CN102518759A - 一种应用可控超越离合结构的三挡位变速装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用可控超越离合结构的三挡位变速装置，包括变速主轴、输出轴，变速主轴上设有一、二、三挡主动齿轮，输出轴上设有与相应主动齿轮常啮合的一、二、三挡从动齿轮；一挡从动齿轮与输出轴转动连接，二者之间设有可使输出轴随一挡从动齿轮同步转动的单向离合结构；二、三挡从动齿轮均转动设在输出轴上，二、三挡从动齿轮与输出轴之间分别设有环套在输出轴外部的包括第一和第二控制盘的第一和第二可控超越离合结构；第一和第二控制盘的内部或一侧设有换挡装置，换挡装置可分别向第一和第二控制盘施加一阻力，以使第一或第二控制盘沿设定方向转动实现输出轴与二挡或三挡从动齿轮保持同步转动。本发明的有益效果是，结构紧凑，且换挡快捷、无动力中断和冲击。

Description

一种应用可控超越离合结构的三挡位变速装置

技术领域

本发明涉及一种机械传动的有级式机械变速装置，特别涉及一种应用可控超越离合结构的三挡位变速装置。

背景技术

应用可控超越离合结构的变速装置是用于机械传动的离合结构。这种离合器通常包括主动盘、从动盘，在主动盘和从动盘上设一对摩擦工作面，在两摩擦工作面之间设置数个摩擦结合体，数个摩擦结合体通过一控制盘实现圆周方向的同步运动。在正常工作状态下，通过连接在主动盘和控制盘之间的弹性元件使主动盘和从动盘脱离摩擦连接，主动盘和从动盘处于超越状态；当通过对控制盘施以一阻力并予以保持时，阻力克服弹性元件的弹性力使主动盘和从动盘通过摩擦结合体实现摩擦连接，从而实现主动盘与从动盘同步转动。这种超越离合结构在用于有级式机械换挡变速时，将所需换挡变速的并与相应主动齿轮常啮合的从动齿轮作为主动盘，在输出轴上固定所述从动盘。需要换挡变速时，向拨叉盘施加一阻力并予以保持，使从动盘及输出轴与所述从动齿轮同步转动，从而实现不需变换齿轮啮合状态的有级变速，其换挡变速方便、快捷，且无动力中断，换挡无冲击。因此，可控超越离合结构已越来越多地用于各种机械传动的变速装置中，特别是交通工具如电动摩托车、电动三轮车或电动沙滩车的换挡变速装置中。现有电动摩托车的换挡变速装置只具有两个变速挡，一、二挡的主动齿轮分别与一、二挡的从动齿轮常啮合，一挡从动齿轮与输出轴之间设有单向器或称超越离合结构，二挡从动齿轮与输出轴之间设有应用可控超越离合结构的挡位变速装置，摩托车在启步或者爬坡时，输出轴通过单向结构在一挡从动齿轮带动下与一挡从动齿轮等转速转动；需要换成二挡位速度行驶时，通过操控换挡装置使输出轴与二挡从动齿轮同步转动，此时，输出轴与一挡从动齿轮通过单向结构相对空转。然而，随着电动摩托车技术最高限速标准的提高，两挡变速装置已不能满足新标准电动摩托车的挡位需要，为此，需增加一挡，即需要三个变速挡。中国专利公告号CN2802203Y，公告日期2006年8月2日，发明创造名称“用于发动机或电机上的变速装置”，该变速装置具有三个变速挡，该装置在一、二挡从动齿轮与输出轴之间设有方向相反的超越离合器，二、三挡主动齿轮转动套装在主轴上，通过设在主轴上的同步器实现换挡变速。由于同步器还必须连接有拨动机构和拨动控制机构，而拨动控制机构需要设在变速箱体的其他位置另一支撑轴上，因此，变速箱存在结构不紧凑、截面积大、占用空间大的不足，特别是将其用于电动摩托车，该缺陷将被明显放大，甚至不被用户接受。为此，需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种结构紧凑，且换挡变速方便、快捷无动力中断和换挡无冲击的应用可控超越离合结构的三挡位变速装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种应用可控超越离合结构的三挡位变速装置，包括通过轴承转动支撑在变速箱体上的变速主轴、输出轴，变速主轴上设有一挡主动齿轮、二挡主动齿轮和三挡主动齿轮，输出轴上同轴设有与相应挡位主动齿轮常啮合的一挡从动齿轮、二挡从动齿轮和三挡从动齿轮；一挡从动齿轮与输出轴转动连接，一挡从动齿轮与输出轴之间设有可使输出轴随一挡从动齿轮同步转动的单向离合结构；所述二挡从动齿轮和三挡从动齿轮均转动连接在输出轴上，二挡从动齿轮和三挡从动齿轮与输出轴之间分别设有第一可控超越离合结构和第二可控超越离合结构，第一可控超越离合结构和第二可控超越离合结构分别设有的第一控制盘和第二控制盘环套在输出轴外部；所述第一控制盘和第二控制盘的内部或一侧设有换挡装置，换挡装置可分别向第一控制盘和第二控制盘施加一阻力，以使第一控制盘或第二控制盘沿设定方向转动实现输出轴与二挡从动齿轮或三挡从动齿轮保持同步转动。

采用前述方案的本发明，通过在二挡从动齿轮和三挡从动齿轮与输出轴之间设置可控超越离合结构，对可控超越离合结构的控制盘操控实现换挡变速，其换挡变速方便、快捷无动力中断和换挡无冲击；同时，由于用于换挡变速装置的控制的换挡装置位于可控超越离合结构的一侧或者内部，可有效减小本发明的截面积，且结构紧凑、占用空间少，非常适用于电动摩托车、电动三轮车、电动沙滩车使用。采用本技术方案时，可方便的进行加速换挡，如由一挡到二挡或三挡，或由二挡到三挡；和从二挡或三挡到一挡的减速换挡。但为避免损坏相关机件，不能从三挡直接换为二挡。

本发明的可控超越离合机构既可是摩擦结合体为滚柱或滚珠式滚动体结构，也可是双保持架的楔块式超越离合结构，这些都是现有技术中超越离合结构的常见形式。具体采用哪种结构，需要根据变速器的具体结构尺寸、传递功率要求和加工方便性确定。故本发明的适用范围广。

优选的技术方案，所述换挡装置包括在输出轴的一端设一通孔，在通孔的孔壁上设置径向贯穿输出轴的贯穿孔，通孔内滑动配合一控制杆，控制杆上设有两个相向或者相背的斜面；贯穿孔在第一控制盘和第二控制盘的对应部位至少分别设有一个，最好对称地设置两个，以提高可靠性，贯穿孔内滑动配合有执行元件，执行元件可为两端具有半球面的杆状结构，但最好为钢球，以降低摩擦阻力、避免卡滞，以提高变速的快捷性；控制杆连接有由换挡控制系统控制的换挡驱动装置，换挡驱动装置驱动控制杆轴向移动，控制杆通过斜面使执行元件沿输出轴径向伸出与第一控制盘或者第二控制盘形成摩擦连接。从而确保结构紧凑、体积小、占用空间少。当换挡驱动装置的外力撤出后，对应第一控制盘或者第二控制盘与执行元件间的摩擦阻力消失，第一可控超越离合结构和第二可控超越离合结构在自身设置的弹性元件作用下回位，执行元件在贯穿孔中径向回缩，二挡从动齿轮或三挡从动齿轮与输出轴之间恢复超越状态。

进一步优选的技术方案，所述第一控制盘内孔壁上设有至少一凹槽，凹槽数量与第一控制盘对应表部位的贯穿孔数量相适应，凹槽两侧面分别具有升程特性和回程特性。当执行元件一部分径向伸出凹槽后，执行元件凹槽具有升程特性的侧面对第一控制盘形成阻挡或施加一转矩，使第一控制盘沿设定方向转动。这样，既可将输出轴的转速从一挡提高到二挡，也可直接从静止提高到二挡转速；当将其用于电动摩托车时，摩托车可从二挡起步，可缩短摩托车的起步时间；同时，由于凹槽还具有回程特性的侧面，在换挡驱动装置的外力撤出后，第一控制盘自动回位，第一控制盘可通过凹槽的回程侧面推动执行元件径向顺利回退。凹槽的两侧面既可以是斜面也可以是曲面，斜面方便加工，利于降低制造成本。且推动执行元件的动作可靠、无卡阻，提高换挡变速的可靠性。 

进一步优选的技术方案，所述第二控制盘内孔壁上设有至少一控制凹槽，控制凹槽数量与第二控制盘对应表部位的贯穿孔数量相适应，控制凹槽两侧面分别具有升程特性和回程特性。所述执行元件一部分径向伸出控制凹槽后通过控制凹槽具有升程特性的侧面向第二控制盘形成阻挡，以使第二控制盘沿设定方向转动。这样，既可将输出轴的转速从一挡或二挡提高到三挡，也可直接从静止提高到三挡转速；同时，由于控制凹槽还具有回程特性的侧面，在换挡驱动装置的外力撤出后，第二控制盘自动回位，第二控制盘可通过凹槽的回程侧面推动执行元件径向顺利回退。控制凹槽的两侧面既可以是斜面也可以是曲面，斜面方便加工，利于降低制造成本。且推动执行元件的动作可靠、无卡阻，提高换挡变速的可靠性。

优选的技术方案，所述换挡驱动装置包括具有双线圈的推拉电磁铁，两个线圈交替工作分别使推拉电磁铁的推拉杆形成推压和拉拽牵引，推拉杆与控制杆之间形成轴向固定连接，以消除推压或拉拽过程中的空行程，确保换挡变速相应速度快、换挡变速快捷，最好二者可相对旋转，避免推拉杆与控制杆等转速转动，以减少推拉杆的磨损，延长使用寿命；可单独在所述控制杆或者推拉杆的轴上设置两个对置的环状弹性体，也可在控制杆和推拉杆的轴上分别设置两个对置的环状弹性体，状弹性体的弹性力使控制杆回复到设定位置，进而确保执行元件与第一控制盘和第二控制盘脱离摩擦连接状态。推拉杆与控制杆单独设置时，结构简单；分别设置时、便于二者单独调整，调整和装配方便，利于提高生产效率。所述环状弹性体可以是环状弹性垫，也可以是压缩弹簧。优选压缩弹簧，压缩弹簧结构简单、使用寿命长，且可在市场上直接采购或从专业厂家定制，利于提高生产效率。

优选的技术方案，所述换挡驱动装置包括步进电机，步进电机通过其与电机轴同步旋转的丝杆配合连接有直线移动的螺母，螺母与控制杆之间形成轴向固定连接；所述换挡控制系统包括步进控制系统，步进电机控制系统实施对螺母位移量的控制，以使执行元件与第一控制盘和第二控制盘形成或者脱离摩擦连接状态。可确保换挡变速的可靠性，同时，无因撞击死挡铁而引起的复位噪声。

优选的技术方案，所述换挡装置由第一电磁铁和第二电磁铁构成，二者均采用吸盘式电磁铁，第一电磁铁和第二电磁铁分别固定在变速箱体两侧；所述第一控制盘和第二控制盘分别设在第一电磁铁和第二电磁铁的对应侧；第一电磁铁和第二电磁铁可分别向对应侧的第一控制盘或第二控制盘施加一阻力，以使第一控制盘或第二控制盘沿设定方向转动。其结构简单、操作方便，且故障率低。

本发明与现有技术相比的有益效果是，结构紧凑，且换挡变速方便、快捷、无动力中断和冲击。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是本发明实施例1的部分结构示意图。

图3是本发明图1中的A—A剖面图。

图4是本发明图1中的B—B剖面图。

图5是本发明实施例2的结构示意。

图6是本发明实施例3的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1  参见图1，一种应用可控超越离合结构的三挡位变速装置，包括变速主轴1、输出轴5，变速主轴1上设有一挡主动齿轮2、二挡主动齿轮3和三挡主动齿轮4，输出轴5上同轴设有与相应挡位主动齿轮常啮合的一挡从动齿轮6、二挡从动齿轮7和三挡从动齿轮8；一挡从动齿轮6与输出轴5转动连接，一挡从动齿轮6与输出轴5之间设有可使输出轴5随一挡从动齿轮6同步转动的单向离合结构；所述二挡从动齿轮7和三挡从动齿轮8均转动连接在输出轴5上，二挡从动齿轮7和三挡从动齿轮8与输出轴5之间分别设有第一可控超越离合结构和第二可控超越离合结构，第一可控超越离合结构和第二可控超越离合结构分别设有的第一控制盘71和第二控制盘81环套在输出轴5外部；所述第一控制盘71和第二控制盘81的内部或一侧设有换挡装置，换挡装置可分别向第一控制盘71和第二控制盘81施加一阻力，以使第一控制盘71或第二控制盘81分别对应与二挡从动齿轮7或三挡从动齿轮8沿设定方向转动，继而实现输出轴5与二挡从动齿轮7或三挡从动齿轮8的同步转动。

参见图1、图2，所述换挡装置包括在输出轴5的一端设一通孔51，在通孔51的孔壁上设置径向贯穿输出轴5的贯穿孔52，通孔51内滑动配合一控制杆9，控制杆9上设有两个相向或者相背的斜面91；其中，附图1中的两个斜面91相背，附图2中的两个斜面91相向；贯穿孔52在第一控制盘71和第二控制盘81的对应部位分别呈圆周均布的设有两个个，两个贯穿孔52内均滑动配合有执行元件10；控制杆9连接有由换挡控制系统控制的换挡驱动装置，换挡驱动装置驱动控制杆9轴向移动，控制杆9通过斜面91使执行元件10沿输出轴5径向伸出与第一控制盘71或者第二控制盘81形成摩擦连接。 

所述执行元件10为球体状。

参见图3，所述第一控制盘71内孔壁上设有两个周向均布的凹槽71a，凹槽71a两侧面分别具有升程特性和回程特性；所述执行元件10一部分径向伸出凹槽71a后通过凹槽71a具有升程特性的侧面向第一控制盘71形成阻挡或施加一转矩，以使第一控制盘71沿设定方向转动；在第一控制盘71自动回位时，可通过凹槽71a的回程侧面推动执行元件10径向顺利回缩。所述凹槽71a的两侧面为斜面。

参见图4，所述第二控制盘81内孔壁上设有两个周向均不的控制凹槽81a，控制凹槽81a两侧面分别具有升程特性和回程特性；所述执行元件10一部分径向伸出控制凹槽81a后通过控制凹槽81a具有升程特性的侧面向第二控制盘81施加一转矩，以使第二控制盘81沿设定方向转动；第二控制盘81可通过控制凹槽81a的回程侧面推动执行元件10径向回退。所述控制凹槽81a的两侧面为斜面。

所述换挡驱动装置包括具有双线圈的推拉电磁铁12，两个线圈交替工作分别使推拉电磁铁12的推拉杆12a形成推压和拉拽牵引，推拉杆12a与控制杆9形成轴向固定连接；在推拉杆12a的轴上设有两个对置的环状弹性体11，两个状弹性体11使控制杆9处于设定位置，以使执行元件10与第一控制盘71和第二控制盘81脱离摩擦连接状态。

所述环状弹性体11为压缩弹簧。

本实施例中，还可在控制杆9的轴上增加设置两个对置的状弹性体11；也可是仅在控制杆9的轴上设置两个对置的状弹性体11，而不在推拉杆12a上设置（无相应图示）。

实施例2  参见图5，所述换挡驱动装置包括步进电机13，步进电机13通过其与电机轴同步旋转的丝杆13a配合连接有直线移动的螺母13b，螺母13b与控制杆9形成轴向固定连接；所述换挡控制系统包括步进控制系统，步进电机控制系统实施对螺母13b位移量的控制，以使执行元件10与第一控制盘71和第二控制盘81形成或者脱离摩擦连接状态。

本实施例的其余结构与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例3  参见图6，一种应用可控超越离合结构的三挡位变速装置，包括变速主轴1、输出轴5，变速主轴1上设有一挡主动齿轮2、二挡主动齿轮3和三挡主动齿轮4，输出轴5上同轴设有与相应挡位主动齿轮常啮合的一挡从动齿轮6、二挡从动齿轮7和三挡从动齿轮8；一挡从动齿轮6与输出轴5转动连接，一挡从动齿轮6与输出轴5之间设有可使输出轴5随一挡从动齿轮6同步转动的单向离合结构；所述变速结构的二挡从动齿轮7和三挡从动齿轮8均转动连接在输出轴5上，二挡从动齿轮7和三挡从动齿轮8与输出轴5之间分别设有第一可控超越离合结构和第二可控超越离合结构，第一可控超越离合结构和第二可控超越离合结构分别设有的第一控制盘71和第二控制盘81环套在输出轴5外部；所述第一控制盘71和第二控制盘81的内部或一侧设有换挡装置，换挡装置可分别向第一控制盘71和第二控制盘81施加一阻力，以使第一控制盘71或第二控制盘81分别对应与二挡从动齿轮7或三挡从动齿轮8沿设定方向转动，继而实现输出轴5与二挡从动齿轮7或三挡从动齿轮8的同步转动。

所述换挡装置由吸盘式的第一电磁铁14和第二电磁铁15构成，第一电磁铁14和第二电磁铁15分别固定在变速箱体16两侧；所述第一控制盘71和第二控制盘81分别设在第一电磁铁14和第二电磁铁15的对应侧；第一电磁铁14和第二电磁铁15可分别向对应侧的第一控制盘71或第二控制盘81施加一阻力，以使第一控制盘71或第二控制盘81沿设定方向转动。

以上虽然结合了附图描述了本发明的实施方式，但本领域的普通技术人员也可以意识到对所附权利要求的范围内作出各种变化或修改，如将本发明中的推杆的楔形工作面做成由外向内逐渐增大的方式，通过拉动推杆实现离合器脱离超于状态的目的，相应推杆的内端面底部可以设置拉伸弹簧等。这些修改和变化应理解为是在本发明的范围和意图之内的。

Claims (9)

1.一种应用可控超越离合结构的三挡位变速装置，包括变速主轴（1）、输出轴（5），变速主轴（1）上设有一挡主动齿轮（2）、二挡主动齿轮（3）和三挡主动齿轮（4），输出轴（5）上同轴设有与相应挡位主动齿轮常啮合的一挡从动齿轮（6）、二挡从动齿轮（7）和三挡从动齿轮（8）；一挡从动齿轮（6）与输出轴（5）转动连接，一挡从动齿轮（6）与输出轴（5）之间设有可使输出轴（5）随一挡从动齿轮（6）同步转动的单向离合结构；其特征在于：所述变速结构的二挡从动齿轮（7）和三挡从动齿轮（8）均转动连接在输出轴（5）上，二挡从动齿轮（7）和三挡从动齿轮（8）与输出轴（5）之间分别设有第一可控超越离合结构和第二可控超越离合结构，第一可控超越离合结构和第二可控超越离合结构分别设有的第一控制盘（71）和第二控制盘（81）环套在输出轴（5）外部；所述第一控制盘（71）和第二控制盘（81）的内部或一侧设有换挡装置，换挡装置可分别向第一控制盘（71）和第二控制盘（81）施加一阻力，以使第一控制盘（71）或第二控制盘（81）分别对应与二挡从动齿轮（7）或三挡从动齿轮（8）沿设定方向转动实现输出轴（5）与二挡从动齿轮（7）或三挡从动齿轮（8）的同步转动。

2.根据权利要求1所述的应用可控超越离合结构的三挡位变速装置，其特征在于：所述换挡装置包括在输出轴（5）的一端设一通孔（51），在通孔（51）的孔壁上设置径向贯穿输出轴（5）的贯穿孔（52），通孔（51）内滑动配合一控制杆（9），控制杆（9）上设有两个相向或者相背的斜面（91）；贯穿孔（52）在第一控制盘（71）和第二控制盘（81）的对应部位至少分别设有一个，贯穿孔（52）内滑动配合有执行元件（10）；控制杆（9）连接有由换挡控制系统控制的换挡驱动装置，换挡驱动装置驱动控制杆（9）轴向移动，控制杆（9）通过斜面（91）使执行元件（10）沿输出轴（5）径向伸出与第一控制盘（71）或者第二控制盘（81）形成摩擦连接。

3.根据权利要求2所述的应用可控超越离合结构的三挡位变速装置，其特征在于：所述执行元件（10）为球体状。

4.根据权利要求2所述的应用可控超越离合结构的三挡位变速装置，其特征在于：所述第一控制盘（71）内孔壁上设有至少一凹槽（71a），凹槽（71a）数量与第一控制盘（71）对应表部位的贯穿孔（52）数量相适应，凹槽（71a）两侧面分别具有升程特性和回程特性。

5.根据权利要求2所述的应用可控超越离合结构的三挡位变速装置，其特征在于：所述第二控制盘（81）内孔壁上设有至少一控制凹槽（81a），控制凹槽（81a）数量与第二控制盘（81）对应表部位的贯穿孔（52）数量相适应，控制凹槽（81a）两侧面分别具有升程特性和回程特性。

6.根据权利要求2、3、4或5所述的应用可控超越离合结构的三挡位变速装置，其特征在于：所述换挡驱动装置包括具有双线圈的推拉电磁铁（12），两个线圈交替工作分别使推拉电磁铁（12）的推拉杆（12a）形成推压和拉拽牵引，推拉杆（12a）与控制杆（9）形成轴向固定连接；所述控制杆（9）和/或推拉杆（12a）轴上设有两个对置的环状弹性体（11），状弹性体（11）使控制杆（9）处于设定位置，以使执行元件（10）与第一控制盘（71）和第二控制盘（81）脱离摩擦连接状态。

7.根据权利要求6所述的应用可控超越离合结构的三挡位变速装置，其特征在于：所述环状弹性体（11）为压缩弹簧。

8.根据权利要求2、3、4或5所述的应用可控超越离合结构的三挡位变速装置，其特征在于：所述换挡驱动装置包括步进电机（13），步进电机（13）通过其与电机轴同步旋转的丝杆（13a）配合连接有直线移动的螺母（13b），螺母（13b）与控制杆（9）形成轴向固定连接；所述换挡控制系统包括步进控制系统，步进电机控制系统实施对螺母（13b）位移量的控制，以使执行元件（10）与第一控制盘（71）和第二控制盘（81）形成或者脱离摩擦连接状态。

9.根据权利要求1所述的应用可控超越离合结构的三挡位变速装置，其特征在于：所述换挡装置由吸盘式的第一电磁铁（14）和第二电磁铁（15）构成，第一电磁铁（14）和第二电磁铁（15）分别固定在变速箱体（16）两侧；所述第一控制盘（71）和第二控制盘（81）分别设在第一电磁铁（14）和第二电磁铁（15）的对应侧；第一电磁铁（14）和第二电磁铁（15）可分别向对应侧的第一控制盘（71）或第二控制盘（81）施加一阻力，以使第一控制盘（71）或第二控制盘（81）沿设定方向转动。

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