本发明涉及汽车变速器技术领域，特别涉及一种四速比变速机构。
背景技术：
在某些应用场合，需要动力系统提供宽泛的转速和扭矩输出，如行驶工况复杂的汽车，为满足起步、加速、爬坡、高速行驶等多种行驶工况需要驱动轮有宽泛的转速和扭矩范围，而汽车发动机通常只能在相对狭窄的转速区间提供有限范围的扭矩输出，采用具有多个传动比的变速器扩展输出转速和扭矩范围可以满足汽车复杂多变的行驶工况对转速和扭矩差异巨大的动力需求。
汽车变速器作为重要的汽车部件，需要具有结构紧凑、传动效率高、运行可靠寿命长等特点，已有多种为以汽油机或柴油机为发动机的汽车开发的汽车变速器，有的采用多组行星齿轮排和液力变矩器实现多个传动比、有的采用多种不同齿数比的齿轮副实现多个传动比、有的采用改输入轴带轮和输出轴带轮工作半径获得可在某个传动比区间变化的传动比等，这些变速器对改善汽车动力性能和提高燃油经济性贡献卓越，但这些变速器为满足越来越高的用户需求，结构越来越复杂，制造难度大、成本高昂。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种结构紧凑、重量轻、传动效率高、运行可靠、寿命长，采用行星齿轮组传动且具有四个前进速比的四速比变速机构。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：提供一种四速比变速机构，包括：输入轴、输出轴、机架，所述四速比变速机构还包括一个三速比行星齿轮变速机构、一个两速比变速机构，三速比行星齿轮变速机构包含行星齿轮组、输入构件、输出构件、第一选换挡装置、第二选换挡装置，行星齿轮组包含一个太阳轮、一个齿圈、一个行星架、若干行星轮，输入构件与输入轴通过齿轮副传递运动和扭矩，太阳轮通过第一选换挡装置选择与输入构件或机架联结传递运动和扭矩，齿圈通过第二选换挡装置选择与输入构件或机架联结传递运动和扭矩，行星架与输出构件或通过连接传递扭矩、或合并为同一构件，输出构件与输出轴或通过连接传递扭矩、或合并为同一构件，两速比变速机构包含前进齿轮传动副、后退齿轮传动副、第三选换挡装置，通过第三选换挡装置选择前进齿轮传动副或后退齿轮传动副在输入轴与输出轴之间传递运动和扭矩。
在一些实施方式中，输入轴与输入构件通过齿轮副传递运动和扭矩，行星架与输出构件合并为同一构件，输出构件与输出轴合并为同一构件，两速比变速机构的前进齿轮传动副的输入齿轮和后退齿轮传动副的输入齿轮布置在输入轴上，两速比变速机构的前进齿轮传动副的输出齿轮和后退齿轮传动副的输出齿轮布置在输出轴上。
在一些实施方式中，行星架与输出构件还可以通过连接传递扭矩，输出构件与输出轴还可以通过连接传递扭矩。
在一些实施方式中，第一选换挡装置包含与输入构件连接的第一选换挡主动件、与太阳轮连接的第一选换挡从动件、与机架连接的第一选换挡止锁件，第一选换挡从动件可分别与第一选换挡主动件或第一选换挡止锁件联结传递扭矩，第二选换挡装置包含与输入构件连接的第二选换挡主动件、与齿圈连接的第二选换挡从动件、与机架连接的第二选换挡止锁件，第二选换挡从动件可分别与第二选换挡主动件或第二选换挡止锁件联结传递扭矩，第三选换挡装置包含与输入轴或输出轴连接的第三选换挡连轴件、与前进齿轮传动副的输入或输出齿轮连接的前进齿轮副选换挡件、与后退齿轮传动副的输入或输出齿轮连接的后退齿轮副选换挡件，第三选换挡装置的连轴件可分别与前进齿轮副选换挡件或后退齿轮副选换挡件联结传递扭矩。
在一些实施方式中，第一选换挡从动件可既不与第一选换挡主动件联结也不与第一选换挡止锁件联结，第二选换挡从动件可既不与第二选换挡主动件联结也不与第二选换挡止锁件联结，第三选换挡装置的连轴件可既不与前进齿轮副选换挡件联结也不与后退齿轮副选换挡件联结。
在一些实施方式中，所述输入轴与输入构件之间的齿轮副、两速比变速机构的前进齿轮传动副、两速比变速机构的后退齿轮传动副的齿轮可全部或部分由链轮或带轮替换。
在一些实施方式中，所述四速比变速机构用作具有四个前进速比和一个后退速比的四速变速器。
在一些实施方式中，所述四速比变速机构与其他机构组合成多速比变速器。
本发明所述输入构件一般是指运动和扭矩输入的构件，但在某些用途或工况，输入构件也可用作运动和扭矩的输出构件。
本发明所述输出构件一般是指运动和扭矩输出的构件，但在某些用途或工况，输出构件也可用作运动和扭矩的输入构件。
本发明所述机架是指变速器壳体或机构的支架、支座等构件。
本发明所述选换挡装置是指可使传动零部件根据传动联结关系需求两两联结的机构或装置，如同步器、离合器。
有益效果
通过前述技术方案的描述，不难理解本发明提供的四速比变速机构可至少获得以下有益效果之一或全部：
具有结构紧凑、重量轻、传动效率高、运行可靠、寿命长等优点；
具有四个前进速比和一个后退速比，不仅扩展了输出转速和扭矩范围从而能满足更宽泛的应用需求，还能改善动力性能、提高发动机的输出效率；
还因结构紧凑、重量轻的特点，使得根据本发明的四速比变速机构不仅可用于四速比变速器，还可与其它机构组合从而拓展为具有更多变速比的变速器满足更多应用需求。
附图说明
本文所述的附图仅用于示意目的，应该理解的是，说明和具体示例仅意图用于示意目的，而不是意图限制本发明公开的范围。
在附图中，相同标号一致地表示相同的元件、构件或特征。
图1是根据本发明优选实施例的四速比变速机构的示意图。
附图标记说明
001、根据本发明优选实施例的四速比变速机构；
01、三速比行星齿轮变速机构；
02、两速比变速机构；
10、机架（或变速器壳体）；
11、输入轴；
12、输入构件；
13、输出构件；
14、输出轴；
20、行星齿轮组；
21、太阳轮；
22、齿圈；
23、行星架；
24、行星轮；
30、第一选换挡装置；
31、第一选换挡主动件；
32、第一选换挡从动件；
33、第一选换挡止锁件；
40、第二选换挡装置；
41、第二选换挡主动件；
42、第二选换挡从动件；
43、第二选换挡止锁件；
50、第三选换挡装置；
51、前进齿轮副选换挡件；
52、后退齿轮副选换挡件；
53、第三选换挡连轴件；
60、输入轴与输入构件齿轮传动副；
61、输入轴齿轮；
62、输入构件齿轮；
70、前进齿轮传动副；
71、前进齿轮传动副的输入齿轮；
72、前进齿轮传动副的输出齿轮；
80、后退齿轮传动副；
81、后退齿轮传动副的输入齿轮；
82、后退齿轮传动副的输出齿轮；
83、后退齿轮传动副倒挡组件。
具体实施方式
为使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果 更加清楚明白，以下结合附图及优选实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，以下描述的具体实施例仅用以示意、解释本发明，本质上仅仅是示范性的，而不是意图用于限制本发明的公开、应用或用途。
如图1所示，根据本发明优选实施例的四速比变速机构001，包括：输入轴11、输出轴14、机架10，所述四速比变速机构001还包括一个三速比行星齿轮变速机构01、一个两速比变速机构02，三速比行星齿轮变速机构01包含行星齿轮组20、输入构件12、输出构件13、第一选换挡装置30、第二选换挡装置40，行星齿轮组20包含一个太阳轮21、一个齿圈22、一个行星架23、若干行星轮24，输入构件12与输入轴11通过齿轮副60传递运动和扭矩，太阳轮21通过第一选换挡装置选择30与输入构件12或机架10联结传递运动和扭矩，齿圈22通过第二选换挡装置选择40与输入构件12或机架10联结传递运动和扭矩，行星架23与输出构件13合并为同一构件，输出构件13与输出轴14合并为同一构件，两速比变速机构02包含前进齿轮传动副70、后退齿轮传动副80、第三选换挡装置50，通过第三选换挡装置50选择前进齿轮传动副70或后退齿轮传动副80在输入轴11与输出轴14之间传递运动和扭矩。
其中，两速比变速机构02的前进齿轮传动副的输入齿轮71和后退齿轮传动副的输入齿轮81布置在输入轴11上，两速比变速机构02的前进齿轮传动副的输出齿轮72和后退齿轮传动副的输出齿轮82布置在输出轴14上。
另外，不难理解，行星架23与输出构件13还可以通过连接（如花键连接等方式）传递扭矩，输出构件13与输出轴14还可以通过连接（如花键连接等方式）传递扭矩。
此外，第一选换挡装置30包含与输入构件12连接的第一选换挡主动件31、与太阳轮21连接的第一选换挡从动件32、与机架10连接的第一选换挡止锁件33，第一选换挡从动件32可分别与第一选换挡主动件31或第一选换挡止锁件33联结传递扭矩，第二选换挡装置40包含与输入构件12连接的第二选换挡主动件41、与齿圈22连接的第二选换挡从动件42、与机架10连接的第二选换挡止锁件43，第二选换挡从动件42可分别与第二选换挡主动件41或第二选换挡止锁件43联结传递扭矩，第三选换挡装置50包含与输入轴11（或输出轴14）连接的第三选换挡连轴件53、与前进齿轮传动副的输入齿轮71（或输出齿轮72）连接的前进齿轮副选换挡件51、与后退齿轮传动副的输入齿轮81（或输出齿轮82）连接的后退齿轮副选换挡件52，第三选换挡装置的连轴件53可分别与前进齿轮副选换挡件51或后退齿轮副选换挡件52联结传递扭矩。
还有，第一选换挡从动件32可既不与第一选换挡主动件31联结也不与第一选换挡止锁件33联结，第二选换挡从动件42可既不与第二选换挡主动件41联结也不与第二选换挡止锁件43联结，第三选换挡装置的连轴件53可既不与前进齿轮副选换挡件51联结也不与后退齿轮副选换挡件52联结。
为更好地理解根据本发明优选实施例之二的四速比变速机构001，下面对该实施例中四个前进速比和一个后退速比的运动和扭矩的传递情况进行详细说明：
三速比行星齿轮变速机构01第一个速比的运动和扭矩传递：
使第一选换挡从动件32与第一选换挡主动件31联结，使第二选换挡从动件42与第二选换挡止锁件43联结，使第三选换挡装置的连轴件53既不与前进齿轮副选换挡件51联结也不与后退齿轮副选换挡件52联结。
运动和扭矩由输入轴11输入，经输入轴与输入构件齿轮传动副60的输入轴齿轮61、输入构件齿轮62传递至输入构件12，再经第一选换挡主动件31、第一选换挡从动件32传递至太阳轮21，与第二选换挡从动件42连接的齿圈22被与机架10连接第二选换挡止锁件43锁住，运动和扭矩由太阳轮21输入行星齿轮组20减速后由行星架23输出至输出构件13（输出轴14）。
三速比行星齿轮变速机构01第二个速比的运动和扭矩传递：
使第一选换挡从动件32与第一选换挡止锁件33联结，使第二选换挡从动件42与第二选换挡主动件41联结，使第三选换挡装置的连轴件53既不与前进齿轮副选换挡件51联结也不与后退齿轮副选换挡件52联结。
运动和扭矩由输入轴11输入，经输入轴与输入构件齿轮传动副60的输入轴齿轮61、输入构件齿轮62传递至输入构件12，再经第二选换挡主动件41、第二选换挡从动件42传递至齿圈22，与第一选换挡从动件32联结的太阳轮21被与机架10连接第一选换挡止锁件33锁住，运动和扭矩由齿圈22输入行星齿轮组20减速后由行星架23输出至输出构件13（输出轴14）。
三速比行星齿轮变速机构01第三个速比的运动和扭矩传递：
使第一选换挡从动件32与第一选换挡主动件31联结，使第二选换挡从动件42与第二选换挡主动件41联结，使第三选换挡装置的连轴件53既不与前进齿轮副选换挡件51联结也不与后退齿轮副选换挡件52联结。
运动和扭矩由输入轴11输入，经输入轴与输入构件齿轮传动副60的输入轴齿轮61、输入构件齿轮62传递至输入构件12，运动和扭矩经第一选换挡主动件31、第一选换挡从动件32传递至太阳轮21，经第二选换挡主动件41、第二选换挡从动件42传递至齿圈22，运动和扭矩由太阳轮21、齿圈22输入行星齿轮组20后由行星架23输出至输出构件13（输出轴14）。
两速比变速机构02前进速比的运动和扭矩传递：
第三选换挡装置的连轴件53与前进齿轮副选换挡件51联结，使第一选换挡从动件32既不与第一选换挡主动件31联结也不与第一选换挡止锁件33联结或第二选换挡从动件42既不与第二选换挡主动件41联结也不与第二选换挡止锁件43联结。
运动和扭矩由输入轴11输入，再经前进齿轮传动副的输入齿轮71、输出齿轮72传递至前进齿轮副选换挡件51，再经第三选换挡装置的连轴件53传递至输出轴14。
两速比变速机构02后退速比的运动和扭矩传递：
第三选换挡装置的连轴件53与后退齿轮副选换挡件52联结，使第一选换挡从动件32既不与第一选换挡主动件31联结也不与第一选换挡止锁件33联结或第二选换挡从动件42既不与第二选换挡主动件41联结也不与第二选换挡止锁件43联结。
运动和扭矩由输入轴11输入，再经后退齿轮传动副的输入齿轮81、倒挡齿轮83、输出齿轮82传递至后退齿轮副选换挡件52，再经第三选换挡装置的连轴件53传递至输出轴14。
不难理解，因三速比行星齿轮变速机构01和两速比变速机构02并联传递运动和扭矩，因此三速比行星齿轮变速机构01的三个速比和两速比变速机构02的一个前进速比、一个后退变速比可组合出四个前进变速比和一个后退速比，此五个速比可交替应用，故四速变速机构001共可获得四个前进速比、一个后退速比。
应该注意到三速比行星齿轮变速机构01在以下情况时不能传递运动和扭矩：
当第一选换挡从动件32既不与第一选换挡主动件31联结也不与第一选换挡止锁件33联结时：太阳轮21处于自由状态，输入构件12与输出构件13之间无法传递扭矩。
当第二选换挡从动件42既不与第二选换挡主动件41联结也不与第二选换挡止锁件43联结时：齿圈22处于自由状态，输入构件12与输出构件13之间无法传递扭矩。
当满足以上两种状况中的任意一种或两种状况同时满足时，三速比行星齿轮变速机构01不能传递运动和扭矩，即是三速比行星齿轮变速机构01处于空挡状态。
也应该注意到两速比变速机构02在以下情况时不能传递运动和扭矩：
当第三选换挡装置的连轴件53既不与前进齿轮传动副选换挡件51联结也不与后退齿轮传动副选换挡件52联结时：输入轴11与输出轴14之间无法传递运动和扭矩，此时两速比变速机构02处于空挡状态。
当三速比行星齿轮变速机构01和两速比变速机构02均处于空挡状态时，输入轴11与输出轴14之间不能传递扭矩和运动，根据本发明优选实施例之二的四速比变速机构001获得空挡状态。
还应该注意到，三速比行星齿轮变速机构01还可在以下情况时输出构件13被锁住，不能转动：当第一选换挡从动件32与第一选换挡止锁件33联结，且第二选换挡从动件42与第二选换挡止锁件43联结时：与第一选换挡从动件32联结的太阳轮21被与机架10连接第一选换挡止锁件33锁住，与第二选换挡从动件42连接的齿圈22被与机架10连接第二选换挡止锁件43锁住，行星架23不能转动，又因输出构件13与行星架连接或合并为同一构件，故有与输出构件13被锁住不能转动，根据本发明优选实施例之二的四速比变速机构001获得泊车挡。
不难理解，在根据本发明优选实施例的四速比变速机构001中，输入轴与输入构件齿轮传动副60、前进齿轮传动副70和后退齿轮传动副80的齿轮可全部或部分由链轮或带轮替换。
综上所述，不难理解根据本发明的四速比变速机构不仅可以获得四个前进速比和一个后退速比，且还具有多种结构和布置形式，能满足多种应用需求；也不难理解根据本发明的四速比变速机构不仅可用作具有四个前进速比的四速变速器，也可与其他机构组合成多速比变速器。
此外，也不难理解根据本发明的四速比变速机构因采用行星齿轮传动、采用同步器（或离合器等）作为选档装置的根据本发明的四速比变速机构是一种具有结构紧凑、重量轻、承载能力强、传动效率高、运行可靠、寿命长等优点的变速机构。
该了解的是，本发明以上的描述仅仅是示范性的，并且未偏离本发明本质的变体也属于本发明的范围内，这种变体不应被视为脱离了本发明的精神和范围。