CN103256350B - 多档多离合器变速器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多档多离合器变速器，能够满足多档位需求，包括主输入轴、主输出轴、输入侧多离合器、输出侧多离合器和中间轴；输入侧多离合器包括输入端、至少两个离合输出轴和对应的输入离合机构；各离合输出轴与中间轴的对应段之间设有相应的选换档齿轮组；各所述选换档齿轮组中均包括空套齿轮，成对相邻排列的两空套齿轮之间设有对应的同步器；所述输出侧多离合器包括输出端、至少两根离合输入轴和对应的输出离合机构，各根离合输入轴与中间轴之间均设有相应的变速齿轮组；所述输出侧多离合器的输出端与所述主输出轴之间设有用于将输出侧多离合器输出的扭矩传递给主输出轴的输出传动机构。
Description
技术领域
本发明涉及多档多离合器变速器。
背景技术
目前变速器技术发展迅速，特别是双离合器自动变速器，其技术已经比较成熟并且由于其较好地解决了动力传输中断的问题，近来应用越来越多。例如申请号为20082009555.6，公告号为CN 201265630Y的中国专利公开的一种双离合器五档自动变速器，包括用于连接动力源的主输入轴、与主输入轴传动连接的双离合器、中间轴和主输出轴，双离合器包括与主输入轴同轴传动连接的输入端、奇数档传动轴、偶数档传动轴、及用于选择输入端与奇数档传动轴或偶数档传动轴传动连接的离合机构。所述奇数档传动轴和偶数档传动轴与中间轴的对应段之间均设有对应的奇、偶数档齿轮组和对应的奇、偶数档同步器，奇、偶数档齿轮组均包括在其传递扭矩所对应的轴上空套转动装配的空套齿轮，对应的同步器动作时能够将成对的奇数档齿轮组或偶数档齿轮组中的一个空套齿轮与所在轴固连以传递扭矩而另一个继续保持空套。由于双离合器中的一个离合器对应奇数档，另一离合器对应偶数档，当车辆挂入一个档位时，另一个离合器及对应的下一个档位已经通过对应同步器处于预备状态，只要当前档位分离就可以立刻接合下一个档位，因此双离合变速箱的选换档速度较快，较好地解决了动力传输中断的问题。
然而，虽然现有技术中的双离合器变速器能够较好地解决动力传输中断的问题，但是在使用工况复杂、档位要求较多的情况下，现有的双离合器变速器还不能满足上述情况下的控制需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够满足多档位需求的多档多离合器变速器。
本发明采用的技术方案是：多档多离合器变速器，包括壳体、供动力输入的主输入轴、输出动力的主输出轴，还包括输入侧多离合器、输出侧多离合器和中间轴；输入侧多离合器包括与主输入轴同轴传动连接的输入端、至少两个离合输出轴和用于选择输入端与其中一个离合输出轴传动连接的输入离合机构；各根离合输出轴与中间轴的对应段之间设有用于在中间轴与输入侧多离合器之间传递扭矩的两个以上的选换档齿轮组；各所述选换档齿轮组中均包括在其传递扭矩所对应的轴上空套转动装配的空套齿轮，与同一根离合输出轴对应的两个以上的选换档齿轮组中的空套齿轮是按设定的选换档档位以一一对应的关系成对地相邻排列，成对的两空套齿轮之间设有用于选择该对的其中一个空套齿轮与所在轴固连而另一个空套齿轮继续保持空套的同步器；所述输出侧多离合器包括输出端、至少两根离合输入轴和用于选择其中一个离合输入轴与输出端传动连接的输出离合机构，各根离合输入轴与中间轴之间均设有用于在中间轴和对应的离合输入轴之间传递扭矩的变速齿轮组；所述输出侧多离合器的输出端与所述主输出轴之间设有用于将输出侧多离合器输出的扭矩传递给主输出轴的输出传动机构。
所述输出传动机构包括行星排，所述行星排包括太阳轮、行星轮、齿圈和行星架，还包括向太阳轮输入扭矩的太阳轮输入轴、向行星架输入扭矩的行星架输入轴，所述齿圈与所述主输出轴是同轴传动连接，所述太阳轮输入轴与所述输出侧多离合器的输出端是同轴传动连接，所述输出传动机构还包括用于选择性地将行星架输入轴与太阳轮输入轴同步连接或将行星架输入轴与所述壳体上对应的制动结构固连而将行星架输入轴制动的转向切换同步器。
所述离合输出轴包括奇数档离合输出轴和偶数档离合输出轴，所述选换档齿轮组包括对应所述奇数档离合输出轴设置的两组奇数档选换档齿轮组和对应所述偶数档离合输出轴设置的两组偶数档选换档齿轮组。
所述输入侧多离合器还包括用于向对应的负载装置输出扭矩的负载输出轴、用于将输入端与负载输出轴传动连接的负载离合机构。
所述多档多离合器变速器设有用于控制所述输入离合机构和输出离合机构动作的离合器操纵机构、用于控制各同步器动作的选换档操纵机构。
所述多档多离合器变速器包括对应所述主输入轴、主输出轴、中间轴、各离合输入轴、各离合输出轴设置和负载输出轴设置的用于检测各根轴的转速的转速传感器，还包括用于获取所述转速传感器的转速信息并根据转速信息控制所述离合器操纵机构和选换档操纵机构动作的电子控制单元，转速传感器的信号输出端与电子控制单元的信号输入端连接，电子控制单元与所述离合器操纵机构和选换档操纵机构控制连接。
采用本发明中的上述技术方案，通过输入侧多离合器、对应的选换档齿轮组和同步器，能够向中间轴输出与对应的选换档齿轮组的组数相同的转速种数；再通过变速齿轮组和输出侧多离合器，能够将中间轴获得的某一种转速再次变换成种数与对应的变速齿轮组的组数相同的转速，使输出侧多离合器的输出端能够输出数量等于输入侧多离合器对应的选换档齿轮组组数与变速齿轮组的组数的乘积的转速，档位多，排档范围宽，能够满足多档位需求。
通过行星排和对应的转向切换同步器，当转向切换同步器选择性地将行星架输入轴与太阳轮输入轴同步连接时，太阳轮、行星架转速相同，整个行星排传动比为1，实现向主输出轴的前进档输出，当转向切换同步器选择性地将行星架输入轴与对应的壳体固连而将行星架输入轴制动时，行星架转速为零，齿圈与太阳轮的转向相反，将转向切换，实现倒档输出，前进档和倒档的档位数均等于输入侧多离合器对应的选换档齿轮组组数与变速齿轮组的组数的乘积。
附图说明
图1：本发明多档多离合器变速器的一个实施例的传动结构原理图。
图中各附图标记对应的名称为：1-壳体，2-负载输出轴，3-偶数档离合输出轴，4-Ⅳ档主动齿轮，5-Ⅱ档主动齿轮，6-电子控制单元，7-奇数档离合输出轴7，8-Ⅲ档主动齿轮，9-Ⅰ档主动齿轮，10-输入侧多离合器壳，11-奇数档离合器，12-偶数档离合器，13-负载输出离合器，14-主输入轴，15-发动机，16-Ⅰ档从动齿轮，17-奇数档同步器，18-Ⅲ档从动齿轮，19-低速档主动齿轮，20-中速档主动齿轮，21-高速档主动齿轮，22-Ⅱ档从动齿轮，23-偶数档同步器，24-Ⅳ档从动齿轮，25-中间轴，26-选换档操纵机构，27-主输出轴，28-太阳轮，29-齿圈，30-行星轮，31-行星架，32-转向切换同步器，33-低速档离合器，34-中速档离合器，35-高速档离合器，36-输出侧多离合器壳，37-高速档从动齿轮，38-高速档输入轴，39-中速档从动齿轮，40-中速档输入轴，41-低速档从动齿轮，42-转速传感器，43-低速档输入轴，44-离合器操纵机构，45-太阳轮输入轴，46行星架输入轴。
具体实施方式
本发明的一个实施例如图1所示，是一种拖拉机使用的多档多离合器变速器，包括壳体1、传动连接于作为动力源的发动机15上的供动力输入的主输入轴14、输出动力的主输出轴27、中间轴25、输入侧多离合器、输出侧多离合器和行星排，还包括由对应的离合器操纵机构44、选换档操纵机构26、转速传感器42及电子控制单元6等构成的变速器控制***。
输入侧多离合器包括输入侧多离合器壳10、与主输入轴14同轴传动连接的输入端、奇数档离合输出轴7、偶数档离合输出轴3和用于选择输入端与其中一个离合输出轴传动连接的输入离合机构，还包括用于向对应的农具等负载装置输出扭矩的负载输出轴2、用于将输入端与负载输出轴2传动连接的负载离合机构。输入端和对应的离合输出轴、输入离合机构相当于一只离合器，输入端和对应的负载输出轴2、负载离合机构也相当于一只离合器，本实施例中对应的输入侧多离合器包括奇数档离合器11、偶数档离合器12和负载输出离合器13。其中负载输出轴2是实心轴形式，奇数档离合输出轴7和偶数档离合输出轴3是同轴套设在负载输出轴2上的轴套形式。各根离合输出轴与中间轴25的对应段之间均设有用于在中间轴25与输入侧多离合器之间传递扭矩的两个的选换档齿轮组，所述选换档齿轮组包括与奇数档离合输出轴7对应的两组奇数档选换档齿轮组和与偶数档离合输出轴3对应的两组偶数档选换档齿轮组。
按照设定的选换档档位，奇数档选换档齿轮组包括Ⅰ档选换档齿轮组和Ⅲ档选换档齿轮组，Ⅰ档选换档齿轮组包括Ⅰ档主动齿轮9和Ⅰ档从动齿轮16，Ⅲ档选换档齿轮组包括Ⅲ档主动齿轮8和Ⅲ档从动齿轮18。偶数档选换档齿轮组包括Ⅱ档选换档齿轮组和Ⅳ档选换档齿轮组，Ⅱ档选换档齿轮组Ⅱ档主动齿轮5和Ⅱ档从动齿轮22，Ⅳ档选换档齿轮组包括Ⅳ档主动齿轮4和Ⅳ档从动齿轮24。
其中Ⅰ档主动齿轮9、Ⅲ档主动齿轮8是固设在奇数档离合输出轴7上，Ⅱ档主动齿轮5、Ⅳ档主动齿轮4是固设在偶数档离合输出轴3上，而Ⅰ档从动齿轮16、Ⅲ档从动齿轮18、Ⅱ档从动齿轮22、Ⅳ档从动齿轮24均是空套转动装配在中间轴25上。Ⅰ档从动齿轮16、Ⅲ档从动齿轮18是成对地相邻排列，两者之间设有用于选择其中一个与中间轴25固连而另一个继续保持空套的奇数档同步器17；Ⅱ档从动齿轮22、Ⅳ档从动齿轮24也是成对地相邻排列，两者之间设有用于选择其中一个与中间轴25固连而另一个继续保持空套的偶数档同步器23。各组选换档齿轮组的传动比是根据设定的选换档档位设置。
所述行星排包括太阳轮28、行星轮30、齿圈29和行星架31，还包括向太阳轮28输入扭矩的太阳轮输入轴45、向行星架31输入扭矩的行星架输入轴46，所述齿圈29与所述主输出轴27是同轴传动连接，所述中间轴25与太阳轮输入轴45之间设有用于在两者之间传递扭矩的三组变速齿轮组，分别为依据设定传动比设置的高速档变速齿轮组、中速档变速齿轮组和低速档变速齿轮组，并设有用于在同一时刻仅选择其中一组变速齿轮组传递扭矩的档位切换装置，所述档位切换装置包括具有三根离合输入轴的输出侧多离合器，三根离合输入轴为分别对应高速档变速齿轮组、中速档变速齿轮组和低速档变速齿轮组设置的高速档输入轴38、中速档输入轴40和低速档输入轴43，其中低速档输入轴43是实心轴形式，中速档输入轴40和高速档输入轴38同轴套设在负载输出轴2上的轴套形式。高速档变速齿轮组包括固设在中间轴25上的高速档主动齿轮21和固设在对应的离合输入轴上的高速档从动齿轮37，中速档变速齿轮组包括固设在中间轴25上的中速档主动齿轮20和固设在对应的离合输入轴上的中速档从动齿轮39，低速档变速齿轮组包括固设在中间轴25上的低速档主动齿轮19和固设在对应的离合输入轴上的低速档从动齿轮41，从而实现设定的高、中、低三档转速。输出侧多离合器还包括输出侧多离合器壳36、与太阳轮输入轴45同轴传动连接的输出端、用于选择其中一个离合输入轴与输出端传动连接的输出离合机构，输出端和对应的离合输入轴、输出离合机构相当于一只离合器，本实施例中对应的输出侧多离合器包括高速档离合器35、中速档离合器34和低速档离合器33。
所述多档多离合器变速器还设有用于选择性地将行星架输入轴46与太阳轮输入轴45同步连接或将行星架输入轴46与对应的壳体1固连而将行星架输入轴46制动的转向切换同步器32。
主输出轴27、主输入轴14和中间轴25在空间上可以合理布置，本实施例中主输入轴14、中间轴25和主输出轴27在垂直于轴的截面内呈三角形布置，该结构缩短了轴向尺寸。改变各轴的相对位置可以使变速器占用空间达到最小。当然，在其他实施例中输入轴、中间轴25和主输出轴27也可以采用其他布置形式，例如三轴沿同一平面平行布置等。
离合器操纵机构44用于对应控制所述输入离合机构和输出离合机构动作、选换档操纵机构26用于控制各同步器动作。在现有技术中，利用选换档操纵机构26来实现对同步器的控制而有选择地连接转轴与其上空套的齿轮、利用离合操纵机构来实现对离合器的结合和分离均是本领域的惯用技术手段，其原理和具体结构此处不再赘述。
所述多档多离合器变速器包括对应所述主输入轴14、主输出轴27、中间轴25、各离合输入轴、各离合输出轴和负载输出轴2设置的用于检测各根轴的转速的转速传感器42。电子控制单元6即ECU，是本领域用于控制选换档操纵机构26和离合器操纵机构44动作的常规手段，实施例中对应的具体结构是本领域技术人员能够实现的，此处不再赘述。电子控制单元6能够获取所述转速传感器42的转速信息并根据转速信息控制所述离合器操纵机构44和选换档操纵机构26动作，转速传感器42的信号输出端与电子控制单元6的信号输入端连接，电子控制单元6与所述离合器操纵机构44和选换档操纵机构26控制连接。
工作时，输入侧多离合器和输出侧多离合器各自相对独立工作。各转速传感器42能够检测各对应轴或轴套的转速并发送给电子控制单元6，用于识别和判断变速器的运行状态，根据设定的选换档规律，当需要选换档操作时，通过离合器操纵机构44和选换档操纵机构26分别控制各离合器与各同步器选换档动作，实现自动变速。
设太阳轮输入轴45转速为n，行星排特性参数为α。行星排汇流机构满足特性方程：
nt+αnq＝(1+α)nj
其中，nt＝n为太阳轮28的转速，nq为齿圈29的转速，nj为行星架31的转速。
转向切换同步器32依图左侧结合时为前进档，太阳轮输入轴45与行星架输入轴同步运动，nj＝n，此时行星排传动比为1，齿圈29输出转速nq＝n。
转向切换同步器32依图右侧结合时为倒档，行星架输入轴制动，nj＝0，此时行星排传动比为-α，齿圈29输出转速
输入侧多离合器对应主变速箱，控制主输入轴14倒中间轴25的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个档位变化。输出侧多离合器对应副变速箱，控制中间轴25到太阳轮输入轴45的高、中、低三个档位变化。通过行星排汇流和转向切换，本发明多档多离合器变速器可以实现12个前进档和12个倒档，用较简单的结构实现了较多的档位，尺寸小、体积小、排档范围宽，可满足拖拉机在各种作业工况对速度的要求。
在拖拉机工作时，变速器各档的传递路线相似，传递原理相同。下文具体讲述倒档最高档、倒档最低位和前进档最高档、前进档最低档四种情况时各部件的状态及动力传递路线，其余档位依此类推，不再具体叙述。
前进档最低档：负载输出离合器13结合，进行负载输出，奇数档离合器11结合，低速档离合器33结合，奇数档同步器17依图左侧结合，转向切换同步器32依图左侧结合。动力传递路线为：主输入轴14传至输入侧多离合器奇数档输入轴，经Ⅰ档主、从动齿轮的啮合传至中间轴25，再由中间轴25经输出侧多离合器的低速档主、从动齿轮的啮合传至输出侧多离合器低速档输入轴43，再传至行星排，最后传至主输出轴27。
前进档最高档：负载输出离合器13结合，进行负载输出，偶数档离合器12结合，高速档离合器35结合，偶数档同步器23依图右侧结合，转向切换同步器32依图左侧结合。动力传递路线为：主输入轴14传至输入侧多离合器偶数档输入轴，经输入侧多离合器Ⅳ档主、从动齿轮的啮合传至中间轴25，再由中间轴25经输出侧多离合器高档主、从动齿轮的啮合传至输出侧多离合器高档输出轴，再传至行星排，最后传至主输出轴27。
倒档最低档：负载输出离合器13结合，进行负载输出，奇数档离合器11结合，低速档离合器33结合，奇数档同步器17依图左侧结合，转向切换同步器32依图右侧结合，行星架31制动。动力传递路线为：主输入轴14传至输入侧多离合器奇数档输入轴，经输入侧多离合器Ⅰ档主、从动齿轮的啮合传至中间轴25，再由中间轴25经输出侧多离合器低速档主、从动齿轮的啮合传至输出侧多离合器低速档输入轴43，再传至行星排，改变转向和转速后最后传至主输出轴27。
倒档最高档：负载输出离合器13结合，进行负载输出，偶数档离合器12结合，高速档离合器35结合，偶数档同步器23依图右侧结合，转向切换同步器32依图右侧结合，行星架31制动。动力传递路线为：主输入轴14传至输入侧多离合器偶数档输入轴，经输入侧多离合器Ⅳ档主、从动齿轮的啮合传至中间轴25，再由中间轴25经输出侧多离合器高档主、从动齿轮的啮合传至输出侧多离合器高档输出轴，再传至行星排，改变转向和转速后最后传至主输出轴27。
上述实施例中，输出传动机构采用了行星排和上述转向切换同步器，在其他实施例中，输出传动机构也可以采用其他形式，例如在输出侧多离合器的输出端连接输出侧离合器输出轴，在输出侧离合器输出轴与主输出轴之间设置一对相互啮合的定轴齿轮，也可实现动力输出，或者采用联轴器，直接将输出侧离合器输出轴与主输出轴传动连接等。
上述实施例中的奇、偶数档同步器是设置在中间轴25上，在本发明的其他实施例中，也可以将奇、偶数档选换档齿轮组中的对应主动轮空套在对应的奇、偶数档离合输出轴上，对应的从动齿轮固设在中间轴25上，这样奇、偶数档同步器也可以对应设置在输入侧奇、偶数档离合输出轴上。另外，奇、偶数档齿轮组的数量也可以设置为三组以上，以适应不同数量的档位需求。而上述实施例中变速齿轮组设有高、中、低三组，在其他实施例中，也可以设置成更多组或两组，并且上述档位切换装置采用的输出侧多离合器也可以替换成其他形式，例如拨叉拨动对应齿轮啮合或分离的形式。
Claims (6)
1.多档多离合器变速器，包括壳体、供动力输入的主输入轴、输出动力的主输出轴，其特征在于：还包括输入侧多离合器、输出侧多离合器和中间轴；输入侧多离合器包括与主输入轴同轴传动连接的输入端、至少两个离合输出轴和用于选择输入端与其中一个离合输出轴传动连接的输入离合机构；各根离合输出轴与中间轴的对应段之间设有用于在中间轴与输入侧多离合器之间传递扭矩的两个以上的选换档齿轮组；各所述选换档齿轮组中均包括在其传递扭矩所对应的轴上空套转动装配的空套齿轮，与同一根离合输出轴对应的两个以上的选换档齿轮组中的空套齿轮是按设定的选换档档位以一一对应的关系成对地相邻排列，成对的两空套齿轮之间设有用于选择该对的其中一个空套齿轮与所在轴固连而另一个空套齿轮继续保持空套的同步器；所述输出侧多离合器包括输出端、至少两根离合输入轴和用于选择其中一个离合输入轴与输出端传动连接的输出离合机构，各根离合输入轴与中间轴之间均设有用于在中间轴和对应的离合输入轴之间传递扭矩的变速齿轮组；所述输出侧多离合器的输出端与所述主输出轴之间设有用于将输出侧多离合器输出的扭矩传递给主输出轴的输出传动机构。
2.根据权利要求1所述的多档多离合器变速器，其特征在于：所述输出传动机构包括行星排，所述行星排包括太阳轮、行星轮、齿圈和行星架，还包括向太阳轮输入扭矩的太阳轮输入轴、向行星架输入扭矩的行星架输入轴，所述齿圈与所述主输出轴是同轴传动连接，所述太阳轮输入轴与所述输出侧多离合器的输出端是同轴传动连接，所述输出传动机构还包括用于选择性地将行星架输入轴与太阳轮输入轴同步连接或将行星架输入轴与所述壳体上对应的制动结构固连而将行星架输入轴制动的转向切换同步器。
3.根据权利要求1或2所述的多档多离合器变速器，其特征在于：所述离合输出轴包括奇数档离合输出轴和偶数档离合输出轴，所述选换档齿轮组包括对应所述奇数档离合输出轴设置的两组奇数档选换档齿轮组和对应所述偶数档离合输出轴设置的两组偶数档选换档齿轮组。
4.根据权利要求2所述的多档多离合器变速器，其特征在于：所述输入侧多离合器还包括用于向对应的负载装置输出扭矩的负载输出轴、用于将输入端与负载输出轴传动连接的负载离合机构。
5.根据权利要求4所述的多档多离合器变速器，其特征在于：所述多档多离合器变速器设有用于控制所述输入离合机构和输出离合机构动作的离合器操纵机构、用于控制各同步器动作的选换档操纵机构。
6.根据权利要求5所述的多档多离合器变速器，其特征在于：所述多档多离合器变速器包括对应所述主输入轴、主输出轴、中间轴、各离合输入轴、各离合输出轴设置和负载输出轴设置的用于检测各根轴的转速的转速传感器，还包括用于获取所述转速传感器的转速信息并根据转速信息控制所述离合器操纵机构和选换档操纵机构动作的电子控制单元，转速传感器的信号输出端与电子控制单元的信号输入端连接，电子控制单元与所述离合器操纵机构和选换档操纵机构控制连接。
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- 2013-04-28 CN CN201310155405.8A patent/CN103256350B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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