CN104685262B - 液力机械变速装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出应用于运行车辆中的液力机械变速装置，其包括有级式的行星变速器且电子系统和液压系统控制，其可实现9个前进档和1个倒档，且包括壳体，输入件，输出件，液压动力扭矩转换器和行星变速器，而在行星变速器中包括4个行星齿轮组和3个控制离合器和3个控制制动器。在行星变速器中，第1行星齿轮组包括太阳轮(3)，行星轮架(2)和齿圈(1)；第2行星齿轮组包括太阳轮(6)，行星轮架(5)和齿圈(4)；第3行星齿轮组包括太阳轮(9)，行星轮架(8)和齿圈(7)；第4行星齿轮组包括太阳轮(12)，行星轮架(11)和齿圈(10)。输入件(20)通过离合器(16)与其连在一起的第4行星齿轮组齿圈(10)与第3行星齿轮组的行星轮架8连接起来。输入件(20)与液压动力扭矩转换器的输出件(22)相连接并通过离合器(17)与第4行星齿轮组的太阳轮(12)相连接。第2行星齿轮组的太阳轮(6)与输入件(20)相连接。输出件(21)与连在一起的第4行星齿轮组的行星轮架(11)及第3行星齿轮组的齿圈(7)相连接。制动器(14)将其连在一起的第1行星齿轮组的齿圈(1)和第2行星齿轮组的行星轮架(5)与变速器壳(19)连接在一起。制动器(13)将第1行星齿轮组的太阳轮(3)与变速器壳(19)连接在一起。制动器(15)将连在一起的第3行星齿轮组的行星轮架(8)和第4行星齿轮组的齿圈(10)与变速器壳(19)连在一起。离合器(18)将第2行星齿轮组的齿圈(4)及与其连在一起的第1行星机行星轮架(2)与第3行星齿轮组的太阳轮(9)连接起来。

Description

液力机械变速装置

技术领域

本发明涉及汽车机械制造工程领域，且涉及一种自动变速装置，所述自动变速装置包括应用在在运行车辆的自动传动系中的有级式的行星变速器且由电子系统和液压系统来进行操控。

背景技术

运行车辆的传动系或变速装置常常用来转换发动机的扭矩和转速以适应道路行驶条件的变化，从而确证车辆的运动，如向前行驶和倒车的要求。

一般来说，自动传动系中包括有液压动力扭矩转换器(液力变矩器)，其作用是利用工作流体的动能将扭矩从发动机的曲轴传递给变速器的输入端。通常，接下列就是由行星变速器或变速装置来改变发动机的扭矩和转速，变速器中还包括控制部件，如摩擦件或带有齿的部件，它们按其功能又可被分为两类：制动器和离合器。离合器将行星齿轮组的部件彼此耦合或联接在一起，而制动器则是将行星齿轮组的部件和变速器壳(或齿轮箱壳)耦合或联接连接在一起。

如美国的一种液力机械变速装置(专利号NoUS7632206，2009.12.15公布)，就包括液压动力扭矩转换器，4排行星齿轮组和6组控制部件(3个制动器和3个离合器)，在每个档位上若同时接入两个控制部件，即可得到9个前进档和1个倒档。

对自动变速器发展的分析表明，研究者们采用各种办法去试图减少从发动机向驱动车轮传递功率时的损失。在采用摩擦离合器和摩擦制动器作为控制部件的变速器中，影响功率损失的主要因素之一是处于分离状态下的摩擦部件的数量，这些部件的数量越少，则变速器的效率就越高。

在变速器的样机中换档是靠成对地接入行星齿轮组中的6个摩擦控制部件。此外样机中第1行星齿轮组的太阳轮借助结构中的附加部件与壳体实现了刚性连接，从而使结构变得复杂了。

发明内容

本发明提出一种液力机械变速装置，该液力机械变速装置通过不同的部件配置方式及减少交联环节的数量使结构得以简化，而在采用摩擦件作为控制部件时，在每个档位，在同等数量的行星齿轮组以及同等数量和质量的摩擦控制部件的条件下，增加同时接合的控制部件的数量，以达到减少功率损失的目的。

为了达到上述目的，在带有液压动力扭矩转换器和采用以制动器和离合器等形式的控制部件的行星式变速器中。第4行星齿轮组的行星轮架作为输出件与第3行星齿轮组的齿圈联接，第4行星齿轮组的太阳轮经离合器与第2行星齿轮组的太阳轮联接，第4行星齿轮组的齿圈与第3行星齿轮组的行星轮架联接，并通过制动器和变速器壳联接。第3行星齿轮组的行星轮架通过离合器与第2行星齿轮组的太阳轮联接。第3行星齿轮组的太阳轮与第1行星齿轮组的行星轮架联接并经离合器与第2行星齿轮组的齿圈联接，第2行星齿轮组的行星轮架与第1行星齿轮组的齿圈联接并通过制动器和变速器壳联接，第2行星齿轮组的太阳轮与液压动力扭矩转换器的输出部件联接，并直接与变速器的输入件联接。第1行星齿轮组的太阳轮通过制动器与变速器壳联接。

上述特征是极为重要的，且它们之间是相互关联的，这些特征的总合足以可靠的保证达到对变速器所提出的技术要求。

说明附图

图1表示运行车辆传动系实现9档液力机械变速装置动力系统示意图。

具体实施方式

下面借助于具体实例详细描述本发明，这一具体实例并非是实现本发明的唯一可行的方案，但它以其具备的一系列特征清楚地展示了达到所需技术性能的可能性。

按照本发明，液力机械变速装置包括液压动力扭矩转换器和带有有以受控的或控制制动器和离合器形式的控制部件的行星变速器或变速装置。第4行星齿轮组的行星轮架作为输出件与第3行星齿轮组的齿圈相连接。第4行星齿轮组的太阳轮通过离合器与第2行星齿轮组的太阳轮相连接。第4行星齿轮组的齿圈与第3行星齿轮组的行星轮架相连接并通过制动器与变速器壳相连接。第3行星齿轮组的行星轮架通过离合器与第2行星齿轮组的太阳轮相连接。第3行星齿轮组的太阳轮与第1行星齿轮组的行星轮架连接，并通过离合器与第2行星齿轮组的齿圈相连接。第2行星齿轮组的行星轮架与第1行星齿轮组的齿圈相连接并通过制动器与变速器壳相连接。第2行星齿轮组的太阳轮与液压动力扭矩转换器的输出部件相连接，并直接与变速器的输入件相连接。第1行星齿轮组的太阳轮通过制动器与变速器的壳体相连接。

下面以越野车为示例来描述用于自动传动系或传动装置的液力机械变速装置或变速器的实例。

具有9个前进档和1个倒档的自动变速装置包括变速器壳19，输入件20，输出件21，液压动力扭矩转换器和行星变速器或变速装置。在行星变速器中有4个行星齿轮组和3个受控的或控制离合器和3个受控的或控制制动器。

按照本发明的自动变速装置，行星变速器包括4个行星齿轮组。第1行星齿轮组包括太阳轮3、行星轮架2和齿圈1。第2行星齿轮组包括太阳轮6、行星轮架5和齿圈4。第3行星齿轮组包括太阳轮9、行星轮架8和齿圈7。第4行星齿轮组包括太阳轮12、行星轮架11和齿圈10。

输入件20通过离合器16与第4行星齿轮组的齿圈10以及与之相连的第3行星齿轮组的行星轮架8连接起来。输入件20与液压动力扭矩转换器的输出部件22相连接并通过离合器17与第4行星齿轮组的太阳轮12相连接。第2行星齿轮组的太阳轮6与输入件20相连接。输出件21与第4行星齿轮组的行星轮架11以及与之相连的第3行星齿轮组的齿圈7相连接。制动器14将连在一起的第1行星齿轮组的齿圈1和第2行星齿轮组的行星轮架5与变速器壳19连接在一起。制动器13将第1行星齿轮组的太阳轮3与变速器壳19连接在一起。制动器15将连在一起的第3行星齿轮组的行星轮架8和第4行星齿轮组的齿圈10与变速器壳19连在一起。离合器18将第2行星齿轮组的齿圈4以及连在一起的第1行星齿轮组的行星轮架2和第3行星齿轮组的太阳轮9连接起来。

本发明的自动变速装置的工作过程如下：

运行车辆起动后，从第1档到第9档的顺序换挡能使车辆加速到所希望的速度。在变速器的空档位置，所有的控制部件都处于脱开接合的状态。

当切换到第1前进档时，制动器14，15和离合器18被接合，此时，与第4行星齿轮组的齿圈10相连的第3行星齿轮组的行星轮架8的角速度和与第2行星齿轮组的行星轮架5相连的第1行星齿轮组的齿圈1的角速度为零，而第2行星齿轮组的齿圈4的角速度和与第1行星齿轮组的行星轮架2相连的第3行星齿轮组的太阳轮9的角速度是相同的。

扭矩由输入件20通过第2行星齿轮组的太阳轮6被传递给第2行星齿轮组的齿圈4。之后经离合器18被传递给第3行星齿轮组的太阳轮9，然后被传递给第3行星齿轮组的齿圈7以及与之相连的第4行星齿轮组的行星轮架11，并传递至直接与其相连的输出件21。

当切换到第2前进档时，制动器14被脱开接合且离合器17被接合，而制动器15和离合器18仍处于接合状态。这样，第3行星齿轮组的行星轮架8以及与之相连的第4行星齿轮组的齿圈10的角速度为零。此时，与输入件20相连的第2行星齿轮组的太阳轮6的角速度与第4行星齿轮组的太阳轮12的角速度相同。第2行星齿轮组的齿圈4的角速度与第3行星齿轮组的太阳轮9以及与之相连的第1行星齿轮组的行星轮架2的角速度相同。

扭矩从输入件20经处于接合状态的离合器17被传递给第4行星齿轮组的太阳轮12并由此被传递给第4行星齿轮组的行星轮架11，进而被传递给直接与其相连的输出件21.

当切换到第3前进档时，制动器15被脱开接合且制动器14被接合，而离合器17和18仍处于接合状态。这样，第2行星齿轮组的行星轮架5以及与之相连的第1行星齿轮组的齿圈1的角速度为零。此时第2行星齿轮组的太阳轮6以及与之相连的输入件20的角速度等于第4行星齿轮组的太阳轮12的角速度。与此同时，第2行星齿轮组的齿圈4的角速度等于第3行星齿轮组的太阳轮9的角速度以及与之相连的第1行星齿轮组的行星轮架2的角速度。

扭矩从输入件20经处于接合状态下的离合器17被传递给第4行星齿轮组的太阳轮12，并由此进而被传递给第4行星齿轮组的行星轮架11，并从这里扭矩被分成了三路。第一路扭矩是从第4行星齿轮组的行星轮架11传递给与之相连的第3行星齿轮组的齿圈7。由此传递给第3行星齿轮组的行星轮架8，在这里它与从第4行星齿轮组的行星轮架11传递给第4行星齿轮组的齿圈10以及与之相连的第3行星齿轮组的行星轮架8的第二路扭矩相汇合。在第3行星齿轮组的行星轮架8相汇的两路扭矩传递给第3行星齿轮组的太阳轮9，此后从第3行星齿轮组的太阳轮9扭矩经离合器18传递给第2行星齿轮组的齿圈4，接下来传递给第2行星齿轮组的太阳轮6，在这里它与输入件20上的扭矩相汇合。第三路扭矩是从第4行星齿轮组的行星轮架11传递到与之直接相连的输出件21。

当切换到第4前进档时，离合器18被脱开接合且制动器13被接合，而制动器14和离合器17仍处于接合状态。这样，第1行星齿轮组的齿圈1以及与之相连的第2行星齿轮组的行星轮架5的角速度和第1行星齿轮组的太阳轮3的角速度为零。与此同时，第2行星齿轮组的太阳轮6以及与之相连的输入件20的角速度与第4行星齿轮组的太阳轮12的角速度相同。

扭矩从输入件20经处于接合状态的离合器17被传递给第4行星齿轮组的太阳轮12，进而传递给第4行星齿轮组的行星轮架11，并在此被分成两路。第一路扭矩是由第4行星齿轮组的行星轮架11传递给第4行星齿轮组的齿圈10以及与之相连的第3行星齿轮组的行星轮架8，接着扭矩传递到第3行星齿轮组的齿圈7，之后传递到与之相连的第4行星齿轮组的行星轮架11，并在此处与从第4行星齿轮组的行星轮架11传递给与之相连的输出件21的第二路扭矩汇合。

当切换到第5前进档时，制动器14被脱开接合且离合器18被接合，而离合器17和制动器13仍处于接合状态。这样，第1行星齿轮组的太阳轮3的角速度为零。同时，第2行星齿轮组的太阳轮6以及与之相连的输入件20的角速度与第4行星齿轮组的太阳轮12的角速度相同，而第2行星齿轮组的齿圈4的角速度等于第3行星齿轮组的太阳轮9以及与之相连的第1行星齿轮组的行星轮架2的角速度。

扭矩从输入件20被传递给第2行星齿轮组的太阳轮6，并在此被分成两路。第一路扭矩是由第2行星齿轮组的太阳轮6传递给第2行星齿轮组的行星轮架5以及与之相连的第1行星齿轮组的齿圈1，由此传递到第1行星齿轮组的行星轮架2。此后这路扭矩分而经离合器18传递给第2行星齿轮组的齿圈4，接着传递给第2行星齿轮组的行星轮架5，并在此处与第一路扭矩汇合，同时传递给第3行星齿轮组的太阳轮9，从此传递到第3行星齿轮组的行星轮架8。第二路扭矩是从第2行星齿轮组的太阳轮6经离合器17传递给第4行星齿轮组的太阳轮12，接着传递给第4行星齿轮组的行星轮架11，此处被分成两路。第一路扭矩从与第3行星齿轮组的齿圈7连接的第4行星齿轮组的行星轮架11传递给第3行星齿轮组的行星轮架8，在此处和从第3行星齿轮组的太阳轮9传递给第3行星齿轮组的行星轮架8的扭矩汇合。由此传递到与第3行星齿轮组的行星轮架8相连的第4行星齿轮组的齿圈10，接着传递到第4行星齿轮组的行星轮架11，在此处和第二路扭矩汇合，接着从第4行星齿轮组的行星轮架11直接传递到输出件21。

当切换到第6前进档时，制动器13被脱开接合且离合器16被接合，而离合器17和18处于接合状态。这样，第2行星齿轮组的太阳轮6以及与其相连的输入件20的角速度与第4行星齿轮组的太阳轮12的角速度相同，而第2行星齿轮组的齿圈4的角速度与第3行星齿轮组的太阳轮9的角速度以及与其相连的第1行星齿轮组的行星轮架2的角速度相同。同时，第3行星齿轮组的行星轮架8以及与其相连的第4行星齿轮组的齿圈10的角速度与第2行星齿轮组的太阳轮6以及与其相连的输入件20的角速度相同。

进入输入件20的扭矩被分成两路。第一路扭矩是经离合器16传递给第3行星齿轮组的行星轮架8以及与之相连的第4行星齿轮组的齿圈10，由此传递给第4行星齿轮组的行星轮架11。第二路扭矩是经离合器17传递给第4行星齿轮组的太阳轮12，由此传递给第4行星齿轮组的行星轮架11，在此处与第一路扭矩汇合，接着从第4行星齿轮组的行星轮架11传递给与其直接相连的输出件21。

当切换到第7前进档时，离合器17被脱开接合且制动器13被接合，而离合器16和18处于接合状态。这样，第1行星齿轮组的太阳轮3的角速度是零。此时，第2行星齿轮组的齿圈4的角速度与第3行星齿轮组的太阳轮9的角速度以及与其相连的第1行星齿轮组的行星轮架2的角速度相同，而第3行星齿轮组的行星轮架8的角速度以及与其相连的第4行星齿轮组齿圈10的角速度与第2行星齿轮组的太阳轮6的角速度以及与其相连的输入件20的角速度相同。

扭矩从输入件20经离合器16被传递给第3行星齿轮组的行星轮架8，在此处扭矩被分成两路。第一路扭矩是由第3行星齿轮组的行星轮架8传递给第3行星齿轮组的太阳轮9以及与之相连的第1行星齿轮组的行星轮架2，由此传递到第1行星齿轮组的齿圈1以及与之相连的第2行星齿轮组的行星轮架5，从这里接着分而又传递给第2行星齿轮组的齿圈4，接着经离合器18和第一路扭矩汇合，同时传递给第2行星齿轮组的太阳轮6，在此处与输入件20的扭矩汇合。第二路扭矩是从第3行星齿轮组的行星轮架8传递至第3行星齿轮组齿圈7以及与之相连的第4行星齿轮组轮架11并直接传给输出件21。

在切换到第8前进档时，离合器18被脱开接合且制动器14被接合，而离合器16和制动器13处于接合状态。这样，第3行星齿轮组的行星轮架8以及与其相连的第4行星齿轮组的齿圈10的角速度与第2行星齿轮组的太阳轮6以及与其相连的输入件20的角速度相同。第1行星齿轮组的太阳轮3的角速度为零，同时第2行星齿轮组的行星轮架5以及与其相连的第1行星齿轮组的齿圈1的角速度为零。

扭矩从输入件20经离合器16被传递给第3行星齿轮组的行星轮架8，进而被传递至第3行星齿轮组的齿圈7以及与之相连的第4行星齿轮组的行星轮架11并直接被传递给输出件21。

在切换到第9前进档时，制动器13被脱开接合且离合器18被接合，而离合器16和制动器14处于接合状态。这样，第3行星齿轮组的行星轮架8以及与其相连的第4行星齿轮组齿圈10的角速度与第2行星齿轮组的太阳轮6以及与其相连的输入件20的角速度相同。同时，第2行星齿轮组齿圈4的角速度与第3行星齿轮组的太阳轮9以及与其相连的第1行星齿轮组的行星轮架2的角速度相同。同时，第2行星齿轮组的行星轮架5以及与其相连的第1行星齿轮组的齿圈1的角速度为零。

扭矩从输入件20被传递给第2行星齿轮组的太阳轮6，在这里扭矩被分成两路。第一路扭矩是从第2行星齿轮组的太阳轮6传递给第2行星齿轮组的齿圈4，接着经离合器18传递给第3行星齿轮组的太阳轮9，由此传地至第3行星齿轮组的行星轮架8。第二路扭矩是经离合器16传递给第3行星齿轮组的行星轮架8，在此处与第一路扭矩汇合而传递至第3行星齿轮组的齿圈7以及与之相连的第4行星齿轮组的行星轮架11，由此传递到与之直接相连的输出件21。

在切换到倒档时，制动器13和15以及离合器18被接合。这样，第1行星齿轮组的太阳轮3和第3行星齿轮组的行星轮架8以及与其相连的第4行星齿轮组齿圈10的角速度为零。第2行星齿轮组的齿圈4的角速度与第3行星齿轮组的太阳轮9以及与其相连的第1行星齿轮组的行星轮架2的角速度相等。

扭矩从输入件20被传递给第2行星齿轮组的太阳轮6，再被传递给第2行星齿轮组的行星轮架5以及与其相连的第1行星齿轮组的齿圈1。接着扭矩从第1行星齿轮组的齿圈1被传递给第1行星齿轮组的行星轮架2，在这里扭矩被分成两路。第一路扭矩是从第1行星齿轮组的行星轮架2经离合器18传递给第2行星齿轮组的齿圈4，进而传递给第2行星齿轮组的行星轮架5，并在这里与从第2行星齿轮组的太阳轮6传递给第2行星齿轮组的行星轮架5的扭矩汇合。第二路扭矩是从第1行星齿轮组的行星轮架2传递给与其相连的第3行星齿轮组的太阳轮9，由此传递给第3行星齿轮组的齿圈7以及与其相连的第4行星齿轮组的行星轮架11和直接与其相连的输出件21。

与现有技术的变速装置相比，本发明的变速装置的结构配置的变化及控制部件的接合顺序的改变，以及减少联接或耦合的环节等都能够达到所提出的技术效果和更加广泛变速装置的动力范围。此外，还有在换档过程不会造成功率传递的中断。另外可以改善变速装置的动力性能及增加其使用寿命。

本发明在工业上是可行的，因为实现它并不需要专门的新工艺和专用设备。所需要的工艺和设备都可在生产变速装置(包括行星变速器)的机械制造业中所采用的工艺和设备。

Claims (1)

1.一种液力机械变速装置，所述液力机械变速装置包括液压动力扭矩转换器以及带有制动器和离合器形式的控制部件的行星变速器, 在行星变速器中，第4行星齿轮组的行星轮架作为输出件与第3行星齿轮组的齿圈相连接，第4行星齿轮组的太阳轮经第一离合器与第2行星齿轮组的太阳轮相连接，第4行星齿轮组的齿圈与第3行星齿轮组的行星轮架相连接，并通过第一制动器与变速器壳相连接, 第3行星齿轮组的行星轮架通过第二离合器与第2行星齿轮组的太阳轮相连接, 第3行星齿轮组的太阳轮与第1行星齿轮组的行星轮架相连接并经第三离合器与第2 行星齿轮组的齿圈相连接，第2 行星齿轮组的行星轮架与第1行星齿轮组的齿圈相连接并通过第二制动器与变速器壳相连接，第2行星齿轮组的太阳轮与液压动力扭矩转换器的输出部件相连接，并直接与变速器的输入件相连接, 第1行星齿轮组的太阳轮通过第三制动器与变速器壳相连接。