CN104271987B - 多比率行星齿轮变速器 - Google Patents

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Abstract

一种变速器，包括：第一复合行星齿轮组，所述第一复合行星齿轮组具有与太阳轮接合的第一制动器(16)；第二复合行星齿轮组，所述第二复合行星齿轮组具有与齿圈接合的第二制动器(27)；所述第一复合行星齿轮组和第二复合行星齿轮组能通过第一离合器(17)和第二离合器(28)轴向地接合；以及变速器输入(14)和变速器输出(100)同轴地设置并且被构造成从所述变速器的同一侧输入转矩和输出转矩。所述变速器被用于附件驱动系统中，所述附件驱动系统包括：交流发电机(1302)；飞轮(1200)，所述飞轮(1200)联接至所述变速器以及附件驱动装置，所述附件驱动装置能选择性地由所述飞轮或发动机驱动。

Description

多比率行星齿轮变速器
技术领域
本发明涉及一种多比率行星齿轮变速器，更特别地，涉及一种包括第一复合行星齿轮组和第二复合行星齿轮组的行星齿轮变速器，所述第一复合行星齿轮组具有与太阳轮接合的制动器，所述第二复合行星齿轮组具有与齿圈接合的制动器，所述第一复合行星齿轮组和第二复合行星齿轮组能通过第一离合器和第二离合器轴向地接合。
背景技术
现有技术的代表是美国专利第7,582,040号，该美国专利公开了一种八档位齿轮箱，所述八档位齿轮箱包括输入轴、输出轴、四个行星齿轮组、八个可旋转的轴以及五个换挡元件。
需要一种包括第一复合行星齿轮组和第二复合行星齿轮组的变速器，所述第一复合行星齿轮组具有与太阳轮接合的制动器，所述第二复合行星齿轮组具有与齿圈接合的制动器，所述第一复合行星齿轮组和第二复合行星齿轮组能通过第一离合器和第二离合器轴向地接合。本发明满足了该需要。
发明内容
本发明的主要方面是提供一种包括第一复合行星齿轮组和第二复合行星齿轮组的变速器，所述第一复合行星齿轮组具有与太阳轮接合的制动器，所述第二复合行星齿轮组具有与齿圈接合的制动器，所述第一复合行星齿轮组和第二复合行星齿轮组能通过第一离合器和第二离合器轴向地接合。
将通过对本发明的以下描述以及附图指出本发明的其它方面或者使本发明的其它方面显而易见。
本发明包括一种变速器，所述变速器包括：第一复合行星齿轮组，所述第一复合行星齿轮组具有与太阳轮接合的第一制动器；第二复合行星齿轮组，所述第二复合行星齿轮组具有与齿圈接合的第二制动器；所述第一复合行星齿轮组和第二复合行星齿轮组能通过第一离合器和第二离合器轴向地接合；以及变速器输入和变速器输出同轴地设置并且被构造成从所述变速器的同一侧输入转矩和输出转矩。
附图说明
被并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示例说明了本发明的优选实施例，并且，连同描述共同用来解释说明本发明的原理。
图1为变速器的剖视图。
图2为图1的立体剖视图。
图3为复合行星齿轮组的立体剖视图。
图4为复合行星齿轮组的立体图。
图5为制动器的立体图。
图6a、6b以及6c为变速器的分解图。
图7为使用本发明的变速器的示意性系统。
图8为使用本发明的变速器的示意性系统。
图9为使用本发明的变速器的示意性系统。
具体实施方式
本发明的装置为具有输出至滑动离合器的四种速度的行星齿轮驱动装置。将开式1:1的齿轮比、0.772的齿轮比(1.295:1的速度比)的行星齿轮组以及0.478的齿轮比(2.09:1的速度比)的行星齿轮组相结合，以提供三种速度。如果认为是必要的，本发明的装置还能够获得第4种传动比，所述第4种传动比将0.772(1.295)的齿轮比以及0.478(2.09)的齿轮比串联地相结合并产生0.369(2.70)的齿轮比。齿轮比总结于表1中。
本发明的装置被布置成使得输出轴与输入轴同轴。本发明的布置方案使得变速器输出能够从变速器的任一末端离开。构造方案为使得动力流入变速器中、流动通过变速齿轮、流入滑动离合器中并且接着被输出至从动装置，例如，飞轮。
图1为变速器的剖视图。所述变速器包括第一复合行星齿轮组、第二复合行星齿轮组、第一离合器、第二离合器、第一制动器、第二制动器、输出轴、输入轴、以及壳体。
第一复合行星齿轮组包括具有81个齿的太阳轮10。第一复合行星齿轮组进一步包括具有29个齿的小齿轮11以及具有13个齿的小齿轮12。小齿轮11与太阳轮10啮合。小齿轮12与具有123个齿的齿圈13啮合。
第二复合行星齿轮组包括具有81个齿的太阳轮20。第二复合行星齿轮组进一步包括具有25个齿的小齿轮23以及具有15个齿的小齿轮24。小齿轮23与太阳轮20啮合。小齿轮24与具有121个齿的齿圈25啮合。
第一复合行星齿轮组的输出为齿圈13，所述齿圈13固定地附接至行星齿轮支架26，所述行星齿轮支架26为第二复合行星齿轮组的一部分。第一复合行星齿轮组的输入为支架14。第二复合行星齿轮组的输入为行星齿轮支架26。第二复合行星齿轮组的输出为太阳轮20。太阳轮20固定地附接至变速器的输出轴100。
制动器16操作地设置于太阳轮10和壳体200之间。制动器27操作地设置于齿圈25和壳体200之间。离合器17操作地处于支架14和齿圈13之间。离合器28操作地处于行星齿轮支架26和齿圈25之间。轴承19设置于换挡叉18和支架14(输入轴)之间。轴承40设置于太阳轮10和行星齿轮支架14之间。轴承30设置于行星齿轮支架26和输出轴100之间。轴承41设置于行星齿轮支架26和输出轴100之间。轴承42设置于齿圈25和换挡叉29之间。轴承43设置于壳体200和输出轴100之间。滚针轴承44、45设置于支架14和输出轴100之间。轴承46设置于壳体200和支架14之间。轴承62设置于齿圈25和行星齿轮支架26之间。垫片205设置于轴承19和40之间。
离合器17被操作地设置成在支架14和行星齿轮支架26之间接合和分离。为了接合离合器17，致动器(未示出)使换挡叉18运动，从而使轴承架71运动，轴承架71继而推动支架14轴向地运动，从而使离合器17与行星齿轮支架26接合。这将第一复合行星齿轮组有效地锁定，使传动比为1:1。
为了接合离合器28，致动器(未示出)使换挡叉29运动，从而使轴承架70运动，轴承架70继而推动支架250轴向地运动，这推动离合器28接合行星齿轮支架26。轴承30和41被键连接至输出轴100，从而定位行星齿轮支架26以防止行星齿轮支架26的轴向运动。带式制动器16接合太阳轮10的制动部分101。带式制动器27接合支架250的制动部分251。
为了接合制动器16，致动器(未示出)使带式制动器16的一个末端运动，从而使制动器与制动部分101接合以使太阳轮10停止。为了接合制动器27，致动器(未示出)使带式制动器27的一个末端运动，从而使制动器与制动部分251接合并且使支架250停止。带式制动器16、27被布置成使得在所接合的构件旋转时带缠绕得更紧。这种布置需要非常小的力来启动制动器。致动器仅仅将每个带式制动器的末端推动到旋转的构件上，此时带紧紧地抓持和缠绕，使旋转的构件停止。
齿轮选择总结于表1中。
表1.变速器操作
复合行星齿轮(11,12)和复合行星齿轮(23,24)的使用使得能够总体上降低两个复合行星齿轮组的大小。例如，为了获得第一齿轮组的相同的比率同时保持太阳轮具有81个齿，行星齿轮和齿圈将分别需要97个齿的齿轮以及275个齿的齿轮。复合布置还使得能够在布置上具有一定程度的自由。例如，可轴向地颠倒复合行星齿轮组，以容许齿圈的替代放置。这样的改变可使得能够获得更好的装配过程。
图2为图1的立体剖视图。卡环201、202接合输出轴100。卡环203、204接合行星齿轮支架26。轴承30和41保持于卡环201、202、203、204之间。太阳轮20保持于轴承30、41之间。这种布置将行星齿轮支架26保持于相对于输出轴100固定的轴向位置中。
图3为复合行星齿轮组的立体剖视图。支架250包括齿圈25和用于接合制动器27的制动部分251。换挡叉18和换挡叉29均沿轴向方向(M)枢转地运动，从而分别接合和分离离合器17和离合器28。
图4为复合行星齿轮组的立体图。
图5为制动器的立体图。制动器27在固定点50处附接至壳体200。制动器16在固定点51处附接至壳体200。换挡叉29围绕枢轴52和枢轴53枢转。换挡叉18围绕枢轴54和枢轴55枢转。
换挡叉29上的销56和57接合轴承架70。换挡叉18上的销58和59接合轴承架71。轴承架70具有“U”形轮廓以容置销56、57。轴承架71具有“U”形轮廓以容置销58、59。
致动器(未示出)连接至制动器27的末端60。致动器(未示出)连接至制动器16的末端61。
图6a、6b以及6c为变速器的分解图。图6b为第一复合行星齿轮组的视图。图6c为第二复合行星齿轮组的视图。
在图6b中，卡环210将轴承19保持于轴承架71中。卡环211将轴承40保持于太阳轮10中。
在图6c中，卡环203将轴承30保持于行星齿轮支架26中。卡环204将轴承41保持于行星齿轮支架26中。卡环212将轴承42保持于轴承架70中。
在操作中，为了接合离合器17，致动器使换挡叉18运动，换挡叉18继而推动支架14轴向地运动，从而使支架14与离合器17接合。这将附接至支架14的行星齿轮组件有效地锁定，使第一行星齿轮比为1:1。为了接合离合器28，致动器使换挡叉29运动，换挡叉29继而推动齿圈25轴向地运动，这致使离合器28被接合。
为了接合制动器16或27，致动器使带式制动器的一个末端运动，从而接合制动器并且使接合相应的行星齿轮组的相应的支架停止。每个制动器被构造成使得在支架旋转时带缠绕得更紧。这种布置需要非常小的力来启动制动器，因为摩擦力为自然对数函数，亦即，(T1/T2)＝eμβ，其中T1和T2代表带张力，μ为摩擦系数以及β为包角。因此，我们可简单地将所述末端推动到旋转的支架上，并且带将紧紧地抓持和缠绕，使支架停止。
当离合器17和28都被接合且制动器16和制动器27分离时，变速器具有1:1的比率。当离合器17分离且制动器16被锁定时，同时离合器28被接合并且制动器27分离，变速器具有0.772的齿轮比(1.295:1的速度比)。当离合器17被接合且制动器16分离时，同时离合器28分离，制动器27被接合，变速器具有0.478的齿轮比(2.09:1的速度比)。当两个离合器都分离且两个制动器都被接合时，变速器具有0.369的齿轮比(2.70的速度比)。
图7为使用本发明的变速器的示意性系统。在本实施例中，滑动离合器1100连接至变速器的输出轴100。
在第一操作模式中，发动机1400通过带轮P5、皮带B4以及带轮P4驱动输入轴300。可改变每个带轮P5和P4的直径以提供所期望的比率。
滑动离合器输出轴1101接合带轮P1和P2。在带轮P1和带轮P3之间拖拉皮带B1。在带轮P2和飞轮1200的输入轴之间拖拉皮带B3。带轮P3连接至交流发电机输入轴1302。在每个附件(亦即，动力转向泵(P_S)1300、空气调节泵(A_C)1301、以及交流发电机(Alt)1302)之间拖拉皮带B2。
当发动机1400驱动所述系统时，变速器1000可用来选择所期望的齿轮比以使所述附件的操作最优化。通过皮带B1和B2驱动所述附件。滑动离合器1100在发动机和附件之间提供软联接，以进行启动。
在第二操作模式中，使用飞轮来驱动附件。在该模式中，使滑动离合器分离并且通过皮带B3、B2和B1驱动附件。发动机1400可空转或者可被关闭。
图8为使用本发明的变速器的示意性系统。与图7中的实施例不同，在本实施例中从变速器1000的对侧驱动附件。轴100和300为同轴的。
带轮P6连接至输出轴100。带轮P4连接至输入轴300，输入轴300为支架14。在带轮P6和带轮P3之间拖拉皮带B1。在带轮P5和P4之间拖拉皮带B4。
车辆传动装置1401连接至发动机1400，通常连接至发动机曲轴。使用车辆传动装置1401来驱动变速器1000。例如，这一点可通过与传动装置转矩变换器相接合的链C1来完成。C1机械地连接至输入轴300。离合器1100连接至输出轴100。离合器1100用来使飞轮与变速器(并因此与附件和发动机)接合以及分离。
从传动装置转矩变换器获取动力的优点是，它容许发动机1400停止同时仍然保持恢复再生制动动力的能力。该构造还使得能够用飞轮1200启动发动机同时从传动装置1401获取动力。离合器1102使得能够在发动机被关掉时与发动机分离，用以使结构从车辆传动装置1401获得动力，例如在制动事件期间。离合器1102用来使发动机1400与变速器1000接合或者分离。
图9为使用本发明的变速器的示意性系统。除了不存在车辆传动装置1401之外，图9中的构造与图8中所描述的相同。
本文中所描述的所有的构造都使得能够用飞轮1200启动发动机1400。
本发明的装置以及所描述的构造的新颖的特征包括但不限于：1)选择附件驱动装置的总的最终的传动比，所以附件驱动装置的最终速度可以比发动机速度更快或更慢，这与从发动机曲轴输出带轮直接驱动附件时相反；2)从车辆获取的动力可以从发动机或从车辆传动装置获取；3)本发明的装置使得动力输出装置能够处于发动机的前方、后方、或紧邻发动机；4)输入轴和输出轴为同轴的，使得能够从本发明的装置的任一末端输出动力；5)本发明的装置使得能够在制动事件期间关闭发动机；6)本发明的装置使得能够用飞轮中所储存的动力启动发动机；以及7)本发明的装置允许将发动机关闭同时连续地保持动力供应或其它车辆功能(包括附件驱动)。
尽管已经在本文中对本发明的形式进行了描述，然而对于本发明所属领域的技术人员而言，显而易见的是，可在部件的构造和关系方面进行改变，而不脱离本文中所描述的发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种变速器，包括：
第一复合行星齿轮组，所述第一复合行星齿轮组具有与太阳轮接合的第一制动器；
第二复合行星齿轮组，所述第二复合行星齿轮组具有与齿圈接合的第二制动器；
所述第一复合行星齿轮组和第二复合行星齿轮组能通过第一离合器和第二离合器轴向地接合；以及
变速器输入和变速器输出同轴地设置并且被构造成从所述变速器的同一侧输入转矩和输出转矩。
2.根据权利要求1所述的变速器，进一步包括：
用于通过所述第一复合行星齿轮组的轴向运动接合所述第一离合器以及与所述第一离合器分离的机构；以及
用于通过所述第二复合行星齿轮组的轴向运动接合所述第二离合器以及与所述第二离合器分离的机构。
3.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于：
所述第一制动器包括带式制动器；以及
所述第二制动器包括带式制动器。
4.一种附件驱动系统，包括：
车辆发动机；
所述车辆发动机联接至变速器；
所述变速器联接至附件驱动装置，所述附件驱动装置包括交流发电机；
所述变速器包括：
第一复合行星齿轮组，所述第一复合行星齿轮组具有与太阳轮接合的第一制动器；
第二复合行星齿轮组，所述第二复合行星齿轮组具有与齿圈接合的第二制动器；
所述第一复合行星齿轮组和第二复合行星齿轮组能通过第一离合器和第二离合器轴向地接合；以及
变速器输入和变速器输出同轴地设置并且被构造成从所述变速器的同一侧输入转矩和输出转矩；以及
飞轮，所述飞轮直接联接至所述变速器并进一步直接联接至附件驱动装置，所述附件驱动装置能选择性地由所述飞轮或车辆发动机驱动。
5.根据权利要求4所述的附件驱动系统，其特征在于，还包括：
用于通过所述第一复合行星齿轮组的轴向运动接合所述第一离合器以及与所述第一离合器分离的机构；以及
用于通过所述第二复合行星齿轮组的轴向运动接合所述第二离合器以及与所述第二离合器分离的机构。
6.根据权利要求5所述的附件驱动系统，其特征在于：
所述第一制动器包括带式制动器；以及
所述第二制动器包括带式制动器。
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