专利名称：一种手动变速器的换档装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及--种手动变速器的换挡装置,属于汽车领域。
背景技术：
汽车的换挡方式有手动和自动两种，手动挡的变速器是利用离合器、变速器拨叉 和同步器来实现的，其具体的换挡结构包括换挡主体、变速箱和换挡轴，换挡轴的一端穿出 变速箱，其外端部连接挡位杆，通过操纵挡位杆使换挡轴轴向移动或者周向转动，换挡主体 位于变速箱内，通过在换挡主体的两端分别设置一个回位弹簧来实现选挡定位,而这种换 挡结构只能限定换挡主体的3个选挡位置(即轴向位置)，其中两个选挡位置是两个回位 弹簧受压时的位置；另--个选挡位置为平衡位置，当两个回位弹簧均不受外力作用时，换挡 主体就停靠在该平衡位置；换挡主体—t具有一个用于带动变速器中的拨叉(有三个选挡位 置，就有三个拨叉)的拨叉指，换挡主体的拨叉指选择拨叉的过程即为选挡的过程，拨叉与 变速器之间设有同步器,每个同步器控制2对啮合齿轮，只要使换挡轴偏转一定的角度，就 能使同步器选择其中一对相互啮合的齿轮，因此，每个选挡位置又具有两个转速,三个选挡 位置就有6个转速可供选择，一般设置5个前进挡和1个倒挡，只要挂上其中一个挡后，就 能使汽车按照这个车速运动。但是若需要定位4个选挡位置,如满足6个前进挡和单独设置一个倒挡的手动变 速器要求,上述的换挡结构将会出现一个挡位的选挡手感不清晰的现象,从而影响变速器 的选挡品质。
发明内容
本发明提供了--种能够实现4个选挡位置的手动变速器的换挡装置。本发明的目的可通过下列技术方案来实现一种手动变速器的换挡装置，设于变 速箱内，包括换挡轴和固定套接在换挡轴中部的换挡主体,所述换挡轴的端部穿出变速箱 并与变速器的挡位杆相连接,并且通过操纵挡位杆使换挡轴相对于变速箱作轴向移动和周 向转动,所述的换挡主体上具有用于控制变速齿轮啮合的拨叉的拨叉指,其特征在于,所述 的换挡主体与变速箱之间设有一个当换挡主体沿轴向偏移时能够产生一个复位作用力的 复位机构，当所述的换挡轴不受外力作用时,所述的换挡主体在该复位机构的作用下处于 一个平衡点的位置；所述的换挡主体上沿轴向依次在上述的平衡点和平衡点两侧共四个定 位位置分别设有能产生一个定位阻力的定位机构，并且当上述的换挡主体在处于非平衡点 的上述的三个定位位置时换挡主体所受的复位作用力大于其所受的定位阻力。本手动变速器的换挡装置具有四个定位位置(即选挡位置)，这样就能利用三个 定位位置设置6个前进挡,将第四个定位位置单独设置为倒挡，由于有四个定位位置，因此 本装置需配置四个拨叉,各个拨叉的一端具有与拨叉指相配合的卡槽,各个拨叉的另一端 分别连接一个同步器，同步器用于控制2对相互啮合的齿轮，并防止每对齿轮副中的两个 齿轮的转速未达到一致时发生碰撞，各个拨叉的位置应与换挡主体的四个定位位置一一对应,即当换挡主体轴向移动至某一个定位位置时,就能使拨叉指仅连接一个对应的拨叉。换挡过程包括选挡和挂挡两个步骤，选挡时，需操纵挡位杆带动换挡轴轴向移动，当换挡主体停靠在其中一个定位位置上时，换挡主体上的拨叉指就会与其中一个拨叉连 接，同时,定位机构产生一个定位阻力作用于换挡主体上,接下来进行挂挡，就是使换挡轴 顺时针或者逆时针偏转一定的角度,使拨叉向上或者向下运动，与拨叉相连的同步器就会 选中某一对相互啮合的齿轮了，这时，定位机构所产生的定位阻力能够防止拨叉指脱离拨 叉；当未挂上挡且松手时，换挡主体在复位机构的作用下克服定位阻力，而自动复位到四个 定位位置中的平衡位置处,一般将该平衡位置设定为空挡位置。在上述手动变速器的换挡装置中，所述的复位机构包括设于换挡主体两侧并套接 于换挡轴上的复位弹簧一和复位弹簧二，所述的复位弹簧一和复位弹簧二的两端分别作用 于所述的换挡主体和所述的变速箱上。当压缩复位弹簧一和复位弹簧二时均能产生一个选 挡力，且复位弹簧一和复位弹簧二能将换挡主体从对应的定位位置复位到平衡位置，当使 换挡轴向复位弹簧--方向移动时,换挡主体也同步移动,从而压缩该复位弹簧--至某一个 定位位置处，而复位弹簧二处于自由状态，反之亦然。在上述手动变速器的换挡装置中，所述换挡轴的两侧分别设有轴向固定于换挡轴 上的顶压板一和顶压板二,上述的复位弹簧一的两端作用于所述的变速箱和所述的顶压板 一上，上述的复位弹簧二的两端作用于所述的变速箱和所述的顶压板二上。增设顶压板一 和顶压板二后，可防止两复位弹簧因换挡主体的转动而转动，从而保证两复位弹簧的使用 寿命，并使得选挡、复位可靠。在上述手动变速器的换挡装置中,所述的顶压板二与变速箱之间的换挡轴上套接 有挡板和复位弹簧三，复位弹簧三的两端分别作用于上述的挡板和变速箱上，所述的挡板 处具有使挡板与上述的顶压板二保持一间距的限位件。当使换挡轴向复位弹簧二方向移动 时，顶压板二也同步移动，从而压缩复位弹簧二至某一个定位位置处，当继续向该方向移动 时,顶压板二在挤压复位弹簧二的基础上又挤压复位弹簧三，直至挤压到另一个定位位置 处。在上述手动变速器的换挡装置中，所述的限位件呈圆筒状，套接于换挡轴上，限位 件的一端固定于变速箱上，另一端具有一个向内翻的挡沿，此挡沿挡于挡板上，所述的顶压 板二上具有一圆筒状的凸块,该凸块可以穿过上述的挡沿并顶压于上述的挡板上。限位件 能够保证复位弹簧二先于复位弹簧三受压，并保证复位弹簧三具有一定的预紧力；利用凸 块来顶压挡板从而防止顶压板二与限位件接触。在上述手动变速器的换挡装置中,所述的定位机构包括一个固定于变速箱内的自 锁销，该自锁销包括套筒、弹簧和自锁钢球,所述换挡主体的表面开有一个沿着换挡轴的轴 向贯通并呈V形的定位槽,所述的钢球顶压于所述定位槽的槽底。自锁销的具体结构属现 有技术，一般由套筒、弹簧和自锁钢球组成，在选挡时，外力会克服自锁钢球的顶压力而使 自锁钢球始终沿着定位槽的槽底滑动，在挂挡时，在外力的作用下使自锁钢球沿着定位槽 的两侧滑动。在上述手动变速器的换挡装置中,所述定位槽的槽底沿轴向分布有与所述换挡主 体的四个定位位置一一对应且与所述的自锁钢球相配合的卡口。各个定位位置均有一个卡 口，使得挡位清晰，从而实现良好的选挡手感。
在上述手动变速器的换挡装置中，所述的各个卡口分别向着定位槽的两侧延伸形 成卡槽。使得在挂挡时，自锁钢球始终在卡槽内滑动，工作可靠。与现有技术相比，本手动变速器的换挡装置具有如下优点1、本装置能够实现4个定位位置，即4个选挡位置的限定,使驾驶员在选择任何一 个定位位置时，换挡装置都能提供明确的位置信号(通过选挡力的突变)，从而实现良好的 选挡手感；2、本装置可利用3个定位位置设置6个前进挡，利用1个定位位置独立设置倒挡， 从而防止在倒车与前行之间产生误操作；3、在换挡主体的定位槽的槽底处沿轴向分布有与四个定位位置一·对应且与自锁钢球相配合的卡口，使得挡位清晰，从而进一步实现良好的选挡手感。
图1是本发明手动变速器的换挡装置的结构示意图。图2是换挡主体的立体结构示意图。图中，1变速箱；Ia箱体；Ib箱盖；2换挡轴；3换挡主体；3a拨叉指；3b定位槽；3c 卡槽；4复位弹簧一 ；5复位弹簧二 ；6顶压板一 ；7顶压板二 ；7a凸块；8复位弹簧三；9挡 板；9a挡圈；10限位件；IOa挡沿；11套筒；12弹簧；13自锁钢球；14配重块；15拨叉；16拉 索操纵机构；17、18轴承；19幵口销；20连杆；21芯轴。
具体实施例方式以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述， 但本发明并不限于这些实施例。本手动变速器的换挡装置设于变速箱1内，用于选择变速器的转速，如图1所示， 本装置包括换挡轴2和换挡主体3,变速箱1由箱体Ia和固连在其开口端的箱盖Ib组成， 换挡轴2通过轴承17、18支撑于箱体Ia和箱盖Ib上,换挡轴2的--端伸出箱盖lb,其伸出 端还固设有与拉索操纵机构16相连的挡位杆，通过操作挡位杆实现换挡轴2的轴向移动和 周向转动，换挡主体3位于箱体Ia内并通过花键与换挡轴2相连接,为了保证两者连接可 靠，还可采用一开口销19来加强连接,保证两者同步运动。换挡主体3呈圆柱形,其两侧分别设有轴向固定于换挡轴2上的顶压板-- 6和顶 压板二 7，在顶压板一 6与箱体Ia之间设有套接于换挡轴2上的复位弹簧一 4，复位弹簧一 4的两端分别作用于顶压板一 6和箱体Ia上，在顶压板二 7与箱盖Ib之间设有套接于换挡 轴2上的复位弹簧三8，复位弹簧三8的一端作用于箱盖Ib上，另一端作用在活动套接于换 挡轴2上的挡板9上,挡板9被限制于一端焊接在箱盖Ib上的呈圆筒状的限位件10内，从 而与顶压板二 7保持间距，限位件10通过设在其端部的挡沿IOa与挡板9相抵靠，顶压板 二 7上相对于挡板9的一侧还固设有圆筒形的凸块7a，该凸块7a能够穿过挡沿IOa后与挡 板9相顶压,在实际制造时,可将凸块7a与顶压板二 7制成一体，也可将其单独加工后固定 到顶压板二 7上，凸块7a的大小受换挡轴2和挡沿IOa的开口尺寸的限制；限位件10外还 套接有复位弹簧二 5，复位弹簧二 5的两端分别作用于顶压板二 7和箱盖Ib上。为了使复位弹簧三8始终预紧于挡板9与箱盖Ib之间，可在挡板9的边缘上固设一朝向复位弹簧三8的挡圈9a。为了便于轴向固定顶压板一 6和顶压板二 7，可将顶压板一 6和顶压板二 7直接固连起来，由于两者之间有换挡主体3挡着，因此，它们的轴向位置会跟随换挡主体3的移动 而移动。换挡主体3的结构可结合图2,其上设有用于阻止自身复位的定位机构,其具体结 构是在换挡主体3的表面幵有一个呈V型且沿着换挡轴2的轴向贯通的定位槽3b，定位槽 3b内设有顶压于其槽底的自锁销，为了能够获得清晰的挡位和良好的换挡手感，可在定位 槽3b内沿轴向分布四个与定位位置一一对应并向槽底凹入的卡口，卡口的深度应小于自 锁钢球13的半径,这样在选挡时就会产生清晰的挡位,还可使各个卡口向着定位槽3b的两 侧延伸形成卡槽3c，使挂挡可靠。自锁销的具体构造属现有技术，它具有一个套筒11，套筒11上加工有外螺纹，通 过该螺纹固定到变速箱的箱体Ia上,在套筒11内封装有弹簧12和芯轴21,在芯轴21的伸 出端装有--自锁钢球13,自锁钢球13与芯轴21之间安装有多个小钢球，目的是减小自锁钢 球13转动时的阻力；在芯轴21与套筒11之间安装有轴承，目的是减小芯轴21移动时的阻 力，套筒11与芯轴21通过弹簧12传递作用力，自锁钢球13可以自由转动，且自锁钢球13 和芯轴21均可沿套筒11的轴向移动，在此移动过程中会压缩自锁销中的弹簧12，从而产生 弹力，自锁钢球13顶压于换挡主体3上的定位槽3b内，当轴向移动换挡轴2进行选挡时， 由于自锁钢球13已处于换挡主体3上的一个卡口之内，所以必然将自锁钢球13压出卡口 至定位槽3b的底部，同时自锁销中的弹簧12被压缩，产生一阻力,此力提供换挡时的手感； 当换挡主体3轴向移动一定的距离后，即到达某个定位位置处时，自锁钢球13将自动滑入 换挡主体3上的另一个卡口内，在滑入过程中，弹簧12伸长，同时也产生一轴向力,此力提 供选挡时的换挡手感；挂挡时，使换挡主体3周向旋转，自锁销的弹簧12被迫伸入卡槽3c 内，当自锁钢球13未滑出卡槽3c时，即未越过V型定位槽3b的两侧顶边时，弹簧12产生的 力是换挡阻力，当自锁钢球13滑出卡槽3c并且换挡主体3继续转动时，自锁销产生的将是 一主动力,此主动力驱动换挡主体3限定到定位位置,此力同时也起到换挡手感的作用。若 想退出当前挡位时，需要反向旋转换挡主体3，此时需再次压缩自锁销，并产生一阻力，此阻 力阻止变速器换挡装置脱离当前挡位，故在驾驶员没有刻意换挡时，此力起到自锁的作用。换挡主体3上对应于定位机构的另一侧还设有用于选择转速的拨叉指3a，由于本 装置能够实现4个定位位置的限定，因此,变速器中设有4个按换挡轴2的轴向分布的拨叉 15，各个拨叉15上具有卡接拨叉指3a的凹槽，当拨叉指3a轴向移动至一个定位位置时，就 会卡接一个拨叉15，该拨叉15会带动与其连接的同步器，当使拨叉15上移或者下移时，同 步器就会选中一对相互啮合的齿轮,此时,挂挡结束。为了保证拨叉指3a在同一时刻仅卡接一个拨叉15,可使拨叉指3a穿过用于连接 顶压板一 6和顶压板二 7的连杆20，当该拨叉指3a连接一个拨叉时，其余三个拨叉的凹槽 均与连杆20配合；当拨叉指3a同时与两个拨叉卡接时，由于这两个拨叉的凹槽不仅与拨叉 指3a卡接，又与连杆20卡接，而连杆20不会随着拨叉指3a转动,从而确保此时无法挂挡， 即防止换挡装置因同时选择两个挡位而造成变速器损坏。为了能够取得更佳的换挡手感，还可在换挡轴2上靠近挡位杆的外侧安装一配重 块14。
本装置的选挡原理如下假设定位位置一为复位弹簧一 4受压后的位置,定位位 置二为平衡位置，定位位置三为仅复位弹簧二 5受压后的位置，定位位置四为复位弹簧二 5 和复位弹簧三8同时受压后的位置。如图1所示，当向左选挡时,换挡轴2带动顶压板一 6压缩复位弹簧一 4,当达到设 定的定位位置--及选挡力时，自锁销的自锁钢球13正好滑落到与换挡主体3的第一个卡口 内，从而实现挡位停靠；当复位弹簧一 4和复位弹簧二 5达到弹力相等时，就会使换挡主体 3处于定位位置二，该位置是变速器挡位的常驻点，通常为3/4挡位置，此时自锁钢球13位 于换挡主体3的第二个卡口内；当向右选挡时，换挡轴2带动顶压板二 7压缩复位弹簧二 5， 当顶压板二 7的凸块7a与挡板9刚接触时，由于复位弹簧三8具有预紧力，因此,这里有一 个较大的选挡力突变，此时，自锁钢球13刚好滑落到换挡主体3的第三个卡口内，从而实现 挡位停靠；当继续向右选挡时，顶压板二 7在压缩复位弹簧二 5的基础上利用凸块7a继续 压缩复位弹簧三8,当复位弹簧三8被压缩到一定的选挡力时(或者复位弹簧三8压死、或 者挡板9直接与箱盖Ib内壁接触)’自锁钢球13刚好滑落到换挡主体3的第四个卡口中， 从而实现挡位停靠。确定好选挡位置后，只要顺时针或者逆时针方向偏摆一定的角度,就会带动拨叉 15上移或者下移,从而使同步器动作,选中其中一对相互啮合的齿轮,这样，就挂上挡了。有--点需说明--下,每个同步器也具有三挡，即正向一个转速、中间空速和反向一 个转速，因此，任何一个选挡位置上只要使同步器处于空速位置上，均能使汽车驻车，但是 只有在平衡位置上任一复位弹簧都是不受压的，所以将此位置作为汽车的常驻位置。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领 域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替 代，比如将复位弹簧三设在箱体与顶压板一之间，并使复位弹簧三具有一定的预紧力，其一 端作用在箱体上，另一端与顶压板一保持间距,促使顶压板一先压缩复位弹簧一，再同时压 缩复位弹簧一和复位弹簧三时,从而产生两个选挡突变力等，但这些修改或者补充或者替代并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
权利要求
一种手动变速器的换挡装置，设于变速箱(1)内，包括换挡轴(2)和固定套接在换挡轴(2)中部的换挡主体(3)，所述换挡轴(2)的端部穿出变速箱(1)并与变速器的挡位杆相连接，并且通过操纵挡位杆使换挡轴(2)相对于变速箱(1)作轴向移动和周向转动，所述的换挡主体(3)上具有用于控制变速齿轮啮合的拨叉的拨叉指(3a)，其特征在于，所述的换挡主体(3)与变速箱(1)之间设有一个当换挡主体(3)沿轴向偏移时能够产生一个复位作用力的复位机构，当所述的换挡轴(2)不受外力作用时，所述的换挡主体(3)在该复位机构的作用下处于一个平衡点的位置；所述的换挡主体(3)上沿轴向依次在上述的平衡点和平衡点两侧共四个定位位置分别设有能产生一个定位阻力的定位机构，并且当上述的换挡主体(3)在处于非平衡点的上述的三个定位位置时换挡主体(3)所受的复位作用力大于其所受的定位阻力。
2.根据权利要求1所述的手动变速器的换挡装置，其特征在于，所述的复位机构包括 设于换挡主体(3)两侧并套接于换挡轴(2)上的复位弹簧一(4)和复位弹簧二(5)，所述的 复位弹簧一(4)和复位弹簧二(5)的两端分别作用于所述的换挡主体(3)和所述的变速箱 (1)上。
3.根据权利要求2所述的手动变速器的换挡装置，其特征在于，所述换挡轴(2)的两侧 分别设有轴向固定于换挡轴(2)上的顶压板一(6)和顶压板二(7),上述的复位弹簧一(4) 的两端作用于所述的变速箱(1)和所述的顶压板一(6)上，上述的复位弹簧二(5)的两端 作用于所述的变速箱(1)和所述的顶压板二(7)上。
4.根据权利要求3所述的手动变速器的换挡装置，其特征在于，所述的顶压板二(7)与 变速箱(1)之间的换挡轴(2)上套接有挡板(9)和复位弹簧三(8)，复位弹簧三(8)的两端 分别作用于上述的挡板(9)和变速箱(1)上，所述的挡板(9)处具有使挡板(9)与上述的 顶压板二(7)保持一间距的限位件(10)。
5.根据权利要求4所述的手动变速器的换挡装置，其特征在于，所述的限位件(10)呈 圆筒状，套接于换挡轴(2)上，限位件(10)的一端固定于变速箱(1)上，另一端具有一个向 内翻的挡沿(10a),此挡沿(IOa)挡于挡板(9)上，所述的顶压板二(7)上具有一圆筒状的 凸块(7a),该凸块(7a)可以穿过上述的挡沿(IOa)并顶压于上述的挡板(9)上。
6.根据权利要求1-5任一条所述的手动变速器的换挡装置，其特征在于，所述的定位 机构包括一个固定于变速箱⑴内的自锁销，该自锁销包括套筒(11)、弹簧(12)和自锁钢 球(13),所述换挡主体(3)的表面开有一个沿着换挡轴(2)的轴向贯通并呈V形的定位槽 (3b),所述的自锁钢球(13)顶压于所述定位槽(3b)的槽底。
7.根据权利要求6所述的手动变速器的换挡装置，其特征在于，所述定位槽(3b)的槽 底沿轴向分布有与所述换挡主体(3)的四个定位位置一一对应且与所述的自锁钢球(13) 相配合的卡口。
8.根据权利要求7所述的手动变速器的换挡装置,其特征在于,所述的各个卡口分别 向着定位槽(3b)的两侧延伸形成卡槽(3c)。
全文摘要
本发明提供了一种手动变速器的换档装置，属于汽车领域。它解决了现有手动变速器的换档装置只能实现3个选档位置的限定，且选档手感不良等问题。本手动变速器的换档装置设于变速箱内，包括换档轴和固定在换档轴中部的换档主体，换档轴在档位杆的带动下作轴向移动和周向转动，换档主体上有拨叉指，换档主体与变速箱之间设有当换档主体沿轴向偏移时能产生复位作用力的复位机构，当换档轴不受外力作用时，换档主体在该复位机构的作用下处于一个平衡点的位置；换档主体上沿轴向在平衡点和平衡点两侧共四个定位位置分别设有能产生定位阻力的定位机构，当换档主体处于非平衡点的三个定位位置时换档主体所受的复位作用力大于其所受的定位阻力。
文档编号F16H59/04GK101799070SQ20091031292
公开日2010年8月11日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者尹宏声, 李书福, 杨健, 潘跃升, 赵福全, 陈勇, 陈华 申请人:浙江吉利汽车研究院有限公司;浙江吉利控股集团有限公司