CN101111695A - 变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特别用于车辆的变速器(10)，其包括：壳体(12)，驱动轴装置(14；80)，从动轴(18)和中间轴(16)，多个齿轮组(20，40)安装在从动轴(18)或中间轴(16)上并通过相应的换档离合器(26，46)接合而设定不同的传动比，中间轴(16)通过从动常啮合齿轮组(28)被连接到从动(18)上，从动轴(18)布置在壳体(12)中，通过两个轴承(30，32)在其相对的两端区域上转动。至少一个齿轮组(20，40)安装在从动轴(18)的两个轴承(30，32)之间的轴向区域内。

Description

变速器
技术领域
本发明涉及一种多级变速器，特别涉及用于车辆上的多级变速器，该变速器包括：壳体，动力输入轴装置，动力输出轴和中间轴，其中，多个齿轮组安装在动力输入轴和中间轴上，借助各个换档离合器能够使这些齿轮组移动从而建立不同的档位(gear stage)，中间轴通过动力输出常啮合齿轮组被连接到动力输出轴上，动力输出轴在其相对的端部区域通过两个轴承可转动地安装在壳体上。
背景技术
从EP 1 031 765 A2已知一种上述类型的多级变速器。所知变速器即所谓的直列式变速器，也就是一种纵向安装在车辆上的变速器。
所述类型的传统直列式变速器通常具有动力输入常啮合齿轮组。所述类型的动力输入常啮合齿轮组通常在变速器输入端包括固定连接到动力输入轴上的固定齿轮和固定连接到中间轴上的固定齿轮。在双离合变速器的情况下，各个动力输入轴通常设有分开的动力输入常啮合齿轮组。
所述类型的动力输入常啮合齿轮组建立了变速器输入侧转矩(通常是车辆发动机、例如内燃机的转矩)与变速器输入端的直接传动比，这使得相对高的转矩作用在中间轴上。
这带来的结果是，齿轮组用于不同档位的齿圈必须设计得相对较宽以承受高转矩。换档离合器也必须根据这个高转矩而设计，特别是当换档离合器是通常所说的同步离合器时。
相比之下，上面所提到的EP 1 031 765 A2涉及到一种带有动力输出常啮合齿轮组的直列式变速器。在这种变速器类型中，常啮合齿轮组设置在变速器输出端的区域中或动力输出轴的区域中。采取这种方式的结果是减小了中间轴上所承受的负荷。然而，相对于动力输入恒定的解决措施而言，中间轴区域的转速则增大。
相对低的转矩负荷所带来的结果是，比起动力输入恒定的解决措施而言，齿轮组能够被设计成窄齿圈。因此变速器总体上沿轴向缩短。只有动力输出常啮合齿轮组必须设计成显著地比多级变速器中动力输入常啮合齿轮组的情形宽。还减小了换档离合器(同步时)的负荷。这里还可能缩短换档时间。
具有动力输出常啮合齿轮组的多级变速器的一个问题是，将动力输出常啮合齿轮以刚性方式安装，并且尽管其相对宽度较大仍然具有可以接受的接触方式，这是相对困难的。虽然动力输出轴通常从原理上设计成较短，但基于上述原因，其通常仍安装成向后突出很多，例如在EP 1 031 765 A2中所说明的那样。
因此这种变速器类型在理轮上可获得的安装长度优势还是没有了。
DE 39 32 264 C2还公开了一种具有恒定动力输出的多级变速器。这种变速器表现为一种五档变速器，其第四齿轮设计成将动力输入轴直接连接到动力输出轴的直接传动。另外，动力输入轴安装到动力输出轴内。同样，动力输出轴沿轴向突出一相对远的距离。
EP 0 798 491 B1中公开了另一种具有恒定动力输出的变速器。这种六档变速器的第四档位作为直接传动。动力输入轴还是被安装进动力输出轴中。在这种实施方式中还提供了一种动力输出轴的复杂安装。
发明内容
不同于上述背景技术，本发明的一个目标是一种改进的多级变速器，特别是一种具有恒定动力输出并且安装长度短的多级变速器。
上述说明中的多级变速器的目的可通过将至少一个齿轮组安装到动力输出轴的两轴承之间的轴向区域而获得。
这种措施使动力输出轴以一种有利的方式被安装。因此还可能获得动力输出常啮合齿轮组具有高刚度的安装效果，尤其是基本上避免了安装长度上的不利之处。通常还会获得更为有利的轴承负荷。这里轴承可以设成离动力输出常啮合齿轮组更远。
因此该目标可以从总体上获得。
一个特别有利之处是动力输出轴的一端区域被安装到动力输入装置的中空部分内。
这总体上导致多级变速器的轴之间有利的相对安装位置。
这里，特别有利的是，如果安装在轴承之间的齿轮组的一个齿轮被安装到动力输入轴装置中空部分的外部。
在这种实施方式中，安装在轴承之间的齿轮组可拆卸地安装在中空部分上。因此就可以用一种简单的方式增加动力输出轴安装的支撑部分的宽度。
根据本发明的另一种优选实施方式，用于移动安装在轴承之间的齿轮组的换档离合器同样地安装在轴承之间，尤其是安装在中空部分上。
这里动力输出轴的支撑宽度还可进一步增加。
在另一种优选实施方式中，动力输出常啮合齿轮组中的固定齿轮沿轴向被固定到动力输出轴位于两轴承之间。
这带来的总的结果是动力输出常啮合齿轮与至少一个用于建立相应档位的齿轮组被安装在动力输出轴的两轴承之间。总体上导致了一个非常大的支撑宽度。由此减小了轴承负荷，但是还可能获得动力输出常啮合齿轮组足够刚性的安装。
根据再一种优选实施方式，设置有一个直接换档离合器，用于将动力输入轴装置直接连接到动力输出轴上。
这样形成了直接传动，从而可由此获得进一步减小安装长度的效果，因为为直接传动分离出一个档位齿轮组。
这里一个特别有利之处是，直接换档离合器和用于移动安装在两轴承之间的齿轮组的离合器被集成到一个换档离合器组件中。
这使得多级变速器的安装长度可以进一步缩短。
根据本发明的第一种可选实施方式，动力输入轴装置由单根动力输入轴所形成。
在这种实施方式中，多级变速器可以是一种手动变速器(MT)或是一种半自动变速器(AMT)。
在本发明的第二种可选实施方式中，动力输入轴装置具有第一动力输入轴和与第一动力输入轴同轴并且表现为一个中空轴的第二动力输入轴，所述驱动动力输入轴可以被连接到双离合器装置上。
在第二种可选实施方式中，多级变速器随后表现为一种双离合器变速器(DCT)。
不言而喻，任何用于保持动力输出轴的中空部分只布置在两动力输入轴中的一根上，特别是布置在第一动力输入轴上。
在多级变速器为双离合器变速器的设计中，特别有利的是，第一动力输入轴沿轴向伸出到第二动力输入轴之外，并且第二动力输入轴不是安装在壳体上第一动力输入轴的出口区域中。
这通常使得两动力输入轴彼此安装在一起。因此可能会省去在开口区域需要的壳体壁。不言而喻，用于将第二动力输入轴安装到第一动力输入轴上的所述类型的轴承就被特别地布置在出口区域上。
在根据本发明的另一种多级变速器的可选实施方式中，动力输出轴在其一端区域具有中空部分，动力输入轴装置的一端就安装在该种空部分中。
在这种实施方式中，在动力输出轴的两轴承之间还可能布置有用于建立档位的一个齿轮组。这里，布置在两轴承之间的齿轮组可例如设计成“超速挡齿轮组”，其以第二动力输出常啮合齿轮组的形式布置在两轴承之间。这里不言而喻的是，通常第一和第二动力输出常啮合齿轮组可以转换。
另一个有利之处是，动力输入轴装置通过两个轴承在其两端区域可转动地安装在壳体上。
这里，在根据本发明的实施方式中，为安装动力输入轴装置而布置两个轴承通常是足够的。换句话说，即使是对于5、6和7档位来说第三轴承通常都是不必要的。
在根据本发明的另一种优选的实施方式中，动力输入轴装置和动力输出轴通过总数为三个的轴承安装在壳体上。
在这种实施方式中，例如可能在变速器输入侧壳体壁与变速器输出侧壳体壁之间只提供一个中间壁。
另一有利之处是，动力输入轴装置和动力输出轴相对彼此的轴线对准。
虽然通常设想成平行地对准，但不言而喻的是，在动力输入轴装置和动力输出轴装置安装在彼此内部时为同轴对准。
总的说来，借助根据本发明的不同实施方式的多级变速器，至少可获得下面优点中的一个：
——变速器总体上较短的安装长度；
——齿轮组齿圈上较低的最终转矩负荷，这是由于正确地使用特别是成本效率高的材料和精加工的结果，特别是对各个齿轮和其他的变速器组件较多地选用热处理工艺；
——最终的低惯量，因为可能实现短的换档时间和/或较小直径的换档离合器或同步离合器。
不言而喻的是，在不脱离本发明的范围的条件下，上面所说明的特征以及将要在下面进行说明的特征可不仅用在各个特定的组合中，还可用在其他不同组合或是单独地使用。
附图说明
在附图中和下面更详细的说明中将对本发明示例性的实施方式进行说明，在附图中：
图1所示为根据本发明的多级变速器的第一实施方式的示意性简图，特别是以手动变速器MT或一种半自动变速器AMT的形式；
图2所示为根据本发明的多级变速器的另一个实施方式，特别是以手动变速器MT或是一种半自动变速器AMT的形式；
图3所示为根据本发明的多级变速器的再一种实施方式的示意性简图，其齿轮组设计成特别地适合于手动变速器MT；
图4所示为根据本发明的多级变速器的再一种实施方式的示意性简图，其齿轮组设计成特别适合于半自动变速器AMT；
图5所示为根据本发明的多级变速器的再一种实施方式的示意性简图，表现为一个双离合器变速器DCT；以及
图6所示为根据本发明的多级变速器的再一种实施方式的示意性简图，其设计为一个双离合器变速器DCT。
具体实施方式
在图1中，根据本发明的多级变速器的第一种实施方式整体用标记10表示。
多级变速器10被设计成直列式变速器，也就是用于在车辆、特别是客用车辆上纵向安装的变速器。
多级变速器10具有一个总体上设计为容纳多部件的壳体。为便于表示，图1及后面的图中所示的壳体12以其未分离的状态显示。壳体12可只容纳多级变速器必需的功能元件。然而壳体12还可以制成相邻壳体的一部分，并且例如包括在多级变速器10的齿轮组之间和/或输入侧起动和分离离合器或类似物之间的分隔壁。
多级变速器10还具有动力输入轴装置，其为单根动力输入轴14的形式，可例如连接到起动和分离离合器的输出件上。
平行于动力输入轴14布置有中间轴16。动力输出轴18相对于动力输入轴14共轴对准。
多级变速器10具有多个用于建立不同档位的齿轮组，通过举例的形式对传动输入区域上的其中一个齿轮组20进行了说明。齿轮组20具有固定齿轮22，其连接到动力输入轴14上，以及可转动地安装到中间轴16上的可拆卸齿轮或齿轮24。
设置的例如同步离合器形式的第一换档离合器26用于切换分配给齿轮组20的档位，这就是说，用于相关齿轮的接合和分离。
多级变速器10在传动输出区域还具有动力输出常啮合齿轮组28。该动力输出常啮合齿轮组28具有两个固定齿轮，其中一个连接到中间轴16上，而另一个连接到动力输出轴18上。
通过第一动力输出轴轴承30和第二动力输出轴轴承32，动力输出轴18可转动地安装到壳体12上。
更准确地说，动力输入轴14的朝向动力输出轴18的一端具有中空部分34(例如可为钻孔等)，动力输出轴18的一端通过轴承、特别是滚针轴承安装进动力输入轴14的中空部分34中。中空部分34由此通过第一动力输出轴轴承30以其外圆周可转动地安装到壳体上。
中空部分34伸入到两个动力输出轴轴承30，32之间的区域并大致直到动力输出常啮合齿轮组28。
中空部分34沿着第二动力输出轴轴承32的方向突出到第一动力输出轴轴承30之外。
在两个动力输出轴轴承30，32之间还安装有另一齿轮组40，用于建立另一档位。更准确地说，第二齿轮组40具有可转动地安装在中空部分34的突出部分上的可拆卸齿轮42，并具有连接到中间轴16上的固定齿轮44。
第二离合器46也安装在中空部分34的突出部分上，用于切换齿轮组40。
更准确地说，第二换档离合器46布置在第二齿轮组40和动力输出常啮合齿轮组28之间。以此方式，第二齿轮组40可相对靠近第一动力输出轴轴承30安装。
在多级变速器10中，具有如图所示的直接传动(在动力输入轴14和动力输出轴18之间直接连接的可能性)。在这种情形中，用于直接传动的换档离合器50和换档离合器46可被结合进一个组件51中。
不言而喻的是，齿轮组20，40中的可拆卸齿轮可布置在动力输入轴14或中间轴16上。可拆卸齿轮24在中间6上的布置以及齿轮组40中的可拆卸齿轮在动力输入轴14上的布置仅为示例。
作为采取同样地布置其中一个“正常”齿轮组从而在动力输出轴18的两个轴承30、32之间分别建立档位的措施的结果是，能够增加两个轴承30、32之间的间隔。这可获得用于安装动力输出轴18的更大的支撑宽度。轴承负荷由此而减小。然而还可获得传递相对高的转矩的动力输出常啮合齿轮28的相对刚性安装，这是因为现有技术中的直列式变速器在安装部位之间具有相对大的支撑宽度，根据本发明的变速器具有足够短的或优化的支撑宽度。
由于不必将第二轴承32沿轴向相对动力输出常啮合齿轮组28相距一个较大距离安装，多级变速器10的安装长度可以较短。
由于将动力输入轴14和动力输出轴18彼此安装的措施，两根轴可通过一个轴承30安装进壳体12的所述区域之中。相应地，在变速器输入侧壳体壁和变速器输出侧壳体壁之间只需要壳体12的一个中间壁。
在变速器输入端的区域，动力输入轴14通过第一动力输入轴承48的方式安装到壳体12上。
因此总的来说只需要三个轴承来安装动力输入轴14和动力输出轴18，特别地，从变速器输入端看去的按下述顺序安装的轴承48、30、32。
在图2中，根据本发明的多级变速器的另一种实施方式整体用标记10’表示。
多级变速器10’总体上对应于图1中的多级变速器10的设计与功能。下面只对两者的不同之处进行说明。
在多级变速器10内设置有一个动力输出常啮合齿轮组28，而多级变速器10’具有两个动力输出常啮合齿轮28’、40’，它们通过一个换档离合器组件51而切换。
换档离合器组件51具有第二换档离合器46’和第三换档离合器49。
动力输入轴14’特别地通过滚针轴承36’安装在动力输出轴18’的中空部分34’之内。中空部分34’本身通过轴承30’安装在壳体12’之内。
因此，在多级变速器10’的情形中，两个齿轮40’、28’安装在动力输出轴18’的两个轴承30’、32’之间，从而可以在两个轴承30’、32’之间实现较大的间隔，而不会增大安装长度。
两个齿轮组40’、28’可以表现为标准动力输出常啮合齿轮和超速挡输出常啮合齿轮组的形式。
在图3中，根据本发明的多级变速器的再一种实施方式整体用标记10A表示。
多级变速器10A总体上对应于图1中的多级变速器10的设计与功能。下面只对两者的不同之处进行说明。
多级变速器10A表现为一个6齿档手动变速器(MT)。
变速器10A的壳体12具有变速器输入侧壁，输入侧壁上面布置有第一动力输入轴轴承48和用于中间轴16的第一轴承52。
壳体12还具有变速器输出侧壁，输出侧壁上面布置有第二动力输出轴轴承32和用于中间轴16的轴承56。
布置在壳体12的中间壁上的是第一动力输出轴轴承30和用于中间轴16的另一个轴承54。
布置在壳体的变速器输入侧壁和中间壁之间的是用于下面档位的齿轮组，从变速器输入端按下列顺序：档位3和档位4以及介于其间的一个换档离合器组件58，带有换档离合器组件60的档位R，档位1和档位2以及介于其间的一个换档离合器组件62。
安装在动力输入轴14的中空部分34上的是用于第六齿轮和第四换档离合器组件64的齿轮组40。第四换档离合器组件64包括用于切换齿轮组40的换档离合器46和用于直接地将动力输入轴14和动力输出轴18相连的直接换档离合器50，从而在多级变速器10A中建立了第五档位。
就齿轮组而言，多级变速器10A还设计成将用于倒档和第一档位的共用固定齿轮66(通常具有一个或两个齿圈)固定在动力输入轴14上。
在图4中，根据本发明的多级变速器的再一种实施方式整体用标记10B表示。
多级变速器10B对应于图1中的多级变速器10的设计与功能。下面只对两者的不同之处进行说明。
多级变速器10B就齿轮组的设计而言表现为一个具有7个档位的半自动变速器(AMT)。
这就是说，不需要特别地给邻近的传动比指定一个换档离合器组件。另外，为使在源档位的分离和目标档位的接合之间的操作同时进行，为邻近的传动比分配不同的换档离合器组件在某些场合甚至是有利的。
相应地，在多级变速器10B中，在变速器输入侧壳体壁和壳体12的中间壁之间提供下面的齿轮组设计，特别是从变速器输入端方向看去按如下顺序：用于档位6的齿轮组和用于档位4的齿轮组以及介于其间的换档离合器组件70，用于档位2的齿轮组和倒档齿轮以及介于其间的换档离合器组件72，用于档位1的齿轮组和用于档位3的齿轮组以及介于其间的换档离合器组件74。
在多级变速器10B中，用于档位5的齿轮组40和相关的换档离合器46以及用于建立直接传动的直接换档离合器50布置在两个轴承30、32之间，并且在本情形中的直接传动档位是档位7。换档离合器46、50被接合进一换档离合器组件76中。
在图5和6中，根据本发明的多级变速器的再一种实施方式整体用标记10C和10D表示。
就齿轮组的顺序而言，多级变速器10C和10D总体上特别对应于多级变速器10B的设计与功能，但是多级变速器10C和10D表现为双离合变速器。
下面说明多级变速器10C和多级变速器10D与多级变速器10B的不同之处。
两个多级变速器10C、10D具有作为动力输入轴装置80的第一动力输入轴82和第二动力输入轴84，该第二动力输入轴84相对于第一动力输入轴82同轴、并表现为中空轴。两个动力输入轴82、84被设定成连接到变速器输入侧双离合器装置86上。更确切地说，第一动力输入轴82可被连接到双离合器装置86的第一离合器88上。第二动力输入轴84可被连接到双离合器装置86的第二离合器90上。
动力输入轴82、84特别通过第一滚针轴承92和第二滚针轴承94彼此安装在一起。第二动力输入轴84通过变速器输入侧第一动力输入轴轴承48安装到壳体12上。第一滚针轴承92大致与第一动力输入轴轴承48对准。第二滚针轴承94大致布置在第一动力输入轴82超出较短的动力输入轴84的出口区域。
用于档位6、4和2的齿轮组被分配给第二动力输入轴84。齿轮组R、1、3、5被分配给第一动力输入输入轴82上。
假定已知的是，双离合变速器的功能，特别是偶数的传动比被分配给一个动力输入轴且奇数的档位被分配给另一个动力输入轴，以便由此实现输入侧离合器88、90的同时作用并在牵引力的作用下不受干扰地换档。
多级变速器10D不同于多级变速器10C之处仅是用于倒档R没有分配给第一动力输入轴82，而是分配给第二动力输入轴84。相应地，对于倒档R，一个分开的固定齿轮100被固定到第二动力输入轴84上。对于档位1来说，一个分开的固定齿轮102被固定到第一动力输入轴82上。

Claims (14)

1.一种特别地用在车辆上的多级变速器(10)，包括壳体(12)，动力输入轴装置(14；80)，动力输出轴(18)和中间轴(16)，多个齿轮组(20，40)安装在动力输入轴(18)和中间轴(16)上，通过相应换档离合器(26，46)这些齿轮组(20，40)能够切换从而建立不同的档位，中间轴(16)通过动力输出常啮合齿轮组(28)被连接到动力输出轴(18)上，动力输出轴(18)通过两个轴承(30，32)在其相对的两端区域可转动地安装在壳体(12)上，其特征在于，齿轮组(20，40)中的至少一个齿轮组(40)被安装在动力输出轴(18)的两轴承(30，32)之间的轴向区域内。
2.如权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，动力输出轴(18)的一端区域被安装在动力输入轴装置(14；80)的中空部分(34)内。
3.如权利要求2所述的多级变速器，其特征在于，安装在轴承(30，32)之间的齿轮组(40)的一个齿轮被安装在中空部分(34)的外部。
4.如权利要求1-3中任一项所述的多级变速器，其特征在于，用于切换齿轮组(40)的换档离合器(46)同样安装在轴承(30，32)之间，特别是中空部分(34)上。
5.如权利要求1-4中任一项所述的多级变速器，其特征在于，动力输出常啮合齿轮组(28)的一个固定齿轮在两轴承(30，32)之间沿轴向固定到动力输出轴(18)。
6.如权利要求5所述的多级变速器，其特征在于，将直接换档离合器(50)设置成用于将动力输入轴装置(14)直接连接到动力输出轴(18)上。
7.如权利要求6所述的多级变速器，其特征在于，直接换档离合器(50)和用于切换安装在轴承之间的齿轮组(40)的换档离合器(46)集成在一个换档离合器组件(51；64；76)中。
8.如权利要求1-7中任一项所述的多级变速器，其特征在于，动力输入轴装置(14)由单根动力输入轴(14)形成。
9.如权利要求1-7中任一项所述的多级变速器，其特征在于，动力输入轴装置(80)具有第一动力输入轴(82)和与所述第一动力输入轴(82)同轴并且为一个中空轴的第二动力输入轴(84)，所述动力输入轴可以被连接到双离合器装置(86)上。
10.如权利要求9所述的多级变速器，其特征在于，第一动力输入轴(82)沿轴向伸出到第二动力输入轴(84)之外，并且第二动力输入轴(84)不是安装在壳体(12)上第一轴(82)的出口区域中。
11.如权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，动力输出轴(18’)在其一端区域具有中空部分(34’)，动力输入轴装置(14’)的一端就安装在所述中空部分中。
12.如权利要求1-11中任一项所述的多级变速器，其特征在于，动力输入轴装置(14；80)通过两个轴承(48，30)能够转动地在其两端区域安装在壳体上。
13.如权利要求1-12中任一项所述的多级变速器，其特征在于，动力输入轴装置(14；80)和动力输出轴(18)通过总数为三个的轴承(48，30，32)安装在壳体(12)上。
14.如权利要求1-13中任一项所述的多级变速器，其特征在于，动力输入轴装置(14；80)和动力输出轴(18)相对彼此地同轴对准。
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