CN101373018B - 多级变速器 - Google Patents

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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、五个互连部件和五个扭矩传递装置。每个行星齿轮组各包括太阳齿轮、托架部件和环形齿轮。该扭矩传递装置包括四个离合器和一个制动器。所述五个互连部件和所述五个扭矩传递装置分别与固定部件或各个行星齿轮组中的相应部件相连。所述扭矩传递机构可以以两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八种前进速度比和一种倒档速度比。

Description

多级变速器
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年8月22日提交的美国临时申请No.60/957,291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。扭矩传递装置例如为离合器和制动器。
变速器的实施例包括输入部件，输出部件，各具有第一、第二和第三部件的第一、第二、第三和第四行星齿轮组，使第一行星齿轮组的第一部件与固定元件持续地互连的第一互连部件，使第二行星齿轮组的第一部件与第三行星齿轮组的第一部件持续地互连的第二互连部件，使第二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的第三互连部件，使第二行星齿轮组的第三部件与第四行星齿轮组的第一部件持续地互连的第四互连部件，和使第三行星齿轮组的第二部件与第四行星齿轮组的第三部件持续地互连的第五互连部件。五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。扭矩传递装置可以以至少两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八种前进速度比和至少一种倒档速度比。
在本发明的一个实施例中，五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二部件和输入部件中的至少一个与第二行星齿轮组的第三部件和第四行星齿轮组的第一部件互连。
在本发明的另一实施例中，五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，以使第一行星齿轮组的第二部件和输入部件中的至少一个与第二行星齿轮组的第一部件和第三行星齿轮组的第一部件中的至少一个互连。
在本发明的又一实施例中，五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，以使第一行星齿轮的第三部件与第二行星齿轮组的第三部件和第四行星齿轮组的第一部件中的至少一个互连。
在本发明的又一实施例中，五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，以使第一行星齿轮组的第三部件与第二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互连。
在本发明的又一实施例中，五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二部件和第四行星齿轮组的第三部件中的至少一个与固定元件互连。
在本发明的又一实施例中，第一部件是太阳齿轮，第二部件是托架部件，而第三部件是环形齿轮。
在本发明的又一实施例中，输入部件与第一行星齿轮组的第二部件持续地互连，并且输出部件与第四行星齿轮组的第二部件持续地互连。
在本发明的又一实施例中，扭矩传递机构中的一个是制动器，并且扭矩传递机构中的四个是离合器。
在本发明的又一实施例中，固定元件是变速器壳体。
本发明变速器的另一实施例包括输入部件，输出部件，各具有第一、第二和第三部件的第一、第二、第三和第四行星齿轮组，使第一行星齿轮组的第一部件与固定元件持续地互连的第一互连部件，使第二行星齿轮组的第一部件与第三行星齿轮组的第一部件持续地互连的第二互连部件，使第二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的第三互连部件，使第二行星齿轮组的第三部件与第四行星齿轮组的第一部件持续地互连的第四互连部件，和使第三行星齿轮组的第二部件与第四行星齿轮组的第三部件持续地互连的第五互连部件，其中，输入部件与第一行星齿轮组的第二部件持续地互连，并且输出部件与第四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二部件和输入部件中的至少一个与第二行星齿轮组的第三部件和第四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，以使第一行星齿轮组的第二部件和输入部件中的至少一个与第二行星齿轮组的第一部件和第三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，以使第一行星齿轮组的第三部件与第二行星齿轮组的第三部件和第四行星齿轮组的第一部件中的至少一个互连。第四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三部件与第二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二部件和第四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两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八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，固定元件是变速器壳体。
本发明变速器的另一实施例包括输入部件，输出部件，各具有太阳齿轮、托架部件和环形齿轮的第一、第二、第三和第四行星齿轮组，使第一行星齿轮组的太阳齿轮与固定元件持续地互连的第一互连部件，使第二行星齿轮组的太阳齿轮与第三行星齿轮组的太阳齿轮持续地互连的第二互连部件，使第二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，使第二行星齿轮组的环形齿轮与第四行星齿轮组的太阳齿轮持续地互连的第四互连部件，和使第三行星齿轮组的托架部件与第四行星齿轮组的环形齿轮持续地互连的第五互连部件，其中，输入部件与第一行星齿轮组的托架部件持续地互连，并且输出部件与第四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托架部件和输入部件中的至少一个与第二行星齿轮组的环形齿轮和第四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，以使第一行星齿轮组的托架部件和输入部件中的至少一个与第二行星齿轮组的太阳齿轮和第三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，以使第一行星齿轮组的环形齿轮与第二行星齿轮组的环形齿轮和第四行星齿轮组的太阳齿轮中的至少一个互连。第四扭矩传递机构可以有选择地接合，以使第一行星齿轮组的环形齿轮与第二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托架部件和第四行星齿轮组的环形齿轮中的至少一个与固定元件互连。扭矩传递装置可以以至少两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八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，固定元件是变速器壳体。
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是根据本发明的八级变速器的实施例的杠杆图(leverdiagram)；
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，本发明的八级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地(ground)或变速器壳体上。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一构件或元件上。第二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二构件或元件上。第二行星齿轮组的第三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上。最后，第三行星齿轮组的第三构件或元件永久地联接到第四行星齿轮组的第三构件或元件上。
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，其中行星齿轮组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。在Benford和Leising的SAE论文810102，“The Lever Analogy：A New Tool inTransmission 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包括输入轴或输入部件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；和输出轴或输出部件22。
输入部件12联接到第一行星齿轮组14的第三节点14C上。输出部件22联接到第四行星齿轮组20的第二节点20B上。第一行星齿轮组14的第一节点14A联接到固定元件、地或变速器壳体50上。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的第一节点18A上。第二行星齿轮组16的第二节点16B联接到第三行星齿轮组18的第三节点18C上。第二行星齿轮组16的第三节点16C联接到第四行星齿轮组20的第一节点20A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的第三节点20C上。
第一离合器26使第一行星齿轮组14的第三节点14C与第二行星齿轮组16的第三节点16C和第四行星齿轮组20的第一节点20A有选择地连接。第二离合器28使第一行星齿轮组14的第三节点14C与第二行星齿轮组16的第一节点16A和第三行星齿轮组18的第一节点18A有选择地连接。第三离合器30使第二行星齿轮组16的第三节点16C与第一行星齿轮组14的第二节点14B有选择地连接。第四离合器32使第一行星齿轮组14的第二节点14B与第二行星齿轮组16的第二节点16B和第三行星齿轮组18的第三节点18C有选择地连接。制动器34使第三行星齿轮组18的第二节点18B和第四行星齿轮组20的第三节点20C与地或变速器壳体50有选择地连接。
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14A、环形齿轮部件14B和行星齿轮托架部件14C，该行星齿轮托架部件14C支承与第二组行星齿轮14E(仅示出一个)相互啮合的第一组行星齿轮14D(仅示出一个)。第一组行星齿轮14D构造为以便与太阳齿轮部件14A相互啮合，而第二组行星齿轮14E构造为以便与环形齿轮部件14B相互啮合。太阳齿轮部件14A通过第一轴或互连部件42连接到固定元件或变速器壳体50上，以便限制太阳齿轮部件14A相对于变速器壳体50旋转。环形齿轮部件14B与第二轴或互连部件44连接，以便共同旋转。行星齿轮托架部件14C与输入部件12和第三轴或互连部件46连接，以便共同旋转。
行星齿轮组16包括太阳齿轮部件16A、环形齿轮部件16C和行星齿轮托架部件16B，该行星托架部件16B以旋转的方式支承一组行星齿轮16D(仅示出一个)。行星齿轮16D各构造为以便与太阳齿轮部件16A和环形齿轮部件16C相互啮合。太阳齿轮部件16A与第四轴或互连部件48连接，以便共同旋转。环形齿轮部件16C与第五轴或互连部件52和第六轴或互连部件54连接，以便共同旋转。行星托架部件16B与第七轴或互连部件56和第八轴或互连部件58连接，以便共同旋转。
行星齿轮组18包括太阳齿轮部件18A、环形齿轮部件18C和行星齿轮托架部件18B，该行星齿轮托架部件18B以旋转的方式支承一组行星齿轮18D(仅示出一个)。行星齿轮18D各构造为以便与太阳齿轮部件18A和环形齿轮部件18C相互啮合。太阳齿轮部件18A与第四轴或互连部件48连接，以便共同旋转。环形齿轮部件18C与第八轴或互连部件58连接，以便共同旋转。行星托架部件18B与第九轴或互连部件60连接，以便共同旋转。
行星齿轮组20包括太阳齿轮部件20A、环形齿轮部件20C和行星齿轮托架部件20B，该行星齿轮托架部件20B以旋转的方式支承一组行星齿轮20D(仅示出一个)。行星齿轮20D各构造为以便与太阳齿轮部件20A和环形齿轮部件20C相互啮合。太阳齿轮部件20A与第六轴或互连部件54连接，以便共同旋转。环形齿轮部件20C与第九轴或互连部件60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。
输入轴或输入部件12优选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优选地与主减速器或分动箱(未示出)持续地连接。
扭矩传递机构或离合器26、28、30、32和制动器34允许轴或互连部件、行星齿轮组的部件和壳体的有选择地互连。例如，第一离合器26可以有选择地接合，以使输入轴或输入部件12与第六轴或互连部件54连接。第二离合器28可以有选择地接合，以使第三轴或互连部件46与第四轴或互连部件48连接。第三离合器30可以有选择地接合，以使第二轴或互连部件44与第五轴或互连部件52连接。第四离合器32可以有选择地接合，以使第二轴或互连部件44与第七轴或互连部件56连接。制动器34可以有选择地接合，以使第九轴或互连部件60与地或变速器壳体50连接，以便限制托架部件18B和太阳齿轮20C相对于变速器壳体50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是表示被促动或接合为以便实现各种齿轮状态的扭矩传递机构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和制动器34。第二离合器28使第三轴或互连部件46与第四轴或互连部件48连接。制动器34使第九轴或互连部件60与地或变速器壳体50连接。同样地，如图3所示，通过离合器和制动器接合的不同组合实现八种前进比。
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 (3)

1.一种变速器，其包括：
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一行星齿轮组的托架部件持续地互连，并且所述输出部件与所述第四行星齿轮组的托架部件持续地互连；
第一互连部件，其使所述第一行星齿轮组的太阳齿轮与固定元件持续地互连；
第二互连部件，其使所述第二行星齿轮组的太阳齿轮与所述第三行星齿轮组的太阳齿轮持续地互连；
第三互连部件，其使所述第二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四行星齿轮组的太阳齿轮持续地互连；
第五互连部件，其使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环形齿轮持续地互连；
第一扭矩传递机构，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输入部件与所述第二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互连；
第二扭矩传递机构，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输入部件与所述第二行星齿轮组的太阳齿轮和所述第三行星齿轮组的太阳齿轮互连；
第三扭矩传递机构，其可以有选择地接合，以使所述第一行星齿轮组的环形齿轮与所述第二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互连；
第四扭矩传递机构，其可以有选择地接合，以使所述第一行星齿轮组的环形齿轮与所述第二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互连；和
第五扭矩传递机构，其可以有选择地接合，以使所述第三行星齿轮组的托架部件和所述第四行星齿轮组的环形齿轮与所述固定元件互连，并且
其中，所述扭矩传递机构可以以两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八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，所述固定元件是变速器壳体。
3.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述扭矩传递机构中的一个是制动器，并且所述扭矩传递机构中的四个是离合器。
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