CN109641519A - 动力输出传动齿轮推力负载抵消 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变速器，所述变速器包括中间轴；输入轴以及将所述输入轴联接到所述中间轴的离合器；主变速器组件，所述主变速器组件具有主轴和主变速器离合器，所述主轴经由所述主变速器离合器联接到所述中间轴；以及范围齿轮组件。所述变速器包括动力输出轴，所述动力输出轴联接到所述中间轴的轴向端部并与其共线，其中所述动力输出轴和所述中间轴旋转地联接到彼此并且彼此轴向地分离。

Description

动力输出传动齿轮推力负载抵消

技术领域

本公开涉及用于车辆的重型变速器架构，并且更具体地讲，涉及被构造为改善动力输出轴的推力负载能力的变速器架构。

背景技术

手动变速器用于各种车辆应用。此类变速器通常包括多速主区段，该多速主区段包含用于各种范围和负载齿轮装置构型的多个齿轮。传统上，当齿轮比发生变化时，离合器提供瞬时扭矩中断。离合器用于从由发动机提供动力的传动轴接合变速器。

已经开发出用以改善换档过程的***，诸如自动化手动变速器(AMT)和双离合器变速器(DCT)。AMT包括离合器、齿轮箱和嵌入式专用控制***，该嵌入式专用控制***使用电子传感器、处理器和致动器来在接收到诸如来自由驾驶员施加到油门踏板的输入的油门踏板命令后致动换档。当驾驶员仍然能够控制车辆移动时，AMT消除了对离合器踏板的需要。离合器本身由电子设备致动，该电子设备可同步定时和扭矩以使换档快速且平稳。

已经开发出双离合器变速器(DCT)，其使得能够在没有扭矩中断的情况下在多组齿轮之间进行换档。在双离合器中，内轴和外轴可具有两个或更多个可连接齿轮(通过滑动离合器或滑动离合器和同步器)，该可连接齿轮以适当的速度比驱动其各自的下游副轴构件。当在例如四个顺序齿轮之间实现齿轮行进以允许在四个累进比之间进行动力换档时，离合器可交替地接合。

变速器(诸如手动变速器、自动化手动变速器或双离合器变速器)可包括中间轴以在变速器的部分之间提供齿轮减速。通常，中间轴不承载重的推力负载，因此可由相对有效的圆柱滚子轴承支撑。

在一些变速器设计中，动力输出轴联接到变速器的中间轴。动力输出轴提供轴，可从该轴提取动力以便从车辆的发动机运行机械设备(诸如发电机或泵)。然而，动力输出轴可由于其齿轮装置而引入相当大的推力负载，并且推力可被传输到中间轴，这可导致变速器的早期故障。此外，动力输出轴通常不用于发动机整个寿命的较大部分。因此，在发动机的整个寿命期间，仅其总运行时间的一小部分可用于向动力输出轴提供动力。

然而，由于在使用动力输出轴期间引入的显著推力负载，其支撑轴承通常被设计成使得变速器不会由于使用动力输出轴而经历早期故障。因此，具有动力输出轴的变速器通常包括推力轴承，诸如圆锥滚子轴承。然而，推力轴承的效率低于圆柱滚子轴承，因此在包括动力输出轴的变速器中可降低变速器的整体效率。

因此，需要改进具有动力输出轴的变速器的推力轴承能力，而不损害变速器的整体效率。

附图说明

现在参见附图，详细示出了示例性示例。尽管附图表示本文所述的示例性图示，但附图未必按比例绘制，并且某些特征可能被夸大以更好地说明和解释示例性图示的创新方面。另外，本文所述的示例性图示并非旨在穷举或以其他方式限制或局限附图中所示并在以下具体实施方式中公开的精确形式和构型。通过参见如下附图详细描述本公开的示例性图示：

图1示出根据本教导内容的一个示例性方面的5×2单中间轴变速器构型；

图2是示例性3×3×2双中间轴变速器的示意图；

图3是动力输出组件的图示；并且

图4是花键接头的图示。

具体实施方式

示例性变速器架构可被构造为具有自动化手动变速器(AMT)的机构和相关联的功能，以便为应用差异提供模型灵活性。可使用电动气动、电动液压和机电装置来激活AMT装置。当车辆操作者仍然能够控制车辆移动时，AMT消除了对离合器踏板的需要。

在典型的AMT控制方案中，在接合期间要求恒定的发动机速度，以便使用这样的方案尽可能地均衡发动机和离合器扭矩。离合器控制可提供离合器扭矩参考，并且通过合适的模型，扭矩参考被转换成用于离合器致动器位置控制的位置参考。AMT设计为应用差异提供模型灵活性。AMT比率变化步长被设计成稍微小且快速，因此对于其驾驶体验类似于与动力转换装置相关联的驾驶体验的车辆操作者而言通常是不明显的。变速器可进一步被构造为在遇到AMT比率变化时提供甚至更小的步长。这些非常小的步长使感知到的换档延迟(诸如几毫秒)或AMT发动机速度降低最小化。变速器还可被构造为使用小的致动能量，用以完成换档的小的时间段，或者用以完成AMT比率变化并提高高范围(行驶速度)比率下的操作效率的能量/时间。

示例性变速器可具有直接传动构型、超速传动构型或双超速传动构型。例如，此类变速器可具有齿轮箱，该齿轮箱根据需要包括5×2构型(10个齿轮组合)、4×2×2构型(16个齿轮组合)、3×3×2构型(18个齿轮组合)、5×2×2(20个齿轮组合)构型或其他合适的构型。超速传动通常被称为机动车辆中的齿轮或齿轮组合，其提供高于传动轴或输入轴的齿轮比的齿轮比，使得发动机速度和燃料消耗降低。因此，单超速传动变速器设计包括高于输入轴的一个齿轮组合，并且双超速传动变速器包括高于输入轴的两个齿轮组合。下文讨论了示例性单超速传动设计和示例性双超速传动设计。

示例性变速器架构的优点是用于应用差异的稳健设计。具体地讲，示例性变速器可具有壳体，该壳体被构造为在其中包含任何单一类型的一系列变速器。示例包括DCT和AMT。然而，壳体可被构造为包封其他合适的变速器。

图1示出示例性5×2构型100。5×2构型100包括前输入轴102和后输入轴104，该前输入轴能够联接到同轴前传动齿轮或在空档状态下脱开，该后输入轴能够通过同轴齿轮联接到中间轴106。前输入轴102将扭转动力传递到后输入轴104，其中动力通过中间轴106传递。5×2构型100可包括单中间轴106，或双中间轴设计，其中两个中间轴提供前输入轴102和后输入轴104之间的联接。构型100包括轴向联接到中间轴106的动力输出轴108。

图2是示例性3×3×2变速器的示意性构型或表示200，与12速2×3×2基础相比，由于其具有较小比率步长大小和较大的总比率范围的18比率，该变速器是有吸引力的。通常，12速2×3×2设计包括两个分离器输入轴区段。另一方面，所示3×3×2构型200包括三个分离器输入轴区段。变速器200具有用于操作输入的主变速器离合器202，该输入包括前输入轴204和后输入轴206。分离器区段208可经由离合器202操作，并且分离器区段208包括向前离合器210和向后离合器212。向前离合器210和向后离合器212联接在一起并且被构造为选择性地接合齿轮214。

构型200包括中间轴216并且由此被示为双中间轴布置。然而，尽管示出了双中间轴，但是可以设想到，构型200还可包括单中间轴216。离合器210、212可操作以通过它们相应的离合器机构接合或不接合。

构型200包括主轴218，该主轴经由成对的齿轮220联接到中间轴216，并且可作为AMT操作。主轴218包括离合器222，通过选择性向前或向后运动，该离合器使中间轴216与主轴218接合。主轴离合器222的选择性接合使得能够实现各种向前齿轮比组合和反向能力。因此，根据分离器区段208中的哪个齿轮被接合，以及沿着主轴218接合哪个齿轮，可实现各种齿轮比。此外，构型200在所示示例中包括范围齿轮箱224。在范围齿轮箱224的操作中，范围离合器226可被定位成使后输出轴228通过行星齿轮230的反向旋转而旋转。在一个示例中，范围齿轮箱是范围齿轮组件，其包括环形齿轮234、太阳齿轮236、行星齿轮238、以及提供来自变速器的输出的中心轴240。

构型200包括轴向联接到中间轴216的动力输出轴232。动力输出轴232延伸到发动机外壳(未示出)之外，该发动机外壳向诸如发电机、泵等的辅助动力装置提供旋转输入。因此，动力输出轴232为可采用辅助动力装置的操作提供方便的动力源，而不需要运输单独的动力***来为辅助装置提供动力。例如，在远程位置和/或建筑工地中，来自输电网络的动力可能不容易获得。因此，辅助装置可直接联接到动力输出轴232，而构型200定位在其中的卡车(未示出)保持在静止位置。也就是说，通过使离合器222脱离接合并且使向前离合器210和向后离合器212中的一个接合，将构型200置于空档位置。以这样的方式，使前输入轴204和后输入轴206接合中间轴216，使得中间轴216被导致旋转，同时避免动力传递到行星齿轮230并最终传递到后输出轴228。由此在卡车保持静止时将动力传递到动力输出轴232，从而辅助装置可被联接到动力输出轴232并通过构型200被提供动力。

现在参见图3，示出了动力输出组件300。动力输出组件300可在变速器(诸如上述那些变速器)中实现，并且例如在图1的构型100或图2的构型200中实现。

动力输出组件300包括动力输出轴302，该动力输出轴联接到中间轴304，在一个示例中，该中间轴分别对应于图1的构型100和图2的构型200的中间轴106或中间轴216。中间轴304由圆柱滚子轴承306支撑，如上所述，该圆柱滚子轴承具有机械效率，但通常不支撑推力负载。然而，当辅助装置连接到动力输出轴302时，可将轴向负载308施加到其上。因此，动力输出组件300包括推力抵消花键310，该推力抵消花键传递旋转负载，但允许中间轴304和动力输出轴302之间的轻微轴向位移。动力输出组件300包括滚珠轴承312，并且因此，动力输出轴由花键310和滚珠轴承312支撑。也就是说，滚珠轴承312利用径向负载和推力负载工作。在一个示例中，滚珠轴承312是沿着动力输出轴302的轴向位置处的单排轴承。然而，在另一个示例中，滚珠轴承312可以是双排轴承，其中第一排和第二排轴向并排定位，与单排设计相比允许承载附加的径向负载，同时提供推力负载能力。在任一种设计中，滚珠都抵靠承载径向负载和推力负载两者的座圈或滚道定位。如本领域中已知的，滚道围绕滚珠弯曲并且具有通常大于滚珠的曲率的曲率。以这样的方式，滚珠在滚珠和滚道之间的接触区域上接触滚道，并且由于轴承的加载类型，此类接触位置可以在轴向方向上调节或改变。

例如，对于较大径向负载，接触区域通常可沿着内滚道的中心平面，在操作期间滚珠在该内滚道上通过，并且接触也可沿着外滚道上的同一平面。然而，为了增加推力负载，轴承在滚道向上滑动，使得内滚道、外滚道和滚珠之间的接触角成一定角度(从而提供滚珠轴承承载推力负载和径向负载两者的能力)。例如，仍然参见图3，滚珠轴承312包括大致平面的加载方向320，其示出了滚珠322与内座圈324和外座圈326之间的加载方向，用于当轴向负载或推力负载很小或不存在时。

然而，在轴向负载或推力负载沿示为要素308的方向的情况下，负载方向相应地移动并且在图3的剖面图的上部部分中示出。也就是说，轴向负载308可导致内座圈324和外座圈326之间的成角度的接触方向328，从而使得径向负载和轴向负载两者能够由滚珠轴承312承载。

对于两种操作模式描述了动力输出组件300的操作。第一模式是在动力输出轴302不承载负载并且其所联接的变速器为卡车提供运输动力的时候。参见例如构型200，在第一操作模式中，离合器222中的一个被接合(如同其他离合器210和212一样)，并且将动力传递到行星齿轮230并且最终传递到后输出轴228以向具有接合地面的轮胎的轮机构提供动力。在该第一操作模式中，不将负载置于动力输出轴302上，并且动力输出轴302由此在滚珠轴承312中自由旋转。因为动力输出轴302上没有负载，所以滚珠轴承312内的旋转非常有效并且在其中发生很小的摩擦损失。因为摩擦损失是最小的，所以滚珠轴承312由于其卸载的动力输出轴302的简单且自由的旋转而经历很小的老化效应。旋转力从中间轴304通过花键310施加到动力输出轴302，但是由于没有负载被施加到动力输出轴302，动力输出轴302也在轻微轴向方向上自由移动。

在第二操作模式中，通过使辅助动力装置联接到其上来使动力输出轴302承载负载。在该操作模式中，再次参见例如构型200，离合器222脱离接合，使得动力不传输到行星齿轮230并且因此不传输到后输出轴228。因此，动力输出轴302不仅经历旋转负载，而且还经历推力负载。然而，轴向推力负载不被传递到中间轴304，因为花键310允许动力输出轴302和中间轴304之间的轻微轴向位移，并且因为滚珠轴承312反而承载推力负载。

以这样的方式，在不损失***效率的情况下改善了变速器的整体寿命。也就是说，轴承306因此是更有效的圆柱滚子轴承306(与效率较低的圆锥滚子轴承相比)，因为圆柱滚子轴承306不承载来自动力输出轴302的推力负载，因此轴承312是能够承受推力的轴承，该轴承在卡车的正常运输操作期间以很小的摩擦损失操作。

因此，在运输操作(向输出轴提供动力)期间，更有效的圆柱滚子轴承306有效地承载径向负载。并且，在动力输出轴302经历负载时的静止操作期间，轴承312承载推力负载，并且圆柱滚子轴承306与推力负载隔离。

花键接头310可以是螺旋形花键接头或形成为将扭矩转换成轴向负载的其他几何形状，诸如本领域已知的滚珠花键或滚珠螺杆。图4示出示例性花键接头400，该花键接头可用作例如花键接头310。花键接头400包括可定位在孔404内的内轴402。轴402包括周向定位的螺旋肋406和凹槽408。孔404包括肋410和凹槽412。轴402可轴向定位在其中，同时避免干扰。然而，肋406和凹槽408以及肋410和凹槽412被设计成使得形成周向干扰并且可在轴402和孔404之间传递扭矩，同时允许径向方向中的少量机械“游隙”。

由于部件之间的轴向配合，避免了轴向干扰，同时允许部件之间的适当扭矩传递，这减少了轴承中的磨损，从而限制了偏心负载并允许轴向力平衡。在所示示例中，肋406,408和凹槽410,412围绕轴402和孔404中的每个的圆周大致均匀地成角度定位，并且以共同的轴向范围示出。然而，可以设想到，配合凹槽和脊也可以以不均匀的布置定位，在一个示例中，该布置可实现各自相对于另一个的一个或多个独特角度位置。也就是说，具有均匀的间隔可使得空间和凹槽能够以部件之间的多个离散角度中的任一个对准，而具有不均匀的布置，部件可匹配以便仅在一组离散的位置处进行轴向定位。此外，在一个示例中，包括花键接头的组成部件可被布置成在一个轴上(即，在中间轴304上)具有肋，而在另一个轴(即，动力输出轴302)上具有凹槽。然而，可以设想到，布置可被颠倒，并且在该示例中，花键接头的肋406,408可被定位在动力输出轴302上，并且凹槽410,412可被放置在主中间轴304上。

在另一个示例中，肋406,408和凹槽410,412在设计上可以是螺旋形的，具有沿着轴408和孔404的轴向方向的螺旋取向。

因此，动力输出轴302联接到中间轴304的轴向端部314并与其共线。动力输出轴302和中间轴304旋转地联接到彼此并且经由花键接头310彼此轴向地分离。也就是说，动力输出轴302和中间轴302旋转地联接到彼此并且通过花键接头310彼此轴向地分离。圆柱滚子轴承306联接到中间轴304，并且中间轴304的靠近花键310的端部314被圆柱滚子轴承306径向支撑。呈滚珠轴承312形式的推力轴承联接到动力输出轴302，并且轴承被定位在动力输出轴302的端部316处，该端部316与动力输出轴302的花键接头310定位在其中的端部318相对。

关于本文所述的过程、***、方法、启发法等，应当理解，尽管此类过程的步骤等已被描述为根据某种有序序列发生，但是此类过程可以以不同于本文所述的顺序的顺序执行所描述的步骤来实践。还应当理解，可同时执行某些步骤，可添加其他步骤，或者可省略本文所述的某些步骤。换句话讲，本文中对过程的描述是出于说明本教导内容的某些方面的目的而提供的，并且决不应被解释为限制所要求保护的公开内容。

因此，应当理解，以上描述旨在是说明性的而非限制性的。在阅读以上描述后，除了所提供的示例之外的许多方面和应用将是显而易见的。本公开的范围不应当参考以上描述来确定，而是应当参考所附权利要求连同此类权利要求所授予的等同物的全部范围来确定。可以预期并且意图是未来的发展将在本文讨论的技术中发生，并且所公开的***和方法将被结合到本教导内容的此类未来方面中。总之，应当理解，本教导内容的公开方面能够进行修改和变化。

权利要求中使用的所有术语旨在被赋予其最广泛的合理解释和它们的普通含义，如本文所述技术中的技术人员所理解的，除非在本文做出明确的相反指示。具体地讲，除非权利要求相反地列出明确的限制，否则诸如“一个”，“该”，“所述”等的单数冠词的使用应被理解为列出所指示元件中的一个或多个。

在说明书中参考“一个示例”、“示例”、“一种方法”、或“应用”意味着结合示例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个示例中。说明书中各处的短语“在一个示例中”并不一定每次出现时都指的是相同示例。

Claims (20)

1.一种变速器，包括：

中间轴；

输入轴以及将所述输入轴联接到所述中间轴的离合器；

主变速器组件，所述主变速器组件具有主轴和主变速器离合器，所述主轴经由所述主变速器离合器联接到所述中间轴；

范围齿轮组件；以及

动力输出轴，所述动力输出轴联接到所述中间轴的轴向端部并与其共线，其中所述动力输出轴和所述中间轴旋转地联接到彼此并且彼此轴向地分离。

2.根据权利要求1所述的变速器，还包括花键接头，并且所述动力输出轴和所述中间轴旋转地联接到彼此并且通过所述花键接头彼此轴向地分离。

3.根据权利要求2所述的变速器，还包括圆柱滚子轴承，所述圆柱滚子轴承联接到所述中间轴，其中所述中间轴的靠近所述花键的端部被所述圆柱滚子轴承径向支撑。

4.根据权利要求2所述的变速器，还包括推力轴承，所述推力轴承联接到所述动力输出轴，所述推力轴承定位在所述动力输出轴的端部处，所述端部与所述动力输出轴的所述花键接头定位在其中的端部相对。

5.根据权利要求4所述的变速器，其中所述推力轴承是滚珠轴承。

6.根据权利要求1所述的变速器，其中所述范围齿轮组件包括环形齿轮、太阳齿轮、行星齿轮、以及提供来自所述变速器的输出的中心轴。

7.根据权利要求1所述的变速器，还包括：

前输入轴，所述前输入轴直接联接到主离合器并且具有联接到所述中间轴的第一离合器；以及

后输入轴，所述后输入轴联接到所述前输入轴并且具有联接到所述中间轴的第二离合器。

8.一种变速器，包括：

两个中间轴；

输入轴以及将所述输入轴联接到所述两个中间轴的离合器；

主变速器组件，所述主变速器组件具有主轴和主变速器离合器，所述主轴经由所述主变速器离合器联接到所述两个中间轴；

范围齿轮组件；以及

动力输出轴，所述动力输出轴联接到所述两个中间轴中的一个的轴向端部并与其共线，其中所述动力输出轴和所述一个中间轴旋转地联接到彼此并且彼此轴向地分离。

9.根据权利要求8所述的变速器，还包括花键接头，并且所述动力输出轴和所述一个中间轴旋转地联接到彼此并且通过所述花键接头彼此轴向地分离。

10.根据权利要求9所述的变速器，还包括圆柱滚珠轴承，所述圆柱滚珠轴承联接到所述一个中间轴，其中所述中间轴的靠近所述花键的端部被所述圆柱滚珠轴承径向支撑。

11.根据权利要求9所述的变速器，还包括推力轴承，所述推力轴承联接到所述动力输出轴，所述推力轴承定位在所述动力输出轴的端部处，所述端部与所述动力输出轴的所述花键接头定位在其中的端部相对。

12.根据权利要求11所述的变速器，其中所述推力轴承是滚珠轴承。

13.根据权利要求8所述的变速器，其中所述范围齿轮组件包括环形齿轮、太阳齿轮、行星齿轮、以及提供来自所述变速器的输出的中心轴。

14.根据权利要求8所述的变速器，还包括：

前输入轴，所述前输入轴直接联接到主离合器并且具有联接到所述中间轴的第一离合器；以及

后输入轴，所述后输入轴联接到所述前输入轴并且具有联接到所述中间轴的第二离合器。

15.一种变速器，包括：

主变速器组件，所述主变速器组件具有主轴和主变速器离合器，所述主轴经由主变速器离合器联接到中间轴；

行星齿轮组件，所述行星齿轮组件具有提供来自所述变速器的输出的中心轴，所述行星齿轮组件还包括环形齿轮、太阳齿轮和行星齿轮；以及

动力输出轴，所述动力输出轴联接到所述中间轴的轴向端部并与其共线，其中所述动力输出轴和所述中间轴旋转地联接到彼此并且彼此轴向地分离。

16.根据权利要求15所述的变速器，还包括花键接头，并且所述动力输出轴和所述中间轴旋转地联接到彼此并且通过所述花键接头彼此轴向地分离。

17.根据权利要求15所述的变速器，还包括圆柱滚珠轴承，所述圆柱滚珠轴承联接到所述中间轴，其中所述中间轴的靠近所述花键的端部被所述圆柱滚珠轴承径向支撑。

18.根据权利要求15所述的变速器，还包括推力轴承，所述推力轴承联接到所述动力输出轴，所述推力轴承定位在所述动力输出轴的端部处，所述端部与所述动力输出轴的所述花键接头定位在其中的端部相对。

19.根据权利要求18所述的变速器，其中所述推力轴承是滚珠轴承。

20.根据权利要求15所述的变速器，其中所述范围齿轮组件包括环形齿轮、太阳齿轮、行星齿轮、以及提供来自所述变速器的输出的中心轴。