专利名称：多级变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有行星齿轮装置的变速器。
背景技术：
客车包括由发动机、多级变速器和差速传动或末级传动构成的动力系。通过允许发动机多次通过其扭矩范围地工作，多级变速器就增大了车辆的总体工作范围。变速器中可用的前进速度比数目确定了发动机扭矩范围的重复次数。早期的自动变速器具有两个变速范围。这严重地限制了车辆的总体变速范围，因此需要能产生较宽变速和扭矩范围的相对较大的发动机。这导致在巡航行驶过程中，发动机在特定的燃料消耗点工作，而非在最高效率的点工作。因此，手动换挡(副轴传动)是最流行的。
随着三速和四速自动变速器的出现，自动换挡(行星齿轮)变速器越来越被驾车的公众接受。这些变速器改善了车辆的操作性能和燃料经济性。速度比数目的增加降低了这些速度比之间的阶跃比率(step)，因此通过使驾驶员在正常的车辆加速时基本上察觉不到速度比切换，从而改善了变速器的换挡质量。
目前已经提出了将前进速度比数目提高到六速比或者更大。于1978年1月31日授权给Polak的美国专利No.4,070,927以及2002年7月23日授权给Raghavan和Usoro的美国专利No.6,422,969中公开了六速变速器。
六速变速器提供了超过四速和五速变速器的若干优点，包括改善的车辆加速性能和改进的燃料经济性。虽然许多卡车采用具有六速或更多个前进速度比的功率变速器，但是，由于这些变速器的尺寸和复杂性的原因，客车仍然只是制造有三速和四速自动变速器以及较少的五速或六速变速器装置。
授权给Raghavan，Bucknor和Usoro的美国专利No.6,623,397中公开了七速变速器。授权给Haka的美国专利No.6,425,841中公开了八速变速器。Haka的变速器使用三个行星齿轮组和六个扭矩传递装置，包括两个制动器和两个离合器，以提供八种前进速度比和一个倒挡速度比。其中一个行星齿轮组可定位并进行操作，以便为其余两个行星齿轮组形成两个固定速度输入部件。七速、八速和九速变速器提供了进一步超越六速变速器的加速性能和燃料经济性方面的优点。然而，如同上述六速变速器一样，由于复杂性、尺寸和费用的原因，已经排除了发展七速、八速和九速变速器的可能性。
发明内容
本发明提供了一种变速器，其具有输入部件、输出部件、固定部件以及第一、第二、第三和第四行星齿轮组。各齿轮组具有相应的第一、第二和第三部件。第一行星齿轮组的第一部件与第三行星齿轮组的第一部件连续地相连，以便一体地旋转。第二行星齿轮组的第一部件与第三行星齿轮组的第二部件连续地相连，以便一体地旋转。第一行星齿轮组的第二部件连续地与第二行星齿轮组的第二部件操作式地相连，以便一体地旋转。第三行星齿轮组的第二部件连续地与第四行星齿轮组的第一部件操作式地相连，以便一体地旋转。第三行星齿轮组的第三部件连续地与第四行星齿轮组的第三部件操作式地相连，以便一体地旋转。第一行星齿轮组的第二部件连续地与输入部件操作式地相连，以便一体地旋转。第四行星齿轮组的第二部件连续地与输出部件操作式地相连，以便一体地旋转。
第一、第二、第三、第四、第五和第六扭矩传递装置可操作，以便选择性地使行星齿轮组的部件与输入部件、固定部件或与行星齿轮组的其它部件相连。这样，所述变速器就可根据一种扭矩传递装置接合顺序来实现至少六种前进速度比和两种倒挡速度比，以及根据另一种扭矩传递装置接合顺序来实现七种前进速度比和一种倒挡速度比。所提供的变速器可在用于横向安装式发动机的装置中实现较低的内部负载、较低的内部速度以及仅有一个超速挡。
在一个示例性的实施例中，第一扭矩传递装置设置成可选择性地使第一行星齿轮组的第二部件和第二行星齿轮组的第二部件与第三行星齿轮组的第二部件相联接，以便一体地旋转。第二扭矩传递装置设置成可选择性地使第一行星齿轮组的第三部件与固定部件相联接。第三扭矩传递装置设置成可选择性地使第四行星齿轮组的第一部件与固定部件相联接。第四扭矩传递装置设置成可选择性地使第二行星齿轮组的第三部件与固定部件相联接。第五扭矩传递装置设置成可选择性地使第三行星齿轮组的第三部件和第四行星齿轮组的第三部件与固定部件相联接。第六扭矩传递装置设置成可选择性地使第一行星齿轮组的第二部件和第二行星齿轮组的第二部件与第三行星齿轮组的部件相联接，以便一体地旋转。
从以下结合附图所进行的用于实现本发明的最佳方式的详细描述中，可以清楚本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点。
图1是根据本发明的行星变速器的示意图；图2是显示了用于图1所示变速器的第一换挡逻辑的速度比图和真值表；图3是显示了用于图1所示变速器的第二换挡逻辑的速度比图和真值表；图4是根据本发明的行星变速器的第二实施例的示意图；图5是显示了用于图4所示变速器的换挡逻辑的速度比图和真值表；以及图6是根据本发明的行星变速器的第三实施例的示意图。
具体实施例方式
参看图1，其示意性地显示了车辆变速器10。变速器10包括四个行星齿轮组12，14，16，18。各个行星齿轮组包括相应的第一、第二和第三部件。更具体地说，行星齿轮组12包括太阳齿轮部件20、环形齿轮22和行星齿轮架组件部件24。行星齿轮组12是复式齿轮，因此行星齿轮架组件部件24可旋转地支撑第一组行星齿轮部件26a，其与太阳齿轮部件20相啮合。行星齿轮架组件部件24还可旋转地支撑着第二组行星齿轮26b，其与第一组行星齿轮26a和环形齿轮部件22相啮合。
行星齿轮组14包括太阳齿轮部件28、环形齿轮部件30和行星齿轮架组件部件24。行星齿轮架组件部件24对于行星齿轮组12和14是共用的，这样第一行星齿轮组12的行星齿轮架组件部件就与第二行星齿轮组14的行星齿轮架组件部件相连，以便一体地旋转。或者，在本发明的范围内，行星齿轮组12，14可包括互连起来以便一体地旋转的单独的行星齿轮架。行星齿轮架组件部件24可旋转地支撑着与太阳齿轮部件28啮合的第一组行星齿轮部件32a，以及与第一组行星齿轮部件32a和环形齿轮部件30相啮合的第二组行星齿轮部件32b。
行星齿轮组16包括太阳齿轮部件34、环形齿轮部件36和行星齿轮架组件部件38。行星齿轮架组件部件38可旋转地支撑着行星齿轮40，其与太阳齿轮部件34和环形齿轮部件36啮合。行星齿轮组18包括太阳齿轮部件42、环形齿轮部件44和行星齿轮架组件部件46。行星齿轮架组件部件46可旋转地支撑着行星齿轮48，其与太阳齿轮部件42和环形齿轮部件44啮合。
太阳齿轮部件34和太阳齿轮部件42通过互连部件如轴50而连续地操作式地相连，以便一体地旋转。作为变速器输入部件的套筒52与行星齿轮架组件部件24相连，以便与其一体地旋转。输入部件52可直接地或通过扭矩变换器(未示出)与发动机(未示出)的输出部件如曲轴相连。定位在套筒52径向外侧的套筒54与太阳齿轮部件28相连，以与其一起旋转。定位在套筒54径向外侧的套筒56与太阳齿轮部件20相连，以随其一起旋转。互连部件58可操作地将环形齿轮部件36和环形齿轮部件22相连，以便一体地旋转。环形齿轮部件30与行星齿轮架组件部件38相连，以便与其一体地旋转。行星齿轮架38通过套筒62而与环形齿轮部件44相连，以便一体地旋转。变速器10包括输出部件，例如输出轴60。输出轴60与行星齿轮架组件部件46相连，以便与其一体地旋转。输出轴60可与车辆的末级传动系统相连，以便驱动车轮或其它牵引装置。
应该注意，在用于权利要求中时，行星齿轮组的第一、第二和第三部件并不必指特定类型的部件；因此，例如，第一部件可以是环形齿轮部件、太阳齿轮部件或行星齿轮架组件部件中的任一种。类似地，在用于权利要求中时，两个或多个齿轮组的各自的第一、第二和第三部件可以是或可以不是相同类型的部件。
变速器10包括多个可选择性地接合的扭矩传递装置、即离合器C1-C8。离合器C1可选择性地接合，以便将行星齿轮架组件部件24和输入部件52与轴50及太阳齿轮部件34，42互连起来，以便一体地旋转。离合器C2可选择性地接合，以便将行星齿轮架组件部件24和输入部件52与行星齿轮架组件部件38互连起来，以便一体地旋转。行星齿轮架组件部件38通过互连部件62而与环形齿轮部件44相连，以便与其一体地旋转。这样，离合器C2的接合还导致环形齿轮部件44与行星齿轮架24及输入部件52互连，以便一体地旋转。离合器C3是制动器，其可选择性地接合而使套筒56和太阳齿轮部件20接地到固定部件如外壳62上。离合器C4是制动器，其可选择性地接合而使互连部件58、环形齿轮部件22和环形齿轮部件36接地到外壳62上。离合器C5是制动器，其可选择性地接合而使环形齿轮部件44和行星齿轮架组件部件38接地到外壳62上。离合器C6是制动器，其可选择性地接合而使套筒54和太阳齿轮部件28接地到外壳62上。离合器C7是制动器，其可选择性地接合而使轴50、太阳齿轮部件34和太阳齿轮部件42接地到外壳62上。离合器C8可选择性地接合而使部件58、环形齿轮部件22和环形齿轮部件36与行星齿轮架组件部件24及输入部件52相连，以便一体地旋转。
太阳齿轮部件20优选具有39个齿，环形齿轮部件22优选具有81个齿，太阳齿轮部件28优选具有39个齿，环形齿轮部件30优选具有81个齿，太阳齿轮部件34优选具有37个齿，环形齿轮部件36优选具有81个齿，太阳齿轮部件42优选具有26个齿，环形齿轮部件44优选具有81个齿。
变速器10的特征在于，具有两种最佳换挡逻辑顺序。图2显示了第一最佳换挡逻辑顺序“A”，以实现输入部件52与输出部件60之间的七种前进速度比和两种倒挡速度比。参看图1和图2，当离合器C3和C7接合且C1，C2，C4-C6及C8分离时，将获得第一速度比。当离合器C6和C7接合且离合器C1-C5和C8分离时，将获得第二速度比。当离合器C8和C7接合且离合器C1-C6分离时，将获得第三速度比。当离合器C2和C7接合且离合器C1，C3-C6及C8分离时，将获得第四速度比。当离合器C2和C8接合且离合器C1，C3-C7分离时，将获得第五速度比。当离合器C2和C3接合且离合器C1，C4-C8分离时，将获得第六速度比。当离合器C2和C4接合且离合器C1，C3和C5-C8分离时，将获得第七速度比。当离合器C3和C5接合且离合器C1，C2，C4和C6-C8分离时，将获得第一倒挡速度比。当离合器C8和C5接合且离合器C1-C4和C6-C7分离时，将获得第二倒挡速度比。第一换挡逻辑顺序、即图2所示换挡逻辑A可用于横向传动或后轮驱动。应该注意，在换挡逻辑“A”中没有采用离合器C1。
参看图1和图3，其显示了第二换挡逻辑顺序“B”。利用换挡逻辑B，当离合器C3和C7接合且离合器C1，C2，C4-C6和C8分离时，将获得第一速度比。当离合器C6和C7接合且离合器C1-C5和C8分离时，将获得第二速度比。当离合器C3和C6接合且离合器C1，C2，C4，C5，C7和C8分离时，将获得第三速度比。当离合器C1和C6接合且离合器C2-C5和C7-C8分离时，将获得第四速度比。当离合器C1和C3接合且离合器C2和C4-C8分离时，将获得第五速度比。当离合器C1和C2接合且离合器C3-C8分离时，将获得第六速度比。当离合器C2和C3接合且离合器C1和C4-C8分离时，将获得第七速度比。当离合器C2和C4接合且离合器C1，C3和C5-C8分离时，将获得第八速度比。当离合器C3和C5接合且离合器C1，C2，C4和C6-C8分离时，将获得倒挡速度比。再次参看图2，应该注意到，通过省略离合器C4，就可获得六种速度比，即速度比1-6。再次参看图3，应该注意，在换挡逻辑“B”中没有采用离合器C8。另外，还可省略离合器C4，从而在换挡逻辑“B”中实现七种速度比，即速度比1-7。
参看图4，其示意性地显示了与横向传动或后轮驱动装置一起使用的另一变速器10’，其中相同的标号表示与图1中相同的部件。变速器10’与图1的变速器10是相似的，不同之处在于，已经修改了行星齿轮组16的布置，使离合器C7移动到行星齿轮组16和18之间，从而使输入部件52’可定位成与输出部件60’对准。取消了离合器C1。输入部件52’是与变速器10’的中心线和旋转轴线共同延伸的轴。互连部件64可操作地将环行齿轮部件30与行星齿轮架组件部件38和太阳齿轮部件44相连，以便一体地旋转。互连部件62’是与变速器10’的中心线共同延伸的轴，并使环形齿轮部件44和行星齿轮架38互连起来。图5显示了与图1所示换挡逻辑顺序A相同的换挡逻辑顺序，其优选用于变速器10’，但可实现不同的速度比。由于变速器10’中缺少离合器C1，因此图3所示的换挡逻辑B不能用于变速器10’。变速器10’的特征在于具有较低的太阳齿轮负载，这就允许使用较小齿轮节距的斜齿轮机构、均匀的速度比阶跃比率，并降低了离合器扭矩，这可改善摩擦旋转损耗，并提高了有助于高转速发动机的行星齿轮及齿轮架转速。
参看图6，其示意性地显示了另一变速器10”，其中相同的标号表示与图1和4中相同的部件。变速器10”与图1的变速器10是相似的，不同之处在于，输入部件52”延伸到离合器C3和行星齿轮架组件部件24之间，从而导致去除了离合器C8。在缺少离合器C8的条件下，变速器10”优选采用图2的换挡逻辑顺序“B”。
虽然已经详细地描述了用于实现本发明的最佳模式，但是，本发明相关技术领域的技术人员可以构思出属于所附权利要求范围内的用于实施本发明的各种可选设计和实施例。
权利要求
1.一种变速器，包括输入部件；输出部件；固定部件；第一、第二、第三和第四行星齿轮组，各所述齿轮组都具有各自的第一、第二和第三部件；所述第一行星齿轮组的所述第一部件连续地与所述第三行星齿轮组的所述第一部件操作式地相连，以便一体地旋转；所述第二行星齿轮组的所述第一部件连续地与所述第三行星齿轮组的所述第二部件操作式地相连，以便一体地旋转；所述第一行星齿轮组的所述第二部件连续地与所述第二行星齿轮组的所述第二部件操作式地相连，以便一体地旋转；所述第三行星齿轮组的所述第二部件连续地与所述第四行星齿轮组的所述第一部件操作式地相连，以便一体地旋转；所述第三行星齿轮组的所述第三部件连续地与所述第四行星齿轮组的所述第三部件操作式地相连，以便一体地旋转；所述第一行星齿轮组的所述第二部件连续地与所述输入部件操作式地相连，以便一体地旋转；所述第四行星齿轮组的所述第二部件与所述输出部件连续地相连，以便一体地旋转；和第一、第二、第三、第四、第五和第六扭矩传递装置，其可操作，以便选择性地使所述行星齿轮组的部件与所述输入部件、所述固定部件或与所述行星齿轮组的其它部件相连，以便提供至少六种前进速度比。
2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第一扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第一行星齿轮组的所述第二部件和所述第二行星齿轮组的所述第二部件与所述第三行星齿轮组的所述第二部件相联接，以便一体地旋转；所述第二扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第一行星齿轮组的所述第三部件与所述固定部件相联接；所述第三扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第四行星齿轮组的所述第一部件与所述固定部件相联接；所述第四扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第二行星齿轮组的所述第三部件与所述固定部件相联接；所述第五扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第三行星齿轮组的所述第三部件和所述第四行星齿轮组的所述第三部件与所述固定部件相联接；以及所述第六扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第一行星齿轮组的所述第二部件和所述第二行星齿轮组的所述第二部件与所述第三行星齿轮组的部件相联接，以便一体地旋转。
3.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述第六扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第一行星齿轮组的所述第二部件和所述第二行星齿轮组的所述第二部件与所述第三行星齿轮组的所述第三部件和所述第四行星齿轮组的所述第三部件相联接，以便一体地旋转。
4.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述变速器还包括第七扭矩传递装置，其设置成可选择性地使所述第三行星齿轮组的所述第一部件与所述固定部件相联接。
5.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述第六扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第一行星齿轮组的所述第二部件和所述第二行星齿轮组的所述第二部件与所述第一行星齿轮组的所述第一部件相联接，以便一体地旋转。
6.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述第六扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第一行星齿轮组的所述第二部件和所述第二行星齿轮组的所述第二部件与所述第三行星齿轮组的所述第三部件和所述第四行星齿轮组的所述第三部件相联接，以便一体地旋转；并且所述变速器还包括第七扭矩传递装置，其设置成可选择性地使所述第三行星齿轮组的所述第一部件与所述固定部件相联接；和第八扭矩传递装置，其设置成可选择性地使所述第一行星齿轮组的所述第二部件和所述第二行星齿轮组的所述第二部件与所述第一行星齿轮组的所述第一部件相联接，以便一体地旋转。
7.一种变速器，包括具有第一环形齿轮部件、第一行星齿轮架组件部件和第一太阳齿轮部件的第一行星齿轮组；具有第二环形齿轮部件、第二行星齿轮架组件部件和第二太阳齿轮部件的第二行星齿轮组；具有第三环形齿轮部件、第三行星齿轮架组件部件和第三太阳齿轮部件的第三行星齿轮组；具有第四环形齿轮部件、第四行星齿轮架组件部件和第四太阳齿轮部件的第四行星齿轮组；所述第一环形齿轮部件连续地与所述第三环形齿轮部件操作式地相连，以便一体地旋转；所述第二环形齿轮部件连续地与所述第三行星齿轮架组件部件操作式地相连，以便一体地旋转；所述第一行星齿轮架组件部件连续地与所述第二行星齿轮架组件部件操作式地相连，以便一体地旋转；所述第三行星齿轮架组件部件连续地与所述第四环形齿轮部件操作式地相连，以便一体地旋转；所述第三和第四太阳齿轮部件连续地操作式地相连，以便一体地旋转；输入部件，其连续地与所述第一和第二行星齿轮架组件部件操作式地相连，以便一体地旋转；输出部件，其连续地与所述第四行星齿轮架组件部件操作式地相连，以便一体地旋转；固定部件；和第一、第二、第三、第四、第五和第六扭矩传递装置，其可操作，以便选择性地使所述行星齿轮组的部件与所述输入部件、所述固定部件或与所述行星齿轮组的其它部件相连，以便提供至少六种前进速度比。
8.根据权利要求7所述的变速器，其特征在于，所述第一扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第一和第二行星齿轮架组件部件与所述第三行星齿轮架组件部件相联接，以便一体地旋转；所述第二扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第一太阳齿轮部件与所述固定部件相联接；所述第三扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第四环形齿轮部件与所述固定部件相联接；所述第四扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第二太阳齿轮部件与所述固定部件相联接；所述第五扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第三和第四太阳齿轮与所述固定部件相联接；所述第六扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第一和第二行星齿轮架组件部件与所述第三行星齿轮组的部件相联接，以便一体地旋转。
9.根据权利要求8所述的变速器，其特征在于，所述第六扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第一和第二行星齿轮架组件部件与所述第三和第四太阳齿轮部件相联接，以便一体地旋转。
10.根据权利要求8所述的变速器，其特征在于，所述变速器还包括第七扭矩传递装置，其设置成可选择性地使所述第三环形齿轮部件与所述固定部件相联接。
11.根据权利要求8所述的变速器，其特征在于，所述第六扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第一和第二行星齿轮架组件部件与所述第一环形齿轮部件相联接，以便一体地旋转。
12.根据权利要求8所述的变速器，其特征在于，所述第六扭矩传递装置设置成可选择性地使所述第一和第二行星齿轮架组件部件与所述第三和第四太阳齿轮部件相联接，以便一体地旋转；并且所述变速器还包括第七扭矩传递装置，其设置成可选择性地使所述第三环形齿轮部件与所述固定部件相联接；和第八扭矩传递装置，其设置成可选择性地使所述第一和第二行星齿轮架组件部件与所述第一环形齿轮部件相联接，以便一体地旋转。
13.一种变速器，包括具有第一环形齿轮部件、带第一行星齿轮架部件的第一复式行星齿轮架组件、以及第一太阳齿轮部件的第一行星齿轮组；具有第二环形齿轮部件、带第二行星齿轮架部件的第二复式行星齿轮架组件、以及第二太阳齿轮部件的第二行星齿轮组；具有第三环形齿轮部件、第三行星齿轮架部件和第三太阳齿轮部件的第三行星齿轮组；具有第四环形齿轮部件、第四行星齿轮架部件和第四太阳齿轮部件的第四行星齿轮组；所述第一环形齿轮部件连续地与所述第三环形齿轮部件操作式地相连，以便一体地旋转；所述第二环形齿轮部件连续地与所述第三行星齿轮架部件操作式地相连，以便一体地旋转；所述第一行星齿轮架部件连续地与所述第二行星齿轮架部件操作式地相连，以便一体地旋转；所述第三行星齿轮架部件连续地与所述第四环形齿轮部件操作式地相连，以便一体地旋转；所述第三和第四太阳齿轮部件连续地操作式地相连，以便一体地旋转；输入部件，其连续地与所述第一和第二行星齿轮架部件操作式地相连，以便一体地旋转；输出部件，其连续地与所述第四行星齿轮架部件操作式地相连，以便一体地旋转；固定部件；第一扭矩传递装置，其设置成可选择性地使所述第一和第二行星齿轮架部件与所述第三行星齿轮架部件相联接，以便一体地旋转；第二扭矩传递装置，其设置成可选择性地使所述第一太阳齿轮部件与所述固定部件相联接；第三扭矩传递装置，其设置成可选择性地使所述第四环形齿轮部件与所述固定部件相联接；第四扭矩传递装置，其设置成可选择性地使所述第二太阳齿轮部件与所述固定部件相联接；第五扭矩传递装置，其设置成可选择性地使所述第三和第四太阳齿轮与所述固定部件相联接；和第六扭矩传递装置，其设置成可选择性地使所述第一和第二行星齿轮架部件与所述第三行星齿轮组的部件相联接，以便一体地旋转。
全文摘要
本发明提供了一种变速器，其具有各自包含第一、第二和第三部件的四个行星齿轮组，以及多个可选择性地接合的扭矩传递装置，其设置成可选择性地使这四个行星齿轮组的所选部件互连起来而一体地旋转，从而在输入部件和输出部件之间提供多种前进速度比和至少一种倒挡速度比。
文档编号F16H3/44GK1869475SQ200610092418
公开日2006年11月29日 申请日期2006年5月25日 优先权日2005年5月25日
发明者D·克莱门 申请人:通用汽车公司