CN118912168B - 紧凑型双作用力前置人控倒车锥度离合自适应变速总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧凑型双作用力前置人控倒车锥度离合自适应变速总成，包括主轴、自适应凸轮离合机构、前置人控倒车机构和减速机构。不仅实现倒挡功能，并且结构极为精简，集成度高，密封性好，实现了前置惯性倒车机构和自适应凸轮离合机构的全密封。具有自适应机械变速的优点，采用牵引力以及行驶阻力共同作用实现低速和高速挡的切换以及维持，能在恒转矩区提供较高的驱动转矩，又能在恒功率区提供较高的转速，还能实现低速大扭矩、高效率满足车辆加速、爬坡与高速行驶的多种复杂工况的要求。更优的是可选择优化电动机动力最佳工作时机，提升驱动电机的动力输出效率，大幅提升经济性，增强持续加速性能。

Description

紧凑型双作用力前置人控倒车锥度离合自适应变速总成

技术领域

本发明涉及变速机构技术领域，具体涉及一种紧凑型双作用力前置人控倒车锥度离合自适应变速总成。

背景技术

电动车辆运转首先取决于电驱动系统，电驱动系统己实现了机械和电驱动功率部件的深度融合，是行驶的核心部件，是给电动车辆提供动力所需要的一切装置。电驱动系统主要由四大部分组成：驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。其性能和效率直接影响电动车辆的动力性、经济性和舒适性。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到电动车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。

电驱动系统仅装减速传动虽然能使电动机产生的扭矩输出直接顺畅，却无法同时兼顾纯电动车辆的动力性和经济性，这是因为行驶过程中驱动电机多数工作情况下无法处于高效率工作点，尤其是在最高或最低车速以及低负荷条件下，由于减速传动比大，速度到达极限之后没有提升空间，造成电动车辆巡航状态也处于较高的转速临界点，速度受到制约，效率一般会降至60-70％以下，功率损耗较大，高速经济性不高，车辆的动力性、经济性与舒适性差，严重浪费了车载电能，而减少续驶里程。另外，仅装减速传动结构电驱动系统也不利于采用高效率、轻量化的驱动电机。

电驱动系统装有变速箱与仅装减速传动箱相比较，装有变速箱对动力输出的损耗更小，既能在恒转矩区提供较高的驱动转矩，又能在恒功率区提供较高的转速，还能在低速重载工况下，实现大扭矩、高效率。更优的是可选择电动机动力爆发的时机，优化提升驱动电机的动力输出效率，增强持续加速性能，具有更加宽广的高效率平台，可以充分满足车辆加速、爬坡与高速行驶的多种复杂工况的要求，大幅提升动力性、经济性与舒适性，有利于降低制造和使用成本，减少电池容量，轻量化以及减小体积，减少整车重量等诸多仅装减速传动箱难以企及的优势。

随着产品向上升级换代，用户对性能、效率和续航里程的追求以及对重量和成本的敏感度降低，匹配可变速的变速器应该是电动摩托车传动系统未来的发展趋势。

从2013-2019年期间具有多个专利文献，比如，公开号为CN105151216A的中国专利，公开了采用智慧平衡自适应自动变速控制系统，简称AAT，AAT变速器的核心工作原理在于：通过外部负载反向驱动端面凸轮副，使负责高速挡的传动部件发生轴向移动，从而达到自适应自动换挡的目的。

又比如中国专利(申请号：CN201310389721，名称：多凸轮自适应多档自动变速器)公开的多种采用锥形摩擦副结合预紧力控制传动的变速系统，该系统借助电机输出动力和行驶阻力属性，通过摩擦传动部件，通过端面凸轮离合机构，通过超越离合器改变传动路线，根据负载自适应选择高速或低速挡，进行档位切换。摩擦传动部件外表面被设计成圆锥形型体，摩擦环内圈被构造成与锥形型面相匹配的锥形孔结构，位于摩擦传动部件右端的弹性元件推动摩擦传动部件进入锥形孔，即可实现动力结合，位于摩擦传动部件左端的端面凸轮受负载推动摩擦传动部件离开锥形孔，即可实现动力分离。在该文献所记载的端面凸轮离合机构中，负责执行分离与结合的部分由摩擦传动部件以及弹性元件构成。

该结构的变速系统突破了传统的电动车传动变速结构，但依然存在较多的技术问题：

1.自适应凸轮离合机构中摩擦副传动设置传递的载荷等于和小于传递扭矩时，摩擦副传动机构部件分离后，牵引力和行驶阻力由相对、相互作用，经传动机构转为同方向轴向合成压力，压向弹性元件碟簧，弹性元件碟簧被轴向被压缩后，弹性元件特性会反向弹性弹力增加的同时顶回摩擦副传动机构中移动构件，摩擦副会出现短时间粘连，使摩擦副传动机构难以实现快速分离和结合，会加快摩擦副磨损，导致换挡不平顺，影响摩擦副传动机构使用寿命，尤其在摩擦传动部件在牵引力和行驶阻力相对作用递增到等于和大于传递扭矩限值时，反向弹性顶回更为突出。存在着如何减少弹性元件被压缩后弹力增加带来的反向弹回的工程原理和结构问题；

2.摩擦副传动机构与弹性元件分布顺序布局，存在着占据空间位置大，传递动力小，以及效率不高的结构问题；

3.机构由于没有设置分动机构，结构复杂，存在着不利于轻量化和集成化的问题；

4.标定摩擦副传动机构离合传递扭矩和转速和电机高效功率目标的撒卸过程复杂和时间过长；

5.摩擦传动部件没有适应颠颇、搓衣板路的瞬间反复锁定机构；

6.机构存在着控制器适时同步控制等等工程问题；

7.自适应凸轮离合机构与倒车控制机构集成度不高、密封性不佳的问题。

发明内容

为解决以上的技术问题，本发明提供了一种紧凑型双作用力前置人控倒车锥度离合自适应变速总成。

其技术方案如下：

本申请的第一方面涉及一种紧凑型双作用力前置人控倒车锥度离合自适应变速总成，包括主轴、自适应凸轮离合机构、前置人控倒车机构和减速机构，所述自适应凸轮离合机构包括均能够相对转动地沿轴向依次套装在主轴上的双端面凸轮套、内锥套小托环和内锥套大托环、能够相对转动地套装在双端面凸轮套上的内锥套以及摩擦配合地套装在内锥套外的外锥套，所述主轴上延径向凸出形成有一圈位于双端面凸轮套远离内锥套小托环一端的端面凸轮凸台，所述端面凸轮凸台、双端面凸轮套、内锥套小托环和内锥套大托环的相邻端面之间以及均构成第一端面凸轮副，所述端面凸轮凸台上套装有与其同步转动的二级从动齿轮以及能够相对其转动的中间传动套，所述中间传动套的两端端面分别与二级从动齿轮和内锥套的相邻端面之间均构成第二端面凸轮副，所述中间传动套、内锥套、双端面凸轮套和内锥套小托环均能够沿主轴轴向移动，所述内锥套小托环具有径向延伸的第一支撑盘，所述内锥套大托环具有径向延伸的第二支撑盘，所述内锥套环绕在第一支撑盘和第二支撑盘外，所述第一支撑盘的外周面与内锥套的内周面花键配合，所述内锥套和第一支撑盘之间弹性地支承有第一弹性元件组，所述第一支撑盘和第二支撑盘之间弹性地支承有第二弹性元件组，所述中间传动套上能够相对转动地套装有与外锥套同步转动的动力输入套，该动力输入套上具有一级主动齿，所述主轴上同步转动地套装有动力输出齿轮；

所述减速机构包括与主轴平行的副轴、成型在副轴上的二级主动齿以及套装在副轴上的快慢挡超越离合器，所述二级主动齿与二级从动齿轮啮合，所述快慢挡超越离合器的外圈具有与一级主动齿啮合的一级从动齿；

所述前置人控倒车机构包括同轴固连地安装在外锥套远离中间传动套一端的前进挡结合套以及同步转动地套装在内锥套大托环上的倒挡结合套，所述前进挡结合套同轴地设置在倒挡结合套的外侧，所述倒挡结合套上套装有能够在倒挡结合套和前进挡结合套之间轴向滑动的换挡拨叉套，该换挡拨叉套能够通过轴向滑动而与前进挡结合套和倒挡结合套的其中之一结合，当换挡拨叉套与前进挡结合套结合时，换挡拨叉套与倒挡结合套分离，当换挡拨叉套与倒挡结合套结合时，换挡拨叉套与前进挡结合套分离。

采用以上紧凑型双作用力前置人控倒车锥度离合自适应变速总成，具有以下有益效果：

1、能够在信息不充分/无信息的情况下，无需人的干预，无需另外机构，不依赖任何外部控制，系统全自主在输出动力过程中，随负荷/阻力变化，适时同步自适应不终断动力地输出合理的扭矩和转速，系统完成动力给出、传递、分配和输出的任务，达到全过程高效节能的使用要求，具有自适应机械变速的优点。

2、能够在恒转矩区提供较高的驱动转矩，又能在恒功率区提供较高的转速，还能实现低速大扭矩、高效率满足车辆加速、爬坡与高速行驶的多种复杂工况的要求。更优的是，可选择优化电动机动力最佳工作时机，提升驱动电机的动力输出效率，大幅提升经济性，增强持续加速性能，简单的动力传递路线而不需附加其他系统部件有利于轻量化以及减小体积，可以降低制造和使用成本，减少电池容量，从而减少整车重量。

3、实现了机械和电驱动功率部件的深度融合，可以保证行驶过程中驱动电机基本上在高效率范围区工作，功耗小，速度不受到制约，高速经济性高，车辆的经济性与舒适性好，有利于采用高效率、轻量化的驱动电机。

4、弹性元件安装在离合器内部预设的装配空间内，降低了整根输出轴的设计长度，从而优化了电驱总成的结构臃肿度，使得产品结构更加紧凑。

5、采用两组弹性元件，利用行驶阻力作用于端面凸轮副，推动内锥套与第一组弹性元件直接通过内锥套小托环压迫第二弹性元件组，使内锥套与外锥套分离，实现阶梯递进式的弹性预紧力，不仅缓冲了不平路面中行驶阻力不稳定导致的弹性件反复压缩，从而减少离合器反复接合分离的可能性，尤其适用于颠簸路段，不会因行驶阻力短时间地快速变化给频繁换挡，降低了系统因换挡而引起的损耗，大幅提高了系统的使用寿命，而且在真正需要换挡时，能够利用第一弹性元件组对第二弹性元件组预先产生的推力，配合行驶阻力对第二弹性元件组一起进行压缩，使内锥套和外锥套的断开实现“轻轻松开”的效果，大幅减少了换挡冲击，换挡时电机的电流不会出现陡增的情况；因此，充分利用了电机输出牵引力和行驶阻力两属性作用，采用摩擦副传动机构标定调整传递载荷限值方案，在抛弃了绪多耗能机构、执行机构、传感器和复杂算法下，实现了传动机构平顺柔和分离和结合，传递两种不同动力输出，满足车辆加速、爬坡与高速行驶的多种复杂工况的要求。

6、相较于申请号为CN202410653953.1的中国发明专利申请，本发明由于第一支撑盘的外周面与内锥套的内周面花键配合，不仅使阻力矩的传递更为简洁，由主轴通过双端面凸轮套直接传递给内锥套小托环，提高了换挡的响应速度，使动力匹配更合理，提高了驾乘感受，而且使动力的传递也更为简洁，由内锥套直接传递给内锥套小托环，再由内锥套小托环通过双端面凸轮套传递给主轴，提高了动力的响应速度，减少了动力传递的损伤。

7、相较于申请号为CN202410653953.1的中国发明专利申请，端面凸轮凸台(相当于申请号为CN202410653953.1中的端面凸轮套)一体成型在主轴上，不仅结构强度高，可靠性好，而且提高了装配的便利性。

8、前置人控倒车机构集成在自适应凸轮离合机构的前端，不仅集成度高，而且密封性好，实现了前置人控倒车机构和自适应凸轮离合机构的全密封，提高了运行的稳定性和可靠性以及使用寿命。

9、不仅能够实现倒挡功能，并且结构极为精简，几乎不影响整个电驱动系统的体积，而且通过电机轴的正反转控制以及单拨叉控制配合实现，结构简单可靠，同时倒挡状态下的动力传递路径极为简洁，动力传递损失少，传动效率极高。

附图说明

图1为紧凑型双作用力前置人控倒车锥度离合自适应变速总成处于前进挡时的结构示意图；

图2为紧凑型双作用力前置人控倒车锥度离合自适应变速总成处于倒挡时的结构示意图；

图3为主轴的结构示意图；

图4为内锥套的结构示意图；

图5为外锥套的结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1-图5所示，一种紧凑型双作用力前置人控倒车锥度离合自适应变速总成，其主要包括主轴4、自适应凸轮离合机构5、前置人控倒车机构8和减速机构2。

自适应凸轮离合机构5主要包括双端面凸轮套5f、内锥套小托环5d、内锥套大托环5e、内锥套5b和外锥套5a。其中，双端面凸轮套5f、内锥套小托环5d和内锥套大托环5e均能够相对转动地沿轴向依次套装在主轴4上，即：双端面凸轮套5f、内锥套小托环5d和内锥套大托环5e均能够相对主轴4主轴转动，并沿主轴4的轴向依次设置。内锥套5b能够相对转动地套装在双端面凸轮套5f上，外锥套5a摩擦配合地套装在内锥套5b外。

自适应凸轮离合机构5中，主轴4上延径向凸出形成有一圈位于双端面凸轮套5f远离内锥套小托环5d一端的端面凸轮凸台4a，端面凸轮凸台4a上套装有与其同步转动的二级从动齿轮5i以及能够相对其转动的中间传动套5h，中间传动套5h、内锥套5b、双端面凸轮套5f和内锥套小托环5d均能够沿主轴4轴向移动，需要指出的是，端内锥套大托环5e的位置在调节好后也固定，不仅保证了倒挡时，倒挡结合套8c能够通过内锥套大托环5e将动力传递给内锥套小托环5d，而且能够在前进高速挡和低速挡时，能够使内锥套小托环5d的运动更加稳定可靠。

内锥套小托环5d具有径向延伸的第一支撑盘5d1，内锥套大托环5e具有径向延伸的第二支撑盘5e1，内锥套5b环绕在第一支撑盘5d1和第二支撑盘5e1外，第一支撑盘5d1的外周面与内锥套5b的内周面花键配合，内锥套5b和第一支撑盘5d1之间弹性地支承有第一弹性元件组5c1，第一支撑盘5d1和第二支撑盘5e1之间弹性地支承有第二弹性元件组5c2。需要指出的时，第一弹性元件组5c1和第二弹性元件组5c2均优选采用碟簧组，经久耐用，稳定可靠。

并且，端面凸轮凸台4a、双端面凸轮套5f、内锥套小托环5d和内锥套大托环5e的相邻端面之间以及均构成第一端面凸轮副a，即：双端面凸轮套5f的一端端面与端面凸轮凸台4a的相邻端面之间构成第一端面凸轮副a，双端面凸轮套5f的另一端端面与内锥套小托环5d的相邻端面之间构成第一端面凸轮副a，同时，内锥套小托环5d和内锥套大托环5e的相邻端面之间也构成第一端面凸轮副a。端面凸轮凸台4a、双端面凸轮套5f、内锥套小托环5d与内锥套大托环5e之间传递动力时，第一端面凸轮副a产生轴向和圆周方向两个分力，其中圆周方向分力输出动力，轴向分力与轴向预紧力相反并具有克服所述轴向预紧力的趋势，也就是说，第一端面凸轮副a的旋向与动力输出转动方向有关，本领域技术人员根据上述记载，在得知动力输出方向的前提下，能够得知轴向凸轮副何种旋向能够施加何种方向的轴向分力，在此不再赘述。

中间传动套5h的两端端面分别与二级从动齿轮5i和内锥套5b的相邻端面之间均构成第二端面凸轮副b，与第一端面凸轮副a相同，中间传动套5h与二级从动齿轮5i和内锥套5b之间传递动力时，第二端面凸轮副b产生轴向和圆周方向两个分力，其中圆周方向分力输出动力，轴向分力与轴向预紧力相反并具有克服所述轴向预紧力的趋势，也就是说，第二端面凸轮副b的旋向与动力输出转动方向有关，本领域技术人员根据上述记载，在得知动力输出方向的前提下，能够得知轴向凸轮副何种旋向能够施加何种方向的轴向分力，在此不再赘述。

同时，中间传动套5h上能够相对转动地套装有与外锥套5a同步转动的动力输入套5j，该动力输入套5j上具有一级主动齿5j1，主轴4上同步转动地套装有动力输出齿轮1，外锥套5a用于输入动力。

减速机构2包括与主轴4平行的副轴2a、成型在副轴2a上的二级主动齿2b以及套装在副轴2a上的快慢挡超越离合器2c，二级主动齿2b与二级从动齿轮5i啮合，快慢挡超越离合器2c的外圈具有与一级主动齿5j1啮合的一级从动齿2c1。其中，一级主动齿5j1的直径小于一级从动齿2c1的直径，二级主动齿2b的直径小于二级从动齿轮5i的直径，实现二级减速和增扭。

进一步地，副轴2a靠近快慢挡超越离合器2c的一端形成有与快慢挡超越离合器2c的内圈花键配合的花键段，通过这样的设计，不仅集成度高，而且使副轴2a与快慢挡超越离合器2c的内圈的配合稳定可靠。

本实施中，第二弹性元件组5c2的刚度系数大于或等于第一弹性元件组5c1的刚度系数，从而不仅使内锥套5b在没有受阻力矩影响而发生远离中间传动套5h方向的位移时，具有靠近外锥套5a结合的趋势，使内锥套5b与外锥套5a不易打滑，结合得更好，而且使第一弹性元件组5c1配合第二弹性元件组5c2能够卸载更多的力，不会因行驶阻力短时间地快速变化给频繁换挡，降低了系统因换挡而引起的损耗。

内锥套5b具有沿其中心轴线贯穿的碟簧安装腔51，该碟簧安装腔51靠近中间传动套5h的一端形成有支撑台阶面51c，内锥套大托环5e位于碟簧安装腔51远离中间传动套5h的一端，内锥套小托环5d位于碟簧安装腔51的中部，第一弹性元件组5c1的两端分别弹性地支承在支撑台阶面51c和第一支撑盘5d1上，内锥套5b靠近中间传动套5h的一端一体成型有与中间传动套5h构成第二端面凸轮副b的凸轮套部51d，该凸轮套部51d能够相对转动地套装在双端面凸轮套5f上，并能够沿双端面凸轮套5f轴向滑动，稳定可靠，结构合理，便于装配。

进一步地，碟簧安装腔51的中部具有与第一支撑盘5d1相适配的第一环道51a，该第一环道51a为圆筒形结构，且第一环道51a的周向内壁上具有内花键，第一支撑盘5d1的外缘沿轴向延伸形成有花键环5d2，该花键环5d2的周向外壁上具有与第一环道51a上的内花键形成花键配合的外花键。通过这样的设计，使花键环5d2与第一环道51a的配合长度较长，提升了配合的稳定性和可靠性。

同时，碟簧安装腔51远离中间传动套5h的一端具有呈圆筒形结构的第二环道51b，内锥套大托环5e的外缘与第二环道51b滑动配合，第一环道51a的直径小于第二环道51b的直径。因此，碟簧安装腔51整体上呈半径朝远离中间传动套5h方向逐渐增大的多级环形台阶结构，电驱动总成装配时，将内锥套小托环5d的第一支撑盘5d1卡在第一弹性元件组5c1和第二弹性元件组5c2之间后，再将内锥套小托环5d同第一弹性元件组5c1和第二弹性元件组5c2一起整体装入碟簧安装腔51内，最后从外端敞口处安装内锥套大托环5e即可，不仅提升了安装的便利性，也提升了装配的可靠性。

进一步地，内锥套5b外表面设有外摩擦锥形环面，外锥套5a内部设有与外摩擦锥形环面摩擦配合的内摩擦锥形环面，外摩擦锥形环面上烧结有摩擦材料层，该摩擦材料层上分布有油路，内锥套5b上分布有沿其壁厚方向贯穿的油孔5b1。润滑油能通过油孔5b1从内锥套5b进入外摩擦锥形环面上，然后润滑油沿着油路分布在外摩擦锥形环面上，能够对锥形环面进行冷却、减磨以及清洁，并且能够平衡外锥套5a和内锥套5b的气压。

进一步地，外锥套5a靠近动力输入套5j的一端具有与动力输入套5j相适配的连接套部5a1，该连接套部5a1通过焊接固定地套装在动力输入套5j远离二级从动齿轮5i的一端，简单可靠，易于装配。同时，二级从动齿轮5i与动力输入套5j之间支承有推力球轴承5k，能够消除二级从动齿轮5i与动力输入套5j之间的相互影响，使二者能够自由转动，同时提升了二级从动齿轮5i与动力输入套5j装配的可靠性。

前置人控倒车机构8包括同轴固连地安装在外锥套5a远离中间传动套5h一端的前进挡结合套8b以及同步转动地套装在内锥套大托环5e上的倒挡结合套8c，前进挡结合套8b同轴地设置在倒挡结合套8c的外侧，倒挡结合套8c上套装有能够在倒挡结合套8c和前进挡结合套8b之间轴向滑动的换挡拨叉套8d，该换挡拨叉套8d能够通过轴向滑动而与前进挡结合套8b和倒挡结合套8c的其中之一结合。

当换挡拨叉套8d与前进挡结合套8b结合时，换挡拨叉套8d与倒挡结合套8c分离，此时，换挡拨叉套8d将动力传递给前进挡结合套8b。当换挡拨叉套8d与倒挡结合套8c结合时，换挡拨叉套8d与前进挡结合套8b分离，此时，换挡拨叉套8d将动力传递给倒挡结合套8c。

具体地说，前进挡结合套8b的内周面上具有一圈前进挡被动结合键8b11，倒挡结合套8c的外周面上具有一圈与前进挡被动结合键8b11在轴向上错位设置的倒挡被动结合键8c1，换挡拨叉套8d内端的外周面和内周面上分别设置有与前进挡被动结合键8b11相适配的前进挡主动结合键8d1以及与倒挡被动结合键8c1相适配的倒挡主动结合键8d2；当前进挡被动结合键8b11与前进挡主动结合键8d1结合时，倒挡被动结合键8c1与倒挡主动结合键8d2分离，换挡拨叉套8d能够带动前进挡结合套8b与其同步转动；当倒挡被动结合键8c1与倒挡主动结合键8d2结合时，前进挡被动结合键8b11与前进挡主动结合键8d1分离，换挡拨叉套8d能够带动倒挡结合套8c与其同步转动。上述通过键连接的配合简单可靠，保证了运行的稳定性和可靠性。

外锥套5a与前进挡结合套8b之间设置有中间支撑板8e，该中间支撑板8e的内缘与倒挡结合套8c的外周面之间支承有深沟球轴承8f，外锥套5a远离中间传动套5h的一端开设有多个与主轴4平行的螺纹孔5a2，中间支撑板8e上开设有分别与各螺纹孔5a2一一对应的第一螺栓过孔8e1，前进挡结合套8b的外缘上开设有分别与各第一螺栓过孔8e1一一对应的第二螺栓过孔8b21，各第一螺栓过孔8e1的两端分别与对应的第一螺栓过孔8e1和第二螺栓过孔8b21连通，各锁紧螺栓6依次穿过对应的第二螺栓过孔8b21和第一螺栓过孔8e1后旋紧在螺纹孔5a2中。类似法兰盘式的安装方式，保证了外锥套5a、中间支撑板8e和前进挡结合套8b安装的可靠性和密封性能；同时，深沟球轴承8f保证了倒挡结合套8c的可靠安装。

前进挡结合套8b具有呈筒状结构的结合套主体8b1以及自结合套主体8b1的内端沿径向向外延伸的连接盘部8b2，前进挡被动结合键8b11成型在前进挡结合套8b的内周面上，各第二螺栓过孔8b21开设在连接盘部8b2的外缘上。上述结构设计合理，简单可靠，保证了前进挡结合套8b的结构强度。

换挡拨叉套8d的外端的外周面上设置拨叉连接槽8d3，该换挡拨叉套8d的外端的外周面上设置与倒挡结合套8c相适配的滑动限位凸台8d4，当倒挡被动结合键8c1与倒挡主动结合键8d2结合时，倒挡结合套8c的外端面支承在滑动限位凸台8d4上，从而能够对换挡拨叉套8d的滑动进行可靠的限位。

倒挡结合套8c的内周面上凸出形成有多个结合齿8c2，内锥套大托环5e远离内锥套小托环5d的一端具有轴向延伸的部件安装套，该部件安装套远离内锥套小托环5d的一端具有分别与对应结合齿8c2相适配的结合槽5e2，倒挡结合套8c套装在部件安装套上，且各结合齿8c2分别插入对应的结合槽5e2中。不仅便于倒挡结合套8c的装配，而且保证了倒挡结合套8c与内锥套大托环5e配合的稳定性和可靠性。

主轴4上安装有用于调节第一弹性元件组5c1和第二弹性元件组5c2预紧力的预紧力调节组件7，该预紧力调节组件7包括花键配合地套装在主轴4上的扭矩标定套7a、螺纹配合地套装在主轴4上的扭矩标定螺母7b以及能够拆卸地安装在主轴4上的轴用弹性挡圈7c。

扭矩标定套7a的内端具有分别与各结合槽5e2相适配的插齿7a1，各插齿7a1插入分别对应的结合槽5e2后将结合齿8c2锁定在该结合槽5e2的底部，从而进一步保证了倒挡结合套8c的可靠安装。

同时，扭矩标定套7a和扭矩标定螺母7b之间支承有螺母垫圈7d，扭矩标定套7a能够沿主轴4轴向滑动，轴用弹性挡圈7c与扭矩标定螺母7b远离螺母垫圈7d的一端端面抵接，以锁止扭矩标定螺母7b。

因此，通过转动扭矩标定螺母7b，来控制内锥套大托环5e对第一弹性元件组5c1和第二弹性元件组5c2的压缩程度，进而控制第一弹性元件组5c1和第二弹性元件组5c2对内锥套5b提供的弹力大小，使得第一弹性元件组5c1和第二弹性元件组5c2提供给内锥套5b推力易于调整，提高了设计灵活性和实用性，调整到位后，用轴用弹性挡圈7c卡住扭矩标定螺母7b即可。

本实施中，主轴4的两端分别缩径形成外花键段4b和外螺纹段4c，动力输出齿轮1花键配合地套装在外花键段4b上，扭矩标定螺母7b螺纹配合地套装在外螺纹段4c上，端面凸轮凸台4a与外花键段4b相邻，主轴4设计非常巧妙，集成有多种配合结构，同时易于装配。

本实施例的快挡动力传递路线(换挡拨叉套8d正转)：

换挡拨叉套8d→前进挡结合套8b→中间支撑板8e→外锥套5a→内锥套5b→内锥套小托环5d→双端面凸轮套5f→主轴4→动力输出齿轮1；在本实施例中，动力输出齿轮1将动力输出。

此时快慢挡超越离合器2c的外圈超越内圈，且阻力传递路线：动力输出齿轮1→主轴4→双端面凸轮套5f→内锥套小托环5d→第二弹性元件组5c2；当行驶阻力加大到一定时，阻力导致第一端面凸轮副a的轴向力克服第二弹性元件组5c2，使内锥套小托环5d的第一支撑盘5d1轴向移动压缩第二弹性元件组5c2，从而释放第一弹性元件组5c1，从而使摩擦式离合器能够“非常轻松”地分离，动力通过下述路线传递，即低速挡动力传递路线(换挡拨叉套8d)：

换挡拨叉套8d→前进挡结合套8b→中间支撑板8e→外锥套5a→动力输入套5j→快慢挡超越离合器2c→副轴2a→二级从动齿轮5i→中间传动套5h→内锥套5b→内锥套小托环5d→双端面凸轮套5f→主轴4→动力输出齿轮1；在本实施例中，动力输出齿轮1将动力输出。

低速挡动力传递路线中，第一端面凸轮副a所产生的轴向力继续作用于第二弹性元件组5c2，同时第二端面凸轮副b的轴向力作用于内锥套5b，且作用力的方向与第一弹性元件组5c1的轴向预紧力相反(即向着离合器分离的方向)，即在慢挡动力传递过程中，通过慢挡牵引力和行驶阻力(双作用力)共同作用，防止低速挡传动过程中出现两组碟簧的反复压缩，从而在慢挡传递动力过程中防止离合器反复接合。

有上述传递路线可以看出，本发明在运行时，离合器在第一弹性元件组5c1和第二弹性元件组5c2作用下紧密贴合，形成一个保持一定压力的自动变速机构，达到传动目的，此时快慢挡超越离合器2c处于超越状态。

机动车启动时阻力大于驱动力，阻力迫使第一端面凸轮副a产生轴向位移，通过第一端面凸轮副a压缩第二弹性元件组5c2，释放第一弹性元件组5c1后离合器分离(即：内锥套5b和外锥套5a分离)；自动实现了低速挡起动，缩短了起动时间，减少了起动力。与此同时，第二弹性元件组5c2吸收运动阻力矩能量，为恢复快挡挡位传递动力蓄备势能。

启动成功后，行驶阻力减少，当轴向分力减少到小于第二弹性元件组5c2所产生的压力时，因被运动阻力压缩而产生第二弹性元件组5c2压力释放推动下，第一弹性元件组5c1压缩，推动内锥套5b，使其与外锥套5a结合，完成离合器恢复紧密贴合状态，快慢挡超越离合器2c处于超越状态。

行驶过程中，随着运动阻力的变化自动换挡原理同上，在不需要切断驱动力的情况下实现变挡，使整个机车运行平稳，安全低耗，而且传递路线简单化，提高传动效率。

倒挡动力传递路线(换挡拨叉套8d反转)：

换挡拨叉套8d→倒挡结合套8c→内锥套大托环5e→内锥套小托环5d→双端面凸轮套5f→主轴4→动力输出齿轮1；在本实施例中，动力输出齿轮1将动力输出，倒挡状态下的动力传递路径极为简洁，动力传递损失少，传动效率极高。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种紧凑型前置人控倒车锥度离合自适应变速总成，包括主轴、自适应凸轮离合机构、前置人控倒车机构和减速机构，其特征在于：所述自适应凸轮离合机构包括均能够相对转动地沿轴向依次套装在主轴上的双端面凸轮套、内锥套小托环和内锥套大托环、能够相对转动地套装在双端面凸轮套上的内锥套以及摩擦配合地套装在内锥套外的外锥套，所述主轴上延径向凸出形成有一圈位于双端面凸轮套远离内锥套小托环一端的端面凸轮凸台，所述端面凸轮凸台、双端面凸轮套、内锥套小托环和内锥套大托环的相邻端面之间均构成第一端面凸轮副，所述端面凸轮凸台上套装有与其同步转动的二级从动齿轮以及能够相对其转动的中间传动套，所述中间传动套的两端端面分别与二级从动齿轮和内锥套的相邻端面之间均构成第二端面凸轮副，所述中间传动套、内锥套、双端面凸轮套和内锥套小托环均能够沿主轴轴向移动，所述内锥套小托环具有径向延伸的第一支撑盘，所述内锥套大托环具有径向延伸的第二支撑盘，所述内锥套环绕在第一支撑盘和第二支撑盘外，所述第一支撑盘的外周面与内锥套的内周面花键配合，所述内锥套和第一支撑盘之间弹性地支承有第一弹性元件组，所述第一支撑盘和第二支撑盘之间弹性地支承有第二弹性元件组，所述中间传动套上能够相对转动地套装有与外锥套同步转动的动力输入套，该动力输入套上具有一级主动齿，所述主轴上同步转动地套装有动力输出齿轮；

所述减速机构包括与主轴平行的副轴、成型在副轴上的二级主动齿以及套装在副轴上的快慢挡超越离合器，所述二级主动齿与二级从动齿轮啮合，所述快慢挡超越离合器的外圈具有与一级主动齿啮合的一级从动齿；

所述前置人控倒车机构包括同轴固连地安装在外锥套远离中间传动套一端的前进挡结合套以及同步转动地套装在内锥套大托环上的倒挡结合套，所述前进挡结合套同轴地设置在倒挡结合套的外侧，所述倒挡结合套上套装有能够在倒挡结合套和前进挡结合套之间轴向滑动的换挡拨叉套，该换挡拨叉套能够通过轴向滑动而与前进挡结合套和倒挡结合套的其中之一结合，当换挡拨叉套与前进挡结合套结合时，换挡拨叉套与倒挡结合套分离，当换挡拨叉套与倒挡结合套结合时，换挡拨叉套与前进挡结合套分离。

2.根据权利要求1所述的紧凑型前置人控倒车锥度离合自适应变速总成，其特征在于：所述前进挡结合套的内周面上具有一圈前进挡被动结合键，所述倒挡结合套的外周面上具有一圈与前进挡被动结合键在轴向上错位设置的倒挡被动结合键，所述换挡拨叉套内端的外周面和内周面上分别设置有与前进挡被动结合键相适配的前进挡主动结合键以及与倒挡被动结合键相适配的倒挡主动结合键；当前进挡被动结合键与前进挡主动结合键结合时，倒挡被动结合键与倒挡主动结合键分离，换挡拨叉套能够带动前进挡结合套与其同步转动；当倒挡被动结合键与倒挡主动结合键结合时，前进挡被动结合键与前进挡主动结合键分离，换挡拨叉套能够带动倒挡结合套与其同步转动。

3.根据权利要求2所述的紧凑型前置人控倒车锥度离合自适应变速总成，其特征在于：所述外锥套与前进挡结合套之间设置有中间支撑板，该中间支撑板的内缘与倒挡结合套的外周面之间支承有深沟球轴承，所述外锥套远离中间传动套的一端开设有多个与主轴平行的螺纹孔，所述中间支撑板上开设有分别与各螺纹孔一一对应的第一螺栓过孔，所述前进挡结合套的外缘上开设有分别与各第一螺栓过孔一一对应的第二螺栓过孔，各第一螺栓过孔的两端分别与对应的第一螺栓过孔和第二螺栓过孔连通，各锁紧螺栓依次穿过对应的第二螺栓过孔和第一螺栓过孔后旋紧在螺纹孔中。

4.根据权利要求3所述的紧凑型前置人控倒车锥度离合自适应变速总成，其特征在于：所述前进挡结合套具有呈筒状结构的结合套主体以及自结合套主体的内端沿径向向外延伸的连接盘部，所述前进挡被动结合键成型在前进挡结合套的内周面上，各第二螺栓过孔开设在连接盘部的外缘上。

5.根据权利要求2所述的紧凑型前置人控倒车锥度离合自适应变速总成，其特征在于：所述换挡拨叉套的外端的外周面上设置拨叉连接槽，该换挡拨叉套的外端的外周面上设置与倒挡结合套相适配的滑动限位凸台，当倒挡被动结合键与倒挡主动结合键结合时，倒挡结合套的外端面支承在滑动限位凸台上。

6.根据权利要求1所述的紧凑型前置人控倒车锥度离合自适应变速总成，其特征在于：所述倒挡结合套的内周面上凸出形成有多个结合齿，所述内锥套大托环远离内锥套小托环的一端具有轴向延伸的部件安装套，该部件安装套远离内锥套小托环的一端具有分别与对应结合齿相适配的结合槽，所述倒挡结合套套装在部件安装套上，且各结合齿分别插入对应的结合槽中。

7.根据权利要求6所述的紧凑型前置人控倒车锥度离合自适应变速总成，其特征在于：所述主轴上安装有用于调节第一弹性元件组和第二弹性元件组预紧力的预紧力调节组件，该预紧力调节组件包括花键配合地套装在主轴上的扭矩标定套、螺纹配合地套装在主轴上的扭矩标定螺母以及能够拆卸地安装在主轴上的轴用弹性挡圈，所述扭矩标定套的内端具有分别与各结合槽相适配的插齿，各插齿插入分别对应的结合槽后将结合齿锁定在该结合槽的底部，所述扭矩标定套和扭矩标定螺母之间支承有螺母垫圈，所述扭矩标定套能够沿主轴轴向滑动，所述轴用弹性挡圈与扭矩标定螺母远离螺母垫圈的一端端面抵接，以锁止扭矩标定螺母。

8.根据权利要求1所述的紧凑型前置人控倒车锥度离合自适应变速总成，其特征在于：所述第二弹性元件组的刚度系数大于或等于第一弹性元件组的刚度系数。

9.根据权利要求1所述的紧凑型前置人控倒车锥度离合自适应变速总成，其特征在于：所述内锥套具有沿其中心轴线贯穿的碟簧安装腔，该碟簧安装腔靠近中间传动套的一端形成有支撑台阶面，所述内锥套大托环位于碟簧安装腔远离中间传动套的一端，所述内锥套小托环位于碟簧安装腔的中部，所述第一弹性元件组的两端分别弹性地支承在支撑台阶面和第一支撑盘上，所述内锥套靠近中间传动套的一端一体成型有与中间传动套构成第二端面凸轮副的凸轮套部，该凸轮套部能够相对转动地套装在双端面凸轮套上，并能够沿双端面凸轮套轴向滑动。

10.根据权利要求9所述的紧凑型前置人控倒车锥度离合自适应变速总成，其特征在于：所述碟簧安装腔的中部具有与第一支撑盘相适配的第一环道，该第一环道为圆筒形结构，且第一环道的周向内壁上具有内花键，所述第一支撑盘的外缘沿轴向延伸形成有花键环，该花键环的周向外壁上具有与第一环道上的内花键形成花键配合的外花键。