CN116379112B - 一种多挡位行星齿轮变速机构及其自动变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于车辆传动技术领域，公开了一种多挡位行星齿轮变速机构及其自动变速器，包括发动机与液力变矩器端、三级行星传动机构、第一传动轴、第二传动轴，第一传动轴用于输入动力，第二传动轴用于输出动力；所述三级行星传动机构包括三个行星排、三个制动器以及三个离合器，能够实现七个前进挡和两个倒挡。该多挡位行星齿轮变速机构及其自动变速器通过调整行星排固有传动比，能够使得最大前进挡传动比大于8，充分满足车辆在低速情况下对扭矩的需求，提升车辆动力性能；并且所有挡位切换均满足简单换挡原则，可以获得较高的换挡品质，降低换挡冲击，提高变速器寿命。

Description

一种多挡位行星齿轮变速机构及其自动变速器
技术领域
本发明属于车辆传动技术领域，具体涉及一种多挡位行星齿轮变速机构及其自动变速器。
背景技术
液力自动变速器作为目前主流的自动变速器之一，其具有的大传递扭矩、强适应性、高功率密度等特点使得其广泛应用于乘用车和商用车、轮式车辆和履带车辆等领域。随着国民经济的发展，对轮式、履带等重载车辆的需求与日俱增，与之相应的是对于大功率、单/双侧传动式液力自动变速器的需求的增长。目前，国内在相应方面的研究较少，对应的产品也较少，不利于后续对相关自动变速器的开发与创新发展。
传动装置构型方案的创新是液力自动变速器开发与创新发展的关键，然而，一方面，因为多行星排结构的连接组合会产生数以亿计的可能方案，不利于通过常规方法筛选获得优秀构型；另一方面，因为已有的优秀的多挡位行星传动机构构型方案受到专利的保护和技术的垄断，限制了基于已有行星齿轮变速机构进行改进升级的发展空间，从而导致如何基于较少的行星排、制动器、离合器的数量，设计出能够满足速比大、传动效率高、结构紧凑、挡位多并且挡间比设计合理、挡位切换简单等一系列使用需求的变速器构型方案成为当前车辆传动装置实现构型创新的瓶颈问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了由3个行星排、3个制动器和3个离合器构成的一种新型的行星齿轮变速机构及其自动变速器，具有效率高、套轴少、结构紧凑等特点，能够实现至少7个前进挡位和2个倒挡，所有相邻挡位之间均满足简单换挡原则。本发明采用以下技术方案;
本发明提供一种多挡位行星齿轮变速机构，包括：
三级行星传动机构、第一传动轴1、第二传动轴2，第一传动轴1用于输入动力，第二传动轴2用于输出动力；
三级行星传动机构包括第一行星排、第二行星排、第三行星排、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、第三传动轴3、第四传动轴4、第五传动轴5、第六传动轴6和第七传动轴7；
第一行星排为单行星轮的行星排，包括第一中心轮110、第一行星轮保持架130和第一齿圈120，第二行星排为单行星轮的行星排，包括第二中心轮210、第二行星轮保持架230和第二齿圈220，第三行星排为双行星轮的行星排，包括第三中心轮310、第三行星轮保持架330和第三齿圈320；第一中心轮110固接于第一传动轴1；第三齿圈320固接于第二传动轴2；第一行星轮保持架130固接于第三传动轴3；第一齿圈120固接于第四传动轴4，第二齿圈220固接于第四传动轴4；第三行星轮保持架330固接于第五传动轴5；第二中心轮210固接于第六传动轴6；第二行星轮保持架230固接于第七传动轴7，第三中心轮310固接于第七传动轴7；
第一制动器10用于制动第一行星轮保持架130，第二制动器20用于制动第一齿圈120、以及用于制动第二齿圈220，第三制动器30用于制动第三行星轮保持架330；第一离合器40用于连接第一中心轮110与第二中心轮210，第二离合器50用于连接第一行星轮保持架130与第二行星轮保持架230、以及用于连接第一行星轮保持架130与第三中心轮310，第三离合器60用于连接第二中心轮210与第三行星轮保持架330。
进一步，包括第一至第七前进挡和第一至第二倒挡。
进一步，当第二制动器20、第三制动器30与第一离合器40共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进一挡模式；
当第二制动器20、第三制动器30与第二离合器50共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进二挡模式；
当第三制动器30、第一离合器40与第二离合器50共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进三挡模式；
当第三制动器30、第二离合器50与第三离合器60共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进四挡模式；
当第一离合器40、第二离合器50与第三离合器60共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进五挡模式；
当第二制动器20、第二离合器50与第三离合器60共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进六挡模式；
当第一制动器10、第二离合器50与第三离合器60共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进七挡模式；
当第一制动器10、第三制动器30与第一离合器40共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现倒车一挡模式；
当第一制动器10、第三制动器30与第三离合器60共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现倒车二挡模式。
进一步，所述第一制动器10、第二制动器20、第三制动器30为湿式多片式制动器，所述第一离合器40、第二离合器50、第三离合器60为湿式多片式离合器。
本发明还提供一种多挡位自动变速器，包括上述多挡位行星齿轮变速机构以及发动机70与液力变矩器端80。
本发明相对于现有技术的有益效果：
（1）能够实现至少7个前进挡位与2个倒挡挡位，在特殊情况下可实现更多；
（2）通过调整行星排固有传动比，能够使得最大前进挡传动比大于8，充分满足车辆在低速情况下对扭矩的需求，提升车辆动力性能；
（3）所有挡位切换均满足简单换挡原则，可以获得较高的换挡品质，降低换挡冲击，提高变速器寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图可以更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是多挡位行星齿轮变速机构结构示意图；
图2是自动变速器结构示意图。
图中，1-第一传动轴，2-第二传动轴，3-第三传动轴，4-第四传动轴，5-第五传动轴，6-第六传动轴，7-第七传动轴，10-第一制动器，20-第二制动器，30-第三制动器，40-第一离合器，50-第二离合器，60-第三离合器，70-发动机，80-液力变矩器端，110-第一中心轮，120-第一齿圈，130-第一行星轮保持架，210-第二中心轮，220-第二齿圈，230-第二行星轮保持架，310-第三中心轮，320-第三齿圈，330-第三行星轮保持架，
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明提供一种多挡位行星齿轮变速机构及其自动变速器，涉及车辆技术领域。多挡位行星齿轮变速机构及其自动变速器包括发动机70与液力变矩器端80、三级行星传动机构、第一传动轴1、第二传动轴2。
三级行星传动机构包括第一行星排、第二行星排、第三行星排、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、第三传动轴3、第四传动轴4、第五传动轴5、第六传动轴6和第七传动轴7。第一行星排为单行星轮的行星排，包括第一中心轮110、第一行星轮保持架130和第一齿圈120。第二行星排为单行星轮的行星排，包括第二中心轮210、第二行星轮保持架230和第二齿圈220。第三行星排为双行星轮的行星排，包括第三中心轮310、第三行星轮保持架330和第三齿圈320。第一中心轮110固接于第一传动轴1。第三齿圈320固接于第二传动轴2。第一行星轮保持架130固接于第三传动轴3。第一齿圈120固接于第四传动轴4，第二齿圈220固接于第四传动轴4。第三行星轮保持架330固接于第五传动轴5。第二中心轮210固接于第六传动轴6。第二行星轮保持架230固接于第七传动轴7，第三中心轮310固接于第七传动轴7。发动机70与液力变矩器端80与第一传动轴1传动连接，用于输入动力。第二传动轴2用于输出动力。
第一制动器10用于制动第一行星轮保持架130。第二制动器20用于制动第一齿圈120、以及用于制动第二齿圈220。第三制动器30用于制动第三行星轮保持架330。第一离合器40用于连接第一中心轮110与第二中心轮210。第二离合器50用于连接第一行星轮保持架130与第二行星轮保持架230、以及用于连接第一行星轮保持架130与第三中心轮310。第三离合器60用于连接第二中心轮210与第三行星轮保持架330。第一制动器10工作时，第一行星轮保持架130相对变速器外壳0固定。第二制动器20工作时，第一齿圈120和第二齿圈220相对变速器外壳0固定。第三制动器30工作时，第三行星轮保持架330相对变速器外壳0固定。第一离合器40工作时，第一中心轮110与第二中心轮210传动连接。第二离合器50工作时，第一行星轮保持架130与第二行星轮保持架230传动连接、以及第一行星轮保持架130与第三中心轮310传动连接。第三离合器60工作时，第二中心轮210与第三行星轮保持架330传动连接。
上述第一制动器10、第二制动器20、第三制动器30均为湿式多片式制动器，第一离合器40、第二离合器50、第三离合器60均为湿式多片式离合器。
当第二制动器20、第三制动器30与第一离合器40共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进一挡模式。当第二制动器20、第三制动器30与第二离合器50共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进二挡模式。当第三制动器30、第一离合器40与第二离合器50共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进三挡模式。当第三制动器30、第二离合器50与第三离合器60共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进四挡模式。当第一离合器40、第二离合器50与第三离合器60共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进五挡模式。当第二制动器20、第二离合器50与第三离合器60共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进六挡模式。当第一制动器10、第二离合器50与第三离合器60共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进七挡模式。当第一制动器10、第三制动器30与第一离合器40共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现倒车一挡模式。当第一制动器10、第三制动器30与第三离合器60共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现倒车二挡模式。上述换挡逻辑如表1所示。
表1换挡逻辑示意
注：“√”表示该换挡元件闭合，否则表示换挡元件打开。
为方便理解以某一具体行星排特性参数为例，进行该多挡位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。例举具体行星排特性参数为，第一行星排固有传动比为-1.2000，第二行星排固有传动比为-2.7323，第三行星排固有传动比为2.2682。在此特定参数下，通过上述具体实施方式，本专利能够实现的7个前进挡位与2个倒挡挡位的速比序列如表2所示。
表2示例速比序列
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、 “上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多挡位行星齿轮变速机构，其特征在于，包括：
三级行星传动机构、第一传动轴（1）、第二传动轴（2），第一传动轴（1）用于输入动力，第二传动轴（2）用于输出动力；
三级行星传动机构包括第一行星排、第二行星排、第三行星排、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）、第三传动轴（3）、第四传动轴（4）、第五传动轴（5）、第六传动轴（6）和第七传动轴（7）；
第一行星排为单行星轮的行星排，包括第一中心轮（110）、第一行星轮保持架（130）和第一齿圈（120），第二行星排为单行星轮的行星排，包括第二中心轮（210）、第二行星轮保持架（230）和第二齿圈（220），第三行星排为双行星轮的行星排，包括第三中心轮（310）、第三行星轮保持架（330）和第三齿圈（320）；第一中心轮（110）固接于第一传动轴（1）；第三齿圈（320）固接于第二传动轴（2）；第一行星轮保持架（130）固接于第三传动轴（3）；第一齿圈（120）固接于第四传动轴（4），第二齿圈（220）固接于第四传动轴（4）；第三行星轮保持架（330）固接于第五传动轴（5）；第二中心轮（210）固接于第六传动轴（6）；第二行星轮保持架（230）固接于第七传动轴（7），第三中心轮（310）固接于第七传动轴（7）；
第一制动器（10）用于制动第一行星轮保持架（130），第二制动器（20）用于制动第一齿圈（120）、以及用于制动第二齿圈（220），第三制动器（30）用于制动第三行星轮保持架（330）；第一离合器（40）用于连接第一中心轮（110）与第二中心轮（210），第二离合器（50）用于连接第一行星轮保持架（130）与第二行星轮保持架（230）、以及用于连接第一行星轮保持架（130）与第三中心轮（310），第三离合器（60）用于连接第二中心轮（210）与第三行星轮保持架（330）。
2.根据权利要求1所述的多挡位行星齿轮变速机构，其特征在于，包括第一至第七前进挡和第一至第二倒挡。
3.根据权利要求2所述的多挡位行星齿轮变速机构，其特征在于，
当第二制动器（20）、第三制动器（30）与第一离合器（40）共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进一挡模式；
当第二制动器（20）、第三制动器（30）与第二离合器（50）共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进二挡模式；
当第三制动器（30）、第一离合器（40）与第二离合器（50）共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进三挡模式；
当第三制动器（30）、第二离合器（50）与第三离合器（60）共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进四挡模式；
当第一离合器（40）、第二离合器（50）与第三离合器（60）共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进五挡模式；
当第二制动器（20）、第二离合器（50）与第三离合器（60）共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进六挡模式；
当第一制动器（10）、第二离合器（50）与第三离合器（60）共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现前进七挡模式；
当第一制动器（10）、第三制动器（30）与第一离合器（40）共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现倒车一挡模式；
当第一制动器（10）、第三制动器（30）与第三离合器（60）共同工作且其他制动器或离合器不工作时，三级行星传动机构实现倒车二挡模式。
4.根据权利要求1-3任一项所述的多挡位行星齿轮变速机构，其特征在于，所述第一制动器（10）、第二制动器（20）、第三制动器（30）为湿式多片式制动器，所述第一离合器（40）、第二离合器（50）、第三离合器（60）为湿式多片式离合器。
5.一种多挡位自动变速器，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的多挡位行星齿轮变速机构以及发动机（70）与液力变矩器端（80）。
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