具有高速离合器毂的变速器的制造方法
【专利摘要】公开了一种具有高速离合器毂的变速器。一种离合器毂通过制动器选择性地保持不旋转并且通过离合器选择性地连接至输入轴。用于制动器的离合器组花键连接至离合器毂的外部而用于离合器的离合器组花键连接至内部。为了减小轴向长度，将离合器组径向地包装在齿轮组的外部，而增加离合器毂的直径。当离合器毂经历高转速时，导致了高的离心应力。通过花键齿中以及花键齿之间的凹槽中的开口减小这些应力。通过离合器壳体中的开口控制至外部离合器组的流体流。
【专利说明】
具有高速离合器穀的变速器
技术领域
[0001] 本申请设及用于机动车辆的自动变速器领域。更具体地，本申请设及设计为减小 离屯、应力的离合器穀。
【背景技术】
[0002] 很多车辆在宽的车速范围内使用，包括前进运动W及倒车运动。然而一些类型的 发动机仅能够在窄的速度范围内有效运转。因此，通常使用能够W多个传动比有效传递动 力的变速器。当车辆处于低速时，变速器通常W高传动比运转使得其使发动机扭矩成倍增 长用于改善加速。处于高车速时，W低传动比运转变速器允许与安静的、燃料经济的巡航相 关联的发动机速度。典型地，变速器具有安装至车辆结构的壳体、由发动机曲轴驱动的输入 轴、和通常通过差速器总成来驱动车轮的输出轴，当车辆转弯时差速器总成允许左轮与右 轮W稍微不同的速度旋转。
[0003] 普通型自动变速器利用离合器与制动器的集合。将离合器和制动器的各个子集接 合W建立各个传动比。普通型离合器利用具有分隔盘的离合器组，该分隔盘花键连接至壳 体并且与花键连接至旋转壳体的摩擦盘相互交错。当强制分隔盘和摩擦盘在一起时，可在 壳体与壳体之间传递扭矩。典型地，称为反应盘的、离合器组的一端上的分隔盘轴向固定至 壳体。活塞将轴向力应用至称为压力盘的、离合器组的相对端上的分隔盘，而压缩离合器 组。通过将加压流体供应至壳体与活塞之间的腔体来产生活塞力。对于制动器，可将壳体集 成在变速器箱内。对于离合器，壳体旋转。当加压流体从静止的变速器箱流到旋转的壳体 时，其可能需要经过W不同速度旋转的部件之间的一个或多个交界面。在每个交界面处，密 封剂将该流从一个部件中的开口导入连接的部件中的开口。
[0004] 在后轮驱动的车辆中，通常沿着垂直于车轮旋转所围绕的轴线的、车辆的纵向轴 线安装发动机和变速器。驱动轴将动力从变速器输出轴传输至差速器总成，差速器总成改 变旋转轴线，通过主减速比使扭矩成倍增长，并且允许车轮W稍微不同的速度旋转。在前轮 驱动的车辆中，通常横向地安装发动机和变速器，使得发动机曲轴绕平行于车轮旋转所围 绕的轴线的轴线旋转。在前轮驱动的车辆中，通常将变速器与差速器组合在称为驱动桥的 单个单元内。
[0005] 很多车辆设计趋势组合W限制驱动桥可用的空间。限制前方区域W减少阻力并且 改进造型的期望趋于减小发动机舱的宽度。从具有设置成V形的气缸的发动机变换为具有 成线性的气缸的发动机增加了发动机的长度。同时，趋于增加不同传动比的数量，而增加了 变速器中需要的部件的数量。因此，必须将驱动桥设计为使一些部件径向地位于其它部件 内W使总的轴向长度最小化。
【发明内容】
[0006] -种变速器包括离合器穀、变速器箱和第一离合器组。离合器穀包括形成了被多 个凹槽隔开的多个外部齿的第一环形部分。第一离合器组的摩擦盘花键连接至外部齿。第 一离合器组的分隔盘花键连接至变速器箱。外部齿延伸到标称直径外部而凹槽没有延伸到 标称直径外部。大部分齿和大部分凹槽形成开口 W减小离合器穀上的离屯、负载。变速器可 包括第二离合器组。第二离合器组的分隔盘可花键连接至离合器穀的第二环形部分上的内 部齿。第二离合器组的摩擦盘可花键连接至离合器壳体。离合器穀的第二环形部分上的内 部齿可被多个第二凹槽隔开。内部齿和多个第二凹槽还可形成开口 W进一步减小离屯、负 载。第=离合器组可包括花键连接至离合器壳体的分隔盘和花键连接至环形齿轮的摩擦 盘。可通过离合器壳体中的孔调节至第一离合器组的流体流。
[0007] 离合器穀包括形成被多个凹槽隔开的多个外部齿的第一环形部分。外部齿延伸到 标称直径外部而凹槽没有延伸到标称直径外部。大部分齿和大部分凹槽形成开口 W减小离 合器穀上的离屯、负载。离合器穀可包括形成被多个第二凹槽隔开的多个内部齿的第二环形 部分。内部齿和多个第二凹槽还可形成开口 W进一步减小离屯、负载。
[0008] 本发明的实施例还提供了一种变速器，包括:离合器穀，所述离合器穀包括具有第 一标称直径的第一环形部分，所述第一环形部分形成延伸到所述第一标称直径外部并且被 没有延伸到所述第一标称直径外部的多个第一凹槽隔开的多个外部齿，大部分所述齿和大 部分所述凹槽形成开口 W减少所述离合器穀上的离屯、负载。
[0009] 在一个实施例中，所述变速器进一步包括:变速器箱;和第一离合器组，所述第一 离合器组包括花键连接至所述变速器箱的多个第一分隔盘和至少一个摩擦盘，所述至少一 个摩擦盘与所述多个第一分隔盘相互交替并且通过所述多个外部齿花键连接至所述离合 器穀。
[0010] 在另一实施例中，所述变速器进一步包括:行星齿轮组，所述行星齿轮组具有固定 连接至所述离合器穀的中屯、齿轮、行星齿轮架、环形齿轮和多个行星齿轮，所述多个行星齿 轮被支撑用于相对于所述行星齿轮架旋转W及与所述中屯、齿轮和所述环形齿轮均晒合。
[0011] 在另一实施例中，所述离合器穀包括具有第二标称直径的第二环形部分，所述第 二环形部分形成多个内部齿，所述多个内部齿延伸到所述第二标称直径内部并且被没有延 伸到所述第二标称直径内部的多个第二凹槽隔开。
[0012] 在另一实施例中，大部分所述内部齿形成开口。
[0013] 在另一实施例中，大部分所述多个第二凹槽形成开口。
[0014] 在另一实施例中，大部分所述多个第二凹槽形成开口。
[0015] 在另一实施例中，所述变速器进一步包括:离合器壳体;和第二离合器组，所述第 二离合器组包括花键连接至所述离合器壳体的多个第二分隔盘和至少一个第二摩擦盘，所 述至少一个第二摩擦盘与所述多个第二分隔盘相互交替并且通过所述多个内部齿花键连 接至所述离合器穀。
[0016] 在另一实施例中，所述变速器进一步包括:第=离合器组，所述第=离合器组包括 花键连接至所述离合器壳体的多个第=分隔盘和至少一个第=摩擦盘，所述至少一个第= 摩擦盘与所述多个第=分隔盘相互交替并且花键连接至所述环形齿轮。
[0017] 在另一实施例中，所述离合器壳体形成多个孔，所述多个孔配置为调节至所述第 一离合器组的流体流。
[0018] 在又一实施例中，所述离合器壳体固定连接至齿轮箱输入轴。
【附图说明】
[0019] 图1为变速器齿轮传动装置的示意性表示。
[0020] 图2为根据图1的齿轮传动装置的驱动桥的部分截面图。
[0021] 图3和图4为适用于图1的齿轮传动装置的离合器壳体的立体图。
【具体实施方式】
[0022] 本说明书中描述了本申请的多个实施例。然而，应当理解，公开的实施例仅仅为示 例并且其它实施例可采取各种和可替代的形式。附图不需要按比例绘制；一些特征可被放 大或缩小W显示特定部件的细节。因此，本说明书中公开的具体结构和功能细节不应被认 为是限制，但仅仅认为是用于教导本领域技术人员W多种形式利用运些实施例的代表性基 础。如本领域技术人员将理解的，参考任一【附图说明】和描述的各种特征可与一幅或更多其 它附图中说明的特征结合W形成未明确说明或描述的实施例。说明的特征的组合提供了用 于典型应用的代表性实施例。然而，可能需要与本申请的教导一致的特征的各种组合和变 型W用于特定应用或实施。
[0023] 齿轮传动装置为旋转元件和配置为在旋转元件之间限定（impose)特定速度关系 的换挡元件的集合。不管任何换挡元件的状态而限定一些速度关系称为固定速度关系。仅 当完全接合特定换挡元件时限定的其它速度关系称为选择性的速度关系。离散比变速器具 有在输入轴与输出轴之间选择性地限定多个传动比的齿轮传动装置。
[0024] 如果在所有工况下迫使一组旋转元件作为一个整体旋转，则该组旋转元件彼此固 定地连接。可通过花键连接、焊接、压配合、由共同固体加工或其它方式将旋转元件固定连 接。固定连接的元件之间的转动位移(比如由于间隙或轴柔性而导致的位移)的轻微改变可 发生。相反，当只要接合换挡元件完全接合时约束两个旋转元件作为一个整体旋转并且在 至少一些其它工况下运两个旋转元件可W W不同速度自由旋转时，则两个旋转元件通过换 挡元件而选择性地连接。通过将旋转元件选择性地连接至壳体而保持旋转元件不旋转的换 挡元件被称为制动器。将两个或更多旋转元件选择性地连接至彼此的换挡元件被称为离合 器。换挡元件可为主动控制的装置（比如液压或电致动的离合器或制动器)或可为被动装 置，比如单向离合器或制动器。
[0025] 图1中示意性地示出了变速器齿轮传动装置。内燃发动机可能通过比如变矩器的 起动装置来驱动输入轴10。输出轴12可能通过齿轮装置和差速器来驱动车轮。齿轮传动装 置的各个部件支撑在固定至车辆结构的变速器箱14内。变速器使用四个简单的行星齿轮组 20、30、40和50。行星齿轮架22绕中屯、轴线旋转并且支撑一组行星齿轮24,使得行星齿轮相 对于行星齿轮架旋转。行星齿轮24上的外部齿轮齿与中屯、齿轮26上的外部齿轮齿W及环形 齿轮28上的内部齿轮齿晒合。中屯、齿轮26和环形齿轮28被支撑W绕与行星齿轮架相同的轴 线旋转。齿轮组30、40和50结构类似。
[00%]中屯、齿轮46固定连接至输入轴10。环形齿轮38和行星齿轮架52固定连接至输出轴 12。行星齿轮架22固定连接至中屯、齿轮36。环形齿轮28、行星齿轮架42和环形齿轮58相互固 定连接。行星齿轮架32固定连接至环形齿轮48。离合器62将环形齿轮28选择性地连接至输 入轴。中屯、齿轮26通过离合器60选择性地连接至输入轴10并且通过制动器64选择性地保持 中屯、齿轮26不旋转。制动器66选择性地保持中屯、齿轮56不旋转。制动器68选择性地保持行 星齿轮架22和中屯、齿轮36不旋转。制动器70选择性地保持行星齿轮架32和环形齿轮48不旋 转并且单向制动器72被动地保持行星齿轮架32和环形齿轮48在一个方向上不旋转。
[0027]如表1所示，将换挡元件两两组合在输入轴10与输出轴12之间建立了八个前进挡 传动比和一个倒挡传动比。X指示要求换挡元件建立传动比。
[002引 表1
[0029]
[0030] 图2示出了根据图1的齿轮传动装置的变速器的部分截面图。离合器壳体80固定连 接至齿轮箱输入轴10。为了减小轴向长度，离合器60和离合器62的离合器组W及制动器64 径向设在环形齿轮28外部。离合器穀82从中屯、齿轮26径向地延伸。用于制动器64的离合器 组包括多个分隔盘64b，多个分隔盘64b花键连接至变速器箱、与花键连接至形成在离合器 穀82的第一环形部分内的外部花键齿84的至少一个摩擦盘64a相互交替。第一环形部分具 有小于摩擦盘64a的标称内径的标称直径。外部花键齿84向外延伸超过该标称直径。每个摩 擦盘64a上的外部花键齿延伸到花键齿84之间的凹槽内，而阻止穀82与摩擦盘64a之间的相 对旋转。用于离合器60的离合器组包括多个分隔盘60b，多个分隔盘60a花键连接至离合器 壳体80、与花键连接至形成在离合器穀82的第二环形部分内的内部花键齿86的至少一个摩 擦盘60a相互交替。第二环形部分具有大于摩擦盘60a的标称外径的标称内径。内部花键齿 86向内延伸超过该标称直径。每个摩擦盘60a上的外部花键齿延伸到花键齿86之间的凹槽 内，而阻止穀82与摩擦盘60a之间的相对旋转。用于离合器62的离合器组包括多个分隔盘 62b，多个分隔盘62b花键连接至离合器壳体80、与花键连接至环形齿轮28的至少一个摩擦 盘的a相互交替。
[0031] 在第五档时，中屯、齿轮26W大于齿轮箱输入轴10的速度的2.5倍的速度旋转。齿轮 箱输入轴10可发动机的最大速度旋转，其可大于eOOOrpm。因此，在第五档时中屯、齿轮 26和离合器穀82可大于15,000巧m的速度旋转。由于离合器穀82的环形部分延伸到用 于离合器60和离合器62的离合器组(径向地设在齿轮组20外部）的外部，离合器穀82具有相 对大的直径。相对大的直径与相对高的转速的组合导致在第五档时离合器穀82中的高度离 屯、产生的应力W及穀82的大的偏转。
[0032] 典型地，通过增加材料厚度W增加该部件的刚性来解决片状金属部件的过量偏 转。然而，对于离合器穀82,可通过将材料从适当位置移除来减少应力级别和偏转。图3和图 4W图示的形式示出了离合器穀82。花键齿内W及花键齿之间的凹槽内形成有具有圆角的 矩形开口。具体地，第一环形部分中的花键齿84之间的凹槽内形成有开口 88。第一环形部分 中的外部花键齿84内形成有开口 90。第二环形部分中的内部花键齿86内形成有开口 92。最 后，第二环形部分中的花键齿86之间的凹槽内形成有开口 94。有限元分析表示:相对于没有 开口的类似部件应力减小超过10%。也显著减少了弯曲。
[0033] 湿式离合器组需要在分隔盘与摩擦盘之间流动的流体的供应W保持期望的摩擦 系数属性和除去热量。然而，当离合器分离时过量的流体流会增加寄生阻力。在一些情况 下，离合器穀中设有小孔W调节流体流。当穀旋转时，由于离屯、力流体趋于在内表面聚集。 小孔允许适量流体流动通过离合器穀而进入离合器组。然而，离合器穀82中的开口太大而 不能调节流体的流率。
[0034] 如图2所示，将变速器的其它部件设计为W适于制动器64的速率提供流体至离合 器穀82的内表面。当流体向外流动时，环形齿轮28中的孔96允许适量的流体流动通过离合 器62的离合器组。当其离开离合器62的离合器组时，离合器壳体80中的多个孔(包括孔98) 引导流体。流出孔98的油继续径向地向外而到达用于制动器64的离合器组。流出孔100的油 继续径向地向外而到达离合器60的离合器组。
[0035] 虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着运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而非限定的词语，并且应理解，在不脱离 本申请的精神和范围的情况下可作出各种改变。如之前描述的，可组合多个实施例的特征 W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。虽然关于一个或多个期望特 性，多个实施例可被描述为提供优点或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，可W折中一个或多个特征或特性W实现期望的整体系统属性，运 取决于具体应用和实施方式。运样，关于一个或多个特性被描述为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申请的范围之外并且可能期望用于特定应用。
【主权项】
1. 一种离合器毂，包括： 具有第一标称直径的第一环形部分，所述第一环形部分形成有多个外部齿，所述多个 外部齿延伸到所述第一标称直径外部并且被没有延伸到所述第一标称直径外部的多个第 一凹槽隔开，大部分外部齿和大部分第一凹槽形成有开口，以减少所述离合器毂上的离心 负载。2. 根据权利要求1所述的离合器毂，进一步包括： 具有第二标称直径的第二环形部分，所述第二环形部分形成有多个内部齿，所述多个 内部齿延伸到所述第二标称直径内部并且被没有延伸到所述第二标称直径内部的多个第 二凹槽隔开。3. 根据权利要求2所述的离合器毂，其中，大部分内部齿形成有开口，以进一步减小所 述离合器毂上的离心负载。4. 根据权利要求3所述的离合器毂，其中，所述多个第二凹槽中的大部分形成有开口， 以进一步减小所述离合器毂上的离心负载。5. 根据权利要求2所述的离合器毂，其中，所述多个第二凹槽中的大部分形成有开口， 以进一步减小所述离合器毂上的离心负载。6. -种离合器毂，包括： 具有第一标称直径的第一环形部分，所述第一环形部分形成有多个外部齿，所述多个 外部齿延伸到所述第一标称直径外部并且被没有延伸到所述第一标称直径外部的多个第 一凹槽隔开，所述多个第一凹槽中的大部分形成有开口； 具有第二标称直径的第二环形部分，所述第二环形部分形成有多个内部齿，所述多个 内部齿延伸到所述第二标称直径内部并且被没有延伸到所述第二标称直径内部的多个第 二凹槽隔开，所述多个内部齿中的大部分形成有开口。7. 根据权利要求6所述的离合器毂，其中，所述多个外部齿中的大部分形成有开口。8. 根据权利要求7所述的离合器毂，其中，所述多个第二凹槽中的大部分形成有开口。9. 根据权利要求6所述的离合器毂，其中，所述多个第二凹槽中的大部分形成有开口。
【文档编号】F16H3/44GK106051074SQ201610228228
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月13日 公开号201610228228.5, CN 106051074 A, CN 106051074A, CN 201610228228, CN-A-106051074, CN106051074 A, CN106051074A, CN201610228228, CN201610228228.5
【发明人】劳伦斯·安德鲁·多伊奇, 格雷戈里·丹尼尔·格莱斯基
【申请人】福特全球技术公司