CN1912422A - 超级建挡自动变速器 - Google Patents

Abstract

一个超级建挡自动变速器是由多个完整的单级变速结构连接而成的，单级结构可以单独使用，有一套盘架结构组成，在单级结构中2排以上的行星齿轮组的同位行星齿轮，分为同轴同步，同轴不同步和不同轴不同步转动，各排齿轮组中的齿数比不同，通过变换连结和制动齿圈，实现变速传动；多级连接时即可获得多个变速结构变速数乘积数的变速数和动比值，实现超级建挡和大跨矩传动，在超级建挡条件下，可产生几十到几千个挡位，通过电控单元对挡位排序。其传动、执行和控制机构简单、稳定可靠、效率高、体积质量小，制造维修宜，适合各种车辆。

Description

超级建挡自动变速器

一、技术领域

本发明涉及一种行星齿轮自动变速器，特别是一种具有超级建挡能力的行星齿轮自动变速器：超级建挡自动变速器。

二、技术背景

目前各种手动、自动、无级等变速器，普遍存在着挡位有限、换挡动力中断、不够平顺快捷、刚性冲击大、能耗大、体积质量大、效率低、结构复杂、技术不够成熟、制造维修困难、成本高等各种问题。下面我们以带液力变矩器的行星齿轮自动变速器HMT和无级变速器CVT为例作以分析和对比。

托克福莱特三挡行星齿轮变速器有2排行星齿轮，3个离合器，2个制动器，2个被制动环，2套接出件、2个行星架、1个空心轴、1个输入轴、1个输出轴。只有3个进挡、1个倒挡，无超速挡。2排齿轮的太阳轮由空心轴3n固定连结，接出件M1绕过前齿圈可与前被制动环MB1和离合器C1结合，能输入动力，受前制动器B1控制，前排齿圈Z2与离合器C2可以结合，前排行星架Sn1通过中心轴2与后排齿圈Z2-2固定连结，后排行星架通过接出件M2绕过后排齿圈可与被制动环MB2和离合器C3结合，受制动器B2控制，通过上述结构和图1所示，可以得出以往行星齿轮变速器的复杂特性。目前HMT的7进1倒是顶级设计，再作提升已非常困难，在实际应用中特别是对大型客车和货车更是远远不够，HMT其挡位不足、结构复杂、成本过高是主要问题。

目前无级变速器CVT技术还不够成熟，许多技术问题还无法解决，应用有限，提高困难。但是它最大优点在于驱动功率的供求平衡点是无限的，而有挡变速器的各挡位与无级变速器驱动力的线切点处Ft相同，其余各点均小于无级变速器的Ft，不利于汽车加速。从理论上讲，挡位的增加，Ft的线切点也随之增加，达到极限时就可以认为是无级变速器了。只要挡位的设置，在每次换挡前后，发动机都能够保有最大的储备力和足够低的转速增量，就能保证发动机的抵转速和良好的运行状态，以及良好的加速性能，还能有效的降低油耗和噪声，增加发动机的使用寿命。

所以作为有挡变速器的发展，大幅度增加挡位设置是最重要的。

三、发明内容

综上所述，本发明的目的是：解决有挡变速器挡位不足，换挡困难，动力中断，平顺性差，能耗大，结构复杂，制造维修困难，体积质量大，传动效率低，成本高等问题。

为达到上述目的，在行星齿轮结构原理基础上，本发明提供了一种超级建挡自动变速器，其特征在于一个超级建挡自动变速器，是由多个单级变速结构连接而成的，在每个单级结构中有一套行星盘架，每套盘架是由带有行星轴空和中心轴空，能够将行星齿轮轴固定在行星轴线上的结构件，利用行星轴或是其它连结件连结组成的。这种结构件在一套盘架中的数量是根据齿轮排和变速结合的需要而设定的，其形状有盘形、骨架形等多种，是构成单级结构的框架，如图11所示，它可用轴承与中心轴结合，在中心轴上可以自由转动，它可以通过同步器结合套或离合器与中心传动轴作可变换传动连结，它也可以与中心传动轴固定连结，所以它也是传动件。在一套盘架结构中有多排行星齿轮，当输入和输出太阳轮为单个结构时，各排齿轮组中的同位行星齿轮，由一根行星齿轮轴固定串连，也可以采用连体行星齿轮，如图12所示，工作中都是同步转动，存在无太阳轮的不完整行星齿轮组；当输入和输出太阳轮为多个同步转动结构时，行星齿轮分为同轴和不同轴的不同步转动，不同步不同轴结构可以使动比值的设定更加随意，更加符合设计需要值。如图7所示。在盘架两端的输入和输出轴一般是通过同步器结合套或是离合器等可变换连结零件与太阳轮、行星盘架、齿圈结合，实现变速传动，分离时，传动中断，输入轴空转，输出轴停转。当输入和输出轴同时分别与输入端和输出端的太阳轮和盘架固定连结时，输入和输出两端都是不脱离变速传动，所以可实现无动力中断变速传动。

选用二级行星齿轮作换向传动时，有2种结构，其换向过程差别很大。一是二级行星齿轮与一级行星齿轮和输出太阳轮常啮合，当换向时设置在输出太阳轮和输出轴间的同步器结合套或是离合器结合，换向传动实现，执行过程有动力中断环节，虽然也可以在传动输入不停顿条件下换向，但要借助齿圈的放开制动，否则不能直接换向。二是当二级行星齿轮与一级行星齿轮和齿圈常啮合时，制动齿圈可以直接换向，这种换向方式可以在车辆前行中直接换向进入倒挡。如图3、图5所示。

一般情况下齿圈不作为直接传动零件，在齿圈外圆上有一圈稳定槽，制动环卡在槽中，工作中齿圈靠制动环稳定，制动环与齿轮箱间可设稳定连结件，齿圈不与其它零件连结。当齿圈作直接传动件时，需在中心传动轴上增加与其结合的同步器结合套或离合器等零件，制动行星盘架、结合件结合，齿圈传动，并可产生换向传动能，如图4所示。

根据上述和图2、图3、图4、图6、图7所示可以得出所谓单级变速结构就是可以单独作为变速器使用，只有一套行星盘架的变速结构；单级结构可分为：

同位行星齿轮同步转动，无换向传动功能的变速结构，该结构简单变速多，宜作多级连结，如图2所示。

行星齿轮不同步、不同轴转动的变速结构，该结构宜于传动比的精确设定。如图7所示。

设二级行星齿轮有换向和直接换向功能的变速结构，由于其快捷的换向功能和简单的结构，是换向传动的最佳结构。

无动力中断变速传动结构，该结构完全无动力中断变速环节，而且变速快捷平顺，最适宜于高级轿车、客车使用，还可以设计成减速增矩和增速减矩的两种结构相结合，适用于高速车辆，如图6、图7所示。

用齿圈作为传动零件，有换向传动功能的变速结构，如图4所示。

分析各种变速结构的各挡变速过程和动比值的情况，首先输入轴1与太阳轮Z1通过同步器结合套J1结合，输出轴2与行星盘架J1结合；此时输入太阳轮带动行星齿轮，由于同位行星齿轮无论有几排齿轮都，是同步转动的，而各排行星齿轮和齿圈的齿数比可以是不同的，制动不同的齿圈时，便会产生不同的动比转速，行星轴带动行星盘架，传出不同的动比转速，即输出太阳轮和与之啮合的行星齿轮的动比值，乘以被制动齿圈和与之啮合的行星齿轮的动比值，等于输出动比值；当输出轴与行星盘架脱离，改与输出太阳轮结合，此时输入太阳轮和与其啮合的行星齿轮的动比值，乘以输出太阳轮和与其啮合的行星齿轮的动比值，等于输出动比值；当输入轴与输入太阳轮脱离，改与行星盘架结合，此时被制动齿圈和与其啮合的行星齿轮的动比值，乘以输出太阳轮和与其啮合的行星齿轮的动比值，等于输出动比值；当输出轴再与输出太阳轮脱离，改与行星盘架结合，此时的输出动比值为1∶1。由上述可得在第一种单级变速结构中，可变速数为：输入和输出太阳轮数乘以可制动齿圈数加输入太阳数和输出太阳轮的结合数加1。如图2为6进挡变速结构，图3为11进5倒共16挡变速结构。

由于各种车辆的设计要求不同，对变速器输出端的要求也不同，以往对变速器要作很大的设计改动，才能改变输出端，而超级建挡自动变速器只需作很小的设计变动利用空心轴，与实心轴结合就可以任意设定，在一轴线上和多轴线上的输出端。如图8所示。

多级连接就是将多个完整的单级变速结构连接使用，多级连接有两种方式：一是在一条传动轴线上无限沿长连接，如图5、6、7所示；二是利用齿轮或链条等零件改变传动轴线，可在多条轴线上连接，可以减短轴线长度，如图8所示。这两种连接方式都可以获得每个单级结构变速数乘积数的动比变速数，实现超级建挡。

这种变速器可以直接作为电控的超级建挡自动变速器，也可以前接液力变矩器，制成超级建挡无级自动变速器，如与液力变矩器结合，由于其超级建挡功能和简单的结构，可以大幅度提高HMT的功能，即能满足其多挡位需求，还可以极大地简化HMT的复杂结构。

在超级建挡条件下，可产生几十个到几千个挡位，在一套变速换挡程序中一般是没有必要的，但是要在一台变速器上根据不同车辆、不同环境条件、不同行驶工况、不同驾驶喜好可以选择编制，和随时编制变速驱动方案，这种超级挡位便可以作为足够的供给选择的储备挡位。现有的一些多模式设计，只是在仅有的几个变速比不变的挡位中，选择不同的换挡时机罢了，不是真正意义上的多模式变速，只有在超级建条件下，才能设计出多个不同的挡位动比值、不同的挡位数量、不同的换挡时机等多种换挡变速模式，实现真正意义上的多模式变速器。

四、附图说明

图1托克福莱特型三挡行星齿轮变速器(3进1倒)

有2排行星齿轮、3个离合器、2个制动器、2个行星架、2套沿长接

有2排行星齿轮、3个离合器、2个制动器、2个行星架、2套沿长接出件、2个被动制动环、1根输入轴、1根输出轴，1根空心轴。

图2单级6挡变速器(无倒挡型)

有2排行星齿轮，1套行星盘架，2个同步器结合套(可用离合器)，1个双制动环制动器、1根输入轴、1根输出轴。

图3单级11挡变速器(11进5倒)

有3排行星齿轮、4个同步器结合套、1个双制动环和1个单制动环制动器，1套行星盘架、1根输入轴、1根输出轴。

图4单级7挡变速器(7进2倒)

有2排行星齿轮、1套行星盘架、4个同步器结合套、1个双环制动器、1根输入轴、1根输出轴。

图5二级36挡变速器(36进12倒)

有5排行星齿轮、2套行星盘架、4个同步器结合套、2个双环制动器、1个单环制动、1根输入轴、1根输出轴、1根空心连接轴。

图6二级12挡无动力中断变速器(12进4倒)

有5排行星齿轮，其中2排无太阳轮、2套行星盘架、3个同步器结合套、2个双环制动器、1个单环制动器、1根输入轴、1根输出轴、1根空心连接轴。无超速挡结构。

图7二级9档无动力中断变速器(9进3倒)

有5排行星齿轮、2套行星盘架、2个同步器结合套、2个双环制动器、1个单环制动器、1根输入油、1根连接轴、1根输出轴。

图8三级144挡变速器(144进72倒)

有6排行星齿轮、3套行星盘架、6个同步器结合套、3个双环制动器、1根输入轴、1根输出轴、2根空心连接轴。一条轴线连接式。

图9四级1728挡变速器(1728进576倒)

有10排行星齿轮、4套行星盘架、8个同步器结合套、4个双环制动器、2个单环制动器、1根输入轴、2根输出轴、2根空心连结轴、1根空心输入轴2个大齿轮。有2个输出端、2条轴线连接式。

图10行星齿轮和行星盘架及太阳轮展开示意图

图11带二级行星齿轮的盘架展开示意图

图12几种盘架构件图

图13固定串连行星齿轮和连体行星齿轮图

图14为图7第一级盘架上行星齿轮不同轴不同步的展开图。

图15为图7第二级盘架上行星齿轮同轴不同步，带二级行星齿轮换向展开图。

附图标注

1输入轴、2输出轴、3连接空心轴、3-1连接轴3n中间空心轴、4一级行星轴、5二级行星轴、Z1太阳轮、Z2齿圈、Z3行星轮、C离合器、B制动器、J盘架内同步器结合套、JV盘架外同步器结合套、Z4二级行星齿轮、S行星盘架、Sn行星架、Y齿圈结合件、P拔挡盘、Q中心轴承、SQ行星轴承、K1中心轴空、K2行星轴空、K3二级行星轴空、Z齿轮、M接出件、MB被制动环。

五、实施例

1、图2示出关于本发明的单级6挡变速结构。同步器结合套J1与太阳轮Z1结合，太阳轮输入动力，J2与行盘架S2结合，盘架输出动力，B1制动，为减速增矩i1，B2制动，为减速增矩i2；J2与Z1-2结合，太阳轮Z1-2输出动力，B1B2任意一个制动，为减速增矩i3；J1与S1结合、J2与S2结合，行星架作输入和输出，为1∶1i4；J2与Z1-2结合，盘架输入，太阳轮Z1-2输出，B1制动为增速减矩i5，B2制动，为增速减矩i6。

2、图3示出关于本发明的单级11挡进5挡倒的变速结构。J1与Z1结合，太阳轮Z1输入，J2与S2结合，盘架S输出，B1、B3、B2分别制动，为减速增矩i1、i2、i3，J3与Z1-3结合，太阳轮Z1-3输入，B1、B3、B2分别制动，为减速增矩i4、i5、i6；J1与Z1结合，太阳轮Z1输入，J4与Z1-3结合，太阳轮Z1-3输出，B为任意一个制动，为减速增矩i7；J1与S1结合，J2与S2结合，为1∶1i8，(J3与Z1-3，J4与Z1-3结合，为1∶1)，J1与S1结合，J4与Z1-3结合，盘架输入，太阳轮Z1-3输出，B1、B3、B2分别制动，为增速减矩i9、i10、i11；J1与Z1结合，J2与Z1-2结合，太阳轮Z1输入，Z1-2输出，二级行星齿轮Z4传动，B任意一个制动，为减速增矩倒挡-i1；J3与Z1-3结合，J2与Z1-2结合，太阳轮Z1-3输入，Z1-2输出，Z4传动，B任意一个制动，为减速增矩倒挡-i1，J3与Z1-3结合，J2与Z1-2结合，太阳轮Z1-3输入，Z1-2输出，Z4传动，B任意一个制动，为减速增矩-i2；J1与S1结合，J2与Z1-2结合，Z4传动，盘架输入，太阳轮Z1-2输出，B1、B3、B2分别制动，为增速减矩-i3、-i4、-i5。

3、图4示出关于本发明的单级7挡进2挡倒的变速结构。在实施例1的基础结构上，增加了齿圈的直接传动，前6挡与例1同，当J1与Z1结合，JV2与Y2结合，B4制动，太阳轮Z1输入，齿圈Z2-2输出，为减速增矩，倒挡-i1；JV1与Z2结合，JV2与Y2结合，B4制动，齿圈Z2输入，齿圈Z2-2输出，为减速增矩i7；JV1与Z2结合，J2与Z1-2结合，B 4制动，齿圈Z 2输入，太阳轮Z 1-2输出，为增速减矩倒挡-i2。

4、图5示出关于本发明二级36进挡12倒挡的变速结构。由1个3排1个2排行星齿轮的单级结构连接而成，第一级为6进变速，第二级为6进2倒变速，两级相乘为6*6＝36、6*2＝12，36+12＝48，即得36进挡，12倒挡，共计48挡。

5、图6示出关于本发明的二级12进挡4倒挡无动力中断的变速结构，该结构中的两级结构都采用了太阳轮Z1的固定输入，行星盘架S固定输出的方式，两级前进挡中都无变速脱离环节，均为增矩减速传动，所以最高速为1∶1，只有在换向变速环节有脱离。第一级为4进变速，第二级为3进1倒变速，所以两级相乘为4*3＝12、4*1＝4，12+4＝16。即得12进挡，4倒挡，共计16挡。

6、图7示出关于本发明的二级9挡进3挡倒无动力中断的变速结构。第一级有2排行星齿轮，为增速减矩3进挡，输入轴1与盘架S1固定连结，太阳轮Z1、Z1-2与连接轴3-1固定连结，行星齿轮不同轴不同步结构；第二级有3排行星齿轮，为减速增矩3进挡1倒挡，连接轴3-1与太阳轮Z1、Z1-2固定连结，输出轴2与盘架S2固定连结，行星齿轮同轴不同步结构，两级相乘为3×3＝9 3×1＝3 9+3＝12，即得9进挡，3倒挡，共计12挡。

7、图8示出本发明的三级144进档74倒档的自动变速结构。它有三级6排行星齿轮，第一、二级为6进变速，第三级为4进2倒变速，在一条中心轴线上连接，三级相乘为6*6*4＝144、6*6*2＝72，144+72＝216，即得144进档、72倒档，共计216档。

8、图9示出关于本发明的四级1728进挡576倒挡的变速结构。该结构有四级10排行星齿轮，用2个大齿轮在两条轴线上连接，其中2个为6进变速结构，1个为8进变速结构，1个为6进2倒变速结构，四级相乘为6*8*6*6＝1728、6*8*6*2＝576，1728+576＝2304，即得1728进挡、576倒挡，共计2304挡，在第二轴线上增加了一根空心轴，两端均可输出。

综上所述，超级建挡自动变速器具有非常强大的建挡功能，完全可以达到有挡变速器的应用挡位需要的极限，其性能可以超过无级变速器，也能达到和超过其他有挡变速器，而且结构简单紧凑，传动效率高，机械性能稳定可靠换挡平顺快捷，可以作完全无动力中断变速，体积质量小，制造维修宜，成本低，适用于各种车辆。

Claims (9)

1、一种超级建挡自动变速器，采用的是行星齿轮结构和原理，其特征在于：一个超级建挡自动变速器，是由多个单级变速结构连接而成，每个单级结构中有一套行星盘架；在一套盘架中，以单个太阳轮输入或输出时，各排齿轮中的同位行星齿轮，同轴同步转动；多个太阳轮同步转动输入或输出时，行星齿轮同轴不同步或不同轴不同步转动；设二级行星齿轮作换向传动；在盘架两端的输入和输出轴可与太阳轮和盘架连结；还可与齿圈连结，上述单级结构都可以单独使用或连接使用；在单级和多级结构中可利用空心轴调整输出端；多级连接时便可获得每个单级结构变速数乘积数的动比变速数，实现超级建挡和大跨矩传动；使用电控单元对挡位排序，可建立多模式变速程序。

2、按照权利要求1所述的超级建挡自动变速器，其特征在于：一套行星盘架是由带有行星轴空和中心轴空，能将行星轴固定在轴线上的结构件组成，该构件有盘形、骨架形多种形状，根据变速结合需要，可以有一个或多个组合，是单级结构的框架，它与中心传动轴之间有变换和固定两种连结，也是传动件。

3、按照权利要求1所述的超级建挡自动变速器，其特征在于：行星齿轮同轴同步转动时，被固定串连在一根轴上，或是采用连体齿轮，可用无太阳轮的不完整齿轮组；当同轴不同步转动时，各齿轮以轴承与行星轴结合，独立转动，当不同轴不同步转动时，各行星齿轮设置在各自的行星轴上转动；不同步转动时，均为完整齿轮组；各行星轴都随盘架作同步行星转动。

4、按照权利要求1、2所述的超级建挡自动变速器，其特征在于输入和输出轴一般是通过可变换连结零件同步器结合套、或离合器与太阳轮、行星盘架、齿圈结合实现变速传动的；当输入和输出轴分别与输入端和输出端的太阳轮和盘架固定连结时，输入和输出端都是不脱离变速传动，可实现无动力中断变速传动。

5、按照权利要求1所述的超级建挡自动变速器，其特征在于二级行星齿轮同样被设置在同一盘架结构上，与一级行星齿轮和太阳轮常啮合，太阳轮作输出，可实现换向传动；与一级行星齿轮和齿圈常啮合时，行星盘架作输出，制动齿圈，可直接换向传动。

6、按照权利要求1所述的超级建挡自动变速器，其特征在于一般状态下齿圈不作为直接传动零件时，齿圈外圆上有一圈稳定槽，制动环卡在槽中，齿圈与行星齿轮常啮合，工作中靠制动环稳定；齿圈作直接传动零件时，它与中心传动轴间设置可结合零件同步器结合套或离合器，当结合零件结合时，制动行星盘架，齿圈实现传动，可产生换向传动功能。

7、按照权利要求1所述的超级建挡自动变速器，其特征在于：在单级和多级结构中，以实心轴输入以空心轴输出，或以空心轴输入以实心轴输出，在一条轴线上或是多条轴线上可任意确定输出端。

8、按照权利要求1所述的超级建挡自动变速器，其特征在于：多级连接是将多个单级结构连接起来，上一级的输出轴与下级的输入轴相连结，或用一根通轴在一条轴线上连接；也可通过齿轮、链条改变轴线连接；上述两种连接，同样可以获得每个单级结构变速数乘积数的变速数和动比值，实现超级建挡和大跨矩传动。

9、按照权利要求1所述的超级建挡自动变速器，其特征在于：在超级建挡条件下，可产生几十到几千个挡位，需用电控单元对各挡位进行排序，这种排序不仅只是对各挡位的一次性排列，而是对各挡位进行选择性的排列组和，可提供多种变速方案，建立超级多模式变速传动程序。

Images