CN206503920U - 一种动力不中断二挡变速装置和多挡变速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种二挡变速装置以及由其构成的多挡变速器。二挡变速装置包括输入轴、齿轮机构、输出轴、外壳体、C离合器和B离合器；齿轮机构包括输入齿轮，中间轴齿轮总成，输出齿轮，由前保持架和后保持架固连构成的具有一个空腔的齿轮保持架总成；输入齿轮、齿轮保持架总成和输出齿轮同轴设置且两两之间能相对转动；C离合器的主动组件与输入轴固连，从动组件与齿轮保持架总成固连；B离合器的转动组件与齿轮保持架总成固连，固定组件与外壳体固连；C离合器的锁止和B离合器的锁止只能择一进行。本实用新型在换挡时能实现动力不中断，且换挡过程中输出扭矩能够平滑过渡。

Description

一种动力不中断二挡变速装置和多挡变速器

技术领域

本实用新型涉及一种动力不中断二挡变速装置和由多个该二挡变速装置串连构成的多挡变速器。

背景技术

在车辆上采用的多挡机械变速器中：对于手动挡变速器(MT)在挡位切换的过程中的流程这样的：分离离合器→换挡→接合离合器，在这个过程中，要做到动力不中断是不可能的。

实用新型内容

本实用新型提供了一种动力不中断二挡变速装置和多挡变速器，在挡位切换过程中，动力不会中断。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：

一种二挡变速装置，包括输入轴50、齿轮机构5和输出轴59以及包容变速装置的外壳体H；其特殊之处在于：所述齿轮机构5包括固定安装在输入轴50上的输入齿轮51，由中间轴55、第一中间轴齿轮52和第二中间轴齿轮53构成的多组中间轴齿轮总成，固定安装在输出轴59上的输出齿轮54，以及由前保持架56和后保持架57固连构成的具有一个空腔的齿轮保持架总成；所述输入齿轮51、齿轮保持架总成和输出齿轮54三者同轴设置并且两两之间能相对转动；所述输入齿轮51和多个第一中间轴齿轮52啮合，所述输出齿轮54和多个第二中间轴齿轮53啮合，输入齿轮51、第一中间轴齿轮52、第二中间轴齿轮53和输出齿轮54都位于所述空腔中；第一中间轴齿轮52和第二中间轴齿轮53同轴并排互相固定，并通过中间轴55 可旋转地安装于齿轮保持架总成的空腔中；多个中间轴55的两端均被前保持架56和后保持架57支撑；所述变速装置还包括C离合器6和B离合器G1；所述C离合器6包括主动组件和从动组件，主动组件与输入轴50固连，从动组件与齿轮保持架总成固连；所述B离合器G1包括转动组件和固定组件，转动组件与齿轮保持架总成固连，固定组件与外壳体H固连；所述C离合器的锁止和B离合器的锁止只能择一进行。

基于上述基本技术方案，本实用新型还作出以下限定和/或优化：

上述B离合器和C离合器的形式由齿轮机构的传动比确定，具体为：

(1)上述齿轮机构5的传动比大于1时，为减速器，此时C离合器采用普通离合器，B离合器采用超越离合器；在转动组件相对固定组件的转动方向与输入轴50的转动方向一致时，超越离合器处于超越状态；反之，超越离合器处于锁止状态；

(2)上述齿轮机构5的传动比小于1时，为增速器，此时B离合器采用普通离合器，C离合器采用超越离合器；在主动组件相对从动组件的转动方向与输入轴50的转动方向一致时，超越离合器处于超越状态；反之，超越离合器处于锁止状态。

为了保证换挡过程中扭矩的平滑过渡，上述超越离合器采用下面两种结构形式：

第一种(参见图3)：上述超越离合器为摩擦片式周布螺旋面(外压紧) 超越离合器,包括设置于同一旋转轴线上的离合限位装置1、外圈传力装置2 和内圈传力装置3和自锁/超越控制装置；外圈传力装置2和内圈传力装置3 中一个为固定组件，另一个为转动组件；外圈传力装置2包括外鼓22和设置在外鼓内的多个外圈摩擦片21，外圈摩擦片21相对于外鼓沿轴向能作相对滑动，沿周向同步旋转；内圈传力装置3包括内毂32和设置在内毂外的多个内圈摩擦片31，内圈摩擦片31相对于内毂32沿轴向能作相对滑动，沿周向同步旋转；外圈摩擦片21和内圈摩擦片31构成摩擦元件；多个外圈摩擦片21 和多个内圈摩擦片31沿轴向交替布置；所述自锁/超越控制装置用于控制外圈摩擦片21和内圈摩擦片31的分与合；所述离合限位装置1包括与壳体H固连的支撑主体11；所述自锁/超越控制装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上设置有第一螺旋面131；第二螺旋面偶件 14上设置有与第一螺旋面131相配合的第二螺旋面141；所述第一螺旋面偶件13与所述支撑主体11固连，第二螺旋面偶件14与所述外鼓22固连；第二螺旋面偶件14位于支撑主体11和第一螺旋面偶件13之间，且第二螺旋面偶件14相对于所述第一螺旋面偶件13能作螺旋滑动；支撑主体11和内毂32 分别作为离合器的两个传力端。

上述支撑主体11为圆环结构，支撑主体11用于限制外圈摩擦片21和内圈摩擦片31的轴向位置。

考虑到传力性能和加工工艺，上述支撑主体11的端面上设置有向摩擦片方向伸出的环形凸起111，环形凸起111的位置与外圈摩擦片21和内圈摩擦片31的接触面相对应。

为了使超越离合器可控性更好，上述超越离合器还包括附加离合控制装置；所述附加离合控制装置包括设置在支撑主体11内的环形缸体、设置在环形缸体内的活塞15、设置在第一螺旋面偶件13和活塞15之间的压盘16、设置在压盘16和第一螺旋面偶件13之间的多个弹簧4；所述活塞15的一个端面和所述环形缸体之间构成密封油室S1；所述活塞15的另一个端面正对所述压盘16并和压盘16接触；所述压盘16和第二螺旋面偶件14上均设置有相互限位的台阶。

既要使上述超越离合器的螺旋面偶件产生自锁，又能保证螺旋面偶件自动解锁，上述第一螺旋面偶件13、第二螺旋面偶件14、外圈摩擦片21和内圈摩擦片31应满足如下条件：

式中，β为两个螺旋面偶件的螺旋面有效接触部分的平均螺旋角；

μ为外圈摩擦片21和内圈摩擦片31摩擦副间的摩擦系数；

μ＇为两个螺旋面偶件的螺旋面间的摩擦系数；

n为内圈摩擦片、外圈摩擦片的有效片数中的小值。

第二种(参见图4)：上述超越离合器为摩擦片式周布螺旋面(内压紧) 超越离合器,包括设置于同一旋转轴线上的离合限位装置1、外圈传力装置2 和内圈传力装置3和自锁/超越控制装置；外圈传力装置2和内圈传力装置3 中一个为固定组件，另一个为转动组件；外圈传力装置2包括外鼓22和设置在外鼓内的多个外圈摩擦片21，外圈摩擦片21相对于外鼓沿轴向能作相对滑动，沿周向同步旋转；内圈传力装置3包括内毂32和设置在内毂外的多个内圈摩擦片31，内圈摩擦片31相对于内毂32沿轴向能作相对滑动，沿周向同步旋转；外圈摩擦片21和内圈摩擦片31构成摩擦元件；多个外圈摩擦片21 和多个内圈摩擦片31沿轴向交替布置；所述自锁/超越控制装置用于控制外圈摩擦片21和内圈摩擦片31的分与合；所述离合限位装置1包括与变速装置输入轴固连的支撑主体11；所述自锁/超越控制装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上设置有第一螺旋面131；第二螺旋面偶件14上设置有与第一螺旋面131相配合的第二螺旋面141；第一螺旋面偶件13与支撑主体11固连，第二螺旋面偶件14与内毂32固连；第二螺旋面偶件14位于支撑主体11和第一螺旋面偶件13之间，且第二螺旋面偶件 14相对于所述第一螺旋面偶件13螺旋滑动；支撑主体11和外鼓22分别作为离合器的两个传力端。

上述离合限位装置1还包括挡圈12；上述支撑主体11为带颈圆环结构，其颈部为中空圆柱，其底部为外伸圆环1111；支撑主体11的颈部外侧面设置有挡圈槽114和限位台阶112；挡圈12设置在挡圈槽114内；挡圈12和限位台阶112用于固定第一螺旋面偶件13的轴向位置；支撑主体11的圆环用于限制内圈摩擦片31的轴向位置。

为了使超越离合器可控性更好，上述超越离合器还包括附加离合控制装置，该附加离合控制装置包括设置在外鼓22上的环形控制油缸；所述环形控制油缸包括缸体17和连接主体166以及设置在缸体17和连接主体166之间的压盘155；连接主体166与壳体H固连；压盘155的横截面近似为U型；所述压盘155的底部端面和连接主体166之间设置有多个弹簧4；所述压盘 155的其中一个顶部被容纳于缸体7中，构成环形控制油缸的活塞，顶部端面和缸体17之间构成密封油室S2；所述压盘155的另一个顶部端面用于压紧内圈摩擦片31。

既要使上述超越离合器的螺旋面偶件产生自锁，又能保证螺旋面偶件自动解锁，上述第一螺旋面偶件13、第二螺旋面偶件14、外圈摩擦片21和内圈摩擦片31满足如下条件：

式中，β为两个螺旋面偶件的螺旋面有效接触部分的平均螺旋角；

μ为外圈摩擦片21和内圈摩擦片31摩擦副间的摩擦系数；

μ＇为两个螺旋面偶件间的摩擦系数；

n为内圈摩擦片、外圈摩擦片的有效片数中的小值。

本实用新型同时提供了一种采用上述二挡变速装置组成的多挡变速器，其特殊之处在于：包括N个二挡变速装置，所述N个二挡变速装置串联构成挡位数为2^N的多挡变速器，其中第一个二挡变速装置的输入端为所述多挡变速器的输入端，第N个二挡变速装置的输出端为所述多挡变速器的输出端。

本实用新型的优点是：

1、换挡时动力不中断

本实用新型所提供的二挡变速装置包括一个普通离合器和一个超越离合器，使用时只需控制普通离合器，超越离合器会随着普通离合器的状态变化而变化，当一个离合松开的同时，另一个离合器同步接合，从而在换挡时能够实现动力不中断。

2、换挡过程输出扭矩平滑过渡

本实用新型所提供的二挡变速装置在换挡时，能够实现从前一个挡位的输出扭矩渐变到后一挡位的输出扭矩，即能够实现换挡过程中输出扭矩的平滑过渡。

3、控制简单准确

本实用新型所提供的二挡变速装置在换挡时，只需控制其中的普通离合器，超越离合器的状态会随普通离合器而变化，相比现有变速装置，本实用新型不需要对电机的控制进行标定，对电机扭矩的输出无需严格控制。

附图说明

图1为二挡变速装置实施例一示意图(B、C离合器位于输入侧)；

图2为二挡变速装置实施例二示意图(C离合器位于输入侧，B离合器位于输出侧)；

图3为本实用新型所采用的摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器实施例一的装配剖视图(外压紧)；

图3a为图3的分解剖视图；

图3b为图3的另一角度的分解剖视图；

图4为本实用新型所采用的摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器实施例三的装配剖视图(内压紧)；

图4a为图4的分解剖视图；

图5为本实用新型的两个螺旋面形成及装配关系示意图；

图6为图3所示摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器的结构原理简化示意图；

图7为图3和图4所示超越离合器的受力分析示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作详细说明。

本实用新型所提供的二挡变速装置包括输入轴50、输出轴59、齿轮机构5、C离合器6和B离合器G1。

1、齿轮机构

齿轮机构5包括：输入齿轮51，由齿轮52、53和中间轴55组成的沿圆周均布的多组中间轴齿轮总成，输出齿轮54，以及由保持架56、57构成的齿轮保持架总成。输入齿轮51、齿轮保持架总成和输出齿轮54具有重合的旋转轴线并且任两者之间能相对转动。

输入齿轮51与多个齿轮52啮合，输出齿轮54与多个齿轮53啮合；齿轮51～54均位于齿轮保持架总成的空腔内。

齿轮52和齿轮53同轴并排互相固定(即52和53同轴固连)，通过中间轴55可旋转地安装于齿轮保持架总成的空腔中；多个中间轴55的两端均被前保持架56和后保持架57支撑。

在使用时，输入轴50端与输出轴59端可互换，即输入轴50端作为动力输出端，输出轴59端为动力输入端。

2、B离合器和C离合器

2.1布置方式：

(1)C、B离合器都布置在齿轮机构的输入端一侧；

(2)C、B离合器分别布置在齿轮机构的输入端一侧和输出端一侧。

2.2结构形式和作用

B离合器G1包括转动组件和固定组件，其中，转动组件与齿轮保持架总成紧固连接于一体，固定组件与包容变速装置的外壳体H紧固连接于一体。B离合器G1用于控制齿轮保持架总成与包容变速装置的外壳体H之间的锁止和相对转动。

C离合器6包括主动组件和与从动组件，其中，主动组件与变速装置的输入轴相连，从动组件同时与齿轮保持架总成相连。C离合器6用于控制输入齿轮与齿轮保持架总成或输出齿轮与齿轮保持架总成之间的锁止和相对转动。

B、C离合器不能同时锁止，即同一时刻只能有一个离合器锁止。为了保证换挡时动力不中断，C离合器6分离或接合的同时，B离合器G1接合或分离。因此，本实用新型所提供的二挡变速装置有两种工况：

工况①：B离合器G1接合、C离合器6分离

B离合器G1接合时，它的转动组件和固定组件接合，使得B离合器G1的转动组件与包容变速装置的外壳体H连为一体，从而C离合器6的从动组件与外壳体H连为一体，进而齿轮保持架总成与外壳体H连为一体。

此时动力的传递路线为：输入端50→输入齿轮51→中间轴齿轮52→中间轴齿轮53→输出齿轮54→输出端59，齿轮机构的传动比(即变速装置传动比)i为：

i＝(Z₅₄Z₅₂)/(Z₅₃Z₅₁)

式中：Z₅₁——输入齿轮51的齿数

Z₅₂——第一中间轴齿轮52的齿数

Z₅₃——第二中间轴齿轮53的齿数

Z₅₄——输出齿轮54的齿数

工况②:B离合器G1分离、C离合器6接合

C离合器6接合时，它的主动组件与从动组件连接为一体并带动从动组件转动，进而与齿轮保持架总成连为一体并带动齿轮保持架总成转动，从而输入齿轮、齿轮保持架总成和输出齿轮三者连为一体(相对静止)，整个变速装置将作为一个刚体向外传递动力，变速装置传动比i＝1。

2.3离合器的类型

C离合器6和B离合器G1中，一个采用普通离合器(多片湿式离合器)，另一个采用超越离合器，具体由齿轮机构的传动比i决定。

当齿轮机构的传动比i>1时，齿轮保持架总成相对于输入齿轮51具有相反方向的转动趋势，此时B离合器G1采用超越离合器，C离合器6需采用普通离合器；超越离合器的锁止方向与变速装置的输入扭矩的方向相反，超越方向与输入扭矩的方向相同，这种设置使得当在工况①时，B离合器 G1(超越离合器)处于锁止状态，当在工况②时B离合器G1处于超越(分离)状态。

当i<1时，齿轮保持架总成相对于输入齿轮51和输出齿轮54具有相同方向的转动趋势且转速更高，此时B离合器G1需采用普通离合器，C离合器6采用超越离合器；超越离合器的锁止方向与输入扭矩的方向相同，超越方向与输入扭矩的方向相反，这种设置使得当在工况①时，C离合器6 (超越离合器)处于超越(分离)状态，当在工况②时C离合器6处于锁止状态。

本实用新型的二挡变速装置不仅能够实现换挡时动力不中断，还能保证在挡位切换过程中扭矩能够实现平滑过渡。下面以两个具体实施例来说明：

实施例一：

参见图1和图2，二挡变速装置的结构和参数如下：

i>1，为减速器；

变速装置的输入端50的旋转方向为顺时针(从变速装置的输入端50向输出端59看)；

B离合器G1采用超越离合器，锁止方向为逆时针，超越方向为顺时针，也就是说在转动组件相对固定组件向顺时针方向转动时，超越离合器处于超越状态；反之，超越离合器处于锁止状态。

C离合器6采用普通离合器，布置位置靠近齿轮机构的输入端54； C离合器的主动组件(63、64)与变速装置的输入端50连接于一体同步旋转，从动组件(61、62)与齿轮保持架总成连接于一体同步旋转。

为了便于说明首先设定初始工况是：B离合器G1处于锁止状态，C离合器6处于分离状态，C离合器6传递的摩擦扭矩M_C＝0，传动比为i，此时，扭矩关系为：

M_输入＝M₅₁

M_输出＝i*M₅₁

M_输出＝M_输入+M_B

上式中

M_输入——输入端传递的扭矩；

M_输出——输出端传递的扭矩；

M₅₁——输入齿轮51上传递的扭矩；

M_B——B离合器G1传递的扭矩；

M_C——C离合器6传递的扭矩；

当进行挡位切换时，C离合器6开始慢慢接合，C离合器6传递的摩擦扭矩M_C由小到最大，切换过程中的扭矩关系为：

M_输入-M_C＝M₅₁

M_输出＝i*M₅₁

M_输出＝M_输入+M_B

⑴.当M_C＝0时，

M_输出＝i*M_输入，

M_B＝(i-1)*M_输入

即为上述的初始工况；

⑵.当M_C传递到最大扭矩时，即

M_B＝0；

M_输出＝M_输入

此时根据挡位切换过程中的扭矩关系，解出M_C传递的最大扭矩为：

M_C＝(1-1/i)M_输入

因此，当M_C由变化时，输出扭矩就由 变化，挡位就由传动比为i的比为1的挡位，从而实现了换挡过程的平滑过渡。

实施例二：

二挡变速装置的结构和参数如下：

i<1，为增速器；

变速装置的输入端50的旋转方向为顺时针(从变速装置的输入端 50向输出端59看)；

B离合器G1采用普通离合器；

C离合器6采用超越离合器，锁止方向为顺时针，超越方向为逆时针,也就是说在主动组件相对从动组件向顺时针方向转动时，超越离合器处于超越状态；反之，超越离合器处于锁止状态；

为了便于说明首先设定初始工况是：B离合器G1处于分离状态，C离合器6处于锁止状态，此时B离合器G1传递的摩擦扭矩M_B＝0，传动比为1，扭矩关系为：

M_输入＝M_输出

当进行挡位切换时，B离合器G1开始慢慢接合，B离合器G1传递的摩擦扭矩M_B由小到最大，切换过程中的扭矩关系为：

M_输入+M_C＝M₅₁

M_输出＝i*M₅₁

M_输出＝M_输入-M_B

⑴.当M_B＝0时，

M_输出＝M_输入，

即为传动比为1的挡位，也就是上述的初始工况；

⑵.当M_B传递到最大扭矩时，即M_C＝0，此时根据挡位切换过程中的扭矩关系，解出M_B传递的最大扭矩为：

M_B＝(1-i)M_输入

M_输出＝i*M_输入

因此，当M_B由(1-i)M_输入变化时，输出扭矩就由变化，挡位就由传动比为1的比为i的挡位，从而实现了换挡过程的平滑过渡。

综上，本实用新型所提供的二挡变速装置在挡位切换过程中，不仅能够实现动力不中断，而且可以实现输出扭矩平滑过渡。

将上述动力不中断的二挡变速装置串连(即将前一个二挡变速装置的输出与后一个二挡变速装置的输入相连)，就能构成挡位数更多的动力不中断的多挡变速器，总的挡位数＝2^x，其中x为二挡变速装置的个数。本实用新型在组合多挡变速器时所选用的二挡变速装置的具体结构、变速比可以相同，也可以不同，即组合方式是非常灵活的，可根据实际需要进行任意组合，适用范围很广。

本实用新型之所以能够达到上述理想的动力传递效果，主要归功于B、 C离合器中有一个采用了超越离合器，并且该超越离合器的性能将会影响本实用新型变速装置的可靠性和使用寿命。鉴于此，这里通过具体实施例对本实用新型所采用的超越离合器进行详述。

本实用新型所采用的超越离合器为摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，根据螺旋面偶件相对于摩擦元件的具体布置位置，分为外压紧式和内压紧式两种结构形式，下面分别进行介绍。

实施例1：

参见图3、图3a、图3b和图6，摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器包括同中心旋转轴线布置的离合限位装置1、外圈传力装置2、内圈传力装置3以及用于控制离合器的摩擦片接合与分离的自锁/超越控制装置。外圈传力装置2 和内圈传力装置3中一个与壳体H固连为固定组件，另一个与齿轮保持架总成固连为转动组件。

1、外圈传力装置

外圈传力装置2包括多个具有外齿211的外圈摩擦片21和一个具有内齿 221的外鼓22；外鼓22套装在外圈摩擦片21外，外鼓22的内齿221与外圈摩擦片21的外齿211相配合；外鼓22与外圈摩擦片21沿轴向可以相对移动、沿圆周方向同步旋转。

外鼓22的一个端面上还设置有限制外圈摩擦片21轴向位置的台阶222和挡片23；台阶222挡住挡片23，限止其滑出外鼓22的端部；挡片23用于限制外圈摩擦片21的轴向位置，防止外圈摩擦片21滑出外鼓22。

2、内圈传力装置

内圈传力装置3包括多个具有内齿311的内圈摩擦片31和具有外齿321的内毂32；内毂32套装在内圈摩擦片31内，内毂32的外齿321与内圈摩擦片31的内齿311相配合；内毂32与内圈摩擦片31沿轴向可以相对移动、沿圆周方向同步旋转。

外圈传力装置2的外圈摩擦片21和内圈传力装置3的内圈摩擦片31沿轴向相间布置，且都位于外圈传力装置2的挡片23和离合限位装置1之间。

外圈传力片21和内圈传力片31构成摩擦元件。

3、离合限位装置

离合限位装置1主要包括与壳体固连的支撑主体11。

支撑主体11为圆环结构，用于限制外圈摩擦片21的轴向位置。在设计时，应保证支撑主体11压紧摩擦片时不与第二螺旋面偶件14干涉。为了使压紧力集中于摩擦片处以使传力效果更好，在支撑主体11的端面上加工一正对摩擦片方向伸出的环形凸起111；另外，由于设置了环形凸起111，使得在加工支撑主体11时，仅需保证环形凸起111的平面度即可，加工难度降低，工艺性更好。

4、自锁/超越控制装置

自锁/超越控制装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的配合面上沿圆周方向均匀设置有多个第一螺旋面 131；第二螺旋面偶件14的配合面上沿圆周方向均匀设置有与第一螺旋面131 数量相等、形状相适配的第二螺旋面141。第一螺旋面131和第二螺旋面141可以右旋也可以左旋，旋向与离合器传递扭矩的方向相关：参见图3、3a和3b，扭转力矩施加在内毂32上，在图示位置从左向右看，当在扭转力矩的作用下内毂32相对于支撑主体11有顺时针方向的旋转趋势时，若第一螺旋面131和第二螺旋面141右旋(图示的旋向即为右旋)，则在此力矩作用下超越离合器处于超越状态；若第一螺旋面131和第二螺旋面141左旋，则在此力矩作用下超越离合器处于锁止状态，内毂32上的扭矩通过内圈摩擦31、外圈摩擦21、与第二螺旋面偶件14固连的外鼓22和第一螺旋面偶件13向支撑主体11传递。

第一螺旋面偶件13和支撑主体11的中心旋转轴线重合，通过连接螺钉12连接于一体；第一螺旋面偶件13和支撑主体11之间有足够的空间容纳第二螺旋面偶件14；第二螺旋面偶件14与外圈传力装置2的外鼓22固连为一体件(实际实施时可在外鼓22的端面上加工第二螺旋面141，或者在固连于外鼓22上的挡片23远离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、支撑主体11和第一螺旋面偶件13所形成的空间内，且第二螺旋面偶件14相对于第一螺旋面偶件13能够作螺旋滑动。当第二螺旋面偶件14相对于第一螺旋面偶件13螺旋上升滑动一定距离时(此时第二螺旋面偶件14与第一螺旋面偶件13之间的空间有所增大)外圈摩擦片21和内圈摩擦片31互相压紧接合传递力矩。

支撑主体11和内毂32分别作为离合器的扭矩输出端和扭矩输入端；或者，支撑主体11和内毂32分别作为离合器的扭矩输入端和扭矩输出端。

4、附加离合控制装置

为了使超越离合器可控性更好，即在超越状态下可以控制是否需要传递扭矩，或者能够适用于液压系统无压力状态下需要传递扭矩的工况，本实用新型的超越离合器还包括附加离合控制装置。

所述附加离合控制装置包括设置在支撑主体11内的环形缸体、设置在环形缸体内的活塞15、设置在第一螺旋面偶件13和活塞15之间的压盘16、设置在压盘16和第一螺旋面偶件13之间的多个弹簧4；活塞15的一个端面和所述环形缸体之间构成密封油室S1；活塞15的另一个端面正对压盘16并和压盘16接触；压盘16和第二螺旋面偶件14上均设置有相互限位的台阶。

5、工作过程：

(1)向密封油室S1充油时，活塞15在液压推力作用下推动压盘16克服压紧弹簧4的弹簧力向远离第二螺旋面偶件14上的台阶移动，压紧弹簧4的弹簧力将不会施加到第二螺旋面偶件14上，此时该离合器为超越离合器：

符合超越条件时该离合器将进入超越工况；

符合锁止条件时该离合器将进入锁止工况。

(2)当密封油室S1泄压时，压紧弹簧4的弹簧力将压盘16和油缸S1的活塞15回位，同时第二螺旋面偶件14压向摩擦片，此时该离合器根据扭矩传递的方向分别起到超越离合器和普通离合器的作用：

当传递扭矩的方向符合进入超越状态条件时，该离合器为普通离合器，其传递扭矩大小取决于压紧弹簧4的弹簧力大小；

当传递扭矩的方向符合进入锁止状态条件时，该离合器进入锁止工况。

实施例2：

参见图4和图4a，摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器包括同中心旋转轴线布置的离合限位装置1、外圈传力装置2、内圈传力装置3以及用于控制离合器的摩擦片接合与分离的自锁/超越控制装置。外圈传力装置2和内圈传力装置3中一个与壳体H固连为固定组件，一个与齿轮保持架总成固连为转动组件。

1、外圈传力装置

外圈传力装置2包括多个具有外齿211的外圈摩擦片21和一个具有内齿 221的外鼓22；外鼓22套装在外圈摩擦片21外，外鼓22的内齿221与外圈摩擦片21的外齿211相配合；外鼓22与外圈摩擦片21沿轴向可以相对移动、沿圆周方向同步旋转。

2、内圈传力装置

内圈传力装置3包括多个具有内齿311的内圈摩擦片31和一个具有外齿 321的内毂32；内圈摩擦片31套装在内毂32外，内毂32的外齿321与内圈摩擦片31的内齿311相配合；内毂32与内圈摩擦片31沿轴向可以相对移动、沿圆周方向同步旋转。

内毂32上靠近其一个端部的外周上还设置有限制内圈摩擦片31轴向位置的台阶322和挡片33；台阶322挡住挡片33，限止挡片33滑出内毂32的端部；挡片33用于限制内圈摩擦片31的轴向位置，防止内圈摩擦片31滑出内毂32。

外圈摩擦片21和内圈传力装置3的内圈摩擦片31构成摩擦元件。

外圈传力装置2套装在内圈传力装置3外，外圈传力装置2的外圈摩擦片21 和内圈传力装置3的内圈摩擦片31沿轴向相间布置(外圈摩擦片和内圈摩擦片交替布置)，且都位于挡片33和离合限位装置1之间。

3、离合限位装置

离合限位装置1主要包括与变速装置的输入轴固连的支撑主体11。

支撑主体11为带颈圆环结构，其颈部为中空圆柱，其底部为沿径向向外的外伸圆环1111。

外伸圆环1111能够限制内圈摩擦片31的轴向位置，便于对摩擦片进行压紧。

中空圆柱的外周沿轴向依次设置有限位台阶112、用于在圆周方向传递扭矩的第一花键113以及限制装于所述中空圆柱上其他零件轴向位置的挡圈槽114，其中，限位台阶112靠近外伸圆环1111；中空圆柱的内周设置有用于向外传递动力的第二花键115。

4、自锁/超越控制装置

自锁/超越控制装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的配合面上沿圆周方向均匀设置有多个第一螺旋面 131；第二螺旋面偶件14的配合面上沿圆周方向均匀设置有与第一螺旋面131 数量相等、形状相适配的第二螺旋面141。第一螺旋面131和第二螺旋面141可以右旋也可以左旋，旋向与离合器传递扭矩的方向相关：参见图4、4a，扭转力矩施加在支撑主体11上，在图示位置从左向右看，当在扭转力矩的作用下支撑主体11相对于外鼓22有顺时针方向的旋转趋势时，若第一螺旋面131和第二螺旋面141右旋(图示的旋向即为右旋)，则在此力矩作用下超越离合器处于超越状态；若第一螺旋面131和第二螺旋面141左旋，则在此力矩作用下超越离合器处于锁止状态，支撑主体11上的扭矩通过第一螺旋面偶件13、与第二螺旋面偶件14固连的内毂32、内圈摩擦片31、外圈摩擦片21和外鼓22向外传递。

第一螺旋面偶件13通过其中心花键132套装在第一花键113上(端部螺旋面面向外伸圆环1111安装)，并靠在限位台阶112上，通过第一花键113和中央花键132配合，使第一螺旋面偶件13相对于支撑主体11无周向转动；挡圈12 安装在挡圈槽114中，挡圈12和限位台阶112共同固定第一螺旋面偶件13的轴向位置，使第一螺旋面偶件13相对于支撑主体11无轴向移动。

第二螺旋面偶件14安装于内毂32内并与内毂32固连为一体件(实际实施时可在内毂32的端面上加工第二螺旋面141，或者在固连于内毂32上的挡片33 远离摩擦元件的端面上加工第二螺旋面141)，整体通过第二螺旋面偶件14的中心孔142套装在支撑主体11上，并且第二螺旋面偶件14位于内毂32、支撑主体11和第一螺旋面偶件13所形成的空间内，且第二螺旋面偶件14相对于第一螺旋面偶件13能够作螺旋滑动。当第二螺旋面偶件14相对于第一螺旋面偶件 13螺旋上升滑动一定距离时(此时第二螺旋面偶件14与第一螺旋面偶件13之间的空间有所增大)外圈摩擦片21和内圈摩擦片31互相压紧接合传递力矩。

支撑主体11和外鼓22分别作为离合器的扭矩输入端和扭矩输出端；或者，支撑主体11和外鼓22分别作为离合器的扭矩输出端和扭矩输入端。

4、附加离合控制装置

为了使超越离合器可控性更好，即在超越状态下可以控制是否需要传递扭矩，或者能够适用于液压系统无压力状态下需要传递扭矩的工况，本实用新型的超越离合器还包括附加离合控制装置包括设置在外鼓22上的环形控制油缸；环形控制油缸包括缸体17和连接主体166以及设置在缸体17 和连接主体166之间的压盘155；压盘155的横截面近似为U型；压盘155 的底部端面和连接主体166之间设置有多个弹簧4；压盘155的其中一个顶部被容纳于缸体7中，构成环形控制油缸的活塞，且该顶部端面和缸体17之间构成密封油室S2；压盘155的另一个顶部端面用于压紧内圈摩擦片31和外圈摩擦片21。

5、工作过程：

(1)向密封油室S2充油时，液压推力克服压紧弹簧4的弹簧力将第二螺旋面偶件14推向远离摩擦元件的方向，此时该组合式离合器是一个超越离合器：符合超越条件时该离合器将进入超越工况；符合锁止条件时该离合器将进入锁止工况。

(2)密封油室S2泄压时，压紧弹簧4的弹簧力将压盘155回位，同时压盘155压向摩擦元件，此时该离合器根据扭矩传递的方向分别起到超越离合器和普通离合器的作用：

当传递扭矩的方向符合进入超越状态条件时，该离合器起普通离合器作用，其传递扭矩大小取决于压紧弹簧4的弹簧力大小；

当传递扭矩的方向符合进入锁止状态条件时，该离合器将进入锁止工况，该组合式离合器起超越离合器作用。

最后，通过对本实用新型所提供的超越离合器进行受力分析来说明本实用新型超越离合器螺旋面偶件自锁和自动解锁的条件。

这里取一对螺旋面代表螺旋面偶件来进行说明。

如图7(a)所示，图中锲块相当于第二螺旋面偶件14，图中斜面相当于第一螺旋面偶件13，斜面的倾斜角β为螺旋面偶件螺旋面有效接触部分的平均螺旋角，F为超越离合器传递扭矩换算到“平均螺旋角β”所在的圆周上的作用力，F的方向为该圆周上力的作用点处的切线方向。

图7(b)所示为超越离合器锁止时锲块的受力示意图，图7(c)所示为超越离合器解锁工况时锲块的受力示意图；f为相间布置的外圈传力装置的外齿摩擦片21和内圈传力装置的内齿摩擦片31间的摩擦扭矩换算到“平均螺旋角β”所在的圆周上的摩擦力；摩擦片摩擦副间的摩擦系数为μ；f＇为螺旋面偶件间的摩擦扭矩换算到“平均螺旋角β”所在的圆周上的摩擦力；螺旋面偶件间的摩擦系数为μ＇；n为内圈摩擦片、外圈摩擦片的有效片数中的小值，N为施加到相间布置的摩擦片间的正压力，S为螺旋面偶件配合面间的正压力。

对于锁止工况，用下列方程式求得临界状态时的“平均螺旋角β”：

f＝μ×N

f'＝μ'×S

2(n-1)f+f-f'cosβ-Ssinβ＝0

N-f'sinβ-Scosβ＝0

对于解锁工况，用下列方程式求得临界状态是的“平均螺旋角β”：

f＝μ×N

f'＝μ'×S

f+f'cosβ-Ssinβ＝0

N-f'sinβ-Scosβ＝0

因此，既要使得本实用新型超越离合器螺旋面偶件产生自锁，又能保证螺旋面偶件自动解锁，应该满足如下条件：

Claims (12)

1.一种二挡变速装置，包括输入轴(50)、齿轮机构(5)和输出轴(59)以及包容变速装置的外壳体(H)；其特征在于：所述齿轮机构(5)包括固定安装在输入轴(50)上的输入齿轮(51)，由中间轴(55)、第一中间轴齿轮(52)和第二中间轴齿轮(53)构成的多组中间轴齿轮总成，固定安装在输出轴(59)上的输出齿轮(54)，以及由前保持架(56)和后保持架(57)固连构成的具有一个空腔的齿轮保持架总成；所述输入齿轮(51)、齿轮保持架总成和输出齿轮(54)三者同轴设置并且两两之间能相对转动；所述输入齿轮(51)和多个第一中间轴齿轮(52)啮合，所述输出齿轮(54)和多个第二中间轴齿轮(53)啮合，输入齿轮(51)、第一中间轴齿轮(52)、第二中间轴齿轮(53)和输出齿轮(54)都位于所述空腔中；第一中间轴齿轮(52)和第二中间轴齿轮(53)同轴并排互相固定，并通过中间轴(55)可旋转地安装于齿轮保持架总成的空腔中；多个中间轴(55)的两端均被前保持架(56)和后保持架(57)支撑；所述变速装置还包括C离合器(6)和B离合器(G1)；所述C离合器(6)包括主动组件和从动组件，主动组件与输入轴(50)固连，从动组件与齿轮保持架总成固连；所述B离合器(G1)包括转动组件和固定组件，转动组件与齿轮保持架总成固连，固定组件与外壳体(H)固连；所述C离合器的锁止和B离合器的锁止只能择一进行。

2.根据权利要求1所述的二挡变速装置，其特征在于：所述齿轮机构(5)的传动比大于1时，所述C离合器为普通离合器，B离合器为超越离合器；在转动组件相对固定组件的转动方向与输入轴(50)的转动方向一致时，超越离合器处于超越状态；反之，超越离合器处于锁止状态；所述齿轮机构(5)的传动比小于1时，所述B离合器为普通离合器，C离合器为超越离合器；在主动组件相对从动组件的转动方向与输入轴(50)的转动方向一致时，超越离合器处于超越状态；反之，超越离合器处于锁止状态。

3.根据权利要求2所述的二挡变速装置，其特征在于：所述超越离合器为摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器,包括设置于同一旋转轴线上的离合限位装置(1)、外圈传力装置(2)、内圈传力装置(3)和自锁/超越控制装置；外圈传力装置(2)和内圈传力装置(3)中一个为固定组件，另一个为转动组件；外圈传力装置(2)包括外鼓(22)和设置在外鼓内的多个外圈摩擦片(21)，外圈摩擦片(21)沿轴向相对于外鼓能作相对滑动，沿周向与外鼓同步旋转；内圈传力装置(3)包括内毂(32)和设置在内毂外的多个内圈摩擦片(31)，内圈摩擦片(31)沿轴向相对于内毂(32)能作相对滑动，沿周向与内毂同步旋转；外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)构成摩擦元件；多个外圈摩擦片(21)和多个内圈摩擦片(31)沿轴向交替布置；所述离合限位装置(1)包括与壳体(H)固连的支撑主体(11)；所述自锁/超越控制装置用于控制外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)的分与合；所述自锁/超越控制装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)上设置有第一螺旋面(131)；第二螺旋面偶件(14)上设置有与第一螺旋面(131)相配合的第二螺旋面(141)；所述第一螺旋面偶件(13)与所述支撑主体(11)固连，第二螺旋面偶件(14)与所述外鼓(22)固连；第二螺旋面偶件(14)位于支撑主体(11)和第一螺旋面偶件(13)之间，且第二螺旋面偶件(14)相对于所述第一螺旋面偶件(13)能作螺旋滑动；支撑主体(11)和内毂(32)分别作为离合器的两个传力端。

4.根据权利要求3所述的二挡变速装置，其特征在于：所述支撑主体(11)为圆环结构，支撑主体(11)用于限制外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)的轴向位置。

5.根据权利要求4所述的二挡变速装置，其特征在于：所述支撑主体(11)的端面上设置有向摩擦片方向伸出的环形凸起(111)，环形凸起(111)的位置与外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)的接触面相对应。

6.根据权利要求3所述的二挡变速装置，其特征在于：所述超越离合器还包括附加离合控制装置；所述附加离合控制装置包括设置在支撑主体(11)内的环形缸体、设置在环形缸体内的活塞(15)、设置在第一螺旋面偶件(13)和活塞(15)之间的压盘(16)、设置在压盘(16)和第一螺旋面偶件(13)之间的多个弹簧(4)；所述活塞(15)的一个端面和所述环形缸体之间构成密封油室(S1)；所述活塞(15)的另一个端面正对所述压盘(16)并和压盘(16)接触；所述压盘(16)和第二螺旋面偶件(14)上均设置有相互限位的台阶。

7.根据权利要求3、4、5或6所述的二挡变速装置，其特征在于：所述第一螺旋面偶件(13)、第二螺旋面偶件(14)、外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)满足如下条件：

式中，β为两个螺旋面偶件的螺旋面有效接触部分的平均螺旋角；

μ为外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)摩擦副间的摩擦系数；

μ＇为两个螺旋面偶件的螺旋面间的摩擦系数；

n为内圈摩擦片、外圈摩擦片的有效片数中的小值。

8.根据权利要求2所述的二挡变速装置，其特征在于：所述超越离合器为摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器,包括设置于同一旋转轴线上的离合限位装置(1)、外圈传力装置(2)和内圈传力装置(3)和自锁/超越控制装置；外圈传力装置(2)和内圈传力装置(3)中一个为固定组件，另一个为转动组件；外圈传力装置(2)包括外鼓(22)和设置在外鼓内的多个外圈摩擦片(21)，外圈摩擦片(21)沿轴向相对于外鼓能作相对滑动，沿周向与外鼓同步旋转；内圈传力装置(3)包括内毂(32)和设置在内毂外的多个内圈摩擦片(31)，内圈摩擦片(31)沿轴向相对于内毂(32)能作相对滑动，沿周向与内毂同步旋转；外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)构成摩擦元件；多个外圈摩擦片(21)和多个内圈摩擦片(31)沿轴向交替布置；所述离合限位装置(1)包括与变速装置输入轴固连的支撑主体(11)；所述自锁/超越控制装置用于控制外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)的分与合；所述自锁/超越控制装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)上设置有第一螺旋面(131)；第二螺旋面偶件(14)的上设置有与第一螺旋面(131)相配合的第二螺旋面(141)；第一螺旋面偶件(13)与支撑主体(11)固连，第二螺旋面偶件(14)与内毂(32)固连；第二螺旋面偶件(14)位于支撑主体(11)和第一螺旋面偶件(13)之间，且第二螺旋面偶件(14)相对于所述第一螺旋面偶件(13)螺旋滑动；支撑主体(11)和外鼓(22)分别作为离合器的两个传力端。

9.根据权利要求8所述的二挡变速装置，其特征在于：所述离合限位装置(1)还包括挡圈(12)；所述支撑主体(11)为带颈圆环结构，其颈部为中空圆柱，其底部为外伸圆环(1111)；支撑主体(11)的颈部外侧面设置有挡圈槽(114)和限位台阶(112)；挡圈(12)设置在挡圈槽(114)内；挡圈(12)和限位台阶(112)用于固定第一螺旋面偶件(13)的轴向位置；支撑主体(11)的圆环用于限制内圈摩擦片(31)的轴向位置。

10.根据权利要求8或9所述的二挡变速装置，其特征在于：所述超越离合器还包括附加离合控制装置，所述附加离合控制装置包括设置在外鼓(22)上的环形控制油缸；所述环形控制油缸包括缸体(17)和连接主体(166)以及设置在缸体(17)和连接主体(166)之间的压盘(155)；连接主体(166)与壳体(H)固连；压盘(155)的横截面近似为U型；所述压盘(155)的底部端面和连接主体(166)之间设置有多个弹簧(4)；所述压盘(155)的其中一个顶部被容纳于缸体(7)中，构成环形控制油缸的活塞，顶部端面和缸体(17)之间构成密封油室(S2)；所述压盘(155)的另一个顶部端面用于压紧内圈摩擦片(31)。

11.根据权利要求8或9所述的二挡变速装置，其特征在于：所述第一螺旋面偶件(13)、第二螺旋面偶件(14)、外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)满足如下条件：

式中，β为两个螺旋面偶件的螺旋面有效接触部分的平均螺旋角；

μ为外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)摩擦副间的摩擦系数；

μ＇为两个螺旋面偶件的螺旋面间的摩擦系数；

n为内圈摩擦片、外圈摩擦片的有效片数中的小值。

12.采用权利要求1至11任一所述的二挡变速装置组成的多挡变速器，其特征在于：包括N个二挡变速装置，所述N个二挡变速装置串联构成挡位数为2^N的多挡变速器，其中第一个二挡变速装置的输入端为所述多挡变速器的输入端，第N个二挡变速装置的输出端为所述多挡变速器的输出端。