CN101303070B - 多级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多级变速器，其具有输入部件、输出部件、四个行星齿轮组、多个联轴器部件和多个扭矩传递装置。行星齿轮组中的每一个都包括第一部件、第二部件和第三部件。所述扭矩传递装置可包括离合器。

Description

多级变速器

本申请要求享有于2007年5月10日提交的美国临时申请第60/917,115号的权益。上述申请的发明公开通过引用而结合在本文中。

发明领域

本发明大体上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，更具体地说涉及一种具有八种速度或更多速度、四个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的变速器。

背景技术

在这部分中的陈述仅仅提供与本发明公开相关联的背景信息，并且可组成或不组成现有技术。

典型的多级变速器使用扭矩传递装置、行星齿轮装置和固定的互连器的组合，以取得多个齿轮比。行星齿轮组的数量和物理排列通常由封装技术、成本和所需的速度比来确定。

虽然当前的变速器实现了其预期的目的，但是对于新的改进的变速器构造的需求是基本持续存在的，其体现了尤其从效率、响应性和平滑性考虑改进的性能，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、具备成本效率的、紧凑的多级变速器。

发明内容

在本发明的一个方面，其提供了一种变速器。这种变速器包括输入部件，输出部件，各具有第一部件、第二部件和第三部件的第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组，第一互连部件、第二互连部件、第三互连部件、和第四互连部件以及五个扭矩传递机构。第一互连部件持续地将第一行星齿轮组的第三部件与固定部件互连起来。第二互连部件持续地将第二行星齿轮组的第一部件与固定部件互连起来。第三互连部件持续地将第二行星齿轮组的第三部件与第三行星齿轮组的第一部件互连起来。第四互连部件持续地将第三行星齿轮组的第三部件与第四行星齿轮组的第三部件互连起来。五个扭矩传递机构可选择性地接合，以便将第一部件、第二部件和第三部件的其中一个部件与第一部件、第二部件和第三部件的其中另一部件互连起来。这些扭矩传递机构可选择性地至少三个组合地接合，以便在输入部件和输出部件之间建立至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比。

在本发明的另一方面，这五个扭矩传递机构的其中第一个扭矩传递机构可选择性地接合，以便将第二行星齿轮组的第二部件与第四行星齿轮组的第二部件互连起来。

在本发明的又一方面，这五个扭矩传递机构的其中第二个扭矩传递机构可选择性地接合，以便将第三行星齿轮组的第二部件与第四行星齿轮组的第二部件互连起来。

在本发明的又一方面，这五个扭矩传递机构的其中第三个扭矩传递机构可选择性地接合，以便将第三行星齿轮组的第二部件与第一行星齿轮组的第二部件互连起来。

在本发明的又一方面，这五个扭矩传递机构的其中第四个扭矩传递机构可选择性地接合，以便将第四行星齿轮组的第一部件与第四行星齿轮组的第三部件互连起来。

在本发明的又一方面，这五个扭矩传递机构的其中第五个扭矩传递机构可选择性地接合，以便将第一行星齿轮组的第一部件与第四行星齿轮组的第一部件互连起来。

在本发明的又一方面，第一扭矩传递机构、第二扭矩传递机构、第三扭矩传递机构、第四扭矩传递机构和第五扭矩传递机构是离合器。

在本发明的又一方面，第一部件是恒星齿轮，第二部件是托架部件，并且第三部件是环形齿轮。

在本发明的又一方面，输入部件持续地与第二行星齿轮组的第二部件互连，并且输出部件持续地与第一行星齿轮组的第二部件互连。

在本发明的还一方面，其提供了一种变速器。这种变速器包括输入部件，输出部件，各具有第一部件、第二部件和第三部件的第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组，第一互连部件、第二互连部件、第三互连部件、和第四互连部件以及第一扭矩传递机构、第二扭矩传递机构、第三扭矩传递机构、第四扭矩传递机构和第五扭矩传递机构。输入部件持续地与第二行星齿轮组的第二部件互连，并且输出部件持续地与第一行星齿轮组的第二部件互连。第一互连部件持续地将第一行星齿轮组的第三部件与变速器外壳互连起来。第二互连部件持续地将第二行星齿轮组的第一部件与变速器外壳互连起来。第三互连部件持续地将第二行星齿轮组的第三部件与第三行星齿轮组的第一部件互连起来。第四互连部件持续地将第三行星齿轮组的第三部件与第四行星齿轮组的第三部件互连起来。第一扭矩传递机构可选择性地接合，以便将第二行星齿轮组的第二部件与第四行星齿轮组的第二部件互连起来。第二扭矩传递机构可选择性地接合，以便将第三行星齿轮组的第二部件与第四行星齿轮组的第二部件互连起来。第三扭矩传递机构可选择性地接合，以便将第一行星齿轮组的第二部件与第三行星齿轮组的第二部件互连起来。第四扭矩传递机构可选择性地接合，以便将第四行星齿轮组的第一部件与第四行星齿轮组的第三部件互连起来。第五扭矩传递机构可选择性地接合，以便将第一行星齿轮组的第一部件与第四行星齿轮组的第一部件互连起来。这些扭矩传递机构可选择性地至少三个组合地接合，以便在输入部件和输出部件之间建立至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比。

在本发明的又一方面，其提供了一种变速器。这种变速器包括输入部件，输出部件，各具有恒星齿轮、托架部件和环形齿轮的第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组，第一互连部件、第二互连部件、第三互连部件、和第四互连部件以及第一扭矩传递机构、第二扭矩传递机构、第三扭矩传递机构、第四扭矩传递机构和第五扭矩传递机构。输入部件持续地与第二行星齿轮组的托架部件互连，并且输出部件持续地与第一行星齿轮组的托架部件互连。第一互连部件持续地将第一行星齿轮组的环形齿轮与固定部件互连起来。第二互连部件持续地将第一行星齿轮组的恒星齿轮与固定部件互连起来。第三互连部件持续地将第二行星齿轮组的环形齿轮与第三行星齿轮组的恒星齿轮互连起来。第四互连部件持续地将第三行星齿轮组的环形齿轮与第四行星齿轮组的环形齿轮互连起来。第一扭矩传递机构可选择性地接合，以便将输入部件和第二行星齿轮组的托架部件与第四行星齿轮组的托架部件互连起来。第二扭矩传递机构可选择性地接合，以便将第三行星齿轮组的托架部件与第四行星齿轮组的托架部件互连起来。第三扭矩传递机构可选择性地接合，以便将第三行星齿轮组的托架部件与第一行星齿轮组的托架部件互连起来。第四扭矩传递机构可选择性地接合，以便将第四行星齿轮组的恒星齿轮与第四行星齿轮组的环形齿轮互连起来。第五扭矩传递机构可选择性地接合，以便将第一行星齿轮组的恒星齿轮与第四行星齿轮组的恒星齿轮互连起来。这些扭矩传递机构可选择性地至少三个组合地接合，以便在输入部件和输出部件之间建立至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比。

通过参考以下细节和附图将明晰本发明的其它方面和优势，其中相似的标号表示相同的构件、元件或特征。

附图说明

这里所述的图纸只是出于举例说明的目的，而决非意图限制本发明公开的范围。

图1是根据本发明的八速变速器的一个实施例的杠杆图；

图2是根据本发明的八速变速器的一个实施例的简图；和

图3是在图1和2中所示的变速器的各个可得到的前进和倒档速度或齿轮比下，代表各种扭矩传递离合器接合状态的真值表。

具体实施方式

以下描述在性质上仅仅是示例性的，并且并不意图限制本发明公开、应用或用途。

最初应该懂得，本发明的八速自动变速器的实施例具有位于四个行星齿轮组的元件之间永久的机械连接的装置。例如，第一行星齿轮组的第一构件或元件永久地联接至地或变速器外壳上。第二行星齿轮组的第一构件或元件也永久联接至地或变速器外壳上。第二行星齿轮组的第二构件或元件永久地联接在第三行星齿轮组的第二构件或元件上。最后，第三行星齿轮组的第一构件或元件永久地联接在第四行星齿轮组的第一构件或元件上。

现在参看图1，其以杠杆图模式显示了八速变速器的一个实施例10。杠杆图是机械装置例如自动变速器的构件的示意图。各个单独的杠杆代表一个行星齿轮组，其中行星齿轮组的三个基本的机械构件各由一个节点表示。因此，单个杠杆包含三个节点：一个用于恒星齿轮，一个用于行星齿轮托架，和一个用于环形齿轮。在各杠杆的节点之间的相对长度可用于代表各个相应的齿轮组的环形-恒星杠杆比(ring-to-sun ratio)。这些杠杆比(lever ratio)则用于改变变速器的齿轮比，以取得合适的比和比级数(ratio progression)。在各种行星齿轮组的节点之间的机械联接或相互连接由薄的水平线表示，并且扭矩传递装置例如离合器由交错的指状物表示。在Benford和Leising的SAE论文810102，“The Lever Analogy：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。

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

第一行星齿轮组14的第二节点14B联接在输出部件22上。第一行星齿轮组14的第三节点14C联接至地或变速器外壳50上。第二行星齿轮组16的第一节点16A也联接至地或变速器外壳50上。第二行星齿轮组16的第二节点16B联接在输入部件12上。第二行星齿轮组16的第三节点16C联接在第三行星齿轮组18的第一节点18A上。第三行星齿轮组18的第三节点18C联接在第四行星齿轮组20的第三节点20C上。

第一离合器26选择性地将第二行星齿轮组16的第二节点16B和输入部件12连接到第四行星齿轮组20的第二节点20B上。第二离合器28选择性地将第三行星齿轮组18的第二节点18B连接到第四行星齿轮组20的第二节点20B上。第三离合器30选择性地将第三行星齿轮组18的第二节点18B连接到第一行星齿轮组14的第二节点14B上。第四离合器32选择性地将第四行星齿轮组20的第三节点20C连接到第四行星齿轮组20的第一节点20A上。第五离合器34选择性地将第四行星齿轮组20的第一节点20A连接到第一行星齿轮组14的第一节点14A上。

现在参看图2，棒形图代表了根据本发明的八速变速器10的实施例的示意图。在图2中，延续了来自图1杠杆图的标号。其相应地展示了离合器和联轴器，而行星齿轮组的节点现在显示为行星齿轮组的构件例如恒星齿轮、环形齿轮、行星齿轮和行星齿轮托架。

例如，行星齿轮组14是一种包括恒星齿轮部件14A，行星齿轮托架部件14B和环形齿轮部件14C的行星齿轮组。恒星齿轮部件14A与第一轴或互连部件52相连接，以便共同旋转。行星齿轮托架部件14B可旋转地支撑一组行星齿轮14D(图中只显示了一个)，并且与第二轴或互连部件54以及输出轴22相连接，以便共同旋转。行星齿轮14D构造成可与恒星齿轮部件14A及环形齿轮部件14C相互啮合。环形齿轮部件14C通过第三轴或互连部件56而永久地连接至地或变速器外壳50上。

输入轴或部件12持续地连接在发动机(未显示)或扭矩变换器的涡轮(未显示)上。输出轴或部件22持续地与主减速器或分动箱(未显示)相连接。

行星齿轮组16是一种包括恒星齿轮部件16A、行星托架部件16B和环形齿轮部件16C的行星齿轮组，该行星托架部件16B可旋转地支撑一组行星齿轮16D。恒星齿轮部件16A通过第四轴或互连部件58而永久地连接至地或变速器外壳50上，从而限制恒星齿轮部件16A相对于地或变速器外壳50的旋转。行星托架部件16B与输入轴或部件12相连接，以便共同旋转。环形齿轮部件16C与第五轴或互连部件60相连接，以便共同旋转。行星齿轮16D构造成可与恒星齿轮部件16A及环形齿轮部件16C相互啮合。

行星齿轮组18是一种包括恒星齿轮部件18A、环形齿轮部件18C和行星托架部件18B的行星齿轮组，该行星托架部件18B可旋转地支撑一组行星齿轮18D。恒星齿轮部件18A与第五轴或互连部件60相连接，以便共同旋转。环形齿轮部件18C与第六轴或互连部件62相连接，以便共同旋转。行星托架部件18B与第七轴或互连部件64及第八轴或互连部件66相连接，以便共同旋转。行星齿轮18D构造成可与恒星齿轮部件18A及环形齿轮部件18C相互啮合。

行星齿轮组20是一种包括恒星齿轮部件20A、环形齿轮部件20C和行星托架部件20B的行星齿轮组，该行星托架部件20B可旋转地支撑一组行星齿轮20D。恒星齿轮部件20A与第九互连部件68相连接，以便共同旋转。环形齿轮部件20C与第十轴或互连部件70及第六轴或互连部件62相连接，以便共同旋转。行星托架部件20B与第十一轴或互连部件72相连接，以便共同旋转。行星齿轮20D构造成可与恒星齿轮部件20A及环形齿轮部件20C相互啮合。

扭矩传递机构或离合器26，28，30，32和34容许轴或互连部件、行星齿轮组的部件以及外壳选择性的互连。例如，第一离合器26可选择性地接合，以便将第十一互连轴或部件72连接到输入部件12上。第二离合器28可选择性地接合，以便将第八互连部件66连接到第十一互连部件72上。第三离合器30可选择性地接合，以便将第二互连轴或部件54连接到第七互连部件64上。第四离合器32可选择性地接合，以便将第九互连轴或部件68连接到第十互连轴或部件70上。第五离合器34可选择性地接合，以便将第一互连轴或部件52连接到第九互连轴或部件68上。

现在参看图2和3，将描述八速变速器10的实施例的操作。应该懂得，变速器10能够以至少八个前进速度或扭矩比和至少一个倒档速度或扭矩比而将扭矩从输入轴或部件12传递到输出轴或部件22上。如将在下面所述，通过一个或多个扭矩传递机构(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和第五离合器34)的接合可获得各个前进和倒档速度或扭矩比。图3是代表被触动或接合以取得各种齿轮状态的扭矩传递机构的各种组合的真值表。表中还展示了各种齿轮状态的实际数字齿轮比，但应该懂得这些数值只是示例性的，而且可在极大的范围内调整这些数值，以适应变速器10的各种应用和操作准则。图3中还显示了利用本发明的实施例可获得齿轮比的一个示例。当然，根据所选择的齿轮直径，齿轮齿数和齿轮构造还可获得其它齿轮比。

为了建立倒档齿轮比，可接合或触动第三离合器30、第四离合器32和第五离合器34。第三离合器30将第二互连轴或部件54连接到第七互连部件64上。第四离合器32将第九互连轴或部件68连接到第十互连轴或部件70上。第五离合器34将第一互连轴或部件52连接到第九互连轴或部件68上。类似地，通过离合器接合的不同组合可获得八个前进比，如图3中所示。

应该懂得前面八速变速器10的操作和齿轮状态的解释首先假定在给定的齿轮状态下没有特别指出的所有离合器都是不活动的或分离的，其次在换档期间，即齿轮状态变化期间，在至少相邻的齿轮状态之间，在两种齿轮状态下都接合或被触动的离合器将仍保持接合或触动状态。

本发明的描述在性质上仅仅是示例性的，因而不脱离本发明要点的变型将处于本发明的范围内。这种变型并不被认为脱离了本发明的实质和范围。

Claims (1)

1.一种变速器包括：

输入部件；

输出部件；

第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组，其各具有恒星齿轮、托架部件和环形齿轮，其中所述输入部件持续地与所述第二行星齿轮组的托架部件互连，并且所述输出部件持续地与所述第一行星齿轮组的托架部件互连；

第一互连部件，其将所述第一行星齿轮组的环形齿轮与固定部件持续地互连起来；

第二互连部件，其持续地将所述第二行星齿轮组的恒星齿轮与所述固定部件互连起来；

第三互连部件，其持续地将所述第二行星齿轮组的环形齿轮与所述第三行星齿轮组的恒星齿轮互连起来；

第四互连部件，其持续地将所述第三行星齿轮组的环形齿轮与所述第四行星齿轮组的环形齿轮互连起来；

第一扭矩传递机构，其可选择性地接合，以便将所述输入部件及所述第二行星齿轮组的托架部件与所述第四行星齿轮组的托架部件互连起来；

第二扭矩传递机构，其可选择性地接合，以便将所述第三行星齿轮组的托架部件与所述第四行星齿轮组的托架部件互连起来；

第三扭矩传递机构，其可选择性地接合，以便将所述第三行星齿轮组的托架部件与所述第一行星齿轮组的托架部件互连起来；

第四扭矩传递机构，其可选择性地接合，以便将所述第四行星齿轮组的恒星齿轮与所述第三行星齿轮组的环形齿轮互连起来；

第五扭矩传递机构，其可选择性地接合，以便将所述第一行星齿轮组的恒星齿轮与所述第四行星齿轮组的恒星齿轮互连起来； 

所述第一扭矩传递机构、第二扭矩传递机构、第三扭矩传递机构、第四扭矩传递机构和第五扭矩传递机构是离合器；且

其中所述扭矩传递机构可选择性地至少三个组合地接合，以便在所述输入部件和所述输出部件之间建立至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比。 

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