CN101660589B - 具有共用行星齿轮架的行星齿轮变速器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有共用行星齿轮架的行星齿轮变速器。公开了一种自动变速器，包括具有可旋转地支撑在共用行星齿轮架上并与第一中心齿轮和作用为第一齿圈和第二中心齿轮的第一组合齿轮驱动地接合的第一行星小齿轮组的第一行星齿轮组。第二行星齿轮组包括可旋转地支撑在共用行星齿轮架上并与第一组合齿轮和作用为第二齿圈和第三齿圈的第二组合齿轮驱动地接合的第二行星小齿轮组。第三行星齿轮组具有可旋转地支撑在共用行星齿轮架上并与第三中心齿轮和第二组合齿轮驱动地接合的第三行星小齿轮组。采用一系列嵌套的离合器和多个制动器以使用单个行星齿轮架形成六个前进档传动比和一个倒档传动比。本发明减小了变速器总体长度，同时仍提供所需数目齿轮比。
Description
技术领域
本发明涉及机动车辆的自动变速器领域，更为具体地，涉及用于变速器的行星齿轮和离合器的运动设置。
背景技术
在多种自动变速器中采用行星齿轮组以通过选择性地接合和分离用于连接并释放多个齿轮组部件间的连接的离合器来产生多个齿轮比。通过选择性地接合和分离制动器还实现了其它的齿轮比，该制动器固定选择的齿轮组部件防止转动或释放其用于转动。总体上，随着变速器产生的传动比的数目的增加，控制变速器所需的离合器和制动器的数目也在增加。变速器需要愈来愈多的齿轮比数目，而同时还需要最小化变速器的总体封装尺寸使得变速器仍可安装在相对较小的机动车辆内。显而易见，这两个目的总体上互相矛盾。目前解决该问题的尝试主要致力于增加变速器能够产生的传动比的数目同时最小化用在变速器中的制动器和离合器的数目以便控制变速器的轴向长度及其它尺寸。此外，当考虑变速器重新设计时，限制齿轮部件的旋转速度也是很重要的。例如，小齿轮通常以5至7倍于发动机转速的速度旋转，其会导致支撑小齿轮的轴承使用寿命降低。总体而言，认为在至少可用齿轮比的数目、所需的齿轮旋转速度、变速器的尺寸和总体可靠性之间需要有所取舍。
基于以上所述，本领域中需要一种表现出较短总体轴向长度、没有超速旋转的特定齿轮部件、并还提供较大数目的齿轮比的变速器。
发明内容
本发明致力于能够使用单个行星齿轮架产生六个前进档传动比和一个倒档传动比的自动变速器。通过单个行星齿轮架，减小了变速器的总体长度，同时变速器仍提供所需数目的齿轮比。
更为具体地，根据本发明的自动变速器包括适合由发动机驱动的输入轴和输出轴。第一行星齿轮组具有第一中心齿轮、第一齿圈、共用行星齿轮架、可旋转地支撑在共用行星齿轮架上并与第一中心齿轮和作用为第一齿圈和第二中心齿轮的第一组合齿轮驱动地接合的第一行星小齿轮组。第二行星齿轮组具有第二齿圈、可旋转地支撑在共用行星齿轮架上并与第一组合齿轮和作用为第二齿圈和第三齿圈的第二组合齿轮驱动地接合的第二行星小齿轮组。第三行星齿轮组具有第三中心齿轮和可旋转地支撑在共用行星齿轮架上并与第三中心齿轮和第二组合齿轮驱动地接合的第三行星小齿轮组。第一制动器设置用于固定共用行星齿轮架防止旋转并释放共用行星齿轮架，第一制动器优选地为单向制动器。第二制动器选择性地固定第一或第二组合齿轮防止旋转以接合第二或第六齿轮比。第三制动器固定第一或第三中心齿轮防止旋转以接合第三或第五齿轮比。
一系列嵌套离合器交替可驱动地连接至输入轴或与之分离。该一系列离合器的第一离合器将第三中心齿轮交替可驱动地连接至输入轴或与之分离以形成倒档齿轮比。该一系列离合器的第二离合器将第一或第三中心齿轮交替可驱动地连接至输入轴或与之分离以形成第一、第二、第三或第四齿轮比。最后，该一系列离合器的第三离合器将行星齿轮架交替可驱动地连接至输入轴或与之分离以形成第四、第五、或第六齿轮比。
结合附图参考下面优选实施例的详细描述，本发明的其它目的、特征和优点将变得更为显而易见，其中在数个附图中相同的附图标记指代对应部件。
附图说明
图1为合并有根据本发明构造的多级变速器的车辆的示意图。
图2为本发明第一优选实施例的齿轮、离合器和制动器的运动设置的示意图。
图3为显示了图1变速器的产生多个前进档传动比和倒档传动比所需的离合器和制动器的接合与分离的模式以及扭矩比的图表。
图4A至4D为显示了图1变速器的元件、离合器和制动器的速度和扭矩的图表。
图5为本发明第二优选实施例的齿轮、离合器和制动器的运动设置的示意图。
图6为本发明第三优选实施例的齿轮、离合器和制动器的运动设置的示意图。
具体实施方式
首先参考图1，其显示了具有车身11和驱动源12的机动车辆10。来自驱动源12的动力传递至变速器18，随后传递至动力传动系20的其它部分并最终驱动车轮22。车辆10显示为后轮驱动车辆，但可采用任何类型的动力传动系设置，包括前轮驱动系统或全轮驱动系统。另外，驱动源12显示为内燃发动机，但可采用其它类型的驱动设置，包括混合动力驱动系统。此外，尽管没有显示，驱动源12和变速器18之间通常有离合器或液力联轴器(未显示)，例如液力变矩器。
图2中显示了变速器18的第一优选实施例，其描述了显示数个变速器18部件的运动设置的示意图。如图所示，变速器18包括适合连接至驱动源12的输入轴30。变速器18还包括第一、第二和第三行星齿轮组31、32、33，第一、第二和第三行星齿轮组31、32、33设置为通过在齿轮组31、32、33中使用某些共用零件形成紧密行星齿轮系统。选择性地成组驱动第一、第二和第三离合器CR、C1234、C456以及第一、第二和第三制动器BR1、B26、B35以便提供六个前进档传动比和一个倒档传动比。变速器18还具有适合连接至车辆10的驱动轮22的输出轴55。
第一行星齿轮组31包括通过第二离合器C1234选择性地接合输入轴30或与之分离的第一中心齿轮S1。第一组合齿轮62也形成第一行星齿轮组31的一部份。第一组合齿轮62通过第二制动器B26选择性地制动，并如下进一步所述地作用为第一行星齿轮组31的第一齿圈和第二行星齿轮组32的第二中心齿轮。优选地由一体式单元构成的共用行星齿轮架65为所有三个行星齿轮组31、32、33所共用。共用行星齿轮架65可通过第一制动器BR1选择性地制动，其优选地构成为单向制动器。共用行星齿轮架65还通过第三离合器C456选择性地与输入轴30直接接合或与之分离。第一行星小齿轮组70可旋转地支撑在共用行星齿轮架65上并与第一中心齿轮S1和第一组合齿轮62驱动地接合。
第二行星齿轮组32使用作为第二中心齿轮的第一组合齿轮62、作为第二齿圈的第二组合齿轮75和共用行星齿轮架65。第二行星齿轮组32还包括可旋转地支撑在共用行星齿轮架65上并与第一组合齿轮62和第二组合齿轮75驱动地接合的第二行星小齿轮组80。除作用为第二行星齿轮组32的第二齿圈外，第二组合齿轮75还作用为第三行星齿轮组33的第三齿圈，并且在本实施例中连接至变速器18的输出轴55。
第三行星齿轮组33包括第三中心齿轮S3，其通过第三制动器B35选择性地制动并还通过第一离合器CR与输入轴30选择性地接合或与之分离。第三行星齿轮组33还包括可旋转地支撑在共用行星齿轮架65上并与第三中心齿轮S3和第二组合齿轮75驱动地接合的第三行星小齿轮组90。
如可从上述讨论中看出的，第一、第二和第三离合器CR、C1234、C456均连接至输入轴30。此外，第一、第二和第三离合器CR、C1234、C456彼此紧密相邻定位。在优选实施例中，离合器CR、C1234、C456实际上由熔结金属制成并嵌套。以这种设置，92处示意指示的单个外壳体可用于所有三个离合器CR、C1234、C456，从而节约了成本和空间。
图3为显示了用于产生六个前进档传动比和单个倒档传动比的离合器CR、C1234、C456以及制动器BR1、B26、B35的接合与释放的优选模式的图表。图3还提出了为根据本实施例的变速器18所形成的优选扭矩比。在运转中，通过第一离合器CR和第一制动器BR1的同时接合产生倒档传动比，其将输入轴30连接至第三中心齿轮S3，这样扭矩通过第三行星齿轮组33流至第二组合齿轮75并随后流至输出轴55。通过第一制动器BR1和第二离合器1234的同时接合产生第一档传动比。第二离合器C1234允许扭矩流传递至第一中心齿轮S1。第一制动器BR1迫使共用行星齿轮架65停止转动，从而影响所有三个行星齿轮组31、32、33。因此，扭矩从第一中心齿轮S1通过第一、第二行星齿轮组31、32传递并随后传递至输出轴55。
通过维持第二离合器C1234的接合、并开始接合第二制动器B26从而停止第一组合齿轮62、以及分离第一制动器BR1导致升档至第二前进档传动比。扭矩仍然流向第一中心齿轮S1，但由于第一组合齿轮62静止，第一中心齿轮S1和第二组合齿轮75之间的齿轮比改变以提供第二前进档传动比。随后扭矩从第二组合齿轮75传递至输出轴55。
通过第二制动器B26的分离和第三制动器B35的接合导致升档至第三档。由于第二制动器B26分离，第一组合齿轮62自由旋转。由于第三制动器B35接合，第三中心齿轮S3固定不可旋转。扭矩仍然流至第一中心齿轮S1，然而由于第一组合齿轮62可旋转而第三中心齿轮S3不可旋转，第一中心齿轮S1和第二组合齿轮75之间的齿轮比改变以提供第三前进档传动比。随后扭矩从第二组合齿轮75传递至输出轴55。
通过第三制动器B35的分离和第三离合器C456的接合导致升档至第四档。由于第三制动器B35分离，第三中心齿轮S3自由旋转。由于第三离合器C456接合，输入轴30连接至共用行星齿轮架65，从而同时向所有三个行星齿轮组31、32、33提供扭矩。由于第二、第三离合器C1234、C456均接合，第一中心齿轮S1也以与共用行星齿轮架65相同的转速旋转，其也迫使第二组合齿轮75以与输入轴30相同的转速旋转，从而提供了1∶1的直接传动。
通过第二离合器C1234的分离和第三制动器B35的接合导致升档至第五档(其优选地构成超速传动比)。由于第二离合器C1234分离，第一中心齿轮S1自由旋转，同时第三制动器B35的接合保持第三中心齿轮S3静止。输入扭矩仍直接传递至共用行星齿轮架65，但来自输入轴30的输入扭矩和来自第三中心齿轮S3的反作用扭矩起作用以通过第三行星齿轮组33提供第五档传动比。
通过第二制动器B26的接合和第三制动器B35的分离导致升档至第六档(其提供第二超速传动比)。由于第二制动器B26接合，第一组合齿轮保持静止，且由于第三制动器B35分离，允许第三中心齿轮S3旋转。输入扭矩仍直接传递至共用行星齿轮架65，但来自输入轴30的输入扭矩和来自共用行星齿轮架65的反作用扭矩起作用以通过第一和第二行星齿轮组31、32提供第六档传动比。
如图4A至4D中所描述的，在多个表格中显示了根据上述实施例的运动设置的多个零件的特性。更为具体地，多个元件以图4A中所示的速度旋转并按照图4B中所示的多个扭矩运转。图4C中显示了每个元件的离合器速度(clutch speed)，而图4D中显示了离合器扭矩(clutch torque)。又，应理解这些运转参数代表了本发明的优选形式，可不脱离本发明的范围设定其它传动比和其它运转参数。
图5和图6分别显示了本发明的第二实施例和第三实施例。运动设置基本上与图2相类似，而且相同的零件以相同的附图标记标出。每个实施例均具有共用行星齿轮架65和两个组合齿轮62、75。此外，它们以三个制动器BR1、B26、B35和三个优选地容纳在一起的离合器CR、C1234、C456运转以提供六个前进档传动比和一个倒档传动比。此外，以相同的顺序接合相同的离合器CR、C1234、C456和制动器BR1、B26、B35以接合各个传动比。然而，如下更为充分地解释，具体连接有所不同。
参考图5，显示了根据第二优选实施例的变速器18′。该实施例和图2的实施例之间的不同在于第二制动器B26连接至第二组合齿轮75而非第一组合齿轮62，同时输出轴55连接至第一组合齿轮62而非第二组合齿轮75。另外，第一行星齿轮组31′和第二行星齿轮组33′优选地分别成型有双行星小齿轮组70′和双行星小齿轮组90′。联系图6的变速器18″，变速器18″和变速器18′之间的主要差别在于变速器18″中第三制动器B35和第一离合器CR连接至第一中心齿轮S1且使用单个行星齿轮组。
基于上述，显而易见本发明提供了一种自动变速器，其包括三个采用共用行星齿轮架和多个组合齿轮的行星齿轮组以及一系列嵌套离合器，它们共同形成了有效地形成六个前进档传动比和一个倒档传动比的紧凑的变速器。另外，即使有很多齿轮比可用，为了有利地具有较短的总体轴向长度，没有特定变速器齿轮部件以过快速度旋转。尽管参考本发明的优选实施例进行了描述，应理解可不脱离本发明的实质进行多种改变和/或修改。总体上，本发明仅意图由权利要求的范围所限定。
Claims (20)
1.一种车辆的自动变速器，包含：
适合被动力源驱动的输入轴；
输出轴；
包括第一中心齿轮、形成第一齿圈和第二中心齿轮的第一组合齿轮、共用行星齿轮架、和可旋转地支撑在所述共用行星齿轮架上并与所述第一中心齿轮和所述第一组合齿轮驱动地接合的第一行星小齿轮组的第一行星齿轮组；
包括第二齿圈、可旋转地支撑在所述共用行星齿轮架上并与所述第一组合齿轮和形成第二齿圈和第三齿圈的第二组合齿轮驱动地接合的第二行星小齿轮组的第二行星齿轮组；以及
包括第三中心齿轮、和可旋转地支撑在所述共用行星齿轮架上并与所述第三中心齿轮和所述第二组合齿轮驱动地接合的第三行星小齿轮组的第三行星齿轮组。
2.根据权利要求1所述的自动变速器，其特征在于，进一步包含：用于选择性地固定所述共用行星齿轮架防止旋转的第一制动器。
3.根据权利要求2所述的自动变速器，其特征在于，所述第一制动器构成单向制动器。
4.根据权利要求2所述的自动变速器，其特征在于，进一步包含：用于选择性地固定所述第一组合齿轮或所述第二组合齿轮中的一个防止旋转的第二制动器，所述自动变速器提供了六个前进档传动比和一个倒档传动比，而所述第二制动器接合以形成第二或第六齿轮比。
5.根据权利要求4所述的自动变速器，其特征在于，进一步包含：用于选择性地固定所述第一中心齿轮或所述第三中心齿轮防止旋转的第三制动器以接合第三或第五齿轮比。
6.根据权利要求1所述的自动变速器，其特征在于，进一步包含：在所述输入轴和所述第一、第二和第三行星齿轮组之间交替可驱动地连接或分离的一系列离合器。
7.根据权利要求6所述的自动变速器，其特征在于，所述一系列离合器包括嵌套在共用壳体中的第一、第二和第三离合器。
8.根据权利要求6所述的自动变速器，其特征在于，所述一系列离合器的第一离合器将所述第三中心齿轮交替可驱动地连接至所述输入轴或与之分离以形成倒档齿轮比。
9.根据权利要求8所述的自动变速器，其特征在于，所述一系列离合器的第二离合器将所述第一中心齿轮和所述第三中心齿轮中的一个交替可驱动地连接至所述输入轴或与之分离以接合第一和第二齿轮比。
10.根据权利要求9所述的自动变速器，其特征在于，所述一系列离合器的第三离合器将所述共用行星齿轮架交替可驱动地连接至所述输入轴或与之分离以接合第四、第五和第六齿轮比。
11.一种车辆的自动变速器，包含：
适合被动力源驱动的输入轴；
输出轴；以及
具有共用行星齿轮架的第一、第二和第三行星齿轮组；其中所述第一、第二和第三行星齿轮组进一步包括两个组合齿轮，所述两个组合齿轮包括形成所述第一行星齿轮组的第一齿圈和所述第二行星轮组的第二中心齿轮的第一组合齿轮以及形成所述第二行星齿轮组的第二齿圈和所述第三行星齿轮组的第三齿圈的第二组合齿轮。
12.根据权利要求11所述的自动变速器，其特征在于，进一步包含：用于形成六个前进档传动比和一个倒档传动比的三个离合器和三个制动器。
13.一种车辆，包含：
车身；
支撑所述车身的多个车轮；
安装在所述车身中的驱动源；以及
用于将动力从所述驱动源传递至所述多个车轮的动力传动系，所述动力传动系包括多级自动变速器，其包括：
被所述驱动源驱动的输入轴；
驱动地连接至所述多个车轮的输出轴；
包括第一中心齿轮、形成第一齿圈和第二中心齿轮的第一组合齿轮、共用行星齿轮架、和可旋转地支撑在所述共用行星齿轮架上并与所述第一中心齿轮和所述第一组合齿轮驱动地接合的第一行星小齿轮组的第一行星齿轮组；
包括第二齿圈、可旋转地支撑在所述共用行星齿轮架上并与所述第一组合齿轮和形成第二齿圈和第三齿圈的第二组合齿轮驱动地接合的第二行星小齿轮组的第二行星齿轮组；
包括第三中心齿轮、和可旋转地支撑在所述共用行星齿轮架上并与所述第三中心齿轮和所述第二组合齿轮驱动地接合的第三行星小齿轮组的第三行星齿轮组。
14.根据权利要求13所述的车辆，其特征在于，所述自动变速器进一步包含用于选择性地固定所述共用行星齿轮架防止旋转的第一制动器。
15.根据权利要求14所述的车辆，其特征在于，所述自动变速器进一步包含用于选择性地固定所述第一组合齿轮或所述第二组合齿轮中的一个防止旋转的第二制动器，所述自动变速器提供六个前进档传动比和一个倒档传动比，而所述第二制动器接合以形成第二或第六齿轮比。
16.根据权利要求15所述的车辆，其特征在于，所述自动变速器进一步包含用于选择性地固定所述第一中心齿轮或所述第三中心齿轮防止旋转的第三制动器以接合第三或第五齿轮比。
17.根据权利要求13所述的车辆，其特征在于，所述自动变速器进一步包含在所述输入轴和所述第一、第二和第三行星齿轮组之间交替可驱动地连接或分离的一系列离合器。
18.根据权利要求17所述的车辆，其特征在于，所述一系列离合器的第一离合器将所述第三中心齿轮交替可驱动地连接至所述输入轴或与之分离以形成倒档齿轮比。
19.根据权利要求18所述的车辆，其特征在于，所述一系列离合器的第二离合器将所述第一中心齿轮和所述第三中心齿轮中的一个交替可驱动地连接至所述输入轴或与之分离以接合第一和第二齿轮比。
20.根据权利要求19所述的车辆，其特征在于，所述一系列离合器的第三离合器将所述共用行星齿轮架交替可驱动地连接至所述输入轴或与之分离以接合第四、第五和第六齿轮比。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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