CN101571180A - 用于机动车的变速箱 - Google Patents

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Abstract

一种用于机动车的变速箱，包括承载多个齿轮(11、13、30、23、29；103、113、115、117、121)的同轴第一和第二输入轴(3、4)；和被所述输入轴(3、4)有选择地驱动的第一至第三副轴(5、6、7)，所述输入轴(3、4)的每个齿轮(11、13、20、23、29)与所述第一或第二副轴(6、7)的至少一个齿轮(12、14、21、22、24、25、28)啮合。所述三个副轴(5、6、7)承载与同一输出齿轮啮合的第一至第三小齿轮(8、9、10)，且所述第三副轴(5)进一步承载与所述第一副轴(6)的齿轮(15)啮合的反向齿轮(16)。

Description

用于机动车的变速箱
技术领域
本发明涉及用于机动车的变速箱，该变速箱包括同轴的第一和第二输入轴，所述输入轴承载多个齿轮；和第一至第三副轴，所述副轴被所述输入轴的齿轮有选择地驱动。
背景技术
具有同轴输入轴的变速箱是近年来重点研究的目标，原因在于期望与驱动两个输入轴的双离合器结合，它们能结合传统自动变速器的优势，诸如容易操作和无间断换档，以及传统手动变速器的优势，诸如快速换档和高功效。
具有同轴输入轴的变速箱例如从DE19923185A1中获悉。
在现有技术的变速箱中，第一和第二副轴承载第一和第二小齿轮，它们与输出差速器啮合。经由第三副轴上的中间齿轮驱动这些副轴其中第一副轴上的反向齿轮，从而构成倒档。由于倒档的传动比应该类似于第一或第二档的传动比，所以反向齿轮必须非常大，类似于第一和第二档的从动齿轮。因此，变速箱倾向于笨重且难于集成在紧凑型车辆设计方案中。
由于变速箱在其输入侧需要双离合器，用来有选择地驱动两个输入轴，更加剧了这一问题，这种双离合器较之驱动单一输入轴所需的简单离合器来说，占据了显然更大的空间。
利用所谓的湿式离合器系统，即离合板由液体冷却剂冷却，可以某种程度上缓解空间不足。由于在这种系统中，离合板较之不带液体冷却剂的“干式”离合器系统来说，冷却更为有效，所以离合板表面每单位面积可能耗散更多能量，所以较之标称相同最大扭矩的干式离合器系统来说，这种湿式离合器系统可以设计地更为紧凑。
发明内容
本发明的目标是提出一种用于机动车的变速箱，其可以与双离合器系统关联，并可以设计地非常紧凑。虽然在干式离合器系统的情况下，更为显著的需要紧凑型变速箱，但是本发明同时适用于干式和湿式离合器系统。
本发明的目标通过一种用于机动车的变速箱来实现，该变速箱包括承载多个齿轮的同轴第一和第二输入轴；和由所述输入轴有选择地驱动的第一至第三副轴，所述输入轴的每个齿轮与所述第一或第二副轴的至少一个齿轮啮合，其特征在于，所述三个副轴承载与相同的输出齿轮啮合的第一至第三小齿轮，并且所述第三副轴进一步承载与所述第一副轴的齿轮啮合的反向齿轮。
就是说，虽然通常经由第三和第一副轴从输入轴向输出差速器传递扭矩，但是根据本发明，通过在第三副轴上设置小齿轮，在倒档时第一和第三副轴的作用反转。因此，必须设置在第一副轴上且用于低速前进档的大齿轮也可以用于构成倒档。因此，第三副轴上不再需要大齿轮，允许变速箱设计地紧凑。
优选由所述第一至第三副轴承载的每个齿轮具有与其关联的同步器，以有选择地将其锁止或将其从各副轴解锁。如果其中一个副轴将扭矩传递到差速器，则可以通过解锁另外两个副轴上的齿轮来确保后者可以自由旋转，经由输出差速器及其各小齿轮进行驱动。
与所述反向齿轮啮合的第一副轴的齿轮优选刚性耦合所述第一副轴的最大齿轮。该最大齿轮需要参与构成低速前进档，以便通过将反向齿轮耦接到该最大齿轮，构成传动比类似于所述低速前进档的倒档。
优选所述第一副轴的所述最大齿轮是所述第一至第三副轴的全部齿轮中最大的齿轮。在大多数情况下，该齿轮参与构成第一前进档。
优选奇数档由所述第一输入轴的齿轮构成，而偶数档由所述第二输入轴的齿轮构成。这样能通过从第一输入轴向第二输入轴切换扭矩以及相反的过程，在相邻档位之间实现无间断换档。
此外，优选至少所述最高档和第二高档由第二副轴的齿轮支撑。较之其他档的从动齿轮而言，这些齿轮通常较小，并且通过将这些齿轮设置在第二副轴上，可以减小变速箱壳体在第二副轴附近的宽度。
优选第一输入轴为中空轴，而第二输入轴通过该第一输入轴延伸。
第二副轴优选比第一副轴更靠近输入轴。这样，第二副轴上的齿轮直径可以进一步减小。
为了让变速箱紧凑，在所述第一或第二输入轴上具有至少一个齿轮也是有用的，该至少一个齿轮与所述第一和第二副轴两者上的齿轮啮合，并且因此用于构成两个不同的档位。
为了紧凑的原因，进一步优选所述齿轮在所述第一和第二输入轴上居中布置，并且如果所述输入轴其中之一上的齿轮仅与第一和第二副轴上的一个齿轮啮合，则该齿轮应该位于终端位置，以便第一和第二副轴之中不承载齿轮的那一个副轴可以制作地更短。
具体来说，这种终端定位的齿轮可以构成第二档。
附图说明
本发明进一步的特征和优势将从参照附图对实施方式进行的说明中体现出来。
图1是根据本发明第一实施方式的变速箱的示意图；
图2是根据本发明第二实施方式的变速箱的示意图。
附图标记
前壁          1
后壁          2
实心输入轴    3
中空输入轴    4
副轴          5、6、7
小齿轮        8、9、10
齿轮          11-16
同步器        17-19
齿轮          20-25
同步器        26-27
齿轮          28、29
台阶          30
离合器元件    101、102
驱动齿轮      103、105
同步器        106、108
齿轮          109-113
同步器        114
齿轮      115-118
同步器    119
齿轮      120-122
具体实施方式
图1所示变速箱具有壳体，其前后壁1、2示于图中。前壁1面对未示出的双离合器，借助该双离合器有选择地驱动实心输入轴3或沿着该实心输入轴3同轴延伸的中空输入轴4。副轴5、6、7旋转支撑在壁1、2中。每个副轴有一部分从变速箱延伸出来，越过前壁1，并且分别承载小齿轮8、9、10。全部三个小齿轮8、9、10与同一未示出的输出差速器啮合。
在变速箱壳体内侧紧邻前壁1的平面I内，齿轮11以防扭矩方式安装在输入轴4上。齿轮11驱动旋转安装在副轴6上的齿轮12。齿轮11在变速箱的全部齿轮中是最小的，而齿轮12是最大的。
在靠近齿轮11、12的平面I的变速箱第二平面II上，存在以防扭矩方式安装在中空输入轴4上的齿轮13；旋转安装在副轴7上并由齿轮13驱动的齿轮14；副轴6上的齿轮15，该齿轮15不与齿轮13啮合，但是与齿轮12刚性连接并与副轴5上的齿轮16啮合。
接下来的第三平面III包含位于副轴5、6、7上的同步器17、18、19，用于有选择地将齿轮14、15、16锁止到各副轴上或使它们解锁。
第四平面IV包含位于中空输入轴4上的齿轮20，分别旋转安装在副轴6、7上的齿轮21、22被齿轮20驱动并适配地借助同步器18、19锁止到各副轴。
相邻的平面V保持安装在实心输入轴3上的齿轮23和旋转安装在副轴6、7上并由齿轮23驱动的齿轮24、25。
左侧下一个平面VI包含同步器26，用于有选择地将齿轮24锁止到副轴6；和同步器27，用来有选择地将齿轮25或者位于左侧临近平面VII内且被实心输入轴3的齿轮29驱动的齿轮28锁止在副轴7上。
在第一前进档，除齿轮12、15之外，全部的从动齿轮解锁，所以扭矩经由中空输入轴4、齿轮11、12、同步器18、副轴6和小齿轮9传递。第二档通过解锁除齿轮28之外的全部从动齿轮来形成，使得通过实心输入轴3、齿轮29、28、同步器27、副轴7和小齿轮10传递扭矩。
第三档通过锁止齿轮21来实现，所以扭矩经由输入轴4和副轴6传递。在第四档，齿轮24锁止，并且在第5至7档，锁止的齿轮分别为齿轮22、25、14。
由于与奇数档有关的驱动齿轮11、13、20都位于中空输入轴4上，而偶数档驱动齿轮23、29位于实心输入齿轮3上，所以利用双离合器从中空输入轴4向实心输入轴3切换扭矩或者相反切换，可以实现相邻档位之间的无间断换档。
通过选择直径类似的齿轮15、16，可以为第一档和倒档实现幅度类似的传动比。因此，与传统设计相比，即只有两个副轴承载驱动输出差速器的小齿轮并且第一档和倒档需要两个大齿轮的设计，副轴5和6之间的距离可以并不显著大于齿轮12的半径，而齿轮15、16的半径也不必显著大于齿轮12直径的一半。
由于输入轴最后面的齿轮29仅与副轴7上的一个从动齿轮28啮合，所以副轴6可以制作地比副轴7短，并且通过在后壁2上形成对应的台阶30，变速箱壳体的体积可以减小。此外，由于与驱动轴29相关的从动齿轮28位于副轴7上，该副轴7较之副轴6更靠近输入轴3、4，所以齿轮29、28的直径可以小于由驱动齿轮29驱动的齿轮位于副轴6上的情形。而且，利用这种方式，可以减小变速箱壳体的体积。
图2是根据本发明第二实施方式的变速箱示意图。在该图中，示出了用于驱动输入轴3、4的双离合器，并且它们的两个离合器元件由附图标记101、102指代。
在直接靠近前壁1的平面I上，设置有位于中空输入轴4上的驱动齿轮103和分别位于副轴6、7上的从动齿轮104、105，所述从动齿轮啮合齿轮103。第二平面II包含分别位于副轴5、6、7上的同步器106、107、108。同步器106适配成有选择地将分别设置在变速箱第三平面III和第六平面VI上、刚性相连的齿轮109、110锁止到副轴5。同步器107有选择地将齿轮104锁止到副轴6，并且同步器108有选择地将齿轮105或第三平面III上的齿轮112锁止到副轴7。
在第三平面III上，齿轮112与中空输入轴4的驱动齿轮113啮合。齿轮109、111不与驱动齿轮113啮合。
第四平面IV保持位于副轴6上的同步器114、实心输入轴3上的驱动齿轮115和副轴7上被齿轮115驱动的齿轮116。
在第五平面V上，存在实心输入轴3的另一个驱动齿轮117、位于副轴6上被齿轮117驱动的齿轮118以及位于副轴7上的同步器。
除了已经提及的齿轮110之外，第六平面VI包含与齿轮110啮合并刚性耦接到齿轮118的齿轮120、实心输入轴3上的驱动齿轮121以及位于副轴7上被齿轮121驱动的齿轮122。
在该变速箱中，第一档通过解锁除齿轮111之外的全部从动齿轮并驱动实心输入轴3来形成。因此，扭矩经由齿轮117、118、120、110、109、111传递到副轴6。倒档通过解锁齿轮111并利用同步器106将齿轮110、109锁止到副轴5来形成。由于齿轮109、111尺寸类似，所以第一当和倒档的传动比幅值类似，但是方向相反。
在第二档，扭矩经由中空输入轴4施加，同步器107被锁止，所以扭矩经由齿轮103、104传递到副轴6。
在第三档，同步器107解锁，并且同步器114将齿轮118锁止到副轴6。
在第四档，扭矩再一次施加到中空输入轴4，并且同步器108锁止齿轮105，所以扭矩由副轴7的小齿轮10输出。
在第五档，同步器108解锁，并且同步器119锁止齿轮116，所以扭矩从实心输入轴3传递到副轴7。
在第六档，同步器118解锁，并且同步器108锁止齿轮112，所以由中空输入轴4驱动副轴7。
在第七档，同步器108解锁，并且同步器119将齿轮122锁止到副轴7。
可以看出，在低速前进档1至3，由副轴6驱动，而在高速档4至7，由副轴7驱动。为此，副轴7的全部齿轮105、112、116、122可以制作地更小，并且变速箱壳体的宽度在副轴7附近可以减小。
与第一实施方式相同，输入轴3、4和副轴6之间的距离大于输入轴3、4和副轴7之间的距离。为了调节高低档之间的跨度(spread)，小齿轮8、9、10可以具有不同直径。将小齿轮8、9制作地比小齿轮10更小，如图所示，则可以实现档位之间较大的跨度，而不必求助于副轴5、6、7上过大或过小的齿轮。
在齿轮113和103之间，中空输入轴4承载卡环(dog-ring)131，其卡爪永久啮合在齿轮113的孔中。在变速箱启动之后，通过相对于彼此旋转轴3、4，这些卡爪可以置于齿轮115中未示出的配合开口的前方。通过轴向位移卡环131，可以将卡爪啮合在齿轮115的开口中，将轴3、4彼此刚性锁止。在这种情况下，两个离合器元件1、2可以同时操作，从而启动车辆。由于在这种方式中，启动车辆产生的摩擦热量通过离合器元件101、102分布，所以每个离合器元件101、102的温升小于仅闭合两个元件其中之一时的温升。因此，离合器的尺度可以减小，而不会发生过热。

Claims (12)

1.一种用于机动车的变速箱，包括承载多个齿轮(11、13、30、23、29；103、113、115、117、121)的同轴第一和第二输入轴(3、4)；和被所述输入轴(3、4)有选择地驱动的第一至第三副轴(5、6、7)，所述输入轴(3、4)的每个齿轮(11、13、20、23、29；103、113、115、117、121)与所述第一或第二副轴(6、7)的至少一个齿轮(12、14、21、22、24、25、28；104、105、112、116、118、122)啮合，其特征在于，所述三个副轴(5、6、7)承载与同一输出齿轮啮合的第一至第三小齿轮(8、9、10)，且所述第三副轴(5)进一步承载与所述第一副轴(6)的齿轮(15；120)啮合的反向齿轮(16；110)。
2.如权利要求1所述的变速箱，其特征在于，由所述第一至第三副轴承载的每一个齿轮(12、14、16、21、22、24、25、28；104、105、109、110、112、116、118、122)具有与其关联的同步器(17、18、19、26、27；106、107、108、114、119)，用于有选择地将其锁止到各副轴(5、6、7)并将其从该副轴解锁。
3、如权利要求1或2所述的变速箱，其特征在于，所述第一副轴(6)上与所述反向齿轮(16；110)啮合的齿轮(15、120)刚性耦合到所述第一副轴(6)的最大齿轮(12；118)。
4.如权利要求3所述的变速箱，其特征在于，所述第一副轴(6)的所述最大齿轮(12；118)是所述第一至第三副轴(5、6、7)的全部齿轮中最大的齿轮。
5.如前述权利要求任一项所述的变速箱，其特征在于，奇数档位由所述第一输入轴(4；3)的齿轮构成，而偶数档位由所述第二输入轴(3；4)的齿轮构成。
6.如前述权利要求任一项所述的变速箱，其特征在于，至少最高档和第二高档由所述第二副轴(7)的齿轮(14、25；122、112)构成。
7.如权利要求6所述的变速箱，其特征在于，由所述第一副轴(6)承载的所述小齿轮(9)小于由所述第二副轴(7)承载的所述小齿轮(10)。
8.如前述权利要求任一项所述的变速箱，其特征在于，所述第一输入轴(4)为中空轴，而所述第二输入轴(3)通过所述第一输入轴(4)延伸。
9.如权利要求8所述的变速箱，其特征在于，所述第二副轴(7)较之所述第一副轴(6)更靠近所述输入轴(3、4)。
10.如权利要求8或9所述的变速箱，其特征在于，至少一个位于所述第一和第二输入轴(3、4)居中位置的齿轮(20、23)与所述第一和第二副轴(6、7)上的齿轮(21、22、24、25)啮合，并且位于所述第一和第二输入轴(3、4)终端位置的齿轮(29)与所述第二副轴(7)上的一个齿轮(28)啮合。
11.如权利要求10所述的变速箱，其特征在于，所述位于终端位置的齿轮(28、29)构成第二档。
12.如前述权利要求任一项所述的变速箱，其特征在于，包括锁止装置(131)，用于有选择地将所述实心输入轴和中空输入轴(3、4)锁止在一起。
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