CN101956795A - 一种用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器，其特征在于所述变速器包括正号行星排和负号行星排，操纵件和基本构件；所述正号行星排为第一简单行星排，所述负号行星排包括第二个简单行星排和第三个简单行星排；所述操纵件包括离合器和制动器；所述基本构件包括输入轴(1)、输出轴(2)、制动构件(3，4)和辅助构件(5，6)。该变速器的优点为传动简图的优化，减少了自动变速箱的尺寸，减轻了变速箱的重量，降低了制造费用。

Description

一种用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器
[技术领域]
本发明涉及变速器，具体地讲，涉及自动变速箱的变速器。
[背景技术]
自动变速箱的变速机构改变液力变矩器输出的转速和扭矩，将改变后的转速和扭矩通过输出轴输出，以满足实际需要。众所周知，对于手动变速箱来说，档位过多会导致驾驶员疲于频繁换档，但是自动变速箱的换档不需要驾驶员手动操作，不存在此问题，实际上，自动变速箱的档位越多，传动比系列越易被优化，其动力性能和燃油经济性越好，所以尽量使用实现较多档位的方案。
另外，多自由度行星变速器的换档逻辑是一个难题，多自由度行星变速器实现每一个档位需要接合多个操纵件(离合器或制动器)，如果换档逻辑不好，即相邻两个档位需要改变多个操纵件，会使整个操纵系统复杂化，影响变速器的换档品质和使用寿命。
当确定了变速器需要实现的传动比系列后，选择好的传动简图是一项重要且复杂的工作，重要的是因为变速器的效率、尺寸和可靠性直接取决于传动简图，复杂则是因为用多个行星排组成要求档位的多自由度行星变速器，可能的方案数量巨大，如何从数量浩繁的可能方案中找到满足要求(如每个档位的传动比大小、行星轮最大相对转速、好的操纵顺序等)的方案，是多年来的难题。
[发明内容]
本发明的目的在于，针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器，该行星变速器配合正倒机构可以实现五前五倒十个档位，并实现操纵逻辑的优化，相邻两个档位只需改变一个操纵件(离合器或制动器)，提高了变速器的换档品质和使用寿命，缩小了换档时间。
本发明提供的一种用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器，其改进之处在于所述变速器包括正号行星排和负号行星排，操纵件和基本构件；所述正号行星排为第一简单行星排，所述负号行星排包括第二个简单行星排和第三个简单行星排；所述操纵件包括离合器和制动器；所述基本构件包括输入轴、输出轴、制动构件和辅助构件。
本发明提供的第一优选的用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器，其中第一个简单行星排由一排齿圈R1、一排行星架PC1、一排太阳轮S1和一排行星轮P1及P1′组成，一排行星轮P1和一排齿圈R1啮合、一排行星轮P1′与一排太阳轮S1啮合，同时行星轮P1与P1′在行星架PC1内啮合，一排行星架PC1支撑一排行星轮P1及P1′；
第二个简单行星排由二排齿圈R2、二排行星架PC2、二排太阳轮S2和二排行星轮P2组成，二排行星轮P2同时和二排齿圈R2、二排太阳轮S2啮合，二排行星架PC2支撑二排行星轮P2；
第三个简单行星排由三排齿圈R3、三排行星架PC3、三排太阳轮S3和三排行星轮P3组成，三排行星轮P3同时和三排齿圈R3、三排太阳轮S3啮合，三排行星架PC3支撑三排行星轮P3。
本发明提供的第二优选的用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器，其中所述输入轴用1个轴承支撑在变速器壳体上，一排行星架PC1和二排齿圈R2用个轴承分别支撑在输入轴和二排PC2上，输出轴与二排行星架PC2、三排行星架PC3紧固连接；所述离合器C2的内榖与一排太阳轮S1连接，C2的外毂及制动器B2的内毂与一排行星架PC1连接，制动器C2的外毂固定安装在变速器壳体上。
本发明提供的第三优选的用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器，其中一排行星轮P1及P1′安装在一排行星架PC1之中，一排太阳轮S1和行星轮P1′相啮合，P1一排大齿圈R1啮合，同时P1与P1′在框架内啮合，一排大齿圈R1与三排大齿圈R3固定连接；
二排行星轮P2安装在二排行星架PC2之中，二排太阳轮S2和二排行星轮P2相啮合，二排行星轮P2与二排大齿圈R2啮合，二排太阳轮S2与离合器C3的内毂连为一体，离合器C3的外榖固定安装在变速器壳体上，二排的行星架PC2通过花键与输出轴连接在一起；
三排行星轮P3安装在三排行星架PC3之中，三排太阳轮S3和三排行星轮P3啮合，三排行星轮P3与三排大齿圈R3啮合，三排太阳轮S3与制动器B3的内毂连在一起，制动器B3的外毂安装在变速器壳体上。
本发明提供的第四优选的用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器，其中每个简单行星排的内传动比的绝对值为1.8-3。
本发明提供的第五优选的用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器，其中每个简单行星排的内传动比分别为：
一排齿圈R1与二排太阳轮S1：ZR1/ZS1＝-2.5；
二排齿圈R2与二排太阳轮S2：ZR2/ZS2＝1.895；
三排齿圈R3与三排太阳轮S3：ZR3/ZS3＝2.52。
此种配合正倒机构实现的五档变速器包括输入轴，输出轴，一个正号行星排，两个负号行星排，四个操纵件；四个操纵件将每个行星排的基本元件与输入轴、输出轴连接，实现所需的变速控制。
其中，输入构件为主动件；输出构件为被动件；辅助构件不承受外力矩的基本构件。
本发明能够以3个行星排配合正倒机构能够实现五前五倒共计十个档位，此行星变速器由两个负号排和一个正号排组成，用四个操纵件(两个离合器、两个制动器)将每个排的基本元件(齿圈、行星架和太阳轮)与输入轴、输出轴和壳体进行直接或间接连接。
[附图说明]
图1是：本发明提供的一种用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器原理图；
图2是：本发明提供的一种用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器中每个基本构件的相对转速平面图；
图3是：本发明提供的一种用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器结构图；
图中：1、输入轴；2、输出轴；3、制动构件；4、制动构件；5、辅助构件；6、辅助构件；R1、一排齿圈；PC1、一排行星架；S1、一排太阳轮；P1、一排行星轮；P1′、一排行星轮；R2、二排齿圈；PC2、二排行星架；S2、二排太阳轮；P2、二排行星轮，R3、三排齿圈；PC3、三排行星架；S3、三排太阳轮；P3、三排行星轮，B2、制动器；B3、制动器；C2、离合器；C3、离合器。
与现有技术相比，本发明提供的一种用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器，具有以下优点：
1、实现了国内关于行星变速器此类设计的首创；
2、为传动简图的优化，减少了自动变速箱的尺寸，减轻了变速箱的重量，降低了制造费用；
3、变速器行星轮相对转速较低，易于结构设计；
4、同时，每相邻两个档位的切换只需要动作一个操纵件，易于设计换档控制器。
[具体实施方式]
下面结合附图及具体实施例对本发明提供的一种用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器作进一步更详细的说明。
实施例1
如图1所示，本实施例的用于自动变速箱的行星变速器，由两个负号行星排和一个正号行星排组成，共有四个操纵件(两个离合器、两个制动器)，六个基本构件：输入轴，输出轴2，制动构件3；制动构件4；辅助构件5；辅助构件6。
此行星变速器可以实现五个前进档，配合正倒机构可实现五个前进档和五个倒退档。
第一个行星排为简单正号行星排，由一排齿圈R1、一排行星架PC1、一排太阳轮S1和一排行星轮P1及P1′组成，一排行星轮P1和一排齿圈R1啮合、行星轮P1′和一排太阳轮S1啮合，P1及P1′在行星架内啮合，一排行星架PC1支撑一排行星轮P1及P1′。
第二、三个行星排为简单负号排，与第一个行星排不同之处在于，这两个行星排的行星架仅支撑了一组径向均布的行星轮，这组行星轮同时与太阳轮和齿圈相啮合。
本实施例的变速器每个行星排的内传动比，即相啮合的齿轮的齿数比分别为：
一排齿圈R1与二排太阳轮S1：ZR1/ZS1＝-2.5；
二排齿圈R2与二排太阳轮S2：ZR2/ZS2＝1.895；
三排齿圈R3与三排太阳轮S3：ZR3/ZS3＝2.52。
以下是每个档位实现的说明，此变速器实现的五个档位分别标记为：D1～D5，由于此变速器为三自由度变速器，实现某一个档位需要动作两个操纵件，消除两个自由度，方可实现固定输入与输出，现分析如下：
(1)结合制动器B2和离合器C3实现D1档，制动器B2结合后，一排行星架PC1及二排齿圈R2与变速箱壳体连在一起，其转速为零，离合器C3结合后，二排太阳轮S2与一排齿圈R1及三排齿圈R3连为一体。
动力通过输入轴1输入，然后通过一排齿圈R1将动力传送给二排太阳轮S2，由于二排组成行星排的两个基本构件都有固定的转速，故其行星架PC2的转速是固定的，行星架PC2与输出轴2用花键连在一起，于是输出轴也具有了固定的转速，动力也随之输出，此档位只有前两个行星排工作；
(2)结合制动器B2和制动器B3实现D2档，
与前一个档位相比，此档位只变换一个操纵件，当B3结合时，三排太阳轮S3与壳体连在一起，其转速为零。
动力通过输入轴1输入，由于一排行星架PC1固定，动力通过一排齿圈R1输出，由于一排齿圈与三排齿圈固连在一起，三排齿圈R3与一排齿圈R1具有相同的转速，由于三排太阳轮S3转速为零，使得三排行星架PC3具有了固定的转速，PC3与输出轴用花键连接，最后由输出轴2输出动力，此时，只有第一和第三行星排工作，第二排不参加工作；
(3)结合制动器B3和离合器C3实现D3档，
同理，制动器B3结合，三排太阳轮S3转速为零，C3结合，一排齿圈R1、二排太阳轮S2、三排齿圈R3连为一体，三者具有相同的转速。
动力通过输入轴1输入，然后通过一排齿圈R1及一排行星架PC1将动力传送给二排太阳轮S2及齿圈R2，由于三排齿圈R3与一排齿圈R1及二排太阳轮连在一起，三者具有相同的转速，动力也随之传至第三行星排，由于整体的自由度已经通过约束减少为一，二、三排行星架具有固定的转速，输出轴2随之输出动力，此档位情况下，三个行星排均参加工作；
(4)结合制动器B3和离合器C2实现D4档，
制动器B3结合，三排太阳轮S3转速为零，离合器C2结合，使得一排太阳轮S1与一排行星架PC1具有了相同的转速，同一行星排中的三个基本构件中的两个具有相同的转速，第三构件转速必然与此量基本构件相同。
动力通过输入轴1输入，然后通过一排齿圈R1、一排行星架PC1传至第二、第三行星排，同理在第三行星排中，已经有两个基本构件的转速已经确定，于是第三个基本构件PC3的转速已经确定，动力传至输出轴，最后由输出轴2输出动力，此档位情况下，只有第三行星排参加工作，第一、二行星排均整体回转；
(5)结合离合器C2和离合器C3实现D5档，离合器C2及C3均结合，第一行星排及第二行星排中的三个基本构件的两个均具有相同的转速，都是与输入轴的转速相同，由于第三行星排的齿圈R3与第一行星排的齿圈R1连在一起，随之也具有相同的转速，此种情况下，三个行星排均整体回转，都是与输入轴的转速相同，此挡为直接档，传动比为1。
根据图1所示变速器的传动简图，可得出图2所示变速器的相对转速图，其中图2所示的每条直线表示为六个基本构件(其中输入构件在无穷远处)和两个离合器C1、C2的零直线。由图2可以看出，每个构件在每个档位中的相对转速大小(假设输入构件的转速为1)，以及组成每个行星排的三个基本构件(在相对转速图上三个基本构件的零直线交于一点)。
表1为行星变速器档位和传动比，此表描述了实现每个档位所需要结合的操纵件，同时给出了档位之间的阶比。
表1  实现每个档位的操纵件结合顺序及传动比
  档次   结合件   传动比公式   传动比   阶比   效率
I B2C3 -k1(1+k2) 7.237 0.964
II B2B3 -k1(1+k3)/k3 3.492 2.072 0.977
  III   B3C3   (-k1-k1k2+k2k3-1)/k2k3   2.306   1.514   0.978
IV B3C2 (1+k3)/k3 1.397 1.651 0.993
V C2C3 1 1.000 1.397 1
上表中k1，k2，k3分别为三个行星排的内传动比值；
表2为行星变速器相对转速，此表描述了构件在每个档位时的相对转速大小。
表2  每个构件相对转速
Figure BSA00000274181500061
Figure BSA00000274181500071
上表中的n1～n6分别表示6个基本构件的相对转速，nx表示相对应的行星轮转速。
表3为行星变速器相对力矩，此表描述了构件在每个档位时的相对力矩大小。
表3  每个档位相对力矩
Figure BSA00000274181500072
其中，Ms、Mr、Mpc分别表示每个行星排太阳轮、齿圈和行星架所承受的转矩大小。
图3给出了此种按照上述方法设计出来的变速器，为了便于与传动简图参照，简化了某些部件，可以看出其结构紧凑、行星轮相对转速较低，在实物试验中的运行状况与理论运算相差不大，体现了本发明所述的此种用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器的优点。
实施例2
本实例内容同实施例1，唯一不同之处在于，本实施例的用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器，其中每个简单行星排的内传动比的绝对值为1.8。
实施例3
本实例内容同实施例1，唯一不同之处在于，本实施例的用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器，其中每个简单行星排的内传动比的绝对值为3。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于自动变速箱配合正倒机构使用的五档行星变速器，其特征在于所述变速器包括正号行星排和负号行星排，操纵件和基本构件；所述正号行星排为第一简单行星排，所述负号行星排包括第二个简单行星排和第三个简单行星排；所述操纵件包括离合器和制动器；所述基本构件包括输入轴(1)、输出轴(2)、制动构件(3，4)和辅助构件(5，6)。
2.根据权利要求1所述的五档行星变速器，其特征在于：
第一个简单行星排由一排齿圈R1、一排行星架PC1、一排太阳轮S1和一排行星轮P1及P1′组成，一排行星轮P1和一排齿圈R1啮合、一排行星轮P1′与一排太阳轮S1啮合，同时行星轮P1与P1′在行星架PC1内啮合，一排行星架PC1支撑一排行星轮P1及P1′；
第二个简单行星排由二排齿圈R2、二排行星架PC2、二排太阳轮S2和二排行星轮P2组成，二排行星轮P2同时和二排齿圈R2、二排太阳轮S2啮合，二排行星架PC2支撑二排行星轮P2；
第三个简单行星排由三排齿圈R3、三排行星架PC3、三排太阳轮S3和三排行星轮P3组成，三排行星轮P3同时和三排齿圈R3、三排太阳轮S3啮合，三排行星架PC3支撑三排行星轮P3。
3.根据权利要求1所述的五档行星变速器，其特征在于：
所述输入轴用1个轴承支撑在变速器壳体上，一排行星架PC1和二排齿圈R2用个轴承分别支撑在输入轴和二排PC2上，输出轴与二排行星架PC2、三排行星架PC3紧固连接；所述离合器C2的内榖与一排太阳轮S1连接，C2的外毂及制动器B2的内毂与一排行星架PC1连接，制动器C2的外毂固定安装在变速器壳体上。
4.根据权利要求2所述的五档行星变速器，其特征在于：
一排行星轮P1及P1′安装在一排行星架PC1之中，一排太阳轮S1和行星轮P1′相啮合，P1一排大齿圈R1啮合，同时P1与P1′在框架内啮合，一排大齿圈R1与三排大齿圈R3固定连接；
二排行星轮P2安装在二排行星架PC2之中，二排太阳轮S2和二排行星轮P2相啮合，二排行星轮P2与二排大齿圈R2啮合，二排太阳轮S2与离合器C3的内毂连为一体，离合器C3的外榖固定安装在变速器壳体上，二排的行星架PC2通过花键与输出轴连接在一起；
三排行星轮P3安装在三排行星架PC3之中，三排太阳轮S3和三排行星轮P3啮合，三排行星轮P3与三排大齿圈R3啮合，三排太阳轮S3与制动器B3的内毂连在一起，制动器B3的外毂安装在变速器壳体上。
5.根据权利要求2所述的五档行星变速器，其特征在于每个简单行星排的内传动比的绝对值为1.8-3。
6.根据权利要求2所述的五档行星变速器，其特征在于每个简单行星排的内传动比分别为：
一排齿圈R1与二排太阳轮S1：ZR1/ZS1＝-2.5；
二排齿圈R2与二排太阳轮S2：ZR2/ZS2＝1.895；
三排齿圈R3与三排太阳轮S3：ZR3/ZS3＝2.52。
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