CN104595436B - 一种用于自动变速箱的七挡行星变速器 - Google Patents

一种用于自动变速箱的七挡行星变速器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于自动变速箱的七挡行星变速器，包括四个行星排、五个传动构件、四个制动器、两个离合器，以及输入构件和输出构件；行星排一分别与输入构件、传动构件一和传动构件二连接，行星排二分别与输入构件、传动构件一和传动构件五连接，行星排三分别与传动构件五、传动构件三和输出构件连接，行星排四分别与传动构件三、输出构件和传动构件四连接；制动器一至四分别制动传动构件二、一、三、四；离合器一分别与输入构件和传动构件三连接，离合器二分别与输入构件和传动构件一连接。和现有技术比，本发明提供的变速器，只需改变一个操纵件即可实现挡位间的切换，使换挡操纵系统简单可靠，并且减少了变速箱的尺寸及重量。

Description

一种用于自动变速箱的七挡行星变速器
技术领域
本发明涉及一种变速器，具体讲涉及一种用于自动变速箱的七挡行星变速器。
背景技术
汽车变速器，是一套用于来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。变速器可以在汽车行驶过程中，在发动机和车轮之间产生不同的变速比，通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性能状态下。变速器的发展趋势是越来越复杂，自动化程度也越来越高，自动变速器将是未来的主流。
自动变速箱的变速机构改变液力变矩器输出的转速和扭矩，将改变后的转速和扭矩通过输出轴输出，以满足实际需要。众所周知，对于手动变速箱来说，挡位过多会导致驾驶员疲于频繁换挡，但是自动变速箱的换挡不需要驾驶员手动操作，不存在此问题，实际上，自动变速箱的挡位越多，传动比系列越易被优化，其动力性能和燃油经济性越好。
另外，多自由度行星变速器的操纵是一个难题，多自由度行星变速器实现每一个挡位需要操纵多个操纵件，如果操纵方案不优化，实现换挡需要变换多个操纵件，会使操纵油路复杂，影响变速箱的使用稳定性和使用寿命。
但是，当确定了传动比系列时，选择好的传动简图是一项很重要也很复杂的工作，之所以重要是因为变速器的效率、尺寸和可靠性在很大程度上取决于传动简图，之所以复杂则是因为用多个行星机构组成要求挡位的多自由度行星变速器，可能的方案数量巨大，如何从数量浩繁的可能方案中找到满足要求的方案，是多年来的难题。
为此，需要提供一种变速器，不但可以实现较多挡位的方案，而且可以优化操作方案，，增强了变速箱的使用稳定性，延长了变速箱的使用寿命。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于自动变速箱的七挡行星变速器，只需改变一个操纵件即可实现挡位间的切换，使换挡操纵系统简单可靠，并且减少了变速箱的尺寸及重量，降低了制造费用。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供的一种用于自动变速箱的七挡行星变速器，所述变速器包括行星排、传动构件、制动器、离合器，以及设置在所述变速器两端分别与输入轴和输出轴连接的输入构件和输出构件；
其改进之处在于：所述行星排由行星排一、行星排二、行星排三和行星排四组成；所述传动构件由传动构件一、传动构件二、传动构件三、传动构件四和传动构件五组成；所述制动器由制动器一、制动器二、制动器三和制动器四组成；所述离合器由离合器一和离合器二组成；
所述行星排一分别与输入构件、传动构件一和传动构件二连接，所述行星排二分别与输入构件、传动构件一和传动构件五连接，所述行星排三分别与传动构件五、传动构件三和输出构件连接，所述行星排四分别与传动构件三、输出构件和传动构件四连接；
所述制动器一、制动器二、制动器三和制动器四分别制动所述传动构件二、传动构件一传动构件三和传动构件四；
所述离合器一分别与输入构件和传动构件三连接，所述离合器二分别与输入构件和传动构件一连接。
本发明提供的第一优选技术方案为，所述行星排为由同轴设置可旋转的太阳轮、行星架和齿圈构成的单星简单行星排；所述行星排的k值为2.3～3.2。
本发明提供的第二优选技术方案为，所述输入构件分别与行星排一的太阳轮一、行星排二的太阳轮二、离合器一的内毂以及离合器二的内毂连接。
本发明提供的第三优选技术方案为，所述输出构件分别与行星排三的齿圈三以及行星排四的行星架四连接。
本发明提供的第四优选技术方案为，所述传动构件一分别与行星排一的行星架一、行星排二的齿圈二以及离合器二的外毂连接。
本发明提供的第五优选技术方案为，所述传动构件二分别与制动器一的内毂以及行星排一的齿圈一连接。
本发明提供的第六优选技术方案为，所述传动构件三分别与行星排三的行星架三、行星排四的齿圈四、制动器三的内毂以及离合器一的外毂连接。
本发明提供的第七优选技术方案为，所述传动构件四分别与行星排四的太阳轮四以及制动器四的内毂连接。
本发明提供的第八优选技术方案为，所述传动构件五分别与行星排二的行星架二以及行星排三的太阳轮三连接。
本发明提供的第九优选技术方案为，所述输入轴为液力变矩器的涡轮轴；所述输出轴通过分动器或差速器将动力传至前、后桥或左、右驱动轮。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1、本发明提供的用于自动变速箱的七挡行星变速器，采用四个行星排、四个制动器和两个离合器的方案，实现七个前进挡、三个倒挡共计十个挡位。
2、本发明提供的用于自动变速箱的七挡行星变速器，传动简图的优化，减少了自动变速箱的尺寸，减轻了变速箱的重量，降低了制造费用。
3、本发明提供的用于自动变速箱的七挡行星变速器，每相邻两个挡位的切换只需要动作一个操纵件，易于设计换挡控制器。
4、本发明提供的用于自动变速箱的七挡行星变速器，相对转速较低，易于结构设计。
附图说明
图1：本发明提供的用于自动变速箱的七挡行星变速器的结构示意图；
其中：1、输入构件；2、输出构件；3、传动构件一；4、传动构件二；5、传动构件三；6、传动构件四；7、传动构件五；PGS1、行星排一；PGS2、行星排二；PGS3、行星排三；PGS4、行星排四；S1、太阳轮一；S2、太阳轮二；S3、太阳轮三；S4、太阳轮四；R1、齿圈一；R2、齿圈二；R3、齿圈三；R4、齿圈四；CA1、行星架一；CA2、行星架二；CA3、行星架三；CA4、行星架四；B1、制动器一；B2、制动器二；B3、制动器三；B4、制动器四；C1、离合器一；C2、离合器二。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实施例以用于自动变速箱的七挡行星变速器为例，如图1所示，本发明实施例提供的用于自动变速箱的七挡行星变速器适用于公路车辆，包括：输入构件1、输出构件2、传动构件一3、传动构件二4、传动构件三5、传动构件四6、传动构件五7、行星排一PGS1、行星排二PGS2、行星排三PGS3、行星排四PGS4、太阳轮一S1、太阳轮二S2、太阳轮三S3、 太阳轮四S4、齿圈一R1、齿圈二R2、齿圈三R3、齿圈四R4、行星架一CA1、行星架二CA2、行星架三CA3、行星架四CA4、制动器一B1、制动器二B2、制动器三B3、制动器四B4、离合器一C1、离合器二C2。输入轴与输入构件1相连，一般为液力变矩器的涡轮轴，用于将发动机的动力经液力变矩器传至变速器。输出轴与输出构件2连接，通过分动器或差速器将动力传至前、后桥或左、右驱动轮。该变速器相对于旋转中心是基本对称的，图1中省略了旋转中心的下半部分，以下描述时不再作说明。
如图1所示，此图描述了行星变速器的具体方案，它由四个负号行星排(PGS1、PGS2、PGS3、PGS4)组成，具有六个操纵件(离合器C1、离合器C2、制动器B1、制动器B2、制动器B3、制动器B4)，五个传动构件(③④⑤⑥⑦)，一个输入构件和一个输出构件(①②)。此行星变速器可以实现七个前进挡，三个倒退挡。
第一个简单行星排为负号行星排，由齿圈一R1、行星架一CA1、太阳轮一S1和一排行星轮组成，一排行星轮和齿圈一R1啮合，同时也和太阳轮一S1啮合，行星架一CA1支撑一排行星轮。
第二、三基本行星排也为负号排，其支撑方式与第一行星排是相同的。
图1中各个行星排的内传动比，即相啮合的齿轮的齿数比分别为：
齿圈一R1与太阳轮一S1：ZR1/ZS1＝-1.9787；
齿圈二R2与太阳轮二S2：ZR2/ZS2＝-2.1628；
齿圈三R3与太阳轮三S3：ZR3/ZS3＝-1.9333；
齿圈四R4与太阳轮四S4：ZR4/ZS4＝-2.0698。
以下是各个挡位实现的说明，此变速器实现的七个挡位分别标记为：D1～D7，由于此变速器为三自由度变速器，实现某一个挡位需要动作两个操纵件，消除两个自由度，方可实现固定输入与输出，各挡位实现如下：
(1)结合制动器二B2和制动器四B4实现D1挡：
制动器二B2结合后，齿圈二R2与变速箱壳体连在一起，其转速为零，制动器四B4结合后，太阳轮四S4与变速箱壳体连在一起，其转速也为零。
动力通过输入轴经输入机构1输入，然后将动力传送给太阳轮二S2，齿圈二R2转速为零，由于组成行星排的两个基本构件都有固定的转速，故其行星架二CA2的转速是固定的，并且是减速输出，同时行星架三CA3与齿圈四R4为同一个构件，齿圈三R3和行星架CA4为同一个构件，均具有相同的转速，太阳轮四S4通过制动器使得转速为零，从而最终实现减速，通过行星架四CA4和齿圈三R3进行输出，实现D1挡。
(2)结合制动器一B1和制动器四B4实现D2挡：
与前一个挡位相比，此挡位只变换一个操纵件，当B1结合时，齿圈一R1与壳体连在一起，其转速为零。
动力通过输入轴经输入机构1输入，由于齿圈一R1固定，动力通过太阳轮一S1输入后，通过行星架一CA1进行减速输出，由于太阳轮一S1与太阳轮二S2为同一个构件，行星架二CA2与太阳轮三S3为同一个构件，行星架三CA3与齿圈四R4为同一个构件，动力由行星架一CA1经由行星架二CA2，最终通过齿圈三R3和行星架四CA4减速输出，从而实现D2挡。
(3)结合制动器四B4和离合器二C2实现D3挡：
离合器二C2结合，输入轴与行星架一CA1及齿圈二R2具有相同的转速，同时，太阳轮一S1与太阳轮二S2也与输入轴保持相同的转速，意味着行星排一PGS1和行星排二PGS2整体以输入轴的转速旋转。
动力由行星架二CA2经太阳轮三S3输入，行星架三CA3与齿圈四R4具有共同转速，通过制动太阳轮四S4实现齿圈三R3与行星架四CA4减速输出，实现D3挡。
(4)结合制动器四B4和离合器一C1实现D4挡：
制动器四B4结合，太阳轮四S4转速为零，离合器一C1结合，输入轴与行星架三CA3具有相同的转速，同时行星架三CA3与齿圈四R4是同一构件具有相同的转速，也就是说，此挡位下，只有行星排四PGS4参与工作，齿圈四R4输入，行星架四CA4减速输出，形成D4挡。
(5)结合离合器二C2和离合器一C1实现D5挡：
离合器二C2和离合器一C1均结合，四个行星排均整体回转，组成各个行星排的构件转速均为输入轴的转速，传动比为1。
(6)结合离合器一C1和制动器一B1实现D6挡：
离合器一C1结合，动力由太阳轮一S1、太阳轮二S2输入，通过制动器一B1结合，齿圈一R1转速为零，通过行星架二CA2减速输出，行星架三CA3从输入轴接受动力，同时也通过太阳轮三S3从行星架二CA2接收动力，最终通过齿圈三R3和行星架四CA4输出动力，最终实现增速输出，实现D6挡。
(7)结合离合器一C1和制动器二B2实现D7挡：
结合制动器二B2后，行星架一CA1和齿圈二R2转速为零，与D6挡都是超速挡，其区别在于行星架二CA2输出转速不同，在行星排三PGS3与行星排四PGS4的连接与动力输入输出方式是相同的，只是传动比大小不同。
(8)结合制动器三B3，然后依次结合制动器二B2、制动器一B1、离合器一C1实现R1、R2、R3挡：
结合制动器三B3，行星架三CA3，齿圈四R4转速为零，动力由太阳轮一S1、太阳轮二S2输入，通过制动不同的操纵件实现三个具有相同阶比的倒挡。
表1为行星变速器挡位和传动比，此表描述了实现各个挡位所需要结合的操纵件，同时给出了挡位之间的阶比。
表1：实现各挡位的操纵件结合顺序及传动比
挡位 换挡逻辑 传动比 阶比
N B2
1 [B2、B4] 7.645 10.349
2 [B1、B4] 4.429 1.726
3 [C1、B4] 2.417 1.832
4 [C2、B4] 1.483 1.63
5 [C1、C2] 1.0 1.483
6 [B1、C2] 0.81 1.235
7 [B2、C2] 0.739 1.096
R1 [B2、B3] -6.115
R2 [B1、B3] -3.542
R3 [C2、B3] -1.933
表2为行星变速器相对转速，此图描述了构件在各个挡位时的相对转速。
表2：各构件相对转速
上表中的n分别表示各行星排基本构件的相对转速。
表3为行星变速器相对力矩，描述了构件在各个挡位时的相对力矩。
表3：各挡位相对力矩
其中，Ts、Tr、Tca分别表示各行星排太阳轮、齿圈和框架的力矩。
本方案中的四个行星排PGS1～PGS4均为单星简单行星排，且k值在2.3～3.2范围内， 可使四个行星排PGS1～PGS4的径向尺寸较小，同时，获得了整体性能较优的传动比特性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于自动变速箱的七挡行星变速器，所述变速器包括行星排、传动构件、制动器、离合器，以及设置在所述变速器两端分别与输入轴和输出轴连接的输入构件和输出构件；
其特征在于：所述行星排由行星排一、行星排二、行星排三和行星排四组成；所述传动构件由传动构件一、传动构件二、传动构件三、传动构件四和传动构件五组成；所述制动器由制动器一、制动器二、制动器三和制动器四组成；所述离合器由离合器一和离合器二组成；
所述行星排一分别与输入构件、传动构件一和传动构件二连接，所述行星排二分别与输入构件、传动构件一和传动构件五连接，所述行星排三分别与传动构件五、传动构件三和输出构件连接，所述行星排四分别与传动构件三、输出构件和传动构件四连接；
所述制动器一、制动器二、制动器三和制动器四分别制动所述传动构件二、传动构件一、传动构件三和传动构件四；
所述离合器一分别与输入构件和传动构件三连接，所述离合器二分别与输入构件和传动构件一连接；
所述输入构件分别与行星排一的太阳轮一、行星排二的太阳轮二、离合器一的内毂以及离合器二的内毂连接；
所述输出构件分别与行星排三的齿圈三以及行星排四的行星架四连接；
所述传动构件一分别与行星排一的行星架一、行星排二的齿圈二以及离合器二的外毂连接；
所述传动构件二分别与制动器一的内毂以及行星排一的齿圈一连接；
所述传动构件三分别与行星排三的行星架三、行星排四的齿圈四、制动器三的内毂以及离合器一的外毂连接；
所述传动构件四分别与行星排四的太阳轮四以及制动器四的内毂连接；
所述传动构件五分别与行星排二的行星架二以及行星排三的太阳轮三连接。
2.如权利要求1所述的用于自动变速箱的七挡行星变速器，其特征在于，所述行星排为由同轴设置可旋转的太阳轮、行星架和齿圈构成的单星简单行星排；所述行星排的k值为2.3～3.2。
3.如权利要求1～2中任一权利要求所述的用于自动变速箱的七挡行星变速器，其特征在于，所述输入轴为液力变矩器的涡轮轴；所述输出轴通过分动器或差速器将动力传至前、后桥或左、右驱动轮。
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