CN101493135B

CN101493135B - 多级变速器

Info

Publication number: CN101493135B
Application number: CN2009100039886A
Authority: CN
Inventors: A·W·菲利普斯; S·H·维特科普; C·E·凯里; J·M·哈特
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2029-01-23
Also published as: US20090192012A1; CN101493135A; US7980988B2

Abstract

本发明涉及多级变速器，具体而言，提供了一种变速器，其具有输入部件、输出部件、四个行星齿轮组、多个互连部件和多个扭矩传递装置。各个行星齿轮组包括太阳齿轮、托架部件和环形齿轮。所述扭矩传递装置包括离合器和制动器。所述多个互连部件和所述多个扭矩传递装置分别与固定部件或各个行星齿轮组中的相应部件相连。所述扭矩传递机构可有选择地以三个的组合而接合，以便在所述输入部件和所述输出部件之间建立九个前进速度比和一个倒档速度比。

Description

多级变速器

相关专利的交叉引用

本申请要求享有于2008年1月25日提交的美国临时申请No.61/023,675的权益。上述申请的公开通过引用而结合在本文中。

技术领域

本发明大体上涉及具有多个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的多级变速器，更具体地说涉及具有九种速度或更多速度，四个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的变速器。

背景技术

在这部分中的陈述仅仅提供与本发明公开相关联的背景信息，并且可组成或不组成当前技术。

典型的多级变速器使用摩擦离合器，行星齿轮装置和固定的互连器的组合，以获得多个齿轮比。行星齿轮组的数量和物理布置通常由封装、成本和所需的速度比来确定。

虽然当前的变速器实现了其预期的目的，但是对于新的改进的变速器构造的需求是基本持续存在的，其体现了尤其从效率、响应性和平滑性考虑改进的性能，以及改进的封装，主要是减小的尺寸和重量。因此，需要一种改进的、节省成本的、紧凑的多级变速器。

发明内容

本发明提供了一种变速器，包括：

输入部件；

输出部件；

第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组，其各具有第一部件、第二部件和第三部件，其中，所述输出部件持续地互连在所述第四行星齿轮组的第二部件上；

第一互连部件，其持续地将所述第一行星齿轮组的第三部件与所述第二行星齿轮组的第三部件互连起来；

第二互连部件，其持续地将所述第一行星齿轮组的第一部件与固定部件互连起来；

第三互连部件，其持续地将所述第一行星齿轮组的第二部件与所述第三行星齿轮组的第三部件互连起来；

第四互连部件，其持续地将所述第二行星齿轮组的第二部件与所述第三行星齿轮组的第一部件互连起来；

第五互连部件，其持续地将所述第三行星齿轮组的第二部件与所述第四行星齿轮组的第一部件互连起来；和

六个扭矩传递机构，其可有选择地接合，以便将所述第一部件、所述第二部件和所述第三部件中的一个部件与所述第一部件、所述第二部件、所述第三部件及固定元件中的至少另一个部件互连起来，且

其中，所述扭矩传递机构可有选择地以三个的组合而接合，以便在所述输入部件和所述输出部件之间建立九个前进速度比和一个倒档速度比，且

其中，与输入部件轴线相垂直地，在所述输入部件的端部和所述行星齿轮组之间设置有假想平面，并且，所述第四行星齿轮组邻近于所述假想平面，而所述第一行星齿轮组远离所述假想平面，所述第二行星齿轮组邻近于所述第四行星齿轮组，而所述第三行星齿轮组设置在所述第二行星齿轮组和所述第一行星齿轮组之间；

所述六个扭矩传递机构中的第一扭矩传递机构可有选择地接合，以便将所述输入部件与所述第四行星齿轮组的第三部件互连起来；

所述六个扭矩传递机构中的第二扭矩传递机构可有选择地接合，以便将所述输入部件与所述第二行星齿轮组的第二部件互连起来；

所述六个扭矩传递机构中的第三扭矩传递机构可有选择地接合，以便将所述输入部件与所述第二行星齿轮组的第一部件互连起来；

所述六个扭矩传递机构中的第四扭矩传递机构可有选择地接合，以便将所述第二行星齿轮组的第一部件与所述第四行星齿轮组的第二部件互连起来；

所述六个扭矩传递机构中的第五扭矩传递机构可有选择地接合，以便将所述第二行星齿轮组的第二部件与所述固定元件互连起来；

所述六个扭矩传递机构中的第六扭矩传递机构可有选择地接合，以便将所述第一行星齿轮组的第三部件与所述固定元件互连起来；

所述第一行星齿轮组、所述第二行星齿轮组和所述第四行星齿轮组的第三部件以及所述第三行星齿轮组的第一部件是太阳齿轮，所述第一行星齿轮组、所述第二行星齿轮组、所述第三行星齿轮组和所述第四行星齿轮组的第二部件是托架部件，并且所述第一行星齿轮组、所述第二行星齿轮组和所述第四行星齿轮组的第一部件以及所述第三行星齿轮组的第三部件是环形齿轮。

在本发明的另一方面，提供了一种变速器，包括：

输入部件；

输出部件；

六个扭矩传递机构，其可有选择地接合，以便将所述第一部件、所述第二部件和所述第三部件中的一个部件与所述第一部件、所述第二部件、所述第三部件及固定元件中的至少另一个互连起来，且

其中，与输入部件轴线相垂直地，在所述输入部件的端部和所述行星齿轮组之间设置有假想平面，并且，所述第二行星齿轮组与所述假想平面相邻，而所述第四行星齿轮组远离所述假想平面，所述第三行星齿轮组与所述第四行星齿轮组相邻而所述第一行星齿轮组设置在所述第二行星齿轮组和所述第三行星齿轮组之间；

在本发明的另一方面，提供了一种变速器，其具有输入部件、输出部件、四个行星齿轮组、多个联接部件和多个扭矩传递装置。各个行星齿轮组包括第一部件、第二部件和第三部件。扭矩传递装置例如是离合器和制动器。

此外，假想平面设置成在输入部件的端部和行星齿轮组之间，垂直于输入部件轴线，并且，第二行星齿轮组邻近于假想平面，而第四行星齿轮组远离假想平面，第三行星齿轮组与第四行星齿轮组相邻，而第一行星齿轮组设置在第二行星齿轮组和第三行星齿轮组之间。输入部件和输出部件轴向对准，并且只有输入部件与假想平面相交。

通过参考以下描述和附图将明晰本发明的更多目的、方面和优势，其中，相似的标号表示相同的构件、元件或特征。

附图说明

这里所述的图纸只是出于举例说明的目的，而决非意图限制本发明公开的范围。

图1是根据本发明的九速变速器的一个实施例的杠杆图；

图2是根据本发明的九速变速器的一个实施例的简图；

图3是根据本发明的九速变速器的另一实施例的简图；

图4是表示在图2和图3中所示的变速器的各个可获得的前进和倒档速度比或齿轮比下各种扭矩传递元件的接合状态的真值表。

具体实施方式

以下描述在性质上仅仅是示例性的，并且并不意图限制本发明公开、应用或用途。

最初应该懂得，本发明的九速自动变速器的实施例具有位于四个行星齿轮组的元件之间永久的机械连接的布置。第一行星齿轮组的第一构件或元件永久联接至地或变速器的固定的结构部件上。第一行星齿轮组的第二构件或元件永久地联接在第三行星齿轮组的第三构件或元件上。第一行星齿轮组的第三构件或元件永久地联接在第二行星齿轮组的第三构件或元件上。第二行星齿轮组的第二构件或元件永久地联接在第三行星齿轮组的第一构件或元件上。第三行星齿轮组的第二构件或元件永久地联接在第四行星齿轮组的第一构件或元件上。

现在参看图1，其以杠杆图模式显示了九速变速器10的一个实施例。杠杆图是机械装置例如自动变速器的构件的示意图。各个单独的杠杆代表一个行星齿轮组，其中，行星齿轮组的三个基本的机械构件各由一个节点表示。因此，单个杠杆包含三个节点：一个用于太阳齿轮，一个用于行星齿轮托架，和一个用于环形齿轮。在各杠杆的节点之间的相对长度可用于代表各个相应的齿轮组的环形齿轮-太阳齿轮比(ring-to-sun ratio)。这些杠杆比又用于使变速器的齿轮比多样化，以取得合适的比和比级数(ratio progression)。在各种行星齿轮组的节点之间的机械联接或相互连接由细的水平线表示，并且扭矩传递装置例如离合器和制动器由交错的指状物表示。在Benford和Leising的SAE论文810102，″The Lever Analogy：A New Tool in TransmissionAnalysis″中可找到杠杆图的格式、目的和用途的进一步说明，其通过引用而完整地接合在本文中。

变速器10包括输入轴或部件12；第一行星齿轮组14，其具有三个节点：第一节点14A、第二节点14B和第三节点14C；第二行星齿轮组16，其具有三个节点：第一节点16A、第二节点16B和第三节点16C；第三行星齿轮组18，其具有三个节点：第一节点18A、第二节点18B和第三节点18C；及第四行星齿轮组20，其具有三个节点：第一节点20A、第二节点20B和第三节点20C；以及输出轴或部件22。

输入部件12可有选择地联接至第二行星齿轮组16的第一节点16A、第二行星齿轮组16的第二节点16B及第四行星齿轮组20的第三节点20C中的一个上。输出部件22联接在第四行星齿轮组20的第二节点20B上。第一行星齿轮组14的第一节点14A联接至地或变速器壳体50上。第一行星齿轮组14的第二节点14B联接在第三行星齿轮组18的第三节点18C上。第一行星齿轮组14的第三节点14C联接在第二行星齿轮组16的第三节点16C上。第二行星齿轮组16的第二节点16B联接在第三行星齿轮组18的第一节点18A上。第三行星齿轮组18的第二节点18B联接在第四行星齿轮组20的第一节点20A上。

第一离合器26有选择地将输入轴或部件12与第四行星齿轮组20的第三节点20C连接起来。第二离合器28有选择地将输入轴或部件12与第二行星齿轮组16的第二节点16B连接起来。第三离合器30有选择地将输入轴或部件12与第二行星齿轮组16的第一节点16A连接起来。第四离合器32有选择地将第二行星齿轮组16的第一节点16A与第四行星齿轮组20的第二节点20B连接起来，并与输出轴或部件22连接起来。第一制动器34有选择地将第三行星齿轮组18的第一节点18A连接至固定部件或变速器壳体50上。第二制动器36有选择地将第一行星齿轮组14的第三节点14C连接至固定部件或变速器壳体50上。

现在参看图2，符号图代表了根据本发明的九速变速器10的实施例的示意布置。在图2中，延续了来自图1杠杆图的标号。其相应地展示了离合器和联接器，而行星齿轮组的节点现在显示为行星齿轮组的构件，例如太阳齿轮、环形齿轮、行星齿轮和行星齿轮托架等。

例如，行星齿轮组14包括太阳齿轮部件14C、环形齿轮部件14A、以及行星齿轮托架部件14B，其可旋转地支撑一组行星齿轮14D(图中只显示了其中一个)。太阳齿轮部件14C与第一轴或中间部件(intermediate member)42，并与第二轴或中间部件44相连接，以便共同旋转。环形齿轮部件14A通过第三轴或中间部件46而连接至地或变速器壳体50上。行星托架部件14B与第四轴或中间部件48相连接，以便共同旋转。该组行星齿轮14D构造成可与太阳齿轮部件14C及环形齿轮部件14A都相互啮合。

行星齿轮组16包括太阳齿轮部件16C、环形齿轮部件16A以及行星齿轮托架部件16B，其可旋转地支撑一组行星齿轮16D(图中只显示了其中一个)。太阳齿轮部件16C与第二轴或中间部件44相连接，以便共同旋转。环形齿轮部件16A与第五轴或中间部件52相连接，以便共同旋转。行星托架部件16B与第六轴或中间部件54及第七轴或中间部件56相连接，以便共同旋转。行星齿轮16D构造成可与太阳齿轮部件16C及环形齿轮部件16A都相互啮合。

行星齿轮组18包括太阳齿轮部件18A、环形齿轮部件18C以及行星齿轮托架部件18B，其可旋转地支撑一组行星齿轮18D(图中只显示了其中一个)。太阳齿轮部件18A与第七轴或中间部件56相连接，以便共同旋转。环形齿轮部件18C与第四轴或中间部件48相连接，以便共同旋转。行星托架部件18B与第八轴或中间部件58相连接，以便共同旋转。行星齿轮18D构造成可与太阳齿轮部件18A及环形齿轮部件18C都相互啮合。

行星齿轮组20包括太阳齿轮部件20C、环形齿轮部件20A以及行星齿轮托架部件20B，其可旋转地支撑一组行星齿轮20D(图中只显示了其中一个)。太阳齿轮部件20C与第九轴或中间部件60相连接，以便共同旋转。环形齿轮部件20A与第八轴或中间部件58相连接，以便共同旋转。行星托架部件20B与第十轴或中间部件62及输出轴或部件22相连接，以便共同旋转。行星齿轮20D构造成可与太阳齿轮部件20C及环形齿轮部件20A都相互啮合。

输入轴或部件12持续地连接在发动机(未显示)或扭矩变换器的涡轮(未显示)上。输出轴或部件22持续地与最终传动单元或分动箱(未显示)相连接。

扭矩传递机构或离合器26，28，30，32和制动器34及36容许轴或互连部件，行星齿轮组的部件及壳体的有选择的互连。例如，第一离合器26可有选择地接合，以便将输入轴或部件12与第九轴或中间部件60连接起来。第二离合器28可有选择地接合，以便将输入轴或部件12与第六轴或中间部件54连接起来。第三离合器30可有选择地接合，以便将输入轴或部件12与第五轴或中间部件52连接起来。第四离合器32可有选择地接合，以便将第五轴或中间部件52与第十轴或中间部件62连接起来。第一制动器34可有选择地接合，以便将第六轴或中间部件54与固定元件或变速器壳体50连接起来，从而限制部件54相对于变速器壳体50旋转。第二制动器36可有选择地接合，以便将第一轴或中间部件42与固定元件或变速器壳体50连接起来，从而限制部件42相对于变速器壳体50的旋转。

现在参看图3，符号图代表了根据本发明的九速变速器10′的另一实施例的示意布置。在图3中，延续了来自图1杠杆图的标号。变速器10′具有与变速器10相同数量的离合器和制动器，以及位于行星齿轮组14，16，18和20的构件之间的相同的机械连接。然而，行星齿轮组的顺序和互连部件或轴的配置是不同的。例如，在变速器10′中，如果假想基准面P′绘制成垂直于输入轴12′，并与输入轴12′相交或交叉，那么最靠***面P′的行星齿轮组是第二行星齿轮组16′从假想平面P′远离，依次是行星齿轮组14′，18′和20′。相反，变速器10中第四行星齿轮组20最靠***面P，并且平面P与输入轴12及输出轴22相交或交叉。此外，在变速器10中，逐渐远离假想平面分别定位有行星齿轮组16，18和14。当然，变速器10′的轴或互连部件(42′，44′，46′，48′，52′，54′，56′，58′，60′和62′)将具有不同的结构，因为行星齿轮组排序不同。然而，变速器10′的轴或互连部件(42′，44′，46′，48′，52′，54′，56′，58′，60′和62′)起到与变速器10的相应的互连部件(42，44，46，48，52，54，56，58，60和62)相同的功能，并因而具有相同的标号，其中附带有主符号(prime symbol)。

现在将参看图2、图3和图4来描述九速变速器10和10′的实施例的操作。应该懂得，变速器10和10′能够以带有单个超速档(overdrive)的至少九个前进速度比或扭矩比和至少一个倒档速度比或扭矩比而将扭矩从输入轴或部件12和12′传递到输出轴或部件22和22′上，。如将在下面所述，通过一个或多个扭矩传递机构(即第一离合器26、第二离合器28、第三离合器30、第四离合器32、第一制动器34和第二制动器36)的接合可获得各个前进和倒档速度或扭矩比。图4是代表被启用或接合以获得各种齿轮状态的扭矩传递机构的各种组合的真值表。框中的“X”意味着特定的离合器或制动器接合，以实现所需的齿轮状态。“O”代表该特定的扭矩传递装置(即制动器或离合器)为ON(接上)或启用，但不承载扭矩。表中还展示了各种齿轮状态的实际数字齿轮比，但应该懂得这些数值只是示例性的，而且可在极大的范围内调整这些数值，以适应变速器10，10′的各种应用和操作准则。图4中还显示了利用本发明的实施例可获得齿轮比的一个示例。当然，根据所选择的齿轮直径、齿轮齿数和齿轮配置还可获得其它齿轮比。

为了建立倒档齿轮比，使第一离合器26、第三离合器30和第一制动器34接合或被启用。第一离合器26将输入轴或部件12与第九轴或中间部件60连接起来。第三离合器30将输入轴或部件12与第五轴或中间部件52连接起来。第一制动器34将第六轴或中间部件54与固定元件或变速器壳体50连接起来，从而限制部件54相对于变速器壳体50的旋转。类似地，通过离合器和制动器接合的不同组合可获得九个前进比，如图4中所示。图4中还显示了在上述变速器中可获得的速比级差(ratio step)。

应该懂得前面九速变速器10，10′的操作和齿轮状态的解释假定，首先，在给定的齿轮状态下没有特别指出的所有离合器都是不被启用的或分离的，其次，在换档期间，即齿轮状态变化期间，至少相邻的齿轮状态之间，在两种齿轮状态下都接合或被启用的离合器将仍保持接合或被启用状态。

本发明的描述在性质上仅仅是示例性的，因而不脱离本发明要点的变型将处于本发明的范围内。这种变型并不被认为脱离了本发明的精神和范围。

Claims

1.一种变速器，包括：

输入部件；

输出部件；

第二互连部件，其持续地将所述第一行星齿轮组的第一部件与固定元件互连起来；

2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述输入部件和所述输出部件设置成彼此平行，并且都与所述假想平面相交。

3.一种变速器，包括：

输入部件；

输出部件；

4.根据权利要求3所述的变速器，其特征在于，所述输入部件和所述输出部件轴向对准，且只有所述输入部件与所述假想平面相交。