CN101846146A - 一种超越离合器及以此构成的变速器 - Google Patents

Abstract

一种超越离合器及以此构成的变速器。属于机械传动装置。一种超越离合器其特征是外圈外缘设有齿，外圈内缘设有断弧状凹槽；内圈周边设有齿槽，齿槽内均设柱状活齿，活齿根部与齿槽底部之间设有复位簧；一种以上述超越离合器构成的变速器，其特征是由输入分动装置，振幅调节装置，旋转-直线转换装置，直线-旋转转换装置，以4个上述超越离合器构成的合成输出装置组成；还设有滑动套接于振幅调节装置上、下振幅导轨座中心轴上的腰形槽，固定于腰形槽上的速度调节手柄。试用中显示了：输出速度无脉动现象；传递功率大；磨损小，使用寿命大幅度延长；安全可靠、调速方便。主要使用于车辆的变速；也可用于工程机械；还可作为机械变频器。

Description

一种超越离合器及以此构成的变速器

技术领域：本发明属于机械传动装置，特别是一种超越离合器及以此构成的变速器。

背景技术：当前在超越离合器的领域中使用最广泛的有三种：滚柱式超越离合器、楔块式超越离合器和棘轮棘爪式超越离合器。其中，滚柱式超越离合器和楔块式超越离合器工作原理都是利用外圈与内圈所形成的小夹角斜面将滚柱或楔块压紧产生的周向摩擦力，使内圈和外圈同步转动，传递扭矩。其缺点是：1.由于其扭矩是利用摩擦力来传递的，所以其传递扭矩小，会打滑。2.由于是摩擦传动，不能采用润滑油来润滑，所以当脱开的时候，滚柱或楔块与外圈之间产生的摩擦会产生较大的热量，同时，必然造成较大的磨损，使其传动效率降低、寿命缩短。3.由于摩擦力是由内圈与外圈之间的小角度斜面对滚柱或楔块的楔紧作用产生的，所以其接触应力相当大，容易使接触面(点、线)被破坏，使其工作效率降低，甚至失效。4.由于接触应力大，所以脱开阻力大。棘轮棘爪式超越离合器工作原理是利用棘轮与棘爪的单向啮合，当脱开时，棘爪被棘轮齿的小角度一侧斜面顶起分离；当离合器工作时，棘爪会顶住棘论齿的另一侧大角度斜面，以此方式来传递扭矩。其缺点是：由于它是棘轮棘爪的啮合，啮合存在间隙，工作时冲击力大，当开始超越传动时不能精确逆止。此外，还有如下的超越离合器及其以此构成的变速器：

对比文献1为公开号CN1414260A、名称为一种单蜗杆超越离合器及其无级变速器，其特征是一个蜗轮与一根蜗杆以自锁型式组成一个蜗轮蜗杆传动系，由蜗轮轴串接一组齿轮装配成对一个单向传动可以锁定、对另一单向传动可以空转的闭路循环系统。根据其特征可知：1.其工作时以蜗轮蜗杆副进行传动，这种传动效率低，磨损大。2.传动零件多：有6个传动零件组成，还必须要有轴和轴承，因此结构复杂，体积大。

对比文献2为公开号为CN87102535A、名称为差动式自动无级变速器，其特征是：第一部分由周转差动轮系构成减速器，第二部分由周转差动轮系组成合动器，将前部分输出两个相反的扭矩转动合成一个扭矩转动输出。此变速器是通过阻力扭矩的变化和受输入轴的转动在离心力滑块上产生离心力的作用，通过压力弹簧的变形来改变第一部分的受力状态，即改变输入力矩分配给该部分作减速自转与整体转动的比例，达到自动改变速度的目的。根据其结构特征可知：1.其变速比是受弹簧压力控制的，因此变速比不精确，必然导致转速不稳定。2.其变速是自动变化的，外力无法在运转时对速度进行控制，必然出现难以调速的问题。

对比文献3为公开号为CN 101696720A、名称为斜盘导杆式无级变速器，其特征是：主动机构由倾斜度可调的斜盘和三个以上等角度设置的导杆构成，该导杆一端有可单向转动的斜齿轮，另一端顶在斜盘盘面上，并可在斜盘盘面上做圆周滑动；输出机构由单向转动的输出轴和套固在输出轴上与主动机构中斜齿轮啮合的大斜齿轮构成。根据其特征可知：1.是通过三根以上等角度导杆在斜盘上做圆周滑动产生轴向位移，使导杆一端的单向斜齿轮将轴向位移转变成单向的周向位移传递给大斜齿轮，使大斜齿轮的转速瞬间超过输入轴的转速，通过三个或更多的导杆产生的位移的叠加，于是输出转速大于输入转速，从而达到变速的目的。所以其输出转速是脉动的。2.由于其变速是因为斜盘的倾斜产生的轴向位移造成的增速输出，所以当斜盘的倾斜角度为零时，其输出转速与输入转速相等但不为零，因此其变速范围必然小。3.其结构中提到了单向转动的斜齿轮，但没有提及其构造，可以理解为其单向转动原理与目前应用广泛的超越离合器的原理一样，所以其具备目前广泛使用的超越离合器的缺点：传递功率小、磨损大、重载时工作不可靠。

由此可见，设计一种超越离合器及以此构成的变速器，达到输出速度无脉动现象、传递功率大、磨损小、安全可靠、调速方便的有益效果是必要的。

发明内容：本发明的目的是克服现有技术的不足，设计一种超越离合器及以此构成的变速器，达到输出速度无脉动现象、传递功率大、磨损小、安全可靠、调速方便的有益效果。

本发明的目的是这样实现的：

一种超越离合器，包括连接于输入部件的外圈、与外圈内缘配合的连接于输出部件的内圈，其特征是外圈外缘设计有沿径向均匀排列的齿，外圈内缘设计有断弧状凹槽；内圈周边设计有沿径向均匀排列的齿槽，齿槽内均设有横截面为长方形的柱状活齿，活齿根部与齿槽底部之间均设有复位簧。

一种以上述超越离合器构成的变速器，其特征是由输入分动装置，振幅调节装置，旋转-直线转换装置，直线-旋转转换装置，合成输出装置构成。

本发明的目的还可以采取如下的进一步技术措施来实现：

所述的断弧状凹槽的槽底一侧呈弧状凹面、另一侧呈径向直立平面。所述的柱状活齿的顶部呈与断弧状槽的弧状面一致的弧状凸面，顶部的迎合旋转方向部分呈后倾平面。这样的设计其有益效果是：当外圈比内圈转速慢时，外圈上的齿的一侧圆弧段克服弹簧力将活齿压回内圈的齿槽内，外圈空转，不带负载；当外圈转速即将超过内圈转速时，外圈上的齿的另一侧转动方向垂直的面可以精确地将内圈上的活齿的斜面挡住，使内圈与外圈同步转动，从而能精确的获得超越时的转速：即外圈转速达到内圈转速的同时超越离合器精确锁住，同步转动。

所述的柱状活齿中相邻柱状活齿之间的距离S与断弧状凹槽个数N之比小于柱状齿顶部的后倾平面的倾斜坡高L，且无论柱状活齿的个数M与断弧状凹槽个数N之比还是断弧状凹槽个数N与活齿的个数M之比都不是整数。其设计效果是：S/N＜L，是为了形成一个平稳的连续的啮合过程；M/N或N/M均非整数，是为了使活齿与断弧状凹槽错开，保证它们之间相继啮合而不是同时啮合。例如：M＝10，S＝10mm，L＝1mm，N＝11，则S/N＝10/11＜1mm，且M/N＝10/11，N/M＝11/10均不是整数，其效果是：当第一对活齿与断弧状凹槽啮合至10/11时第二对活齿与断弧状凹槽开始啮合，这样连续的相继啮合下去；假若齿距S＝12mm，那么，S/N＝1.09＞1mm，这样，当第一对活齿与断弧状凹槽啮合结束时，第二对活齿与断弧状凹槽还没有进入啮合状态，就不能形成连续的啮合；当M＝11，M/N＝1，N/M＝1时，11对活齿与断弧状凹槽就会同时啮合或都不啮合，造成超越时有冲击、不连续。以上为单排使用的情况，如果同时再采用多排并列错开使用，例如为4排并列使用，可以增加同时啮合的齿数，以提高传动的负载能力和平稳性。

所述的输入分动装置设计有速度输入轴，速度输入轴端部的伞形齿轮组，穿过并固定于伞形齿轮组中的从动齿轮中心的分动轴，固定于分动轴两端的上、下各1个分动导轨座，两端固定于分动导轨座上的上、下各1个中心线相互间成45°或135°的分动圆柱形导轨。这样的设计其有益效果是：由输入轴将旋转运动通过输入轴端部的伞形齿轮组传递给分动轴，再传递给固定于分动轴两端的上、下各1个分动导轨座以及两端固定于分动导轨座上的上、下各1个分动圆柱形导轨，使之产生旋转，从而达到分成两组相同的转速来向振幅调节装置进行传递的目的，而上、下各1个分动圆柱形导轨的中心线相互间成45°或135°是为了传递给振幅调节装置后使其产生相位差成90°或270°的两组振幅。

所述的振幅调节装置设计有分别滑动于上、下各1个分动圆柱形导轨上的、由滑块中心轴及其两端各有一个中心线相互垂直的管状滑槽组成的上、下各1组十字形滑块，十字形滑块正是通过其中1个管状滑槽套接于相应的分动圆柱形导轨上实现与分动圆柱形导轨的滑动连接；而上、下各1组十字形滑块的另一管状滑槽中滑动连接有上、下各1个振幅圆柱形导轨，振幅圆柱形导轨两端固定有上、下各1个振幅导轨座，一端固定于振幅导轨座中心的上、下各1个振幅导轨座中心轴；上、下振幅导轨座中心轴的另一端滑动连接有与其相配合的上、下各1个振幅调节水平滑槽，配合于振幅导轨座中心轴设计有向后倾斜(逆时针偏离垂直方向)15°的、滑动套接于上、下振幅导轨座中心轴上的腰形槽，固定于腰形槽上、且下端铰接固定的调节手柄。这样设计的有益效果是：当调节手柄围绕下端铰接固定点向前，即顺时针向垂直方向推移转动时，与之固定的腰形槽也向前推移转动，使与腰形槽配合的上、下振幅导轨座中心轴在与其相配合的上、下各1个振幅调节水平滑槽中产生水平方向移动，这样就使上、下振幅导轨座中心轴的旋转中心与分动轴两端的上、下各1个分动导轨座的旋转中心产生水平方向上的偏移，十字形滑块的中心轴线就会以偏移量为直径，以偏移量的二分之一处为圆心进行做回转运动，当分动导轨座与振幅导轨座转过45°时，十字形滑块的中心轴线绕偏移量二分之一处为圆心转过90°，当分动导轨座与振幅导轨座转过90°时，十字形滑块的中心轴线绕偏移量二分之一处为圆心转过180°，由此看出：上、下各1个分动圆柱形导轨的中心线相互间成45°或135°并旋转，即旋转相位差为45°或135°同步旋转时，上、下各一组十字形滑块以回转相位差为90°或270°进行同步旋转。十字形滑块的旋转直径就与偏移量相等，即偏移量越大，十字形滑块的回转直径就越大，所以当调节手柄绕固定铰接点向前转动时，偏移量增大，反之，偏移量减小，直至为零，即十字形滑块围绕其中心轴自转，而其中心轴线不产生回转运动，因为其回转直径为零。这样就实现了由调节手柄的前、后推移转动来调节十字形滑块的回转直径的大小，其调节范围由零到最大值的目的。另外，当十字形滑块回转直径加大时，就会使加大偏移量的水平阻力越大，因此将调节手柄向后倾斜15°的目的是为了当其绕固定铰接点向前推移转动时，主动力臂不断加长，被动力臂不断减小，产生的力矩加大，从而抵消增大的阻力，使之在向前推进的过程中不会感到阻力在增大，达到调节平滑感好的目的。

所述的旋转-直线转换装置设计有卡接于上、下各1个十字形滑块中心轴上的上、下各1个垂直滑槽，联结于每个垂直滑槽两端的上、下各1个水平滑块，亦即位于上部2个、下部2个共4个水平滑块；配合于每个水平滑块的左右滑动设计有水平滑槽，每个水平滑块的内缘固定有与超越离合器外圈外缘沿径向均匀排列的齿啮合的齿条，亦即位于上部2个、下部2个共4个齿条。这样的设计其有益效果是：当上、下两组十字形滑块在围绕偏移量的二分之一处为圆心做回转运动的同时，其滑块中心轴同时也被限制在上、下各1个垂直滑槽中只能作垂直滑动，而每个垂直滑槽两端的上、下还联接有水平滑块，并能在与之配合的水平滑槽中滑动，当十字形滑块的回转运动传递给垂直滑槽时，其垂直方向产生的移动变成了在垂直滑槽中的上下往复直线运动，而水平方向产生的移动变成了与垂直滑槽联接的水平滑块在水平滑槽中的水平往复直线运动，其往复直线运动的振幅大小与十字形滑块的回转直径相等。即十字形滑块回转直径越大，水平滑块的水平往复直线运动的振幅越大，且其直线运动的速度变化成对称正弦曲线分布，这也是采用这种结构的目的，而且由此机构产生的两组振幅的相位差为90°或270°，并且由4个齿条将直线运动，通过与超越离合器外圈外缘沿径向均匀排列的齿啮合进行输出。如果采用曲柄滑块机构将旋转运动转变为直线运动的话，其直线运动的速度变化成非对称正弦曲线分布，在合成时会产生速度的脉动，达不到速度平稳输出的目的。

所述的直线-旋转转换装置设计有外圈外缘沿径向均匀排列的齿与齿条啮合的位于上部2个、下部2个共4个本发明前述的超越离合器，位于上部2个超越离合器的内圈固定有中空的离合器输出轴，位于下部2个超越离合器的内圈固定有另一中空的离合器输出轴。这样的设计其有益效果是：以上部为例，通过上部两个齿条与两个超越离合器的外圈外缘上的齿的啮合，将往复直线运动转变成超越离合器的往复旋转运动，其结构是：其中一个齿条与其中一个超越离合器的上方的齿相啮合，而另一个齿条与另一个超越离合器的下方的齿相啮合。这样，当上部的水平滑块做往复水平直线运动时，上部的两个超越离合器由于齿条的啮合部位不同，呈转向相反的往复旋转运动，即无论水平滑块向前，还是向后做直线运动时，始终有一个超越离合器在工作，另一个脱开空转，这样就交替将旋转运动以单向的旋转方向传递给与之内圈相固定的中空的离合器输出轴，以达到连续输出单向的转速变化成对称正弦分布的带有波动的旋转运动。下部的两个齿条和超越离合器的工作原理也是如此，只是相位差与上部输出相差90°或270°，为速度的合成提供了符合要求的旋转输入。

所述的合成输出装置设计有固定于上、下两个离合器输出轴的上、下两个输入伞齿轮，与输入伞齿轮啮合的上、下两个中间小伞齿轮，固定于2个中间小伞齿轮中心的中空旋转轴、固定于中空旋转轴上的输出伞齿轮，端部固定有与输出伞齿轮相啮合的伞齿轮的速度输出轴，活动地穿过上、下两个离合器输出轴、中空旋转轴的支承轴。这样的设计其有益效果是：此装置实际是一个差动轮系，目的是将上、下两个离合器输出轴所输出的转速作为差动轮系的两个输入源，而通过差动轮系将两个输入转速相加后再以转速和的二分之一的转速由速度输出轴输出，以达到将两个相位差为90°或270°旋转带有脉动的转速，变化成对称正弦曲线分布的旋转运动，再合成为转速变化成直线的，即无脉动的、速度值为两个输入转速的平均转速输出的目的。

本发明的速度调接工作过程如下：1、由输入轴将旋转运动通过输入轴端部的伞形齿轮组传递给分动轴，再传递给固定于分动轴两端的上、下各1个分动导轨座以及两端固定于分动导轨座上的上、下各1个分动圆柱形导轨，使之分成上、下两组转速相同的、相位差成45°或135°角的旋转运动。2、由上、下两组十字形滑块，将上、下各1个分动圆柱形导轨和上、下各一个振幅圆柱形导轨相连接，同时也将上、下两组旋转运动传递给振幅圆柱形导轨及其振幅导轨座，且围绕可在振幅调节水平滑槽和固定有调节手柄的腰形槽中滑动的振幅导轨座中心轴旋转。此时，将上、下各1个分动圆柱形导轨和上、下各一个振幅圆柱形导轨的旋转中心重合，上、下两组十字形滑块也以它们的旋转中心旋转，其滑块中心轴线无回转运动。对下面的旋转-直线转换装置没有输出，因此，最后的输出转速为零。3、当调节手柄围绕下端铰接固定点向前即向垂直位置推移转动时，与之固定的腰形槽也向前推移转动，使与腰形槽配合的上、下振幅导轨座中心轴在与其相配合的上、下各1个振幅调节水平滑槽中产生水平方向移动，这样就使上、下振幅导轨座中心轴的旋转中心与分动轴两端的上、下各1个分动导轨座的旋转中心产生水平方向上的偏移，十字形滑块的中心轴线就会以偏移量为直径，以偏移量的二分之一处为圆心进行做回转运动，当分动导轨座与振幅导轨座转过45°时，十字形滑块的中心轴围绕偏移量二分之一处为圆心转过90°，当分动导轨座与振幅导轨座转过90°时，十字形滑块的中心轴线围绕偏移量二分之一处为圆心转过180°，由此看出：上、下各1个分动圆柱形导轨的中心线相互间成45°或135°并旋转，即旋转相位差为45°或135°同步旋转时，上、下各一组十字形滑块以回转相位差为90°或270°进行同步旋转。十字形滑块的旋转直径就与偏移量相等，即偏移量越大，十字形滑块的回转直径就越大，所以当调节手柄绕固定铰接点向前推移转动时，偏移量增大，反之，偏移量减小，直至为零。这样就实现了由调节手柄的前、后推移转动来调节十字形滑块的回转直径的大、小，范围由零到最大值的目的。4、当上、下两组十字形滑块在围绕偏移量的二分之一处为圆心做回转运动的同时，其滑块中心轴同时也被限制在上、下各1个垂直滑槽中只能作垂直滑动，而每个垂直滑槽两端的上、下还联接有水平滑块，并能在与之配合的水平滑槽中滑动，当十字形滑块的回转运动传递给垂直滑槽时，其垂直方向产生的移动变成了在垂直滑槽中的上下往复直线运动，而水平方向产生的移动变成了与垂直滑槽联接的水平滑块在水平滑槽中的水平往复直线运动，其往复直线运动的振幅大小与十字形滑块的回转直径相等。即十字形滑块回转直径越大，水平滑块的水平往复直线运动的振幅越大，且其直线运动的速度变化成对称正弦曲线分布，这也是采用这种结构的目的，而且由此机构产生的两组振幅的相位差为90°或270°，并且由4个齿条将直线运动，通过与超越离合器外圈外缘沿径向均匀排列的齿啮合进行输出。5、以位于上部的两个齿条与两个超越离合器的外圈外缘上的齿的啮合为例，将往复直线运动转变成超越离合器的往复回转运动，其结构是：其中一个齿条与其中一个超越离合器的上方的齿相啮合，而另一个齿条与另一个超越离合器的下方的齿相啮合。这样，当上部的水平滑块做往复水平直线运动时，上部的两个超越离合器由于齿条的啮合部位不同，呈转向相反的往复旋转运动，即无论水平滑块向前，还是向后做直线运动时，始终有一个超越离合器在工作，另一个脱开空转，这样就交替将旋转运动以单向的旋转方向传递给与之内圈相固定的中空的离合器输出轴，以达到连续输出单向的转速变化成对称正弦分布的带有波动的旋转运动。下部的两个齿条和超越离合器的工作原理也是如此，只是相位差与上部输出相差90°或270°。6、最后，将上、下两个离合器输出轴所输出的转速作为合成输出装置的两个输入源，通过差动轮系将两个输入转速相加后再以和的二分之一的转速由速度输出轴输出，以达到将两个相位差为90°或270°旋转带有脉动的转速，变化成对称正弦曲线分布的旋转运动，再合成为转速变化成直线的，即无脉动的速度值为两个输入转速的平均转速输出的目的。

以上是当调节手柄向前推移转动时，对转速的变化的调节：由0到最大。其实，调节手柄可在任意需要的位置停下，以获得所需的速度；且可在运转时随意调节输出转速，适应变速的需要。

本发明实施得到的超越离合器及以此构成的变速器，在试用中显示了如下优点：

1、输出速度无脉动现象。与文献3中公开的输出转速是脉动的已有技术的相比，由于采用了输入分动装置，振幅调节装置，旋转-直线转换装置，直线-旋转转换装置，合成输出装置的结构，将输入转速先分成相位差成45°或135°的两组旋转运动，然后，将两组旋转运动通过振幅调节装置和旋转-直线转换装置进行调节往复直线运动的振幅大小，且相位差变成了90°或270°、速度变化呈对称分布的正弦曲线，再由直线-旋转转换装置将两组往复直线运动转换成连续单向的带有脉动的旋转运动，最后由合成输出装置即差动轮系将两组相位差为90°或270°、转速变化呈对称分布的正弦曲线的脉动旋转运动合成为无脉动的旋转转速输出。

2、传递功率大。与利用的摩擦力来传递扭矩的滚柱式超越离合器和楔块式超越离合器已有技术的相比，本发明采用了连接于输入部件的外圈、与外圈内缘配合的连接于输出部件的内圈，其特征是外圈外缘设计有沿径向均匀排列的齿，外圈内缘设计有断弧状凹槽；内圈周边设计有沿径向均匀排列的齿槽，齿槽内均设有横截面为长方形的柱状活齿，活齿根部与齿槽底部之间设有复位簧的超越离合器作为传动部件的结构，此结构在工作时因为活齿斜面的斜度小，当外圈上的齿另一侧呈径向直立的平面顶住活齿斜面时，活齿因齿槽间摩擦力自锁作用不会使活齿向齿槽回缩，由此看出超越离合器是靠活齿的斜面来传递功率，所以传递功率大，以此作为变速器的传动部件，就使变速器中唯一不是齿轮传动的部位也与齿轮一样传递扭矩，从而使整个变速器的传递功率也变大。

3、磨损小，使用寿命大幅度延长。与文献1公开的，以蜗轮蜗杆副进行传动的单蜗杆超越离合器及其无级变速器已有技术相比，本发明采用了靠活齿的斜面来传递扭矩的超越离合器作为传动部件的结构，所以，在整个变速器中不存在有摩擦传递扭矩的部件，不存在打滑现象，而且整个变速器可以采用油润滑或将部件浸入油中进行运转，因此，磨损非常小，从而大幅度延长了使用寿命。

4、安全可靠、调速方便。与对比文献2公开的，通过阻力扭矩的变化和受输入轴的转动在离心力滑块上产生离心力的作用达到变速的差动式无级变速器相比，本发明采用了靠活齿的斜面来传递扭矩的超越离合器作为传动部件的结构，使变速器中所有的部件都与齿轮传动一样安全可靠；另外，其调速是由将调节手柄向前推移转动或向后拉移转动来实现的，所以调速方便，操作简单。

附图说明：图6为符合本发明主题结构的示意图；图1为符合超越离合器的主题结构的示意图；图2为图1中超越离合器的剖面示意图；图3为图1中超越离合器的局部结构放大示意图；图4为图2中超越离合器的剖面局部结构放大示意图；图5为图6中本发明主题结构的侧视示意图：图7为旋转-直线转换装置中局部结构放大示意图；图8为振幅调节装置中局部结构放大示意图；图9、10为图5中A-A、B-B局部剖视图；图11为振幅调节装置中管状滑槽相互位置关系放大示意图；图12为振幅调节装置中十字形滑块结构放大示意图；图13、14为分动导轨座与振幅导轨座分别转过0°、45°、90°、135°时与十字形滑块回转角度之间的相互位置关系示意图；图15、16为固定于离合器上、下两个输出轴速度输出大小变化与十字形滑块绕回转中心转过的角度之间的关系成对称分布的正弦曲线示意图；图17为图15、16中两组输出速度合成后的平均速度大小变化与十字滑块绕回转中心转过的角度之间的关系示意图；图18为调速时的速度合成示意图。

具体实施方式：下面结合附图将本发明的实施细节说明如下：

如图1、2所示，一种超越离合器，包括连接于输入部件的外圈1、与外圈内缘配合的连接于输出部件的内圈2，其特征是外圈外缘设计有沿径向均匀排列的齿12，外圈内缘设计有断弧状凹槽11；内圈周边设计有沿径向均匀排列的齿槽21，齿槽内均设有横截面为长方形的柱状活齿22，活齿根部与齿槽底部之间设有复位簧23。

如图3、4所示，所述的断弧状凹槽11的槽底一侧呈弧状凹面、另一侧呈径向直立平面。所述的柱状活齿22的顶部呈与断弧状槽11的弧状面一致的弧状凸面，顶部的迎合旋转方向部分呈后倾平面。所述的活齿22中相邻活齿之间的距离S与断弧状凹槽11个数N之比小于齿顶部的后倾平面的倾斜坡高L，且活齿22的个数M与断弧状凹槽个数N之比不是整数。

如图5、6所示，一种以上述的超越离合器构成的变速器，其特征是由输入分动装置3，振幅调节装置4，旋转-直线转换装置5，直线-旋转转换装置6，合成输出装置7构成。

如图5、6所示，所述的输入分动装置3设计有速度输入轴31，速度输入轴端部的伞形齿轮组32，穿过并固定于伞形齿轮组中的从动齿轮中心的分动轴33，固定于分动轴两端的上、下各1个分动导轨座34，两端固定于分动导轨座上的上、下各1个中心线相互间成45°或135°的分动圆柱形导轨35。

如图5、6、8、11、12所示，所述的振幅调节装置4设计有分别滑动于上、下各1个分动圆柱形导轨上的、由十字形滑块中心轴412及其两端各有一个中心线相互垂直的管状滑槽411、管状滑槽413组成的上、下各1组十字形滑块41，十字形滑块正是通过管状滑槽411套接于相应的分动圆柱形导轨上实现与分动圆柱形导轨的滑动连接；而上、下各1组十字形滑块的另一管状滑槽413中滑动连接有上、下各1个振幅圆柱形导轨42，振幅圆柱形导轨两端固定有上、下各1个振幅导轨座43，一端固定于振幅导轨座中心的上、下各1个振幅导轨座中心轴44；上、下振幅导轨座中心轴的另一端滑动连接有与其相配合的上、下各1个振幅调节水平滑槽45，配合于振幅导轨座中心轴设计有向后倾斜15°的、滑动套接于上、下振幅导轨座中心轴上的腰形槽46，固定于腰形槽上、且下端铰接固定的调节手柄47。

如图5、6、7、9、10所示，所述的旋转-直线转换装置5设计有卡接于上、下各1个十字形滑块中心轴412上的上、下各1个垂直滑槽51，联结于每个垂直滑槽两端的上、下各1个水平滑块52，亦即位于上部2个、下部2个共4个水平滑块；配合于每个水平滑块的左右滑动设计有水平滑槽53，每个水平滑块的内缘固定有与超越离合器外圈外缘沿径向均匀排列的齿12啮合的齿条54，亦即位于上部2个、下部2个共4个齿条。

如图5、6所示，所述的直线-旋转转换装置6设计有外圈外缘沿径向均匀排列的齿与齿条54啮合的位于上部2个、下部2个共4个权利要求1所述的超越离合器61、62、63、64，位于上部2个超越离合器61、62的内圈固定有中空的离合器输出轴65，位于下部2个超越离合器63、64的内圈固定有中空的离合器输出轴66。

如图5、6所示，所述的合成输出装置7设计有固定于离合器输出轴65、66的上、下两个输入伞齿轮71、72，与输入伞齿轮啮合的中间小伞齿轮73、74，固定于2个中间小伞齿轮中心的中空旋转轴75、固定于中空旋转轴上的输出伞齿轮76，端部固定有与输出伞齿轮相啮合的伞齿轮的速度输出轴77，活动地穿过离合器输出轴65、66、中空旋转轴75的支承轴78。

结合图13、14中所示，所述为调节手柄向前推而使分动圆柱形导轨35的旋转中心和振幅圆柱形导轨42的旋转中心产生了偏移后十字形滑块41是如何产生回转的并与分动圆柱形导轨35的旋转关系，十字形滑块41的回转直径就等于偏移量。图14上面一幅所述的分动圆柱形导轨35为垂直位置，振幅圆柱形导轨42为水平位置，此时十字形滑块41处于0°位置，水平滑块52也处于起始位置，图13上面一幅所述的分动圆柱形导轨35如图中箭头方向转过45°，振幅圆柱形导轨42也转过45°，此时十字形滑块41已转过90°，水平滑块52向图示方向移动了偏移量的二分之一处，图13下面一幅所述的分动圆柱形导轨35如图中箭头方向转过90°，振幅圆柱形导轨42也转过90°，此时十字形滑块41已转过180°，水平滑块52向图示方向移动了一个偏移量的距离，图14下面一幅所述的分动圆柱形导轨35如图中箭头方向转过135°，振幅圆柱形导轨42也转过135°，此时十字形滑块41已转过270°，水平滑块52向图示方向又返回到了偏移量的二分之一处。所以图中可以得出上、下两个分动圆柱形导轨35的相位差是45°或135°时，上、下两组十字形滑块的回转相位差就为90°或270°。

结合图15、16、17、18中所示，图15所述是从第一组输出的转速，其变化呈连续对称分布的正弦曲线，可以看出其速度是波动的，速度起始从0°开始。图16所述是第二组输出的转速，其变化也是呈连续对称分布的正弦曲线，其速度也是一样波动的，这两组转速的相位差是90°或270°。图17是这两组相位差是90°或270°的转速，由合成输出装置合成为它们的平均转速进行输出，从图中可以得出合成后的平均转速是一条直线，即消除了脉动。图18为调速时的速度合成示意图，从图中可以得出合成后的平均转速是连续变化的曲线，也就是说，本发明的调整速度过程是无级的。

本发明实施得到的超越离合器及以此构成的变速器，主要使用于车辆的变速；也可以用于工程机械上速度经常需要变化的场合；还可以作为机械变频器，如果机械设备使用时可以将调节手柄换成可调节锁定的调节装置，用于在某一需要的任意速度上进行固定，使输出速度不易发生变化、确保安全可靠稳定。

Claims (10)

1.一种超越离合器，包括连接于输入部件的外圈(1)、与外圈内缘配合的连接于输出部件的内圈(2)，其特征是外圈外缘设计有沿径向均匀排列的齿(12)，外圈内缘设计有断弧状凹槽(11)；内圈周边设计有沿径向均匀排列的齿槽(21)，齿槽内均设有横截面为长方形的柱状活齿(22)，柱状活齿根部与齿槽底部之间设有复位簧(23)。

2.根据权利要求1所述的超越离合器，其特征是所述的断弧状凹槽(11)的槽底一侧呈弧状凹面、另一侧呈径向直立平面。

3.根据权利要求1所述的超越离合器，其特征是所述的柱状活齿(22)的顶部呈与断弧状槽(11)的弧状面一致的弧状凸面，顶部的迎合旋转方向部分呈后倾平面。

4.根据权利要求1所述的超越离合器，其特征是所述的柱状活齿(22)中相邻柱状活齿之间的距离S与断弧状凹槽(11)个数N之比小于柱状齿顶部的后倾平面的倾斜坡高L，且无论柱状活齿的个数M与断弧状凹槽个数N之比还是断弧状凹槽个数N与活齿的个数M之比都不是整数。

5.一种以权利要求1所述的超越离合器构成的变速器，其特征是由输入分动装置(3)，振幅调节装置(4)，旋转-直线转换装置(5)，直线-旋转转换装置(6)，合成输出装置(7)构成。

6.根据权利要求5所述的变速器，其特征是所述的输入分动装置(3)设计有速度输入轴(31)，速度输入轴端部的伞形齿轮组(32)，穿过并固定于伞形齿轮组中的从动齿轮中心的分动轴(33)，固定于分动轴两端的上、下各1个分动导轨座(34)，两端固定于分动导轨座上的上、下各1个中心线相互间成45°或135°的分动圆柱形导轨(35)。

7.根据权利要求5所述的变速器，其特征是所述的振幅调节装置(4)设计有分别滑动于上、下各1个分动圆柱形导轨上的、由滑块中心轴(412)及其两端各有一个中心线相互垂直的管状滑槽(411)、管状滑槽(413)组成的上、下各1组十字形滑块(41)，十字形滑块正是通过管状滑槽(411)套接于相应的分动圆柱形导轨上实现与分动圆柱形导轨的滑动连接；而上、下各1组十字形滑块的另一管状滑槽(413)中滑动连接有上、下各1个振幅圆柱形导轨(42)，振幅圆柱形导轨两端固定有上、下各1个振幅导轨座(43)，一端固定于振幅导轨座中心的上、下各1个振幅导轨座中心轴(44)；上、下振幅导轨座中心轴的另一端滑动连接有与其相配合的上、下各1个振幅调节水平滑槽(45)，配合于振幅导轨座中心轴设计有向后倾斜15°的、滑动套接于上、下振幅导轨座中心轴上的腰形槽(46)，固定于腰形槽上、且下端铰接固定的调节手柄(47)。

8.根据权利要求5所述的变速器，其特征是所述的旋转-直线转换装置(5)设计有卡接于上、下各1个滑块中心轴(412)上的上、下各1个垂直滑槽(51)，联结于每个垂直滑槽两端的上、下各1个水平滑块(52)，亦即位于上部2个、下部2个共4个水平滑块；配合于每个水平滑块的左右滑动设计有水平滑槽(53)，每个水平滑块的内缘固定有与超越离合器外圈外缘沿径向均匀排列的齿(12)啮合的齿条(54)，亦即位于上部2个、下部2个共4个齿条。

9.根据权利要求5所述的变速器，其特征是所述的直线-旋转转换装置(6)设计有外圈外缘沿径向均匀排列的齿与齿条(54)啮合的位于上部2个、下部2个共4个权利要求1所述的超越离合器(61、62、63、64)，位于上部2个超越离合器(61、62)的内圈固定有中空的离合器输出轴(65)，位于下部2个超越离合器(63、64)的内圈固定有中空的离合器输出轴(66)。

10.根据权利要求5所述的变速器，其特征是所述的合成输出装置(7)设计有固定于上、下两个离合器输出轴(65、66)的上、下两个输入伞齿轮(71、72)，与输入伞齿轮啮合的上、下两个中间小伞齿轮(73、74)，固定于2个中间小伞齿轮中心的中空旋转轴(75)、固定于中空旋转轴上的输出伞齿轮(76)，端部固定有与输出伞齿轮相啮合的伞齿轮的速度输出轴(77)，活动地穿过离合器输出轴(65、66)、中空旋转轴(75)的支承轴(78)。

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