CN111005992B - 能够适用于恶劣工况的自适应自动变速总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够适用于恶劣工况的自适应自动变速总成，包括动力输入机构、前进挡变速系统、倒挡变速系统和主轴，在所述主轴的一端可转动地同轴设置有用于输出动力的主轴加长轴，在该主轴加长轴上可转动套装有倒挡三级从动齿轮，在所述主轴加长轴上套装有可在主轴和倒挡三级从动齿轮之间轴向滑动的双向啮合花键套。采用以上技术方案，通过设置主轴加长轴和双向啮合花键套，使前进挡和倒挡的动力转换能够通过双向啮合花键套的滑动进行切换，使电机无需进行正反转切换，同时由于增设了专门的倒挡变速系统，能够在倒车时提供更大的速比，不仅输出扭矩更大，有助于克服更多的极端情况，而且倒挡速度低，提高了倒车的安全性。

Description

能够适用于恶劣工况的自适应自动变速总成

技术领域

本发明涉及变速器技术领域，具体涉及一种能够适用于恶劣工况的自适应自动变速总成。

背景技术

现有的电动交通工具由于其传动结构的限制，在行驶过程中，完全由驾驶员在不能准确知晓行驶阻力的情况下，依据经验进行操控，因此，常常不可避免地出现电机工作状态与交通工具实际行驶状况不匹配的情况，造成电机堵转。尤其是交通工具处于启动、爬坡、逆风等低速重载条件时，电机往往需要在低效率、低转速、高扭矩情况下工作，容易引起电机的意外损坏，增加维修和更换成本，同时也会直接影响到电池的续航里程。对于诸如电动物流车等对经济性要求较高的车型而言，传统的变速传动结构显然不能较好的满足其使用要求。并且，电动交通工具惯性滑动时，由于现有自动变速器结构设计的问题，变速器不能将车轮的扭力传递给电机，从而无法实现能力回收和储存，导致续航里程不理想。同时，现有电动交通的前进和倒退通过电机的正反转切换实现，导致倒挡速比较小，扭矩不足，不能适应于一些特殊状况。解决以上问题成为当务之急。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供了一种能够适用于恶劣工况的自适应自动变速总成。

其技术方案如下：

一种能够适用于恶劣工况的自适应自动变速总成，其要点在于，包括动力输入机构、前进挡变速系统、倒挡变速系统和主轴，在所述主轴的一端可转动地同轴设置有用于输出动力的主轴加长轴，在该主轴加长轴上可转动套装有倒挡三级从动齿轮，在所述主轴加长轴上套装有可在主轴和倒挡三级从动齿轮之间轴向滑动的双向啮合花键套；

当双向啮合花键套与主轴结合时，所述动力输入机构依次通过前进挡变速系统、主轴和双向啮合花键套，将动力传递给主轴加长轴；当双向啮合花键套与倒挡三级从动齿轮结合时，所述动力输入机构依次通过倒挡变速系统、倒挡三级从动齿轮和双向啮合花键套，将动力传递给主轴加长轴。

采用以上结构，通过设置主轴加长轴和双向啮合花键套，使前进挡和倒挡的动力转换能够通过双向啮合花键套的滑动进行切换，使电机无需进行正反转切换，同时由于增设了专门的倒挡变速系统，能够在倒车时提供更大的速比，不仅输出扭矩更大，有助于克服更多的极端情况，而且倒挡速度低，提高了倒车的安全性。

作为优选：所述前进挡变速系统包括高速挡传动机构和低速挡传动机构；

所述高速挡传动机构包括摩擦离合器和用于对摩擦离合器施加预紧力的弹性元件组，所述摩擦离合器通过内片螺旋滚道套套装在主轴上，所述内片螺旋滚道套与主轴之间形成螺旋传动副，以使内片螺旋滚道套能够沿主轴轴向滑动；

所述低速挡传动机构包括通过内心轮套套装在主轴上的多排组合式超越离合器以及在摩擦离合器和多排组合式超越离合器之间减速传动的副轴传动组件，所述内心轮套与内片螺旋滚道套的对应端面通过端面凸轮副传动配合；

当主轴传递给摩擦离合器的阻力矩大于等于摩擦离合器的预设载荷极限时，摩擦离合器处于分离状态，摩擦离合器依次经副轴传动组件、内心轮套和内片螺旋滚道套，将动力传递到主轴上；当主轴传递给摩擦离合器的阻力矩小于摩擦离合器的预设载荷极限时，摩擦离合器处于结合状态，摩擦离合器经内片螺旋滚道套将动力传递到主轴上。

采用以上结构，当主轴承受的载荷不大时，主轴的转速等于动力输入机构的转速，本发明能够高效地传递动力，电机处于高转速、高效率的工作状态，能耗低；当纯电动交通工具处于启动、爬坡、逆风等低速重载条件时，主轴的转速小于动力输入机构的转速，内片螺旋滚道套沿主轴发生轴向位移，摩擦离合器失去预紧力，因而摩擦离合器断开，进入低速挡，此时，本发明能够自适应匹配纯电动交通工具的实际行驶工况与电机工况，不仅使其具有强大的爬坡和重载能力，而且使电机始终处于高效平台上，大大提高了电机在爬坡和重载情况下的效率，降低了电机能耗；并且，当主轴的转速逐步提升至与动力输入机构的转速相同时，本发明能够自动地再次切换回到高速挡，从而在不切断驱动力的情况下自适应随行驶阻力变化自动进行换挡变速，平顺性好，大幅增加了电机高效运行的区间，可以满足山区、丘陵和重负荷条件下使用，使电机或发动机负荷变化平缓、纯电动交通工具运行平稳，安全高；并且，电动交通工具惯性滑动时，车轮的扭力传递给轴系，轴系传递给变速器，再有变速器传递给电机，实现能量回收并储存，从而增加续航里程。

作为优选：所述多排组合式超越离合器包括外圈以及至少两个并排设置在外圈和离合安装段之间的内心轮，各个内心轮均通过花键配合套装在离合安装段上，并在各自的外周上设置有一一正对的外齿，在所述外圈与各个内心轮之间分别设置有滚动体，相邻内心轮周围的滚动体一一正对。采用以上结构，内心轮及相应滚动体的数量能够根据实际需要进行自由选择，甚至无限增加，成倍地提高了超越离合器承受载荷的能力，突破了传统超越离合器的承载极限；由于内心轮和滚动体的长度较短，受力均匀，使用过程中可靠性高，难以发生滚动体断裂的的情况，同时，对生产加工的精度要求低，易于制造，装配简单，材料要求低，普通轴承钢即可，制造成本相对低廉，从而能够以较低的生产成本制造出可靠性极高、能够承受超大载荷的重载超越离合器。

作为优选：所述副轴传动组件包括与主轴平行设置的副轴以及均套装在副轴上的一级减速从动齿轮、二级主动齿轮和单向啮合花键套，所述一级减速从动齿轮能够相对副轴转动，所述单向啮合花键套能够相对副轴轴向移动，以与一级减速从动齿轮结合或分离，在所述摩擦离合器上套装有受其带动的一级减速主动齿轮，该一级减速主动齿轮与一级减速从动齿轮啮合，所述二级主动齿轮固定套装在副轴上，所述外圈的外壁上具有沿周向设置的输入从动齿，该输入从动齿与二级主动齿轮啮合。采用以上结构，结构简单，能够进行稳定可靠地进行减速传动，传动效率高，并且，通过设置单向啮合花键套，使二级主动齿轮和一级减速从动齿轮能够在倒挡时不会同步转动，以简单可靠的方式实现了动力的断开与结合。

作为优选：所述内心轮套由一体成型的动力输出段和离合安装段组成，所述动力输出段的孔径小于离合安装段的孔径，并可转动地套装在主轴上，在所述主轴的端部套装有非金属支承套，所述离合安装段可转动地套装在非金属支承套上，所述多排组合式超越离合器套装在离合安装段上，并能够带动内心轮套转动，在所述离合安装段远离动力输出段的一端设置有轴向锁紧端盖，该轴向锁紧端盖插入离合安装段中后与非金属支承套抵接，以将非金属支承套限定在轴向锁紧端盖和离合安装段之间。采用以上结构，利用非金属支承套就能够限定内心轮套的轴向位移，且重量远小于金属件，既保证了各部件之间的可靠连接，又满足轻量化设计要求；轴向锁紧端盖能够同时锁紧非金属支承套和内心轮套，使二者不会发生轴向位移，进一步提高了非金属支承套和内心轮套安装的可靠性。

作为优选：所述摩擦离合器包括设置在内片螺旋滚道套上的摩擦片支撑件以及若干交替排列在摩擦片支撑件和内片螺旋滚道套之间的外摩擦片和内摩擦片，各外摩擦片能够沿摩擦片支撑件轴向滑动，各内摩擦片能够沿内片螺旋滚道套轴向滑动；

所述摩擦片支撑件能够将动力传递给副轴传动组件，所述弹性元件组能够对内片螺旋滚道套施加预紧力，以压紧各外摩擦片和内摩擦片，所述内片螺旋滚道套与主轴之间形成螺旋传动副，使内片螺旋滚道套能够沿主轴轴向滑动，从而压缩弹性元件组，以释放各外摩擦片和内摩擦片。

采用以上结构，将摩擦离合器中的摩擦结构设置为若干交替排列的外摩擦片和内摩擦片，使承受的扭矩分散在各外摩擦片和内摩擦片上，通过各外摩擦片和内摩擦片分担磨损，大大降低了滑摩损耗，克服传统盘式摩擦离合器的缺陷，从而大幅提高了摩擦离合器的耐磨性、稳定性和可靠性，延长了使用寿命。

作为优选：所述内片螺旋滚道套包括呈圆盘形结构的摩擦片压紧盘和呈圆筒形结构的输出螺旋滚道筒，所述输出螺旋滚道筒套装在主轴上，并与主轴之间形成螺旋传动副，所述摩擦片压紧盘固套在输出螺旋滚道筒的一端；

所述摩擦片支撑件包括呈圆盘形结构的摩擦片支撑盘和呈圆筒形结构的外片花键套，所述摩擦片支撑盘与摩擦片压紧盘平行，所述外片花键套同轴地套在输出螺旋滚道筒的外部，其一端与摩擦片支撑盘的外缘花键配合，另一端延伸至摩擦片压紧盘以外；

各外摩擦片的外缘均与外片花键套的内壁花键配合，各内摩擦片的内缘均与输出螺旋滚道筒的外壁花键配合，在所述输出螺旋滚道筒的外壁上套装有若干内片启动挡圈，各个内片启动挡圈分别位于各内摩擦片靠近摩擦片支撑盘的一侧；

当输出螺旋滚道筒朝着远离摩擦片支撑盘方向轴向移动时，各个内片启动挡圈能够带动相邻内摩擦片朝着远离摩擦片支撑盘方向轴向移动，以使各外摩擦片和内摩擦片相互分离；当输出螺旋滚道筒朝着靠近摩擦片支撑盘方向轴向移动时，摩擦片压紧盘能够压紧各外摩擦片和内摩擦片。

采用以上结构，通过在内摩擦片安装筒上设置内片启动挡圈，能够主动地带动各内摩擦片与相邻的外摩擦片分离，相对于现有多片式摩擦离合器，不仅大幅提高了响应速度，缩短了相应时间，从而能够大幅增加摩擦片的数量，甚至无限增加摩擦片的数量，使本摩擦离合器能够应用于大扭矩场景，而且能够保证内摩擦片和外摩擦片的彻底分离，不会发生粘连的情况，长期使用，各内摩擦片和外摩擦片的磨损情况基本一致，大大降低了滑摩损耗，克服传统多片式摩擦离合器的缺陷，延长了摩擦离合器的使用寿命，从而大幅提高了整个摩擦离合装置的耐磨性、稳定性和可靠性。

作为优选：相邻所述内片启动挡圈的间距相等，且相邻内片启动挡圈的间距大于相邻内摩擦片的间距，当摩擦片压紧盘压紧各外摩擦片和内摩擦片时，各个所述内片启动挡圈与相邻内摩擦片的间距朝着靠近摩擦片压紧盘的方向呈等差数列关系逐渐减小。采用以上结构，使各内摩擦片与对应外摩擦片能够更加有序、均匀地散开，缩短响应时间。

作为优选：所述倒挡变速系统包括均与主轴平行的倒挡一级齿轮轴和倒挡二级齿轮轴，所述倒挡一级齿轮轴包括一体成型的倒挡一级副轴部和倒挡二级主动齿，在所述倒挡一级副轴部上固定套装有收动力输入机构带动的倒挡一级从动齿轮，所述倒挡二级齿轮轴包括一体成型的倒挡二级副轴部和倒挡三级主动齿，在所述倒挡二级副轴部上固定套装有与倒挡二级主动齿啮合的倒挡二级从动齿轮，所述倒挡三级主动齿与倒挡三级从动齿轮啮合。采用以上结构，通过三级减速能够获得更大的倒挡速比，从而获得更大的输出扭矩，有助于克服更多的极端情况。

作为优选：所述动力输入机构包括与主轴平行的动力输入轴以及固定套装在动力输入轴上的前进挡一级主动齿轮，在所述主轴上可转动地套装有前进挡输入双联齿轮，该前进挡输入双联齿轮上具有与前进挡一级主动齿轮啮合前进挡一级从动齿和用于将动力传递给前进挡变速系统的摩擦离合器驱动齿，所述动力输入轴上具有倒挡一级主动齿，该倒挡一级主动齿能够将动力传递给倒挡变速系统。采用以上结构，结构简单，稳定可靠，传动效率高。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

采用以上技术方案的能够适用于恶劣工况的自适应自动变速总成，结构新颖，设计巧妙，通过设置主轴加长轴和双向啮合花键套，使前进挡和倒挡的动力转换能够通过双向啮合花键套的滑动进行切换，使电机无需进行正反转切换，同时由于增设了专门的倒挡变速系统，能够在倒车时提供更大的速比，不仅输出扭矩更大，有助于克服更多的极端情况，而且倒挡速度低，提高了倒车的安全性。

附图说明

图1为动力输入机构、前进挡变速系统和主轴的配合关系示意图；

图2为动力输入机构、到挡变速系统和主轴的配合关系示意图；

图3为高速挡传动机构的结构示意图；

图4为多排组合式超越离合器的结构示意图；

图5为多排组合式超越离合器的外圈、内心轮和各滚动体的配合关系示意图；

图6为保持架的结构示意图；

图7为内片螺旋滚道套的结构示意图；

图8为摩擦片支撑盘和外片花键套的配合关系示意图；

图9为外摩擦片的结构示意图；

图10为内摩擦片的结构示意图；

图11为前进挡输入双联齿轮的结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1-图4所示，一种能够适用于恶劣工况的自适应自动变速总成，包括动力输入机构、前进挡变速系统、倒挡变速系统和用于将动力输出的主轴1。

请参见图1，所述动力输入机构包括与主轴1平行的动力输入轴22以及固定套装在动力输入轴22上的前进挡一级主动齿轮23，所述动力输入轴22套装在电机的电机轴上，并能够在电机轴的带动下同步转动。具体地说，所述前进挡一级主动齿轮23与动力输入轴22键连接，该前进挡一级主动齿轮23能够将动力传递给前进挡变速系统。所述动力输入轴22上具有倒挡一级主动齿22a，该倒挡一级主动齿22a能够将动力传递给倒挡变速系统。

请参见图2-图4，所述前进挡变速系统包括高速挡传动机构和低速挡传动机构。所述高速挡传动机构包括摩擦离合器11和用于对摩擦离合器11施加预紧力的弹性元件组12，所述摩擦离合器11通过内片螺旋滚道套13套装在主轴1上，所述内片螺旋滚道套13与主轴1之间形成螺旋传动副，以使内片螺旋滚道套13能够沿主轴1轴向滑动。

所述低速挡传动机构包括通过内心轮套2套装在主轴1的多排组合式超越离合器3以及在摩擦离合器11和多排组合式超越离合器3之间减速传动的副轴传动组件，所述内心轮套2与内片螺旋滚道套13的对应端面通过端面凸轮副传动配合。

当主轴1传递给摩擦离合器11的阻力矩大于等于摩擦离合器11的预设载荷极限时，摩擦离合器11处于分离状态，摩擦离合器11依次经副轴传动组件、内心轮套2和内片螺旋滚道套13，将动力传递到主轴1上；当主轴1传递给摩擦离合器11的阻力矩小于摩擦离合器11的预设载荷极限时，摩擦离合器11处于结合状态，摩擦离合器11经内片螺旋滚道套13将动力传递到主轴1上。

请参见图1-图4以及图11，所述高速挡传动机构包括摩擦离合器11和用于对摩擦离合器11施加预紧力的弹性元件组12。在所述主轴1上可转动地套装有前进挡输入双联齿轮26，该前进挡输入双联齿轮26包括前进挡一级从动齿26a和摩擦离合器驱动齿26b，所述前进挡一级从动齿26a与前进挡一级主动齿轮23啮合。

请参见图1、图3和图7，所述内片螺旋滚道套13包括一体成型的输出螺旋滚道筒13a和摩擦片压紧盘13b，其中，输出螺旋滚道筒13a呈圆筒形结构，摩擦片压紧盘13b呈圆盘形结构，所述摩擦片压紧盘13b垂直地固套在输出螺旋滚道筒13a一端的外部，所述输出螺旋滚道筒13a远离摩擦片压紧盘13b的一端端面加工有凸轮型面结构。

请参见图1和图3，所述输出螺旋滚道筒13a套装在主轴1上，并与主轴1之间形成螺旋传动副，使内片螺旋滚道套13能够沿主轴1轴向滑动，从而压缩弹性元件组12，以释放各外摩擦片11c和内摩擦片11d。具体地说，所述螺旋传动副包括沿周向分布在输出螺旋滚道筒13a内壁上的内螺旋滚道13a3以及沿周向分布在主轴1外壁上的外螺旋滚道1a，在每个外螺旋滚道1a中均嵌设有若干向外凸出的滚珠16，各个滚珠16分别能够在对应的内螺旋滚道13a3和外螺旋滚道1a中滚动。当内片螺旋滚道套13相对主轴1转动时，能够相对主轴1进行轴向移动，从而能够压紧或释放摩擦离合器11，使摩擦离合器11处于结合或分离状态。

请参见图1、图3和图7，所述摩擦片压紧盘13b自输出螺旋滚道筒13a远离摩擦片支撑件的一端沿径向向外延伸。所述摩擦片压紧盘13b靠近弹性元件组12的一侧表面上分布有若干同心的环形滚道13b1，在所述弹性元件组12和摩擦片压紧盘13b之间设置有端面轴承15，该端面轴承15包括轴承支撑盘15b以及若干支撑在轴承支撑盘15b和摩擦片压紧盘13b之间的轴承滚珠15a，各轴承滚珠15a分别能够沿对应的环形滚道13b1滚动。通过以上结构，摩擦片压紧盘13b能够作为一侧的轴承支撑盘，从而既节约了制造成本，又节约了装配空间。

请参见图1和图3，所述摩擦离合器11包括摩擦片支撑件以及若干交替排列在摩擦片支撑件和内片螺旋滚道套13之间的外摩擦片11c和内摩擦片11d，其中，所述摩擦片支撑件包括呈圆盘形结构的摩擦片支撑盘11a和呈圆筒形结构的外片花键套11b，所述动力输入机构能够将动力传递给外片花键套11b，外片花键套11b带动摩擦片支撑盘11a同步转动，所述摩擦片支撑盘11a与摩擦片压紧盘13b平行，所述外片花键套11b同轴地套在输出螺旋滚道筒13a的外部，其一端与摩擦片支撑盘11a的外缘花键配合，另一端延伸至摩擦片压紧盘13b以外，并与摩擦离合器驱动齿26b啮合/花键配合，从而使前进挡输入双联齿轮26能够带动外片花键套11b同步转动。各外摩擦片11c能够沿外片花键套11b的内壁轴向滑动，各内摩擦片11d能够沿输出螺旋滚道筒13a的外壁轴向滑动。相对于传统盘式摩擦离合器，本事实例中的摩擦离合器11，长期使用，各内摩擦片11d和外摩擦片11c的磨损情况基本一致，降低了滑摩损耗，提高了摩擦离合器11的耐磨性、稳定性和可靠性，延长摩擦离合器11的使用寿命。

请参见图3、图7和图10，各所述内摩擦片11d的内缘上均设置有内片内花键11d1，在所述输出螺旋滚道筒13a的外壁上设置有与各内片内花键11d1相适应的内片外花键13a1，即所述输出螺旋滚道筒13a与各内摩擦片11d通过内片内花键11d1与内片外花键13a1实现花键配合，使各内摩擦片11d既能够与输出螺旋滚道筒13a同步转动，又能够沿输出螺旋滚道筒13a轴向移动，实现分离。

同样的，请参见图3、图8和图9，各所述外摩擦片11c的外缘上均设置有外片外花键11c1，所述外片花键套11b的内壁上设置有与各外片外花键11c1相适应的外片内花键11b1。即所述外片花键套11b与各外摩擦片11c通过外片外花键11c1与外片内花键11b1实现花键配合，使各外摩擦片11c既能够与外片花键套11b同步转动，又能够沿外片花键套11b轴向移动，实现分离。

请参见图1、图3和图8，所述摩擦片支撑盘11a的内缘具有朝着远离摩擦片压紧盘13b延伸的动力输出套11a1，该动力输出套11a1可转动地套装在内心轮套2上。所述动力输出套11a1与输出螺旋滚道筒13a同轴设置，即动力输出套11a1、输出螺旋滚道筒13a和主轴1三者的中心轴线重合。所述摩擦片支撑盘11a自动力输出套11a1靠近摩擦片压紧盘13b的一端沿径向向外延伸，并与摩擦片压紧盘13b相互正对，以使各外摩擦片11c和内摩擦片11d交替排列在摩擦片支撑盘11a和摩擦片压紧盘13b。并且，所述摩擦片支撑盘11a的外缘上设置有与外片内花键11b1花键配合的动力输入花键11a3。各外摩擦片11c与摩擦片支撑盘11a能够共用外片花键套11b内壁上的外片内花键11b1，降低了设计和加工难度以及生产成本。采用以上结构，将摩擦离合器中的摩擦结构设置为若干交替排列的外摩擦片和内摩擦片，使承受的扭矩分散在各外摩擦片和内摩擦片上，通过各外摩擦片和内摩擦片分担磨损，大大降低了滑摩损耗，克服传统盘式摩擦离合器的缺陷，从而大幅提高了摩擦离合器的耐磨性，整体的稳定性和可靠性，延长了使用寿命。

请参见图3，所述外片花键套11b远离摩擦片支撑件的部分支承在摩擦片压紧盘13b的外缘上，并可相对摩擦片压紧盘13b自由转动，以保持结构的稳定可靠。

请参见图1-图3，所述弹性元件组12能够对内片螺旋滚道套13施加预紧力，以压紧各外摩擦片11c和内摩擦片11d，使摩擦离合器11保持结合状态。本实施例中，所述弹性元件组12优选采用碟簧，稳定可靠，成本低廉，能够对端面轴承15持续地施加一个轴向上的推力。

请参见图3和图7，在输出螺旋滚道筒13a的内壁上设置有若干内片启动挡圈11e，各内片启动挡圈11e分别位于相邻内摩擦片11d靠近摩擦片支撑盘11a的一侧。通过在输出螺旋滚道筒13a上设置内片启动挡圈11e，能够对各内摩擦片11d进行分隔，从而保证在分离状态下，所有内摩擦片11d能够既快速、又均匀地散开，同时带动外摩擦片11c移动，实现各内摩擦片11d和外摩擦片11c的彻底分离。具体地说，通过在内摩擦片安装筒上设置内片启动挡圈，能够主动地带动各内摩擦片与相邻的外摩擦片分离，相对于现有多片式摩擦离合器，不仅大幅提高了响应速度，缩短了相应时间，从而能够大幅增加摩擦片的数量，甚至无限增加摩擦片的数量，使本摩擦离合器能够应用于大扭矩场景，而且能够保证内摩擦片和外摩擦片的彻底分离，不会发生粘连的情况，长期使用，各内摩擦片和外摩擦片的磨损情况基本一致，大大降低了滑摩损耗，克服传统多片式摩擦离合器的缺陷，延长了摩擦离合器的使用寿命，从而大幅提高了整个摩擦离合装置的耐磨性、稳定性和可靠性。

进一步地，在所述输出螺旋滚道筒13a的外壁上套装有若干内片碟簧11h，各内片碟簧11h分别位于各内摩擦片11d靠近摩擦片压紧盘13b的一侧，各内片碟簧11h的两端分别弹性地支承在对应的内摩擦片11d和内片启动挡圈11e上。通过这样的设计，各内片碟簧11h与各内片启动挡圈11e相互配合，对内摩擦片11d施加双向作用力，促使内摩擦片11d与两侧的外摩擦片11c主动分离，保证了各内摩擦片11d与各外摩擦片11c的彻底分离。

进一步地，相邻所述内片启动挡圈11e的间距相等，且相邻内片启动挡圈11e的间距大于相邻内摩擦片11d的间距，具体地说，相邻内片启动挡圈11e的间距只是略大于相邻内摩擦片11d的间距，在摩擦离合器处于断开状态时，通过相邻内片启动挡圈11e能够保证各内摩擦片11d与相邻外摩擦片11c分离后均匀分布。当摩擦片压紧盘13b压紧各外摩擦片11c和内摩擦片11d时，各个所述内片启动挡圈11e与相邻内摩擦片11d的间距朝着靠近摩擦片压紧盘13b的方向呈等差数列关系逐渐减小。所述输出螺旋滚道筒13a的外壁上具有内片外花键13a1，在该内片外花键13a1上设置有若干与对应内片启动挡圈11e相适应的内挡圈安装环槽13a2，各内片启动挡圈11e分别嵌入对应的内挡圈安装环槽13a2中。采用以上结构，使各内摩擦片与对应外摩擦片能够更加有序、均匀地散开，缩短响应时间。

进一步地，在所述外片花键套11b的内壁上套装有若干外片碟簧11g，各外片碟簧11g分别位于各外摩擦片11c靠近摩擦片支撑盘11a的一侧，各外片碟簧11g的两端分别弹性地支承在对应的外片限位挡圈11f和外摩擦片11c上。通过这样的设计，各外片碟簧11g与各外片限位挡圈11f相互配合，对外摩擦片11c施加双向作用力，促使外摩擦片11c与两侧的内摩擦片11d主动分离，保证了各内摩擦片11d与各外摩擦片11c的彻底分离。

请参见图3和图8，在所述外片花键套11b的内壁上设置有若干外片限位挡圈11f，各外片限位挡圈11f分别位于各外摩擦片11c靠近摩擦片压紧盘13b的一侧。相邻所述外片限位挡圈11f的间距相等，且相邻外片限位挡圈11f的间距大于相邻内片启动挡圈11e的间距。通过这样的设计，对外摩擦片11c进行限位，避免外摩擦片11c与前一级内摩擦片11d发生粘接的情况，使内摩擦片11d与外摩擦片11c分离得更加彻底。各相邻所述外片限位挡圈11f的间距相等，使各内摩擦片11d与对应外摩擦片11c能够更加有序、均匀地散开，缩短响应时间。

所述外片花键套11b的内壁上设置有外片内花键11b1，各所述外摩擦片11c的外缘上均设置有与外片内花键11b1花键配合的外片外花键11c1，摩擦片支撑盘11a的外缘上设置有动力输入花键11a3，所述外片花键套11b靠近摩擦片支撑盘11a的一端通过外片内花键11b1与动力输入花键11a3花键配合，在所述外片内花键11b1上设置有若干与对应外片限位挡圈11f相适应的外挡圈安装环槽11b2，各外片限位挡圈11f分别嵌入对应的外挡圈安装环槽11b2中。

请参见图4，所述内心轮套2由一体成型的动力输出段2a和离合安装段2b组成，所述动力输出段2a和离合安装段2b均为圆筒形结构。其中，所述动力输出段2a的外径小于离合安装段2b的外径，孔径同样小于离合安装段2b的孔径，所述动力输出段2a可转动地套装在主轴1上，具体地说，所述动力输出段2a通过滚针轴承8可转动地套装在主轴1上。并且，该动力输出段2a远离离合安装段2b的一端端面加工有凸轮型面结构，从而能够通过凸轮型面的配合实现动力的传递。

请参见图4，在所述主轴1的端部套装有非金属支承套4，所述离合安装段2b可转动地套装在非金属支承套4上，作为优选，所述非金属支承套4为尼龙材质，具有自润滑的作用，耐磨性好，成本低廉重量轻，满足轻量化设计要求，同时能够保证整个机构动平衡的稳定性。具体地说，在所述主轴1上套装有垫圈6，该垫圈6的一侧表面与非金属支承套4远离轴向锁紧端盖5的一端端面抵接，另一侧表面与动力输出段2a靠近离合安装段2b的一端端面之间设置有第一滚珠轴承7，所述非金属支承套4通过半月键9套装在主轴1的端部。另外，为保证非金属支承套4和内心轮套2安装的可靠性，避免发生轴向位移，在所述离合安装段2b远离动力输出段2a的一端设置有轴向锁紧端盖5，该轴向锁紧端盖5插入离合安装段2b中后与非金属支承套4抵接，以将非金属支承套4限定在轴向锁紧端盖5和离合安装段2b之间。采用以上结构，利用非金属支承套就能够限定内心轮套的轴向位移，且重量远小于金属件，既保证了各部件之间的可靠连接，又满足轻量化设计要求；轴向锁紧端盖能够同时锁紧非金属支承套和内心轮套，使二者不会发生轴向位移，进一步提高了非金属支承套和内心轮套安装的可靠性。

请参见图4，所述轴向锁紧端盖5包括与动力输出段2a中心孔相适应的尼龙套限位部5a和沿周向设置在轴向锁紧端盖5外周面上的环形凸缘5b，当尼龙套限位部5a插入动力输出段2a的中心孔中时，尼龙套限位部5a的端面与非金属支承套4抵接，环形凸缘5b靠近尼龙套限位部5a的一侧壁与离合安装段2b远离动力输出段2a一端的端面抵接，从而能够可靠地锁定非金属支承套4和内心轮套2的轴向位置。

请参见图4和图5，所述多排组合式超越离合器3套装在离合安装段2b上，并能够带动内心轮套2转动。具体地说，所述多排组合式超越离合器3主要包括外圈3a以及至少两个并排设置在内心轮套2和外圈3a之间的内心轮3b，该外圈3a与各个内心轮3b之间分别设置有滚动体，需要指出的是，各内心轮3b外周的外齿3b1一一正对，相邻内心轮3b周围的滚动体一一正对，从而保证各内心轮3b的同步性。

所述内心轮套2采用高强度抗扭材料制成，所述内心轮3b采用抗压耐磨材料制成，采用以上结构，内心轮套抗扭能力高，能够保证传动的可靠性和稳定性，内心轮耐磨抗压能力强，能够延缓磨损速度，保证其与滚动体的可靠配合，从而通过将内心轮套和内心轮采用两种不同的材料进行制造，能够充分利用材料特性，不但有效节约了生产成本，而且大幅延长了超越离合器的使用寿命，提高超越离合器的性能。具体地说，所述内心轮套2的材质为合金钢，所述内心轮3b的材质为轴承钢或合金钢或硬质合金。本实施例中，所述内心轮套2的材质优选采用20CrMnTi，抗扭能力强，成本较低，性价比高，所述内心轮3b的材质优选采用GCr15，耐磨抗压性能好，成本较低，性价比高。内心轮套2抗扭抗压能力高，能够保证传动的可靠性和稳定性，内心轮3b耐磨抗压能力强，从而通过将内心轮套2和内心轮3b采用两种不同的材料进行制造，不但有效节约了生产成本，而且大幅延长了多排浮动组合式重载超越离合器的使用寿命。

请参见图4-图6，沿各内心轮3b外周分布的所述滚动体由交替设置的粗滚动体3c和细滚动体3d组成，在各个所述内心轮3b的外周面上均设置有两个相对的保持架3e，在每个保持架3e的内壁上均开设有一圈环形槽3e1，各个细滚动体3d的两端分别均可滑动地插入对应的环形槽3e1中。采用以上结构，使各个细滚动体3d能够随动，提高了整体的稳定性和可靠性，增加了使用寿命。

请参见图4，所述外圈3a的外壁上具有沿周向设置的输入从动齿3a1。所述内心轮套2的外壁与各个内心轮3b的内壁花键配合，从而使内心轮3b能够带动内心轮套2转动。通过上述结构，能够可靠地进行动力传递。

请参见图4，在所述外圈3a的两侧设置有外圈3a的两侧设置有齿圈支座3f，所述齿圈支座3f分别通过第二滚珠轴承10支承在环形凸缘5b上，保证了外圈3a的可靠安装，提升了多排组合式超越离合器3的稳定性。

请参见图7，所述内心轮3b的内花键齿数为外齿3b1齿数的两倍。便于安装和调试，以解决各个内心轮不同步的问题。

所述外齿3b1包括顶弧段3b12以及分别位于顶弧段3b12两侧的短边段3b11和长边段3b13，所述短边段3b11为向内凹陷的弧形结构，所述长边段3b13为向外凸出的弧形结构，所述短边段3b11的曲率小于长边段3b13的曲率。采用以上结构，能够保证单向传动功能的稳定性和可靠性。

请参见图1和图2，所述副轴传动组件包括与主轴1平行设置的副轴21，在该副轴21上套装有能够带动副轴21转动的一级减速从动齿轮16和受副轴21带动的二级主动齿轮17，在所述摩擦离合器11上套装有受其带动的一级减速主动齿轮18，该一级减速主动齿轮18与一级减速从动齿轮16啮合，所述外圈3a的外壁上具有沿周向设置的输入从动齿3a1，该输入从动齿3a1与二级主动齿轮17啮合。具体地说，所述一级减速从动齿轮16可转动地套装在副轴21上，并在副轴21上套装有可延其轴向滑动的第二啮合花件套33。当第二啮合花件套33朝一级减速从动齿轮16方向滑动，使第二啮合花件套33与一级减速从动齿轮16花键配合时，一级减速从动齿轮16与副轴21同步转动；当第二啮合花件套33远离一级减速从动齿轮16时，使第二啮合花件套33不再与一级减速从动齿轮16花键配合，一级减速从动齿轮16与副轴21断开，不再同步转动。

请参见图2，所述倒挡变速系统包括均与动力输入轴22平行的倒挡一级齿轮轴27和倒挡二级齿轮轴28，所述倒挡一级齿轮轴27包括一体成型的倒挡一级副轴部27a和倒挡二级主动齿27b，在所述倒挡一级副轴部27a上固定套装有与倒挡一级主动齿22a啮合的倒挡一级从动齿轮29，所述倒挡二级齿轮轴28包括一体成型的倒挡二级副轴部28a和倒挡三级主动齿28b，在所述倒挡二级副轴部28a上固定套装有与倒挡二级主动齿27b啮合的倒挡二级从动齿轮30，所述倒挡三级主动齿28b能够将动力传递到主轴1上。

在所述主轴1的一端可转动地同轴设置有主轴加长轴1a，在该主轴加长轴1a上可转动套装有与倒挡三级主动齿28b啮合的倒挡三级从动齿轮32，在所述主轴1的一端可转动地同轴设置有主轴加长轴1a，在该主轴加长轴1a上可转动套装有与倒挡三级主动齿28b啮合的倒挡三级从动齿轮32，在所述主轴加长轴1a上套装有可在主轴1和倒挡三级从动齿轮32之间轴向滑动的双向啮合花键套31，该双向啮合花键套31或与主轴1结合，以使主轴1和主轴加长轴1a同步转动，或与倒挡三级从动齿轮32结合，以使倒挡三级从动齿轮32和主轴加长轴1a同步转动。

一、前进挡：双向啮合花键套31与主轴1结合，与倒挡三级从动齿轮32分离；第二啮合花件套33与一级减速从动齿轮16结合。

本实施例中，弹性元件组12通过各端面轴承15施加压力，压紧摩擦离合器11的各外摩擦片11c和内摩擦片11d，此时摩擦离合器11在弹性元件组12的压力下处于结合状态，动力处于高速挡动力传递路线：

电机→动力输入轴22→前进挡一级主动齿轮23→前进挡输入双联齿轮26→外片花键套11b→摩擦片支撑盘11a→外摩擦片11c和内摩擦片11d→内片螺旋滚道套13→主轴1→双向啮合花键套31→主轴加长轴1a输出动力。

此时，多排组合式超越离合器3处于超越状态，弹性元件组12未被压缩。当主轴1传递给摩擦离合器11的阻力矩大于等于摩擦离合器11的预设载荷极限时，内片螺旋滚道套13与主轴1出现转速差，内片螺旋滚道套13朝压缩弹性元件组12移动，压缩弹性元件组12，摩擦离合器11的各外摩擦片11c和内摩擦片11d之间出现间隙，即分离，动力改为通过下述路线传递，即低速挡动力传递路线：

电机→动力输入轴22→前进挡一级主动齿轮23→前进挡输入双联齿轮26→外片花键套11b→摩擦片支撑盘11a→一级减速主动齿轮18→一级减速从动齿轮16→第二啮合花件套33→副轴21→二级主动齿轮17→多排组合式超越离合器3→内心轮套2→内片螺旋滚道套13→主轴1→双向啮合花键套31→主轴加长轴1a输出动力。

此时，多排组合式超越离合器3未超越，弹性元件组12被压缩。从上述传递路线可以看出，本发明在运行时，形成一个保持一定压力的自动变速机构。

本实施例以电动汽车为例，整车在启动时阻力大于驱动力，阻力迫使主轴1相对内片螺旋滚道套13转动一定角度，在螺旋传动副的作用下，内片螺旋滚道套13通过端面轴承15压缩弹性元件组12，外摩擦片11c和内摩擦片11d分离，即摩擦离合器11处于断开状态，以低速挡速度转动；因此，自动实现了低速挡起动，缩短了起动时间。与此同时，弹性元件组12吸收运动阻力矩能量，为恢复高速挡挡位传递动力储备势能。

启动成功后，行驶阻力减少，当分力减少到小于弹性元件组12所产生的压力时，因被运动阻力压缩而产生弹性元件组12压力迅速释放的推动下，摩擦离合器11的各外摩擦片11c和内摩擦片11d恢复紧密贴合状态，以高速挡速度转动。

行驶过程中，随着运动阻力的变化自动换挡原理同上，在不需要切断动力的情况下实现变挡，使整车运行平稳，安全低耗，而且传递路线简单化，提高传动效率。

二、倒挡：双向啮合花键套31与倒挡三级从动齿轮32结合，与主轴1分离；第二啮合花件套33与一级减速从动齿轮16分离。

倒挡动力传递路线：电机→动力输入轴22→倒挡一级从动齿轮29→倒挡一级齿轮轴27→倒挡二级从动齿轮30→倒挡二级齿轮轴28→倒挡三级从动齿轮32→双向啮合花键套31→主轴加长轴1a输出动力。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种能够适用于恶劣工况的自适应自动变速总成，其特征在于：包括动力输入机构、前进挡变速系统、倒挡变速系统和主轴（1），在所述主轴（1）的一端可转动地同轴设置有用于输出动力的主轴加长轴（1a），在该主轴加长轴（1a）上可转动套装有倒挡三级从动齿轮（32），在所述主轴加长轴（1a）上套装有可在主轴（1）和倒挡三级从动齿轮（32）之间轴向滑动的双向啮合花键套（31）；当双向啮合花键套（31）与主轴（1）结合时，所述动力输入机构依次通过前进挡变速系统、主轴（1）和双向啮合花键套（31），将动力传递给主轴加长轴（1a）；当双向啮合花键套（31）与倒挡三级从动齿轮（32）结合时，所述动力输入机构依次通过倒挡变速系统、倒挡三级从动齿轮（32）和双向啮合花键套（31），将动力传递给主轴加长轴（1a）；所述前进挡变速系统包括高速挡传动机构和低速挡传动机构；所述高速挡传动机构包括摩擦离合器（11）和用于对摩擦离合器（11）施加预紧力的弹性元件组（12），所述摩擦离合器（11）通过内片螺旋滚道套（13）套装在主轴（1）上，所述内片螺旋滚道套（13）与主轴（1）之间形成螺旋传动副，以使内片螺旋滚道套（13）能够沿主轴（1）轴向滑动；所述低速挡传动机构包括通过内心轮套（2）套装在主轴（1）上的多排组合式超越离合器（3）以及在摩擦离合器（11）和多排组合式超越离合器（3）之间减速传动的副轴传动组件，所述内心轮套（2）与内片螺旋滚道套（13）的对应端面通过端面凸轮副传动配合；所述摩擦离合器（11）包括设置在内片螺旋滚道套（13）上的摩擦片支撑件以及若干交替排列在摩擦片支撑件和内片螺旋滚道套（13）之间的外摩擦片（11c）和内摩擦片（11d），各外摩擦片（11c）能够沿摩擦片支撑件轴向滑动，各内摩擦片（11d）能够沿内片螺旋滚道套（13）轴向滑动；所述摩擦片支撑件能够将动力传递给副轴传动组件，所述弹性元件组（12）能够对内片螺旋滚道套（13）施加预紧力，以压紧各外摩擦片（11c）和内摩擦片（11d），所述内片螺旋滚道套（13）与主轴（1）之间形成螺旋传动副，使内片螺旋滚道套（13）能够沿主轴（1）轴向滑动，从而压缩弹性元件组（12），以释放各外摩擦片（11c）和内摩擦片（11d）；所述内片螺旋滚道套（13）包括呈圆盘形结构的摩擦片压紧盘（13b）和呈圆筒形结构的输出螺旋滚道筒（13a），所述输出螺旋滚道筒（13a）套装在主轴（1）上，并与主轴（1）之间形成螺旋传动副，所述摩擦片压紧盘（13b）固套在输出螺旋滚道筒（13a）的一端；所述摩擦片支撑件包括呈圆盘形结构的摩擦片支撑盘（11a）和呈圆筒形结构的外片花键套（11b），所述摩擦片支撑盘（11a）与摩擦片压紧盘（13b）平行，所述外片花键套（11b）同轴地套在输出螺旋滚道筒（13a）的外部，其一端与摩擦片支撑盘（11a）的外缘花键配合，另一端延伸至摩擦片压紧盘（13b）以外；各外摩擦片（11c）的外缘均与外片花键套（11b）的内壁花键配合，各内摩擦片（11d）的内缘均与输出螺旋滚道筒（13a）的外壁花键配合，在所述输出螺旋滚道筒（13a）的外壁上套装有若干内片启动挡圈（11e），各个内片启动挡圈（11e）分别位于各内摩擦片（11d）靠近摩擦片支撑盘（11a）的一侧；当输出螺旋滚道筒（13a）朝着远离摩擦片支撑盘（11a）方向轴向移动时，各个内片启动挡圈（11e）能够带动相邻内摩擦片（11d）朝着远离摩擦片支撑盘（11a）方向轴向移动，以使各外摩擦片（11c）和内摩擦片（11d）相互分离；当输出螺旋滚道筒（13a）朝着靠近摩擦片支撑盘（11a）方向轴向移动时，摩擦片压紧盘（13b）能够压紧各外摩擦片（11c）和内摩擦片（11d）；相邻所述内片启动挡圈（11e）的间距相等，且相邻内片启动挡圈（11e）的间距大于相邻内摩擦片（11d）的间距，当摩擦片压紧盘（13b）压紧各外摩擦片（11c）和内摩擦片（11d）时，各个所述内片启动挡圈（11e）与相邻内摩擦片（11d）的间距朝着靠近摩擦片压紧盘（13b）的方向呈等差数列关系逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的能够适用于恶劣工况的自适应自动变速总成，其特征在于：所述多排组合式超越离合器（3）包括外圈（3a）以及至少两个并排设置在外圈（3a）和离合安装段（2b）之间的内心轮（3b），各个内心轮（3b）均通过花键配合套装在离合安装段（2b）上，并在各自的外周上设置有一一正对的外齿（3b1），在所述外圈（3a）与各个内心轮（3b）之间分别设置有滚动体，相邻内心轮（3b）周围的滚动体一一正对。

3.根据权利要求2所述的能够适用于恶劣工况的自适应自动变速总成，其特征在于：所述副轴传动组件包括与主轴（1）平行设置的副轴（21）以及均套装在副轴（21）上的一级减速从动齿轮（16）、二级主动齿轮（17）和单向啮合花键套（33），所述一级减速从动齿轮（16）能够相对副轴（21）转动，所述单向啮合花键套（33）能够相对副轴（21）轴向移动，以与一级减速从动齿轮（16）结合或分离，在所述摩擦离合器（11）上套装有受其带动的一级减速主动齿轮（18），该一级减速主动齿轮（18）与一级减速从动齿轮（16）啮合，所述二级主动齿轮（17）固定套装在副轴（21）上，所述外圈（3a）的外壁上具有沿周向设置的输入从动齿（3a1），该输入从动齿（3a1）与二级主动齿轮（17）啮合。

4.根据权利要求1所述的能够适用于恶劣工况的自适应自动变速总成，其特征在于：所述内心轮套（2）由一体成型的动力输出段（2a）和离合安装段（2b）组成，所述动力输出段（2a）的孔径小于离合安装段（2b）的孔径，并可转动地套装在主轴（1）上，在所述主轴（1）的端部套装有非金属支承套（4），所述离合安装段（2b）可转动地套装在非金属支承套（4）上，所述多排组合式超越离合器（3）套装在离合安装段（2b）上，并能够带动内心轮套（2）转动，在所述离合安装段（2b）远离动力输出段（2a）的一端设置有轴向锁紧端盖（5），该轴向锁紧端盖（5）插入离合安装段（2b）中后与非金属支承套（4）抵接，以将非金属支承套（4）限定在轴向锁紧端盖（5）和离合安装段（2b）之间。

5.根据权利要求1所述的能够适用于恶劣工况的自适应自动变速总成，其特征在于：所述倒挡变速系统包括均与主轴（1）平行的倒挡一级齿轮轴（27）和倒挡二级齿轮轴（28），所述倒挡一级齿轮轴（27）包括一体成型的倒挡一级副轴部（27a）和倒挡二级主动齿（27b），在所述倒挡一级副轴部（27a）上固定套装有收动力输入机构带动的倒挡一级从动齿轮（29），所述倒挡二级齿轮轴（28）包括一体成型的倒挡二级副轴部（28a）和倒挡三级主动齿（28b），在所述倒挡二级副轴部（28a）上固定套装有与倒挡二级主动齿（27b）啮合的倒挡二级从动齿轮（30），所述倒挡三级主动齿（28b）与倒挡三级从动齿轮（32）啮合。

6.根据权利要求5所述的能够适用于恶劣工况的自适应自动变速总成，其特征在于：所述动力输入机构包括与主轴（1）平行的动力输入轴（22）以及固定套装在动力输入轴（22）上的前进挡一级主动齿轮（23），在所述主轴（1）上可转动地套装有前进挡输入双联齿轮（26），该前进挡输入双联齿轮（26）上具有与前进挡一级主动齿轮（23）啮合前进挡一级从动齿（26a）和用于将动力传递给前进挡变速系统的摩擦离合器驱动齿（26b），所述动力输入轴（22）上具有倒挡一级主动齿（22a），该倒挡一级主动齿（22a）能够将动力传递给倒挡变速系统。

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