变速箱的改进

摘要

一种变速箱，包括第一旋转部件和第二旋转部件，第一旋转部件具有远离变速箱延伸的轴部分，第一旋转部件承载一个或更多个凸起，第二旋转部件承载一个或更多个互补的凸起，由第一旋转部件承载的凸起构造成与由第二旋转部件承载的互补的凸起传动地接合，以在第一转矩连接中但不在与第一转矩连接相对的转矩连接中传递转矩，其中变速箱还包括单向离合器，其适于使得第一旋转部件和第二旋转部件可传动地接合来在第二转矩连接中传递转矩，其中第二转矩连接与第一转矩连接相对。

权利要求

1.一种变速箱，包括第一旋转部件和第二旋转部件，所述第一旋转部件具有远离所述变速箱延伸的轴部分，所述第一旋转部件承载一个或更多个凸起，所述第二旋转部件承载一个或更多个互补的凸起，由所述第一旋转部件承载的所述凸起构造成与由所述第二旋转部件承载的所述互补的凸起传动地接合，以在第一转矩连接中但不在与所述第一转矩连接相对的转矩连接中传递转矩，其中所述变速箱还包括单向离合器，其适于使得所述第一旋转部件和所述第二旋转部件能够传动地接合来在第二转矩连接中传递转矩，其中所述第二转矩连接与所述第一转矩连接相对。

2.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，所述第一旋转部件与所述第二旋转部件共轴地延伸。

3.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，所述第一旋转部件包括用于将转矩传递至所述第二旋转部件的输入齿轮，这可在所述第一旋转部件和所述第二旋转部件并未与彼此接触时经由卷绕变换齿轮来完成。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的变速箱，其特征在于，所述凸起和互补的凸起的接合在所述第一转矩连接中能够仅以单旋转旋向转移转矩。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的变速箱，其特征在于，由所述第二旋转部件承载的所述互补的凸起关于由所述第一旋转部件承载的所述凸起是沿轴向可转移的，来与其接合。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的变速箱，其特征在于，所述凸起和互补的凸起具有斜面状形式。

7.根据权利要求1至3中的任一项所述的变速箱，其特征在于，所述单向离合器包括用于在所述第一旋转部件与所述第二旋转部件之间传递转矩的第一抵靠表面。

8.根据权利要求7所述的变速箱，其特征在于，所述第一抵靠表面设在所述第一旋转部件的离合器凹口的内表面上。

9.根据权利要求8所述的变速箱，其特征在于，所述离合器凹口沿轴向延伸。

10.根据权利要求7所述的变速箱，其特征在于，所述单向离合器还包括用于在所述第二旋转部件与所述第一旋转部件之间转移转矩的第二抵靠表面。

11.根据权利要求10所述的变速箱，其特征在于，所述第二抵靠表面能够是在由所述第二旋转部件的旋转生成的离心力的影响下从收起位置可转移至操作位置，所述操作位置位于所述收起位置的径向外侧。

12.根据权利要求1至3中的任一项所述的变速箱，其特征在于，所述第一旋转部件的所述轴部分包括输入轴。

13.根据权利要求12所述的变速箱，其特征在于，所述第二旋转部件包括输出轴。

14.根据权利要求13所述的变速箱，其特征在于，至少一个驱动部件设在所述输出轴上，以及其中两个选择器部件与所述至少一个驱动部件相关联，所述驱动部件包括第一面和第二面，且还包括在各个面上的至少一个凸起，以及所述选择器部件包括在其至少一个面上的至少一个互补的凸起，其布置成与驱动部件的凸起有选择地接合，所述布置使得选择器部件的一个或更多个凸起和驱动部件的所述第一面的一个或更多个凸起可传动地接合，以便以第一旋转旋向转移转矩，以及选择器部件的一个或更多个凸起和驱动部件的所述第二面的一个或更多个凸起可传动地接合，以便以与所述第一旋转旋向相反的第二旋转旋向来转移转矩。

说明书

变速箱的改进

技术领域

[0001] 本发明涉及一种改进的变速箱，且具体涉及快速换挡变速箱(Q-Shift gearbox)的改进版本。

背景技术

[0002] 变速箱的各种构造是已知的，一个实例是"同轴(inline)"构造。在此构造中，功率从输入轴经由沿侧向偏置的卷绕变换齿轮流入共轴输出轴。同轴构造的一些版本设计成使得输入轴可旋转地连接到输出轴上，且如此获得输入轴与输出轴之间的1:1的速度比。避免功率流过卷绕变换齿轮的需要来提供此比具有效率利益。

[0003] WO2014/049317A1公开了一种快速换挡型无离合器变速箱。该文献的内容通过引用并入本文中。对于用于换挡的离合器的需要通过具有特定设计的多个齿轮轮体而在快速换挡型变速箱中消除，其中特定设计的爪毂(dog hub)在各个齿轮轮体的任一侧上。快速换挡型无离合器变速箱大体上不是以同轴构造设计的。期望提供快速换挡型无离合器变速箱的同轴版本，优选具有优于已知版本的改善的效率。

发明内容

[0004] 根据本发明的第一方面，提供了一种变速箱，其包括第一旋转部件和第二旋转部件，第一旋转部件具有远离变速箱延伸的轴部分，第一旋转部件承载一个或更多个凸起，第二旋转部件承载一个或更多个互补的凸起，由第一旋转部件承载的凸起构造成与由第二旋转部件承载的互补的凸起传动地接合，以在第一转矩连接中但不在与第一转矩连接相对的转矩连接中传递转矩，其中变速箱还包括单向离合器，其适于使得第一旋转部件和第二旋转部件可传动地接合来在第二转矩连接中传递转矩，其中第二转矩连接与第一转矩连接相对。

[0005] 这是有益的，因为例如其允许其中输入轴可直接地连接到输出轴上的无离合器变速箱的构造。这在高速挡中给出了1:1的齿轮比，其中功率不会经由齿轮啮合流动，且如此是很有效的。尽管本发明的实施例包括提供第二转矩连接的单向离合器，但单向离合器并不干扰低速挡。这是因为，在接合任何低速挡或倒挡时，可为输出轴的第二旋转部件比可为输入轴的第一旋转部件更慢旋转。因此，单向离合器并未接合。

[0006] 第一旋转部件可安装成用于在变速箱壳壁中的孔口中轴向旋转，例如，在轴承上。第一旋转部件可与第二旋转部件共轴地延伸。第一旋转部件可包括用于将转矩传递至第二旋转部件的输入齿轮，这可在第一旋转部件和第二旋转部件并未与彼此接触时经由卷绕变换齿轮来完成。卷绕变换齿轮可沿侧向偏离第一旋转部件。卷绕变换齿轮可包括不同直径的多个齿轮。卷绕变换齿轮上的多个齿轮中的各个均可与第二旋转部件上的对应齿轮啮合。第一旋转部件的输入齿轮可包括沿周向设置的齿轮齿，其可对于第一旋转部件的轴线倾斜。由第一旋转部件承载的凸起可位于输入齿轮的面上。该面可位于第一旋转部件的轴向平面中。

[0007] 第一旋转部件的轴部分可包括输入轴。第二旋转部件可包括输出轴。输入和/或输出轴可具有用于便于输入/输出轴的抓持的花键或其它特征。在第一转矩连接中，转矩从输入轴传递至输出轴。在第二转矩连接中，转矩从输出轴传递至输入轴。

[0008] 第一转矩连接中的凸起和互补的凸起的接合可以能够仅在单旋转旋向上传递转矩。由第二旋转部件承载的互补的凸起可以是关于由第一旋转部件承载的凸起沿轴向可转移的，来与其接合。由第二旋转部件承载的互补的凸起可设在大体上环形的支承件上。支承件可具有大体上位于第二旋转部件的轴向平面中的支承表面，互补的凸起位于其上。支承件可包括第二旋转部件延伸穿过其间的孔口。在孔口的区域中，支承件和第二旋转部件可包括对应的匹配特征，以允许其间的相对轴向移动，且/或防止其间的相对径向移动。对应的匹配特征可包括沿轴向延伸的花键。在使用中，支承件可沿轴向转移，使得支承件的匹配花键沿第二旋转部件的对应匹配花键滑动，直到互补的凸起位于与由第一旋转部件承载的凸起相同的轴向平面中，且如此接合可发生。

[0009] 第一抵靠表面和第二抵靠表面的角位置，以及凸起和互补的凸起可选择成使得转矩反向时存在很少量的反冲。

[0010] 凸起和互补的凸起可布置成使得在传动地接合时，凸起和互补的凸起强制地接合。此'强制接合(positive engagement)'可包括至少一个凸起或互补的凸起上的'悬置'部分，使得在传动地接合时，凸起和互补的凸起被推到一起。

[0011] 如果第一旋转部件比第二旋转部件更快旋转，则凸起和互补的凸起可被推到一起。这可通过具有斜面状凸起和互补的凸起来达成，它们在传动接合时具有匹配面，但在相反的相对旋转存在时，斜面的斜率允许凸起和互补的凸起以棘轮方式骑在彼此上。

[0012] 凸起和/或互补的凸起可包括斜面形式，其具有与环形本体接触的底座、倾斜表面和匹配表面，且布置成使得凸起上的倾斜表面在与互补的凸起上的倾斜表面相反的方向上倾斜。匹配表面可形成为使得其至少部分地延伸超过底座，以便产生悬置。例如，因此，凸起可具有锯齿或不等边钝角三角形的形式。作为优选，该布置类似于布置成仅在一个旋向上强制接合的棘轮齿。

[0013] 倾斜斜面允许凸起和互补的凸起骑在彼此上，其中存在相对旋转，且在提供的情况下，'悬置'在传动接合期间防止意外分离，且实际上在传动接合期间以类似于棘轮布置的方式促使紧密接合。

[0014] 单向离合器可包括用于将转矩从第一旋转部件传递至第二旋转部件的第一抵靠件。第一抵靠件可具有第一抵靠表面。单向离合器还可包括用于将转矩从第二旋转部件转移至第一旋转部件的第二抵靠件。第二抵靠件可具有第二抵靠表面。转矩可通过第一抵靠表面由第二抵靠表面的抵靠来转移。

[0015] 第一抵靠表面可大体上沿径向向内延伸。第一抵靠表面可与第一旋转部件整体结合。第一抵靠表面可设在第一旋转部件中的离合器凹口的内表面上。离合器凹口可沿轴向延伸。可存在多个第一抵靠表面，例如，可存在三个第一抵靠表面。在存在多个第一抵靠表面的实施例中，第一抵靠表面可围绕凹口的内表面以相等角间距间隔开。

[0016] 第二抵靠表面可大体上沿径向延伸。第二抵靠表面可位于离合器凹口内，且可位于凹口的轴向中点处。第二抵靠表面可为沿径向可转移的。第二抵靠表面可为在由第二旋转部件的旋转生成的离心力的影响下沿径向向外的方向可转移的。作为备选，诸如弹簧的偏压可用于转移第二抵靠表面。第二抵靠表面可由第二抵靠元件承载。第二抵靠元件可以以金属形成，且可具有大体上长方形形状。第二抵靠表面沿其可转移的路径可由第二旋转部件中的开孔部分地限定。开孔可沿径向延伸。开孔可为通孔。开孔可大小确定成允许第二抵靠元件在其内径向转移。第二抵靠元件的对准可由对准器件约束，例如，延伸穿过第二抵靠元件中的长形孔口的销。对准器件适于确保在抵靠期间，第一抵靠表面基本平行于第二抵靠表面。作为备选，对准器件和/或开孔的截面形状可选择成基本防止第二抵靠元件在开孔中的旋转。

[0017] 单向离合器可具有与第一旋转部件成固定关系的第一偏转表面。单向离合器可具有与第二旋转部件成固定关系的第二偏转表面。当第二旋转部件比第一旋转部件更慢旋转时，第二偏转表面可从第一偏转表面偏转，使得没有显著量的转矩从第一偏转表面转移至第二偏转表面。

[0018] 第一偏转表面可为大体上光滑的表面，且可在轴向平面中延伸，且可设在离合器凹口的面向内的表面上。第一偏转表面可具有斜面形式，使得其具有升高端和未升高端，升高端位于离第一旋转部件的主轴线更小的径向距离处。第一抵靠表面可位于第一偏转表面的升高端附近。

[0019] 第二偏转表面可与第二抵靠表面成固定关系。第二偏转表面可在轴向平面中弯曲。当第一旋转部件比第二旋转部件更快旋转时，第二旋转部件可接触第一偏转表面。第一偏转表面的斜面形式可促使第一偏转表面将径向偏转力施加到第二偏转表面上，引起第二抵靠表面偏转离第一抵靠表面。该偏转可促使第一偏转表面沿径向向内行进。第一偏转表面可沿或朝径向开孔行进。第二偏转表面可设在第二抵靠元件上。第二偏转表面可包括第二抵靠表面的倒角转角。

[0020] 第二旋转部件可包括输出轴。至少一个驱动部件设在输出轴上，输出轴与副轴上的对应齿轮啮合。两个选择器部件可与至少一个驱动部件相关联。驱动部件可包括第一面和第二面，且还可包括在各个面上的至少一个凸起，且选择器部件可包括在其至少一个面上的布置成与驱动部件的凸起有选择地接合的至少一个互补的凸起，该布置使得选择器部件的(多个)凸起和驱动部件的第一面的(多个)凸起可传动地接合，以便在第一旋转旋向上转移转矩，且

[0021] 选择器部件的(多个)凸起和驱动部件的第二面的(多个)凸起可传动地接合，以便在与第一旋转旋向相反的第二旋转旋向上转移转矩。

[0022] 如本文所述的选择器部件因此可用作单向传动离合器，其有选择地接合至少一个驱动部件(用语'有选择地'在此上下文中意思是它们也可与驱动部件解除接合)。在优选实施例中，将存在至少两个驱动部件和至少三个选择器部件。在此情况中，使用驱动部件的各侧上的此选择器部件的优点在于构件可比例如爪式离合器和同步啮合布置简单且稳健。如本领域的技术人员将认识到那样，选择器部件可在高速下旋转。因此，它们优选为简单的一件式构件，理想的是没有任何弹簧构件、内部滑动构件等，其由向心加速引起的力影响。它们也可为相对窄的。存在优于简单的爪式离合器(其可为本领域的技术人员熟知的)的优点：两个接合部件(一个用于向前驱动而另一个用于向后驱动)的使用允许了接合时的较大反冲，但完全接合时低反冲，所以提供了更可靠更快的接合，且允许了接合处的更大速度差。

[0023] 此外，通过提供单独的选择器部件，各个选择器部件布置成在相对转矩的一个旋向上与驱动部件传动地接合，仅一个选择器部件在任何给定转矩状态下与驱动部件传动地接合。这允许了另一个有选择地解除接合，这继而又意味着另一个驱动部件可有选择地接合，且可'获得'驱动，而无任何中断转矩传递。

[0024] 驱动部件选择机构可布置成使得在传动地接合时，互补的凸起强制接合。'强制接合'可包括防止解除接合的物理干扰，例如，至少一个凸起上的'悬置'部分，使得在传动接合时，选择器部件可不移离驱动部件。实际上，在优选实施例中，该布置可使得在传动地接合时，互补的凸起成形为以便一起拉动或推动传动地接合的选择器部件和驱动部件。这确保了驱动接合可仅有选择地或故意地中断。

[0025] 在一些实例中，凸起和/或选择机构布置成使得在选择器部件与驱动部件之间的相对旋转沿与传动接合存在的转矩方向的相反方向的情况下，驱动部件和选择器部件被推离。这将防止其预期相反的方向上的'单向驱动离合器'选择器部件的意外接合。这可通过具有斜面状凸起来达成，凸起在处于传动接合时具有匹配面，但在相反相对旋转存在的情况下，斜面的斜率允许驱动部件和选择部件以棘轮方式骑在彼此上。然而，如技术人员将熟悉那样，未必是此情况，例如，选择器部件和驱动部件可使用一些选择机构来物理地移离(尽管这可导致相比于上述'棘轮'布置时提高的复杂性)。如本文使用的用语'匹配'是指布置成接触另一面/构件的任何面或构件，且并不表示任何联锁、成形等。

[0026] 在一些实例中，驱动部件上的凸起布置成在从正转矩状态变成负转矩状态时限制反冲。这可意思是驱动部件的第一侧上的凸起的匹配或驱动面紧密对准或至少在特定公差内对准第二侧上的驱动面。当然，选择器部件也将必须正确地安装来达成此，且确保选择器部件正确安装的一种方式将在于具有安装布置，其中花键从选择器部件且从它们安装于其上的轴省去。驱动部件选择机构可布置成使得在给定转矩状态中未传动地接合的选择器部件可有选择地移离驱动部件。这允许了选择器部件定位成接合不同驱动部件，这在一些实施例中是期望的，且进一步意思是为了从传动接合取消选择驱动部件，将仅必须移动一个选择器部件。

[0027] 在一些实例中，驱动部件和选择器部件布置在共同轴线上，且布置成使得它们的相对轴向位置可变化。(多个)选择器部件可滑动地安装到轴线上。

[0028] 至少一个轴线安装的选择器部件的位置可由至少两个预载弹簧确定。弹簧优选相对于固定止挡件预载，因此提供了选择器的移动的正控制，但机构中的最大力基本限于弹簧上的预载。

[0029] 在一个实施例中，至少一个选择器部件可布置在两个驱动部件之间，且包括其各个面上的至少一个凸起，其中第一面上的(多个)凸起可与一个驱动部件上的(多个)凸起接合，且第二面上的(多个)凸起可与另一个驱动部件上的(多个)凸起接合。提供此'双面'选择器部件简化了多驱动部件实施例中所需的构件。互补的凸起可设在其上的大体上环形的支承件可包括此'双面'选择器部件。互补的凸起可设在选择器部件的一个面上。选择器部件的相对面可设有用于与对应于第二最高齿轮比的驱动部件的凸起接合的凸起。

[0030] 在一些实例中，三个凸起可设在驱动部件和选择器部件的各个面上。尽管可存在任何数目的凸起，从每个面一个到许多，但将认识到的是，一个以上是期望的，以扩展负载，但如果凸起的数目变得太高，则制造变得更复杂，且由于它们将必须更薄且更小，故凸起可能变得更弱。期望的凸起的数目可根据驱动部件选择机构的应用而变化。

[0031] 该机构可包括布置成控制至少一个选择器部件的位置的换挡机构，其包括具有在其中切有周向轨道的旋转筒，其中(多个)选择器部件安装成使得筒部件的旋转确定选择器部件的位置(例如，轴向位置)。

[0032] 驱动部件选择筒可布置成控制至少两个选择器部件的位置，且驱动部件选择机构还可包括布置成在任何给定时间防止选择传动接合的一个以上驱动部件的闸。这防止了齿轮的'碰损'选择。具体而言，在驱动部件提供不同的齿轮比且各个可处于驱动部件作用于驱动相关联的构件的正转矩状态中或相关联的构件驱动该驱动部件的负转矩的状态中的情况下，换挡机构优选布置成防止由一个挡位的负驱动选择器部件和较高挡位的正驱动选择器部件的同时接合，或一个挡位的正驱动选择器部件和较低挡位的负驱动选择器部件的同时选择。

[0033] 选择器部件可安装成与形成在筒中的轨道或切口关联安装。作为优选，轨道具有形成在其中的(多个)弯曲，使得由轨道形成的路径沿轴向变化，且轨道在筒的两侧上'对称'，且换挡机构包括与各个筒相关联的至少两个换挡臂，各个均布置成与筒的一侧相关联，且与形成在其上的轨道接合。这允许了选择器部件略微屈曲，且适应略微失准。'对称'的性质使得轨道中的形式或图案(例如，(多个)弯曲)在围绕筒的180度转移下重复。对称轨道允许换挡机构在选择器部件上基本沿轴向作用(因为两个换挡臂将在轨道的作用下经历相同的轴向转移)。

[0034] 在具有多个筒的实施例中，筒可基本相同，且可在相对旋转转移下安装。使用相同的部分是期望的，因为其降低制造复杂性。

[0035] (多个)筒可安装在换挡轴上，其中各个筒由沿换挡轴的轴线作用的至少两个回弹性部件朝静止位置推动。回弹性部件确保了选择器部件的位置牢固地保持，但允许了高于阈值的力的情况下的移动。在一个实例中，回弹性部件是安装在换挡轴内侧的弹簧，但技术人员将想到其它布置。

[0036] 选择器部件可包括具有第一面和第二面的基本环形本体，其中至少一个凸起布置在各个面上，凸起包括斜面形式，其具有与环形本体接触的底座、倾斜表面和匹配表面，且布置成使得第一面上的倾斜表面在与第二面的倾斜表面相反的方向上倾斜。匹配表面(将回想到用语'匹配'；仅表示面可与另一个面接触)可形成为使得其至少部分地延伸超过底座，以便产生悬置。例如，因此，凸起可具有锯齿或不等边钝角三角形的形式。作为优选，该布置类似于布置成仅在一个旋向上强制接合的棘轮齿。因此，为了以备选方式表达本发明，提供了驱动部件，其包括具有第一面和第二面的基本环形本体，其中至少一个凸起布置在各个面上，凸起包括斜面形式，其具有与环形本体接触的底座、倾斜表面和匹配表面，且布置成使得第一面上的(多个)匹配表面在第一旋转旋向上先于(多个)凸起，且第二面上的(多个)匹配表面在相反的第二旋转旋向上先于凸起。

[0037] 倾斜斜面允许驱动部件和选择器部件骑在彼此上，在该处，存在相对旋转，且在提供的情况下，'悬置'防止了传动接合期间的意外分离，且实际上在传动接合期间促成了以类似于棘轮布置的方式的紧密接合。

[0038] 选择器部件还可包括用于与轴(例如，传动轴)接合的器件。此器件可包括布置成与轴上的互补的齿(或其它接合器件)接合的围绕环带的内环布置的齿。

[0039] 变速箱还可包括使用弹簧加载的选择器筒的简单齿轮选择机构，以及阻止不正确的齿轮选择的简单器件。因此，根据本发明的变速箱的简单性提供了低成本轻重量、高效率、快速换挡变速来用于任何车辆类型中。

[0040] 控制换挡所需的弹簧机构优选预载来给予构件的移动的正控制(避免出于相同目的使用非预载弹簧片的现有技术的系统中看到的较弱控制)。

附图说明

[0041] 现在参照附图仅为了图示来描述本发明的优选实施例，在附图中：

[0042] 图1示出了处于完全解除接合状态的已知快速换挡变速箱的实施例的主要构件的组件；

[0043] 图2为图1的实施例的主要构件的分解视图；

[0044] 图3示出了爪毂3b上的爪特征和图1的齿轮2上的对应爪特征的详图；

[0045] 图4示出了处于半接合状态的图1中的实施例的主要构件的组件；

[0046] 图5示出了处于完全接合状态的图1中的实施例的主要构件的组件；

[0047] 图6为包括换挡机构的已知4速快速换挡变速箱的版本的总体视图；

[0048] 图7示出了图6中的换挡机构的构件，其中一个爪毂为了参考以分解视图示出；

[0049] 图8为穿过换挡轴9的轴线的截面视图，示出了换挡轴与选择器筒之间的弹簧连接；

[0050] 图9为示为具有完全接合的一个传动比的已知4速快速换挡变速箱的实施例的平面视图；

[0051] 图10为示为在从第三速到第四速进行升挡的过程的图9的4速变速箱的平面视图；

[0052] 图11为示为在正驱动转矩存在的同时预选降挡的图9的4速变速箱的平面视图；

[0053] 图12为穿过根据本发明的实施例的变速箱的截面视图；

[0054] 图13为图12中的变速箱的输入轴的透视图；

[0055] 图14为图12中的变速箱的单向离合器的分解视图；

[0056] 图15为图12中的变速箱的输入轴和单向离合器的扩大截面视图。

具体实施方式

[0057] 本发明的实施例关于对已知类型的无离合器变速箱的改进。已知类型将在本文中称为快速换挡变速箱。为了清楚起见，现在将描述快速换挡变速箱的已知版本。然后还将描述按照本发明的实施例的快速换挡变速箱的改进版本。

[0058] 图1示出了处于完全解除接合状态的快速换挡变速箱的主要构件的组件。轴1经过这里称为'爪毂'3a的第一选择器部件、齿轮2形式的驱动部件，以及第二爪毂3b。齿轮2由低摩擦轴承(不可见)安装到轴上，在该实施例中，低摩擦轴承是普通止推垫圈和滚针轴承的组合，使得其沿轴向和沿径向定位在轴1上，但关于轴1自由旋转。

[0059] 在该实施例中，驱动部件是齿轮2，但在其它实施例中，驱动部件可为有选择地旋转接合至轴所需的驱动机构的任何部分，例如，滚子链链轮或带传动滑轮。

[0060] 如可具体参照图1至3所见，爪毂3是基本环形的，具有两个面，以及用于与轴1接合的器件，在该实例中是带齿的内环6a,6b。它们还包括布置在其各个面上的多个(在该实例中3个)凸起或接合'爪'特征7a,7b,7f,7e。齿轮2也是环形的，包括带齿的外表面和两个相对的面。齿轮还包括多个(在该实例中各个面上3个)接合'爪'7c,7d特征。毂3b的爪特征7成形为接合齿轮2的爪特征7，这将在下文中更详细描述。

[0061] 在图1的解除接合状态中，两个爪毂3a和3b沿轴向转移离齿轮2，使得毂上的爪特征7a,7b与齿轮2上的对应爪特征7c,7d解除接合。将注意的是，如图1-5中所示，两个爪毂3a,3b的第二面(如图所示，外面)上的爪特征7e和7f并未与齿轮2接合，而是提供成允许与可安装在主轴(见图6，向前)上的其它齿轮接合。

[0062] 图2为图1的主要构件的"分解视图"，其中图2的下半部分示出了与图2的上半部分相同的构件，但以不同视角，以显现齿轮2的第二侧上的爪特征7。在图2的上半部分中，爪毂3a上的爪特征7a和齿轮2的一侧上的对应爪特征7d是可见的。在图2的下半部分中，爪毂3b上的爪特征7b和齿轮2的另一侧上的对应爪特征7c是可见的。

[0063] 在如附图中所示的该实施例中，各个爪毂3的各个面和各个齿轮2的各个面均具有围绕轴的轴线基本均匀分布的由爪特征7提供的三个这样的凸起。然而，每个面上的任何数目的相似爪特征7的使用都是可能的。例如，如果需要较高的负载能力，则可使用更多爪特征7，或为了简单起见或为了实现以较高速度差的接合，可使用较少爪特征7。然而，每个面提供三个爪特征7提供了爪特征7之间的基本均匀的负载分担，且在爪特征7传递转矩时给予了自定心作用。如果使用三个以上的爪特征7，则需要高制造准确性来确保爪特征位置中的任何误差小于爪特征7在负载下的偏转(如果将达成三个以上的爪特征7上的负载分担)。每个面使用三个爪特征7还提供了特征之间的大角形间隙，以允许在爪毂3与齿轮2之间以高相对速度的接合。

[0064] 轴1包括多个公花键齿部分6c,6d(其数目对应于组件中的爪毂3的数目)，且爪毂3的内环承载对应的母花键齿6a,6b。容许了这些匹配的花键6c,6d和6a,6b以空隙配合来接合。公花键齿比母花键齿更宽(即，沿轴1轴向地进一步延伸)，使得一旦布置在轴1上，爪毂3a,3b在与公花键齿6c,6d对准时沿径向且旋转地连接到轴1上，但沿轴向自由移动，同时保持与轴1的此连接。这允许了爪毂3a,3b的爪特征7a,7b移入和移出与齿轮2的爪特征7c,7b的接合，同时仍由轴1驱动。

[0065] 图3示出了爪毂3b上的爪特征7b和齿轮2上的对应爪特征7c的详图。爪特征7a-d中的各个均由齿轮2或爪毂3的侧面上方突出的斜面状块构成。各个爪特征7a-d从在与爪毂3的面的相同平面中的底座4e升高，且包括倾斜表面5b,5c，以及'匹配'或接触表面4c,4b，其成角远离轴1的轴线，以在一个旋转地驱动另一个时提供毂3上的特征与齿轮2上的特征之间的强制接合或物理联锁。

[0066] 此外，以单个毂举例，当爪毂3b由换挡机构(下文所述)的作用朝齿轮2移动时，爪毂3b的爪特征7b的前缘4b将变为与齿轮2的爪特征7c的前缘4c接合，且提供了两个构件之间传递转矩的器件。由转矩传递引起的匹配面4b,4c之间的接触力将趋于(由于面4b,4c的角)朝齿轮2推动爪毂3b，故确保了传递转矩时没有机构失去接合的趋势。

[0067] 爪特征7b,7c的倾斜表面5b,5c提供了后缘，其以相对浅的角倾斜。当爪毂3b与齿轮2之间存在其它旋向上的相对旋转时，浅倾斜表面5b,5c将容易骑到彼此上，故迫使爪毂3b远离齿轮2，且如此使两个构件之间的任何连接解除接合。因此，爪特征7a-f的'斜面'形式提供了在一个相对旋转旋向上强制接合和转矩的传递，且提供了在另一相对旋转旋向上爪特征7a-f的解除接合和没有转矩的传递。

[0068] 应当注意的是，齿轮2的一侧上的爪特征7和爪毂3a上的对应爪特征7(图2的上半部分中可见)适于给予强制接合，以及爪毂3a与齿轮2之间在一个相对旋转旋向上的传动连接，且齿轮2的另一侧上的爪特征7和爪毂3b上的对应爪特征7适于给予强制接合，以及在另一相对旋转旋向上的传动连接。

[0069] 因此，在两个爪毂3由换挡机构(随后描述)的作用朝齿轮2移动时，在齿轮2与爪毂3a,3b之间存在两个相对旋转旋向上的强制传动接合，且此后两个爪毂3a,3b由花键连接到轴上，至轴1。

[0070] 图4示出了处于'半接合'状态中的图1的组件。爪毂3a与齿轮2接触，且爪特征7的匹配表面4a,4b与彼此接触。爪毂3b沿轴向转移离齿轮2，使得爪特征凸起的末梢之间存在空隙。因此，在此状态下，齿轮2旋转地连接到轴1上来用于在一个旋向而不在另一旋向(例如，负转矩/反向驱动)上的相对旋转(例如，正转矩/向前驱动)。

[0071] 图5示出了处于完全接合状态的图1的组件。两个爪毂3a,3b与齿轮2接触。爪毂3上的爪特征7a,7b的前缘与齿轮2上的爪特征7c,7d的对应前缘接合。因此，在此状态下，齿轮2旋转地连接到轴1上来用于在两个旋向上的相对旋转和驱动。应当注意的是，爪毂3a,3b组装到轴1上选择成使得在此完全接合状态中，仅小的切向空隙存在于爪特征7的前缘之间。在该完全接合状态中，该小的切向空隙确保了仅少量反冲存在于齿轮2与轴1之间。对于道路车辆，尤其是乘用车辆，低反冲对于乘客舒适性是期望的，以最小化每次转矩反向发生时传动系中的扭力冲击，例如，在驾驶员松开加速踏板时。最少量的空隙设在爪之间，以允许具有成角的前缘(如该实施例中所示)的爪特征7a-f的接合提供强制接合，且允许了制造公差。

[0072] 图6为4速快速换挡型无离合器变速箱的总体视图。主轴1a承载不同直径的四个齿轮2a,2b,2c,2d，其各自与卷绕变换齿轮8啮合，卷绕变换齿轮8具有沿其长度形成的四个啮合齿轮2。主轴1a是输入，而卷绕变换齿轮8是输出。当选择齿轮2a-d中的一个时，通过使用爪毂3将该齿轮旋转地连接到主轴上，输入轴1a与卷绕变换齿轮8之间存在传动连接，输入轴1a与卷绕变换齿轮8的相对速度为选择的齿轮2和卷绕变换齿轮8上的啮合齿轮上的齿的数目之比。各个齿轮上的直径和齿数选择成实现相邻齿轮对之间的基本相似的比差异，故在进行换挡时提供了输入速度的相似的阶梯变化。

[0073] 换挡机构包括连接到一定数目的换挡机构10上的换挡轴9。在此四速示例性实施例中，存在五个此类换挡机构，各个爪毂3一个。主轴1a上的各个齿轮2之间的爪毂3具有如图1中所示的形成在两侧上的爪特征7，以与任一相邻齿轮2接合。该图示中所示的主轴1a的各端上的爪毂3具有仅一侧上的爪特征7，以与相邻齿轮2接合。然而，为了方便起见，为了最小化给定变速箱中使用的不同构件的数目，且防止不正确的组装，如用于齿轮2之间的相同'双面'爪毂3可用于主轴1a的一端处，其中其外爪特征7是冗余的。

[0074] 主轴1a、卷绕变换齿轮8和换挡轴9在壳中支承在适合的轴承上，各个轴的各端处各有一个轴承。壳和轴承在该图示中未示出，但适合的轴承是本领域的技术人员将会熟知的。

[0075] 图7示出了联接到以分解视图示出的一个爪毂3上的换挡机构的构件。选择器筒11安装在换挡轴9上。提供了换挡臂12a,12b，各个选择器筒11上方和下方各安装有一个，且由枢销13定位在变速箱壳(未示出)中。枢销13位于变速箱壳中的孔中，以便与壳静止。在各个枢转臂12a,12b的一端上存在销15，其与在选择器筒11(对于查阅轨道16，也见图9)的外径中切出的轨道16接合。如或许在图9中所示的组装的换挡机构中更好认识到那样，轨道16的轴向位置围绕筒11的圆周变化。在筒11与换挡轴9旋转时，销15因此沿轴向移动，且换挡臂12a-b围绕枢销13枢转。换挡止推环14安装在换挡臂12a,12b的另一端上。形成在换挡止推环14的外侧上的销17经由换挡臂12a,12b的端部中的孔配合，使得换挡止推环14可在臂
12a,12b的端部上枢转。换挡止推环14形成为具有围绕其内径的凹槽18，其配合在形成于爪毂3的外径上的凸脊19上。当换挡止推环14配合在爪毂3上时，凹槽18的内侧与凸脊19的轮廓之间存在小的轴向空隙，使得爪毂3可在环14内自由旋转，但如果环14沿轴向转移，则爪毂3也沿轴向转移。具体而言，当换挡臂12a,12b由旋转的选择器筒11的动作枢转时，换挡止推环14因此沿轴向转移且爪毂3与其一起转移。

[0076] 变速箱假定为部分地填充用于齿轮和轴承的冷却和润滑的油。因此，此油将提供凹槽18内侧与凸脊19之间的润滑，故形成能够在变速箱在高速下旋转时出于齿轮选择的目的转移爪毂3的止推轴承。如技术人员将熟悉的那样，凹槽18的内侧表面中的一些可切回而留下升高的止推垫，以减小凹槽18与凸脊19之间的接触面积来减小摩擦和协助润滑。

[0077] 换挡止推环14与爪毂3之间的止推轴承可作为备选为止推轴承的任何其它适合的形式，例如，滚针止推轴承、滚珠止推轴承或球面滚子轴承。如技术人员将熟悉那样，任何此类轴承都能够引起爪毂3的轴向转移。

[0078] 图8为穿过换挡轴9的轴线的截面视图，显示了换挡轴9与选择器筒11之间的弹簧连接。换挡轴9包括具有一系列槽口22(也见图9)的管，槽口22切穿管壁。各个选择器筒11的各侧上各有一个的销21经由槽口22配合，且与选择器筒11的各侧上的切出的轨道25接合。弹簧24配合在具有各个弹簧24的各端上的弹簧盖23的各个选择器筒11之间的换挡轴9内侧，弹簧盖23抵靠在销21上。弹簧24选择成比各个弹簧盖23之间的间隙更长，使得它们在组件上部分地压缩，且如此向销21提供了限定的预载。弹簧盖23抵靠在其上的各个销21的中部是较小直径，使得弹簧盖23的各侧存在阶梯来将销21在换挡轴9中固持就位，即使销21由选择器筒11的轴向转移显示出。应当注意的是，换挡轴9中的槽口22的端部之间的间隙与选择器筒11中的切口轨道25之间的材料的轴向厚度基本相同，使得从弹簧24对销21上的预载保持销21与槽口22的端部接触，且选择器筒11沿换挡轴9的轴线确实地定位在销21之间。经过槽口22且进入选择器筒11中的切口25的销21提供了换挡轴9与筒11之间的旋转连接，但允许槽口22的长度内的轴向转移。如果超过弹簧24中的预载的力作用为沿换挡轴9推动选择器筒11，则销21将沿槽口22移动，以进一步压缩弹簧24，允许了选择器筒11在保持旋转连接的同时轴向转移。因此，选择器筒11沿换挡轴9的长度确实地定位，所以可提供对换挡臂和爪毂3沿轴1的移动的制动控制，但如果超过由弹簧24中的预载限定的负载，则选择器筒
11可沿换挡轴9轴向地转移。

[0079] 应当注意的是，在该实例中，各个选择器筒11以空隙配合来配合在换挡轴9上，以允许轴向转移，且此外，选择器筒11的内部开孔28为双圆锥形式，以允许轴9上的筒11的一些失准。因此，应当注意的是，在该示例性实施例中，两个换挡臂12a和12b可独立于彼此枢转。这提供了机构中的一定量的灵活性，以允许制造公差等引起的各个构件的几何形状的变化。然后，允许爪毂3接触齿轮2，而不会由换挡机构过度约束。还可注意到的是，具有接合在其轨道中的两个销15(一个直接地相对于另一个)的选择器筒11的使用确保了来自选择器筒11上的换挡臂12的合力基本作用于弹簧24上的轴9的中心线处。因此，如果换挡轴9由与齿轮2上的爪特征7接合的爪毂3上的爪特征7的动作沿轴向转移，则该构造阻止了毂11结合到换挡轴9上的任何趋势。

[0080] 可注意到的是，在该实例中，为了成本效益合算的制造，通过最小化使用的不同构件的数目和防止不正确的组装，配合到换挡轴9上的各个选择器筒11是相同的构件，且它们的角和轴向位置由切穿换挡轴9的各种槽口22的位置确定。另外，选择器筒11设计成对称的，使得它们不必以任何特定定向安装来正确起作用。然而，在所有实例中，未必是此情况。

[0081] 图7示出了配合到换挡轴9上的选择器筒11。闸26在筒11附近。闸26固定到变速箱(未示出)的壳上，且具有各个选择器筒11的边缘经过其间的一系列槽口。筒11与闸26中的槽口之间存在空隙，使得在正常操作中，筒11自由地旋转，而不接触闸26。在各个筒11的端面中，存在闸26的槽口附近的切口27。在某些角位置处，筒11的切口27与闸26对准，使得如果选择器筒11沿换挡轴9轴向地转移，则切口27与闸26接合，且毂和整个换挡轴9的旋转限于切口的角范围。这提供了如现在所述的阻挡可另外破坏变速箱的爪毂3移动的一定组合的机构。在其它角位置，切口27并未与闸26对准，且如此筒11的轴向移动由闸26限制。

[0082] 应当注意的是，选择器筒11中的切口27在换挡臂12上的销15在轨道16的一部分中时与闸26对准，这引起销的轴向转移，且如此移动换挡臂12，且使爪毂3移动来与齿轮2接合。选择器筒11的轨道16中的其余部分未提供轴向转移，因此在销15在轨道的该部分中时，爪毂3基本保持在齿轮2之间的中间位置处，且所以并未与齿轮2接合，且切口27并未与闸26对准，所以筒11的轴向转移限于筒边缘与闸26之间的空隙。

[0083] 该换挡机构还可用于其它驱动部件选择组件中。

[0084] 图9为具有四个齿轮比的快速换挡型变速箱的平面视图，其中一个完全接合。具体而言，爪毂3a和3b与齿轮2a接合。换挡轴9在角位置，其中选择器筒11a和11b中的轨道16a和16b中的销15a,15b沿轴向转移离齿轮2a，使得换挡臂12a和12c围绕枢销13a,13b枢转，以保持爪毂3与齿轮2a接合。

[0085] 变速箱组装成使得以基本正转矩变速来执行升挡(即，当输入轴处的转矩的旋向与旋转的旋向相同时)，且以基本负转矩来执行降挡(在输入轴处的转矩的旋向与旋转的旋向相反时)。升挡从一个齿轮比过渡至另一个，这在恒定输出轴速度下导致输入轴速度减小，且一般在车辆加速时按顺序执行。降挡从一个齿轮比过渡至另一个，这在恒定输出轴速度下导致输入轴速度增大，且一般在车辆减速时按顺序执行。

[0086] 在图9中，应当注意的是，各个齿轮2的右手面上的爪特征7和爪毂3上的啮合爪特征7提供齿轮2与轴之间的正传动转矩连接，且各个齿轮2的左手侧上的爪特征7提供齿轮2与轴之间的负传动转矩连接。当变速箱传递正转矩时，因此如图9中所示，齿轮2a的右手侧上的爪毂3b将转矩从输入轴传递至齿轮2，然后与卷绕变换齿轮啮合的齿轮2驱动输出。应当注意的是，在传递转矩时，由于爪特征7的成角面和爪毂3与轴1之间的花键连接中的摩擦，故爪毂3不可容易地移离齿轮2来使齿轮2与轴解除接合。换挡轴9上的弹簧24中的预载受限，以确保解除接合仅发生在相对低的转矩水平下。

[0087] 然而，如图中所示，在传递正转矩时，爪毂3a并未加载，且所以从齿轮2a自由移离(如果由换挡机构这样推动)。

[0088] 图10为示为从第三速到第四速进行升挡的过程中的包括换挡机构的图9的变速箱的平面视图。换挡轴9已经完全旋转至第四挡位。爪毂3b从输入轴到齿轮2a传递转矩，且所以保持接合。相关联的选择器筒11b沿换挡轴9转移。另一个爪毂3c由换挡轴9中的弹簧24的作用朝齿轮2b移动。由于第三齿轮2a仍接合，故齿轮2b旋转比轴1a和爪毂3更慢，故爪特征7的斜面骑在彼此上来推动爪毂3远离齿轮2b，而无接合。通过压缩换挡轴9内的弹簧24而允许了爪毂3移离齿轮2b。另一个爪毂3a由换挡轴9内的弹簧24的动作朝第四齿轮2b移动。第四齿轮2b与爪毂3a之间的爪特征7是正传动，且主轴比第四齿轮旋转更快，因此在爪毂3朝齿轮沿轴向移动时，爪特征7的前面接触，且正传动在轴与齿轮2之间实现。当传动由爪毂3a获得时，爪毂3b上的负载松弛，且齿轮2a然后比主轴1更快旋转。爪特征7上的斜面然后将促使爪毂3b被推离齿轮2a，且换挡轴9中的弹簧24也使选择器筒11移回到空挡位置。

[0089] 一旦爪毂3a与齿轮2b接合，则主轴在与齿轮2b相同的速度下旋转，因此爪毂3c能够完全移动到与齿轮2b接合。第四齿轮然后完全接合，且换挡过程结束。

[0090] 应当注意的是，换挡通过中间爪毂3的轴向移动来达成，中间爪毂3在接合或解除接合的两个齿轮2之间。该爪毂3自由移动来开始换挡，因为其对于解除接合的齿轮2是负传动构件，且由于其对于将接合的齿轮2是正传动构件，故其进行接合。一旦接合由中间爪毂3进行，则来自较早选择的齿轮2的正传动爪毂3释放，且实现了同步来允许齿轮2上的负传动爪毂3接合来完全移动到接合。

[0091] 更一般而言，如果正传动选择器部件朝较高齿轮的驱动部件移动，则各个上的凸起的前缘由于不同的齿轮比而朝彼此移动。当前缘接触时，驱动由较高齿轮驱动部件获得，且用于较低齿轮驱动部件的选择器变得解除接合。由于来自较低齿轮的驱动仅在由较高齿轮获得驱动时解除接合，故没有发生转矩变速中的中断，且换挡可为基本立刻的。

[0092] 降挡在负转矩传递时由中间齿轮2的移动的相同机构完成，在常规发动机驱动的车辆的情况中，这将是驾驶员松开加速踏板时。

[0093] 如果在需要正传动转矩时需要降挡，例如，如果车辆爬坡和车辆速度降低，则使用不同的换挡过程。在变速箱传递正转矩的同时，可通过使换挡轴9旋转至下一较低挡位来预先选择单次降挡。中间爪毂3并未自由移动，因为其为齿轮2与输入轴之间的正传动接合。因此，用于中间齿轮2的选择器筒11沿换挡轴9轴向地转移，且换挡轴9内的弹簧24被进一步压缩。用于待接合的低速挡的负传动爪毂3与齿轮2接触，但其比齿轮2旋转更慢，所以其未接合。为了完成换挡，在该实例中，驾驶员暂时减小或反转驱动转矩来释放中间爪毂3。这最容易通过松开油门或作为备选通过踩下离合器踏板(如果提供)来实现。一旦传递穿过中间爪毂3的转矩释放，则换挡轴9中的压缩的弹簧24使爪毂3移动成与低速挡接合，负传动齿接合，齿轮2和轴1同步，且向前的驱动齿落入接合，以完成降挡。

[0094] 如果存在在试图一个以上的降挡时保持爪毂3接合的正驱动转矩，而不允许通过减小转矩来完成降挡，则将存在用于低速挡的负驱动爪毂将接合的同时其它齿轮的正驱动齿仍接合的可能性(如果未采取步骤来防止其)。这将导致可能引起对组件的显著破坏的锁定状态，但可如下文提出那样解决。

[0095] 图11为在正驱动转矩存在时预先选择的降挡的变速箱的平面视图。爪毂3b保持与齿轮2a接合。爪毂3d朝齿轮2c移动，但在齿轮2c由于齿轮2a仍接合而比主轴更快旋转时，反向驱动爪3d并未接合。在此状态中，换挡轴9已经旋转至对应于低速挡完全接合的位置。当爪毂3b保持与齿轮2a接合时，选择器筒11b沿换挡轴9转移，且切口27与闸26接合。换挡轴9因此可不进一步旋转来预先选择第二降挡，且所以防止了锁定状态。类似的切口存在于各个选择器筒11的两侧中，且闸26在各个选择器筒11的各侧附近，因此在传递负转矩的同时类似地防止了一个以上的升挡的预先选择。因此，切口27通过一个齿轮2的负驱动爪毂3和高速挡2的正驱动爪毂3而防止同时接合，且还防止了一个齿轮2的正驱动爪毂3和低速挡2的负驱动爪3的同时选择。

[0096] 换挡轴9在该实例中必须在各次换挡时旋转预定角。对于手动操作，这最容易使用本领域的技术人员熟悉的任何形式的转位机构来实现，例如，用于使摩托车变速箱中的选择器筒转位的棘轮机构。作为备选，可使用任何形式的旋转促动器，例如，电动伺服马达、液压伺服马达或气动伺服马达。

[0097] 提供爪毂3的所需控制来实现适当的齿轮选择的其它换挡机构可由本领域的技术人员设计出，例如，其它机械手动操作的装置、独立促动器(例如机电促动器、液压促动器或气动促动器)用于各个爪毂3。电子或其它形式的控制系统可用于操作齿轮机构。这可简单地采用确定何时进行换挡且所以使用机械换挡机构自动换挡的手段，或可为以所需的顺序控制独立爪毂3的操作的系统。

[0098] 本领域的技术人员将清楚的是，所述的快速换挡变速箱的换挡构件和机构可出于任何目的用于变速箱或变速器的许多不同构造中，例如，使用任何数目的不同可选择的齿轮或其中可选择的齿轮安装在一个以上的轴上。

[0099] 将注意的是，如由当前描述的变速箱执行的换挡导致驱动发动机或其它旋转功率源的速度的基本立即阶梯变化，而不需要使用离合器(因此降低了使用的复杂性)。由于该功率源将具有一些惯性，故将存在给予连接的传动系的转矩脉冲。利用车辆的传动系，存在各种扭转灵活性源，例如，传动轴、离合器板弹簧和轮胎，其将吸收转矩脉冲。在高性能车辆的情况下，例如，运动车或赛车，该转矩脉冲对于驾驶员是可接受的，然而对于需要高水平的精细的车辆，可能期望在传动系中包括另一扭转灵活的构件或转矩限制构件。作为备选，常规离合器可用于在换挡完成时完全或部分地使发动机解除接合。

[0100] 应当注意的是，变速箱或任何构件都可用于需要构件到轴的选择性联接的任何机构中。还应当注意的是，本文所述的变速箱或任何构件都可连同任何旋转功率源和旋转负载使用，例如，在将电动机联接到车辆的轮上的变速器中。可使用的旋转功率源的其它实例包括但不限于液压马达、气动马达、内燃机和燃气涡轮发动机。

[0101] 现在将参照图12-15来描述本发明的实施例。改进的无离合器变速箱100包括输入轴101、主轴102和卷绕变换齿轮103。主轴102和卷绕变换齿轮103平行于彼此延伸。变速箱100提供了六个齿轮比。主轴102上存在五个带齿的齿轮轮体104a-e，其各自与卷绕变换齿轮103上的对应齿轮啮合。通过以类似于上文所述的方式使两个爪毂105a-e沿轴向转移成与相关齿轮轮体104a-e操作接合来选择期望的比。卷绕变换齿轮103、主轴102、齿轮轮体
104a-e和爪毂105a-e具有与上文所述的类似的结构。

[0102] 在前文所述的快速换挡变速箱的一个操作模式中，功率从主轴1a(作用为输入轴)流至快速变换齿轮8(作用为输出轴)，且到轮(见图6)上。然而，相比之下，在变速箱100的一些操作模式中，输入轴101并未直接地连接到输出轴102上，而是改为经由卷绕变换齿轮103连接到其上。具体而言，输入轴101经由齿轮啮合来连接到卷绕变换齿轮103上，且输出轴102(下文称为"主轴"102)与卷绕变换齿轮103啮合。

[0103] 输入轴101从卷绕变换齿轮103沿侧向偏移。输入轴101与主轴102共轴地延伸。这在图12中最清楚示出。

[0104] 输入轴101包括轴部分106和输入齿轮107。输入齿轮107设在轴部分106的一端处，且与其整体结合。输入轴101延伸穿过变速箱100的壳108中的孔口，使得输入齿轮107位于壳108内(见图12)。输入轴101安装在孔口中的轴承上来用于轴向旋转。轴部分106是长形的。轴部分106的大部分具有大体上恒定半径的圆柱形式。在输入齿轮107的区域中，存在增大半径的轴部分106的区段。该区段由增大半径的区段连接到轴部分106的其余部分上。

[0105] 图13中详细示出了输入齿轮107。输入齿轮107具有周向外表面，其具有螺线齿轮齿109来用于与卷绕变换齿轮103的对应齿轮的齿啮合。输入齿轮107具有略小于主轴102上的最小直径齿轮104e的直径。面对主轴102的输入齿轮107的大体上圆形的面设有离合器凹口111。凹口111是盲孔且大体上沿轴向延伸。凹口111具有第一部分和第二部分，第一部分具有大于第二部分的半径。第一部分在输入齿轮107的圆形面附近。凹口111的第一部分的面向内的壁设有三个离合器齿112。齿112围绕壁以相等的角间隔开。各个离合器齿112均包括在离合器收纳凹口的轴向平面中延伸的斜面凸起。"斜面凸起"意思是各个齿112的一端从凹口111的壁升高，同时齿112的另一端与凹口111的壁齐平。各个齿112均具有上表面113，其与凹口111的壁倾斜，且使齿112的升高端与非升高端连接。齿112的该上表面113是操作表面，且将称为齿的斜面113。在齿112的升高端处，存在大体上矩形的表面114，其大体上位于垂直于凹口的轴向平面的平面中。该大体上矩形的表面114是操作表面，且将称为抵靠表面114。上述特征的操作将随后描述。

[0106] 如图14中可见，爪毂105a设在对应于第五齿轮的主轴102上的齿轮104e与输入齿轮107之间。该爪毂105a设有在两个面上的爪特征(例如，已经至少结合图3描述)。对应的爪特征设在输入齿轮107的前面150上，且在图13中标为117。离合器凹口111存在于输入齿轮107的前面中限定了爪特征117位于其上的环形表面。存在三个此类对应爪特征117，其围绕环形表面等角间隔开，且具有与主轴102的齿轮104a-e上的那些爪特征相同的结构和形式。

[0107] 与主轴102一起旋转的可动指部115(或卡爪)通过与离合器凹口111的内表面上的齿112的相互作用而提供单向离合器动作。指部115安装在主轴102的端部中。端部位于离合器凹口111(见图15)内。端部大体上为圆柱形式，且具有关于主轴102(见图14)的远侧区段116a和近侧区段116b。远侧区段116a具有小于近侧区段116b(见图14)的直径。指部115位于主轴102的端部中的指部固位开孔118内。指部固位开孔118是大体上圆形截面的沿径向延伸的通孔。指部115可在由主轴102的旋转生成的向心加速的影响下沿指部固位开孔118移动。

[0108] 指部115具有大体上矩形板的形式。在指部115的径向外端处，转角的一部分切出来限定抵靠趾115a。径向外端的其它转角在轴向平面中倒角来提供肩部115b。指部115可沿径向向外和向内移动。由旋转(或作为备选，弹簧)引起的向心加速沿径向向外推动指部115。

[0109] 指部固位开孔118中的指部115的旋转由存在的固位销119约束，固位销119经过指部115的下部中的椭圆形孔口。指部固位开孔118内的指部115的径向移动也由销119约束。销119固持在主轴102中的销固位开孔120中。销固位开孔120是圆形截面的盲孔，其从主轴
102的自由端沿轴向延伸，且与指部固位开孔118交叉。

[0110] 在备选实施例中，指部固位开孔118是矩形截面的盲孔，且结合矩形截面的指部115使用，使得指部固位开孔118中的指部115的旋转由指部115和指部固位开孔118的协作形状约束。

[0111] 当图12中的变速箱100处于正转矩状态时，转矩可通过主轴102上的选择的齿轮轮体104a-e的爪特征与爪毂105a-e的爪特征的接合来从输入轴101转移至主轴102，直至选择的齿轮轮体104a-e的右侧。转矩可改变方向，使得主轴102将转矩施加到输入轴101上。这将称为负转矩状态，且可在驾驶员释放加速踏板时发生。在此情形中，主轴102(且如此爪毂105a-e)将比选择的齿轮轮体(选择的齿轮轮体是在特定时间旋转地固定到主轴102上的任何一个齿轮轮体104a-e)更快旋转。这引起从图12和15中所示的视角的齿轮轮体104a-e的右面中的爪特征与选择的齿轮轮体104a-e的右侧上的爪毂105a-e上的爪特征分离。此外，选择的齿轮轮体105a-e的左侧上的爪毂105a-e上的爪特征将抓住该齿轮轮体105a-e的左面上的爪特征，且接合它们。其通过该接合，转矩从主轴102转移至卷绕变换齿轮103且然后至输入轴101。

[0112] 现在将描述变速箱100的操作的另一个模式，具体是从第五齿轮变至第六齿轮。如果期望第六齿轮，则齿轮改变机构用于将对应于第五齿轮的齿轮轮体104e的左侧(如图14中所示)上的爪毂105a沿轴向转移成与输入齿轮107接合。依靠其较小的直径，输入齿轮107比第五齿轮轮体104e旋转更快。因此，输入齿轮107的环形面150上的爪特征117抓住，且接合爪毂105a的左手侧上的爪特征。输入齿轮107推动爪毂105更快旋转，即，存在正转矩状态，使得输入轴101和主轴102的转速之间的比变为1:1。

[0113] 负转矩(即，在处于第六齿轮中时从主轴102施加到输入齿轮107上的转矩)经由单向离合器转移。由主轴102的旋转生成的向心加速引起离合器的指部115沿指部固位开孔118沿径向向外行进。尽管存在正转矩状态，故指部115的外端抵靠离合器腔111的内壁。这里，没有转矩从指部115转移至凹口的齿112。当转矩改变方向时，即，在进入负转矩状态时，主轴102(且因此指部115)将比输入轴101更快旋转。这引起(a)输入齿轮107和爪毂105a的接触爪特征分开；以及(b)指部115的趾115a与离合器腔111的内表面上的齿112中的一个的抵靠部分114接触。因此，转矩由指部115施加到齿112中的一个上。以此方式，转矩可沿正方向(即，从输入轴101和主轴102)和负方向(即，从主轴102到输入轴101)在第六齿轮中转移。

[0114] 请注意，在爪毂105a已经与输入齿轮107接合之后，对应于第五齿轮的齿轮轮体104e将比爪毂105b更慢旋转至其接合的右侧。这引起第五齿轮轮体104e和爪毂105b上的相应爪特征的斜面部分骑在彼此上，引起爪毂105b沿轴向转移离第五齿轮轮体104e。

[0115] 当期望从第六齿轮到第五齿轮的降挡时，驾驶员松开加速踏板。这使变速箱100进入负转矩状态，即，转矩从离合器指部115转移至凹口壁111上的齿112中的一个。齿轮换挡机构然后用于使爪毂105a沿轴向转移来与第五齿轮轮体104e接合。当爪毂105a比第五齿轮轮体104e旋转更快时，爪毂105a上的爪特征抓住且与第五齿轮轮体104e上的对应爪特征接合。这促使第五齿轮轮体104e旋转更快，这继而又促使输入齿轮107更快旋转。这促使离合器凹口111的壁上的齿112与离合器指部115分离，使第六齿轮解除接合。换挡机构用于使第五齿轮轮体104e的右手侧上的爪毂105b转移成与第五齿轮轮体104e接合。这提供了第五齿轮轮体104e与主轴102之间的正转矩连接(如果正转矩状态出现)。

[0116] 请注意，在接合第一到第五齿轮比中的任一个时，输入轴101将比主轴102更快旋转。这是因为主轴102上的齿轮轮体104a-e所有都具有大于输入齿轮轮体107的直径。结果，当接合第一到第五齿轮比中的任一个或反向齿轮时，离合器指部115的肩部115b沿离合器腔111的内表面滑动。具体而言，肩部115b将沿内表面上的齿112的斜面113滑动(促使指部115沿径向向内移动)，且如此将转矩转移至凹口111的内表面。因此，当选择一到五的齿轮中的任何或倒挡时，离合器115并未将转矩转移至输入齿轮107。

[0117] 图12中的爪毂105a-f在使用中由前文结合前述快速换挡变速箱描述的类型的换挡机构来沿主轴102移动。

[0118] 最后，参看图6，内燃机或电动机可引起转矩施加到主轴1a上(作用为变速箱输入轴)，其在变速箱在正转矩状态时转移至卷绕变换齿轮8(作用为变速箱输出轴)。然而，这里指出的是，变速箱可按其它方式提供，使得内燃机或电动机引起转矩施加到卷绕变换齿轮8上(在此情况中作用为变速箱输入轴)，其然后在变速箱处于正转矩状态时转移至主轴1a(在此情况中作用为变速箱输出轴)。其也适用于图12中所示的变速箱布置，其中替代引起输入轴101旋转的内燃机或电动机，用于引起主轴102的随后旋转；作为替代，内燃机或电动机可促使主轴102旋转，以用于引起输入轴101的随后旋转。