CN104033543A - 多级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级变速器。变速器齿轮传动装置，通过换档元件中三者的选择性接合的多种组合而建立至少九个前进传动比和一个倒档传动比。在一个实施例中包括四个简单行星齿轮组、三个离合器和三个制动器。在第二个实施例中包括四个简单行星齿轮组、四个离合器和二个制动器。在第二个实施例中，离合器的三个和制动器的一个形成四换档元件模块。第三实施例包括两个轴线转换齿轮副、三个简单行星齿轮组、五个离合器和一个制动器。

Description

多级变速器

技术领域

本公开涉及用于机动车辆的自动变速器领域。更特别地，本公开属于动力传动***中齿轮、离合器的设置以及它们之间的相互连接。

背景技术

很多车辆在宽范围的车速（包括前进运动和倒车运动两者）下使用。然而，某些类型的发动机只能在较窄的速度范围内高效运转。所以，通常使用能在多个转速比下高效传输动力的变速器。当车辆处于低速时，变速器通常在高转速比下运转，使得发动机扭矩倍增以提高加速度。处于高车速时，使变速器以低转速比运转，以允许与安静、燃料高效的巡航关联的发动机转速。通常，变速器具有安装到车辆结构的壳体、通过发动机曲轴驱动的输入轴以及通常经由差速器总成驱动车轮的输出轴，该差速器总成允许车辆转弯时左车轮和右车轮的以稍微不同的转速旋转。

发明内容

在第一实施例中，变速器包括四个齿轮传动装置、制动器、两个离合器和四个中间轴，配置用于在输入轴和输出轴之间建立九个前进传动比和一个倒档传动比。第一齿轮传动装置，配置用于在第一轴、输入轴和第二轴之间施加固定的线性转速关系。例如，第一齿轮传动装置可以是简单行星齿轮组，所述简单行星齿轮组具有固定连接至第二轴的第一中心齿轮、固定连接至输入轴的齿轮架以及固定连接至第一轴的环形齿轮第二齿轮传动装置在第一轴、第二轴和第三轴之间施加固定的线性转速关系；例如，第二齿轮传动装置可以是简单行星齿轮组，所述简单行星齿轮组具有固定连接至第一轴的中心齿轮、固定连接至第二轴的行星齿轮架以及固定连接至第三轴的环形齿轮。第三齿轮传动装置在第四轴和第二轴之间选择性地施加低速转速（underdrive）关系。例如，第三齿轮传动装置可以是简单行星齿轮组，所述简单行星齿轮组具有通过制动器选择性地保持不旋转的中心齿轮、固定连接至第四轴的齿轮架以及固定连接至第二轴的环形齿轮。或者，作为另一个示例，第三齿轮传动装置可以是简单行星齿轮组，所述简单行星齿轮组具有固定地保持不旋转的中心齿轮、通过离合器选择性地连接至第四轴的齿轮架以及固定地连接至第二轴的环形齿轮。或者作为又一个示例，第三齿轮传动装置可以是简单行星齿轮组，所述简单行星齿轮组具有固定地保持不旋转的中心齿轮、连接至第四轴的齿轮架以及通过离合器选择性地连接至第二轴的环形齿轮。第四齿轮传动装置施加两种选择性的成比例的转速关系。例如，第四齿轮传动装置可以是简单行星齿轮组，所述简单行星齿轮组具有固定连接至第三轴的中心齿轮、固定连接至输出轴的齿轮架、被制动器选择性地保持不旋转的环形齿轮以及将输出轴连接至第一轴的离合器。或者，作为另一个示例，第四齿轮传动装置包括选择性地建立比例转速关系的轴线转换齿轮和离合器。

在第二实施例中，变速器包括四换档元件模块。制动器选择地保持第一轴不旋转。三个离合器选择性地分别将第一轴连接至第二轴、第三轴和输入轴。第一齿轮传动装置可固定地约束第三轴比第四轴旋转的慢。第二齿轮传动装置在第二轴、第四轴、输入轴和第五轴之间施加固定的线性转速关系，并且第二齿轮传动装置在第六轴、第四轴和第五轴之间施加固定的线性转速关系。第三齿轮传动装置可i）选择性地约束输出轴以与第五轴的转速成比例的转速旋转以及ii）选择性地约束输出轴以与第六轴的转速成比例的转速旋转。

在另一实施例中，第四齿轮传动装置包括：连接至第三轴的第一轴线转换齿轮；连接至输出轴并且与第一轴线转换齿轮连续啮合接合的第二轴线转换齿轮；连接至第一轴的第三轴线转换齿轮；以及连接至输出轴并且与第三轴线转换齿轮连续啮合接合的第四轴线转换齿轮。

在另一实施例中，第四齿轮传动装置还包括配置用于选择性地将第二轴线转换齿轮连接至输出轴的第四离合器。

在另一实施例中，第四齿轮传动装置还包括配置用于选择性地将第三轴线转换齿轮连接至第一轴的第五离合器。

在另一实施例中，变速器包括：第一轴、第二轴和第三轴；输入轴；第一制动器配置用于选择性地保持第一轴不旋转；第一离合器配置用于选择性地将第一轴连接至输入轴；第二离合器配置用于选择性地将第一轴连接至第二轴；以及第三离合器配置用于选择性地将第一轴连接至第三轴。

在另一实施例中，变速器包括：第四轴；以及第一齿轮传动装置配置用于固定地约束第三轴比第四轴旋转得慢并以与第四轴相同的方向旋转。

在另一实施例中，变速器还包括：第五轴；以及第二齿轮传动装置配置用于在第二轴、第四轴、输入轴和第五轴之间固定地施加线性转速关系。

在另一实施例中，变速器包括：第六轴；以及其中，第二齿轮传动装置配置用于在第六轴、第四轴和第五轴之间固定地施加线性转速关系。

在另一实施例中，第二轴和第六轴被约束成一致地旋转。

在另一实施例中，变速器还包括：输出轴；以及第三齿轮传动装置配置用于i）选择性地约束输出轴以与第五轴的转速成比例的转速旋转，以及ii）选择性地约束输出轴以与第六轴的转速成比例的转速旋转。

在另一实施例中，换档元件模块包括：适应于绕支撑件旋转的壳体；以及第一、第二、第三和第四离合器组件，每一个离合器组件包括两个离合器盘交错组，每一个离合器组件的一组离合器盘被花键连接至壳体以与壳体一致地旋转，并且每个离合器组件的另一组离合器盘均相对于壳体自由地旋转。

在另一实施例中，所述壳体限定（i）第一腔室、第二腔室和第三腔室以及（ii）位于壳体中的用于将增压流体引入第一腔室、第二腔室和第三腔室的通道。

在另一实施例中，换档元件模块还包括：第一活塞，配置用于在壳体中的第一腔室中轴向地滑动；第二活塞，配置用于在壳体中的第二腔室中轴向地滑动；以及第三活塞，配置用于在壳体中的第三腔室中轴向地滑动。

在另一实施例中，换档元件模块还包括适于固定地安装到车辆的支撑件，所述支撑件限定有用于将增压流体引入壳体中的通道中的通道。

附图说明

图1是第一变速器齿轮传动装置的示意图。

图2是第二变速器齿轮传动装置的示意图。

图3是第三变速器齿轮传动装置的示意图。

具体实施方式

本说明书描述了本发明的实施例。然而，应理解公开的实施例仅为示例，其可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。本领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。所示出的特征组合提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可希望用于特定应用或实施。

齿轮传动装置是配置用于在旋转元件之间施加指定的转速关系的旋转元件和换档元件的集合。无论换档元件的状态如何，施加一些转速关系（称为固定的转速关系）。仅当特定的换档元件完全接合时施加其它的转速关系（称为选择性转速关系）。i)当一组中的第一个和最后一个旋转元件约束成具有最极端的转速时，ii)当每个剩余旋转部件的转速约束成第一个和最后一个旋转元件的加权平均时，线性转速关系存在旋转元件的顺序列表（orderedlist）中，并且iii)当旋转部件的转速不同时，按照顺序列表约束（增加或减小）转速。旋转元件的转速在元件朝一个方向旋转时为正而在元件朝相反的方向旋转时为负。离散传动比变速器具有在输入轴和输出轴之间选择性施加多个传动比的齿轮传动装置。

如果一组旋转元件被约束以在所有工况中作为整体而旋转，则这组旋转元件彼此固定连接。可通过花键连接、焊接、压装、与普通固体机加工或其它方式固定连接旋转元件。可以出现固定连接的元件之间转动角位移的轻微变化，比如由于冲击或轴柔量（shaft compliance）导致的位移。彼此完全固定连接的一个或多个旋转元件可以称为轴。相反，两个旋转元件通过换档元件选择性地连接，只要在换档元件完全接合时换档元件约束该两个旋转元件作为整体而旋转并且在至少一些其它工况中它们可自由地以不同的转速自由旋转。如果两个元件是固定连接或者选择性连接，则它们连接在一起。

通过选择性连接旋转元件至壳体而保持旋转元件不旋转的换档元件称为制动器。选择性地将两个或多个旋转元件彼此连接的换档元件称为离合器。换档元件可以是主动控制的装置（比如液压或电动驱动的离合器或制动器）或者可以是被动装置（比如单向离合器或制动器）。如果两个旋转元件是固定连接或者选择性连接，则它们连接在一起。

图1示意性地说明了示例变速器。变速器利用四个简单行星齿轮组20、30、40和50。行星齿轮架22绕中心轴线旋转并支撑一组行星齿轮24使得行星齿轮相对于行星齿轮架旋转。行星齿轮的外齿与中心齿轮26的外齿和环形齿轮28的内齿啮合。中心齿轮和环形齿轮被支撑以与齿轮架绕相同的轴线旋转。类似地构建齿轮组30、40和50。

简单行星齿轮组是在中心齿轮、行星齿轮架和环形齿轮之间施加固定的线性转速关系的齿轮传动装置的一种类型。其它已知类型的齿轮传动装置也在三个旋转元件之间施加固定的线性转速关系。例如，双小齿轮行星齿轮组在中心齿轮、环形齿轮和行星齿轮架之间施加固定的线性转速关系。

表1列出了用于每个行星齿轮组的建议的齿数比。

表1

环形齿轮28/中心齿轮26	1.50
		环形齿轮38/中心齿轮36	2.00
环形齿轮48/中心齿轮46	3.70
		环形齿轮58/中心齿轮56	1.70

在图1的变速器中，齿轮架22固定连接至输入轴10，环形齿轮28固定连接至中心齿轮36，中心齿轮26固定连接至齿轮架32和环形齿轮48，环形齿轮38被固定连接至中心齿轮56，以及输出轴12被固定连接至齿轮架52。环形齿轮58被制动器60选择性地保持不旋转。中心齿轮46被制动器62选择性地保持不旋转。齿轮架42被制动器64选择性地保持不旋转，通过离合器66选择性地连接至环形齿轮38，并且通过离合器68选择性地连接至输入轴10。输出轴12通过离合器70选择性地连接至中心齿轮36。

齿轮和换档元件的多种组合施加特定的转速关系。齿轮组40和制动器62的组合在齿轮架42和由中心齿轮26、齿轮架32和环形齿轮48组成的轴之间选择性地施加超速（overdrive）关系。换句话说，当制动器62接合时，环形齿轮48被约束成比齿轮架42旋转得快并且以与齿轮架42相同的方向旋转。齿轮组50、制动器60和离合器70的组合施加两种选择性的转速关系。当制动器60接合时，输出轴12的转速被约束成与中心齿轮56的转速成比例。当制动器70接合时，输出轴12的转速等于中心齿轮36的转速。换句话说，速度与变速比1成比例。

如表2所示，换档元件中三者接合的组合在输入轴10和输出轴12之间建立九个前进传动比和一个倒档传动比。X指示换档元件需要用于建立传动比。（X）指示可以应用离合器但不是必需的。在第四档上，制动器60和离合器70建立输入轴10和输出轴12之间的动力流动路径。还可以应用剩下的换档元件的任何一个。应用离合器68确保通过接合仅一个换档元件并释放仅一个换档元件而完成从第四档的所有一阶和二阶换档。当齿轮组具有表1指示的齿数时，传动比具有表2中指示的值。

表2

60

62

64

66

68

70

传动比

阶梯比例

倒档

X

X

X

-3.24

75%

第一档

X

X

X

4.31

第二档

X

X

X

2.70

1.60

第三档

X

X

X

1.81

1.50

第四档

X

(X)

X

1.45

1.24

第五档

X

X

X

1.22

1.19

第六档

X

X

X

1.00

1.22

第七档

X

X

X

0.88

1.14

第八档

X

X

X

0.73

1.20

第九档

X

X

X

0.60

1.22

图2示出了第二示例变速器。在这种变速器中，简单的行星齿轮组30具有第二环形齿轮39，所述第二环形齿轮39与环形齿轮38类似，与行星齿轮34连续啮合。齿轮架32利用行星齿轮34之间的周向空间而在环形齿轮39和环形齿轮38之间径向向外地延伸，以与环形齿轮48连接。齿轮组30在中心齿轮36、行星架32和环形齿轮39之间施加线性转速关系，并且在中心齿轮36、行星架32和环形齿轮38之间也施加线性转速关系。如果行星齿轮34的与环形齿轮38啮合的部分的节圆半径等于行星齿轮34的与环形齿轮39啮合的部分的节圆半径，那么环形齿轮38和环形齿轮39将在所有的运转工况下一致地旋转。如果行星齿轮34是步进式的（stepped），那么环形齿轮38和环形齿轮39的转速在一些运转工况下将出现微小的不同。图1中所示的齿数的比例也适用于图2中的变速器。

在图2的变速器中，齿轮架22固定地连接至输入轴10，环形齿轮28固定连接至中心齿轮36，中心齿轮26固定连接至齿轮架32和环形齿轮48，环形齿轮38固定连接至中心齿轮56，中心齿轮46固定地保持不旋转，且输出轴12固定连接至齿轮架52。环形齿轮58被制动器60选择性地保持不旋转。输出轴12通过离合器70选择性地连接至中心齿轮36。

中间轴74、制动器64′和离合器62′、66′和68′形成四换档元件模块。中间轴74通过制动器64′选择性地保持不旋转，通过离合器62′选择性地连接至齿轮架42，通过离合器66′选择性地连接至环形齿轮39，通过离合器68′选择性地连接至输入轴10。应用三个离合器中的两个能选择性地使相应的两个旋转元件连接。应用离合器中的一个和制动器选择性地保持相应的旋转元件不旋转。每个离合器均可包括离合器组件，所述离合器组件具有与轴74一起旋转的第一组盘和在第一组盘之间交错并通过花键连接到相应的轴的第二组盘。每个离合器均可通过将增压流体引入腔室使得流体迫使活塞挤压盘以进行摩擦接触而液压接合。轴74可包括形成腔室的壳体。液压流体可流经支撑构件75中的通道，然后流经壳体中的通道而到达相应的室。密封件在流体于固定支撑件和旋转壳体之间流动时包容流体。未被增压的流体可被供应到每个活塞的相对侧,以抵消由离心力而在旋转腔室中产生的压力。将用于三个离合器的腔室布置在单个壳体中是有利的，这是因为未增压流体的单独供应能够用于所有的三个离合器，从而降低所需的密封件的数量。除了将腔室和活塞布置在固定支撑件中是有利的之外，制动器类似地致动。

齿轮和换档元件的各种组合施加特定的转速关系。齿轮组20和30的组合在环形齿轮38或环形齿轮39，由中心齿轮26、齿轮架32和环形齿轮48组成的轴，输入轴10，和由环形齿轮28和中心齿轮36组成的轴之间施加线性转速关系。其它齿轮传动装置也在这四个元件之间施加线性关系。具体地，任何两个行星齿轮组（第一齿轮组中的两个元件固定连接至第二齿轮组中的两个元件）均在四个轴之间施加线性转速关系。齿轮组40和离合器62′的组合选择性地在中间轴74和由中心齿轮26、齿轮架32和环形齿轮48组成的轴之间施加超速关系。根据表2应用换档元件，以建立九个前进转速比和一个倒档转速比。

图3中示出具有简单的行星齿轮组20、30和40的变速器的第三个示例。输出轴12绕与输入轴线大体平行的第二轴线旋转。轴线转换齿轮76和80被支撑以绕输入轴线旋转，同时轴线转换齿轮78和82被支撑以绕输出轴线旋转。轴线转换齿轮76和80分别连续啮合接合到轴线转换齿轮78和82。建议所选择的节圆直径能够使齿轮78和齿轮76之间的传动比与齿轮80和齿轮82之间的传动比的乘积大约为2.7。

在图3的变速器中，齿轮架22固定连接至输入轴10，环形齿轮28固定连接至中心齿轮36，中心齿轮26固定连接至齿轮架32，环形齿轮38固定连接至轴线转换齿轮76，中心齿轮46被固定地保持不旋转，且输出轴12固定连接至轴线转换齿轮82。轴线转换齿轮78通过离合器60′选择性地连接至输出轴。环形齿轮48通过离合器62选择性地连接至中心齿轮26和齿轮架32。齿轮架42通被制动器64选择性地保持不旋转，通过离合器66选择性地连接至环形齿轮38，并通过离合器68选择性地连接至输入轴10。轴线转换齿轮80通过离合器70′选择性地连接至中心齿轮36。

齿轮和换档元件的各种组合施加特定的转速关系。齿轮组40和离合器62的组合在齿轮架32和由中心齿轮26和齿轮架32组成的轴之间选择性地施加超速关系。轴线转换齿轮76、78、80和82及离合器60′和70′的组合施加两种选择性地转速关系。当离合器60′接合时，输出轴12的转速被约束为与环形齿轮38的转速成比例。当离合器70′接合时，输出轴12的转速被约束为与中心齿轮36的转速成比例。

虽然上文描述了示例实施例，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，并且应理解可以作出各种改变而不脱离本发明的精神和范围。如上所述，可以组合多个实施例的特征以形成本发明没有明确描述或说明的进一步的实施例。尽管已经描述了多个实施例就一个或多个期望特性来说提供了优点或相较于其他实施例或现有技术应用更为优选，本领域技术人员应该意识到，取决于具体应用和实施，为了达到期望的整体***属性可以对一个或多个特征或特性妥协。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、易于装配等。因此，描述的实施例在一个或多个特性上相对于其他实施例或现有技术应用不令人满意也未超出本发明的范围之外，并且可以满足特定应用。

Claims (10)

1.一种变速器，包含：

第一轴、第二轴、第三轴和第四轴；

输入轴；

输出轴；

第一齿轮传动装置，配置用于在第一轴、输入轴和二轴之间固定施加线性转速关系；

第二齿轮传动装置，配置用于在第一轴、第二轴和第三轴之间固定施加线性转速关系；

第三齿轮传动装置，配置用于选择性约束所述第四轴比所述第二轴旋转得慢且以与第二轴相同的方向旋转；

第四齿轮传动装置，配置用于i）选择性地约束输出轴以与第一轴的转速成比例的转速旋转，以及ii）选择性地约束输出轴以与第三轴的转速旋转；

第一制动器，配置用于选择性保持所述第四轴不旋转；以及

第一离合器，配置用于选择连接所述第四轴和所述输入轴。

2.如权利要求1所述的变速器，其中、第一齿轮传动装置包括：

第一简单行星齿轮组，所述第一简单行星齿轮组具有固定连接至第二轴的第一中心齿轮、固定连接至第一轴的第一环形齿轮、固定连接至输入轴的第一行星齿轮架以及被支撑以在第一行星齿轮架上旋转并且与第一中心齿轮和第一环形齿轮连续啮合接合的至少一个行星齿轮。

3.如权利要求1所述的变速器，所述变速器还包括：第二离合器配置用于选择性地将第三轴连接至第四轴。

4.如权利要求3所述的变速器，其中，第二齿轮传动装置包括：

第二简单行星齿轮组，所述第二简单行星齿轮组具有固定连接至第一轴的第二中心齿轮、固定连接至第三轴的第二环形齿轮、固定连接至第二轴的第二行星齿轮架以及被支撑以在第二行星齿轮架上旋转并与第二中心齿轮和第二环形齿轮连续啮合接合的至少一个行星齿轮。

5.如权利要求1所述的变速器，所述变速器还包括：第二离合器配置用于选择性地将第五轴连接至第四轴，并且其中第二齿轮传动装置进一步配置为在第一轴、第二轴和第五轴之间固定地施加线性转速关系。

6.如权利要求5所述的变速器，其中，第二齿轮传动装置包括：

第二简单行星齿轮组，所述第二简单行星齿轮组具有固定连接至第一轴的第二中心齿轮、固定连接至第三轴的第二环形齿轮、固定连接至第五轴的第五环形齿轮、固定连接至第二轴的第二行星齿轮架以及被支撑以在第二行星齿轮架上旋转并与第二中心齿轮、第二环形齿轮和第五环形齿轮连续啮合接合的至少一个行星齿轮。

7.如权利要求1所述的变速器，其中，第三齿轮传动装置包括：

第三简单行星齿轮组，所述第三简单行星齿轮组具有第三中心齿轮、固定连接至第二轴的第三环形齿轮、固定连接至第四轴的第三行星齿轮架以及被支撑以在第三行星齿轮架上旋转并与第三中心齿轮和第三环形齿轮连续啮合接合的至少一个行星齿轮；以及

第二制动器，配置用于选择性保持所述第三中心齿轮不旋转。

8.如权利要求1所述的变速器，其中，第三齿轮传动装置包括：

第三简单行星齿轮组，所述第三简单行星齿轮组具有固定地保持不旋转的第三中心齿轮、固定连接至第二轴的第三环形齿轮、第三行星齿轮架以及被支撑以在第三行星齿轮架上旋转并与第三中心齿轮和第三环形齿轮连续啮合接合的至少一个行星齿轮；以及

第三离合器，配置用于选择性地将第四轴连接至第三行星齿轮架。

9.如权利要求1所述的变速器，其中，第三齿轮传动装置包括：

第三简单行星齿轮组，所述第三简单行星齿轮组具有固定保持不旋转的第三中心齿轮、第三环形齿轮、固定连接至第四轴的第三行星齿轮架以及被支撑以在第三行星齿轮架上旋转并与第三中心齿轮和第三环形齿轮连续啮合接合的至少一个行星齿轮；以及

第三离合器，配置用于选择性地将第二轴连接至第三环形齿轮。

10.如权利要求1所述的变速器，其中，第四齿轮传动装置包括：

第四简单行星齿轮组，所述第四简单行星齿轮组具有固定连接至第三轴的第四中心齿轮、固定连接至输出轴的第四行星齿轮架以及被支撑以在第四行星齿轮架上旋转并与第四中心齿轮和第四环形齿轮连续啮合接合的至少一个行星齿轮；

第四离合器，配置用于选择性地将第一轴连接至输出轴；以及

第三制动器，配置用于选择性地保持第四环形齿轮不旋转。