CN103958931A - 变速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变速器，该变速器包括多个同心环面，每一个环面都具有用于与相邻环面相接合的装置，所述接合装置由加压流体的压力致动，从而由此增加或较少附接到变速器的齿轮的档位。还提供一种换挡的方法。

Description

变速器

技术领域

本发明的实施例涉及齿轮组件以及齿轮传动的方法。

背景技术

多种变速器是目前可在市场上购得的。这些变速器中的一种是“双离合器变速器”，其中分离的离合器操作分离的齿轮组，使得奇数齿轮由一个离合器致动并且偶数齿轮由另一个离合器提供动力。

使用液压来致动离合器也是已知的。例如，见GB1466380A。

发明内容

根据第一方面，本发明提供一种变速器，该变速器包括从动轴和驱动轴，该从动轴具有一个或多个从动齿轮，该驱动轴具有多个驱动齿轮，其中从动齿轮可以与驱动齿轮中的一个或多个驱动齿轮相接合，从而由此相对于从动轴的速度或转矩来改变驱动轴的速度或转矩，其中通过加压流体的动作来使从动齿轮与驱动齿轮相接合，并且其中加压流体的压力确定多个驱动齿轮中的哪一个与从动齿轮相接合。每一个驱动齿轮都包括相应的环面，多个环面同心地布置。通过加压流体压力的增大来使相邻环面彼此相接合并且通过加压流体压力的减小来使相邻环面彼此分离。

布置在另一个环面中的每个环面都包括周向接合装置，该周向接合装置适于在加压流体的压力超过相应的预定量时与外部环面相接合。

该周向接合装置可以起到允许相邻环面之间的加压流体排出的作用。

该变速器可以包括相邻环面的序列，每一个内部环面都具有相应的周向接合装置组，以用于与相应的相邻外部环面相接合。

加压流体的压力通过作用在加压流体上的螺旋桨的动作而发生变化。

可以通过改变螺旋桨的速度以及/或者螺旋桨的一个或多个叶片的迎角来改变加压流体的压力。

该变速器还包括斜板，以改变螺旋桨的一个或多个叶片的迎角。

该螺旋桨容纳于文氏锥中并且该文氏锥可以起到通过轴传送加压流体的作用。

该变速器还可以包括接收叶轮17，该接收叶轮17容纳于文氏锥中，该接收叶轮将流体传送至中空轴中，该中空轴连接至离心齿轮装置。传送流体能够使用中空轴在轴内进行，或者能够使用轴22与轴箱37之间的间隙来完成。

该轴能够连接至多个驱动齿轮。

在进一步的实施例中，该变速器包括多于一个的轴，每一个轴都具有与其相关联的一组从动齿轮，每一组从动齿轮都与相应的一组驱动齿轮相关联。例如，这种布置可以与双离合器或直接换档齿轮箱一起使用。

根据进一步的方面，本发明提供一种在变速器中换挡(gearing)的方法，该变速器包括从动轴和驱动轴，该从动轴具有一个或多个从动齿轮，该驱动轴具有多个驱动齿轮，其中从动齿轮可以与一个或多个驱动齿轮相接合，从而由此相对于从动轴的速度或转矩来改变驱动轴的速度或转矩，该方法包括以下步骤：

通过加压流体的动作使从动齿轮与驱动齿轮相接合，其中加压流体的压力确定所述多个驱动齿轮中的哪一个与从动齿轮相接合，并且其中每一个驱动齿轮都可以包括相应的环面，多个环面同心地布置；以及

通过加压流体压力的增大使相邻环面彼此相接合并且通过加压流体压力的减小使相邻环面彼此分离。

布置于另一个环面内的每个环面都包括周向接合装置，该方法还可以包括通过加压流体的压力增大预定量的动作来使周向接合装置与外部环面相接合的步骤。

该方法还可以包括允许排出相邻环面之间的加压流体。

该变速器可以包括相邻环面的序列，每一个内部环面都具有相应的周向接合装置组，以用于与相应的相邻外部环面相接合。

该方法还可以包括通过作用在加压流体上的螺旋桨的动作来改变加压流体压力的步骤。

该方法还可以包括通过改变螺旋桨的速度以及/或者螺旋桨的一个或多个叶片的迎角来改变加压流体的压力。

该变速器还可以包括斜板，该方法随后还可以包括通过斜板的动作改变螺旋桨的一个或多个叶片的角度的步骤。

该螺旋桨可以容纳于文氏锥中，在该情况下，该方法还可以包括通过文氏锥将加压流体传送至轴的步骤。

该轴能够连接至多个驱动齿轮。

附图说明

下文参照附图对本发明的示例性实施例进行了描述，所述附图不成比例并且其中：

图1是根据本发明的第一实施例的变速器的示意图；

图2是图1的变速器的一部分的示意图；

图3是图1的变速器的两个离合器盘的一部分的示意图；

图4是具有相应延伸的球轴承的图3的离合器盘的部分的示意图；

图5和图6是轮廓形式的根据两个进一步实施例的离合器盘的接合内表面的轮廓的示意图；

图7是根据进一步的实施例的离合器盘的一部分的内表面的示意图；

图8是位于从动轴上的从动齿轮的布置的示意图；

图9是位于从动轴上的从动齿轮的备选布置的示意图；

图10是根据本发明的进一步的实施例的变速器的示意图；

图11是根据图10的保护件的一部分的示意图；

图12是图1的备选实施例；以及

图13是图3和图4的备选实施例。

具体实施方式

附图本质上是示意性的且未按比例绘制，并且旨在仅用于说明性目的。

图1示出了根据本发明的第一实施例的变速器10。变速器10包括控制轴12，该控制轴12连接至斜板16。斜板16被包围在液压壳体14中并且浸入封装于壳体14内的液压液体中。尽管图1中未示出，但是控制轴12可以连接至车辆的使用者操作的控制器并且由所述使用者操作控制器来操作。

斜板16又控制螺旋桨18的叶片角。壳体14连接至具有流体接收叶轮17的文氏锥20并且连接至终止于盘壳体24的轴22。布置于壳体24内的是离合器组件26，其包括中心盘28以及三个环形盘30、32和34，该离合器组件26更详细地示于图2中并且在下文进行了描述。该轴22能够是实心的，在该情况下，流体通过轴与轴箱37之间的空间从文丘里管20传输至盘28中并且通过在图1中由点划线示出的位于盘28与轴22之间的吸入口传输至盘28中。备选地，中心盘28连接至中空轴22，使得由中空轴22承载的液压流体进入盘28。此外，液压流体可以通过下文所描述的方式选择性地进入盘30、32和34。尽管该附图中未示出，但是从动轴的另一侧通过已知的方式连接至驱动源，例如内燃机。随着驱动源旋转，这造成从动轴22旋转，随后造成中心盘28旋转。

盘28、30、32和34中的每一个都连接至相应的从动齿轮36、38、40和42，使得盘的旋转造成相应的齿轮旋转。

从动齿轮36、38、40和42中的每一个从动齿轮都与驱动齿轮50相接合，该驱动齿轮50又连接至驱动轴47。该驱动轴47通过已知的方式连接至轮子或者其它的推动装置。

斜板16操作以通过已知的方式改变螺旋桨18的桨距。壳体14、文氏锥20、叶轮17、中空轴22和壳体24彼此全部流体连通。因此，螺旋桨18的动作影响液压流体在这些部件内的流动和压力。更具体地，随着螺旋桨的桨距通过斜板16的动作发生变化，容纳于壳体14、文氏锥20、叶轮17、中空轴22和中心盘28内的液压流体的压力发生变化。为了适应压力的增大和减小，部件连接至用于液压流体的贮存器（未示出）。

还应当认识到，与斜板16、螺旋桨18、文氏锥20、叶轮17、中空轴22、和壳体24相互作用的液压流体形成封闭液压系统的一部件，盘28、30、32和34可以通过所描述的方式增加至所述系统。

图2更详细地示出了包括盘组件26的离合器组件。盘组件26包括中心驱动盘28，该中心驱动盘28被安装成由于驱动轴22（见图1）的动作而旋转。围绕驱动盘28布置的是三个盘30、32和34。盘30、32和34中的每一个盘都被布置成独立于彼此并且独立于驱动盘28旋转，或者选择性地与驱动盘28一起旋转，如下文更详细地描述的。在图2中所示的构造中，盘28、30和32中的每一个都通过球轴承50连接至下一个相邻的盘。

现在参照图3，该视图示出了环形盘30和32的一部分以及球轴承50中的三个球轴承在每一个盘中的相应井（well）52内的位置。如图4中所示，球轴承50能够在井52内相对于盘30径向向内和径向向外移动。每一个球轴承50都通过两个叶片弹簧54连接至相应的盘，这两个叶片弹簧54具有连接至相应的螺旋弹簧56的环状端部。叶片弹簧和螺旋弹簧布置允许球轴承50在井52内移动，同时保证弹簧的偏置促进球轴承回到图3中所示的位置处。液压流体的压力沿箭头方向58与球轴承50相反地起作用。正是该压力的增大促进球轴承沿径向向外方向移动，而其沿径向向内方向的移动由于相应弹簧的动作而发生。

图2中所示的外部盘（盘30、32和34）中的每一个盘的内表面都被布置成从下一个径向内部盘接收球轴承50，使得该运动能够从内部盘转移至外部盘。外部盘30、32和34中的每一个盘因此在这样的位置处形成有多个容器60，该位置与容器面对的盘的球轴承50的位置相对应。

最外部的盘34具有容器60，以用于接收盘32的球轴承。通过类似的方式，最内部的盘28具有球轴承50但是不具有内表面，原因是其直接连接至液压流体。

图4示出了当盘30的球轴承在液压流体的影响下与盘32的容器相接合时盘30和32的构造。

液压流体的动作（由图3和图4中的箭头58所示）造成盘30的球轴承50从其静止位置（示于图3中）移动至接合位置（示于图4中）。如图4中所示，当盘30的球轴承50处于接合位置时，所述球轴承50被下一个盘的相应的容器60接收。如图4中所示，盘30的球轴承50被盘32的容器60接收。每一个处于正确位置的球轴承50都将与相应的容器60相接合。这进而造成盘32与盘30一起旋转。盘30和32中的每一个盘（以及图2中所示的盘28和34）都连接至相应的齿轮。通过该方式，图2中所示的盘布置26用作离合器以接合选定齿轮。

作为图3和图4中所示的布置的备选方式，相应的盘可以替代地相对于彼此分别周向偏置，其中容器60大体定位在每一个球轴承之间的中间位置处，而不是周向地共同定位。图13示出了这种布置。下一个径向向内环（即，在环32的情况下的环30）的球轴承定位成与容器相邻，像图3和图4中的实施例一样。油通道设置于其容器60与环的球轴承之间的每一个环中，以允许液压流体从内部环中的一组球轴承流到向外的下一个环中的下一组球轴承。

除了周向偏置，图13的布置的操作与图3和图4相同，如下文所描述的。

参照图1，使用者通过控制斜板16的桨距以及作用在叶轮17上并使轴22转动的螺旋桨18的速度来控制液压流体的压力。叶轮17和轴22的转速的增大使作用在球轴承50上的压力和离心力增大，从而造成同心定向的盘彼此相接合。由于最内部盘28是从动的（如上所述），因此该盘与邻近的盘30的接合将向盘30施加圆周运动，并且随着压力增大，向盘32和34施加圆周运动。由于盘28、30、32和34中的每一个盘都连接至相应的从动齿轮36、38、40和42，因此盘的旋转将造成相应的从动齿轮的旋转。

如图1中所示和上文所描述的，从动齿轮36、38、40和42中的每一个从动齿轮都连接至驱动齿轮44。因此，加压流体的增加能够选择性地改变变速器10的档位(gearing)。

通过类似的方式，可以通过操作斜板16和螺旋桨18来减小液压流体的压力。随着液压流体停止作用在球轴承50上，叶片弹簧54和螺旋弹簧56都将促进球轴承回到其相应的井52中，由此使球轴承与相邻的盘分离（例如，回到图3中所示的构造）。这同样造成相应的齿轮停止从动，由此改变变速器的档位。

通过该方式，变速器10可以用于通过控制液压流体的压力来改变档位。

图5是盘30的内表面的一部分的轮廓的示意图，其中示出了容器60。如图所示，容器60中的每一个容器都形成有后部唇缘62，该后部唇缘62形成为与球轴承50相接合。盘30沿箭头64的方向旋转，使得唇缘62形成坐置部（seating），以与球轴承50相接合，从而使得旋转运动可以从径向内部盘30转移至盘32（图3和图4）。

图6是根据备选实施例的盘130的一部分的示意图。盘130沿箭头164的方向旋转并且具有容器160，每一个容器160都形成有唇缘162。图6的布置与图5的布置之间的比较显示了唇缘162比图5的唇缘62更突出。图6中所示的实施例的优点在于容器160与相应的球轴承更容易并且更牢固地相接合，但是具有容器160将更快地磨损的缺点。

图7示出了根据本发明的又一个实施例的盘230的一部分。如图7中所示，盘230具有容器260。容器260通过上文参照图4、图5和图6所描述的方式操作，在于其提供径向相邻的盘之间的附接点。如图7中所示，容器260具有钻石形状。该钻石形状促进径向相邻的盘之间的接合并且由此有利于这些盘之间的径向运动的转移。

尽管图4、图5、图6和图7中已示出了用于容器的某些剖面和形状，但是用于容器的很多其它形状也是可能的。容器的尺寸和程度将取决于相应的盘所经历的速度和转矩以及强度和耐久性，以及径向相邻的盘之间的接合和分离的速度。

图8示出了位于从动轴402上的从动齿轮的布置400。布置400包括多个能够顺序接合的盘410、412、414和416，所述多个能够顺序接合的盘410、412、414和416通过上文参照图1至图7描述的方式布置并且能够通过上文参照图1至图7所述的方式操作。盘中的每一个盘都具有相应的从动齿轮。从动齿轮418因此与盘416相对应。类似地，从动齿轮420、422和424与盘414、412和410相对应。如图8中所示，从动齿轮安装于轴的外侧表面上，该轴连接至相应的盘。因此，每一个从动齿轮都定位在与相应的盘相关联的轴的外部表面上。

图9示出了相对于从动轴402安装的多个从动齿轮的备选布置450。为了方便起见，相同的附图标记用于表示与图8中所示的类似的特征。布置450包括盘410、412、414和416，所述盘410、412、414和416以上文参照图1至图7描述的方式来操作。与每一个盘相关联的是相应的从动齿轮。从动齿轮452、454、456和458与盘416、414、412和410相对应。如图9中所示，从动齿轮所具有的外表面与其相应的盘的外表面相对应。在该布置中，从动齿轮凹入到与相应盘相关联的轴的外表面中。

图10是根据本发明的进一步的实施例的变速器300的示意图。该变速器300包括连接至相应的从动齿轮组306和308的两个离合器控制器302和304。尽管图10中未示出，但是从动齿轮组306和308通过轴连接至动力源，例如内燃机。

从动齿轮组306连接至驱动齿轮组310并且从动齿轮组308连接至另一个的驱动齿轮组312。驱动齿轮组310和312二者都连接至主驱动轴314。

变速器300与图1中所示的变速器10的不同之处在于其包括连接至相应的齿轮组306和308的两个离合器控制器302和304。变速器300的操作与变速器10的操作类似，但是不同之处在于具有双离合器系统，第一离合器包括离合器控制器302、从动齿轮组306和驱动齿轮组310；第二离合器包括离合器控制器304、从动齿轮组308和驱动齿轮组312。因此，应当认识到，本发明的实施例能够应用于双离合器系统。应当进一步认识到，实施例不限于这方面并且能够根据需要实施额外的离合器。此外，在适当时，根据本发明的实施例的离合器可以利用已知的离合器。

图11示出了图10中所示的变速器300的一部分330。如图11中所示，离合器控制器302包括叶轮320，该叶轮302连接至轴340。类似地，离合器控制器304包括叶轮322，该叶轮322连接至轴338。设置于轴338与340之间的是间隙342。该间隙342允许油在轴338与轴340之间流动。

轴340将叶轮320连接至盘装置308。类似地，轴338将叶轮322连接至盘装置306。机械密封件146将盘装置306与轴340分开。

叶轮320通过上文参照图1至图9描述的方式来控制盘装置308的接合。类似地，叶轮322通过类似的方式控制盘装置306的接合。

离合器控制器302还包括阀334，该阀334调节液压流体在叶轮320与变速器330的其余部分之间的流动。类似地，离合器控制器304包括用于调节对液压流体的控制的阀336。

在备选实施例中，阀334和336被制动器代替，所述制动器用于使相应叶轮的旋转停止，由此允许液压流体影响所需的叶轮。

尽管附图的齿轮组件26已被示为具有三个齿轮盘，但是应当认识到，根据需要可以提供更多或更少的齿轮盘。

申请人的共同待审的英国申请no.1004680公开了用于与汽车或以其它方式提供动力的车辆一起使用的水平定向的踏板。应当认识到，该申请中所公开的踏板可以结合当前发明的实施例使用，使得施加于踏板一侧的压力由于使螺旋桨更快地自旋而造成液压压力的增大，而施加于踏板的另一侧上的压力由于以下原因而造成液压流体的减少：

a)使螺旋桨减速。

b)关闭或控制图1的阀48，以在图1的室24中产生额外的压力，该额外的压力随后将造成图3的球轴承50向下缩回，从而通过与较慢的齿轮相接合并因此使传动比下降而使车辆减速。

c)使螺旋桨18的迎角颠倒，这又产生回吸作用，从而造成所有的接合球轴承50都落回其井52中，进而在极短的时间框架内与从动齿轮分离至非常低或最低的齿轮。该特定制动机构仅能够用于紧急制动情况，该紧急制动情况将由位于制动踏板上的传感器确定。

总体而言，应当认识到，可以通过螺旋桨的速度或桨距来控制本发明的实施例中的液压流体的压力。因此，可以通过计算装置来计算螺旋桨的最佳速度和桨距，以通过最节油的方式保持液压流体的压力。这将包括确定给定的压力或需要的速度下的螺旋桨的最佳桨距和最佳速度。

图12示出了本发明的进一步的实施例。图12的实施例的大体构造和操作与上文参照图1所描述的相同，并且因此其相同的结构和操作将不再重复。然而，图12的实施例增加了呈液压蓄能器60、阀46、49和61、以及喷嘴62的形式的额外的部件。

更具体地，进一步的实施例设置有可变喷嘴62，该可变喷嘴62被布置成沿叶轮17的方向释放加压液压流体，以便造成叶轮17自旋。在这方面，喷嘴62和叶轮17起到涡轮的作用，以使轴22旋转。阀46定位在轴22的齿轮箱24端的开始处，并且起到阻止油流入齿轮箱的作用。另一方面，在阀46关闭的情况下，阀49相反地打开，以允许液压流体流入液压蓄能器60中。阀51定位在来自液压蓄能器60的输出线路上，该输出线路将液压蓄能器的输出连接至喷嘴62的输入。此外，与图1的另一个变化是该实施例中的轴是实心的，并且液压流体在外壳37内围绕轴22流动。在该方面，阀46是虹膜阀，该虹膜阀围绕轴22关闭，以密封外壳37内的油流使其无法进入齿轮箱外壳。

在操作中，例如，当车辆怠速或者在交通灯处停止时，或者甚至清早当驾驶员预热其发动机时，阀46将关闭油流使其无法进入室24，从而意味着对制动器的较少磨损。阀49打开并且通过螺旋桨18的连续旋转而产生的油压将从其逸出并且进入液压蓄能器60中。该液压蓄能器60能够由气体（通常为氮）或者弹簧致动。如果由气体致动，则还能够向管路增加热交换器，以同样通过加热气体来压缩气体，从而在蓄能器中建立额外的压力。

当车辆的驾驶员想要移动车辆时，位于蓄能器60的输出部处的阀51打开，并且积蓄的加压液压油以特定角度指向叶轮17喷出喷嘴62之外，从而造成叶轮17旋转。这有助于叶轮17在发动机的最小努力下旋转，因此仅通过节省否则已经失去的油能来节约燃料。即，积蓄的油压用于帮助克服叶轮的转动惯量，并且有助于使轴22旋转，而不需要额外的发动机功率。

作为进一步的改型，尽管车辆怠速，但是可以向蓄能器60增加进一步的压力释放阀，以起到压力保护的作用。如果该阀（压力释放阀）打开以释放蓄能器中的过多压力，则所获得的冲击压力能够转移到同样连接至返回管道44的液压油贮存器中。这样一来，不浪费未使用的液压压力。

Claims (18)

1.一种变速器，所述变速器包括从动轴和驱动轴，所述从动轴具有一个或多个从动齿轮，所述驱动轴具有多个驱动齿轮，其中从动齿轮可以与所述驱动齿轮中的一个或多个驱动齿轮相接合，由此相对于所述从动轴的速度或转矩来改变所述驱动轴的速度或转矩，其中通过加压流体的动作来使所述从动齿轮与所述驱动齿轮相接合，并且其中加压流体的压力确定所述多个驱动齿轮中的哪一个与所述从动齿轮相接合，并且其中每一个驱动齿轮都包括相应的环面，多个环面同心地布置，并且其中通过加压流体压力的增大来使相邻环面彼此相接合并且通过加压流体压力的减小来使相邻环面彼此分离。

2.根据权利要求1所述的变速器，其中布置在另一个环面中的每一个环面都包括周向接合装置，所述周向接合装置适于在加压流体的压力超过相应的预定量时与外部环面相接合。

3.根据权利要求2所述的变速器，其中所述周向接合装置起到允许加压流体在相邻环面之间排出的作用。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的变速器，所述变速器包括相邻环面的序列，每一个内部环面都具有相应的周向接合装置组，以用于与相应的相邻的外部环面相接合。

5.根据前述权利要求中任一项所述的变速器，其中加压流体的压力通过作用在加压流体上的螺旋桨和/或叶轮的动作而发生变化。

6.根据权利要求5所述的变速器，其中通过改变所述螺旋桨或所述叶轮的速度以及/或者所述螺旋桨或所述叶轮的一个或多个叶片的迎角来改变加压流体的压力。

7.根据权利要求6所述的变速器，所述变速器还包括斜板，以改变所述螺旋桨或所述叶轮的一个或多个叶片的迎角。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的变速器，其中所述螺旋桨或所述叶轮容纳于文氏锥中并且其中所述文氏锥起到通过轴传送加压流体的作用。

9.根据权利要求8所述的变速器，其中叶轮直接连接至轴，该轴也连接至所述多个驱动齿轮。

10.一种在变速器中换挡的方法，所述变速器包括从动轴和驱动轴，所述从动轴具有一个或多个从动齿轮，所述驱动轴具有多个驱动齿轮，其中所述从动齿轮可以与一个或多个驱动齿轮相接合，由此相对于所述从动轴的速度或转矩来改变所述驱动轴的速度或转矩，所述方法包括以下步骤：

通过加压流体的动作使所述从动齿轮与所述驱动齿轮相接合，其中加压流体的压力确定所述多个驱动齿轮中的哪一个与所述从动齿轮相接合，并且其中每一个驱动齿轮都包括相应的环面，所述多个环面同心地布置；以及

通过加压流体压力的增大使相邻环面彼此相接合并且通过加压流体压力的减小使相邻环面彼此分离。

11.根据权利要求10所述的方法，其中布置于另一个环面内的每一个环面都包括周向接合装置，所述方法还包括通过加压流体的压力增大预定量的动作来使所述周向接合装置与外部环面相接合的步骤。

12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括允许加压流体在相邻环面之间排出的步骤。

13.根据权利要求11或权利要求12所述的方法，其中所述变速器包括相邻环面的序列，每一个内部环面都具有相应的周向接合装置组，以用于与相应的相邻外部环面相接合。

14.根据权利要求16至13中的任一项所述的方法，所述方法还包括通过作用在加压流体上的螺旋桨或叶轮的动作来改变加压流体压力的步骤。

15.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括通过改变所述螺旋桨或所述叶轮的速度以及/或者螺旋桨叶片或叶轮叶片的迎角来改变加压流体的压力的步骤。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述变速器还包括斜板，所述方法包括通过所述斜板的动作来改变所述螺旋桨叶片的角度的步骤。

17.根据权利要求14至160中任一项所述的方法，其中所述螺旋桨容纳于文氏锥中，所述方法还包括使用叶轮或螺旋桨将加压流体通过所述文氏锥传送至轴的步骤。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述轴能够连接至所述多个驱动齿轮。