一种换挡机构、变速机构和动力输出机构
阅读说明：本技术 一种换挡机构、变速机构和动力输出机构 (Gear shifting mechanism, speed change mechanism and power output mechanism ) 是由 李平 冯伟 张先锋 张涛 周玉华 湛小梅 李亚丽 曹中华 于 2020-12-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种换挡机构,包括动力输入轴和套接固定在动力输入轴上的传动套,传动套上设置有刚性传动齿轮和换挡环,动力输入轴的圆周表面设置有传动槽,传动套贯穿设置有限位孔,传动槽内搁置有可活动并部分穿过限位孔的换挡钢球。当动力输入轴运转时,换挡球受到离心力的作用脱离动力输入轴,动力输入轴和刚性传动齿轮处于分离状态,不传递动力；在需要换挡时,横向移动换挡环将换挡球压入传动槽中,动力输入轴和刚性传动齿轮传递动力,退回空挡后,由回位弹簧将换挡环推回原位,这时该换挡机构又处于空挡状态,该机构减少了换挡过程中拉离合器浪费的时间,从根本上解决了因用户操作原因导致的变速箱换挡机构或者变速箱齿轮的人为损坏或报废。(The invention discloses a gear shifting mechanism which comprises a power input shaft and a transmission sleeve fixedly sleeved on the power input shaft, wherein a rigid transmission gear and a gear shifting ring are arranged on the transmission sleeve, a transmission groove is formed in the circumferential surface of the power input shaft, a limiting hole is formed in the transmission sleeve in a penetrating mode, and a gear shifting steel ball which can move and partially penetrates through the limiting hole is placed in the transmission groove. When the power input shaft runs, the gear shifting ball is separated from the power input shaft under the action of centrifugal force, and the power input shaft and the rigid transmission gear are in a separated state and do not transmit power; when gear shifting is needed, the gear shifting ball is pressed into the transmission groove by transversely moving the gear shifting ring, the power input shaft and the rigid transmission gear transmit power, the gear shifting ring is pushed back to the original position by the return spring after returning to the neutral position, and the gear shifting mechanism is in the neutral position state.)
技术领域
本发明涉及机械传动技术领域，尤其涉及一种换挡机构、变速机构和动力输出机构。
背景技术
现有的农机变速箱主要由箱体、变速及操纵机构、中间传动和输出部分组成。动力通过皮带轮传入输入轴，通过变速箱的操纵机构实现换挡达到输出端不同的输出转速，满足爬坡、作业、行走等不同工况的要求。
但目前的农机变速箱也存在以下问题和不足：
1、现有的变速方法采用操纵机构推动拨叉带动换挡齿轮实现换挡，而农业机械在作业时属于低速高扭矩，这在换挡过程中会存在换挡困难、打齿的现象。在换挡过程中，需要分离离合器才能实现换挡，一是浪费了作业时间；二是由于用户知识和操作水平限制，存在未拉离合器就直接换挡，会造成变速机构或传动齿轮损坏，甚至变速箱报废的风险。
2、现有农业机械变速箱输出左右半轴均采用同轴输出，即左右半轴中心都呈同一直线，这样在旋耕、除草作业时，其左右半轴的中间变速箱箱体部分未能安装旋耕刀，导致这部分土地未能进行旋耕作业，形成漏耕，需要人工进行补耕，增加了人工劳动成本。
3、传统的机械式变速箱倒挡均采用惰轮作为中间传动实现倒挡设计，在制造和安装过程中增加制造成本。且重量增加。由于惰轮属于悬臂结构，在大扭矩传动作业时，会造成惰轮轴变形的问题。
4、现有旋耕机作业过程中变速箱都设计有4个档位，包括三个前进挡和一个倒挡，这在复合作业情况下档位选择少，尤其在作业精度要求高时，不能满足作业需求。
因此本领域技术人员致力于开发一种换挡顺畅的换挡机构、结构精简的变速机构和可多角度调整的动力输出机构。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种换挡顺畅的换挡机构。
为实现上述目的，本发明提供了一种换挡机构，包括动力输入轴和套接固定在所述动力输入轴上的传动套，所述传动套上固定连接有刚性传动齿轮，所述传动套上还套接有可横向移动的换挡环，所述动力输入轴的表面设置有若干个周向排列的传动槽，所述传动套贯穿设置有位于所述传动槽上方的限位孔，所述传动槽内搁置有可活动并部分穿过所述限位孔的换挡球，所述换挡环位于所述限位孔的一侧；所述换挡环与所述刚性传动齿轮之间夹持有套接在所述传动套上的复位弹簧。
所述换挡环的一侧与所述传动套之间设置有轴向延伸的限位腔，所述限位腔的底部一体化设置有斜向面对所述限位孔的挤压部，所述限位腔的高度小于所述换挡球的直径。
所述换挡环连接有向外延伸的拨叉。
两个相邻所述传动槽之间还设置有过渡槽连接，所述过渡槽的深度小于所述传动槽的深度。
本发明还提供了采用一种上述换挡机构的变速机构，包括与所述动力输入轴平行设置的传动轴和动力输出轴，所述动力输入轴、传动轴和动力输出轴的轴心呈等边三角形设置，所述换挡机构除所述动力输入轴外设置有四组且分别两两相对设置在所述动力输入轴上。
所述传动套包括从左至右依次的第一传动套、第二传动套、第三传动套和第四传动套，所述刚性传动齿轮包括设置在所述第一传动套左端的第一输出齿轮、设置在所述第二传动套右端的第二输出齿轮、设置在所述第三传动套左端的第三输出齿轮和设置在所述第四传动套右端的第四输出齿轮。
所述传动轴上从左至右依次设置有第一中间传动齿轮、第二中间传动齿轮、第三拨叉、第三中间传动齿轮、第四中间传动齿轮、第五中间传动齿轮和第六中间传动齿轮，所述第一中间传动齿轮、第四中间传动齿轮、第五中间传动齿轮和第六中间传动齿轮均与所述传动轴固定连接，所述第三拨叉被夹持在所述第二中间传动齿轮和第三中间传动齿轮之间且一体化设置，所述第二中间传动齿轮和第三中间传动齿轮径向固定连接在所述传动轴上，轴向滑动连接在所述传动轴上。
所述动力输出轴上从左至右依次套接固定有第一输出齿轮、第一链轮、第二输出齿轮、第三输出齿轮和第四输出齿轮。
所述第一输出齿轮与所述第一中间传动齿轮啮合，所述第二输出齿轮可与所述第四中间传动齿轮和第四输出齿轮啮合，所述第三输出齿轮可与所述第四中间传动齿轮和第四输出齿轮啮合，所述第四输出齿轮与所述第六中间传动齿轮啮合，所述第二中间传动齿轮可与所述第一输出齿轮啮合，所述第三中间传动齿轮可与所述第二输出齿轮啮合，所述第四中间传动齿轮与所述第三输出齿轮啮合，所述第五中间传动齿轮与所述第四输出齿轮啮合。
所述换挡环包括设置在所述第一传动套右端的第一换挡环、设置在所述第二传动套左端的第二换挡环、设置在所述第三传动套右端的第三换挡环和设置在所述第四传动套左端的第四换挡环，所述第一换挡环和第二换挡环之间夹持有第一拨叉，所述第三换挡环和第四换挡环之间夹持有第二拨叉。
所述复位弹簧包括设置在所述第一换挡环和第一输出齿轮之间的第一复位弹簧、设置在所述第二换挡环和第二输出齿轮之间的第二复位弹簧、设置在所述第三换挡环和第三输出齿轮之间的第三复位弹簧和设置在所述第四换挡环和第四输出齿轮之间的第四复位弹簧。
本发明还提供了一种采用上述变速机构的动力输出机构，包括第二链轮，所述第二链轮和所述第一链轮通过相配合的链条连接；所述第二链轮套接固定安装在一左右两端对称开口设置的动力输出管上，所述动力输出管的两端开口分别安装有互成镜像设置的输出半轴，所述动力输出管内设置有若干条轴向走向的滑道，所述输出半轴插入所述动力输出管的端部设置有半球形运动部，所述隔离板设置有与所述半球形运动部相适应的球面凹槽，所述动力输出管上的中部设置有隔离板，所述半球形运动部的表面凸起设置有嵌入所述滑道的传动球。
所述轴套管内还套在安装有套在所述半球形运动部上的定位轴套，所述滑道设置在所述定位轴套的内侧壁上，所述定位轴套的外侧壁设置有若干个周向排列的下压槽，所述动力输出管的侧壁贯穿设置有位于所述下压槽上方的下压孔，所述下压槽搁置有可部分穿过所述下压孔的下压球，所述动力输出管上套接有可轴向移动且盖住所述下压孔的下压环，所述下压环的端面与所述第二链轮的端面之间设置有套接在所述轴套管上的回位弹簧。
本发明的有益效果是：
1、本发明的换挡机构，包括动力输入轴和套接固定在动力输入轴上的传动套，传动套上固定连接有刚性传动齿轮，传动套上还套接有可横向移动的换挡环，动力输入轴的表面设置有若干个周向排列的传动槽，传动套贯穿设置有位于传动槽上方的限位孔，传动槽内搁置有可活动并部分穿过限位孔的换挡球。当动力输入轴处于高速旋转状态时，换挡球受到离心力的作用脱离动力输入轴，这样动力输入轴和刚性传动齿轮处于分离状态，不传递动力；在需要换挡时，横向移动换挡环驱使换挡球压入传动槽中，动力输入轴和刚性传动齿轮开始传递动力，退回空挡后，由回位弹簧将换挡环推回原位，这时该换挡机构又处于空挡状态。
在实际的农业机械生产过程中，一是减少了用户在换挡过程中拉离合器浪费的时间。二是减少了由于用户操作水平有限或者培训不严格导致用户在使用过程中，不拉离合器换挡或者忘记了拉离合器换挡，从根本上解决了因用户操作原因导致的变速箱换挡机构或者变速箱齿轮的人为损坏或报废。
2、本发明的变速机构，包括与动力输入轴平行设置的传动轴和动力输出轴，动力输入轴、传动轴和动力输出轴的轴心呈等边三角形设置，换挡机构除动力输入轴外设置有四组且分别两两相对设置在动力输入轴上；取消了现有的惰轮机构，降低生产成本，且结构的可靠性更高；使变速箱的整机更加紧凑，满足了丘陵山区对农业机械的整机质量尽量轻的苛刻要求。
输出半轴的任意角设计，从根本上解决了搭载该变速箱的机具在旋耕、除草等农业生产中由于箱体的本身宽度导致的作业刀具不能全方位作业的问题，在用于微耕机变速箱使用过程中可实现输出左右半轴倾斜平行安装，这样大幅度微耕机作业的平稳性，大大降低劳动强度也解决了漏耕的问题。
3、本发明的动力输出机构
倒挡惰轮机构的取消，第一从生产厂家的角度降低企业的生产成本，且结构的可靠性更高。第二使变速箱的整机更加紧凑，满足了丘陵山区对农业机械的整机质量尽量轻的苛刻要求。
4、副变速机构的设计，使变速箱的变速区间更大，可同时满足起垄、覆膜、犁耕、旋耕、除草、运输等农业生产不同作业的需求，该设计在满足多档位设计的同时，仅增加了一对副变速齿轮，满足了丘陵山区农业机械对结构和重量的严苛要求。不但降低生产成本，更低的造价提升产品在市场的竞争力。
附图说明
图1是本发明换挡机构的结构示意图；
图2是本发明换挡机构的结构侧视图；
图3是图2中A-A处剖视图；
图4是本发明换挡机构的结构分解图；
图5是本发明变速机构的结构示意图；
图6是本发明变速机构的结构侧视图；
图7是本发明变速机构的结构分解图；
图8是本发明动力输出机构的结构示意图；
图9是本发明动力输出机构的结构侧视图；
图10是图9中B-B处剖视图；
图11是本发明动力输出机构的结构分解图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，需注意的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1至图8所示，一种换挡机构，包括动力输入轴1和套接固定在动力输入轴1上的传动套2，传动套2上固定连接有刚性传动齿轮3，传动套2上还套接有可横向移动的换挡环4，动力输入轴1的表面设置有若干个周向排列的传动槽5，传动套2贯穿设置有位于传动槽5上方的限位孔6，传动槽5内搁置有可活动并部分穿过限位孔6的换挡球7，换挡环4位于限位孔6的一侧；换挡环4与刚性传动齿轮3之间夹持有套接在传动套2上的复位弹簧8。在本实施例中，换挡球7为钢球，一般设置有等距排列的6个；换挡环4的一侧与传动套2之间设置有轴向延伸的限位腔9，限位腔9的底部一体化设置有斜向面对限位孔6的挤压部10，限位腔9的高度小于换挡球7的直径，如图3所示，设限位腔9的高度为h，换挡球7的直径为d，则h小于d，确保换挡球7不会从限位腔9中脱落出来。
在换挡环4退回中位时，复位弹簧8自动压紧换挡环4退回原位。6个钢球在该换挡机构中主要起传递动力的作用。在进行换挡作业时，由于动力输入轴1处于高速旋转状态，换挡球7即钢球由于受到离心力作用，换挡球7与传动槽5脱离，这时，动力输入轴1和传动套2、刚性传动齿轮3均处于分离状态，不传递动力，此时为空挡；在需要挂挡让动力输入轴1向下传递动力时，推动换挡环4横向移动，换挡环4迫使换挡球7嵌入传动槽5中，这样动力输入轴1和传动套2、刚性传动齿轮3连接起来，动力输入轴1和刚性传动齿轮3开始传递动力。在本换挡机构退回空挡后，由复位弹簧8将换挡环4推回原位，这时该换挡机构又处于空挡状态。
换挡环4连接有向外延伸的拨叉11，其为本领域常用的装置，生产成本低，方便拆装。拨叉11拨动换挡环4横向移动。
两个相邻传动槽5之间还设置有过渡槽12连接，过渡槽12的深度小于传动槽5的深度，过渡槽12是一种钢球滑道，其用于确保钢球在换挡过程中平滑运行，起到换挡过程中的缓冲作用，延长钢球和动力输入轴1的使用寿命。
如图1至图7所示，一种采用上述换挡机构的变速机构，包括与动力输入轴1平行设置的传动轴13和动力输出轴14，动力输入轴1、传动轴13和动力输出轴14的轴心呈等边三角形设置，换挡机构除动力输入轴1外设置有四组且分别两两相对设置在动力输入轴1上。
传动套2包括从左至右依次的第一传动套、第二传动套、第三传动套和第四传动套，刚性传动齿轮3包括设置在第一传动套左端的第一输出齿轮301、设置在第二传动套右端的第二输出齿轮302、设置在第三传动套左端的第三输出齿轮303和设置在第四传动套右端的第四输出齿轮304；
中间轴13上从左至右依次设置有第一中间传动齿轮130、第二中间传动齿轮131、第三拨叉132、第三中间传动齿轮133、第四中间传动齿轮134、第五中间传动齿轮135和第六中间传动齿轮136，第一中间传动齿轮130、第四中间传动齿轮134、第五中间传动齿轮135和第六中间传动齿轮136均与传动轴13固定连接，第三拨叉132被夹持在第二中间传动齿轮131和第三中间传动齿轮133之间且一体化设置，第二中间传动齿轮131和第三中间传动齿轮133径向固定连接在传动轴13上，轴向滑动连接在传动轴13上；
动力输出轴14上从左至右依次套接固定有第一输出齿轮140、第一链轮141、第二输出齿轮142、第三输出齿轮143和第四输出齿轮144；
第一输出齿轮301与第一中间传动齿轮130啮合，第二输出齿轮302可与第四中间传动齿轮134和第四输出齿轮144啮合，第三输出齿轮303可与第四中间传动齿轮134和第四输出齿轮144啮合，第四输出齿轮304与第六中间传动齿轮136啮合，第二中间传动齿轮131可与第一输出齿轮140啮合，第三中间传动齿轮133可与第二输出齿轮142啮合，第四中间传动齿轮134与第三输出齿轮143啮合，第五中间传动齿轮135与四输出齿轮144啮合。
上述各个齿轮在换挡环4调节下可实现8种不同的输出速率，也即有8个档位，其不同档位动力传动示意路径如下所示。
第一档的传递路径为：动力输入轴1、第四输出齿轮304、第六中间传动齿轮136、第五中间传动齿轮135、第四输出齿轮144、第三输出齿轮143、第四中间传动齿轮134、第三中间传动齿轮133和第二输出齿轮142，最后通过第一链轮141输出动力。
第二档的传递路径为：动力输入轴1、第二输出齿轮302、第四中间传动齿轮134、第三中间传动齿轮133和第二输出齿轮142，最后通过第一链轮141输出动力。
第三档的传递路径为：动力输入轴1、第一输出齿轮301、第一输出齿轮301、第三中间传动齿轮133和第二输出齿轮142，最后通过第一链轮141输出动力。
倒挡传递路径为：动力输入轴1、第三输出齿轮303、第四输出齿轮144、第三输出齿轮143、第四中间传动齿轮134、第三中间传动齿轮133和第二输出齿轮142，最后通过第一链轮141输出动力。另外4个档位是当需要副变速传动时，将上述四条传递路线中的第三中间传动齿轮133和第二输出齿轮142分别替换为第二中间传动齿轮131和第一输出齿轮140。
另外，为满足不同工况下对输出转速的要求，双联齿轮的第二中间传动齿轮131和第三中间传动齿轮133分别啮合的第一输出齿轮140和第二输出齿轮142为一对副变速齿轮。该变速箱的所有变速均在中间轴13完成，因此在增加副变速时，只需要增加一对齿轮即可，此设计既满足了多档位不同转速的需求，又大量了减少了齿轮的增加，减轻变速箱体的重量更加适应丘陵山区农业机械对整机重量的严苛要求。
在倒挡的设计过程中，通过设计计算输出轴和输入轴中心距，将输入轴的动力通过换挡机构直接传递到输出轴，再通过减速设计，获得满意的倒挡速度。
这样设计一是省去了传统的惰轮系统；该变速箱的三根轴的布置设计为三角形，该变速箱的正常1、2、3档的传递路线均为动力输入轴1、中间轴13和动力输出轴14。该变速箱的倒挡的传递路线为动力输入轴1和动力输出轴14。即图5中第三输出齿轮303、第四输出齿轮144、第三输出齿轮143、第四中间传动齿轮134、第三中间传动齿轮133和第二输出齿轮142，实现了倒挡传动，再经过第二中间传动齿轮131和第三中间传动齿轮133分别啮合的第一输出齿轮140和第二输出齿轮142的减速即可达到满意的转速，省去了传统变速箱需要单独设计一个倒挡用惰轮。二是让整个变速箱更为紧凑，体积更小，结构更加轻巧，在丘陵山区对整机重量要求严格的情况下更加适用。
换挡环4包括设置在第一传动套右端的第一换挡环401、设置在第二传动套左端的第二换挡环402、设置在第三传动套右端的第三换挡环403和设置在第四传动套左端的第四换挡环404，第一换挡环401和第二换挡环402之间夹持有第一拨叉110，第三换挡环403和第四换挡环404之间夹持有第二拨叉111，结构简单，方便换挡。
复位弹簧8包括设置在第一换挡环401和第一输出齿轮301之间的第一复位弹簧801、设置在第二换挡环402和第二输出齿轮302之间的第二复位弹簧802、设置在第三换挡环403和第三输出齿轮303之间的第三复位弹簧803和设置在第四换挡环404和第四输出齿轮304之间的第四复位弹簧804。
如图1至图11所示，一种采用上述变速机构的动力输出机构，包括第二链轮15，第二链轮15和第一链轮141通过相配合的链条16连接；第二链轮15套接固定安装在一左右两端对称开口设置的动力输出管17上，动力输出管17的两端开口分别安装有互成镜像设置的输出半轴19，动力输出管17内设置有若干条轴向走向的滑道20，输出半轴19插入动力输出管17的端部设置有半球形运动部21，隔离板18设置有与半球形运动部21相适应的球面凹槽22，动力输出管17上的中部设置有隔离板18，半球形运动部21的表面凸起设置有嵌入滑道20的传动球23。
轴套管17内还套在安装有套在半球形运动部21上的定位轴套24，滑道20设置在定位轴套24的内侧壁上，定位轴套24的外侧壁设置有若干个周向排列的下压槽25，动力输出管17的侧壁贯穿设置有位于下压槽25上方的下压孔26，下压槽25搁置有可部分穿过下压孔26的下压球27，动力输出管17上套接有可轴向移动且盖住下压孔26的下压环28，下压环28的端面与第二链轮15的端面之间设置有套接在轴套管17上的回位弹簧29。
将传动球23作为半球形运动部21和定位轴套24的传动介质，各零件安装完成后，输出半轴19可围绕球面凹槽22做任意方向的转动，当需要调整输出半轴19的旋转角度时，拨动下压环28，使得下压球27与下压槽25脱离，这样定位轴套24不会夹紧半球形运动部21，实现输出半轴19与水平夹角的0-10°自由调整，这样可根据作业的要求自由调整两半轴的夹角，有效的解决了旋耕机、除草机等变速箱体部位漏耕问题，一次性完成旋耕、除草等作业。
在本实施例中，动力输入轴1上还套接有位于刚性传动齿轮3旁的第一轴承30，轴套管17的两端还分别套接有第二轴承31，输出半轴19上还套接有两个第三轴承32，确保转动更为顺畅。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种具有多个前进档和多个倒档的变速器