间歇双向驱动机构、 带该机构的防倒溜器及防倒溜汽车 技术领域

本发明涉及机械工程通用技术领域和汽车工程 技术领域， 属于机械传动系统中的一种传 动机构部件， 具体涉及一种间歇双向驱动机构、 带有间歇双向驱动机构的汽车防倒溜器以及 带有汽车防倒溜器的防倒溜汽车。

背景技术

在机械传动系统中， 使用最普遍的是旋转运动的传递， 而旋转运动又往往需要传递正反 两个旋转方向的运动， 因此经常采用换向机构来实现机构旋向的转换 。 现有传动机构在旋向 转换后的重新启动过程中， 其运动的传递一般是没有停顿时间的， 或者说是一种连续的运动 传递、 一种非间歇性运动。

但是， 在机械设计的发明创造过程中， 为了解决一些特殊的运动传递， 经常采用一些间 歇性运动机构。 例如解决汽车在坡道上行驶、 在泥泞道路上行驶所发生的各种问题， 或者在 一些需要机械自行实现某些选择性控制的场合 ， 用到一种间歇双向驱动机构。

现有技术中的间歇机构所传递的大都是重复的 、 连续的间歇运动， 如钟表机构。 在解决 汽车坡道行驶中的一些技术问题中， 需要另一种形式间歇双向驱动机构， 要求在旋向转换后 的重新启动过程中， 被动旋转部件存在一个短暂的间歇时间， 使得主动旋转部件能够利用这 个间歇时间来执行其它的运动， 以实现机械的某些选择性控制。

汽车在上坡行驶过程中， 往往会遇到需要在坡道上停车的工况， 由于重力的作用， 汽车 受到一个向坡下滑移的作用力， 而在这种情况下重新起步上坡比在平路上起步 要困难很多， 对驾驶员的操作技术有较高的要求。

一般情况下上坡起步需要控制制动器、 挂档、 控制加速踏扳、 控制离合器踏板， 这一系 列的操作必须作到秩序正确、 力度适中、 准确到位、 一气呵成。 稍有不慎， 操作失败， 主要 造成两种结果， 一是起歩过程中发动机熄火， 二是造成整车起歩过程中倒溜。 而遇到重载、 大坡度等恶劣工况时， 整车起步过程中倒溜又往往酿成重大交通事故 。

现有的手动档汽车的传动系统中， 需要有一种能够简化上坡起步操作程序， 避免起步过 程中发动机熄火和防整车倒溜的传动部件。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种间歇双向驱动 机构， 用以传递正反两个旋转方向的运 动， 在旋向转换后的重新启动过程中， 被动旋转部件存在一个短暂的间歇时间， 或者说被动 旋转部件在这个短暂的间歇时间里是相对静止 的。 启动过程中， 运动的主动旋转部件与静止 的被动旋转部件之间会发生一个短暂的相对运 动。

本发明的第二个目的是以上述间歇双向驱动机 构为基础， 增设单向制动机构、 联接控制 机构， 实现动力传递的选择性控制， 从而提供一种汽车防倒溜器。 说 明 书 本发明的第三个目的是提供一种安装有汽车防 倒溜器的防倒溜汽车， 能简化上坡起步操 作程序， 避免起步过程中发动机熄火和整车后溜， 减少交通事故的发生几率。

本发明的间歇双向驱动机构， 其特征在于： 包括输入轴、 输出轴、 双向驱动爪、 主动轮、 被动轮； 所述主动轮与所述输入轴固定连接， 所述被动轮与所述输出轴固定连接； 所述被动 轮与所述主动轮同轴安装；

至少一个所述双向驱动爪安装在所述主动轮上 ， 可绕所述双向驱动爪的安装定位轴线摆 动， 所述被动轮设置有与所述双向驱动爪正反两个 旋转方向均可啮合的啮合齿槽。

上述的间歇双向驱动机构技术方案中， 为了避免在正常运转过程中， 被动轮超越主动轮 转速， 其特征在于： 所述双向驱动爪与所述被动轮之间设置有离心 锁扣， 所述离心锁扣与所 述被动轮之间设置有锁扣弹簧。

上述的间歇双向驱动机构技术方案中， 为了避免双向驱动爪在换向过程中， 主动轮与被 动轮不受控制地完全脱离联接， 其特征在于： 所述双向驱动爪两个方向的驱动爪不同时脱离 所述被动轮的啮合齿槽； 当所述双向驱动爪一个方向的驱动爪与所述被 动轮完全啮合时， 相 反的另一个方向的驱动爪则与所述被动轮的啮 合齿槽完全脱离。

上述的间歇双向驱动机构技术方案中， 其特征在于： 所述主动轮与所述输入轴采用的固 定连接方式为花键连接， 所述被动轮与所述输出轴采用的固定连接方式 为花键连接。

本发明的汽车防倒溜器， 其特征在于： 包括上述技术方案中所述的间歇双向驱动机构 ， 还包括机壳、 单向制动机构、 联接控制机构， 所述单向制动机构与所述联接控制机构安装在 所述机壳内。

上述汽车防倒溜器技术方案中， 其特征在于： 所述单向制动机构包括制动滚柱、制动盘， 所述制动滚柱设置在所述制动盘与所述机壳之 间， 所述制动盘上设置有牙嵌式联接齿。

上述汽车防倒溜器技术方案中， 其特征在于： 所述联接控制机构包括顶推销、 联接齿、 回位弹簧、 制动盘， 所述顶推销安装在所述主动轮的安装孔内， 在所述双向驱动爪上设置有 一个工作斜面与顶推销的一端相接触， 所述顶推销的另一端与所述制动盘相接触， 所述回位 弹簧设置在所述制动盘与所述联接齿之间。

上述汽车防倒溜器技术方案中， 其特征在于： 所述联接齿上设置有与所述制动盘相的啮 合牙嵌式联接齿， 所述联接齿与所述被动轮固定连接。

本发明的防倒溜汽车， 其特征在于： 包括汽车车架、 变速箱传动轴、 驱动桥传动轴， 还 包括上述技术方案中所述的汽车防倒溜器，

上述防倒溜汽车技术方案中， 其特征在于： 所述输入轴与所述变速箱传动轴相连接， 所 述输出轴与所述驱动桥传动轴相连接， 所述机壳固定安装在所述汽车车架上。

发明的实质性特点和显著效果： 本发明所提供的一种间歇双向驱动机构， 是一种机械传 动通用零部件， 通过双向驱动爪传递正、 反两个方向的旋转动力， 其实质性特点在于： 在换 向后的启动过程中， 主动轮改变了旋向， 而被动轮没有立即跟随主动轮旋转。 这一时刻， 双 说 明 书 向驱动爪在主动轮的带动下， 正从驱动被动轮朝一个方向旋转的状态， 转变为朝相反的另一 个方向旋转的状态， 双向驱动爪在相反的另一个方向与被动轮啮合 之前， 被动轮在这一时刻 处于间歇停顿状态。 在这个间歇停顿时间， 可以用来完成其它的零部件的动作， 为机械传动 设计提供了更多的设计方案选择。

本发明所提供的汽车防倒溜器， 利用上述间歇双向驱动机构的间歇停顿时间， 双向驱动 爪在相反的另一个方向与被动轮啮合之前， 其工作斜面与顶推销相接触， 通过顶推销推动制 动盘运动， 使得制动盘所设置的牙嵌式联接齿与被动轮所 设置的联接齿相结合。 由于制动盘 与制动滚柱构成了一个单向制动器， 因此被动轮与制动盘联接以后， 被动轮及所连接的输出 轴具有了反转制动功能， 因此可以实现汽车防倒溜的设计目标。

本发明所提供的防倒溜汽车， 将上述汽车防倒溜器， 安装在汽车变速箱传动轴与汽车驱 动桥传动轴之间， 实现了一种选择性控制， 即在汽车前进上坡、 前进下坡、 倒退上坡、 倒退 下坡四种坡道行驶状态中， 选择汽车前进上坡时， 汽车的传动机构在倒退的旋转方向自动地 受到制动作用， 解决了上坡起步防倒溜问题。 汽车前进下坡过程中停车， 重新起步时， 重力 作用方向与汽车运动方向一致， 因此不存在汽车倒溜问题。 在汽车倒退上坡、 倒退下坡两种 坡道行驶状态， 汽车驱动桥传动轴与汽车防倒溜器内置的单方 向作用的制动器不相连接， 因 此倒退上坡、 倒退下坡起步与普通汽车没有区别。

本发明的显著效果是， 间歇双向驱动机构为机械工程通用技术领域提 供了一种新型的机 械传动部件， 为机械传动设计提供了更多的设计方案选择， 汽车防倒溜器及其防倒溜汽车上 的应用， 对改善驾驶员工作条件、 保证车辆传动系统平稳安全运行、 减少交通事故的发生都 具有实际意义。

附图说明

图 1为本发明间歇双向驱动机构剖视图；

图 2、 图 3、 图 4、 图 5为图 1中 A— A剖视图及传动原理说明图；

图 6为本发明间歇双向驱动机构工作原理说明图� �

图 7为本发明汽车防倒溜器结构剖视图；

图 8为图 7中 B— B剖视图；

图 9为本发明汽车防倒溜器工作原理说明图；

图 10为本发明防倒溜汽车的防倒溜器安装部位示� ��图；

图 1 1为本发明防倒溜汽车的防倒溜器安装连接示� �图：

图 12、 图 13为针对针对东风天锦 185中卡所设计防倒溜器的具体实施例。

附图标注说明：

1 ― 输入轴 2 — 主动轮 3 ― 机壳

4 ― 双向驱动爪 5 ― 被动轮 6 — 输出轴

7 — 离心锁扣 8 — 锁扣弹簧 9 一 制动滚柱 说 明 书

10一制动盘 1 1 一联接齿

13一顶推销 14 一 变速箱传动轴

16一驱动桥传动轴 具体实施方式

本发明提出的间歇双向驱动机构， 其传动零部件均安装在机壳 3之内， 机壳 3的两端分 别安装有输入轴 1和输出轴 6， 如图 1所示， 主动轮 2与输入轴 1 固定连接， 被动轮 5与输 出轴 6固定连接； 在工艺允许的情况下， 此处所定义的固定连接可以是花键连接、 平键连接、 螺栓连接、 牙嵌式联接齿连接、 焊接以及制造为一个零件。 本具体实施方案中， 被动轮 5与 输出轴 6采用的固定连接方式为花键连接。

如图 2所示， 主动轮 2在圆周上分布设置一组双向驱动爪 4， 双向驱动爪 4既可在主动 轮 2的带动下作圆周运动， 又可绕其自身安装定位轴线左右摆动。 被动轮 5在圆周上分布设 置一组与双向驱动爪 4相对应的， 与双向驱动爪 4正反两个旋转方向均可啮合的啮合齿槽。

如图 2、 图 3、 图 4、 图 5所示， 主动轮 2朝箭头所示方向旋转时， 带动双向驱动爪 4 朝箭头所示方向作圆周运动， 引起双向驱动爪 4绕安装定位轴线朝箭头所示方向摆动。 双向 驱动爪 4原来相啮合的一个驱动爪开始脱离被动轮 5的啮合齿槽。

如图 3所示，双向驱动爪 4原来相啮合的一个驱动爪还没有完全从被动� � 5的啮合齿槽 中脱离， 相反方向的另一个驱动爪已经部分地进入被动 轮 5相反方向的另一个啮合齿槽中。

如图 4所示， 主动轮 2朝箭头所示方向继续旋转， 双向驱动爪 4两个方向的驱动爪均没 有与被动轮 5的啮合齿槽组合， 均没有对被动轮 5产生驱动力， 因此被动轮 5处在一个间歇 停顿状态。

如图 5所示， 主动轮 2朝箭头所示方向继续旋转， 双向驱动爪 4的另一个驱动爪己经完 全进入被动轮 5的啮合齿槽， 双向驱动爪 4原来相啮合的驱动爪则完全脱离被动轮 5的啮合 齿槽。 双向驱动爪 4幵始驱动被动轮 5与主动轮 2—起旋转。 当主动轮 2停止运动， 并换向 朝图 2所示箭头相反方向旋转时，双向驱动爪 4则经历一个与上述过程相反的一个换向历程� �

如图 2、 图 3、 图 4、 图 5所示， 双向驱动爪 4从一个旋转方向过渡至相反的另一个旋转 方向的过程中， 至少有一个方向的驱动爪与被动轮 5啮合或者进入被动轮 5的啮合齿槽： 或 者说， 两个方向的驱动爪不会同时完全脱离被动轮 5的啮合齿槽。 从而避免了主动轮 2与被 动轮 5不受控制地完全脱离联接。当双向驱动爪 4一个方向的驱动爪与被动轮 5完全啮合时， 相反的另一个方向的驱动爪则与被动轮 5的啮合齿槽完全脱离。

为了避免在正常运转过程中， 被动轮 5超越主动轮 2转速， 在双向驱动爪 4与被动轮 5 之间设置有离心锁扣 7， 离心锁扣 7与被动轮 5之间设置有锁扣弹簧 8， 当被动轮 5旋转时所 产生的离心力足以克服锁扣弹簧 8的压力时， 离心锁扣 7向外张开， 扣住双向驱动爪 4的凹 槽， 将双向驱动爪 4与被动轮 5的啮合关系锁定， 保证在旋转过程中， 双向驱动爪 4不会发 生不受控制的换向动作。 当被动轮 5停止旋转时， 离心锁扣 7所受到的离心力消失， 锁扣弹 簧 8的压力将离心锁扣 7推回至收缩位置， 双向驱动爪 4与被动轮 5的锁定状态随之解除， 双向驱动爪 4回到可换向状态。

本发明提出的汽车防倒溜器所采用的技术方案 是： 所述汽车防倒溜器， 包括图 6所示间 歇双向驱动机构， 即包括输入轴 1、 输出轴 6、 双向驱动爪 4、 主动轮 2、 被动轮 5、 机壳 3、 离心式锁扣 7、 锁扣弹簧 8等组成的技术方案， 在机壳 3 内增加设置单向制动机构、 联接控 制机构。

上述汽车防倒溜器技术方案中， 单向制动机构包括制动滚柱 9、 制动盘 10、 制动滚柱 9 设置在制动盘 10与机壳 3之间。 如图 8所示， 机壳 3固定安装， 当制动盘 10顺时针方向旋 说

转时， 旋转运动不受到制动力， 可以正常运转： 当制动盘 10逆时针方向旋转时， 制动滚柱 9 的圆柱面受到与制动盘 10相接触的法向作用月力和与机壳 3相接触的法向作用力，由于两个作 用力的夹角小于摩擦角，制动滚柱 9在机壳 · 3的内书圆柱面上产生自锁而对制动盘 10产生制动 力。 因此， 机壳 3、 制动滚柱 9、 制动盘 10构成单向制动机构。

上述汽车防倒溜器技术方案中， 联接控制机构包括制动盘 10、 联接齿 1 1、 回位弹簧 12、 顶推销 13， 如图 7、 图 9所示， 制动盘 10上设置有牙嵌式联接齿， 联接齿 1 1上设置有与制 动盘 10相啮合的牙嵌式联接齿。 联接齿 1 1与被动轮 5固定连接， 在工艺允许的情况下， 此 处所定义的固定连接可以是花键连接、 平键连接、 螺栓连接、 牙嵌式联接齿连接、 焊接以及 制造为一个整体零件。 本具体实施方案中， 联接齿 1 1与被动轮 5采用的固定连接方式为牙嵌 式联接齿连接。

上述汽车防倒溜器技术方案中， 在双向驱动抓 4的一个驱动爪上设置一个工作斜面， 与 顶推销 13的一端相接触， 顶推销 13的另一端与制动盘 10相接触， 如图 9所示。 在如图 2、 图 3、 图 4、 图 5所示的换向过程中， 双向驱动爪 4绕安装定位轴线朝箭头所示方向摆动， 这 时的被动轮 5处在一个间歇停顿状态， 利用这个双向驱动爪 4的摆动和被动轮 5的间歇停顿 时间， 双向驱动爪 4的一个工作斜面推动顶推销 13移动， 顶推销 13顶推制动盘 10移动， 致 使在制动盘 10上设置的牙嵌式联接齿与联接齿 1 1相联接。 因此， 输出轴 6与制动盘 10相联 接， 即输出轴 6与单向制动机构相联接。

当双向驱动爪 4绕安装定位轴线朝如图 2所示箭头相反方向摆动时， 双向驱动爪 4的工 作斜面对顶推销 13失去约束， 回位弹簧 12推动制动盘 10移动， 制动盘 10上设置的牙嵌式 联接齿与联接齿 1 1脱离联接， 输出轴 6与制动盘 10也因此脱离联接， 输出轴 6与单向制动 机构的联接随之消失。

从上述汽车防倒溜器技术方案中可知：

当汽车倒退行驶时， 输出轴 6与单向制动机构的制动盘 10不相眹接， 汽车的行驶状态与 普通汽车没有区别。

当汽车前进时， 输出轴 6与单向制动机构的制动盘 10相联接， 单向制动机构在这个旋转 说 明 书 方向对制动盘 10不产生制动力，如果汽车在前进时需要停车� ��例如，汽车在前进上坡时停车， 输出轴 6与制动盘 10继续保持相联接的状态， 即输出轴 6与单向制动机构相联接。 因此， 在 这种状态下， 汽车在坡道上即使受到重力作用， 由于单向制动机构不允许输出轴 6反转， 所 以汽车不会发生倒溜。

当汽车在坡道上重新起步前进时， 即使汽车变速箱摘为空档， 由于单向制动机构的制动 作用， 汽车不会发生倒溜， 因此汽车在坡道上起步前进时， 与在平路上起步没有区别。

这时候， 如果需要汽车倒退， 只需要驾驶员挂倒档， 在倒车的起步过程中， 双向驱动爪 会改变驱动方向， 双向驱动爪 4绕安装定位轴线朝如图 2所示箭头相反方向摆动， 双向驱 动爪 4的工作斜面对顶推销 13失去约束， 回位弹簧 12推动制动盘 10移动， 制动盘 10上设 置的牙嵌式联接齿与联接齿 1 1脱离联接， 输出轴 6与制动盘 10也因此脱离联接， 输出轴 6 与单向制动机构的联接随之消失。 因此， 汽车倒退行驶不受影响。

以上工作性能满足了汽车防倒溜器所需要的性 能。

本发明的防倒溜汽车所采用的技术方案是， 将本发明提供的一种汽车防倒溜器安装在普 通汽车的传动系统之中。 如图 10、 图 1 1所示， 在变速箱传动轴 14与驱动桥传动轴 16之间 设置有汽车防倒溜器， 输入轴 1通过变速箱传动轴 14与汽车变速箱的输出端相连接， 输出轴 6通过驱动桥传动轴 16与汽车驱动桥的输入端相连接， 机壳 3固定安装在汽车车架 15上。

以下结合图 9对本发明汽车防倒溜器以及防倒溜汽车的工� �原理作详细描述： 如图 9所示， 输入轴 1带动主动轮 2做旋转运动， 主动轮 2则带动一组双向驱动爪 4运 动， 双向驱动爪 4带动被动轮 5做正反两个方向的旋转运动。

主动轮 2朝一个方向旋转时， 带动双向驱动爪 4朝一个方向做圆周运动， 双向驱动爪 4 绕安装定位轴线摆动， 双向驱动爪 4进入被动轮 5的啮合齿槽， 双向驱动爪 4与被动轮 5的 啮合齿槽相啮合， 驱动被动轮 5朝一个方向旋转。

主动轮 2朝相反的另一个方向旋转时， 带动双向驱动爪 4朝相反的另一个方向做圆周运 动， 双向驱动爪 4绕安装定位轴线摆动， 双向驱动爪 4脱离与被动轮 5啮合齿槽原来的啮合 状态， 进入被动轮 5相反的另一个旋转方向的啮合齿槽， 双向驱动爪 4与被动轮 5相反的另 一个方向旋转的啮合齿槽相啮合， 驱动被动轮 5朝相反的另一个方向旋转。

图 9所示状态为汽车处于前进时的状态， 双向驱动爪 4与被动轮 5—个方向的啮合齿槽 相啮合， 双向驱动爪 4的工作斜面将顶推销 13推至右方， 迫使在制动盘 10上设置的牙嵌式 联接齿与联接齿 1 1相联接。 因此， 输出轴 6与制动盘 10联接成为了一个整体。 由于制动盘 10、 制动滚柱 9、 机壳 3构成一个单向制动机构， 在这种制动状态下， 如图 1 1所示的驱动桥 传动轴 16不能发生反转，因此由重力或者其它外力所� ��起汽车倒退的作用力也就不会引发汽 车倒溜。

当汽车由前进状态改变为倒退时， 汽车需要停车、 切换倒档， 在重新起步过程中， 如图 9所示， 首先是主动轮 2反向旋转， 主动轮 2带动双向驱动爪 4反向运动， 双向驱动爪 4切 说 明 书 换到与被动轮 5反方向的啮合齿槽相啮合。 如前所述， 在这个切换过程中， 被动轮 5会处在 一个间歇停顿状态，在这个间歇停顿状态下， 双向驱动爪 4的工作斜面对顶推销 13失去约束， 回位弹簧 12推动制动盘 10向图 9所示的左方移动，制动盘 10上设置的牙嵌式联接齿与被动 轮 5所设置的联接齿 1 1脱离联系， 因此由制动盘 10、 制动滚柱 9、 机壳 3构成的单向制动机 构对驱动桥传动轴 16没有制动作用。

因此， 本发明所提供的防倒溜汽车， 安装在汽车变速箱传动轴与汽车驱动桥传动轴 之间， 实现了一种选择性控制， 使得汽车实现了如下工作性能：

在汽车前进上坡、 前进下坡、 倒退上坡、 倒退下坡四种坡道行驶状态中， 当汽车前进上 坡时， 汽车驱动桥传动轴与汽车防倒溜器内置的单向 制动机构相联接， 从而实现前进上坡时， 汽车的传动机构在倒退的旋转方向自动地受到 制动作用， 解决了上坡起步防倒溜问题。 汽车 前进下坡时， 汽车驱动桥传动轴仍然与汽车防倒溜器内置的 单向制动机构相联接， 但在重新 起步时， 重力作用方向与汽车运动方向一致， 因此不存在汽车倒溜问题。

在汽车倒退上坡、 倒退下坡两种坡道行驶状态， 汽车驱动桥传动轴与汽车防倒溜器内置 的单向制动机构不相联接， 因此倒退上坡、 倒退下坡起步与普通汽车没有区别。

当汽车前进时， 如果临时停车， 或切断变速箱所传递的动力源， 汽车传动轴在反转的方 向上被制动， 因此， 如果汽车所受到引起整车后溜的外力不足以克 服轮胎与地面的摩擦力， 汽车不会发生整车倒溜。 当汽车临时停留在坡道上， 而又需要重新前进时， 这时， 无论是控 制制动器、 挂档、 控制加速踏板、 控制离合器踏板， 整个上坡起步操作程序与平路上起歩操 作程序同样的简单。

当汽车需要在坡道上由前进方向变换为倒退时 ， 由于汽车已经处在停车状态下， 双向驱 动爪可以由正向驱动被动轮变换为反向驱动被 动轮，汽车传动轴在反转的方向上没有被制动 ， 汽车与普通汽车的传动状态是一致的， 其传动不受影响。

因此， 本发明的汽车防倒溜器以及防倒溜汽车， 解决了现有汽车传动系统中存在的技术 缺陷， 简化了上坡起步操作程序， 避免起步过程中发动机熄火和阻止整车上坡起 步倒溜。

图 12、 图 13是针对东风天锦 185中型载重卡车所设计的上坡起步防倒溜器的 另一个具 体实施例， 被动轮 5、 联接齿 1 1均通过花键与输出轴 6固定连接安装。 发动机功率为 185马 力 （136千瓦）， 发动机转速为 2500/分钟， 满载最大总重量为 14吨。 本实施例所涉及的上坡 起步防倒溜器最大传输扭矩为 8000牛顿，米， 外形尺寸为： Φ 360毫米 X 530毫米。