从动齿轮26的转速相同。
请参阅图8，本发明所提供的变速装置第二实施例60在主要构造上与图1至图7所示的第一实施例10大致相同。其中，该变速器60的第一档从动齿轮空心延伸套筒78与第二档从动齿轮空心延伸套筒79间利用一第一档单向轴承80作为传递动力的构件，该第一档单向轴承80仅可在直流马达90正向旋转时将第一档从动齿轮延伸套筒78的动力传递给第二档从动齿轮延伸套筒79，而无法在直流马达90逆向旋转时将第一档从动齿轮延伸套筒78的动力传递给第二从动齿轮延伸套筒79或将第二档从动齿轮延伸套筒79的动力传递给第一档从动齿轮延伸套筒78;同理，第二档从动齿轮延伸套筒79与副轴筒62间设一仅可在直流马达90正向旋转时单向传递第二档从动齿轮延伸套筒79的动力给副轴筒92的至少一个第二档单向轴承81;再者，在第一档从动齿轮延伸套筒78与利用一平键89直接固定在副轴筒62上的倒退档从动件87间则设置有一仅可在直流马达逆向旋转时单向传递第一档从动齿轮延伸套筒的动力给倒退档从动件87的倒退档单向轴承86。即本发明的变速装置第二实施例60除了以单向轴承取代第一实施例10中的单向螺旋弹簧传动构件外，其余构造均与第一实施例10相同。
本发明所提供的电动车辆全啮合式变速装置除了可有效减轻重量、缩小体积，特别适合作为电动车辆的变速传动装置外，并比传统变速装置具有下列优点(1)使用全啮合式齿轮组直接传递动力，具有最佳传动效率，进而可在不增加蓄电池的能量密度下，提高电动车辆的整体能源效率，并延长电动车辆的蓄电时间及续使距离;
(2)既可利用全啮合式齿轮组直接传递动力，更可依据车辆行驶速率随时自动变换适当档位，无需设置由驾驶者手动操作的离合器及排档杆等设施，兼具有传统手动排档变速器及自动排档变速器的优点，而无其缺点;
(3)使用较少组数的传动齿轮组而获得较多档位的变速效果;
(4)可在不影响变速性能的要求下减少齿轮组数，使其构造几乎与减速器一样简单，具有小型化、轻量化、传动效率高及操作简便等优点。
权利要求
1.一种电动车辆的变速传动装置，包括主轴、副轴筒、各档主动齿轮、各档被动齿轮、单向螺旋弹簧传动构件，离心式自动入档装置和差速器，其特征在于一档主动齿轮直接固定在主轴上，而其余各档主动齿轮分别具有轴向空心延伸套筒，由内向外依次间隔套合在主轴上，各空心延伸套筒内分别装有单向螺旋弹簧传动构件；最终档位被动齿轮直接固定在副轴筒上，而其余各档被动齿轮分别具有轴向空心延伸套筒，由外向内依次间隔套合在副轴筒上，各相邻被动齿轮延伸套筒之间以及倒数第二档被动齿轮与副轴筒之间均装有单向传动构件；倒退档从动件直接固定在副轴筒上。
2.根据权利要求1所述的变速传动装置，其特征在于该变速传动装置中包括有一与最终档位被动齿轮同步转动的差速器。
3.根据权利要求1所述的变速传动装置，其特征在于其中的离心式自动入档装置包括有与该主动齿轮延伸套筒相互啮合并随之转动的一盘座;以环形等距排列方式装在该盘座上并可自转的数个心轴;固定于该心轴上并与该心轴同步转动的一齿轮;固定于该入档从动件上并与该齿轮相互啮合的一从动齿轮;固定于该心轴上的一重块，该重块受一弹簧的弹性作用力而具有向该从动齿轮贴尽的压力，使该相互啮合的齿轮与从动齿轮驱动该入档从动件转动至制动位置;而当该盘座的转速超过一设定速度值时，该重块所承受的离心力即大于该弹性作用力，而使该重块向外偏离并经由该相互啮合的齿轮与从动齿轮驱动该入档从动件转动至入档位置。
4.根据权利要求1所述的变速传动装置，其特征在于该被动齿轮单向传动构件与该倒退档单向传动构件为螺旋方向相反的单向螺旋弹簧。
5.根据权利要求1所述的变速传动装置，其特征在于该被动齿轮单向传动构件与该倒退档单向传动构件为动力传递方向相反的单向轴承。
全文摘要
一种车用速传动装置，利用数组恒保持啮合状态的各挡位主动齿轮与被动齿轮而以不同变速比例将主轴的动力传递各副轴筒，主轴仅能直接驱动一挡主动齿轮，并以由各挡位单向螺旋弹簧的方式间接驱动其余挡位的主动齿轮，各挡位单向螺旋弹簧平时均位于脱离位置，并在副轴筒转速超过一设定值时被各挡位离心式自动入挡装置所驱动而先后排入各挡位。各挡位被动齿轮间亦分别以各挡位单向传动构件传递动力，且各挡位单向传动构件均允许较高挡位的被动齿轮以高于较低挡位被动齿轮的转速转动，而使相互啮合的各挡位主动齿轮与被动齿轮在排挡时均无需脱离。
文档编号B60L11/18GK1071377SQ9211130
公开日1993年4月28日 申请日期1992年10月24日 优先权日1992年10月24日
发明者曾盛财 申请人:曾盛财