专利名称：汽车齿轮自动变速器的制作方法
技术领域：
汽车传动系统从动力输入变速器进行转速和转矩变换，然后传递到差速器及半 轴，驱动车轮。一种汽车齿轮自动变速器，具有锥状排列式主从齿轮排，对数众多，相邻转速 相差较小而最高与最低转速升降达到拾多倍，满足了各种路况的最佳匹配。动力先输入行星齿轮组进行前进、倒车或空挡转换，花键主动轴与行星齿轮组 的行星架联接成同轴型。主动轴上联接一排主动齿轮，常啮合着一平行管轴上活套的输 出齿轮排，各个输出齿轮内孔制成多条圆弧曲面凹槽，并支承在各自的轴承上，从高至 低以逐渐变动的转速转动。管轴内腔有一移动杆，其上联接一凸轮，管轴上对应每个输 出齿轮有一组管壁孔，孔中装有销轴，销轴二端头分别与输出齿轮内孔凹槽及移动杆上 的凸轮外圆结合或分离，达到换挡变速。移动杆再作轴向进退即转换成其他挡位的转速 输出，直至车轮。
背景技术：
汽车变速传动以齿轮传动效率高寿命长最佳，却换挡操纵难以自动化，相啮合 的二齿面结合或分离存在着冲击，噪声大，磨损快。液力机械自动变速车实现了平滑自动换挡却增加油耗，污染严重。金属带式CVT无级变速传动。由于摩擦力依靠巨大的压紧力而产生，加压装置 消耗着动能，效率低寿命短传递的功率受到限制，变速器发热温升高，使用成本高。上述各种汽车变速器的变速范围较小，其匹配不够完善，动力性和经济性尚需 提尚。齿轮传动和无级变速各有优缺，一种汽车齿轮自动变速器具有齿轮传动的高效 率、大功率和高寿命，又有无级变速的调速平稳、圆滑，各种路况匹配较完善，行驶舒 适，运行安全可靠。
发明内容提供一种汽车齿轮自动变速器，采用按齿数逐步增减成锥状排列的多对齿轮 排，主从齿轮对数目拾几件至几拾件，常啮合，换挡不需作齿面的结合或脱离，避免了 换挡冲击及操纵力过大的缺陷。从动力输入先经行星齿轮组作前进、倒车或空挡转换，再由行星齿轮组的行星 架直联变速器的输入花键主动轴，主动轴上装多按齿数逐步增减排列成锥状主动齿轮 组，大小齿轮的的齿数比达几倍，但相邻齿数只相差约5%，相差4-6齿，由于常啮合而 采用圆柱斜齿轮，承载力和效率高。相平行的一管轴上活套着与主动齿轮相对应的输出齿轮排，每对齿数和相同。 这样升降速最大速比达拾多倍。各输出齿轮以内孔中的轴承空转于管轴上，相邻转速接 近，使换挡更缓和。各输出齿轮内孔制成多条圆弧曲面凹槽，并各有一组销轴对应着凹槽而通过管轴的管壁孔进入管轴内腔里，销轴内外二端头制成圆头，并有小碟簧与销子 限位于管轴壁孔，能径向滑移。当管轴内腔中一条移动杆及其相联的凸轮圆弧外圆接触 某一组销轴的内端后，凸轮推进销轴结合到输出齿轮内孔的各凹槽中，将输出齿轮通过 销轴对管轴壁孔的传力而同转速传递该挡主从齿数比的传动。再次换挡，移动杆进或退 移距到另一工位，新的一挡上的一组销轴内侧端头受到凸轮外圆的推进，发生同样的结 合使被换挡输出齿轮及其销轴与管轴联接，换挡完成，转速改变。一组销轴受凸轮的推进，产生与输出齿轮内孔凹槽的结合或分离，移距仅3 4 毫米，圆头销轴与圆弧曲面凹槽圆滑接触与逐渐分合，同时各齿轮的转动中惯性作用， 每一瞬间有连续性，所以从结合或分离以及二者间的空位，即销轴未被凸轮推压时，管 轴处于惯性转动，不会产生传动的冲击。移动杆的轴向位移，能间断或连续，由一个受 到控制的锥销插入移动杆上对应着各挡移动距离的锥孔锁紧定位，先受控锥销动作，然 后移动杆作轴向位移。因为相邻输出齿轮的转速接近，使销轴脱离前挡及进入后挡的交换过程平顺缓 和，这是由于脱离或与凹槽接触在新凹槽结合的销轴由二组销轴分别进行能相对转动， 不存在相互干涉，脱离与结合是同速下的进退过程，不存在冲击。因而换挡具有圆滑 性，转速逐渐升降，行驶舒适，安全可靠。主从齿轮排大小对应反比，升速速Ki1 = 0.25，降速传动比i2 = 5 6，这样变 速比RglO 20，实现各种行驶状况的最佳匹配。移动杆与凸轮轴向固定，移距受控。由于凸轮由轴承联接，与销轴接触后跟随 转动。由于一组销轴有8 12条，对称传力，凸轮及移动杆上的径向力相抵消，所以移 动杆的轴向进退轻松、便利，省力而节能，便于自动控制，实现由行驶参数随时指令执 行换挡。移动杆上的凸轮轴向厚度尺寸应使前挡完全脱离后，再开始将下一挡的销轴逐 渐推进到换挡输出齿轮内孔凹槽，然后正好被定位锥销锁紧。定位锥销由电磁或液压控 制。移动杆的位移控制就是换挡控制，按行驶所需接受指令通过液压杆或蜗轮、齿 轮的转动及螺旋移动操纵移动杆的位移，实现自动变速。由于移动杆轴向进退时，凸轮、销轴、管轴和输出齿轮同向转动，从某挡脱离 再进入相邻挡的结合其转速相当接近，因而换挡能够顺利。所以挡数越密越有利，其主 从齿轮排相当钢环长锥式无级变速器的长锥轮，达到逐渐升降速，变速更缓和。锥轮式 主从齿轮排列，轴向靠紧增加挡数，实现了相近为无级变速的圆滑性。汽车齿轮自动变速器常采用行星齿轮组作为与动力输入先导联接，如采用双行 星轮传动进行前进、倒车及空挡的转换，由行星架直联变速器的花键主动轴，并与管轴 及半轴平行，结构紧凑，又实现了所有齿轮副采用圆柱斜齿轮常啮合。花键主动轴制成中空，将油泵轴通过，一排主动齿轮成长锥状紧密连接于花键 主动轴上。管轴是重要的传动轴，外套一排输出齿轮，相间有小间隙。各输出齿轮以 内孔二端由轴承支承于管轴上，内孔中部制成圆弧曲面凹槽，常采用内摆线8 12个齿 槽。管轴上对应于每个输出齿轮内孔凹槽有一组管壁孔，壁孔中装有销轴，销轴由小碟 簧弹性力复位，销子限位。销轴于管轴壁孔中的移动量只需3 4毫米。[0021]凸轮由内孔轴承支承于移动杆上，传力时与销轴接触并自转，外圆制成圆弧凸 面，作轴向进退，圆弧凸面逐渐推动销轴，一组销轴受到输出齿轮内孔凹槽的作用力产 生反力压回到凸轮上，由于各销轴力的抵消，移动杆轴向位移阻力减小，实现快速换 挡。管轴上的中间齿轮传动到差速器齿圈，或者先传递到起步离合器。差速齿轮组 设置于变速器输入端，二半轴长度相近或相等。管轴支承在机体轴承上，各输出齿轮又以轴承与管轴联接，只有受到移动杆及 其凸轮推进一组销轴而进入内孔凹槽的某挡才传递力矩，由管轴输出。凸轮只能一挡一 挡的推进，变速转速不会突变，行驶更安全。汽车齿轮自动变速器的齿轮采用圆柱斜齿，以小模数多齿数为佳。由于齿轮 传动具有高效、高承栽力、高寿命及紧凑性，而摩擦轮传动的无级变速范围大、匹配性 更佳的优点，二者结合，取长补短就是汽车齿轮自动变速器的特征优势，效率高节能减 排，匹配性好行驶安全可靠。汽车齿轮自动变速器保持齿轮传动的优点，并克服了相啮 合齿形结合或分离由齿轮内孔中圆弧圆滑多条曲面凹槽与圆头销轴的进入与退出达到换 挡，结合移动尺寸小，又在接近同速下的结合而避免了相互干涉产生冲击，实现缓和平 顺换挡。由于齿轮副常啮合，齿轮对之间紧靠，轴向尺寸的减小而增多挡数，达到二相 鄰挡转速的接近及升降变速范围的增大。此外，停车中随时能换挡显著改善起步性能， 以低转速大转矩克服大阻力提高越野能力。保持常啮合减少冲击与磨损提高齿轮寿命及 整机寿命，提高行驶舒适性和安全性。还有换挡变速不存在自发进行，事故率降低，逐 步升降速避免了因操纵失误危险事故。汽车齿轮自动变速器还能采用双控制，提高安全 保障。
附图1是汽车齿轮自动变速器结构图。附图2是汽车齿轮自动变速器的输出齿轮结构形状。附图3是汽车齿轮自动变速器的管轴、销轴结构。附图4是汽车齿轮自动变速器的销轴定位结构。附图5是汽车齿轮自动变速器的凸轮与移动杆的结构。附图6是汽车齿轮自动变速的另一种螺旋动结构。
具体实施例汽车齿轮自动变速器主要是结构尺寸的合理选定，输出齿轮、销轴、管轴的制 造及移动杆的位移控制定位。以下依据附图详细说明实施细节与最佳形状结构。附图1中，(1)、发动机输出端联接法兰，(2)、行星齿轮组部件，(3)、花键 主动轴，(4)、油泵输入轴，(5)、主动齿轮排，(6)、输出齿轮排，(7)、轴承，(8)、 销轴，(9)、小碟簧，(10)、管轴，(11)、移动杆，(12)、定位销，(13)、中间齿轮， (14)、差速器大齿轮或起步离合器组件，(15)、差速齿轮组，(16)、半轴，(17)、油泵 或调速传动组件，(18)、调速传动齿轮或蜗杆，(19)、调速齿轮或调速蜗轮，(20)、轴 向移动螺旋副，(21)、支承轴承，(22)、凸轮，(23)、固定圈，(24)、机体。[0033]汽车齿轮自动变速器(以下简称变速器)输入端(1)与发动机的输出端法兰联 接，发动机输出连接到行星齿轮组(2)，行星齿轮组(2)采用双行星轮式或其他形式行星 架与变速器花键主动轴(3)相联，花键主动轴(3)为空心轴，内中通过油泵轴(4)，一组 主动齿轮排的主动齿轮(5)，如 Z1 = 20、Z2 = 26、Z3 = 32、Z4 = 38、Z5 = 44、Z6 = 50、Z7 = 56、Z8 = 62、Z9 = 68、Z10 = 74、Z11 = 80、Z12 = 86 等 12 个主动齿轮构成同 转速主动齿轮排，且相互靠近成圆锥型。输出齿轮排(6)与各个主动齿轮相啮合，二轴 线平行，中心距相等，主从齿数和各对相等，常用输出齿轮的齿数分别为Z/= 100、Z27 =94、Z/ = 88、Ζ/ = 82、ζ/ = 76、Z67 = 70、Z77 = 64、Z87 = 58、Z97 = 52、Z1/ =46、Z1/ = 40、Z1/ = 34，这样升速比、=34/86 = 0.395，降速比 i2 = 100/20 = 5， 变速比Rb = 5/0.395 = 12.658，已经满足行驶中各种路况的匹配。各输出齿轮(6)支承 在轴承(7)上，轴承(7)固定于管轴(10)上，相邻输出齿轮因转速的不同之间留有小间 隙，其轴孔制成多条圆弧凹槽，每凹槽对应着一条销轴(8)，销轴(8)的二端制成圆滑圆 头，外端与输出齿轮(6)内孔凹槽接触时能传递转矩，销轴(8)的径向内端受到凸轮(22) 的推压时逐渐上升移动，进入输出齿轮(6)内孔凹槽里，将该输出齿轮(6)的转矩传到管 轴(10)上，凸轮(22)由轴承(21)支承于移动杆(11)上，并由固定套圈(23)紧固，移 动杆(11)的另一头制成螺旋，与齿轮或蜗轮(19)的螺旋(20)相传动时作轴向进或退的 移动，移动时可进退一挡或者几挡，能随时自由移动，移动杆(11)也可由液压移动，移 动杆既液压推杆，不论何种结构，移动杆(11)的进退由操纵控制系统按程序指令动作及 移距，自动调速到所需挡位，当移动杆(11)上的凸轮(22)移到销轴(8)的中心工位时， 移动杆的另一端上的对应销孔(锥孔)对准一锥形定位销(12)，定位销(12)且按移动杆 的移距自动控制，定位销(12)锁定移动杆，确保凸轮(22)、销轴(8)与输出齿轮(6)对 中性。管轴(10)外有输出齿轮排(6)，且有销轴(8)通过管轴(10)各管壁孔，销轴(8) 的内端头受到小碟簧(9)的弹力而内移，使外端头脱离输出齿轮(6)内孔的凹槽，该输出 齿轮(6)不再传递转矩，只作空转。所以只有移动杆(11)上的凸轮(22)的外圆推压销 轴(8)时，某个结合的输出齿轮(6)才传递转速和转矩。由于二相邻挡齿数差值较小， 常选5%，所以变速缓和圆滑平顺。管轴(10)的近发动机端有中间齿轮(13)及差速大 齿轮(14)传递到差速齿轮组(15)，然后传动到半轴(16)，或者将管轴(10)通过中间齿 轮(13)先传给起步离合器，再由起步离合器传动到差速齿轮和半轴。差速齿轮(15)设 置于靠近发动机端，使二半轴(16)的长度接近或相等。变速器的各构件装设在机体(24) 中，润滑良好。各传力件由耐磨性和强度高的材料制造，结构紧凑。各齿轮以小模数多 齿数的圆柱斜齿啮合转动。换挡中各齿轮没有位移，避免了齿面间的轴向分合滑移，缩 短了轴向尺寸而增多了啮合对数，提高了变速范围，实现了更加匹配性。附图2是汽车齿轮自动变速器的输出齿轮结构形状，其内孔制成多槽圆滑曲面 凹槽，槽深常取3 4毫米。各对齿轮副按转矩的增大其齿宽逐步增大，可以提高承载 力又使结构紧凑。附图3是汽车齿轮自动变速器的管轴(10)及销轴(8)的圆周分布，销轴(8)常采 用8 12条，均布对称，推压力对轴承负载因互相抵消而减轻。销轴(8)通入管轴(10) 的壁孔而滑移及支承。附图4是汽车齿轮自动变速器的销轴⑶与小碟簧(9)的结合，当销轴⑶受凸轮(22)推压作径向外移时，碟簧(9)被压缩，当换挡凸轮(22)移开后，碟簧(9)将销轴 ⑶恢复原位，输出齿轮(6)不再传递转矩，以啮合转速空转，销子(8勺限制了销轴⑶ 的径向内移。附图5中移动杆(11)上联接凸轮(22)，由挡圈(23)及(23勺将凸轮(22)作轴 向固定。二轴承(21)将凸轮(22)支承于移动杆(11)上，能与一组销轴(8)接触转动。 移动杆(11)采用螺旋副传动时制成螺杆以及有一组锥孔的结构。附图6是汽车齿轮自动变速的另一种螺旋动结构，图中齿轮(19)与移动杆(11) 联接，凸轮(22)、螺旋副(22勺与轴承(21勺合成凸轮螺旋副，移动杆(11)支承于轴承 (25)上，轴承(25)装在机体(26)上，轴承(27)支承管轴(10)，一组滑移导轴(28) 二 端联接在机体(26)上。采用滚动螺旋传动使凸轮(22)做直线位移，又能与销轴(8)接 触转动。汽车齿轮自动变速器的特征结构主要是平行轴二排圆锥形逐渐增减齿数的多对 啮合齿轮排，变速中不作齿面结合或脱离，避免了换挡冲击，多个输出齿轮具有更宽的 变速范围，二相邻齿数相差尽小使换挡缓和圆滑平顺。一管轴内设移动杆及凸轮的轴向 进退就能调速换挡容易实现自动控制。换挡时只需将销轴(8)作径向移动，阻力小，调 速操纵力小，节能明显。尤其是行驶及停车中均可自由调速及快速调速，可采用液压杆 快速移动实现快速升速、降速，提高安全性。结构紧凑，效率和功率范围提高，将齿轮 传动和无级变速相结合，完善行驶的动力性和经济性，提高舒适性和安全可靠性。汽车齿轮自动变速器的主要特征有以下几点1、主动轴3上和管轴(10)上有主动齿轮排(5)和输出齿轮排(6)，并按齿数增 减排列成锥状销轴⑶通过管轴(10)的管壁孔与管轴(10)内腔中的移动杆(11)及凸轮 (22)的外圆接触受到推压后使销轴(8)的外端头与输出齿轮排(6)中的某挡齿轮内孔凹槽 相结合，这时该输出齿轮与管轴(10)同转。管轴(10)上的中间出了(13)联动差速齿轮 (14)、差速齿轮组(15)、半轴(16)，然后驱动车轮。动力输入端先有行星齿轮组(2)联 接主动轴(3)作前进、倒车及空挡控制。2、主动齿轮排(5)与输出齿轮排(6)由多对齿数逐渐增减的齿轮副组成二锥状 排列，相邻挡的齿数差较小，转速相接近，换挡较圆滑平顺。3、输出齿轮排(6)的各齿轮内孔制成多条圆弧曲面凹槽，各凹槽又对应了销轴 (8)逐渐进入到某一个输出齿轮(6)的内孔凹槽中，结合完成，这时这个输出齿轮既与管 轴(10)联接同速传动。主动齿轮排(5)与(6)输出齿轮排(6)的某一挡齿轮副的传动比 进行输出，控制凸轮(22)再次轴向位移，既进或退一挡或者多档移距时，发生在另外挡 位的结合换挡完成，转速变动。4、移动杆(11)与凸轮(22)是活动联接，凸轮(22)能自转，作轴向位移由螺旋 副或者液压杆受控传动。5、汽车齿轮自动变速器是转速升降自动转换机构，从动力输入到车轮驱动的联 接传动。从输入到车轮驱动的联接传动。从输入端的花键主动轴(3)、管轴(10)及半 轴(16)构成三轴平行，并且由于各传动齿轮均处于常啮合，无换挡的结合或脱离齿面过 程，所以换挡平顺，安全可靠，尤其是停车时能够换挡，提高了性能。
权利要求1.一种汽车齿轮自动变速器，包括了汽车传动系统的变速器和差速器，将动力传递 到驱动车轮，其特征是汽车齿轮自动变速器构成锥状排列的主动齿轮排(5)，联接在 花键主动轴(3)上，管轴(10)上活套一组与所述主动齿轮排(5)相对应的输出齿轮排 (6)，所述输出齿轮排(6)的内孔制成多条圆弧曲面凹槽，并对应着一组销轴(8)，各所 述销轴(8)通入所述管轴(10)的内腔，并有小碟簧(9)和销子(8‘)限位，所述销轴(8) 的内侧端头受到一点杆(11)上的凸轮(22)的径向推动而进入到所述的输出齿轮排(6) 的各内孔凹槽相结合，一个所述输出齿轮排(6)与所述销轴(8)及所述管轴(10)同速转 动，中间齿轮(13)、差速器(14)、差速齿轮组(15)、半轴(16)再联接到驱动车轮，所述 移动杆(11)由螺旋副或者液压杆推动作轴向一挡或者多挡位移，定位销(12)受控锁定； 动力输入端光有行星齿轮组作前进、倒车及空挡控制，汽车齿轮自动变速器则承担了升 降多挡位转换，受控变速。
2.根据权利要求1所述的汽车齿轮自动变速器，其特征是所述的主动齿轮排(5)和所 述的输出齿轮排(6)的各对齿轮副按齿数逐渐增减成锥状排列，达到相邻二挡齿数差较 小，转速较接近，换挡较圆滑平顺。
3.根据权利要求1或2所述的汽车齿轮自动变速器，其特征是所述的输出齿轮(6)各 内孔凹槽对应一组所述销轴(8)作结合或者脱离，所述销轴(8)通过所述管轴(10)的管 壁孔而进入到所述管轴内腔中，当所述销轴(8)的内侧端头受到所述移动杆(11)及联接 的所述凸轮(22)的圆弧形外圆推压后所述销轴(8)在所述管轴(10)的管壁孔中作径向外 移既进入到所述齿轮(6)的内孔凹槽而相结合，将所述齿轮(6)与所述管轴(10)联接同 转:当所述移动杆(11)再次作轴向位移到另一挡工作既另一挡的所述输出齿轮(6)与所 述销轴(8)进入结合，则换挡完成。
4.根据权利要求1所述的汽车齿轮自动变速器，其特征是所述的移动杆(11)与所述 凸轮(22)活接结构，所述移动杆(11)及所述凸轮(22)的轴承位移由螺旋传动或油泵提 供液压杆受控位移。
5.根据权利要求1所述的汽车齿轮自动变速器，其特征是输入端的所述花键主动轴 (3)、所述的管轴(10)与所述的半轴(16)构成三轴平行，所有传动齿轮是常啮合，行驶 或者停车进行换挡变速。
专利摘要一种汽车齿轮自动变速器，包括汽车传动系统的减变速器及差速器，其特征是主从齿轮副成锥状多对数排列，按齿数逐渐增减转速逐步升降，相邻挡转速相近，换挡变速圆滑。一管轴上套一排输出齿轮，各内孔制成凹槽，对应一组销轴，各销轴通入管轴内腔，与一移动杆及凸轮的轴向位移，产生了一组销轴对某个输出齿轮内孔凹槽的结合或脱离，形成该输出齿轮与管轴的联动或空转，再次位移，变换另一挡转速。移动杆由螺旋传动或液压杆推进，行驶及停车时自动换挡变速，由于常啮合避免了冲击，行驶舒适安全可靠。汽车齿轮自动变速器兼有齿轮传动和无极变速双优势。
文档编号F16H3/083GK201795017SQ201020175880
公开日2011年4月13日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者陈广强 申请人:陈广强