CN104074935A - 多级变速器 - Google Patents

Abstract

提供一种多级变速器，所述多级变速器包括变速齿轮传动装置，所述变速齿轮传动装置包括布置在两个平面上以降低轴向长度的四个简单行星齿轮组。包括两个输入离合器、两个输出离合器和两个制动器的六个换档元件中三者的组合接合建立九个前进传动比和一个倒档传动比。所述两个输出离合器可被装配到适用于在安装之前进行测试的模块中。

Description

多级变速器

技术领域

本公开涉及用于机动车辆的自动变速器领域。更具体地讲，本公开涉及在动力传动变速器中齿轮、离合器的设置以及它们之间的相互连接。

背景技术

很多车辆在前进运动和倒车运动两者的宽车速范围内使用。然而，某些类型的发动机只能在较窄的速度范围内有效地运转。所以，能够以多个传动比（speed ratio）有效地传输动力的变速器被频繁地使用。当车辆处于低车速时，变速器通常以高传动比运转，使得变速器放大发动机扭矩，用于提高加速度。当车辆处于高车速时，变速器通常以低传动比运转，以允许发动机便于进行安静、燃料高效的巡航。

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车轮和右车轮的转速稍微不同。

发明内容

一种变速器包括第一简单行星齿轮组和第二简单行星齿轮组以及第一离合器和第二离合器。第一行星齿轮组的中心齿轮固定地保持不旋转。第二齿轮组的中心齿轮固定地结合到第一齿轮组的环形齿轮并且第二齿轮组的齿轮架固定地结合到输入轴。第一齿轮组可在径向上位于第二齿轮组的外侧。第一离合器选择性地将第一齿轮组的齿轮架结合到输出轴。第二离合器选择性地将第二齿轮组的环形齿轮结合到输出轴。所述变速器还可包括具有特定的固定关系的第三行星齿轮组和第四行星齿轮组。第三齿轮组可在径向上位于第四齿轮组的径向的外侧。所述变速器还可包括第三离合器和第四离合器以及第一制动器和第二制动器。

在另一实施例中，一种变速器包括三个齿轮传动装置。第一齿轮传动装置在中间轴和第一轴之间固定地建立低档转速关系。第一齿轮传动装置可被实施为（例如）简单行星齿轮组，所述简单行星齿轮组包括：中心齿轮，固定地保持不旋转；环形齿轮，固定地结合到中间轴；齿轮架，固定地结合到第一轴。第二齿轮传动装置在中间轴、输入轴和第二轴之间建立线性转速关系。第二齿轮传动装置可被实施为（例如）简单行星齿轮组，所述简单行星齿轮组包括：中心齿轮，固定地结合到中间轴；齿轮架，固定地结合到输入轴；环形齿轮，固定地结合到第二轴。第三齿轮传动装置在第三轴、第四轴、中间轴和第五轴之间固定地建立线性转速关系。第三齿轮传动装置可被实施为（例如）两个简单行星齿轮组，所述两个简单行星齿轮组包括：公共齿轮架，固定地结合到中间轴；第一中心齿轮，固定地结合到第三轴；第一环形齿轮和第二中心齿轮，固定地结合到第五轴；第二环形齿轮，固定地结合到第四轴。

根据本发明的实施例，提供一种变速器，所述变速器包括：第一齿轮传动装置，被构造为在中间轴和第一轴之间固定地建立低档转速关系；第二齿轮传动装置，被构造为在中间轴、输入轴和第二轴之间固定地建立线性转速关系；第三齿轮传动装置，被构造为在第三轴、第四轴、中间轴和第五轴之间固定地建立线性转速关系。

所述变速器还可包括：第一离合器，被构造为选择性地将第一轴结合到输出轴；第二离合器，被构造为选择性地将第二轴结合到输出轴。

所述变速器还可包括：第三离合器，被构造为选择性地将第五轴结合到所述输入轴；第四离合器，被构造为选择性地将第三轴结合到所述输入轴；第一制动器，被构造为选择性地使第四轴保持不旋转；第二制动器，被构造为选择性地使第三轴保持不旋转。

所述变速器还可包括单向制动器，所述单向制动器被构造为被动地使第四轴沿着反向保持不旋转并允许第四轴沿着正向旋转。

第一齿轮传动装置可包括：齿轮架，固定地结合到第一轴；中心齿轮，固定地保持不旋转；环形齿轮，固定地结合到中间轴；多个行星齿轮，被支撑为相对于齿轮架旋转并与中心齿轮和环形齿轮持续地啮合。

第二齿轮传动装置可包括：齿轮架，固定地结合到所述输入轴；中心齿轮，固定地结合到所述中间轴；环形齿轮，固定地结合到所述第二轴；多个行星齿轮，被支撑为相对于齿轮架旋转并与中心齿轮和环形齿轮持续地啮合。

第三齿轮传动装置可包括：齿轮架，固定地结合到所述中间轴；第一中心齿轮，固定地结合到所述第三轴；第一环形齿轮，固定地结合到所述第五轴；多个第一行星齿轮，被支撑为相对于齿轮架旋转并与第一中心齿轮和第一环形齿轮持续地啮合；第二中心齿轮，固定地结合到所述第五轴；第二环形齿轮，固定地结合到所述第四轴；多个第二行星齿轮，被支撑为相对于齿轮架旋转并与第二中心齿轮和第二环形齿轮持续地啮合。

在另一实施例中，一种变速器包括四个行星齿轮组。第一中心齿轮固定地保持不旋转。第二齿轮架固定地结合到输入轴。第三中心齿轮固定地结合到第四环形齿轮。第一环形齿轮、第二中心齿轮、第三齿轮架和第四齿轮架相互固定地结合。所述变速器还可包括两个输出离合器。第一输出离合器选择性地将第一齿轮架结合到输出轴。第二输出离合器选择性地将第二环形齿轮结合到所述输出轴。所述变速器还可包括两个输入离合器和两个制动器。

根据本发明的实施例，提供一种包括四个行星齿轮组的变速器，在所述变速器中：第一行星齿轮组的中心齿轮固定地保持不旋转；第二行星齿轮组的齿轮架固定地结合到输入轴；第三行星齿轮组的中心齿轮固定地结合到第四行星齿轮组的环形齿轮；第一行星齿轮组的环形齿轮、第二行星齿轮组的中心齿轮、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组的齿轮架相互固定地结合。

所述变速器还可包括：第一离合器，被构造为选择性地将第一行星齿轮组的齿轮架结合到输出轴；第二离合器，被构造为选择性地将第二行星齿轮组的环形齿轮结合到输出轴。

所述变速器还可包括：第三离合器，被构造为选择性地将第三行星齿轮组的中心齿轮结合到输入轴；第四离合器，被构造为选择性地将第四行星齿轮组的中心齿轮结合到输入轴；第一制动器，被构造为选择性地使第三行星齿轮组的环形齿轮保持不旋转；第二制动器，被构造为选择性地使第四行星齿轮组的中心齿轮保持不旋转。

所述变速器还可包括单向制动器，所述单向制动器被构造为被动地使第三行星齿轮组的环形齿轮沿着反向保持不旋转并允许第三齿轮组的环形齿轮沿着正向旋转。

附图说明

图1是变速器齿轮传动装置的示意性表达。

图2是适用于图1的变速器齿轮传动装置的两个离合器模块的截面图。

具体实施方式

在此描述了本公开的实施例。然而，应理解公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可以以多种和替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。所以，在此公开的具体结构和功能性细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员不同地实施本发明的代表性基础。本领域技术人员应理解，参照任一附图说明和描述的多个特征可与一个或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性实施例。然而，根据本公开的教导的特征的多种组合和变型可以期望用于特定应用或实施。

如果一组旋转元件被约束为在所有工况下作为整体而旋转，则这组旋转元件彼此固定地结合。可通过花键连接、焊接、压装、对同一固体进行机加工或其它方式固定连接旋转元件。可以出现固定结合的元件之间的转动角位移的轻微变化，例如，由于花键冲击或轴柔量（shaft compliance）导致的位移。彼此完全固定结合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档元件选择性地结合，只要在换档元件完全接合时，换档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旋转即可。通过选择性将旋转元件连接到壳体而保持旋转元件不旋转的换档元件称为制动器。选择性地将两个或更多个旋转元件彼此连接的换档元件称为离合器。换档元件可以是被主动控制的装置（例如，液压或电动驱动的离合器或制动器）或者可以是被动装置（例如，单向离合器或单向制动器）。换档元件可以是主动接合装置（例如，爪形离合器）或者可以是能够在存在相对旋转的元件之间传递扭矩的摩擦装置。如果两个旋转元件固定地结合或者选择性地结合，那么所述两个旋转元件结合。

齿轮传动装置是被构造为在一组轴之间建立特定转速关系的换档元件和齿轮元件的集合。某些转速关系（称为固定转速关系）无论换档元件处于任何状态下都建立。其他转速关系（称为选择性转速关系）只有当特定换档元件完全接合时才建立。当轴沿着一个方向旋转时，轴的转速为正并且当轴沿着相反的方向旋转时为负。当第一轴和第二轴的转速比率被约束为预定值时，它们之间存在成比例的转速关系。如果两个轴沿着相反的方向旋转，那么成比例的转速关系是倒档转速关系。如果第二轴的转速与第一轴的转速的比率处于零和一之间，那么第一轴和第二轴之间的成比例的转速关系为低档（underdrive）关系。类似地，如果第二轴转速与第一轴转速之间的比率大于一，那么第一轴和第二轴之间的成比例的转速关系是超速关系。i）当顺序列表（ordered list）中的第一个轴和最后一个轴被约束为具有最极端的转速时，ii）当其余的轴的转速均被约束为第一个轴和最后一个轴的转速的加权平均值时，线性转速关系存在于轴的顺序列表中，并且iii）当轴的转速不同时，按照所列出的顺序约束（增加或减小）这些轴的转速。

图1示意性地示出了变速器齿轮箱的齿轮传动装置。变速器使用四个简单行星齿轮组10、20、30和40。每个简单行星齿轮组均包括：行星齿轮架，围绕中心轴线旋转并且支撑一组行星齿轮，使得行星齿轮相对于行星齿轮架旋转。行星齿轮的外轮齿与中心齿轮的外轮齿以及环形齿轮的内轮齿啮合。中心齿轮和环形齿轮还被支撑以围绕中心轴线旋转。为了降低轴向长度，齿轮组10在径向上设置在齿轮组20的外侧并与齿轮组20位于同一平面。类似地，齿轮组30在径向上设置在齿轮组40外侧。齿轮组30和齿轮组40共同使用公共齿轮架32，但分别具有各自的行星齿轮34和44。

简单行星齿轮组是在中心齿轮、齿轮架和环形齿轮之间建立固定的线性转速关系的一种类型的齿轮传动装置。其它已知类型的齿轮传动装置也在三个旋转元件之间建立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、环形齿轮和齿轮架之间建立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18/中心齿轮16	1.467
		环形齿轮28/中心齿轮26	1.927
环形齿轮38/中心齿轮36	1.658
		环形齿轮48/中心齿轮46	1.712

中心齿轮16固定地保持不旋转；齿轮架22固定地结合到输入50；中心齿轮36固定地结合到环形齿轮48；公共齿轮架32、环形齿轮18和中心齿轮26相互固定地结合。输出52通过离合器60选择性地结合到齿轮架12并通过离合器62选择性地结合到环形齿轮28。输入50通过离合器64选择性地结合到中心齿轮36和环形齿轮48的组合。中心齿轮46通过离合器66选择性地结合到输入50并通过制动器70选择性地保持不旋转。环形齿轮38通过制动器68选择性地保持不旋转。单向制动器72被动地防止环形齿轮38沿着反向旋转同时允许环形齿轮38沿着正向旋转。

图1的齿轮传动装置的各种子集合建立特定转速关系。齿轮组30和齿轮组40一起在中心齿轮46、环形齿轮38、共用齿轮架32、以及中心齿轮36和环形齿轮48的组合之间建立线性转速关系。具有两个行星齿轮组（第一齿轮组的两个元件分别固定地结合到第二齿轮组的两个元件）的任何齿轮传动装置在所产生的四个轴之间建立线性转速关系。齿轮组30和齿轮组40通过中间轴（包括公共齿轮架32、环形齿轮18和中心齿轮26）连接到齿轮组10和齿轮组20。与离合器64和66以及制动器68和70结合的齿轮组30和齿轮组40选择性地建立多个成比例的转速关系。当制动器70接合时，第一轴保持不旋转。当离合器66和制动器68接合时，在输入和中间轴之间建立倒档转速关系。当制动器68和70接合时，中间轴保持不旋转。当离合器64与制动器68或与制动器70相组合地接合时，在输入和中间轴之间建立低档转速关系。最后，当离合器64和66两者接合时，输入和中间轴作为一个单元旋转。齿轮组10在中间轴和齿轮架12之间固定地建立低档转速关系。

如表2中所示的换档元件的接合在输入轴50和输出轴52之间建立九个前进传动比和一个倒档传动比。X指示换档元件必须接合以建立动力传输路径。(X)指示不需要该换档元件来建立动力路径但可以接合该换档元件来促进切换为其他传动比。当齿轮组具有表1指示的齿数时，传动比具有表2中所指示的值。

表2

60

62

64

66

68/72

70

传动比

阶

倒档

X

X

X

-3.09

69％

1档

X

X

X

4.47

2档

X

X

X

2.66

1.68

3档

X

X

X

1.68

1.58

4档

X

X

(X)

1.23

1.36

60

62

64

66

68/72

70

传动比

阶

5档

X

X

X

1.00

1.23

6档

X

X

X

0.84

1.19

7档

X

X

X

0.76

1.11

8档

X

X

X

0.66

1.15

9档

X

X

X

0.56

1.19

图2更详细地示出了离合器60和62的结构。这两个离合器可被构建为适用于作为子组件进行装配并测试的双离合器模块。前支撑80刚性地安装到变速器壳54。离合器壳体82通过轴承84和86被支撑为围绕前支撑80旋转。轴承84和86轴向地分开，这样降低了抵抗给定的弯曲力矩（bending moment）所需要的轴承力。轴承之间的分离也在轴承间提供了用于使流体从前支撑流动到离合器壳体的空间。通过推力轴承88抑制了离合器壳体82的轴向运动。

离合器毂90固定地结合到环形齿轮28。使用花键将一组摩擦片92（在其内径处）接合到离合器毂90，以使摩擦片与离合器毂90一起旋转而不沿着轴向自由滑动。摩擦片92与一组分离片94交错。使用花键将每个分离片（在其外径处）结合到离合器壳体82，以使分离片与离合器壳体一起旋转而不沿着轴向自由滑动。位于左端的分离片（可被称为反作用片）通过卡环而被轴向地固定位置。为了应用离合器62，增压流体的路径为：从阀体流动到前支撑中、流动到离合器壳体中、然后流动到离合器壳体82和活塞96之间的应用腔（apply chamber）中。当流体从前支撑80流动到离合器壳体82时，密封件确保了流体流动到离合器壳体中正确的通道。响应于增压流体，活塞96向左侧滑动并挤压分离片之间的摩擦片。摩擦片和分离片之间的摩擦迫使离合器毂90以与离合器壳体82相同的转速旋转。当流体压力降低时，复位弹簧98迫使活塞96向右运动，引起摩擦片和分离片之间的相对运动。复位弹簧98反作用于平衡坝100，其中，通过卡环（snap ring）对平衡坝100进行约束以免平衡坝100相对于离合器壳体82进行轴向运动。当离合器壳体82旋转时，通过离心力向应用腔中的流体增压。为了防止所述力使离合器接合，未被增压的流体流动到位于活塞96的相对侧的平衡室。

相似地构建离合器60。离合器毂102固定地结合到齿轮架12。使用花键将摩擦片104（在其外径处）结合到离合器毂102并且摩擦片104与分离片106（在其内径处使用花键将分离片106结合到离合器壳体82）交错。为了应用离合器60，增压流体的路径为：从阀体流动到前支撑中、流动到离合器壳体中、然后流动到盖108和活塞110之间的应用腔中。当移除压力时，复位弹簧112迫使活塞110向右运动。未被增压的流体的路径为：从离合器62平衡室通过活塞96中的孔、通过离合器壳体82中的通道流动到位于活塞110的左侧的平衡室中。

所述两个离合器模块可按照如下所述进行装配。从左侧将活塞96、复位弹簧98和平衡坝100组装到离合器壳体82中并通过卡环固定。然后，使用花键从左侧将与摩擦片92交错的分离片94结合到离合器壳体并使用卡环固定。类似地，使用花键从左侧将与摩擦片104交错的分离片106结合到离合器壳体82并使用卡环固定。最后，从右侧组装复位弹簧112、活塞110和盖108并使用卡环固定。在该状况下，能够从功能上测试离合器模块。在安装到变速器之前，使用花键将输出齿轮52结合到离合器壳体82并固定。在装配期间，使用花键将摩擦片92结合到毂90并使用花键将摩擦片104结合到毂102。

虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包括的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可作出各种改变。如上所述，可组合多个实施例的特征以形成本发明的未明确描述或说明的进一步的实施例。虽然可将多个实施例描述为对于一个或更多个期望的特征提供优点或者优于其它实施例或现有技术实施，但本领域技术人员应理解，取决于具体的应用或实施，可对一个或更多个特点或特征进行折中以实现期望的整体系统属性。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、装配的便利性等。因此，被描述为对于一个或更多个特性可取性低于其它实施例或现有技术实施的实施例没有在本公开的范围之外并且可期望用于特殊应用。

Claims (8)

1.一种变速器，包括：

第一行星齿轮组，具有第一环形齿轮、第一齿轮架以及固定地保持不旋转的第一中心齿轮；

第二行星齿轮组，具有固定地结合到第一环形齿轮的第二中心齿轮、第二环形齿轮以及固定地结合到输入轴的第二齿轮架；

第一离合器，被构造为选择性地将第一齿轮架结合到输出轴；

第二离合器，被构造为选择性地将第二环形齿轮结合到所述输出轴。

2.如权利要求1所述的变速器，其中，所述第一中心齿轮在径向上位于第二环形齿轮的外侧。

3.如权利要求1所述的变速器，所述变速器还包括：

第三行星齿轮组，具有第三中心齿轮、第三环形齿轮以及固定地结合到第一环形齿轮的第三齿轮架；

第四行星齿轮组，具有第四中心齿轮、固定地结合到第三中心齿轮的第四环形齿轮、以及固定地结合到第一环形齿轮的第四齿轮架。

4.如权利要求3所述的变速器，其中，所述第三中心齿轮在径向上位于第四环形齿轮的外侧。

5.如权利要求3所述的变速器，所述变速器还包括：

第三离合器，被构造为选择性地将第三中心齿轮结合到所述输入轴；

第四离合器，被构造为选择性地将第四中心齿轮结合到所述输入轴；

第一制动器，被构造为选择性地使第三环形齿轮保持不旋转；

第二制动器，被构造为选择性地使第四中心齿轮保持不旋转。

6.如权利要求5所述的变速器，所述变速器还包括单向制动器，所述单向制动器被构造为被动地保持第三环形齿轮沿着反向不旋转并允许第三环形齿轮沿着正向旋转。

7.如权利要求1所述的变速器，所述变速器还包括：

前支撑，固定地保持不旋转；

第一毂，固定地结合到第一齿轮架；

第二毂，固定地结合到第二环形齿轮；

离合器壳体，被支撑为围绕前支撑旋转，所述输出轴固定地结合到所述离合器壳体，其中

第一离合器包括：第一组分离片，被固定用于与离合器壳体一起旋转；第一组摩擦片，与第一组分离片交错布置并被固定用于与第一毂一起旋转；

第二离合器包括：第二组分离片，被固定用于与离合器壳体一起旋转；第二组摩擦片，与第二组分离片交错布置并被固定用于与第二毂一起旋转。

8.如权利要求7所述的变速器，其中：

离合器壳体通过第一轴承和第二轴承而被支撑，以绕前支撑旋转；

离合器壳体限定有第一组流体通道；

前支撑限定有第二组流体通道；

一组密封件被构造为使流体从第一轴承和第二轴承之间的前支撑中的每个通道流动到离合器壳体中相应的流体通道。