CN110594371B - 一种七挡液力自动变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变速器，具体涉及一种七挡液力自动变速器；解决了现有七挡液力自动变速器由于采用的行星排结构复杂、可靠性较差，导致变速器寿命较短的技术问题。一种七挡液力自动变速器，包括安装在变速器壳体内上的四个行星排、两个离合器、四个制动器和七个连接轴；行星排分别为第一行星排PG1、第二行星排PG2、第三行星排PG3和第四行星排PG4；第一行星排PG1为单排双级行星排，第二行星排PG2、第三行星排PG3、第四行星排PG4均为单排单级行星排；连接轴分别为输入轴、第一中间轴、第二中间轴、第三中间轴、第四中间轴、第五中间轴和输出轴；本发明中的四个行星排均为简单行星排，使得变速器的可靠性大为增加，延长了变速器的使用寿命。

Description

一种七挡液力自动变速器
技术领域
本发明涉及一种变速器，具体涉及一种七挡液力自动变速器。
背景技术
随着科技进步，液力自动变速器也在不断地进化，从最早的纯机械式逐渐发展为带有各种传感器与电磁阀的电控式，但无论如何变化，液力自动变速器的核心要素都没有发生改变。液力自动变速器的核心要素在于传动装置与换挡控制系统。传动装置是设计液力自动变速器的根基，而液力自动变速器的另一个重要核心要素是换挡控制系统，换挡控制系统的存在也是保证液力自动变速器能够按照预想传动路线中离合器和制动器的接合状态进行工作，从而有了各个零件中的油路。
液力自动变速器包括行星排、离合器和制动器。现有的七挡行星液力自动变速器部分采用拉维纳行星排，由于该类型的行星排结构复杂、可靠性较差，故导致液力自动变速器寿命较短。
发明内容
为了解决现有七挡液力自动变速器由于采用的行星排结构复杂、可靠性较差，导致变速器寿命较短的技术问题，本发明提供了一种七挡液力自动变速器。
本发明的技术方案是：一种七挡液力自动变速器，包括变速器壳体；其特殊之处在于：
还包括安装在所述变速器壳体内上的四个行星排、两个离合器、四个制动器和七个连接轴；
所述行星排分别为第一行星排PG1、第二行星排PG2、第三行星排PG3和第四行星排PG4；所述第一行星排PG1为单排双级行星排，所述第二行星排PG2、第三行星排PG3、第四行星排PG4均为单排单级行星排；
所述离合器分别为第一离合器C1和第二离合器C2；
所述制动器分别为第一制动器B1、第二制动器B2、第三制动器B3和第四制动器B4；
所述连接轴分别为输入轴、第一中间轴、第二中间轴、第三中间轴、第四中间轴、第五中间轴和输出轴；
所述第一行星排PG1包括第一行星架PC1、第一太阳轮S1、第一齿圈A1及第一行星轮P1；第一行星架PC1连接第一中间轴；第一太阳轮S1连接输入轴的输出端；第一齿圈A1连接在第二中间轴的一端；
所述第二行星排PG2包括第二太阳轮S2、第二行星架PC2、第二齿圈A2及第二行星轮P2；第二太阳轮S2连接第三中间轴；第二行星架PC2连接第四中间轴；第二齿圈A2连接在第二中间轴的另一端；
所述第三行星排PG3包括第三太阳轮S3、第三行星架PC3、第三齿圈A3及第三行星轮P3；第三太阳轮S3连接第三中间轴；第三行星架PC3连接输出轴；第三齿圈A3连接第四中间轴；
所述第四行星排PG4包括第四太阳轮S4、第四行星架PC4、第四齿圈A4及第四行星轮P4；第四太阳轮S4连接第四中间轴；第四行星架PC4连接第五中间轴；第四齿圈A4连接输出轴；
所述第一中间轴通过所述第一制动器B1与固定构件连接；所述第二中间轴通过第二制动器B2与固定构件连接；所述第四中间轴通过第三制动器B3与固定构件连接；所述第五中间轴通过第四制动器B4与固定构件连接；
所述第三中间轴通过第一离合器C1连接在输入轴的输出端；所述第四中间轴通过第二离合器C2连接在输入轴的输出端。
进一步地，所述第一行星架PC1上设有三组第一行星轮P1；每组所述第一行星轮P1为两个。
进一步地，所述第二行星架PC2上设有三组第二行星轮P2；每组所述第二行星轮P2为一个。
进一步地，所述第三行星架PC3上设有三组第三行星轮P3；每组所述第三行星轮P3为一个。
进一步地，所述第四行星架PC4上设有三组第四行星轮P4；每组所述第四行星轮P4为一个。
进一步地，所述固定构件为变速器壳体。
本发明相比现有技术的有益效果是：
1、本发明中的四个行星排均为简单行星排，使得变速器的可靠性大为增加，延长了变速器的使用寿命。
2、本发明的两个离合器均设置在输入轴的输出端，当两个离合器都断开时，即使输入轴有动力输入，也仅会带动第一行星排的第一太阳轮转动，可以有效地避免过多的零部件转动，产生摩擦磨损。
3、本发明可提供两个倒挡速比，明显提高了倒挡性能。
4、本发明中的换挡执行机构有六个，操控的前进挡有七个，前进挡与换挡执行机构的比值可达1.167，可以有效地利用换挡执行机构，通过较少的换挡执行器实现较多的挡位，减少了变速箱的轴向尺寸。
5、本发明可通过各行星排中特定齿数的组合使第一挡的速比非常大，适合大吨位的商用车。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明一个具体实施例的结构示意图；
图3是该实施例中扭矩传递装置的操作表及各档位的速比表；
图4是该实施例的杠杆原理分析结果图；
附图标记：
1-输入轴，2-第一中间轴，3-第二中间轴，4-第三中间轴，5-第四中间轴，6-第五中间轴，7-输出轴，8-固定构件，PG1-第一行星排，PG2-第二行星排，PG3-第三行星排，PG4-第四行星排，C1-第一离合器，C2-第二离合器，B1-第一制动器，B2-第二制动器，B3-第三制动器，B4-第四制动器，S1-第一太阳轮，S2-第二太阳轮，S3-第三太阳轮，S4-第四太阳轮，PC1-第一行星架，PC2-第二行星架，PC3-第三行星架，PC4-第四行星架，P1-第一行星轮，P2-第二行星轮，P3-第三行星轮，P4-第四行星轮，A1-第一齿圈，A2-第二齿圈，A3-第三齿圈，A4-第四齿圈。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。
参照图1，该七挡液力自动变速器，包括变速器壳体、设置在变速器壳体内的四个行星排PG1～PG4、两个离合器C1～C2、四个制动器B1～B4、输入轴1、第一中间轴2、第二中间轴3、第三中间轴4、第四中间轴5、第五中间轴6和输出轴7。
参照图2，该实施例中，第一行星排PG1为单排双级行星排，包括第一太阳轮S1、第一行星架PC1、第一齿圈A1；第一行星架PC1上设有三组第一行星轮P1；每组所述第一行星轮P1为两个；第一太阳轮S1、第一齿圈A1和第一行星轮P1的齿数分别为37、79和19。第二行星排PG2、PG3、PG4均为单排单级行星排。第二行星排PG2包括第二太阳轮S2、第二行星架PC2、第二齿圈A2；第二行星架PC2上设有三个第二行星轮P2；第二太阳轮S2、第二齿圈A2和第二行星轮P2的齿数分别为45、91和23。第三行星排PG3包括第三太阳轮S3、第三行星架PC3、第三齿圈A3；第三行星架PC3上设有三个第三行星轮P3；第三太阳轮S3、第三齿圈A3和第三行星轮P3的齿数分别为33、91和29。第四行星排PG4包括第四太阳轮S4、第四行星架PC4、第四齿圈A4；第四行星架PC4上设有三个第四行星轮P4；第四太阳轮S4、第四齿圈A4和第四行星轮P4的齿数分别为37、79和21。
各行星排与相应的连接轴相连，或者通过连接轴相互连接形成七个组件,
第一组件，由输入轴1刚性连接第一太阳轮S1构成，两者始终以相同的转速旋转，输入轴1用于接收液力变矩器的扭矩和转速。
第二组件，由第一中间轴2和第一行星架PC1连接构成，该组件能够选择性的连接到固定构件8上，该实施例中，固定件8为变速器壳体。
第三组件，由第一齿圈A1、第二中间轴3和第二齿圈A2连接构成，该组件能够选择性连接到变速器壳体上。
第四组件，由第三中间轴4、第二太阳轮S2及第三太阳轮S3连接构成，该组件能够选择性的连接至第一组件。
第五组件，由第四中间轴5、第二行星架PC2、第三齿圈A3与第四太阳轮S4连接构成，能够选择性的连接至第一组件，并能够选择性连接到变速器壳体上。
第六组件，由第四行星架PC4、第五中间轴6连接构成，能够选择性的连接到变速器壳体上。
第七组件，由第三行星架PC3、第四齿圈A4及输出轴7连接构成，输出轴7用于向外输出已转换的扭矩和转速。
各离合器与制动器位于上述组件中选定的组件之间，以便进行扭矩与转速的传递。第一离合器C1设置在第一组件与第四组件之间，作为选择性的输入元件进行操作。第二离合器C2设置在第一组件与第五组件之间作为选择性的输入元件进行操作。
制动器位于从上述组件中选定的组件与变速器壳体之间，用来限制其所在行星排的自由度，以便扭矩沿设定路径传递。第一制动器B1插置在第一中间轴2与变速器壳体之间，作为选择性的固定元件进行操作。第二制动器B2插置在第二中间轴3与变速器壳体之间，作为选择性的固定元件进行操作。第三制动器B3插置在第四中间轴5与变速器壳体之间，作为选择性的固定元件进行操作。第四制动器B4插置在第五中间轴6与变速器壳体之间，作为选择性的固定元件进行操作。
在输入轴1至输出轴7之中，可作为选择性的输入构件有第三中间轴4、第四中间轴5，分别通过第一离合器C1、第二离合器C2，选择性的连接到输入轴1。可作为选择性的固定构件有第一中间轴2、第二中间轴3、第四中间轴5、第五中间轴6，分别通过第一制动器B1、第二制动器B2、第三制动器B3及第四制动器B4，选择性的将相应的组件固连到变速器壳体上。
七个组件用于实现动力的传递，离合器和制动器等扭矩传递装置作为换挡组件，通过操作换挡组件可改变行星排的自由度，不同的换挡组件的结合与分离使得输入轴与输出轴之间可实现不同的速比传递，最终可获得七个可用前进挡位和两个可用倒挡位的换挡。使发动机在高效区工作的情况下满足不同车速的需求，进而显著提高车辆的动力传递性能和燃油经济性。本实例中所用行星排均为简单行星排，使得整体的可靠性大为增加，离合器布置在前端，可以有效地与变速器前端的输入动力断开，防止在不需要变速箱输出但发动机仍运行时有过多的旋转体参与转动，产生不必要的摩擦磨损。此外，该行星齿轮系零部件较少，换挡组件充分利用行星排之间的空间，不仅可以获得更短的变速器长度，而且整体设计更加紧凑，可以很好的满足车辆对变速器耐久性、动力传递效率、尺寸、成本等方面的要求。
参照图3，该图为各挡位与扭矩传递装置的操作表，用以说明在各确定的挡位中哪些换挡组件闭合，该图还给出了该实施例各齿轮齿数对应的各挡位的速比。黑点的表格区代表闭合的换挡组件，空白的表格区代表断开的换挡组件。该表格仅体现该实施例中行星轮齿数情况下的数值，并且每组数值可以进行改变。
参照图4，“0”水平线代表速度为零，“1”水平线代表速度为输入转速及其转速与输入轴1相同。水平线上的字符参照图3所示的各构件连接原理图中的名称，其间距由各构件间的齿数及相互间的配比关系来确定，各构件间的直线表示固定连接其的相应连接轴，这种方式为本领域的技术人员常用的速度比较方式。
上述离合器处于输入为“1”的水平线的相应插置位置上，上述制动器处于固定的水平线“0”的相应插置位置上；速度传递线将通过起作用的制动器或离合器，速度传递线最终在输出轴7上的数值即为该组扭矩传递装置操作情况下输出的速度相对于输入速度的比值。
参照图2至图4，该自动变速器在各个挡位下有两个扭矩传递装置同时进行操作，下面将详细描述每种工况下每一个换挡速度及各构件的转速情况。离合器的接合可以使其相连的两个组件转速相同；制动器的接合可以使与其相连的组件速度为0。
(1)前进一挡
操作第四制动器B4及第一离合器C1挂前进一挡。
输入轴1的速度“1”通过第一离合器C1的操作输入第三中间轴4，第三中间轴4带动第三太阳轮S3作为速度“1”；第五中间轴6通过第四制动器B4的操作作为固定元件，其速度为0；通过第三行星排PG3以及第四行星排PG4的共同作用形成一个减小的速度传递到输出轴7。第四组件的速度“1”与第六组件的速度“0”构成了前进一挡速度线，其与输出轴7的交点D1即为前进一挡速比。
(2)前进二挡
操作第三制动器B3及第一离合器C1挂前进二挡。
输入轴1的速度“1”通过第一离合器C1的操作输入第三中间轴4，第三中间轴4带动第三太阳轮S3作为速度“1”；第四中间轴5通过第三制动器B3的操作作为固定元件，其速度为0；通过第三行星排PG3的作用形成一个减小的速度传递到输出轴7。第四组件的速度“1”与第五组件的速度“0”构成了前进二挡速度线，其与输出轴7的交点D2即为前进二挡速比。
(3)前进三挡
操作第二制动器B2及离合器C1挂前进三挡。
输入轴1的速度“1”通过第一离合器C1的操作输入第三中间轴4，第三中间轴4带动第二太阳轮S2及第三太阳轮S3作为速度“1”；第二中间轴3通过第二制动器B2的操作作为固定元件，其速度为0；通过第二行星排PG2的作用形成一个减小的速度“m”传递到第四中间轴5，然后通过第三行星排PG3的作用形成一个速度“n”传递到输出轴7，满足关系m<n<1。其中第四组件的速度“1”与第三组件的速度“0”构成了前进三挡速度线，其与输出轴7的交点D3即为前进三挡速比。
(4)前进四挡
操作第一制动器B1及第一离合器C1挂前进四挡。
输入轴1带动第一行星排PG1的第一太阳轮S1共同旋转的速度“1”通过第一离合器C1的操作输入第三中间轴4，第三中间轴4带动第二太阳轮S2及第三太阳轮S3作为速度“1”；第一中间轴2通过第一制动器B1的操作作为固定元件，其速度为0；首先，第一太阳轮S1的速度“1”经过第一行星排PG1的减速将速度“a”输出到第二中间轴3，通过第二行星排PG2的作用形成一个速度“b”传递到第四中间轴5，速度“b”满足a<b<1，后经过第三行星排PG3的作用，输入一个速度“c”到第七组件，速度“c”满足b<c<1。其中第四组件的速度“1”与第三组件的速度“a”构成了前进四挡速度线，其与输出轴7的交点D4即为前进四挡速比。
(5)前进五挡
操作第一离合器C1及第二离合器C2，挂前进五挡。
输入轴1的速度“1”通过第一离合器C1的操作输入第三中间轴4，第三中间轴4带动第三太阳轮S3作为速度“1”；输入轴1的速度“1”通过第二离合器C2的操作输入第四中间轴5，第四中间轴5带动第三齿圈A3作为速度“1”；在第三行星排PG3的作用下，第三行星架PC3输出速度“1”至第七组件，输出轴的速度也为“1”。
(6)前进六挡
操作第一制动器B1及第二离合器C2，挂前进六挡。
输入轴1带动第一行星排PG1的第一太阳轮S1共同旋转的速度“1”通过第二离合器C2的操作输入第四中间轴5，第四中间轴5带动行星排PC2及第三齿圈A3作为速度“1”；第一中间轴2通过第一制动器B1的操作作为固定元件，其速度为0；首先，第一太阳轮S1的速度“1”经过第一行星排PG1的减速将速度“a”输出到第三组件，通过第二行星排PG2的作用形成一个速度“d”传递到第三中间轴4，速度“d”满足a<1<d，后经过第三行星排PG3的作用，输入一个速度“e”到输出轴7，速度“e”满足a<1<e<d。其中第五组件的速度“1”与第三组件的速度“a”构成了前进六挡速度线，其与输出轴7的交点D6即为前进六挡速比。
(7)前进七挡
操作第二第一制动器B1及第二离合器C2，挂前进七挡。
输入轴1以速度“1”通过第二离合器C2的操作输入第四中间轴5，第四中间轴5带动第二行星排PG2及第三齿圈A3作为速度“1”；第二中间轴3通过第二制动器B2的操作作为固定元件，其速度为0；首先，通过第二行星排PG2的作用形成一个增加的速度“f”传递到第四组件，速度“f”满足1<f，后经过第三行星排PG3的作用，输入一个速度“g”到第七组件，速度“g”满足1<g<f。其中第五组件的速度“1”与第三组件的速度“0”构成了前进七挡速度线，其与输出轴7的交点D7即为前进七挡速比。
(8)第一倒挡
操作第一制动器B1及第四制动器B4，挂第一倒档。
第一中间轴2通过第一制动器B1的操作作为固定元件，其速度为0；第五中间轴6通过第四制动器B4的操作作为固定元件，其速度为0；输入轴1带动第一行星排PG1的第一太阳轮S1以速度“1”共同旋转，通过第一行星排PG1的作用输出一个减少的速度至第三组件；通过第二行星排PG2、第三行星排PG3及第四行星排PG4的共同作用输出一个反向的转速。其中第三组件的速度与第六组件的速度“0”构成了第一倒挡的速度线，其与输出轴7的交点R1即为第一倒挡的速比。
(9)第二倒挡
操作第一制动器B1及第三制动器B3，挂第二倒挡。
第一中间轴2通过第一制动器B1的操作作为固定元件，其速度为0；第四中间轴5通过第三制动器B3的操作作为固定元件，其速度为0；输入轴1带动第一行星排PG1的第一太阳轮S1以速度“1”共同旋转，通过第一行星排PG1的作用输出一个减小的速度至第三组件；通过第二行星排PG2的作用输出一个反向的速度至第四组件；在第三行星排PG3的作用之下，输出一个速度至第七组件。其中第三组件的速度与第六组件的速度“0”构成了第一倒挡的速度线，其与输出轴7的交点D7即为第一倒挡的速比。
该自动变速器非常适合于现代商用车辆的多挡化应用需求，可使得来自动力源的动力更完全的传递到车辆，保证动力源(发动机)在车速不同的情况下通过该自动变速器的挡位变换(及传动速比的变化)保持在低油耗的转速区间/高效区间/高扭矩区间。这样保证了动力性与经济性，还可以通过电控系统的相互通讯来实现实时控制与达到预期的设计的动力、经济、模式等的转换工作。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种七挡液力自动变速器，包括变速器壳体；其特征在于：
还包括安装在所述变速器壳体内上的四个行星排、两个离合器、四个制动器和七个连接轴；
所述行星排分别为第一行星排(PG1)、第二行星排(PG2)、第三行星排(PG3)和第四行星排(PG4)；所述第一行星排(PG1)为单排双级行星排，所述第二行星排(PG2)、第三行星排(PG3)、第四行星排(PG4)均为单排单级行星排；
所述离合器分别为第一离合器(C1)和第二离合器(C2)；
所述制动器分别为第一制动器(B1)、第二制动器(B2)、第三制动器(B3)和第四制动器(B4)；
所述连接轴分别为输入轴(1)、第一中间轴(2)、第二中间轴(3)、第三中间轴(4)、第四中间轴(5)、第五中间轴(6)和输出轴(7)；
所述第一行星排(PG1)包括第一行星架(PC1)、第一太阳轮(S1)、第一齿圈(A1)及第一行星轮(P1)；第一行星架(PC1)连接第一中间轴(2)；第一太阳轮(S1)连接输入轴(1)的输出端；第一齿圈(A1)连接在第二中间轴(3)的一端；
所述第二行星排(PG2)包括第二太阳轮(S2)、第二行星架(PC2)、第二齿圈(A2)及第二行星轮(P2)；第二太阳轮(S2)连接第三中间轴(4)；第二行星架(PC2)连接第四中间轴(5)；第二齿圈(A2)连接在第二中间轴(3)的另一端；
所述第三行星排(PG3)包括第三太阳轮(S3)、第三行星架(PC3)、第三齿圈(A3)及第三行星轮(P3)；第三太阳轮(S3)连接第三中间轴(4)；第三行星架(PC3)连接输出轴(7)；第三齿圈(A3)连接第四中间轴(5)；
所述第四行星排(PG4)包括第四太阳轮(S4)、第四行星架(PC4)、第四齿圈(A4)及第四行星轮(P4)；第四太阳轮(S4)连接第四中间轴(5)；第四行星架(PC4)连接第五中间轴(6)；第四齿圈(A4)连接输出轴(7)；
所述第一中间轴(2)通过所述第一制动器(B1)与固定构件(8)连接；所述第二中间轴(3)通过第二制动器(B2)与固定构件(8)连接；所述第四中间轴(5)通过第三制动器(B3)与固定构件(8)连接；所述第五中间轴(6)通过第四制动器(B4)与固定构件(8)连接；
所述第三中间轴(4)通过第一离合器(C1)连接在输入轴(1)的输出端；所述第四中间轴(5)通过第二离合器(C2)连接在输入轴(1)的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种七挡液力自动变速器，其特征在于：
所述第一行星架(PC1)上设有三组第一行星轮(P1)；每组所述第一行星轮(P1)为两个。
3.根据权利要求1或2所述的一种七挡液力自动变速器，其特征在于：
所述第二行星架(PC2)上设有三组第二行星轮(P2)；每组所述第二行星轮(P2)为一个。
4.根据权利要求3所述的一种七挡液力自动变速器，其特征在于：
所述第三行星架(PC3)上设有三组第三行星轮(P3)；每组所述第三行星轮(P3)为一个。
5.根据权利要求4所述的一种七挡液力自动变速器，其特征在于：
所述第四行星架(PC4)上设有三组第四行星轮(P4)；每组所述第四行星轮(P4)为一个。
6.根据权利要求5所述的一种七挡液力自动变速器，其特征在于：所述固定构件(8)为变速器壳体。
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