CN103511564B - 多速变速器 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种多速变速器。一组变速器传动装置通过三个或四个换档元件的各种组合的选择性接合而产生多达10个前进转速比和一个倒车转速比。公开的每个变速器包括四个行星齿轮组和六个换档元件。其中两个换档元件可以是制动器。

Description

多速变速器

本申请是于2012年5月25日提交的第13/480,960号美国申请的继续申请，该申请公开的全部内容通过引用被包含于此。本申请要求于2012年10月18日提交的第61/715,706号美国临时申请的权益，并要求于2013年4月3日提交的第13/855,782号申请的优先权，这两个申请公开的全部内容通过引用被包含于此。

技术领域

本公开涉及用于机动车辆的自动变速器领域。更具体地讲，本公开关于动力传动***中齿轮、离合器的布置及这些部件间的相互连接。

背景技术

许多车辆在很宽的车速范围内使用，这样的车速范围既包括前进运动也包括倒车运动。然而，一些类型的发动机只能够在很窄的转速范围内高效运转。因此，能够以多个转速比高效地传递动力的变速器被频繁地使用。当车辆处于低速时，变速器通常以高转速比运转，从而变速器使发动机扭矩倍增以改善加速。在高车速时，使变速器以低转速比运转，这样允许发动机转速与平稳的、燃料效率高的巡航相关联。通常，变速器具有安装到车辆结构的壳体、由发动机曲轴驱动的输入轴以及通常经差速器组件驱动车辆车轮的输出轴，差速器组件允许左车轮和右车轮在车辆转弯时以稍微不同的转速旋转。

发明内容

在第一实施例中，变速器包括输入轴、输出轴、中间轴、四个简单的行星齿轮组、至少四个离合器和至少一个制动器。输入轴固定地结合到第一行星齿轮组的齿轮架。输出轴固定地结合到第二行星齿轮组的齿轮架。第三太阳齿轮固定地结合到第一环形齿轮。当第一离合器接合时，中间轴结合到第三环形齿轮，且第二环形齿轮结合到第三齿轮架。在一些实施例中，中间轴可固定地结合到第三环形齿轮，同时第一离合器选择性地将第二环形齿轮结合到第三齿轮架。在其他实施例中，第二环形齿轮可固定地结合到第三齿轮架，同时第一离合器选择性地将中间轴结合到第三环形齿轮。第二离合器选择性地将第三太阳齿轮结合到中间轴。第三离合器选择性地将输入轴结合到第二太阳齿轮。第四离合器选择性地将第二太阳齿轮结合到中间轴。第一制动器选择性地保持第一太阳齿轮不旋转。当第六换档元件接合时，第四太阳齿轮结合到第一太阳齿轮，第四齿轮架结合到第二环形齿轮，且第四环形齿轮保持不旋转。第六换档元件可以是选择性地保持第四环形齿轮不旋转的第二制动器。

在第二实施例中，变速器包括输入轴、输出轴、中间轴、四个传动装置、至少四个离合器和至少一个制动器。第一传动装置在第一元件、输入轴和第二元件间施加线性转速关系。第二传动装置在第三元件、输出轴和第四元件间施加线性转速关系。第三传动装置在第二元件、第五元件和第六元件间施加线性转速关系。第四传动装置选择性地将第四元件的转速约束在零和第一元件的转速之间。当第一离合器接合时，中间轴结合到第六元件，且第四元件结合到第五元件。在一些实施例中，中间轴可固定地结合到第四元件，同时第一离合器选择性地将第五元件结合到第六元件。在其他实施例中，第五元件可固定地结合到第六元件，同时第一离合器选择性地将中间轴结合到第六元件。第二离合器选择性地将第二元件结合到中间轴。第三离合器选择性地将输入轴结合到第三元件。第四离合器选择性地将第三元件结合到中间轴。第一制动器选择性地保持第一元件不旋转。

在第三实施例中，变速器包括输入轴、输出轴、四个传动装置、离合器、制动器和离合器模块。第一传动装置在第一元件、输入轴和第二元件间施加线性转速关系。第二传动装置在第三元件、输出轴和第四元件间施加线性转速关系。第三传动装置在第二元件、第四元件和第五元件间施加线性转速关系。第四传动装置选择性地将第四元件的转速约束在零和第一元件的转速之间。第一离合器选择性地将第三元件结合到输入轴。第一制动器选择性地保持第一元件不旋转。离合器模块被构造为选择性地结合第二元件、第三元件和第五元件中的任意两个。在一些实施例中，离合器模块可包括中间轴和三个离合器，所述三个离合器分别选择性地将中间轴结合到第二元件、第三元件和第五元件。在其他实施例中，离合器模块可包括三个离合器，所述三个离合器均选择性地直接结合第二元件、第三元件和第五元件中的两个。

所述离合器模块可包括：中间轴；第二离合器，被构造为选择性地将中间轴结合到第二元件；第三离合器，被构造为选择性地将中间轴结合到第五元件；第四离合器，被构造为选择性地将中间轴结合到第三元件。

所述离合器模块可包括：第二离合器，被构造为选择性地将第二元件结合到第三元件；第三离合器，被构造为选择性地将第二元件结合到第五元件；第四离合器，被构造为选择性地将第三元件结合到第五元件。

所述第四传动装置可包括：第五传动装置，被构造为在第一元件、第四元件和第七元件间固定地施加线性转速关系；第二制动器，被构造为选择性地保持第七元件不旋转。

在第四实施例中，变速器包括输入轴、输出轴、七个中间轴、四个离合器和两个制动器。所述两个制动器分别选择性地保持第一中间轴和第三中间轴不旋转。所述四个离合器中的三个分别选择性地将第七中间轴结合到第四中间轴、第五中间轴、第六中间轴。其余离合器选择性地将输入轴结合到第六中间轴。变速器还可包括四个传动装置。第一传动装置在第一中间轴、第二中间轴和第三中间轴间施加线性转速关系。第二传动装置在第一中间轴、输入轴和第四中间轴间施加线性转速关系。第三传动装置在第四中间轴、第二中间轴和第五中间轴间施加线性转速关系。第四传动装置在第六中间轴、输出轴和第二中间轴间施加线性转速关系。每个传动装置均可以是简单的行星齿轮组。

变速器包括：输入轴和输出轴；第一中间轴、第二中间轴、第三中间轴、第四中间轴、第五中间轴、第六中间轴和第七中间轴；第一制动器，被构造为选择性地保持第一中间轴不旋转；第二制动器，被构造为选择性地保持第三中间轴不旋转；第一离合器，被构造为选择性地将第四中间轴结合到第七中间轴；第二离合器，被构造为选择性地将第六中间轴结合到第七中间轴；第三离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第六中间轴；第四离合器，被构造为选择性地将第五中间轴结合到第七中间轴。

所述变速器还可包括：第一传动装置，被构造为在第一中间轴、第二中间轴和第三中间轴间固定地施加线性转速关系；第二传动装置，被构造为在第一中间轴、输入轴和第四中间轴间固定地施加线性转速关系；第三传动装置，被构造为在第四中间轴、第二中间轴和第五中间轴间固定地施加线性转速关系；第四传动装置，被构造为在第六中间轴、输出轴和第二中间轴间固定地施加线性转速关系。

所述第一传动装置可包括：第一太阳齿轮，固定地结合到第一中间轴；第一环形齿轮，固定地结合到第三中间轴；第一齿轮架，固定地结合到第二中间轴；一组行星齿轮，与第一太阳齿轮和第一环形齿轮持续啮合地接合。

所述第二传动装置可包括：第二太阳齿轮，固定地结合到第一中间轴；第二环形齿轮，固定地结合到第四中间轴；第二齿轮架，固定地结合到输入轴；一组行星齿轮，与第二太阳齿轮和第二环形齿轮持续啮合地接合。

所述第三传动装置可包括：第三太阳齿轮，固定地结合到第四中间轴；第三环形齿轮，固定地结合到第五中间轴；第三齿轮架，固定地结合到第二中间轴；一组行星齿轮，与第三太阳齿轮和第三环形齿轮持续啮合地接合。

所述第四传动装置可包括：第四太阳齿轮，固定地结合到第六中间轴；第四环形齿轮，固定地结合到第二中间轴；第四齿轮架，固定地结合到输出轴；一组行星齿轮，与第四太阳齿轮和第四环形齿轮持续啮合地接合。

在第五实施例中，变速器包括输入轴、输出轴、七个中间轴、四个离合器和两个制动器。所述两个制动器分别选择性地保持第一中间轴和第三中间轴不旋转。所述四个离合器中的两个分别选择性地将第七中间轴结合到第六中间轴和输入轴。其他两个离合器分别选择性地将第五中间轴结合到第二中间轴和第六中间轴。变速器还可包括四个传动装置。第一传动装置在第一中间轴、第二中间轴和第三中间轴间施加线性转速关系。第二传动装置在第一中间轴、输入轴和第四中间轴间施加线性转速关系。第三传动装置在第四中间轴、第五中间轴和第六中间轴间施加线性转速关系。第四传动装置在第七中间轴、输出轴和第二中间轴间施加线性转速关系。每个传动装置均可以是简单的行星齿轮组。

变速器包括：输入轴和输出轴；第一中间轴、第二中间轴、第三中间轴、第四中间轴、第五中间轴、第六中间轴和第七中间轴；第一制动器，被构造为选择性地保持第一中间轴不旋转；第二制动器，被构造为选择性地保持第三中间轴不旋转；第一离合器，被构造为选择性地将第五中间轴结合到第六中间轴；第二离合器，被构造为选择性地将第六中间轴结合到第七中间轴；第三离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第七中间轴；第四离合器，被构造为选择性地将第二中间轴结合到第五中间轴。

所述变速器还可包括：第一传动装置，被构造为在第一中间轴、第二中间轴和第三中间轴间固定地施加线性转速关系；第二传动装置，被构造在第一中间轴、输入轴和第四中间轴间固定地施加线性转速关系；第三传动装置，被构造为在第四中间轴、第五中间轴和第六中间轴间固定地施加线性转速关系；第四传动装置，被构造为在第七中间轴、输出轴和第二中间轴间固定地施加线性转速关系。

所述第一传动装置可包括：第一太阳齿轮，固定地结合到第一中间轴；第一环形齿轮，固定地结合到第三中间轴；第一齿轮架，固定地结合到第二中间轴；一组行星齿轮，与第一太阳齿轮和第一环形齿轮持续啮合地接合。

所述第二传动装置可包括：第二太阳齿轮，固定地结合到第一中间轴；第二环形齿轮，固定地结合到第四中间轴；第二齿轮架，固定地结合到输入轴；一组行星齿轮，与第二太阳齿轮和第二环形齿轮持续啮合地接合。

所述第三传动装置可包括：第三太阳齿轮，固定地结合到第四中间轴；第三环形齿轮，固定地结合到第六中间轴；第三齿轮架，固定地结合到第五中间轴；一组行星齿轮，与第三太阳齿轮和第三环形齿轮持续啮合地接合。

所述第四传动装置可包括：第四太阳齿轮，固定地结合到第七中间轴；第四环形齿轮，固定地结合到第二中间轴；第四齿轮架，固定地结合到输出轴；一组行星齿轮，与第四太阳齿轮和第四环形齿轮持续啮合地接合。

第一离合器可被构造为选择性地将第五中间轴直接结合到第六中间轴。

附图说明

图1是第一变速器传动装置的示意图；

图2是第二变速器传动装置的示意图；

图3是第三变速器传动装置的示意图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应当理解，公开的实施例仅仅是示例，其它实施例可采用各种和替代形式。附图不一定成比例地绘制；一些特征可被夸大或最小化，以显示特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应当被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以不同的方式应用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征相组合，以产生未明显示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，对于特定应用或实施方式，可期望与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改。

传动装置是旋转元件和换档元件的集合，换档元件被构造成在旋转元件间施加特定的转速关系。不论任何换档元件的状态如何，均施加一些转速关系（被称为固定转速关系）。仅当特定的换档元件完全接合时才施加被称为选择性转速关系的其他转速关系。在如下情况下在序列表的旋转元件间存在线性转速关系：当（i）组中的第一旋转元件和最后一个旋转元件被约束成具有最极限的转速，（ii）其余旋转元件的转速均被约束为第一旋转元件和最后一个旋转元件的转速的加权平均值时，以及（iii）当旋转元件的转速不同时旋转元件被约束为按照所列出的序列增大或减小时。离散转速比的变速器具有传动装置，该传动装置在输入轴和输出轴之间选择性地施加各种转速比。

如果一组旋转元件在所有的运转条件下均被约束以作为一个单元旋转，则该组旋转元件彼此固定地结合。旋转元件可通过花键连接、焊接、压配合、对普通固体进行加工（machining from a common solid）或其它方法固定地结合。在固定地结合的元件之间可能发生旋转位移的轻微变化，例如，由于齿隙（lash）或轴柔性（compliance）导致的位移。彼此均被固定地结合的一个或更多个旋转元件可称为轴。相反，每当换档元件完全接合而将两个旋转元件约束为作为一个单元旋转时，两个旋转元件通过换档元件选择性地结合，而在至少一些其它运转条件下两个旋转元件以不同的转速自由旋转。通过选择性地将旋转元件连接到壳体而保持旋转元件不旋转的换档元件被称为制动器。选择性地将两个或更多个旋转元件彼此结合的换档元件被称为离合器。换档元件可以是主动控制装置（例如，液压致动或电动致动的离合器或制动器）或者可以是被动装置（例如，单向离合器或制动器）。

在图1中示例性地示出了示例变速器。变速器利用四个简单的行星齿轮组20、30、40和50。行星齿轮架22绕着中心轴旋转，并支撑一组行星齿轮24，从而行星齿轮相对于行星齿轮架旋转。行星齿轮上的外轮齿与太阳齿轮26上的外轮齿以及环形齿轮28上的内轮齿啮合。太阳齿轮和环形齿轮被支撑以绕着与齿轮架相同的轴（即，中心轴）旋转。齿轮组30、40和50类似地构造。

简单的行星齿轮组是在太阳齿轮、行星齿轮架和环形齿轮间施加固定的线性转速关系的传动装置的一种类型。公知的其他类型的传动装置也可在三个旋转元件间施加固定的线性转速关系。例如，双小齿轮行星齿轮组在太阳齿轮、环形齿轮和行星齿轮架之间施加固定的线性转速关系。

在表1中列出了针对每个行星齿轮组的建议齿数比。

表1

环形齿轮28/太阳齿轮26	2.20
		环形齿轮38/太阳齿轮36	1.75
环形齿轮48/太阳齿轮46	1.60
		环形齿轮58/太阳齿轮56	3.70

在图1的变速器中，太阳齿轮26被固定地结合到太阳齿轮36，齿轮架22被固定地结合到环形齿轮58，环形齿轮38被固定地结合到太阳齿轮46，输入轴60被固定地结合到齿轮架32，输出轴62被固定地结合到齿轮架52。由制动器66选择性地保持环形齿轮28不旋转，由制动器68选择性地保持太阳齿轮26和36不旋转。输入轴60通过离合器70选择性地结合到太阳齿轮56。中间轴64固定地结合到环形齿轮48，通过离合器72选择性地结合到太阳齿轮56，并通过离合器76选择性地结合到环形齿轮38和太阳齿轮46。注意，接合离合器76将齿轮组40约束成作为一个单元旋转。这种效果能够通过将齿轮架42选择性地结合到太阳齿轮46或环形齿轮48的离合器而可选地实现。齿轮架42通过离合器74选择性地结合到齿轮架22和环形齿轮58。

如表2中所示出的，使四个离合器和制动器组合地接合，这样在输入轴60和输出轴62之间建立了10个前进转速比和一个倒车转速比。X指示需要离合器建立转速比。（X）指示可应用离合器但不需要离合器。在第一档位中，在不改变转速比的情况下，可应用离合器74或离合器76，而不应用离合器72。当齿轮组具有如表1中所指示的齿数时，转速比具有表2中所指示的值。

表2

在图2中示出了另一个示例变速器。在该变速器中，中间轴64通过离合器74′选择性地结合到环形齿轮48，同时齿轮架42固定地结合到齿轮架22和环形齿轮58。其余特征与关于图1的变速器描述的特征相同。离合器74′以与图1中的离合器74应用得到的转速比相同的转速比应用。

在图3中示出了第三示例变速器。在该变速器中，离合器78选择性地将环形齿轮48结合到太阳齿轮56，离合器80选择性地将环形齿轮48结合到环形齿轮38和太阳齿轮46，而离合器82选择性地将环形齿轮38和太阳齿轮46结合到太阳齿轮56。三个离合器的模块与图2中的离合器72、74′和76的模块类似，允许将三个旋转元件中的任何两个选择性地结合。在图2的变速器中，通过接合两个离合器实现两个元件的选择性结合，由此将每个元件结合到中间轴64。在图3的变速器中，单个离合器接合，以选择性地结合两个元件。如表3中所示，使图3中的三个离合器和制动器组合地接合，这样在输入轴60和输出轴62之间建立了10个前进转速比以及一个倒车转速比。当图3中的齿轮具有与图1和图2中相应的齿轮的齿数相同的齿数时，产生的转速比相同。

表3

虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限定，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可作出各种改变。如上所述，可组合多个实施例的特征以形成可能没有明确描述或说明的本发明的进一步的实施例。虽然多个实施例被描述为提供优点或在一个或更多个期望特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员认识到，根据具体的应用和实施，可以折中一个或更多个特征或特性以实现期望的整体***属性。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、装配的便利性等。这样，被描述为在一个或更多个特性方面比其它实施例或现有技术实施方式更不令人期望的实施例并不在本公开的范围之外并且可能期望用于特定应用。

Claims (10)

1.一种变速器，包括：

输入轴、输出轴和中间轴；

第一行星齿轮组，具有第一太阳齿轮、第一环形齿轮、固定地结合到输入轴的第一齿轮架以及与第一太阳齿轮和第一环形齿轮持续啮合地接合的一组行星齿轮；

第二行星齿轮组，具有第二太阳齿轮、第二环形齿轮、固定地结合到输出轴的第二齿轮架以及与第二太阳齿轮和第二环形齿轮持续啮合地接合的一组行星齿轮；

第三行星齿轮组，具有第三环形齿轮、第三齿轮架、固定地结合到第一环形齿轮的第三太阳齿轮以及与第三太阳齿轮和第三环形齿轮持续啮合地接合的一组行星齿轮；

第四行星齿轮组，具有第四太阳齿轮、第四环形齿轮、第四齿轮架以及与第四太阳齿轮和第四环形齿轮持续啮合地接合的一组行星齿轮；

第一离合器，被布置为当第一离合器接合时，i)使中间轴和第三环形齿轮作为一个单元旋转，并且ii)使第二环形齿轮和第三齿轮架作为一个单元旋转；

第二离合器，被构造为选择性地将第三太阳齿轮可操作地结合到中间轴；

第三离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第二太阳齿轮；

第四离合器，被构造为选择性地将第二太阳齿轮结合到中间轴；和

第一制动器，被构造为选择性地保持第一太阳齿轮不旋转。

2.如权利要求1所述的变速器，还包括第一换档元件，第一换档元件被布置为当第一换档元件接合时，(i)使第四太阳齿轮和第一太阳齿轮作为一个单元旋转，(ii)使第四齿轮架和第二环形齿轮作为一个单元旋转，并且(iii)使第四环形齿轮保持不旋转。

3.如权利要求2所述的变速器，其中，

第四太阳齿轮被固定地结合到第一太阳齿轮，

第四齿轮架被固定地结合到第二环形齿轮，

第一换档元件被构造成选择性地保持第四环形齿轮不旋转。

4.如权利要求1所述的变速器，其中，

第三环形齿轮固定地结合到中间轴，

第一离合器被构造成选择性地将第三齿轮架结合到第二环形齿轮。

5.如权利要求1所述的变速器，其中，

第三齿轮架固定地结合到第二环形齿轮，

第一离合器被构造成选择性地将第三环形齿轮结合到中间轴。

6.一种变速器，包括：

输入轴、输出轴和中间轴；

第一齿轮传动装置，被构造为在第一旋转元件、输入轴和第二旋转元件间固定地施加线性转速关系；

第二齿轮传动装置，被构造为在第三旋转元件、输出轴和第四旋转元件间固定地施加线性转速关系；

第三齿轮传动装置，被构造为在第二旋转元件、第五旋转元件和第六旋转元件间固定地施加线性转速关系；

第四齿轮传动装置，被构造为选择性地将第四旋转元件约束为以零和第一旋转元件的转速之间的转速旋转；

第一离合器，被布置为当第一离合器接合时，(i)使中间轴和第六旋转元件作为一个单元旋转，并且(ii)使第四旋转元件和第五旋转元件作为一个单元旋转；

第二离合器，被构造为选择性地将第二旋转元件结合到中间轴；

第三离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第三旋转元件；

第四离合器，被构造为选择性地将第三旋转元件结合到中间轴；

第一制动器，被构造为选择性地保持第一旋转元件不旋转。

7.如权利要求6所述的变速器，其中，第四齿轮传动装置包括：

第五齿轮传动装置，被构造为在第一旋转元件、第四旋转元件和第七旋转元件间固定地施加线性转速关系；

第二制动器，被构造为选择性地保持第七旋转元件不旋转。

8.如权利要求6所述的变速器，其中，

第六旋转元件固定地结合到中间轴，

第一离合器被构造为选择性地将第五旋转元件结合到第四旋转元件。

9.如权利要求6所述的变速器，其中，

第五旋转元件被固定地结合到第四旋转元件，

第一离合器被构造为选择性地将第六旋转元件结合到中间轴。

10.一种变速器，包括：

输入轴和输出轴；

第一齿轮传动装置，被构造为在第一旋转元件、输入轴和第二旋转元件间固定地施加线性转速关系；

第二齿轮传动装置，被构造为在第三旋转元件、输出轴和第四旋转元件间固定地施加线性转速关系；

第三齿轮传动装置，被构造为在第二旋转元件、第四旋转元件和第五旋转元件间固定地施加线性转速关系；

第四齿轮传动装置，被构造为选择性地将第四旋转元件约束为以零和第一旋转元件的转速之间的转速旋转；

第一离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第三旋转元件；

第一制动器，被构造为选择性地保持第一旋转元件不旋转；

离合器模块，被构造为选择性地结合第二旋转元件、第三旋转元件和第五旋转元件中的两个旋转元件的组合。