CN104235286A - 多级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多级变速器。一系列变速器齿轮传动装置通过不同组合的换档元件的选择性接合提供多个前进传动比以及一个或更多个倒档传动比。三个简单行星齿轮组位于输入轴线上。简单行星齿轮组之一可具有：分离环形齿轮布置，其中，一个齿轮架和一个中心齿轮设置有两个环形齿轮；或分离中心齿轮布置，其中，一个齿轮架和一个环形齿轮设置有两个中心齿轮。

Description

多级变速器

技术领域

本公开总体上涉及用于机动车辆的自动变速器。更具体地讲，本公开涉及动力传动系统中的齿轮、离合器的布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(包括前进运动和倒车运动两者)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，通常使用能在多个传动比下高效传输动力的变速器。当车辆处于低速时，变速器通常在高传动比下运转，使得发动机扭矩倍增以提高加速度。处于高车速时，使变速器以低传动比运转，以允许与安静、燃料高效的巡航关联的发动机转速。通常，变速器具有安装到车辆结构的壳体、通过发动机曲轴(通常经由诸如变矩器的起步装置)驱动的输入，以及通常经由差速器总成驱动车轮的输出，该差速器总成允许车辆转弯时左车轮和右车轮以稍微不同的转速旋转。在具有横向安装的发动机的前轮驱动车辆中，发动机曲轴轴线通常从车轴轴线偏移。

普通型自动变速器使用离合器和制动器的集合。离合器和制动器的各个子集接合以建立各种传动比。普通型离合器使用具有键连接到壳体并与键连接到旋转外壳的摩擦盘交错的分隔盘的离合器组。当分隔盘和摩擦盘被压在一起时，扭矩可在壳体和外壳之间传递。通常，在离合器组一端上的分隔盘(称为反作用盘)被轴向地保持到壳体。活塞将轴向力施加到离合器组的相对端上的分隔盘(称为压力盘，用于压缩离合器组)。通过向壳体和活塞之间的腔提供被加压的流体而产生活塞力。对于制动器，壳体可集成到变速器箱体中。对于离合器，壳体旋转。由于被加压的流体从固定的变速器箱体流向旋转的壳体，因此，可能需要穿过以不同速度旋转的组件之间的一个或更多个界面。在每个界面处，密封件引导流体流从一个组件中的开口流入交界组件中的开口。

发明内容

根据一个实施例，一种变速器包括输入、输出、简单行星齿轮组和换档元件。第一简单行星齿轮组包括第一中心齿轮、第一齿轮架和第一环形齿轮。第一中心齿轮固定地结合到输入。第二简单行星齿轮组包括第二中心齿轮、固定地结合到输出的第二齿轮架和第二环形齿轮。第三简单行星齿轮组包括固定地结合到第二中心齿轮的第三中心齿轮、第三齿轮架和固定地结合到输出的第三环形齿轮。第一换档元件被构造为选择性地将第一齿轮架结合到第二环形齿轮。第三换档元件被构造为选择性地保持第二中心齿轮和第三中心齿轮不旋转。第五换档元件被构造为选择性地将输入结合到第三齿轮架。在另外的实施例中，第二换档元件被构造为选择性地将第一齿轮架结合到第二中心齿轮和第三中心齿轮。第四换档元件被构造为选择性地保持第三齿轮架不旋转。第六换档元件被构造为选择性地将输入结合到第二中心齿轮和第三中心齿轮。

根据另一个实施例，一种变速器包括输入、输出、简单行星齿轮组和换档元件。第一简单行星齿轮组包括固定地结合到输入的第一中心齿轮、第一齿轮架、第一环形齿轮、第四环形齿轮和至少一个行星齿轮，所述行星齿轮被支撑为相对于第一齿轮架旋转并与第一中心齿轮、第一环形齿轮和第四环形齿轮啮合。第二简单行星齿轮组包括第二中心齿轮、固定地结合到输出的第二齿轮架和第二环形齿轮。第三简单行星齿轮组包括固定地结合到第二中心齿轮的第三中心齿轮、第三齿轮架和固定地结合到输出的第三环形齿轮。第一换档元件被构造为选择性地将第一齿轮架结合到第二环形齿轮。第三换档元件被构造为选择性地将第四环形齿轮结合到第二中心齿轮和第三中心齿轮。第五换档元件被构造为选择性地将输入结合到第三齿轮架。

所述变速器还包括第二换档元件，第二换档元件被构造为选择性地将第一齿轮架结合到第二中心齿轮和第三中心齿轮。

所述变速器还包括第四换档元件，第四换档元件被构造为选择性地保持第三齿轮架不旋转。

所述变速器还包括第六换档元件，第六换档元件被构造为选择性地将输入结合到第二中心齿轮和第三中心齿轮。

所述变速器还包括：轴，在第一环形齿轮和第四环形齿轮之间延伸；以及第二换档元件，被构造为通过所述轴选择性地将第一齿轮架结合到第二中心齿轮和第三中心齿轮。

所述变速器还包括：轴，延伸到第一环形齿轮和第四环形齿轮之间的区域之外；以及第二换档元件，被构造为通过所述轴选择性地将第一齿轮架结合到第二中心齿轮和第三中心齿轮。

第一环形齿轮被固定地保持不旋转。

根据又一实施例，一种变速器包括输入、输出、简单行星齿轮组和换档元件。第一简单行星齿轮组包括第一中心齿轮、第一齿轮架、第一环形齿轮和至少一个行星齿轮，所述行星齿轮被支撑为相对于第一齿轮架旋转并与第一中心齿轮和第一环形齿轮啮合。第二简单行星齿轮组包括第二中心齿轮、固定地结合到输出的第二齿轮架和第二环形齿轮。第三简单行星齿轮组包括固定地结合到第二中心齿轮的第三中心齿轮、第四中心齿轮、第三齿轮架、固定地结合到输出的第三环形齿轮和至少一个行星齿轮，所述行星齿轮被支撑为相对于第三齿轮架旋转并与第三中心齿轮、第四中心齿轮和第三环形齿轮啮合。第一换档元件被构造为选择性地将第一齿轮架结合到第二环形齿轮。第三换档元件被构造为选择性地保持第四中心齿轮不旋转。第五换档元件被构造为选择性地将输入结合到第三齿轮架。

所述变速器还包括第二换档元件，第二换档元件被构造为选择性地将第一齿轮架结合到第二中心齿轮和第三中心齿轮。

所述变速器还包括第四换档元件，第四换档元件被构造为选择性地保持第三齿轮架不旋转。

所述变速器还包括第六换档元件，第六换档元件被构造为选择性地将输入结合到第二中心齿轮和第三中心齿轮。

附图说明

图1A是第一变速器齿轮传动装置的示意图；

图1B是第二变速器齿轮传动装置的示意图；

图2A是第三变速器齿轮传动装置的示意图；

图2B是第四变速器齿轮传动装置的示意图。

具体实施方式

本公开的实施例描述于此。然而，应理解，公开的实施例仅为示例，其它实施例能够采用各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，在此公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅为教导本领域技术人员以多种形式使用本发明的代表性基础。本领域内的普通技术人员应理解，参考任一附图示出和描述的多个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以形成未明确示出或描述的实施例。所示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可希望用于特定应用或实施。

齿轮传动装置是旋转元件和被构造为在旋转元件之间施加指定的转速关系的换档元件的集合。无论任何换档元件的状态如何，都施加一些转速关系(称为固定的转速关系)。仅当特定的换档元件完全接合时才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)当每个剩余旋转元件的转速均约束成第一个和最后一个旋转元件的转速的加权平均值时，线性转速关系存在于旋转元件的顺序列表(ordered list)中，并且iii)当旋转元件的转速不同时，按照列表顺序约束(增加或减小)转速。元件的转速在元件沿一个方向旋转时为正而在元件沿相反的方向旋转时为负。当两个元件的转速之比是预定值时，这两个元件之间存在成比例的转速关系。如果第二元件的旋转总是快于第一元件并与第一元件沿相同的方向旋转，那么第一元件和第二元件之间的成比例的转速关系是超速(overdrive)关系。类似地，如果第二元件的旋转总是慢于第一元件并与第一元件沿相同的方向旋转，那么第一元件和第二元件之间的成比例的转速关系是减速(underdrive)关系。

如果一组旋转元件被约束成在所有工况中均作为整体而旋转，则这组旋转元件彼此固定结合。可通过花键连接、焊接、压装、从普通固体机加工或其它方式固定结合旋转元件。会出现固定结合的元件之间转动位移的轻微变化(例如，由于冲击或轴柔量(shaft compliance)导致的位移)。彼此均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便约束这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这两个旋转元件以不同的转速自由旋转。通过选择性地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。将两个或更多个旋转元件选择性地彼此结合的换档元件称为离合器。换档元件可以是主动控制的装置(例如液压或电动致动的离合器或制动器)或者可以是被动装置(例如单向离合器或制动器)。如果两个旋转元件被固定结合或者选择性结合，则它们被结合。

如果元件适于固定地结合到动力源或起步装置的输出，那么该元件是变速器的输入。例如，动力源可以是内燃发动机或电动机。例如，起步装置可以是变矩器或起步离合器。输入可以通过被设计为吸收扭转振动的减震器而结合到动力源或起步装置。如果元件适于向变速器外部的组件(例如，车轮)传递动力，那么该元件是变速器的输出。在输出元件和驱动组件之间，可有固定的传动比(除了1:1之外)。

图1A中示意性地示出了示例变速器。在这种变速器中，输入10优选通过起步装置(例如，变矩器或起步离合器)由发动机驱动。例如，输出12将变速器的旋转扭矩传递到差速器。额外的齿轮或链轮(未示出)将来自输出的动力传递到位于第三轴线上的差速器。

图1A的变速器使用三个简单行星齿轮组20、30和40。简单行星齿轮组是一种固定的齿轮传动装置。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。行星齿轮上的外齿与中心齿轮26上的外齿和环形齿轮28、29上的内齿啮合。中心齿轮和环形齿轮被支撑为与齿轮架绕相同的轴线旋转。简单行星齿轮组施加固定的转速关系。齿轮架的转速被约束在中心齿轮的转速和环形齿轮的转速之间。更具体地说，齿轮架的转速是中心齿轮的转速和环形齿轮的转速的加权平均值，其加权因子由每个齿轮上的齿数确定。通过可在本公开的其它示例性实施例中实现的其它已知类型的固定的齿轮传动装置来施加类似的转速关系。例如，双小齿轮行星齿轮组将环形齿轮的转速约束为中心齿轮的转速和齿轮架的转速之间的加权平均值。类似地构建齿轮组30和40，齿轮组30和40中的每个均具有各自的行星齿轮架32和42、行星齿轮34和44、中心齿轮36和46以及环形齿轮38和48。

与齿轮组30和齿轮组40不同，齿轮组20示出为具有分离环形齿轮组布置(split-ring gear set arrangement)，其中，两个完全相同的齿轮组可以被合并或以其它方式彼此紧密配合，使得它们共用相同的齿轮，而保持两个分开并独立的环形齿轮。分离环形齿轮组布置可以用在齿轮组20、30和40中的任意一者中。图2A-2B(如下面要说明的)中的齿轮组40使用分离中心齿轮组布置(split-sun gear set arrangement)，其中，齿轮组40包括一个环形齿轮、一个齿轮架和两个分开的中心齿轮。应该理解的是，可使用两个分开的行星齿轮组代替分离环形齿轮组布置或分离中心齿轮组布置。

表1中列出了用于每个行星齿轮组的建议的齿数比，如下。

表1

环形齿轮28/中心齿轮26	1.483
		环形齿轮38/中心齿轮36	3.114
环形齿轮48/中心齿轮46	2.512

输入10固定地结合到中心齿轮26。环形齿轮28固定地结合到变速器箱体14并且因此接地或通过其它方式保持不旋转。进而保持环形齿轮29不旋转。中心齿轮36固定地结合到中心齿轮46。齿轮架32固定地结合到环形齿轮48，进而齿轮架32和环形齿轮48两者均固定地结合到输出12。

若干个诸如离合器和制动器的换档元件用在整个变速器中，以选择性地将行星齿轮组的多个元件结合和/或选择性地保持多个元件不旋转。例如，齿轮架22被构造为通过离合器60选择性地结合到环形齿轮38。齿轮架22也通过离合器62选择性地结合到中心齿轮36和46。环形齿轮29通过离合器64选择性地结合到中心齿轮36和46。在一个实施例中，由于环形齿轮29通过行星齿轮24和环形齿轮28实际上结合到变速器箱体14，因此，被致动并接合的离合器64将环形齿轮29结合到中心齿轮36和46，这将保持中心齿轮36和46不旋转。在另一个实施例中，例如步进式环形齿轮布置，环形齿轮29与环形齿轮28不在同一平面上，因此环形齿轮29不会由于接地的环形齿轮28而保持不旋转。齿轮架42通过制动器66选择性地保持不旋转。输入10通过离合器68选择性地结合到齿轮架42，并通过离合器70选择性地结合到中心齿轮36和46。

如图1A-1B中示出和讨论的，齿轮组20使用分离环形齿轮组布置。使用单个小齿轮将环形齿轮29约束为与环形齿轮28速度相同。由于环形齿轮28通过固定地结合到变速器箱体14而保持不旋转，因此环形齿轮29实际上也保持不旋转。齿轮架22能够通过在分离环形齿轮28和29之间延伸的连接件或轴而选择性地结合到其余齿轮组30和40的其它部分。在这种构造中，由于齿轮架22通过分离环形齿轮28和29被接近，使得齿轮组20和30之间的三个或更多个离合器的封装得到改进。

如下面的表2中所示，换档元件中两者接合的组合在输入10和输出12之间建立八个前进传动比和两个倒档传动比。X指示换档元件需要用于建立传动比。当齿轮组具有表1指示的齿数比时，传动比具有表2中指示的值。

表2

	60	62	64	66	68	70	传动比	阶(step)
									第一倒档		X		X			-6.237	118.1％
第二倒档				X		X	-2.512	2.483
									第一档	X			X			5.283
第二档	X		X				3.280	1.611
									第三档	X	X					2.483	1.321
第四档	X					X	1.825	1.360
									第五档	X				X		1.390	1.313
第六档					X	X	1.000	1.390
									第七档		X			X		0.808	1.238
第八档			X		X		0.715	1.130

虽然表2连同以上提供的描述例示8级变速器，但是应该理解的是，通过去除(例如)离合器70能够实现6级变速器。也考虑针对8级变速器的其它的这种改变，并且8级的构造仅是示例。

图1B示出了与图1A的变速器类似的示例性变速器。在图1B中，离合器62已经被离合器62′代替。离合器62′在更接近输入10的位置连接到齿轮架22，而不是通过延伸穿过两个环形齿轮28和29的中间轴连接到齿轮架22(如图1A中的离合器62的情况)。在这种方式中，齿轮架22通过没有穿过环形齿轮28和29的连接件选择性地结合到中心齿轮36和46。由于这种布置减小了变速器的尺寸，因此其可能有益于封装或有益于影响整个变速器的阻力的大小。

图2A-2B示出了其它示例性齿轮传动装置。齿轮组40现在包括分离中心齿轮组布置，其中，两个中心齿轮46和47设置在具有单数齿轮架和单数环形齿轮的一个简单行星齿轮组上。这允许制动器66通过在中心齿轮46和47之间延伸的轴而与齿轮架42结合。分离中心齿轮布置获得的益处与参照图1A-1B的齿轮组20描述的分离环形齿轮布置的益处类似。

以上表1中再次列出了用于每个行星齿轮组的建议的齿数比。类似地，表2中示出的齿轮换档表可以应用于图2A-2B的变速器齿轮传动装置。

在图2A-2B中设置的固定连接件与图1A-1B中描述的固定连接件类似。如图2A-2B中所示，目前，制动器64设置在不同的位置以选择性地保持中心齿轮47不做旋转运动，这能够有效地保持中心齿轮46不做旋转运动。离合器66也通过延伸穿过中心齿轮46和47的轴选择性地保持齿轮架42不旋转。在可选的实施例中的图2B中示出了制动器66′，其中，齿轮架42通过没有延伸穿过中心齿轮46和47的轴而选择性地保持不旋转。

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制，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以作出各种改变。如上所述，可以对多个实施例的特征进行组合以形成本发明没有明确描述或说明的进一步的实施例。虽然关于一个或更多个期望的特性，各种实施例已经被描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术的实施方式，但本领域的普通技术人员认识到，可以牺牲一个或更多个特点或特性，以实现期望的整体系统属性，这取决于具体的应用和实施。这些属性可包括但不局限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、维修保养方便性、重量、可制造性、易组装性等。这样，关于一个或更多个特性，被描述为不如其它实施例或现有技术的实施方式理想的实施例并不在本公开的范围之外，并且可以期望用于特定的应用。

Claims (10)

1.一种变速器，包括：

输入；

输出；

第一简单行星齿轮组，具有固定地结合到输入的第一中心齿轮、第一齿轮架和第一环形齿轮；

第二简单行星齿轮组，具有第二中心齿轮、固定地结合到输出的第二齿轮架和第二环形齿轮；

第三简单行星齿轮组，具有固定地结合到第二中心齿轮的第三中心齿轮、第三齿轮架和固定地结合到输出的第三环形齿轮；

第一换档元件，被构造为选择性地将第一齿轮架结合到第二环形齿轮；

第三换档元件，被构造为选择性地保持第二中心齿轮和第三中心齿轮不旋转；

第五换档元件，被构造为选择性地将输入结合到第三齿轮架。

2.如权利要求1所述的变速器，所述变速器还包括：

第二换档元件，被构造为选择性地将第一齿轮架结合到第二中心齿轮和第三中心齿轮。

3.如权利要求1所述的变速器，所述变速器还包括：

第四换档元件，被构造为选择性地保持第三齿轮架不旋转。

4.如权利要求1所述的变速器，所述变速器还包括：

第六换档元件，被构造为选择性地将输入结合到第二中心齿轮和第三中心齿轮。

5.如权利要求1所述的变速器，其中，第一简单行星齿轮组还包括：

至少一个行星齿轮，被支撑为相对于第一齿轮架旋转并与第一中心齿轮和第一环形齿轮啮合；以及

第四环形齿轮，与至少一个行星齿轮啮合。

6.如权利要求5所述的变速器，其中，第三换档元件被构造为选择性地将第四环形齿轮结合到第二中心齿轮。

7.如权利要求5所述的变速器，所述变速器还包括：

轴，在第一环形齿轮和第四环形齿轮之间延伸；以及

第二换档元件，被构造为通过所述轴选择性地将第一齿轮架结合到第二中心齿轮和第三中心齿轮。

8.如权利要求5所述的变速器，所述变速器还包括：

轴，延伸到第一环形齿轮和第四环形齿轮之间的区域之外；以及

第二换档元件，被构造为通过所述轴选择性地将第一齿轮架结合到第二中心齿轮和第三中心齿轮。

9.如权利要求1所述的变速器，其中，第一环形齿轮被固定地保持不旋转。

10.一种变速器，包括：

输入；

输出；

第一简单行星齿轮组，具有固定地结合到输入的第一中心齿轮、第一齿轮架、第一环形齿轮、第四环形齿轮和至少一个行星齿轮，所述行星齿轮被支撑为相对于第一齿轮架旋转并与第一中心齿轮、第一环形齿轮和第四环形齿轮啮合；

第二简单行星齿轮组，具有第二中心齿轮、固定地结合到输出的第二齿轮架和第二环形齿轮；

第三简单行星齿轮组，具有固定地结合到第二中心齿轮的第三中心齿轮、第三齿轮架和固定地结合到输出的第三环形齿轮；

第一换档元件，被构造为选择性地将第一齿轮架结合到第二环形齿轮；

第三换档元件，被构造为选择性地将第四环形齿轮结合到第二中心齿轮和第三中心齿轮；

第五换档元件，被构造为选择性地将输入结合到第三齿轮架。