CN101818785B

CN101818785B - 具有两个行星齿轮组的多级变速器

Info

Publication number: CN101818785B
Application number: CN2010101092996A
Authority: CN
Inventors: S·H·威特科普; E·T·格罗乔夫斯基; J·M·哈特
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2030-01-22
Also published as: DE102010005178A1; US8047958B2; US20100190602A1; CN101818785A

Abstract

本发明涉及具有两个行星齿轮组的多级变速器。本发明提供一种变速器，其具有输入构件、输出构件、两个行星齿轮组、多个联接构件和多个扭矩传递装置。每个所述行星齿轮组包括第一、第二和第三构件。扭矩传递装置包括离合器、离心式离合器和同步器。

Description

具有两个行星齿轮组的多级变速器

技术领域

本发明总体上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三个速度、两个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的多级变速器。

背景技术

本节的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，可能构成也可能不构成现有技术。

典型的多级变速器使用摩擦离合器、行星齿轮设备和固定连接件的组合，以获得多个传动比。行星齿轮组的数量和实体设置通常取决于封装、成本和期望的速比。

尽管目前的变速器能达到期望目的，但对于特别是在效率、响应性和平稳性方面表现出改进的性能以及表现出改进的封装、大幅减小的尺寸和重量的改进型变速器构造的需求仍旧存在。因此，需要一种改进的、低成本的、紧凑型多级变速器。

发明内容

本发明提供一种低容量变速器，该变速器具有输入构件、输出构件、两个行星齿轮组、多个联接构件和多个扭矩传递装置。每个所述行星齿轮组都包括第一、第二和第三构件。所述扭矩传递装置例如是同步器和离合器。

在一个实施方式中，该变速器包括：输入构件；输出构件；中间构件；第一行星齿轮组和第二行星齿轮组，所述第一行星齿轮组和所述第二行星齿轮组中的每个都具有第一构件、第二构件和第三构件，其中，所述输出构件连接到所述第一行星齿轮组的第二构件和所述第二行星齿轮组的第一构件。互连构件将所述第一行星齿轮组的第三构件持续地互连到所述第二行星齿轮组的第二构件。第一同步器能够选择性地接合，以将所述输入构件互连到所述第一行星齿轮组的第一构件。第二同步器能够选择性地接合，以将所述输入构件互连到所述第二行星齿轮组的第三构件。可以是可控的单向离合器的第一离合器能够选择性地接合，以将所述第一行星齿轮组的第三构件和所述第二行星齿轮组的第二构件中的至少一个互连到固定构件。可以是可控的单向离合器的第二离合器能够选择性地接合，以将所述第二行星齿轮组的第三构件互连到所述中间构件。第一离心式离合器能够选择性地接合，以将所述中间构件互连到所述固定构件。第二离心式离合器能够选择性地接合，以将所述输出构件、所述第一行星齿轮组的第二构件、以及所述第二行星齿轮组的第一构件中的至少一个互连到所述第二行星齿轮组的第三构件。所述第一和第二同步器、所述第一和第二离合器、以及所述第一和第二离心式离合器能够以至少两个进行组合的方式接合，从而在所述输入构件和所述输出构件之间建立至少三个前进档速比和至少一个倒档速比。

在本发明的一个方面，所述第一行星齿轮组的第一构件和所述第二行星齿轮组的第三构件是恒星齿轮构件，所述第一和第二行星齿轮组的第二构件是行星架构件，所述第一行星齿轮组的第三构件和所述第二行星齿轮组的第一构件是齿图构件。

在本发明的另一个方面，所述第一离心式离合器包括与所述输出构件互连的第一离心式离合器离心配重，所述第二离心式离合器包括与所述输出构件互连的第二离心式离合器离心配重。

在本发明的又一个方面，当所述第二同步器和所述第一离合器被接合或激活时，所述倒档速比被提供。

在本发明的又一个方面，当所述第一同步器、所述第一离合器和所述第二离合器被接合或激活时，所述至少三个前进档速比中的第一个被提供。

在本发明的又一个方面，当所述第一同步器、所述第二离合器和所述第一离心式离合器被接合或激活时，所述至少三个前进档速比中的第二个被提供。

在本发明的又一个方面，当所述第一同步器、所述第一离心式离合器和所述第二离心式离合器被接合或激活时，所述至少三个前进档速比中的第三个被提供。

通过参照下面的描述和附图，本发明进一步的目的、方面和优点将变得明显，在附图中，相似的附图标记指代相同的部件、元件或特征。

附图说明

这里描述的附图仅用于说明目的，并非旨在以任何方式限制本发明的范围。

图1为根据本发明的三级变速器的一个实施方式的杠杆图；

图2为根据本发明的三级变速器的一个实施方式的示意图；

图3为示出各种不同的扭矩传递机构在图1和图2所示的变速器的可用前进档和倒档速度或传动比中的接合状态的真值表；

图4为根据本发明的三级变速器的一个实施方式在倒档传动比中的示意图；

图5为根据本发明的三级变速器的一个实施方式在第一传动比中的示意图；

图6为根据本发明的三级变速器的一个实施方式在第二传动比中的示意图；以及

图7为根据本发明的三级变速器的一个实施方式在第三传动比中的示意图。

具体实施方式

下面的描述本质上仅为示例性的，并非旨在限制本发明、其应用或用途。

现在参见图1，该图以杠杆图形式示出了三级变速器10的一个实施方式。杠杆图是诸如自动变速器的机械装置的部件的示意性表示。每个独立的杠杆表示一个行星齿轮组，其中每个行星齿轮组的三个基本机械部件由节点表示。因此，单个杠杆包括三个节点：一个表示恒星齿轮、一个表示行星齿轮架，一个表示齿圈。每个杠杆的节点之间的相对长度可用于表示每个相应齿轮组的齿圈-恒星齿轮比率。这些杠杆比率又用于改变变速器的传动比，以获得合适的比率和比率级进(ratio progression)。各种不同的行星齿轮组的节点之间的机械联接或互连由细的水平线表示，诸如离合器和制动器的扭矩传递装置由交错指针表示。杠杆图的形式、目的和使用的更多解释可在SAE Paper810102，Benford和Leising的“杠杆模拟：一种用于变速器分析的新型工具”中找到，该文献的全部内容通过引用合并于此。

变速器10包括输入轴或构件12、表示两个行星齿轮组-包括第一行星齿轮组14和第二行星齿轮组16的杠杆、以及输出轴或构件18。第一行星齿轮组14包括三个节点：第一节点14A、第二节点14B和第三节点14C。第二行星齿轮组16也包括三个节点：第一节点16A、第二节点16B和第三节点16C。第一行星齿轮组14的第二节点14B和第二行星齿轮组16的第一节点16A由单个节点表示，在图1中由附图标记14B/16A表示，而第一行星齿轮组14的第三节点14C和第二行星齿轮组16的第二节点16B由单个节点表示，在图1中由附图标记14C/16B表示。

变速器10进一步包括同步器组件20，同步器组件20包括第一同步器或牙嵌离合器20A和第二同步器或牙嵌离合器20B。第一同步器或牙嵌离合器20A选择性地将输入构件12连接到第一行星齿轮组14的第一节点14A。第二同步器或牙嵌离合器20B选择性地将输入构件12连接到第二行星齿轮组16的第三节点16C。第一离合器22选择性地将第一行星齿轮组14的第三节点14C和第二行星齿轮组16的第二节点16B连接到地、固定构件或变速器壳体40。第二离合器24将第二行星齿轮组16的第三节点16C连接到中间轴或构件26。第一离心式离合器28选择性地将中间轴或构件26连接到地、固定构件或变速器壳体40。第二离心式离合器30选择性地将第二行星齿轮组16的第三节点16C连接到第一行星齿轮组14的第二节点14B、第二行星齿轮组16的第一节点16A和输出轴或构件18。

现在参见图2，符号图示出了根据本发明的三级变速器10的实施方式的示意性布局。在图2中，继续使用图1中的杠杆图的附图标记。同步器、离合器、离心式离合器和中间构件被对应地示出，然而行星齿轮组的节点现在表示为行星齿轮组的部件，例如恒星齿轮、齿圈、行星齿轮和行星齿轮架。

例如，行星齿轮组14包括恒星齿轮构件14A、齿圈构件14C和可旋转地支撑一组行星齿轮14D(仅示出了一个)的行星齿轮架构件14B。恒星齿轮构件14A连接为与第一轴或互连构件42共同旋转。齿圈构件14C连接为与第二轴或互连构件44共同旋转。行星架构件14B连接为与输出构件18和第三轴或互连构件46共同旋转。每个行星齿轮14D构造成与恒星齿轮构件14A和齿圈构件14C都啮合。

行星齿轮组16包括恒星齿轮构件16C、齿圈构件16A和可旋转地支撑一组行星齿轮16D(仅示出了一个)的行星齿轮架构件16B。恒星齿轮构件16C连接为与第四轴或互连构件48和第五轴或互连构件50共同旋转。齿圈构件16A连接为与输出轴或构件18共同旋转。行星架构件16B连接为与第三轴或互连构件44和第六轴或互连构件52共同旋转。每个行星齿轮16D构造成与恒星齿轮构件16C和齿圈构件16A都啮合。

输入轴或构件12持续地连接到发动机(未示出)或变矩器(未示出)的涡轮。输出轴或构件18持续地连接到主减速器单元或分动箱(transfer case)。

各种扭矩传递机构-包括同步器组件20、离合器22、24和离心式离合器28、30用于选择性地将轴或互连构件、行星齿轮组的构件和变速器壳体相互连接。例如，同步器组件20包括轴环56，轴环56能够使致动器或换档拨叉在左、右位置之间移动，从而致动第一同步器20A和第二同步器20B。第一同步器20A能够接合，以将第一轴或互连构件42连接到输入轴或构件12。第二同步器20B能够接合，以将第四轴或互连构件48连接到输入轴或构件12。

第一离合器22可以是典型的制动离合器或可控的单向离合器。将会需要可控的单向离合器，以便在一种状态下在两个方向上保持扭矩，以及在另一种状态下在一个方向上保持扭矩而在另一个方向上超限运行(overrun)。第二离合器24可以是仅在一个旋转方向上传递扭矩的常规的单向离合器。第一离合器22能够接合，以将第六轴或互连构件52连接到地、固定构件或变速器壳体40，从而限制第六互连构件52相对于变速器壳体的运动。第二离合器24能够接合，从而当第五轴或互连构件50在与第二离合器24接合的方向上旋转时将第五或互连构件50连接到中间构件26。

离心式离合器28、30利用离心力迫使加重臂或离心配重向外摆动，并且驱使离合器接合。离合器利用齿轮推力脱离接合。更具体地，第一离心式离合器28包括离心配重58，离心配重58旋转地联接到输出轴或构件18。当处于释放状态时，如图4和图5所示的那样，离心配重58不与第一离心式离合器28接合。当输出构件18以及因此离心配重58达到预定的旋转速度时，离心配重58枢转或以其他方式移动并接合第一离心式离合器28，如图2、6和7中所示的那样。当接合时，第一离心式离合器28将中间构件26连接到地、固定构件或变速器壳体40，从而限制中间构件26相对于变速器壳体40的运动。当输出构件18的旋转速度降低时，弹簧(未示出)使第一离心式离合器28脱离接合，从而使离心配重58返回到休止位置。第二离心式离合器30包括旋转地联接到输出轴或构件18的离心配重60。当处于释放状态时，如图4-6所示的那样，离心配重60不与第一离心式离合器30接合。当输出构件18以及因此该离心配重60达到比移动离心配重58所需的旋转速度大的预定旋转速度时，离心配重60枢转或以其它方式移动并接合第二离心式离合器30，如图2和图7所示的那样。当接合时，第二离心式离合器30将第三轴或互连构件46连接到第四轴或互连构件48。当输出构件18的旋转速度降低时，弹簧(未示出)使第二离心式离合器30脱离接合，从而使离心配重60返回到休止位置。

现在参见图3至图7，将描述三级变速器10的实施方式的工作过程。应该认识到，变速器10能够以至少三个前进档速度或扭矩比率和至少一个倒档速度或扭矩比率将扭矩从输入轴或构件12传递到输出轴或构件18。每个前进档和倒档速度或扭矩比率通过接合一个或多个扭矩传递机构(即，第一同步器20A、第二同步器20B、第一离合器22、第二离合器24、第一离心式离合器28和第二离心式离合器30)来获得，如下面将要解释的那样。图3为示出被激活或接合以获得不同档位状态的扭矩转换机构的各种组合的真值表。框中的“X”的含义是特定的同步器或离合器被接合以获得期望的档位状态。“O”表示特定的扭矩传递机构被接通或激活，但不传递扭矩。还示出了各种不同的档位状态的实际传动比数值，尽管应该认识到这些数值仅为示例性的，它们可在大的范围内被调节，以适应变速器10的各种不同应用和工作标准。图3示出了能够根据本发明的实施方式获得的传动比的示例。当然，根据所选择的齿轮直径、齿轮齿数和齿轮结构，也可以获得其它传动比。

参照图3和图4，为了建立倒档，第二同步器20B和第一离合器22被接合或激活。第二同步器20B将第四轴或互连构件48连接到输入轴或构件12。第一离合器22将第六轴或互连构件52连接到地、固定构件或变速器壳体40，以限制第六互连构件52相对于变速器壳体40的运动。

参照图3和图5，为了建立第一档位，第一同步器20A、第一离合器22和第二离合器24被接合或激活。第一同步器20A将第一轴或互连构件42连接到输入轴或构件12。第一离合器22将第六轴或互连构件52连接到地、固定构件或变速器壳体40，以限制第六互连构件52相对于变速器壳体40的运动。第二离合器24将第五轴或互连构件50连接到中间构件26。然而，由于第二离心式离合器28没有被接合或激活，中间构件26没有被联接到地。

参照图3和图6，为了建立第二档位，第一同步器20A、第二离合器24和第一离心式离合器28被接合或激活。第一同步器20A将第一轴或互连构件42连接到输入轴或构件12。第二离合器24将第五轴或互连构件50连接到中间构件26。输出构件18的足量旋转使离心配重58枢转或移动，从而接合第一离心式离合器28。当接合时，第一离心式离合器28将中间构件26连接到地、固定构件或变速器壳体40，以限制中间构件26相对于变速器壳体40的运动。

参照图3和图7，为了建立第三档位，第一同步器20A、第一离心式离合器28和第二离心式离合器30被接合或激活。第一同步器20A将第一轴或互连构件42连接到输入轴或构件12。输出构件18的足量旋转使离心配重58枢转或移动，从而接合第一离心式离合器28。当接合时，第一离心式离合器28将中间构件26连接到地、固定构件或变速器壳体40，以限制中间构件26相对于变速器壳体40的运动。然而，第二离合器24超限运行并且没有将中间构件26连接到第二行星齿轮组的恒星齿轮16C。输出构件18的足量旋转使离心配重60枢转或移动，从而接合第二离心式离合器30。当接合时，第二离心式离合器30将第三轴或互连构件46连接到第四轴或互连构件48。

应该认识到，前面对三级变速器10的工作过程和档位状态的解释假设：首先，在给定的档位状态下没有特别指出的所有同步器和离合器是没有被激活的或是脱离接合的，其次，在换档期间，即在至少相邻的档位状态之间进行档位状态变换期间，在两个档位状态下都接合或激活的同步器或离合器将保持接合或激活。

本发明的描述本质上仅为示例性的，并且不脱离本发明的原理的变型将落入本发明的范围内。这些变型不被认为背离了本发明的精神和范围。

Claims

1.一种变速器，包括：

输入构件；

输出构件；

中间构件；

第一行星齿轮组和第二行星齿轮组，所述第一行星齿轮组和所述第二行星齿轮组中的每个都具有恒星齿轮构件、行星架构件和齿圈构件，其中，所述输出构件连接到所述第一行星齿轮组的行星架构件和所述第二行星齿轮组的齿圈构件；

互连构件，其将所述第一行星齿轮组的齿圈构件持续地互连到所述第二行星齿轮组的行星架构件；

第一同步器，其能够选择性地接合，以将所述输入构件互连到所述第一行星齿轮组的恒星齿轮构件；

第二同步器，其能够选择性地接合，以将所述输入构件互连到所述第二行星齿轮组的恒星齿轮构件；

第一离合器，其能够选择性地接合，以将所述第一行星齿轮组的齿圈构件和所述第二行星齿轮组的行星架构件中的至少一个互连到固定构件；

第二离合器，其能够选择性地接合，以将所述第二行星齿轮组的恒星齿轮构件互连到所述中间构件；

第一离心式离合器，其能够选择性地接合，以将所述中间构件互连到所述固定构件；以及

第二离心式离合器，其能够选择性地接合，以将所述输出构件、所述第一行星齿轮组的行星架构件、以及所述第二行星齿轮组的齿圈构件中的至少一个互连到所述第二行星齿轮组的恒星齿轮构件；并且

其中，所述第一和第二同步器、所述第一和第二单向离合器、以及所述第一和第二离心式离合器能够以至少两个进行组合的方式接合，从而在所述输入构件与所述输出构件之间建立三个前进档速比和一个倒档速比。

2.如权利要求1所述的变速器，其中，所述第一离心式离合器包括与所述输出构件互连的第一离心式离合器离心配重，所述第二离心式离合器包括与所述输出构件互连的第二离心式离合器离心配重。

3.如权利要求1所述的变速器，其中，当所述第二同步器和所述第一离合器被接合或激活时，所述倒档速比被提供。

4.如权利要求3所述的变速器，其中，当所述第一同步器、所述第一离合器和所述第二离合器被接合或激活时，所述三个前进档速比中的第一个被提供。

5.如权利要求4所述的变速器，其中，当所述第一同步器、所述第二离合器和所述第一离心式离合器被接合或激活时，所述三个前进档速比中的第二个被提供。

6.如权利要求5所述的变速器，其中，当所述第一同步器、所述第一离心式离合器和所述第二离心式离合器被接合或激活时，所述三个前进档速比中的第三个被提供。