CN103994188A - 多级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级变速器，例如变速器齿轮传动装置，该齿轮传动装置通过换挡元件中三者的选择性接合的多种组合而建立至少九个前进传动比和一个倒挡传动比。在一个实施例中包括四个简单行星齿轮组、三个离合器和三个制动器。在另一个实施例中包括四个轴线传动齿轮副、两个简单行星齿轮组、五个离合器和一个制动器。

Description

多级变速器

技术领域

本发明涉及用于机动车辆的自动变速器领域。特别地，本发明属于动力传动系统中齿轮、离合器的设置以及它们之间的相互连接。

背景技术

很多车辆在宽范围的车速（包括向前和向后移动两者）下使用。然而，某些类型的发动机只能在较窄的速度范围内高效运转。所以，能以多个传动比（speed ratio）高效传输动力的变速器被频繁使用。当车辆处于较低车速时，变速器通常以高传动比运转使得它放大用于改善加速的发动机扭矩。当处于较高车速时，变速器以低传动比运转以允许与安静、燃料高效巡航关联的发动机转速。通常，变速器具有安装至车辆结构的壳体、通过发动机曲轴驱动的输入轴以及通常经由差速器总成驱动车轮的输出轴，该差速器总成允许车辆转弯时左轮和右轮的转速稍微不同。

发明内容

变速器包括第一到第五轴、第一到第四齿轮传动装置、第一制动器以及第一和第二离合器。第一齿轮传动装置选择性地使第一轴相对于第四轴超速转动（overdrive）。第二齿轮传动装置在第一、第二和第三轴之间施加固定的线性转速关系。第三齿轮传动装置在第三、第四和第五轴之间选择性施加线性转速关系。第四齿轮传动装置选择性地使第三轴相对于第五轴超速转动。第一制动器选择性保持第二轴不旋转而第一离合器选择性地将第二轴连接至第四轴。最终，第二轴选择性将第一轴连接至第三轴。

在一个实施例中，第四轴是输入轴并且第一齿轮传动装置包括第一简单行星齿轮组和第二制动器。输入轴固定连接至行星齿轮架、环形齿轮固定连接至第一轴，而第二制动器选择性保持中心齿轮不旋转。在另一个实施例中，输入轴偏离第四轴。一个齿轮副将第四轴的转速固定约束成与输入轴的转速成比例并以相反方向旋转。第四离合器和第二齿轮副将第一轴的转速选择性约束成与输入轴的转速成比例并以相反方向旋转。两个齿轮副中齿轮的相对尺寸选择为以当接合第四离合器时将第一轴约束成比第四轴旋转得快。

第二齿轮传动装置可以是第二简单行星齿轮组。中心齿轮固定连接至第一轴，齿轮架固定连接至第二轴，而环形齿轮固定连接至第三轴。在一个实施例中，第二离合器直接地将第一轴连接至第三轴。在另一个实施例中，第二离合器通过直接地将第二轴连接至第三轴而可操作地将第一轴连接至第三轴，从而约束第二简单行星齿轮组中的所有元件作为整体旋转。

第三齿轮传动装置可以包括第三简单行星齿轮组和第三离合器。在一个实施例中，中心齿轮固定连接至第三轴，齿轮架固定连接至第四轴，并且第三离合器选择性地将环形齿轮连接至第五轴。在另一个实施例中，中心齿轮固定连接至第三轴，第三离合器选择性地将齿轮架连接至第四轴，而环形齿轮固定连接至第五轴。

在一个实施例中，第五轴是输出轴并且第四齿轮传动装置包括第四简单行星齿轮组和第三制动器。输出轴固定连接至行星齿轮架，中心齿轮固定连接至第三轴，而第三制动器选择性保持环形齿轮不旋转。在另一个实施例中，输出轴偏离于第五轴。第三齿轮副将第五轴的转速固定约束成与输出轴的转速成比例并以相反方向旋转。第五离合器和第四齿轮副将第五轴的转速选择性约束为与输出轴的转速成比例并以相反方向旋转。第三和第四齿轮副中齿轮的相对尺寸选择为当第五离合器接合时将第三轴约束成比第五轴旋转得快。

根据本发明的一个实施例，第三齿轮传动装置包含：第三简单行星齿轮组，该第三简单行星齿轮组具有固定连接至第三轴的第三中心齿轮、固定连接至第三轴的第三环形齿轮、第三行星齿轮架以及支撑在第三行星齿轮架上旋转并与第三中心齿轮和第三环形齿轮连续啮合接合的至少一个行星齿轮；以及第三离合器，配置用于选择性连接第四轴和第三行星齿轮架。

根据本发明的一个实施例，第五轴是输出轴。

根据本发明的一个实施例，第四齿轮传动装置包含：第四简单行星齿轮组，该第四简单行星齿轮组具有固定连接至第三轴的第四中心齿轮、第四环形齿轮、固定连接至输出轴的第四行星齿轮架以及支撑在第四行星齿轮架上旋转并与第四中心齿轮和第四环形齿轮连续啮合接合的至少一个行星齿轮；以及第三制动器，配置用于选择性保持第四环形齿轮不旋转。

根据本发明的一个实施例，第四齿轮传动装置包含：第七轴；连接至第五轴的第五齿轮；连接至第七轴并与第五齿轮连续啮合接合的第六齿轮；连接至第三轴的第七齿轮；以及连接至第七轴并与第七齿轮连续啮合接合的第八齿轮。

根据本发明的一个实施例，第四齿轮传动装置进一步包含：第五离合器，配置用于选择性地将第七轴连接至第八齿轮；并且其中，第五、第六和第七齿轮分别固定连接至第五、第七和第三轴。

根据本发明的一个实施例，第七轴是输出轴。

根据本发明的另一方面，提供一种变速器，包含：第一、第二、第三和第四轴；第一齿轮传动装置，配置用于在第二轴和第一轴之间选择性建立多个传动比中的一个；第二齿轮传动装置，配置用于在第二轴、第一轴和第三轴之间选择性施加线性转速关系；固定连接至第三轴的第一齿轮；固定连接至第四轴并与第一齿轮连续啮合接合的第二齿轮；连接至第二轴的第三齿轮；以及连接至第四轴并与第三齿轮连续啮合接合的第四齿轮。

根据本发明的一个实施例，第四齿轮传动装置进一步包含：配置用于选择性地将第四轴连接至第四齿轮的离合器；并且其中，第三齿轮固定连接至第二轴。

根据本发明的一个实施例，第四轴是输出轴。

根据本发明的一个实施例，第一轴约束成以与输入轴转速成比例的转速旋转。

根据本发明的一个实施例，多个传动比包括零和一之间的传动比。

根据本发明的一个实施例，多个传动比包括直接驱动（direct drive）传动比。

根据本发明的一个实施例，多个传动比包括大于一的传动比。

根据本发明的一个实施例，多个传动比包括负的传动比。

根据本发明的一个实施例，多个传动比包括零传动比（zero speedratio）。

附图说明

图1是第一变速器齿轮传动装置的示意图；

图2是第二变速器齿轮传动装置的示意图。

具体实施方式

本说明书描述了本发明的实施例。然而，应理解公开的实施例仅为示例，其可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。本领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可与一个或更多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本发明的教导一致的特征的多种组合和变型可能希望用于特定应用或实施。

齿轮传动装置（gearing arrangement）是配置用于在旋转元件之间施加指定的转速关系的旋转元件和换挡元件的集合。无论换挡元件的状态如何，施加一些转速关系（称为固定的转速关系）。仅当特定的换挡元件完全接合时施加其它的转速关系（称为选择性转速关系）。i)当一组中的第一个和最后一个旋转元件约束成具有最极端的转速时，ii)当每个剩余旋转部件的转速约束成第一个和最后一个旋转元件的加权平均时，线性转速关系存在于旋转元件的顺序列表（ordered list）中，并且iii)当旋转部件的转速不同时，按照顺序列表约束（增加或减小）转速。旋转元件的转速在元件朝一个方向旋转时为正而在元件朝相反的方向旋转时为负。离散传动比变速器具有在输入轴和输出轴之间选择性施加多个传动比的齿轮传动装置。

如果一组旋转元件被约束以在所有工况中作为整体而旋转，则这组旋转元件彼此固定连接。可通过花键连接、焊接、压装、与普通固体机加工或其它方式固定连接旋转元件。可以出现固定连接的元件之间转动角位移的轻微变化，比如由于冲击或轴柔量（shaft compliance）导致的位移。彼此完全固定连接的一个或更多个旋转元件可以称为轴。相反，两个旋转元件通过换挡元件选择性地连接，只要在换挡元件完全接合时换挡元件约束该两个旋转元件作为整体而旋转并且在至少一些其它工况中它们可自由地以不同的转速自由旋转。通过选择性连接旋转元件至壳体而保持旋转元件不旋转的换挡元件称为制动器。选择性彼此连接两个或更多个旋转元件的换挡元件称为离合器。换挡元件可以是主动控制的装置（比如液压或电动驱动的离合器或制动器）或者可以是被动装置（比如单向离合器或制动器）。如果两个旋转元件是固定连接或者选择性连接，则它们连接在一起。

图1示意性地说明了示例变速器。变速器利用四个简单行星齿轮组20、30、40和50。行星齿轮架22绕中心轴线旋转并支撑一组行星齿轮24使得行星齿轮相对于行星齿轮架旋转。行星齿轮的外齿与中心齿轮26的外齿和环形齿轮28的内齿啮合。中心齿轮和环形齿轮被支撑以与齿轮架绕相同的轴线旋转。类似地构建齿轮组30、40和50。

简单行星齿轮组是在中心齿轮、行星齿轮架和环形齿轮之间施加固定的线性转速关系的齿轮传动装置的一种类型。其它已知类型的齿轮传动装置也可以在三个旋转元件之间施加固定的线性转速关系。例如，双小齿轮行星齿轮组在中心齿轮、环形齿轮和行星齿轮架之间施加固定的线性转速关系。

表1列出了用于每个行星齿轮组的建议的齿数比。

表1

环形齿轮28/中心齿轮26	1.70
		环形齿轮38/中心齿轮36	1.75
环形齿轮48/中心齿轮46	3.50
		环形齿轮58/中心齿轮56	2.00

在图1的变速器中，齿轮架22和42固定连接至输入轴10，环形齿轮28固定连接至中心齿轮36，环形齿轮38固定连接至中心齿轮46和56，而输出轴12固定连接至齿轮架52。中心齿轮26通过制动器66选择性保持不旋转。齿轮架32通过制动器68选择性保持不旋转而通过离合器64选择性连接齿轮架22。中心齿轮36通过离合器70选择性连接至环形齿轮38。环形齿轮58通过制动器62选择性保持不旋转。此外，输出轴12和齿轮架52通过离合器60选择性连接至环形齿轮48。

齿轮组、离合器和制动器的多种组合选择性施加特定的转速关系。齿轮组20和制动器66的组合在输入轴10和中心齿轮36之间选择性施加超速（overdrive）关系。也就是说，当制动器66接合时，中心齿轮36被约束成比输入轴旋转得快并以相同的方向旋转。齿轮组30和离合器70的组合选择性可操作地连接中心齿轮36、齿轮架32和环形齿轮38。如果离合器70将齿轮架32直接连接至中心齿轮36或环形齿轮38则将会施加相同的转速关系。齿轮组40和离合器60的组合在中心齿轮46、输入轴10和输出轴12之间选择性施加线性转速关系。此外，齿轮组50和制动器62的组合在输出轴12和环形齿轮38之间选择性施加超速关系。

如表2所示，换挡元件中三者接合的组合在输入轴10和输出轴12之间建立九个前进传动比和一个倒挡传动比。X指示换挡元件需要用于建立传动比。（X）指示可以应用离合器但不是必需的。在4挡上，离合器60和制动器62建立输入轴10和输出轴12之间的动力流动路径。还可以应用剩下的换挡元件的任何一者。应用离合器70确保通过接合仅一个换挡元件并释放仅一个换挡元件而完成从4挡的所有一阶和二阶换挡。当齿轮组具有表1指示的齿数时，传动比具有表2中指示的值。

表2

60

62

64

66

68

70

传动比

阶梯比例

倒挡

X

X

X

-3.31

73%

1挡

X

X

X

4.52

2挡

X

X

X

3.00

1.51

3挡

X

X

X

1.89

1.59

4挡

X

X

(X)

1.44

1.31

5挡

X

X

X

1.20

1.20

6挡

X

X

X

1.00

1.20

	60	62	64	66	68	70	传动比	阶梯比例
									7挡	X		X	X			0.91	1.10
8挡	X				X	X	0.78	1.17
									9挡	X			X	X		0.65	1.20

图2说明了第二示例变速器。该变速器利用两个简单行星齿轮组30和40。两个简单行星齿轮组都具有中心齿轮、环形齿轮和绕中心轴线旋转的齿轮架。额外地，支撑轴线传动齿轮（axis transfer gear）74、78、84和88以绕该中心轴线旋转。齿轮74在径向上比齿轮78大，齿轮84在径向上比齿轮88大。中心齿轮36固定连接至轴线传动齿轮78。环形齿轮38和中心齿轮46固定连接至轴线传动齿轮88。环形齿轮48固定连接至轴线传动齿轮84和中间轴90。轴线传动齿轮74固定连接至中间轴80。齿轮架32通过离合器70'选择性连接至环形齿轮38而通过制动器68选择性保持不旋转。中间轴80通过离合器64选择性连接至齿轮架32而通过离合器60'选择性连接至齿轮架42。输入轴10和输出轴12绕与中心轴线平行但位置移动的轴线旋转。输入轴10和输出轴12可以彼此共轴线也可以绕不同的轴线旋转。轴线传动齿轮72固定连接至输入轴10并与轴线传动齿轮74连续啮合。轴线传动齿轮76通过离合器66'选择性连接至输入轴10并与轴线传动齿轮78连续啮合。类似地，轴线传动齿轮82固定连接至输出轴12并与轴线传动齿轮84连续啮合。轴线传动齿轮86通过离合器62'选择性连接至输出轴12并与轴线传动齿轮88连续啮合。

齿轮组、轴线传动齿轮、离合器和制动器的多种组合选择性施加特定的转速关系。轴线传动齿轮72、74、76、78和离合器66'的组合在中间轴80和中心齿轮36之间选择性施加超速关系。齿轮组30和离合器70'的组合选择性可操作地连接中心齿轮36、齿轮架32和环形齿轮38。轴线传动齿轮（72、74、76、78）、行星齿轮组30、离合器（64、66'、70'）以及制动器68的组合在轴80和环形齿轮38之间施加多个传动比。特别地，当离合器66'和制动器68都接合时，元件以相反方向旋转。当离合器70'和制动器68都接合时，环形齿轮38保持静止。换句话说，环形齿轮38和轴80之间的传动比为零。当离合器64和66'都接合时，环形齿轮38比轴80旋转得慢并以相同方向旋转。当离合器64和70'都接合时，建立直接驱动关系。最后，当离合器66'和70'都接合时，环形齿轮38比轴80旋转地快并以相同方向旋转。齿轮组40和离合器60'的组合在中心齿轮46、中间轴80和轴线转动齿轮84之间选择性施加线性转速关系。此外，轴线传动齿轮82、84、86、88和离合器62'在中间轴90和环形齿轮38之间选择性施加超速关系。

如表3所示，换挡元件中三者接合的组合在输入轴10和输出轴12之间建立九个前进传动比和一个倒挡传动比。

表3

60'

62'

64

66'

68

70'

倒挡

X

X

X

1挡

X

X

X

2挡

X

X

X

3挡

X

X

X

4挡

X

X

(X)

5挡

X

X

X

6挡

X

X

X

7挡

X

X

X

8挡

X

X

X

9挡

X

X

X

虽然上文描述了示例实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限定，并且应理解可以作出各种改变而不脱离本发明的精神和范围。如上所述，可以组合多个实施例的特征以形成本发明没有明确描述或说明的进一步的实施例。尽管已经描述了多个实施例就一个或更多个期望特性来说提供了优点或相较于其他实施例或现有技术应用更为优选，但是本领域技术人员应该意识到，取决于具体应用和实施，为了达到期望的整体系统属性可以对一个或更多个特征或特性妥协。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、易于装配等。因此，描述的实施例在一个或更多个特性上相对于其他实施例或现有技术应用不令人满意也未超出本发明的范围之外，并且可以满足特定应用。

Claims (10)

1.一种变速器，包含：

第一、第二、第三、第四和第五轴；

第一齿轮传动装置，配置用于选择性约束所述第一轴比所述第四轴旋转得快且以相同方向旋转；

第二齿轮传动装置，配置用于在所述第一轴、所述第二轴和所述第三轴之间固定施加线性转速关系；

第三齿轮传动装置，配置用于在所述第三轴、所述第四轴和所述第五轴之间选择性施加线性转速关系；

第四齿轮传动装置，配置用于选择性约束所述第三轴比所述第五轴旋转得快且以相同方向旋转；

第一制动器，配置用于选择性保持所述第二轴不旋转；

第一离合器，配置用于选择连接所述第二轴和所述第四轴；以及

第二离合器，配置用于选择性地将所述第一轴连接至所述第三轴。

2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第四轴是输入轴。

3.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述第一齿轮传动装置包含：

第一简单行星齿轮组，所述第一简单行星齿轮组具有第一中心齿轮、固定连接至所述第一轴的第一环形齿轮、固定连接至所述输入轴的第一行星齿轮架以及支撑在所述第一行星齿轮架上旋转并与所述第一中心齿轮和所述第一环形齿轮连续啮合接合的至少一个行星齿轮；以及

第二制动器，配置用于选择性保持所述第一中心齿轮不旋转。

4.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第一齿轮传动装置包含：

第六轴；

连接至所述第四轴的第一齿轮；

连接至所述第六轴并与所述第一齿轮连续啮合接合的第二齿轮；

连接至所述第一轴的第三齿轮；以及

连接至所述第六轴并与所述第三齿轮连续啮合接合的第四齿轮。

5.根据权利要求4所述的变速器，其特征在于，所述第一齿轮传动装置进一步包含：

第四离合器，配置用于选择性地将所述第六轴连接至所述第四齿轮；并且

其中，所述第一、第二和第三齿轮分别固定连接至所述第四、第六和第一轴。

6.根据权利要求4所述的变速器，其特征在于，所述第六轴是输入轴。

7.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第二齿轮传动装置包含：

第二简单行星齿轮组，所述第二简单行星齿轮组具有固定连接至所述第一轴的第二中心齿轮、固定连接至所述第三轴的第二环形齿轮、固定连接至所述第二轴的第二行星齿轮架以及支撑在所述第二行星齿轮架上旋转并与所述第二中心齿轮和所述第二环形齿轮连续啮合接合的至少一个行星齿轮。

8.根据权利要求7所述的变速器，其特征在于，所述第二离合器配置用于将所述第一轴直接连接至所述第三轴。

9.根据权利要求7所述的变速器，其特征在于，所述第二离合器配置用于将所述第二轴直接连接至所述第三轴。

10.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第三齿轮传动装置包含：

第三简单行星齿轮组，所述第三简单行星齿轮组具有固定连接至所述第三轴的第三中心齿轮、第三环形齿轮、固定连接至所述第四轴的第三行星齿轮架以及支撑在所述第三行星齿轮架上旋转并与所述第三中心齿轮和所述第三环形齿轮连续啮合接合的至少一个行星齿轮；以及

第三离合器，配置用于选择性地将所述第五轴连接至所述第三环形齿轮。