一种双向传递扭矩的锁止环、离合器及应用的两挡自动变
速器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种双向传递扭矩的锁止环、离合器及其应用的两挡自动
变速器，属于机械传动技术领域，具体涉及
汽车使用的变速传动装置。
背景技术
[0002] 对于新
能源的电动汽车，变速器也是影响
电动车性能的重要总成之一，虽然电动车使用多挡变速器不合适，但若取消变速传动装置，则难以兼顾汽车爬坡和高速行驶等要求，因此有必要针对
电动机的工作特性重新设计电动车变速传动装置。
[0003] 现有的电动车变速器主要有单级减速器、两挡手动变速器MT、两挡
自动变速器AT和两挡机械式自动变速器AMT。而其中两挡手动变速器输入端需加人工操纵的离合器，增大了总成尺寸和重量，而类似于传统汽车自动变速器的两挡自动变速器的油
泵、离合器等零件工艺复杂、零部件数量多，都增加了生产成本。
[0004] 一般，两挡自动变速器中均应用
单向离合器来实现两动
力部件之间的锁止，从而传递扭矩。单向离合器常用于连接两个轴类零件，传递某个单一方向的运动或者扭矩，它们有楔
块式、
钢球式、
棘轮式等单向离合器。其特点是只能传递单一方向扭矩，结构往往较复杂，或者制造工艺较复杂。而一般在现实驾驶车辆过程中需要正反两个方向传递扭矩。
[0005] 本
申请人申报的申请号为201410751463.1的中国
发明专利申请，公开了一种行星传动两挡自动变速器，作为电动车用的两挡变速器。其挡位变换的核心为一种锁止环，是一种连续的锁止环，各单个锁止片彼此连接，材料利用率不高，并且在反向较小扭矩传递时，如扭矩突然增大，会导致锁止环的塑性
变形，导致变速器损坏。实用新型内容
[0006] 本实用新型解决的技术问题是：针对现有单向离合器只能传递单向扭矩，机械锁止装置存在的结构复杂、成本高的
缺陷，提供一种新型的锁止环、离合器及其应用的两挡自动变速器，能够从正反两个方向传递扭矩，并且结构简单，工艺简便，并且传递扭矩的性能更可靠，不易产生塑性变形，可应用到多种机械中。
[0007] 本实用新型采用如下技术方案实现；一种双向传递扭矩的锁止环，所述锁止环1装配于两个同轴传递旋转运动或扭矩的动力传递部件的
内圈和
外圈之间；所述锁止环1具有若干在圆周方向均匀分布的锁止片，所述锁止环1的内环面固定连接在其中一个动力传递部件的外 圈上，所述锁止环的外环面在锁止片产生弹性变形的
基础上
挤压接触另一动力传递部件的内圈；所述锁止片采用弹性金属片
冲压或折弯而成，一端具有朝同一方向弯曲的锁止片上端摩擦部21，所述锁止片上端摩擦部21弯曲的顶面组成锁止环的外环面。
[0008] 作为其中一种锁止环的优选方案，所述锁止环1为分体结构，由若干
单体式锁止片2以环状阵列围成；所述单体式锁止片2的锁止片下端固定部22紧贴固定在动力传递部件的外圈上，构成锁止环的内环面，所述锁止片下端固定部22一端为朝同一方向弹性弯曲的锁止片上端摩擦部21。
[0009] 具体的，所述锁止片下端固定部22采用
电阻焊或者
激光焊接固定在动力传递部件的外圈上。
[0010] 具体的，所述单体式锁止片为“乙”、“C”或“V”形截面的弹性金属片。
[0011] 进一步的，所述单体式锁止片2一端具有折弯的锁止片上端摩擦部21，另一端还具有锁止片尾端
支撑部23，所述锁止片尾端支撑部23位于相邻单体式锁止片的锁止片上端摩擦部21下方，所述锁止片尾端支撑部23可由同一单体式锁止片的锁止片上端摩擦部21向下折弯形成，或者由相邻单体式锁止片的尾端折弯上翘形成，折弯上翘的锁止片尾端支撑部23位于本锁止片上端摩擦部21的下方。
[0012] 另一种分体式锁止环的方案，所述单体式锁止片2为“S”或“W”形截面的复合型弹性金属片，其锁止片上端摩擦部21与锁止片下端固定部22之间通过连续折弯的弹性连接部25连接，通过增加弹性连接部25增加锁止片的整体长度，减小单体式锁止片成型后的
弹簧刚度，所述单体式锁止片2通过“U”形的定型槽24固定在动力传递部件的外圈上，所述锁止片下端固定部22与定型槽24之间、所述定型槽24与动力传递部件外圈之间采用电阻焊或者
激光焊接固定。
[0013] 作为另一种锁止环的优选方案，所述锁止环1为整体结构，具有一个环形基体11，所述锁止片为环形基体外圈表面朝同一方向冲压形成的若干折弯的锁止片上端摩擦部21，所述锁止片上端摩擦部21下方的环形基体11上具有冲孔12，锁止环套装的动力传递部件外圈上设有相应的凸起部穿过冲孔12，形成锁止片尾端支撑部23。
[0014] 上述技术方案中，所述锁止片上端摩擦部21的折弯平面为对应动力传递部件内圈的圆弧曲面。
[0015] 本实用新型还公开了一种双向传递扭矩的离合器，包括上述技术方案中的锁止环1，所述锁止环1的锁止片上端摩擦部21构成的外环面上箍有
制动环3，所述制动环3具有可调节的活动端，通过拉紧制动环的活动端可箍紧锁止片上端摩擦部21，将锁止片上端摩擦部与动 力传递部件的内圈分离。
[0016] 其中，所述锁止片上端摩擦部21的外环面分别与所述制动环3和动力传递部件内圈接触，所述制动环3和锁止片上端摩擦部21的接触
位置与锁止片上端摩擦部21和动力传递部件内圈的接触位置位于不同的径向平面上。
[0017] 本实用新型还公开了一种应用上述离合器的两挡自动变速器，所述变速器的变速机构为行星
齿轮变速机构，所述齿圈5嵌装在
行星架4的行星架内环41中，在行星架内环41与齿圈5之间设置所述离合器；所述离合器的锁止环1内环面固定套装在齿圈5的外圈上，所述锁止片上端摩擦部21的顶面组成的锁止环外环面与行星架内环41挤压接触，所述制动环3的活动端与变速器的执行器连接。
[0018] 作为一种变速器的优选方案，所述锁止环1为分体结构，由若干单体式锁止片2以环状阵列固定围绕在齿圈5外圈表面，所述齿圈5的外圈表面具有对应单体式锁止片2的锁止片下端固定部22的若干平面51，所述单体式锁止片2的弹
簧片下端固定部22固定于上述平面上。
[0019] 作为另一种变速器的优选方案，所述锁止环1为整体结构，所述锁止环1的环形基体11固定套装在齿圈5的外圈上，所述齿圈5的外圈表面上设有若干支撑凸台52穿过环形基体上的冲孔，形成锁止片尾端支撑部。
[0020] 本实用新型不论是分体结构的锁止环还是整体结构的锁止环均具有锁止片，采用弹性金属片冲压成型，分体结构的锁止环采用单块冲压成型的单体式锁止片，采用弹性金属材料冲压成类似“乙”字的形状或C字形、V字形等类似能产生弹性力的形状，所有单体式锁止片的锁止片下端固定部固定在一个轴状动力传递部件的外圈上，其上的锁止片上端摩擦部朝同一方向布置，形成环状的锁止环；整体结构的锁止环，从环形基体上直接朝外圈方向冲压出同一方向的锁止片上端摩擦部，其中锁止片下端固定部则为锁止环的环形基体。锁止环的所有锁止片上端摩擦部在挤压变形后与另一动力传递部件的内圈面接触，在通过锁止环从一个动力传递部件传递动力至另一个动力传递部件的过程中，锁止片上端摩擦部分别受到两个相反方向的切向
摩擦力时，锁止环的锁止片的变形不一样，其中一个方向的切向摩擦力使得锁止环的锁止片上端摩擦部上扬，另一个方向的切向摩擦力会使锁止环的锁止片上端摩擦部下降，而锁止片上端摩擦部高度即锁止片的弹性形变的变化使得锁止环对轴的内圈面的
正压力也变化，这样两个不同方向能承受的最大静摩擦力不一样，在通过锁止环传递两个同轴的轴类零件传递扭矩，可以实现正、反两个方向的动力传递，其中主动动力传递部件在旋转方向不同的时候，能传递的最大扭矩也不同。
[0021] 例如，将此锁止环固连在一主动轴(主动动力传递部件)的外表面，均匀分布一圈，另一根同轴的空心从动轴套(从动动力传递部件)在锁止环上均匀分布的锁止片上端摩擦部上，从动轴套的内圈压紧锁止片上端摩擦部，使锁止片上端摩擦部产生弹性变形。当主动轴旋转时，固连在主动轴圆柱表面的锁止环的锁止片上端摩擦部在弹性形变的作用下产生摩擦力从而驱动从动轴套旋转。而上述切向摩擦力会进一步迫使锁止片上端摩擦部产生上扬的变形趋势并改变锁止环与从动轴套内圈的正压力，不同的扭矩方向会使得锁止环的锁止片上端摩擦部的变形形态不同，进而改变二者的最大静摩擦力，或者换言之，改变主动轴能传递的最大扭矩。
[0022] 本实用新型在锁止环的基础上，还可添加一制动环箍在锁止环的上端摩擦部上，通过收缩制动环，主动将锁止环的上端摩擦部全部收缩，将锁止片上端摩擦部与动力传递部件的内圈面分离，实现动力切断，实现离合器的功能。
[0023] 为保证离合器工作中，锁止环的锁止片在制动环作用下受迫压力变形过大导致塑性变形，造成锁止环的损坏，在锁止环的主要变形部件----锁止片上端摩擦部的下方设置锁止片尾端支撑部，用于支撑限定弹性上端摩擦部的最大形变量，保证锁止环的正常工作。根据锁止环结构的不同，单体式锁止片的锁止片尾端支撑部直接采用与锁止片下端固定部一体的折弯结构，与相邻单体式锁止片的上端摩擦部首尾设置，并最终成环状；整体结构的锁止环则通过锁止片上端摩擦部的冲孔，在动力传递元件的外圈上设置对应的支撑凸起部作为锁止片尾端支撑部，同时还可实现锁止环套装在动力传递元件上的
定位功能。
[0024] 上述离合器可应用在各类变速器中，如新能源汽车的两挡自动变速器上，连接行星齿轮变速机构的齿圈和行星架，当行星两挡自动变速器的制动环压紧锁止环时，使得锁止环的锁止片产生弹性变形，从而与变速器行星架内环分开；当行星两挡自动变速器的制动环松开锁止环时，锁止环在自身弹力的作用下恢复原形，从而与变速器行星架内环压紧，二者所受摩擦力的方向将使彼此形成摩擦自锁，形成可靠连接。
[0025] 结合锁止环的结构，在套装锁止环的齿圈外圈上设置对应的安装结构，对应分体结构的单体式锁止片，将齿圈的外圈设置成若干个对应单体式锁止片的锁止片下端固定部的平面，将单体式锁止片的锁止片下端固定部一一对应的粘贴固定在平面上，形成锁止环；对应整体结构的锁止环，在齿圈的外圈设置若干个对应锁止环上冲孔的支撑凸台，形成所述锁止环的锁止片尾端支撑部。
[0026] 与
现有技术相比，本实用新型优点在于：
[0027] 所述锁止环可沿两个方向上传递大小不同的扭矩，基于该锁止环的离合器及应用的两挡 行星自动变速器，替代了现有的操作复杂、成本高昂的离合器，具有结构简单、体积小、
质量轻、成本低的优点，并且自动变速器的换挡响应快、冲击小、操作简便，可在机械传动领域，特别是目前日益发展的新能源汽车上广泛推广。
[0028] 以下结合
附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
附图说明
[0029] 图1为
实施例1中的分体结构的锁止环整体示意图。
[0030] 图2为实施例1中的分体结构的锁止环平面示意图。
[0031] 图3a、3b、3c分别为实施例1中三种形式的单体式锁止片的局部示意图。
[0032] 图4a、图4b分别为实施例2中两种形式的单体式锁止片的局部示意图。
[0033] 图5为实施例2中的整体结构的锁止环结构示意图。
[0034] 图6为实施例2中的锁止环局部示意图。
[0035] 图7为实施例3中的锁止环安装示意图。
[0036] 图8为实施例3中的锁止环在正转时的受力分析示意图。
[0037] 图9位实施例3中的锁止环在反转时的受力分析示意图。
[0038] 图10为实施例4中的离合器的动力连接示意图。
[0039] 图11为实施例4中的离合器的动力分离示意图。
[0040] 图12为实施例5或6中的两挡自动变速器的机构示意图。
[0041] 图13为实施例5或6中的两挡自动变速器的立体示意图。
[0042] 图14位实施例5中两挡自动变速器的离合器和齿圈的安装示意图。
[0043] 图15位实施例6中两挡自动变速器的离合器和齿圈的安装示意图。
[0044] 图中标号：
[0045] 1-锁止环，
[0046] 11-环形基体，
[0047] 12-冲孔；
[0048] 2-单体式锁止片，
[0049] 21-锁止片上端摩擦部，
[0050] 22-锁止片下端固定部，
[0051] 23-锁止片尾端支撑部，
[0052] 24-定型槽，
[0053] 25-弹性连接部；
[0054] 3-制动环，
[0055] 31-制动环端部；
[0056] 4-行星架，
[0057] 41-行星架内环；
[0058] 5-齿圈，
[0059] 51-平面，
[0060] 52-支撑凸台；
[0062] 61-主动轴；
[0064] 71-从动轴套；
具体实施方式
[0067] 实施例1
[0068] 结合参见图1和图2，图示中的锁止环1采用分体结构，由若干单体式锁止片2以环状阵列围成，每片单体式锁止片2整体由弹性金属片冲压成型，如图3a所示，图中的单体式锁止片2冲压成“乙”形截面的
金属弹片，单体式锁止片2的锁止片下端固定部22采用电阻焊或者激光焊接紧贴固定在轴状动力传递元件的外圈上，组成锁止环的内环面；锁止片下端固定部22一端为折弯的锁止片上端摩擦部21，另一端折弯上翘形成锁止片尾端支撑部23，锁止片上端摩擦部21往折弯方向上略呈一定倾斜
角度，避免采用垂直于锁止片下端固定部22设置，尾端支撑部23位于相邻单体式锁止片的锁止片上端摩擦部下方。
[0069] 如图3b所示，图中的单体式锁止片2冲压形成“C”形截面的金属弹片，单体式锁止片2的下端固定部22较长，一端向上弯曲折弯的锁止片上端摩擦部21，上端摩擦部21端部可继续向下折弯形成锁止片尾端支撑部23。
[0070] 如图3c所示，图中的单体式锁止片2还可冲压形成“V”形截面的金属弹片，此“V”形金属弹片的两端分别采用外凸面，分别对应为锁止片上端摩擦部21和锁止片下端固定部22，同样，此种形式的单体式锁止片同样可设置锁止片尾端支撑部，为表现无支撑的锁止环，图中未显示锁止片尾端支撑部。
[0071] 实施例3
[0072] 参见图4a和图4b，另一种分体式锁止环的方案，单体式锁止片2为“S”或“W”形截面的复合型弹性金属片，其锁止片上端摩擦部21与锁止片下端固定部22之间通过连续折弯的弹性连接部25连接，通过增加弹性连接部25增加锁止片的整体长度，减小单体式锁止片成型后的弹簧刚度，单体式锁止片2通过“U”形的定型槽24固定在动力传递部件的外圈上，锁止片下端固定部22与定型槽24之间、定型槽24与动力传递部件外圈之间采用电阻焊或者激光焊接固定，定型槽24采用具有一定刚度的U形槽钢制成，定型槽24的高度应当低于锁止片上端摩擦部21的位置，定型槽24还可起到类似实施例1中单体式锁止片的锁止片尾端支撑部的作用，防止锁止片上端摩擦部21逆向产生塑性变形。
[0073] 实施例2
[0074] 参见图5，图示中的锁止环1为整体结构，具有一个环形基体11，其外圈表面朝同一方向冲压形成若干折弯的锁止片上端摩擦部21，本例中的锁止片上端摩擦部21的设置与实施例1中的“乙”形截面单体式锁止片的锁止片上端摩擦部相同，在锁止片上端摩擦部21的下方基体上形成一个冲孔12，透过所示冲孔12可设置锁止片尾端支撑部，环形基体11本身作为锁止片下端固定部套装在轴状动力传递元件上。
[0075] 结合参见图6，锁止环1的环形基体11套装在轴状动力传递元件的外圈上，轴状的动力传递元件上设有相应的凸起部穿过环形基体11的冲孔12，形成锁止片上端摩擦部21的锁止片尾端支撑部23。
[0076] 实施例3
[0077] 结合参见图7，将实施例1或实施例2中的锁止环应用在两个轴零件的动力传递中，其中锁止环1套装在主动轴61上，从动轴具有一个从动轴套71，从动轴套71套装在锁止环1的外圈上，结合参见图8和图9，锁止环1上所有的锁止片上端摩擦部21在弹性金属片产生弹性变形的基础上挤压接触从动轴套71内圈，将主动轴61和从动轴套71实现可靠的动力传递连接。如图8所示，主动轴61顺
时针方向转动时，从动轴套71给锁止环的锁止片上端摩擦部21反向摩擦力Ff，Ff的分力Ff1使锁止环的锁止片上端摩擦部21上扬，使锁止片上端摩擦部21压在从动轴套71内圈上的压力增大，此时，锁止环1可传递的扭矩相应增大，即传动较大转矩情况；如图9所示，主动轴61逆时针方向转动，锁止环1的锁止片上端摩擦部21受到从动轴套71施加的反向摩擦力Ff，Ff的分力Ff1减小锁止片上端摩擦部21的弹性形变施加在从动轴套71的压力，此时，锁止环1可传递的扭矩相应减小，即传动较小扭矩情况。
[0078] 为了提高锁止片上端摩擦部21与轴套内圈的接触面积，进一步提高通过摩擦传递动力的 效果，锁止片上端摩擦部21的折弯平面均为对应动力传递元件内圈的圆弧曲面。
[0079] 将锁止环应用在实际中，即可实现机械动力传递中的正反转动力传递，即从正、反两个方向上均能传递动力，正转时可传递较大扭矩，反向旋转工作时，传递较小扭矩。
[0080] 实施例4
[0081] 将实施例1和实施2中的锁止环应用在离合器中，结合参见图10和图11，本例中的离合器包括上述的锁止环1和制动环3，以行星齿轮变速器中齿圈和行星架的动力离合为例，锁止环1固定套装在齿圈5的外圈上，锁止环1上的锁止片上端摩擦部21一部分压紧接触到行星架4的行星架内环41内圈，另一部分锁止片上端摩擦部上箍有制动环3，即制动环3和锁止片上端摩擦部21的接触位置与锁止片上端摩擦部21和行星架内环41内圈的接触位置位于不同的径向平面上，制动环3的两个制动环端部31中具有一个可调节的活动端，另一端固定，通过拉紧制动环的活动端可箍紧锁止片上端摩擦部21，将锁止片上端摩擦部与行星架内环41的内圈分离，此时，结合实施例1和实施例2中的锁止片尾端支撑部23可以限定锁止片上端摩擦部21因变形过大产生塑性变形，导致锁止环变形过大并无法回位，造成离合器损坏。
[0082] 当变速器工作时，松开制动环3，制动环3不对锁止环的锁止片上端摩擦部施力，此时，锁止环1的锁止片上端摩擦部21在自身弹力的作用下压紧行星架内环41，使得行星架与齿圈稳固连接，一起转动，为变速器的工作状态1，如图10中所示，此时变速器的
传动比小；换挡时，通过制动环的活动端拉紧制动环3，制动环3压紧锁止环1上的锁止片上端摩擦部21，使得锁止片上端摩擦部21与行星架内环41分离一定间距θ，齿圈5和行星架4分离，为变速器的工作状态2，如图11所示，此时传动比大。
[0083] 实施例5
[0084] 结合参见图12、图13和图14，图示中的两挡自动变速器采用行星齿轮变速机构，包括太阳轮8、双联行星轮9、行星架4、齿圈5、制动环3、锁止环1，行星架4一端设有变速器输出轴7，另一端安装有双联行星轮9，双联行星轮9中的一个行星轮与太阳轮8
啮合，另一个行星轮与齿圈5啮合，太阳轮8上设有变速器输入轴6，行星架4设有行星架内环41，在齿圈5外圈与行星架内环41内圈之间设有锁止环1，且锁止环1的内环面与齿圈5外表面固定连接，锁止环1外表面的锁止片上端摩擦部21一部分与行星架内环41内表面接触，另一部分套装有带式制动环3，带式制动环3的一端为固定端，与传动箱壳体固连，另一端为活动端，与换挡执行器相连。
[0085] 具体参见图12，动力由变速器输入轴6经太阳轮8输入，通过双联行星轮9后，经行星 架4输出给变速器输出轴7。通过制动环3压紧或松开锁止环1，来控制行星架4与齿圈5的分离或结合，形成两种不同工作状态，从而达到不同的挡位。
[0086] 带式制动环3为圆形的卡环，其活动端在换挡执行器作用下运动，使制动环3半径缩小或撤除执行器作用后直径变大，实现抱紧锁止环1的锁止片上端摩擦部21或松开锁止环1；锁止环1上设置的锁止片41在撤除执行器作用时，将带式制动环3压紧与行星架4上设置的行星架内环41内表面紧密接触。
[0087] 如图14所示，本例中采用实施例1中的分体结构的锁止环，锁止环1由若干单体式锁止片2以环状阵列固定围绕在齿圈5外圈表面，齿圈5的外圈表面具有对应单体式锁止片2的锁止片下端固定部22的若干平面51，单体式锁止片2的锁止片下端固定部22固定粘贴于上述平面上。如实施例2中的单体式锁止片通过U形的定位槽与齿圈5连接，定位槽的底面同样应当采用平面连接。
[0088] 实施例6
[0089] 结合参见图12、图13和图15，本例中的两挡自动变速器其余结构与实施例5相同，区别仅在于：本例的两挡自动变速器中采用整体结构的锁止环，锁止环1的环形基体11固定套装在齿圈5的外圈上，齿圈5的外圈表面上设有若干支撑凸台52穿过环形基体上的冲孔，形成锁止片尾端支撑部23。
[0090] 本领域的人可以理解，变速器的执行器可以是
液压缸、
电机、电磁
阀或人工直接操作等来执行。
[0091] 以上仅为本实用新型的较佳实施举例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
