CN114576318A - 换挡机构及两挡传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于传动装置技术领域，具体包括换挡机构及两挡传动装置。其中，换挡机构包括第一部件、第二部件、第三部件及布置在第一部件上的滑动件，在第一部件与滑动件之间布置弹性件；还包括布置在滑动件上的第一内摩擦单元，布置在第二部件上的第一外摩擦单元，布置在第一部件上的第二内摩擦单元，布置在第三部件上的第二外摩擦单元；通过执行机构控制第一部件沿中心线往复移动以实现第一内摩擦单元和第一外摩擦单元接合或分离的同时第二内摩擦单元和第二外摩擦单元接合分离或接合。该换挡机构结构简单、控制精度要求低，用于两挡传动装置时能够实现换挡平顺、动力不中断。

Description

换挡机构及两挡传动装置

技术领域

本发明涉及传动装置技术领域，特别涉及一种换挡机构及两挡传动装置。

背景技术

传统的两挡变速机构需要两个离合器配合工作，由于离合器包括控制油路及控制系统，因此两个离合器需要两套独立的油路及两个控制系统，这使得现有的变速机构的结构较为复杂，如中国授权发明专利（CN109661526B、CN110914563B）中公开的双离合变速机构。在换挡过程中，为了保证动力持续稳定传递，需要在一个离合器分离的同时使另一个离合器迅速接合；如果出现两个离合器同时分离的情况，将导致动力出现中断情况，存在严重的设备缺陷。因此传统的两挡变速机构除了结构复杂之外，还存在着换挡时离合器控制精度要求高的技术困难。

发明内容

为了解决现有变速机构中存在的结构复杂、控制精度要求高、动力易中断等技术问题，本发明提供了一种换挡机构。该换挡机构包括第一部件，所述第一部件能够绕一中心线转动；滑动件，所述滑动件布置在所述第一部件上并配置成能够随所述第一部件同步转动且能够沿所述中心线相对于所述第一部件滑动；第二部件，所述第二部件与所述第一部件配合并配置成能够相对于所述第一部件转动；第三部件，所述第三部件与所述第一部件配合并配置成能够相对于所述第一部件转动；第一内摩擦单元，所述第一内摩擦单元布置在所述滑动件上并配置成能够随所述滑动件同步转动且能够沿所述中心线相对于所述滑动件滑动；第一外摩擦单元，所述第一外摩擦单元布置在所述第二部件上并配置成能够随所述第二部件同步转动且能够沿所述中心线相对于所述第二部件滑动；第二内摩擦单元，所述第二内摩擦单元布置在所述第一部件上并配置成能够随所述第一部件同步转动且能够沿所述中心线相对于所述第一部件滑动；第二外摩擦单元，所述第二外摩擦单元布置在所述第三部件上并配置成能够随所述第三部件同步转动且能够沿所述中心线相对于所述第三部件滑动；弹性件，所述弹性件布置在所述第一部件与所述滑动件之间，所述弹性件具有预紧压力并配置成能够通过所述滑动件使所述第二内摩擦单元和所述第二外摩擦单元接合；和执行机构，所述执行机构配置成能够通过控制所述第一部件沿所述中心线往复移动使所述第一内摩擦单元和所述第一外摩擦单元接合的同时所述第二内摩擦单元和所述第二外摩擦单元分离，或使所述第一内摩擦单元和所述第一外摩擦单元分离的同时所述第二内摩擦单元和所述第二外摩擦单元接合。

在本发明中，第一内摩擦单元与第一外摩擦单元形成第一离合器，第二内摩擦单元与第二外摩擦单元形成第二离合器。初始状态下，滑动件在弹性件预紧压力的作用下与第一部件配合将第二离合器压紧接合，此时第一离合器处于分离状态；即在执行机构不工作的状态下，换挡机构处于第一离合器常分离、第二离合器常接合的状态，第一部件的动力通过第三部件向外传递。

换挡过程中，执行机构施力、控制第一部件沿中心线移动，第一部件上的滑动件、第二内摩擦单元及第二外摩擦单元随之同步移动，滑动件在移动过程中与第二部件配合将分离的第一内摩擦单元与第一外摩擦单元逐渐压并；随着执行机构继续施力，第一内摩擦单元与第一外摩擦单元压并后第一离合器的压紧力逐渐增大，同步地，第二离合器的压紧力逐渐减小；当第二离合器的压紧力减小至零时，随着执行机构继续施力，第二内摩擦单元与第二外摩擦单元分离，第二离合器完全分离、第一离合器完全接合，此时第一部件的动力通过第二部件向外传递。容易理解地是，当需要切换回初始状态时，只需通过执行机构使第一部件反向移动至初始位置即可。

因此，本发明只需一个执行机构即可实现两个离合器的联动控制，本发明能够有效简化换挡机构的结构，降低设备加工制造难度，减小生产制造成本。在挡位切换过程中，两个离合器均处于压并状态后才进行挡位切换，能够有效保证动力的稳定传递，从设计原理及机械结构上避免了动力中断的缺陷，实现了设备的稳定可靠运行。更突出地是，在换挡过程中，一个离合器逐渐分离的同时，另一离合器逐渐接合，两者的受力状态自动调节，无需外部控制机构干涉调整，这使得本发明的控制逻辑得以简化，有效降低双离合器协同工作时的控制精度要求，从而进一步降低设备的设计、生产、制造难度。

在上述换挡机构的优选技术方案中，所述滑动件与所述第一部件通过花键连接。在滑动件与第一部件相对的表面设有匹配的内花键和外花键。通过上述的配置，在花键的作用下，滑动件能够被第一部件带动着同步转动，并且滑动件能够沿中心线相对于第一部件滑动。

在上述换挡机构的优选技术方案中，在所述第一部件上设有第一限位部，在所述滑动件上设有第二限位部，所述弹性件的两端分别与所述第一限位部和所述第二限位部连接。通过上述的配置，能够有效提高弹性件的端部与第一部件、滑动件之间的连接稳定性。

在上述换挡机构的优选技术方案中，所述弹性件包括多个螺旋弹簧，所述螺旋弹簧沿所述第一部件的周向分布。通过上述的配置，周向分布的弹簧能够使滑动件的受力更均匀、稳定。

在上述换挡机构的优选技术方案中，所述弹性件包括碟形弹簧。碟形弹簧套设在所述第一部件的外部，通过上述的配置，能够有效简化滑动件与第一部件之间的连接结构。

在上述换挡机构的优选技术方案中，在所述第一部件上设有第三限位部，在所述滑动件上设有第四限位部，所述第二内摩擦单元和所述第二外摩擦单元间隔布置在所述第三限位部和所述第四限位部之间。通过上述的配置，间隔排布的摩擦片能够产生足够大的接触面积，从而提高接合可靠性；第三限位部及第四限位部的设计能够增大摩擦片的受力面积，使得摩擦片之间的接合力更均匀。

在上述换挡机构的优选技术方案中，所述第三限位部能够与所述第二内摩擦单元接触，所述第四限位部能够与所述第二内摩擦单元接触。第三限位部及第四限位部始终与第二内摩擦单元同步转动，通过上述的配置，能够有效避免第三限位部、第四限位部与摩擦片之间的相对磨损，从而延长设备使用寿命。

在上述换挡机构的优选技术方案中，所述第二内摩擦单元与所述第一部件通过花键连接，所述第二外摩擦单元与所述第三部件通过花键连接。通过上述的配置，能够有效简化各部件的连接结构，并且能够提供较好的稳定性。

在上述换挡机构的优选技术方案中，在所述滑动件上设有第二限位部，在所述第二部件上设有第五限位部，所述第一内摩擦单元和所述第一外摩擦单元间隔布置在所述第二限位部和所述第五限位部之间。通过上述的配置，间隔排布的摩擦片能够产生足够大的接触面积，从而提高接合可靠性；第二限位部和第五限位部的设计能够增大摩擦片的受力面积，使得摩擦片之间的接合力更均匀；更突出地是，当第一内摩擦单元和第一外摩擦单元完全接合时，第二限位部与第五限位部的位置相对固定，此时第五限位部还能够对滑动件起到限位作用，从而保证第二离合器能够完全分离。

在上述换挡机构的优选技术方案中，所述第二限位部能够与所述第一内摩擦单元接触，所述第五限位部能够与所述第一外摩擦单元接触。第二限位部与第一内摩擦单元始终保持同步转动，第五限位部与第一外摩擦单元始终保持同步转动，通过上述的配置，能够有效避免第二限位部、第五限位部与摩擦片之间的相对磨损，从而延长设备使用寿命。

在上述换挡机构的优选技术方案中，所述第一内摩擦单元与所述滑动件通过花键连接，所述第一外摩擦单元与所述第二部件通过花键连接。通过上述的配置，能够有效简化各部件的连接结构，并且能够提供较好的稳定性。

在上述换挡机构的优选技术方案中，所述第二部件套设在所述第三部件的外部，在所述第三部件上连接有沿所述中心线延伸的传动轴，在所述第二部件上连接有套设在所述传动轴外部的传动筒。通过上述的配置，该优选技术方案提供了一种结构紧凑、两挡动力传递共线的换挡机构。

在上述换挡机构的优选技术方案中，所述第三部件套设在所述第二部件的外部，在所述第二部件上连接有沿所述中心线延伸的传动轴，在所述第三部件上连接有套设在所述传动轴外部的传动筒。通过上述的配置，该优选技术方案是上一优选技术方案的镜像结构，提供了另一种结构紧凑、两挡动力传递共线的换挡机构。

本发明还提供了一种两挡传动装置，该两挡传动装置包括输出端；根据上述任一优选技术方案所述的换挡机构；第一主动轮，所述第一主动轮固定在所述换挡机构的传动筒上；第一从动轮，所述第一从动轮固定在所述输出端上并与所述第一主动轮啮合连接；第二主动轮，所述第二主动轮固定在所述换挡机构的传动轴上；和第二从动轮，所述第二从动轮固定在所述输出端上并与所述第二主动轮啮合连接。通过上述的配置，第一部件上的动力能够通过第二部件或第三部件传输，经主动轮、从动轮的传动后，能够从同一输出端输出，该两挡传动装置的结构简单、操作简单，并且对换挡的控制精度要求低。

在上述两挡传动装置的优选技术方案中，所述第一从动轮的齿数大于所述第一主动轮的齿数。通过上述的配置，能够实现动力的减速输出。

在上述两挡传动装置的优选技术方案中，所述第二从动轮的齿数等于所述第二主动轮的齿数。通过上述的配置，能够实现动力的直接输出。

附图说明

下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是本发明换挡机构的一种实施例的结构示意图；

图2是本发明两挡传动装置的一种实施例的结构示意图；

图3是本发明两挡传动装置的一种实施例在状态一时的结构示意图；

图4是本发明两挡传动装置的一种实施例在状态二、三、四时的结构示意图；

图5是本发明两挡传动装置的一种实施例在状态五时的结构示意图；

图6是本发明两挡传动装置的一种实施例从高挡切换至低挡过程中各部件的受力分析图；

图7是本发明两挡传动装置的一种实施例从低挡切换至高挡过程中各部件的受力分析图。

附图标记列表：

D、换挡机构；L、中心线；k1、第一离合器；k2、第二离合器；1、第一部件；10、第二内摩擦单元；11、第一限位部；12、第三限位部；2、滑动件；20、第一内摩擦单元；21、第二限位部；22、第四限位部；3、弹性件；4、第二部件；40、第一外摩擦单元；41、第五限位部；42、传动筒；5、第三部件；50、第二外摩擦单元；51、传动轴；6、输出端；T、两挡传动装置；t11、第一主动轮；t12、第一从动轮；t21、第二主动轮；t22、第二从动轮。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”和“第五”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“布置”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了解决现有变速机构中存在的结构复杂、控制精度要求高、动力易中断等技术问题，本发明实施例提供了一种换挡机构D。该换挡机构D包括第一部件1，第一部件1能够绕一中心线L转动；滑动件2，滑动件2布置在第一部件1上并配置成能够随第一部件1同步转动且能够沿中心线L相对于第一部件1滑动；第二部件4，第二部件4与第一部件1配合并配置成能够相对于第一部件1转动；第三部件5，第三部件5与第一部件1配合并配置成能够相对于第一部件1转动；第一内摩擦单元20，第一内摩擦单元20布置在滑动件2上并配置成能够随滑动件2同步转动且能够沿中心线L相对于滑动件2滑动；第一外摩擦单元40，第一外摩擦单元40布置在第二部件4上并配置成能够随第二部件4同步转动且能够沿中心线L相对于第二部件4滑动；第二内摩擦单元10，第二内摩擦单元10布置在第一部件1上并配置成能够随第一部件1同步转动且能够沿中心线L相对于第一部件1滑动；第二外摩擦单元50，第二外摩擦单元50布置在第三部件5上并配置成能够随第三部件5同步转动且能够沿中心线L相对于第三部件5滑动；弹性件3，弹性件3布置在第一部件1与滑动件2之间，弹性件3具有预紧压力并配置成能够通过滑动件2使第二内摩擦单元10和第二外摩擦单元50接合；和执行机构，执行机构配置成能够通过控制第一部件1沿中心线L往复移动使第一内摩擦单元20和第一外摩擦单元40接合的同时第二内摩擦单元10和第二外摩擦单元50分离，或使第一内摩擦单元20和第一外摩擦单元40分离的同时第二内摩擦单元10和第二外摩擦单元50接合。

需要说明的是，本发明未对“执行机构”的具体形式做特别限定，因为现有技术中存在多种常见结构适用于本发明，比如液压伸缩机构、机械推拉机构、电磁驱动机构等。因此，在本发明的指导下，只要能够实现“控制第一部件1沿中心线L往复移动”这一功能的现有结构均应属于本发明所指的“执行机构”。

图1是本发明换挡机构的一种实施例的结构示意图。如图1所示，本发明实施例的换挡机构D包括第一部件1、滑动件2、弹性件3、第二部件4、第三部件5及执行机构（图1中未示出）。其中，滑动件2套设在第一部件1的外部，弹性件3连接在第一部件1与滑动件2之间，第二部件4部分套设在滑动件2的外部，第三部件5部分套设在第一部件1的外部，执行机构与第一部件1配合，用于控制第一部件1沿中心线L移动。

如图1所示，第一部件1的主体为实心轴，实心轴沿中心线L延伸布置，第一部件1能够以中心线L为转动轴线转动。替代地，第一部件1的主体还可以是空心轴。如图1所示，在第一部件1的左侧设有第一限位部11。第一限位部11成环状套设在第一部件1的外部。容易理解地是，第一限位部11还可以是多个独立的限位凸起，各限位凸起沿第一部件1的周向分布。第一限位部11与第一部件1一体成型制作而成，可选地，第一限位部11由第一部件1的左端向外翻折形成。替代地，第一限位部11通过焊接或其他合适的工艺固定在第一部件1上。替代地，第一限位部11还可以通过螺纹、销轴或其他合适的连接结构可拆卸地装配在第一部件1上。如图1所示，在第一部件1的右侧设有第三限位部12。第三限位部12成环状套设在第一部件1的外部。容易理解地是，第三限位部12还可以是多个独立的限位凸起，各限位凸起沿第一部件1的周向分布。第三限位部12与第一部件1一体成型制作而成，可选地，第三限位部12由第一部件1的右端向外翻折形成。替代地，第三限位部12通过焊接或其他合适的工艺固定在第一部件1上。替代地，第三限位部12还可以通过螺纹、销轴或其他合适的连接结构可拆卸地装配在第一部件1上。

如图1所示，在第一部件1上布置有第二内摩擦单元10。该第二内摩擦单元10具有多个彼此平行的摩擦环片，各摩擦环片套设在第一部件1的右侧。可选地，最右侧的一个摩擦环片能够与第三限位部12直接接触。在摩擦环片的内环壁设有与中心线L平行的内花键，在第一部件1的外周壁上设有与该内花键匹配的外花键，第二内摩擦单元10与第一部件1之间通过花键形成可同步转动的滑动连接。在花键的作用下，第二内摩擦单元10能够随第一部件1同步转动，并且第二内摩擦单元10能够沿中心线L相对于第一部件1滑动。容易理解地是，第二内摩擦单元10与第一部件1之间还可以通过其他合适的结构形成可同步转动的滑动连接。比如，在第一部件1的周向设有多根沿中心线L延伸的滑杆，在第二内摩擦单元10上设有与各滑杆匹配的通孔，第二内摩擦单元10套设在第一部件1上时，各通孔与对应的滑杆形成滑动配合。

如图1所示，滑动件2布置在第一限位部11与第二内摩擦单元10之间。滑动件2呈环筒状套设在第一部件1的主体上。在滑动件2的内筒壁设有与中心线L平行的内花键，在第一部件1的外周壁上设有与该内花键匹配的外花键，滑动件2与第一部件1之间通过花键形成可同步转动的滑动连接。在花键的作用下，滑动件2能够随第一部件1同步转动，并且滑动件2能够沿中心线L相对于第一部件1滑动。容易理解地是，滑动件2与第一部件1之间还可以通过其他合适的结构形成可同步转动的滑动连接。比如，在第一部件1的周向设有多根沿中心线L延伸的滑杆，在滑动件2的筒壁中设有与各滑杆匹配的通孔，滑动件2套设在第一部件1上时，各通孔与对应的滑杆形成滑动配合。

如图1所示，在滑动件2的左侧设有第二限位部21。第二限位部21呈环状并且其外径大于滑动件2的外径。替代地，第二限位部21还可以是多个独立的限位凸起，各限位凸起沿滑动件2的周向分布。第二限位部21与滑动件2一体成型制作而成，可选地，第二限位部21由滑动件2的左端向外翻折形成。替代地，第二限位部21通过焊接或其他合适的工艺固定在滑动件2上。替代地，第二限位部21还可以通过螺纹、销轴或其他合适的连接结构可拆卸地装配在滑动件2上。如图1所示，在滑动件2的右侧设有第四限位部22。第四限位部22呈环状并且其外径大于滑动件2的外径。替代地，第四限位部22还可以是多个独立的限位凸起，各限位凸起沿滑动件2的周向分布。第四限位部22与滑动件2一体成型制作而成，可选地，第四限位部22由滑动件2的右端向外翻折形成。替代地，第四限位部22通过焊接或其他合适的工艺固定在滑动件2上。替代地，第四限位部22还可以通过螺纹、销轴或其他合适的连接结构可拆卸地装配在滑动件2上。在一些实施例中，第四限位部22能够与第二内摩擦单元10直接接触。

如图1所示，在滑动件2上布置有第一内摩擦单元20。该第一内摩擦单元20具有多个彼此平行的摩擦环片，各摩擦环片套设在滑动件2的左侧。可选地，最左侧的一个摩擦环片能够与第二限位部21直接接触。在摩擦环片的内环壁设有与中心线L平行的内花键，在滑动件2的外周壁上设有与该内花键匹配的外花键，第一内摩擦单元20与滑动件2之间通过花键形成可同步转动的滑动连接。在花键的作用下，第一内摩擦单元20能够随滑动件2同步转动，并且第一内摩擦单元20能够沿中心线L相对于滑动件2滑动。容易理解地是，第一内摩擦单元20与滑动件2之间还可以通过其他合适的结构形成可同步转动的滑动连接。比如，在滑动件2的周向设有多根沿中心线L延伸的滑杆，在第一内摩擦单元20上设有与各滑杆匹配的通孔，第一内摩擦单元20套设在滑动件2上时，各通孔与对应的滑杆形成滑动配合。

如图1所示，弹性件3设置在第一部件1和滑动件2之间。弹性件3的一端与第一部件1上的第一限位部11连接，另一端与滑动件2上的第二限位部21连接。弹性件3具有预紧压力。如图1所示，弹性件3包括多个螺旋弹簧，各螺旋弹簧的轴线与中心线L平行并且在第一部件1的周向分布。容易想到地是，弹性件3还可以是碟形弹簧、弹性橡胶柱或其他能够提供预紧压力的弹性元件。当弹性件3为碟形弹簧时，碟形弹簧套设在第一部件1的外部。容易理解地是，当需要调节弹性件3的预紧压力时，可以在弹性件3的端部设置预紧调节元件。现有技术中预紧调节元件具有多种常见结构，在此不做赘述。

如图1所示，第二部件4包括筒型主体，该筒型主体沿中心线L延伸布置并部分套设在滑动件2的外部，该筒型主体能够以中心线L为转动轴线转动。如图1所示，在第二部件4上还设有传动筒42。传动筒42的一端与该筒型主体的右端固定连接，另一端沿中心线L延伸。可选地，传动筒42与筒型主体一体成型制作形成。如图1所示，在筒型主体的内筒壁上设有第五限位部41。该第五限位部41呈环状并且其内径小于第二限位部21的外径。容易理解地是，第五限位部41还可以由多个独立的限位凸起组合形成，各限位凸起在筒型主体的内筒壁上沿其周向分布。第五限位部41与筒型主体一体成型制作而成。替代地，第五限位部41通过焊接或其他合适的工艺固定在筒型主体上。替代地，第五限位部41还可以通过螺纹、销轴或其他合适的连接结构可拆卸地装配在筒型主体上。

如图1所示，在筒型主体的内筒壁上布置有第一外摩擦单元40。该第一外摩擦单元40具有多个彼此平行的摩擦环片，各摩擦环片位于第二限位部21与第五限位部41之间。可选地，最右侧的一个摩擦环片能够与第五限位部41直接接触。在摩擦环片的外环壁设有与中心线L平行的外花键，在筒型主体的内筒壁上设有与该外花键匹配的内花键，第一外摩擦单元40与第二部件4之间通过花键形成可同步转动的滑动连接。在花键的作用下，第一外摩擦单元40能够随第二部件4同步转动，并且第一外摩擦单元40能够沿中心线L相对于第二部件4滑动。容易理解地是，第一外摩擦单元40与第二部件4之间还可以通过其他合适的结构形成可同步转动的滑动连接。比如，在第二部件4的周向设有多根沿中心线L延伸的滑杆，各滑杆与第五限位部41固定连接，在第一外摩擦单元40上设有与各滑杆匹配的通孔，第一外摩擦单元40布置在第二部件4上时，各通孔与对应的滑杆形成滑动配合。

如图1所示，第一外摩擦单元40上的摩擦环片与第一内摩擦单元20上的摩擦环片间隔排布并形成第一离合器k1。该第一离合器k1能够通过滑动件2控制第一部件1和第二部件4的接合或分离。具体地，当第一外摩擦单元40和第一内摩擦单元20上的摩擦环片被压紧贴合时，第一离合器k1将滑动件2与第二部件4接合，相应地，第二部件4能够随第一部件1同步转动；当第一外摩擦单元40和第一内摩擦单元20上的摩擦环片彼此分离时，第一离合器k1将滑动件2与第二部件4分离，相应地，第二部件4不再随第一部件1同步转动。

如图1所示，第三部件5具有筒型主体，该筒型主体沿中心线L延伸并部分套设在第一部件1的外部，该筒型主体能够以中心线L为转动轴线转动。如图1所示，在第三部件5上还设有传动轴51。传动轴51的一端与该筒型主体的右端固定连接。可选地，传动轴51与筒型主体一体成型制作形成。传动轴51的另一端从传动筒42穿过后沿中心线L延伸，传动轴51与传动筒42能够相对独立转动。

如图1所示，在第三部件5的筒型主体的内周壁上布置有第二外摩擦单元50。该第二外摩擦单元50具有多个彼此平行的摩擦环片，摩擦环片的内径小于第四限位部22与第三限位部12的外径，摩擦环片位于第四限位部22与第三限位部12之间。在摩擦环片的外环壁设有与中心线L平行的外花键，在筒型主体的内筒壁上设有与该外花键匹配的内花键，第二外摩擦单元50与第三部件5之间通过花键形成可同步转动的滑动连接。在花键的作用下，第二外摩擦单元50能够随第三部件5同步转动，并且第二外摩擦单元50能够沿中心线L相对于第三部件5滑动。容易理解地是，第二外摩擦单元50与第三部件5之间还可以通过其他合适的结构形成可同步转动的滑动连接。比如，在第三部件5的周向设有多根沿中心线L延伸的滑杆，在第二外摩擦单元50上设有与各滑杆匹配的通孔，第二外摩擦单元50布置在第三部件5上时，各通孔与对应的滑杆形成滑动配合。

如图1所示，第二外摩擦单元50上的摩擦环片与第二内摩擦单元10上的摩擦环片间隔排布并形成第二离合器k2。该第二离合器k2能够控制第一部件1和第三部件5的接合或分离。具体地，当第二外摩擦单元50和第二内摩擦单元10上的摩擦环片被压紧贴合时，第二离合器k2将第一部件1和第三部件5接合，相应地，第三部件5能够随第一部件1同步转动；当第二外摩擦单元50和第二内摩擦单元10上的摩擦环片彼此分离时，第二离合器k2将第一部件1和第三部件5分离，相应地，第三部件5不再随第一部件1同步转动。

需要说明地是，在图1所示的实施例中，第二部件4的筒型主体至少部分套设在第三部件5的筒型主体的外部；传动筒42及传动轴51位于换挡机构D的右侧。在另一些实施例中，与图1所示的实施例不同的是，第三部件5的筒型主体至少部分套设在第二部件4的筒型主体的外部；在第二部件4上设有传动轴，传动轴的一端与第二部件4的筒型主体的左端固定连接，另一端沿中心线L向左延伸，即传动轴位于换挡机构D的左侧；相应地，在第三部件5上设有传动筒，传动筒套设在传动轴的外部并能够相对于传动轴自由转动，传动筒的一端与第三部件5的筒型主体的左端固定连接，另一端沿中心线L向左延伸，即传动筒位于换挡机构D的左侧。

本发明实施例中的换挡机构用于传动装置时能够有效简化传动装置的结构，提高传动装置的综合性能。以两挡传动装置为例，图2是本发明两挡传动装置的一种实施例的结构示意图。如图2所示，本实施例的两挡传动装置T包括换挡机构D、输出端6、第一主动轮t11、第一从动轮t12、第二主动轮t21和第二从动轮t22。其中，第一主动轮t11固定在换挡机构D的传动筒42上，第二主动轮t21固定在换挡机构D的传动轴51上，第一从动轮t12和第二从动轮t22分别固定在输出端6上。如图2所示，第一主动轮t11与第一从动轮t12啮合连接，第二主动轮t21与第二从动轮t22啮合连接。当第一主动轮t11随传动筒42同步转动时，与之啮合的第一从动轮t12将带动输出端6转动，实现动力的传递输出；当第二主动轮t21随传动轴51同步转动时，与之啮合的第二从动轮t22将带动输出端6转动，实现动力的传递输出。通过设置主动轮与从动轮之间的齿数比，可以调整动力的传动比。可选地，第一从动轮t12的齿数大于第一主动轮t11的齿数，相应地，动力经两挡传动装置T传动后减速输出（低挡输出）。可选地，第二从动轮t22的齿数等于第二主动轮t21的齿数，相应地，动力经两挡传动装置T后直接输出（高挡输出）。

如图2所示，输出端6可以为实心轴。替代地，输出端6为空心轴筒或其他合适的结构。如图2所示，输出端6的转动轴线与中心线L平行。容易理解地是，输出端6的转动轴线与中心线L之间还可以形成夹角。可选地，输出端6的转动轴线与中心线L的夹角呈45度、60度或90度。

下面对本发明实施例的两挡传动装置的工作过程进行分析。图6是本发明两挡传动装置的一种实施例从高挡切换至低挡过程中各部件的受力分析图。两挡传动装置T从高挡切换至低挡的过程中，依次经历状态一、状态二、状态三、状态四和状态五。

图3是本发明两挡传动装置的一种实施例在状态一时的结构示意图，该状态一对应于图6中时间t=0的时刻。如图3和图6所示，在状态一（初始状态）时，执行机构不工作，第一离合器k1完全分离，第一内摩擦单元20与第一外摩擦单元40之间没有接触压力且具有间隙；弹性件3的弹力Ft=f（预紧压力为f），在预紧压力的作用下滑动件2向右移动，第四限位部22与第三限位部12配合将第二内摩擦单元10与第二外摩擦单元50压紧接合，使得第二离合器k2完全接合，此时第二离合器k2的压紧力F2=f。在该状态一下，第一部件1与第三部件5通过第二离合器k2接合在一起，动力依次从第一部件1、第三部件5、第二主动轮t21及第二从动轮t22传递至输出轴6。当第二从动轮t22的齿数等于第二主动轮t21的齿数时，实现动力直接输出。当该两挡传动装置用于车辆时，该状态一适合用于车辆维持中高速行驶的高挡行驶的工况，该工况是车辆的长时间工作状态，该状态一下第二离合器k2通过弹性件3提供压紧力，执行机构无需工作，因此工作更节能。

当需要将两挡传动装置T从高挡切换至低挡时，只需通过执行机构控制第一部件1沿中心线L向右平移即可。图4是本发明两挡传动装置的一种实施例在状态二、三、四时的结构示意图。如图4所示，随着第一部件1开始向右移动，弹性件3、滑动件2、第二内摩擦单元10及第二外摩擦单元50整体向右移动，移动过程中第二离合器k2的接合状态不变。滑动件2在向右移动时，其上的第二限位部21与第五限位部41配合将第一内摩擦单元20与第一外摩擦单元40逐渐压并。

在时间t=t1时刻，两挡传动装置T进入状态二。该状态二下，第一内摩擦单元20与第一外摩擦单元40只是接触且没有相对压力，相应地，第一离合器k1的压紧力F1=0，第二离合器k2地压紧力F2=f，弹性件3的弹力Ft=f，弹性件未发生形变。

在第一内摩擦单元20与第一外摩擦单元40接触后，随着执行机构的作用力F继续作用于第一部件1，两挡传动装置T进入状态三，该状态三对应于图6中的时间t处于（t1，t2）的时段。通过受力分析可知，第一离合器k1的压紧力F1=F，第二离合器k2的压紧力F2=Ft-F。该状态三下，随着作用力F的增加，第一离合器k1的压紧力F1逐渐增加，同步地，第二离合器k2的压紧力F2逐渐减小；实现了第一离合器k1逐渐接合的同时第二离合器k2逐渐分离。

当执行机构的作用力F=f时，两挡传动装置T进入状态四，该状态四对应于图6中的时间t=t2的时刻。在该状态四下，第一离合器k1的压紧力F1=f，同步地，第二离合器k2的压紧力F2=0，此时第二内摩擦单元10与第二外摩擦单元50之间没有压紧力，两者仅保持接触。

两挡传动装置T从状态二至状态四的过程中，仅第一离合器k1和第二离合器k2上的压紧力同步变化，弹性件3的弹力Ft不发生变化，弹性件未发生形变，滑动件2与第一部件1的相对位置保持不变。

随着执行机构的作用力F进一步增大，两挡传动装置T进入状态五。图5是本发明两挡传动装置的一种实施例在状态五时的结构示意图。该状态五对应于图6中时间t=t3的时刻。如图5和图6所示，当执行机构的作用力F=f+Δf>f时，弹性件3被压缩，执行机构推动第一部件1继续向右移动，第一部件1与滑动件2之间产生相对移动，第三限位部12向右远离第四限位部22，第二内摩擦单元10与第二外摩擦单元50产生间隙、彼此分离。该状态五下，弹性件的弹力Ft=f+Δf，第一离合器k1的压紧力F1=f+Δf，第二离合器k2的压紧力F2=0，相应地，第一离合器k1完全接合，第二离合器k2完全分离。

在该状态五下，第一部件1与第二部件4通过第一离合器k1接合在一起，动力依次从第一部件1、滑动件2、第二部件4、第一主动轮t11及第一从动轮t12传递至输出轴6。当第一从动轮t12的齿数大于第一主动轮t11的齿数时，实现动力减速输出。当该两挡传动装置用于车辆时，该状态五适合用于车辆起步、爬坡等低挡行驶的工况（车辆的短暂工作状态）。

需要说明地是，当需要将两挡传动装置T从低挡切换回高挡（从状态五切换回状态一）时，只需通过执行机构使第一部件1沿中心线L向左移动至初始位置即可。图7是本发明两挡传动装置的一种实施例从低挡切换至高挡过程中各部件的受力分析图。在切换过程中，两挡传动装置T依次经历状态五、状态四、状态三、状态二和状态一。其中状态五对应于图7中时间t=0的时刻，状态四对应于图7中时间t=t1的时刻，状态三对应于图7中时间t处于（t1，t2）的时段，状态二对应于图7中时间t=t2的时刻，状态一对应于图7中时间t=t3的时刻。容易理解地是，两挡传动装置T从低挡切换回高挡的过程中，各状态下各个部件的运动状态及受力情况与两挡传动装置T从高挡切换至低挡时各部件的运动状态及受力情况相反，因此不做赘述。

综上，本发明实施例的换挡机构D设计巧妙，当执行机构采用液压机构时，能够有效简化油路及控制系统，换挡调节时只需控制液压增大或减小，即可实现两个离合器的同步联动调节。更突出地是，换挡调节时，两个离合器接合或分离动作是同步的，两者依靠弹性件3的预紧力自动平衡，压紧力的改变量始终保持一致，从而有效降低控制难度。本发明实施例的两挡传动装置T用于车辆时能够实现动力地稳定持续传递，换挡过程中动力不中断，从而有效改善车辆的舒适性。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种换挡机构，其特征在于，所述换挡机构包括：

第一部件，所述第一部件能够绕一中心线转动；

滑动件，所述滑动件布置在所述第一部件上并配置成能够随所述第一部件同步转动且能够沿所述中心线相对于所述第一部件滑动；

第二部件，所述第二部件与所述第一部件配合并配置成能够相对于所述第一部件转动；

第三部件，所述第三部件与所述第一部件配合并配置成能够相对于所述第一部件转动；

第一内摩擦单元，所述第一内摩擦单元布置在所述滑动件上并配置成能够随所述滑动件同步转动且能够沿所述中心线相对于所述滑动件滑动；

第一外摩擦单元，所述第一外摩擦单元布置在所述第二部件上并配置成能够随所述第二部件同步转动且能够沿所述中心线相对于所述第二部件滑动；

第二内摩擦单元，所述第二内摩擦单元布置在所述第一部件上并配置成能够随所述第一部件同步转动且能够沿所述中心线相对于所述第一部件滑动；

第二外摩擦单元，所述第二外摩擦单元布置在所述第三部件上并配置成能够随所述第三部件同步转动且能够沿所述中心线相对于所述第三部件滑动；

弹性件，所述弹性件布置在所述第一部件与所述滑动件之间，所述弹性件具有预紧压力并配置成能够通过所述滑动件使所述第二内摩擦单元和所述第二外摩擦单元接合；和

执行机构，所述执行机构配置成能够通过控制所述第一部件沿所述中心线往复移动使所述第一内摩擦单元和所述第一外摩擦单元接合的同时所述第二内摩擦单元和所述第二外摩擦单元分离，或使所述第一内摩擦单元和所述第一外摩擦单元分离的同时所述第二内摩擦单元和所述第二外摩擦单元接合。

2.根据权利要求1所述的换挡机构，其特征在于，所述滑动件与所述第一部件通过花键连接。

3.根据权利要求1所述的换挡机构，其特征在于，在所述第一部件上设有第一限位部，在所述滑动件上设有第二限位部，所述弹性件的两端分别与所述第一限位部和所述第二限位部连接。

4.根据权利要求3所述的换挡机构，其特征在于，所述弹性件包括多个螺旋弹簧，所述螺旋弹簧沿所述第一部件的周向分布。

5.根据权利要求3所述的换挡机构，其特征在于，所述弹性件包括碟形弹簧。

6.根据权利要求1所述的换挡机构，其特征在于，在所述第一部件上设有第三限位部，在所述滑动件上设有第四限位部，所述第二内摩擦单元和所述第二外摩擦单元间隔布置在所述第三限位部和所述第四限位部之间。

7.根据权利要求6所述的换挡机构，其特征在于，所述第三限位部能够与所述第二内摩擦单元接触，所述第四限位部能够与所述第二内摩擦单元接触。

8.根据权利要求6所述的换挡机构，其特征在于，所述第二内摩擦单元与所述第一部件通过花键连接，所述第二外摩擦单元与所述第三部件通过花键连接。

9.根据权利要求1所述的换挡机构，其特征在于，在所述滑动件上设有第二限位部，在所述第二部件上设有第五限位部，所述第一内摩擦单元和所述第一外摩擦单元间隔布置在所述第二限位部和所述第五限位部之间。

10.根据权利要求9所述的换挡机构，其特征在于，所述第二限位部能够与所述第一内摩擦单元接触，所述第五限位部能够与所述第一外摩擦单元接触。

11.根据权利要求9所述的换挡机构，其特征在于，所述第一内摩擦单元与所述滑动件通过花键连接，所述第一外摩擦单元与所述第二部件通过花键连接。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的换挡机构，其特征在于，所述第二部件套设在所述第三部件的外部，在所述第三部件上连接有沿所述中心线延伸的传动轴，在所述第二部件上连接有套设在所述传动轴外部的传动筒。

13.根据权利要求1-11中任一项所述的换挡机构，其特征在于，所述第三部件套设在所述第二部件的外部，在所述第二部件上连接有沿所述中心线延伸的传动轴，在所述第三部件上连接有套设在所述传动轴外部的传动筒。

14.一种两挡传动装置，其特征在于，所述两挡传动装置包括：

输出端；

根据权利要求12或13所述的换挡机构；

第一主动轮，所述第一主动轮固定在所述换挡机构的传动筒上；

第一从动轮，所述第一从动轮固定在所述输出端上并与所述第一主动轮啮合连接；

第二主动轮，所述第二主动轮固定在所述换挡机构的传动轴上；和

第二从动轮，所述第二从动轮固定在所述输出端上并与所述第二主动轮啮合连接。

15.根据权利要求14所述的两挡传动装置，其特征在于，所述第一从动轮的齿数大于所述第一主动轮的齿数。

16.根据权利要求15所述的两挡传动装置，其特征在于，所述第二从动轮的齿数等于所述第二主动轮的齿数。

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