CN100451400C - 不间断动力的齿轮变速器 - Google Patents

Abstract

本发明有基座或齿轮箱体，基座或齿轮箱体通过轴承设置至少两根轴，轴通过齿轮联接构成齿轮机构，从输入轴到输出轴含有至少两档圆形齿轮机构，还含有非圆齿轮机构，同转向输出的两档圆形齿轮机构和与其同转向输出的一个非圆齿轮机构对应配置；两档的两个圆形齿轮机构和对应的一个非圆齿轮机构，每个齿轮机构都有一个齿轮与转轴或者轴与轴通过超越离合器联接；超越离合器带有操纵机构。用非圆齿轮角速度增高或降低的过程来过渡两档由低到高或由高到低的变速，同时自动结合分离，实现不间断动力的齿轮变速。非圆齿轮机构最大传动比大于低速档传动比，最小传动比小于高速档传动比时，齿轮变速更加可靠平稳。

Description

不间断动力的齿轮变速器

技术领域：

本发明涉及一种多档齿轮变速器，特别是在不需切断动力就可以换档改变传动比的齿轮变速器。

背景技术：

已有的齿轮变速器，为有级式变速器，可按构造分为：移动齿轮式、常啮合齿轮式和行星齿轮式三种。这些齿轮变速器都有基座或齿轮箱体，基座或齿轮箱体通过轴承设置着包括输入轴和输出轴在内的至少两根轴，轴带有圆形齿轮，从输入轴到输出轴构成了至少两档圆形齿轮机构的传动排档。某些变传动比传动的非圆齿轮机构，是在主动轴和从动轴设有相互啮合的非圆齿轮或设置相互啮合的非圆齿轮和其他成对圆形齿轮的组合，构成了变传动比的非圆齿轮机构。齿轮机构为一对齿轮的，输入轴、输出轴或与输入轴、输出轴同轴线联接的轴即为主动齿轮轴、从动齿轮轴，齿轮直接设置在输入轴或输出轴，或者齿轮设置在与输入轴、输出轴同轴线联接的转轴，转轴通过操纵离合器与输入轴或输出轴联接。对于齿轮机构为两个以上的齿轮构成的，相互啮合的齿轮要有设置在中间轴的。对于常啮合齿轮式变速器，每档的圆形齿轮机构中都有一个齿轮与转轴之间通过操纵离合器(如拨档套或啮合套)联接或者轴与轴之间通过操纵离合器联接。操纵离合器分别通过换档拨杆等联动的离合器操纵机构来操纵。同时操纵离合器之间还可以设有联动机构，使某档的操纵离合器接合、其它档的操纵离合器分离，实现以某档齿轮机构的定传动比传递动力。换档时要将齿轮变速器与动力部分切断。已有的单向传递反馈可控传动机构和钢带离合器，是在离合器片总成到变速箱一轴齿轮的传动链设置单向传递扭矩机构，但是这种机构在变速过程，也还要断开动力的传递。自动档的有级齿轮变速器，是相互啮合的行星齿轮机构，通过气压或液压控制系统的离合器操纵机构，控制同转向输出的两档离合器同时动作，一个档的离合器接合，另一个档的离合器分离，形成换档。换档过程要么同时存在两种传动比的半联动传动，造成无用功耗，要么两个离合器有同时分离状态。再加上该系统中的液力偶合器和液力变扭器在一定转速范围内传动效率极低，所以制造成本高、操纵复杂、浪费能源。

发明内容：

本发明就是要解决齿轮变速器在变速过程要间断动力传递或者存在两档相互叠加而增加动力损耗的问题，提供一种传动效率高的，不间断动力的齿轮变速器。

本发明的不间断动力的齿轮变速器，有基座或齿轮箱体，基座或齿轮箱体通过轴承设置了包括输入轴、输出轴在内的至少两根轴，轴之间通过常啮合的齿轮传动联接，构成齿轮机构，从输入轴到输出轴含有同转向输出的至少两个档的圆形齿轮机构。本发明的特有的特征在于：从输入轴到输出轴还并列含有作为过渡档用的非圆齿轮机构，而且同转向输出的相邻两个档的两个圆形齿轮机构和与其同转向输出的一个过渡档的非圆齿轮机构是对应配置的；相邻两档的两个圆形齿轮机构和与其对应配置的一个过渡档的非圆齿轮机构中，每个齿轮机构的传动链都含有超越离合器，也就是每个齿轮机构都有一个齿轮与转轴之间或轴与轴之间通过超越离合器联接；超越离合器还带有离合器操纵机构(以下可以简称操纵机构)。本发明是同转向输出的两档之间的不间断动力的变速换档，下面即使没有特意指明是同转向输出的，只要是两档圆形齿轮机构和对应配置的非圆齿轮机构的关系都是同转向输出的。一般所称的一档、二档、三档等，都是同转向输出的圆形齿轮机构从低速档向高速档排列的顺序。最低的一档超越离合器是单向超越离合器的，可以不带有离合器操纵机构。像操纵已有的操纵离合器一样，通过操纵与已有的离合器操纵机构相当的操纵机构，使超越离合器实时工作。操纵机构是控制超越离合器的接合元件，通过操纵机构对接合元件的作用，控制超越离合器是否处于工作状态。超越离合器自动分离、自动接合的功能及过程在这里称之为工作状态。通过操纵机构使超越离合器保持着分离状态，超越离合器就不能正常自动接合，称之为处于非工作状态；相反通过操纵机构可以恢复超越离合器处于工作状态。本发明齿轮变速器构成各档圆形齿轮机构及并列的过渡档非圆齿轮机构像已有的齿轮机构一样。同已有的齿轮变速器不相同的地方是，并列增加了做为过渡档的非圆齿轮机构，将已有各档传动链中的齿轮与转轴或轴与轴之间通过操纵离合器(如拨档套或啮合套等)联接，改成通过带有操纵机构的超越离合器联接。作为过渡档非圆齿轮机构传动链也同样含有带有操纵机构的超越离合器。利用非圆齿轮机构连续变化传动比传动的特性，来过渡两档圆形齿轮机构的换档，并且利用超越离合器自动接合、自动分离的特性实现同步转换，该非圆齿轮机构可以称作过渡档。需要从起始档向另一相对较小传动比或较大传动比的目的档变速时，将与起始档、目的档这相邻两档对应配置的过渡档的超越离合器恢复工作状态。该过渡档变化的传动比处于要小于或小于起始档传动比时，过渡档的超越离合器就能自动接合开始接替起始档传递动力，并同时使起始档的超越离合器自动分离；过渡档连续减小传动比或连续增大传动比后，将目的档的超越离合器恢复工作状态，当过渡档变化的传动比处于要大于或大于目的档传动比时，目的档的超越离合器就能自动接合开始接替传递动力，并同时使过渡档的超越离合器自动分离。这样就实现了不间断动力的换档变速，而且过渡档在接替起始档传递动力时传动比与起始档相当，交给目的档传递动力时传动比与目的档相当。起始档、过渡档的超越离合器自动分离后，需要时可以通过各自的操纵机构保持分离状态，以保证变换后动力传递的持续性。

本发明的齿轮变速器大多数情况是所有的变速排档都是采用圆形齿轮机构，也就是至少两档圆形齿轮机构。对于两档以上的本发明的齿轮变速器，即使是有一个档为输入轴和输出轴直接联接输出的直接档，也至少有两档的传动机构是采用圆形齿轮机构。有的齿轮变速器中虽然含有直接档的，但这个直接档可以视为是用1∶1传动比的圆形齿轮机构传动输出的档。这个直接档和其它档形成的相邻两档也可以对应配置作为过渡档的非圆齿轮机构，实现本发明的不间断动力的换档过程。所以用两档的两个圆形齿轮机构和对应配置的一个过渡档非圆齿轮机构做为本发明最基本的结构形式，形成的工作过程也是其它多种组合的形式中各档之间通过对应配置的非圆齿轮机构做过渡换档来过渡换档变速的基本过程。每档圆形齿轮机构或做为过渡档的非圆齿轮机构一般由一对齿轮构成，也可以由两个以上的齿轮构成齿轮机构，做为过渡档的非圆齿轮机构还可以由一对非圆齿轮和其它成对的圆形齿轮组合构成。基座或齿轮箱体可以通过轴承设置着两根轴，即输入轴、输出轴，常啮合的齿轮设置在输入轴、输出轴，输入轴、输出轴直接带有啮合齿轮，输入轴、输出轴之间通过常啮合的齿轮传动，构成齿轮机构；也可以是包含输入轴、输出轴和中间轴的多根轴，可以有设置一个以上齿轮的转轴，还可以有设置过渡齿轮的心轴，齿轮可以直接设置在输入轴、输出轴，也可以是设置齿轮的中间轴与输入轴或输出轴联接，构成从输入轴到输出轴传动的齿轮机构。每个齿轮机构都有一个齿轮与转轴或轴与轴之间通过超越离合器联接，可以是每个齿轮机构的主动齿轮与转轴通过超越离合器联接，或者每个齿轮机构的一个从动齿轮与转轴通过超越离合器联接，或者各齿轮机构有的主动齿轮与转轴通过超越离合器联接、有的从动齿轮与转轴通过超越离合器联接，还可以有的并排的过桥齿轮(也有的称过桥轮或惰轮的)中的一个齿轮与转轴通过超越离合器联接、有的齿轮轴与输出轴之间或齿轮轴与输入轴之间或齿轮轴与齿轮轴之间或输入轴与输出轴之间通过超越离合器连接。

相邻两档圆形齿轮机构或相邻两档的两个圆形齿轮机构是指，在输入轴、输出轴之间以同转向输出的两个传动机构或圆形齿轮机构，而且最好是传动比相差比较小、传动比比较邻近的两档：如最好是一档圆形齿轮机构和二档圆形齿轮机构、二档圆形齿轮机构和三档圆形齿轮机构、三档圆形齿轮机构和四档圆形齿轮机构这样以此类推的相邻两档：也可以是一档圆形齿轮机构和三档圆形齿轮机构、二档圆形齿轮机构和四档圆形齿轮机构、三档圆形齿轮机构和五档圆形齿轮机构这样以此类推的两档：还可以是传动比相差更大的任意两档。相邻两档圆形齿轮机构中，相对传动比大的档称为低速档，相对传动比小的档称为高速档。同转向输出的相邻两个档的两个圆形齿轮机构和与其同转向输出的一个过渡档的非圆齿轮机构是对应配置，或者相邻两档圆形齿轮机构和对应配置的一个非圆齿轮机构是指，从输入轴到输出轴，同转向输出的相邻两个排档的圆形齿轮机构，对应配置着与这两档圆形齿轮机构同转向输出的一个过渡排档的非圆齿轮机构，非圆齿轮机构的传动比范围可以介于相邻两档圆形齿轮机构的传动比之间或跨越两档圆形齿轮机构的传动比；也可以是非圆齿轮机构的最大传动比略小于或等于或大于与其对应配置的两档圆形齿轮机构中相对低速档圆形齿轮机构的传动比，非圆齿轮机构的最小传动比小于或等于或略大于与其对应配置的两档圆形齿轮机构中相对高速档圆形齿轮机构传动比；也可以说是相邻两档圆形齿轮机构中相对低速档的传动比小于或等于或略大于与其对应配置的非圆齿轮机构的最大传动比，相邻两档圆形齿轮机构中相对高速档的传动比大于或等于或略小于与其对应配置的非圆齿轮机构的最小传动比。对于相邻两档圆形齿轮机构和对应配置的非圆齿轮机构都是由一对齿轮或相当于一对齿轮构成的情况下，非圆齿轮机构的主动齿轮节曲线最小向径小于或等于或略大于相邻两档圆形齿轮机构中低速档齿轮组主动齿轮的节圆半径，非圆齿轮机构的主动齿轮节曲线最大向径大于或等于或略小于相邻两档圆形齿轮机构中高速档齿轮组主动齿轮的节圆半径。相邻两档的两个圆形齿轮机构与一个过渡档的非圆齿轮机构是对应配置的，是指的一种对应关系，它们可以并排设置在一起，也可以相隔其它齿轮机构设置，还可以和其它的齿轮机构的部分齿轮混合设置，只要保证从输入轴到输出轴含有对应的这些齿轮机构存在即可。

下面为了叙述的简便，所称圆形齿轮的半径是指节圆半径，涉及到非圆齿轮的半径是指节曲线向径。下面叙述的各齿轮的半径关系都是各齿轮机构的主动齿轮半径之间的关系，从动齿轮之间的半径关系正好同主动齿轮之间的半径关系相反。下面先以两根轴之间带有两档两个圆形齿轮机构及一个对应的过渡档非圆齿轮机构，并以齿轮机构为一对齿轮的基本结构进行描述(参见附图1、2)。通过轴承设置着两根以上的轴的，两档以上的多档圆形齿轮机构变速器任意相邻两档之间的变速采用本发明基本结构的，齿轮机构是两只以上齿轮啮合构成的，这些多种情况或这些情况组合的变速过程都是与基本结构相类似，可以类推。为了描述的简便，以每档齿轮机构的超越离合器都设置在主动轴(输入轴)与相应的主动齿轮之间来描述。将每档齿轮机构的超越离合器都设置在从动轴(输出轴)与从动齿轮之间，或者有的设置在主动轴与主动齿轮之间、有的设置在从动轴与从动齿轮之间、有的设置在轴与轴之间，形成的变速过程及结果都是相同的，只是有的超越离合器的工作过程是在从动轴与从动齿轮之间或轴与轴之间进行的。每个齿轮机构最好只有一个齿轮与转轴通过超越离合器联接，每个齿轮机构的另一齿轮与轴之间一般是固定联接。如果每个齿轮机构另外的齿轮与轴之间也要通过超越离合器联接是可以的，形成超越离合器的重叠功能，还要带有相应的操纵机构，增加了机构的复杂性。

在齿轮变速器稳定传递动力时，其中一个档的圆形齿轮机构的超越离合器接合，保持这个档圆形齿轮机构传递动力；其它齿轮机构的超越离合器自动分离(既超越)或在操纵机构控制下处于分离状态(非工作状态)，这些齿轮机构的齿轮相互啮合，但不传递动力。从这个档向相邻档变速，也就是在相邻两档的圆形齿轮机构之间进行换档。如从这个档向相邻相对高速档变速，就是从低速档向相邻的高速档换档；这两档圆形齿轮机构对应配置的非圆齿轮机构主动齿轮啮合到最小半径(处于最大的传动比，以下相同)附近时，就可以通过操纵机构使非圆齿轮机构的超越离合器处于工作状态。该非圆齿轮机构主动齿轮的最小半径大于低速档主动齿轮半径，或其啮合半径增加到要大于低速档主动齿轮半径，也就是最大传动比小于低速档传动比或其传动比变化到要小于低速档传动比，非圆齿轮机构的超越离合器就自动接合增速传递动力，并同时自动使低速档的超越离合器处于分离状态。在该非圆齿轮机构增速传递动力后期，非圆齿轮机构的主动齿轮啮合到最大半径(处于最小的传动比，以下相同)附近时，通过高速档的操纵机构使高速档的超越离合器处于工作状态。非圆齿轮机构主动齿轮的最大半径小于高速档主动齿轮半径，或其啮合半径减到要小于高速档主动齿轮半径时，也就是最小传动比大于高速档传动比或其传动比变化到要大于高速档传动比，高速档的超越离合器就自动接合传递动力，并自动使非圆齿轮机构的超越离合器处于分离状态，实现可以不间断动力的换档。如果非圆齿轮机构主动齿轮最大半径大于高速档主动齿轮半径，在换档后可以通过非圆齿轮机构的操纵机构控制其超越离合器处于分离状态，以保持着高速档连续稳定传递动力。从这个高速档向相邻的低速档换档，过程正好相反，只是这两档圆形齿轮机构对应配置的非圆齿轮机构的主动齿轮最小半径最好小于低速档主动齿轮半径、最大半径最好大于高速档主动齿轮半径，也就是非圆齿轮机构的最大传动比最好大于低速档的传动比、最小传动比最好小于高速档的传动比。利用非圆齿轮机构具有变化的传动比即非等角速传动的特性和超越离合器自动离合的特性，用非圆齿轮机构传动比降低过程即从动非圆齿轮角速度增高的传递过程来过渡两档圆形齿轮机构之间由低到高的变速，用非圆齿轮机构传动比增加过程即从动非圆齿轮角速度降低的传递过程来过渡两档圆形齿轮机构之间由高到低的变速，使变速过程保持着动力的传递，实现了不间断动力的齿轮变速。

从非圆齿轮机构的从动齿轮的角速度来看，由高速档向低速档变速，使非圆齿轮机构的超越离合器处于工作状态的待接合状态，非圆齿轮机构的从动齿轮角速度升高到与高速档从动齿轮相同并要大于时，非圆齿轮机构的超越离合器就会自动接合并使高速档的超越离合器自动分离，用高速档的操纵机构使高速档的超越离合器保持分离状态；在非圆齿轮机构的从动齿轮角速度降低后期，角速度降低到与低速档的从动齿轮相同并要小于时，低速档的超越离合器自动处于接合状态，并使非圆齿轮机构的超越离合器自动分离，用非圆齿轮机构的操纵机构使其超越离合器保持分离状态。所以说，在相邻两档圆形齿轮机构和对应配置的非圆齿轮机构中，非圆齿轮机构的主动齿轮节曲线最小向径最好小于相邻两档圆形齿轮机构中低速档齿轮组主动齿轮的节圆半径，非圆齿轮机构的主动齿轮节曲线最大向径最好大于相邻两档圆形齿轮机构中高速档齿轮组主动齿轮的节圆半径。在齿轮机构由一对齿轮构成或由两个以上的齿轮构成的，在相邻两档圆形齿轮机构和对应配置的非圆齿轮机构中，最好是非圆齿轮机构的最大传动比大于与其对应配置的圆形齿轮机构中相对低速档的传动比，非圆齿轮机构的最小传动比小于与其对应配置的圆形齿轮机构中相对高速档的传动比；也就是相邻两档圆形齿轮机构中相对低速档的传动比小于与其对应配置的非圆齿轮机构的最大传动比，相邻两档圆形齿轮机构中相对高速档的传动比大于与其对应配置的非圆齿轮机构的最小传动比。这样使得齿轮之间的动力转换更加容易和平稳，可以消除换档的冲击性。非圆齿轮机构的主动齿轮最大半径等于或略小于高速档主动齿轮半径的，在使非圆齿轮机构超越离合器处于待接合状态，非圆齿轮机构主动齿轮半径啮合到最大半径时，利用高速档的操纵机构使高速档的超越离合器分离并处于分离状态。由于非圆齿轮机构的主动齿轮最大半径等于或接近高速档主动齿轮半径，高速档的超越离合器分离便可以使非圆齿轮超越离合器处于接合状态开始减速传递动力，但不如非圆齿轮机构的主动齿轮最大半径大于高速档主动齿轮半径的平稳和顺利。同样，当非圆齿轮机构的主动齿轮最小半径等于或略大于低速档主动齿轮半径的，先使低速档齿轮机构超越离合器处于待接合状态，非圆齿轮机构主动齿轮半径啮合到最小半径时，利用非圆齿轮机构的操纵机构使非圆齿轮机构的超越离合器分离并处于分离状态。由于非圆齿轮机构的主动齿轮最小半径等于或接近低速档主动齿轮半径，非圆齿轮机构的超越离合器分离便可以使低速档超越离合器处于接合状态，但不如非圆齿轮机构的主动齿轮最小半径小于低速档主动齿轮半径的平稳和顺利。

如果每相邻两档圆形齿轮机构都对应配置一个过渡档的非圆齿轮机构，都可以利用自动接合、自动分离的超越离合器及操纵机构，进行着动力传递的档位变换。改变转向的档位之间的换档，如汽车的前进档和倒档之间，不适用本发明的技术方案。如果倒档为两档以上的多位档的，倒档各档之间的换档也可以采用本发明的基本结构。在同转向输出的任意两档圆形齿轮机构之间的换档方式都可以采用本发明的基本结构的技术方案，个别场合为了能够大跨度的不间断动力的换档，传动比相差比较大的两档圆形齿轮机构对应配置着一过渡档的非圆齿轮机构，对应的非圆齿轮机构的传动比范围最好是跨越两档圆形齿轮机构的传动比。档位之间也可以用其它的变速换档结构，如最高速档和其相邻的档之间可以用手动操纵离合器的方式进行换档。

操纵机构可以根据不同的超越离合器选用不同的操纵机构，对于已有棘轮超越离合器、转键超越离合器、滚珠或滚柱或楔块等摩擦式超越离合器可以选用已有的操纵机构，如拨动棘爪或棘爪弹簧的杆(参见图34、35)，控制转键的关闭器和尾板连杆机构及弹簧等，控制滚珠或滚柱或楔块的拨爪机构等；可以选用本申请人以前申请的单向传递反馈可控的传动机构中的超越离合器(单向啮合器)的操纵机构和钢带单向啮合器的操纵机构；还可以设计新的操纵机构。像已有离合器操纵机构操作过程一样，如带操纵机构的棘轮式超越离合器(也称操纵式棘轮离合器)是用杆及连动机构等限制或恢复棘爪与棘齿接合，转键超越离合器(也称转键离合器)的转键操纵机构控制转键的转动位置，钢带离合器(钢带超越离合器)的操纵机构或压力机构的控制结构来控制对钢带端的施压，单向传递反馈可控的传动机构中的超越离合器(单向啮合器)操纵机构控制是否处于工作状态。还可以用已有离合器操纵机构的分离杠杆端插入或退出摩擦式超越离合器的接合元件滚珠、滚柱、楔块等侧面位置，来控制这些接合元件处于分离状态或恢复其自动接合和自动分离的状态。用操纵机构的分离杆端插入或退出摩擦式超越离合器的拨爪相对星轮(见图23、24、25，带凹圆弧的环也相同，参见图42、43、44)摆动位置，通过拨爪间接控制接合元件滚珠、滚柱、楔块等侧面位置，来控制这些接合元件处于分离状态或恢复工作状态。对于双向超越离合器的使用，更需要用操纵机构来控制实现某个方向的工作状态(参见图23、24、25)，也就是操纵机构控双向超越离合器保持某个方向或双向的分离状态。控制超越离合器的操纵机构实现换档，同操纵变速杆控制着操纵离合器一样，只是产生的效果有所差别。已有换档是操纵变速杆，动作操纵离合器，直接使齿轮与齿轮轴或齿轮轴与相对的轴接合、分离。本发明操纵机构动作超越离合器后，超越离合器要达到条件时才使齿轮与轴或轴与轴之间自动接合、自动分离，而且是相互接替传递动力的齿轮机构的超越离合器接合、分离自动同步进行，交替齿轮机构传动比相当。所以说本发明能保持传递动力不间断，而且不产生重叠传动的能耗，节省动力及能源。

对于转速比较慢，齿轮变速器结构比较大时，可以通过人工驱动操纵机构来控制超越离合器，如人工拨动棘爪或转键或拨爪，使棘爪与棘齿接合、不接合，使转键与外轴套的键槽接合、不接合，插入限制拨爪位置的销来使摩擦式超越离合器的滚柱等处于、不处于工作状态。对于转速比较快，齿轮变速器结构比较小，或者要求控制比较准确的齿轮变速器，人工操纵操纵机构，同已有技术一样，还可以通过机械传动机构控制，也可以通过液压机构、气压机构控制，还可以用电控制电机、电磁铁等机构控制超越离合器保持超越的分离状态，或者控制恢复超越离合器原有的工作状态；可以设置电动件、液压件、气动件，用这些驱动件驱动操纵机构来改变棘爪、转键、滚珠、滚柱、契块等状态，也可以用这些驱动件带动操纵机构，以使超越离合器是处于非工作状态，还是处于正常工作状态。为了使相邻两档圆形齿轮机构及配置的非圆齿轮机构的超越操纵机构更协调地按上述的过程工作，相邻两档齿轮组及配置的非圆齿轮机构的各超越操纵机构之间最好像已有技术一样设有联动机构，以便按照先后程序动作。操纵机构可以形成电磁操纵机构或液压操纵机构或气压操纵机构，电磁操纵机构之间或者液压操纵机构之间或者气压操纵机构之间联有程控的联动机构，更能准确控制超越离合。联动机构通过传感器或传感机构控制，还能很容易实现自动换档。

如类似汽车这样需要高速行驶情况，所使用的不间断动力的齿轮变速器，像已有的齿轮变速器一样，每相邻两档圆形齿轮机构起始档、目的档及对应过渡档的超越离合器操纵机构之间最好带有按照控制程序控制的联动机构，以便按照设定好的步骤，连续带动控制各超越离合器的状态。这样要比人工直接按时控制操纵机构更加准确和更加可靠。可以相邻两档圆形齿轮机构的操纵机构及相应非圆齿轮机构的操纵机构之间单独设置联动机构，也可以把各联动机构联接成整体的联动机构。

所谓非圆齿轮机构，就是至少由一对相对啮合的偏心齿轮和椭圆齿轮、方齿轮等齿轮构成的，在传动过程中主动齿轮等角速转动则输出的从动齿轮的转动是非等角速转动的，角速度逐渐变小又逐渐变大或逐渐变大又逐渐变小或者几个逐渐变大又逐渐变小过程。在一圈的转动过程有两个或两个以上的逐渐变大又逐渐变小过程的，只要经过一个角速度逐渐变小又逐渐变大或逐渐变大又逐渐变小过程就能完成一次不间断传递动力的平稳过渡变速过程，换档一次。本发明中所指的非圆齿轮主要是可连续回转的非圆齿轮。不连续回转的非圆齿轮只能进行一次换档，再需要换档时还要重新摆正不连续回转的非圆齿轮的位置，才能进行。

对于超越离合器，有的也称单向传递扭矩机构或单向啮合器。对于只是单向传递动力的齿轮变速器，超越离合器只要为单向超越离合器(参见图34、35)，就可以实现本发明的目的。如果是双向传递动力的变速器，超越离合器则为双向超越离合器。双向超越离合器可以是两个方向相反的带操纵机构的单向超越离合器的接合(将图34、35的两个相反的单向超越离合器接合就构成了双向超越离合器)。整体的双向超越离合器的双向都需要带有操纵机构，通过控制操纵机构，保证一个方向处于稳定的分离来实现另一方向的超越离合的正常工作状态，或双向分离状态，或双向结合状态。

本发明优选摩擦式超越离合器，如滚珠式超越离合器或滚柱式超越离合器或楔块超越离合器，可以采用插入档块或拉键或转键或滑销等来限制或解除限制接合元件的操纵机构。最好为带拨爪的摩擦式超越离合器。带拨爪摩擦式超越离合器带有的操纵机构为设置在接合元件侧面的拨爪及控制拨爪周向摆动位置的控制机构。控制拨爪周向摆动位置的控制机构是使拨爪处于或不处于限制滚珠、滚柱、楔块工作状态的机构，简称控制机构。可以是将带拨爪的摩擦式超越离合器控制拨爪的原动件，如电机改成控制拨爪周向摆动位置的控制机构而形成操纵机构，如果把原来的带有拨爪的摩擦式超越离合器中的拨爪及电机看成是操纵机构，电机可以是步进电机或把电机换成限制拨爪摆动的各种控制机构，形成新的操纵机构。如超越离合器为楔块式超越离合器，楔块式超越离合器带有的操纵机构为设置在楔块侧面或楔块端面开口的拨爪和控制拨爪相对带凹圆弧的环作周向摆动位置的控制机构，或者为套在楔块端面凸起的摆件及控制摆件相对带凹圆弧的环作周向摆动的控制机构。如超越离合器为滚柱式超越离合器，滚柱式超越离合器带有的操纵机构为设置在滚柱侧面或滚柱端面开口的拨爪和控制拨爪相对星轮周向摆动位置的控制机构，或者为套在滚柱端面凸起的摆件及控制摆件相对星轮周向摆动位置的控制机构。上述拨爪的控制端位于超越离合器星轮的控制腔，或摆件的控制端位于超越离合器带凹圆弧的环控制腔，控制端与控制腔之间的空间对应设置可以插入或拨出的控制销，控制销可以通过弹簧与滑环连接或者直接与滑环连接，星轮或带有凹圆弧的环还套装着只轴滑动的滑环，滑环对应动配合配置有拨杆，从控制销到拨杆的运动链含有回位弹簧。控制腔、控制销、滑环、拨杆及回位弹簧构成了控制机构。滚珠式超越离合器的操纵机构和滚柱式超越离合器的操纵机构基本相同。本发明采用了上述摩擦式超越离合器和上述相应的操纵机构，能够更准确地控制换档，只要按照先后分别操作起始挡、过渡档、目的档的超越离合器操纵机构，就能实现不间断动力的换档。这样更便于利用联动机构的控制。为了简化各操纵机构之间的联动机构，并保证非圆齿轮超越离合器实时完成过渡转换，非圆齿轮机构的超越离合器操纵机构的滑环与超越离合器的星轮之间，或非圆齿轮超越离合器操纵机构的滑环与超越离合器带有凹圆弧的环之间，还带有限制滑环轴向回位的锁住机构，锁住机构带有与拨爪控制端作周向变化联动的解锁机构。这样就能使相邻两档圆形齿轮机构及配置的非圆齿轮机构的超越离合器更协调地按设定的程序进行。相邻两档圆形齿轮机构及配置的非圆齿轮机构的各超越离合器操纵机构，可以通过控制拨爪的控制机构来与联动机构联接。所谓拨爪就是已有带拨爪的滚柱式超越离合器的拨爪，或者带拨爪楔块双向超越离合器的拨叉(也有称拨爪的)。像拨爪和拨叉类似的构件，可以统一称拨爪。

为了使某个齿轮机构在不参与工作时不随输入输出轴转动，或者为了减少轴向所占据的空间较长度，或者为了在设置不同轴距的齿轮机构，或者为了不同的齿轮机构共用共同的齿轮，相邻两档圆形齿轮机构或非圆齿轮机构的齿轮轴与输入轴或输出轴之间可以通过操纵离合器联接。如设置齿轮机构的并列两根中间轴(平行轴线)，分别与并列的输入、输出轴通过操纵离合器联接；再如和输入轴或输出轴一起设置齿轮机构的转轴与输出轴或输入轴(同一轴线)通过操纵离合器联接。这相当于将输入轴、输出轴某个轴为分段，轴段之间形成同轴线设置，如同轴线设置的对接轴或套接轴，对接轴或套接轴之间设置着操纵离合器。最好是非圆齿轮机构所在的一对轴与圆形齿轮机构所在的输入、输出轴之间分别通过操纵离合器联接。

本发明与已有技术相比，具有在变速过程不间断传递动力，并且非圆齿轮机构使从动轴先向要变换的目的档速度过渡后，再由目的档的圆形齿轮机构接替非圆齿轮机构传递动力；机械磨损和损耗大大降低，提高了变速的效率，减少了变速过程的能量损耗，并使传递动力更加平稳。

附图说明：

附图表示了本发明的不间断动力的齿轮变速器结构示意图和部分结构示意图。其中，图1为两档不间断动力的齿轮变速器结构原理示意图，图2是所用偏心齿轮的示意图；图3是带有操纵机构的滚柱式双向超越离合器局部剖视的主视图，图4是这种双向超越离合器B-B向剖视图，图5是这种双向超越离合器A向局部剖视图，图3.1为这种带有操纵机构的滚柱式双向超越离合器增加了锁住机构及解锁机构形成非圆齿轮机构所用的滚柱式双向超越离合器局部剖视的主视图，图3.2为这种带有操纵机构的滚柱式双向超越离合器增加了锁住机构及解锁机构形成非圆齿轮机构所用的滚柱式双向超越离合器局部剖俯视图；图6是另一种带有操纵机构的滚柱式双向超越离合器主剖视图，图7是该双向超越离合器A-A向剖视图；图8是椭圆齿轮的示意图；图9是两轴相互传递动力的两档不间断动力的齿轮变速器结构原理示意图，图10是这种变速器中椭圆齿轮机构的示意图；图11是一种三个档不间断动力的齿轮变速器传动系统简图，图12是这种传动系统换档过程传动比的变化曲线图，图13是这种齿轮变速器中联动机构、各操纵机构、从动轴、各从动齿轮及超越离合器的部分结构示意图，图14是各档从动圆形齿轮和超越离合器及部分离合器操纵部件的组装图，图15是各档从动圆形齿轮和超越离合器及部分离合器操纵部件的分解图，图16是偏心齿轮机构中从动齿轮和超越离合器及部分离合器操纵部件的组装图，图17是偏心齿轮机构中从动齿轮和超越离合器及部分离合器操纵部件的分解图，图18-22是这种齿轮变速器在换档过程联动机构及各操纵机构变化过程的示意图；图23、24、25是带拨爪的滚柱式或滚珠式双向超越离合器及部分操纵机构三种状态剖视图；图26、27、28、29、30是另一种联动拉杆式三个档不间断动力的齿轮变速器在换档过程联动机构及各操纵机构变化过程的示意图；图31、32、33是对应相配的非圆齿轮大半径、小半径分别等于或近似等于高速档齿轮半径、低速档齿轮半径的低速档齿轮、非圆齿轮、高速档齿轮示意图；图34为外齿棘轮超越离合器及操纵机构的结构示意图，图35为内齿棘轮超越离合器及操纵机构的结构示意图；图36是四个档不间断动力的齿轮变速器原理示意图；图37是一种非同轴线输出并且非圆齿轮机构和圆形齿轮机构分轴设置的四个档不间断动力的齿轮变速器原理示意图；图38是一种同轴线输出并且是非圆齿轮机构和圆形齿轮机构分轴设置的四个档不间断动力的齿轮变速器原理示意图，39是一种同轴线输出并有直接档的四档变速不间断动力的齿轮变速器原理示意图；图40是三个档不间断动力的齿轮变速器中非圆齿轮所在的轴与圆形齿轮所在的轴之间操纵离合器分离状态的示意图，图41是三个档不间断动力的齿轮变速器中非圆齿轮所在的轴与圆形齿轮所在的轴之间操纵离合器接合状态的示意图；图42、43、44是带有拨爪的楔块式双向超越离合器及部分操纵机构三种状态的剖视图；图45为输入输出轴以相同传动关系平行联接着中间轴的四个档不间断动力的齿轮变速器结构示意图，图46为输入输出轴通过操纵离合器与非圆齿轮机构所在的中间轴连接的四个档不间断动力的齿轮变速器结构示意图；图47、48、49、50分别是一对非圆齿轮和不同的圆形齿轮分别组合成两个非圆齿轮机构并且是输入轴通过操纵离合器与非圆齿轮机构的主动轴连接的三个档不间断动力的齿轮变速器四种形式结构示意图；图51是一种用一对非圆齿轮和两对圆形齿轮分别组合成两个非圆齿轮机构并且是输入轴通过操纵离合器与两个非圆齿轮机构的主动轮分别连接的同轴线输出三个档不间断动力的齿轮变速器。上述附图中涉及的简图示意图，由于没有找到带操纵机构的超越离合器简图的通行画法，图中表示设置有带操纵机构的超越离合器的位置，选用了某种单向超越离合器的简图示意替代了带有操纵机构的超越离合器示意。下面接合附图的实例进一步说明本发明。

具体实施例：

实施例一、一种两档不间断动力的大型齿轮变速器(见图1)，有基座、基座的轴承9设置的两根转轴7、8，动力从转轴7传递到转轴8。两相对的转轴7、8带有圆形齿轮1、3、4、6而构成了两档圆形齿轮机构。转轴7、8还带有偏心齿轮2、5而形成了偏心齿轮机构(见图2)。这些并行排列且同转向输出的两档圆形齿轮机构和一过渡档的偏心齿轮机构都为常啮合的齿轮机构。两档圆形齿轮机构、偏心齿轮机构中的主动齿轮4、5、6与转轴7通过单向超越离合器X、Y、Z联接，从动齿轮1、2、3与转轴8固定连接。转轴7的n向转速很慢，大约在10转/分钟。主动齿轮5、6的棘轮式单向超越离合器的棘爪带有由拨动棘爪的拨杆及液压缸构成的操纵机构(见图34、35)。偏心齿轮5(见图2)的最大半径大于齿轮6的半径，偏心齿轮5的最小半径小于齿轮4的半径，偏心齿轮5的A0、B0半径等于齿轮6的半径，偏心齿轮5的C0、D0半径等于齿轮4的半径。齿轮6的超越离合器处于接合状态，并由其所在档的圆形齿轮机构在相对转轴7、8之间传递动力。齿轮5的超越离合器的棘爪通过拨杆抬起，脱离棘齿，使超越离合器处于分离状态，齿轮4的超越离合器由于有转速差自然处于超越状态(本发明所说的超越状态是超越离合器分离状态的一种，是超越离合器中从动件转速大于同向转动的主动件的一种状态)。本发明在实施例中非圆齿轮半径仍指节曲线向径，圆形齿轮半径仍指节圆半径。需要向低速档变速的，就在主动偏心齿轮5啮合处于小半径附近位置时，如处于C-D小区域或B-D或C-A区时，拨动齿轮5的超越离合器棘爪回位与棘齿相接触。由于齿轮5这时转动角速度大于转轴7的角速度，所以还是处于超越状态。紧接着齿轮5与齿轮2啮合转动，啮合到A的位置并要啮合到A-B区域，齿轮5这时转动角速度减小到等于转轴7的角速度，并要小于转轴7的角速度，由于超越离合器棘爪和棘齿的作用，则由转轴7带动齿轮5转动，同时就使齿轮6的超越离合器达到超越状态，由偏心齿轮机构传递动力；通过拨杆拨动齿轮6超越离合器的棘爪抬起，脱离相应的棘齿，使齿轮6保持了双向超越的分离状态。接着当齿轮5与齿轮2啮合转到B及以后，使从动轴8角速度逐渐减小。当齿轮5啮合由D转到C，其啮合半径由0D到0C，啮合转动半径从等于齿轮4半径并要小于齿轮4半径，一开始就使齿轮4角速度从等于转轴7并要小于转轴7，这就立即使齿轮4的超越离合器自动接合，变为由齿轮4所在档的圆形齿轮机构传递动力。齿轮4传递动力又使齿轮5的角速度大于转轴7角速度，反过来使齿轮5的超越离合器形成超越，立即使齿轮5不再传递动力。通过拨杆拨起齿轮5的超越离合器的棘爪脱离相应的棘齿，使齿轮5保持了双向超越的分离状态。这样就最终实现动力传递不间断的由高速档向低速档变速过程。由低速向高速变速过程，与上述的过程相反。非圆齿轮机构的齿轮5啮合到C-D之间的位置时，先使非圆齿轮5的超越离合器棘爪回位与棘齿咬合。非圆齿轮机构的齿轮5刚要啮合到C-D以外的位置，齿轮5的超越离合器就自动接合传递动力，并使齿轮4的超越离合器自动分离。非圆齿轮机构的齿轮5啮合到A-B之间的位置时，先使齿轮6的超越离合器棘爪回位与棘齿咬合，齿轮5刚要啮合到A-B以外的位置，齿轮6的超越离合器自动接合传递动力，并使齿轮5的超越离合器自动分离。这时通过拨杆拨动齿轮5超越离合器的棘爪抬起，使超越离合器保持的分离状态。

实施例二、一种两档不间断动力的齿轮变速器(见图1、2、3、4、5)，有齿轮箱体、齿轮箱体的轴承设置的两根轴7、8，轴7、轴8分别为输入轴和输出轴。在轴7、轴8设置着相互啮合的圆形齿轮1、3、4、6和偏心齿轮2、5，构成同转向输出传递动力的齿轮机构。这些在相对转动的轴7、8构成的两档圆形齿轮机构和并列对应构成过渡档的偏心齿轮机构中，每个齿轮机构各有一个齿轮4、5、6与轴7通过滚柱式双向超越离合器X、Y、Z联接。齿轮4、5、6的超越离合器，由与齿轮固定联接的外壳14、与轴7连为一体的星轮13、设置在星轮与外壳之间的滚柱16构成。星轮与外壳之间还带有拨爪15，拨爪的爪分布在各滚柱之间，拨爪与外壳内圆接触。拨爪的控制端插入星轮的控制腔11、12。星轮还套有轴向滑动的滑环(外缘结构与拨档套、啮合套相似)17，滑环通过弹簧设置着与控制腔对应的控制销18、19。控制销18、19分别与控制腔12、11对应。弹簧、滑环、控制销、控制腔、拨爪构成了操纵机构。弹簧、滑环、控制销构成了拨爪相对星轮控制腔周向摆动位置的控制机构。这种滚柱式双向超越离合器，可以用于相对转动的轴7、8双向传递动力的。如果只是单向传递动力，可以采用此双向超越离合器及操纵机构；也可以采用单向超越离合器，也就相当于将上述双向超越离合器的控制腔一侧的空腔11或12用固定物堵死其中一处的情况。

非圆齿轮与两档的圆形齿轮半径关系与实施例一相同。在设计控制空间11、12宽度和控制销19、18厚度及其前端止退钩时，最好要达到当控制销19、18全进入空间11、12后，拨爪15只有摆动到或要靠近控制销19时控制销18才能退出控制空间12；反之拨爪15只有摆动到或要靠近控制销18时，控制销19才能退出控制空间11；否则控制销19、18一个也退不出各自的控制空间。当其中一个控制销退出后，拨爪15摆动角度就可以大于上述的角度，更有利于退出另一控制销。齿轮5的超越离合器的操纵机构可以与齿轮4、6的超越离合器的操纵机构大致一样，也可以在齿轮4、6的超越离合器的操纵机构基础上增加一个锁住机构及解锁机构(见图3.1、3.2、)，这样更便于操纵机构的控制。当要从低速档的圆形齿轮机构1、4传递动力变换到高速档圆形齿轮机构3、6传递动力，就要利用非圆齿轮机构过渡档转动角速度逐渐变大过程过渡。动力传递的方向是由轴7向轴8传递，转动方向为N向。这时齿轮4的超越离合器处于接合状态，齿轮5、6的超越离合器都处于分离状态。用拨杆各操纵机构的滑环(参见图5)，先使齿轮4的滑环向着星轮13的凸台方向移动，滑环要使控制销19和18进入超越离合器的控制空间11和12；再使齿轮5、6的滑环先后都向背离星轮13的凸台方向移动，滑环要使控制销19和18退出超越离合器的控制空间11和12。齿轮6的半径大于齿轮4的半径，所以这时候齿轮6的转速是低于轴7转速的，所以控制销18暂时退不出空间12，只是弹簧被压缩等待时机自动退出，这时候控制销19则退出控制空间11。齿轮4的超越离合器处于接合状态，齿轮4超越离合器中的控制销19进入空间11，控制销18暂时没进入空间12，只是弹簧被压缩等待时机自动进入，称作处于待分离状态。齿轮5的超越离合器处于分离状态，齿轮5的超越离合器控制机构要控制销19和18退出超越离合器的控制空间11、12。如果这时候齿轮5与齿轮2啮合转动在D到C的以外区间，传动比小于低速档的传动比，齿轮5的啮合半径大于齿轮4的半径，所以这时候齿轮5的转速(角速度)是低于轴7转速(角速度)，所以控制销18暂时退不出空间12只是弹簧被压缩等待时机自动退出，控制销19则退出控制空间11；只有齿轮5与齿轮2啮合到D-C的这段区间后控制销18则退出控制空间12，齿轮5的超越离合器才处于待结合的工作状态，在啮合到C处后超越离合器结合，并使齿轮4的超越离合器分离。如果这时候齿轮5与齿轮2啮合转动，由D转到C的这段区间，因为齿轮5的啮合半径小于齿轮4的半径，所以这时候齿轮5的转速(角速度)是高于轴7转速(角速度)，所以控制销19暂时退不出空间11只是弹簧被压缩等待时机自动退出，控制销18则退出控制空间12，把处于这样的工作状态称作处于待结合状态；当齿轮5与齿轮2啮合转动转到由C转到A的这段区间，齿轮5的啮合半径逐渐由小变大，角速度也逐渐由大变小并且一开始就要小于轴7角速度，这时齿轮5的超越离合器自动结合，从齿轮4接过传递动力的任务，并使齿轮4的超越离合器自动超越分离。同时齿轮4超越离合器的操纵机构的控制销18在弹簧的作用下自动进入空间12，齿轮4的超越离合器保持着分离状态。当齿轮5与齿轮2啮合转动，由A转到B的这段区间，齿轮5的啮合半径是大于齿轮6的半径，这时候齿轮6的转速是高于轴7转速的，所以齿轮6超越离合器的操纵机构的控制销18在弹簧的做用下自动退出空间12，使齿轮6的超越离合器的工作状态处于待结合状态。同时齿轮5的操纵机构回位使齿轮5的滑环再向着件13的方向移动，使控制销19进入空间11，控制销18暂时没进入空间12，只是弹簧被压缩等待时机自动进入，此时齿轮5的超越离合器的工作状态称作处于待分离状态。当齿轮5与齿轮2啮合转动，由B转到D的这段区间，齿轮5的啮合半径一开始要小于齿轮6的半径，这时候齿轮6的转速是要小于轴7转速的，齿轮6超越离合器处于接合状态并使齿轮5的超越离合器自动超越分离。这时齿轮6就完全从齿轮5接过传递动力的权力。由B转到D的这段区间，齿轮5的啮合半径是小于齿轮6的半径，这时候齿轮5的转速是高于轴7转速，使拨爪的控制向空间11摆动，控制销18在弹簧的作用下自动进入空间12、使齿轮5的超越离合器保持着分离状态。这样从低速档的圆形齿轮机构1、4传递动力变换到高速档圆形齿轮机构3、6传递动力，就在不间断动力的情况下完成了。降档的操纵程序是相反的，分别操纵各超越离合器的操纵机构，就可在不间断动力的前提下，从起始档到过渡的非圆齿轮再到目的档，只是各超越离合器的两个控制销动作顺序相反。反向传递动力的升档操作程序与正向传递动力升档操作程序一样，也只是各超越离合器的两个控制销动作顺序相反。下面只要采用摩擦式超越离合器和上述的操纵机构的，操纵机构和超越离合器及换档的工作过程都是一样的。只要按照先后分别操作起始档、过渡档、目的档的超越离合器操纵机构，并使过渡档操纵机构回位，就能实现不间断动力的换档。以上各超越离合器的操纵机构的操控，也可用联动机构(参见图18-22、26-30)来一次完成，只是联动非圆齿轮的超越离合器操纵机构后，还要使其回位。采用联动机构的，非圆齿轮机构超越离合器的操纵机构最好采用如图3.1、3.2的结构或如图16、17的结构。

如图3.1、3.2的结构，非圆齿轮机构超越离合器的操纵机构是在上述齿轮5操纵机构的滑环设置一个杠杆，杠杆带有回位弹簧；杠杆的一端与并排的控制销后段凹槽对应，并且两者之间分别设置滚珠；杠杆的另一端与轴或轴套的弹簧卡对应。这些部件形成了一个锁住机构及解锁机构，并与滑环、带弹簧的控制销一起构成了非圆齿轮5超越离合器拨爪的控制机构。楔块式超越离合器增加了锁住机构及解锁机构也是一样的，图3.1、3.2所示的控制机构(包括锁住机构及解锁机构)也适用于带拨爪的楔块式超越离合器的拨爪的控制。拨爪和该控制机构形成了使超越离合器处于接合状态时即处于待分离状态，并且在进入分离状态后即构成稳定分离状态的操纵机构。这样各超越离合器操纵机构的滑环之间还可以设有联动机构(参见图18-22或图26-30)，在联动机构的作用下，使各控制销实时插入或退出控制腔，并实时控制着各滚柱式超越离合器保持分离状态或恢复工作状态。

当要从高速档的圆形齿轮机构3、6传递动力变到由低速档圆形齿轮机构1、4传递动力，主要利用偏心齿轮机构过渡档转动角速度逐渐变小过程来过渡。齿轮6的超越离合器处于接合状态，并在相对转动的轴7、8之间传递动力。齿轮5、4的超越离合器处于分离状态。拨动各操纵机构的联动机构，联动机构的拨杆先使高速档操纵机构(参见图5)的滑环移动，并使相应控制销要插入控制腔，再先后使过渡档、低速档操纵机构(参见图5)的滑环移动，并先后要使各自相应控制销要插入各自的控制腔。联动机构的拨杆拨动过渡档的滑环移动后滑环就要回位，但由于如图3.1、3.2表示的锁住机构的杠杆卡在卡座，使滑环保持在离开星轮13的凸台的位置。由于齿轮5超越离合器处于超越状态机率较大，控制销很快就退出，超越离合器中的控制销18或19退出空间11或12。这就是当齿轮5与齿轮2啮合转动，由A转到C转到D再转到B或由B转到D转到C再转到A，齿轮5的超越离合器一直经过n向超越状态，控制销18或19很容易退出空间12或11。同时联动机构并使齿轮6超越离合器(参见图5)的滑环移动，要将控制销插入超越离合器的控制腔。接着当齿轮5与齿轮2啮合转动，由B转到A或由A转到B，其啮合半径由0B到0A或0A到0B，啮合转动半径大于齿轮6半径，一开始就使齿轮5的超越离合器接合，由偏心齿轮机构传递动力，同时就使齿轮6的超越离合器达到超越状态，并使齿轮6超越离合器的控制销插入超越运动移动出的控制腔空间11或12。这样两控制销都已分别插入控制腔空间11和12，使齿轮6保持着双向超越的状态。偏心齿轮机构传递动力后不久，就使从动轴8角速度逐渐减小。同时齿轮5的操纵机构的控制销已全部退出控制腔，如图3.1、3.2表示的锁住机构及解锁机构的滚珠全部退入控制销的凹槽，杠杆可以转动抬起离开卡座，在回位弹簧的作用下使滑环开始向星轮13的凸台回位靠近，两个控制销一个进入控制腔、另一个要进入控制腔而被卡住。当齿轮5由A转到C或由B转到D，其啮合半径由0A到0C或0B到0D，啮合转动半径逐渐减小，齿轮4的超越离合器一直处于n向超越，该超越离合器的控制销如果没有退出控制腔，就会在联动机构已经产生的控制销弹簧力作用下退出相应控制腔的空间。当齿轮5由C转到D或由D转到C，其啮合半径由0C到0D或0D到0C，啮合半径要小于齿轮4半径，一开始就使齿轮4的超越离合器接合传递动力，齿轮4的传递动力又反过来使齿轮5形成超越，齿轮5操纵机构原没有进入控制腔的控制销就插入齿轮5超越离合器的控制腔，使齿轮5保持着双向超越的分离状态，最终实现动力传递不间断的变速过程。

实施例三、一种四个档不间断动力的齿轮变速器(见图36，并参见图8)，有齿轮箱体、齿轮箱体的轴承配置着输入轴87和输出轴88，这两根相对转动传递动力的轴带有正转的四个档圆形齿轮机构，每相邻的两档圆形齿轮机构中间还并列配置有正转的一椭圆齿轮机构。齿轮箱体的轴承、输入轴、输出轴、四对圆形齿轮、三对非圆齿轮分别构成了四个档圆形齿轮机构和三个过渡档的非圆齿轮机构，并与齿轮箱体一起构成了四级变速器。该齿轮变速器是单向传递动力的，由轴87向轴88传递动力。从一档圆形齿轮机构到四档圆形齿轮机构传递速度由低到高，构成了同转向输出的四个档。一档圆形齿轮机构、二档圆形齿轮机构配备设置的椭圆齿轮机构，主动椭圆齿轮的短径半径小于一档主动齿轮的半径，椭圆齿轮的长径半径大于二档的主动齿轮的半径。二档圆形齿轮机构、三档圆形齿轮机构配备设置的椭圆齿轮机构，主动椭圆齿轮的短径半径小于二档主动齿轮的半径，主动椭圆齿轮的长径半径大于三档的主动齿轮的半径。三档圆形齿轮机构、四档圆形齿轮机构配备设置的椭圆齿轮机构，主动椭圆齿轮的短径半径小于三档主动齿轮的半径，主动椭圆齿轮的长径半径大于四档的主动齿轮的半径。椭圆齿轮的三个主动齿轮(参见图8)都有与低速档主动齿轮半径相等的两处E、G，与高速档主动齿轮半径相等的两处H、I。四个圆形齿轮机构、三个椭圆齿轮机构中的主动齿轮与输入轴87之间各设置一个超越离合器(参见图3、4、5、6、7)。七个主动齿轮的超越离合器，都由与齿轮固定联接的外壳14、36，与轴制造为一体的星轮13、34，设置在星轮与外壳之间的滚柱16、35构成。星轮与外壳之间还带有拨爪15、33，拨爪的爪分布在各滚柱之间，拨爪与外壳内圆接触。拨爪的控制端插入星轮凸圆的控制腔11、12，星轮还套有轴向滑动的滑环17，滑环通过弹簧设置着与控制腔对应的控制销18、19。另一种方式是拨爪的背部控制端带有控制腔37、38，星轮还套装有只轴向滑动的滑环31，滑环通过销30、控制轴32、弹珠25、26及弹簧24、27穿过星轮控制着与控制腔对应的控制销23、28。滑环、销、控制轴、弹珠、弹簧、控制销、控制腔、拨爪构成了操纵机构。

当要从第一档圆形齿轮机构逐档变到相邻的高速档圆形齿轮机构的，先控制一档圆形齿轮机构的操纵机构，再控制相应椭圆齿轮的操纵机构使椭圆齿轮的超越离合器恢复待接合状态，最后控制二档圆形齿轮机构的操纵机构。相应的椭圆齿轮机构的主动齿轮从短径处向长径处啮合，椭圆齿轮的超越离合器接合后，相应的椭圆齿轮机构开始传递动力，并使低速档主动齿轮超越离合器从接合状态转变成超越状态。椭圆齿轮机构使传递动力的角速度逐渐变大。角速度逐渐变大的后期使二档主动齿轮的超越离合器从分离状态恢复到待接合状态，椭圆齿轮机构变化的角速度逐渐变大又开始减小后，二档主动齿轮的超越离合器就会自动接合，过渡到二档圆形齿轮机构传递动力，同时主动椭圆齿轮的超越离合器立即也处于分离状态，其操纵机构保持这种分离状态。这样就实现了不间断动力传动由低速档向高速档的变换。当要从高速档到低速档，就要利用相应的椭圆齿轮机构啮合转动的角速度逐渐由大变小的过程。先通过控制高速档的操纵机构，使高速档的超越离合器处于待分离状态，再控制相应的椭圆齿轮机构的操纵机构，使主动椭圆齿轮的超越离合器处于待结合状态。在主动椭圆齿轮啮合趋于长径半径的H或I处后，主动椭圆齿轮的超越离合器由分离状态转换成接合状态，同时使高速档主动齿轮的超越离合器处于超越状态，并通过控制操纵机构使其保持着超越分离状态。紧接着使低速档主动齿轮的超越离合器处于待结合状态，主动椭圆齿轮啮合到短径半径的E或G处，就使低速档主动齿轮的超越离合器处于接合状态，并使主动椭圆齿轮的超越离合器处于超越状态。通过控制主动椭圆齿轮的超越离合器操纵机构，使主动椭圆齿轮的超越离合器保持分离状态。这样就实现了不间断动力传动由任意相邻两档的高速档向低速档不间断动力的变换。在变速过程中，如果各操纵机构有联动机构的，可以拨动联动机构使主动椭圆齿轮超越离合器的拨档圈、连销、拉杆移动，使弹珠进入拉杆的对应凹槽，在弹簧22的作用下，使控制销要弹出控制腔。如果超越离合器处于超越状态，则控制销立即弹出控制腔，如果超越离合器不正处于超越状态，则待处于超越状态后控制销立即弹出控制腔。接着相应的相邻两档圆形齿轮机构超越离合器的控制销也要随着插入和退出相应的控制腔。这就是原传递动力的起始档主动齿轮超越离合器的控制销也要插入控制腔；也是联动机构按序先后使拨档圈、连销、拉杆移动，使弹珠离开拉杆的凹槽，向上抬起，在弹簧24或27的作用下，使控制销要插入控制腔；如果超越离合器处于超越状态，则控制销立即插入控制腔使其保持超越状态；如果超越离合器不正处于超越状态，则待处于超越状态后控制销立即插入控制腔，使其保持超越状态。相应的要变速到的目的档主动齿轮超越离合器的控制销也最后弹出控制腔；也是联动机构按序先后使该主动齿轮超越离合器的拨档圈、连销、拉杆移动，使弹珠进入拉杆的对应凹槽，在弹簧22的作用下，使控制销要弹出控制腔；如果超越离合器处于超越状态，则控制销立即弹出控制腔；如果超越离合器不正处于超越状态，则待处于超越状态后控制销立即弹出控制腔。这样就能在主动椭圆齿轮传递动力后，使原处于接合状态的主动齿轮超越离合器立即变成超越状态，并能保持着超越状态；能在主动椭圆齿轮传递动力改变从动轴角速度后期，使原处于超越状态的目的档主动齿轮超越离合器变成接合状态，达到及时平稳地变速到相应的圆形齿轮机构，并一直保持着传递相应的动力。

图37、38、39所表示的四个档不间断动力的齿轮变速器与上述的结构基本相同，只是非圆齿轮机构和圆形齿轮机构分别在同轴线的不同的轴构成，同轴线的轴之间通过操纵离合器连接，而且从输入轴到输出轴含有反向转动输出的倒档圆形齿轮机构。其中图39表示四个档不间断动力的齿轮变速器，其中的一个档是直接输出的档，也可以看成1∶1的圆形齿轮机构构成的档，在这个1∶1的圆形齿轮机构中同轴线的转轴与转轴之间通过超越离合器连接，使该传动链内含有超越离合器。

实施例四、一种两轴相互传递动力(扭矩正负交替)的两档变速装置，见图9。

这种装置有基座、基座通过轴承设置的两根转轴I、II，相对转动的转轴之间带有两对常啮合圆形齿轮构成了两档圆形齿轮机构。这两档圆形齿轮机构的转轴I、II还设置有一对非圆齿轮45、46构成了非圆齿轮机构。两档的两对圆形齿轮、一对非圆齿轮，各有一个齿轮41、45、43分别与转轴I通过双向超越离合器(见图23、24、25、42)联接，双向滚柱式超越离合器还带有操纵机构(见图3、4、5)。其中非圆齿轮机构的超越离合器操纵机构选用的拨爪及其控制机构，见图3.1、3.2的结构。非圆齿轮机构的超越离合器操纵机构，是在圆形齿轮机构双向超越离合器操纵机构的基础上设置了锁住机构及与拨爪周向摆动变化联动的解锁机构。这些锁住机构及解锁机构是在滑环设置杠杆，杠杆的一端与两控制销后段之间对应分别设置有滚珠，杠杆的另一端与星轮轴之间设有卡簧。这样可以在拨动滑环离开拨爪的控制端后，就使杠杆卡在卡簧与滚珠之间，使滑环不能回位，确保非圆齿轮机构超越离合器接合后，在两个控制销都从控制腔退出，滚珠都推入限位杆凹槽，才能使杠杆转动越过卡簧，使滑环回位，再实现超越时使超越离合器保持分离状态。这样的操纵机构同已有的离合器操纵机构一样，通过拨爪与双向超越离合器的接合元件滚柱接触，操作控制接合元件滚柱，使双向超越离合器成为双向的分离状态，还是恢复其某一方向的自动分离或自动分离的工作状态。在相邻两档圆形齿轮机构和对应配置的非圆齿轮机构，非圆齿轮机构的最大传动比大于低速档圆形齿轮机构的传动比，其最小传动比小于高速档圆形齿轮机构传动比。各双向超越离合器的操纵机构之间带有联动机构及变速操纵机构(参见图8、19、20、21、22、26、27、28、29、30)。

其工作原理如下：

如图9所示，I轴为主动轴，II轴为输出轴。齿轮41、42为相邻低速档圆形齿轮机构，传动比为i₁₂；齿轮43、44为相邻高速档圆形齿轮机构，传动比为i₃₄。齿轮45、46为实现换档的可连续回转的非圆齿轮机构，其端面视图如图10。非圆齿轮机构传动比为i₅₆在i_56min和i_56max间连续周期性变化，且i_56min小于i₃₄，而i_56max大于i₁₂。齿轮41、43、45可通过由变速操纵机构控制的双向超越离合器与主动轴I相联接。本实施例的双向超越离合器参见图23、24、25，本实施例以下简称离合器。

提速过程：

首先由齿轮41、42传动，即仅齿轮41上的离合器处于稳定接合状态，其余均处于稳定分离状态，处于低速档平稳运行状态。

当变换变速杆位置先后触动齿轮41、45、43上的离合器操纵机构后，齿轮41上的离合器处于待分离状态，由于齿轮45、46实现的是变速比传动，其传动比i₅₆在经历等于并在趋向小于传动比i₁₂过程I轴与齿轮45的相对转动方向将发生一次转变，就使齿轮45的超越离合器由稳定分离状态变成处于待接合状态；传动比i₅₆在经历小于、等于转至大于齿轮41、42的传动比i₁₂的过程，I轴与齿轮45的相对转动方向又发生一次转变，齿轮45上的离合器会经历自动进入接合状态并是待分离状态，同时使齿轮41的离合器自动分离，由45、46齿轮接替齿轮41、42实现I轴至II轴的传动。由45、46齿轮接替齿轮41、42传动动力后传动比向大于i₁₂转变，使得齿轮41的超越离合器保持着分离状态。齿轮45、46接着实现的是变速比传动，随着传动的进行，其传动比i₅₆又经历小于、等于转至大于齿轮43、44的传动比i₃₄的过程，I轴与齿轮43的相对转动方向将发生一次转变，齿轮43的超越离合器分离状态变成处于待接合状态；传动比i₅₆接着在经历大于、等于转至要小于齿轮43、44的传动比i₃₄的过程，I轴与齿轮43的相对转动方向又发生一次转变，齿轮43上的离合器会经历自动进入接合状态，同时使齿轮45超越离合器自动分离并且在操纵机构作用下保持分离状态，也就使齿轮43形成稳定接合状态，由43、44齿轮接替齿轮45、46实现I轴至II轴的传动。

降速过程：

开始时由齿轮43、44实现I轴至II轴的传动，即仅43齿轮上的离合器处于工作的稳定接合状态，其余均处于分离状态，系统处于高速档，并处于平稳运行状态。

当变换变速杆位置发出降档动作后，使齿轮43上的离合器处于待分离状态，而齿轮41、45上的离合器先后处于待接合状态；当I轴和II轴的相对转动关系没有发生变化时，齿轮43上的离合器不会分离，类似地，齿轮41、45上的离合器也不会先后进入接合状态。

由于齿轮45、46实现的是变速比传动，随着传动的进行，其传动比i₅₆会经历等于转至要大于齿轮43、44的传动比i₃₄的过程，I轴与齿轮45的相对转动方向将发生一次转变。在此过程中，齿轮45上的离合器会经历自动进入接合状态并直接转入待分离状态，并使齿轮43的离合器自动超越分离，由45、46齿轮接替齿轮43、44实现I轴至II轴的传动，齿轮43的操纵机构使得其超越离合器保持分离状态。这是由于当齿轮45、46接替传动过程后，II轴的转速逐渐降低，从传动关系角度分析，齿轮44与II轴固定联接，齿轮43的转速高于I轴的转速，齿轮43由主动齿轮变为从动轮，其上的离合器经过自动退出接合状态，进而由操纵机构的控制销插入控制腔，使得离合器转入分离状态，交出传动控制权。

随着传动的继续进行，齿轮45、46的传动比i₅₆又会经历大于、等于转至要小于齿轮41、42的传动比i₁₂的过程，I轴与齿轮1的相对转动方向也将发生一次转变。在此过程中，齿轮41上的离合器会经历自动进入接合状态，由41、42齿轮接替45、46齿轮实现I轴至II轴的传动。

当齿轮41、42接替传动过程后，II轴的转速将维持在一个新的水平，而齿轮45的离合器经过自动退出接合状态而分离，在操纵机构及解锁机构带动控制销进入控制腔，保持着分离状态，交出传动控制权。

以上讨论了相邻两档间的变速过程。对多档变速器的工作方式与此类似，故不多加叙述。针对两种汽车变速器的变速比分配方案，给出的四个档变速器的圆形齿轮机构及其非圆齿轮传动的多种匹配方案见图36、37、38、39。

实施例五、一种汽车用不间断动力的齿轮变速器(见图11)，有齿轮箱体，齿轮箱体通过轴承至少设置着两根轴I、II，两根轴通过三对常啮合的圆形齿轮和两对非圆齿轮传动联接，还可设置倒档圆形齿轮和倒档轴及倒档过桥齿轮。这样就分别构成了三个档的圆形齿轮和两个过渡档的非圆齿轮机构，并从一轴I到二轴II含有三个前进档的圆形齿轮机构和两个过渡档的圆形齿轮机构，这三个档圆形齿轮机构的每相邻两档圆形齿轮机构还对应着一个作为前进过渡档的非圆齿轮机构。圆形齿轮机构、非圆齿轮机构中的主动齿轮4a’、4b’、4c’、5a’、5b’与一轴固定联接，圆形齿轮机构、非圆齿轮机构中的从动齿轮4a、4b、4c、5a、5b与二轴II通过滚柱式超越离合器联接。超越离合器还带有拨爪及控制销等构成的操纵机构。在相邻两档圆形齿轮机构配置的非圆齿轮机构中，主动齿轮5a’、5b’的最小半径分别小于相应的低速档主动齿轮4a’、4b’的半径，其最大半径分别大于相应的高速档主动齿轮4b’、4c’的半径。在相邻两档圆形齿轮机构及配置的非圆齿轮机构中，从动齿轮5a、5b的最小半径小于高速档从动齿轮的半径，最大半径大于低速档从动齿轮的半径。控制拨爪摆动位置的控制销是使拨爪处于或不处于限制滚珠、滚柱或楔块工作状态的操纵机构的主要部件。非圆齿轮超越离合器操纵机构的拨爪控制机构为使超越离合器处于接合状态时即处于待分离状态，并且在进入分离状态后即构成稳定分离状态的联动机构。各滚柱式超越离合器的拨爪控制机构之间带有着联动机构。这样，每相邻两档圆形齿轮机构起始档、目的档及配置的非圆齿轮机构的超越离合器操纵机构之间带有按照控制程序控制的联动机构，控制程序是起始档超越离合器处于待分离状态→非圆齿轮机构超越离合器处于待接合状态→目的档超越离合器处于待接合状态。

A、变速器及操纵机构的换档机构总体结构

图11为变速器的传动系统简图。一轴为输入轴，二轴为输出轴。齿轮4a-4a’为一档圆形齿轮机构，传动比为i₁；齿轮4b-4b’为二档圆形齿轮机构，传动比为i₂(即i₁＞i₂)；齿轮4c-4c’为三档圆形齿轮机构，传动比为i₃(即i₁＞i₂＞i₃)。这三个档的圆形齿轮机构都是同转向输出的档位。齿轮5a-5a’、5b-5b’是用来实现换档、可连续回转的非圆齿轮机构，也是同上述三个档的圆形齿轮机构是同转向输出的。传动比分别为i₄和i₅。其中i₄在i_4min和i_4max间连续周期性变化，且i_4min略小于i₂，而i_4max略大于i₁；i₅在i_5min和i_5max间连续周期性变化，且i_5min略小于i₃，而i_5max略大于i₂，如图12所示。齿轮4a’、4b’、4c’、5a’、5b’与输入轴I固定联接在一起，而齿轮4a、4b、4c、5a、5b通过可由变速轮及各操纵机构控制的超越离合器与输出轴II相联接。

换档结构可由联动机构、操纵机构、滚柱式超越离合器(在此实施例简称离合器)构成。如图13所示，图中齿轮是简化的，换档机构总体结构主要包括换档控制轮57及其锁位装置(图中未示出)，换档轴58，拨杆及拨杆弹簧(在拨杆转轴内，图中未示出)，各档的圆形齿轮离合器组(见图14、图15)，可连续回转的非圆齿轮离合器组(见图16、图17)，动力轴56(输出轴)等。另外4a、4b、4c分别为一、二、三档的圆形齿轮，5a为一二档间过渡齿轮，5b为二三档间过渡齿轮。过渡齿轮是可连续回转的非圆齿轮另一种称呼。图中各齿轮均与输入轴上固定的相应齿轮保持正常啮合关系(见图11，图13中输入轴及其上的齿轮均未在图中画出)。

换档控制轮57受换档操纵机构(可为手动的操纵杆或自动操纵机构)控制发生转动，并带动换档轴58转动。在换档轴58上与换档拨杆相应位置的不同相位上有凸起结构，用以在适当时机拨动拨杆。当拨杆(3a、3b、3c、3d、3e)被拨动时，带动相应离合器上的滑环(拨档环)动作，以控制相应的超越离合器恢复或将要恢复自动接合再自动分离的工作状态。而未受到换档轴上凸起部分作用的拨杆，均在拨杆弹簧的作用下处于使滑环向齿轮靠紧的位置，使相应的超越离合器被控制在稳定的分离状态。换档控制轮57、换档轴58及凸起结构构成了联动机构。

B、带有操纵机构的可控超越离合器的构成

a)各档圆形齿轮配套的可控超越离合器组(以下简称常规轮离合器组)

常规轮离合器组由动力轴(图中未画出)、圆形齿轮51、拨爪控制组件及滚柱52、滑环53、边档54等主要部件组成，图14为装配结构，图15为各件拆分状态。

输出的动力轴56与圆形齿轮通过带拨爪控制组件的滚柱式超越离合器主件联接，形成可控超越离合器的主体。动力轴为圆截面轴，超越离合器的外套是由构成内侧是星轮结构的齿轮构成，动力轴与星轮结构之间配有滚柱和相间的爪，爪的外端成连为一体的环，环带有作为控制端的摆杆。这样就构成具有外星轮结构的摩擦式超越离合器，超越离合器带有受控制的拨爪。拨爪的爪与动力轴外圆接触，能通过摩擦方式与动力轴56保持同向运动趋势。通过对拨爪外缘上凸出部位摆杆的控制，以达到控制离合器能否实现从圆形齿轮到动力轴的动力传递。

滑环空套在带有星轮结构的齿轮轮毂的外圆面上，只可相对齿轮作轴向滑动。其滑动行程由齿轮的端面和边档加以限制。滑环上面对齿轮一侧有两个对称布置的带钩凸起，构成控制销，用以控制拨爪组相对星轮结构周向摆动的位置。控制销、滑环及拨杆构成了控制机构，拨爪、控制销(控制销和滑环之间可以含弹簧)、滑环、拨杆(可以是弹性拨杆)及拨杆的回位弹簧构成了操纵机构。

b)  非圆齿轮配套的可控超越离合器组(以下简称非圆齿轮离合器组)

非圆齿轮离合器组由动力轴56(图16、17中未画出)、非圆齿轮91、滚柱拨爪控制组件92、滑键93、滑环94、边档95等主要部件组成，图16为装配状态，图17为其各件拆分状态。

动力轴与非圆齿轮通过滚柱、拨爪控制组件联接，形成可控超越离合器的主体。动力轴为圆截面轴，非圆齿轮内侧是星轮结构，动力轴与星轮结构之间配有滚柱和相间的爪，爪的外端为连为一体的环及作为控制端的摆杆，构成了带拨爪具有外星轮结构的摩擦式超越离合器。同时拨爪与动力轴间通过接触，以摩擦方式保持同向转动趋势。通过滑环端面的控制销对拨爪外缘上凸出摆杆部位的控制，以达到控制离合器是否处于工作状态，能否从圆形齿轮到动力轴的动力传递。

拨爪外缘上另有一斜槽结构96，与齿轮轮毂的滑键93相联。通过联动机构及拨杆带动滑环离开拨爪后，当拨爪处于使齿轮与动力轴分离状态时，滑键向径向凸出而处于高位，限制滑环与拨爪的靠近；而当拨爪处于使齿轮与动力轴接合状态时，滑键被斜槽结构拨回键槽内处于低位，不限制滑环与拨爪的靠近。滑环及控制销与拨爪靠近后，当使齿轮与动力轴实现自动分离状态时，控制销插入拨爪摆杆的空当使拨爪处于使齿轮与动力轴保持分离状态。这相当在上述的圆形齿轮机构超越离合器拨爪控制机构基础上增加了由滑键及斜槽结构构成的锁住机构及解锁机构，形成使超越离合器处于接合状态时即处于待分离状态，并且在进入分离状态后立即构成稳定分离状态的机构。

滑环套在圆形齿轮轮毂的外圆面上，可相对圆形齿轮做轴向滑动。其滑动行程受齿轮的端面、滑键和边档的限制。滑环上面相对齿轮一侧有两个对称布置的带钩凸起，构成控制销，用以控制拨爪相对星轮结构周向摆动的位置，对拨爪的位置加以限制。拨爪的斜槽结构、滑键、边档、拨杆、滑环及带钩凸起构成了非圆齿轮超越离合器操纵机构拨爪的控制机构。拨杆、滑环及带钩凸起的传动链中拨杆带有回位弹簧77。

C、换档过程说明

该汽车变速系统首先处于一档工作，动力轴56处于最低工作转速(见图18)。此时，与齿轮4a对应的拨杆3a受换档轴上的凸起作用，4a上的滑环及控制销离开控制位置，脱离对拨爪及滚柱的作用，该离合器处于稳定接合状态。其余各拨杆处于受拨杆弹簧控制状态，其对应的滑环控制相应的拨爪使各离合器分离，所以其余离合器处于稳定分离状态。

换档轴由一档位置转动到二档位置的转动过程中，首先拨杆3a失去换档轴的控制，在拨杆弹簧的作用下，发生转动并将齿轮4a轮毂上的滑环压向拨爪。由于齿轮4a超越离合器主从动件相对运动没有发生变化，拨爪的位置亦未发生变化，滑环上的控制销还不能都进入控制间隙，此时的状态为待分离状态，一旦拨爪的相对摆动量允许控制销进入，则会使该超越离合器进入稳定分离状态。

换档轴继续转动，接着会对拨杆3d作用，使过渡齿轮5a的滑环及控制销有拉出的趋势。控制销一旦拨出过渡齿轮5a则会处于待接合状态，条件成就将会自动接合接替齿轮4a实现动力传递功能。(见图19)

由于过渡齿轮实现的是变速比传动，其传动比最大值大于一档的传动比，而其最小值小于二档的传动比。如果此时非圆齿轮5a的角速度低于动力轴的角速度，摩擦力矩使拨爪相对星轮摆动，开口增大，使滑环凸起上的控制销与拨爪脱开，滑环即被拉出，5a上的离合器就会进入接合状态，并处于待分离状态。如果过渡齿轮5a的角速度高于动力轴的角速度，摩擦力矩使拨爪钩住滑环上凸起的钩，滑环暂时不能拉出，只有达到前述状态时，滑环才会被拉出。

滑环被拉出，过渡齿轮接过对动力轴的控制权后，动力轴的转速会随之提高。此时摩擦力矩会使4a齿轮的拨爪与星轮相对摆动，开口增大，4a齿轮的离合器自动分离，  而且4a上滑环的带钩凸起被压入，使离合器的分离进入稳定分离状态。此后动力轴的转速会随非圆齿轮的速度而变化。

由于换档轴在此位置没有停留，故拨杆3d随即失去换档轴的控制，被拨杆弹簧推回，过渡齿轮5a的离合器即进入待分离状态。为了避免该离合器未经过接合状态又马上被锁住，由拨爪的斜槽控制的滑键在拨杆3d转动一定角度后即被弹出。限制了拨杆的回位。只有当拨爪确实发生一定的转角，限位键才被斜槽压回，拨杆及滑环被拨杆弹簧或单设的回位弹簧71推回，保证5a的离合器适时处于待分离状态。

换档轴继续转动至二档工作位置时(见图20)由换档轮定位装置锁止，此时拨杆3b被推开，并使齿轮4b上的滑环有被拉开的趋势。同样，由于此时齿轮4b的转速高于动力轴56的转速，摩擦力矩使其上的拨爪与滑环上控制销的钩住，滑环还不能立即被拉出。受非圆齿轮控制的动力轴56的转速逐渐升高，当动力轴的速度高于齿轮4b的转速时，摩擦力矩使拨爪与星轮相对摆动，开口增大，使滑环上控制销的钩与拨爪脱开，滑环在拨杆弹簧作用下向外移开，拨爪随即处于无限制状态(即待接合状态)，非圆齿轮带动动力轴56的速度下降至小于齿轮4b的转速时，4b的离合器转入接合状态，动力轴56的速度改由4b控制；于此同时，5a的离合器自动分离，摩擦力矩使5a上的拨爪与星轮相对摆动，开口增大，5a上的滑环压入拨爪与星轮的间隙，并使5a的离合器处于稳定分离状态。以上实现了从一档到二档的换档过程。

从二档至一档的换档过程与一档至二档的换档过程相反。

二档、三档间的换档过程(见图21、22)与一档、二档的换档过程相似，所不同之处在于起始档和目的档不同，过渡齿轮5b替换5a参与换档过程。

换档过程实际输入轴与输出轴间的传动比变化关系如图12中虚线所示，实现了不间断动力的换档过程。

上述讨论基本上是在输入轴与输出轴的动力方向关系保持不变的前提下进行的，可以以带拨爪超越离合器为基础来实现。但在某些实际实用领域中，两轴的动力方向关系可能会随时发生逆转，此时结构中所采用的离合器应为带拨爪双向超越离合器，具体结构的实现较上述离合器的结构稍微复杂一些。当采用带拨爪双向超越离合器(见图23、24、25)时，该变速装置可用作运动机械(如汽车等)的变速系统。对利用发动机制动和实现不间断制动力的连续增减档(如重载车辆下长陡坡时)均能满足工作要求。

实施例六、本发明的一种两档不间断动力的大型球磨机齿轮变速器(见图1、31、32、33)，由基座、基座的轴承9设置的两根轴7、8，两根轴设置着常啮合齿轮构成。动力从输入轴7传递到输出轴8。相对转动的轴7、8之间通过两对不同传动比的圆柱齿轮1、3、4、6构成了两档圆形齿轮机构。这些齿轮的尺寸都比较大，半径都在一米以上。这两档圆形齿轮机构所在的轴7、8还设置有椭圆齿轮2、5，构成了一个过渡档的椭圆齿轮机构。两档圆形齿轮机构、椭圆齿轮机构中的主动齿轮4、5、6与转轴7通过棘轮式超越离合器(见图34、35)联接。转轴7的n向转速约10转/分钟。主动齿轮5、6的棘轮式超越离合器的棘爪带有拨动棘爪的拨杆，构成了棘轮式操纵离合器。椭圆齿轮5的长半径等于齿轮6的半径或正负差几毫米，椭圆齿轮5的短半径等于齿轮4的半径或正负误差几毫米(参见图31、32、33)。齿轮5、6的超越离合器的棘爪通过拨杆拨起，脱离棘齿，使超越离合器处于分离状态，齿轮4的超越离合器处于接合状态。需要向高速变速时，在主动椭圆齿轮5小半径处于啮合状态时，拨动齿轮5的超越离合器棘爪回位与棘齿相接触。由于齿轮5这时转动角速度小于转轴7的角速度，所以就从超越状态直接过渡到处于接合状态。紧接着就由齿轮5与齿轮2传动动力。非圆齿轮5的啮合从最小半径转到最大半径的位置，齿轮5使得从动轴的转速提高。这时通过拨杆拨动齿轮6超越离合器的棘爪回位，与相应的棘齿接触，齿轮6就会过渡到接合状态，变为由齿轮6传递动力。齿轮6的传递动力又使齿轮5的角速度大于转轴7角速度，反过来使齿轮5的超越离合器形成超越，立即使齿轮5不再传递动力。如果多档就一档一档向高速档变速，最后在最高速的档稳定运行保持高速平稳的工作。工作后停机。需要开机工作时又从最低档开始一档一档向高速档变速。棘爪的拨杆可以由气缸或液压缸机构带动(见图34、35)，也可以由已有的机械离合器操纵机构带动，拨杆作为机械离合器操纵机构的分离杆。

实施例七、一种汽车用不间断动力的齿轮变速器，有齿轮箱体、齿轮箱体的轴承设置着两根转轴I、II，两根转轴分别通过成对啮合的圆形齿轮联接构成不同档圆形齿轮机构，分别通过成对啮合的非圆齿轮联接构成不同过渡档的非圆齿轮机构。相对转动的转轴含有三个档的圆形齿轮机构，每相邻两档圆形齿轮机构的相对转动的轴还含有一个非圆齿轮机构。圆形齿轮机构、非圆齿轮机构中的主动齿轮与主动转轴固定联接，圆形齿轮机构、非圆齿轮机构中的从动齿轮4a、4b、4d、5a、5b与从动转轴II通过滚柱式超越离合器(见图23、24、25)联接，在两根转轴I、II之间形成了可以实时结合和分离的五个并行排列的齿轮机构。超越离合器还带有平移拨杆、滑环、控制销、拨爪构成的操纵机构。在相邻两档圆形齿轮机构和对应配置的非圆齿轮机构中，主动齿轮5a’、5b’的最小半径小于低速档主动齿轮的半径，最大半径大于高速档主动齿轮的半径。在相邻两档齿轮机构配置的非圆齿轮机构中，从动齿轮5a、5b的最小半径小于高速档从动齿轮的半径，最大半径大于低速档从动齿轮的半径。也可以说超越离合器为带拨爪滚柱式超越离合器，操纵机构为拨爪及控制拨爪摆动位置的控制机构。控制拨爪摆动位置的机构是使拨爪处于或不处于限制滚柱工作状态的控制机构，见图3、4、5。非圆齿轮超越离合器的控制机构为使超越离合器处于接合状态时即处于待分离状态，并且在进入分离状态后即构成稳定分离状态的机构，见图3.1、3.2；也就是先使拨爪不处于限制滚珠、滚柱或楔块工作状态，在超越离合器进入接合状态后又进入分离状态时，使拨爪处于限制滚珠、滚柱或楔块工作状态的连动控制机构，最后使超越离合器处于稳定的分离状态。这种非圆齿轮的超越离合器操纵机构是在圆形齿轮的操纵机构基础上，在两个并排控制销对应的位置设置一个杠杆，杠杆带有回位弹簧；杠杆的一端与并排的控制销后段对应，并分别与两控制销后段之间设置滚珠，两控制销后段开有凹槽；杠杆的另一端与轴或轴套的弹簧卡对应。这些部件与滑环、带弹簧的控制销一起构成了非圆齿轮超越离合器拨爪的控制机构，与拨爪一起形成了使超越离合器处于接合状态时即处于待分离状态，并且在进入分离状态后即构成稳定分离状态的机构。弹簧卡、滚珠、凹槽、杠杆及回位弹簧构成了滑环与星轮之间限制滑环轴向回位的锁住机构及与拨爪摆动位置变化联动的解锁机构。各滚柱式超越离合器的拨爪控制机构之间带有着联动机构。这样，每相邻两档圆形齿轮机构起始档、目的档及配置的非圆齿轮机构的超越离合器操纵机构之间带有按照控制程序控制的联动机构，控制程序是起始档超越离合器处于待分离状态→非圆齿轮机构超越离合器处于待接合状态→目的档超越离合器处于待接合状态。

这种汽车用不间断动力齿轮变速器的换档装置结构可由联动机构、各操纵机构、各滚柱式超越离合器(以下可以简称离合器)构成，如图26所示(图中齿轮是简化的)。主要包括换档控制拉杆71及其滑动斜销装置72和滑动拨杆73及平行滑轴74构成的联动机构；还包括各档的齿轮离合器组75，可连续回转的非圆齿轮(过渡齿轮)离合器组76，动力轴77(输出轴)等。另外1a、1b、1c分别为一、二、三档圆形齿轮，2a为一二档间过渡齿轮(过渡齿轮是可连续回转的非圆齿轮另一种称呼)。2b为二三档间过渡齿轮。图中各齿轮均与输入轴上固定的相应齿轮保持正常啮合关系(图3中输入轴及其上的齿轮均未在图中画出)。

换档控制拉杆71受换档操纵机构(可为手动或自动)控制发生移动，并带动滑动斜销装置72的相应滑动斜销向下移动或回位，使得相应的滑动拨杆73沿着平行滑轴74移动或回位，带动相应离合器上的滑环动作，以控制相应的超越离合器恢复工作状态或将要恢复自动接合再自动分离的工作状态，或者控制相应的超越离合器回到保持分离的状态。在需要换档时，拉杆71拨动拨杆73，带动相应离合器上的滑环动作，以控制相应的超越离合器操纵机构动作或将要动作；而未受到拉杆及滑动斜销作用的拨杆，均在拨杆弹簧的作用下处于使滑环向齿轮靠紧的位置，使相应的超越离合器被控制在稳定的分离状态，这就是联动机构的基本过程。换档控制拉杆71、滑动斜销装置72、滑动拨杆73、平行滑轴74及滑环构成了联动机构。

联动机构在从一档换到二档再从二档换到三档过程的动作过程是按照图26-图30过程进行的，并且就完成了相应的不间断动力的换档。各相邻档位的操纵机构和超越离合器的变换过程与实施例二的过程一样。

实施例八、一种输入输出轴以相同传动关系平行联接着中间轴的不间断动力的四个档齿轮变速器(见图45)，有齿轮箱体、齿轮箱体的轴承设置着五根转轴I、II、III、IV、V，从输入轴I到输出轴II并列含有同转向输出的四个前进档圆形齿轮机构和对应的三个过渡档的非圆齿轮机构；每相邻的两档圆形齿轮机构对应配置一个非圆齿轮机构，相邻两档圆形齿轮机构中相对低速档的传动比小于对应的非圆齿轮机构的最大传动比，相邻两档圆形齿轮机构中相对高速档的传动比大于对应的非圆齿轮机构的最小传动比；输入轴、输出轴之间还通过轴VI的过桥轮和主动从动齿轮构成倒档圆形齿轮机构。转轴II和转轴V及倒档齿轮之间设置有牙嵌式操纵离合器。这样前进档和倒档的齿轮机构就可以通过操纵离合器分别与输出轴联接。四个圆形齿轮机构、三个非圆齿轮机构中的主动齿轮分别与主动转轴I、III、固定联接，圆形齿轮机构、非圆齿轮机构中的从动齿轮分别与从动转轴V、IV通过滚柱式超越离合器(参见图23、24、25)联接，在主从转轴之间形成了七组常啮合的齿轮机构。两根主动转轴I、III之间通过啮合的一对齿轮传动机构联接，两根从动转轴V、IV通过啮合的另一对相同的齿轮传动机构联接，两对齿轮传动机构使两平行设置的转轴形成了相同的传动关系。相对传递动力的转轴I、V集中设置着四个圆形齿轮机构，相对传递动力的转轴III、IV集中设置着三个非圆齿轮机构。这样就可以形成同转向输出不同轴距的齿轮传动机构。主动轴之间可以通过操纵离合器联接，从动轴之间也可以通过操纵离合器联接(见图46)，就可以在不需要非圆齿轮机构工作时分离操纵离合器。

实施例九、一种输入轴通过操纵离合器分别与两个非圆齿轮机构连接的三个档不间断动力齿轮变速器(见图47、48、49、50、51)，有齿轮箱体、齿轮箱体的轴承设置着包括输入轴、输出轴在内的多根轴，这些轴通过设置相互啮合的齿轮组从输入轴到输出轴构成了三个档圆形齿轮机构和两个过渡档非圆齿轮机构。每相邻的两档圆形齿轮机构对应配置一过渡档非圆齿轮机构。三个档圆形齿轮机构、两个非圆齿轮机构，每个齿轮机构都有一个齿轮与转轴通过滚柱式超越离合器或楔块式超越离合器(参见图23、24、25、42、43、44)联接。超越离合器带有操纵机构(参见图3、4、5)。其他齿轮与对应的轴固定连接或通过操纵离合器与对应的轴联接。在输入轴、输出轴形成了五组常啮合的齿轮机构。其中每个非圆齿轮机构的主动齿轮都通过操纵离合器与对应输入轴联接，非圆齿轮机构的超越离合器设置在最后一个从动齿轮与相应的轴之间。两个非圆齿轮机构共用一对非圆齿轮。其中这对非圆齿轮和一组圆柱齿轮一起构成与一、二档圆形齿轮机构对应的非圆齿轮机构，该非圆齿轮机构的最大传动比大于一档圆形齿轮机构传动比，非圆齿轮机构的最小传动比小于二档圆形齿轮机构传动比；这对非圆齿轮和另一组圆柱齿轮一起又构成与二、三档圆形齿轮机构对应的非圆齿轮机构，非圆齿轮机构的最大传动比大于二档圆形齿轮机构传动比，非圆齿轮机构的最小传动比小于三档圆形齿轮机构传动比。三个档以上不间断动力齿轮变速器，如果两个以上的非圆齿轮机构共用一对非圆齿轮的，都可以以此类推组成含齿轮数较少的多个非圆齿轮机构。下面以如图47所示的三个档不间断动力齿轮变速器为例，说明这种不间断动力齿轮变速器及工作过程。这种输入轴通过操纵离合器分别与两个非圆齿轮机构连接的三个档不间断动力齿轮变速器，有齿轮箱体、齿轮箱体的轴承设置着包括输入输出轴在内的四根转轴I、II、III、IV，这些转轴通过设置相互啮合的齿轮组，从输入轴到输出轴构成了三个档圆形齿轮机构和对应的两过渡档非圆齿轮机构，每相邻的两档圆形齿轮机构对应配置一过渡档非圆齿轮机构。三个档圆形齿轮机构的主动齿轮都与输入轴I固定联接，两档非圆齿轮机构的主动齿轮与辅助轴III固定联接，圆形齿轮机构、非圆齿轮机构都是从动齿轮与输出转轴II通过滚柱式超越离合器或楔块式超越离合器(参见图23、24、25、42、43、44)联接，在输入输出转轴之间形成了五组常啮合的齿轮机构。相对传递动力的转轴I、II集中设置着圆形齿轮，构成了三个档的圆形齿轮机构，相对传递动力的转轴I、II、III、IV设置着包括一对非圆齿轮在内的齿轮，构成了两个过渡档的非圆齿轮机构。输入转轴I和辅助转轴III之间分别通过两对圆形齿轮及配合的操纵离合器联接。其中一对圆形齿轮与转轴II、IV之间的这对非圆齿轮及转轴III、IV之间的一对圆形传动齿轮一起构成与一、二档圆形齿轮机构对应的非圆齿轮机构，非圆齿轮机构的最大传动比大于一档圆形齿轮机构传动比，非圆齿轮机构的最小传动比小于二档圆形齿轮机构传动比；另一对圆形齿轮与转轴II、IV之间的这对非圆齿轮及转轴III、IV之间的一对圆形传动齿轮一起又构成与二、三档圆形齿轮机构对应的非圆齿轮机构，非圆齿轮机构的最大传动比大于二档圆形齿轮机构传动比，非圆齿轮机构的最小传动比小于三档圆形齿轮机构传动比。这样非圆齿轮机构的滚柱式超越离合器，还可以设置在输入转轴I和辅助转轴III之间的齿轮与相应的转轴之间。由一档向二档变速，先使与一、二档对应的非圆齿轮机构的操纵离合器接合，再使一挡的操纵机构动作使一档的超越离合器处于待分离状态，接下来用该非圆齿轮机构的操纵机构使其超越离合器处于待接合状态。该非圆齿轮机构从动齿轮角速度从最低增加到与一档从动齿轮相同并要大于时，非圆齿轮机构的超越离合器接合并使一档的超越离合器自动分离。最后动作二档操纵机构，在该非圆齿轮机构从动齿轮角速度增加到最大附近时，二档的操纵机构恢复超越离合器处于待接合状态。该非圆齿轮机构从动齿轮角速度减小到与二档从动齿轮相同并要小于时，二档的超越离合器自动接合，并使非圆齿轮机构的超越离合器自动分离，用非圆齿轮机构的操纵机构使其超越离合器保持分离状态。将该非圆齿轮机构的主动齿轮与输入轴之间的操纵离合器分离，使非圆齿轮机构不再随其他机构空转。由二档向三档变速，先使与二、三档对应的非圆齿轮机构的操纵离合器接合，再先后使二档、非圆齿轮机构、三档的超越离合器处于工作状态；非圆齿轮机构从动齿轮角速度从最低增加到与二档从动齿轮相同并要大于时，非圆齿轮机构的超越离合器接合并使二档的超越离合器自动分离；在非圆齿轮机构从动齿轮角速度增加到最大附近时，三档操纵机构使超越离合器处于待接合状态，非圆齿轮机构从动齿轮角速度减小到与三档从动齿轮相同并要小于时，三档的超越离合器自动接合，并使非圆齿轮机构的超越离合器自动分离，用非圆齿轮机构的操纵机构使其超越离合器保持分离状态。将该非圆齿轮机构的主动齿轮与输入轴之间的操纵离合器分离，使非圆齿轮机构不再随其他机构空转。由高速向低速变速过程相反。由三档向二档变速，将二、三档对应的非圆齿轮机构的操纵离合器接合，并用各自的操纵机构先后使三档、非圆齿轮机构、二档的超越离合器处于工作状态。该非圆齿轮机构的从动齿轮角速度增加到与三档从动齿轮相同并要大于时，非圆齿轮机构的超越离合器接合并使三档的超越离合器自动分离，三档的操纵机构使其超越离合器保持分离状态；在非圆齿轮机构从动齿轮角速度增加到最大并开始减小后，非圆齿轮机构从动齿轮角速度减小到与二档从动齿轮相同并要小于时，二档的超越离合器自动处于接合状态，并使非圆齿轮机构的超越离合器自动分离，非圆齿轮机构的操纵机构回位使超越离合器保持分离状态；控制非圆齿轮机构的操纵离合器分离，使非圆齿轮机构不再空转。由二档向一档变速，先使与一、二档对应的非圆齿轮机构的操纵离合器接合，再先后使二档、该非圆齿轮机构、一档的超越离合器处于工作状态；非圆齿轮机构从动齿轮角速度从低增加到与二档从动齿轮相同并要大于时，非圆齿轮机构的超越离合器接合并使二档的超越离合器自动分离；在非圆齿轮机构从动齿轮角速度又减小到与一档从动齿轮相同并要小于时，一档的超越离合器自动处于接合状态，并使非圆齿轮机构的超越离合器自动分离，非圆齿轮机构的操纵机构回位使其超越离合器保持分离状态。控制非圆齿轮机构的操纵离合器分离，使非圆齿轮机构不再空转。

Claims (10)

1、一种不间断动力的齿轮变速器，有基座或齿轮箱体，基座或齿轮箱体通过轴承设置了包括输入轴、输出轴在内的至少两根轴，轴之间通过常啮合的齿轮传动联接，构成齿轮机构，从输入轴到输出轴含有同转向输出的至少两个档的圆形齿轮机构，其特征在于：从输入轴到输出轴还并列含有作为过渡档用的非圆齿轮机构，而且同转向输出的相邻两个档的两个圆形齿轮机构和与其同转向输出的一个过渡档的非圆齿轮机构是对应配置的；相邻两档的两个圆形齿轮机构和与其对应配置的一个过渡档的非圆齿轮机构中，每个齿轮机构都有一个齿轮与转轴之间或者轴与轴之间通过超越离合器联接；超越离合器还带有离合器操纵机构。

2、如权利要求1所说的不间断动力的齿轮变速器，其特征在于：相邻两档的两个圆形齿轮机构中相对低速档的传动比小于或等于或略大于与其对应配置的非圆齿轮机构的最大传动比，相邻两档的两个圆形齿轮机构中相对高速档的传动比大于或等于或略小于与其对应配置的非圆齿轮机构的最小传动比。

3、如权利要求1所说的不间断动力的齿轮变速器，其特征在于：相邻两档的两个圆形齿轮机构中相对低速档的传动比小于与其对应配置的非圆齿轮机构的最大传动比，相邻两档的两个圆形齿轮机构中相对高速档的传动比大于与其对应配置的非圆齿轮机构的最小传动比。

4、如权利要求1或2或3所说的不间断动力的齿轮变速器，其特征在于：离合器操纵机构之间带有联动机构。

5、如权利要求4所说的不间断动力的齿轮变速器，其特征在于：超越离合器为滚柱式超越离合器，滚柱式超越离合器带有的操纵机构为设置在滚柱侧面或滚柱端面开口处的拨爪和控制拨爪相对于星轮做周向摆动的控制机构，或者为套在滚柱端面凸起的摆件及控制摆件相对于星轮做周向摆动的控制机构。

6、如权利要求4所说的不间断动力的齿轮变速器，其特征在于：超越离合器为楔块式超越离合器，楔块式超越离合器带有的操纵机构为设置在楔块侧面或楔块端面开口的拨爪和控制拨爪相对于带凹圆弧的环做周向摆动的控制机构，或者为套在楔块端面凸起的摆件及控制摆件相对于带凹圆弧的环做周向摆动的控制机构。

7、如权利要求5所说的不间断动力的齿轮变速器，其特征在于：拨爪的控制端位于超越离合器星轮的控制腔内，或者摆件的控制端位于超越离合器星轮的控制腔内，星轮的凸圆套装着只能轴向滑动的滑环，滑环连着可以插入或拨出控制腔的控制销，滑环还动配合着拨杆，从拨杆到控制销的运动链含有回位弹簧，控制腔、控制销、滑环、拨杆及回位弹簧构成了控制机构。

8、如权利要求6所说的不间断动力的齿轮变速器，其特征在于：拨爪的控制端位于超越离合器带凹圆弧的环的控制腔内，或者摆件的控制端位于超越离合器带凹圆弧的环的控制腔内，带有凹圆弧的环的凸圆套装着只能轴向滑动的滑环，滑环连着可以插入或拨出控制腔的控制销，滑环还动配合着拨杆，从拨杆到控制销的运动链含有回位弹簧，控制腔、控制销、滑环、拨杆及回位弹簧构成了控制机构。

9、如权利要求7所说的不间断动力的齿轮变速器，其特征在于：非圆齿轮机构的离合器操纵机构的滑环与滚柱式超越离合器的星轮之间，还带有限制滑环轴向回位的锁住机构，锁住机构还带有与拨爪控制端相对星轮作周向变化联动的解锁机构。

10、如权利要求8所说的不间断动力的齿轮变速器，其特征在于：非圆齿轮机构的离合器操纵机构的滑环与楔块式超越离合器的带凹圆弧的环之间，还带有限制滑环轴向回位的锁住机构，锁住机构还带有与拨爪控制端相对带凹圆弧的环作周向变化联动的解锁机构。

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