CN101663505B - 多级变速器 - Google Patents

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Abstract

具有六个前进挡和一个倒挡的多级变速器，所述多级变速器包括传动轴(1)、从动轴(2)、三个行星齿轮组(P1、P2、P3)、七个可转动的轴(1、2、3、4、5、6、7)以及六个换挡部件(03、04、05、15、36、57)，其中，传动轴(1)与行星齿轮组(P2)的太阳轮连接并可通过离合器(15)与轴(5)连接，该轴(5)与行星齿轮组(P3)的连接板连接，通过制动器(05)可与壳体(G)联结并可通过离合器(57)与轴(7)连接，其中，轴(7)与行星齿轮组(P2)的连接板和行星齿轮组(P1)的内齿圈连接，轴(6)可与行星齿轮组(P3)的太阳轮和行星齿轮组(P2)的内齿圈连接并可通过离合器(36)与轴(3)连接，该轴(3)与行星齿轮组(P1)的连接板连接并可通过制动器(03)与壳体(G)联结，其中，轴(4)与行星齿轮组(P1)的太阳轮连接并可通过制动器(04)与壳体(G)联结，以及其中，从动轴(2)与行星齿轮组(P3)的内齿圈连接。

Description

多级变速器
技术领域
本发明涉及一种呈行星齿轮结构的多级变速器，特别是汽车的自动变速器。
背景技术
特别是汽车的自动变速器按照现有技术，包括：行星齿轮组，行星齿轮组借助摩擦部件或换挡部件(如离合器和制动器)连接并通常与承受滑转作用和选择性地设有分接离合器的起动部件如液动力扭矩变换器或者液流耦合器
Figure GSB00000793762400011
连接。
这样的变速器由EP0434525A1出发。该变速器基本上包括彼此平行设置的传动轴和从动轴、与从动轴同心设置的双行星齿轮组和呈三个离合器与两个制动器形式的五个换挡部件，它们选择性的连锁分别成对地确定传动轴与从动轴之间不同的挡位速比。在这种情况下，变速器具有一个前置齿轮组和两个功率路径，从而通过五个换挡部件的选择性成对地嵌接而实现六个前进挡。
在这种情况下，在第一功率路径上需要两个离合器，用于从前置齿轮组向双行星齿轮组的两个部件传递转矩。这两个离合器在动力流方向上基本上在双行星齿轮组的方向上设置在前置齿轮组后面。在两个功率路径上设置有另一离合器，该离合器与双行星齿轮组的另一部件可松开地连接。在这种情况下，离合器以如下方式设置，即，内膜片连接板承载架形成从动装置。
此外，文献US6,139,463公开了一种特别是用于汽车的呈行星齿轮结构的紧凑式多级变速器，该多级变速器具有两个行星齿轮组和一个前置齿轮组以及三个离合器和两个制动器。在所公知的这种多级变速器中，在第一功率路径上具有两个离合器C-1和C-3，用于将转矩从前置齿轮组传递到两个行星齿轮组。在这种情况下，将离合器C-3的外膜片连接板承载架或气缸侧或活塞侧和压力补偿侧与第一制动器B-1连接。此外，将第三离合器的C-3的内膜片承载架与第一离合器C-1的气缸侧或活塞侧和压力补偿侧连接，其中，第一离合器C-1的内膜片连接板承载架设置在从动侧并与第三行星齿轮组的太阳轮连接。
此外，由申请人的DE19949507A1公开了一种多级变速器，其中，传动轴上具有两个不可切换的前置齿轮组，该前置齿轮组在输出侧产生两种转速，它们除了传动轴的转速外，通过选择性闭合所使用的换挡部件而能以如下方式切换到作用于从动轴的、可切换的双行星齿轮组，即，为从一个挡位切换到各自下个较高挡位或者较低挡位，仅须分别接通或者断开两个正在操作的换挡部件中的一个换挡部件。
由DE19912480A1公开了一种可自动切换的汽车变速器，具有三个单连接板(Steg)行星齿轮组以及具有用于切换六个前进挡和一个倒挡的三个制动器和两个离合器并且具有传动轴和从动轴。该可自动切换的汽车变速器以如下方式构成，即，传动轴直接与第二行星齿轮组的太阳轮连接，以及传动轴可通过第一离合器与第一行星齿轮组的太阳轮连接和/或者可通过第二离合器与第一行星齿轮组的连接板连接。作为附加地或者可选择地，第一行星齿轮组的太阳轮可通过第一制动器与变速器的壳体连接和/或者第一行星齿轮组的连接板可通过第二制动器与壳体连接和/或者第三行星齿轮组的太阳轮可通过第三制动器与壳体连接。
此外，由DE10213820A1公开了一种多挡位自动变速器，包括：第一速比关系的第一输入路径T1；具有大于该输入路径T1速比关系的输入路径T2；具有四个部件的行星齿轮组，其中，这四个部件在转速曲线图中的部件顺序上为第一部件、第二部件、第三部件和第四部件；离合器C-2，其将输入路径T2的转动传递到第一部件S3上；离合器C-1，其将输入路径T2的转动传递到第四部件S2上；离合器C-4，其将输入路径T1的转动传递到第一部件上；离合器C-3，其将输入路径T1的转动传递到第二部件C3上；制动器B-1，其产生第四部件的嵌接；制动器B-2，其产生第二部件的嵌接；以及从动部件，其与第三部件R3耦合。
在申请人的DE10115983A1的框架内介绍了一种多级变速器，其具有与前置齿轮组连接的传动轴、与后置齿轮组连接的从动轴以及最多具有七个换挡部件，通过其选择性地切换可以无需组合换挡(Gruppenschaltung)就可以切换至少七个前进挡。前置齿轮组由一个前置行星齿轮组或者最多两个与第一前置行星齿轮组耦合的不可切换的前置行星齿轮组形成，其中，后置齿轮组构造为具有两个可切换的后置行星齿轮组的双连接板-四轴变速器并且具有四个自由轴。该双连接板-四轴变速器的第一自由轴与第一换挡部件连接，第二自由轴与第二换挡部件和第三换挡部件连接，第三自由轴与第四和第五换挡部件连接以及第四自由轴与从动轴连接。依据本发明对于具有总计六个换挡部件的多级变速器提出，后置齿轮组的第三自由轴或者第一自由轴附加地与第六换挡部件连接。依据本发明对于具有总计七个换挡部件的多级变速器提出，第三自由轴附加地与第六换挡部件(D′)连接并且第一自由轴附加地与第七换挡部件连接。
此外，在申请人的DE10115987的框架内介绍了一种具有至少七个挡位的多级变速器。该多级变速器除了传动轴和从动轴外由呈双连接板-四轴变速器形式的不可切换的前置齿轮组和可切换的后置齿轮组组成。前置齿轮组由第一行星齿轮组组成，第一行星齿轮组除了传动轴的输入转速外，提供可以选择性切换到后置齿轮组上的第二转速。后置齿轮组由两个可切换的行星齿轮组组成，可切换的行星齿轮组利用六个换挡部件可以切换至少七个挡位，其中，形成两个功率路径。在此，在每次换挡过程中，以具有优点的方式始终避免组合换挡。此外，DE2936969公开了一种9挡多级变速器；该多级变速器包括八个换挡部件和四个齿轮组。
本申请人的DE10244023A1介绍了一种具有形状配合的和摩擦配合的换挡部件的负载控制变速器，其中，形状配合连接的换挡部件在加挡时必须断开，以便不出现换挡质量丧失。
普遍呈行星齿轮结构的可自动切换的汽车变速器在现有技术中已经多次介绍并经过不断的继续开发和改进。因此，这种变速器应具有足够数目的前进挡以及一个倒挡和非常好地适用于汽车的、具有很高的整体速比范围(gesamtspreizung)以及有利的变速器各挡速比间隔(Stufensprung)的速比。此外，这种变速器应实现在前进方向上产生很高的起动速比并包含直接挡位以及既适合在轿车(Pkw)上也适合在商用车(Nkw)上使用。此外，这种变速器应需要很低的结构开支，特别是需要很少数目的换挡部件并在顺序换挡方式下避免双换挡，从而在确定的挡组中换挡时分别仅变换一个换挡部件。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种开头所述类型的多级变速器，其中，结构开支得到优化，减少所需的结构空间和此外在倒拖损耗和啮合损耗方面提高主行驶挡位上的效率。此外，在依据本发明的多级变速器上，应当将很小的力矩作用于换挡部件和行星齿轮组以及轴、换挡部件和行星齿轮组的转速保持得尽可能低。此外，依据本发明的变速器适用于汽车中的各种结构，特别是适用于正面横向布置(Front-Quer-Anordnung)。
据此，提出一种呈行星齿轮结构的依据本发明的多级变速器，其具有设置在一个壳体内的传动轴和从动轴。此外具有至少三个行星齿轮组，按顺序称为第一、第二和第三行星齿轮组，七个可转动的轴，按顺序称为传动轴、从动轴、第三轴、第四轴、第五轴、第六轴和第七轴，以及六个换挡部件，包括制动器和离合器，所述换挡部件的选择性嵌接在传动轴与传动轴之间产生不同的速比关系，从而可以实现六个前进挡和一个倒挡。依据本发明，行星齿轮组优选构造为负行星齿轮组(
Figure GSB00000793762400051
)。
依据本发明，传动轴始终与第二行星齿轮组的太阳轮连接并可通过离合器与第五轴可松开地连接，该第五轴始终与第三行星齿轮组的连接板连接，通过制动器可与壳体联结并可通过另一个离合器与第七轴可松开地连接。第七轴又始终与第二行星齿轮组的连接板和第一行星齿轮组的内齿圈连接，其中，第六轴始终与第三行星齿轮组的太阳轮和第二行星齿轮组的内齿圈连接并可通过另一个离合器与第三轴可松开地连接，该第三轴始终与第一行星齿轮组的连接板连接并且可以通过另一个制动器与变速器的壳体联结。第四轴始终与第一行星齿轮组的太阳轮连接并可通过另一个制动器与变速器的壳体G联结。依据本发明设置为，从动轴始终与第三行星齿轮组的内齿圈连接。
依据本发明一种特别具有优点的构造方案，将第三轴与第六轴可松开地连接的离合器构造为形状配合的换挡部件。此外，将第五轴与第七轴可松开地连接的离合器以及如下的制动器同样构造为形状配合的换挡部件，通过该制动器可以将第五轴与壳体联结。这能以如下方式来实现，即，依据本发明，这些换挡部件在加挡时仅仅打开而绝不闭合。
通过多级变速器依据本发明的构造方案，特别是获得适用于轿车的速比以及多级变速器明显提高的整体速比范围，由此，使舒适性得到改善并明显降低消耗。
此外，利用依据本发明的多级变速器通过很少数目的换挡部件，优选为三个制动器和三个离合器，明显降低结构开支。利用依据本发明的多级变速器具有优点的方式可行的是，利用液动力扭矩变换器、外部的起动离合器或者还利用其它适用的外部起动部件进行起动。也可以考虑的是，起动过程可以利用集成在变速器中的起动部件来实现。优选适用如下的换挡部件，在第一前进挡和倒挡上操作该换挡部件。
此外，在依据本发明的多级变速器中，主行驶挡位上关于倒拖损耗和啮合损耗获得良好的效率。
另外，在换挡部件和多级变速器的行星齿轮组中存在很低的力矩，由此，以具有优点的方式降低多级变速器中的磨损。此外，通过该很低的力矩可以相应实现小尺寸，由此，减少所需的结构空间和降低相应的成本。此外，在轴、换挡部件和行星齿轮组中也存在低力矩。
此外，依据本发明的变速器以如下方式设计，即，既在动力流方向上也在空间方面，都实现与不同的传动系构造方案的配合性；这样例如可行的是，在壳体的相同侧上设置有传动装置和从动装置。
附图说明
下面借助附图示例性对本发明进行详细说明。
在图中：
图1示出依据本发明的多级变速器的优选实施方式的示意图，在该多级变速器中可以实现七个前进挡；
图2示出依照图1的依据本发明的多级变速器示例性换挡图表；以及
图3示出依据本发明的多级变速器的优选实施方式的示意图，在该多级变速器中，使用三个形状配合的换挡部件。
具体实施方式
在图1中示出依据本发明的多级变速器，该多级变速器具有设置在变速器壳体G内的传动轴1(An)和从动轴2(Ab)。设置有三个行星齿轮组P1、P2、P3，它们优选构造为负行星齿轮组。在依照图1的实施方式中，行星齿轮组按P1、P2、P3的顺序依次设置在轴向上。
如从图所看到的那样，设置有六个换挡部件，即，三个制动器03、04、05和三个离合器15、36和57。
利用这些换挡部件可以实现七个前进挡和一个倒挡的选择性切换。依据本发明的多级变速器具有总计七个可转动的轴，即轴1、2、3、4、5、6和7。
依据本发明，在依照图1的多级变速器中，传动通过轴1进行，该轴1始终与第二行星齿轮组P2的太阳轮连接并可通过离合器15与轴5可松开地连接，该轴5始终与第三行星齿轮组P3的连接板连接，通过制动器05可与壳体G联结并可通过离合器57与轴7可松开地连接。轴7始终与第二行星齿轮组P2的连接板和第一行星齿轮组P1的内齿圈连接，其中，轴6始终与第三行星齿轮组P3的太阳轮和第二行星齿轮组P2的内齿圈连接并可通过离合器36与轴3可松开地连接，该轴3始终与第一行星齿轮组P1的连接板连接并可通过制动器03与变速器的壳体G联结。此外设置有轴4，该轴4始终与第一行星齿轮组P1的太阳轮连接并可通过制动器04与变速器的壳体G联结。从动通过轴2进行，该轴2始终与第三行星齿轮组P3的内齿圈连接。
在依照图1的实施方式中，离合器15、15轴向观察设置在第二行星齿轮组与第一行星齿轮组之间。换挡部件的空间设置可以任意选择并仅受尺寸和外部造型的限制。
图2示出图1依据本发明的多级变速器举例的换挡图表。针对每个挡位而闭合三个换挡部件。从该换挡图表中示例性获悉各个挡位级的各自的速比i和由此所确定的变速器各挡速比间隔phi。从图2可以看出，在顺序换挡方式中避免双换挡或组合换挡，这是因为两个相邻的挡位级共同利用两个换挡部件。此外，第四挡以具有优点的方式设计为直接挡位。
第一挡通过闭合离合器36、57和制动器05来获得，第二挡通过闭合离合器36、57和制动器03来获得，第三挡通过闭合离合器36、57和制动器04来获得以及第四挡通过闭合离合器36、57和15来获得。此外，第五挡通过闭合离合器15、36和制动器04来获得，第六挡通过闭合离合器15、36和制动器03来获得以及第七挡通过闭合离合器15和制动器03、04来获得。
正如从换挡图表所看到的那样，倒挡通过闭合制动器04、05和离合器36来获得。
在这种情况下可以看出，换挡部件05、36和57在加挡时仅仅打开而绝不闭合。这一点意味着，在传统的负载控制情况下，这些换挡部件在负载接受点上必须仅打开。出于这一原因，这些换挡部件可以构造为形状配合的换挡部件，例如构造为牙嵌离合器或者同步装置。制动器03、04和离合器15优选作为摩擦配合的换挡部件。
依照图3的主题是以如下方式构造的变速器，其中，形状配合的换挡部件通过圆圈标示。部件的耦合和设置相应于图1变速器的耦合和设置。此外，该变速器的换挡图表相应于依照图2的换挡图表。
通过换挡部件05、36和57作为形状配合的牙嵌离合器或者同步装置的实施方案，变速器的效率得到优化，这是因为在打开状态下在形状配合的换挡部件上不出现倒拖损耗。例如，在第七挡上，所有摩擦配合的换挡部件闭合，因此在第七挡上仅啮合以及在必要时消耗器(如液压泵)产生损耗。
另外，可以产生一种紧凑式的结构，这是因为所称的形状配合的换挡部件在闭合状态下，特别是在第一挡和倒挡上必须传递大量转矩；通过形状配合的实施方案，能够将这些换挡部件明显更加紧凑地实施。另一个优点在于，由于两个离合器形状配合的构造方案，用于向离合器传输压力油的液压转动传送器(
Figure GSB00000793762400091
)可以不太复杂地实施。
因此，获得一种具有适当分级顺序的七挡变速器并在结构更紧凑和成本更低的情况下，与公开的现有技术相比，实现明显更低的损耗。
这种变速器特别适用于正面横向传动系或者也适合于在商用车上使用，这是因为在这种汽车上需要所称的具有优点的特性。
依据本发明，可以利用集成的换挡部件来起动(IAK)。在这种情况下，如下的换挡部件特别适用，需要该换挡部件在第一挡和倒挡上不会发生转动方向调转(离合器36)。
依据本发明，在相同的变速器换挡图表中，根据换挡逻辑也可以获得不同的挡位间隔(Gangsprung)，从而实现面向应用或面向汽车的方案。
此外可行的是，在多级变速器任何适当的位置上设置有附加的自由轮(Freilauf)，其例如在轴与壳体之间设置或者在需要时连接两根轴。
在传动侧上或者从动侧上，依据本发明可以设置车轴差速器和/或者分配器差速器。
在具有优点的改进方案的框架内，传动轴1可以通过离合器部件与传动发动机根据需求分开，其中，作为离合器部件可以使用液动力扭矩变换器、液压离合器、干式起动离合器、湿式起动离合器、磁粉离合器或者离心力离合器。
同样可行的是，这种起动部件也可以在动力流方向上设置在变速器后面，其中，在这种情况下传动轴1始终与发动机的曲轴连接。
此外，依据本发明的多级变速器实现了在发动机与变速器之间扭转减振器的布置。
在本发明另一未示出的实施方式框架内，在每根轴上，优选在传动轴1或者从动轴2上，可以设置无磨损的制动器，例如像液压制动器或者电制动器等，这特别对于在商用车上的使用来说具有特别重要的意义。此外，为驱动附加的机组而在每根轴上，优选在传动轴1上或者从动轴2上可以设置有副驱动装置。
所使用的换挡部件可以构造为负载控制的离合器或者制动器。特别是可以使用力配合的离合器或者制动器，例如像多片式离合器、带式制动器和/或者锥体离合器。此外，作为换挡部件也可以使用形状配合的制动器和/或者离合器，例如像同步装置或者牙嵌离合器。
这里所介绍的多级变速器的另一个优点在于，在每根轴上作为发电机和/或者作为附加的驱动机可以安装电机。
不言而喻地，同样各种结构上的构成方案都处在本权利要求的保护范围下，特别是行星齿轮组和换挡部件本身以及彼此之间并且只要在技术上合理的各种空间布置，而不影响如权利要求中所提出的变速器的功能，即使这些构成方案并未在附图或者说明书中具体介绍。
附图标记列表
1     轴
2     轴
3     轴
4     轴
5     轴
6     轴
7     轴
03    制动器
04    制动器
05    制动器
15    离合器
36    离合器
57    离合器
P1    行星齿轮组
P2    行星齿轮组
P3    行星齿轮组
i     速比
phi   变速器各挡速比间隔
G     壳体

Claims (22)

1.呈行星齿轮结构的多级变速器，包括：三个行星齿轮组(P1、P2、P3)、七个可转动的轴(1、2、3、4、5、6、7)以及六个换挡部件(03、04、05、15、36、57)，其中，所述轴的第一轴(1)是在壳体(G)内的传动轴(1)，所述轴的第二轴(2)是在壳体(G)内的从动轴(2)，其中，所述换挡部件(03、04、05、15、36、57)包括三个制动器(03、04、05)和三个离合器(15、36、57)，这些换挡部件的选择性嵌接在所述传动轴(1)与所述从动轴(2)之间产生不同的速比关系，从而能够实现七个前进挡和一个倒挡；其中，所述传动轴(1)始终与第二行星齿轮组(P2)的太阳轮连接并能够通过第一离合器(15)与第五轴(5)可松开地连接，该第五轴(5)始终与第三行星齿轮组(P3)的连接板连接，通过第三制动器(05)能够与所述壳体(G)联结并能够通过第三离合器(57)与第七轴(7)可松开地连接，其中，该第七轴(7)始终与第二行星齿轮组(P2)的连接板和第一行星齿轮组(P1)的内齿圈连接；其中，第六轴(6)始终与第三行星齿轮组(P3)的太阳轮和第二行星齿轮组(P2)的内齿圈连接并能够通过第二离合器(36)与第三轴(3)可松开地连接，该第三轴(3)始终与第一行星齿轮组(P1)的连接板连接并能够通过第一制动器(03)与所述变速器的所述壳体(G)联结；其中，第四轴(4)始终与第一行星齿轮组(P1)的太阳轮连接并能够通过第二制动器(04)与所述变速器的壳体(G)联结；以及其中，所述从动轴(2)始终与第三行星齿轮组(P3)的内齿圈连接。
2.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，在轴向上观察，第三离合器(57)和第一离合器(15)基本上设置在第二行星齿轮组(P2)与第三行星齿轮组(P3)之间。
3.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，将第三制动器(05)、第二离合器(36)和第三离合器(57)实施为形状配合的换挡部件以及将第一制动器(03)、第二制动器(04)和第一离合器(15)实施为摩擦配合的换挡部件。
4.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，将所述三个行星齿轮组(P1、P2、P3)均构造为负行星齿轮组。
5.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，第一挡通过闭合第二离合器(36)和第三离合器(57)以及第三制动器(05)来获得，第二挡通过闭合第二离合器(36)和第三离合器(57)以及第一制动器(03)来获得，第三挡通过闭合第二离合器(36)和第三离合器(57)以及第二制动器(04)来获得，第四挡通过闭合第二离合器(36)、第三离合器(57)和第一离合器(15)来获得，第五挡通过闭合第一离合器(15)和第二离合器(36)以及第二制动器(04)来获得，第六挡通过闭合第一离合器(15)和第二离合器(36)以及第一制动器(03)来获得，还有第七挡通过闭合第一离合器(15)以及第二制动器(04)和第三制动器(05)来获得。
6.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，倒挡通过闭合第二制动器(04)和第三制动器(05)以及第二离合器(36)产生。
7.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，在每个适当的部位上能够使用附加的自由轮。
8.按权利要求7所述的多级变速器，其特征在于，在所述轴(1、2、3、4、5、6、7)与所述壳体(G)之间具有自由轮。
9.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，在所述壳体的相同侧上设置有传动装置和从动装置。
10.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，将车轴差速器和/或者分配器差速器设置在传动侧或者从动侧上。
11.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，所述传动轴(1)能够通过离合器部件与传动发动机分开。
12.按权利要求11所述的多级变速器，其特征在于，提供液动力扭矩变换器、液压离合器、干式起动离合器、湿式起动离合器、磁粉离合器或者离心力离合器作为所述离合器部件。
13.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，在动力流方向上，能够将外部起动部件设置在所述变速器后面，其中，所述传动轴(1)与发动机的曲轴牢固地连接。
14.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，起动借助所述变速器的第二离合器(36)进行，其中，所述传动轴(1)始终与发动机的曲轴连接。
15.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，在发动机与所述变速器之间能够设置有扭转减振器。
16.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，在所述七个可转动的轴(1、2、3、4、5、6、7)的每根轴上能够设置无磨损的制动器。
17.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，为了驱动附加的机组而能够在所述七个可转动的轴(1、2、3、4、5、6、7)的每根轴上设置副从动装置。
18.按权利要求17所述的多级变速器，其特征在于，能够将所述副从动装置设置在所述传动轴(1)或者所述从动轴(2)上。
19.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，将所述换挡部件构造为负载控制的离合器或者制动器。
20.按权利要求19所述的多级变速器，其特征在于，能够使用多片式离合器、带式制动器和/或者锥体离合器。
21.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，将提供形状配合的制动器和/或者离合器作为换挡部件。
22.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，在每根轴上能够安装电机作为发电机和/或者作为附加的驱动机。
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