本发明涉及一种分离式组合变速器，更具体地说，这种分离式组合变速器具有按需要进行连接和脱离的扩大变速范围部件，以增加传动比范围，特别是在低速传动比，和/或允许使用副变速部件中间轴动力输出的场合。 更可取的是，扩大变速范围部件只是在主变速部件处于低传动比时才能连接上，提供一个附加的齿轮减速装置，并且可与同样的，或基本上相同的副变速部件（无扩大范围的）一起使用，作为一个标准的分离式组合变速器。
众所周知，在先前的设计中，组合齿轮变速器由一个多速主变速部件串连一个或多个多速副变速部件而组成。这类变速器通常用于重载汽车，有分离式，或范围变速式，或混合式，可参阅美国专利3，105，395、3，648，546、3，799，002、3，921，469、3，924，484、2，932，988和3，229，551号，这些文献公布的内容，本发明作了综合参考。
本发明特别适用于半锁止型分离式组合齿轮变速器，如欧洲专利0071353号所公布的，本发明综合参考了该文献公布的内容。简言之，这种半锁止型变速器由本发明的受让人，伊顿（Eaton）公司和其英国子公司伊顿有限公司销售，使用的商标是“双分离式”（Twin-Spilitter），这种变速器由一个多速主变速器串连一个锁止型分离式副变速器而组成。
当半锁止型分离式组合齿轮变速器被广泛接受时，对于某些应用场合，需要扩大低速传动比范围，和/或需要允许使用副变速部分的中间轴动力输出装置的结构。
根据本发明，可以通过下述措施将先前设计的缺点克服或减小到最低程度。设计一个扩大变速范围的部件，该部件和另一个基本上标准的半频止型分离式组合变速器一起应用，并为变速器提供扩展的低速传动比范围，和/或允许有选择性地把变速器输出轴和副变速部件中间轴相脱距，因而允许使用副变速部件中间轴所驱动的动力输出装置。
在另一个标准半锁止型分离式组合变速器中，上述工作可以通过将副变速部件输出齿轮固定在一个套轴上一起旋转来实现，这个套轴的旋转独立于变速器主轴和变速器输出轴。一个扩大变速范围部件中间轴齿轮由副变速部件中间轴来驱动而旋转，并且与一个扩大变速范围部件输出轴齿轮常啮合，输出轴齿轮围绕着变速器输出轴，但是其旋转与输出轴相独立。所提供的扩大变速范围部件离合器具有三个可选择的位置。在第一个位置，扩大变速部件离合器把套轴与输出轴连接在一起，以提供标准的分离式副变速器操作。在第二个位置，扩大变速部件离合器允许套轴、输出轴和扩大变速部件输出轴齿轮之间的独立旋转，其中副变速部件中间轴可以被独立驱动，与输出轴无关，以达到副变速部件中间轴动力输出地目的。扩大变速部件离合器的第三个位置，最好只是在主变速部件处于低速齿轮传动比的场合才使用，这时扩大变速部件输出轴齿轮与输出轴相固定而一起旋转，套轴的旋转与输出轴的旋转相互独立，提供了一个多重深度减速范围，减速程度取决于分离式部分哪个主轴齿轮被啮合上。
因此，本发明的目的是提供一个新的经改进的分离式组合变速器，这种变速器具有一个扩大变速范围部件，提供了扩展的传动比范围，和/或允许使用副变速部件中间轴动力输出装置。
通过阅读与所附略图有关的最佳实施例详细说明，上述目的和其它目的，以及本发明的优点将会变得十分明显。
图1是根据本发明的变速器原理图，由一个12速分离式组合变速器构成，带有串联连接的扩大变速范围部件。
图2是图1变速器的剖面图。
图3是图1变速器的变速方式示意图。
图4是图1变速器换档杆球形柄和主控制的顶视图。
图5是图1的变速器的副变速部件和扩大变速范围部件的局部放大剖面图，表示扩大变速部件离合器处于其第一位置时的正常输出动力流程。
图6与图5类似，表示扩大变速范围部件的空档位置，扩大变速部件离合器位于第二位置时，允许使用副变速部件中间轴动力输出。
图7与图5类似，表示扩大变速部件离合器位于第三位置时的低速传动比啮合动力流程。
图8表示图1所示的典型的变速器能够得到的传动比图表。
图9是一张齿轮图表。
现在详细地参阅具体装置，可以了解，锁止件和采用锁止件的锁止型变速器的结构与操作的详细内容，变速器和在前面所提到的专利中已经陈述和申请专利的相同，这些细节可供参考。
在下面的叙述中，仅仅为了参考方便起见，将使用某些术语，而它们的含义将不受限制。“向上”、“向下”、“向右”、“向左”这些词在参考图纸时指示方向。“向前”和“向后”这些词分别表示变速器的前端和后端，与其固定在车辆上的惯用法一样，分别表示图1所示的变速器的左边和右边。“向里”、“向外”分别表示朝向和远离装置和所标零件的几何中心，上述术语包括上面特别提到的这些词，由此派生的词，及类似含意的词。
“组合变速器”一词用来表示一个具有主变速部分和与之相串连的副变速部分的变速器，其中主变速部分所选择的齿轮减速装置可以和副变速部分进一步选择的齿轮减速装置组合在一起。这里使用的“分离式组合变速器”一词表示一种组合变速器，其中副变速器用来提供各种可选择的小档，或者进一步细分主变速器所选择的齿轮传动比。在一个分离式组合变速器中，主变速部件主要提供相当宽的档，由副变速部件对分或细分。这里所用的“向上换档”一词意味着从较低速度齿轮传动比变换到较高速度齿轮传动比。这里所用的“向下换档”意味着从较高速度齿轮传动比变换到较低速度齿轮传动比。这里所用的“低速齿轮”、“低齿轮”、和/或“第一齿轮”等词将全部表示在变速器中用于最低向前速度操作的齿轮传动比，即调整齿轮系使相对于变速器输入轴来讲它具有最高的减速传动比。
“锁止型变速器”一词或“锁止型变速部件”表示一个可变齿轮变速器或变速部件，其中，借助于一个刚性离合器将一个经选择的齿轮不可自由旋转地与轴耦合在一起，而且，在刚性离合器的构件完全同步之前，用一个锁止件来阻止上述连接。这种同步状况可以通过变速器的输入和/或输出轴的手动和/或自动操纵来实现，以得到它们之间的同步状况的跨接（但是，所选离合器的构件的摩擦接触达不到同步状况），这足以使得离合器构件之一，以及与其相联的设备，和其它的离合器构件一起转动。
关于将相对来说不可变形的锁止件集成于本发明的可换档副变速器系统，锁止件位于两个相对地在轴向可滑动的部分或构件之间，构件在至少一个，最好是大多数或者全部副变速部件刚性离合器内，在离合过程中，当离合器构件分别互相接近时，所提供的常用摩擦手段使得锁止件趋向于和上述构件之一一起旋转。这些离合器构件之一通常与主轴齿轮形成整体作为其内部离合器齿。当离合过程发生时，在一个给定速度档的离合器构件之间的实质性同步被检测到之前，锁止件限制这类相对轴向运动。
本发明的锁止件，和指定的可进行离合的成对离合器构件的另一些离合器零件，均备有下列特点，在锁止件齿或构件上形成互补的角向引导空间或斜坡，因而有以下趋向，在弹簧偏压的作用下，在主轴和任一其它主轴齿轮没有连接的情况下，不会产生锁止作用，因此是处于最小惯性状态。然而，在正常换档时，上述锁止件的斜角不足以影响非锁止，因此在正常换档时，不会妨碍所需的锁止功能。已经找到，当与正常的弹簧压力和离合器惯量联用时，互补的斜角约为15°-25°，最好是20°，能够提供满意的操作。在上面所提及的美国专利第3，921，469和3，924，484号中，还提供了一些方法，利用这些方法，在锁止环和待锁止的离合器构件之间不间断地提供一个有效的轴向阻力和最小的转动阻力，这样，上述锁止环将由于上面最后一个提到的离合器构件的轴向运动而被沿轴向推进，和其它离合器构件的驱动锥面相啮合，因而保持在适当的位置，抵消其自身对于有关齿轮的惯性力。在绝大多数运转状态下，这确保了锁止环在与离合器锁止表面接触之前，处于所需位置。
组合变速器，特别是分离式，通常用符号“A×B”表示，其中：
A＝主变速部件可选择的向前速度或功率路径的数目。
B＝副变速部件可选择的速度或功率路径的数目。
A×B＝可得到的向前变换速度的总数。
因此，一个12速分离式组合变速器可能是“6×2”、“4×3”、“3×4”或者“2×6”。
现在，参阅图1和图2。图示的“4×3”12一向前速度半锁止型分离式组合变速器，具有一个与其串联的扩大变速范围部分。
变速器10包括与副变速部件14串接的主变速部件12，副变速部件与扩大变速范围部件15串联，每个部件都有多个可选择的速度或功率路径。主部件、副部件和扩大变速范围部分都适当地封装在惯用的外壳16中。
变速器10包括一个输入轴18，由轴承20支承其毗邻的后端，输入轴上装配有输入齿轮22，用花键使其不能自由旋转地与输入轴相连。输入齿轮22以相同的速度同时驱动多个主变速部件中间轴，在图示的具体例子中，变速器备有两个主部件中间轴24和26，装在主轴28相对的两侧。主轴和输入轴18同轴装配，在主轴前端设有导向部件30，由输入轴18的后端进行支承并在其中旋转。
输入轴18通常由一台原动机沿一个方向转动，原动机如一台节流柴油机E，通过一个选择操作、正常啮合、摩擦控制的离合器C，如在先前的设计中，离合器C可以通过踏板P选择性地脱离。离合器可以备有一个众所周知的与之相连的离合离制动器。
主变速部件中间轴24和26的每一个上都装有一组相同的中间轴齿轮36、38、40、42和44，这些齿轮形成成对的齿轮，例如成对齿轮36，具有相同的大小和齿数，安装在主轴28相对的两侧。如图2所示，中间轴齿轮42和44，由直接成形在主部件中间轴上的渐升线花键固定。
多个主部件主轴驱动齿轮46、48、50和52围绕着主轴28，并且如结构设计中所周知的那样，通过离合器滑动轴环一次一个地、有选择性地与主轴离合。
主部件主轴齿轮46、48和50围绕着主轴28，分别由相对的一对中间轴齿轮38、40和42浮动支承，并与其常啮合，其安装方法和新产生的独特的优点在美国专利3，105，395和3，335，616中作了较为详细的阐述，已经指定给本申请的代理人并在本发明中加以结合参考。主轴齿轮52是倒车齿轮，通过惯用的中间空转齿轮（未显示）与一对中间轴齿轮44常啮合。最前面的中间轴齿轮36与输入齿22相啮合，并由其驱动，使得每当输入轴被旋转驱动时，中间轴24和26就同时产生旋转。
主部件主轴齿轮46、48、50和52和主部件中间轴齿轮36、38、40、42和44，以及空转齿轮，全都处于常啮合状态，并由输入齿轮22驱动，这榜综合起来，构成变速器10的输入齿轮系。
如图中所示，各种支座环54用于主部件主轴齿轮相对于主轴28的轴向固定。
离合器滑动轴环56、58和60用花键槽装配在主轴28上，可以在主轴上作轴向滑动和旋转，如在本设计中所知。
离合器滑动轴环56借助于换档叉62进行轴向滑动把齿轮52和主轴接合起来。离合器滑动轴环58借助于换档叉64进行轴向滑动把齿轮50或者48和主轴接合起来。离合器滑动轴环60借助于换档叉66进行轴向滑动把齿轮46和主轴接合起来，或者把输入齿轮22（因而输入轴18）和主轴接合起来。换档叉62、64和66连接在换档杆轴箱组件70中的换档杆或换档轨上（图中只表示了一个换档杆68）。换档杆由惯用的换档柄或者遥控机构72操纵。本发明也可应用于采用遥控的机械、电力或液压换档机构来代替换档杆轴箱70和换档柄72。
现在来看分离式副变速部件14。主轴28延伸到该部件，与一个输出轴74同轴安装并作为导轴伸入输出轴，输出轴再由合适的轴承支承在外壳16内，这些轴承统统被标为76。上述副变速部件也包括一组副部件中间轴78和80，每个中间轴上都装有一组相同的中间轴齿轮84、86和88。
正如本设计所示，以及上面提到的美国专利3，105，395所图示的，为了使双中间轴型组合变速器的轴向和横向尺寸降到最小，主变速部件的中间轴24和26与副变速部件中间轴约偏离42°。主变速部件中间轴由在外壳16内的轴承90和92支承，而副变速部件中间轴78和80，由在外壳16中的轴承94和96支承。导向构件98，容纳在空腔100中，并支承主轴28的后端。
副变速部件两个主轴齿轮108和110围绕着主轴28，并且分别与副变速部件中间轴齿轮对84和86常啮合，并由其浮动支承。输出齿轮112用花键槽装配到套轴200上，可以作相对滑动和一起转动。输出齿轮112与副变速部件中间轴齿轮对88常啮合。
弹性偏压离合器构件116、118和120用花键槽装配到主轴28上，分别和锁止件（见图2）124、126、128组合在一起，构成了美国专利3，799，002，3，921，469和3，924，484号所描述的弹性锁止型离合装置，一次可以分别有选择地把齿轮108、110和112中的一个与主轴28相连。离合器构件116由弹簧130使其产生轴向偏压，由前档块134限制其轴向运动。离合器构件118和120由围绕主轴的弹簧136使其向两侧产生轴向偏压，由档块138和140限制其轴向运动。
输出齿轮112的轴向运动由换档叉142控制，换档叉的动作由换档油缸组件144控制。主轴齿轮108和110可以通过环146连接起来产生联合轴向运动和独立的旋转，其轴向运动由换档叉148控制，换档叉的动作由换档油缸组件控制。换档油缸组件144表示一个遥控伺服机构，通过这一机构，齿轮108、110和112可以一次一个有选择性地与主轴啮合。当然，主轴28与齿轮112的啮合可以有效地使主轴28与套轴200直接耦合在一起。
变速器10的扩大变速范围部件15包括扩大变速范围输出轴齿轮202，该齿轮围绕着输出轴74，并可绕其转动。扩大变速范围输出轴齿轮202与扩大变速范围中间轴齿轮204常啮合，并由其支承，中间轴齿轮204由副变速部件中间轴组件78和80支承，并与其固定以便转动。扩大变速范围部件离合器206用花键与输出轴74装合，以便绕其转动并在其上滑动。扩大变速范围部件离合器206借助于换档叉208轴向定位，换档叉208由一个三位活塞和油缸组件210控制。
简单地说，中心腔210B的增压和组件210的外侧腔210A和210C的排油将导致离合器206位于图5所示的第一位置，即最左边的位置。外侧腔210A和210C的增压和中间腔210B的排油会导致离合器206位于图6所示的第二位置，置中心位置。组件210的左侧腔210A的增压和腔210B和210C的排油会导致离合器206位于图7所示的第三位置，即最右侧的位置。
参照图5，扩大变速离合器206位于第一位置，即最左侧位置，这便导致套轴200与输出轴74旋转在一起，而扩大变速部件输出齿轮202的旋转与输出轴74的旋转互相独立。在这种场合，扩大变速范围部件15提供了在套轴200和变速器输出轴74之间的直接驱动，其动力流程，如实线220所示，实际上是扩大变速范围部件15处于闭锁即旁路状态，变速器的传动比仅仅由部件12和14的传动比决定。在本场合下，变速器10的工作情况实际上与欧洲专利0071353号所图示的变速器一样。
参照图6，扩大变速部件离合器206位于第二位置，即轴上中间位置，其中，套轴200的旋转与输出轴的旋转相互独立，并且扩大变速部件输出齿轮202的旋转与输出轴的旋转也相互独立。在这种场合，假设一个主变速部件齿轮与主轴28啮合，而且副变速部件齿轮108、110或112中的一个也与主轴28啮合，副变速部件中间轴78和80将由输入轴18驱动，而与输出轴74无关。实线222表示动力流程，通过借助于离合器120与主轴28相连的输出齿轮112，到达副变速部件中间轴80。当然，这种情况通常是当车辆处于停止状态时驱动动力输出装置。虚线224和226表示，其它的齿轮传动比动力路径也可以被选择来作为副变速部件中间轴动力输出。
参照图7，扩大变速部件离合器206处于第三位置，即最右边的位置。在这一位置，套轴200的旋转与输出轴的旋转互相独立，扩大变速部件输出齿轮202与输出轴74旋转在一起。在这种场合，如实线230和虚线232和234所示，通过变速器的动力流程经过主轴28，到啮合在主轴上的副变速部件主轴齿轮108、110或112中的任何一个，到副变速部件中间轴78和80，再通过扩大变速部件中间轴齿轮204和扩大变速部件输出轴齿轮202，到输出轴74。最好是，仅当主变速部件处于其最低齿轮传动比的场合，即当借助于离合器构件58将主变速部件主轴齿轮50（或倒车齿轮52）与主轴相连时，选择扩大变速部件离合器206的第三位置。选择扩大变速部件齿轮202和204，使得齿轮202的齿数与齿轮204的齿数之比大于齿轮110的齿数与齿轮86的齿数之比，这样，第三位置提供的传动比大于第一位置。
参照图8，图上标明了图1和图2所示的典型变速器所能得到的传动比。简单地说，传动比1、2、3是图7所示的接上扩大变速范围所得到的传动比，而传动比4至15是图5所示的扩大变速部件闭锁时所能得到的传动比。可能的传动比既表示标准型，也表示超速型变速器。如图3和图8所示，变速器10也可看成是一个“4×3+3”15向前速度变速器。
变速器的换档方式如图3所示。注意，仅在主变速部件低速齿轮位置，才有可能由扩大变速部件提供所示传动比。如图8所示，倒车时，扩大低速档也可能得到。
伺服机构144和210的控制是通过一个控制装置来实现的，例如图4所示的选择球形柄250。主控制选择球形柄250将连接到齿轮换档杆上。一般来说，主控制选择球形柄250将包括第一可动部分，例如按钮252，或者其它曲柄杠杆机构，具有三个特有的位置（“低”、“中”、“高”），通过这些位置，可以选择任一副变速部件动力路径或速度。主控制选择球形柄将包括第二可动部分，例如按钮254，也具有三个特有的位置（“正常驱动”、“动力输出”、“减速”），通过这些位置，可以选择正常驱动状况、副变速部件中间轴动力输出位置或扩大变速部件15的深度减速状况。最好，通过机械和/或电子装置，提供一个联锁设施，除了主变速部件处于低速（和/或倒车）状态时，避免选择深度减速位置。
一般来说，主控制选择球形柄250、伺服机构144和210，是液压和/或电操纵的，配备适当的主/从自控换向阀和/或电路。
这种控制在先前的设计中已众所周知，通过参考美国专利4，555，959可看到，其公布的内容这里也作了参考。
根据上述描述，可以看到，通过在标准分离式组合变速器的标准部件上加上一个相当简单的扩大变速范围部件，提供了一种分离式组合变速器，它具有向前或向反方向的扩展的传动比范围或低速运转，和/或允许使用副变速部件中间轴驱动的动力输出装置，后者适用于车辆处于静止状态。
作为另一种方案，可采用顶端（高速）扩大变速范围部件来提供超速传动比所需的扩展传动比范围。
虽然本发明已经根据认定的最佳实施例作了描述，但很明显，那些本领域的技术人员知道在不离开后面所附权利要求的本发明的原理和领域的情况下，在设计上可以有所变化。因此，权利要求书将包括所有这些变化。