本發(fā)明涉及動力設備用傳動變速裝置，具體為一種機械式自動超越離合器及利用該離合器的變速箱。

背景技術：

離合器類似于開關，有接合或斷離動力傳遞的作用，離合器機構其主動部分與從動部分可以暫時分離，又可以逐漸接合，并且在傳動過程中還要有可能相對轉動，而目前的離合器結構形式多為單面?zhèn)鲃有问降逆i止離合器，傳動選擇單一；變速器是一種通用的傳動裝置，它能夠將不同原動機構的輸入?yún)?shù)轉化為執(zhí)行機構所需要的輸出參數(shù)，因此傳動裝置的好壞往往決定這個機構的性能。一般的變速器由箱體，軸及撥叉組成，手動變速器需要手動協(xié)調控制變速器的傳動比，且撥叉容易產生打齒現(xiàn)象，影響變速器的使用壽命，且傳動速比有限，耗油量高，而目而液壓式自動變速器雖然可自動變速，但是鎖止離合器鎖住了發(fā)動機的大部分功率輸出，比普通變速器費油25%以上，且存在結構復雜，成本高，裝配維修不方便的缺點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要提供一種機械式自動超越離合器及利用該離合器的自動變速箱，該離合器結構設計合理，可實現(xiàn)雙面離合，自動實現(xiàn)超越變速，應用該離合器的變速箱不需要鎖止離合器即可實現(xiàn)自動變速，傳動效率更高，節(jié)油效果好。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采取的技術方案為：

一種機械式自動超越離合器，它包括轉動輪、飛輪，轉動輪和飛輪同心，轉動輪設置有至少一個輪面，飛輪數(shù)量與轉動輪輪面數(shù)量相同，飛輪套置在輪面上可轉動，輪面上設置有滾珠槽，滾珠槽內設置有滾珠，滾珠槽底設置有彈性支撐裝置，自然狀態(tài)下，彈性支撐裝置將滾珠外推，滾珠的部分球面凸出輪面，滾珠朝向彈性支撐裝置方向受壓，整個球面可沉入滾珠槽，所述的滾珠槽設置有朝向飛輪旋轉方向的坡面，滾珠在飛輪轉動推動下可沿坡面滾出，直至滾珠卡接在飛輪和坡面之間。

所述的輪面為多組，相應的飛輪為多組，當多組飛輪同時旋轉時，最快的那個飛輪會帶動滾珠朝向滾珠槽外滾動，并通過滾珠與相應輪面固定連接在一起，其余的輪面會隨轉動輪一起同轉速轉動，而相對于各自的飛輪而言，其轉速較快，滾珠不會滾出滾珠槽，即除最快的飛輪那組輪面之外，其余的輪面與各自對應的飛輪為滑動連接關系。

所述的滾珠槽包括窩槽和坡面，滾珠槽的寬度略大于滾珠的直徑，窩槽的深度大于滾珠的直徑，彈性支撐裝置設置在窩槽底部，從坡面底部到坡頂，坡面與輪面的距離逐漸縮小，當飛輪轉速大于轉動輪轉速時，飛輪內面與滾珠突出的球面接觸，并推動滾珠沿坡面向飛輪轉動方向滾動，當滾珠所在的坡面與飛輪內面之間的距離小于等于滾珠直徑時，滾珠卡接在坡面和飛輪內面之間。

所述的滾珠槽的轉動軸線垂直的剖面圖中，滾珠槽線包括首尾連接的擋面線、窩槽線、坡面線，其中，擋面線不會將滾珠卡接在擋面線所在的擋面和飛輪內面之間，即當輪面轉速高于相對應的輪面轉速時，滾珠會被飛輪面壓向窩槽，而不會卡在擋面和飛輪內面之間。

進一步地，從滾珠槽沿到至少滾珠半徑的距離段的擋面線與滾珠槽沿處輪面的垂直線重合，這樣不管輪面轉動多快，飛輪內面總會將滾珠壓向槽底，避免輪面轉速超過飛輪轉速時，滾珠卡死；所述的窩槽線為劣弧，所述的坡面線為直線段。

進一步地，所述的飛輪內面為圓面或兩個半圓錯位面，當飛輪內面為圓面時，飛輪內面與轉動輪輪面之間設置有間隙，且間隙距離小于滾珠的半徑；當飛輪內面為兩個半圓錯位面時，兩個半圓的半徑相同，且半徑大于輪面半徑，兩個半圓沿同一條直徑線錯位構成錯位面結構，半圓面到轉動輪輪面的最大距離小于輪面半徑與滾珠半徑之和。

進一步地，所述的飛輪內面可以為多個短圓弧面構成的規(guī)則齒面，所有短圓弧面的圓心設置在一個圓上。

所述的飛輪內面為兩個半圓錯位面或多個短圓弧面構成的規(guī)則齒面時，飛輪內面距離輪面的最近點與輪面接觸滑動連接。

一種利用上述超越離合器的自動變速箱，它包括輸入軸、傳動軸ⅰ、傳動軸ⅱ、傳動軸ⅲ、傳動軸ⅳ，

輸入軸設置有主動齒輪ⅰ、主動齒輪ⅱ、主動齒輪ⅲ，主動齒輪ⅰ、主動齒輪ⅱ與輸入軸固定連接，主動齒輪ⅲ通過離心甩塊式離合器與輸入軸連接，

傳動軸ⅰ設置有換擋桿ⅰ、換擋桿ⅱ、被動齒輪ⅰ、被動齒輪ⅱ、被動齒輪ⅲ、低速齒輪ⅰ、高速齒輪ⅰ，被動齒輪ⅰ通過機動離合器ⅰ與傳動軸ⅰ連接，低速齒輪ⅰ通過機動離合器ⅱ與傳動軸ⅰ連接，高速齒輪ⅰ通過機動離合器ⅲ與傳動軸ⅰ連接，被動齒輪ⅱ、被動齒輪ⅲ與超越離合器的兩個飛輪固定連接，超越離合器的轉動輪通過機動離合器ⅳ與傳動軸ⅰ連接，換擋桿ⅰ用以切換機動離合器ⅰ、機動離合器ⅳ，換擋桿ⅱ用以切換機動離合器ⅱ、機動離合器ⅲ，控制傳動軸ⅰ低速齒輪輸出或高速齒輪輸出；

傳動軸ⅱ設置有低速齒輪ⅱ、低速齒輪ⅲ、高速齒輪ⅱ，低速齒輪ⅱ、低速齒輪ⅲ與傳動軸ⅱ固定連接，高速齒輪ⅱ通過軸承與傳動軸ⅱ滑動轉動連接，低速齒輪ⅱ與低速齒輪ⅰ嚙合連接，高速齒輪ⅱ與高速齒輪ⅰ嚙合鏈接；

傳動軸ⅲ設置有換擋桿ⅲ、機動離合器ⅴ、低速齒輪ⅳ、低速齒輪ⅴ、高速齒輪ⅲ，低速齒輪ⅳ與低速齒輪ⅲ嚙合連接，低速齒輪ⅳ通過機動離合器ⅴ與傳動軸ⅲ連接，低速齒輪ⅴ與傳動軸ⅲ固定連接，換擋桿?？刂茩C動離合器ⅴ與傳動軸ⅲ的連接，高速齒輪ⅲ通過軸承與傳動軸?；瑒愚D動連接；

傳動軸ⅳ設置有機動離合器ⅵ、倒檔齒輪ⅰ、倒檔齒輪ⅱ，倒檔齒輪ⅰ通過機動離合器ⅵ與傳動軸ⅳ連接，倒檔齒輪ⅱ與傳動軸ⅳ固定連接；

輸出軸固定設置有低速輸出齒輪、高速輸出齒輪，低速輸出齒輪同時與倒檔齒輪ⅱ和低速齒輪ⅴ嚙合，高速輸出齒輪與高速齒輪ⅲ嚙合連接，輸出軸與驅動輪連接。

所述的離心甩塊式離合器與輸入軸固定連接，主動齒輪ⅲ的內面與甩塊式離合器外輪面滑動連接，當輸入軸轉速逐漸增大時，其內部的甩塊會克服拉簧作用力向外突出并與主動齒輪ⅲ的內輪面壓緊連接，甩塊通過拉簧向所在離合器的軸心拉緊。

所述的機動離合器與專利號201210030303.9內機動離合器功能結構原理相同，均由換擋桿來實現(xiàn)控制，換擋桿與傳動軸同軸線，并可沿軸線方向滑動，換擋桿設置有弧形槽，當機動離合器內的銷體滑入弧形槽內時，機動離合器連接的齒輪與傳動軸為滑動連接狀態(tài)，當銷體被換擋桿向軸外推出時，銷體控制機動離合器為合的狀態(tài)，機動離合器連接傳動軸與齒輪。

輸入軸、傳動軸ⅰ、傳動軸ⅱ、傳動軸ⅲ、傳動軸ⅳ、輸出軸構成四級傳動六軸變速箱，其中輸入軸與傳動軸ⅲ設置在同一軸線上，但傳動軸ⅲ與輸入軸的軸體本身不直接連接。

所述的換擋桿ⅰ用以實現(xiàn)切換整個變速箱為有級傳動方式或者自動變速傳動方式，有級傳動方式適用于上下坡；換擋桿ⅱ用以切換低速模式和高速模式；換擋桿ⅲ用以控制低速齒輪ⅳ與傳動軸ⅲ的連接關系，低速齒輪ⅳ與傳動軸ⅲ傳遞扭矩時，變速箱為低速模式前進檔位狀態(tài)，當換擋桿?？刂茩C動離合器v與低速齒輪ⅳ分離時，低速齒輪ⅳ為滑轉狀態(tài)，其分別與低速齒輪ⅴ和低速齒輪ⅲ嚙合，傳遞倒檔扭矩；換擋桿ⅳ用以控制機動離合器ⅵ，即控制低速齒輪ⅴ和傳動軸ⅳ是否離合，換擋桿?？刂频臋C動離合器ⅴ和換擋桿ⅳ控制的機動離合器ⅵ為單選其一離合模式，即機動離合器ⅴ為合的狀態(tài)時，機動離合器ⅵ為分的狀態(tài)，兩個機動離合器可以同時分，即變速箱為空擋狀態(tài)，但是不能同時合。

該變速箱的輸入軸通過自動離合器與動力源的輸出軸連接，只有當動力源（比如發(fā)動機）的輸出轉速達到指定轉速及以上時，才會連接動力源與變速箱的輸入軸，該自動離合器與專利號201210030303.9所述的專利方案內的自動離合器結構原理相同。

本發(fā)明的有益效果為：

通過超越離合器，可實現(xiàn)離合器與不同速率的傳動件進行自動轉換，實現(xiàn)自動變速，不需要對不同齒輪進行位移調整，傳動效率高，節(jié)省油耗；利用該超越離合器的變速箱集合有級變速和自動變速取代了傳統(tǒng)的自動變速箱內的鎖止離合器，節(jié)油效果好，傳動為四級傳動，傳動比大，輸入軸所需扭矩小，節(jié)省油耗；該變速箱的前進擋處于高速檔位時，低速檔位和倒退檔位齒輪不轉，達到節(jié)油效果；由原來的撥叉換擋方式該為離合器換擋，操控方便。

附圖說明

圖1為機械超越離合器結構示意圖；

圖2為雙輪面的超越離合器結構示意圖；

圖3為圖1中輪面結構示意圖；

圖4為滾珠槽剖面圖；

圖5為飛輪兩個半圓錯位面示意圖；

圖6為飛輪規(guī)則齒面結構示意圖；

圖7為四級傳動自動變速箱結構原理圖；

圖8為自動離合器結構示意圖；

圖9為圖7中超越離合器結構示意圖。

具體實施方式

如附圖中所示，一種機械式自動超越離合器，它包括轉動輪1、飛輪2，轉動輪1和飛輪2同心，轉動輪1設置有至少一個輪面3，飛輪2數(shù)量與轉動輪1輪面3數(shù)量相同，飛輪2套置在輪面3上可轉動，輪面3上設置有滾珠槽4，滾珠槽4內設置有滾珠5，滾珠槽4底設置有彈性支撐裝置6，自然狀態(tài)下，彈性支撐裝置6將滾珠5外推，滾珠5的部分球面凸出輪面3，滾珠5朝向彈性支撐裝置方向受壓，整個球面可沉入滾珠槽4，所述的滾珠槽4設置有朝向飛輪2旋轉方向的坡面7，滾珠5在飛輪2轉動推動下可沿坡面7滾出，直至滾珠5卡接在飛輪2和坡面7之間。

所述的輪面3為多組，相應的飛輪2為多組，當多組飛輪2同時旋轉時，最快的那個飛輪2會帶動滾珠5朝向滾珠槽4外滾動，并通過滾珠5與相應輪面3固定連接在一起，其余的輪面3會隨轉動輪1一起同轉速轉動，而相對于各自的飛輪2而言，其轉速較快，滾珠5不會滾出滾珠槽4，即除最快的飛輪2那組輪面3之外，其余的輪面與各自對應的飛輪為滑動連接關系。

所述的滾珠槽4包括窩槽和坡面7，滾珠槽4的寬度略大于滾珠5的直徑，窩槽的深度大于滾珠5的直徑，彈性支撐裝置設置在窩槽底部，從坡面7底部到坡頂，坡面7與輪面3的距離逐漸縮小，當飛輪2轉速大于轉動輪1轉速時，飛輪2內面與滾珠5突出的球面接觸，并推動滾珠5沿坡面7向飛輪2轉動方向滾動，當滾珠5所在的坡面7與飛輪2內面之間的距離小于等于滾珠5直徑時，滾珠5卡接在坡面7和飛輪2內面之間。

所述的滾珠槽4的轉動軸線垂直的剖面圖中，滾珠槽線包括首尾連接的擋面線8、窩槽線9、坡面線10，其中，擋面線8不會將滾珠5卡接在擋面線所在的擋面和飛輪2內面之間，即當輪面3轉速高于相對應的輪面3轉速時，滾珠5會被飛輪內面壓向窩槽，而不會卡在擋面和飛輪2內面之間。

進一步地，從滾珠槽4沿到至少滾珠5半徑的距離段的擋面線與滾珠槽4沿處輪面3的垂直線重合，這樣不管輪面3轉動多快，飛輪2內面總會將滾珠5壓向槽底，避免輪面3轉速超過飛輪2轉速時，滾珠5卡死；所述的窩槽線9為劣弧，所述的坡面線10為直線段。

所述的滾珠槽為一個，或者兩個或者多個均布在輪面上。

所述的彈性支撐裝置6為彈性橡膠墊或者設置有彈簧的托件，彈性支撐裝置固定在窩槽的底部。

進一步地，所述的飛輪2內面為圓面或兩個半圓錯位面，當飛輪2內面為圓面時，飛輪2內面與轉動輪1輪面3之間設置有間隙，且間隙距離小于滾珠5的半徑；當飛輪2內面為兩個半圓錯位面時，兩個半圓面11的半徑相同，且半徑大于輪面3半徑，兩個半圓沿同一條直徑線12錯位構成錯位面結構，半圓面到轉動輪1輪面3的最大距離小于輪面3半徑與滾珠5半徑之和。

進一步地，所述的飛輪2內面可以為多個短圓弧面構成的規(guī)則齒面，所有短圓弧面的圓心設置在一個圓上。如附圖6所示，飛輪內面由四個短圓弧面構成。

所述的飛輪2內面為兩個半圓錯位面或多個短圓弧面構成的規(guī)則齒面時，飛輪2內面距離輪面3的最近點與輪面3接觸滑動連接。

一種利用上述超越離合器的變速箱，它包括輸入軸13、傳動軸ⅰ14、傳動軸ⅱ15、傳動軸ⅲ16、傳動軸ⅳ17、輸出軸18，

輸入軸13設置有主動齒輪ⅰ19、主動齒輪ⅱ20、主動齒輪ⅲ21，主動齒輪ⅰ19、主動齒輪ⅱ20與輸入軸13固定連接，主動齒輪ⅲ21通過離心甩塊式離合器22與輸入軸13連接，

傳動軸ⅰ14設置有換擋桿ⅰ23、換擋桿ⅱ24、被動齒輪ⅰ26、被動齒輪ⅱ27、被動齒輪ⅲ28、低速齒輪ⅰ29、高速齒輪ⅰ30，被動齒輪ⅰ26通過機動離合器ⅰ31與傳動軸ⅰ14連接，低速齒輪ⅰ29通過機動離合器ⅱ33與傳動軸ⅰ14連接，高速齒輪ⅰ30通過機動離合器ⅲ34與傳動軸ⅰ14連接，被動齒輪ⅱ27、被動齒輪ⅲ28與超越離合器35的兩個飛輪固定連接，超越離合器35的轉動輪通過機動離合器ⅳ32與傳動軸ⅰ14連接，換擋桿ⅰ23用以切換機動離合器ⅰ31、機動離合器ⅳ32，換擋桿ⅱ24用以切換機動離合器ⅱ33、機動離合器ⅲ34，控制傳動軸ⅰ14低速齒輪輸出或高速齒輪輸出；

傳動軸ⅱ15設置有低速齒輪ⅱ36、低速齒輪ⅲ37、高速齒輪ⅱ38，低速齒輪ⅱ36、低速齒輪ⅲ37與傳動軸ⅱ15固定連接，高速齒輪ⅱ38通過軸承與傳動軸ⅱ15滑動轉動連接，低速齒輪ⅱ36與低速齒輪ⅰ29嚙合連接，高速齒輪ⅱ38與高速齒輪ⅰ30嚙合鏈接；

傳動軸ⅲ16設置有換擋桿ⅲ24、機動離合器ⅴ42、低速齒輪ⅳ39、低速齒輪ⅴ40、高速齒輪ⅲ41，低速齒輪ⅳ39與低速齒輪ⅲ37嚙合連接，低速齒輪ⅳ39通過機動離合器ⅴ42與傳動軸ⅲ16連接，低速齒輪ⅴ40與傳動軸ⅲ16固定連接，換擋桿ⅲ24控制機動離合器ⅴ42與傳動軸ⅲ16的連接，高速齒輪ⅲ41通過軸承與傳動軸ⅲ16滑動轉動連接；

傳動軸ⅳ17設置有機動離合器ⅵ43、倒檔齒輪ⅰ44、倒檔齒輪ⅱ45，倒檔齒輪ⅰ44通過機動離合器ⅵ43與傳動軸ⅳ17連接，倒檔齒輪ⅱ45與傳動軸ⅳ17固定連接；

輸出軸18固定設置有低速輸出齒輪46、高速輸出齒輪47，低速輸出齒輪46同時與倒檔齒輪ⅱ45和低速齒輪ⅴ40嚙合，高速輸出齒輪47與高速齒輪ⅲ41嚙合連接，輸出軸18與驅動輪連接。

所述的離心甩塊式離合器22與輸入軸13固定連接，主動齒輪ⅲ21的內面與甩塊式離合器外輪面滑動連接，當輸入軸13轉速逐漸增大時，其內部的甩塊會克服拉簧作用力向外突出并與主動齒輪ⅲ21的內輪面壓緊連接，甩塊通過拉簧向所在離合器的軸心拉緊。

所述的機動離合器與專利號201210030303.9內機動離合器功能結構原理相同，均由換擋桿來實現(xiàn)控制，換擋桿與傳動軸同軸線，并可沿軸線方向滑動，換擋桿設置有弧形槽，當機動離合器內的銷體滑入弧形槽內時，機動離合器連接的齒輪與傳動軸為滑動連接狀態(tài)，當銷體被換擋桿向軸外推出時，銷體控制機動離合器為合的狀態(tài)，機動離合器連接傳動軸與齒輪。

輸入軸、傳動軸ⅰ14、傳動軸ⅱ15、傳動軸ⅲ16、傳動軸ⅳ17、輸出軸18構成四級傳動六軸變速箱，其中輸入軸與傳動軸ⅲ16設置在同一軸線上，但傳動軸ⅲ16與輸入軸的軸體本身不直接連接。

所述的換擋桿ⅰ23用以實現(xiàn)切換整個變速箱為有級傳動方式或者自動變速傳動方式，有級傳動方式適用于上下坡；換擋桿ⅱ24用以切換低速模式和高速模式；換擋桿ⅲ用以控制低速齒輪ⅳ與傳動軸ⅲ16的連接關系，低速齒輪ⅳ與傳動軸ⅲ16傳遞扭矩時，變速箱為低速模式前進檔位狀態(tài)，當換擋桿ⅲ控制機動離合器v與低速齒輪ⅳ分離時，低速齒輪ⅳ為滑轉狀態(tài)，其分別與低速齒輪ⅴ和低速齒輪ⅲ嚙合，傳遞倒檔扭矩；換擋桿ⅳ用以控制機動離合器ⅵ，即控制低速齒輪ⅴ和傳動軸ⅳ17是否離合，換擋桿ⅲ控制的機動離合器ⅴ和換擋桿ⅳ控制的機動離合器ⅵ為單選其一離合模式，即機動離合器ⅴ為合的狀態(tài)時，機動離合器ⅵ為分的狀態(tài)，兩個機動離合器可以同時分，即變速箱為空擋狀態(tài)，但是不能同時合，換擋桿ⅲ與換擋桿ⅳ的單一選擇控制方式可通過電氣聯(lián)鎖的形式或者機械聯(lián)鎖的形式實現(xiàn)。

該變速箱的輸入軸通過自動離合器與動力源的輸出軸18連接，只有當動力源（比如發(fā)動機）的輸出轉速達到指定轉速及以上時，才會連接動力源與變速箱的輸入軸，該自動離合器與專利號201210030303.9所述的專利方案內的自動離合器結構原理相同。

通過超越離合器，可實現(xiàn)離合器與不同速率的傳動件進行自動轉換，實現(xiàn)自動變速，不需要對不同齒輪進行位移調整，即可實現(xiàn)自動變速，傳動效率高，節(jié)省油耗；利用該超越離合器的變速箱集合有級變速和自動變速取代了傳統(tǒng)的自動變速箱內的鎖止離合器，鎖止離合器的自動變速箱油耗高主要是因為鎖止離合器，其油耗占25%以上，本發(fā)明方案里通過有級變速形式取代鎖止離合器，節(jié)油效果至少提高25%，傳動為四級傳動，傳動比大，輸入軸所需扭矩小，節(jié)省油耗；該變速箱的前進擋處于高速檔位時，低速檔位和倒退檔位齒輪不轉，達到節(jié)油效果；由原來的撥叉換擋方式該為離合器換擋，操控方便。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進，這些改進在不付出創(chuàng)造性勞動前提下也應視為本發(fā)明的保護范圍。