CN105156607A - 多挡变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多挡变速器，其包括：壳体；输入部件和输出部件；四个行星齿轮系，其包括第一行星齿轮系、第二行星齿轮系、第三行星齿轮系和第四行星齿轮系，其中，各个行星齿轮系包括齿圈、行星架和太阳齿轮；和六个控制元件。六个控制元件中的每一个与至少一个行星齿轮系操作性地连接并且可选择性地接合以在输入部件和输出部件之间产生一组不同的挡位。该组不同的挡位包括八个前进挡和两个倒挡。

Description

多挡变速器
技术领域
本发明总体上涉及用于车辆和机器中的多挡变速器(多级变速器，multi-speedtransmission)，并且更具体地涉及行星式多挡变速器系统。
背景技术
通常，诸如车辆、建设设备、采矿机器等的机器配备有变速器。该变速器可允许机器以若干不同的速度工作，以使得机器能有效地执行各种任务。通常，该变速器包括配置成产生特定速度范围的一系列挡位(gear)。
Shibamura的日本公报2012-154393(JP’393)公开了一种变速器，该变速器具有四个带旋转和固定离合器的行星齿轮。JP’393中的变速器产生八个前进传动比。然而，JP’393的变速器中的齿轮装置不够坚固以在维持稳定性能的同时提供较大的总传动比，包括多个倒退传动比。因此，希望提供一种行星式多挡变速器以满足用于工业应用中的性能标准。
发明内容
在一个实施例中，本发明描述了一种多挡变速器，其包括：壳体；输入部件和输出部件；四个行星齿轮系，其包括第一行星齿轮系、第二行星齿轮系、第三行星齿轮系和第四行星齿轮系，各个行星齿轮系包括齿圈、行星架和太阳齿轮；和六个控制元件。六个控制元件中的每一个与至少一个行星齿轮系操作性地连接并且可选择性地接合以在输入部件和输出之间产生一组不同的挡位。该组不同的挡位包括八个前进挡和两个倒挡。第一行星齿轮系与输入部件和六个控制元件中的至少两个控制元件连接。
在另一实施例中，本发明描述了一种多挡变速器，其包括：壳体；输入部件和输出部件；四个行星齿轮系，其包括第一行星齿轮系、第二行星齿轮系、第三行星齿轮系和第四行星齿轮系，各个行星齿轮系包括齿圈、行星架和太阳齿轮，其中变速器中的至少一个行星架为双轨道行星架(double-orbitplanetarycarrier)；和六个控制元件。各个控制元件与至少一个行星齿轮系操作性地连接并且可选择性地接合以在输入部件和输出部件之间产生一组不同的挡位。该组不同的挡位包括八个前进挡和两个倒挡。第一行星齿轮系与输入部件和至少两个控制元件连接。
在另一实施例中，本发明描述了一种多挡变速器，其包括：壳体；输入部件和输出部件；正好四个行星齿轮系，其包括第一行星齿轮系、第二行星齿轮系、第三行星齿轮系和第四行星齿轮系，各个行星齿轮系包括齿圈、行星架和太阳齿轮，其中变速器中的至少一个行星架为双轨道行星架；和至多六个控制元件。各个控制元件与至少一个行星齿轮系操作性地连接并且可选择性地接合以在输入部件和输出部件之间产生一组不同的挡位。该组不同的挡位包括八个前进挡和两个倒挡。输出部件与变速器中的至少一个行星架连接。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的示例性行星式多挡变速器系统的示意图。
图2是确定用于由图1的系统提供的各挡位的接合的控制元件、传动比减小和步进比(级比，stepratio)的真值表。
图3是根据本发明另一实施例的示例性行星式多挡变速器系统的示意图。
图4是确定用于由图3的系统提供的各挡位的接合的控制元件、传动比减小和步进比的真值表。
图5是根据本发明另一实施例的示例性行星式多挡变速器系统的示意图。
图6是确定用于由图5的系统提供的各挡位的接合的控制元件、传动比减小和步进比的真值表。
具体实施方式
本发明涉及一种行星式多挡变速器系统。该系统可包括多个行星齿轮系和多个可选择性地接合的转矩传递机构或控制元件，并且可提供至少八个前进挡或前进传动比和两个倒挡或倒退传动比。如文中所用，术语“控制元件”可包括离合器(其在本行业中替换性地称作旋转离合器)、制动器(其在本行业中替换性地称作静止离合器)或通常可用于变速器中的其它转矩控制构件。
在图1中示出行星式多挡变速器系统100的一个实施例。系统100可包括四个行星齿轮系1100、1200、1300、1400，这四个行星齿轮系沿轴向方向或沿动力顺着轴线1800流动的方向按相继顺序/先后顺序设置。第一行星齿轮系1100可包括第一齿圈1110、第一行星架1120和第一太阳齿轮1130。第二行星齿轮系1200可包括第二齿圈1210、第二行星架1220和第二太阳齿轮1230。第三行星齿轮系1300可包括第三齿圈1310、第三行星架1320和第三太阳齿轮1330。最后，第四行星齿轮系1400可包括第四齿圈1410、第四行星架1420和第四太阳齿轮1430。
系统100还可包括多个控制元件，该多个控制元件包括制动器和离合器，所述制动器和离合器与行星齿轮系1100、1200、1300、1400操作性地联接并且可选择性地接合以在输入部件1600和输出部件1700之间形成一组不同的传动比。在图1中，系统100可包括三个制动器1001、1005和1006，各制动器可与壳体1500连接。系统100可包括三个离合器1002、1003和1004，各离合器可连接在系统100的可旋转构件之间。系统100还可包括多个中间联接构件，所述多个中间联接构件将行星齿轮系的构件连接到其它行星齿轮系的控制元件或构件。在图1中，系统100可包括中间联接构件1007、1008、1009、1010、1011。
在图1中，行星齿轮系1100、1200、1300、1400可构造成获得八个前进挡或前进传动比和两个倒挡或倒退传动比。输入部件1600可与第一太阳齿轮1130恒定地连接。第一太阳齿轮1130可经由离合器1004与中间联接构件1011选择性地连接并且然后进一步经由中间联接构件1011与第四行星架1420连接。第一行星架1120可经由离合器1002与第二齿圈1210选择性地连接。第一行星架1120也可经由离合器1003与中间联接构件1011选择性地连接并且进一步经由中间联接构件1011与第四行星架1420连接。第一齿圈1110可经由中间联接构件1008与第二行星架1220恒定地连接。第二行星架1220可经由制动器1005与壳体1500选择性地连接。
第二齿圈1210可经由制动器1001与壳体1500选择性地连接。第二太阳齿轮1230、第三太阳齿轮1330和第四太阳齿轮1430可经由中间联接构件1010彼此恒定地连接。第三行星架1320可经由中间联接构件1009与第四齿圈1410恒定地连接。第四齿圈1410可与输出部件1700恒定地连接。第三齿圈1310可经由制动器1006与壳体1500选择性地连接。
在图1中的构型中，第一行星齿轮系1100的齿圈/太阳齿轮的齿数比(N齿圈/N太阳)可为约2.034。第二行星齿轮系1200的该比率可为约2.377。第三行星齿轮系1300的该比率可为约3.50。第四行星齿轮系1400的该比率可为约2.728。
图2示出了在输入部件1600和输出部件1700之间提供八个前进挡或前进传动比和两个倒挡或倒退传动比的可选择性地接合的制动器1001、1005、1006和离合器1002、1003、1004的接合组合的真值表。在该表中，各选定的制动器和离合器用符号“X”表示。
在图3中示出行星式多挡变速器系统200的另一实施例。系统200可包括四个行星齿轮系2100、2200、2300、2400，这四个行星齿轮系沿轴向方向或沿动力顺着轴线2800流动的方向按相继顺序设置。第一行星齿轮系2100可包括第一齿圈2110、第一行星架2120和第一太阳齿轮2130。第二行星齿轮系2200可包括第二齿圈2210、第二行星架2220和第二太阳齿轮2230。第二行星架2220可为双轨道行星架。第三行星齿轮系2300可包括第三齿圈2310、第三行星架2320和第三太阳齿轮2330。最后，第四行星齿轮系2400可包括第四齿圈2410、第四行星架2420和第四太阳齿轮2430。
系统200还可包括多个控制元件，该多个控制元件包括制动器和离合器，所述制动器和离合器与行星齿轮系2100、2200、2300、2400操作性地联接并且可选择性地接合以在输入部件2600和输出部件2700之间形成一组不同的挡位或传动比。在图3中，系统200可包括三个制动器2001、2005、2006，各制动器可与壳体2500连接。系统200可包括三个离合器2002、2003、2004，各离合器可连接在系统200的可旋转构件之间。系统200还可包括多个中间联接构件，所述多个中间联接构件将行星齿轮系的构件连接到其它行星齿轮系的控制元件或构件。在图3中，系统200可包括中间联接构件2007、2008、2009、2010。
在图3中，齿轮系2100、2200、2300、2400可构造成获得八个前进挡或前进传动比和两个倒挡或倒退传动比。第一太阳齿轮2130可与输入部件2600恒定地连接。第一太阳齿轮2130还可经由离合器2004与中间联接构件2010选择性地连接并且进一步经由中间联接构件2010与第四行星架2420连接。第一行星架2120可经由离合器2003与中间联接构件2010选择性地连接并且进一步经由中间联接构件2010与第四行星架2420连接。第一齿圈2110可经由制动器2001与壳体2500选择性地连接。第一齿圈2110还可经由中间联接构件2007与第二齿圈2210连接。
第二齿圈2210可经由制动器2001与壳体2500选择性地连接。第二行星架2220可经由制动器2005与壳体2500选择性地连接。第二行星架2220还可经由离合器2002与第一行星架2120选择性地连接。第二行星架2220可为双轨道行星架。第二太阳齿轮2230、第三太阳齿轮2330和第四太阳齿轮2430可经由中间联接构件2009彼此恒定地连接。第三行星架2320可经由中间联接构件2008与第四齿圈2410恒定地连接。第四齿圈2410可与输出部件2700恒定地连接。第三齿圈2310可经由制动器2006与壳体2500选择性地连接。
在图3中的构型中，第一行星齿轮系2100的齿圈/太阳齿轮的齿数比(N齿圈/N太阳)可为约2.034。第二行星齿轮系2200的该比率可为约-3.377。第三行星齿轮系2300的该比率可为约3.50。第四行星齿轮系2400的该比率可为约2.728。
图4示出了在输入部件2600和输出部件2700之间提供八个前进挡或前进传动比和两个倒挡或倒退传动比的可选择性地接合的制动器2001、2005、2006和离合器2002、2003、2004的接合组合的真值表。在该表中，各选定的制动器和离合器用符号“X”表示。
在图5中示出行星式多挡变速器系统300的另一实施例。系统300可包括四个行星齿轮系3100、3200、3300、3400，这四个行星齿轮系沿轴向方向或沿动力顺着轴线3800流动的方向按相继顺序设置。第一行星齿轮系3100可包括第一齿圈3110、第一行星架3120和第一太阳齿轮3130。第二行星齿轮系3200可包括第二齿圈3210、第二行星架3220和第二太阳齿轮3230。第三行星齿轮系3300可包括第三齿圈3310、第三行星架3320和第三太阳齿轮3330。最后，第四行星齿轮系3400可包括第四齿圈3410、第四行星架3420和第四太阳齿轮3430。第四行星架3420可为双轨道行星架。
系统300还可包括多个控制元件，该多个控制元件包括制动器和离合器，所述制动器和离合器与行星齿轮系3100、3200、3300、3400操作性地联接并且可选择性地接合以在输入部件3600和输出部件3700之间形成一组不同的挡位或传动比。在图5中，系统300可包括三个制动器3001、3005、3006，各制动器可与壳体3500连接。系统300可包括三个离合器3002、3003、3004，各离合器可连接在系统300的可旋转构件之间。系统300还可包括多个中间联接构件，所述多个中间联接构件将行星齿轮系的构件连接到其它行星齿轮系的控制元件或构件。在图5中，系统300可包括中间联接构件3007、3008、3009、3010、3011、3012。
在图5中，第一太阳齿轮3130可与输入部件3600恒定地连接。此外，第一太阳齿轮3130可经由离合器3004与中间联接构件3012选择性地连接并且进一步连接到第四齿圈3410。第一行星架3120可经由离合器3002与第二齿圈3210选择性地连接。此外，第一行星架3120可经由离合器3003与中间联接构件3012选择性地连接并且进一步连接到第四齿圈3410。第一齿圈3110可经由中间联接构件3008与第二行星架3220恒定地连接。
第二行星架3220可经由制动器3005与壳体3500选择性地连接。第二齿圈3210可经由制动器3001与壳体3500选择性地连接。第二太阳齿轮3230、第三太阳齿轮3330和第四太阳齿轮3430可经由中间联接构件3011彼此恒定地连接。第三行星架3320可经由中间联接构件3009与第四行星架3420连接并且还可经由中间联接构件3010与输出部件3700连接。第三齿圈3310可经由制动器3006与壳体3500选择性地连接。第四行星架3420可经由中间联接构件3010与输出部件3700连接。第四行星架3420可为双轨道行星架。
在图5中的构型中，第一行星齿轮系3100的齿圈/太阳齿轮的齿数比(N齿圈/N太阳)可为约2.034。第二行星齿轮系3200的该比率可为约2.377。第三行星齿轮系3300的该比率可为约3.50。第四行星齿轮系3400的该比率可为约-3.728。
图6示出了在输入部件3600和输出部件3700之间提供八个前进挡或前进传动比和两个倒挡或倒退传动比的可选择性地接合的制动器3001、3005、3006和离合器3002、3003、3004的接合组合的真值表。在该表中，各选定的制动器和离合器用符号“X”表示。
工业适用性
根据本发明的多挡变速器可设置在机器中。例如，图1中的输入部件1600可将多挡变速器系统100与动力源连接。该动力源可以是输出形式为可被多挡变速器系统100使用的动力的任何类型的动力源。例如，该动力源可为内燃发动机(例如柴油发动机、汽油发动机、涡轮发动机或天然气发动机)、电动机或其它能够产生动力输出的设备。
本文公开的多挡变速器实施例包括提供相对均匀的和相隔紧密的挡位间隔——这种挡位间隔提高了性能和换挡品质——的多个行星齿轮组件和离合器装置。本发明中的具有至少八个前进挡或前进传动比和两个倒挡或倒退传动比的变速器提供了许多优点，包括在维持稳定性能的同时提供低齿轮转矩、低构件速度和低阻力损失。
如图1中的示例性实施例所示，太阳齿轮1130、1230、1330、1430、行星架1120、1220、1320、1420和齿圈1110、1210、1310、1410全部可同时一起旋转。输入部件1600和输出部件1700之间的转速变化可取决于太阳齿轮、齿圈和行星架的构型。
作为所公开的行星式多挡变速器系统100的实施例的一个操作示例，现在将参照图2。图2示出了用于多挡变速器系统100的在约5.88：1至0.61：1的范围内的八个前进传动比和在约5.75：1至2.71：1的范围内的两个倒退传动比的真值表。符号“X”表示特定控制元件的选择性布置结构。
可通过接合离合器1003以经由中间联接构件1011将第一行星架1120与第四行星架1420连接、由此将第一行星架1120和第四行星架1420设定成处于相同的速度来选择第一前进挡(1F)。同时，可接合制动器1005以将壳体1500连接到第二行星架1220且经由中间联接构件1008连接到第一齿圈1110。也可接合制动器1006以将壳体1500与第三齿圈1310连接。第一前进挡(1F)构型可提供约5.88的传动比。
可通过分离制动器1005并代之以接合制动器1001以便经由中间联接构件1007将第二齿圈1210与壳体1500连接来完成从第一前进挡(1F)到第二前进挡(2F)的切换。可保持接合离合器1003以经由中间联接构件1011将第一行星架1120与第四行星架1420连接。同时，可接合制动器1006以将第三齿圈1310与壳体1500连接。第二前进挡(2F)构型可提供约3.17的传动比。此构型中从第一前进挡(1F)到第二前进挡(2F)的步进比可为约1.86。
可通过分离制动器1006并代之以接合制动器1005以便将壳体1500连接到第二行星架1220且经由中间联接构件1008连接到第一齿圈1110来完成从第二前进挡(2F)到第三前进挡(3F)的切换。可保持接合离合器1003以经由中间联接构件1011将第一行星架1120与第四行星架1420连接。可保持接合制动器1001以经由中间联接构件1007将第二齿圈1210与壳体1500连接。第三前进挡(3F)构型可提供约2.22的传动比。此构型中从第二前进挡(2F)到第三前进挡(3F)的步进比可为约1.43。
可通过分离制动器1005并代之以接合离合器1002以便经由中间联接构件1007将第一行星架1120与第二齿圈1210连接来完成从第三前进挡(3F)到第四前进挡(4F)的切换。可保持接合离合器1003以经由中间联接构件1011将第一行星架1120与第四行星架1420连接。可保持接合制动器1001以经由中间联接构件1007将第二齿圈1210与壳体1500连接。第四前进挡(4F)构型可提供约1.64的传动比。此构型中从第三前进挡(3F)到第四前进挡(4F)的步进比可为约1.35。
可通过分离制动器1001并代之以接合制动器1005以便将壳体1500连接到第二行星架1220且经由中间联接构件1008连接到第一齿圈1110来完成从第四前进挡(4F)到第五前进挡(5F)的切换。可保持接合离合器1003以经由中间联接构件1011将第一行星架1120与第四行星架1420连接。也可保持接合离合器1002以经由中间联接构件1007将第一行星架1120与第一齿圈1210连接。第五前进挡(5F)构型可提供约1.36的传动比。此构型中从第四前进挡(4F)到第五前进挡(5F)的步进比可为约1.22。
可通过分离制动器1005并代之以接合离合器1004以便经由中间联接构件1011将第一太阳齿轮1130与第四行星架1420连接来完成从第五前进挡(5F)到第六前进挡(6F)的切换。可保持接合离合器1003以经由中间联接构件1011将第一行星架1120与第四行星架1420连接。也可保持接合离合器1002以经由中间联接构件1007将第一行星架1120与第二齿圈1210连接。第六前进挡(6F)构型可提供约1的传动比。此构型中从第五前进挡(5F)到第六前进挡(6F)的步进比可为约1.36。
可通过分离离合器1002和离合器1003并代之以接合制动器1001和制动器1005来完成从第六前进挡(6F)到第七前进挡(7F)的切换。制动器1001可经由中间联接构件1007将第二齿圈1210与壳体1500连接。制动器1005可将壳体1500连接到第二行星架1220且经由中间联接构件1008连接到第一齿圈1110。可保持接合离合器1004以经由中间联接构件1011将第一太阳齿轮1130与第四行星架1420连接。第七前进挡(7F)构型可提供约0.73的传动比。此构型中从第六前进挡(6F)到第七前进挡(7F)的步进比可为约1.37。
可通过分离制动器1001并代之以接合离合器1002以便经由中间联接构件1007将第一行星架1120与第二齿圈1210连接来完成从第七前进挡(7F)到第八前进挡(8F)的切换。可保持接合离合器1004以经由中间联接构件1011将第一太阳齿轮1130与第四行星架1420连接。也可保持接合制动器1005以将壳体1500连接到第二行星架1220且经由中间联接构件1008连接到第一齿圈1110。第八前进挡(8F)构型可提供约0.61的传动比。此构型中从第七前进挡(7F)到第八前进挡(8F)的步进比可为约1.21。
可通过接合离合器1002以经由中间联接构件1007将第一行星架1120与第二齿圈1210连接来选择第一倒退挡位或倒挡(1R)。同时，可接合制动器1005以将壳体1500连接到第二行星架1220且经由中间联接构件1008连接到第一齿圈1110。也可接合制动器1006以将壳体1500与第三齿圈1310连接。第一倒挡(1R)构型可提供约5.75的传动比。
可通过分离制动器1005并代之以接合制动器1001以便经由中间联接构件1007将第二齿圈1210与壳体1500连接来完成从第一倒挡(1R)到第二倒挡(2R)的切换。可保持接合离合器1002以经由中间联接构件1007将第一行星架1120与第二齿圈1210连接。也可保持接合制动器1006以将壳体1500与第三齿圈1310连接。第二倒挡(2R)构型可提供约2.71的传动比。此构型中从第一倒挡(1R)到第二倒挡(2R)的步进比可为约2.12。
图1所示的行星式多挡变速器系统100的实施例可包括附加的和/或替换的挡位构型并且依然处于本发明的范围内。例如，在图3和图5中示出行星式多挡变速器系统200、300的实施例的操作。在图4和图6中示出对应的真值表。与文中详细描述的图2的真值表相似，图4和图6的真值表示出了建立八个前进传动比和两个倒退传动比的离合器和制动器的组合。
本发明适用于结合了多挡变速器的机器。例如，本发明可结合在卡车以及需要通过本发明满足的特定传动要求的其它重型建设和采矿机器中。应理解的是，前面的描述提供了所公开的系统和技术的示例。但可以设想的是，本发明的其它实施方案可在细节方面不同于前面的示例。所有对本发明或其示例的介绍旨在说明就这一点所讨论的具体示例且并非旨在总体上对本发明的范围加以任何限制。所有对某些特征的区别和贬低的语言旨在表示不优选这些特征，但并不将此类特征完全排除在本发明的范围之外，除非另外指出。
文中对数值范围的叙述仅旨在用作单独参考处在该范围内的各单独的数值的简便方法，除非文中另外指出，并且将各单独的数值结合在说明书中，就如它在文中被单独叙述一样。文中所述的所有方法可采用任何合适的次序执行，除非文中另外指出或明显与上下文抵触。
因此，对本领域的技术人员来说将显而易见的是，可以对所公开的变速器组件作出各种改型和变型而不脱离本发明的范围。本领域的技术人员在考虑本说明书并实施本文所公开的变速器后，所公开的变速器的其它实施例将显而易见。本说明书和示例应当被认为仅仅是示例性的，本发明的真实范围通过以下权利要求及其等同物来表示。

Claims (10)

1.一种多挡变速器，包括：
壳体；
输入部件和输出部件；
四个行星齿轮系，其包括第一行星齿轮系、第二行星齿轮系、第三行星齿轮系和第四行星齿轮系，其中，各个所述行星齿轮系包括齿圈、行星架和太阳齿轮；和
六个控制元件，其中，所述六个控制元件中的每一个与至少一个所述行星齿轮系操作性地连接并且能选择性地接合以在所述输入部件和所述输出部件之间产生一组不同的挡位，并且其中，所述一组不同的挡位包括八个前进挡和两个倒挡，其中，所述第一行星齿轮系与所述输入部件和所述六个控制元件中的至少两个控制元件连接。
2.根据权利要求1所述的多挡变速器，其中，所述变速器构造成在各个所述挡位下接合至少三个控制元件。
3.根据权利要求1所述的多挡变速器，其中，所述六个控制元件包括三个可旋转离合器和三个制动器。
4.根据权利要求1所述的多挡变速器，其中，所述第一行星齿轮系的所述太阳齿轮与所述输入部件恒定地连接。
5.根据权利要求1所述的多挡变速器，其中，所述第一行星齿轮系的所述行星架与两个离合器选择性地连接。
6.根据权利要求1所述的多挡变速器，其中，所述第三行星齿轮系的所述齿圈与一制动器连接。
7.一种多挡变速器，包括：
壳体；
输入部件和输出部件；
四个行星齿轮系，其包括第一行星齿轮系、第二行星齿轮系、第三行星齿轮系和第四行星齿轮系，其中，各个所述行星齿轮系包括齿圈、行星架和太阳齿轮，其中，所述变速器中的至少一个行星架为双轨道行星架；和
六个控制元件，其中，各个所述控制元件与至少一个所述行星齿轮系操作性地连接并且能选择性地接合以在所述输入部件和所述输出部件之间产生一组不同的挡位，并且其中，所述一组不同的挡位包括八个前进挡和两个倒挡；并且其中，所述第一行星齿轮系与所述输入部件和至少两个所述控制元件连接。
8.根据权利要求7所述的多挡变速器，其中，所述第一行星齿轮系的所述太阳齿轮与所述输入部件恒定地连接。
9.根据权利要求7所述的多挡变速器，其中，所述第三行星齿轮系的所述齿圈与一制动器连接。
10.根据权利要求7所述的多挡变速器，还包括多个中间联接构件，其中，各个所述中间联接构件构造成与所述变速器中的齿圈、行星齿轮和太阳齿轮中的至少任一者连接。
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