CN110630712A - 一种变速器及其选换挡机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变速器及其选换挡机构，其中，该选换挡机构包括：若干挡位齿条，各所述挡位齿条的背面均设有拨指；换挡轴，所述换挡轴固定有换挡齿轮，所述换挡齿轮能够与任一所述挡位齿条相啮合；选挡电机，所述选挡电机与所述换挡轴传动连接，并能够带动所述换挡轴沿其轴向位移，以使得所述换挡齿轮与不同的所述挡位齿条相啮合；换挡电机，所述换挡电机与所述换挡轴传动连接，并能够带动所述换挡轴绕其轴向转动，以带动与所述换挡齿轮相啮合的所述挡位齿条动作，进而通过所述挡位齿条的拨指拨动设于变速器内的换挡拨叉。本发明所提供选换挡机构的结构更为简单，集成度更高。

Description

一种变速器及其选换挡机构

技术领域

本发明涉及变速器技术领域，尤其涉及一种变速器及其选换挡机构。

背景技术

当前的自动变速器，尤其以DCT(Dual Clutch Transmission，即双离合自动变速器)为例，其换挡机构普遍采用的是液压执行器，在换挡时，液压执行器可推动拨叉实现换挡，每个拨叉控制两个挡位，拨叉通过拨叉轴安装在变速器的壳体上，有几个拨叉就需要有几个这样的液压执行器。

这种形式的换挡机构，其结构较为分散，且采用液压进行换挡，需要布置专门的液压油道，复杂程度也较高。

因此，如何提供一种结构简单、集成度高的换挡机构，仍是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种变速器及其选换挡机构，其中，该选换挡机构的结构更为简单，且集成度更高。

为解决上述技术问题，本发明提供一种选换挡机构，用于变速器，包括：若干挡位齿条，各所述挡位齿条的背面均设有拨指；换挡轴，所述换挡轴固定有换挡齿轮，所述换挡齿轮能够与任一所述挡位齿条相啮合；选挡电机，所述选挡电机与所述换挡轴传动连接，并能够带动所述换挡轴沿其轴向位移，以使得所述换挡齿轮与不同的所述挡位齿条相啮合；换挡电机，所述换挡电机与所述换挡轴传动连接，并能够带动所述换挡轴绕其轴向转动，以带动与所述换挡齿轮相啮合的所述挡位齿条动作，进而通过所述挡位齿条的拨指拨动设于变速器内的换挡拨叉。

本发明所提供选换挡机构，其采用换挡电机、选挡电机与换挡轴、挡位齿条相配合进而实现选换挡，相比于现有技术，该选换挡机构的结构更为紧凑，集成度更高，且无需配置专门的液压油道，结构相对简单。

可选地，所述换挡电机的转轴与所述换挡轴之间通过齿轮、带轮或者链轮传动。

可选地，所述换挡电机的转轴固定有第一齿轮，所述换挡轴外套有第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮相啮合，所述第二齿轮能够与所述换挡轴同步转动；还包括第一限位结构，所述第一限位结构能够限制所述第二齿轮的轴向位移。

可选地，所述第二齿轮及所述换挡齿轮均为扇形齿轮。

可选地，还包括丝杠，所述丝杠的光杆段与所述选挡电机的转轴相连，并能够与所述选挡电机的转轴同步转动；所述丝杠的螺纹段套接有丝杠螺母，所述丝杠螺母与所述换挡轴相连，并能够推动所述换挡轴进行轴向位移，且所述丝杠螺母与所述换挡轴能够相对转动。

可选地，所述变速器的壳体与所述换挡轴之间还设置有第二限位结构，所述第二限位结构能够限制所述换挡轴的转动范围。

可选地，所述第二限位结构包括限位槽和限位杆，所述限位槽与所述限位杆中，一者设置于所述换挡轴，另一者设置于所述变速器的壳体；所述限位杆插接于所述限位槽，且当所述限位杆沿转动方向与所述限位槽的一个侧壁相抵接时，能够限制所述换挡轴的转动。

可选地，所述挡位齿条的轴向至少一端设置有复位弹簧，无外力作用时，所述复位弹簧能够使得所述挡位齿条回复至初始位置。

可选地，所述挡位齿条包括前进挡齿条和倒挡齿条；各所述前进挡齿条沿所述换挡轴的轴向依次设置，且各所述前进挡齿条所对应的挡位呈顺序变化。

本发明还提供了一种变速器，包括壳体，所述壳体设有选换挡机构，所述选换挡机构为上述的选换挡机构。

由于上述的选换挡机构已经具备如上的技术效果，那么，具有该选换挡机构的变速器亦当具备相类似的技术效果，故在此不做赘述。

附图说明

图1为本发明所提供选换挡机构的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1在另一视角下的视图；

图3为图1中选换挡机构切换至一挡时的结构示意图；

图4为图1中选换挡机构切换至三挡时的结构示意图。

图1-4中的附图标记说明如下：

1-挡位齿条、11-拨指、12-复位弹簧、13-1/2挡齿条、14-3/4挡齿条、15-5/6挡齿条、16倒挡齿条；

2-换挡轴、21-换挡齿轮、22-第二齿轮、23-限位轮、231-限位槽；

3-选挡电机；

4-换挡电机、41-第一齿轮；

5-丝杠；

6-限位杆。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本文中所述“若干”是指数量不确定的多个，通常为两个以上；且当采用“若干”表示某几个部件的数量时，并不表示这些部件的数量相同。

本文中所述“第一”、“第二”等词，仅是为了便于描述结构相同或相类似的两个以上的结构或部件，并不表示对顺序的某种特殊限定。

请参考图1-4，图1为本发明所提供选换挡机构的一种具体实施方式的结构示意图，图2为图1在另一视角下的视图，图3为图1中选换挡机构切换至一挡时的结构示意图，图4为图1中选换挡机构切换至三挡时的结构示意图。

如图1-4所示，本发明提供一种选换挡机构，用于变速器，包括若干挡位齿条1，每一挡位齿条1对应两个挡位，或者，也可以对应一个挡位，具体可根据使用需要进行设定。各挡位齿条1的背面(与齿面相对的一面，反映于附图是指下端面)均设有拨指11，一个挡位齿条1对应变速器内部的一个换挡拨叉，当控制挡位齿条1沿其轴向动作时，设于该挡位齿条1的拨指11能够推动相应的换挡拨叉动作，进而完成换挡。

在具体的方案中，各挡位齿条1可通过时为电机以及换挡轴2进行驱动。详细而言，换挡轴2固定有换挡齿轮21，换挡齿轮21可以与任意一个挡位齿条1相啮合，以便驱动相应挡位齿条1进行动作；该时为电机可以包括用于选挡的选挡电机3和用于换挡的换挡电机4，选挡电机3与换挡轴2传动连接，并能够带动换挡轴2沿其轴向位移，使得换挡齿轮21能够与不同的挡位齿条1相啮合，以完成选挡操作；换挡电机4也与换挡轴2传动连接，并能够带动换挡轴2绕其轴向转动，进而带动与该换挡齿轮21相啮合的挡位齿条1及拨指11进行动作，以完成换挡操作。需要指出，在任意时刻，上述的换挡齿轮21都最多只能与一个挡位齿条1相啮合，以避免出现多个挡位齿条1同时动作而导致的多个挡位同时挂入的情形。

如此，经过选挡电机3、换挡电机4与换挡轴2相配合，即可容易地驱动相应的挡位齿条1进行动作，以完成选挡和换挡。相比于现有技术中采用液压执行器进行换挡的方案，本发明所提供选换挡机构的结构更为紧凑，集成度更高，且在实施时，无需配置专门的液压油道，其结构上也可大幅简化。

详细地，换挡电机4的转轴与换挡轴2之间可以通过齿轮、带轮或者链轮等进行传动，以实现换挡电机4的转轴带动换挡轴2进行转动的目的。具体到本发明实施例，换挡电机4与换挡轴2之间优选采用齿轮进行传动，以减小二者间连接结构的占用空间，可进一步地提高本发明所提供选换挡机构的集成度；相比于带轮及链轮传动，齿轮传动为刚性啮合，其响应速度更快，更有利于实现快速换挡，且连接的可靠性也更高，不易产生滑带等故障。

以图1为视角，换挡电机4的转轴可以固定有第一齿轮41，换挡轴2可以外套有第二齿轮22，第一齿轮41与第二齿轮22可以相啮合。第二齿轮22具体可以通过花键与换挡轴2相连，其能够与换挡轴2同步转动，以驱使固设于换挡轴2的换挡齿轮21进行换挡操作。第二齿轮22的直径可以大于第一齿轮41，也就是说，第一齿轮41与第二齿轮22可以组合形成一组减速结构，第二齿轮41转动一圈，第二齿轮22可能只会转动半圈或者更小的角度，以减缓第二齿轮22的转动速度，进而可提高换挡轴2转动控制的精度。在此，本发明实施例并不限定第一齿轮41与第二齿轮22的传动比，具体可根据实际需要进行确定。

在上述的方案中，第二齿轮22与换挡轴2之间仅具有同步转动的连接关系，二者之间可以具有轴向相对位移的自由度；实际上，在换挡轴2进行轴向位移时，第二齿轮22的轴向位置也不能够发生改变，第二齿轮22需要始终与第一齿轮41相啮合，以保证换挡操作的顺利进行。上述轴向是指换挡轴2的轴向。

为此，还可以设置第一限位结构，该第一限位结构能够限制第二齿轮22的轴向位移，以保证第二齿轮22的轴向位置不变。具体而言，该第一限位结构可以为设置在变速器壳体内的限位凹槽，第二齿轮22可以卡入该限位凹槽，且第二齿轮22的厚度可以与限位凹槽的宽度相一致，如此，限位凹槽的两侧壁能够对第二齿轮22沿轴向的两个端面相抵，以限定第二齿轮22的轴向位置；或者，该第一限位结构也可以为设置于变速器壳体内壁面的两限位板(块)，进而可通过两限位板(块)对第二齿轮22的轴向位置进行限定；当然，该第一限位结构也可以采用其他结构，具体可以根据实际安装环境等进行设定。

在本发明实施例中，并不限定换挡轴2驱动挡位齿条1进行换挡操作时所需要转动的角度。在实际应用中，当换挡齿轮21已经与挡位齿条1相啮合时，换挡轴2可以转动不到一圈即完成换挡操作，也可以转动若干圈后才将挡位齿条1移动到位，以完成换挡操作。

出于缩短换挡时间、提高换挡效率的考虑，本发明实施例优选采用换挡轴2进行小角度(不到一圈)转动，以完成换挡操作的方案。也就是说，在使用时，换挡轴2无需转动一圈，甚至，换挡轴2只需要转动一个较小的角度(如30-60度)，即可控制挡位齿条1完成换挡。

基于此，设置于换挡轴2的第二齿轮22及换挡齿轮21也就无需采用完整的齿轮，只需要保证在换挡轴2转动角度范围内，第二齿轮22与第一齿轮41之间、换挡齿轮21与挡位齿条1之间可以保持相啮合的关系，以实现动力传递即可。

也就是说，第二齿轮22及换挡齿轮21均可以为扇形齿轮。如此，一方面，可以缩减本发明所提供选换挡机构的占用空间，以进一步地提高该选换挡机构的结构紧凑性，另一方面，还能够减轻该换挡机构的重量，进而减轻变速器及整车的重量，以降低油耗。当然，本发明实施例并不排除将第二齿轮22以及换挡齿轮21设置为完整齿轮的方案，其同样能够实现驱动挡位齿条1动作、完成换挡操作的目的。

区别于换挡电机4与换挡轴2之间的传动结构，选挡电机3与换挡轴2之间可以采用丝杠5进行传动，以在选挡电机3动作时驱动换挡轴2进行轴向位移。

详细而言，该丝杠5可以为滚珠丝杠或者梯形丝杠，其光杆段可以与选挡电机3的转轴相连，并能够随该转轴同步进行转动，丝杠5的螺纹段可以套接有丝杠螺母，该丝杠螺母可以与换挡轴2相连。当选挡电机3运转时，丝杠5能够将选挡电机3转轴的旋转运动转化为丝杠螺母的直线运动，进而带动换挡轴2进行轴向位移，以进行选挡操作。

换挡轴2与丝杠5的连接端可以为空心轴，丝杠螺母可以位于该空心轴的中心孔中，且该丝杠螺母的外壁与空心轴的内壁之间可以设置轴承或者衬套，以实现丝杠螺母与换挡轴2之间的相对转动。也就是说，丝杠螺母与换挡轴2只能进行同步的轴向位移，而不能同步转动，以避免换挡电机4驱使换挡轴2转动以进行换挡时带动丝杠螺母进行转动而导致换挡轴2的轴向位置发生变化。以轴承连接为例，丝杠螺母、轴承以及换挡轴2之间可采用压装工艺，以保证三者轴向上的固定。

上述丝杠5也可以采用精度更高的行星滚柱丝杠，此时，丝杠螺母与螺纹段之间还可以设有若干滚柱。

如前所述，在本发明实施例中，换挡轴2通常只需转动较小的角度即能够完成换挡。如此，为避免在实际操作中换挡轴2的转动角度过大、对换挡拨叉产生过大的作用力，在变速器的壳体与换挡轴2之间还可以设置第二限位结构，以限制换挡轴2的转动范围。

具体而言，该第二限位结构可以包括限位槽231和限位杆6，限位槽231与限位杆6中，一者可以设置于换挡轴2，另一者可以设置于变速器的壳体；限位杆6可以插接于限位槽231中，且随着换挡轴2的转动，限位杆6可以在转动方向上与限位槽231的一个侧壁相抵接，以对换挡轴2的转动进行限位。

仍以图1为视角，换挡轴2远离选挡电机3的一端可以设有限位轮23，上述的限位槽231可以为设置在限位轮23周壁的通槽，即该限位槽231可以由限位轮23的周壁沿径向向内凹陷所形成；固定于变速器壳体的限位杆6可以沿轴向插接于该限位槽231中。随着换挡轴2的转动，限位杆6可以沿周向(转动方向)与限位槽231的两侧壁相抵，进而阻止换挡轴2继续转动。上述的限位槽231也可以仅设置在限位轮23朝向第二齿轮22的端面，即该限位槽231也可以不沿轴向贯通限位轮23；或者，该限位槽231也可以采用沿周向的弧形限位孔进行替代，同样能够实现上述的技术效果。

需要说明，上述的关于限位杆6与限位槽231所组成第二限位结构的具体描述，仅是本发明实施例的一种示例性描述，并不能够作为对本发明所提供选换挡机构的实施范围的限定；事实上，在实际应用中，本领域技术人员完全可以采用其他的限位结构来实现上述的技术效果，例如，可以在变速器壳体及换挡轴2上分别设置限位块，当换挡轴2转动至特定角度时，两限位块能够相抵，同样可以实现限制换挡轴2转动范围的技术效果。

实际上，上述第二限位结构也可以不存在，在具体实施时，本领域技术人员可通过预设控制程序，严格控制换挡电机4的启动和停止，同样能够把控换挡轴2的转动角度，从而避免换挡轴2转动角度过大时，换挡齿轮21与挡位齿条1之间产生过大的作用力而导致的齿面损坏，以及拨指11对换挡拨叉产生过大的作用力而导致的换挡拨叉损坏。

针对上述各实施方式所涉及的选换挡机构，以下本发明实施例还将对该选换挡机构的挡位齿条1的具体结构进行描述。为便于描述，将挡位齿条1未执行换挡操作(未受外力作用)时所处的位置称之为原始位置，将挡位齿条1受外力作用而移位以推动换挡拨叉完成换挡时的位置称之为换挡位置。

挡位齿条1的轴向两端中，至少一端可以设置有复位弹簧12。如此设置，当换挡齿轮21自当前挡位齿条1脱离、而移位至下一挡位齿条1时，作用于当前挡位齿条1的外力消失，复位弹簧12能够使得挡位齿条1快速回复至初始位置，以解除当前挡位齿条1所对应的挡位，可避免换挡齿轮21移动至下一挡位齿条1进行换挡操作时，当前挡位齿条1仍处于换挡位置而导致的多个挡位同时被挂上的情形。

在另一种实施方式中，上述的复位弹簧12也可以不存在，此时，可通过预设的控制程序来操纵选挡电机3、换挡电机4进行动作，以避免出现多个挡位同时挂上的情形。具体而言，当换挡齿轮21与当前挡位齿条1相啮合，并使得当前挡位齿条1移动至换挡位置以挂入当前挡位时，如需要进行换挡操作，可通过换挡电机4控制换挡轴2反转一定角度，使得换挡齿轮21驱使当前挡位齿条1移位，以回复至原始位置，从而解除当前挡位的挂接状态，这一步的操作相当于控制换挡杆进行换挡时的挂入空挡，以确保当前无挡位挂入；然后，再由选挡电机3动作，以控制换挡轴2进行轴向位移，使得换挡齿轮21脱离当前挡位齿条1，并移动至与下一挡位齿条1相啮合，然后再进行换挡操作。采用这种结构，同样可以避免多个挡位同时挂入的情形。

比较而言，设置有复位弹簧12的方案，在进行换挡操作时，无需控制换挡电机4进行反转，直接控制选挡电机3运转以使得换挡齿轮21脱离当前挡位齿条1，即可进入下一挡位齿条1，换挡时间更少，换挡效率更高，为本发明实施例的优选方案。

此外，各挡位齿条1在与换挡齿轮21相脱离后，迅速回复至原始位置，还可使得挡位齿轮21进行选挡操作时更为容易通过各挡位齿条1，以避免换挡齿轮21的轮齿与挡位齿条1的啮合齿沿轴向抵接，而对换挡齿轮21的轴向位移造成卡位的情形。当然，在实际操作中，也可通过控制挡位齿轮21的轮齿以及挡位齿条1的啮合齿的形状，来避免二者的轴向相抵。

上述挡位齿条1可以包括前进挡齿条和倒挡齿条16，前进挡齿条的数量与前进挡的数量有关，在本发明实施例中，前进挡可以包括六个挡位，且每一个前进挡齿条分别对应两个挡位，具体为1/2挡齿条13、3/4挡齿条14和5/6挡齿条15，分别用于切换1挡和2挡、3挡和4挡以及5挡和6挡。

在具体布置时，各前进挡齿条可以设置在一起，并沿换挡轴2的轴向依次设置，且各前进挡齿条所对应的挡位呈顺序变化，即沿换挡轴2的轴向，各前进挡齿条所对应的挡位呈1/2-3/4-5/6或者5/6-3/4-1/2的顺序排列，使得在执行顺序升挡或者降挡操作时，如从二挡升至三挡，换挡齿轮21只需要移动至相邻的挡位齿条1，即可进行换挡操作，换挡的时间更少，换挡的效率更高。当然，本发明实施例并不排除各前进挡齿条所对应挡位呈乱序排列的方案，在具体实施时，本领域技术人员完全可以采用乱序的排列方案，例如，可以采用1/2-5/6-3/4的挡位排列顺序。倒挡齿条16优选设置在各前进挡齿条的轴向前侧或后侧，即不将倒挡齿条16设置在各前进挡齿条之间，以避免影响升降挡时的换挡效率。

如图3、图4所示，在具体的方案中，沿靠近选挡电机3的方向，各挡位齿条1依次可以为1/2挡齿条13、3/4挡齿条14、5/6挡齿条15及倒挡齿条16，且各前进挡齿条的左侧可以为1/3/5挡、右侧可以为2/4/6挡，倒挡齿条16的左侧或者右侧均可以为倒挡，具体可以根据需要设定。

以图3为视角，当需要挂入一挡时，可首先控制选挡电机3运转，以使得换挡齿轮21能够与1/2挡齿条13相啮合，然后控制换挡电机4运转，以使得换挡齿轮21顺时针(沿限位轮23朝向选挡电机3的方向看)转动、1/2挡齿条13向左位移，进而由拨指11推动换挡拨叉，换挡拨叉推动1/2挡同步器，即可完成一挡的挂入；当需要挂入二挡时，直接控制换挡电机4倒转，使得换挡齿轮21逆时针转动、1/2挡齿条13向右位移，然后由拨指11推动换挡拨叉，换挡拨叉推动1/2挡同步器，即可完成二挡的挂入。

以图4为视角，当需要进行三挡或者四挡的挂入时，可将换挡齿轮21移动至与3/4挡齿条14相啮合，然后重复上述的控制过程即可。五挡、六挡以及倒挡(R挡)的挂入过程均与上述过程类似，在此不做赘述。

本发明实施例还提供一种变速器，包括壳体，壳体内设有选换挡机构，于，该选换挡机构即为前述各实施方式中所涉及的选换挡机构。

由于前述的选换挡机构已经具备如上的技术效果，那么，具有该选换挡机构的变速器亦当具备相类似的技术效果，故在此不做赘述。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种选换挡机构，用于变速器，其特征在于，包括：

若干挡位齿条(1)，各所述挡位齿条(1)的背面均设有拨指(11)；

换挡轴(2)，所述换挡轴(2)固定有换挡齿轮(21)，所述换挡齿轮(21)能够与任一所述挡位齿条(1)相啮合；

选挡电机(3)，所述选挡电机(3)与所述换挡轴(2)传动连接，并能够带动所述换挡轴(2)沿其轴向位移，以使得所述换挡齿轮(21)与不同的所述挡位齿条(1)相啮合；

换挡电机(4)，所述换挡电机(4)与所述换挡轴(2)传动连接，并能够带动所述换挡轴(2)绕其轴向转动，以带动与所述换挡齿轮(21)相啮合的所述挡位齿条(1)动作，进而通过所述挡位齿条(1)的拨指(11)拨动设于变速器内的换挡拨叉。

2.根据权利要求1所述选换挡机构，其特征在于，所述换挡电机(4)的转轴与所述换挡轴(2)之间通过齿轮、带轮或者链轮传动。

3.根据权利要求2所述选换挡机构，其特征在于，所述换挡电机(4)的转轴固定有第一齿轮(41)，所述换挡轴(2)外套有第二齿轮(22)，所述第一齿轮(41)与所述第二齿轮(22)相啮合，所述第二齿轮(22)能够与所述换挡轴(2)同步转动；

还包括第一限位结构，所述第一限位结构能够限制所述第二齿轮(22)的轴向位移。

4.根据权利要求3所述选换挡机构，其特征在于，所述第二齿轮(22)及所述换挡齿轮(21)均为扇形齿轮。

5.根据权利要求1所述选换挡机构，其特征在于，还包括丝杠(5)，所述丝杠(5)的光杆段与所述选挡电机(3)的转轴相连，并能够与所述选挡电机(3)的转轴同步转动；

所述丝杠(5)的螺纹段套接有丝杠螺母，所述丝杠螺母与所述换挡轴(2)相连，并能够推动所述换挡轴(2)进行轴向位移，且所述丝杠螺母与所述换挡轴(2)能够相对转动。

6.根据权利要求1-5中任一项所述选换挡机构，其特征在于，所述变速器的壳体与所述换挡轴(2)之间还设置有第二限位结构，所述第二限位结构能够限制所述换挡轴(2)的转动范围。

7.根据权利要求6所述选换挡机构，其特征在于，所述第二限位结构包括限位槽(231)和限位杆(6)，所述限位槽(231)与所述限位杆(6)中，一者设置于所述换挡轴(2)，另一者设置于所述变速器的壳体；

所述限位杆(6)插接于所述限位槽(231)，且当所述限位杆(6)沿转动方向与所述限位槽(231)的一个侧壁相抵接时，能够限制所述换挡轴(2)的转动。

8.根据权利要求6所述选换挡机构，其特征在于，所述挡位齿条(1)的轴向至少一端设置有复位弹簧(12)，无外力作用时，所述复位弹簧(12)能够使得所述挡位齿条(1)回复至初始位置。

9.根据权利要求6所述选换挡机构，其特征在于，所述挡位齿条(1)包括前进挡齿条和倒挡齿条(16)；

各所述前进挡齿条沿所述换挡轴(2)的轴向依次设置，且各所述前进挡齿条所对应的挡位呈顺序变化。

10.一种变速器，包括壳体，所述壳体设有选换挡机构，其特征在于，所述选换挡机构为权利要求1-9中任一项所述的选换挡机构。

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