一种带有可控多态超越离合器的变速器的制作方法

1.本发明涉及一种带有可控多态超越离合器的变速器。


背景技术：

2.在汽车变速器领域，干式离合器和多片式湿式离合器得到广泛应用，现有的行星齿轮变速器一般在低档及倒档致动器的下方设置有低挡单向超越离合器，致动器与超越离合器的配合使用，可以很好的控制换挡过程离合器的结合与分离，避免过早或太迟结合与分离造成的冲击或顿挫，但为确保各种工况下均能有效的制动，需要较高的摩擦系数、较多的摩擦片，且需要较高的制动力，所以耗能多、体积大、成本高，且在较高的摩擦力下，产生的磨屑也多，污染润滑油，容易造成变速器故障或影响使用寿命。


技术实现要素：

3.本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种带有可控多态超越离合器的变速器，结构巧妙且使用方便。
4.本发明是这样构成的，它包括壳体以及设置在壳体内的致动器、推盘、包含至少一个可控多态超越离合器的换挡机构，换挡转动片、齿轮传动机构、挡板、输入轴和输出轴。
5.进一步的，所述换挡机构包括第一离合器和第二离合器，所述第一离合器为可控多态超越离合器，所述第二离合器为多片湿式离合器或可控多态超越离合器。
6.进一步的，变速器的致动器、推盘、可控超越离合器、换挡转动片和挡板由左至右依次设置，所述可控超越离合器包括外圈、内圈、设置在外圈与内圈之间的保持架、滚柱和限位装置，所述保持架周侧设有多个滚柱孔，所述内圈外周设有多个与滚柱孔相配合的凹槽，每个对应的凹槽和滚柱孔形成用以容纳滚柱的滚柱空间。
7.进一步的，所述限位装置包括至少一个设置在内圈外周表面的限位槽和设置在保持架内侧且与限位槽相对应的转动槽，所述限位槽和转动槽形成的空间内部设置有限位块，所述限位块与推盘之间设置有连杆，所述限位槽与挡板之间设置有回位弹簧。
8.进一步的，所述转动槽包括转动槽前段、转动槽中段和转动槽后段。
9.进一步的，第二离合器包含离合器鼓，离合器鼓右侧设置压盘，压盘外周通过花键与离合器鼓滑动连接，离合器鼓与压盘间设置若干个压缩弹簧，压缩弹簧两端分别抵接离合器鼓与压盘，压盘右侧设置有摩擦副，摩擦副包括外片和内片，摩擦副的外片外周通过花键与离合器鼓滑动连接，摩擦副右侧设置有支撑片，支撑片外周通过花键与离合器鼓滑动连接，支撑片右侧离合器鼓上设置有卡簧，卡簧限制支撑片右移最大位置。
10.进一步的，所述齿轮传动机构为行星齿轮结构，行星齿轮结构包含太阳轮、齿圈和行星架总成，所述行星架总成包括行星架、行星轮、行星轮轴及行星轮与行星轮轴中间的轴承，齿圈设置在太阳轮外周，若干个行星轮均布在太阳轮与齿圈间，若干个行星轮与太阳轮、齿圈均通过齿轮啮合的方式连接，行星轮通过轴承与行星轮轴转动连接，行星轮轴两端均与行星架固定连接，从而组成一个行星排。
11.进一步的，所述输入轴与太阳轮固定连接或花键连接，输出轴与行星架固定连接或花键连接，齿圈通过外周花键与支撑片滑动连接，输入轴外周套设有离合器毂，离合器毂内周与输入轴固定连接或通过花键连接，离合器毂外周通过花键与第二离合器的摩擦副的内片滑动连接。
12.进一步的，所述保持架旋转方向通过弹性体与滚柱连接，弹性体设置在保持架的弹性体槽9内。
13.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、传统的行星齿轮传动机构，若用传统离合器，则需要一个单向超越离合器，两个多片湿式离合器和两个致动器，且制动齿圈的制动扭矩远大于齿圈与太阳轮结合的扭矩，一般情况下制动齿圈的制动扭矩比齿圈与太阳轮结合的扭矩大1.6倍以上，本发明只需要一个致动器，且致动器的轴向推力只需要满足将离合器鼓推到满足第二离合器摩擦副的合理间隙即可，即一般情况下本发明的致动器的推力大于第二离合器结合力0.5倍左右即可，第一离合器只需一个换挡转动片，从上述发明内容可以看出，从单向超越离合器改为本发明的可控多态离合器，改动不多，增加的零件极少，只需要现有技术手段和工艺即可，增加的成本极少，所以本发明成本低，致动能耗少，体积小，但对于整个变速器总成却可减少一套离合器及致动器。
14.2、本发明摩擦副更少，滑磨过程能耗更低，分离状态带排扭矩损失也少，动力传递效率更高。
15.3、本发明摩擦副更少，滑磨过程产生的磨屑也少，对润滑油的污染程度更低，有利提高变速器使用寿命。
16.4、本发明两个离合器联动互锁，具有防呆功能，不会因为误操作出现两个离合器同时结合现象，若用传统技术，则存在误操作使两个离合器同时结合，造成车辆严重顿挫，甚至出现其它严重问题，如果两个致动器对两个离合器滑磨时间控制不合理，容易造成摩擦副烧片问题。
17.5、在两个致动器情况下，为了更好的控制两个离合器，换挡过程需要更多的时间，对换挡平顺性有一定影响，本发明只有一个致动器，可以大幅提高换挡时间，提高驾乘舒适性。
18.6、本发明致动器制动扭矩主要依靠内外圈和滚柱，相同体积的内、外圈和滚柱制动扭矩的能力远大于传统摩擦副，换挡转动片的主要功能是控制保持架的转动，所以对致动器的驱动力、换挡转动片的摩擦系数和数量要求低，相应地对换挡转动片受力要求也低。
附图说明
19.图1为本发明实施例结构示意图；图2为图1的局部放大图一；图3为图1的局部放大图二；图4为本发明实施例内圈和挡板结构示意图；图5为本发明实施例保持架与换挡转动片结构示意图一（转动槽为两段）；图6为本发明实施例保持架与换挡转动片结构示意图二（转动槽为两段）；图7为本发明实施例可控超越离合器局部结构示意图；
图8为本发明实施例滚柱孔、弹性体槽结构示意图；图中：1-壳体，2-致动器，3-推盘，4-换挡转动片，5-挡板，6-输入轴，7-输出轴，8-平面轴承，9-可控超越离合器，901-内圈，902-外圈，903-保持架，904-限位块，905-连杆，906-回位弹簧，907-滚柱，908-凹槽，909-限位槽，910-滚柱孔，911-转动槽，912-转动槽前段，913-转动槽后段，914-弹性体槽，915-转动槽中段，10-压盘，11-离合器鼓，12-压缩弹簧，13-外片，14-内片，15-卡簧，16-支撑片，17-离合器毂，18-太阳轮，19-行星轮，20-行星轮轴，21-行星架，22-齿圈。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
21.实施例：参照附图1-8所示，提供一种带有可控多态超越离合器的变速器，包括壳体1以及设置在壳体内的致动器2、推盘3、包含至少一个可控多态超越离合器的换挡机构，换挡转动片4、齿轮传动机构、挡板5、输入轴6和输出轴7。
22.在本实施例中，所述换挡机构包括第一离合器和第二离合器，所述第一离合器为可控多态超越离合器，所述第二离合器为多片湿式离合器；可选的，第二离合器为可控多态超越离合器。
23.上述的第一离合器和第二离合器至少共用一个构件；或者第一离合器和第二离合器至少各设有一个构件，两个构件通过固定连接且通过其中至少一个构件互动，确保两个离合器不会同时结合，并通过两个离合器的结合与分离的互换实现变速器的换挡。
24.上述的换挡转动片与可控多态超越离合器的保持架固定连接或者花键连接，通过换挡转动片的正转或反转带动保持架正转或反转，从而控制可控超越离合器正向结合或反向结合。
25.在本实施例中，变速器的致动器、推盘、可控超越离合器9、换挡转动片和挡板由左至右依次设置，所述可控超越离合器9包括外圈902、内圈901、设置在外圈与内圈之间的空腔内的保持架903、滚柱907和限位装置，所述保持架周侧设有多个滚柱孔910，所述内圈外周设有多个与滚柱孔相配合的凹槽908，每个对应的凹槽和滚柱孔形成用以容纳滚柱的滚柱空间。
26.每个滚柱孔内设有一个滚柱，上述的凹槽为v型凹槽，即内圈同时为星轮，每个v型凹槽对应一个滚柱，初始状态滚柱处于v形凹槽内底面的中部，v型凹槽两侧的斜面左右对称设置；此外，v型凹槽的内底面还能为弧面形；上述的凹槽两边斜面还可以为左、右斜面不对称，以适应不同旋转方向结合与分离前滑磨时间，当只需要单向结合时，v形凹槽可以改为楔形斜面。
27.优选的，在滚柱孔内的滚柱始终与内圈接触，在分离状态下滚柱不与外圈接触。
28.上述的保持架旋转方向通过弹性体与滚柱连接，弹性体设置在保持架的弹性体槽914内；确保离合器结合时每个滚柱都能楔紧，回到初始位置时，每个滚柱都能处于v型凹槽底部。
29.上述的滚柱还可以改为圆珠、楔块，相应的滚柱孔也改为圆孔、楔形孔。
30.保持架可以采用现有技术中适合本发明结构的任何一种，优选的是，采用与滚柱圆周接触的部位设有弹性体的保持架，确保离合器结合时每个圆柱都能被楔紧，回到初始
位置时，每个滚柱都能处于v型凹槽底部。
31.在本实施例中，限位装置包括至少一个设置在内圈外周表面的限位槽909和设置在保持架内侧且与限位槽相对应的转动槽911，所述限位槽和转动槽形成的空间内部设置有限位块904，所述限位块与推盘之间设置有连杆905，所述限位槽与挡板之间设置有回位弹簧906；回位弹簧一端抵接限位块，另一端抵接挡板。
32.优选地，限位槽径向截面为半圆形。
33.上述的限位块可以是圆柱、圆球、圆板、方板等，优选的是圆球，连杆径向尺寸小于限位块径向尺寸，确保连杆不影响保持架转动，连杆一端抵接或固接限位块，另一端抵接或固接推盘。
34.上述的转动槽911包括转动槽前段912和转动槽后段913；转动槽后段宽度大于转动槽前段；或是转动槽还可以包括转动槽前段、转动槽中段和转动槽后段；转动槽后段宽度大于转动槽中段，转动槽中段宽度大于转动槽前段。
35.保持架在初始位置状态下与限位槽相应位置设置有转动槽，转动槽可分两段或三段：分为两段时，转动槽前段正转方向（a向）尺寸较大，保持架可以反转，输入正转超越，输入反转结合，实现单向超越；后段正转和反转方向尺寸均较大，保持架正反两向均可转动，超越离合器正反两向均可结合，分为两段可以降低加工难度。适用于致动器没有施加轴向压力，保持架不会反转，利用凹形槽斜坡可防止晃动或震动引起保持架左转。
36.分为三段时，转动槽前段正转（a向）和反转方向（b向）尺寸较小，限位块在保持架转动槽前段时，保持架正反两向均不会转动，超越离合器可双向超越；转动槽中段正转方向尺寸较大，保持架可以反转，正转被限制，此时输入正转超越，反转结合；转动槽后段正转和反转方向尺寸均较大，保持架正反两向均可转动，超越离合器正反两向均可结合。此外，初始状态限位块处于保持架转动槽前段，保持架正反两向均不能旋转，可控多态超越离合器处于双向超越状态。
37.可选的，可以不设置回位弹簧，连杆与推盘固定连接，推盘与限位块的回位依靠离合器压盘和离合器鼓之间的弹簧推动离合器鼓向致动器方向移动及推盘与离合器鼓间相对转动时的油膜张力。
38.可选的，可以在保持架上设置轴向凸块，并在凸块正反两旋转方向各设置一个回中弹簧，通过弹簧限制或拉动保持架回中，实现可控超越离合器分离。
39.可控多态超越离合器具有输入端、输出端均可正反两向结合，也可正反两向超越的多态功能，还可在换挡过程实现单向超越和单向结合。
40.可选的，有的挡位的离合器可不具备上述全部功能。
41.在本实施例中，压盘可以与可控多态超越离合器的外圈固定连接，可控多态超越离合器的内圈与壳体固定连接。
42.在本实施例中，第二离合器包含离合器鼓11，离合器鼓右侧设置压盘10，压盘通过外周花键与离合器鼓滑动连接，离合器鼓与压盘间设置若干个压缩弹簧12，压缩弹簧两端分别抵接离合器鼓与压盘，压盘右侧设置有摩擦副，摩擦副包括外片13和内片14，摩擦副的外片13外周通过花键与离合器鼓滑动连接，摩擦副右侧设置有支撑片16，支撑片外周通过花键与离合器鼓滑动连接，支撑片右侧离合器鼓上设置有卡簧15，卡簧限制支撑片右移最
大位置。
43.可选的，离合器鼓内周可以设置一支撑轴承，用以支撑在壳体上。
44.所述齿轮传动机构为行星齿轮结构，行星齿轮结构包含太阳轮18、齿圈22和行星架总成，所述行星架总成包括行星架21、行星轮19、行星轮轴及位于行星轮与行星轮轴中间的轴承，齿圈设置在太阳轮外周，若干个行星轮19均布在太阳轮与齿圈之间，若干个行星轮与太阳轮、齿圈均通过齿轮啮合的方式连接，行星轮通过轴承与行星轮轴20转动连接，行星轮轴两端均与行星架固定连接形成行星架总成，从而组成一个行星排。
45.可选的，行星齿轮传动机构由上述两个或两个以上行星排按常规技术手段组成一个或一个以上辛普森结构、cr-cr结构、拉维娜结构可选的，行星齿轮由两个太阳轮和包含两组行星轮的行星架总成组成的无齿圈拉维娜结构。
46.可选的，齿轮传动机构为平行轴齿轮结构。
47.在本实施例中，所述输入轴与太阳轮固定连接或花键连接，输出轴与行星架固定连接或花键连接，齿圈通过外周花键与支撑片滑动连接，输入轴外周套设有离合器毂17，离合器毂内周与输入轴固定连接或通过花键连接，离合器毂外周通过花键与第二离合器的摩擦副的内片连接。
48.可选的，输入轴与齿圈固定连接或花键连接，太阳轮通过转接件与支撑片花键滑动连接，以获得更小的一挡速比。
49.可选的，变速器设置两个分别包含一个可控多态超越离合器和一个多片湿式离合器的联动互锁换挡机构，输入轴不直接与太阳轮连接，输入轴上设置两个离合器毂，两个离合器毂分别与两个离合器内片花键滑动连接，两个离合器支撑片分别与齿圈及太阳轮花键滑动连接，即输入轴通过两个离合器与太阳轮和齿圈连接，两个可控多态超越离合器外圈分别与两个可控多态超越离合器压盘固定连接，两个可控多态超越离合器内圈分别与壳体固定连接。同时设置两个致动器及相应构件，实现一个行星排三个挡位。
50.可选的，行星齿轮结构为上述其它结构时，支撑片始终与自由状态为反向转动的待制动行星排构件花键滑动连接，离合器的内片始终与其它参与离合的行星排构件花键滑动连接。
51.在本实施例中，离合器鼓左侧设置有推盘，推盘左侧设置有致动器，推盘通过花键与壳体滑动连接；致动器可以是气动、液动、手动、电磁等能对推盘产生轴向推力的装置，优选的，致动器为气动活塞装置。
52.在本实施例中，换挡转动片和挡板设置在压盘右侧, 换挡转动片居于挡板与压盘间，挡板与内圈右侧固定连接，压盘右侧与换挡转动片接触面按换挡转动片对偶片的要求加工，换挡转动片与压盘间的摩擦系数大于换挡转动片与挡板间的摩擦系数，确保换挡转动片可以相对挡板转动。
53.优选的，换挡转动片与挡板接触面加工成光滑面，换挡转动片与挡板间设置平面轴承，推盘与离合器鼓接触面加工成光滑面且推盘与离合器鼓间设置平面轴承8。
54.可选的，推盘与离合器鼓接触面加工成摩擦系数小的光滑面（其中一面可以设置油槽），之间可以不设置平面轴承，换挡转动片与挡板接触面加工成相对摩擦系数小的光滑面（其中一面可以设置油槽），之间不设置平面轴承。可选地，推盘可以为换挡转动片，相应
地，外圈与推盘接触面按换挡转动片对偶片要求加工。
55.在本实施例中，工作时：1、初始状态下，致动器不对推盘施加轴向推力，推盘、限位块在回位弹簧的作用下均处于最左侧位置，限位块同时处于保持架转动槽前段正转和反转方向尺寸较小处，保持架被限制转动，从而第一离合器处于双向超越状态，第二离合器在压缩弹簧作用下处于结合状态。
56.2、在输入轴和输出轴均没有转动情况下，致动器向推盘施加轴向力，并将推盘推到设计的最右位置时，因压盘通过换挡转动片、平面轴承被挡板挡住，移动距离极小，离合器鼓在推盘作用下继续右移到与压盘接触，离合器鼓右移带动卡簧右移，从而第二离合器摩擦副间产生间隙，第二离合器处于分离状态；此时限位块被推到保持架转动槽后段较宽处，保持架正反两向均可转动，即第一离合器正反两向均可结合。
57.3、倒车：此时，齿圈既没有被制动也没有被结合，处于自由状态，若输入轴倒转，则带动太阳轮倒转，按行星齿轮运动规律，齿圈自由转动且转向为正转，通过支撑片、离合器鼓和压盘带动换挡转动片正转，从而通过保持架带动滚柱移动到v形凹槽正转方向内圈与外圈的狭小空间处被楔紧，从而第一离合器处于结合状态，并通过压盘、离合器鼓、支撑片制动齿圈，动力通过行星架输出到输出轴，驱动车辆倒车，按行星齿轮运动规律，太阳轮输入、齿圈制动、行星架输出，则速比最大，为一挡，即此时车辆以一挡速比倒车。
58.4、一挡前进：在倒车后停止状态下，若输入轴正转，则带动太阳轮正转，按行星齿轮运动规律，此时齿圈转向为倒转，通过支撑片、离合器鼓、压盘带动换挡转动片倒转，从而带动滚柱从v形凹槽正转方向内圈与外圈的狭小空间处离开，经过v形凹槽底部然后到另一侧高处，即另一侧内圈与外圈狭小处，重新被楔紧，从而第一离合器继续处于结合状态，并通过压盘、离合器鼓、支撑片制动齿圈，从而动力通过行星架输出到输出轴，车辆以一挡速比前进，期间经过短暂空挡，但时间极短，不影响正常行驶，且这期间换挡转动片滑磨，在突然大油门起步时有利缓解车辆突然前冲。
59.在一挡前进过程出现馈电输入动力突然下降或其它情况使齿圈发生短暂正向转动，当齿圈正转时，通过支撑片、离合器鼓、压盘、换挡转动片带动保持架正转，从而带动滚柱往v形凹槽正向斜面高处移动，并在内圈和外圈的狭小空间处重新楔紧，第一离合器重新结合，当输入动力和负载恢复正常时，第一离合器恢复原方向楔紧，变速器保持一挡不变，在上述保持架转动过程重新楔紧时间极短，不影响车辆行驶，且这期间换挡转动片滑磨，有利缓解冲击或顿挫。
60.一挡馈电：变速器应用在新能源汽车中，在一挡馈电时，车辆行驶方向保持前进，输出轴仍正转，输入轴也保持正转，第一离合器保持结合，即齿圈仍被制动，按行星齿轮运动规律，此时，太阳正转，且相对输出轴升速正转，动力传递路线，从车轮经输出轴、行星架总成、太阳轮、输入轴传递到驱动电机，供驱动电机发电。
61.5、从一挡升到二挡，在一挡前进情况下，撤除致动器的轴向推力，在撤除过程，随着离合器鼓受到推盘的压力逐步减小，离合器鼓在压缩弹簧的作用下逐步左移，从而通过卡簧带动支撑片逐步压向第二离合器摩擦副，随后摩擦副在滑磨过程结合，相应地摩擦副在滑磨过程带动离合器鼓正转，离合器鼓正转带动压盘正转，从而带动可控超越离合器外圈开始正转，楔紧的滚柱松开，外圈通过换挡转动片带动保持架正转，此时因推盘的后退，
当保持架的滑动槽中段与限位块对准，限位块在回位弹簧的作用下退到保持架转动槽中段，限制保持架继续正转，防止楔块在继续转中被楔紧形成新的制动，第一离合器处于正向超越状态，随后推盘退到设计的最左侧位置，限位块退到保持架转动槽前段，保持架双向转动均被限制，第一离合器处于双向超越状态，同时第二离合器完全结合，太阳轮与齿圈通过第二离合器同步，按行星齿轮运动规律，太阳轮和齿圈挟持行星架总成同步，速比为1，此时为二挡，动力从输入轴分别经太阳轮、行星架总成和第二离合器、齿圈、行星架总成，最后到输出轴。
62.6、二挡馈电，变速器应用在新能源汽车中，在二挡馈电时，车辆行驶方向保持前进，输出轴仍正转，第二离合器保持结合，太阳轮和齿圈仍挟持行星架总成同步，太阳轮仍正转，且与输出轴相同转速，馈电动力传递路线与二挡驱动传递路线相反。
63.7、从二挡降到一挡，在二挡前进情况下，致动器向推盘施加压力并逐步加大，推盘通过连杆将限位块推离保持架转动槽前段并进入中段，同时离合器鼓受到推盘的压力逐步加大，离合器鼓通过支撑片对第二离合器摩擦副的压力逐步减小，当第二离合器的结合扭矩小于输入轴转动扭矩时，第二离合器在滑磨过程分开，在第二离合器滑磨过程，太阳轮通过行星轮作用在齿圈上的作用力使齿圈正转速度逐步降低，当齿圈转速降到0，并开始反转时，齿圈通过支撑片、离合器鼓、压盘带动换挡转动片反向转动，从而带动保持架反向转动，保持架将滚柱带到内圈v形凹槽反向斜面高处，从而滚柱在内圈和外圈的狭小空间被楔紧，第一离合器结合，齿圈被制动，随后，致动器继续向推盘施加压力，直到将限位块推到保持架转动槽后段左右两向均可旋转的位置，从而齿圈制动被锁定，同时，离合器鼓右移到设计的极限位置，第二离合器完全分离，变速器降为一挡。
64.从以上换挡过程可以看出，换挡过程无需动力中断，也无需降低动力，且可平顺换挡，可以做到不冲击、不顿挫。
65.上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
66.如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
67.同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接（例如使用螺栓或螺钉连接），也可以理解为：不可拆卸的固定连接（例如铆接、焊接），当然，互相固定连接也可以为一体式结构（例如使用铸造工艺一体成形制造出来）所取代（明显无法采用一体成形工艺除外）。
68.另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
69.本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
70.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽
管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。