CN1828089A - 具有四个行星齿轮组的九速变速器 - Google Patents

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Abstract

提供九速变速器,其包括具有六个转矩传送机构和各种固定连接以提供九个前进速度比和一个倒档速度比的四个行星齿轮组。该动力系包括连续连接到至少一个行星齿轮元件的发动机和转矩转换器,和与另一个行星齿轮元件连续连接的输出元件。该六个转矩传送机构以两组操作。可以获得减少的部件速度和改进的速度比。

Description

具有四个行星齿轮组的九速变速器
技术领域
本发明涉及动力变速器,该动力变速器具有由六个转矩传送设备控制以提供九个前进速度比和一个倒档速度比的四个行星齿轮组。
背景技术
客车(passenger vehicle)包含动力系,该动力系包括发动机、多速变速器(multi-speed transmission)、和差动或最终传动。该多速变速器通过允许发动机在其转矩范围内多次工作而增加该车辆的总工作范围。变速器中可用的前进速度比的数量决定了发动机转矩范围的重复次数。早期的自动变速器具有两个速度范围。这严重限制了车辆的总速度范围,并且因而需要相对较大的发动机以产生较宽的速度和转矩范围。这使得在慢速行进期间,发动机是在特定燃料消耗点工作而不是最有效点。因此,手动换档(副轴(countershaft)变速器)是最常用的。
随着三速和四速自动变速器的出现,自动换档(行星齿轮)变速器在广大驾车者中的受欢迎程度也逐渐增加。这些变速器提高了车辆的工作性能和燃料燃烧效率。速度比的增加量减少了比率之间的步长,从而通过使得在正常车辆加速状态下的比率替换基本上不为操作者所察觉,而改进了变速器的换档质量。
已经有建议将前进速度比的数量增加为六个或更多。在1978年1月31日授权给Polak的美国专利第4070927号和2002年7月23日授权给Raghavan和Usoro的美国专利第6422969号中公开了六速变速器。
与四速和五速变速器相比,六速变速器具有多个优点,包括改进了车辆加速和提高了燃料燃烧效率。虽然许多卡车应用了具有六个或更多前进速度比的动力传动装置,但是由于这些变速器的大小和复杂性的原因,客车制造仍然采用三速和四速自动变速器,而相对较少地使用五速和六速设备。
在授权给Raghavan、Bucknor和Usoro的美国专利第6623397号中公开了七速变速器。在授权给Haka的美国专利第6425841号中公开了八速变速器。Haka变速器使用了三个行星齿轮组和六个转矩传送(torque-transmitting)设备,包括两个制动器和两个离合器,用于提供八个前进速度比和一个倒档速度比。该行星齿轮组中的一个被定位和操作以便为其余两个行星齿轮组构建两个固定速度输入元件。与六速变速器相比,七速、八速和九速变速器进一步提供了加速和燃料燃烧效率的改进。然而,与上述六速变速器相似,由于复杂性、大小和成本的原因,阻碍了七速、八速和九速变速器的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的九速变速器,其具有控制成提供九个前进速度比和一个倒档速度比的四个行星齿轮组。该改进变速器的各种实施例提供了近比率步长(close ratio step),从而潜在地改进燃料燃烧效率、总体的远比率、以及实质相等的前进和倒档速度比,以提供改进的牵引性能。
在本发明的一个方面,该变速器具有四个行星齿轮组,其中每个具有第一、第二和第三元件,每个元件可以包括太阳齿轮、环形齿轮或行星架组件。
结合本说明书和权利要求中的第一、第二和第三齿轮组,这些组可以在附图中以任意顺序计数为“第一”到“第三”(例如从左向右、从右向左等)。此外,对于每个齿轮组,在附图中可以以任意顺序对每个齿轮组的第一、第二或第三元件计数为“第一”到“第三”(例如从上到下、从下到上等)。
在本发明的另一方面,除非这里特别说明,每个行星齿轮组的行星架组件可以是单齿轮架或双齿轮架。
在本发明的又一方面,第一互连元件将第一行星齿轮组的第一元件与第二行星齿轮组的第一元件连续连接。
在本发明的又一方面,第二互连元件将第二行星齿轮组的第二元件与第一行星齿轮组的第二元件或第三行星齿轮组的第一元件连续连接。
在本发明的又一方面,第三互连元件将第三行星齿轮组的第二元件与第四行星齿轮组的第一元件连续连接。
在本发明的又一方面,第四互连元件将第三行星齿轮组的第三元件与第四行星齿轮组的第二元件连续连接。
在本发明的又一方面,变速器包括与行星齿轮组的一个元件连续连接的输入轴和与行星齿轮组的另一个元件连续连接的输出轴。
在本发明的另一方面,第一转矩传送机构例如离合器,用于选择性地将第三行星齿轮组的第二元件与输入轴互连。
在本发明的另一方面,第二转矩传送机构例如离合器,用于选择性地将第三行星齿轮组的第三元件与输入轴互连。
在本发明的另一方面,第三转矩传送机构例如离合器,用于选择性地将第一或第二行星齿轮组的第三元件与第三行星齿轮组的第一元件互连。
在本发明的另一方面,第四转矩传送机构例如制动器,用于选择性地将第三行星齿轮组的第一元件与固定元件互连。
在本发明的另一方面,第五转矩传送机构例如制动器,用于选择性地将第四行星齿轮组的第二元件与固定元件互连。
在本发明的另一方面,第六转矩传送机构例如离合器,用于选择性地将第一行星齿轮组的第三元件与第三行星齿轮组的第一元件互连,或者用于选择性地将第一行星齿轮组的第二元件与第二行星齿轮组的第三元件互连。
在本发明的另一方面,前进速度比换档与前进/倒档速度比换档都是单一转换(single transition)类型。
在本发明的另一方面,最低前进速度比与倒档速度比基本相等。
在本发明的另一方面,行星齿轮组之一的行星架组件是双齿轮架。
在本发明的另一方面,该双齿轮架可以是与固定元件连续连接的元件。
在本发明的另一方面,一个行星齿轮组的每个元件与另一行星齿轮组的不同元件或者该固定元件连续互连。
在本发明的另一方面,该六个转矩传送机构可以选择性地接合成两个,以产生九个前进速度比和一个倒档速度比。
所得到的变速器与具有更少速度比的变速器相比,可以提供显著更宽的比率范围。此外,还可以实现近比率步长。
根据以下结合附图对实施本发明的最佳模式的详细描述,本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将变得非常清楚。
附图说明
图1A是包含本发明的行星变速器一个实施例的动力系的示意图;图1B是描述图1A所示动力系的一些工作特性的真值表和图;图1C是描述当应用可选的环形齿轮/太阳齿轮齿比率(toothratio)时,图1A所示动力系的可选工作特性的真值表和图;图2A是具有本发明的行星变速器的第二实施例的动力系的示意图;图2B是描述图2A所示动力系的一些工作特性的真值表和图;图3A是包含本发明的行星变速器的第三实施例的动力系的示意图;图3B是描述图3A所示动力系的一些工作特性的真值表和图;图4A是包含本发明的行星变速器的第四实施例的动力系的示意图;图4B是描述图4A所示动力系的一些工作特性的真值表和图;图5A是包含本发明的行星变速器的第五实施例的动力系的示意图;和图5B是描述图5A所示动力系的一些工作特性的真值表和图。
具体实施方式
参照附图,其中相似的参考标记表示在多个视图中相同或相应的部件,图1A中示出了动力系10,其具有常规的发动机和转矩转换器12、行星变速器14和常规的最终传动机构16。
行星变速器14包括与发动机和转矩转换器12连续连接的输入轴17、行星齿轮装置18、和与最终传动机构16连续连接的输出轴19。该行星齿轮装置18包括四个行星齿轮组20、30、40和50。
行星齿轮组20包括太阳齿轮元件22、环形齿轮元件24和行星架组件26。行星架组件26包括可转动地安装在支架元件29上并且设置成同时与太阳齿轮元件22和环形齿轮元件24相啮合的多个小齿轮27。
行星齿轮组30包括太阳齿轮元件32、环形齿轮元件34和行星架组件36。行星架组件36包括可转动地安装在支架元件39上并且设置成同时与太阳齿轮元件32和环形齿轮元件34相啮合的多个小齿轮37。
行星齿轮组40包括太阳齿轮元件42、环形齿轮元件44和行星架组件46。行星架组件46包括可转动地安装在支架元件49上并且设置成同时与太阳齿轮元件42和环形齿轮元件44相啮合的多个小齿轮47。
行星齿轮组50包括太阳齿轮元件52、环形齿轮元件54和行星架组件56。行星架组件56包括可转动地安装在支架元件59上并且设置成同时与太阳齿轮元件52和环形齿轮元件54相啮合的多个小齿轮57。
输入轴17通过连续连接到第一中间轴94的鼓状物(drum)92与太阳齿轮元件22连续连接。输入轴17还通过连接太阳齿轮元件22和32的互连元件76而与太阳齿轮元件32连续连接。
输出轴19与行星架组件56连续连接。行星架组件26通过互连元件70与环形齿轮元件34连续连接。行星架组件46通过互连元件72与环形齿轮元件54连续连接,并且从而连接到输入轴17(直接通过第一中间轴94和鼓状物92)。太阳齿轮元件42通过互连元件74与太阳齿轮元件52连续连接。太阳齿轮元件22通过互连元件76与太阳齿轮元件32连续连接。外壳壁82在行星齿轮组30和40之间延伸。壁82为离合器64和69提供支撑和供油。
太阳齿轮元件42可以选择性地通过离合器60与输入轴17相连接。行星架组件46可以选择性地通过离合器62与输入轴17相连接。行星架组件36可以选择性地通过离合器64与环形齿轮元件44相连接。环形齿轮元件44可以选择性地通过制动器67与变速器外壳80相连接。环形齿轮元件54可以选择性地通过制动器68与变速器外壳80相连接。环形齿轮元件24可以选择性地通过离合器69与环形齿轮元件44相连接。
如图1B所示,特别是这里公开的真值表,转矩传送机构选择性地接合成两组以提供九个前进速度比和一个倒档速度比。转矩传送机构60、62、64、67、68和69优选为在行星齿轮变速器中常用的多盘类型(multiple disk-type)、流体启动摩擦传动形成设备(fluidactuated friction-drive establishing device)。
该倒档速度比通过离合器64和制动器68接合而形成。离合器64将行星架组件36与环形齿轮元件44相连,制动器68将环形齿轮元件54与变速器外壳80相连。太阳齿轮元件22和32以与输入轴17相同的速度旋转。行星架组件36以与环形齿轮元件44相同的速度旋转。环形齿轮元件34不旋转。行星架组件36以根据太阳齿轮元件32的速度和行星齿轮组30的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。行星架组件46和环形齿轮元件54不旋转。太阳齿轮元件42以与太阳齿轮元件52相同的速度旋转。太阳齿轮元件42以根据环形齿轮元件44的速度和行星齿轮组40的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。行星架组件56以与输出轴19相同的速度旋转。行星架组件56以及输出轴19也因而,以根据太阳齿轮元件52的速度和行星齿轮组50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。利用行星齿轮组30、40和50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定倒档速度比的数值。
第一前进速度比通过制动器68和离合器69接合而形成。制动器68将环形齿轮元件54与变速器外壳80相连,离合器69将环形齿轮元件24与环形齿轮元件44相连。太阳齿轮元件22和32以与输入轴17相同的速度旋转。行星架组件26和环形齿轮元件34不旋转。环形齿轮元件24以与环形齿轮元件44相同的速度旋转。环形齿轮元件24以根据太阳齿轮元件22的速度和行星齿轮组20的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。行星架组件46和环形齿轮元件54不旋转。太阳齿轮元件42以与太阳齿轮元件52相同的速度旋转。太阳齿轮元件42以根据环形齿轮元件44的速度和行星齿轮组40的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。行星架组件56以与输出轴19相同的速度旋转。行星架组件56以及输出轴19也因而,以根据太阳齿轮元件52的速度和行星齿轮组50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。利用行星齿轮组20、40和50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定第一前进速度比的数值。
第二前进速度比通过离合器60和制动器68接合而形成。离合器60将太阳齿轮元件42与输入轴17相连,制动器68将环形齿轮元件54与变速器外壳80相连。太阳齿轮元件22、32、42和52以与输入轴17相同的速度旋转。行星架组件46和环形齿轮元件54不旋转。行星架组件56以与输出轴19相同的速度旋转。行星架组件56以及输出轴19也因而,以根据太阳齿轮元件52的速度和行星齿轮组50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。利用行星齿轮组50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定第二前进速度比的数值。
第三前进速度比通过离合器60和69接合而形成。离合器60将太阳齿轮元件42与输入轴17相连,离合器69将环形齿轮元件24与环形齿轮元件44相连。太阳齿轮元件22、32、42和52以与输入轴17相同的速度旋转。行星架组件26和环形齿轮元件34不旋转。环形齿轮元件24以与环形齿轮元件44相同的速度旋转。环形齿轮元件24以根据太阳齿轮元件22的速度和行星齿轮组20的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。行星架组件46以与环形齿轮元件54相同的速度旋转。行星架组件46以根据环形齿轮元件44的速度、太阳齿轮元件42的速度和行星齿轮组40的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。行星架组件56以与输出轴19相同的速度旋转。行星架组件56以及输出轴19也因而,以根据环形齿轮元件54的速度、太阳齿轮元件52的速度和行星齿轮组50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。利用行星齿轮组20、40和50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定该第三前进速度比的数值。
第四前进速度比通过离合器60和制动器67接合而形成。离合器60将环形齿轮元件42与输入轴17相连,制动器67将环形齿轮元件44与变速器外壳80相连。太阳齿轮元件42和52以与输入轴17相同的速度旋转。行星架组件46以与环形齿轮元件54相同的速度旋转。环形齿轮元件44不旋转。行星架组件46以根据太阳齿轮元件42的速度和行星齿轮组40的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。行星架组件56以与输出轴19相同的速度旋转。行星架组件56以及输出轴19也因而,以根据太阳齿轮元件52的速度、环形齿轮元件54的速度和行星齿轮组50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。利用行星齿轮组40和50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定该第四前进速度比的数值。
第五前进速度比通过离合器60和64接合而形成。离合器60将太阳齿轮元件42与输入轴17相连,离合器64将行星架组件36与环形齿轮元件44相连。太阳齿轮元件22、32、42和52以与输入轴17相同的速度旋转。行星架组件36以与环形齿轮元件44相同的速度旋转。环形齿轮元件34和行星架组件26不旋转。行星架组件36以根据太阳齿轮元件32的速度和行星齿轮组30的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。行星架组件46以与环形齿轮元件54相同的速度旋转。行星架组件46以根据太阳齿轮元件42的速度、环形齿轮元件44的速度和行星齿轮组40的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。行星架组件56以与输出轴19相同的速度旋转。行星架组件56以及输出轴19也因而,以根据环形齿轮元件54的速度、太阳齿轮元件52的速度和行星齿轮组50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。利用行星齿轮组30、40和50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定该第五前进速度比的数值。
第六前进速度比通过离合器60和62接合而形成。离合器60将太阳齿轮元件42与输入轴17相连,离合器62将行星架组件46与输入轴17相连。在这种配置中,输入轴17直接与输出轴19连接。该第六前进速度比的数值为1。
第七前进速度比通过离合器62和64接合而形成。离合器62将行星架组件46与输入轴17相连,离合器64将行星架组件36与环形齿轮元件44相连。太阳齿轮元件22和32、行星架组件46和环形齿轮元件54以与输入轴17相同的速度旋转。行星架组件36以与环形齿轮元件44相同的速度旋转。环形齿轮元件34和行星架组件26不旋转。行星架组件36以根据太阳齿轮元件32的速度和行星齿轮组30的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。太阳齿轮元件42以与太阳齿轮元件52相同的速度旋转。太阳齿轮元件42以根据行星架组件46的速度、环形齿轮元件44的速度和行星齿轮组40的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。行星架组件56以与输出轴19相同的速度旋转。行星架组件56以及输出轴19也因而,以根据环形齿轮元件54的速度、太阳齿轮元件52的速度和行星齿轮组50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。利用行星齿轮组30、40和50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定该第七前进速度比的数值。
第八前进速度比通过离合器62和制动器67接合而形成。离合器62将行星架组件46与输入轴17相连,制动器67将环形齿轮元件44与变速器外壳80相连。太阳齿轮元件22和32、行星架组件46和环形齿轮元件54以与输入轴17相同的速度旋转。行星架组件26、环形齿轮元件34和环形齿轮元件44不旋转。太阳齿轮元件42以与太阳齿轮元件52相同的速度旋转。太阳齿轮元件42以根据行星架组件46的速度和行星齿轮组40的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。行星架组件56以与输出轴19相同的速度旋转。行星架组件56以及输出轴19也因而,以根据环形齿轮元件54的速度、太阳齿轮元件52的速度和行星齿轮组50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。利用行星齿轮组40和50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定该第八前进速度比的数值。
第九前进速度比通过离合器62和69接合而形成。离合器62将行星架组件46与输入轴17相连,离合器69将环形齿轮元件24与环形齿轮元件44相连。太阳齿轮元件22和32、行星架组件46和环形齿轮元件54以与输入轴17相同的速度旋转。行星架组件26和环形齿轮元件34不旋转。环形齿轮元件24以与环形齿轮元件44相同的速度旋转。环形齿轮元件24以根据太阳齿轮元件22的速度和行星齿轮组20的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。太阳齿轮元件42以与太阳齿轮元件52相同的速度旋转。太阳齿轮元件42以根据行星架组件46的速度、环形齿轮元件44的速度和行星齿轮组40的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。行星架组件56以与输出轴19相同的速度旋转。行星架组件56以及输出轴19也因而,以根据环形齿轮元件54的速度、太阳齿轮元件52的速度和行星齿轮组50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定的速度旋转。利用行星齿轮组20、40和50的环形齿轮/太阳齿轮齿比率确定该第九前进速度比的数值。
如上所述,在图1B的真值表中显示了用于转矩传送机构的接合表(engagement schedule)。该真值表还利用通过图1B中示例给出的环形齿轮/太阳齿轮齿比率提供了可用的速度比的例子。该NR1/SR1值是行星齿轮组20的齿比率;NR2/SR2值是行星齿轮组30的齿比率;NR3/SR3值是行星齿轮组40的齿比率;NR4/SR4值是行星齿轮组50的齿比率。
并且,图1B的图表描述了使用给定齿比率的样本获得的比率步长(ratio step)。例如,第一和第二前进速度比之间的步长比率(stepratio)是1.58,而倒档速度比和第一前进速度比之间的步长比率是-0.99。应当注意的是,单步和双步前进速度比交替与前进/倒档交替都是单一转换类型。
图1C的图表描述了利用给定的可选样本齿比率通过图1A的变速器获得的速度比和比率步长。其中使用了与图1B相同的关于转矩传送机构的接合表,同样用于图2B、图3C、图4B和图5B中。从而,单步和双步前进速度比交替与前进/倒档交替始终都是单一转换类型。
图1A的变速器14通过将太阳齿轮元件42、52以及环形齿轮元件44与行星齿轮组40、50的行星架组件56连接而提供了简化布置。变速器14的轴系需求通过以下措施而最小化:(i)通过第一中间轴94将太阳齿轮元件22、32与鼓状物92连接并从而与输入轴17连接,(ii)当离合器62接合时,通过第二中间轴96选择性地将行星架组件46和环形齿轮元件54与鼓状物92连接并从而与输入轴17连接,(iii)当离合器60接合时,通过第三中间轴98选择性地将太阳齿轮元件42、52与输入轴连接,以及(iv)将中间轴94、96、98设定为轴向布置。这就形成了紧凑式结构。从图1B的真值表中所示的速度比可以清楚,变速器14提供了一种深比率(deep ratio)、渐进步长的技术方案。倒档L的速度比和第一前进速度比几乎相同(虽然彼此方向相反)。第一前进速度比是非常深的比率5.766。这对于牵引应用是有用的。此外,沿着8.88的宽比率范围始终提供了基本相等的比率步长。并且,图1A中的所有行星齿轮组都是简单型设计(单行星)。
图2A示出了具有常规发动机和转矩转换器12、行星变速器114、和常规最终传动机构16的动力系110。
行星变速器114包括与发动机和转矩转换器12连续连接的输入轴17、行星齿轮装置118、和与最终传动机构16连续连接的输出轴19。行星齿轮装置118包括四个行星齿轮组120、130、140和150。
行星齿轮组120包括太阳齿轮元件122、环形齿轮元件124、和行星架组件126。行星架组件126包括可旋转地安装在支架元件129上并且设置成与太阳齿轮元件122和环形齿轮元件124均啮合的多个小齿轮127。
行星齿轮组130包括太阳齿轮元件132、环形齿轮元件134、和行星架组件136。行星架组件136包括可旋转地安装在支架元件139上并且设置成与太阳齿轮元件132和环形齿轮元件134均啮合的多个小齿轮137。
行星齿轮组140包括太阳齿轮元件142、环形齿轮元件144、和行星架组件146。行星架组件146包括可旋转地安装在支架元件149上并且设置成与太阳齿轮元件142和环形齿轮元件144均啮合的多个小齿轮147。
行星齿轮组150包括太阳齿轮元件152、环形齿轮元件154、和行星架组件156。行星架组件156包括可旋转地安装在支架元件159上并且设置成与太阳齿轮元件152和环形齿轮元件154均啮合的多个小齿轮157。
行星齿轮结构118还包括六个转矩传送机构160、162、164、167、168和169。转矩传送机构162、164、166和169是旋转型转矩传送机构,通常称为离合器。转矩传送机构167和168是固定型转矩传送机构,通常称为制动器或反作用离合器。
输入轴17与太阳齿轮元件122连续连接,输出轴19与行星架组件156连续连接。行星架组件126通过互连元件170与环形齿轮元件134连续连接。行星架组件146通过互连元件172与环形齿轮元件154连续连接。太阳齿轮元件142通过互连元件174与太阳齿轮元件152连续连接。太阳齿轮元件122通过互连元件176与太阳齿轮元件132连续连接。行星架组件126与变速器外壳180连续连接。外壳壁182在行星齿轮组30和40之间延伸。
太阳齿轮元件142(并且通过互连元件174因而使得太阳齿轮元件152)可以通过离合器160选择性地与输入轴17连接。行星架组件146(并且通过互连元件172因而使得环形齿轮元件154)可以通过离合器162选择性地与输入轴17连接。行星架组件136可以通过离合器164选择性地与环形齿轮元件144连接。环形齿轮元件144可以通过制动器167选择性地与变速器外壳180连接。环形齿轮元件154可以通过制动器168选择性地与变速器外壳180连接。环形齿轮元件124可以通过离合器169选择性地与环形齿轮元件144连接。
图2B的真值表描述了用于在图2A所示的行星齿轮装置118中提供九个前进速度比和一个倒档速度比的接合序列。如上面图1A的结构所显示和描述的,本领域普通技术人员根据图2B的真值表将会理解如何通过行星齿轮组120、130、140和150实现所示速度比。
图2B的真值表还提供了通过图2A所示行星齿轮组利用图2B中给出的样本齿比率而获得的速度比的例子。该NR1/SR1值是行星齿轮组120的齿比率;NR2/SR2值是行星齿轮组130的齿比率;NR3/SR3值是行星齿轮组140的齿比率;NR4/SR4值是行星齿轮组150的齿比率。
图2B中还示出了在前进方向上的单步比率之间的比率步长以及倒档对第一前进速度比步长。例如,第一对第二步长比率是2.12。还应当注意,单步和双步前进速度比交替以及前进/倒档交替都是单一转换类型。
应当注意的是,所有行星齿轮组都使用单独的支架元件。低齿轮比率(第一前进速度)是7.03,其表明了工作范围,相对于图1A的变速器的低齿轮比率5.24。图1A的变速器14和图2A的114的相似点在于,使用相似的离合器69和169分别控制行星齿轮组20、120的选择性连接,而使用相似的离合器64和164分别控制行星齿轮组30、130的选择性连接。
转到图3A,动力系120包括转矩转换器12、行星变速器214和最终传动机构16。行星变速器214包括与发动机和转矩转换器12连续连接的输入轴17、行星齿轮装置218、和与最终传动机构16连续连接的输出轴19。行星齿轮装置218包括四个行星齿轮组220、230、240和250。
行星齿轮组220包括太阳齿轮元件222、环形齿轮元件224、和行星架组件226。行星架组件226是复合行星类型,并且包括可旋转地安装在支架元件229上的小齿轮227和228。该小齿轮227设置成与太阳齿轮元件222和小齿轮228相啮合。小齿轮228设置成与小齿轮227和环形齿轮元件224相啮合。
行星齿轮组230包括太阳齿轮元件232、环形齿轮元件234、和行星架组件236。行星架组件236包括可旋转地安装在支架元件239上并且设置成与太阳齿轮元件232和环形齿轮元件234均啮合的多个小齿轮237。
行星齿轮组240包括太阳齿轮元件242、环形齿轮元件244、和行星架组件246。行星架组件246包括可旋转地安装在支架元件249上并且设置成与太阳齿轮元件242和环形齿轮元件244均啮合的多个小齿轮247。
行星齿轮组250包括太阳齿轮元件252、环形齿轮元件254、和行星架组件256。行星架组件256包括可旋转地安装在支架元件259上并且设置成与太阳齿轮元件252和环形齿轮元件254均啮合的多个小齿轮257。
行星齿轮装置218还包括六个转矩传送机构260、262、264、267、268和269。转矩传送机构260、262和264是旋转型转矩传送机构,通常称为离合器。转矩传送机构267、268和269是固定型转矩传送机构,通常称为制动器或反作用离合器。
输入轴17与太阳齿轮元件222连续连接,输出轴19与行星架组件256连续连接。环形齿轮元件234通过互连元件270与环形齿轮元件244连续连接。行星架组件246通过互连元件272与环形齿轮元件254连续连接。太阳齿轮元件242通过互连元件274与太阳齿轮元件252连续连接。太阳齿轮元件222通过互连元件276与太阳齿轮元件232连续连接。行星架组件226与固定元件280连续连接。
太阳齿轮元件242(并且因而使得太阳齿轮元件252)可以通过离合器260选择性地与输入轴17连接。行星架组件246(并且因而使得环形齿轮元件254)可以通过离合器262选择性地与输入轴17连接。环形齿轮元件224可以通过离合器264选择性地与环形齿轮元件234连接。环形齿轮元件244可以通过制动器267选择性地与变速器外壳280连接。环形齿轮元件254可以通过制动器268选择性地与变速器外壳280连接。行星架组件236并且因而使得变速器外壳280可以通过离合器269选择性地与行星架组件226连接。
图3B的真值表描述了用于在图3A所示的行星齿轮装置218中提供九个前进速度比和一个倒档速度比的接合序列。如上面图1A的结构所显示和描述的,本领域普通技术人员根据图3B的真值表将会理解如何通过行星齿轮组220、230、240和250实现所示速度比。图3B的真值表还提供了通过图2A所示行星齿轮装置218利用图2B中给出的样本齿比率而获得的速度比的例子。该NR1/SR1值是行星齿轮组220的齿比率;NR2/SR2值是行星齿轮组230的齿比率;NR3/SR3值是行星齿轮组240的齿比率;NR4/SR4值是行星齿轮组250的齿比率。图3B中还示出了在前进方向上的单步比率之间的比率步长以及倒档对第一前进速度比步长。例如,第一对第二步长比率是1.39。通过使用复合型行星架组件226,可以利用小齿轮228来使得离合器269作为制动器工作,以选择性地将行星架239与变速器外壳280连接。复合行星架组件226允许支架元件229接地(即与变速器外壳280连续连接)以便为离合器269同时提供接地和活塞外壳(piston housing)。应当注意的是,离合器64、164和264分别为图1A、2A和3A中的环形齿轮44、144和244提供正速度旋转。离合器69、169和269分别为图1A、2A和3A中的环形齿轮44、144和244提供负速度。
转到图4A,动力系310包括转矩转换器12、行星变速器314和最终传动机构16。行星变速器314包括与发动机和转矩转换器12连续连接的输入轴17、行星齿轮装置318、和与最终传动机构16连续连接的输出轴19。行星齿轮装置318包括四个行星齿轮组320、330、340和350。
行星齿轮组320包括太阳齿轮元件322、环形齿轮元件324、和行星架组件326。行星架组件326包括可旋转地安装在支架元件329上并且设置成与太阳齿轮元件322和环形齿轮元件324均啮合的多个小齿轮327。
行星齿轮组330包括太阳齿轮元件332、环形齿轮元件334、和行星架组件336。行星架组件336包括可旋转地安装在支架元件339上的小齿轮337和338。小齿轮337设置成与太阳齿轮元件332和小齿轮338相啮合。小齿轮338设置成与小齿轮337和环形齿轮元件334相啮合。
行星齿轮组340包括太阳齿轮元件342、环形齿轮元件344、和行星架组件346。行星架组件346包括可旋转地安装在支架元件349上并且设置成与太阳齿轮元件342和环形齿轮元件344均啮合的多个小齿轮347。
行星齿轮组350包括太阳齿轮元件352、环形齿轮元件354、和行星架组件356。行星架组件356包括可旋转地安装在支架元件359上并且设置成与太阳齿轮元件352和环形齿轮元件354均啮合的多个小齿轮357。
行星齿轮装置318还包括六个转矩传送机构360、362、364、367、368和369。转矩传送机构360、362、364和369是旋转型转矩传送机构,通常称为离合器。转矩传送机构367和368是固定型转矩传送机构,通常称为制动器或反作用离合器。
输入轴17与太阳齿轮元件322连续连接,输出轴19与行星架组件356连续连接。行星架组件326通过互连元件370与行星架组件336连续连接。行星架组件346通过互连元件372与环形齿轮元件354连续连接。太阳齿轮元件342通过互连元件374与太阳齿轮元件352连续连接。太阳齿轮元件322通过互连元件376与太阳齿轮元件332连续连接。行星架组件326与变速器外壳380连续连接。
太阳齿轮元件342(并且通过互连元件374而使得太阳齿轮元件352)可以通过离合器360选择性地与输入轴17连接。行星架组件346(并且通过互连元件372而使得环形齿轮元件354)可以通过离合器362选择性地与输入轴17连接。环形齿轮元件334可以通过离合器364选择性地与环形齿轮元件344连接。环形齿轮元件344可以通过制动器367选择性地与变速器外壳380连接。环形齿轮元件354可以通过制动器368选择性地与变速器外壳380连接。环形齿轮元件324可以通过制动器369选择性地与环形齿轮元件344连接。
图4B的真值表描述了用于在图4A所示的行星齿轮装置318中提供九个前进速度比和一个倒档速度比的接合序列。如上面图1A的结构所显示和描述的,本领域普通技术人员根据图3B的真值表将会理解如何通过行星齿轮组320、330、340和350实现该速度比。图4B的真值表还提供了通过图3A所示行星齿轮装置318利用图3B中给出的样本齿比率而获得的速度比的例子。该NR1/SR1值是行星齿轮组220的齿比率;NR2/SR2值是行星齿轮组230的齿比率;NR3/SR3值是行星齿轮组240的齿比率;NR4/SR4值是行星齿轮组250的齿比率。图4B中还示出了在前进方向上的单步比率之间的比率步长以及倒档对第一前进速度比步长。例如,第一对第二步长比率是1.39。
应当注意的是,图4A的行星齿轮装置318使用与复合行星架组件336连续连接的简单行星架组件326来有效地形成支架元件329和339以作为共用部件(即,支架329和339共同接地到变速器外壳380)。这使得行星齿轮组320和330中的共同数量的太阳齿轮元件和环形齿轮元件齿能够提供与倒档速度比相等的第一前进速度比。对于第一前进速度比和倒档速度比所显示的速度比均为4.00;然而,可以通过使用不同的环形齿轮/太阳齿轮齿比率来获得实质上更深的速度比。最后,行星齿轮组320和330的位置可以互换并且仍然能够提供与图4B中所示相同的速度比。
转到图5A,动力系410包括转矩转换器12、行星变速器414和最终传动机构16。行星变速器414包括与发动机和转矩转换器12连续连接的输入轴17、行星齿轮装置418、和与最终传动机构16连续连接的输出轴19。行星齿轮装置418包括四个行星齿轮组420、430、440和450。
行星齿轮组420包括太阳齿轮元件422、环形齿轮元件424、和行星架组件426。它包括可旋转地安装在支架元件429上并且设置成与太阳齿轮元件422和环形齿轮元件424均啮合的多个小齿轮427。
行星齿轮组430包括太阳齿轮元件432、环形齿轮元件434、和行星架组件436。行星架组件436包括可旋转地安装在支架元件439上并且设置成与太阳齿轮元件432和环形齿轮元件434均啮合的多个小齿轮437。
行星齿轮组440包括太阳齿轮元件442、环形齿轮元件444、和行星架组件446。行星架组件446包括可旋转地安装在支架元件449上并且设置成与太阳齿轮元件442和环形齿轮元件444均啮合的多个小齿轮447。
行星齿轮组450包括太阳齿轮元件452、环形齿轮元件454、和行星架组件456。行星架组件456包括可旋转地安装在支架元件459上的小齿轮457和458。小齿轮457设置成与太阳齿轮元件452和小齿轮458相啮合。小齿轮458设置成与小齿轮457和环形齿轮元件454相啮合。
行星齿轮装置418还包括六个转矩传送机构460、462、464、467、468和469。转矩传送机构460、462、464和469是旋转型转矩传送机构,通常称为离合器。转矩传送机构367和368是固定型转矩传送机构,通常称为制动器或反作用离合器。
输入轴17与太阳齿轮元件422连续连接,输出轴19与环形齿轮元件454连续连接。行星架组件426通过互连元件470与环形齿轮元件434连续连接。行星架组件446通过互连元件472与行星架组件456连续连接。太阳齿轮元件442通过互连元件474与太阳齿轮元件452连续连接。太阳齿轮元件422通过互连元件476与太阳齿轮元件432连续连接。行星架组件426与变速器外壳480连续连接。外壳壁482在行星齿轮组430和440之间延伸。
太阳齿轮元件442(并且通过互连元件474而使得太阳齿轮元件452)可以通过离合器460选择性地与输入轴17连接。行星架组件446(并且通过互连元件472而使得行星架组件456)可以通过离合器462选择性地与输入轴17连接。行星架组件436可以通过离合器464选择性地与环形齿轮元件444连接。环形齿轮元件444可以通过制动器467选择性地与变速器外壳480连接。行星架组件456可以通过制动器468选择性地与变速器外壳480连接。环形齿轮元件424可以通过制动器469选择性地与环形齿轮元件444连接。
图5B的真值表描述了用于在图5A所示的行星齿轮装置418中提供九个前进速度比和一个倒档速度比的接合序列。如上面图1A的结构所显示和描述的,本领域普通技术人员根据图5B的真值表将会理解如何通过行星齿轮组420、430、440和450实现该速度比。图5B的真值表还提供了通过图5A所示行星齿轮装置418利用图5B中给出的样本齿比率而获得的速度比的例子。该NR1/SR1值是行星齿轮组420的齿比率;NR2/SR2值是行星齿轮组430的齿比率;NR3/SR3值是行星齿轮组440的齿比率;NR4/SR4值是行星齿轮组450的齿比率。图5B中还示出了在前进方向上的单步比率之间的比率步长以及倒档对第一前进速度比步长。例如,第一对第二步长比率是1.39。应当注意的是,行星齿轮组450在较高的输出速度时,通过利用离合器462连接行星架组件456和发动机12而提供持续操作来代替超速输出,从而减少了由于行星质量而对小齿轮轴承施加的离心载荷。这种分别通过离合器62、162、262和362对各个齿轮组50、150、20、350与发动机12进行的连接,可以通过在行星架组件46、146、246、346和行星架组件56、156、256、356之间的互连元件来替换各个互连元件72、172、272和372,从而替换图1A、2A、3A和4A中的变速器。
图1A到图5A中所示的九速变速器具有一个速度比范围,使得能够获得高速小排量发动机所必需的很高的牵引力以提供用于提高的燃料燃烧效率的近步长变速,或者能够获得如果用于越野应用的较高牵引力。对于牵引以及其他应用可以希望有实质上相等的第一速度比和倒档速度比。仅利用六个离合器就获得九个前进速度比的能力意味着成本节省。最后,通过所提供的宽比率范围,本发明提供了去除额外动力传动部件的可能性,该额外动力传动部件是提供与越野车、工程车和拖车相应的额外牵引力所需要的,从而实现了潜在的成本节约。
虽然已经详细描述了实现本发明的最佳模式,但是对本发明相关的技术领域熟悉的技术人员将会认识到在所附权利要求范围内的用于实现本发明的各种可替换设计和实施例。

Claims (19)

1.一种多速变速器,包括:输入轴;输出轴;第一、第二、第三和第四行星齿轮组,每个具有第一、第二和第三元件,所述元件包括太阳齿轮元件、环形齿轮元件和行星架组件;所述行星齿轮组之一的所述元件之一与固定元件连续连接;所述输入轴与所述行星齿轮组的一个元件连续连接,并且所述输出轴与所述行星齿轮组的另一元件连续连接;第一互连元件,将所述第一行星齿轮组的所述第一元件与所述第二行星齿轮组的所述第一元件连续互连;第二互连元件,将所述第二行星齿轮组的所述第二元件与所述第一行星齿轮组的所述第二元件和所述第三行星齿轮组的所述第一元件中的一个连续互连;第三互连元件,将所述第三行星齿轮组的所述第二元件与所述第四行星齿轮组的所述第一元件连续互连;第四互连元件,将所述第三行星齿轮组的所述第三元件与所述第四行星齿轮组的所述第二元件连续互连;六个转矩传送机构,用于选择性地将所述行星齿轮组的所述元件与所述输入轴、所述固定元件或所述行星齿轮组的其他元件互相连接,所述六个转矩传送机构接合成两组以便在所述输入轴和所述输出轴之间形成九个前进速度比和一个倒档速度比。
2.如权利要求1所述的多速变速器,其中所述行星齿轮组之一的所述行星架组件是双齿轮架。
3.如权利要求1所述的多速变速器,其中与所述固定元件连续连接的所述元件是所述行星齿轮组之一的所述行星架组件。
4.如权利要求4所述的多速变速器,其中所述双齿轮架是与所述固定元件连续连接的所述元件。
5.如权利要求1所述的多速变速器,其中所述行星齿轮组之一的每个所述元件与所述行星齿轮组中另一个的不同元件连续互连或者与所述固定元件连续互连。
6.如权利要求1所述的多速变速器,其中所述六个转矩传送机构的第一个用于选择性地将所述第三行星齿轮组的所述第二元件与所述输入轴互连。
7.如权利要求1所述的多速变速器,其中所述六个转矩传送机构的第二个用于选择性地将所述第三行星齿轮组的所述第三元件与所述输入轴互连。
8.如权利要求1所述的多速变速器,其中所述六个转矩传送机构的第三个用于选择性地将所述第一或第二行星齿轮组中之一的所述第三元件与所述第三行星齿轮组的所述第一元件互连。
9.如权利要求1所述的多速变速器,其中所述六个转矩传送机构的第四个用于选择性地将所述第三行星齿轮组的所述第一元件与所述固定元件互连。
10.如权利要求1所述的多速变速器,其中所述六个转矩传送机构的第五个用于选择性地将所述第四行星齿轮组的所述第二元件与所述固定元件互连。
11.如权利要求1所述的多速变速器,其中所述六个转矩传送机构的第六个用于选择性地将所述第一行星齿轮组的所述第三元件与所述第三行星齿轮组的所述第一元件互连,或者将所述第一行星齿轮组的所述第二元件与所述第二行星齿轮组的所述第三元件互连。
12.如权利要求1所述的多速变速器,其中最低的所述前进速度比与所述倒档速度比基本相等。
13.如权利要求1所述的多速变速器,其中前进速度比换档和前进/倒档换档都是单一转换类型。
14.一种多速变速器,包括:输入轴;输出轴;第一、第二、第三和第四行星齿轮组,每个具有第一、第二和第三元件,所述元件包括太阳齿轮元件、环形齿轮元件和行星架组件;所述行星齿轮组之一的所述元件之一与固定元件连续连接;所述第一行星齿轮组的所述第一元件与所述第二行星齿轮组的所述第一元件和所述输入轴连续连接;所述第二行星齿轮组的所述第二元件与所述第一行星齿轮组的所述第二元件和所述第三行星齿轮组的所述第一元件中的一个连续互连;所述第三行星齿轮组的所述第二元件与所述第四行星齿轮组的所述第一元件连续互连;所述第三行星齿轮组的所述第三元件与所述第四行星齿轮组的所述第一元件连续互连;所述第三行星齿轮组的所述第三元件与所述输出轴连续互连;第一转矩传送机构,用于选择性地将所述第三行星齿轮组的所述第二元件与所述输入轴互连;第二转矩传送机构,用于选择性地将所述第三行星齿轮组的所述第三元件与所述输入轴互连;第三转矩传送机构,用于选择性地将所述第一或第二行星齿轮组的所述第三元件与所述所述第三行星齿轮组的所述第一元件互连;第四转矩传送机构,用于选择性地将所述第三行星齿轮组的所述第一元件与所述固定元件互连;第五转矩传送机构,用于选择性地将所述第四行星齿轮组的所述第二元件与所述固定元件互连;第六转矩传送机构,用于选择性地将所述第一行星齿轮组的所述第三元件与所述第三行星齿轮组的所述第一元件互连,或者将所述第一行星齿轮组的所述第二元件与所述第二行星齿轮组的所述第三元件互连;和所述六个转矩传送机构以两组进行操作以提供九个前进速度比和一个倒档速度比。
15.如权利要求14所述的多速变速器,其中所述行星齿轮组之一的所述行星架组件是双齿轮架。
16.如权利要求15所述的多速变速器,其中与所述固定元件连续连接的所述元件是所述行星齿轮组之一的所述行星架组件。
17.如权利要求15所述的多速变速器,其中所述行星齿轮组之一的每个所述元件与所述行星齿轮组中另一个的不同元件连续互连或者与所述固定元件连续互连。
18.如权利要求14所述的多速变速器,其中最低的所述前进速度比与所述倒档速度比基本相等。
19.一种多速变速器,包括:输入轴;输出轴;第一、第二、第三和第四行星齿轮组,所述行星齿轮组中的每一个具有第一、第二和第三元件,所述元件包括太阳齿轮元件、行星架组件和环形齿轮元件;六个转矩传送机构,所述转矩传送机构中的每一个用于选择性地将所述行星齿轮组的所述元件与所述输入轴、所述固定元件或所述行星齿轮组的另一个所述元件互连;所述输入轴与所述行星齿轮组中的两个连续连接,并且选择性地通过所述六个转矩传送机构中的两个中的任意一个与所述行星齿轮组中的其他两个连接;所述输出轴与所述行星齿轮组之一的所述元件之一连续连接,所述行星齿轮组之一的其他所述元件的每一个与所述行星齿轮组中另一个的相应元件连接;所述六个转矩传送机构接合成两组,从而在所述输入轴和所述输出轴之间形成九个前进速度比和一个倒档速度比。
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