CN115325115A

CN115325115A - 三级行星齿轮变速机构与多挡位自动变速器

Info

Publication number: CN115325115A
Application number: CN202211264030.4A
Authority: CN
Inventors: 刘艳芳; 郎泳泽; 徐向阳; 许晋; 张玉东; 王书翰; 董鹏
Original assignee: Beihang University; China North Vehicle Research Institute
Current assignee: Beihang University; China North Vehicle Research Institute
Priority date: 2022-10-17
Filing date: 2022-10-17
Publication date: 2022-11-11
Anticipated expiration: 2042-10-17
Also published as: CN115325115B

Abstract

本发明公开了一种三级行星齿轮变速机构与多挡位自动变速器，包括三个行星排和六个换挡元件，通过闭合六个换挡元件中的三个，实现七个前进挡和两个倒车挡。该机构的传动比变化范围大，低速时能够满足重型车辆对大扭矩的动力要求，高挡位能够满足重型车辆对经济性的需求；结构紧凑，体积小；传动效率高。

Description

三级行星齿轮变速机构与多挡位自动变速器

技术领域

本发明属于车辆传动技术领域，具体涉及一种三级行星齿轮变速机构与多挡位自动变速器。

背景技术

目前应用于重载车辆的变速器主要包括手动变速器（MT）、电控机械自动变速器（AMT）以及液力自动变速器（AT）。相较于MT和AMT，AT换挡过程无动力中断、换挡简单、适应性强，能够极好的适应重载车辆恶劣的工作环境。由于重载车辆行驶工况特殊，一般较少使用超速档，而传统的低自由度行星齿轮机构能够形成的理论挡位数少，且多有几个超速档，导致重载车辆能使用的有效挡位更少。无论是从挡位总数方面，还是从有效使用率方面来说，传统的低自由度行星齿轮机构已经无法满足重载车辆的需求，各个变速器厂商都在为新一代AT寻求新的行星齿轮变速机构。德国采埃孚（ZF）公司最新的重载车辆AT变速器Ecolife系列6挡AT变速器便采用三级行星齿轮变速器机构，而美国艾里逊公司以四级行星齿轮变速机构为基础，研发出第四代重载车辆AT变速器Allsion-4700系列；国内法士特集团基于四级行星齿轮变速机构，推出新一代9挡AT变速器FC8A120。可见，如何基于3-4个行星排，以较少的制动器和离合器数量，寻求能够满足大速比、尽可能数量多的减速比，且挡位分布合理的全新变速器构型方案，已经是各变速器生产商研究的重点。而目前国内除了法士特集团外，其余厂商对基于多级行星齿轮变速机构的多挡位自动变速器的研究较少，因此，研发基于对多级行星齿轮变速机构的多挡位自动变速器对提升我国AT技术水平具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种适用于重型车辆的三级行星齿轮变速机构和多挡位自动变速器。本发明的具体技术方案如下：

一种三级行星齿轮变速机构，包括第一行星排、第二行星排、第三行星排、第一连接轴1、第二连接轴2、第三连接轴3、第四连接轴4、第五连接轴5、第六连接轴6和第七连接轴7、第一制动器10、第二制动器20、第三制动器30、第一离合器40、第二离合器50、第三离合器60；

第一行星排包括第一中心轮110、第一行星轮保持架130和第一齿圈120，第二行星排包括第二中心轮210、第二行星轮保持架230和第二齿圈220，第三行星排包括第三中心轮310、第三行星轮保持架330和第三齿圈320；

第一齿圈120固接于第一连接轴1，用于输入动力；第三行星轮保持架330固接于第二连接轴2，用于输出动力；第一中心轮110与第二齿圈220分别固接于第三连接轴3，第一行星轮保持架130固接于第四连接轴4，第三齿圈320固接于第五连接轴5，第二行星轮保持架230与第三中心轮310固接于第六连接轴6，第二中心轮210固接于第七连接轴7；

第一制动器10工作时，第一中心轮110和第二齿圈220相对变速器外壳0固定；第二制动器20工作时，第一行星轮保持架130相对变速器外壳0固定；第三制动器30工作时，第三齿圈320相对变速器外壳0固定；

第一离合器40工作时，第一齿圈120与第二中心轮210通过液压压紧摩擦片动态连接；第二离合器50工作时，第三行星轮保持架330与第二中心轮210液压压紧摩擦片动态连接；第三离合器60工作时，第一行星轮保持架130与第二行星轮保持架230通过液压压紧摩擦片动态连接、以及第一行星轮保持架130与第三中心轮310通过液压压紧摩擦片动态连接。

进一步的，所述第一行星排、第二行星排、第三行星排为单级行星排。

进一步的，仅第一制动器10、第三制动器30和第一离合器40共同工作时，实现前进一挡；仅第一制动器10、第三制动器30和第三离合器60共同工作时，实现前进二挡；仅第三制动器30、第一离合器40和第三离合器60共同工作时，实现前进三挡；仅第三制动器30、第二离合器50和第三离合器60共同工作时，实现前进四挡；仅第一离合器40、第二离合器50和第三离合器60共同工作时，实现前进五挡；仅第一制动器10、第二离合器50和第三离合器60共同工作时，实现前进六挡；仅第二制动器20、第二离合器50和第三离合器60共同工作时，实现前进七挡；仅第二制动器20、第三制动器30和第一离合器40共同工作时，实现倒车一挡；仅第二制动器20、第三制动器30和第二离合器50共同工作时，实现倒车二挡。

一种多挡位自动变速器，包括上述所述的三级行星齿轮变速机构以及发动机与变矩器端80。

本发明相对于现有技术的有益效果：

（1）实际挡位数多，能够使得发动机尽可能的工作在最经济区间，降低重型车辆的燃油消耗，从而减少排放。

（2）传动比变化范围大：低挡位传动比普遍较大并且最大传动比高达6.76，能够尽可能的放大扭矩，低速时能够满足重型车辆对大扭矩的动力要求；高挡位也能够满足重型车辆对经济性的需求。

（3）结构紧凑，体积小：不同于传统的固定齿轮式变速机构增加挡位需要增多啮合齿轮的数量从而导致变速箱尺寸增大，行星变速器机构通过仅需对行星排各构件采取不同的连接方式就能产生不同的传动比，能够极大的减小变速箱尺寸，减轻重量，从而降低车辆的整备质量。

（4）传动效率高：行星齿轮机构传动效率高，在相同工况下能够最大程度的减小动力损失，可以挑选功率、体积较小的发动机，减轻车辆重量。

附图说明

图1是本发明的三级行星齿轮变速机构的结构示意图。

图2是本发明的多挡位自动变速器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供一种三行星排液力自动变速器，涉及重型车辆技术领域，如图1和图2所示，包括第一行星排、第二行星排、第三行星排、第一连接轴1、第二连接轴2、第三连接轴3、第四连接轴4、第五连接轴5、第六连接轴6和第七连接轴7、第一制动器10、第二制动器20、第三制动器30、第一离合器40、第二离合器50、第三离合器60以及发动机与变矩器端80。

第一行星排包括第一中心轮110、第一行星轮保持架130和第一齿圈120。第二行星排包括第二中心轮210、第二行星轮保持架230和第二齿圈220。第三行星排包括第三中心轮310、第三行星轮保持架330和第三齿圈320。以上所述行星排均为单级行星排，即太阳轮与齿圈之间仅通过单排行星轮传递动力。

第一齿圈120固接于第一连接轴1，用于输入动力。第三行星轮保持架330固接于第二连接轴2，用于输出动力。第一中心轮110与第二齿圈220分别固接于第三连接轴3。第一行星轮保持架130固接于第四连接轴4。第三齿圈320固接于第五连接轴5。第二行星轮保持架230与第三中心轮310分别固接于第六连接轴6。第二中心轮210固接于第七连接轴7。

第一制动器10、第二制动器20、第三制动器30为多片湿式制动器。第一制动器10工作时，第一中心轮110和第二齿圈220相对变速器外壳0固定。第二制动器20工作时，第一行星轮保持架130相对变速器外壳固定。第三制动器30工作时，第三齿圈320相对变速器外壳固定。

第一离合器40、第二离合器50、第三离合器60为多片湿式离合器。第一离合器40工作时，第一齿圈120与第二中心轮210通过液压压紧摩擦片动态连接。第二离合器50工作时，第三行星轮保持架330与第二中心轮210液压压紧摩擦片动态连接。第三离合器60工作时，第一行星轮保持架130与第二行星轮保持架230通过液压压紧摩擦片动态连接、以及第一行星轮保持架130与第三中心轮310通过液压压紧摩擦片动态连接。

不同于传统3行星排3自由度齿轮变速机构，本发明的三级行星齿轮变速机构自由度为4，每个挡位的实现需要闭合3个换挡元件以减少3个自由度，从而使得行星排各构件的运动唯一确定。通过闭合6个换挡元件中的3个，能够形成20个理论挡位，排除传动比相同挡位、考虑换挡过程仅改变一个换挡元件的开闭状态等因素，该机构能够实现至少7个前进挡和2个倒挡，以下描述了所有挡位换挡元件使用情况。

如表1所示，仅第一制动器10、第三制动器30和第一离合器40共同工作时，该机构实现前进一挡。仅第一制动器10、第三制动器30和第三离合器60共同工作时，该机构实现前进二挡。仅第三制动器30、第一离合器40和第三离合器60共同工作时，该机构实现前进三挡。仅第三制动器30、第二离合器50和第三离合器60共同工作时，该机构实现前进四挡。仅第一离合器40、第二离合器50和第三离合器60共同工作时，该机构实现前进五挡。仅第一制动器10、第二离合器50和第三离合器60共同工作时，该机构实现前进六挡。仅第二制动器20、第二离合器50和第三离合器60共同工作时，该机构实现前进七挡。仅第二制动器20、第三制动器30和第一离合器40共同工作时，该机构实现倒车一挡。仅第二制动器20、第三制动器30和第二离合器50共同工作时，该机构实现倒车二挡。

表1换挡逻辑表

以某一具体行星排特性参数为例，进行该三行星排液力自动变速器能够实现的传动比序列的说明。该具体实施例仅用于说明，本发明可实现的传动比序列范围不限于该例所说明的传动比序列范围。

列举具体行星排特性参数为，第一行星排固有传动比-1.6第二行星排固有传动比-1.6，第三行星排固有传动比-1.6。在此特定参数下，通过上述具体实施方式，本发明能够实现的传动比序列如表2所示。

表 2传动比序列

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种三级行星齿轮变速机构，其特征在于，包括第一行星排、第二行星排、第三行星排、第一连接轴（1）、第二连接轴（2）、第三连接轴（3）、第四连接轴（4）、第五连接轴（5）、第六连接轴（6）和第七连接轴（7）、第一制动器（10）、第二制动器（20）、第三制动器（30）、第一离合器（40）、第二离合器（50）、第三离合器（60）；

第一行星排包括第一中心轮（110）、第一行星轮保持架（130）和第一齿圈（120），第二行星排包括第二中心轮（210）、第二行星轮保持架（230）和第二齿圈（220），第三行星排包括第三中心轮（310）、第三行星轮保持架（330）和第三齿圈（320）；

第一齿圈（120）固接于第一连接轴（1），用于输入动力；第三行星轮保持架（330）固接于第二连接轴（2），用于输出动力；第一中心轮（110）与第二齿圈（220）分别固接于第三连接轴（3），第一行星轮保持架（130）固接于第四连接轴（4），第三齿圈（320）固接于第五连接轴（5），第二行星轮保持架（230）与第三中心轮（310）固接于第六连接轴（6），第二中心轮（210）固接于第七连接轴（7）；

第一制动器（10）工作时，第一中心轮（110）和第二齿圈（220）相对变速器外壳（0）固定；第二制动器（20）工作时，第一行星轮保持架（130）相对变速器外壳（0）固定；第三制动器（30）工作时，第三齿圈（320）相对变速器外壳（0）固定；

第一离合器（40）工作时，第一齿圈（120）与第二中心轮（210）通过液压压紧摩擦片动态连接；第二离合器（50）工作时，第三行星轮保持架（330）与第二中心轮（210）液压压紧摩擦片动态连接；第三离合器（60）工作时，第一行星轮保持架（130）与第二行星轮保持架（230）通过液压压紧摩擦片动态连接、以及第一行星轮保持架（130）与第三中心轮（310）通过液压压紧摩擦片动态连接。

2.根据权利要求1所述的三级行星齿轮变速机构，其特征在于，所述第一行星排、第二行星排、第三行星排为单级行星排。

3.根据权利要求1或2所述的三级行星齿轮变速机构，其特征在于，仅第一制动器（10）、第三制动器（30）和第一离合器（40）共同工作时，实现前进一挡；仅第一制动器（10）、第三制动器（30）和第三离合器（60）共同工作时，实现前进二挡；仅第三制动器（30）、第一离合器（40）和第三离合器（60）共同工作时，实现前进三挡；仅第三制动器（30）、第二离合器（50）和第三离合器（60）共同工作时，实现前进四挡；仅第一离合器（40）、第二离合器（50）和第三离合器（60）共同工作时，实现前进五挡；仅第一制动器（10）、第二离合器（50）和第三离合器（60）共同工作时，实现前进六挡；仅第二制动器（20）、第二离合器（50）和第三离合器（60）共同工作时，实现前进七挡；仅第二制动器（20）、第三制动器（30）和第一离合器（40）共同工作时，实现倒车一挡；仅第二制动器（20）、第三制动器（30）和第二离合器（50）共同工作时，实现倒车二挡。

4.一种多挡位自动变速器，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的三级行星齿轮变速机构以及发动机与变矩器端（80）。