CN1656327A - 用于机动车例如轻型机动车的传动装置 - Google Patents

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Abstract

一种特别用于机动车的自动传动装置，其包括：可旋转的输入元件(3)和可旋转的输出元件(4)；第一带齿元件(5)和第二带齿元件(6)，所述第一带齿元件(5)和第二带齿元件(6)均与第三带齿元件(7)啮合；第一联接装置(11)和第二联接装置(12)，以便选择性地使该可旋转的输入元件和输出元件中的第一个分别与该第一带齿元件(5)和该第二带齿元件(6)联接；第三联接装置(74、76)，以便选择性地使该可旋转的输入元件和输出元件中的第二个(4)与该第三带齿元件(7)联接；第一止动装置(8)和第二止动装置(9)，以便选择性地分别使该第一带齿元件(5)和该第二带齿元件(6)固定不动；用于该第一联接装置(11)的第一致动器(111)；以及第二致动器(62)，其可以处于第一位置和第二位置，在第一位置，该第一联接装置(11)可处于接合状态和脱开接合的状态，该第二联接装置(12)脱开接合，而在第二位置，该第一联接装置(11)脱开接合，该第二联接装置(12)处于接合状态。

Description

用于机动车例如轻型机动车的传动装置
本发明涉及一种用于陆地机动车特别是用于小型机动车例如“没有执照的”低等级汽车的传动装置。具有较低的能力和/或功率的发动机以及具有依据国家立法限制的最大速度的轻型机动车在某些国家可以由没有驾驶执照的人来驾驶，这种机动车被称为低重量级的汽车。
本发明尤其涉及一种相对于可获得的传动比的数值具有特别简单的结构的传动装置。
几乎所有的自动传动装置使用差动机构以及特别使用行星齿轮组，其中使用了选择性的联接装置例如制动器、离合器、和/或飞轮来改变由每一组行星齿轮提供的传动比。通常，行星齿轮组设置有成对的两个齿轮，其中的一个齿轮是通过使用在该齿轮组上将两个相互啮合的旋转元件联接在一起的离合器从而实现的直接驱动齿轮。存在可提供大于两个齿轮的行星齿轮组，而且在这种情况下，设置有通常为“复杂的”行星齿轮组，即具有大于三个的内捏合旋转元件，这事实上等效于至少两组行星齿轮组。由此，为了形成三个齿轮的传动装置，现在需要两组行星齿轮组。
另外，实现自动控制装置也是特别复杂并且昂贵的。
EP-A-0683877描述了一种自动传动装置，其中通过使用螺旋齿的轴向推力来简化自动控制装置，以便测量传递的扭矩并作为与该扭矩成比例的促动力。当行星齿轮组作为减速单元操作时，该力使得行星齿轮组的输入和输出之间的直接驱动离合器保持断开。在这时，飞轮使得该齿轮组的第三元件保持不动。当旋转速度足以使得它们克服齿轮的轴向推力时，在离心飞重的作用下，该直接驱动离合器闭合。
使用这种已知的装置，控制装置当然得到简化并消耗较低的能量，但是简单的行星齿轮组只能提供两个挡。
尽管理论上行星齿轮组提供多个传动比，但是如果给定在两个挡之间改变所涉及的复杂性则实际上其不能获得超过两个的传动比。
本发明的目的在于提供一种传动装置，其中在差动机构中从一个挡改变成另一挡所需的装置大大地简化。
本发明的另一目的在于提供一种传动装置，其中简单的差动机构即仅带有三个相互啮合的元件的差动机构可以提供超过两个的传动比。
本发明的另一目的在于提供一种传动装置，其中通过特别简单的结构和提高的机械效率可获得多个挡。
本发明的另一目的在于提供一种制造经济的特别轻的传动装置。
依据本发明，为了满足所有的和部分的目的，提供了一种特别用于机动车的自动传动装置，其包括：
-可旋转的输入元件和可旋转的输出元件；
-第一带齿元件和第二带齿元件，所述第一带齿元件和第二带齿元件均与第三带齿元件啮合；
-第一联接装置和第二联接装置，以便选择性地使该可旋转的输入元件和输出元件中的第一个分别与该第一带齿元件和该第二带齿元件联接；
-第三联接装置，以便选择性地使该可旋转的输入元件和输出元件中的第二个与该第三带齿元件联接；
-第一止动装置和第二止动装置，以便选择性地分别使该第一带齿元件和该第二带齿元件固定不动；
-用于该第一联接装置的第一致动器；以及
-第二致动器，其可以处于第一位置和第二位置，在第一位置，该第一联接装置可处于接合状态和脱开接合的状态，该第二联接装置脱开接合，而在第二位置，该第一联接装置脱开接合，该第二联接装置处于接合状态。
依据本发明的传动装置使得可容易地使用单个行星齿轮组实现三个挡。因此，旋转的第一元件通常是旋转的输入元件(例如输入轴)，其通过第一联接装置与第一带齿元件联接，或通过第二联接装置与第二带齿元件联接，或同时与第一联接装置和第二联接装置联接，以便以这样的方式实现直接驱动。
第一联接装置和第二联接装置脱开联接的第四状态相当于空挡。
在其第一位置，依据本发明，所设置的第二致动器允许借助第一致动器选择成空挡或一挡传动比，并且其第二位置相当于二挡传动比，其中第一联接装置脱开接合，而第二联接装置处于接合状态。
优选的是，在第二位置中，为了确保第一联接装置脱开接合，第二致动器借助其间的第一联接装置在第一致动器上施加一推力。因此，施加到第二致动器上的力用于使得第二联接装置处于接合状态并且沿第一联接装置的脱开接合的方向作用于该第一致动器。
在本发明的优选实施例中，第二致动器可处于第三位置，其中第一和第二联接装置处于接合状态。
通过使第二致动器移动超出其第二位置从而优选地实现该功能，以便第二致动器作用于第三致动器，其将第一联接装置推靠在第一致动器上，其遇到一止动件并可作为相对支承(counterbearing)。
同时，优选的是，第一致动器与适于在汽车的移动中逐渐设定的第一控制装置相关。这消除了在发动机和传动装置之间的输入离合器。这代表了重量、成本、和尺寸方面的明显节省。该控制装置优选为离心式的。其克服回复弹簧作用于第一联接装置，但是这不是重要的。相反，当发动机处于其空转速度时，在第一联接装置中的特定“牵引”是优选的，当发动机空转时这允许机动车以非常低的速度向前移动。驾驶者可通过致动刹车踏板而防止这种非常低速的移动。
参照对优选实施例的下列描述并结合附图，可以更好地理解本发明及其目的和优点，其中：
图1是根据本发明的自动传动装置在空挡时的轴向半剖的截面图；
图2是是图1所示的装置在一挡操作时的半剖截面图，(其中不再示出反向装置)；以及
图3和4与图2的上部类似，只是分别示出了该装置在二挡和三挡操作时的状态。
在图1所示的示例中，该传动装置主要由差动机构构造成，该差动机构包括：
-壳体元件2，其仅示出了一部分并特别包括定子轴21，该轴不可平移并且不可旋转，并沿该机构的总体的X轴延伸；
-可旋转的输入元件3，其相对于该壳体元件2不可平移，并且包括在示例中所示的一个中心在该总体X轴上超出该定子轴21的一个端部的盘，该盘旨在以未示出的方式直接或间接连接到机动车驱动发动机的轴上；
-可旋转的输出元件4，其旨在至少间接地连接到该机动车的车轮上；
-可旋转的恒心元件5，其沿X轴围绕该定子轴21布置并且可相对于其围绕该X轴旋转；
-形成环形齿轮6的可旋转元件，其围绕X轴装配并围绕该恒心元件5和该定子轴21布置；
-形成行星齿轮架7的可旋转元件，其围绕X轴均匀分布以便承载相对于该总体X轴偏心的轴颈71，在其上行星小齿轮72自由地旋转并与该恒心元件5和该环形齿轮6啮合，以这样的方式通过它们形成行星齿轮组；
-第一飞轮8，其防止该恒心元件5沿与该输入元件3相反的方向相对于该壳体元件2旋转；
-第二飞轮9，其防止该环形齿轮6沿与该输入元件3相反的方向相对于该壳体元件2旋转；
-第一摩擦联接装置11，在围绕该X轴旋转时其选择性地将该输入元件3与该恒心元件5联接；
-第二摩擦联接装置12，在围绕该X轴旋转时其选择性地将该输入元件3与该环形齿轮6联接；
摩擦联接装置11和12是湿式多盘离合器。为了形成该离合器，输入元件3具有形成围绕X轴的轮周的一系列的肋31，其轴向定位。肋31的轮周围绕装接到恒心元件5上的外键槽51，并且肋31的轮周被装接到环形齿轮6上的内键槽61包围。该第一摩擦联接装置11包括在旋转中与肋31和键槽51交替联接的叠置盘。第二摩擦联接装置12包括在旋转中与肋31和键槽61交替联接的叠置盘。
该传动装置还具有由围绕X轴定中心的环形成的第一致动器111，其具有开口112，肋31延伸穿过该开口。第一致动器111轴向地装配到肋31上，并在肋31上滑动。
第一控制装置113还设置用于形式为一系列的离心飞重118(flyweight)，其围绕X轴分布并且在围绕X轴旋转中由输入元件3来驱动。在输入元件3围绕X轴旋转而产生的离心力的作用下，该飞重从所示的空转位置枢转到图2所示的抬升位置。当离心飞重118处于空转位置时，第一致动器111本身处于置靠在输入元件3的径向表面上的空转位置，肋31从其延伸。另一方面，当飞重118处于图2所示的抬升位置时，第一致动器111借助每一飞重的突出部114推靠在第一联接装置11的叠置盘上。
该传动装置还具有由杯状件62构造成的第二致动器，该杯状件在相对于第一致动器111的相反侧上覆盖联接装置11和12。杯状件62装接到环形齿轮6上，其可平行于X轴滑动。环形齿轮6的齿轮齿63轴向布置并且足够长以便无论环形齿轮6的轴向位置如何，它们都与行星小齿轮72完全啮合。第二致动器62还具有环122，该环围绕其外边缘带有与键槽61啮合的齿。压缩弹簧121设置在环122与装接到环形齿轮6上的端面之间。弹簧121将环122朝向该盘和第一致动器111推回。在环122上的齿在径向上比在盘上装接到环形齿轮6上的齿长。当弹簧121处于空转状态时，其推压环22，直到环122的延伸齿以预定的预应力压靠在环形齿轮6的肩部64上。肩部64形成了环122轴向保持于其中的键槽61的较深区域到可容纳联接装置12的盘的齿的较浅区域的过渡部分。
该传动装置在相对于第一摩擦联接装置11的叠置盘与第一致动器111轴向相对的侧面上还具有第三控制件116，其由装配在肋31的径向内侧面上的滑动环构造成。借助固定到肋31上的止动套筒117来防止第三致动器116脱离肋31。从由止动套筒117限定的限制位置，该第三控制件116可在肋31上滑动以便将第一摩擦联接装置11的叠置盘推向第一致动器111。
该传动装置还包括第二控制件13，其具有在围绕X轴旋转过程中由行星齿轮架7驱动的离心飞重131，并且因此该离心飞重的速度与输出元件4的旋转速度成比例。飞重131具有置靠在环形齿轮6的端面66上的突出部132，由于具有止推轴承133位于其间，因此行星齿轮架7和飞重131围绕X轴的旋转速度基本上与环形齿轮6的速度不同。
当飞重131处于空转(如图1所示)时，置靠在肩部64上的环122与第一控制件111之间的距离确定成使得第二摩擦联接装置12处于脱离接合的状态。当飞重131在离心力的作用下抬升时，如在以下将参照图3和4所示详细描述，环形齿轮6以便特别是包括杯状件62的第二致动器被推向第一致动器111并由此沿趋向压缩该第二摩擦联接装置12的叠置盘的方向被推压。
由恒星轮5、环形齿轮6、和在旋转中安装在器行星齿轮架7上的行星小齿轮72所形成的行星齿轮组上的齿是螺旋形的，并且该齿的倾斜方向如此选择，即，使得当传递推进扭矩时发自环形齿轮6的齿63的轴向反作用力沿趋向松释第二摩擦联接装置12并向下推该飞重131的方向。该轴向推力由图2所示的箭头PA来表示。
在图1所示的示例中，该传动装置还设置有反向***14，其包括在围绕X轴旋转中与行星齿轮架7联接的爪形离合器141，而且其还可以借助未示出的手动控制装置相对于该行星齿轮架7轴向滑动。为了实现该相对于行星齿轮架7的滑动，行星齿轮架7可通过在定子轴21上的轴承73在轴向上固定不动，行星齿轮架和爪形离合器141设置有相互啮合的键槽74、142。在其径向外端面上，爪形离合器141具有齿143，在图1中的实线所示的向前位置中该齿143与在输出元件4上的相应齿41啮合。在部分地由虚线所示的反向位置中，齿143与反向空转齿轮42啮合，该空转齿轮又与在输出元件4上的第二组齿43啮合。另外，爪形离合器141具有止动区域144，当爪形离合器141处于反向位置时该止动区域144围绕飞重131，如图1的虚线所示，以便防止飞重离开它们的空转位置。如图清晰所示，当爪形离合器141处于反向位置时，这防止了该传动装置以除了空挡或其一挡之外的传动比工作。
以下将详细描述该传动装置的操作。
在图1所示的情况下，旋转的输入元件3是静止的，因此飞重118是放下的。第二控制装置13的飞重131也是放下的。两个摩擦联接装置11、12处于脱开接合的状态，因此该旋转的输入元件3相对于输出元件4自由地旋转，这相当于空挡。然而，如果停车制动器不充分地应用，可防止该机动车例如沿倾斜的街道反向移动，在不使恒心轮5和/或环形齿轮6沿相同方向旋转的情况下不能使行星齿轮架7反向移动；当分别通过飞轮8和9防止恒心轮5和环形齿轮6旋转时，恒心轮5和环形齿轮6都不能旋转。这对于斜坡启动是有利的，斜坡启动对于驾驶技术往往有限的低重量级汽车的驾驶者通常是难以操作的。
相似的，如果爪形离合器141被推到反向位置，由于上述的相似原因，可防止该机动车向前移动。对于在斜坡启动操作倒挡时是有利的。
从这种情况下，如果驾驶者启动发动机时，该旋转的输出元件3直接或间接地(例如借助其间的带或传动***)而且永久地联接到机动车的发动机上，该输出元件3开始旋转，并且第一控制装置113的飞重如图2所示地抬升；这使得第一联接装置11的盘压靠在第三致动器116上，但是第一致动器111的径向外部没有压靠第二摩擦联接装置13的叠置盘。当旋转的输入元件3以相当于发动机空转速度的旋转速度围绕X轴旋转时，作用在该飞重上的离心力较小，以至于在第一摩擦联接装置11中仅存在使得恒心轮5旋转特定量的“牵引”。如果机动车的驾驶者使得发动机的转速增加，在第一控制装置113上在飞重中的离心力逐渐增加，第一摩擦联接装置11的接合增加逐渐地使得旋转的输入元件3和恒心轮5一起旋转。当需要被驱动的载荷使得行星齿轮架趋向静止时，恒心元件5的旋转趋向使得环形齿轮6反向旋转，但是这被第二飞轮9阻止，因此环形齿轮6固定不动，并且行星齿轮架7被驱动沿与恒心元件5相同的旋转方向旋转，但是其旋转速度明显低于恒心元件5。
同时，输出元件7的旋转速度没有在飞重131中产生足够的离心力以克服轴向推力PA的反作用。这种操作相当于一挡的传动比。
如果行星齿轮架7的旋转速度增加，飞重131最终如图3所示地抬升并且沿使得第二摩擦联接装置12压靠第一致动器111的方向推压该环形齿轮6。该力小于弹簧121的预应力，以便使得置靠在肩部64上的环122与装接到环形齿轮6上的杯状件62作为单个单元一起移动。
在这种移动开始时，由飞重131产生的轴向剩余力相对于轴向推力PA是非常小的，只是足以是在摩擦联接装置12中产生牵引力。然而，该牵引力使得由恒心元件5传递的力降低，并且由此降低了轴向推力PA。因此，沿摩擦联接装置12的接合方向的轴向力逐渐变大，直到如图3所示该摩擦联接装置12不仅推靠到第一致动器111上而且最终推压成抵靠旋转的输入元件3的盘由此松释该第一摩擦联接装置11。因此，旋转的输入元件3的移动不再传递给恒心元件5，而且传递给环形齿轮6。恒心元件5随后趋向于反向旋转，但是其飞轮8阻止其反向旋转，因此行星齿轮架7以一新的旋转速度被驱动，该新的旋转速度相对于输入元件3的旋转速度大于在一挡操作过程中的速度。
实际上，当在机动车中改变成更高的传动比时情况总是如此，在换挡过程中，当由移动的机动车形成的负荷反作用于该输出元件(以及在该示例中的行星齿轮架7)的旋转速度的明显改变时，输入元件3的速度降低以便于新的传动比匹配。在换挡过程中输入元件3的速度的这种降低使得在飞重118中的离心力降低，并且因此对于借助由第二致动器62施加的经由在第一致动器111上的第二摩擦联接装置12的推力来使飞重118放下是有利的。
如果输出元件的速度和行星齿轮架7的速度继续增加，飞重131最终抬升程度大于图3所示的状态，如图4所示，由此使得杯状件62进一步推向左侧，这是因为超过了弹簧121的强度门限值并且弹簧随后被压缩。由于第一摩擦联接装置11压紧，环122移动离开肩部64，并且在杯状件62上的支承面67将第三致动器116推向第一致动器111。一旦启动，该移动只是加强，因为其相当于推力PA的进一步降低。实际上，一部分的扭矩随后由恒心轮5来传递，因此由环形齿轮6的齿来传递的扭矩部分相应地减小。在该新情况下，两个摩擦联接装置11和12处于接合状态，并且将输入元件3、环形齿轮6、和恒心元件5联接到一起。这是直接驱动的状态。行星齿轮架7也以输入元件3、环形齿轮6、和恒心元件5的共同的旋转速度旋转。飞重118在第一控制装置113上保持其放下的状态。
在相对于行星齿轮架7的速度降低输入元件3的速度的方向上的各种换挡操作中，在每一换挡操作中，趋向反作用于该换挡的轴向推力的逐渐降低具有一旦新的传动比开始建立则稳定该传动比的效果。因此，对于相同的发动机扭矩，减挡只在行星齿轮架7的旋转速度较低时才出现。
以下描述减挡：
-从第三挡到第二挡，当第一摩擦联接装置11中出现打滑时该改变开始，这时由飞重131产生的力只是足以克服推力PA并压紧弹簧121。该打滑导致恒心元件5减速，直到其被飞轮8止动。这种止动增加了轴向推力PA并且飞重131因此被推压到其图3所示的位置，弹簧121松释到其最小的带预应力的位置。
-如果飞重131的力从该状态进一步下降，并且相对于输入元件3和环形齿轮6之间传递的发动机扭矩而言，不足以大于足以压紧第二摩擦联接装置12的轴向推力PA，则该第二摩擦联接装置12开始打滑，直到其被飞轮9止动。这趋向于使得输入元件3急转，并且因此使得由飞重118产生的离心力增加；由此第一摩擦联接装置11回复到接合状态，以便形成一挡的操作。该轴向推力PA增大并且完全地将飞重131推下，以便终止图2所示的状态。
以上所述的传动装置具有以下优点，不仅其明显简化，而且由于推力PA的所产生的增大，具有所谓的“换低档”特征，这使得驾驶者简单地通过压加速踏板而改变成低挡。
当行星齿轮架7趋向于比输入元件3更快地旋转时(在发动机止动模式操作)，即当机动车的驾驶者松开加速踏板或当机动车下坡时，施加给输入元件3的扭矩是不利的，轴向推力PA反向并且由此有助于飞重131压紧第二摩擦联接装置12，甚至在大多数情况下压紧弹簧121以及由此的第一摩擦联接装置11，以便实现直接驱动操作。
为了简化，图2和4没有示出反向装置14，而是示出了简单的输出齿轮76，其装接到行星齿轮架7上。
本发明不限于上述的实施例。
本发明可构思出其它的回复弹簧，例如趋向于使第一和第二致动器111、116彼此分离的弹簧，或者通常使第一摩擦联接装置11的弹簧。
可以按与所示的不同的方式获得反向，例如通过使行星齿轮架7不动并致动爪形离合器，这使得环形齿轮6与飞轮9松开并将环形齿轮6连接到输出轴上。
所描述的结构带有两个摩擦联接装置11、12，一个围绕另一个，这不对本发明有限制，例如它们可以是轴向对准的。

Claims (18)

1.一种特别用于机动车的自动传动装置，其包括：
-可旋转的输入元件(3)和可旋转的输出元件(4)；
-第一带齿元件(5)和第二带齿元件(6)，所述第一带齿元件(5)和第二带齿元件(6)均与第三带齿元件(7)啮合；
-第一联接装置(11)和第二联接装置(12)，以便选择性地使该可旋转的输入元件和输出元件中的第一个分别与该第一带齿元件(5)和该第二带齿元件(6)联接；
-第三联接装置(74、76)，以便选择性地使该可旋转的输入元件和输出元件中的第二个(4)与该第三带齿元件(7)联接；
-第一止动装置(8)和第二止动装置(9)，以便选择性地分别使该第一带齿元件(5)和该第二带齿元件(6)固定不动；
-用于该第一联接装置(11)的第一致动器(111)；以及
-第二致动器(62)，其可以处于第一位置和第二位置，在第一位置，该第一联接装置(11)可处于接合状态和脱开接合的状态，该第二联接装置(12)脱开接合，而在第二位置，该第一联接装置(11)脱开接合，该第二联接装置(12)处于接合状态。
2.如权利要求1所述的自动传动装置，其特征在于，在该第二位置，第二致动器(62)沿第一联接装置(11)的脱开接合的方向在第一致动器(111)上施加一推力。
3.如权利要求2所述的自动传动装置，其特征在于，该推力是由第二联接装置(12)在其间而施加的。
4.如权利要求3所述的自动传动装置，其特征在于，同时第一致动器(111)在接合状态中是用于第二联接装置(12)的相对支承。
5.如上述权利要求1-4中任一项所述的自动传动装置，其特征在于，第二致动器(62)可以处于第三位置，其中第一联接装置(11)和第二联接装置(12)处于接合状态。
6.如权利要求5所述的自动传动装置，其特征在于，在该第三位置，第二致动器(62)作用于第三致动器(116)，其将第一联接装置(11)推靠在第一致动器(111)上。
7.如权利要求5或6所述的自动传动装置，其特征在于，有预应力的弹簧(121)处于第二致动器(62)与第二联接装置(12)之间。
8.如权利要求5或6所述的自动传动装置，其特征在于，有预应力的弹簧(121)装配成限定一强度门限值，第二致动器(62)必须超过以便从其第二位置移动到其第三位置。
9.如上述权利要求1-4中任一项所述的自动传动装置，其特征在于，其具有第三致动器(116)，其装配成通过使第一联接装置(11)推靠在第一致动器(111)上从而选择性地使第一联接装置(11)处于接合状态。
10.如上述权利要求1-9中任一项所述的自动传动装置，其特征在于，对于第一致动器(111)其具有的第一控制装置(113)，以便在该机动车移动中逐渐设定。
11.如权利要求10所述的自动传动装置，其特征在于，该第一控制装置(113)是离心式的。
12.如权利要求11所述的自动传动装置，其特征在于，该第一控制装置(113)具有离心飞重(118)，其对于可旋转的输入元件(3)的速度是敏感的并且趋向于式第一联接装置(11)处于接合状态。
13.如上述权利要求1-12中任一项所述的自动传动装置，其特征在于，其具有用于第二致动器(62)的第二控制装置，其带有对第三带齿元件(7)和/或输出元件(4)的旋转速度敏感的飞重(131)。
14.如上述权利要求1-13中任一项所述的自动传动装置，其特征在于，其具有用于沿第二致动器(62)从第二位置到第一位置的移动方向施加由齿产生的推力(PA)的装置。
15.如权利要求14所述的自动传动装置，其特征在于，第二致动器(62)装接到第二带齿元件(6)上。
16.如上述权利要求1-15中任一项所述的自动传动装置，其特征在于，第一止动装置(8)和第二止动装置(9)中的至少一个是飞轮。
17.如上述权利要求1-16中任一项所述的自动传动装置，其特征在于，第一带齿元件(5)是恒心轮，第二带齿元件(6)是环形齿轮，在其上行星小齿轮(72)与恒心轮(5)和环形齿轮(6)啮合。
18.如上述权利要求1-17中任一项所述的自动传动装置，其特征在于，其具有反向装置，其至少间接地选择性地将第二致动器(62)保持在其第一位置。
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