变速器的结合与断开装置以及电驱动装置和车轴装置的制作方法

1.本发明涉及一种变速器的结合与断开装置以及电驱动装置和车轴装置。


背景技术：

2.变速器是用来改变来自发动机的转速和转矩的机构，它能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比，又称变速箱。随着石油供应的日趋紧缺和环境污染的日益加剧，新能源汽车的开发和利用已逐渐成为一种趋势。
3.例如，新能源汽车中纯电动汽车中使用的变速器，如图1所示，cn205371477u公开了一种电动汽车用两挡变速器，包含输入轴10、二挡主动齿轮11、一挡主动齿轮12、输出轴20、驻车齿轮21、二挡从动齿轮22、一挡从动齿轮23、主减速主动齿轮24、棘爪40、差速器30和差速器齿圈31；输入轴10与输出轴20平行布置，二挡主动齿轮11和一挡主动齿轮12设置在输入轴10上；驻车齿轮21和主减速主动齿轮24设置在输出轴20上；二挡从动齿轮22和一挡从动齿轮23设置在输出轴20上，二挡从动齿轮22和一挡从动齿轮23相对输出轴20旋转；差速器30通过差速器齿圈31与主减速主动齿轮24连接；棘爪40的一端置于变速器壳体上，另一端与驻车齿轮21啮合或分离。
4.各挡位的实施方式及动力路线如下：
5.一挡：同步器s1向右挂入一挡。电动机em的动力经电动机输入轴、一挡主动齿轮12、一挡从动齿轮23、同步器s1传递给输出轴20，然后由主减速主动齿轮24、差速器齿圈31、传动轴32传递给车轮；
6.二挡：同步器s1向左挂入二挡。电动机em的动力经电动机输入轴10、二挡主动齿轮11、二挡从动齿轮22、同步器s1传递给输出轴20，然后由主减速主动齿轮24、差速器齿圈31、传动轴32传递给车轮；
7.驻车挡：棘爪40与驻车齿轮21啮合，将输出轴20固定，从而将传动轴32固定，实现驻车。
8.对于上述结构的变速器而言，其使用同步器s1对将从动齿轮获得的动力转移到输出轴20上，由于同步器的设置需要单独占用输出轴20上的安装空间，因此，对于变速器的体积而言不利于缩小。而且同步器s1的结构复杂，成本高，使用同步器后使变速器的成本提高。此外，上述结构对于驻车而言，需要设置驻车齿轮21和专用的棘爪40，驻车齿轮21和棘爪40均需要占用变速器的空间，因此，同样不利于变速器的紧凑和小型化，而且专用棘爪40的配置同样也不利于成本的降低。


技术实现要素：

9.本发明提供一种变速器的结合与断开装置以及电驱动装置和车轴装置，本发明具有成本低以及节省空间的优点。
10.解决上述技术问题的技术方案如下：
11.变速器的结合与断开装置，包括：
12.呈固定状态的壳体；
13.中间轴，中间轴用于传递扭矩；
14.接受输入扭矩的第一中间轴齿轮，第一中间轴齿轮以相对中间轴可转动的方式配置在中间轴上；还包括：
15.与中间轴配合的结合断开机构，结合断开机构位于壳体内；
16.第一切换位置，结合断开机构在第一切换位置时与第一中间轴齿轮直接结合，以将第一中间轴齿轮获得的扭矩直接传递到中间轴上，使中间轴旋转；
17.第二切换位置，结合断开机构在第二切换位置时与第一中间轴齿轮分离且与壳体结合，中间轴通过结合断开机构被壳体锁定而不能旋转。
18.电驱动装置，包括电机、输入轴、第一主动齿轮，电机与输入轴固定，第一主动齿轮与输入轴固定，还包括所述的变速器的结合与断开装置，该变速器的结合与断开装置中的第一中间轴齿轮与第一主动齿轮啮合。
19.车轴装置，包括输出齿轮、差速器输入齿轮、差速器、左车轮、右车轮，差速器输入齿轮与差速器配合，差速器的两个输出半轴分别与左车轮和右车轮连接，还包括电驱动装置，所述输出齿轮与中间轴固定，输出齿轮与差速器输入齿轮啮合。
20.本发明中，将第一传动部件直接固定在第一中间轴齿轮上，通过驱动部件驱使齿套与第一中间轴齿轮结合或分离，这种结构不但降低了动力的损失，提高了传动效率，而且这种直接结合或分离的结构在轴向尺寸上没有损失，降低了空间的占用，使得整个装置形成高度集成，并且由于结合断开机构与同步器相比结构更加简单，因此，能节省成本，具有很好的经济性。另外，本发明利用齿套与驻车锁止部件结合的关系形成驻车，而无需单独设置一套驻车机构，避免了占用变速器的空间，从而使得变速器变得紧凑以及小型化，并且换档和驻车均使齿套轴向移动就能完成操作。
附图说明
21.图1为现有技术中的变速器的示意图；
22.图2为本发明第一种变速器的结合与断开装置在第一切换位置时的示意图；
23.图3为本发明第一种变速器的结合与断开装置在第二切换位置时的示意图；
24.图4为本发明第一种变速器的结合与断开装置在第三切换位置时的示意图；
25.图5为本发明第二种变速器的结合与断开装置在第一切换位置时的示意图；
26.图6为本发明第二种变速器的结合与断开装置在第二切换位置时的示意图；
27.图7为本发明第二种变速器的结合与断开装置在第三切换位置时的示意图；
28.图8为任意一种结合与断开装置与电机以及差速器连接的示意图；
29.图9为本发明第三种变速器的结合与断开装置在第一切换位置时的示意图；
30.图10为本发明第三种变速器的结合与断开装置在第四切换位置时的示意图；
31.图11为本发明第二种变速器的结合与断开装置在第三切换位置时的示意图；
32.图12为本发明第三种变速器的结合与断开装置在第二切换位置时的示意图；
33.附图中的标记：
34.左轴承1a，右轴承1b，中间轴2，轴肩2a，输出齿轮3，第一中间轴齿轮4，容纳腔体4a，轴承5，齿座6，齿套7，第一传动部件8a，驻车锁止部件8b，凸起部8c，第二传动部件8d，弹
性定心组件9，弹簧9a，钢球9b，驱动部件10，变速箱左壳体11，变速箱右壳体12，中间轴轴承座13，延伸部14，第一环套14a，第二环套14b，肩部14c，轴向限位部件15，密封部件16，电机17，输入轴18，第一主动齿轮19，差速器输入齿轮20，差速器21，左车轮22，右车轮23，第二中间轴齿轮24，第二主动齿轮25。
具体实施方式
35.下面结合附图对本发明进行说明。
36.如图2所示，本发明的变速器的结合与断开装置，包括呈固定状态的壳体、中间轴2、接受输入扭矩的第一中间轴齿轮4、与中间轴2配合的结合断开机构、第一切换位置、第二切换位置，下面对每部分以及各部分之间的关系进行详细说明：
37.中间轴2的一端通过左轴承1a支撑在不能移动的壳体上，中间轴2的另一端通过右轴承1b支撑在不能移动的壳体上。本实施例中，壳体包括变速箱左壳体11，左轴承1a支撑在变速箱左壳体11上。
38.中间轴2用于传递扭矩，第一中间轴齿轮4以相对中间轴2可转动的方式配置在中间轴2上；例如，在中间轴2上配置有轴承5以及轴向限位部件15，第一中间轴齿轮4与轴承5配合，从而使第一中间轴齿轮4以相对中间轴2能转动的形式布置在中间轴2上，所述中间轴2上设有轴肩2a，轴承5的一端与轴肩2a抵顶，轴肩2a对轴承5的一端形成轴向限位，以防止轴承5的一端轴向窜动。轴向限位部件15优先采用挡圈。
39.本发明中的结合断开机构位于壳体内，由于壳体内部注入了润滑油，将结合断开机构布置在壳体内，一方面可以使结合断开机构充分地获得润滑，另一方面，结合断开机构在壳体内即可与第一中间轴齿轮4或者壳体进行结合，因此，这样避免使结合断开机构的一部分暴露在壳体外部，导致在壳体和结合断开机构之间还需要设置密封结构，来密封壳体和结合断开机构之间的间隙，因此，本发明将结合断开机构放在壳体内部的另一优点是降低了密封的要求。
40.结合断开机构在第一切换位置时与第一中间轴齿轮4直接结合，以将第一中间轴齿轮4获得的扭矩直接传递到中间轴2上，使中间轴2旋转；本发明通过结合断开机构与第一中间轴齿轮4进行结合或断开，以达到将第一中间轴齿轮4的动力传递到结合断开机构使中间轴2转动的目的，或者将第一中间轴齿轮4传递到结合断开机构的动力切断使中间轴2不能转动。
41.对于结合断开机构在第一切换位置时与第一中间轴齿轮4直接结合优先采用的方式是：结合断开机构在第一切换位置与第一中间轴齿轮4经由啮合以形成周向锁定，使第一中间轴齿轮4的扭矩经由结合断开机构传递到中间轴2。
42.如图3，结合断开机构在第二切换位置时与第一中间轴齿轮4分离且与壳体结合，中间轴2通过结合断开机构被壳体锁定而不能旋转。结合断开机构在第二切换位置与壳体经由啮合或摩擦配合以形成周向锁定。对于结合断开机构在第一切换位置时与第一中间轴齿轮4直接结合优先采用的方式是：结合断开机构在第二切换位置与壳体经由啮合以形成周向锁定。
43.如图2所示，结合断开机构包括齿座6、齿套7、第一传动部件8a、驱动部件10，齿座6与中间轴2固定；齿套7套在齿座6上并与齿座6啮合，齿套7的一端具有与第一传动部件8a啮
合的第一结合齿，齿套7的另一端具有与驻车锁止部件8b啮合的第二结合齿。齿套7上设有环形槽；第一传动部件8a与第一中间轴齿轮4固定；驱动部件10与齿套7上的环形槽配合，驱动部件10驱动齿套7移动以使齿套7与第一传动部件8a结合或分离，齿套7与第一传动部件8a结合或分离后，驱动部件10使齿套7的位置获得保持，所述第一传动部件8a与齿套7结合形成周向固定后，第一中间轴齿轮4获得的扭矩依次通过第一传动部件8a、齿套7、齿座6传递到中间轴2上。
44.本实施例中，驱动部件10直接与直线驱动机构连接，例如，驱动部件10与带有减速机构的直线电机连接，当直线电机接收到换档指令时，直线电机的减速机构直接驱使驱动部件10轴向移动。本发明的这种换挡操纵系统轴向布置，而非传统的拨叉径向布置，与传统技术中换挡拨叉的结构相比，本实施例的这种结构的优势在于，不需要采用换挡拨叉的中间机构(例如换挡执行单元)，因此，不但提升了传动效率，而且节省了成本。
45.如图2所示，本发明中，将第一传动部件8a直接固定在第一中间轴齿轮4上，通过驱动部件10驱使齿套7与第一中间轴齿轮4结合或分离，不但降低了动力的损失，提高了传动效率，而且这种直接结合或分离的结构在轴向尺寸上没有损失，降低了中轴间2上空间的占用，使得整个装置形成高度集成，并且由于结合断开机构与同步器相比结构更加简单，因此，能节省成本，具有很好的经济性。
46.如图2所示，所述第一中间轴齿轮4的一端设置有容纳腔体4a，结合断开机构位于所述容纳腔体4a中。本发明利用在第一中间轴齿轮4轴向上设置的容纳腔体4a，使结合断开机构进入到容纳腔体4a中之后，结合断开机构在轴向上不占用第一中间轴齿轮4以外的尺寸，从而使得整个装置高度集成。
47.如图2所示，优选地，第一中间轴齿轮4的轴向端面上设有凸起部8c，第一传动部件8a设置在凸起部8c上。在本发明中，第一传动部件8a为轮齿部件，第一传动部件8a可以与第一中间轴齿轮4一体成型，其制备过程为，通过锻造形成具有容纳腔体4a的第一中间轴齿轮4的毛坯，通过机加工方式在第一中间轴齿轮4的外圆周面上加工出与第一主动齿轮19啮合的外轮齿，通过机加工方式在位于第一中间轴齿轮4容纳腔体4a内的轴向端面上加工出凸起部8c，通过机加工方式在凸起部8c的周面上加工出构成第一传动部件8a的轮齿部件。上述机加工方式包含切削、拉削、铣削等方式。第一传动部件8a的形成也可以采用另一种方式，即先制备出一个具有第一传动部件8a与凸起部8c的齿轮，再将该齿轮与第一中间轴齿轮4固定成一体，固定方式可以采用焊接或螺栓连接等方式。
48.如图2所示，本发明还包括驻车锁止部件8b，驻车锁止部件8b固定在壳体上，驱动部件10驱动齿套7移动使齿套7与驻车锁止部件8b结合以形成周向固定，本实施例中，驻车锁止部件8b优先采用齿轮。本实施例中，壳体固定在车架上与车体不能发生相对移动，将驻车锁止部件8b固定在壳体上之后，驻车锁止部件8b与壳体也不能形成相移动。因此，当齿套7与驻车锁止部件8b结合以形成周向固定后，齿套7也就不能旋转了，这样就形成了驻车，根据驾驶员的选择，齿套7可以发挥传递动力的作用，或者在驻车时也能发挥驻车的作用。本发明利用齿套与驻车锁止部件8b结合的关系形成驻车，而无需单独设置一套驻车机构，避免了占用变速器的空间，从而使得变速器变得紧凑以及小型化。
49.如图4，本发明还包括第三切换位置，结合断开机构位于第三切换位置时，结合断开机构与第一中间轴齿轮4和壳体均处于分离状态。若需要使变速器处于空档状态，则需通
过驱动部件10驱使齿套7移动，使齿套7只与齿座6配合，并保证齿套7既不与第一传动部件8a配合，也不与驻车锁止部件8b配合。
50.因此，驱动部件10驱动齿套7沿齿座6轴向移动，使齿套7可以处于三种切换位置：第一切换位置为齿套7既与齿座6配合又与第一传动部件8a配合，此时，变速器处于动力输出状态，如图3所示；第二切换位置为齿套7既与齿座6配合又与驻车锁止部件8b配合，此时，变速器处于驻车锁止状态，如图4所示。第三切换位置为齿套7只与齿座6配合，此时，变速器处于空档状态，如图2所示。
51.如图2所示，所述壳体的内壁上设有延伸部14，该延伸部14的一端位于所述容纳腔体4a中，驻车锁止部件8b与延伸部14的一端固定。同样地，利用容纳腔体4a的空间，使延伸部14进入到容纳腔体4a中，并将驻车锁止部件8b固定在延伸部14位于容纳腔体4a的一端，从而使结构紧凑，占用空间少。
52.延伸部14包括第一环套14a以及与第一环套14a固定的第二环套14b，第一环套14a的外径小于第二环套14b的外径，在第一环套14a与第二环套14b之间形成肩部14c，所述驻车锁止部件8b套在第一环套14a上后通过肩部14c轴向限位。通过与第一环套14a和第二环套14b一体成型的肩部14c对驻车锁止部件8b形成的轴向限位作用，可以使驻车锁止部件8b稳固地配合在延伸部14上，防止驻车锁止部件8b与延伸部14分离或发生相对转动。
53.如图2所示，所述壳体上设有通孔，在通孔内设有密封部件16，所述驱动部件10穿过密封部件16。通过密封部件16对驱动部件10形成密封。
54.如图2所示，壳体包括变速箱右壳体12、中间轴轴承座13，右轴承1b通过中间轴轴承座13支撑，所述中间轴轴承座13与变速箱右壳体12固定，所述延伸部14与中间轴轴承座13固定。本发明对中间轴轴承座13的结构稍加改造，即在中间轴轴承座13上设置与该中间轴轴承座13一体成型的延伸部14，并利用延伸部14安装驻车锁止部件8b。显然，本发明对中间轴轴承座13的改造非常简单，并且单独设置零件13减小了本体装置和变速器装配的难度。
55.如图2所示，本发明还还包括弹性定心组件9，弹性定心组件9包括弹簧9a、钢球9b，所述齿座6上设有安装孔，弹簧9a的一端位于齿座6上的安装孔中，钢球9b与弹簧9a的另一端配合，钢球9b还与齿套7配合。齿套7上设有弧形槽，钢球9b与齿套7上的弧形槽配合。通过弹性定心组件9与齿套7的配合作用，可以防止齿套7偏摆和移动，将齿套固定在第一切换位置，或第二切换位置，第三切换位置，增加齿套7的稳定性。
56.本发明的变速器的结合与断开装置，特别适用于纯电动汽车，如图8，纯电动汽车的电机17与输入轴18连接，在输入轴18上设置有第一主动齿轮19，第一主动齿轮19与第一中间轴齿轮4保持啮合，因此结合与断开装置与上述第一主动齿轮19配合后，而又由于第一主动齿轮19与输入轴18固定，输入轴18还与电机17固定，从而形成了电驱动装置。
57.如图8，本发明中，在中间轴2上固定有输出齿轮3，输出齿轮3与差速器输入齿轮20配合，差速器输入齿轮20与差速器21配合，差速器21的两个输出半轴分别与汽左车轮22和右车轮23连接。因此，将上述的电驱动装置与差速器输入齿轮20配合后形成了车轴装置。车轴装置的工作过程如下：
58.如图8，电机17工作产生的扭矩提供给输入轴18使输入轴18旋转，输入轴18带动第一主动齿轮19旋转，第一主动齿轮19驱使第一中间轴齿轮4旋转，在初始状态下变速器处于
驻车状态，即齿套7既与齿座6配合又与驻车锁止部件8b配合，此时，若需要使车辆移动，则需通过驱动部件10驱使齿套7移动，使齿套7既与齿座6配合又与第一传动部件8a配合，这样，第一中间轴齿轮4旋转的产生的扭矩依次通过第一传动部件8a、齿套7、齿座6传递到中间轴2，使中间轴2旋转，中间轴2旋转将扭矩通过输出齿轮3、差速器输入齿轮20传递到差速器21，最后由差速器21将动力传递给左车轮22和右车轮23。
59.本发明不限于上述实施例，例如：
60.(a)，对于结合断开机构在第一切换位置时与第一中间轴齿轮4直接结合还可以采用的方式是：结合断开机构在第一切换位置与第一中间轴齿轮4经由摩擦配合以形成周向锁定，使第一中间轴齿轮4的扭矩经由结合断开机构传递到中间轴2。该摩擦配合可以采用摩擦部件，即在第一中间轴齿轮4上安装一个摩擦部件，在齿套7上也安装有摩擦部件，通过摩擦部件的摩擦力形成周向锁定以传递扭矩。摩擦部件可以是一端具有开口而另一端呈封闭的环状部件。
61.(b),对于结合断开机构在第二切换位置时与壳体结合还可以采用的方式是：结合断开机构在第二切换位置与壳体经由摩擦配合以形成周向锁定。该摩擦配合可以采用摩擦部件，即在壳体上安装一个摩擦部件，在齿套7上也安装有摩擦部件，通过摩擦部件的摩擦力形成周向锁定以形成周向锁定。摩擦部件可以是一端具有开口而另一端呈封闭的环状部件。
62.(c)，对于齿套7与第一传动部件8a，或者齿套7与驻车锁止部件8b的啮合，作为一种变型方式，还可以采用爪型部件或者牙型部件相互嵌套的方式来代替，即，齿套7的两端设置成爪型部件或者牙型部件，第一传动部件8a和驻车锁止部件8b采用爪型部件或者牙型部件，从而在第一切换位置或者第二切换位置变成爪型部件和爪型部件的啮合，或者牙型部件和牙型部件的啮合。
63.(d)，本实施例不限于上述结构，如图5至7所示，为本发明第二种变速器的结合与断开装置，壳体包括变速箱右壳体12和变速箱左壳体11，所述延伸部14与变速箱右壳体12固定。同样地，第二种变速器的结合与断开装置也有三种切换位置，结合断开机构在第一切换位置时与第一中间轴齿轮4直接结合(如图5所示)，结合断开机构在第二切换位置时与第一中间轴齿轮4分离且与壳体结合(如图6所示)。结合断开机构位于第三切换位置时，结合断开机构与第一中间轴齿轮4和壳体均处于分离状态(如图7所示)。
64.(e)，如图9至12所示，为本发明第三种变速器的结合与断开装置，其中结合断开机构还包括第四切换位置、以相对中间轴2可转动的方式配置在中间轴2上的第二中间轴齿轮24；结合断开机构在第四切换位置时与第二中间轴齿轮24直接结合，以将第二中间轴齿轮24获得的扭矩直接传递到中间轴2上，使中间轴2旋转。优选的结构是：第四切换位置与第二切换位置位于结合断开机构的同一侧，且第四切换位置位于第二切换位置上游。
65.如图9所示，本实施例的结合断开机构优先采用的结构为：包括齿座6、齿套7、第一传动部件8a、驻车锁止部件8b、驱动部件10、第二传动部件8d，齿座6与中间轴2固定；齿套7套在齿座6上并与齿座6啮合；第一传动部件8a与第一中间轴齿轮4固定；驻车锁止部件8b固定在壳体上，第二传动部件8d与第二中间轴齿轮24固定。另外，齿套7的另一端还具有与第二传动部件8d啮合的第三结合齿，驻车锁止部件8b位于第二传动部件8d的外侧。
66.本实施方式中的第一传动部件8a的成型方式与上面第一种变速器的结合与断开
装置中的相同，在此不再赘述。
67.对于本实施方式中的第二传动部件8d，第二传动部件8d设置在第二中间轴齿轮24的轴向端面上，第二传动部件8d也可以采用轮齿部件，第二传动部件8d可以与第二中间轴齿轮24一体成型，其制备过程为，通过锻造形成第二中间轴齿轮24以及第二传动部件8d，通过机加工方式在第二中间轴齿轮24的外圆周面上加工出与第二主动齿轮25(第二主动齿轮25与输入轴18固定)啮合的外轮齿。上述机加工方式包含切削、拉削、铣削等方式。第二传动部件8d的形成也可以采用另一种方式，即先制备出一个具有第二传动部件8d的齿轮，再将该齿轮与第二中间轴齿轮24固定成一体，固定方式可以采用焊接或螺栓连接等方式。
68.本实施例中，驱动部件10驱动齿套7可形成多种配合方式，这种配合方式决定了档位的高低或者是否驻车，例如，驱动部件10驱动齿套7移动使齿套7与第一传动部件8a在第一切换位置时结合，此时变速器处于一档状态(如图9)。
69.又比如，驱动部件10驱动齿套7移动使齿套7与第二传动部件8d在第四切换位置结合，此时变速器处于二档状态(如图10)。
70.再比如，驱动部件10驱动齿套7移动使齿套7与第二传动部件8d和锁止部件8b在第二切换位置结合。此时，虽然，齿套7与第二传动部件8d形成的结合，但同时齿套7还与锁止部件8b结合，而齿套7与锁止部件8b结合后使中间轴2不能旋转，因此，该状态下，变速器处于锁止驻车状态(如图11)。
71.当然，还有另外一种状态，当驱动部件10驱动齿套7移动使齿套7位于第三切换位置，结合断开机构与第一中间轴齿轮4、第一传动部件8a、第二传动部件8d均处于分离状态，此使变速器处于空档状态(如图12)。
72.本实施方式的其余结构与第一种变速器的结合与断开装置相同，在此不在赘述。
73.本实施例在增设第二中间轴齿轮24和第二传动部件8d之后，使档位获得了扩展，并借助于第二切换位置和第四切换位置处于上下游的关系，既可以切换到扩展的第二传动档位，也可以切换到驻车档位，并且两个档位互不干涉。
74.(f),本发明第三种变速器的结合与断开装置，其中结合断开机构有两个状态，即：在第一切换位置时与第一中间轴齿轮4直接结合，以将第一中间轴齿轮4获得的扭矩直接传递到中间轴2上，使中间轴2旋转，以及结合断开机构位于第三切换位置时，结合断开机构与第一中间轴齿轮4处于分离状态。该状态对应的结构与上述第一实施方式去除第二切换位置的状态相同，即该方式中不包含驻车锁止部件8b的结构。
75.最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。