CN101189452A - 液力机械变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转矩分离的无级变速器(10)(CVT)，该无级变速器在其中一个转矩路径中具有变换器(14)(例如液力传动装置)。在CVT(10)的后面配备有作为后变速器(16)的另一个机械传动装置(16)。需要解决的问题：避免变速器(16)的多盘式离合器中的流体阻力损失。解决方法：CVT(10)提供了由两个多盘式离合器(40，42)和同步器(36，38)(同步爪式离合器)起动的两种前进模式和后退模式。每个同步器(36，38)被安装在与相应的多盘式离合器(40，42)的盘(78，80)相同的轴(72，74)上，因此使得多盘式离合器(40，42)能够在其释放阶段以无转速差的转速转动。因此，在多盘式离合器(40，42)中的流体阻力损失基本为零。

Description

液力机械变速器

技术领域

本发明主要涉及无级变速器，更特别地涉及液力机械变速器。

背景技术

多档式液力机械变速器是公知的。其档位是通过依次脱开和接合多个离合器来变换的。所述接合通常在同步或接近同步的条件下实现。也就是说，可在不向变速器的无级变速性质中引入不连续性的情况下变换档位。

美国专利号5,080,637(“637”)公开了一种液力机械变速器。该液力机械变速器从发动机接收分离的动力输入；一个分离的输入驱动液力传动装置，另一个分离的输入驱动机械动力输入。在行星齿轮组内使动力混合，并且多个多盘式离合器和制动器实现档位之间的变换。

上文所述的‘637液力机械变速器利用至少四个离合器和两个制动器组件以在多个变速器档位之间变换。尽管多盘式离合器允许非常灵活的接合策略，但其在一些方面是有缺陷的。具体地，多盘式离合器成本高、复杂、体积大且在未接合时产生损耗。对一种低损耗、低复杂性和低成本的无级变速器的需要的市场压力越来越大。

爪式离合器是多盘式离合器的一种替代方案。Sisson等人的美国专利申请No.3,916,714公开了一种可在两个位置之中的一个上定位的有套筒的换档连接件。为了提供希望的工作档位，必须通过爪式离合器使选定的齿轮组件相互啮合，该爪式离合器继而使得齿轮必须以可忽略的转速(差)执行换档。爪式离合器经济、紧凑并且损耗低。但是，爪式离合器对换档条件极其灵敏，即必须将其极好地同步以允许接合，并且必须将其卸载以允许脱开。

公开的变速器旨在克服一个或多个上述问题。

发明内容

在一个示例性方面，提供了一种无级变速器。该无级变速器包括输入部件、连接到该输入部件的变换器、第一和第二输出部件、第一和第二同步组件以及第一和第二接合装置。第一和第二同步组件可转动地连接到第一和第二输出部件，并且从输入部件和变换器选择性地接收动力。该第一和第二接合装置选择性将第一和第二同步组件连接到第一和第二输出部件。

在另一个示例性方面，提供了一种液力机械变速器系统。该液力机械传动装置包括输入部件、联接到该输入部件的液力传动装置以及联接到该输入部件和该液力传动装置的机械传动装置。该机械传动装置包括第一和第二输出部件、第一和第二同步组件以及第一和第二接合装置。第一和第二同步组件可转动地连接到第一和第二输出部件，并且从输入部件和液力传动装置选择性地接收动力。该第一和第二接合装置选择性地并择一地(交替地)将第一和第二同步组件连接到第一和第二输出部件。

在另外又一个示例性方面，提供了一种无级变速器。该无级变速器包括输入装置、连接到该输入装置的变换器、用于输出来自该输入装置和变换器装置的被混合的动力的第一和第二输出装置、用于从该输入装置和变换器选择性地接收动力的第一和第二同步装置以及用于将该接合的混合输出择一地连接到第一和第二输出装置的第一和第二接合装置。

在另外又一个示例性方面，提供了一种无级变速器，该无级变速器具有输入装置、连接到该输入装置并且具有第一和第二行星输出齿轮的行星输出轴、具有第一低速减速齿轮和第一高速减速齿轮的第一输出部件以及具有第二低速减速齿轮和第二高速减速齿轮的第二输出部件。第一行星输出齿轮与第一低速减速齿轮直接啮合，而第二行星输出齿轮与第二高速减速齿轮直接啮合。

在另外又一个示例性方面，提供了一种用于控制无级变速器的换档的方法。该方法包括以下步骤：即提供第一和第二动力源，输出第一和第二动力源的被混合的动力，利用同步组件使该混合输出的速度与可转动部件同步，利用接合装置将被同步的可转动部件择一地连接到输出部件，以及将动力输出到终端输出部件。

在另外又一个示例性方面，提供了一种选择性地起动液力机械变速器的同步器和离合器以产生更宽的速度范围的方法。该方法包括以下步骤：即提供第一和第二动力源，输出第一和第二动力源的被混合的动力，起动第一同步器以使混合输出的速度与可转动部件同步，起动离合器以将被同步的可转动部件连接到输出部件，将该动力输出到终端输出部件，起动第二同步器以使混合输出的速度与第二可转动部件同步，释放该离合器，并且起动第二离合器以将被同步的第二可转动部件连接到输出部件。

应理解，前文中的概括说明和下文中的详细说明仅是示例性和说明性的，而并非对本发明的限制。

附图说明

并入本说明书中而且构成其一部分的附图示出本发明的示例性实施例，并且与说明部分一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1示出液力机械变速器的剖视图；

图2示出处于低速前进模式的液力机械变速器的示意图；

图3和4示出执行从低速前进模式到低速倒车模式的换档的液力机械变速器的示意图；

图5示出处于低速倒车模式的液力机械变速器的示意图；

图6示出处于低速前进模式的液力机械变速器的示意图；

图7和8示出执行从低速前进模式到高速前进模式的换档的液力机械变速器的示意图；

图9示出处于高速前进模式的液力机械变速器的示意图；

图10示出处于低速倒车模式的液力机械变速器的示意图；

图11和12示出执行从低速倒车模式到高速倒车模式的换档的液力机械变速器的示意图；和

图13示出处于高速倒车模式的液力机械变速器的示意图。

具体实施方式

现在将参照本发明的具体实施例，该实施例的例子在附图中示出。

图1示出一示例性的无级变速器的剖视图。无级变速器可以是液力机械变速器10，该液力机械变速器10具有例如液力传动装置(泵和马达)14的变换器和机械传动装置16。发动机12(见图2)驱动液力机械变速器10，该发动机可以是内燃机，但是该发动机可以是能够为如文中所述液力机械变速器10提供动力的任何类型的设备。发送机12通过输入部件18向液力机械变速器10提供输出。

输入部件18通过第一和第二固定输入齿轮20和22向液力传动装置14和机械传动装置16提供分离的动力。术语“固定”可理解为一体形成、永久连接、通过花键连接互连、或者通过例如焊接或本领域的技术人员已知的任何其它方法结合。

液力传动装置14包括变排量泵23和马达26，该变排量泵23通过液力传动装置的输入齿轮24驱动地连接到发动机12，该马达26通过液力传动装置的输出齿轮28向机械传动装置16提供输出。马达26可以是可变排量的或固定排量的。本领域的技术人员应意识到，在不背离本发明的范围的情况下，液力传动装置14还可由发电机和电动机或者能够提供输入动力的其它设备来实现。类似的，可由电动机代替液力传动装置的泵和马达以形成电动机械传动装置。该电动机可设计成从蓄电池、发电机或其它设备接收电能。

机械传动装置16包括行星齿轮装置30、第一和第二输出部件32和34、第一和第二同步组件或同步器36和38以及第一和第二盘式离合器组件40和42。

行星齿轮装置30包括轴向对齐的第一和第二行星齿轮组44和46，以及行星输出轴48。按照常例，每个行星齿轮组44和46都包括太阳轮50、齿轮架52和齿圈54。行星输出轴48包括内轴56，和由该内轴56支承的套筒58，例如中空部件或轴套。内轴56和套筒58在轴向相互对齐。内轴56连接到第一和第二行星齿轮组44和46的太阳轮50。套筒58将来自第二行星齿轮组46的齿轮架52(的输入)通过第一行星输出齿轮60输出。内轴56将来自第一和第二行星齿轮组44和46的太阳轮50(的输入)通过第二行星输出齿轮62输出。

第一和第二输出部件32和34定位成平行于输入部件18和行星齿轮装置30。第一输出部件32包括第一低速减速齿轮64和第一高速减速齿轮66。第二输出部件34包括第二低速减速齿轮68和第二高速减速齿轮70。

每个同步器36和38被分别固定在绕对应的第一和第二输出部件32和34转动的第一和第二轴套、套筒或转动部件72和74上。同步器36和38是适于根据优选的速度和方向从中间位置移动到两个位置中的任何一个的三位置同步器。

每个轴套72和74都包括至少一个固定在该轴套72和74的端部上的可转动盘78和80，按照常例，该可转动盘78和80可由接合装置或摩擦盘式离合器82和84“抓紧”或选择性地保持，该离合器一般地覆盖可转动盘78和80。可转动盘78和80与摩擦盘式离合器82和84共同形成第一和第二离合器组件40和42。在一个实施例中，离合器组件40和42是已知的液力地接合并弹力地脱开的转动摩擦式离合器组件，该离合器组件可被选择地接合以向第一或第二输出部件32和34以及终端输出部件86提供动力。

低速和高速减速齿轮64、66、68和70在脱开的情况下绕第一和第二输出部件32和34自由转动。低速和高速减速齿轮64、66、68和70由在第一和第二输出部件32和34上的滚柱轴承90和92支承。当第一或第二同步器36和38中的任一个与低速或高速减速齿轮64、66、68和70中的任一个接合时，第一或第二轴套72和74以与被接合的低速或高速齿轮64、66、68和70相同的每单位时间的转数转动。

固定在第一和第二输出部件32和34上的第一和第二输出轴齿轮94和96与终端输出部件86的终端驱动齿轮98相互啮合。

按照常例，输入部件18、行星输出轴48、第一和第二输出部件32和34以及终端输出部件86被支承在传动装置壳体(未示出)内，并且绕支撑在该壳体内的轴承等(未示出)转动。

工业适用性

液力机械变速器10有利地提供同步档位变换，该同步档位变换能够随着车辆从静止加速到最大车速，从发动机12提供平滑且无中断的动力流。不管变速器输出速度如何，发动机12都可以在其峰值效率输出速度处或接近输出速度处工作。

参照图2-13，在工作时，输入部件18向液力传动装置14和行星齿轮装置30传送分离的输入动力。具体地，一旦输入部件18转动，第一和第二固定输入齿轮20和22同时转动，并通过液力传动装置输入齿轮24和第一行星齿轮输入部件102传递动力。液力传动装置14的泵23利用分离的输入动力来流体地驱动马达26，以可连续改变的变速比将来自发动机12的输入动力转换成液压输出动力。液力传动装置14通过液压输出齿轮28向行星齿轮装置30提供输出。具体地，液力传动装置14通过液压输出齿轮28向第二行星齿轮输入部件104提供输出。

行星齿轮装置30将来自第二行星齿轮输入部件104的液压输出动力与分离的输入机械动力混合，以提供用于施加给负载的液力机械输出动力，该负载是例如车辆的一个或多个驱动轮或土方工作机械的履带。可通过改变液力传动装置14的行程来无限地改变由行星齿轮装置30的变速比最初设定的动力段中的每个段内的速度和转矩液力传动装置。

箭头100和106表示的混合的液力机械输出动力通过内轴56和套筒58输出，该内轴56连接到第一和第二行星齿轮组44和46的太阳轮50，该套筒58连接到第二行星齿轮组46的行星架52。第二行星输出齿轮62与第二高速减速齿轮70相互啮合，该第二高速减速齿轮70驱动第一高速减速齿轮66。因此，当第二行星输出齿轮62转动时，高速减速齿轮66、70也转动。同样，第一行星输出齿轮60与第一低速减速齿轮64相互啮合，该第一低速减速齿轮64驱动该第二低速减速齿轮68。因此，当第一行星输出齿轮60转动时，低速减速齿轮64、68也转动。

具体参照图2，为了向前进方向输出低速，第一同步组件36工作使得第一低速减速齿轮64接合到第一轴套72。在第一低速减速齿轮64与第一轴套72接合之后，第一离合器组件40的第一摩擦盘式离合器82工作以“抓紧”可转动盘78。当第一摩擦盘式离合器82完全抓紧可转动盘78时，第一输出轴齿轮94驱动终端驱动齿轮98，该终端驱动齿轮98通过终端输出部件86向车轮或履带提供输出。箭头106表示动力流。变速器在低速前进档内作为无级变速液力机械传动装置正常工作。只要第二同步组件38保持脱开，则第二离合器组件42的相对速度基本为零，因此粘滞阻力损耗基本为零。

图3-5示出执行从低速前进到低速倒车换档的液力机械传动装置的示意图。在所示的实施例中，第一同步组件36和第一离合器组件40处于接合状态。当变速器控制器判定即将向低速倒车换挡时，第二同步组件38工作使得第二低速减速齿轮68接合，以使第二轴套74与第二低速减速齿轮68的速度同步。换句话说，第二同步组件38工作使得第二低速减速齿轮68和第二轴套74之间的相对速度减小，优选地使其减小为零。如本领域内公知的，当第二低速减速齿轮68的速度和第二轴套74的速度相等或基本相等时，第二低速减速齿轮68和第二轴套74在可释放地锁定的位置完全接合。第二离合器组件42的相对速度这时为适度低，因此其粘滞阻力损耗这时为适度低。但是，此时，动力仍通过第一低速减速齿轮64被传入第一轴套72。无级变速液力机械变速器的正常工作在低速前进档中继续。

在第二低速减速齿轮68和第二轴套74的同步之后，并且当变速器控制器判定需要换档时，第一摩擦盘离合器82工作以释放可转动盘78，并且第二摩擦盘离合器84工作以“抓紧”对应的可转动盘80。当第二摩擦盘离合器84完全抓紧可转动盘80时，第二输出部件34以与第二轴套74相同的速度转动。第二输出轴齿轮96与终端驱动齿轮98相互啮合，该终端驱动齿轮通过终端输出部件86向车轮或履带提供输出。箭头106表示通过液力机械变速器的动力流。

在第一离合器组件40释放之后，如图4所示，液力机械变速器的正常工作在低速倒车中再继续。这时在最近脱开的第一离合器组件40内产生离合器损耗，但是在该单个离合器内的该损耗只是适度低。

参照图5，第一同步组件36释放第一低速减速齿轮64。第一离合器组件40的相对速度和粘滞阻力损耗减小为基本是零。液力机械变速器的正常工作在低速倒车中继续。

图6-9示出执行从低速前进到高速前进换挡的液力机械变速器的示意图。具体参照图6，第一同步组件36工作使得第一低速减速齿轮64接合到第一轴套72。在第一低速减速齿轮64与第一轴套72接合之后，第一离合器组件40的第一摩擦盘式离合器82工作以“抓紧”可转动盘78。当第一摩擦盘式离合器82完全抓紧可转动盘78时，第一输出轴齿轮94驱动终端驱动齿轮98，该终端驱动齿轮通过终端输出部件86向车轮或履带提供输出。箭头106表示动力流。变速器在低速前进档内作为无级变速液力机械变速器正常工作。只要第二同步组件38保持脱开，则第二离合器组件42的相对速度基本为零，因此粘滞阻力损耗基本为零。

参照图7和8，当变速器控制器判定即将向高速前进换挡时，第二同步组件38工作使得第二高速减速齿轮70接合，以使第二轴套74与第二高速减速齿轮70的速度同步。如本领域内公知的，当第二高速减速齿轮70的速度和第二轴套74的速度相等或基本相等时，第二高速减速齿轮70和第二轴套74在可释放地锁定的位置完全接合。这时，第二磨擦盘式离合器42的相对速度适度低，因此其粘滞阻力损耗适度低。但是，此时，在低速前进中，动力仍通过第一轴套72传递。无级变速液力机械变速器的正常工作在低速前进档内继续。

在第二高速减速齿轮70与第二轴套74同步之后，并且当变速器控制器判定需要换档时，第一摩擦盘离合器82工作以释放可转动盘78，并且第二摩擦盘式离合器工作以“抓紧”对应的可转动盘80(见图8)。当第二摩擦盘式离合器84完全抓紧可转动盘80时，第二输出部件34以与第二轴套74相同的速度转动。第二输出轴齿轮96与终端驱动齿轮98相互啮合，该终端驱动齿轮通过终端输出部件86向车轮或履带提供输出。箭头106表示通过液力机械变速器的动力流。在第一离合器组件40释放之后，但是在第一同步组件36释放之前，在新近脱开的第一离合器组件40内产生离合器损耗，但是仅处于适度低的程度。

参照图9，在第一同步组件36释放第一低速减速齿轮64之后，第一离合器组件40的相对速度和粘滞阻力损耗减小为基本是零。液力机械变速器的正常工作在高速前进中继续。变速器在高速前进档内作为无级变速液力机械变速器正常工作。只要第一同步组件36保持脱开，则第一离合器组件40的相对速度基本为零，因此其粘滞阻力损耗基本为零。

图10-13示出执行从低速倒车到高速倒车换挡的液力机械变速器的示意图。在图10所示的实施例中，第二同步组件38和第二离合器组件42处于接合状态。当变速器控制器判定即将向高速倒车换挡时，第一同步组件36工作使得第一轴套72与第一高速减速齿轮66的速度同步。如本领域内公知的，当第一高速减速齿轮66的速度与第一轴套72的速度相等或基本相等时，第一高速减速齿轮66与第一轴套72在可释放地锁定的位置完全接合。这时，第一离合器组件40的相对速度适度低，因此其粘滞阻力损耗适度低。但是，此时，在低速倒车中动力仍通过第二轴套74和第二离合器组件42传递给终端输出部件86。无级变速液力机械变速器的正常工作在低速倒车档内继续。

如图11和12所示，在第一高速减速齿轮66与第一轴套72同步之后，并且当变速器控制器判定需要换档时，第二摩擦盘式离合器84工作以释放可转动盘80，并且第一摩擦盘式离合器82工作以“抓紧”对应的可转动盘78。当第一摩擦盘式离合器82完全抓紧可转动盘78时，第一输出部件32以与第一轴套72相同的速度转动。第一输出轴齿轮94与终端驱动齿轮98相互啮合，该终端驱动齿轮98通过终端输出部件86向车轮或履带(未示出)提供输出。箭头106表示通过液力机械变速器10的动力流。在第二离合器组件42释放之后，但是在第二同步组件38释放之前，在新近脱开的第二离合器组件42内产生离合器损耗，但是仅处于适度低的程度。

参照图13，在第二同步组件38释放第二低速减速齿轮68之后，第二离合器组件42的相对速度和粘滞阻力损耗减小为基本是零。液力机械变速器的正常工作在高速倒车中继续。变速器在高速倒车档内作为无级变速液力机械变速器正常工作。只要第二同步组件38保持脱开，则第二离合器组件42的相对速度基本为零，因此其粘滞阻力损耗基本为零。

在不背离本发明的实施例的范围或实质的情况下，可对公开的变速器做出各种修改和变型，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。在考虑了文中公开的公开实施例的说明和实现之后，其它实施例对于本领域的技术人员也是显而易见的。应当认为说明和示例仅是示例性的。

Claims (14)

1.一种无级变速器(10)，该无级变速器包括：

输入部件(18)；

变换器(14)，该变换器(14)连接到该输入部件(18)；

第一和第二输出部件(32，34)；

第一和第二同步组件(36，38)，该第一和第二同步组件可转动地连接到该第一和第二输出部件(32，34)，并且设计成选择性地接合来自该输入部件(18)和变换器(14)的混合输出；以及

第一和第二接合装置(40，42)，该第一和第二接合装置连接到该第一和第二输出部件(32，34)，并且设计成选择性地并择一地将该第一和第二同步组件(36，38)连接到该第一和第二输出部件(32，34)。

2.根据权利要求1所述的无级变速器(10)，其特征在于，该无级变速器还包括连接到该输入部件(18)和变换器(14)的行星齿轮装置(30)，该行星齿轮装置设计成混合来自该输入部件(18)和变换器(14)的动力并将该被混合的动力输出。

3.根据权利要求2所述的无级变速器(10)，其特征在于，该无级变速器还包括第一和第二轴套(72，74)，该第一和第二轴套分别可转动地联接到该第一和第二输出部件(32，34)，并连接到该第一和第二同步组件(36，38)。

4.根据权利要求3所述的无级变速器(10)，其特征在于，该第一和第二输出部件(32，34)中的每个都包括一低速减速齿轮(64，68)和一高速减速齿轮(66，70)，该第一和第二输出部件(32，34)的低速和高速减速齿轮(64，66，68，70)驱动地接合该行星齿轮装置(30)的输出齿轮(60，62)，并且其中该第一和第二同步组件(36，38)选择性地使该第一和第二轴套(72，74)与该低速和高速减速齿轮(64，66，68，70)同步。

5.一种无级变速器(10)，该无级变速器包括：

输入装置(18)；

连接到该输入装置(18)的变换器(14)；

用于输出来自该输入装置(18)和变换器装置(14)的被混合的动力的第一和第二输出装置(32，34)；

用于选择性地接合来自该输入装置(18)和变换器(14)的混合输出的第一和第二同步装置(36，38)；以及

用于择一地将该接合的混合输出连接到该第一和第二输出装置(32，34)的第一和第二接合装置(40，42)。

6.根据权利要求5所述的无级变速器(10)，其特征在于，该无级变速器还包括用于混合来自该输入装置(18)和变换器(14)的动力的装置(30)。

7.根据权利要求6所述的无级变速器(10)，其特征在于，该无级变速器还包括第一和第二轴套(72，74)，该第一和第二轴套可转动地连接到该第一和第二输出装置(32，34)以及该第一和第二同步装置(36，38)。

8.根据权利要求7所述的无级变速器(10)，其特征在于，该第一和第二输出装置(32，34)中的每个都包括一低速减速齿轮(64，68)和高速减速齿轮(66，70)，该第一和第二输出装置(32，34)的低速和高速减速齿轮(64，66，68，70)驱动地接合来自所述用于混合的装置(30)的被混合的动力，并且其中该第一和第二同步装置(36，38)选择性地使该第一和第二轴套(72，74)与该低速和高速减速齿轮(64，66，68，70)同步。

9.一种无级变速器(10)，该无级变速器包括：

输入装置(18)；

连接到该输入装置(18)并且具有第一和第二行星输出齿轮(60，62)的行星输出轴(56)；

具有第一低速减速齿轮(64)和第一高速减速齿轮(66)的第一输出部件(32)；以及

具有第二低速减速齿轮(68)和第二高速减速齿轮(70)的第二输出部件(34)，

其中该第一行星输出齿轮(60)直接啮合该第一低速减速齿轮(64)，并且该第二行星输出齿轮(62)直接啮合该第二高速减速齿轮(70)。

10.根据权利要求9所述的无级变速器(10)，其特征在于，该无级变速器还包括第一和第二接合装置(40，42)，该第一和第二接合装置分别连接到该第一和第二输出部件(32，34)，并设计成将动力从该第一和第二输出部件(32，34)传递到终端输出部件(86)。

11.根据权利要求10所述的无级变速器(10)，其特征在于，该无级变速器还包括第一和第二同步器(36，38)，该第一和第二同步器分别连接到该第一和第二输出部件(32，34)，并设计成将动力从该第一和第二行星输出齿轮(60，62)传递到该第一或第二输出部件(32，34)的低速或高速减速齿轮(64，66，68，70)之一。

12.一种用于选择性地起动液力机械传动装置的同步器(36，38)中的至少一个和其离合器(40，42)中的至少一个以产生更宽的速度范围的方法，该方法包括以下步骤：

提供第一和第二动力源(12，14)；

输出该第一和第二动力源(12，14)的被混合的动力(100)；

起动第一同步器(36)以使该混合输出(100)的速度与可转动部件(72)同步；

起动离合器(40)以将该被同步的可转动部件(72)连接到输出部件(32)；

将该动力输出到终端输出部件(86)；

起动第二同步器(38)以使该混合输出(100)的速度与第二可转动部件(74)同步；

释放该离合器(40)；以及

起动第二离合器(42)以将该被同步的第二可转动部件(74)连接到该输出部件(86)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该第一动力源(12)是内燃机，而该第二动力源(14)是泵和马达。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该可转动部件(72)是可转动地安装在该输出部件(32)上的第一轴套，而该第二可转动部件(74)是可转动地安装在该第二输出部件(34)上的第二轴套。

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