CN112823121B - 多片离合器式变速器和包括多片离合器式变速器的海上交通工具 - Google Patents

Abstract

一种多片离合器式变速器包括用于使离合器选择性接合的结构，所述结构通过移动套筒以使连接到轴的套筒上的一个或多个摩擦盘移动成与离合器篮上的一个或多个摩擦盘接触来使所述离合器接合，所述离合器篮连接到由另一齿轮驱动的齿轮以及由原动机驱动的另一轴。提供一种用于使离合器选择性脱离接合的结构，该结构使用原动机转矩使得套筒上的所述一个或多个摩擦盘与离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘脱离接触。

Description

多片离合器式变速器和包括多片离合器式变速器的海上交通 工具

技术领域

本发明总体涉及变速器，更具体地涉及多片式变速器。

背景技术

在用于海上交通工具的变速器中，通常使用爪形离合器、锥形离合器以及液压片离合器。在美国专利第3,269,497号中示出了一种用于海上交通工具变速器的常规锥形离合器，上述专利通过引用并入本文。锥形离合器以三个位置进行工作。在空挡位置中，锥体旋转是不动的，而锥齿轮则经由输入轴与例如小齿轮啮合而旋转。在锥形离合器的上方有齿轮，并且在锥形离合器的下方有齿轮，并且这些齿轮与小齿轮啮合沿相反方向旋转。每个齿轮均具有面向锥形离合器的刚性附连换挡杯。当所示的换挡凸耳向上推动锥体时，锥体开始接触向上旋转齿轮的换挡杯。一旦形成杯-锥接触，则产生的摩擦力促使锥体沿相邻齿轮的方向旋转。锥体由输出轴引导，该输出轴利用螺纹引导锥体并限制锥体的运动。一旦发生摩擦引起的旋转，所述螺纹就会迫使锥体向上，由此驱使锥体进入到上方齿轮的换挡杯中，从而使换挡杯和锥体完全接合，以便从输入轴通过锥齿轮、通过换挡杯和锥体到输出轴进行完全转矩传递。

当锥体通过换挡凸耳的向下运动从换挡杯退回时，就会发生脱离接合，并实现空挡位置。类似地，当换挡凸耳向下移动时，以相同方式发生与下方齿轮的接合，并且沿相反旋转方向进行转矩传递。对换挡杯和锥体的材料以及每个元件的特定角度的精细选择已得到了高度发展，以优化这种类型的换挡系统。由于锥体和换挡杯架构遭受到极高轴向力和径向力，因此锥形离合器换挡系统中所需的材料必须极为坚固。贯通转矩(through puttorque)通过摩擦力来传递，其中由于输出轴通过输出轴上的螺纹向上或向下驱动锥体而在锥体与相邻的换挡杯之间引起法向(非轴向)力，所述法向力导致所述摩擦力。

由于使用刚性材料来满足装置中固有的高轴向力和径向力、发生接合的速度以及每次锥-杯接合事件固有的齿轮系的相关联高加速度，因此每次接合均伴随着可听见的“换挡顿挫”。在锥形离合器类型的变速器中，所述非轴向法向力通过锥体与输出轴之间的螺旋螺纹产生。由于锥体和换挡杯相互作用之间的非轴向法向力产生的摩擦力负责传递转矩。

海上交通工具中使用的另一形式变速器是液压变速器，该液压变速器设计有多片湿式离合器组件，从而以安静且平稳方式实现换挡。这些类型的船用变速器均利用了油泵和控制单元。油泵被输入轴持续地旋转，并且两个离合器单元通常刚性地固定在输入轴上并持续地旋转。液压控制块将油流/压力引导到沿期望输出轴旋转方向旋转的相应的离合器中的一个离合器。

在这种液压离合器的一个形式中，共同的离合器鼓被刚性地固定到输入轴，该输入轴也使油泵持续旋转。油泵经由输入轴中的单独轴向钻孔与离合器鼓流体连通。从油泵到离合器鼓的油流/压力经由液压控制阀控制。两个锥齿轮由输入轴上的轴承约束，并被允许如离合器接合所指示地独立旋转。齿轮与共同输出齿轮啮合连接，以将转矩传递到变速器之外。

可以通过油压将多片湿式离合器闭合到任一挡位(独立地)，以实现前进挡或倒挡功能。当通过控制阀使油流/压力从离合器鼓转向时，离合器断开并且实现空挡。在空档中，在输入轴、离合器鼓和油泵持续旋转时，输入轴和输出轴上的齿轮没有运动。这样，通过液压变速器实现前进挡-空挡-倒挡功能。

在这种类型的液压变速器系统中，所传递的转矩与由油泵施加在具有给定液压活塞面积和离合器盘接触表面积的离合器系统上的油压成正比。此外，需要控制阀系统来协调离合器功能。当油流/压力被引导远离离合器单元而使它们处于“断开”位置时，输出轴在空挡位置中保持不动。为实现前进挡或倒挡功能，油流/压力被液压控制阀独立地引导到前进挡或倒挡离合器。所述液压离合器仅利用了通过将油流/压力施加到离合器单元而产生的轴向力。所述轴向力将平面离合器盘推到一起从而引起摩擦力，以将齿轮联接到输出轴来通过变速器传递转矩。所传递的转矩与作用在液压活塞上的油压成正比，该液压活塞进而迫使具有所设计接触面积的离合器盘产生摩擦，从而传递转矩。在期望的所传递转矩与必要的离合器面积大小和所需的油泵压力之间存在设计权衡。随着油压升高，液压损失增大并且不能回收。使用湿式离合器组件可以实现安静且平稳的换挡，但代价是增加复杂性，例如专用油泵和液压控制阀组件与所需离合器接触面积相平衡。

DE1025927涉及一种用于齿轮系的换向齿轮，其中，转矩从锥形小齿轮传递到两个冠状轮(face wheel)中的一个，传递到第一保持架(其附连到第一冠状轮，其上设有离合器片)，再传递到套筒(其安装到输出轴的螺纹部分)上的离合器片，并且从套筒传递到输出轴。为了使输出轴换向，必须停止系统。然后移动套筒，以使得在附连到第二冠状轮的第二保持架上的离合器片移动到套筒上的离合器片，并且转矩从锥形小齿轮传递到第二冠状轮，传递到第二保持架，传递到套筒上的离合器片，并从套筒传递到输出轴。

发明内容

期望提供一种避免锥形离合器中的机械“顿挫”的变速器。还期望提供一种在发动机运转时能够容易地换挡和脱挡的变速器。还期望提供一种变速器，该变速器可以是有效、机械上简单、重量轻且紧凑并且可以以最小成本生产。

根据本发明的一个方面，一种多片离合器式变速器，其包括：第一轴；第一齿轮，所述第一齿轮安装在第一轴上并且不能相对于第一轴旋转；第二轴；第二齿轮，该第二齿轮同轴地安装在第二轴上并且能够相对于第二轴旋转，该第二齿轮与第一齿轮接合，并且布置成当第一轴沿第一轴旋转方向旋转时沿第一旋转方向旋转；离合器篮，该离合器篮分别固定到第一齿轮或第二齿轮中的一个齿轮，并且同轴地安装在第一轴或第二轴中的一个轴上且能够相对于所述一个轴旋转，第一轴或第二轴中的所述一个轴包括具有外螺纹的外螺纹部分，离合器篮包括从离合器篮的内表面径向向内延伸的一个或多个摩擦盘；套筒，该套筒包括内螺纹，这些内螺纹与第一轴或第二轴中的一个轴上的外螺纹部分匹配，并且该套筒包括从套筒的外表面径向向外延伸的一个或多个摩擦盘；以及离合器选择性接合装置和离合器选择性脱离接合装置，离合器选择性接合装置通过移动套筒使套筒上的一个或多个摩擦盘移动以与离合器篮上的一个或多个摩擦盘接触，来使离合器接合，并且离合器选择性脱离接合装置使用原动机转矩使套筒上的所述一个或多个摩擦盘与离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘脱离接触，来使离合器脱离接合。

根据本发明的另一方面，离合器选择性接合装置包括凹槽和致动器结构，所述凹槽围绕套筒的周缘，并且所述致动器结构包括：致动器主体，所述致动器主体能够绕致动器主体的旋转轴线在第一位置和第二位置之间枢转；滑靴，所述滑靴从致动器主体延伸，并且滑靴的纵向轴线偏离致动器主体的旋转轴线；其中，滑靴容纳在凹槽中，并且当致动器主体处于第一位置时，滑靴基本设置在凹槽的中心，并且套筒上的所述一个或多个摩擦盘与离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘脱离接触，以及当致动器主体移动到第二位置时，滑靴接触凹槽的表面，并且移动套筒以使得套筒上的所述一个或多个摩擦盘移动以与离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘接触。

根据本发明的另一方面，选择性脱离装置包括凹槽，所述凹槽围绕套筒的周缘，所述凹槽的纵向中心轴线偏离套筒的纵向中心轴线。

根据本发明的另一方面，选择性脱离装置还包括致动器结构，该致动器结构包括：致动器主体，该致动器主体能够绕致动器主体的旋转轴线在第一位置和第二位置之间枢转；滑靴，该滑靴可滑动地安装在致动器主体的孔内并且从所述孔部分地延伸，滑靴的滑靴部设置在所述孔的外部，所述孔偏离致动器主体的旋转轴线；以及弹性构件，该弹性构件用于驱使滑靴远离所述孔；其中，滑靴部容纳在凹槽中，并且当致动器主体处于第二位置时，滑靴部接触凹槽的表面，并且套筒上的所述一个或多个摩擦盘与离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘接触，以及当致动器主体被驱使移动到第一位置时，滑靴部接触凹槽的相对表面，并且被驱使进入到所述孔中并相对于致动器触底，在原动机使套筒持续旋转时，凹槽与滑靴之间的接触使得套筒上的所述一个或多个摩擦盘与离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘脱离接触。

根据本发明的又一方面，一种多片离合器式变速器，其包括：第一轴；第一齿轮，该第一齿轮安装在第一轴上并且不能相对于第一轴旋转；第二轴；第二齿轮，该第二齿轮同轴地安装在第二轴上并且能够相对于第二轴旋转，所述第二齿轮与第一齿轮接合，并且布置成当第一轴沿第一轴旋转方向旋转时沿第一旋转方向旋转；离合器篮，该离合器篮分别固定到第一齿轮或第二齿轮中的一个齿轮，并且同轴地安装在第一轴或第二轴中的一个轴上且能够相对于所述一个轴旋转，第一轴或第二轴中的所述一个轴包括具有外螺纹的外螺纹部分，离合器篮包括从离合器篮的内表面径向向内延伸的一个或多个摩擦盘；套筒，该套筒包括内螺纹，这些内螺纹与第一轴或第二轴中的所述一个轴上的外螺纹部分匹配，并且套筒包括从套筒的外表面径向向外延伸的一个或多个摩擦盘；以及套筒移动装置，该装置用于使套筒上的所述一个或多个摩擦盘与离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘选择性地接触和脱离接触，其中，内螺纹和外螺纹的导程角根据套筒和离合器篮上的摩擦盘的材料的压力能力以及如下项中的一个或多个来选择：

套筒和离合器篮上的摩擦盘的数量，

套筒和离合器篮上的摩擦盘的内径和外径，

套筒上的摩擦盘的材料与离合器篮上的摩擦盘的材料之间的摩擦系数，

待传递的原动机转矩，

第一齿轮和第二齿轮之间的传动比，以及

离合器容量与空转转矩之间的关系。

根据本发明的进而另一方面，提供一种提供多片离合器式变速器的方法，该多片离合器式变速器包括：第一轴；第一齿轮，该第一齿轮安装在第一轴上并且不能相对于第一轴旋转；第二轴；第二齿轮，该第二齿轮同轴地安装在第二轴上并且能够相对于第二轴旋转，第二齿轮与第一齿轮接合，并且布置成当第一轴沿第一轴旋转方向旋转时沿第一旋转方向旋转；离合器篮，该离合器篮分别固定到第一齿轮或第二齿轮中的一个齿轮，并且同轴地安装在第一轴或第二轴中的一个轴上且能够相对于所述一个轴旋转，第一轴或第二轴中的所述一个轴包括具有外螺纹的外螺纹部分，该离合器篮包括从离合器篮的内表面径向向内延伸的一个或多个摩擦盘；套筒，该套筒包括内螺纹，这些内螺纹与第一轴或第二轴中的所述一个轴上的外螺纹部分匹配，并且套筒包括从套筒的外表面径向向外延伸的一个或多个摩擦盘；以及套筒移动装置，该装置用于使套筒上的所述一个或多个摩擦盘与离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘选择性地接触和脱离接触。该方法包括：根据套筒和离合器篮上的摩擦盘的材料的压力能力以及如下项中的一个或多个来选择内螺纹和外螺纹的导程角：

套筒和离合器篮上的摩擦盘的数量，

套筒和离合器篮上的摩擦盘的内径和外径，

套筒上的摩擦盘的材料与离合器篮上的摩擦盘的材料之间的摩擦系数，

待传递的原动机转矩，

第一齿轮和第二齿轮之间的传动比，以及

离合器容量与空转转矩之间的关系。

附图说明

通过结合附图阅读以下详细描述，将更好地理解本发明的特征和优点，在附图中，类似附图标记指示类似元件，且在附图中：

图1是一种海上交通工具的示意图，该海上交通工具包括根据本发明一个方面的多片离合器式变速器；

图2是根据本发明一个方面的多片离合器式变速器的截面图，并示出了该多片离合器式变速器处于空挡中；

图3是图2所示的多片离合器式变速器的截面图，并示出了该多片离合器式变速器处于前进挡中；

图4是图2所示多片离合器式变速器的截面图，并示出了该多片离合器式变速器从前进挡移动到空挡；

图5是图2所示多片离合器式变速器的截面图，并示出了该多片离合器式变速器处于倒挡中；

图6是根据本发明一个方面的多片离合器式变速器的一部分的截面图，并示出了所述多片离合器式变速器的套筒上的内螺纹；

图7是用于根据本发明一个方面的输出离合器篮的摩擦盘的俯视图；

图8是根据本发明另一方面的多片离合器式的示意性部分截面图。

具体实施方式

图1是海上交通工具100的示意图，其包括根据本发明一个方面的多片离合器式(MFC)变速器21。图2示出了根据本发明一个方面的MFC变速器21的实施例。MFC变速器21包括输入轴23，该输入轴23可连接到诸如发动机或电动机的原动机25。输入齿轮27安装在输入轴23上并且不能相对于输入轴23旋转。

MFC变速器21还包括输出轴29，该输出轴29包括具有外螺纹33的外螺纹部分31。输出齿轮35同轴地安装在输出轴29上并且能够相对于输出轴29旋转。输出齿轮35与输入齿轮27接合，并且输出齿轮35布置成用以当输入轴沿输入轴旋转方向旋转时沿第一旋转方向旋转。例如，当输入齿轮27沿顺时针方向旋转时(当沿着输入轴23的纵向轴线ISA从输入齿轮朝向原动机25观察时)，输出齿轮35沿逆时针方向旋转(当在方向D上沿着输出轴29的纵向轴线OSA从输出齿轮的第一端37朝向输出齿轮的第二轴向端39观察时)。

输入齿轮27和输出齿轮35(和齿轮135)可以是锥齿轮或其它合适类型的齿轮。输入齿轮27和输出齿轮35(和齿轮135)都可以是(但不必是)锥齿轮，当期望或必需沿着与输入转矩所沿的轴线不同的轴线输出转矩时，这是有用的。例如，在图2中，输入轴23基本垂直于输出轴29。

输出离合器篮41以合适的方式固定到输出齿轮35(例如通过焊接到输出齿轮或与输出齿轮一体地形成)，并且同轴地安装在输出轴29上并能够相对于输出轴29旋转。输出离合器篮41包括从输出离合器篮的内表面45径向向内延伸的一个或多个摩擦盘43。摩擦盘43可以经由花键连接或任何其它合适的结构连接到输出离合器篮41的内表面45。

套筒47围绕输出轴29设置，并且包括内螺纹49，内螺纹49与输出轴上的外螺纹部分31上的外螺纹33匹配。套筒47还包括从套筒的外表面径向向外延伸的一个或多个摩擦盘51。套筒47可以制成单件，或可以制成为彼此附连的多个件。摩擦盘51可以经由花键连接或任何其它合适结构附连到套筒的外表面。

提供了离合器选择性接合装置，该装置用于通过移动套筒47以使套筒上的所述一个或多个摩擦盘51移动成与输出离合器篮41上的所述一个或多个摩擦盘43接触，而使离合器选择性地接合。摩擦盘51和43通常由钢制成，并且可以具有与摩擦盘的一侧或两侧附连的不同非钢摩擦材料。目前优选的选择性接合装置可以包括换挡致动器主体55，换挡致动器主体55能够绕纵向轴线SAA旋转或枢转，例如通过使控制杆57(在图3到图5中可见)至少在第一位置(图2)和第二位置(图3)之间来回移动而进行，在第一位置中，MFC变速器处于“空挡”中，并且在第二位置中，MFC变速器处于为了本文描述目的而应设计的“前进挡”中。选择性接合装置还可以包括滑靴59，滑靴设置在换挡致动器主体55的端部61上，并且相对于换挡致动器轴线SAA偏心，从而当换挡致动器主体绕换挡致动器轴线枢转时，滑靴会相对于输出轴29的纵向轴线OSA移动(在图2中向上或向下)。滑靴59容纳在套筒47的外表面65中的凹槽63(图6)内，从而当换挡致动器主体55绕其纵向轴线SAA枢转并且滑靴向下移动(到图3所示的位置)时，套筒上的所述一个或多个摩擦盘51移动成与输出离合器篮41上的所述一个或多个摩擦盘43接触。

当离合器如图3所示接合时，即当套筒47上的所述一个或多个摩擦盘51与输出离合器篮41上的所述一个或多个摩擦盘43接触并且原动机25运转时，从原动机传递到输入轴23的转矩从输入轴传递到输入齿轮27，传递到输出齿轮35，再通过摩擦盘51和43传递到套筒47，再传递到输出轴29。输出轴29的转动阻力(例如由水对附连到输出轴的推进器102(图1)施加的阻力)会导致套筒47沿着输出轴上的外螺纹33向下旋拧，且除使套筒47上的摩擦盘51保持与输出离合器篮41上的所述一个或多个摩擦盘43接触，输出轴29的转动阻力防止套筒上的摩擦盘与输出离合器篮上的摩擦盘脱离接触。

为了帮助克服趋于将套筒47上的摩擦盘51保持与输出离合器篮41上的所述一个或多个摩擦盘43接触的力，还提供了一种用于离合器选择性脱离接合装置，该装置使用原动机转矩使套筒上的摩擦盘与输出离合器篮上的摩擦盘脱离接触，从而使离合器选择性地脱离接合。在选择性脱离接合装置的目前优选实施例中，凹槽63包括围绕套筒47的周缘的V形凹槽，凹槽的纵向中心轴线GA偏离套筒的纵向中心轴线SA(其通常与输出轴29的纵向轴线OSA同轴)。应当理解的是，凹槽63不必一定是V形的，而可以例如更偏向具有与套筒47的轴线大致垂直的壁的U形形状，然而，目前认为V形因利于致动器滑靴相对于凹槽的滑动而有利于脱离接合。

选择性脱离接合装置还包括致动器结构，所述致动器结构包括换挡致动器主体55，换挡致动器主体55能够绕致动器主体的旋转轴线SAA在至少第一位置和第二位置之间枢转。滑靴59能够以可滑动方式安装在致动器主体中的孔69内并从所述孔69部分地延伸，滑靴的滑靴部59a设置在所述孔的外部。所述孔69偏离致动器主体55的旋转轴线SAA。诸如弹簧的弹性构件71设置在孔69中，用于驱使滑靴59远离所述孔。滑靴部59a被容纳在凹槽63中，并且当致动器主体处于第二位置(图3)时，滑靴部接触在凹槽的所述套筒已移动到的一侧上的表面63a(图3和图6)，并且套筒47上的所述一个或多个摩擦盘51与输出离合器篮41上的所述一个或多个摩擦盘43接触。

如图4所示，当驱使致动器主体55从第二位置(图3)移回到第一位置时，滑靴部59a接触凹槽63的相对表面63b(图4到图6)，并且通常由于凹槽的角度(且通常，是滑靴部的角度)，滑靴部沿凹槽的相对表面63b向上滑动，并且驱使滑靴进入到孔69中并最终相对于致动器主体触底，这通常通过滑靴在所述孔中触底或者通过滑靴抵靠致动器主体的表面55a触底而实现。同时，原动机25使套筒47的旋转持续进行。凹槽63和滑靴部59a之间的接触使套筒47上的所述一个或多个摩擦盘51与输出离合器篮41上的所述一个或多个摩擦盘43脱离接触。

为了进一步解释，当朝向如图4所示的空挡位置驱使换挡致动器主体55时，滑靴59(在图4中向上)移动成与(通常为V形)凹槽63的相对面63b接触，并且滑靴部59a抵抗弹性构件71的力朝向换挡致动器主体55沿凹槽的表面向上滑动，直到其相对于致动器主体触底为止。当套筒47自旋(spin)时，偏置凹槽63朝向图4中的右侧推动，相应地,偏置凹槽试图将滑靴59向右侧、即朝向致动器主体55推动。GA和SA之间的偏移量可以相对较小，目前优选的偏移是约0.5mm，然而，这一偏移量意味着：每次套筒绕其纵向轴线自旋1mm时，凹槽63的表面沿垂直于套筒47的纵向轴线的方向移入和移出约1mm。由于在这一位置中，滑靴59相对于致动器主体55触底，因此，滑靴不能进一步向右移动。在这些情况下，系统解决问题的唯一方式是使套筒47向上移动，将MFC变速器从前进挡拉出并进入空挡(图2)，在空挡中，套筒47上的摩擦盘51与输出离合器篮41上的摩擦盘43脱离接触，即使用原动机转矩进行。

美国专利号3,269,497、美国专利号3,915,270、美国专利号4,630,719以及美国专利号5,096,034描述了使用原动机转矩使锥形离合器选择性地脱离接合的装置，并且所述装置适于用作使用原动机转矩使根据本发明的多片离合器式选择性地脱离接合的装置，并且两者均通过引用并入本文。

如图5所示，MFC变速器21通常还设置有用于使输出轴29沿与图3的“前进挡”方向相反的方向旋转的结构，即沿着出于本文描述目的而应指定为“倒挡”的方向旋转。用于使输出轴29以倒档(in reverse)旋转的结构类似于用于使输出轴沿前进挡方向旋转的结构，并且包括第二输出齿轮135，第二输出齿轮135同轴地安装到输出轴29并且能够相对于输出轴29旋转，第二输出齿轮与输入齿轮27接合并且布置成当输入轴沿输入轴旋转方向旋转时沿第二旋转方向旋转。例如，当输入齿轮27沿顺时针方向旋转时(当沿着输入轴23的纵向轴线ISA从输入齿轮朝向原动机25观察时)，第二输出齿轮135沿顺时针方向旋转(当沿着输出轴29的纵向轴线OSA在方向D上观察时)。第一旋转方向(用于“前进挡”)和第二旋转方向(用于“倒挡”)通常彼此相反。

第二输出离合器篮141固定到第二输出齿轮135，并且同轴地安装在输出轴29上并能够相对于输出轴29旋转。第二输出离合器篮141包括从输出离合器篮的内表面145径向向内延伸的一个或多个摩擦盘143。当第二输出离合器篮141的摩擦盘143接触套筒47上的摩擦盘51时，转矩从套筒传递到输出轴29，以使得输出轴以“倒挡”旋转。因此，转矩从原动机25传递到输入轴23、传递到输入齿轮27、传递到第二输出齿轮135、传递到输出离合器篮141以及输出离合器篮上的摩擦盘143、传递到套筒上的摩擦盘51以及套筒47，然后传递到输出轴29。

由于通常在“倒挡”中传递的转矩要比在“前进挡”中传递的转矩少，因此与在前进挡中用于传递转矩的离合器篮和套筒部分中的摩擦片相比，在倒挡中用于传递转矩的离合器篮和套筒部分中使用的摩擦片可能较少。

以与结合在“空挡”和“前进挡”之间以及返回到“空挡”的换挡所描述的方式基本相同的方式，用于使离合器选择性接合的选择性接合装置适合于使套筒47(在图2中向上)移动，以使套筒47上的所述一个或多个摩擦盘51移动成与第二输出离合器篮141上的所述一个或多个摩擦盘143接触(即，从“空挡”到“倒挡”)，并且用于使用原动机转矩使离合器选择性地脱离接合的装置被构造用以使套筒上的所述一个或多个摩擦盘与第二个输出离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘脱离接触(即，从“倒挡”到“空挡”)。

在典型的海上变速器应用中，MPC变速器会如图2到图5所示地布置，其中，输出齿轮35设置在输出齿轮135下方。输入齿轮27以及输出齿轮35和135将通常设置在壳体(未示出)中。输出齿轮35通常会浸没在壳体中的润滑油中，而输出齿轮135通常会设置在润滑油的液面上方，但是会通过因部件在壳体中旋转而产生的喷雾来润滑。

将会观察到，在“空挡”位置(图2)中，当齿轮使摩擦盘43和摩擦盘143沿相反方向旋转时，套筒47上的摩擦盘51自由浮动。对于前进挡，套筒47通过所述选择性接合装置向下移动到如图3所示的位置，直到靠近摩擦盘43的摩擦盘51减速以引起流体动力阻力为止。这一阻力和由于水反作用于推进器102而对输出轴29引起的转动阻力进而导致输出轴29的螺纹33向下驱动套筒47，从而产生轴向力，所述轴向力用以将摩擦盘51夹紧到摩擦盘43，以通过变速器传递转矩。通过套筒47的向上运动，实现脱离接合。通过选择性接合装置使套筒47向上移动到图5中所示的位置，直至摩擦盘51相对摩擦盘143的接近距离减小到引起流体动力阻力为止，由此实现“倒挡”。这一阻力进而导致输出轴29的螺纹33向上驱动套筒47，从而产生轴向力，该轴向力用以将摩擦盘51夹紧到摩擦盘143，以通过变速器传递转矩。

通常，仅利用轴向力来使摩擦盘51和摩擦盘43或摩擦盘143接合。此外，这些盘优选不是硬刚性表面，从而换挡事件不必以例如锥体和离合器的硬性接触(harsh contact)为特征。附加地，在摩擦盘51与摩擦盘43和摩擦盘143之间保持油膜，并且实现齿轮系系统的受控加速度。如图7所示，输出离合器篮141上的摩擦盘43和143可以包括多个凹槽73，这些凹槽73延伸到盘的外径，以便于去除输出离合器篮上的摩擦盘和套筒47上的摩擦盘之间的油。离合器盘的结构和组成以及油膜特性共同作用以完成齿轮系的受控加速，用于实现安静换挡事件。

在本发明中，套筒47沿着输出轴29在纵向方向上的运动通常主要地或优选地仅被套筒上的摩擦盘51与第一或第二输出离合器篮41或141上的摩擦盘43或143之间的接触限制，这允许MFC变速器21包含最少数量的部件。轴向力被用以使摩擦盘51、43和143接合。

当MFC变速器21挂挡时，由于水对输出轴上的推进器(图1、102)的转动阻力而对输出轴29加载，因此，输出轴螺纹在摩擦盘51以及43和143上施加阻尼负载。轴导程螺纹的设计和螺纹导程必须选择成确保不会不利地影响如下几种不同功能：

1.转矩容量：夹紧负载必须足够高，以承受发动机在满载下的转矩；

2.转矩容量：阻尼负载必须足够高，以承受低负载(齿轮的空转速度)下的转矩；

3.离合器片的摩擦材料的耐用性：夹紧负载不能太高以至于损坏离合器片的摩擦材料；以及

4.脱离接合力：使离合器脱离接合时，夹紧负载需要较低。

通常，输出轴29和套筒47上的导程角越大，则施加在摩擦盘上的力越小，这使得组件在传递转矩时效率较低。此外，输出轴29和套筒上的导程角越大，则在挡位之间移动就越容易。

因此，优选地，套筒47上的内螺纹49(图6)和输出轴29上的外螺纹33的导程角θ根据套筒47和输出离合器篮41、141上的摩擦盘51以及43和143的材料的压力能力以及如下项中的一个或多个来选择：

·套筒和输出离合器篮上的摩擦盘的数量。导程角越大，则施加在摩擦盘上的力越小，因此，如果导程角增大，则会需要更多摩擦片来传递期望转矩。

·套筒和输出离合器篮上的摩擦盘的内径和外径。导程角越大，则施加在摩擦盘上的力越小，因此，如果导程角增大，则会需要较大直径的摩擦片来传递期望转矩。·

·套筒上的摩擦盘的材料与输出离合器篮上的摩擦盘的材料之间的摩擦系数。导程角越大，则施加在摩擦盘上的力越小，因此，如果导程角增大，则会需要摩擦片之间的较高摩擦系数来传递期望转矩。

·待传递的原动机转矩。较大导程角在摩擦盘上施加的力较小，因此需要较小角度来传递更大转矩。

·输入齿轮和输出齿轮之间的传动比。导程角越大，则施加在摩擦盘上的力越小。在更高齿轮减速比下，需要更高转矩容量。

·离合器转矩传递容量和空转转矩之间的关系。导程角越大，则施加在摩擦盘上的力越小，从而离合器具有较小转矩传递容量，但容易换挡。导程角越小，则施加在摩擦盘上的力越大，从而离合器具有较大转矩传递容量，但难以换出挡位。

内螺纹和外螺纹的导程角θ优选地在1度到90度之间，更优选在15度到70度之间，并且进而更优选在30度到50度之间。

套筒47和输出离合器篮41、141上的摩擦盘51以及43、143的材料的压力能力优选是至少5MPa，更优选是至少10MPa，并且进而更优选是至少20MPa。

套筒47及各输出离合器篮41、141上的摩擦盘51及43、143优选各自包括1到25个之间的摩擦表面，更优选包括5到15个之间的表面，并且进而更优选地包括6到8个之间的表面，其中，这些摩擦表面在这里定义为这样的表面，这些表面旨在用于传递转矩，并且可以(但不必须)是附连到例如钢盘的特别适配材料。应当理解，不是所有摩擦盘都必须在每一侧上均具有摩擦表面。

套筒上的摩擦盘的材料与输出离合器篮上的摩擦盘的材料之间的摩擦系数优选在0.05到0.2之间，更优选在0.075到0.175之间，并且进而更优选在0.1到0.15之间。

输入齿轮与输出齿轮之间的传动比优选在1:1与3:1之间，更优选在1:1与2:1之间，并且进而更优选在1:1与1.3:1之间。

MFC变速器是超速离合器，即单向离合器，这意味着，该离合器仅在原动机到从动构件(例如，推进器)的方向上连接，而不在另一方向上连接。原动机的转速(rpm)的降低无关于推进器的转速，而原动机的转速的增大则取决于推进器的转速，因为这是离合器的主要功能。

经由根据本发明的MFC变速器，在离合器系统的接合中利用轴向力将摩擦盘的摩擦表面压靠在一起，这可以促进挡位的平滑渐进接合，从而避免了通常与快速接合的某些类型变速器相关联的“顿挫”现象。

根据本发明的MFC变速器不需要油泵来生成压力/力以进行离合器操作，因此允许以相对低成本来提供MFC变速器。

用以使根据本发明的MFC变速器接合的致动力是通过与离合器致动器接合的输出轴上的螺旋螺纹来生成。这使得离合器能够承载发动机转矩，而无需在摩擦盘上施加外部轴向力。轴向力由螺纹连接生成。

根据本发明的MPC变速器在常规锥齿轮传动系统的齿轮啮合几何构造范围内，即，所述离合器可以装配在现有齿轮组的内部并且可以紧凑。

在根据本发明的MFC变速器中，前进挡和倒挡离合器盘的直径可以小于锥齿轮系统的节圆直径，并且可以持续地在相反方向上旋转，从而促进生产出小尺寸的MPC变速器。

在根据本发明的MFC变速器中，离合器篮可以固定到锥齿轮并面向齿轮啮合的中心，从而便于生产具有较少零件的紧凑型MFC变速器，其易于制造并且耐用。

在根据本发明的MPC变速器中，不需要将单个离合器/换挡致动器固定到输出轴，而是替代地，其被限制为通过螺旋螺纹沿轴向移动。在液压离合器中，液压活塞通常随着轴一起旋转。

在根据本发明的MPC变速器中，单个自致动套筒绕单个中心螺旋体沿轴向在相反方向上移动，以实现F-N-R换挡功能，从而促进生产出具有最少零件的MFC变速器。

在根据本发明的MPC变速器中，单个套筒通过线性花键同时接合到前进挡和倒挡离合器盘，其中，这些离合器盘在套筒的中心上方和下方等距地隔开。

在根据本发明的MFC变速器中，系统可在竖直设置的离合器之间操作，其中，每个离合器篮都刚性附连到锥齿轮的相对侧，其中单个换挡致动器(套筒)可在螺旋体上竖直移动，从而由于从相邻离合器盘表面引起的阻力而产生接合力。

在根据本发明的MPC变速器中，套筒被套筒的末端处的螺旋螺纹限制，以实现同心稳定性，其中，各螺纹可引导套筒至紧邻离合器盘位置，以实现(被锥齿轮面约束的)摩擦盘的同心度，从而提供简单构造。

在根据本发明的图2到图5所示的MPC变速器的一个方面中，输入轴不连接到或限制前进挡或倒挡离合器系统。

例如在图2到图5中所示的MPC变速器21包括输入齿轮27，输入齿轮27以不可旋转方式安装在输入轴23上。输入齿轮27与两个输出齿轮35和135啮合，这两个输出齿轮以可旋转方式安装在输出轴29上。具有摩擦盘43和143的输出离合器篮41和141分别固定到输出齿轮35和135。设有摩擦盘51并具有内螺纹49的套筒47安装在输出轴29的外螺纹部分31上，并由换挡致动器沿着输出轴移动。

应当理解，根据本发明的MPC变速器可以替代地如图8所示布置。在图8所示的MPC变速器321中，输出齿轮335以不可旋转方式安装在输出轴329上。输出齿轮335与两个输入齿轮327和427啮合，这两个输入齿轮以可旋转方式安装在输入轴323上。具有摩擦盘343和443的输入离合器篮341和441分别固定到输入齿轮327和327。设有摩擦盘51并具有内螺纹(在图8中未示出)的套筒47安装在输入轴323的外螺纹部分331上，并由换挡致动器355沿着输出轴移动，从而以与上文关于图2到图5所示的MPC变速器21描述的方式相同的方式来使离合器接合和脱离接合。MPC变速器321可以代替在图1所示的海上交通工具100中的图2到图5所示的MFC变速器21。

在本申请中，诸如“包括”的术语的使用是开放式的，并且旨在与诸如“包含”的术语具有相同含义，并且不排除其它结构、材料或行为的存在。类似地，尽管诸如“能够”或“可以”之类术语的使用旨在是开放性的，并且旨在反映结构、材料或行为不是必需的，但不使用此类术语并非旨在反映所述结构、材料或行为是至关重要的。如果目前将结构、材料或行为认为是至关重要的，则这些结构、材料或行为被确定为是必不可少的。

虽然已根据优选实施例说明并描述了本发明，但应认识到，在不偏离权利要求中阐述的本发明范围的情况下，在此可以作出改变和变化。

Claims (20)

1.一种多片离合器式变速器，包括：

第一轴；

第一齿轮，所述第一齿轮安装在所述第一轴上，并且相对于所述第一轴不能旋转；

第二轴；

第二齿轮，所述第二齿轮同轴地安装在所述第二轴上，并且相对于所述第二轴能够旋转，所述第二齿轮与所述第一齿轮接合，并且所述第二齿轮被布置为：当所述第一轴沿第一轴旋转方向旋转时，所述第二齿轮沿第一旋转方向旋转；

离合器篮，所述离合器篮分别固定到所述第一齿轮或所述第二齿轮中的一个齿轮，并且分别同轴地安装在所述第一轴或所述第二轴中的一个轴上，并且能够相对于所述一个轴旋转，所述第一轴或所述第二轴中的所述一个轴包括具有外螺纹的外螺纹部分，所述离合器篮包括从所述离合器篮的内表面径向向内延伸的一个或多个摩擦盘；

套筒，所述套筒包括内螺纹，所述内螺纹与所述第一轴或所述第二轴中的所述一个轴上的所述外螺纹部分匹配，并且所述套筒包括从所述套筒的外表面径向向外延伸的一个或多个摩擦盘；以及

离合器选择性接合装置和离合器选择性脱离接合装置，所述离合器选择性接合装置通过移动所述套筒来使得所述套筒上的所述一个或多个摩擦盘移动以与所述离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘接触，从而使所述离合器接合，并且所述离合器选择性脱离接合装置使用原动机转矩来使得所述套筒上的一个或多个摩擦盘移动以与所述离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘脱离接触，从而使得所述离合器脱离接合。

2.根据权利要求1所述的多片离合器式变速器，其中，所述第一轴能够连接到原动机。

3.根据权利要求1所述的多片离合器式变速器，其中，所述离合器选择性接合装置包括：

凹槽，所述凹槽围绕所述套筒的周缘；

致动器结构，所述致动器结构包括：

致动器主体，所述致动器主体能够围绕所述致动器主体的旋转轴线在第一位置和第二位置之间枢转；

滑靴，所述滑靴从所述致动器主体延伸，并且所述滑靴的纵向轴线偏离于所述致动器主体的所述旋转轴线；

其中，所述滑靴被容纳在所述凹槽中，并且

当所述致动器主体处于所述第一位置时，所述滑靴布置在所述凹槽的中心，并且所述套筒上的所述一个或多个摩擦盘与所述离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘脱离接触，以及

当所述致动器主体移动到所述第二位置时，所述滑靴接触所述凹槽的表面并且移动所述套筒，使得所述套筒上的所述一个或多个摩擦盘移动成与所述离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘接触。

4.根据权利要求1所述的多片离合器式变速器，其中，所述选择性脱离接合装置包括围绕所述套筒的周缘的凹槽，所述凹槽的纵向中心轴线偏离于所述套筒的纵向中心轴线。

5.根据权利要求4所述的多片离合器式变速器，其中，所述离合器选择性脱离接合装置包括：

致动器结构，所述致动器结构包括：

致动器主体，所述致动器主体能够围绕所述致动器主体的旋转轴线在第一位置和第二位置之间枢转；

滑靴，所述滑靴以可滑动方式安装在所述致动器主体的孔内并且从所述孔部分地延伸，所述滑靴的滑靴部设置在所述孔的外部，所述孔偏离于所述致动器主体的旋转轴线；以及

弹性构件，所述弹性构件用于驱使所述滑靴远离所述孔；

其中，所述滑靴部被容纳在所述凹槽中，并且

当所述致动器主体处于所述第二位置时，所述滑靴部接触所述凹槽的表面，并且所述套筒上的所述一个或多个摩擦盘与所述离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘接触，以及

当所述致动器主体被驱使移动到所述第一位置时，所述滑靴部接触所述凹槽的相对表面，并且被驱使进入到所述孔中并相对于所述致动器触底，在所述原动机使所述套筒持续旋转时，所述凹槽与所述滑靴之间的接触使得所述套筒上的所述一个或多个摩擦盘与所述离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘脱离接触。

6.根据权利要求1所述的多片离合器式变速器，其中，所述第一齿轮和所述第二齿轮两者均是锥齿轮。

7.根据权利要求6所述的多片离合器式变速器，其中，所述第一轴垂直于所述第二轴。

8.根据权利要求1所述的多片离合器式变速器，包括：

第三齿轮，所述第三齿轮同轴地安装到所述第二轴并且能够相对于所述第二轴旋转，所述第三齿轮与所述第一齿轮接合，并且所述第三齿轮布置成当所述第一轴沿第一旋转方向旋转时沿第二旋转方向旋转；

第二离合器篮，所述第二离合器篮固定到所述第三齿轮，并且所述第二离合器篮同轴地安装在所述第一轴和所述第二轴中的一个轴上且能够相对于所述一个轴旋转，所述第一齿轮或所述第二齿轮中的与所述离合器篮固定的一个齿轮同轴地安装在所述一个轴上，并且能够相对于所述一个轴旋转，所述第二离合器篮包括从所述第二离合器篮的内表面径向向内延伸的一个或多个摩擦盘，

其中，所述离合器选择性接合装置适合于移动所述套筒，以使所述套筒上的所述一个或多个摩擦盘移动以与所述第二离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘接触，并且使用原动机转矩的所述离合器选择性脱离接合装置被构造为使得所述套筒上的所述一个或多个摩擦盘与所述第二离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘脱离接触。

9.根据权利要求8所述的多片离合器式变速器，其中，所述第一旋转方向与所述第二旋转方向彼此相反。

10.根据权利要求8所述的多片离合器式变速器，其中，所述选择性脱离接合装置包括凹槽，所述凹槽围绕所述套筒的周缘，所述凹槽的纵向中心轴线偏离于所述套筒的纵向中心轴线。

11.根据权利要求10所述的多片离合器式变速器，其中，所述离合器选择性脱离接合装置包括：

致动器结构，所述致动器结构包括：

致动器主体，所述致动器主体能够围绕所述致动器主体的旋转轴线在第一位置和第二位置之间枢转；

滑靴，所述滑靴以可滑动方式安装在所述致动器主体中的孔内并且从所述孔部分地延伸，所述滑靴的滑靴部设置在所述孔的外部，所述孔偏离于所述致动器主体的旋转轴线；以及

弹性构件，所述弹性构件用于驱使所述滑靴远离所述孔；

其中，所述滑靴部被容纳在所述凹槽中，并且

当所述致动器主体处于所述第二位置时，所述滑靴部接触所述凹槽的表面，并且所述套筒上的所述一个或多个摩擦盘与所述离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘接触，以及

当所述致动器主体被驱使移动到所述第一位置时，所述滑靴部接触所述凹槽的相对表面，并且被驱使进入到所述孔中，并相对于所述致动器触底，在所述原动机使得所述套筒持续旋转时，所述凹槽与所述滑靴之间的接触使得所述套筒上的所述一个或多个摩擦盘与所述第二离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘脱离接触。

12.根据权利要求1所述的多片离合器式变速器，其中，所述内螺纹和所述外螺纹的导程角根据所述离合器篮和所述套筒上的摩擦盘的材料的压力能力以及如下因素中的一个或多个来选择：

所述离合器篮和所述套筒上的摩擦盘的数量，

所述离合器篮和所述套筒上的摩擦盘的内径和外径，

所述套筒上的摩擦盘的材料与所述离合器篮上的摩擦盘的材料之间的摩擦系数，

待传递的原动机转矩，

所述第一齿轮和所述第二齿轮之间的传动比，以及

离合器容量与空转转矩之间的关系。

13.根据权利要求1所述的多片离合器式变速器，其中，所述内螺纹和所述外螺纹的导程角在1度和90度之间。

14.根据权利要求1所述的多片离合器式变速器，其中，所述套筒和所述离合器篮上的摩擦盘的材料的压力能力是至少5MPa。

15.根据权利要求1所述的多片离合器式变速器，其中，形成所述套筒和所述离合器篮上的摩擦盘的摩擦表面为1到25个之间。

16.根据权利要求1所述的多片离合器式变速器，其中，所述套筒上的摩擦盘的材料与所述离合器篮上的摩擦盘的材料之间的摩擦系数在0.05和0.2之间。

17.根据权利要求1所述的多片离合器式变速器，其中，所述第一齿轮和所述第二齿轮之间的传动比在1:1和3:1之间。

18.一种海上交通工具，所述海上交通工具包括根据权利要求1所述的多片式变速器，所述海上交通工具包括连接到所述第一轴的原动机和连接到所述第二轴的推进器。

19.一种多片离合器式变速器，包括：

第一轴；

第一齿轮，所述第一齿轮安装在所述第一轴上，并且不能相对于所述第一轴旋转；

第二轴；

第二齿轮，所述第二齿轮同轴地安装在所述第二轴上，并且能够相对于所述第二轴旋转，所述第二齿轮与所述第一齿轮接合，并且所述第二齿轮布置成当所述第一轴在第一轴旋转方向上旋转时沿第一旋转方向旋转；

离合器篮，所述离合器篮分别固定到所述第一齿轮或所述第二齿轮中的一个齿轮，并且分别同轴地安装在所述第一轴或第二轴中的一个轴上且能够相对于所述一个轴旋转，所述第一轴或所述第二轴中的所述一个轴包括具有外螺纹的外螺纹部分，所述离合器篮包括从所述离合器篮的内表面径向向内延伸的一个或多个摩擦盘；

套筒，所述套筒包括内螺纹，所述内螺纹与所述第一轴或第二轴中的所述一个轴上的外螺纹部分匹配，并且所述套筒包括从所述套筒的外表面径向向外延伸的一个或多个摩擦盘；以及

套筒移动装置，所述套筒移动装置用于使所述套筒上的所述一个或多个摩擦盘与所述离合器篮上的一个或多个摩擦盘选择性地接触和脱离接触，

其中，所述内螺纹和所述外螺纹的导程角根据所述套筒和所述离合器篮上的摩擦盘的材料的压力能力以及如下项中的一个或多个来选择：

所述套筒和所述离合器篮上的摩擦盘的数量，

所述套筒和所述离合器篮上的摩擦盘的内径和外径，

所述套筒上的摩擦盘的材料与所述离合器篮上的摩擦盘的材料之间的摩擦系数，

待传递的原动机转矩，

所述第一齿轮和所述第二齿轮之间的传动比，以及

离合器容量与空转转矩之间的关系。

20.一种提供多片离合器式变速器的方法，所述多片离合器式变速器包括：

第一轴；

第一齿轮，所述第一齿轮安装在所述第一轴上，并且不能相对于所述第一轴旋转；

第二轴；

第二齿轮，所述第二齿轮同轴地安装在所述第二轴上，并且能够相对于所述第二轴旋转，所述第二齿轮与所述第一齿轮接合，并且所述第二齿轮布置成当所述第一轴沿第一轴旋转方向旋转时沿第一旋转方向旋转；

离合器篮，所述离合器篮分别固定到所述第一齿轮或所述第二齿轮中的一个齿轮，并且所述离合器篮分别同轴地安装在所述第一轴或所述第二轴中的一个轴上且能够相对于所述一个轴旋转，所述第一轴或第二轴中的所述一个轴包括具有外螺纹的外螺纹部分，所述离合器篮包括一个或多个摩擦盘，所述一个或多个摩擦盘从所述离合器篮的内表面径向向内延伸；

套筒，所述套筒包括内螺纹，所述内螺纹与所述第一轴或第二轴中的一个轴上的外螺纹部分匹配，并且所述套筒包括从所述套筒的外表面径向向外延伸的一个或多个摩擦盘；以及

套筒移动装置，所述套筒移动装置用于使得所述套筒上的所述一个或多个摩擦盘与所述离合器篮上的所述一个或多个摩擦盘选择性地接触和脱离接触，

所述方法包括：

根据所述套筒和所述离合器篮上的摩擦盘的材料的压力能力以及如下项中的一个或多个来选择所述内螺纹和所述外螺纹的导程角：

所述套筒和所述离合器篮上的摩擦盘的数量，

所述套筒和所述离合器篮上的摩擦盘的内径和外径，

所述套筒上的摩擦盘的材料与所述离合器篮上的摩擦盘的材料之间的摩擦系数，

待传递的原动机转矩，

所述第一齿轮和所述第二齿轮之间的传动比，以及

离合器容量与空转转矩之间的关系。