CN112771287A - 用于车辆的变速箱和包括这种变速箱的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于车辆(1)的变速箱(2)，变速箱(2)包括：行星齿轮(14)，其具有齿圈(22)、太阳轮(18)和行星架(20)，至少一个行星齿(24)可旋转地安装在行星架上，齿圈(22)和太阳轮(18)配置为与所述至少一个行星齿(24)接合；变速箱壳体(12)，其围绕所述行星齿轮(14)；输入轴(16)和输出轴(28)，其用于向变速箱(2)和从变速箱(2)传递扭矩；第一轴向可移动耦合套筒(42)，其用于选择性地使行星齿轮(14)与变速箱壳体(12)接合和从变速箱壳体(12)脱离，以及用于选择性地使齿圈(22)、太阳轮(18)和行星架(20)彼此接合和从彼此脱离；以及第二轴向可移动耦合套筒(43)，其用于选择性地使输出轴(28)与齿圈(22)接合和从齿圈脱离以及与行星架(20)接合和从行星架脱离；其中第一轴向可移动耦合套筒(42)配置为在第一挡位置中使齿圈(22)与变速箱壳体(12)接合，以及配置为在第二挡位置中使太阳轮(18)与齿圈(22)接合；第二轴向可移动耦合套筒(43)配置为在第一挡位置中使行星架(20)与输出轴(28)接合，以及配置为在第二挡位置中使齿圈(22)与输出轴(28)接合；并且其中第二轴向可移动耦合套筒(43)配置为在空挡位置中位于第一挡位置和第二挡位置之间的中间轴向位置中。本发明还涉及车辆(1)，其中，车辆(1)包括这种变速箱(2)。

Description

用于车辆的变速箱和包括这种变速箱的车辆
技术领域
本发明涉及根据所附权利要求的用于车辆的变速箱。本发明还涉及根据所附权利要求的包括这种变速箱的车辆。
背景技术
车辆，以及尤其是重型车辆(诸如卡车)，经常设置有变速箱，也称为范围变速箱，其连接到主变速箱，以使挡的数量翻倍。这种辅助变速箱经常包括行星齿轮，其具有低挡和高挡，其中，主变速箱换挡设施可分为低范围挡位置和高范围挡位置。在低范围挡位置中，通过行星齿轮发生降挡，以及在高范围挡中，传动比在行星齿轮中为1：1。
范围变速箱经常设置在主变速箱和耦合到车辆的驱动轮的传动轴之间。范围变速箱被容纳在变速箱壳体中，以及包括耦合到主变速箱的输入轴、输出轴，以及在输入轴与输出轴之间是布置的行星齿轮。行星齿轮经常包括三个部件，所述三个部件是相对于彼此可旋转地布置的，即太阳轮、具有行星齿的行星架和齿圈。了解太阳轮和齿圈的齿的数量，所述三个部件在操作期间的相对速度可被确定。在范围变速箱中，太阳轮能够可旋转地连接到输入轴，与所述太阳轮接合的多个行星齿(所述行星齿可旋转地安装在行星架上，所述行星架固定地连接到输出轴)，以及轴向可移位齿圈(其围绕并接合行星齿)。太阳轮、行星齿和齿圈的齿可以是螺旋的，也就是说，它们对太阳轮、行星架和齿圈的共用旋转轴线成角度。通过相对于齿轮的旋转轴线成角度地切割齿轮的齿，从行星齿轮产生的声音被减小。然而，由于螺旋齿，沿旋转轴线的方向，反作用力产生于行星齿轮中的齿轮。反作用力的方向取决于行星齿轮的齿轮沿哪个方向螺旋。因此，反作用力可在旋转轴线的延伸上指向后或向前。
在已知的范围变速箱中，低范围挡位置和高范围挡位置是通过以下获得的：在低范围挡位置和高范围挡位置之间轴向移位齿圈，在所述低范围挡位置中，齿圈相对于变速箱壳体被旋转锁定，在所述高范围档位置中，齿圈相对于变速箱壳体是可旋转的，以及齿圈、行星齿和太阳轮作为共用整体旋转。行星齿轮包括两个耦合环，其分别布置在齿圈的每一侧上，以及两个同步环，其分别布置在齿圈的每一侧上。同步环是用于提供同步换挡的。
文献WO0155620公开了一种在行星齿轮中的同步装置，其中，所述行星齿轮包括太阳轮、行星架和齿圈。太阳轮可旋转地连接到：输入轴以及与太阳轮接合的多个行星齿，所述行星齿可旋转地安装在行星架上，其连接到输出轴。轴向可移位齿圈围绕行星齿并与行星齿啮合。低挡和高挡是通过齿圈在低范围挡和高范围挡之间轴向移位来获得的。
文献US6196944示出了一种行星齿轮，包括：太阳轮、具有行星齿的行星架和齿圈。太阳轮可在低范围挡位置中借助于耦合套筒连接到输入轴，以及在高范围挡位置中从输入轴脱离。在高范围挡位置中，借助于相同耦合套筒，输入轴连接到行星架。齿圈牢固地连接到变速箱壳体。已知的行星齿轮布置在辅助变速箱中，其仅具有两个挡位置。车辆中的传动装置中的倒挡经常布置在主变速箱中，所述主变速箱然后包括当车辆要在倒车方向被驱动时接合的齿轮。用于倒挡的挡轮导致主变速箱的伸长，以及车辆的重量的不期望的增加。倒挡轮以与主变速箱中的其他齿轮相反的方向旋转，这会导致损失。用于倒挡的所述挡轮具有在变速器中产生不期望的噪声的趋势，这是由于在主变速箱中的副轴和主轴之间设置中间挡轮的结果。
文献US6196944示出了一种用于机动车辆的变速箱，包括：行星齿轮，所述行星齿轮包括作用在行星架、齿圈、变速箱壳体和输出轴上的第一套筒和第二套筒。第一套筒和第二套筒被控制为一个连接的单元。
发明内容
尽管有已知的解决方案，仍需要进一步开发换挡时间短的变速箱，其中变速箱中的部件的磨损低，并且其中变速箱中的部件的应力低。
本发明的一目的因此是提供变速箱，在所述变速箱中换挡的时间短。
本发明的另一目的是提供变速箱，其中变速箱中的部件的磨损低。
本发明的另一目的是提供变速箱，其中变速箱中的部件的应力低。
本文提到的目的通过根据所附权利要求的用于车辆的变速箱来实现。
本文提到的目的也通过根据所附权利要求的具有变速箱的车辆来实现。
根据本发明的一方面，提供了用于车辆的变速箱，所述变速箱包括：行星齿轮，其具有齿圈、太阳轮和行星架，至少一个行星齿可旋转地安装在所述行星架上，所述齿圈和太阳轮配置为与所述至少一个行星齿接合；变速箱壳体，其围绕所述行星齿轮；输入轴和输出轴，其用于向变速箱和从变速箱传递扭矩；第一轴向可移动耦合套筒，其用于选择性地使行星齿轮与变速箱壳体接合和从变速箱壳体脱离，以及用于选择性地使齿圈、太阳轮和行星架彼此接合和从彼此脱离；以及第二轴向可移动耦合套筒，其用于选择性地使输出轴与齿圈接合和从齿圈脱离以及与行星架接合和从行星架脱离；其中第一轴向可移动耦合套筒配置为在第一挡位置中使齿圈与变速箱壳体接合，以及配置为在第二挡位置中使太阳轮与齿圈接合；第二轴向可移动耦合套筒配置为在第一挡位置中使行星架与输出轴接合，以及配置为在第二挡位置中使齿圈与输出轴接合；并且其中第二轴向可移动耦合套筒配置为在空挡位置中位于第一挡位置和第二挡位置之间的中间轴向位置中。
根据本发明的另一方面，提供了车辆，其中，所述车辆包括这种变速箱。
通过这种变速箱，用于换挡的时间短。与传统变速箱的环形轮的冲程长度对比，相应的耦合套筒的轴向冲程更短，这意味着在不同的挡位置之间快速转换是可能的。由于耦合套筒的轴向冲程短，因此用于轴向移位耦合套筒所需的速度和功率将是低的。移位耦合套筒所需的低轴向速度和低功率将减小在接合的瞬间作用在耦合套筒、行星齿轮、变速箱壳体和输出轴上的力。这些部件的轴向指向端表面，诸如花键的轴向指向端表面可抵抗因这些轴向指向的力可产生的磨损和应力。此外，第一耦合套筒可在有限的纵向延伸内执行，导致耦合套筒的重量是轻的。耦合套筒的低质量意味着在不同的挡位置之间快速换挡是可能的。此外，第一耦合套筒的低质量可减小轴向移位第一耦合套筒所需的功率，这导致在用于接合的部件上的低磨损和低应力。由于第二轴向可移动耦合套筒配置为在空挡位置中位于第一挡位置和第二挡位置之间的中间轴向位置中，实现了在接合部件上均匀的磨损。当换挡变速箱时，第二个轴向可移动耦合套筒将首先被移动入到空挡位置中，以及然后取决于要换的挡，接合齿圈或输出轴。这将导致接合部件上的均匀磨损，诸如齿圈上和行星架上的花键，其将通过第二轴向可移动耦合套筒接合。
包括这种变速箱的车辆已经改善了行驶特性以及增加了服务寿命。此外，由于变速箱的可靠性增加，整个车辆的可靠性也增加。
从以下细节和通过实施本发明，本发明的其他目的、优点和新颖特征对于本领域技术人员将是明显的。尽管下面描述了本发明，但本发明可不限于具体描述的细节应该是明显的。得到本文教导的本领域技术人员将认识到在本发明的范围内的其他领域的其他应用、修改和结合。
附图说明
参考附图，下面是对例如优选实施方式的描述，其中：
图1以侧视图示意性地示出了根据实施方式的具有变速箱的车辆，
图2示意性地示出了在低范围挡位置中根据实施方式的变速箱的横截面，
图3示意性地示出了在空挡位置中根据实施方式的变速箱的横截面，
图4示意性地示出了在高范围挡位置中根据实施方式的变速箱的横截面，
图5示意性地示出了在空挡位置中根据实施方式的变速箱的横截面，
图6示意性地示出了在倒挡位置中根据实施方式的的变速箱的横截面，以及
图7示意性地示出了在空挡位置中根据实施方式的变速箱的横截面。
具体实施方式
本公开涉及用于车辆的变速箱。变速箱中耦合套筒的轴向冲程很短，这导致用于轴向移位耦合套筒所需的速度和功率降低。这将减小作用在变速箱中的部件上的力，这将减小这些部件上的磨损和应力。根据本公开的变速箱还被配置以使在彼此接合和脱离的部件上将发生均匀磨损。
根据一方面，本公开涉及一种用于车辆的变速箱，所述变速箱包括：行星齿轮，其具有齿圈、太阳轮和行星架，至少一个行星齿可旋转地安装在所述行星架上，所述齿圈和太阳轮配置为与所述至少一个行星齿接合；变速箱壳体，其围绕所述行星齿轮；输入轴和输出轴，其用于向变速箱和从变速箱传递扭矩；第一轴向可移动耦合套筒，其用于选择性地使行星齿轮与变速箱壳体接合和从变速箱壳体脱离，以及用于选择性地使齿圈、太阳轮和行星架彼此接合和从彼此脱离；以及第二轴向可移动耦合套筒，其用于选择性地使输出轴与齿圈接合和从齿圈脱离以及与行星架接合和从行星架脱离；其中，第一轴向可移动耦合套筒配置为在第一挡位置中使齿圈与变速箱壳体接合，以及配置为在第二挡位置中使太阳轮与齿圈接合；第二轴向可移动耦合套筒配置为在第一挡位置中使行星架与输出轴接合，以及配置为在第二挡位置中使齿圈与输出轴接合；并且其中，第二轴向可移动耦合套筒配置为在空挡位置中位于第一挡位置和第二挡位置之间的中间轴向位置中。
通过这种变速箱，用于换挡的时间短。由于耦合套筒的轴向冲程短，用于轴向移位耦合套筒所需的速度和功率将是低的。移位耦合套筒所需的低轴向速度和低功率将减小在接合的瞬间作用在耦合套筒、行星齿轮、变速箱壳体和输出轴上的力。这些部件的轴向指向端表面，诸如花键的轴向指向端表面，可抵抗因这些轴向指向的力可产生的磨损和应力。此外，第一耦合套筒可在有限的纵向延伸内执行，导致耦合套筒的重量是轻的。耦合套筒的低质量意味着在不同的挡位置之间快速换挡是可能的。此外，第一耦合套筒的低质量可减小轴向移位第一耦合套筒所需的功率，这导致在用于接合的部件上的低磨损和低应力。由于第二轴向可移动耦合套筒，在空挡位置中，配置为位于第一挡位置和第二挡位置之间的中间轴向位置中，实现了在接合部件上均匀的磨损。当变速箱换挡时，第二轴向可移动耦合套筒将首先被移动入到空挡位置中，以及然后取决于将要换的挡，接合齿圈或输出轴。这将导致接合部件上的均匀磨损，所述部件诸如齿圈上和行星架上的花键，所述花键将由第二轴向可移动耦合套筒接合。
在第二挡位置中，第一轴向可移位耦合套筒将扭矩从输入轴传递到齿圈，以及第二轴向可移位耦合套筒将扭矩从齿圈传递到输出轴。因此，通过变速箱传递的扭矩将绕过太阳轮和行星齿，这降低在太阳轮和行星齿的齿面上的面损坏的可能性。作为替代，扭矩将经由齿圈作为物理实体通过变速箱向前，而不是通过齿圈和行星齿的齿面。
根据一实施例，第一轴向可移动耦合套筒配置为在第三挡位置中将行星架与变速箱壳体连接，以及第二轴向可移动耦合套筒配置为在第三挡位置中将齿圈与输出轴连接。
第三挡位置对应于变速箱中的倒挡。当第一轴向可移动耦合套筒布置为使行星架与变速箱壳体接合，以及第二轴向可移动耦合套筒布置为使齿圈与输出轴接合时，实现变速箱中的倒挡。这种倒挡导致提高效率并降低损失。通过控制第一轴向可移位耦合套筒和第二轴向可移位耦合套筒到第三挡位置(对应于倒挡)，可容易地换挡到倒挡。当根据本发明的变速箱布置在车辆的传动装置中时，主变速箱中的传统倒挡可被排除，因此节省重量、空间和燃料。由于主变速箱中的倒挡可被省略，则主变速箱中的主轴可执行为更短的长度。因此，主轴在传递扭矩时将表现出更小的挠度，这意味着主轴的轴承的使用寿命增加。由于倒挡布置在范围变速箱中，所以变速器中倒挡的数量增加。倒挡的数量可因此与主变速箱中齿轮的数量对应。
根据一实施例，第一轴向可移动耦合套筒配置为在第一挡位置中从太阳轮和行星架断开连接。通过行星齿轮的传动比在第一位置中由太阳轮和行星架的配置决定。取决于车辆的类型和车辆中的动力源，变速箱可设计为满足车辆的驾驶性能的要求。因此，太阳轮和行星架可配置为满足对变速箱中的传动比的要求，以在第一挡位置中通过行星齿轮实现相关的降挡。第一挡位置可对应于范围变速箱中的低范围挡位置。
根据一实施例，第一轴向可移动耦合套筒配置为在第四挡位置中使行星齿轮从变速箱壳体断开连接，以及配置为使齿圈、太阳轮和行星架从彼此断开连接。
通过使行星齿轮从变速箱壳体脱离以及使齿圈、太阳轮和行星架从彼此断开连接，可实现变速箱中的空挡位置。在空挡位置中，变速箱可不传递扭矩。因此，在没有传递扭矩和旋转速度到变速箱的输出轴的情况下，变速箱的输入轴可旋转。通过以下方式可实现变速箱中的空挡位置：在第四挡位置中轴向移位第一轴向可移动耦合套筒，其配置为使行星齿轮从变速箱壳体断开连接，以及配置为使齿圈、太阳轮和行星架从彼此断开连接。受控于第一轴向可移动耦合套筒的移位，这种空挡位置可结合第二轴向可移动耦合套筒到空挡位置的移位来设定到空挡位置。由这两种耦合套筒产生的空挡位置的这种组合可在变速箱的维修和修理期间使用。然而，如果第二轴向可移动耦合套筒在第四挡位置中使输出轴和行星架接合，则在变速箱中换挡时的同步可更高效。
根据一实施例，第一轴向可移动耦合套筒包括位于内表面上的第一花键，位于内表面上的第一花键配置为与布置在变速箱壳体、太阳轮、行星架和齿圈上的第一花键接合。
借助于第一花键，分别实现变速箱壳体和齿圈、太阳轮和齿圈以及变速箱壳体和行星架的简单且高效的接合和脱离。然而，当接合设置有花键的两个部件时，花键的轴向指向端表面可干扰彼此。这取决于部件在旋转方向上相对于彼此如何指向。由于第一轴向可移动耦合套筒的轴向冲程短，所以用于轴向移位第一轴向可移动耦合套筒所需的速度和功率将是低的。用于移位第一轴向可移动耦合套筒所需的低轴向速度和低功率将减小在接合的瞬间作用在第一轴向可移动耦合套筒、太阳轮、行星架、变速箱壳体和环形轮上的力。因此，这些部件的花键的轴向指向端表面上的磨损和应力可被减小。
根据一实施例，第二轴向可移动耦合套筒包括位于内表面上的第二花键，位于内表面上的第二花键配置为与布置在齿圈、行星架和输出轴上的第二花键接合。
借助于第二花键，分别实现输出轴和齿圈以及输出轴和行星架的简单且高效的接合和脱离。然而，当接合设置有花键的两个部件时，花键的轴向指向端表面可干扰彼此。这取决于部件在旋转方向上相对于彼此如何指向。由于第二轴向可移动耦合套筒的轴向冲程短，因此用于轴向移位第二轴向可移动耦合套筒的速度和功率将是低的。用于移位第二轴向可移动耦合套筒的低轴向速度和低功率将减小在接合的瞬间作用在第二轴向可移动耦合套筒、行星架和输出轴上的力。因此，这些部件的花键的轴向指向端表面上的磨损和应力可被减小。
根据一实施例，太阳轮连接到变速箱的输入轴。
来自输入轴的扭矩被直接传递到太阳轮。在第一挡位置中(对应于低范围挡位置)，扭矩从输入轴直接传递到太阳轮，并进一步传递到行星齿轮和行星架，再传递到输出轴。在第二挡位置中(对应于高范围挡位置)，扭矩从输入轴直接传递到太阳轮，并进一步传递到齿圈和输出轴。
根据一实施例，变速箱是范围变速箱。
范围变速箱旨在使动力系中的换挡机会翻倍。范围变速箱可换挡成两个不同的挡。在低范围挡位置中，通过变速箱发生降挡，以及在高范围挡位置中，通过变速箱的传动比为1：1。
根据一实施例，输入轴配置为连接到主变速箱。
范围变速箱可连接到动力系中的主变速箱。因此，借助于范围变速箱，主变速箱中的挡的数量可翻倍。
根据一实施例，第一轴向可移动耦合套筒和第二轴向可移动耦合套筒的第一挡位置对应于范围变速箱中的低范围挡。
变速箱中的行星齿轮有低挡和高挡，以及变速箱的换挡能力可因此分为低范围挡和高范围挡。第一挡位置对应于范围变速箱中的低范围挡位置。当变速箱换挡进入低范围挡时，在行星齿轮中发生降挡。结果，当范围变速箱换挡进入低范围挡位置时，通过范围变速箱传递的扭矩将增加。
根据一实施例，第一轴向可移动耦合套筒和第二轴向可移动耦合套筒的第二挡位置对应于范围变速箱中的高范围挡。
当范围变速箱换挡进入高范围挡时，传动比在行星齿轮中为1：1。因此，当范围变速箱换挡进入高范围挡位置时，不存在通过范围变速箱的传动比差异。
本公开还涉及车辆，其中，所述车辆包括变速箱。
这样的车辆可以是重型车辆，例如卡车或公共汽车。车辆可以是人工操作的、远程操作的或自动操作的。车辆可由电机和/或内燃机推进。
参考附图，现在将进一步说明本公开。
图1以侧视图示意性地示出了根据本公开的具有变速箱2的车辆1。变速箱2包括在动力系3中，所述动力系包括内燃机4、主变速箱6和传动轴10。内燃机4耦合到主变速箱6，所述主变速箱转而连接到本公开的变速箱2。变速箱2还经由传动轴10连接到车辆1的驱动轮8。本公开的变速箱2是范围变速箱，以及旨在使换挡机会的数量翻倍。变速箱2被变速箱壳体12围绕。
图2示意性地示出了在低范围挡位置中根据实施方式的变速箱2的横截面。变速箱2包括行星齿轮14，具有低挡和高挡，从而主变速箱6的换挡能力可分为低范围挡位置和高范围挡位置。在对应于低范围挡位置的第一挡位置中，在行星齿轮14中发生降挡。在高范围挡位置中，传动比在行星齿轮14中为1：1。图2示出了在第一挡位置中(对应于低范围挡位置)的变速箱2。
变速箱2容纳在变速箱壳体12中，并包括输入轴16(其可为主变速箱6的主轴26)。行星齿轮14包括三个主部件，所述三个主部件相对于彼此可旋转地布置，即太阳轮18、行星架20和齿圈22。多个行星齿24通过轴承可旋转地布置在行星架20上。了解太阳轮18和齿圈22的齿32的数量，可确定三个部件的相对传动比。太阳轮18可旋转地连接到输入轴16，从而扭矩和旋转运动可在输入轴16和太阳轮18之间传递。行星齿24接合太阳轮18。齿圈22围绕并接合行星齿24。太阳轮18、行星齿24和齿圈22的齿32可以是螺旋的，从而它们相对于太阳轮18、行星架20和齿圈22的共用旋转轴线30成角度。通过以倾斜角度切割齿32，获得来自行星齿轮14中的齿轮18、22、24沿旋转轴线30的方向的反作用力。反作用力的方向取决于行星齿轮14的齿32倾斜的方向。因此，反作用力可沿旋转轴线30指向后或向前。
输入轴16借助于花键连接34可连接到太阳轮18，所述花键连接具有轴向延伸，其允许输入轴16与太阳轮18的轴38之间的角移位。在操作中，主变速箱6中的主轴26将在一定的操作条件和很大的压力下由于其弹性和回弹属性弯折或弯曲。花键连接34中允许的角度移位导致太阳轮18不受主轴26的弯折的影响，这减小太阳轮18齿32上的应力。花键连接34被优选地设计成使得行星齿轮14可以在输入轴16上一件式地组装和拆卸。因此，由于用于修理所需的时间减少，维护费用减小。
第一轴向可移位耦合套筒42布置为在第一挡位置中使变速箱壳体12与齿圈22接合。第一轴向可移动耦合套筒42布置为在第一挡位置中使太阳轮18从环形轮22脱离，以及布置为使行星架20从变速箱壳体12脱离。
第二轴向可移动耦合套筒43配置为选择性地使齿圈22、行星架20和输出轴28彼此接合和从彼此脱离。第二轴向可移动耦合套筒43配置为在第一挡位置中使行星架20与输出轴28接合。
第一轴向可移位耦合套筒42设置有位于内表面上的第一花键50，其布置为与布置在齿圈22上和突起52的周缘上的对应第一花键50相互作用，所述突起固定地连接到变速箱壳体12。在第一轴向可移位耦合套筒42上的第一花键50还布置为与布置在输入轴16上的对应第一花键50合作。布置在太阳轮18上的对应第一花键50配置在第一链轮46的周缘上，所述第一链轮安装在太阳轮18的轴38上。然而，也可将第一链轮46布置在输入轴16上，而不是布置在太阳轮18的轴38上。因此，第一链轮46可布置在花键连接34的任一侧。第一轴向可移位耦合套筒42上的第一花键50还布置为与布置在行星架20上的对应第一花键50合作。布置在行星架20上得对应第一花键50配置在第二链轮44的周缘上，所述第二链轮安装在行星架20上。
第一轴向可移位耦合套筒42和输入轴16的第一花键50的数量优选地可超过齿圈22上的齿32的数量。因此，获得了在齿圈22和第一耦合套筒42之间的大量离散锁定的位置，这导致在齿轮18、22、24的齿32上形成大量的面。然而，这些面是靠近在一起的，从而它们一起将被视为齿32的基本光滑的表面。这些面因此不会影响变速箱2的功能，并且不会对齿轮18、22、24的使用寿命产生重大影响。
第二轴向可移位耦合套筒43设置有位于内表面上的第二花键51，其布置为与布置在齿圈22、行星架20和输出轴28上的对应第二花键51合作。布置在行星架20上对应第二花键51配置在第三链轮49的周缘上，所述第三链轮安装在行星架20上。设置在输出轴28上的对应第二花键51形成在第四链轮53的周缘上，所述第四链轮安装在输出轴28上。
布置在行星架20上的轴向止挡件54适配为抵靠齿圈22，所述轴向止挡件54阻止齿圈22轴向地移动。轴向止挡件54可包括盘形板，其通过第一推力轴承56布置在行星架20上。轴向止挡件54相对于行星架20和输入轴16是可旋转的，并且跟随齿圈22的旋转。轴向止挡件54轴向固定齿圈22，以及导致当齿轮18、22、24设置有螺旋齿时，在变速箱2中的输入轴16的轴向轴承受到更小的应力。
变速箱2中的低挡是通过以下获得的：移位第二耦合套筒42，从而齿圈22连接到变速箱壳体12。第一和第二耦合套筒42、43的轴向移位设置有第一和第二换挡拨叉60、61(布置在分别的耦合套筒42、43中的外部周缘槽62中)。第一换挡拨叉60受第一动力装置66影响，以及第二换挡拨叉61受第二动力装置67影响。第一和第二动力装置66、67可以是气压缸或液压缸。换挡拨叉60、61和动力装置66、67示意性地示出在图2中。
耦合套筒42、43的轴向冲程短，以及轴向移位耦合套筒42、43所需的速度和功率将是低的。移位耦合套筒42、43所需的低轴向速度和低功率将减小在接合的瞬间作用在耦合套筒42、43，行星齿轮14的部件18、20、22，变速箱壳体12和在输出轴28上的力。这些部件的轴向指向端表面69，诸如花键50、51的轴向指向端表面69可抵抗来自这些轴向指向力否则可产生的磨损和应力。此外，第一轴向可移动耦合套筒42可在有限的纵向延伸内执行，导致第一轴向可移动耦合套筒42的重量是轻的。第一轴向可移动耦合套筒42的低质量意味着可以在不同的挡位置之间快速地换挡。此外，第一轴向可移动耦合套筒42的低质量可减小轴向移位第一轴向可移动耦合套筒42所需的功率，这导致在用于接合的部件上的低磨损和低应力。
图3示意性地示出了在空挡位置中根据实施方式的变速箱2的横截面。在空挡位置中，第二轴向可移动耦合套筒43已从行星架20被移位和脱离到第二轴向可移动耦合套筒43仅连接到输出轴28的位置。因此，在空挡位置中，齿圈22相对于输出轴28是自由旋转的。在空挡位置中，变速箱2将不会从输入轴16向输出轴28传递任何扭矩。
第二轴向可移动耦合套筒43配置为在空挡位置中位于齿圈22和行星架20之间的中间轴向位置。第二轴向可移动耦合套筒43上的第二花键51仍接合输出轴28上的第二花键51，但已脱离齿圈22上和行星架20上的第二花键51。空挡可通过以下方式达到：将齿圈22的第二花键51和行星架20的第二花键50彼此以一距离轴向布置。齿圈22和行星架20之间的所述距离允许第二轴向可移动耦合套筒43的第二花键51从齿圈22和行星架20这两者脱离。
当变速箱2以及同一动力系3中的任何其他变速箱6换挡时，第二轴向可移动耦合套筒43将首先移动进入空挡位置。在换挡完成后，则行星架20和输出轴28接合，这是如果所讨论的挡是低范围挡的情况。在图3中，第一轴向可移动耦合套筒42仍在第一位置中，以及因此仍接合齿圈22和变速箱壳体12。这将导致在齿圈22上和输出轴28上的第二花键51上的均匀磨损。
图4示意性地示出了在第二挡位置中或高范围挡位置中根据本公开的变速箱2的截面图。在第二挡位置中，第一轴向可移动耦合套筒42接合太阳轮18和齿圈22。在第二挡位置中，第二轴向可移动耦合套筒43接合齿圈22和输出轴28。在高范围挡位置中，从输入轴16到输出轴28的扭矩从输入轴16和太阳轮传递到齿圈22，并进一步传递到输出轴。这导致通过行星齿轮14的传动比变成1：1。
图5示意性地示出了在空挡位置中根据实施方式的变速箱的横截面。当变速箱2以及动力系3中的任何其他变速箱6换挡时，第二轴向可移动耦合套筒43将首先被移位到空挡位置。在换挡完成后，则齿圈22和输出轴28接合，这是如果所讨论的挡是高范围挡的情况。在图5中，第一轴向可移动耦合套筒42仍在第二位置中，以及因此仍接合齿圈22和太阳轮18。
从以上可明显看出，下一个即将到来的挡位置可从空挡位置以两种不同的方式达到。如果接下来的挡是低范围挡，则第二轴向可移动耦合套筒43将从空挡位置换挡到第一挡位置，在此第一挡位置中，第二轴向可移动耦合套筒43接合行星架20和输出轴28。如果接下来的挡是高范围挡，则第二轴向可移动耦合套筒43将从空挡位置换挡到第二挡位置，在此第二挡位置中，第二轴向可移动耦合套筒43接合齿圈22和输出轴28。因此，第二轴向可移动耦合套筒43可替代地接合行星架20和齿圈22。这将导致在齿圈22上和输出轴28上的第二花键51上的均匀磨损。
当从第一挡位置换挡到第二挡位置时，即从低范围挡位置到高范围挡位置时，根据本发明的变速箱2如下操作，并将结合图2-5进行描述。在图2中，变速箱2已经换挡入到低范围挡位置中，这意味着第一轴向可移动耦合套筒42已经换挡到一位置，所述位置使得齿圈22与变速箱壳体12连接。因此，当变速箱2在低范围挡位置中时，通过行星齿轮14发生降挡。通过借助于第二轴向可移动耦合套筒43使行星架20从输出轴28脱离，实现从低范围挡位置到高范围挡位置的换挡操作。当没有扭矩从输出轴28和行星架20之间传递时，这种脱离是可能的，这可通过以下实现：通过断开连接离合器68，使内燃机4从主变速箱6断开连接。可替代地，控制内燃机4以从输出轴28和行星架20之间产生扭矩平衡。当第二轴向可移动耦合套筒43不再传递任何扭矩时，第二轴向可移动耦合套筒43的轴向移位是可能的。当行星架20已经从输出轴28脱离时，第一轴向可移动耦合套筒42可在同步之后移位，以使太阳轮18与齿圈22接合。最后，齿圈22的旋转速度与输出轴28的旋转速度同步，从而第二轴向可移动耦合套筒43可将齿圈22与输出轴28接合。因此，变速箱2在高范围挡位置中操作。
图6示意性地示出了在倒挡位置中根据实施方式的变速箱2的横截面。在图6中，变速箱2已经换挡入到第三挡位置中，即倒挡。第二轴向可移位套筒43配置为在第三挡位置中将齿圈22与输出轴28连接。因此，第二耦合套筒43由第二换挡拨叉61换挡，从而使齿圈22连接到输出轴28和齿圈22。第一耦合套筒42由第一换挡拨叉60换挡，以使行星架20与变速箱壳体12耦合。相应的离合器套筒42、43的移位在以下情况被执行：当输入轴和输出轴16、28是静止的，这对应于车辆1的静止操作状态，当变速箱2包括在车辆1的动力系3中时。为了提供输入轴16的静止位置，车辆1的离合器68被传递到断开连接模式。当变速箱2在第三档位置中操作时，扭矩从输入轴16传递到太阳轮18，以及进一步传递到行星齿24，所述行星齿将扭矩传递到齿圈22，以及进一步经由第二耦合套筒43传递到输出轴28。随着第一联接套筒42将行星架20与变速箱壳体12连接，行星架20是静止的。
图7示意性地示出了在空挡位置中根据实施方式的变速箱的横截面。第一轴向可移动耦合套筒42可配置为在第四挡位置中使行星齿轮14从变速箱壳体12脱离，以及使齿圈22、太阳轮18和行星架28从彼此脱离。因此，可在变速箱2中实现空挡位置。在空挡位置中，变速箱可不传递扭矩。因此，变速箱的输入轴可旋转，而不将扭矩和旋转速度传递到变速箱的输出轴。空挡可通过以下方式达到：将变速箱壳体12的第一花键50和太阳轮18的第一花键50彼此以一距离轴向布置。变速箱壳体12和太阳轮18之间的所述距离允许第一轴向可移动耦合套筒42的第一花键从变速箱壳体12和太阳轮18这两者脱离。根据第四挡位置的空挡位置，其由第一轴向可移动耦合套筒42的移位控制，可结合第二轴向可移动耦合套筒43的移位设置为空挡位置。由这两个耦合套筒42、43产生的这种空档位置的组合可在变速箱2的维修和修理期间使用。然而，如果第二轴向可移动耦合套筒43在第四档位置中接合输出轴28和行星架28，在变速箱2中换档时的同步可更高效。
第一耦合套筒42可设置有三个圆形区域。两个区域是接触区域并设置有第一花键50。在两个接触区域之间设置有中心区域，其将两个接触区域彼此分开。第二耦合套筒43也可设置有三个圆形区域。两个区域是接触区域并设置有第二花键51。在两个接触区域之间设置有中心区域，其将两个接触区域彼此分开。
电子控制装置70耦合到变速箱2、主变速箱6、内燃机4和离合器68，以实现上述换挡。优选地，变速箱2中、主变速箱6中和内燃机4中的许多未示出的速度传感器可连接到控制装置70。另一计算机72也可连接到控制装置70。控制装置70可以是具有用于这种目的的适当的软件的计算机。控制装置70和/或计算机72包括计算机程序P，所述计算机程序可包括用于控制本公开的变速箱2的例程。程序P可以可执行形式或压缩形式存储在存储器M和/或读/写存储器中。优选地，提供一种计算机程序制品，其包括程序代码，所述程序代码存储在计算机可读介质上，当所述程序在控制装置70或连接到控制装置70的另一计算机72上运行时，用于执行上述换挡。所述代码可以是非易失性的，存储在所述计算机可读介质中。
为了说明和描述的目的，已经提供实施方式的前述描述。它并不旨在穷举或将实施方式限制于所描述的变型。对于本领域的技术人员来说，许多修改和变化将显然是明显的。实施方式已经被选择和描述，以便最好地说明原理和实际应用，以及由此使本领域的技术人员能够根据其各种实施方式以及适用于其预期用途的各种修改来理解实施方式。在实施方式的框架内，以上特定的部件和特征可在指定的不同实施方式之间组合。

Claims (12)

1.用于车辆(1)的变速箱(2)，所述变速箱(2)包括：
行星齿轮(14)，其具有齿圈(22)、太阳轮(18)和行星架(20)，至少一个行星齿(24)可旋转地安装在所述行星架上，所述齿圈(22)和太阳轮(18)配置为与所述至少一个行星齿(24)接合；
变速箱壳体(12)，其围绕所述行星齿轮(14)；
输入轴(16)和输出轴(28)，其用于向变速箱(2)和从变速箱(2)传递扭矩。
第一轴向可移动耦合套筒(42)，其用于选择性地使行星齿轮(14)与变速箱壳体(12)接合和从变速箱壳体(12)脱离，以及用于选择性地使齿圈(22)、太阳轮(18)和行星架(20)与彼此接合和从彼此脱离；以及
第二轴向可移动耦合套筒(43)，其用于选择性地使输出轴(28)与齿圈(22)接合和从齿圈脱离以及与行星架(20)接合和从行星架脱离；
其中
第一轴向可移动耦合套筒(42)配置为在第一挡位置中使齿圈(22)与变速箱壳体(12)接合，以及配置为在第二挡位置中使太阳轮(18)与齿圈(22)接合；
第二轴向可移动耦合套筒(43)配置为在第一挡位置中使行星架(20)与输出轴(28)接合，以及配置为在第二挡位置中使齿圈(22)与输出轴(28)接合；并且其中
第二轴向可移动耦合套筒(43)配置为在空挡位置中位于第一挡位置和第二挡位置之间的中间轴向位置中。
2.根据权利要求1所述的变速箱(2)，其中，第一轴向可移动耦合套筒(42)配置为在第三挡位置中将行星架(20)与变速箱壳体(12)连接，以及第二轴向可移动耦合套筒(43)配置为在第三挡位置中将齿圈(22)与输出轴(28)连接。
3.根据前述权利要求中任一项所述的变速箱(2)，其中，第一轴向可移动耦合套筒(42)配置为在第一挡位置中从太阳轮(18)和行星架(20)断开连接。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的变速箱(2)，其中，第一轴向可移动耦合套筒(42)配置为在第四挡位置中使行星齿轮(14)从变速箱壳体(12)断开连接，以及使齿圈(22)、太阳轮(18)和行星架(20)从彼此断开连接。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的变速箱(2)，其中，第一轴向可移动耦合套筒(42)包括位于内表面上的第一花键(50)，位于内表面上的第一花键配置为与布置在变速箱壳体(12)、太阳轮(18)、行星架(20)和齿圈(22)上的第一花键(50)接合。
6.根据前述权利要求中任一项所述的变速箱(2)，其中，第二轴向可移动耦合套筒(43)包括位于内表面上的第二花键(51)，内表面上的第二花键配置为与布置在齿圈(22)、行星架(20)和输出轴(28)上的第二花键(51)接合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的变速箱(2)，其中，太阳轮(18)连接到变速箱(2)的输入轴(16)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的变速箱(2)，其中，变速箱(2)是范围变速箱。
9.根据权利要求7和8所述的变速箱(2)，其中，输入轴(16)配置为连接到主变速箱(6)。
10.根据权利要求8和9中任一项所述的变速箱(2)，其中，第一和第二轴向可移动耦合套筒(42、43)的第一挡位置对应于范围变速箱中的低范围挡。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的变速箱(2)，其中，第一和第二轴向可移动耦合套筒(42、43)的第二挡位置对应于范围变速箱中的高范围挡。
12.车辆(1)，其中，所述车辆(1)包括根据权利要求1-11中任一项所述的变速箱(2)。
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