本发明属于机械传动系统，具体涉及一种无动力中断变速器。
背景技术
变速器是机械传动系统中的常用部件，特别是在汽车的传动系统中有着重要的作用，现有的汽车机械变速器可以分为有级机械变速器和无级机械变速器，有级机械变速器又分mt(手动变速器)、at(自动变速器)、amt(机械式自动变速器)、dct(双离合器变速器)等四大类。at、dct结构相对复杂，制造难度高，价格高。mt由传动齿轮、换挡装置、操纵机构及离合器等主要部件组成，结构简单，价格低、效率高。amt是在mt的基础上增加了电子自动控制操纵机构的系统，兼有手动变速器和自动变速器的优点，但mt,amt都存在换挡时动力传输中断的共同缺点。
为了改变手动变速器、机械式自动变速器在换挡过程中存在动力传输中断等问题，中国专利cn2010101580237提出了一种换挡时无动力传输中断的有级式机械变速器解决方案，采用可控的多态超越离合器组合来代替一般有级式机械变速器的换挡组合装置，从而实现双向换挡无动力传输中断功能。此方案依然存在不足，在特殊情况下(高档位降至低档位)仍需短暂中断传输动力来实现换挡。这在手动变速器的应用中有可能出现因技术动作不到位而无法降档，在机械式自动变速器的应用中会增加控制的复杂程度。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述技术的不足之处，提出一种换挡时无动力中断，传动效率高，成本低，适用于手动变速器（mt）、机械式自动变速器（amt）应用的有级机械变速器。
本发明的目的通过下述技术方案进行实现：
一种换挡时无动力中断的有级机械变速器，整体结构与普通的有级式机械变速器相似。本发明的要点在于，用一种由可控超越离合器、牙嵌离合器及换挡控制器组成的换挡装置取代现有的同步器。由拨叉控制的前后两挡换挡装置在换挡过程中按顺序动作，使前后两挡换挡装置的可控超越离合器同时处于楔块与内外圈接触状态，其中低转速挡位换挡装置的可控超越离合器处于超越状态，高转速挡位换挡装置的可控超越离合器处于结合状态；随着前一挡位换挡装置完全脱开，后一挡位换挡装置进入结合状态并锁止，从而在不中断传输动力的情况下实现变速器换挡。
为实现上述目的，本发明提供的变速器每一个挡位换挡装置均由一个可控超越离合器、一个牙嵌离合器和一个换挡控制器组成。进挡时，每一个挡位换挡装置的动作顺序是先牙嵌离合器结合，后是可控单向超越离合器结合，出挡时则反向进行；前后两挡换挡过程中，前挡位换挡装置未脱离工作位置时，后挡位换挡装置也进入工作位置，因高低挡位传动齿轮转速不同，其中高挡位可控超越离合器处于结合状态，低挡位超越离合器则处于超越状态；随着前一挡位牙嵌离合器脱开，后一挡位可控超越离合器进入结合状态且锁止，从而实现无动力中断的换挡过程。
本发明的有益之处在于：
本发明的采用可使手动变速器mt在换挡时无需断开主离合器，让操作变得更简单，延长离合器使用寿命，保证动力连续不中断，提高传动效率。
本发明的采用可使机械式自动变速器amt换挡时无需断开主离合器，换挡时就不用控制主离合器，必然降低amt的控制难度。
本发明的采用可使变速器在低速挡时同常用的手动变速器一样具有发动机反拖的效果，避免过度使用刹车，保证行车的安全性；如果取消特定挡位锁止块，则可在该挡位实现驱动、滑行的自动转换，降低能源消耗。
附图说明
图1为采用本技术方案的四挡位变速器示意图
图2为本发明换挡装置示意图
图3位本发明实施例的局部示意图
图4为本发明实施例所示可控超越离合器的结构示意图
图5为本发明实施例所示可控超越离合器剖面示意图
图6为本发明实施例的各挡位换挡装置工作状态示意图
图7为本发明实施例所示换挡控制器锁止结构局部示意图
具体实施方式
图1中，01为主动轴，02为从动轴，z1为一挡从动齿轮，z2为二挡从动齿轮，z3为三挡从动齿轮，z4为四挡从动齿轮，6为第一、第三挡换挡控制器，7为第二、第四挡换挡控制器，8为换挡控制器6的拨叉，9为换挡控制器7的拨叉，换挡控制器6、7分别在拨叉8、9带动下可在轴02上作轴向移动。
图2为图1中所示一挡（齿轮z1）和三挡（齿轮z3）的换挡装置剖面结构示意图，c1为一挡换挡装置的可控单向超越离合器，y1为一挡换挡装置的牙嵌式离合器，换挡控制器6与c1、y1组成一挡的换挡装置。c3为三挡换挡装置的可控单向超越离合器，y3为三挡换挡装置的牙嵌式离合器，换挡控制器6与c3、y3组成三挡的换挡装置。101为c1的外圈，102为楔块103的控制弹簧，103为楔块，104为楔块预紧弹簧，105为c1的内圈，601为锁止块，602为拨叉槽，8为拨叉，603为c1、c3的控制环，604为换挡控制器6在空位的定位钢球，605为花键套，606为换挡控制器在准备位的锁止钢球,609为锁止钢球606的复位弹簧，301为c3的外圈，302为楔块303的控制弹簧，303为楔块，304为楔块预紧弹簧，305为c3的内圈。
花键套605通过花键与轴02联接，控制环603通过键与花键套605联接，在花键套605上可作轴向移动，锁止块601位于控制环603外圆柱面上的轴向凹槽内，拨叉槽602固定在控制环603外圆柱面上。
c1的内圈105与花键套605组成牙嵌离合器y1，c3的内圈305与花键套605组成牙嵌离合器y3。
图3为换挡控制器6中控制环603与花键套605的定位结构示意图，钢球607为控制环603在花键套605上的定位钢球。
图4为本发明所示三挡（齿轮z3）换挡装置的可控超越离合器c3分离状态的结构示意图，受楔块预紧弹簧304作用，楔块303紧贴超越离合器内圈305，可控超越离合器c3呈分离状态；当楔块控制弹簧302受控制环603压迫时，楔块303顺时针转动，与c3外圈301接触，可控超越离合器c3内外圈处于结合或超越状态；在控制环603离开楔块控制弹簧302后，内外圈未楔紧的可控超越离合器c3外圈301与楔块303恢复分离状态。
图5为本发明所示三挡（齿轮z3）换挡装置的可控超越离合器c3分离状态下的剖面示意图。
图6所示为各挡位换挡装置工作位置示意图，每一个挡位换挡装置从空位到换挡完成需要经过四种位置，分别为空位、准备位、工作位、超越锁止位。空位指该挡位换挡装置中的换挡控制器位于两挡位齿轮（如1、3或2、4）中间位置；准备位指该挡位换挡装置处于牙嵌离合器完全结合位置；工作位指该挡位换挡装置中的可控超越离合器处于内外圈已通过楔块接触，能够结合或超越的位置；超越锁止位指该挡位换挡装置的换挡控制器处于锁止块插入齿轮侧面凹槽的位置。每一个挡位换挡装置进挡顺序是由空位→准备位→工作位→超越锁止位，退挡则是逆向进行。换挡时，进位挡与退位挡按顺序进行，前一挡位换挡装置由超越锁止位退到工作位，后一挡位换挡装置由空位进入准备位，再进入工作位；前一挡位换挡装置从工作位退到准备位，再退到空位，后一挡位换挡装置进入超越锁止位，换挡完成。
图7为换挡控制器6的超越锁止结构示意图，当换挡控制装置进入一挡或三挡超越锁止位时，锁止块601插入z1或z3侧面凹槽中，使可控超越离合器c1或可控超越离合器c3不能超越。
本发明将在下面的实施例中作进一步的说明：
实施例1：
这是变速器从空挡进入一挡和一挡退到空挡的情况。
如图2中，一挡(齿轮z1)换挡装置中的换挡控制器6空位定位钢球604位于轴02的定位孔中，此时换挡控制器6位于齿轮z1和齿轮z3的中间位置，即一挡换挡装置和三挡换挡装置的空位，控制环603与花键套605被锁止钢球606锁定不能相对移动，可控超越离合器c1的内圈105、c3的内圈305在各自的外圈与轴02之间自由转动。假设此时要进入一挡，拨叉8带动换挡控制器6向齿轮z1移动，定位钢球604退出轴02的空位定位孔。当牙嵌离合器y1完全结合时，锁止钢球606位置与轴02上的锁止定位孔重合，一挡(齿轮z1)换挡装置进入准备位，此时，c1内圈105与轴02同步转动。当拨叉8带动换挡控制器6继续向齿轮z1移动，花键套605受c1内圈105阻挡停止，控制环603将锁止钢球606压入轴02上的锁止定位孔，控制环603与花键套605的锁定解除，花键套605与轴02被锁定。拨叉8带动控制环603继续前移，压迫楔块控制弹簧102，使楔块103转动，楔块103接触c1外圈101，c1内外圈被楔紧。此时一挡(齿轮z1)换挡装置进入工作位，动力经z1传到轴02输出。拨叉8带动控制环603继续前移，锁止块601插入z1侧面凹槽，使c1锁止而不能超越；此时图3中所示定位钢球607进入花键套606上超越锁止定位孔，控制环603在花键套605上的位置锁定，一挡(齿轮z1)换挡装置进入一挡超越锁止位，变速器进入一挡。
假设现在变速器要从一挡(齿轮z1)退出，拨叉8带动控制环603后移，定位钢球607退出花键套605上定位孔，锁止块601退出齿轮z1侧面凹槽，一挡(齿轮z1)换挡装置退出超越锁止位，到达工作位。拨叉8带动控制环603继续后移，一挡(齿轮z1)换挡装置到达准备位，锁止钢球606退出轴02上的定位孔，花键套605与控制环603被锁定；此时控制环603不再压迫楔块控制弹簧102，但楔块103受楔紧力作用并不能与c1外圈101分离，c1内外圈仍然被楔块楔紧，变速器仍以一挡(齿轮z1)传递动力。拨叉8带动换挡控制器6继续后移，直至牙嵌离合器y1完全脱开，齿轮z1失去传递动力能力，c1内外圈失去楔紧力，楔块103受预紧弹簧104作用复位，定位钢球604进入轴02上的空位定位孔，一挡(齿轮z1)换挡装置到达空位，变速器退出一挡。
实施例2：
这是低挡位进入高挡位和高挡位进入低挡位的情况。
当变速器处于空挡时，各挡位换挡装置都位于空位，此时需要从空挡进入一挡(齿轮z1)。拨叉8带动一挡(齿轮z1)换挡装置进入准备位，然后到工作位，再到超越锁止位，完成空挡到一挡(齿轮z1)的转换。
当需要从一挡(齿轮z1)进入二挡(齿轮z2)时（低速挡进到高速挡），拨叉8带动一挡(齿轮z1)换挡装置从超越锁止位退到工作位。同时，拨叉9带动二挡(齿轮z2)换挡装置从空位进入准备位，拨叉9带动二挡(齿轮z2)换挡装置继续向z2移动，进入工作位。此时一挡(齿轮z1)、二挡(齿轮z2)换挡装置均处于工作位，因齿轮z2转速大于齿轮z1转速，二挡(齿轮z2)换挡装置的可控超越离合器内外圈被楔紧，动力经由齿轮z2传递到轴02输出，一挡(齿轮z1)换挡装置的可控超越离合器处于超越状态。拨叉8带动一挡(齿轮z1)换挡装置从工作位退到准备位，在预紧弹簧104作用下，楔块103脱离c1外圈101复位，c1呈分离状态；拨叉8继续带动一挡(齿轮z1)换挡装置回到空位，退出一挡。同时，拨叉9带动二挡换挡装置再向z2移动，进入二挡超越锁止位，完成一挡到二挡交替。
同理，二挡到三挡，三挡到四挡以此类推。
当变速器需要从二挡(齿轮z2)进入一挡(齿轮z1)时（高速挡进入低速挡），二挡(齿轮z2)换挡装置在拨叉9带动下，从超越锁止位退到工作位。同时，一挡(齿轮z1)换挡装置在拨叉8带动下从空位进入准备位，再进入工作位。此时，一挡(齿轮z1)、二挡(齿轮z2)换挡装置均处于工作位，因z2转速大于z1转速，动力由z2传递。当拨叉9带动二挡(齿轮z2)换挡装置从工作位退到准备位时，二挡(齿轮z2)换挡装置的可控超越离合器楔块受楔紧力作用仍然楔紧超越离合器的内外圈，动力仍由z2传递；当二挡(齿轮z2)换挡装置从准备位退入空位时，二挡(齿轮z2)换挡装置的牙嵌离合器分离，z2失去传递动力能力，动力经由齿轮z1传递到轴02。随后，拨叉8带动一挡(齿轮z1)换挡装置进入超越锁止位，变速器进入一挡。
同理，四挡到三挡，三挡到二挡以此类推。
实施例3：
这是发动机出现反拖时的情况。
当汽车下坡或依靠惯性行驶时，发动机可能会出现反拖的情况，此时变速器所处挡位的从动齿轮（如z1）转速小于从动轴（02）的转速，变速器会出现传递反向动力的情况，反向动力由所处挡位的锁止块传递。
这种情况下，当变速器需要从低档位进入高挡位，如一挡(齿轮z1)进入二挡(齿轮z2)，当二挡(齿轮z2)位换挡装置进入工作位后，在齿轮z2转速大于轴02转速时，变速器转为传递正向动力；在齿轮z2转速仍然小于轴02转速时，变速器处于自由滑行状态，既不传递正向动力，也不传递反向动力；只有在二挡(齿轮z2)换挡装置进入超越锁止位后，才由齿轮z2继续传递反向动力。
当变速器需要从高档位进入低挡位，如二挡(齿轮z2)进入一挡(齿轮z1)时，因齿轮z1转速小于齿轮z2转速，齿轮z1必然小于轴02转速，当二挡(齿轮z2)换挡装置从超越锁止位退到工作位时，齿轮z2无法传递反向动力，变速器处于自由滑行状态。只有在一挡(齿轮z1)换挡装置进入超越锁止位后，才由齿轮z1传递反向动力。
以上举例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。