CN101782136B - 具有三个行星齿轮组的多挡变速器 - Google Patents

具有三个行星齿轮组的多挡变速器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有三个行星齿轮组的多挡变速器。提供一种变速器，其具有输入构件、输出构件、三个行星齿轮组、多个联接构件和多个转矩传递装置。每个行星齿轮组都包括第一、第二和第三构件。转矩传递装置包括离合器和制动器。

Description

具有三个行星齿轮组的多挡变速器
技术领域
本发明总体上涉及一种多挡变速器，其具有多个行星齿轮组和多个转矩传递装置，并且更具体地涉及一种变速器，其具有七挡，三个行星齿轮组和多个转矩传递装置。
背景技术
本部分陈述只是提供与本发明相关的背景信息，并且可构成或不构成现有技术。
一种典型的多挡变速器使用摩擦离合器、行星齿轮设备和固定互连的组合来获得多种传动比。行星齿轮组的数量和实际布置通常由组装、成本和期望速比支配。
尽管现在的变速器达到了它们的预期目的，但是，对呈现出改进性能的新式和改进变速器结构的需要实质上是不变的，尤其是站在效率、响应性、平稳性和改进组装(主要是减小尺寸和重量)的立场上。因此，需要一种改进的、节省成本的、紧凑的多挡变速器。
发明内容
提供一种变速器，其具有输入构件、输出构件、三个行星齿轮组、多个互连构件和多个转矩传递装置。每个行星齿轮组都包括第一、第二和第三构件。转矩传递装置为例如离合器和制动器。
在变速器的一个实施例中，输入构件连续地互连至第一行星齿轮组的太阳齿轮构件，输出构件连续地互连至第三行星齿轮组的齿圈构件。
而且，第一互连构件把第一行星齿轮组的齿圈构件与第二行星齿轮组的支架构件连续地互连。第二互连构件把第一行星齿轮组的支架构件与第二行星齿轮组的齿圈构件连续地互连。第三互连构件把第二行星齿轮组的太阳齿轮构件与第三行星齿轮组的太阳齿轮构件连续地互连。
另外，第一转矩传递机构选择性地可接合成把第二行星齿轮组的太阳齿轮构件与第三行星齿轮组的太阳齿轮构件中的至少一个与第一行星齿轮组的支架构件和第二行星齿轮组的齿圈构件互连。第二转矩传递机构选择性地可接合成把第一行星齿轮组的支架构件和第二行星齿轮组的齿圈构件与第三行星齿轮组的支架构件互连。第三转矩传递机构选择性地可接合成把输入构件和第一行星齿轮组的太阳齿轮构件中的至少一个与第三行星齿轮组的支架构件互连。第四转矩传递机构选择性地可接合成把第一行星齿轮组的齿圈构件和第二行星齿轮组的支架构件与固定构件互连。第五转矩传递机构选择性地可接合成把第三行星齿轮组的支架构件与固定构件互连。第六转矩传递机构选择性地可接合成把第二和第三行星齿轮组的太阳齿轮构件与固定构件互连。
这些转矩传递机构可以至少两个的组合形式选择性地可接合成，在输入构件与输出构件之间建立至少七种前进速比和至少一种倒挡速比。
在变速器的另一实施例中，输入构件连续地互连至第二行星齿轮组的太阳齿轮构件，输出构件连续地互连至第三行星齿轮组的齿圈构件。
而且，第一互连构件把第一行星齿轮组的齿圈构件与第二行星齿轮组的太阳齿轮构件连续地互连。第二互连构件把第一行星齿轮组的支架构件与第二行星齿轮组的支架构件连续地互连。第三互连构件把第二行星齿轮组的齿圈构件与第三行星齿轮组的太阳齿轮构件连续地互连。
另外，第一转矩传递机构选择性地可接合成把第一行星齿轮组的支架构件与第二行星齿轮组的支架构件中的至少一个与第三行星齿轮组的支架构件互连。第二转矩传递机构选择性地可接合成把第二行星齿轮组的太阳齿轮构件、输入构件和第一行星齿轮组的齿圈构件中的至少一个与第三行星齿轮组的支架构件互连。第三转矩传递机构选择性地可接合成把第一行星齿轮组的太阳齿轮构件与固定构件互连。第四转矩传递机构选择性地可接合成把第一和第二行星齿轮组的支架构件与固定构件互连。第五转矩传递机构选择性地可接合成把第三行星齿轮组的支架构件与固定构件互连。第六转矩传递机构选择性地可接合成把第三行星齿轮组的太阳齿轮构件和第二行星齿轮组的齿圈构件与固定构件互连。
而且，这些转矩传递机构可以至少两个的组合形式选择性地可接合成，在输入构件与输出构件之间建立至少七种前进速比和至少一种倒挡速比。
因此，本发明的目的是提供一种变速器，其具有至少七种前进挡和至少一种倒挡。
通过参考下列描述和附图，本发明的更多目的、方面和优点将变得明显，其中，相同的附图标记代表相同的部件、元件或特征。
附图说明
本文描述的附图只是起到举例的作用，而决不意图以任何方式限制本发明的范围。
图1是根据本发明的一种七挡变速器的实施例的杆状图；
图2是根据本发明的一种七挡变速器的实施例的示意图；
图3是真值表，显示了在图1和2所示的变速器的每种可用前进挡和倒挡或传动比中各种转矩传递机构的接合状态；
图4是根据本发明的七挡变速器的另一实施例的杆状图；
图5是根据本发明七挡变速器的另一实施例的示意图；和
图6是真值表，显示了在图4和5所示的变速器的每种可用前进挡和倒挡或传动比中各种转矩传递机构的接合状态。
具体实施方式
下列描述本质上仅仅是示例性的并且不意图限制本发明、应用或用途。
现在参照图1，以杆状图的形式示出了七挡变速器10的一种实施方式。杆状图是机械装置例如自动变速器的部件的图示。每个单独的杆代表着一个行星齿轮组，其中，行星齿轮的三个基本机械构件各用一个节点代表。因此，单个杆包括三个节点：一个代表太阳齿轮、一个代表行星齿轮架、一个代表齿圈。每个杆的这些节点之间的相对长度可用于表示每个相应齿轮组的齿圈对太阳齿轮的比。这些杆比又用来改变变速器的传动比从而获得适当的传动比和传动比级数(ratio progression)。不同行星齿轮组的这些节点之间的机械联接或互连由细的水平线表示，转矩传递装置例如离合器和制动器由交错指表示。杆状图的形式、目的和使用的进一步说明可在SAE Paper810102，Benford和Leising的″The Lever Analogy：A New Tool inTransmission Analysis″中找到，其以应用的方式被全部并入本文。
变速器10包括输入轴或构件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以及输出轴或构件20，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。
输入轴或构件12联接至第一行星齿轮组的第三节点14C。输出轴或构件20联接至第三行星齿轮组18的第三节点18C。第一行星齿轮组14的第一节点14A联接至第二行星齿轮组16的第二节点16B。第一行星齿轮组14的第二节点14B联接至第二行星齿轮组16的第三节点16C。第二行星齿轮组16的第一节点16A联接至第三行星齿轮组18的第一节点18A。
第一离合器26选择性地把第二行星齿轮组16的第三节点16C和第一行星齿轮组14的第二节点14B与第二行星齿轮组16的第一节点16A和第三行星齿轮组18的第一节点18A连接。第二离合器28选择性地把第二行星齿轮组16的第三节点16C和第一行星齿轮组14的第二节点14B与第三行星齿轮组18的第二节点18B连接。第三离合器30选择性地把第一行星齿轮组14的第三节点14C与第二行星齿轮组18的第二节点18B连接。第一制动器32选择性地把第一行星齿轮组14的第一节点14A与地面、固定构件或变速器壳50连接。第二制动器34选择性地将第三行星齿轮组18的第二节点18B与地面、固定构件或变速器壳50连接。第三制动器36选择性地把第三行星齿轮组18的第一节点18A与地面、固定构件或变速器壳50连接。
现在参照图2，棒状图给出了依据本发明的七挡变速器10的实施方式的布置示意图。在图2中，延用了图1的杆状图的标号。相应地给出了离合器、制动器和联接构件，而行星齿轮组的节点现在作为行星齿轮组的部件出现，例如太阳齿轮、齿圈、行星齿轮和行星齿轮架。
例如，行星齿轮组14包括太阳齿轮构件14C、齿圈构件14A和可旋转地支撑着一组行星齿轮14D(只示出其中的一个)的行星齿轮架构件14B。太阳齿轮构件14C连接成与第一轴或互连构件42以及与输入轴12共同旋转。齿圈构件14A连接成与第二轴或互连构件44以及第三轴或互连构件46共同旋转。行星架构件14B连接成与第四轴或互连构件48共同旋转。行星齿轮14D中的每一个均配置成与太阳齿轮构件14C和齿圈构件14A互相啮合。
行星齿轮组16包括太阳齿轮构件16A、齿圈构件16C和可旋转地支撑着一组行星齿轮16D(只示出其中的一个)的行星齿轮架构件16B。太阳齿轮构件16A连接成与第五轴或互连构件52以及第六轴或互连构件54共同旋转。齿圈构件16C连接成与第四轴或互连构件48共同旋转。行星架构件16B连接成与第二轴或互连构件44共同旋转。行星齿轮16D中的每一个均配置成与太阳齿轮构件16A和齿圈构件16C互相啮合。
行星齿轮组18包括太阳齿轮构件18A、齿圈构件18C和可旋转地支撑着一组行星齿轮18D(只示出其中的一个)的行星齿轮架构件18B。太阳齿轮构件18A连接成与第六轴或互连构件54共同旋转。齿圈构件18C连接成与输出轴或构件20共同旋转。行星架构件18B连接成与第七轴或互连构件56以及第八轴或互连构件58共同旋转。行星齿轮18D中的每一个均配置成与太阳齿轮构件18A和齿圈构件18C互相啮合。
输入轴或构件12连续地连接至发动机(未示出)或变矩器的涡轮机(未示出)。输出轴或构件20连续地与末级传动系或分动器(未示出)连接。
这些转矩传递机构或离合器26、28、30以及制动器32、34和36允许这些轴或互连构件、行星齿轮组的构件和壳体的选择性互连。例如，第一离合器26选择性地可接合成把第四轴或互连构件48与第五轴或互连构件52连接。第二离合器28选择性地可接合成把第四轴或互连构件48与第七轴或互连构件56连接。第三离合器30选择性地可接合成把第一轴或互连构件42与第七轴或互连构件56连接。第一制动器32选择性地可接合成把第三轴或互连构件46与固定构件或变速器壳50连接，从而限制第三轴或互连构件46相对于变速器壳50的旋转。第二制动器34选择性地可接合成把第八轴或互连构件58与固定构件或变速器壳50连接，从而限制第八互连构件58相对于变速器壳50的旋转。第三制动器36选择性地可接合成把第六轴或互连构件54与固定构件或变速器壳50连接，从而限制第六互连构件54相对于变速器壳50的旋转。
现在参照图2和图3，描述七挡变速器10的实施方式的工作。应当认识到，变速器10能够以带有单转换顺序换挡(singletransition sequential shift)和两倍超速传动(double overdrive)的至少七种前进挡或转矩比和至少一种倒挡或转矩比把转矩从输入轴或构件12传递至输出轴或构件20。如下文的解释，通过接合一个或多个转矩传递机构(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以及第三制动器36)获得每种前进挡和倒挡或转矩比。图3是真值表，给出转矩传递机构的各种组合，将其启用或接合以获得各种传动状态。方框中的″X″意味着接合特定离合器或制动器以获得期望的传动状态。″O″代表着特定转矩传递装置(即制动器或离合器)接通或启用，但不承受转矩。还给出各种传动状态的实际数值传动比，但是应当认识到，这些数值仅仅是示例性的，并且它们可在很大范围内调整以适应变速器10的各种应用和操作准则。图3中还示出了使用本发明实施方式可获得的传动比的例子。当然，根据选择的齿轮直径、轮齿数和齿轮结构，可实现其它传动比。
为建立倒挡，接合或启用第一离合器26和第二制动器34。第一离合器26把第四轴或互连构件48与第五轴或互连构件52连接。第二制动器34把第八轴或互连构件58与固定构件或变速器壳50连接，以限制第八互连构件58相对于变速器壳50的旋转。同样地，通过离合器和制动器接合的不同组合获得七种前进传动比，如图3所示。
应当认识到，七挡变速器10的操作和传动状态的前述解释设想了，首先，特定传动状态中没有特别提及的所有离合器或制动器都是停用或分离的，第二，在换挡(即，改变传动状态)期间，在至少相邻的传动状态之间，在这两种传动状态中都接合或启用的离合器或制动器将保持接合或启用。
现在参照图4，以杆状图的形式示出了七挡变速器100的另一实施方式。变速器100包括输入轴或构件112、第一行星齿轮组114、第二行星齿轮组116、第三行星齿轮组118以及输出轴或构件120，第一行星齿轮组114具有三个节点：第一节点114A、第二节点114B和第三节点114C，第二行星齿轮组116具有三个节点：第一节点116A、第二节点116B和第三节点116C，第三行星齿轮组118具有三个节点：第一节点118A、第二节点118B和第三节点118C。
输入轴或构件112联接至第一行星齿轮组114的第三节点114C。输出轴或构件120联接至第三行星齿轮组118的第三节点118C。第一行星齿轮组114的第二节点114B联接至第二行星齿轮组116的第二节点116B。第一行星齿轮组114的第三节点114C联接至第二行星齿轮组116的第三节点16C。第二行星齿轮组116的第一节点116A联接至第三行星齿轮组118的第一节点118A。
第一离合器126选择性地把第一行星齿轮组114的第二节点114B和第二行星齿轮组116的第二节点116B与第三行星齿轮组118的第二节点118B连接。第二离合器128选择性地把第一行星齿轮组114的第三节点114C和第二行星齿轮组116的第三节点116C与第三行星齿轮组118的第二节点118B连接。第一制动器130选择性地把第一行星齿轮组114的第一节点114A与地面、固定构件或变速器壳150连接。第二制动器132选择性地将第一行星齿轮组114的第二节点114B与地面、固定构件或变速器壳150连接。第三制动器134选择性地把第三行星齿轮组118的第二节点118B与地面、固定构件或变速器壳150连接。第四制动器136选择性地把第三行星齿轮组118的第一节点118A与地面、固定构件或变速器壳150连接。
现在参照图5，棒状图给出了依据本发明的七挡变速器100的实施方式的布置示意图。在图5中，延用了图4的杆状图的标号。相应地给出了离合器、制动器和联接构件，而行星齿轮组的节点现在作为行星齿轮组的部件出现，例如太阳齿轮、齿圈、行星齿轮和行星齿轮架。
例如，行星齿轮组114包括太阳齿轮构件114A、齿圈构件114C和可旋转地支撑着一组行星齿轮114D(只示出其中的一个)的行星齿轮架构件114B。太阳齿轮构件114A连接成与第一轴或互连构件142共同旋转。齿圈构件114C连接成与第二轴或互连构件144共同旋转。行星架构件114B连接成与第三轴或互连构件146以及第四轴或互连构件148共同旋转。行星齿轮114D中的每一个均配置成与太阳齿轮构件114A和齿圈构件114C互相啮合。
行星齿轮组116包括太阳齿轮构件116C、齿圈构件116A和可旋转地支撑着一组行星齿轮116D(只示出其中的一个)的行星齿轮架构件116B。太阳齿轮构件116C连接成与第二轴或互连构件144以及输入轴112共同旋转。齿圈构件116A连接成与第五轴或互连构件152以及第六轴或互连构件154共同旋转。行星架构件116B连接成与第三轴或互连构件146以及第七轴或互连构件156共同旋转。该组行星齿轮116D中的每一个均配置成与齿图构件116A和太阳齿轮构件116C互相啮合。
行星齿轮组118包括太阳齿轮构件118A、齿圈构件118C和可旋转地支撑着一组行星齿轮118D(只示出其中的一个)的行星齿轮架构件118B。太阳齿轮构件118A连接成与第五轴或互连构件152共同旋转。齿圈构件118C连接成与输出轴或构件120共同旋转。行星架构件118B连接成与第八轴或互连构件158共同旋转。行星齿轮118D中的每一个均配置成与太阳齿轮构件118A和齿圈构件118C互相啮合。
输入轴或构件112连续地连接至发动机(未示出)或变矩器的涡轮机(未示出)。输出轴或构件120连续地连接至末级传动系或分动器(未示出)。
这些转矩传递机构或离合器126、128以及第一制动器130、第二制动器132、第三制动器134和第四制动器136允许这些轴或互连构件、行星齿轮组的构件和壳体的选择性互连。例如，第一离合器126选择性地可接合成把第七轴或互连构件156与第八轴或互连构件158连接。第二离合器128选择性地可接合成把输入轴或构件112与第八轴或互连构件158连接。第一制动器130选择性地可接合成把第一轴或互连构件142与固定构件或变速器壳150连接，从而限制构件142相对于变速器壳150的旋转。第二制动器132选择性地可接合成把第四轴或互连构件148与固定构件或变速器壳150连接，从而限制构件148相对于变速器壳150的旋转。第三制动器134选择性地可接合成把第八轴或互连构件158与固定构件或变速器壳150连接，从而限制构件158相对于变速器壳150的旋转。第四制动器136选择性地可接合成把第五和第六轴或互连构件152、154与固定构件或变速器壳150连接，从而限制构件152、154相对于变速器壳150的旋转。
现在参照图5和图6，描述七挡变速器100的实施方式的操作。应当认识到，变速器100能够以带有单转换顺序换挡和三倍超速传动的至少七种前进挡或转矩比和至少一种倒挡或转矩比把转矩从输入轴或构件112传递至输出轴或构件120。如下文的解释，通过接合一个或多个转矩传递机构(即第一离合器126、第二离合器128、第一制动器130、第二制动器132以及第三制动器134和第四制动器136)获得每种前进挡和倒挡或转矩比。图6是真值表，给出转矩传递机构的各种组合，将其启用或接合以获得各种传动状态。方框中的″X″意味着接合特定离合器或制动器以获得期望的传动状态。″O″代表着特定转矩传递装置(即制动器或离合器)接通或启用，但不承受转矩。还给出各种传动状态的实际数值传动比，但是应当认识到，这些数值仅仅是示例性的，并且它们可在很大范围内进行调整以适应变速器100的各种应用和操作准则。图6中还示出使用本发明实施方式获得的传动比的例子。当然，根据选择的齿轮直径、轮齿数和齿轮结构，可实现其它传动比。
为了建立倒挡，接合或启用第一制动器130和第三制动器134。第一制动器130把第一轴或互连构件142与固定构件或变速器壳150连接，从而限制构件142相对于变速器壳150的旋转。第三制动器134把第八轴或互连构件158与固定构件或变速器壳150连接，从而限制构件158相对于变速器壳150的旋转。同样地，通过离合器和制动器接合的不同组合获得七种前进传动比，如图6所示。
应当认识到，七挡变速器100的操作和传动状态的前述解释设想了，首先，在给定传送状态中没有特别提及的所有离合器或制动器都是停用或分离的，第二，在换挡(即，传动状态改变)期间，在至少相邻的传动状态之间，在这两种传动状态中都接合或启用的离合器或制动器将保持接合或启用。
发明的描述本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本发明要旨的变形也在本发明的范围内。这些变形不看成是偏离本发明的精神和范围。

Claims (4)

1.一种变速器，包括：
输入构件；
输出构件；
第一、第二和第三行星齿轮组，每个行星齿轮组都具有太阳齿轮、齿圈和支架构件，其中该输入构件连续地互连至第一行星齿轮组的太阳齿轮，并且该输出构件连续地互连至第三行星齿轮组的齿圈；
第一互连构件，其把第一行星齿轮组的齿圈与第二行星齿轮组的支架构件连续地互连；
第二互连构件，其把第一行星齿轮组的支架构件与第二行星齿轮组的齿圈连续地互连；
第三互连构件，其把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连续地互连；以及
六个转矩传递机构，其中
该六个转矩传递机构中的第一个选择性地可接合成把第二行星齿轮组的齿圈与第一行星齿轮组的支架构件中的至少一个与第二行星齿轮组的太阳齿轮互连，
该六个转矩传递机构中的第二个选择性地可接合成把第二行星齿轮组的齿圈与第一行星齿轮组的支架构件中的至少一个与第三行星齿轮组的支架构件互连，
该六个转矩传递机构中的第三个选择性地可接合成把第一行星齿轮组的太阳齿轮与第三行星齿轮组的支架构件互连，
该六个转矩传递机构中的第四个选择性地可接合成把第一行星齿轮组的齿圈与固定构件互连，
该六个转矩传递机构中的第五个选择性地可接合成把第三行星齿轮组的支架构件与该固定构件互连，
这六个转矩传递机构中的第六个选择性地可接合成把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与该固定构件互连，并且
其中，这些转矩传递机构以至少两个的组合形式选择性地可接合成，在该输入构件与该输出构件之间建立至少七种前进速比和至少一种倒挡速比。
2.如权利要求1所述的变速器，其中，该转矩传递机构中的三个是用于把多个太阳齿轮、齿圈、支架构件连接至该固定构件的制动器，该转矩传递机构中的三个是用于把一组太阳齿轮、齿圈、支架构件连接至另一组太阳齿轮、齿圈、支架构件的离合器。
3.一种变速器，包括：
输入构件；
输出构件；
第一、第二和第三行星齿轮组，每个行星齿轮组都具有太阳齿轮、齿圈和支架构件，其中该输入构件连续地互连至第一行星齿轮组的齿圈和第二行星齿轮组的太阳齿轮，并且该输出构件连续地互连至第三行星齿轮组的齿圈；
第一互连构件，其把第一行星齿轮组的支架构件与第二行星齿轮组的支架构件连续地互连；
第二互连构件，其把第一行星齿轮组的齿圈与第二行星齿轮组的太阳齿轮连续地互连；
第三互连构件，其把第二行星齿轮组的齿圈与第三行星齿轮组的太阳齿轮连续地互连；以及
六个转矩传递机构，其中
其中，该六个转矩传递机构中的第一个选择性地可接合成把第二行星齿轮组的支架构件和第一行星齿轮组的支架构件中的至少一个与第三行星齿轮组的支架构件互连，
该六个转矩传递机构中的第二个选择性地可接合成把该输入构件、第二行星齿轮组的太阳齿轮与第一行星齿轮组的齿圈中的至少一个与第三行星齿轮组的支架构件互连，
该六个转矩传递机构中的第三个选择性地可接合成把第一行星齿轮组的太阳齿轮与固定构件互连，
该六个转矩传递机构中的第四个选择性地可接合成把第一行星齿轮组的支架构件和第二行星齿轮组的支架构件中的至少一个与该固定构件互连，
该六个转矩传递机构中的第五个选择性地可接合成把第三行星齿轮组的支架构件与该固定构件互连，
该六个转矩传递机构中的第六个选择性地可接合成把第二行星齿轮组的齿圈和第三行星齿轮组的太阳齿轮中的至少一个与该固定构件互连，并且
其中，这些转矩传递机构以至少两个的组合形式选择性地可接合成，在该输入构件与该输出构件之间建立至少七种前进速比和至少一种倒挡速比。
4.如权利要求3所述的变速器，其中，该转矩传递机构中的四个是用于把多个太阳齿轮、齿圈、支架构件连接至该固定构件的制动器，该转矩传递机构中的两个是用于把一组太阳齿轮、齿圈、支架构件连到另一组太阳齿轮、齿圈、支架构件的离合器。
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