CN101290051A - 多级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多级变速器。具体而言，本发明提供了一种变速器，其具有输入构件、输出构件、四个行星齿轮组、多个联接构件和多个扭矩传递装置。每个行星齿轮组均包括第一、第二和第三构件。扭矩传递装置可包括离合器和至少一个制动器。

Description

多级变速器

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年4月19日提交的美国临时申请No.60/912,764的优先权。该美国临时申请的公开通过引用而结合于本发明中。

技术领域

本发明大体涉及一种具有多个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的多级变速器，更具体地涉及一种具有八种或更多种速度、四个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的变速器。

背景技术

本部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景资料，并且可构成或可不构成现有技术。

典型的多级变速器使用摩擦离合器、行星齿轮布置和固定互连的组合，以实现多个齿轮比。行星齿轮组的数目和物理布置通常由封装、成本和所需的速度比所确定。

虽然当前的变速器实现其预定的目的，但是基本持续地需要新的改进的变速器构造，其体现了尤其从效率、响应性和平稳性考虑的改进的性能，以及改进的封装，主要是减小的尺寸和重量。因此，需要一种改进的、节省成本的、紧凑的多级变速器。

发明内容

提供一种变速器，其具有输入构件、输出构件、中间构件、四个行星齿轮组、多个联接构件和多个扭矩传递装置。每个行星齿轮组均包括第一、第二和第三构件。扭矩传递装置例如为离合器和制动器。

变速器的实施例包括：输入构件；输出构件；中间构件；和第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其各具有第一、第二和第三构件。第一互连构件使第一行星齿轮组的第一构件与固定构件持续地互连，第二互连构件使第一行星齿轮组的第二构件与第二行星齿轮组的第三构件持续地互连，第三互连构件使第一行星齿轮组的第三构件与第四行星齿轮组的第一构件持续地互连，第四互连构件使第二行星齿轮组的第一构件与第三行星齿轮组的第一构件持续地互连，第五互连构件使第三行星齿轮组的第二构件与第四行星齿轮组的第二构件持续地互连。五个扭矩传递装置可选择性地接合，以便使第一、第二和第三构件的其中一个构件与第一构件、第二构件、第三构件、中间构件和固定构件中的其它构件的至少一个构件互连。扭矩传递装置可以以至少三个扭矩传递装置的组合选择性地接合，以在输入构件和输出构件之间建立至少八种前进速度比和至少一种倒档速度比。

在本发明的一个方面中，五个扭矩传递装置中的第一扭矩传递装置可选择性地接合，以便使输入构件和第二行星齿轮组的第二构件中的至少一个与中间构件互连。

在本发明的另一个方面中，五个扭矩传递装置中的第二扭矩传递装置可选择性地接合，以便使第一行星齿轮组的第三构件和第四行星齿轮组的第一构件中的至少一个与中间构件互连。

在本发明的又一个方面中，五个扭矩传递装置中的第三扭矩传递装置可选择性地接合，以便使第二行星齿轮组的第一构件和第三行星齿轮组的第一构件中的至少一个与中间构件互连。

在本发明的又一个方面中，五个扭矩传递装置中的第四扭矩传递装置可选择性地接合，以便使第四行星齿轮组的第三构件与中间构件互连。

在本发明的又一个方面中，五个扭矩传递装置中的第五扭矩传递装置可选择性地接合，以便使第三行星齿轮组的第三构件与固定构件互连。

在本发明的又一个方面中，第一构件是太阳齿轮，第二构件是托架构件，第三构件是环形齿轮。

在本发明的又一个方面中，输入构件与第二行星齿轮组的第二构件持续地互连，并且输出构件与第三行星齿轮组的第二构件和第四行星齿轮组的第二构件中的至少一个互连。

在本发明的又一个方面中，扭矩传递装置中的一个扭矩传递装置为制动器，扭矩传递装置中的四个扭矩传递装置为离合器。

在本发明的又一个方面中，固定构件为变速器外壳。

通过参考以下的说明和附图，本发明的其它目的、方面和优点将变得显而易见，在附图中，相似的附图标记表示相同的部件、元件或特征。

附图说明

本文中所述的附图仅用于示例性目的，而绝非意图限制本公开的范围；

图1是根据本发明的八级变速器的实施例的杠杆图；

图2是根据本发明的八级变速器的实施例的简图；和

图3是表示在图1和图2所示变速器的每种可获得的前进和倒档速度比或齿轮比中的各个扭矩传递装置的接合状态的真值表。

具体实施方式

以下说明在本质上仅仅是示例性的，并且不意图限制本公开、应用或用途。

首先应了解的是，本发明变速器的实施例具有在四个行星齿轮组的元件之间共有的永久的机械连接的布置。这些机械连接通常与变速器实施例相关或相关联。更具体地说，第一行星齿轮组的第一部件或元件永久地联接到地或变速器外壳上。第一行星齿轮组的第二部件或元件永久地联接到第二行星齿轮组的第一部件或元件上。第二行星齿轮组的第三部件或元件永久地联接到第三行星齿轮组的第三部件或元件上。第三行星齿轮组的第二部件或元件永久地联接到第四行星齿轮组的第二部件或元件上。第一行星齿轮组的第三部件或元件永久地联接到第四行星齿轮组的第一部件或元件上。

现在参考图1，八级变速器10的实施例以杠杆图模式示出。杠杆图是诸如自动变速器的机械装置的部件的示意图。每个单独的杠杆表示一个行星齿轮组，其中行星齿轮的三个基本的机械部件均由节点表示。因此，单个杠杆包括三个节点：一个用于太阳齿轮，一个用于行星齿轮托架，和一个用于环形齿轮。各个杠杆的节点之间的相对长度可用于表示各个相应齿轮组的环形-太阳比。这些杠杆比又用于改变变速器的齿轮比，以便实现合适的比率和比率级数。各种行星齿轮组的节点之间的机械联接或互连以细水平线表示，并且诸如离合器和制动器的扭矩传递装置表示为交错的指状物。如果该装置为制动器，则将一组指状物接地。在Benford和Leising的SAE论文810102，“The LeverAnalogy：A New Tool in Transmission Analysis”中可找到杠杆图的格式、目的和用途的进一步说明，该论文因此通过引用而完全结合于本发明中。

变速器10包括输入轴或构件12；第一行星齿轮组14，其具有三个节点：第一节点14A、第二节点14B和第三节点14C；第二行星齿轮组16，其具有三个节点：第一节点16A、第二节点16B和第三节点16C；第三行星齿轮组18，其具有三个节点：第一节点18A、第二节点18B和第三节点18C；第四行星齿轮组20，其具有三个节点：第一节点20A、第二节点20B和第三节点20C；和输出轴或构件22。

第一行星齿轮组14的第一节点14A联接到地、固定构件或变速器外壳50上。第一行星齿轮组14的第二节点14B联接到第二行星齿轮组16的第一节点16A上。第一行星齿轮组14的第三节点14C联接到第四行星齿轮组20的第一节点20A上。第二行星齿轮组16的第二节点16B联接到输入轴或构件12上。第二行星齿轮组16的第三节点16C联接到第三行星齿轮组18的第三节点18C上。第三行星齿轮组18的第二节点18B联接到第四行星齿轮组20的第二节点20B上。输出轴或构件22联接到第三行星齿轮组18的第二节点18B上。

第一离合器26将第二行星齿轮组16的第二节点16B和输入轴或构件12选择性地连接到中间节点、元件或构件60上。第二离合器28将中间节点60选择性地连接到第一行星齿轮组14的第三节点14C上。第三离合器30将中间节点60选择性地连接到第二行星齿轮组16的第三节点16C和第三行星齿轮组18的第三节点18C上。第四离合器32将中间节点60选择性地连接到第四行星齿轮组20的第三节点20C上。制动器34将第三行星齿轮组18的第一节点18A选择性地连接到地、固定构件、或变速器外壳50上。

现在参考图2，符号图表示根据本发明的八级变速器10的实施例的示意图。在图2中，延续图1的杠杆图的编号。相应地示出离合器、制动器和联接器，而行星齿轮组的节点现在表示为行星齿轮组的部件，诸如太阳齿轮、环形齿轮、行星齿轮和行星齿轮托架。

例如，行星齿轮组14包括太阳齿轮构件14A、行星齿轮托架构件14B和环形齿轮构件14C。太阳齿轮构件14A通过第一互连轴或构件42连接到地、固定构件或变速器外壳50上。行星齿轮托架构件14B以旋转的方式支承一组行星齿轮14D(仅示出一个)，并且与第二互连轴或构件44相连接，以便共同旋转。环形齿轮构件14C与第三互连轴或构件46和第四互连轴或构件48相连接，以便共同旋转。行星齿轮14D均构造为以便与太阳齿轮构件14A和环形齿轮构件14C相互啮合。

输入轴或构件12优选为持续地连接到发动机(未示出)或扭矩变换器(未示出)的涡轮上。输出轴或构件22优选为与主减速器或分动箱(未示出)持续地连接。

行星齿轮组16包括太阳齿轮构件16C、以旋转的方式支承一组行星齿轮16D的行星托架构件16B、和环形齿轮构件16A。太阳齿轮构件16C与第五互连轴或构件52相连接，以便共同旋转。行星托架构件16B与输入轴或构件12和第六互连轴或构件54相连接，以便共同旋转。环形齿轮构件16A与第二互连轴或构件44相连接，以便共同旋转。行星齿轮16D均构造为以便与太阳齿轮构件16C和环形齿轮构件16A相互啮合。

行星齿轮组18包括太阳齿轮构件18C、环形齿轮构件18A和以旋转的方式支承一组行星齿轮18D的行星托架构件18B。太阳齿轮构件18C与第五互连轴或构件52相连接，以便共同旋转。环形齿轮构件18A连接到制动器34上，该制动器34将在下文中进一步详细地描述。行星托架构件18B与第七互连轴或构件56和输出轴或构件22相连接，以便共同旋转。行星齿轮18D均构造为以便与太阳齿轮构件18C和环形齿轮构件18A相互啮合。

行星齿轮组20包括太阳齿轮构件20A、环形齿轮构件20C和以旋转的方式支承一组行星齿轮20D的行星托架构件20B。太阳齿轮构件20A与第三互连轴或构件46相连接，以便共同旋转。环形齿轮构件20C与第八互连轴或构件58相连接，以便共同旋转。行星托架构件20B与第七互连轴或构件56相连接，以便共同旋转。行星齿轮20D均构造为以便与太阳齿轮构件20A和环形齿轮构件20C相互啮合。

扭矩传递装置或离合器26、28、30、32和制动器34允许轴或互连构件、行星齿轮组的构件、和外壳的选择性地互连。例如，第一离合器26可选择性地接合，以将中间轴或构件60连接到第六互连轴或构件54上。第二离合器28可选择性地接合，以将中间轴或构件60连接到第四互连轴或构件48上。第三离合器30可选择性地接合，以将中间轴或构件60连接到第五互连轴或构件52上。第四离合器32可选择性地接合，以将中间轴或构件60连接到第八互连轴或构件58上。制动器34可选择性地接合，以将环形齿轮构件18A连接到地、固定构件、或变速器外壳50上，从而限制环形齿轮构件18A相对于变速器外壳50的旋转。

现在参考图2和图3，将描述八级变速器10的实施例的操作。将了解的是，变速器10能够以至少八种前进速度或扭矩比和至少一种倒档速度或扭矩比将扭矩从输入轴或构件12传递到输出轴或构件22上。通过扭矩传递装置(即第一离合器26、第二离合器28、第三离合器30、第四离合器32和制动器34)中的一个或多个的接合，获得各种前进和倒档速度或扭矩比，如下文所述。图3是表示被激活或接合为以便实现各种齿轮状态的扭矩传递装置的各种组合的真值表。还表示了各种齿轮状态的实际数值的齿轮比，但应了解的是，这些数值仅是示例性的，并且可在很大的范围内调节这些数值，以适应变速器10的各种应用和操作准则。图3还示出可利用本发明实施例获得的齿轮比的示例。当然，根据所选择的齿轮直径、齿轮齿数和齿轮构造，可实现其它的齿轮比。

为了建立倒车档，接合或激活第三离合器30、第四离合器32、和制动器34。第三离合器30将中间轴或构件60连接到第五互连轴或构件52上。第四离合器32将中间轴或构件60连接到第八互连轴或构件58上。制动器34将环形齿轮构件18A连接到变速器外壳50上，以限制环形齿轮构件18A相对于变速器外壳50的旋转。类似地，通过离合器和制动器接合的不同组合，实现八种前进比，如图3所示。

应了解的是，八级变速器10的操作和齿轮状态的上述说明首先假设未在给定齿轮状态中具体指出的所有离合器和制动器均为不激活的或脱离的，其次在换档期间，即改变齿轮状态期间，在至少相邻的齿轮状态之间，在两种齿轮状态下接合或激活的离合器或制动器仍将保持接合或激活。

本发明的说明在本质上仅为示例性的，并且旨在使不脱离本发明要点的变型都属于本发明的范围内。这种变型不被认为脱离了本发明的精神和范围。

Claims (15)

1.一种变速器，包括：

输入构件；

输出构件；

中间构件；

第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其各具有第一、第二和第三构件；

第一互连构件，其使所述第一行星齿轮组的第一构件与固定构件持续地互连；

第二互连构件，其使所述第一行星齿轮组的第二构件与所述第二行星齿轮组的第三构件持续地互连；

第三互连构件，其使所述第一行星齿轮组的第三构件与所述第四行星齿轮组的第一构件持续地互连；

第四互连构件，其使所述第二行星齿轮组的第一构件与所述第三行星齿轮组的第一构件持续地互连；

第五互连构件，其使所述第三行星齿轮组的第二构件与所述第四行星齿轮组的第二构件持续地互连；和

五个扭矩传递装置，其可选择性地接合，以便使所述第一、第二和第三构件的其中一个构件与所述第一构件、所述第二构件、所述第三构件、所述中间构件和所述固定构件中的其它构件的至少一个构件互连，和

其中，所述扭矩传递装置可以以至少三个扭矩传递装置的组合选择性地接合，以在所述输入构件和所述输出构件之间建立至少八种前进速度比和至少一种倒档速度比。

2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述五个扭矩传递装置中的第一扭矩传递装置可选择性地接合，以便使所述第二行星齿轮组的第二构件和所述输入构件中的至少一个与所述中间构件互连。

3.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述五个扭矩传递装置中的第二扭矩传递装置可选择性地接合，以便使所述第一行星齿轮组的第三构件及所述第四行星齿轮组的第一构件中的至少一个与所述中间构件互连。

4.根据权利要求3所述的变速器，其特征在于，所述五个扭矩传递装置中的第三扭矩传递装置可选择性地接合，以便使所述第二行星齿轮组的第一构件和所述第三行星齿轮组的第一构件中的至少一个与所述中间构件互连。

5.根据权利要求4所述的变速器，其特征在于，所述五个扭矩传递装置中的第四扭矩传递装置可选择性地接合，以便使所述第四行星齿轮组的第三构件与所述中间构件互连。

6.根据权利要求5所述的变速器，其特征在于，所述五个扭矩传递装置中的第五扭矩传递装置可选择性地接合，以便使所述第三行星齿轮组的第三构件与所述固定构件互连。

7.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第一构件是太阳齿轮，所述第二构件是托架构件，所述第三构件是环形齿轮。

8.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述输入构件与所述第二行星齿轮组的第二构件持续地互连，并且所述输出构件与所述第三行星齿轮组的第二构件和所述第四行星齿轮组的第二构件中的至少一个持续地互连。

9.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述扭矩传递装置中的一个扭矩传递装置为制动器，所述扭矩传递装置中的四个扭矩传递装置为离合器。

10.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述固定构件为变速器外壳。

11.一种变速器，包括：

输入构件；

输出构件；

中间构件；

第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其各具有第一、第二和第三构件，其中，所述输入构件与所述第二行星齿轮组的第二构件持续地互连，并且所述输出构件与所述第三行星齿轮组的第二构件和所述第四行星齿轮组的第二构件中的至少一个持续地互连；

第一互连构件，其使所述第一行星齿轮组的第一构件与固定构件持续地互连；

第二互连构件，其使所述第一行星齿轮组的第二构件与所述第二行星齿轮组的第三构件持续地互连；

第三互连构件，其使所述第一行星齿轮组的第三构件与所述第四行星齿轮组的第一构件持续地互连；

第四互连构件，其使所述第二行星齿轮组的第一构件与所述第三行星齿轮组的第一构件持续地互连；

第五互连构件，其使所述第三行星齿轮组的第二构件与所述第四行星齿轮组的第二构件持续地互连；

第一扭矩传递装置，其可选择性地接合，以便使所述第一行星齿轮组的第三构件和所述第四行星齿轮组的第一构件中的至少一个与所述中间构件互连；

第二扭矩传递装置，其可选择性地接合，以便使所述第二行星齿轮组的第二构件与所述中间构件互连；

第三扭矩传递装置，其可选择性地接合，以便使所述第三行星齿轮组的第一构件和所述第二行星齿轮组的第一构件中的至少一个与所述中间构件互连；

第四扭矩传递装置，其可选择性地接合，以便使所述第四行星齿轮组的第三构件与所述中间构件互连；和

第五扭矩传递装置，其可选择性地接合，以便使所述第三行星齿轮组的第三构件与所述固定构件互连；和

其中，所述扭矩传递装置可以以至少三个扭矩传递装置的组合选择性地接合，以在所述输入构件和所述输出构件之间建立至少八种前进速度比和至少一种倒档速度比。

12.根据权利要求11所述的变速器，其特征在于，所述第一构件是太阳齿轮，所述第二构件是托架构件，所述第三构件是环形齿轮。

13.根据权利要求11所述的变速器，其特征在于，所述固定构件为变速器外壳。

14.一种变速器，包括：

输入构件；

输出构件；

中间构件；

第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其各具有太阳齿轮、托架构件和环形齿轮，其中，所述输入构件与所述第二行星齿轮组的托架构件持续地互连，并且所述输出构件与所述第三行星齿轮组的托架构件及所述第四行星齿轮组的托架构件中的至少一个持续地互连；

第一互连构件，其使所述第一行星齿轮组的太阳齿轮与固定构件持续地互连；

第二互连构件，其使所述第一行星齿轮组的托架构件与所述第二行星齿轮组的环形齿轮持续地互连；

第三互连构件，其使所述第一行星齿轮组的环形齿轮与所述第四行星齿轮组的太阳齿轮持续地互连；

第四互连构件，其使所述第二行星齿轮组的太阳齿轮构件与所述第三行星齿轮组的太阳齿轮持续地互连；

第五互连构件，其使所述第三行星齿轮组的托架构件与所述第四行星齿轮组的托架构件持续地互连；

第一扭矩传递装置，其选择性地接合，以便使所述第二行星齿轮组的托架构件和所述输入构件中的至少一个与所述中间构件互连；

第二扭矩传递装置，其选择性地接合，以便使所述第一行星齿轮组的环形齿轮和所述第四行星齿轮组的太阳齿轮中的至少一个与所述中间构件互连；

第三扭矩传递装置，其选择性地接合，以便使所述第三行星齿轮组的太阳齿轮和所述第二行星齿轮组的太阳齿轮中的至少一个与所述中间构件互连；

第四扭矩传递装置，其选择性地接合，以便使所述第四行星齿轮组的环形齿轮与所述中间构件互连；和

第五扭矩传递装置，其选择性地接合，以便使所述第三行星齿轮组的环形齿轮与所述固定构件互连；和

其中，所述扭矩传递装置可以以至少三个扭矩传递装置的组合选择性地接合，以在所述输入构件和所述输出构件之间建立至少八种前进速度比和至少一种倒档速度比。

15.根据权利要求14所述的变速器，其特征在于，所述固定构件为变速器外壳。

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