CN101290057B - 多级变速器 - Google Patents

Abstract

公开了一种多级变速器，具有一输入件、一输出件、四个行星齿轮组、多个连接件和多个扭矩传递装置。每个行星齿轮组具有第一、第二和第三构件。该扭矩传递装置可以是离合器或制动器。

Description

多级变速器

相关申请的交叉参考

本申请要求一项美国临时专利申请的权益，该申请的申请号是No.60/913146，申请日为2007年4月20日。该申请公开的内容包含于此作为参考。

技术领域

本申请具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8档或更多档、四个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的变速器。

背景技术

在本部分的描述仅仅是提供涉及目前公开的背景信息，并且可能或不能构成现有技术。

典型的多级变速器使用摩擦离合器、行星齿轮装置和安装连接件的组合获得多个齿轮变速比。通常齿轮组的数量和位置由其包装、成本和需要的速比决定。

尽管传统变速器达到它们的预定目的，但是必然总是需要设计一种新的改进的变速器结构，尤其从效率、响应性、平稳性的观点出发该结构具有改进的性能和主要为减小尺寸和重量的改进包装。相应地，需要成本低廉和机构紧凑的多级变速器。

发明内容

在本发明的一实施例中，提供了一种具有一输入件、一输出件、四个行星齿轮组、多个连接件和多个扭矩传递装置的变速器。每个行星齿轮组包括第一、第二和第三构件。第一连接件持续地连接第一行星齿轮组的第一构件与第二行星齿轮组的第二构件。第二连接件持续地连接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。第三连接件持续地连接第二行星齿轮组的第一构件与第三行星齿轮组的第二构件。第四连接件持续地连接第三行星齿轮组的第一构件与第四行星齿轮组的第一构件。五个扭矩传递装置可选啮合，从而使第一、第二和第三构件之一与第一、第二、第三构件和静止件中的至少另一个连接。至少二个该扭矩传递装置可选择地啮合形成的组合在输入件和输出件之间建立至少八个前向速比和至少一个反向速比。

在本发明的另一实施例中，提供了一种具有一输入件、一输出件、四个行星齿轮组、多个连接件和多个扭矩传递装置的变速器。第一、第二、第三和第四行星齿轮组均具有太阳轮、行星架和齿圈。输入件持续地连接第一行星齿轮组的太阳轮，输出件持续地连接第四行星齿轮组的行星架。第一连接件持续地连接第一行星齿轮组的齿圈与第二行星齿轮组的行星架。第二连接件持续地将第一行星齿轮组的行星架与第二行星齿轮组的太阳轮和第四行星齿轮组的齿圈连接。第三连接件持续地连接第二行星齿轮组的齿圈与第三行星齿轮组的行星架。第四连接件持续地连接第三行星齿轮组的齿圈与第四行星齿轮组的齿圈。第一扭矩传递装置可选地啮合从而使第三行星齿轮组的行星架与第四行星齿轮组的行星架连接。第二扭矩传递装置可选地啮合从而使第三行星齿轮组的行星架与第四行星齿轮组的太阳轮连接。第三扭矩传递装置可选地啮合从而使第三行星齿轮组的太阳轮连接静止件。第四扭矩传递装置可选地啮合从而使第四行星齿轮组的太阳轮与静止件连接。第五扭矩传递装置可选地啮合从而使第二行星齿轮组的行星架与静止件连接。至少二个该扭矩传递装置可选择地啮合形成的组合在输入件和输出件之间建立至少八个前向速比和至少一个反向速比。

在本发明的另一实施例中，提供了一种具有一输入件、一输出件、四个行星齿轮组、多个连接件和多个扭矩传递装置的变速器。第一、第二、第三和第四行星齿轮组均具有太阳轮、行星架和齿圈。输入件持续地连接第一行星齿轮组的行星架和第二行星齿轮组的太阳轮中的至少一个。输出件持续地连接第四行星齿轮组的行星架。第一连接件持续地连接第一行星齿轮组的齿圈与第二行星齿轮组的行星架。第二连接件持续地连接第一行星齿轮组的行星架与第二行星齿轮组的太阳轮。第三连接件持续地连接第二行星齿轮组的齿圈与第三行星齿轮组的行星架。第四连接件持续地将第一行星齿轮组的齿圈与第三行星齿轮组的齿圈和第四行星齿轮组的齿圈连接。第一扭矩传递装置可选地啮合从而使第四行星齿轮组的行星架与第三行星齿轮组的太阳轮连接。第二扭矩传递装置可选地啮合从而使第四行星齿轮组的太阳轮与第三行星齿轮组的太阳轮连接。第三扭矩传递装置可选地啮合从而使第二行星齿轮组的齿圈连接静止件。第四扭矩传递装置可选地啮合从而使第一行星齿轮组的太阳轮与静止件连接。第五扭矩传递装置可选地啮合从而使第四行星齿轮组的太阳轮与静止件连接。至少二个该扭矩传递装置可选择地啮合形成的组合在输入件和输出件之间建立至少八个前向速比和至少一个反向速比。

上述本发明的特征和优点和其它特征和优点可结合附图与下面对实现本发明的最佳方式的详细描述中得出。

附图说明

此处描述的附图仅仅是用来说明而不是以任何方式限制本发明公开的范围。

图1是根据本发明一实施例的八级变速器的杆状图；

图2是根据本发明的一实施例的八级变速器的示意图；

图3是表示图1和图2中在多个扭矩传递离合器和制动器的啮合状态的每种情况下，变速器的前进和后退速度或齿轮变速比的真值表。

图4是根据本发明另一实施例的八级变速器的杆状图；

图5是根据本发明的另一实施例的八级变速器的示意图；

图6是表示图4和图5中在多个扭矩传递离合器和制动器的啮合状态的每种情况下，变速器的前进和后退速度或齿轮变速比的真值表。

具体实施方式

下面的描述实际上仅仅是范例而不是用来限制本发明的内容、应用或使用。

在开始，应该理解在提供的具体实施例中，本发明的八级自动变速器在四个行星齿轮组的构件之间通常具有永久机械连接装置。这些永久机械连接装置与变速器的实施例有关。第一行星齿轮组的第一部件或构件可持续地连接至第二行星齿轮组的第二部件或构件。第一行星齿轮组的第二部件或构件可持续地连接第二行星齿轮组的第二部件或构件。第一行星齿轮组的第二部件或构件可持续地连接至第三行星齿轮组的第二部件或构件。第三行星齿轮组的第一部件或构件可持续地连接至第四行星齿轮组的第一部件或构件。

现在参照图1，用杆状图形式描述了八级变速器10的一实施例。杆状图示出了像自动变速器这样的机械装置的部件。每条独立的杆代表了一个行星齿轮组，其中行星齿轮组的三个基本机械构件分别用节点代表。因此，一条杆包括三个节点：一个表示太阳轮，一个表示行星架，一个表示齿圈。每条杆上的两个节点之间的相对长度用来表示每个各自的齿轮组的齿圈与太阳轮比率。这些杆的比率依次用来改变变速器的齿轮速比从而获得合适的比率和比率级数。在多个行星齿轮组的节点之间的机械联轴节或连接用细水平线表示，像离合器和制动器这样的扭矩传递装置用交叉指形式表示。如果该装置是制动器，其中一组指接地。杆状图的形式、目的和使用的进一步的说明可以从Benford和Leising的SAE Paper 810102“The Lever Analogy：A New Tool in Transmission Analysis”(其被全文包含于此作为参考)中获得。

自动变速器10包括：一输入轴或输入件12；一第一行星齿轮组14，该第一行星齿轮组14具有三个节点，分别为：第一节点14A、第二节点14B和第三节点14C；一第二行星齿轮组16，该第二行星齿轮组16具有三个节点，分别为：第一节点16A、第二节点16B和第三节点16C；一第三行星齿轮组18，该第三行星齿轮组18具有三个节点，分别为：第一节点18A、第二节点18B和第三节点18C；一第四行星齿轮组20，该第四行星齿轮组20具有三个节点，分别为：第一节点20A、第二节点20B和第三节点20C；一输出轴或输出件22。

输入件12连接至第一行星齿轮组的第三节点14C。输出件22连接至第四行星齿轮组20的第二节点20B。第一行星齿轮组14的第一节点14A连接至第二行星齿轮组16的第二节点16B。第一行星齿轮组14的第二节点14B连接至第二行星齿轮组16的第三节点16C和第四行星齿轮组20的第一节点20A。第二行星齿轮组16的第一节点16A连接至第三行星齿轮组18的第二节点18B。第三行星齿轮组18的第一节点18A连接至第四行星齿轮组20的第一节点20A。

第一离合器26可选地将第三行星齿轮组18的第二节点18B与第四行星齿轮组20的第二节点20B连接。第二离合器28可选地将第三行星齿轮组18第二节点18B与第四行星齿轮组20的第三节点20C连接。第一制动器30可选地将第三行星齿轮组18的第三节点18C与地面或变速器壳体50连接。第二制动器32可选地将第四行星齿轮组20的第三节点20C与地面或变速器壳体50连接。第三制动器34可选地将第三行星齿轮组16的第二节点16B与地面或变速器壳体50连接。

现在参照图2，杆状图表示了根据本发明的八级变速器10的一实施例的示意图。在图2中，继续使用图1中杆状图的编号方式。图2中相应的示出了离合器、制动器和连接器，而用节点表示的行星齿轮组现在用如太阳轮、齿圈和行星架这样的构件来表示。

例如，行星齿轮组14包括一太阳轮14C、一行星架14B和一齿圈14A。太阳轮14C与输入轴或输入件12连接而共同旋转。齿圈14A连接至第一连接轴或第一连接件52上。行星架14B可旋转地支撑一组行星齿轮14D(未示出)并且与第二连接轴或第二连接件54和第三连接轴或第三连接件56连接而共同旋转。行星齿轮14D被构造成与太阳轮14C和齿圈14A相互啮合。

输入轴12或输入件12持续连接至发动机(未示出)或变矩器的涡轮(未示出)上。输出轴22或输出件22持续连接至末级驱动单元或变速箱(未示出)上。

行星齿轮组16包括一太阳轮16C、一可旋转支撑一组行星齿轮16D的行星架16B和一齿圈16A。太阳轮16C与第二连接轴或第二连接件54连接而共同旋转。行星架16B与第一连接轴或第一连接件52和第一外侧轴或第一外侧连接件58连接而共同旋转。齿圈16A与第四连接轴或第四连接件60连接而共同旋转。行星齿轮16D被构造成与太阳轮16C和齿圈16A相互啮合。

行星齿轮组18包括一太阳轮18C、一齿圈18A和一可旋转支撑一组行星齿轮18D的行星架18B。太阳轮18C与第二外侧轴或第二外侧连接件62连接而共同旋转。齿圈18A与第三连接轴或第三连接件56连接而共同旋转。行星架18B与第四连接轴或第四连接件60和第五连接轴或第五连接件64连接而共同旋转。行星齿轮18D被构造成与太阳轮18C和齿圈18A相互啮合。

行星齿轮组20包括一太阳轮20C、一齿圈20A和一可旋转支撑一组行星齿轮20D的行星架20B。太阳轮20C与第六连接轴或第六连接件66连接而共同旋转。齿圈20A与第三连接轴或第三连接件56连接而共同旋转。行星架20B与第七连接轴或第七连接件68和输出轴或输出件22连接而共同旋转。行星齿轮20D被构造成与太阳轮20C和齿圈20A相互啮合。

扭矩传递机构或离合器26、28和制动器30、32和34可选地连接轴或连接件或行星齿轮组的构件和壳体。例如，第一离合器26可选地啮合，从而使第五连接轴或第五连接件64与第七连接轴或第七连接件68连接。第二离合器28可选地啮合，从而使第五连接轴或第五连接件64与第六连接轴或第六连接件66连接。第一制动器30可选地啮合，从而使第二外侧轴或第二外侧件62连接至地面或变速器壳体50而限制构件62相对壳体50的旋转。第二制动器32可选地啮合，从而使第六连接轴或第六连接件66连接至地面或变速器壳体50而限制构件66相对壳体50的旋转。第三制动器34可选地啮合，从而使第一外侧轴或第一外侧件58连接至地面或变速器壳体50而限制构件58相对壳体50的旋转。

现在参照图2和图3，将要描述八级变速器10的实施例的操作过程。可以很容易得知变速器10能以至少8个前向速度或扭矩比和至少1个反向速度或扭矩比从输入轴或输入件12将扭矩传递到输出轴或输出件22。每个前向速度或扭矩比和反向速度或扭矩比是通过一个或多个扭矩传递机构(也就是，第一离合器26、第二离合器28、第一制动器30、第二制动器32、第三制动器34)的啮合而得到的，下面将要对其进行解释。图3是表示不同组合的扭矩传递装置被激活或啮合时获得不同档位的真值表。虽然这些数值只是示例性，然而示出了不同档位的齿速比的实际值，其可以通过其进行一定范围的调整从而满足变速器10不同的应用要求和操作标准。图3中示出了使用本发明的该实施例获得的齿速比的例子。当然，通过选择齿轮的直径、总齿数和齿廓可以得到其它的齿速比。

为了建立倒档，第一离合器26和第三制动器34啮合或被激活。第一离合器26将第五连接轴或第五连接件64连接至第七连接轴或第七连接件68。第三制动器34将第一外侧轴或第一外侧连接件58连接至地面或变速器壳体50从而限制构件58相对于壳体50的旋转。

同样地，如图3所示，通过啮合不同离合器的组合可以得到八个前进档。

可以理解的是前述对操作过程和变速器10的档位的说明假定了：第一，所有的在特定档位下非明确涉及的离合器和制动器处于非激活或脱离状态，第二，在换档过程中，也就是，在改变档位的过程中，在至少相邻的档位之间，在该两个档位中啮合或激活的离合器或制动器将仍然保持啮合或激活。

现在参照图4，杆状图表示了根据本发明的八级变速器100的另一实施例的示意图。自动变速器100包括：一输入轴或输入件112；一第一行星齿轮组114，该第一行星齿轮组114具有三个节点，分别为：第一节点114A、第二节点114B和第三节点114C；一第二行星齿轮组116，该第二行星齿轮组116具有三个节点，分别为：第一节点116A、第二节点116B和第三节点116C；一第三行星齿轮组118，该第三行星齿轮组118具有三个节点，分别为：第一节点118A、第二节点118B和第三节点118C；一第四行星齿轮组120，该第四行星齿轮组120具有三个节点，分别为：第一节点120A、第二节点120B和第三节点120C；一输出轴或输出件122。

输入件112连接至第一行星齿轮组116的第三节点116C。输出件122连接至第四行星齿轮组120的第二节点120B。第一行星齿轮组114的第一节点114A连接至第二行星齿轮组116的第二节点116B和第三行星齿轮组118的第三节点118A。第一行星齿轮组114的第二节点114B连接至第二行星齿轮组116的第三节点116C。第二行星齿轮组116的第一节点116A连接至第三行星齿轮组118的第二节点118B。第三行星齿轮组118的第一节点118A连接至第四行星齿轮组120的第一节点120A。

第一离合器126可选地将第三行星齿轮组118的第三节点118C与第四行星齿轮组120的第二节点120B连接。第二离合器128可选地将第三行星齿轮组118第三节点118C与第四行星齿轮组120的第三节点120C连接。第一制动器130可选地将第二行星齿轮组116的第一节点116A与地面或变速器壳体150连接。第二制动器132可选地将第一行星齿轮组114的第三节点114C与地面或变速器壳体150连接。第三制动器134可选地将第四行星齿轮组120的第三节点120C与地面或变速器壳体150连接。

现在参照图5，杆状图表示了根据本发明的八级变速器100的一实施例的示意图。在图5中，继续使用图4中杆状图的编号方式。图5中相应的示出了离合器、制动器和连接器，而用节点表示的行星齿轮组现在用如太阳轮、齿圈和行星架这样的构件来表示。

例如，行星齿轮组114包括一太阳轮114C、一行星架114B和一齿圈114A。太阳轮114C与第一连接轴或第一连接件142连接而共同旋转。齿圈114A连接至第二连接轴或第二连接件144和第三连接轴或第三连接件146上。行星架114B可旋转地支撑一组行星齿轮114D(未示出)并且与第四连接轴或第四连接件148和输入轴或输入件112连接而共同旋转。行星齿轮114D被构造成与太阳轮114C和齿圈114A相互啮合。

输入轴或输入件112持续连接至发动机(未示出)或变矩器的涡轮(未示出)上。输出轴或输出件122持续连接至末级驱动单元或变速箱(未示出)上。

行星齿轮组116包括一太阳轮116C、一可旋转支撑一组行星齿轮116D的行星架116B和一齿圈116A。太阳轮116C与第四连接轴或第四连接件148连接而共同旋转。行星架116B与第二连接轴或第二连接件144连接而共同旋转。齿圈116A与第五连接轴或第五连接件152和第六连接轴或第六连接件154连接而共同旋转。行星齿轮116D被构造成与太阳轮116C和齿圈116A相互啮合。

行星齿轮组118包括一太阳轮118C、一齿圈118A和一可旋转支撑一组行星齿轮118D的行星架118B。太阳轮118C与第七连接轴或第七连接件156连接而共同旋转。齿圈118A与第三连接轴或第三连接件146连接而共同旋转。行星架118B与第六连接轴或第六连接件154连接而共同旋转。行星齿轮118D被构造成与太阳轮118C和齿圈118A相互啮合。

行星齿轮组120包括一太阳轮120C、一齿圈120A和一可旋转支撑第一组行星齿轮120D和第二组行星齿轮120E的行星架120B。太阳轮120C与第八连接轴或第八连接件158连接而共同旋转。齿圈120A与第三连接轴或第三连接件146连接而共同旋转。行星架120B与第九连接轴或第九连接件160和输出轴或输出件122连接而共同旋转。第一组行星齿轮120D被构造成与太阳轮120C啮合，第二组行星齿轮120E被构造成与齿圈120A啮合。第一行星齿轮120D和第二组行星齿轮120E被构造成相互啮合。

扭矩传递机构或离合器126、128和制动器130、132和134可选地连接轴或连接件或行星齿轮组的构件和壳体150。例如，第一离合器126可选地啮合，从而使第七连接轴或第七连接件156与第九连接轴或第九连接件160连接。第二离合器128可选地啮合，从而使第七连接轴或第七连接件156与第八连接轴或第八连接件158连接。第一制动器130可选地啮合，从而使第五连接轴或第五连接件152连接至地面或壳体150而限制构件152相对壳体150的旋转。第二制动器132可选地啮合，从而使第一连接轴或第一连接件142连接至地面或变速器壳体150而限制构件142相对地面或壳体150的旋转。第三制动器134可选地啮合，从而使第八连接件连接至地面或变速器壳体150而限制第八连接构件158相对地面或壳体150的旋转。

现在参照图5和图6，将要描述八级变速器100的实施例的操作过程。可以很容易得知变速器100能以至少8个前向速度或扭矩比和至少1个反向速度或扭矩比从输入轴或输入件112将扭矩传递到输出轴或输出件114。每个前向速度或扭矩比和反向速度或扭矩比是通过一个或多个扭矩传递机构(也就是，第一离合器126、第二离合器128、第一制动器130、第二制动器132、第三制动器134)的啮合而得到的，下面将要对其进行解释。图6是表示不同组合的扭矩传递装置被激活或啮合时获得不同档位的真值表。虽然这些数值只是示例性，然而示出了不同档位的齿速比的实际值，其可以通过其进行一定范围的调整从而满足变速器100不同的应用要求和操作标准。图6中示出了使用本发明的该实施例获得的齿速比的例子。当然，通过选择齿轮的直径、总齿数和齿廓可以得到其它的齿速比。

为了建立倒档，第一离合器126和第一制动器130啮合或被激活。第一离合器126将第七连接轴或第七连接件156连接至第九连接轴或第九连接件160。第一制动器130将第五连接轴或第五连接件152连接至地面或变速器壳体150从而限制构件152相对于地面或壳体150的旋转。

同样地，如图6所示，通过啮合不同离合器和制动器的组合可以得到八个前进档。

可以理解的是前述对操作过程和变速器100的档位的说明假定了：第一，所有的在特定档位下非明确涉及的离合器和制动器处于非激活或脱离状态，第二，在换档过程中，也就是，在改变档位的过程中，在至少相邻的齿轮状态之间，在该两个档位中啮合或激活的离合器或制动器将仍然保持啮合或激活。

本发明的说明实质上仅仅是示例性的并且不脱离本发明的精神的变型也落入本发明的保护范围。这些变型不被认为脱离了本发明的精神。

Claims (4)

1.一种变速器，其包括：

一输入件；

一输出件；

分别具有太阳轮、行星架和齿圈的第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其中输入件持续地连接第一行星齿轮组的太阳轮，输出件持续地连接第四行星齿轮组的行星架；

一第一连接件持续地连接第一行星齿轮组的齿圈与第二行星齿轮组的行星架；

一第二连接件持续地将第一行星齿轮组的行星架与第二行星齿轮组的太阳轮和第四行星齿轮组的齿圈连接；

一第三连接件持续地连接第二行星齿轮组的齿圈与第三行星齿轮组的行星架；

一第四连接件持续地连接第三行星齿轮组的齿圈与第四行星齿轮组的齿圈；

一第一扭矩传递装置可选地啮合从而使第三行星齿轮组的行星架与第四行星齿轮组的行星架连接；

一第二扭矩传递装置可选地啮合从而使第三行星齿轮组的行星架与第四行星齿轮组的太阳轮连接；

一第三扭矩传递装置可选地啮合从而使第三行星齿轮组的太阳轮与静止件连接；

一第四扭矩传递装置可选地啮合从而使第四行星齿轮组的太阳轮与静止件连接；

一第五扭矩传递装置可选地啮合从而使第二行星齿轮组的行星架与静止件连接；

其中扭矩传递装置以至少两个的组合可选地啮合而在输入件和输出件之间建立至少八个前向速比和至少一个反向速比。

2.根据权利要求1所述的变速器，其中：静止件是变速器壳体。

3.一种变速器，其包括：

一输入件；

一输出件；

分别具有太阳轮、行星架和齿圈的第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其中输入件持续地连接至少第一行星齿轮组的行星架和第二行星齿轮组的太阳轮中之一，输出件持续地连接第四行星齿轮组的行星架；

一第一连接件持续地连接第一行星齿轮组的齿圈与第二行星齿轮组的行星架；

一第二连接件持续地连接第一行星齿轮组的行星架与第二行星齿轮组的太阳轮；

一第三连接件持续地连接第二行星齿轮组的齿圈与第三行星齿轮组的行星架；

一第四连接件持续地将第一行星齿轮组的齿圈与第三行星齿轮组的齿圈和第四行星齿轮组的齿圈连接；

一第一扭矩传递装置可选地啮合从而使第四行星齿轮组的行星架与第三行星齿轮组的太阳轮连接；

一第二扭矩传递装置可选地啮合从而使第四行星齿轮组的太阳轮与第三行星齿轮组的太阳轮连接；

一第三扭矩传递装置可选地啮合从而使第二行星齿轮组的齿圈与静止件连接；

一第四扭矩传递装置可选地啮合从而使第一行星齿轮组的太阳轮与静止件连接；

一第五扭矩传递装置可选地啮合从而使第四行星齿轮组的太阳轮与静止件连接；

其中扭矩传递装置以至少两个的组合可选地啮合而在输入件和输出件之间建立至少八个前向速比和至少一个反向速比。

4.根据权利要求3所述的变速器，其中：静止件是变速器壳体。

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