本發(fā)明涉及一種動(dòng)力不中斷二檔變速裝置和由多個(gè)該二檔變速裝置串連構(gòu)成的多檔變速器。

背景技術(shù)：

在車(chē)輛上采用的多檔機(jī)械變速器中：對(duì)于手動(dòng)擋變速器(MT)在擋位切換的過(guò)程中的流程這樣的：分離離合器→換擋→接合離合器，在這個(gè)過(guò)程中，要做到動(dòng)力不中斷是不可能的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種動(dòng)力不中斷二擋變速裝置和多檔變速器，在擋位切換過(guò)程中，動(dòng)力不會(huì)中斷。

本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是：

一種二檔變速裝置，包括輸入軸50、齒輪機(jī)構(gòu)5和輸出軸59以及包容變速裝置的外殼體H；其特殊之處在于：所述齒輪機(jī)構(gòu)5包括固定安裝在輸入軸50上的輸入齒輪51，由中間軸55、第一中間軸齒輪52和第二中間軸齒輪53構(gòu)成的多組中間軸齒輪總成，固定安裝在輸出軸59上的輸出齒輪54，以及由前保持架56和后保持架57固連構(gòu)成的具有一個(gè)空腔的齒輪保持架總成；所述輸入齒輪51、齒輪保持架總成和輸出齒輪54三者同軸設(shè)置并且兩兩之間能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述輸入齒輪51和多個(gè)第一中間軸齒輪52嚙合，所述輸出齒輪54和多個(gè)第二中間軸齒輪53嚙合，輸入齒輪51、第一中間軸齒輪52、第二中間軸齒輪53和輸出齒輪54都位于所述空腔中；第一中間軸齒輪52和第二中間軸齒輪53同軸并排互相固定，并通過(guò)中間軸55可旋轉(zhuǎn)地安裝于齒輪保持架總成的空腔中；多個(gè)中間軸55的兩端均被前保持架56和后保持架57支撐；所述變速裝置還包括C離合器6和B離合器G1；所述C離合器6包括主動(dòng)組件和從動(dòng)組件，主動(dòng)組件與輸入軸50固連，從動(dòng)組件與齒輪保持架總成固連；所述B離合器G1包括轉(zhuǎn)動(dòng)組件和固定組件，轉(zhuǎn)動(dòng)組件與齒輪保持架總成固連，固定組件與外殼體H固連；所述C離合器的鎖止和B離合器的鎖止只能擇一進(jìn)行。

基于上述基本技術(shù)方案，本發(fā)明還作出以下限定和/或優(yōu)化：

上述B離合器和C離合器的形式由齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比確定，具體為：

(1)上述齒輪機(jī)構(gòu)5的傳動(dòng)比大于1時(shí)，為減速器，此時(shí)C離合器采用普通離合器，B離合器采用超越離合器；在轉(zhuǎn)動(dòng)組件相對(duì)固定組件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與輸入軸50的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致時(shí)，超越離合器處于超越狀態(tài)；反之，超越離合器處于鎖止?fàn)顟B(tài)；

(2)上述齒輪機(jī)構(gòu)5的傳動(dòng)比小于1時(shí)，為增速器，此時(shí)B離合器采用普通離合器，C離合器采用超越離合器；在主動(dòng)組件相對(duì)從動(dòng)組件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與輸入軸50的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致時(shí)，超越離合器處于超越狀態(tài)；反之，超越離合器處于鎖止?fàn)顟B(tài)。

為了保證換擋過(guò)程中扭矩的平滑過(guò)渡，上述超越離合器采用下面兩種結(jié)構(gòu)形式：

第一種(參見(jiàn)圖3)：上述超越離合器為摩擦片式周布螺旋面(外壓緊)超越離合器,包括設(shè)置于同一旋轉(zhuǎn)軸線上的離合限位裝置1、外圈傳力裝置2和內(nèi)圈傳力裝置3和自鎖/超越控制裝置；外圈傳力裝置2和內(nèi)圈傳力裝置3中一個(gè)為固定組件，另一個(gè)為轉(zhuǎn)動(dòng)組件；外圈傳力裝置2包括外鼓22和設(shè)置在外鼓內(nèi)的多個(gè)外圈摩擦片21，外圈摩擦片21相對(duì)于外鼓沿軸向能作相對(duì)滑動(dòng)，沿周向同步旋轉(zhuǎn)；內(nèi)圈傳力裝置3包括內(nèi)轂32和設(shè)置在內(nèi)轂外的多個(gè)內(nèi)圈摩擦片31，內(nèi)圈摩擦片31相對(duì)于內(nèi)轂32沿軸向能作相對(duì)滑動(dòng)，沿周向同步旋轉(zhuǎn)；外圈摩擦片21和內(nèi)圈摩擦片31構(gòu)成摩擦元件；多個(gè)外圈摩擦片21和多個(gè)內(nèi)圈摩擦片31沿軸向交替布置；所述自鎖/超越控制裝置用于控制外圈摩擦片21和內(nèi)圈摩擦片31的分與合；所述離合限位裝置1包括與殼體H固連的支撐主體11；所述自鎖/超越控制裝置包括第一螺旋面偶件13和第二螺旋面偶件14；第一螺旋面偶件13上設(shè)置有第一螺旋面131；第二螺旋面偶件14上設(shè)置有與第一螺旋面131相配合的第二螺旋面141；所述第一螺旋面偶件13與所述支撐主體11固連，第二螺旋面偶件14與所述外鼓22固連；第二螺旋面偶件14位于支撐主體11和第一螺旋面偶件13之間，且第二螺旋面偶件14相對(duì)于所述第一螺旋面偶件13能作螺旋滑動(dòng)；支撐主體11和內(nèi)轂32分別作為離合器的兩個(gè)傳力端。

上述支撐主體11為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，支撐主體11用于限制外圈摩擦片21和內(nèi)圈摩擦片31的軸向位置。

考慮到傳力性能和加工工藝，上述支撐主體11的端面上設(shè)置有向摩擦片方向伸出的環(huán)形凸起111，環(huán)形凸起111的位置與外圈摩擦片21和內(nèi)圈摩擦片31的接觸面相對(duì)應(yīng)。

為了使超越離合器可控性更好，上述超越離合器還包括附加離合控制裝置；所述附加離合控制裝置包括設(shè)置在支撐主體(11)內(nèi)的環(huán)形缸體、設(shè)置在環(huán)形缸體內(nèi)的活塞(15)、設(shè)置在第一螺旋面偶件(13)和活塞(15)之間的壓盤(pán)(16)、設(shè)置在壓盤(pán)(16)和第一螺旋面偶件(13)之間的多個(gè)彈簧(4)；所述活塞(15)的一個(gè)端面和所述環(huán)形缸體之間構(gòu)成密封油室(S1)；所述活塞(15)的另一個(gè)端面正對(duì)所述壓盤(pán)(16)并和壓盤(pán)(16)接觸；所述壓盤(pán)(16)和第二螺旋面偶件(14)上均設(shè)置有相互限位的臺(tái)階。

既要使上述超越離合器的螺旋面偶件產(chǎn)生自鎖，又能保證螺旋面偶件自動(dòng)解鎖，上述第一螺旋面偶件(13)、第二螺旋面偶件(14)、外圈摩擦片(21)和內(nèi)圈摩擦片(31)應(yīng)滿足如下條件：

式中，β為兩個(gè)螺旋面偶件的螺旋面有效接觸部分的平均螺旋角；

μ為外圈摩擦片(21)和內(nèi)圈摩擦片(31)摩擦副間的摩擦系數(shù)；

μ＇為兩個(gè)螺旋面偶件的螺旋面間的摩擦系數(shù)；

n為內(nèi)圈摩擦片、外圈摩擦片的有效片數(shù)中的小值。

第二種(參見(jiàn)圖4)：上述超越離合器為摩擦片式周布螺旋面(內(nèi)壓緊)超越離合器,包括設(shè)置于同一旋轉(zhuǎn)軸線上的離合限位裝置1、外圈傳力裝置2和內(nèi)圈傳力裝置3和自鎖/超越控制裝置；外圈傳力裝置2和內(nèi)圈傳力裝置3中一個(gè)為固定組件，另一個(gè)為轉(zhuǎn)動(dòng)組件；外圈傳力裝置2包括外鼓22和設(shè)置在外鼓內(nèi)的多個(gè)外圈摩擦片21，外圈摩擦片21相對(duì)于外鼓沿軸向能作相對(duì)滑動(dòng)，沿周向同步旋轉(zhuǎn)；內(nèi)圈傳力裝置3包括內(nèi)轂32和設(shè)置在內(nèi)轂外的多個(gè)內(nèi)圈摩擦片31，內(nèi)圈摩擦片31相對(duì)于內(nèi)轂32沿軸向能作相對(duì)滑動(dòng)，沿周向同步旋轉(zhuǎn)；外圈摩擦片21和內(nèi)圈摩擦片31構(gòu)成摩擦元件；多個(gè)外圈摩擦片21和多個(gè)內(nèi)圈摩擦片31沿軸向交替布置；所述自鎖/超越控制裝置用于控制外圈摩擦片21和內(nèi)圈摩擦片31的分與合；所述離合限位裝置1包括與變速裝置輸入軸固連的支撐主體11；所述自鎖/超越控制裝置包括第一螺旋面偶件13和第二螺旋面偶件14；第一螺旋面偶件13上設(shè)置有第一螺旋面131；第二螺旋面偶件14上設(shè)置有與第一螺旋面131相配合的第二螺旋面141；第一螺旋面偶件13與支撐主體11固連，第二螺旋面偶件14與內(nèi)轂32固連；第二螺旋面偶件14位于支撐主體11和第一螺旋面偶件13之間，且第二螺旋面偶件14相對(duì)于所述第一螺旋面偶件(13)螺旋滑動(dòng)；支撐主體11和外鼓22分別作為離合器的兩個(gè)傳力端。

上述離合限位裝置1還包括擋圈12；上述支撐主體11為帶頸圓環(huán)結(jié)構(gòu)，其頸部為中空?qǐng)A柱，其底部為外伸圓環(huán)111；支撐主體11的頸部外側(cè)面設(shè)置有擋圈槽114和限位臺(tái)階112；擋圈12設(shè)置在擋圈槽114內(nèi)；擋圈12和限位臺(tái)階112用于固定第一螺旋面偶件13的軸向位置；支撐主體11的圓環(huán)用于限制內(nèi)圈摩擦片31的軸向位置。

為了使超越離合器可控性更好，上述超越離合器還包括附加離合控制裝置，該附加離合控制裝置包括設(shè)置在外鼓22上的環(huán)形控制油缸；所述環(huán)形控制油缸包括缸體17和連接主體16以及設(shè)置在缸體17和連接主體16之間的壓盤(pán)15；連接主體16與殼體H固連；壓盤(pán)15的橫截面近似為U型；所述壓盤(pán)15的底部端面和連接主體16之間設(shè)置有多個(gè)彈簧4；所述壓盤(pán)15的其中一個(gè)頂部被容納于缸體7中，構(gòu)成環(huán)形控制油缸的活塞，頂部端面和缸體17之間構(gòu)成密封油室S2；所述壓盤(pán)15的另一個(gè)頂部端面用于壓緊內(nèi)圈摩擦片31。

既要使上述超越離合器的螺旋面偶件產(chǎn)生自鎖，又能保證螺旋面偶件自動(dòng)解鎖，上述第一螺旋面偶件13、第二螺旋面偶件14、外圈摩擦片21和內(nèi)圈摩擦片31滿足如下條件：

式中，β為兩個(gè)螺旋面偶件的螺旋面有效接觸部分的平均螺旋角；

μ為外圈摩擦片(21)和內(nèi)圈摩擦片(31)摩擦副間的摩擦系數(shù)；

μ＇為兩個(gè)螺旋面偶件間的摩擦系數(shù)；

n為內(nèi)圈摩擦片、外圈摩擦片的有效片數(shù)中的小值。

本發(fā)明同時(shí)提供了一種采用上述二檔變速裝置組成的多檔變速器，其特殊之處在于：包括N個(gè)二檔變速裝置，所述N個(gè)二檔變速裝置串聯(lián)構(gòu)成檔位數(shù)為2^N的多檔變速器，其中第一個(gè)二檔變速裝置的輸入端為所述多檔變速器的輸入端，第N個(gè)二檔變速裝置的輸出端為所述多檔變速器的輸出端。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1、換擋時(shí)動(dòng)力不中斷

本發(fā)明所提供的二檔變速裝置包括一個(gè)普通離合器和一個(gè)超越離合器，使用時(shí)只需控制普通離合器，超越離合器會(huì)隨著普通離合器的狀態(tài)變化而變化，當(dāng)一個(gè)離合松開(kāi)的同時(shí)，另一個(gè)離合器同步接合，從而在換擋時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力不中斷。

2、換擋過(guò)程輸出扭矩平滑過(guò)渡

本發(fā)明所提供的二檔變速裝置在換擋時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)從前一個(gè)擋位的輸出扭矩漸變到后一擋位的輸出扭矩，即能夠?qū)崿F(xiàn)換擋過(guò)程中輸出扭矩的平滑過(guò)渡。

3、控制簡(jiǎn)單準(zhǔn)確

本發(fā)明所提供的二檔變速裝置在換擋時(shí)，只需控制其中的普通離合器，超越離合器的狀態(tài)會(huì)隨普通離合器而變化，相比現(xiàn)有變速裝置，本發(fā)明不需要對(duì)電機(jī)的控制進(jìn)行標(biāo)定，對(duì)電機(jī)扭矩的輸出無(wú)需嚴(yán)格控制。

附圖說(shuō)明

圖1為二擋變速裝置實(shí)施例一示意圖(B、C離合器位于輸入側(cè))；

圖2為二擋變速裝置實(shí)施例二示意圖(C離合器位于輸入側(cè)，B離合器位于輸出側(cè))；

圖3為本發(fā)明所采用的摩擦片式周布螺旋面壓緊超越離合器實(shí)施例一的裝配剖視圖(外壓緊)；

圖3a為圖3的分解剖視圖；

圖3b為圖3的另一角度的分解剖視圖；

圖4為本發(fā)明所采用的摩擦片式周布螺旋面壓緊超越離合器實(shí)施例三的裝配剖視圖(內(nèi)壓緊)；

圖4a為圖4的分解剖視圖；

圖5為本發(fā)明的兩個(gè)螺旋面形成及裝配關(guān)系示意圖；

圖6為圖3所示摩擦片式周布螺旋面壓緊超越離合器的結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)化示意圖；

圖7為圖3和圖4所示超越離合器的受力分析示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明所提供的二擋變速裝置包括輸入軸50、輸出軸59、齒輪機(jī)構(gòu)5、C離合器6和B離合器G1。

1、齒輪機(jī)構(gòu)

齒輪機(jī)構(gòu)5包括：輸入齒輪51，由齒輪52、53和中間軸55組成的沿圓周均布的多組中間軸齒輪總成，輸出齒輪54，以及由保持架56、57構(gòu)成的齒輪保持架總成。輸入齒輪51、齒輪保持架總成和輸出齒輪54具有重合的旋轉(zhuǎn)軸線并且任兩者之間能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

輸入齒輪51與多個(gè)齒輪52嚙合，輸出齒輪54與多個(gè)齒輪53嚙合；齒輪51～54均位于齒輪保持架總成的空腔內(nèi)。

齒輪52和齒輪53同軸并排互相固定(即52和53同軸固連)，通過(guò)中間軸55可旋轉(zhuǎn)地安裝于齒輪保持架總成的空腔中；多個(gè)中間軸55的兩端均被前保持架56和后保持架57支撐。

在使用時(shí)，輸入軸50端與輸出軸59端可互換，即輸入軸50端作為動(dòng)力輸出端，輸出軸59端為動(dòng)力輸入端。

2、B離合器和C離合器

2.1布置方式：

(1)C、B離合器都布置在齒輪機(jī)構(gòu)的輸入端一側(cè)；

(2)C、B離合器分別布置在齒輪機(jī)構(gòu)的輸入端一側(cè)和輸出端一側(cè)。

2.2結(jié)構(gòu)形式和作用

B離合器G1包括轉(zhuǎn)動(dòng)組件和固定組件，其中，轉(zhuǎn)動(dòng)組件與齒輪保持架總成緊固連接于一體，固定組件與包容變速裝置的外殼體H緊固連接于一體。B離合器G1用于控制齒輪保持架總成與包容變速裝置的外殼體H之間的鎖止和相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

C離合器6包括主動(dòng)組件和與從動(dòng)組件，其中，主動(dòng)組件與變速裝置的輸入軸相連，從動(dòng)組件同時(shí)與齒輪保持架總成相連。C離合器6用于控制輸入齒輪與齒輪保持架總成或輸出齒輪與齒輪保持架總成之間的鎖止和相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

B、C離合器不能同時(shí)鎖止，即同一時(shí)刻只能有一個(gè)離合器鎖止。為了保證換擋時(shí)動(dòng)力不中斷，C離合器6分離或接合的同時(shí)，B離合器G1接合或分離。因此，本發(fā)明所提供的二檔變速裝置有兩種工況：

工況①：B離合器G1接合、C離合器6分離

B離合器G1接合時(shí)，它的轉(zhuǎn)動(dòng)組件和固定組件接合，使得B離合器G1的轉(zhuǎn)動(dòng)組件與包容變速裝置的外殼體H連為一體，從而C離合器6的從動(dòng)組件與外殼體H連為一體，進(jìn)而齒輪保持架總成與外殼體H連為一體。

此時(shí)動(dòng)力的傳遞路線為：輸入端50→輸入齒輪51→中間軸齒輪52→中間軸齒輪53→輸出齒輪54→輸出端59，齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比(即變速裝置傳動(dòng)比)i為：

i＝(Z₅₄Z₅₂)/(Z₅₃Z₅₁)

式中：Z₅₁——輸入齒輪51的齒數(shù)

Z₅₂——第一中間軸齒輪52的齒數(shù)

Z₅₃——第二中間軸齒輪53的齒數(shù)

Z₅₄——輸出齒輪54的齒數(shù)

工況②:B離合器G1分離、C離合器6接合

C離合器6接合時(shí)，它的主動(dòng)組件與從動(dòng)組件連接為一體并帶動(dòng)從動(dòng)組件轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而與齒輪保持架總成連為一體并帶動(dòng)齒輪保持架總成轉(zhuǎn)動(dòng)，從而輸入齒輪、齒輪保持架總成和輸出齒輪三者連為一體(相對(duì)靜止)，整個(gè)變速裝置將作為一個(gè)剛體向外傳遞動(dòng)力，變速裝置傳動(dòng)比i＝1。

2.3離合器的類(lèi)型

C離合器6和B離合器G1中，一個(gè)采用普通離合器(多片濕式離合器)，另一個(gè)采用超越離合器，具體由齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比i決定。

當(dāng)齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比i>1時(shí)，齒輪保持架總成相對(duì)于輸入齒輪51具有相反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，此時(shí)B離合器G1采用超越離合器，C離合器6需采用普通離合器；超越離合器的鎖止方向與變速裝置的輸入扭矩的方向相反，超越方向與輸入扭矩的方向相同，這種設(shè)置使得當(dāng)在工況①時(shí)，B離合器G1(超越離合器)處于鎖止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)在工況②時(shí)B離合器G1處于超越(分離)狀態(tài)。

當(dāng)i<1時(shí)，齒輪保持架總成相對(duì)于輸入齒輪51和輸出齒輪54具有相同方向的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)且轉(zhuǎn)速更高，此時(shí)B離合器G1需采用普通離合器，C離合器6采用超越離合器；超越離合器的鎖止方向與輸入扭矩的方向相同，超越方向與輸入扭矩的方向相反，這種設(shè)置使得當(dāng)在工況①時(shí)，C離合器6(超越離合器)處于超越(分離)狀態(tài)，當(dāng)在工況②時(shí)C離合器6處于鎖止?fàn)顟B(tài)。

本發(fā)明的二檔變速裝置不僅能夠?qū)崿F(xiàn)換擋時(shí)動(dòng)力不中斷，還能保證在檔位切換過(guò)程中扭矩能夠?qū)崿F(xiàn)平滑過(guò)渡。下面以?xún)蓚€(gè)具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明：

實(shí)施例一：

參見(jiàn)圖1和圖2，二檔變速裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)如下：

i>1，為減速器；

變速裝置的輸入端50的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針(從變速裝置的輸入端50向輸出端59看)；

B離合器G1采用超越離合器，鎖止方向?yàn)槟鏁r(shí)針，超越方向?yàn)轫槙r(shí)針，也就是說(shuō)在轉(zhuǎn)動(dòng)組件相對(duì)固定組件向順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，超越離合器處于超越狀態(tài)；反之，超越離合器處于鎖止?fàn)顟B(tài)。

C離合器6采用普通離合器，布置位置靠近齒輪機(jī)構(gòu)的輸入端54；C離合器的主動(dòng)組件(63、64)與變速裝置的輸入端50連接于一體同步旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)組件(61、62)與齒輪保持架總成連接于一體同步旋轉(zhuǎn)。

為了便于說(shuō)明首先設(shè)定初始工況是：B離合器G1處于鎖止?fàn)顟B(tài)，C離合器6處于分離狀態(tài)，C離合器6傳遞的摩擦扭矩M_C＝0，傳動(dòng)比為i，此時(shí)，扭矩關(guān)系為：

M_輸入＝M₅₁

M_輸出＝i*M₅₁

M_輸出＝M_輸入+M_B

上式中

M_輸入——輸入端傳遞的扭矩；

M_輸出——輸出端傳遞的扭矩；

M₅₁——輸入齒輪51上傳遞的扭矩；

M_B——B離合器G1傳遞的扭矩；

M_C——C離合器6傳遞的扭矩；

當(dāng)進(jìn)行擋位切換時(shí)，C離合器6開(kāi)始慢慢接合，C離合器6傳遞的摩擦扭矩M_C由小到最大，切換過(guò)程中的扭矩關(guān)系為：

M_輸入-M_C＝M₅₁

M_輸出＝i*M₅₁

M_輸出＝M_輸入+M_B

⑴.當(dāng)M_C＝0時(shí)，

M_輸出＝i*M_輸入，

M_B＝(i-1)*M_輸入

即為上述的初始工況；

⑵.當(dāng)M_C傳遞到最大扭矩時(shí)，即

M_B＝0；

M_輸出＝M_輸入

此時(shí)根據(jù)擋位切換過(guò)程中的扭矩關(guān)系，解出M_C傳遞的最大扭矩為：

M_C＝(1-1/i)M_輸入

因此，當(dāng)M_C由變化時(shí)，輸出扭矩就由變化，擋位就由傳動(dòng)比為i的擋位傳動(dòng)比為1的擋位，從而實(shí)現(xiàn)了換擋過(guò)程的平滑過(guò)渡。

實(shí)施例二：

二檔變速裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)如下：

i<1，為增速器；

變速裝置的輸入端50的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針(從變速裝置的輸入端50向輸出端59看)；

B離合器G1采用普通離合器；

C離合器6采用超越離合器，鎖止方向?yàn)轫槙r(shí)針，超越方向?yàn)槟鏁r(shí)針,也就是說(shuō)在主動(dòng)組件相對(duì)從動(dòng)組件向順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，超越離合器處于超越狀態(tài)；反之，超越離合器處于鎖止?fàn)顟B(tài)；

為了便于說(shuō)明首先設(shè)定初始工況是：B離合器G1處于分離狀態(tài)，C離合器6處于鎖止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)B離合器G1傳遞的摩擦扭矩M_B＝0，傳動(dòng)比為1，扭矩關(guān)系為：

M_輸入＝M_輸出

當(dāng)進(jìn)行擋位切換時(shí)，B離合器G1開(kāi)始慢慢接合，B離合器G1傳遞的摩擦扭矩M_B由小到最大，切換過(guò)程中的扭矩關(guān)系為：

M_輸入+M_C＝M₅₁

M_輸出＝i*M₅₁

M_輸出＝M_輸入-M_B

⑴.當(dāng)M_B＝0時(shí)，

M_輸出＝M_輸入，

即為傳動(dòng)比為1的擋位，也就是上述的初始工況；

⑵.當(dāng)M_B傳遞到最大扭矩時(shí)，即M_C＝0，此時(shí)根據(jù)擋位切換過(guò)程中的扭矩關(guān)系，解出M_B傳遞的最大扭矩為：

M_B＝(1-i)M_輸入

M_輸出＝i*M_輸入

因此，當(dāng)M_B由(1-i)M_輸入變化時(shí)，輸出扭矩就由變化，擋位就由傳動(dòng)比為1的擋位傳動(dòng)比為i的擋位，從而實(shí)現(xiàn)了換擋過(guò)程的平滑過(guò)渡。

綜上，本發(fā)明所提供的二擋變速裝置在擋位切換過(guò)程中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力不中斷，而且可以實(shí)現(xiàn)輸出扭矩平滑過(guò)渡。

將上述動(dòng)力不中斷的二擋變速裝置串連(即將前一個(gè)二擋變速裝置的輸出與后一個(gè)二擋變速裝置的輸入相連)，就能構(gòu)成擋位數(shù)更多的動(dòng)力不中斷的多檔變速器，總的擋位數(shù)＝2^x，其中x為二擋變速裝置的個(gè)數(shù)。本發(fā)明在組合多檔變速器時(shí)所選用的二檔變速裝置的具體結(jié)構(gòu)、變速比可以相同，也可以不同，即組合方式是非常靈活的，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行任意組合，適用范圍很廣。

本發(fā)明之所以能夠達(dá)到上述理想的動(dòng)力傳遞效果，主要?dú)w功于B、C離合器中有一個(gè)采用了超越離合器，并且該超越離合器的性能將會(huì)影響本發(fā)明變速裝置的可靠性和使用壽命。鑒于此，這里通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所采用的超越離合器進(jìn)行詳述。

本發(fā)明所采用的超越離合器為摩擦片式周布螺旋面壓緊超越離合器，根據(jù)螺旋面偶件相對(duì)于摩擦元件的具體布置位置，分為外壓緊式和內(nèi)壓緊式兩種結(jié)構(gòu)形式，下面分別進(jìn)行介紹。

實(shí)施例1：

參見(jiàn)圖3、圖3a、圖3b和圖6，摩擦片式周布螺旋面壓緊超越離合器包括同中心旋轉(zhuǎn)軸線布置的離合限位裝置1、外圈傳力裝置2、內(nèi)圈傳力裝置3以及用于控制離合器的摩擦片接合與分離的自鎖/超越控制裝置。外圈傳力裝置2和內(nèi)圈傳力裝置3中一個(gè)與殼體H固連為固定組件，另一個(gè)與齒輪保持架總成固連為轉(zhuǎn)動(dòng)組件。

1、外圈傳力裝置

外圈傳力裝置2包括多個(gè)具有外齒211的外圈摩擦片21和一個(gè)具有內(nèi)齒221的外鼓22；外鼓22套裝在外圈摩擦片21外，外鼓22的內(nèi)齒221與外圈摩擦片21的外齒211相配合；外鼓22與外圈摩擦片21沿軸向可以相對(duì)移動(dòng)、沿圓周方向同步旋轉(zhuǎn)。

外鼓22的一個(gè)端面上還設(shè)置有限制外圈摩擦片21軸向位置的臺(tái)階222和擋片23；臺(tái)階222擋住擋片23，限止其滑出外鼓22的端部；擋片23用于限制外圈摩擦片21的軸向位置，防止外圈摩擦片21滑出外鼓22。

2、內(nèi)圈傳力裝置

內(nèi)圈傳力裝置3包括多個(gè)具有內(nèi)齒311的內(nèi)圈摩擦片31和具有外齒321的內(nèi)轂32；內(nèi)轂32套裝在內(nèi)圈摩擦片31內(nèi)，內(nèi)轂32的外齒321與內(nèi)圈摩擦片31的內(nèi)齒311相配合；內(nèi)轂32與內(nèi)圈摩擦片31沿軸向可以相對(duì)移動(dòng)、沿圓周方向同步旋轉(zhuǎn)。

外圈傳力裝置2的外圈摩擦片21和內(nèi)圈傳力裝置3的內(nèi)圈摩擦片31沿軸向相間布置，且都位于外圈傳力裝置2的擋片23和離合限位裝置1之間。

外圈傳力片21和內(nèi)圈傳力片31構(gòu)成摩擦元件。

3、離合限位裝置

離合限位裝置1主要包括與殼體固連的支撐主體11。

支撐主體11為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，用于限制外圈摩擦片21的軸向位置。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證支撐主體11壓緊摩擦片時(shí)不與第二螺旋面偶件14干涉。為了使壓緊力集中于摩擦片處以使傳力效果更好，在支撐主體11的端面上加工一正對(duì)摩擦片方向伸出的環(huán)形凸起111；另外，由于設(shè)置了環(huán)形凸起111，使得在加工支撐主體11時(shí)，僅需保證環(huán)形凸起111的平面度即可，加工難度降低，工藝性更好。

4、自鎖/超越控制裝置

自鎖/超越控制裝置包括第一螺旋面偶件13和第二螺旋面偶件14。

第一螺旋面偶件13的配合面上沿圓周方向均勻設(shè)置有多個(gè)第一螺旋面131；第二螺旋面偶件14的配合面上沿圓周方向均勻設(shè)置有與第一螺旋面131數(shù)量相等、形狀相適配的第二螺旋面141。第一螺旋面131和第二螺旋面141可以右旋也可以左旋，旋向與離合器傳遞扭矩的方向相關(guān)：參見(jiàn)圖3、3a和3b，扭轉(zhuǎn)力矩施加在內(nèi)轂32上，在圖示位置從左向右看，當(dāng)在扭轉(zhuǎn)力矩的作用下內(nèi)轂32相對(duì)于支撐主體11有順時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)趨勢(shì)時(shí)，若第一螺旋面131和第二螺旋面141右旋(圖示的旋向即為右旋)，則在此力矩作用下超越離合器處于超越狀態(tài)；若第一螺旋面131和第二螺旋面141左旋，則在此力矩作用下超越離合器處于鎖止?fàn)顟B(tài)，內(nèi)轂32上的扭矩通過(guò)內(nèi)圈摩擦31、外圈摩擦21、與第二螺旋面偶件14固連的外鼓22和第一螺旋面偶件13向支撐主體11傳遞。

第一螺旋面偶件13和支撐主體11的中心旋轉(zhuǎn)軸線重合，通過(guò)連接螺釘12連接于一體；第一螺旋面偶件13和支撐主體11之間有足夠的空間容納第二螺旋面偶件14；第二螺旋面偶件14與外圈傳力裝置2的外鼓22固連為一體件(實(shí)際實(shí)施時(shí)可在外鼓22的端面上加工第二螺旋面141，或者在固連于外鼓22上的擋片23遠(yuǎn)離摩擦元件的端面上加工第二螺旋面141)，第二螺旋面偶件14位于外鼓22、支撐主體11和第一螺旋面偶件13所形成的空間內(nèi)，且第二螺旋面偶件14相對(duì)于第一螺旋面偶件13能夠作螺旋滑動(dòng)。當(dāng)?shù)诙菪媾技?4相對(duì)于第一螺旋面偶件13螺旋上升滑動(dòng)一定距離時(shí)(此時(shí)第二螺旋面偶件14與第一螺旋面偶件13之間的空間有所增大)外圈摩擦片21和內(nèi)圈摩擦片31互相壓緊接合傳遞力矩。

支撐主體11和內(nèi)轂32分別作為離合器的扭矩輸出端和扭矩輸入端；或者，支撐主體11和內(nèi)轂32分別作為離合器的扭矩輸入端和扭矩輸出端。

4、附加離合控制裝置

為了使超越離合器可控性更好，即在超越狀態(tài)下可以控制是否需要傳遞扭矩，或者能夠適用于液壓系統(tǒng)無(wú)壓力狀態(tài)下需要傳遞扭矩的工況，本發(fā)明的超越離合器還包括附加離合控制裝置。

所述附加離合控制裝置包括設(shè)置在支撐主體11內(nèi)的環(huán)形缸體、設(shè)置在環(huán)形缸體內(nèi)的活塞15、設(shè)置在第一螺旋面偶件13和活塞15之間的壓盤(pán)16、設(shè)置在壓盤(pán)16和第一螺旋面偶件13之間的多個(gè)彈簧4；活塞15的一個(gè)端面和所述環(huán)形缸體之間構(gòu)成密封油室S1；活塞15的另一個(gè)端面正對(duì)壓盤(pán)16并和壓盤(pán)16接觸；壓盤(pán)16和第二螺旋面偶件14上均設(shè)置有相互限位的臺(tái)階。

5、工作過(guò)程：

(1)向密封油室S1充油時(shí)，活塞15在液壓推力作用下推動(dòng)壓盤(pán)16克服壓緊彈簧4的彈簧力向遠(yuǎn)離第二螺旋面偶件14上的臺(tái)階移動(dòng)，壓緊彈簧4的彈簧力將不會(huì)施加到第二螺旋面偶件14上，此時(shí)該離合器為超越離合器：

符合超越條件時(shí)該離合器將進(jìn)入超越工況；

符合鎖止條件時(shí)該離合器將進(jìn)入鎖止工況。

(2)當(dāng)密封油室S1泄壓時(shí)，壓緊彈簧4的彈簧力將壓盤(pán)16和油缸S1的活塞15回位，同時(shí)第二螺旋面偶件14壓向摩擦片，此時(shí)該離合器根據(jù)扭矩傳遞的方向分別起到超越離合器和普通離合器的作用：

當(dāng)傳遞扭矩的方向符合進(jìn)入超越狀態(tài)條件時(shí)，該離合器為普通離合器，其傳遞扭矩大小取決于壓緊彈簧4的彈簧力大?。?/p>

當(dāng)傳遞扭矩的方向符合進(jìn)入鎖止?fàn)顟B(tài)條件時(shí)，該離合器進(jìn)入鎖止工況。

實(shí)施例2：

參見(jiàn)圖4和圖4a，摩擦片式周布螺旋面壓緊超越離合器包括同中心旋轉(zhuǎn)軸線布置的離合限位裝置1、外圈傳力裝置2、內(nèi)圈傳力裝置3以及用于控制離合器的摩擦片接合與分離的自鎖/超越控制裝置。外圈傳力裝置2和內(nèi)圈傳力裝置3中一個(gè)與殼體H固連為固定組件，一個(gè)與齒輪保持架總成固連為轉(zhuǎn)動(dòng)組件。

1、外圈傳力裝置

外圈傳力裝置2包括多個(gè)具有外齒211的外圈摩擦片21和一個(gè)具有內(nèi)齒221的外鼓22；外鼓22套裝在外圈摩擦片21外，外鼓22的內(nèi)齒221與外圈摩擦片21的外齒211相配合；外鼓22與外圈摩擦片21沿軸向可以相對(duì)移動(dòng)、沿圓周方向同步旋轉(zhuǎn)。

2、內(nèi)圈傳力裝置

內(nèi)圈傳力裝置3包括多個(gè)具有內(nèi)齒311的內(nèi)圈摩擦片31和一個(gè)具有外齒321的內(nèi)轂32；內(nèi)圈摩擦片31套裝在內(nèi)轂32外，內(nèi)轂32的外齒321與內(nèi)圈摩擦片31的內(nèi)齒311相配合；內(nèi)轂32與內(nèi)圈摩擦片31沿軸向可以相對(duì)移動(dòng)、沿圓周方向同步旋轉(zhuǎn)。

內(nèi)轂32上靠近其一個(gè)端部的外周上還設(shè)置有限制內(nèi)圈摩擦片31軸向位置的臺(tái)階322和擋片33；臺(tái)階322擋住擋片33，限止擋片33滑出內(nèi)轂32的端部；擋片33用于限制內(nèi)圈摩擦片31的軸向位置，防止內(nèi)圈摩擦片31滑出內(nèi)轂32。

外圈摩擦片21和內(nèi)圈傳力裝置3的內(nèi)圈摩擦片31構(gòu)成摩擦元件。

外圈傳力裝置2套裝在內(nèi)圈傳力裝置3外，外圈傳力裝置2的外圈摩擦片21和內(nèi)圈傳力裝置3的內(nèi)圈摩擦片31沿軸向相間布置(外圈摩擦片和內(nèi)圈摩擦片交替布置)，且都位于擋片33和離合限位裝置1之間。

3、離合限位裝置

離合限位裝置1主要包括與變速裝置的輸入軸固連的支撐主體11。

支撐主體11為帶頸圓環(huán)結(jié)構(gòu)，其頸部為中空?qǐng)A柱，其底部為沿徑向向外的外伸圓環(huán)111。

外伸圓環(huán)111能夠限制內(nèi)圈摩擦片31的軸向位置，便于對(duì)摩擦片進(jìn)行壓緊。

中空?qǐng)A柱的外周沿軸向依次設(shè)置有限位臺(tái)階112、用于在圓周方向傳遞扭矩的第一花鍵113以及限制裝于所述中空?qǐng)A柱上其他零件軸向位置的擋圈槽114，其中，限位臺(tái)階112靠近外伸圓環(huán)111；中空?qǐng)A柱的內(nèi)周設(shè)置有用于向外傳遞動(dòng)力的第二花鍵115。

4、自鎖/超越控制裝置

自鎖/超越控制裝置包括第一螺旋面偶件13和第二螺旋面偶件14。

第一螺旋面偶件13的配合面上沿圓周方向均勻設(shè)置有多個(gè)第一螺旋面131；第二螺旋面偶件14的配合面上沿圓周方向均勻設(shè)置有與第一螺旋面131數(shù)量相等、形狀相適配的第二螺旋面141。第一螺旋面131和第二螺旋面141可以右旋也可以左旋，旋向與離合器傳遞扭矩的方向相關(guān)：參見(jiàn)圖4、4a，扭轉(zhuǎn)力矩施加在支撐主體11上，在圖示位置從左向右看，當(dāng)在扭轉(zhuǎn)力矩的作用下支撐主體11相對(duì)于外鼓22有順時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)趨勢(shì)時(shí)，若第一螺旋面131和第二螺旋面141右旋(圖示的旋向即為右旋)，則在此力矩作用下超越離合器處于超越狀態(tài)；若第一螺旋面131和第二螺旋面141左旋，則在此力矩作用下超越離合器處于鎖止?fàn)顟B(tài)，支撐主體11上的扭矩通過(guò)第一螺旋面偶件13、與第二螺旋面偶件14固連的內(nèi)轂32、內(nèi)圈摩擦片31、外圈摩擦片21和外鼓22向外傳遞。

第一螺旋面偶件13通過(guò)其中心花鍵132套裝在第一花鍵113上(端部螺旋面面向支撐圓環(huán)面111安裝)，并靠在限位臺(tái)階112上，通過(guò)第一花鍵113和中央花鍵132配合，使第一螺旋面偶件13相對(duì)于支撐主體11無(wú)周向轉(zhuǎn)動(dòng)；擋圈12安裝在擋圈槽114中，擋圈12和限位臺(tái)階112共同固定第一螺旋面偶件13的軸向位置，使第一螺旋面偶件13相對(duì)于支撐主體11無(wú)軸向移動(dòng)。

第二螺旋面偶件14安裝于內(nèi)轂32內(nèi)并與內(nèi)轂32固連為一體件(實(shí)際實(shí)施時(shí)可在內(nèi)轂32的端面上加工第二螺旋面141，或者在固連于內(nèi)轂32上的擋片33遠(yuǎn)離摩擦元件的端面上加工第二螺旋面141)，整體通過(guò)第二螺旋面偶件14的中心孔142套裝在支撐主體11上，并且第二螺旋面偶件14位于內(nèi)轂32、支撐主體11和第一螺旋面偶件13所形成的空間內(nèi)，且第二螺旋面偶件14相對(duì)于第一螺旋面偶件13能夠作螺旋滑動(dòng)。當(dāng)?shù)诙菪媾技?4相對(duì)于第一螺旋面偶件13螺旋上升滑動(dòng)一定距離時(shí)(此時(shí)第二螺旋面偶件14與第一螺旋面偶件13之間的空間有所增大)外圈摩擦片21和內(nèi)圈摩擦片31互相壓緊接合傳遞力矩。

支撐主體11和外鼓22分別作為離合器的扭矩輸入端和扭矩輸出端；或者，支撐主體11和外鼓22分別作為離合器的扭矩輸出端和扭矩輸入端。

4、附加離合控制裝置

為了使超越離合器可控性更好，即在超越狀態(tài)下可以控制是否需要傳遞扭矩，或者能夠適用于液壓系統(tǒng)無(wú)壓力狀態(tài)下需要傳遞扭矩的工況，本發(fā)明的超越離合器還包括附加離合控制裝置包括設(shè)置在外鼓22上的環(huán)形控制油缸；環(huán)形控制油缸包括缸體17和連接主體16以及設(shè)置在缸體17和連接主體16之間的壓盤(pán)15；壓盤(pán)15的橫截面近似為U型；壓盤(pán)15的底部端面和連接主體16之間設(shè)置有多個(gè)彈簧4；壓盤(pán)15的其中一個(gè)頂部被容納于缸體7中，構(gòu)成環(huán)形控制油缸的活塞，且該頂部端面和缸體17之間構(gòu)成密封油室S2；壓盤(pán)15的另一個(gè)頂部端面用于壓緊內(nèi)圈摩擦片31和外圈摩擦片21。

5、工作過(guò)程：

(1)向密封油室S2充油時(shí)，液壓推力克服壓緊彈簧4的彈簧力將第二螺旋面偶件14推向遠(yuǎn)離摩擦元件的方向，此時(shí)該組合式離合器是一個(gè)超越離合器：符合超越條件時(shí)該離合器將進(jìn)入超越工況；符合鎖止條件時(shí)該離合器將進(jìn)入鎖止工況。

(2)密封油室S2泄壓時(shí)，壓緊彈簧4的彈簧力將壓盤(pán)15回位，同時(shí)壓盤(pán)15壓向摩擦元件，此時(shí)該離合器根據(jù)扭矩傳遞的方向分別起到超越離合器和普通離合器的作用：

當(dāng)傳遞扭矩的方向符合進(jìn)入超越狀態(tài)條件時(shí)，該離合器起普通離合器作用，其傳遞扭矩大小取決于壓緊彈簧4的彈簧力大??；

當(dāng)傳遞扭矩的方向符合進(jìn)入鎖止?fàn)顟B(tài)條件時(shí)，該離合器將進(jìn)入鎖止工況，該組合式離合器起超越離合器作用。

最后，通過(guò)對(duì)本發(fā)明所提供的超越離合器進(jìn)行受力分析來(lái)說(shuō)明本發(fā)明超越離合器螺旋面偶件自鎖和自動(dòng)解鎖的條件。

這里取一對(duì)螺旋面代表螺旋面偶件來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

如圖7(a)所示，圖中鍥塊相當(dāng)于第二螺旋面偶件14，圖中斜面相當(dāng)于第一螺旋面偶件13，斜面的傾斜角β為螺旋面偶件螺旋面有效接觸部分的平均螺旋角，F(xiàn)為超越離合器傳遞扭矩?fù)Q算到“平均螺旋角β”所在的圓周上的作用力，F(xiàn)的方向?yàn)樵搱A周上力的作用點(diǎn)處的切線方向。

圖7(b)所示為超越離合器鎖止時(shí)鍥塊的受力示意圖，圖7(c)所示為超越離合器解鎖工況時(shí)鍥塊的受力示意圖；f為相間布置的外圈傳力裝置的外齒摩擦片21和內(nèi)圈傳力裝置的內(nèi)齒摩擦片31間的摩擦扭矩?fù)Q算到“平均螺旋角β”所在的圓周上的摩擦力；摩擦片摩擦副間的摩擦系數(shù)為μ；f＇為螺旋面偶件間的摩擦扭矩?fù)Q算到“平均螺旋角β”所在的圓周上的摩擦力；螺旋面偶件間的摩擦系數(shù)為μ＇；n為內(nèi)圈摩擦片、外圈摩擦片的有效片數(shù)中的小值，N為施加到相間布置的摩擦片間的正壓力，S為螺旋面偶件配合面間的正壓力。

對(duì)于鎖止工況，用下列方程式求得臨界狀態(tài)時(shí)的“平均螺旋角β”：

f＝μ×N

f'＝μ'×S

2(n-1)f+f-f'cosβ-S sinβ＝0

N-f'sinβ-S cosβ＝0

對(duì)于解鎖工況，用下列方程式求得臨界狀態(tài)是的“平均螺旋角β”：

f＝μ×N

f'＝μ'×S

f+f'cosβ-S sinβ＝0

N-f'sinβ-S cosβ＝0

因此，既要使得本發(fā)明超越離合器螺旋面偶件產(chǎn)生自鎖，又能保證螺旋面偶件自動(dòng)解鎖，應(yīng)該滿足如下條件：