CN101344146B - 多级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级变速器，其具有输入部件，输出部件，四个行星齿轮组，多个联接部件和多个扭矩传递装置。每个行星齿轮组各包括第一、第二和第三部件。扭矩传递装置是离合器和制动器。

Description

多级变速器

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年7月13日提交的美国临时申请No.60/949,597的优先权。上述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九种或更多种速度、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、行星齿轮设备和固定互连的组合，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，但是基本不断地需要新的改进的变速器构造，其体现了尤其从效率、响应性和平稳性的立场考虑的改进的性能，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

提供了一种变速器，其具有输入部件、输出部件、四个行星齿轮组、多个联接部件和多个扭矩传递装置。每个行星齿轮组各包括第一、第二和第三部件。扭矩传递装置例如是离合器和制动器。

变速器的实施例包括输入部件，输出部件，第一、第二、第三和第四行星齿轮组，每个行星齿轮组各具有第一、第二和第三部件。第一互连部件使第一行星齿轮组的第一部件与第二行星齿轮组的第二部件持续地互连，第二互连部件使第一行星齿轮组的第二部件与第三行星齿轮组的第三部件持续地互连，第三互连部件使第一行星齿轮组的第三部件与第四行星齿轮组的第二部件持续地互连，第四互连部件使第二行星齿轮组的第三部件与第三行星齿轮组的第二部件持续地互连。六个扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第一、第二和第三部件中的一个与第一部件、第二部件、第三部件和固定元件中的至少一个互连。扭矩传递机构可以以至少三个的组合而有选择地接合，以在输入部件和输出部件之间建立至少九种前进速度比和至少一种倒档速度比。

在本发明的一方面中，六个扭矩传递机构中的第一扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第一行星齿轮组的第一部件和第二行星齿轮组的第二部件中的至少一个与第三行星齿轮组的第一部件互连。

在本发明的另一方面中，六个扭矩传递机构中的第二扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第二行星齿轮组的第三部件和第三行星齿轮组的第二部件中的至少一个与输入部件和第四行星齿轮组的第一部件中的至少一个互连。

在本发明的又一方面中，六个扭矩传递机构中的第三扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第二行星齿轮组的第三部件和第三行星齿轮组的第二部件中的至少一个与第四行星齿轮组的第三部件互连。

在本发明的又一方面中，六个扭矩传递机构中的第四扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第二行星齿轮组的第一部件与固定元件互连。

在本发明的又一方面中，六个扭矩传递机构中的第五扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第三行星齿轮组的第一部件与固定元件互连。

在本发明的又一方面中，六个扭矩传递机构中的第六扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第一行星齿轮组的第二部件和第三行星齿轮组的第三部件中的至少一个与固定元件互连。

在本发明的又一方面中，第一部件是太阳齿轮，第二部件是托架部件，第三部件是环形齿轮。

在本发明的又一方面中，输入部件与第四行星齿轮组的第一部件持续地互连，输出部件与第四行星齿轮组的第二部件和第一行星齿轮组的第三部件中的至少一个持续地互连。

在本发明的又一方面中，扭矩传递机构中的三个扭矩传递机构是制动器，扭矩传递机构中的三个扭矩传递机构是离合器。

在本发明的又一方面中，固定元件是变速器外壳。

本发明的变速器的另一个实施例包括输入部件，输出部件，第一、第二、第三和第四行星齿轮组，每个行星齿轮组各具有第一，第二和第三部件，其中输入部件与第四行星齿轮组的第一部件持续地互连，输出部件与第四行星齿轮组的第二部件和第一行星齿轮组的第三部件中的至少一个持续地互连。第一互连部件使第一行星齿轮组的第一部件与第二行星齿轮组的第二部件持续地互连，第二互连部件使第一行星齿轮组的第二部件与第三行星齿轮组的第三部件持续地互连，第三互连部件使第一行星齿轮组的第三部件与第四行星齿轮组的第二部件持续地互连，第四互连部件使第二行星齿轮组的第三部件与第三行星齿轮组的第二部件持续地互连。第一扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第一行星齿轮组的第一部件和第二行星齿轮组的第二部件中的至少一个与第三行星齿轮组的第一部件互连。第二扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第二行星齿轮组的第三部件和第三行星齿轮组的第二部件中的至少一个与输入部件和第四行星齿轮组的第一部件中的至少一个互连。第三扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第二行星齿轮组的第三部件和第三行星齿轮组的第二部件中的至少一个与第四行星齿轮组的第三部件互连。第四扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第二行星齿轮组的第一部件与固定元件互连。第五扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第三行星齿轮组的第一部件与固定元件互连。第六扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第一行星齿轮组的第二部件和第三行星齿轮组的第三部件中的至少一个与固定元件互连。扭矩传递机构可以以至少三个的组合而有选择地接合，以在输入部件和输出部件之间建立至少九种前进速度比和至少一种倒档速度比。

在本发明的一方面中，第一部件是太阳齿轮，第二部件是托架部件，第三部件是环形齿轮。

在本发明的另一方面中，固定元件变速器外壳。

本发明的变速器的另一个实施例包括输入部件，输出部件，第一、第二、第三和第四行星齿轮组，每个行星齿轮组各具有太阳齿轮，托架部件和环形齿轮；其中，输入部件与第四行星齿轮组的太阳齿轮持续地互连，输出部件与第四行星齿轮组的托架部件和第一行星齿轮组的环形齿轮中的至少一个持续地互连。第一互连部件使第一行星齿轮组的太阳齿轮与第二行星齿轮组的托架部件持续地互连，第二互连部件使第一行星齿轮组的托架部件与第三行星齿轮组的环形齿轮持续地互连，第三互连部件使第一行星齿轮组的环形齿轮与第四行星齿轮组的托架部件持续地互连，第四互连部件使第二行星齿轮组的环形齿轮与第三行星齿轮组的托架部件持续地互连。第一扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第一行星齿轮组的太阳齿轮和第二行星齿轮组的托架部件中的至少一个与第三行星齿轮组的太阳齿轮互连。第二扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第二行星齿轮组的环形齿轮和第三行星齿轮组的托架部件中的至少一个与输入部件和第四行星齿轮组的太阳齿轮中的至少一个互连。第三扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第二行星齿轮组的环形齿轮和第三行星齿轮组的托架部件中的至少一个与第四行星齿轮组的环形齿轮互连。第四扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第二行星齿轮组的太阳齿轮和固定元件互连。第五扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第三行星齿轮组的太阳齿轮与固定元件互连。第六扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第一行星齿轮组的托架部件和第三行星齿轮组的环形齿轮中的至少一个与固定元件互连。扭矩传递机构可以以至少三个的组合而有选择地接合，以在输入部件和输出部件之间建立至少九种前进速度比和至少一种倒档速度比。

在本发明的一方面中，固定元件变速器外壳。

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构件、元件或特征。

附图说明

在此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是根据本发明的九级变速器的实施例的杠杆图(leverdiagram)；

图2是根据本发明的九级变速器的实施例的简图；而

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元件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。

最初，应了解的是，本发明的九速自动变速器的实施例具有在四个行星齿轮组的元件之间的永久的机械连接的布置。第一行星齿轮组的第一构件或元件永久地联接到第四行星齿轮组的第二构件或元件。第一行星齿轮组的第二构件或元件永久地联接到第三行星齿轮组的第一构件或元件。第一行星齿轮组的第三构件或元件永久地联接到第二行星齿轮组的第二构件或元件。第二行星齿轮组的第一构件或元件永久地联接到第三行星齿轮组的第二构件或元件。

现在参考图1，九级变速器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构件的示意图。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构件各由节点表示。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递变(ratio progression)。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(grounded)。在Benford和Leising的SAE论文810102，“The Lever Analogy：A New Tool in TransmissionAnalysis”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包括输入轴或输入部件12，第一行星齿轮组14，第二行星齿轮组16，第三行星齿轮组18，第四行星齿轮组20和输出轴或输出部件22。第一行星齿轮组14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具有三个节点：第一节点20A，第二节点20B和第三节点20C。

输入轴或输入部件12联接到第四行星齿轮组20的第三节点20C。输出轴或输出部件22联接到第四行星齿轮组20的第二节点20B。第一行星齿轮组14的第一节点14A联接到第四行星齿轮组20的第二节点20B。第一行星齿轮组14的第二节点14B联接到第三行星齿轮组18的第一节点18A。第一行星齿轮组14的第三节点14C联接到第二行星齿轮组16的第二节点16B。第二行星齿轮组16的第一节点16A联接到第三行星齿轮组18的第二节点18B。

第一离合器26使第二行星齿轮组16的第二节点16B有选择地连接到第三行星齿轮组18的第三节点18C。第二离合器28使第三行星齿轮组18的第二节点18B有选择地连接到第四行星齿轮组20的第三节点20C和输入轴或输入部件12。第三离合器30使第三行星齿轮组18的第二节点18B有选择地连接到第四行星齿轮组20的第一节点20A。第一制动器32使第二行星齿轮组16的第三节点16C有选择地连接到地或变速器外壳50。第二制动器34使第三行星齿轮组18的第三节点18C有选择地连接到地或变速器外壳50。第三制动器36使第一行星齿轮组14的第二节点14B有选择地连接到地或变速器外壳50。

现在参考图2，符号图(stick diagram)表示根据本发明的九级变速器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构件，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包括太阳齿轮部件14C，支承一组行星齿轮14D的行星齿轮托架部件14B和环形齿轮部件14A。太阳齿轮部件14C与第一轴或互连部件42连接，以便共同旋转。环形齿轮部件14A与输出轴或输出部件22连接，以便共同旋转。行星齿轮托架部件14B与第二轴或互连部件44和第三轴或互连部件46连接，以便共同旋转。每个行星齿轮14D各构造为以便与环形齿轮部件14A和太阳齿轮部件14C相互啮合。

输入轴或输入部件12优选地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。输出轴或输出部件22优选地与主减速器(final drive)或分动箱(未示出)持续地连接。

行星齿轮组16包括太阳齿轮部件16C，环形齿轮部件16A和可旋转地支承一组行星齿轮16D的行星托架部件16B。太阳齿轮部件16C与第四轴或互连部件48连接，以便共同旋转。环形齿轮部件16A与第五轴或互连部件52连接，以便共同旋转。行星托架部件16B与第一轴或互连部件42和第六轴或互连部件54连接，以便共同旋转。每个行星齿轮16D各构造为以便与太阳齿轮部件16C和环形齿轮部件16A相互啮合。

行星齿轮组18包括太阳齿轮部件18C，环形齿轮部件18A以及可旋转地支承一组行星齿轮18D的行星托架部件18B。太阳齿轮部件18C与第七轴或互连部件56连接，以便共同旋转。环形齿轮部件18A与第三轴或互连部件46连接，以便共同旋转。行星托架部件18B与第五轴或互连部件52和第八轴或互连部件58连接，以便共同旋转。每个行星齿轮18D各构造为以便与太阳齿轮部件18C和环形齿轮部件18A相互啮合。

行星齿轮组20包括太阳齿轮部件20C，可旋转地支承一组行星齿轮20D的行星托架部件20B和环形齿轮部件20A。太阳齿轮部件20C与输入轴或输入部件12连接，以便共同旋转。行星托架部件20B与输出轴或输出部件22连接，以便共同旋转。环形齿轮部件20A与第九轴或互连部件60连接，以便共同旋转。每个行星齿轮20D各构造为以便与环形齿轮部件20A和太阳齿轮部件20C相互啮合。

扭矩传递机构或离合器26，28，30和制动器32，34及36允许轴或互连部件，行星齿轮组的部件和外壳50的选择性互连。例如，第一离合器26可以有选择地接合，以使第六轴或互连部件54连接到第七轴或互连部件56。第二离合器28可以有选择地接合，以使输入轴或输入部件12连接到第八轴或互连部件58。第三离合器30可以有选择地接合，以使第八轴或互连部件58连接到第九轴或互连部件60。第一制动器32可以有选择地接合，以使太阳齿轮部件16C经由第四轴或互连部件48连接到地、固定元件或变速器外壳50，以限制太阳齿轮部件16C相对于变速器外壳50的旋转。第二制动器34可以有选择地接合，以使太阳齿轮部件18C经由第七轴或互连部件56连接到地、固定元件或变速器外壳50，以限制太阳齿轮部件18C相对于变速器外壳50的旋转。第三制动器36可以有选择地接合，以使行星托架部件14B和环形齿轮部件18A经由第二轴或互连部件44和第三轴或互连部件46连接到地、固定元件或变速器外壳50，以限制行星托架部件14B和环形齿轮部件18A相对于变速器外壳50的旋转。

在本实施例中，第三制动器36比离合器26，28，30和制动器32，34大。例如，第三制动器36具有直径增加的摩擦片或者更多数量的摩擦片，从而与离合器26，28，30和制动器32，34相比提供额外的工作摩擦表面面积。较大的制动器36允许增大的扭矩传递能力、更短的接合时间和改善的磨损特性。尽管如此，本发明预期其它的实施例具有不同大小的离合器和制动器26，28，30，32，34和36而不脱离本发明的范围。

现在参考图2和图3，将描述九级变速器10的实施例的操作。将了解的是，变速器10能够以至少九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输入部件12传递到输出轴或输出部件22。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、第一制动器32、第二制动器34和第三制动器36)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是表示被促动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，接合或促动第二离合器28，第一制动器32和第三制动器36。第二离合器28使输入轴或输入部件12连接到第八轴或互连部件58。第一制动器32使太阳齿轮部件16C经由第四轴或互连部件48连接到地、固定元件或变速器外壳50，以限制太阳齿轮部件16C相对于变速器外壳50的旋转。第三制动器36使行星托架部件14B和环形齿轮部件18A经由第二轴或互连部件44和第三轴或互连部件46连接到地，固定元件或变速器外壳50，以限制行星托架部件14B和环形齿轮部件18A相对于变速器外壳50的旋转。同样地，如图3中所示，通过离合器和制动器的接合的不同的组合来实现九种前进比。

将要了解的是，九级变速器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各为不促动的或脱离的，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促动的离合器或制动器仍将保持接合或促动。

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在本发明的范围内。这种变型不被认为脱离了本发明的精神和范围。

Claims (5)

1.一种变速器，其包括：

输入部件；

输出部件；

第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其各具有第一、第二和第三部件，所述第一部件是太阳齿轮，所述第二部件是托架部件，所述第三部件是环形齿轮；

第一互连部件，其使所述第一行星齿轮组的第一部件与所述第二行星齿轮组的第二部件持续地互连；

第二互连部件，其使所述第一行星齿轮组的第二部件与所述第三行星齿轮组的第三部件持续地互连；

第三互连部件，其使所述第一行星齿轮组的第三部件与所述第四行星齿轮组的第二部件持续地互连；

第四互连部件，其使所述第二行星齿轮组的第三部件与所述第三行星齿轮组的第二部件持续地互连；

第一离合器，其可以有选择地接合，以使所述第一行星齿轮组的第一部件和所述第二行星齿轮组的第二部件中的至少一个与所述第三行星齿轮组的第一部件互连；

第二离合器，其可以有选择地接合，以使所述第二行星齿轮组的第三部件和所述第三行星齿轮组的第二部件中的至少一个与所述输入部件和所述第四行星齿轮组的第一部件中的至少一个互连；

第三离合器，其可以有选择地接合，以使所述第二行星齿轮组的第三部件和所述第三行星齿轮组的第二部件中的至少一个与所述第四行星齿轮组的第三部件互连；

第一制动器，其可以有选择地接合，以使所述第二行星齿轮组的第一部件与固定元件互连；

第二制动器，其可以有选择地接合，以使所述第三行星齿轮组的第一部件与所述固定元件互连；和

第三制动器，其可以有选择地接合，以使所述第一行星齿轮组的第二部件和所述第三行星齿轮组的第三部件中的至少一个与所述固定元件互连，并且

其中，所述离合器和制动器可以以三个的组合而有选择地接合，以在所述输入部件和所述输出部件之间建立九种前进速度比和一种倒档速度比。

2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于：所述输入部件与所述第四行星齿轮组的第一部件持续地互连，所述输出部件与所述第四行星齿轮组的第二部件和所述第一行星齿轮组的第三部件中的至少一个持续地互连。

3.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于：所述固定元件是变速器外壳。

4.一种变速器，其包括：

输入部件；

输出部件；

第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其各具有太阳齿轮，托架部件和环形齿轮，其中，所述输入部件与所述第四行星齿轮组的太阳齿轮持续地互连，所述输出部件与所述第四行星齿轮组的托架部件和所述第一行星齿轮组的环形齿轮中的至少一个持续地互连；

第一互连部件，其使所述第一行星齿轮组的太阳齿轮与所述第二行星齿轮组的托架部件持续地互连；

第二互连部件，其使所述第一行星齿轮组的托架部件与所述第三行星齿轮组的环形齿轮持续地互连；

第三互连部件，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托架部件持续地互连；

第四互连部件，其使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托架部件持续地互连；

第一离合器，其可以有选择地接合，以使所述第一行星齿轮组的太阳齿轮和所述第二行星齿轮组的托架部件中的至少一个与所述第三行星齿轮组的太阳齿轮互连；

第二离合器，其可以有选择地接合，以使所述第二行星齿轮组的环形齿轮和所述第三行星齿轮组的托架部件中的至少一个与所述输入部件和所述第四行星齿轮组的太阳齿轮中的至少一个互连；

第三离合器，其可以有选择地接合，以使所述第二行星齿轮组的环形齿轮和所述第三行星齿轮组的托架部件中的至少一个与所述第四行星齿轮组的环形齿轮互连；

第一制动器，其可以有选择地接合，以使所述第二行星齿轮组的太阳齿轮与固定元件互连；

第二制动器，其可以有选择地接合，以使所述第三行星齿轮组的太阳齿轮与所述固定元件互连；和

第三制动器，其可以有选择地接合，以使所述第一行星齿轮组的托架部件和所述第三行星齿轮组的环形齿轮中的至少一个与所述固定元件互连，并且

其中，所述离合器和制动器可以以三个的组合而有选择地接合，以在所述输入部件和所述输出部件之间建立九种前进速度比和一种倒档速度比。

5.根据权利要求4所述的变速器，其特征在于：所述固定元件是变速器外壳。

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