离合器以及使用该离合器的车辆变速装置

【技术领城】本实用新型涉及一种离合器以及使用该离合器的车辆变速装置，特别涉及一种基于行星齿轮系统的离合器以及使用该离合器的车辆变速装置。

【背景技术】目前，汽车上普遍使用的离合器主要为两大类：干式离合器和湿式离合器。其中，干式离合器利用摩擦片与压盘之间挤压产生摩擦力的原理实现动力传递，而此种离合器在人为操作不当而引起摩擦片与压盘之间长时间打滑时，会产生大量热量，造成摩擦片烧坏；而且，干式离合器比湿式离合器或者制动器换挡冲击大。而湿式离合器设计复杂、制造工艺要求高、制造成本高。

液力式自动变速器主要由液力变矩器(具有离合器的特点)、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式实现变速、变矩。此类变速器特别在以下几种情况下：车辆行驶速度低于50KM/H或者变速器档位处于3档以下；汽车制动器处于工作状态下；发动机水温低于规定值，一般为50-60℃；发动机处于怠速状态时；液力变矩器处于耦合状态，泵轮叶片一直会扰动液力变矩器内部油液使其高速流动，造成大量能量损失，直接表现为油耗高。

【实用新型内容】为了解决现有技术中干式离合器换档冲击大及摩擦片与压盘之间由于打滑容易烧坏或者液力变矩器能量损失大的技术问题，本实用新型提供了一种基于行星齿轮系统的离合器以及使用该离合器的变速装置。

本实用新型解决现有技术中干式离合器换档冲击大及摩擦片与压盘之间由于打滑容易烧坏或者液力变矩器能量损失大的技术问题所采用的技术方案是：提供一种离合器，该离合器内设有用于连接发动机输出轴和变速器输入轴的行星齿轮系统以及对行星齿轮系统中部件进行制动以使发动机的动力经行星齿轮系统传递到变速器输入轴的制动机构。

根据本实用新型一优选实施例，行星齿轮系统包括：连接发动机输出轴的齿圈；与齿圈内啮合的行星齿轮；连接变速器输入轴的由行星齿轮按圆周均匀布置并转动固定在其上的行星架；以及与行星齿轮相啮合的太阳轮；制动机构包括：与太阳轮同轴固定的制动盘以及对制动盘进行制动的制动钳。

根据本实用新型一优选实施例，行星齿轮系统包括：连接发动机输出轴的太阳轮；与太阳轮相啮合的行星齿轮以及由行星齿轮按圆周均匀布置并转动固定在其上的行星架；与行星齿轮相啮合并连接变速器输入轴的齿圈；制动机构包括：与行星架同轴固定的制动盘以及对制动盘进行制动的制动钳。

此外，本实用新型还提供了一种车辆变速装置，该车辆变速装置包括：离合器；经离合器与发动机输出轴相连接的变速箱输入轴；通过传动机构与变速箱输入轴啮合传动的变速箱输出轴以及连接传动机构和变速箱输出轴的换档接合装置，该离合器内设有用于连接发动机输出轴和变速箱输入轴的行星齿轮系统以及对行星齿轮系统中部件进行制动以使发动机的动力经行星齿轮系统传递到变速箱输入轴的制动机构。

根据本实用新型一优选实施例，行星齿轮系统包括：连接发动机输出轴的太阳轮；与太阳轮相啮合的行星齿轮以及由行星齿轮按圆周均匀布置并转动固定在其上的行星架；与行星齿轮相啮合并连接变速箱输入轴的齿圈；制动机构包括：与行星架同轴固定的制动盘以及对制动盘进行制动的制动钳。

根据本实用新型一优选实施例，行星齿轮系统包括：连接发动机输出轴的齿圈；与齿圈内啮合的行星齿轮；连接变速箱输入轴的由行星齿轮按圆周均匀布置并转动固定在其上的行星架；以及与行星齿轮相啮合的太阳轮；制动机构包括：与太阳轮同轴固定的制动盘以及对制动盘进行制动的制动钳。

根据本实用新型一优选实施例，换档接合装置为直接滑动齿轮式、接合套式或同步器式换档装置。

根据本实用新型一优选实施例，换档接合装置由步进电机传动。

根据本实用新型一优选实施例，车辆变速装置与车辆中央控制单元相连接，车辆中央控制单元响应由传感器传入的变速箱输出轴的转速信号、发动机转速信号或油门深度信号以控制步进电机。

根据本实用新型一优选实施例，车辆中央控制单元响应警报信号切断步进电机的供电系统。

上述离合器和使用该离合器的变速装置的优点在于：利用行星齿轮系统和制动机构所组成的离合器代替现有干式离合器，能减小离合器的换档冲击，由车辆中央控制单元指令对制动机构进行精确控制，避免由于人为操作不当而使离合器打滑引起烧坏摩擦片，而且具有结构简单、便于实现自动化等特点。

【附图说明】图1是结合本实用新型离合器的车辆变速装置一实施例的结构示意图；图2是结合本实用新离合器的型车辆变速装置另一实施例的结构示意图。

【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

参见图1，图1是结合本实用新型离合器的车辆变速装置一实施例的结构示意图。在本实施例中，离合器1包括：将发动机动力传入到变速箱输入轴21的行星齿轮系统11，行星齿轮系统11包括与发动机相连接的齿圈111；与齿圈111内啮合的行星齿轮112；连接到变速箱输入轴21由行星齿轮112圆周均匀布置并转动固定在其上的行星架113和与行星齿轮112啮合的太阳轮115；同轴固定在太阳轮115上的制动盘15以及对制动盘15进行制动的制动钳17。通过对行星齿轮系统11的控制达到动力的传递和切断。当制动钳17松开时，行星齿轮系统11的齿圈111带动行星齿轮112与太阳轮115绕各自的轴转动，行星架113无输出，即为普通离合器的“分离”状态，不传递动力。反之，制动钳17锁死制动盘15时，太阳轮115静止，行星架113转动，并带动变速箱输入轴21转动，即为普通离合器的“接合”状态。制动钳17在制动并不锁死制动盘15时，制动钳17与制动盘15之间打滑，相当于普通离合器的“半离合”状态，此时仍可传递部分发动机的动力。制动钳17可以由液压传动机构或步进电机进行传动。

此外，在本实施例中的变速器内设有通过离合器1与发动机(未图示)啮合传动的变速器输入轴21；与变速箱输入轴21平行设置的中间轴22，中间轴22通过固定于其上的中间轴常啮合齿轮221与变速箱输入轴21上的输入轴常啮合齿轮211啮合，此外，中间轴22上还固定有中间轴一档齿轮222、中间轴二档齿轮223、中间轴三档齿轮224、中间轴五档齿轮225和中间轴倒档齿轮226；分别与上述中间轴档位齿轮222-225啮合的输出轴一档齿轮232、输出轴二档齿轮233、输出轴三档齿轮234、输出轴五档齿轮235；而其中的输出轴倒档齿轮236通过经轴承套接在倒档轴24上的倒档惰轮241与中间轴倒档齿轮226相啮合。上述输出轴档位齿轮222-226由轴承(未图示)套接变速箱输出轴23上，并通过接合套31、32、33连接到输出轴23上；此外本实用新型变速器内设三个步进电机51、52、53，以便分别传动三个接合套31、32、33，分别控制3档、4档，1档、2档，5档、倒档的转换动作。

本实用新型车辆变速装置的工作状态如下：一档：步进电机52工作带动接合套32右移，与输出轴一档齿轮232的接合齿圈啮合，进而带动变速箱输出轴23，变速器入一档，离合器1中制动钳17开始制动(此时制动钳17并未锁死制动盘15，制动钳17与制动盘15之间打滑)，发动机开始传递动力，直至达到设定车速，制动钳17锁死制动盘15，此时依靠发动机转速的上升而使车速进一步加快，动力传递路线为：发动机->齿圈111->行星架113->输入轴常啮合齿轮211->中间轴常啮合齿轮221->中间轴22->中间轴一档齿轮222->输出轴一档齿轮232->接合套32->变速箱输出轴2 3。

二档：当车速升高到需要入二档时，离合器1中制动钳17松开，切断发动机的动力传递，步进电机52工作带动接合套32左移，变速器入二档，离合器1中制动钳17开始制动(此时制动钳并未锁死制动盘15，制动钳17与制动盘15之间打滑)，发动机开始传递动力，直至达到设定车速，制动钳17锁死制动盘15，此时依靠发动机转速的上升而使车速进一步加快，动力传递路线为：发动机->齿圈111->行星架113->输入轴常啮合齿轮211->中间轴常啮合齿轮221->中间轴22->中间轴二档齿轮223->输出轴二档齿轮233->接合套32->变速箱输出轴23。

三档：当车速升高到需要入三档时，离合器1中制动钳17松开，切断发动机的动力传递，步进电机51工作带动接合套31右移，变速器入三档，离合器1中制动钳17开始制动(此时制动钳17并未锁死制动盘15，制动钳17与制动盘15之间打滑)，发动机开始传递动力，直至达到设定车速，制动钳17锁死制动盘15，此时依靠发动机转速的上升而使车速进一步加快，动力传递路线为：发动机->齿圈111->行星架113->输入轴常啮合齿轮211->中间轴常啮合齿轮221->中间轴22->中间轴三档齿轮224->输出轴三档齿轮234->接合套31->变速箱输出轴23；四档：当车速升高到需要入四档时，离合器1中制动钳17松开，切断发动机的动力传递，步进电机51工作带动接合套31左移，变速器入四档，离合器1中制动钳17开始制动(此时制动钳17并未锁死制动盘15，制动钳17与制动盘15之间打滑)，发动机开始传递动力，直至达到设定车速，制动钳17锁死制动盘15，此时依靠发动机转速的上升而使车速进一步加快，动力传递路线为：发动机->齿圈111->行星架113->输入轴常啮合齿轮211->接合套31->变速箱输出轴23，此为直接档。

五档：当车速升高到需要入五档时，离合器1中制动钳17松开，切断发动机的动力传递，步进电机53工作带动接合套33右移，变速器入五档，离合器1中制动钳17开始制动(此时制动钳17并未锁死制动盘15，制动钳17与制动盘15之间打滑)，发动机开始传递动力，直至达到设定车速，制动钳17锁死制动盘15，此时依靠发动机转速的上升而使车速进一步加快，动力传递路线为：发动机->齿圈111->行星架113->输入轴常啮合齿轮211->中间轴常啮合齿轮221->中间轴22->中间轴五档齿轮225->输出轴五档齿轮234->接合套33->变速箱输出轴23。

倒档：变速器需要进入倒档时，离合器1中制动钳17为松开状态，步进电机33工作带动接合套33左移，使输出轴倒档齿轮236变速器入倒档，离合器1中制动钳17开始制动(此时制动钳17并未锁死制动盘15，制动钳17与制动盘15之间打滑)，发动机开始传递动力，直至达到设定车速，制动钳17锁死制动盘15，动力传递路线为：发动机->齿圈111->行星架113->输入轴常啮合齿轮211->中间轴常啮合齿轮221->中间轴22->中间轴倒档齿轮226->倒档惰轮241->输出轴倒档齿轮236->接合套33->变速箱输出轴23。

空档：在本实用新型中，有两个实现空档的方案。1：离合器中制动钳17松开，相当于离合器的“分离”状态，发动机不能传递动力，变速器处于“空档，，状态；2：变速器中各接合套不跟任何档位齿轮的接合齿圈结合，变速器处于“空档”状态。

本实用新型的传动接合套和传动制动盘的制动钳的电机可以与汽车的中央控制单元相连接，传感器感应输出轴的转速信号、发动机转速信号或油门深度信号，中央控制单元响应上述信号对各电机进行控制，以便在不同情况下采用不同档位。

本实用新型的变速器还可以跟汽车防盗装置进行联动，当防盗装置检测到非法开门或其它警报信息后，中央控制单元发出指令使变速器置于“空档”状态并切断电机电源，这样即使打着火，也不能使汽车启动，起到内部防盗的作用。

参见图2，图2是结合本实用新型离合器的变速装置另一实施例的结构示意图，在本实施例中，离合器6包括将发动机动力传递到变速器输入轴的行星齿轮系统61，行星齿轮系统61中的太阳轮613与发动机输出轴连接，齿圈611与变速器输入轴连接，而行星架614上圆周均匀布置并转动固定有行星齿轮612，行星架614同轴固定有制动盘65，制动钳67对制动盘65进行制动。当制动钳67松开时，太阳轮613带动行星齿轮612转动，齿圈611无输出，即为普通离合器的“分离”状态，不传递动力。反之，制动钳67锁死制动盘65时，即锁死行星架614，而行星架614内的各行星齿轮带动齿圈611转动，即为普通离合器的“接合”状态。制动钳67在制动并不锁死制动盘65时，制动钳67与制动盘65之间打滑，相当于普通离合器的“半离合”状态，此时仍可传递部分发动机的动力。图2所示的变速装置中也设置有步进电机以传动接合套。

此外，本实用新型除了适用于接合套换档的车辆变速器外，同样适用于任何形式的直接滑动齿轮式、接合套式或同步器式换档的车辆变速器。

本实用新型可以在现有技术成熟的手动变速器的基础上改进和重新构造的，保留了原齿轮变速器传动效率高、安装空间紧凑、重量轻、成本低、易制造、维护容易等优点；而且实现了起步、换档过程的自动化，在操纵方便性上具备液力式自动变速器的优点。

上述的详细描述仅参照三轴式和两轴式变速器为例对本实用新型进行了示范性描述，但本领域技术人员显而易见可以想到将本实用新型应用于所有通过移动接合装置实现换档的其它形式的变速器。