CN100434757C - 变速器 - Google Patents

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Abstract

介绍一种变速器(1)，特别是一种自动功率分支的多档变速器，带有至少三个功率分支(P1、P2、P3)，它们各自与一个后置的行星齿轮组(5)的轴(2、3、4)连接并各自具有至少一个分变速比(i1、i2、i3)。每个功率分支(P1、P2、P3)带有一个换档部件(S1、S5、S6)，用于将功率分支(P1、P2、P3)以分变速比(i1、i2、i3)接通到变速器(1)的功率通量内。行星齿轮组(5)的至少一个轴(3、4)与另一个换档部件(S2、S4)有效连接，通过它们轴(3、4)可相对于外壳(6)支承。在行星齿轮组(5)的两个轴(3、4)之间设置一个附加的换档部件(S3)，该部件在关闭状态下将行星齿轮组(5)锁住。

Description

变速器
技术领域
本发明涉及一种变速器，特别是一种带有至少三个功率分支的自动功率分支的多档变速器。
背景技术
实践中普遍公知的自动档变速器主要以中间轴结构的传统手排档变速器的原理为基础，其中，换档借助作为同步器构成的换档部件进行，这些部件的特征在于所需的结构空间非常小。与此相反，有中间轴的变速器确定功率的部件由于其较高的使用寿命及其较高的效率大多作为正齿轮对构成，它们需要较大的结构空间，特别是在轿车上的使用常常受到限制。
更紧凑构成的变速器设计是所谓的负载控制自动变速器，带有可附加利用内部功率分支构成的行星齿轮总成。虽然这种变速器由于其紧凑式的结构需要相当小的结构空间，但这种类型变速器上的缺点是，像摩擦连接的离合器和摩擦连接的制动器这些换档部件必须相当大地确定尺寸和液压控制。由此造成相当高的牵引损耗并需要相当大的控制能量，对变速器的效率产生不利影响。
此外，从实践中公知这种类型的变速器，它们试图将有中间轴的变速器在换档部件小方面的优点与带有行星齿轮总成的负载控制自动变速器在紧凑式啮合方面的优点相互结合，方法是在有中间轴的变速器上具有一个后行星齿轮组，其中，然后存在一个采用纯几何形状分级的副变速器。在这种情况下存在的问题是，分级在低档位时非常小，而在高档位时非常大，这对轿车的可行驶性造成困难。
US 5,013,289中介绍的一种变速器将上述类型变速器的特征加以组合，该变速器具有一个有中间轴的变速器区和两个行星齿轮总成。在变速器输入轴和与此不同轴设置的从动轴之间具有三个功率路径，里面可借助于按负载换档改变变速比。通过提供三个可与行星齿轮总成连接的功率路径可以实现具有比较小换档部件的六个前进档。
然而在这种情况下的缺点是，按负载换档需要使用片式离合器，这在结构、液压控制和调节方面需要相当高的开支，而且变速器的结构空间需求在利用变速器可显示的档位方面没有最佳化。
发明内容
本发明的目的因此在于，提供一种变速器，特别是一种自动功率分支的多档变速器，该变速器与所介绍的现有技术相比得到如下改进，即使在大量所要接通的档位情况下，结构上也可以紧凑和尽可能简单地利用较小的结构空间需求构成，以及特征在于良好的可行驶性。
该目的利用以下变速器得以实现，其带有至少三个功率分支，它们各自与后置的行星齿轮组的轴连接并各自具有至少一个分变速比，其中，每个功率分支带有换档部件，用于将功率分支以分变速比接通到功率通量内，而且行星齿轮组的至少一个轴与另一个换档部件有效连接，通过该连接，所述轴可相对于外壳支承，并且在行星齿轮组的两个轴之间设置附加的换档部件，该部件在关闭状态下将行星齿轮组锁住，其中，变速器具有用于换档的八个前进档。
依据本发明的变速器最好以中间轴结构的方式并利用功率分支以及至少三个带有各自至少一个换档部件和各自至少一个分变速比构成的功率分支和行星齿轮组构成，利用该变速器可以很容易和舒适地操控变速器的档位，因为这种变速器利用为此所要求的变速器档位构成。此外，从依据本发明与各自设置在一个功率分支内的分变速比和行星齿轮总成的组合中具有优点地产生这种可能性，即多档变速器以尽可能多的变速器档位，却又以尽可能少的变速器部件构成。
这一点具有优点地造成依据本发明的变速器与传统构成的多档变速器相比具有更小的外部尺寸，而且特征在于更轻的总重量，因此在将该多档变速器用于机动车上时可以具有优点地节省燃料。
此外具有的优点是，在多档变速器内的简单线路中，基本上各自始终仅接通一个断开的换档部件，并将接通的换档部件从依据本发明变速器的功率通量中断开，由此几乎完全避免必须同时操纵一个变速器的多个换档部件这种换档质量危险的成组换档。
依据本发明的变速器与从现有技术中公知的变速器相比此外具有的优点是，利用该变速器可显示至少一个档位或总变速比，其中驱动力矩可以直接通过变速器传导，也就是无变速器啮合损失地传导。
这一点由此实现，即在行星齿轮组的两个轴之间设置一个附加的换档部件，该部件在关闭状态下将行星齿轮组锁住。
此外，利用依据本发明附加换档部件的设置实现与从现有技术中公知的变速器相比可以无附加齿轮级地显示多个变速器档位，从而可以接通的变速器档位与依据本发明的变速器结构空间需求相关最佳化。
依据本发明变速器的其他优点和具有优点的构成参阅说明书、附图和权利要求书。
附图说明
附图中示意示出依据本发明变速器的一个实施例并在下面的说明中予以详细介绍。其中：
图1示出依据本发明变速器的原理图；
图2示出图1中依据原理示出的变速器的齿轮图；
图3示出依据本发明作为8档变速器构成的变速器的档位图和变速顺序；以及
图4示出依据本发明作为9档变速器构成的变速器的档位图和变速顺序。
具体实施方式
图1示出作为自动功率分支多档变速器构成的变速器1的原理图，它具有三个功率分支P1、P2和P3。功率分支P1-P3分别与行星齿轮组5的轴2、3、4连接。此外，每个功率分支P1-P3各自具有分变速比i1、i2和i3以及各自具有换档部件S6、S5和S1。通过第六换档部件S6、第五换档部件S5和第一换档部件S1，功率分支P1-P3可分别接通到变速器1的功率通量内。
此外，行星齿轮组5的两个轴3和4各自通过第四换档部件S4和第二换档部件S2可相对于变速器1的外壳6支承或不可转动固定在变速器1的外壳6内。
此外，在行星齿轮组5的第二轴3和第一轴4之间设置一个第三换档部件S3，它在关闭状态下将行星齿轮组5锁住，从而通过变速器输入轴7等待处理的驱动力矩在关闭换档部件S2和关闭换档部件S3的情况下可直接以总变速比i_ges＝1传导到变速器输出轴8上。
利用三个预先规定的变速比i1、i2和i3和换档部件S1-S6最好如依据图3和图4的档位图24中所示那样可接通前进行驶的八个或者九个变速器档位，它们出于舒适行驶性的原因累进分级。倒车档可以或者通过附加的正齿轮对利用整体倒转实现，或者通过由换档部件S1-S6适当的档位强制倒转在行星齿轮组5上实现。
图2示出变速器1的齿轮图，其中，变速器1包括作为有中间轴的变速器构成的分变速器和作为加法变速器构成且中间轴变速器区域后置的行星齿轮组5。变速器1在其有中间轴变速器的区域内带有主轴9，与该主轴平行设置一个中间轴10，上面设置三个正齿轮11、12、13，它们各自与正齿轮14、15和16啮合。
正齿轮14与变速器输入轴7抗扭连接并在变速器1工作期间持续传动中间轴10。此外，变速器输入轴7在换档部件S1的关闭状态下与变速器1的主轴9连接。
行星齿轮组5主要作为4轴行星齿轮总成构成，它由两个负行星齿轮总成5A和5B组成。第一负行星齿轮总成5A的连接片17与第二负行星齿轮总成5B的内齿轮18连接。第二负行星齿轮总成5B的连接片19与第一负行星齿轮总成5A的内齿轮20和变速器输出轴8连接。
作为对行星齿轮组最后所称实施方式的选择，在依据本发明变速器的另一实施方式中，行星齿轮组也可以由另外两个行星齿轮总成组合而成。在此方面，行星齿轮组例如作为Ravigneaux-行星齿轮总成构成。
与第一负行星齿轮总成5A的连接片17连接的主轴9在换档部件S2的关闭状态下与变速器1的外壳6这样连接，使主轴9并因此还有第一负行星齿轮总成5A的连接片或行星齿轮架17抗扭设置在外壳6内。
在换档部件S3的关闭状态下，主轴9通过空心轴21与第一负行星齿轮总成5A的太阳轮22连接，从而第一负行星齿轮总成5A的太阳轮22和连接片17不可旋转相互连接并将行星齿轮组5锁住和作为固定单元循环。
在换档部件S4的关闭状态下，空心轴21并因此还有第一负行星齿轮总成5A的太阳轮22与外壳6固定连接，其中，在换档部件S5关闭时通过相互啮合的正齿轮12和15构成的变速比接通到变速器1的功率通量内。
通过相互啮合的正齿轮13和16构成的另一正齿轮对通过换档部件S6接通到变速器1的功率通量内。也就是说，在换档部件S6的关闭状态下，通过中间轴10等待处理的驱动力矩继续传递到第二负行星齿轮总成5B的太阳轮23上。
在换档部件S1-S6的相应控制下，变速器输入力矩在功率分支P1、P2或者P3上或者在调整功率分支的情况下通过三个功率分支P1-P3的两个同时传输。每个功率分支P1-P3利用分配给它的换档部件S6、S5或者S1以其分变速比i1、i2或者i3根据需要接通到变速器1的功率通量内或从中断开。
主要各自利用分变速比构成的功率路径P1-P3在本发明的进一步构成中也可以利用各自具有一个以上分变速比的分变速器构成。
利用上述依据本发明变速器1的实施方式在与下面所介绍的换档逻辑线路的组合下，在同时减少变速级数量的情况下可以调整许多变速器档位或总变速比，从而产生一种非常有利的结构空间的变速器设计。
图3和图4示出档位图24，它们分别示出依据图1变速器1的前进行驶“1”-“8”或“1”-“9”各变速器档位和倒车档“R1”之间的关系和换档部件S1-S6的换档状态。
档位图24以表格的方式构成，在其头栏内列出变速器1的各变速器档位“1”-“8”或“1”-“9”和“R1”。在换档图24的头行内列出变速器1的各换档部件S1-S6、总变速比i_ges和变速器各档速比间隔phi，后者各自由两个连续总变速比数值中的商构成。
从依据图3的档位图24中在与图1中所示变速器1的原理图联系下例如可以看出，为调整变速器1的第一变速器档位“1”或总变速比i_ges，换档部件S4和S6关闭或接通。在变速器的这种工作状态下，驱动力矩从变速器输入轴7通过正齿轮14和11传输到中间轴10上并通过正齿轮13和16传输到第二负行星齿轮总成5B的太阳轮23上。随后继续传输到变速器输出轴8上。
在变速器1的这种换档状态下，变速器输入轴7的驱动力矩通过图1中所示的功率分支P1传递到行星齿轮组5上，因为功率分支P1通过关闭的换档部件S6接通到变速器1的功率路径内。同时在图2中第二负行星齿轮总成5B太阳轮23的轴2与外壳6抗扭连接。
功率分支P1的分变速比i1主要通过相互啮合的正齿轮14和11的分变速比ik和正齿轮16和13变速比构成。变速器1的第一变速器档位“1”中所调整的总变速比i_ges根据通过第二负行星齿轮总成5B的关闭换档部件S4抗扭保持的太阳轮23和行星齿轮组5内产生的变速比具有数值6.696。
在从变速器1的第一变速器档位“1”接通第二变速器档位“2”的加档情况下，换档部件S6关闭并接通换档部件S3，其中，同时断开或打开换档部件S4。接通换档部件S3的作用是闭塞或锁住行星齿轮组5，使行星齿轮组的部件不再相对旋转并使行星齿轮组5作为结构单元在外壳6内几乎无损耗地一直循环到轴承磨损。
在换档部件S3的关闭状态下，变速器1的轴3和轴4相互连接，它们在图2中为与第一负行星齿轮总成5A的空心轴21连接的太阳轮22和与第二负行星齿轮总成5B的主轴9连接的行星齿轮架17。变速器输入轴7的驱动力矩在换档部件S1打开的情况下通过正齿轮14和11以变速比ik传输到中间轴10上，并根据换档部件S6的关闭通过正齿轮13和16以及锁住的行星齿轮组5直接传输到变速器输出轴8上。
接通功率分支P1的分变速比i1也由变速比ik和正齿轮13和16之间的变速比构成，其中，根据闭塞的行星齿轮组5产生3.973的总变速比i_ges。因此在变速器1的第一变速器档位“1”和第二变速器档位“2”之间形成1.685的变速器各档速比间隔phi。
为调整倒车档“R1”，如在依据图3和图4的档位图24中所示，分别将换档部件S2和换档部件S5同时关闭，由此一方面驱动力矩通过功率分支P2输送到变速器输出轴8通过变速器1的方向上，另一方面在行星齿轮组5内达到用于显示倒车档“R1”的改变旋转方向。
在从变速器1的第二变速器档位“2”向第三变速器档位“3”加档时，换档部件S6也保持关闭并将换档部件S5接通到变速器1的功率通量内。同时断开换档部件S3。因此变速器输入轴7的驱动力矩通过两个功率分支P1和P2以其分变速比i1和i2功率分支通过变速器1输送，其中，所分配的驱动力矩在行星齿轮组5上相加并随后继续传输到变速器输出轴8上。
在变速器1的这种工作状态下，变速器输入力矩通过正齿轮14和11以变速比ik传输到中间轴上，并从那里通过正齿轮12和15及其变速比传输到第一负行星齿轮总成5A的太阳轮22上。同时一部分驱动力矩从中间轴10通过正齿轮13和16及其变速比传输到第二负行星齿轮总成5B的太阳轮23上。在行星齿轮组5内，两部分驱动力矩相加并转移到变速器输出轴8上。
功率分支P2的分变速比i2因此由变速比ik和从正齿轮12和15的齿数比中产生的变速比组成。功率分支P1的分变速比i1由变速比ik和正齿轮14和11之间的变速比组成。在变速器1的这种换档状态下，产生2.602的变速器档位“3”的总变速比i_ges。第二变速器档位“2”和第三变速器档位“3”之间的变速器各档速比间隔phi在此方面为1.527。
在从第三变速器档位“3”向第四变速器档位“4”继续加档时，换档部件S6断开并将换档部件S3关闭，从而变速器输入力矩通过功率分支P2和锁住的行星齿轮组5传输到变速器输出轴8上，从而一方面变速器1内部存在功率分支，而行星齿轮组5上的损耗功率根据变速器输入力矩利用然后也同时显示总变速比i_ges的分变速比i2得以避免。
如果在变速器1上加入第五变速器档位“5”，那么换档部件S1以及换档部件S6关闭，从而变速器输入力矩通过功率路径P1和P3通过穿过变速器1的功率分支输送并在然后没有锁住的行星齿轮组6内相加输送到变速器输出轴8上。
为在变速器1内显示第六变速器档位“6”，换档部件S1和换档部件S3同时关闭，从而变速器输入轴7的变速器输入力矩借助于换档部件S1通过功率分支P3传输到行星齿轮组5的轴4上。关闭的换档部件S3也导致行星齿轮组5锁住并将变速器输入力矩从变速器输入轴7直接，也就是以总变速比i_ges等于1.0，并几乎无损耗地通过变速器1传输到变速器输出轴8上。由此产生功率分支P3的分变速比i3主要具有数值1。
上述的换档逻辑线路和驱动力矩与此相关在与用于锁住行星齿轮组5的附加换档部件的组合下通过三个功率分支的各自一个或者同时通过两个以不同分变速比的交替输送，与从现有技术中公知的变速器相比导致可以较少的轮平面显示相同数量的变速器档位。因此，依据本发明的变速器在效率相同的情况下具有明显更小的外部尺寸、由此产生的更小的总重量和此外明显更低的制造成本。
此外，依据本发明的变速器由于功率分支与从现有技术中公知的变速器相比在标准结构上的特征在于更高的效率，因为驱动力矩在变速器的多个变速器档位的情况下直接通过变速器，也就是利用锁住的行星齿轮组5传递到变速器输出轴8上。
此外，变速器1各总变速比的累进式分级提供了比几何形状分级变速器上牵引力要求与牵引力需求更佳配合的可能性，因为传统的副变速器一般由于其几何形状分级的结构具有同样大小的跳档。
变速器1的换档部件S1-S6主要作为本身公知的同步器构成，它们为补偿变速器内的转速差利用摩擦连接的离合器部件或制动器部件构成。按照这种同步过程，功率分支或变速器1的相互抗扭连接的部件通过换档部件S1-S6造型连接的离合器部件或制动器部件造型合理地连接。
作为对此的选择，在依据本发明变速器另一具有优点的实施方式中，不言而喻换档部件S1-S6也可以作为例如像片式转向离合器或者片式制动器这种摩擦连接的换档部件构成，其中，变速器1然后作为负载控制变速器构成，利用前进档和倒档在负载下，也就是无牵引力中断地构成。
换档部件可以在设置在主要作为正齿轮对构成并通过换档部件接通和断开的各自变速级的前面或者后面。换档部件距所要接通的变速级定位越近，参与换档的变速器部件各自通过换档部件同步的旋转质量就越小。
此外，在依据本发明变速器的另一具有优点的进一步构成中，在汽车或机动车的传动系上具有启动件，其中，启动件可以是变速器的作为负载控制件构成的换档部件之一或者单独的部件，例如像流体动力变矩器、干式离合器或者与多档变速器的任意轴有效连接的电动机。
特别是在启动件作为电动机单独构成的情况下，用于启动所需的驱动力矩或者由该电动机产生，或者由驱动装置等待处理的驱动力矩这样离开该电动机，使汽车的从动轴上等待处理用于启动所需的驱动力矩。
如果三个功率路径P1-P3取代具有分变速比i1-i3各自具有三个分变速器构成，它们具有多个分变速器变速比并可在每个功率分支P1-P3中显示，那么利用变速器1可显示的变速器档位可以大大扩展。在此方面，各分变速器中的分变速器变速比在接通各自的功率分支之前无负载准备和加入，从而分变速器中不同分变速器变速比的调整可以利用成本和结构空间有利的造型连接的换档部件实施。
将功率分支接通到依据本发明变速器的功率通量内与此无关具有优点地可以通过例如像片式离合器这种具有负载控制能力的摩擦连接换档部件在负载下无牵引力中断地实施。
作为对图2中所示依据本发明变速器实施方式的选择，该变速器有中间轴的变速器区域具有至少两个与设置在外壳内的主轴同样平行的中间轴构成，由此该变速器可以再次更小、更轻和成本更低地构成。
附图符号
1   变速器
2-4 行星齿轮组的轴
5   行星齿轮组
5A  第一负行星齿轮总成
5B  第二负行星齿轮总成
6   变速器的外壳
7   变速器输入轴
8   变速器输出轴
9   主轴
10  中间轴
11-16  正齿轮
17  第一负行星齿轮总成的连接片
18  第二负行星齿轮总成的内齿轮
19  第二负行星齿轮总成的连接片
20  第一负行星齿轮总成的内齿轮
21  空心轴
22  第一负行星齿轮总成的太阳轮
23  第二负行星齿轮总成的太阳轮
24  档位图
P1-P3  功率分支
i1、i2、i3、ik  分变速比
S1-S6  换档部件

Claims (5)

1.变速器(1)，带有至少三个功率分支(P1、P2、P3)，它们各自与后置的行星齿轮组(5)的轴(2、3、4)连接并各自具有至少一个分变速比(i1、i2、i3)，其中，每个功率分支(P1、P2、P3)带有换档部件(S1、S5、S6)，用于将功率分支(P1至P3)以分变速比(i1、i2、i3)接通到功率通量内，而且行星齿轮组(5)的至少一个轴(3、4)与另一个换档部件(S2、S4)有效连接，通过该连接，所述轴(3、4)可相对于外壳(6)支承，并且在行星齿轮组(5)的两个轴(3、4)之间设置附加的换档部件(S3)，该部件在关闭状态下将行星齿轮组(5)锁住，其特征在于，变速器(1)具有用于换档的八个前进档。
2.按权利要求1所述的变速器，是自动功率分支的多档变速器。
3.按权利要求1所述的变速器，其中，
-行星齿轮组(5)的第一轴(4)借助于第二换档部件(S2)且
-行星齿轮组(5)的第二轴(3)借助于第四换档部件(S4)可支承在外壳(6)上。
4.按权利要求1或3所述的变速器，其中，
-为接通第一前进档而关闭第四和第六换档部件(S4、S6)，
-为接通第二前进档而关闭第三和第六换档部件(S3、S6)，
-为接通第三前进档而关闭第五和第六换档部件(S5、S6)，
-为接通第四前进档而关闭第三和第五换档部件(S3、S5)，
-为接通第五前进档而关闭第一和第六换档部件(S1、S6)，
-为接通第六前进档而关闭第一和第三换档部件(S1、S3)，
-为接通第七前进档而关闭第一和第五换档部件(S1、S5)，以及
-为接通第八前进档而关闭第一和第四换档部件(S1、S4)。
5.按权利要求1所述的变速器，其中，为接通倒车档而关闭第二和第五换档部件(S2、S5)。
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