CN101968105A - 混合式齿轮传动变速器及其变速比产生方法 - Google Patents

Abstract

一种混合式齿轮传动变速器及其变速比产生方法，涉及变速器，尤其涉及齿轮传动变速器，本发明提出一种以平行轴式齿轮传动机构为基础，增加一个以行星齿轮机构和相应的控制元件构成的共轴式齿轮传动机构，组成由平行轴式齿轮传动机构与共轴式齿轮传动机构混合的动力传动机构，目的是扩展变速器的档位，简化变速器的机构，改善变速器的操控性能。

Description

混合式齿轮传动变速器及其变速比产生方法

技术领域  本发明涉及变速器，尤其涉及齿轮传动变速器。

背景技术  传统手动变速器采用平行轴式齿轮传动机构，优点是结构简单、成本低廉、传动效率高、维修保养方便，因而目前在中低档汽车上仍普遍使用，随着汽车技术的快速发展，这种变速器的落伍迹象日益显现，首先是档位的覆盖点太少，因为汽车在行使过程中要获得与行使阻力相适应的驱动力需要通过变速器来调节车轮转矩，通常使用的五档变速器只能顾及中、高速区，而中、低速区档位的变速比跨度过大，因而动力的适应性不好，这突出的表现在中、低档的加速性和中、低档区换档的平顺性不好，此外，为了获得合理的汽车驱动力，提高燃油的经济性，也希望变速器有更宽变速比的覆盖范围，因此，即使是六档手动变速器也表现得捉襟见肘，如果要制造更多档位的变速器，就要安装更多的齿轮组，这样变速器就会变得机构复杂，体积臃肿，操控步骤繁多，其次是手动变速器的操控性不好，如果档位增多，进一步降低了操控性，自动化操控改造的难度增加。

发明内容  本发明提出一种以平行轴式齿轮传动机构为基础，增加一个以行星齿轮机构和相应的控制元件构成的共轴式齿轮传动机构，组成由平行轴式齿轮传动机构与共轴式齿轮传动机构混合的动力传动机构，同时提出该机构各级变速比的产生方法，目的是扩展变速器的档位，简化变速器的机构，改善变速器的操控性能。

本发明技术方案包括由行星齿轮机构与若干控制元件构成的共轴式传动变速机构和由若干齿轮组与传动齿轮转换机构构成的平行轴式传动变速机构组合的动力传动机构，其特征在于共轴式齿轮传动变速机构与平行轴式齿轮传动变速机构以串联的形式连接，共轴式传动变速机构的动力输出构件连接平行轴式齿轮传动变速机构的动力输入构件，或者平行轴式齿轮传动变速机构的动力输出构件连接共轴式齿轮传动变速机构的动力输入构件。

平行轴式齿轮传动变速机构是指传统的手动变速器的传动机构，它是通过若干齿轮组分别传递动力实现变速，共轴式齿轮传动变速机构是指由行星齿轮机构组成的动力传动机构，它是通过对若干的控制元件如离合器、制动器的控制来实现变速。

本发明变速比的产生方法包括如下步骤，1、设置平行轴式齿轮传动变速机构和共轴式传动变速机构中各传动单元的传动比，2、通过有序控制平行轴式齿轮传动变速机构各传动单元齿轮组的动力传动状态，和共轴式齿轮传动变速机构中变速控制元件的状态，产生变速器的全部传动比，其特征在于，平行轴式齿轮传动变速机构中各传动单元的传动比分别与共轴式齿轮传动变速机构中各级传动比逐级相乘。

有益效果：

1、简化了变速器的机构，在所述的传动机构中，共轴式传动变速机构在变速比组合中被反复应用，在具体实施方式的实例中，共轴式传动变速机构的传动单元被反复应用了三次，这样就提高了机构的使用率，故能使整个变速器机构得以简化。

2、改善了换档的操控性和平顺性，平行轴式齿轮传动机构是通过滑动齿轮或齿轮的啮合套来换档，换档时需脱离动力，相对换档时间长，平顺性不好，属于硬切换的换档方式，以八档变速器为例，采用传统的平行轴式齿轮传动机构，就有八个硬切换档位，而本发明由于采用了平行轴式齿轮传动机构与共轴式齿轮传动机构混合的变速机构和与其相适应的控制方法，减少了硬切换的次数，在具体实施方式的实例中，八档变速器则只有两个档位是硬切换，另外六个档位是通过共轴式齿轮传动机构中的控制元件转换，换档时无需脱离动力，相对换档时间短，档位转换过程平顺，属于软转换的换档方式，从一档递增到八档，之间只有一个硬档位转换动作，其余七个档位是软转换，因而改善了换档的操控性和平顺性。

附图说明

附图1是本发明实施例的轮系图；

附图中的虚线框指框内的机构都属于附图序号所注的传动机构。

附图中用虚线所绘的齿轮组c表示该变速机构有两组动力传动齿轮a、b，或者有三组动力传动齿轮a、b、c。

图中1、输入轴，2、平行轴式齿轮传动级变速机构，3、输入轴 4、离合器，5、单向离合器，6连接轴，7、齿圈，8、齿圈，9、连接轴，10、共轴式齿轮传动变速机构，11、单向离合器，12输出轴，13、太阳齿轮，14、行星轮架、15连接臂、16传动臂、17行星轮架、18、太阳齿轮、19、离合器、20、输出轴。

具体实施方式：以下结合附图，通过实施例说明具体实施方式。

一种混合式齿轮传动变速器的实施例，其机构包括共轴式齿轮传动变速机构10和平行轴式齿轮传动变速机构2，平行轴式齿轮传动变速机构2包括一个两组或三组平行轴式齿轮组a、b或a、b、c和动力传动齿轮组的转换机构以及输入轴1、输出轴12，属于传统的手动变速器结构，共轴式齿轮传动变速机构10包括两排行星齿轮机构A、B和离合器4、离合器19以及单项离合器5、11，其中太阳齿轮13、行星轮架14、齿圈7构成A排行星齿轮机构，太阳齿轮18、行星轮架17、齿圈8构成B排行星齿轮机构，平行轴式齿轮传动变速机构2中的输出轴12连接共轴式齿轮传动变速机构10中的输入轴3，输入轴3通过传动臂16连接齿圈7，输入轴3还与离合器4的输入构件连接，离合器4的输出构件通过连接轴6与太阳齿轮13连接，单向离合器5的内圈固定在连接轴6上，单向离合器5的外圈连接机架，行星轮架14通过连接臂15与齿圈8连接，太阳齿轮18通过连接轴9连接离合器19的输入构件，单向离合器11的内圈固定在离合器19的输入构件上或连接轴9上，单向离合器11的外圈连接机架，行星轮架17与输出轴20连接，离合器19的输出构件也与输出轴20连接。

上述实施例中离合器4、离合器19均采用多片摩擦式离合器。

上述实施例中单向离合器5、单项离合器11限制运转的方向与输入轴旋转方向相反。

以上实施例的工作过程是，动力从输入轴1输入，通过平行轴式齿轮传动变速机构2中的齿轮组或a、或b、或c将动力传到输入轴3，输入轴3通过传动臂16传动齿圈7，由于太阳齿轮13受单向离合器5的控制，不能反向回转(参照输入轴1的旋转方向)，如果离合器4处于分离状态，太阳齿轮13就处于静止状态，于是齿圈7传动行星轮架14，传动比是行星轮系太阳齿轮静止，齿圈主动，行星轮架被动的传动比，用I_A表示，如果离合器4处于结合状态，那么太阳齿轮4和齿圈5的转速相同，行星机构被锁死，输入转速等于输出转速，这是A排行星齿轮机构的工作过程，B排行星齿轮机构的工作过程与A排行星齿轮机构的工作过程相似，行星轮架14传动齿圈8，当离合器19处于分离状态时，太阳齿轮18被单向离合器11限制而处于静止状态，齿圈8传动行星轮架17的传动比也是行星轮系太阳齿轮静止，齿圈主动，行星轮架被动的传动比，用I_B表示，如果离合器19处于结合状态，那么太阳齿轮4和齿圈5的转速相同，行星机构被锁死，输入转速等于输出转速。综上所述，对离合器4和离合器19采取不同的控制方式，共轴式齿轮传动变速机构9就能得到四种不同的变速比，用I_g1～I_g4表示，其具体的控制指令和与之对应的结果是：

1、控制指令1：离合器4和离合器19都处于分离状态，I_g1＝I_A×I_B；

2、控制指令2：离合器4结合，离合器19分离，I_g2＝I_B；

3、控制指令3：离合器4分离，离合器19结合，I_g3＝I_A；

4、控制指令4：离合器4和离合器19都处于结合状态，I_g4＝1。

由于实施例中所述的平行轴式齿轮传动变速机构2是选择二级或三级变速的机构，共轴式齿轮传动变速机构10是一种四级变速的机构，因而实施例出现了平行轴式齿轮传动二级变速机构加共轴式齿轮传动四级变速机构和平行轴式齿轮传动三级变速机构加共轴式齿轮传动四级变速机构两种形式，以下就平行轴式齿轮传动二级变速机构加共轴式齿轮传动四级变速机构和平行轴式齿轮传动三级变速机构加共轴式齿轮传动四级变速机构两种形式的变速比产生方法分别加以说明。

平行轴式齿轮传动三级变速机构加共轴式齿轮传动四级变速机构的变速比产生方法有以下步骤，1、平行轴式齿轮传动变速机构中的三个传动单元分别是三个传动齿轮组a、b、c，设齿轮组a的传动比是I_a，齿轮组b的传动比是I_b，齿轮组c的传动比是I_c，共轴式齿轮传动变速机构中的两个传动单元是两排行星齿轮机构A、B，设行星齿轮机构A的传动比是I_A，行星齿轮机构B的传动比是I_B。2、通过有序控制平行轴式齿轮传动变速机构各传动单元齿轮组的动力传动状态，和共轴式齿轮传动变速机构中变速控制元件的状态，产生变速器的全部变速比，包括如下控制指令和与之对应的结果：

控制指令1：齿轮组c传递动力，离合器4和离合器19分离，产生变速比I₁＝I_c×I_g1＝I_c×I_A×I_B；

控制指令2：齿轮组c传递动力，离合器4结合，离合器19分离，产生变速比I₂＝I_c×I_g2＝I_c×I_B；

控制指令3：齿轮组c传递动力，离合器4分离，离合器19结合，产生变速比I₃＝I_c×I_g3＝I_c×I_A；

控制指令4：齿轮组c传递动力，离合器4和离合器19结合，产生变速比I₄＝I_c×I_g4＝I_c；

控制指令5：齿轮组b传递动力，离合器4和离合器19分离，产生变速比I₅＝I_b×I_g1＝I_b×I_A×I_B；

控制指令6：齿轮组b传递动力，离合器4结合，离合器19分离，产生变速比I₆＝I_b×I_g2＝I_b×I_B：

控制指令7：齿轮组b传递动力，离合器4分离，离合器19结合，产生变速比I₇＝I_b×I_g3＝I_b×I_A；

控制指令8：齿轮组b传递动力，离合器4和离合器19结合，产生变速比I₈＝I_b×I_g4＝I_b；

控制指令9：齿轮组a传递动力，离合器4和离合器19分离，产生变速比I₉＝I_a×I_g1＝I_a×I_A×I_B；

控制指令10：齿轮组a传递动力，离合器4结合，离合器19分离，产生变速比I₁₀＝I_a×I_g2＝I_a×I_B：

控制指令11：齿轮组a传递动力，离合器4分离，离合器19结合，产生I₁₁＝I_a×I_g3＝I_a×I_A；

控制指令12：齿轮组a传递动力，离合器4和离合器19结合，产生变速比I₁₂＝I_a×I_g4＝I_a。

设I_A＝0.1.275，I_B＝1.625，进一步设I_a＝0.58，I_b＝1.533，I_c＝4.050，将各传动单元的数据代入以上步骤，可得出所有传动比的具体数据：

I₁＝I_c×I_A×I_B＝4.050×1.275×1.625＝8.392

I₂＝I_c×I_B＝4.050×1.625＝6.582

I₃＝I_c×I_A＝4.050×1.275＝5.163

I₄＝I_c＝4.050

I₅＝I_b×I_A×I_B＝1.533×1.275×1.625＝3.176

I₆＝I_b×I_B＝1.533×1.625＝2.491

I₇＝I_b×I_B＝1.533×1.275＝1.954

I₈＝I_b＝1.533

I₉＝I_a×I_A×I_B＝0.580×1.275×1.625＝1.201

I₁₀＝I_a×I_B＝0.580×1.625＝0.942

I₁₁＝I_a×I_A＝0.580×1.275＝0.739

I₁₂＝I_a＝0.58

I₁～I₁₂就是变速器各档位的变速比，即

一档，8.392；

二档，6.582；

三档，5.163；

四档，4.050；

五档，3.176；

六档，2.491；

七档，1.954；

八档，1.533；

九档，1.201；

十档，0.942；

十一档，0.739

十二档，0.580。

如果设I_A＝I_B＝1.275，那么控制指令2与3、6与7、10与11的控制结果相同，因此可以减去其中属于重复的三条指令，并且共轴式齿轮传动机构四级变速等效于三级变速，使用其余九条控制指令使变速器产生九级变速比。

平行轴式齿轮传动二级变速机构加共轴式齿轮传动四级变速机构的变速比产生方法与平行轴式齿轮传动三级变速机构加共轴式齿轮传动四级变速机构的变速比产生方法相同，只是平行轴式齿轮传动机构中只有两个传动单元，因而按照传动比产生的方法所列出的指令少了与I_c相关的四条，即这种形式的结构只能实现八级变速，并且这八条变速指令包含在上述12条指令之中，以下列出这八条控制指令：

控制指令1：齿轮组b传递动力，离合器4和离合器19分离，产生变速比I₁＝I_b×I_A×I_B；

控制指令2：齿轮组b传递动力，离合器4结合，离合器19分离，产生变速比I₂＝I_b×I_B；

控制指令3：齿轮组b传递动力，离合器4分离，离合器19结合，产生变速比I₃＝I_b×I_A；

控制指令4：齿轮组b传递动力，离合器4和离合器19结合，产生变速比I₄＝I_b；

控制指令5：齿轮组a传递动力，离合器4和离合器19分离，产生变速比I₅＝I_a×I_A×I_B；

控制指令6：齿轮组a传递动力，离合器4结合，离合器19分离，产生变速比I₆＝I_a×I_B：

控制指令7：齿轮组a传递动力，离合器4分离，离合器19结合，产生变速比I₇＝I_a×I_A；

控制指令8：齿轮组a传递动力，离合器4和离合器19结合，产生变速比I₈＝I_a。

Claims (9)

1.一种混合式齿轮传动变速器装置，包括由行星齿轮机构与若干控制元件构成的共轴式齿轮传动变速机构和由若干齿轮组与传动齿轮转换机构构成的平行轴式齿轮传动变速机构，其特征在于共轴式齿轮传动变速机构与平行轴式齿轮传动变速机构以串联的形式连接，共轴式齿轮传动变速机构的动力输出构件连接平行轴式齿轮传动变速机构的动力输入构件，或者平行轴式齿轮传动变速机构的动力输出构件连接共轴式齿轮传动变速机构的动力输入构件。

2.根据权利要求1所述的混合式齿轮传动变速器装置，其特征在于平行轴式齿轮传动变速机构(2)中的输出轴(12)连接共轴式齿轮传动变速机构(10)中的输入轴(3)，输入轴(3)通过传动臂(16)连接齿圈(7)，输入轴(3)还与离合器(4)的输入构件连接，离合器(4)的输出构件通过连接轴(6)与太阳齿轮(13)连接，单向离合器(5)的内圈固定在连接轴(6)上，单向离合器(5)的外圈连接机架，行星轮架(14)通过连接臂(15)与齿圈(8)连接，太阳齿轮(18)通过连接轴(9)连接离合器(19)的输入构件，单向离合器(11)的内圈固定在离合器(19)的输入构件或连接轴(9)上，单向离合器(11)的外圈连接机架，行星轮架(17)与输出轴(20)连接，离合器(19)的输出构件也与输出轴(20)连接。

3.根据权利要求2所述的混合式齿轮传动变速器装置，其特征在于所述的离合器(4)和离合器(19)是多片摩擦式离合器。

4.根据权利要求2所述的混合式齿轮传动变速器装置，其特征在于所述平行轴式齿轮传动变速机构是二级变速机构，共轴式齿轮传动变速机构是四级变速机构。

5.根据权利要求2所述的混合式齿轮传动变速器装置，其特征在于所述平行轴式齿轮传动变速机构是三级变速机构，共轴式齿轮传动变速机构是四级变速机构。

6.一种混合式齿轮传动变速器装置的传动比的产生方法，包括分别设置平行轴式齿轮传动变速机构和共轴式传动变速机构中各传动单元的传动比，通过有序控制平行轴式齿轮传动变速机构各传动单元齿轮组的动力传动状态，和共轴式齿轮传动变速机构中变速控制元件的状态，产生变速器的全部传动比，其特征在于，平行轴式齿轮传动变速机构中各传动单元的传动比分别与共轴式齿轮传动变速机构中各级传动比逐级相乘。

7.根据权利要求6所述混合式齿轮传动变速器装置传动比的产生方法，其特征在于对于权利要求2所述的共轴式齿轮传动变速机构有如下控制指令和与之对应的结果：

控制指令1：离合器(4)和离合器(19)都处于分离状态，I_g1＝I_A×I_B；

控制指令2：离合器(4)结合，离合器(19)分离，I_g2＝I_B；

控制指令3：离合器(4)分离，离合器(19)结合，I_g3＝I_A；

控制指令4：离合器(4)和离合器(19)都处于结合状态，I_g4＝1。

8.根据权利要求7所述混合式齿轮传动变速器装置的传动比的产生方法，其特征在于，所述共轴式齿轮传动变速机构中I_A＝I_B，则控制指令2和控制指令3只择其一。

9.根据权利要求6所述混合式齿轮传动变速器装置的传动比产生方法，其特征在于对于权利要求4或5所述的混合式齿轮传动变速机构有如下控制指令和与之对应的结果或包含在如下控制指令和与之对应的结果之中：

控制指令1：齿轮组(c)传递动力，离合器(4)和离合器(19)分离，产生变速比I₁＝I_c×I_g1＝I_c×I_A×I_B；

控制指令2：齿轮组(c)传递动力，离合器(4)结合，离合器(19)分离，产生变速比I₂＝I_c×I_g2＝I_c×I_B；

控制指令3：齿轮组(c)传递动力，离合器(4)分离，离合器(19)结合，产生I₃＝I_c×I_g3＝I_c×I_A；

控制指令4：齿轮组(c)传递动力，离合器(4)和离合器(19)结合，产生变速比I₄＝I_c×I_g4＝I_c；

控制指令5：齿轮组(b)传递动力，离合器(4)和离合器(19)分离，产生变速比I₅＝I_b×I_g1＝I_b×_A×I_B；

控制指令6：齿轮组(b)传递动力，离合器(4)结合，离合器(19)分离，产生变速比I₆＝I_b×I_g2＝I_b×I_B：

控制指令7：齿轮组(b)传递动力，离合器(4)分离，离合器(19)结合，产生变速比I₇＝I_b×I_g3＝I_b×I_A；

控制指令8：齿轮组(b)传递动力，离合器(4)和离合器(19)结合，产生变速比I₈＝I_b×I_g4＝I_b；

控制指令9：齿轮组(a)传递动力，离合器(4)和离合器(19)分离，产生变速比I₉＝I_a×I_g1＝I_a×I_A×I_B；

控制指令10：齿轮组(a)传递动力，离合器(4)结合，离合器(19)分离，产生变速比I₁₀＝I_a×I_g2＝I_a×I_B：

控制指令11：齿轮组(a)传递动力，离合器(4)分离，离合器(19)结合，产生I₁₁＝I_a×I_g3＝I_a×I_A；

控制指令12：齿轮组(a)传递动力，离合器(4)和离合器(19)结合，产生变速比I₁₂＝I_a×I_g4＝I_a。

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