CN102678838A - 一种新型离合变速器 - Google Patents

Abstract

一种新型离合变速器，属于离合器与变速器技术领域。本发明可以克服现有手动变速器在操控的便利性上和换挡的平顺度上的不足，还可以克服现有自动变速器在动力输出上有损耗、有延迟、不适用于较大功率输出的不足。本发明由壳体、输入轴、输出轴、输入轴齿轮(主动轮)、输出轴齿轮(从动轮)、辅助齿轮(辅助轮)、辅助轮中心轴(辅助轴)、离合器、离合器电路控制机构组成。本发明属于有级自动变速器与离合器的结合体，完全可以省去操纵杆和同步器的设置，能够实现简单的电控化，并节省大量空间。可以用在任何需要变速的驱动机构上，比如：汽车、飞机、轮船。

Description

一种新型离合变速器

所属技术领域：

本发明属于离合器与变速器技术领域。

背景技术：

现有的离合器与变速器一般都是独立的两套装置，可以各自独立存在，离合器一般只负责发动机输出轴与变速器输入轴的分离和结合，变速器一般只负责换挡变速。

现有的变速器，分为手动变速器和自动变速器两大类，在自动变速器中又有：AT(液力传动变速器)、AMT(电子控制机械式变速器)、CVT(无级变速器)、DSG(DCT双离合变速器)、KRG(锥环无级变速器)。

现有的手动变速器相比于现有的自动变速器最大的劣势在于：操控的便利性上和换挡的平顺度上存在不足。

现有的自动变速器相比于现有的手动变速器最大的劣势在于：动力输出上有损耗、有延迟、不适用于较大功率输出。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题：

1、克服现有手动变速器在操控的便利性上和换挡的平顺度上的不足。

2、克服现有自动变速器在动力输出上有损耗、有延迟、不适用于较大功率输出的不足。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

把离合器和变速器合为一体，采取有级变速的方式实现换挡变速。为了提高换挡的平顺度，可以增加更多的档位，使各档之间的转速比差距缩小，尽量接近无级变速的效果。为了克服手动换挡在操控性上的不足，使各档的主动轮和从动轮始终保持啮合状态，在每个主动轮或从动轮内都设置离合器，用离合器的分离与结合来选择不同的档位，以实现换挡变速。

本发明相当于多离合有级变速器，离合器的选择与离合由变速器输出轴的转速决定，不同的转速选择不同档位上的离合器，这也就选择了不同的档位，也即实现了档位变换。不同的档位有一定的转速范围，当输出轴的转速在某一个档位的范围内，此档位内的离合器就处于结合状态。当变速器的输入轴转速提高或降低时，会导致变速器输出轴转速提高或降低，如果此时输出轴转速超出某个档位的转速范围，就会使该档位内的离合器与该档位的结合齿轮分离，而含有此转速的另一档位内的离合器就会与其内的结合齿轮结合，这样就完成了一次档位变换。

本发明的变速器由壳体、输入轴、输出轴、输入轴齿轮(主动轮)、输出轴齿轮(从动轮)、辅助齿轮(辅助轮)、辅助轮中心轴(辅助轴)、离合器、离合器电路控制机构组成。

离合器有两种设置方式，一种是设置在变速器的输入轴上，一种是设置在变速器的输出轴上，选择哪一种都可以实现档位变换，在此我们仅以第二种方式设置，即把离合器设置在变速器的输出轴上，这样就使离合器直接与从动轮发生分离和结合的过程。

变速器采用固定转速比的变速齿轮组构成多级档位，每一个主动轮和一个从动轮构成一个变速齿轮组，主动轮是变速器输入轴上的变速齿轮，从动轮是变速器输出轴上的变速齿轮。主动轮按齿轮牙数的多少，从小到大依次排列，并均匀地固定在变速器输入轴上。从动轮和主动轮是一样的齿轮结构，只不过是从大到小依次排列，并和对应的主动轮啮合，变速器的输出轴贯穿其中，但并不和从动轮直接结合，而是要通过每个从动轮内的离合器闭合才能结合。本变速器设置一个倒档齿轮组，包括一个主动轮，一个从动轮，一个变向轮(倒档惰轮)，在从动轮内也设置一个离合器。

变速器的输入轴两端各有一个轴承，通过这两个轴承固定在变速器壳体上，其中一端和发动机的输出轴通过齿轮啮合。变速器的输出轴两端也各有一个轴承，通过这两个轴承固定在变速器的壳体上，其中一端和主减速器通过齿轮啮合。

从动轮中心由于没有用来固定位置的轴，如果只是单独与主动轮啮合，会与主动轮脱离的，所以为了使从动轮能够稳固地与主动轮啮合，全少需要两个辅助轮来协助从动轮固定位置，这些辅助轮能够和从动轮啮合，辅助轮与主动轮形成一定的角度，共同把从动轮的位置固定下来。辅助轮中心是一个轴承，处于同一轴线上的辅助轮，通过其内的轴承固定在同一根轴上，这根轴在此称之为辅助轮中心轴(辅助轴)，这些辅助轮可以绕着辅助轮中心轴转动，辅助轮中心轴的两端通过两个轴承固定在变速器壳体上。如果每个从动轮采用两个辅助轮固定位置，那么就有两个辅助轮组，也就有两个辅助轮中心轴。由于从动轮大小不一，所以辅助轮也大小不一，其大小排列顺序与从动轮的大小排列顺序刚好相反，只有这样才能保证同组的辅助轮中心在同一条直线上。

离合器位于从动轮内部，通过支撑杆固定在变速器输出轴上。由于从动轮大小不一，所以与之对应的离合器大小也不一。离合器包括：两段弧形摩擦片、四个蜗杆套筒、两个伺服电机、两个伺服电机固定座、两根蜗杆、两个蜗杆减速齿轮、两根支撑杆、两根支撑杆套筒、离合器电路控制机构。两段弧形摩擦片是用来与从动轮内层环面结合的部件，在每个摩擦片的两端各有一个蜗杆套筒，每个蜗杆套筒内都有螺纹。两个伺服电机分别设置在两段弧形摩擦片端口处，通过伺服电机固定座与输出轴固定在一起。两根蜗杆都是双头蜗杆，每一头都与一个蜗杆套筒对应，蜗杆套在蜗杆套筒内，蜗杆与蜗杆套筒通过螺纹啮合。蜗杆减速齿轮固定在蜗杆中央，与伺服电机输出轴啮合，可以提高伺服电机的输出扭矩。当伺服电机向外旋转时，可以使蜗杆推动摩擦片向外移动，直至摩擦片与从动轮内层环面牢固地结合在一起；当伺服电机向内旋转时，可以使蜗杆拉动摩擦片向内移动，直至摩擦片与从动轮内层环面完全脱离。两根支撑杆套筒分别与两段弧形摩擦片在其内侧中心处固定在一起，两根支撑杆分别套在两根支撑杆套筒内，这两根支撑杆以中心对称的方式固定在变速器输出轴上，支撑杆可以在支撑杆套筒内滑动。当弧形摩擦片与从动轮内层环面有效结合时，主动轮带动从动轮转动，从动轮将带动摩擦片转动，而摩擦片通过支撑杆套筒带动支撑杆转动，进而带动变速器输出轴转动，这样就把动力从发动机上传到了变速器的输出轴上，实现了动力传递。

离合器电路控制机构包括：蜗杆伺服电机导线正负极触头(电机触头)、离合器电源导线正负极滑片(电源滑片)、离合器电源导线正负极滑片支架(滑片支架)、支架滑轨、离心转盘、离心钢球、离心钢丝绳、钢丝绳花盘、支架钢丝绳、离心滑轮(包括定滑轮、动滑轮或动滑轮组)、回位拉簧、前进档继电器、倒档继电器、三段式开关。

三段式开关，是一个可以进行三种选择的电路开关，分别控制着前进档、空档、倒档；在前进档和倒档之间是空档，可以避免前进档与倒档直接互换的危险操作，并且在每个档位的选择上都设有一个防止误操作的手动开启按键，只有开启按键被按下以后才能进行档位的选择，否则开启按键会自动弹起，防止档位自动变换。三段式开关，采用的是电磁继电器的原理，来选择不同的电路进行导通或截止。其中前进档继电器是导通前进档离合器电路的开关，倒档继电器是导通倒档离合器电路的开关；空档继电器是断开前进档和倒档离合器电路的双头开关，可以分别使前进档和倒档离合器电路负向导通，让其控制的离合器与从动轮分离，从而使所有的离合器都处于分离状态，发动机处于空转状态。倒档如果只设一个档位，只需倒档继电器控制一个倒档离合器的离合即可。前进档由于有许多档位的选择，所以前进档继电器控制的是许多前进档离合器的离合，前进档离合器的离合是由电源滑片直接控制的。电源滑片由三个组构成，一个是低档分离组、一个是现档结合组、一个是高档分离组，它们分别控制三个紧邻档位的离合器的离合，处于中间的现档结合组，使其对应的离合器结合，其它两个组使其对应的离合器分离。电源滑片当中，只有现档结合组是与直流电源正负极正向连接的，其它两个组是与直流电源正负极负向连接的。电源滑片中的各组滑片以绝缘的方式固定在滑片支架上，彼此以绝缘的方式紧密排列成一条直线。电源滑片分成两列固定在滑片支架上，一列由负极、正极、负极三段滑片构成，另一列由正极、负极、正极三段滑片构成，各段滑片之间彼此绝缘。低档分离组由第一列的第一个负极，对应第二列的第一个正极构成；现档结合组由第一列的第二个正极，对应第二列的第二个负极构成；高档分离组由第一列的第三个负极，对应第二列的第三个正极构成。由于离合器当中的蜗杆伺服电机需要跟随从动轮一起旋转，所以它的导线正负极触头实际是分别与两个环形导电滑片滑动式相连的，与导线正极触头相连的是正极环形导电滑片，与导线负极触头相连的是负极环形导电滑片，然后从这两个环形导电滑片再相应地引出两个正负极导电触头，与电源滑片的正负极相接触。每一个伺服电机都对应两个环形导电滑片，这些环形导电滑片每两个为一对分别位于两个从动轮之间，输出轴从它们的中心穿过，但并不与它们接触，这些环形导电滑片都以绝缘的方式固定在变速器的壳体上。

如何实现自动升降档的操作：把电源滑片固定在滑片支架上，滑片支架安装在支架滑轨上，滑片支架可以在支架滑轨上来回滑动，从而带动电源滑片与不同档位上的电机触头接通。在滑片支架上有一个回位拉簧，其一端固定在滑片支架末端所处的变速器壳体上，另一端固定在滑片支架前端上。当滑片支架在某个外力的拉动下先前移动时，会同时带动回位拉簧一起移动，回位拉簧将被拉伸；当滑片支架失去一定的向前拉力时，回位拉簧可以将滑片支架向后拉回，起到回位的作用。如何产生向前的拉力：离心转盘是一个有许多离心管道的圆盘，这些离心管道以转盘中心为轴呈辐射状均匀排列在同一平面上，在这些离心管道内各有一个离心钢球，每个离心钢球都由一根离心钢丝绳牵引，每根离心钢丝绳都通过一个定滑轮与钢丝绳花盘相连，并且钢丝绳经过定滑轮时有90°的转向。钢丝绳花盘中心有一根支架钢丝绳与滑片支架相连，此钢丝绳与离心钢丝绳分居钢丝绳花盘两侧。钢丝绳花盘是一个圆形盘体，其边缘均匀地和离心钢丝绳固定，其中心有一个转轴，通过这个转轴与支架钢丝绳连接，支架钢丝绳因此可以在钢丝绳花盘中心旋转。为了使支架钢丝绳移动距离较长，而同时使离心钢丝绳移动距离较短，可以在支架钢丝绳上使用动滑轮或者动滑轮组来实现。这样可以使离心转盘不至于设计得过大而挤占空间，同时也能使滑片支架在较大的距离上来回移动，以满足一个档位有足够的宽度使用。离心转盘由其中心轴通过转盘轴承固定在变速器壳体上，其中心轴齿轮与变速器输出轴齿轮啮合，当输出轴旋转时，此齿轮也随之旋转，并带动离心转盘一起旋转。这时离心转盘管道中的离心钢球就会在离心力的作用下向外甩动，从而拉动离心钢丝绳向前移动，接着这些离心钢丝绳就会拉动钢丝绳花盘向前移动；钢丝绳花盘再接着拉动支架钢丝绳向前移动，而支架钢丝绳就会拉动滑片支架向前移动，最后使滑片支架上的电源滑片向前移动。此时回位拉簧也会随着滑片支架的移动而向前拉伸，当离心钢球的拉力和回位拉簧的拉力平衡时，电源滑片将不再移动。当变速器输出轴的转速增加时，离心转备的转速也会相应增加，离心转盘管道中的离心钢球也会随着转速的增加，而更加向外甩动，通过接力的方式使电源滑片更加向前移动；当变速器输出轴的转速降低时，离心转盘的转速也随之降低，离心转盘管道中的离心钢球就会随着转速的降低，而向内滑动，通过接力的方式电源滑片就会向后移动。如果变速器输出轴的转速一定，则电源滑片的位置就一定，也就是说电源滑片的位置是由变速器输出轴的转速决定。如此便实现了利用变速器输出轴的转速自动升降档位的操作，当变速器输出轴的转速升高，档位也随之增加，当变速器输出轴的转速降低，档位也随之降低。

变速器工作过程：变速器的初始状态是，各档位内的离合器都处于分离状态。当要选择前进档时，在三段式开关上选择前进档，这时前进档继电器开始工作，将前进档离合器控制电路接通。此时电源滑片中的现档结合组就与一档的电机触头正向接通(正极与正极相接，负极与负极相接)，一档伺服电机开始正转，使一档离合器结合；而此时高档分离组正好与二档伺服电机负向接通，从而使二档离合器分离(虽然二档离合器已经处于分离状态，但伺服电机依然向使离合器分离的状态转动，直至不能转动为止)。当准备从一档升入二档时，原来使二档电机反转的高档分离组，这时使三档电机反转，三档离合器分离；而此时现档结合组正好使二档电机正转，二档离合器结合；同时低档分离组正好跟上来使一档电机反转，从而使一档离合器分离。以此类推，可以持续升入更高档位。以相反的方式运行，可以实现持续降档。升档和降档的变换，完全由变速器输出轴的转速来决定，不需要人工手动操作。一开始，发动机以怠速的方式向变速器输出动力，当变速器的输出动力与外界阻力平衡时，变速器将以恒定的转速向外输出动力，变速器不会进行升档和降档操作。如果想要主动升档，就需要将发动机输出轴转速提高，这时就要给发动机加大油门，使发动机输出轴转速提高，从而使变速器的输入轴转速提高，进而使变速器的输出轴跟着提高，这样就可以进行主动升档操作了。反之，则可以进行主动降档操作。如此就可以根据油门的大小主动控制升档和降档的操作，如果油门一定，阻力一定，则档位也会一定，变速器输出轴的转速也会一定。如果想要选择空档，直接在三段式开关上选择空档即可；如果想要选择倒档，直接在三段式开关上选择倒档即可。但必须保证，在变速器输出轴的转速为零的情况下，才能进行前进档、空档、倒档之间的变换。

本发明的有益效果：

由于采用了根据变速器输出轴的转速自动升降档位的技术，所以可以克服现有手动变速器在操控的便利性上和换挡平顺度上的不足。又由于采用了有级变速技术，并且变速齿轮一直处于啮合状态，避免了换档时齿轮重新啮合时的冲击过程，这样也就省去了同步器的设置，所以可以克服现有自动变速器在动力输出上有损耗、有延迟、不适于较大功率输出的不足。

由于采用了继电器作为离合器电路选择的开关，所以完全可以省去档位拨杆(档位操纵杆)的设置，而直接使用前进档、空档、倒档三段式开关作为变速器的手动控制机构即可。这样既可以省略很多现有的操纵机构，也可以节省很多空间。

由于采用了主动轮与从动轮一直啮合，离合器可以电控离合的技术，所以如果用在汽车上，只要在变速器输出轴上再另外接出一个从动轮与离合器副和另外一个变速器输出轴，就可以让原来不是驱动轮的车轮获得驱动力，完全可以用电控的方式实现四驱和两驱的随时变换。

本发明的变速器不仅可以用于汽车上，还可以用于任何需要变速的驱动机构上，比如：飞机、轮船。本发明的附图说明：

图1是变速器输入齿轮组与输出齿轮组的啮合示意图，图2是变速器输入齿轮组、输出齿轮组、辅助齿轮组的啮合示意图，图3是从动轮与离合器横切面示意图，图4是离合器电路控制示意图。

图中：(1)输入轴，(2)主动轮，(3)输出轴，(4)从动轮，(5)主动轮(6)输入轴，(7)辅助轴，(8)辅助轮，(9)辅助轮，(10)辅助轴，(11)输出轴，(12)从动轮，(13)从动轮，(14)弧形摩擦片，(15)输出轴，(16)支撑杆套筒，(17)支撑杆，(18)伺服电机固定座，(19)蜗杆套筒，(20)蜗杆，(21)蜗杆减速齿轮，(22)伺服电机输出轴，(23)伺服电机，(24)负极环形导电滑片，(25)正极环形导电滑片，(26)负极导电触头，(27)正极导电触头，(28)回位拉簧，(29)变速器壳体，(30)支架钢丝绳，(31)支架钢丝绳，(32)动滑轮，(33)离心钢丝绳，(34)定滑轮，(35)离心管道，(36)离心钢球，(37)离心转盘，(38)离心转盘中心轴，(39)高档分离组负极滑片，(40)高档分离组正极滑片，(41)现档结合组正极滑片，(42)现档结合组负极滑片，(43)低档分离组正极滑片，(44)低档分离组负极滑片，(45)滑片支架，(46)支架滑轨，(47)钢丝绳花盘。

具体实施方式：

在图1中：主动轮(2)和输入轴(1)构成的输入齿轮组，与从动轮(4)和输出轴(3)构成的输出齿轮组啮合。

在图2中：主动轮(5)和输入轴(6)构成的输入齿轮组，与辅助轮(8)和辅助轴(7)以及辅助轮(9)和辅助轴(10)构成的辅助轮组，共同与从动轮(12)和输出轴(11)构成的输出齿轮组啮合，并将之位置固定。

在图3中：支撑杆套筒(16)固定在弧形摩擦片(14)内侧中心处，支撑杆(17)与输出轴(15)固定在一起，并套在支撑杆套筒(16)当中，伺服电机(23)通过伺服电机固定座(18)与输出轴(15)固定在一起，伺服电机输出轴(22)与蜗杆减速齿轮(21)啮合，蜗杆减速齿轮(21)固定在蜗杆(20)的中央处，蜗杆(20)通过螺纹与蜗杆套筒(19)啮合，蜗杆套筒(19)固定在弧形摩擦片(14)的端口处，弧形摩擦片(14)在从动轮(13)的内部。

在图4中：负极环形导电滑片(24)通过负极导电触头(26)与现档结合组负极滑片(42)接触，正极环形导电滑片(25)通过正极导电触头(27)与现档结合组正极滑片(41)接触，回位拉簧(28)其一端固定在滑片支架(45)上，另一端固定在变速器壳体(29)上，支架钢丝绳(30)通过动滑轮(32)其一端固定在滑片支架(45)上，另一端固定在变速器壳体(29)上，滑片支架(45)在支架滑轨(46)上，支架滑轨(46)固定在变速器壳体(29)上，高档分离组负极滑片(39)、高档分离组正极滑片(40)、现档结合组正极滑片(41)、现档结合组负极滑片(42)、低档分离组正极滑片(43)、低档分离组负极滑片(44)分成两列固定在滑片支架(45)上，支架钢丝绳(31)一端与动滑轮(32)固定在一起，另一端与钢丝绳花盘(47)的中心转轴连接，离心钢丝绳(33)一端与钢丝绳花盘(47)的边缘固定在一起，另一端通过定滑轮(34)与离心钢球(36)连接，离心钢球(36)在离心管道(35)内，离心管道(35)在离心转盘(37)内，离心转盘中心轴(38)与离心转盘(37)固定在一起。

Claims (6)

1.一种新型离合变速器，具有壳体、输入轴、输出轴、主动轮、从动轮，其特征是：还有用于固定从动轮的辅助轮和辅助轴，在从动轮内部含有离合器。

2.根据权利要求1中所述的一种新型离合变速器，其特征是：辅助轮与从动轮啮合，辅助轮不与辅助轴固定，辅助轮内部有轴承，可以围绕辅助轴转动。

3.根据权利要求1中所述的一种新型离合变速器，其特征是：从动轮不与输出轴固定，而是通过从动轮内部的离合器与输出轴结合。

4.根据权利要求1中所述的一种新型离合变速器，其特征是：主动轮与从动轮始终保持啮合状态。

5.根据权利要求1中所述的一种新型离合变速器，其特征是：离合器包括：两段弧形摩擦片、四个蜗杆套筒、两个伺服电机、两个伺服电机固定座、两根蜗杆、两个蜗杆减速齿轮、两根支撑杆、两根支撑杆套筒、离合器电路控制机构。

6.根据权利要求4中所述的一种新型离合变速器，其特征是：离合器电路控制机构包括：蜗杆伺服电机导线正负极触头(电机触头)、离合器电源导线正负极滑片(电源滑片)、离合器电源导线正负极滑片支架(滑片支架)、支架滑轨、离心转盘、离心钢球、离心钢丝绳、钢丝绳花盘、支架钢丝绳、离心滑轮(包括定滑轮、动滑轮或动滑轮组)、回位拉簧、前进档继电器、倒档继电器、三段式开关。

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