八级变速器的制作方法

专利名称：八级变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有四个行星齿轮组的动力变速器，该四个行星 齿轮组由五个扭矩传递装置所控制，以提供八种前进速度比和一种倒 档速度比。
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背景技术：
客车包括由发动机、多级变速器和差动装置或主减速器组成的动 力系。多级变速器通过允许发动机在其扭矩范围内多次操作而提高车 辆的整个操作范围。可在变速器中得到的前进速度比的数量确定了发 动机扭矩范围重复的次数。早前的自动变速器具有两个速度范围。这 15 严格地限制了车辆的整个速度范围，并因此需要可产生较宽的速度和 扭矩范围的较大的发动机。这导致发动机在运行期间在某个比燃料消 耗点上操作，而不是在最有效点上操作。因此，手动换档(中间轴变速 器)是最常见的。
随着三级和四级自动变速器的出现，自动换档(行星齿轮)变速器 20提高了汽车大众化的普及性。这些变速器改进了车辆的操作性能和燃
料经济性。速度比的数量增加将减小在速度比之间的速度比差值(step size),并因此通过在正常车辆加速下使操作员基本察觉不到速度比互 换而改进变速器的换档性能。
六速变速器具有超过四级和五级变速器的多个优点，包括改进的 25车辆加速和改进的燃料经济性。虽然许多货车采用具有六种或更多种 个前进速度比的动力变速器，但是由于这些变速器的尺寸和复杂性， 客车仍然制造为具有三级和四级自动变速器，以及较少的五级或六级装置。
七级、八级和九级变速器在加速和燃料经济性方面提供超过六级 变速器的进一步改进。然而，类似于上述的六级变速器，由于复杂性、 尺寸和成本而排除七级、八级和九级变速器的发展。
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发明内容
本发明的目的是提供一种改进的变速器，其具有四个受控制的行 星齿轮組，以提供八种前进速度比和 一种倒档速度比。
本发明的变速器系列具有四个行星齿轮组，其各包括第一、第二 和第三部件，这些部件可包括任何顺序的太阳齿轮、环形齿轮或行星
io 4毛架组合部件。
在本说明书和权利要求中引用第一、第二、第三和第四齿轮组时， 这些齿轮组可以以图中任何顺序(即，从左至右，从右至左等等)从"第 一"计数到"第四"。另外，对于各个齿轮组，各个齿轮组的第一、第二 或第三部件可以以图中任何顺序(即，从上至下，从下至上等等)从"第
15 —，，计数到"第三"。
各个托架部件可以是单小齿轮托架部件(简单)或双小齿轮托架部
件(复合)。具有长的小齿轮的实施例也是可行的。
第一互连部件使第一行星齿轮组的第三部件与第二行星齿轮组 的第三部件和第三行星齿轮组的第 一部件持续地连接。 20 第二互连部件使第三行星齿轮组的第二部件与第四行星齿轮组 的第三部件持续地连接。
第三互连部件使第二行星齿轮组的第一部件与第三行星齿轮组 的第三部件持续地连接。
输入部件与第四行星齿轮組的第 一部件持续地连接。输出部件与 25 第四行星齿轮组的第二部件持续地连接。第一行星齿轮组的第一部件 与固定部件(变速器壳体/外壳)持续地连接。
第一扭矩传递装置，诸如制动器，使第二行星齿轮组的第二部件 与固定部件(变速器壳体/外壳)有选择地连接。
第二扭矩传递装置，诸如离合器，使第一行星齿轮组的第二部件 与第二行星齿轮组的第二部件有选择地连接。
第三扭矩传递装置，诸如离合器，使第一行星齿轮组的第二部件 与第四行星齿轮组的第 一部件有选择地连接。 5 第四扭矩传递装置，诸如离合器，4吏第一行星齿4仑组的第二部件与第四行星齿轮组的第二部件有选择地连接。
第五扭矩传递装置，诸如离合器，使第二行星齿轮组的第一部件 与第四行星齿轮组的第二部件有选择地连接。
五个扭矩传递装置可以以两个的组合而有选择地接合，以形成八 10 种前进速度比和一种倒档速度比。
通过合适地选择行星齿轮组的齿数比可实现各种速度比和速度比范围(ratio spread)。
当结合附图时，通过用于实施本发明的最佳方式的以下详细说 明，本发明的上述特征和其它的特征及优点将容易地显而易见。
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图la是包括根据本发明的4亍星变速器的动力系的示意图lb是显示图la所示的动力系的某些操作特性的真值表和图表；和20 图lc是以杠杆图(leverdiagram)形式描绘的图la的动力系的示意图。
具体实施例方式
参考附图，在图la中示出动力系10，其具有传统的发动机和扭 25 矩变换器12、行星变速器14和传统的主减速器机构16。可利用各种 燃料来对发动机12供应能量，以改善特定应用的效率和燃料经济性。 这种燃料可包括，例如汽油，柴油，乙醇，二曱醚等等。
行星变速器14包括与发动才几12持续地连接的输入部件17,行星
齿轮设备18和与主减速器机构16持续地连接的输出部件19。行星齿 轮设备18包括四个行星齿轮组20，30，40和50。
行星齿轮组20包括太阳齿轮部件22、环形齿轮部件24和行星托 架組合部件26。行星托架组合部件26包括多个小齿轮27,28，它们可 5 旋转地安装在托架部件29。小齿轮27布置成与太阳齿轮部件22处于 啮合关系，而小齿轮28布置成与环形齿轮部件24和相应的小齿轮27 处于啮合关系。
行星齿轮组30包括太阳齿轮部件32、环形齿轮部件34和行星托 架组合部件36。行星托架组合部件36包括多个小齿轮37，它们可旋 10 转地安装在托架部件39上并布置成与太阳齿轮部件32和环形齿轮部 件34处于啮合关系。
行星齿轮组40包括太阳齿4仑部件42、环形齿轮部件44和行星托 架组合部件46。行星托架组合部件46包括多个小齿轮47,它们安装 在托架部件49上并布置成与环形齿轮部件44和太阳齿轮部件42处 15 于啮合关系。
行星齿轮组50包括太阳齿轮部件52、环形齿轮部件54和行星托 架组合部件56。行星托架组合部件56包括多个小齿轮57，它们安装 在托架部件59上并布置成与太阳齿轮部件52和环形齿轮部件54处 于啮合关系。
20 行星齿轮设备还包括五个扭矩传递装置80，82，84，85和86。扭矩
传递装置80是固定式扭矩传递装置，通常称为制动器或反作用离合 器。扭矩传递装置82,84,85和86是旋转式扭矩传递装置，通常称为 离合器。
输入部件17与行星齿轮组50的太阳齿轮部件52持续地连接。 25输出部件19与行星齿轮组50的行星托架组合部件56持续地连接。 行星齿轮组20的太阳齿轮部件22与变速器壳体60持续地连接。
第一互连部件70使行星齿轮组20的环形齿轮部件24与行星齿 轮组30的环形齿轮部件34和行星齿轮组40的太阳齿轮部件42持续
地连接。第二互连部件72使行星齿轮组40的行星托架组合部件46 与行星齿轮组50的环形齿轮部件54持续地连接。第三互连部件74 使行星齿轮组30的太阳齿轮部件32与行星齿轮组40的环形齿轮部 件44持续地连接。
5 第一扭矩传递装置，诸如制动器80，使行星齿轮组30的行星托
架组合部件36与变速器壳体60有选择地连接。第二扭矩传递装置， 诸如离合器82,使行星齿轮组20的行星托架组合部件26与行星齿轮 组30的行星托架组合部件36有选择地连接。第三扭矩传递装置，诸 如离合器84，使行星齿轮组20的行星托架组合部件26与行星齿轮组
10 50的太阳齿轮部件52有选择地连接。第四扭矩传递装置，诸如离合 器85，使行星齿轮组20的行星托架组合部件26与行星齿轮组50的 行星托架组合部件56有选择地连接。第五扭矩传递装置，诸如离合 器86，使行星齿轮组30的太阳齿轮部件32和行星齿轮组40的环形 齿轮部件44经由互连部件74与行星齿轮组50的行星托架组合部件
1556有选4爭地连接。
如图lb所示，尤其如其中公开的真值表所示，扭矩传递装置以 两个的组合而有选择地接合，以提供八种前进速度比和一种倒档速度 比，所有的速度比都具有单过渡连续换档，并且其中一个是超速档。 如上所述，用于扭矩传递装置的接合表示于图lb的真值表中。
20 图lb的图表描述上述变速器中获得的比阶(ratio step)。例如，第一前 进速度比和第二前进速度比之间的比阶是1.50,而倒档速度比和第一 前进比之间的比阶是-0.90。
参考图lc，图la中描绘的动力系IO的实施例以杠杆图形式示出。 杠杆图是诸如自动变速器的机械装置的构件的示意图。各单独的杠杆
25 表示行星齿轮组，其中行星齿轮的三个基本机械构件各由节点表示。 因此，单个杠杆包含三个节点用于太阳齿轮部件的一个节点、用于 行星齿轮托架部件的一个节点和用于环形齿轮部件的一个节点。各杠 杆的节点之间的相对长度可用于表示各相应的齿轮组的环形齿轮与
太阳齿轮(ring-to-sun)比。这些杠杆又用于改变变速器的齿数比，以便 获得合适的比率和比率递变(mtioprogression)-不同行星齿轮组的节点 之间的机械联接和互连由细的水平线示出，而诸如离合器和制动器的 扭矩传递装置表示成交错指状物。如果装置为制动器，则一组指状物 5 冲妾地(grounded)。在由Benford，Howard和Leising, Maurice于1981年 创作的"The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis"的 SAE论文810102中可找到杠杆图的形式、用途和使用的其它说明， 因此该论文通过引用而全文并入。
动力系10包括与发动机12持续地连接的输入部件17、与主减速
10 器机构16持续地连接的输出部件19、第一行星齿轮组20A、第二行 星齿轮组30A、第三行星齿轮组40A和第四行星齿轮组50A。第一行 星齿轮组20A具有三个节点第一节点22A、第二节点26A和第三节 点24A;第二行星齿轮组30A具有三个节点第一节点32A、第二节 点36A和第三节点34A;笫三4亍星齿轮组40A具有三个节点第一节
15 点42A、笫二节点46A和第三节点44A;第四行星齿轮组50A具有三 个节点第一节点52A、第二节点56A和第三节点54A。
输入部件17与节点54A持续地连接。输出部件19与节点56A持 续地连接。节点22A与变速器壳体60持续地连接。
节点24A，34A和42A经由互连部件70持续地连接。节点46A与
20 节点54A经由互连部件72持续地连接。节点32A与节点44A经由互 连部件74持续地连接。
第一扭矩传递装置，诸如制动器80,使节点36A与变速器壳体 60有选择地连接。第二扭矩传递装置，诸如离合器82,使节点26A 与节点36A有选择地连接。第三扭矩传递装置，诸如离合器84，使
25 节点26A与节点52A有选择地连接。第四扭矩传递装置，诸如离合器 85，使节点26A与节点56A有选择地连接。第五扭矩传递装置，诸如 离合器86,使节点32A和44A经由互连部件74与节点56A有选择地 连接。
两个扭矩传递装置对于各种齿轮状态进行接合以建立速度比。接
合的扭矩传递装置在图lb的各个相应行中用"X"表示。例如，制动器 80和离合器84接合以建立倒牟档。制动器80使节点36A与变速器 壳体60接合。离合器84使节点26A与节点52A接合。同样地，通过 5 按照图lb的离合器接合的不同组合来实现八种前进速度比。
动力系IO可与混合动力车辆共享构件，并且这种組合可以以"电 量消耗模式"操作。对于本发明来说，"电量消耗模式"是一种主要由电 动机/发电机为车辆提供动力J吏得当车辆到达其目的地时电池被耗尽 或几乎耗尽的模式。换句话说，在电量消耗模式期间，发动机12仅
10 在必须确保电池在到达目的地之前没有被耗尽的程度下进行操作。传 统的混合动力车辆以"电量保持模式"操作，其中如果电池电量水平下 降到预定水平(例如25%)以下时，发动机自动地运行，以对电池充电。 因此，通过以电量消耗模式操作，混合动力车辆可节约在传统混合动 力车辆中将用于维持25%电池电量水平的某些或所有燃料。应当理解，
15 如果电池可在到达目的地之后通过将其插入到能量源中进行再充电， 则混合动力车辆的动力系优选i也仅以电量消耗模式操作。
虽然已经详细地描述了用于实施本发明的最佳方式，但是本发明 所涉及的本领域技术人员将认识到的是，用于实践本发明的各种可选 设计和实施例在权利要求的范围内。
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权利要求
1.一种多级变速器，其包括输入部件；输出部件；第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其各具有第一、第二和第三部件；所述行星齿轮组中的所述第一部件与固定部件持续地连接；第一互连部件，其使所述第一行星齿轮组的所述第三部件与所述第二行星齿轮组的所述第三部件和所述第三行星齿轮组的所述第一部件持续地连接；第二互连部件，其使所述第三行星齿轮组的所述第二部件与所述第四行星齿轮组的所述第三部件持续地连接；第三互连部件，其使所述第二行星齿轮组的所述第一部件与所述第三行星齿轮组的所述第三部件持续地连接；和五个扭矩传递装置，其用于使所述行星齿轮组的所述部件与所述固定部件或所述行星齿轮组的其它部件有选择地互连，所述五个扭矩传递装置以两个的组合而接合，以在所述输入部件和所述输出部件之间建立至少八种前进速度比和至少一种倒档速度比。
2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述五个扭矩传 递装置中的第一扭矩传递装置可操作，以使所述第二行星齿轮组的所 述第二部件与所述固定部件有选择地连接。
3. 根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述五个扭矩传 递装置中的第二扭矩传递装置可操作，以使所述第一行星齿轮组的所 述第二部件与所述第二行星齿轮组的所述第二部件有选择地连接。
4. 根据权利要求3所述的变速器，其特征在于，所述五个扭矩传 递装置中的第三扭矩传递装置可操作，以使所述第一行星齿轮组的所 述第二部件与所述第四行星齿4仑组的所述第 一部件有选择地连接。
5. 根据权利要求4所述的变速器，其特征在于，所述五个扭矩传递装置中的第四扭矩传递装置可操作，以使所述第一行星齿轮组的所 述第二部件与所述第四行星齿轮组的所述第二部件有选择地连接。
6. 根据权利要求5所述的变速器，其特征在于，所述五个扭矩传 5递装置中的第五扭矩传递装置可操作，以使所述第二行星齿轮组的所述第一部件与所述第四行星齿轮组的所述第二部件有选择地连接。
7. 根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述五个扭矩传 递装置中的第 一扭矩传递装置包括制动器、并且所述五个扭矩传递装 置中的第二、第三、第四和第五扭矩传递装置包括离合器。
8.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第一、第二、第三和第四行星齿轮组的所述第一、第二和第三部件分别包括太阳齿 轮部件、行星托架组合部件和环形齿轮部件。
9. 根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述输入部件与 所述第四行星齿轮组的所述第一部件持续地连接，并且所述输出部件 与所述第四行星齿轮组的所述第二部件持续地连接。
10. —种多级变速器，其包括 输入部件；输出部件；第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其各具有第一、第二和第 20 三部件；所述输入部件与所述第四行星齿轮组的所述第一部件持续地连 接；并且所述输出部件与所述第四行星齿轮组的所述第二部件持续地 连接；所述第一行星齿轮组的所迷第一部件与固定部件持续地连接； 25 第一互连部件，其使所述第一行星齿轮组的所述第三部件与所述第二行星齿轮组的所述第三部件和所述第三行星齿轮组的所述第一 部件持续地连接；第二互连部件，其使所述第三行星齿轮组的所述第二部件与所述 第四行星齿轮组的所述第三部件持续地连接；第三互连部件，其使所述第二行星齿轮组的所述第一部件与所述 第三行星齿轮组的所述第三部件持续地连接；第一扭矩传递装置，其使所述第二行星齿轮組的所述第二部件与 5 所述固定部件有选4奪地连接；第二扭矩传递装置，其使所述第 一行星齿轮组的所述第二部件与 所述第二行星齿轮组的所述第二部件有选择地连接；第三扭矩传递装置，其使所述第一行星齿轮组的所述第二部件与 所述第四行星齿轮组的所述第一部件有选择地连接； 10 第四扭矩传递装置，其使所述第一行星齿轮组的所述第二部件与所述第四行星齿轮组的所述第二部件有选择地连接；第五扭矩传递装置，其使所述第二行星齿轮组的所述第一部件与 所述第四行星齿轮组的所述第二部件有选择地连接；和所述五个扭矩传递装置以两个的组合币接合，以在所述输入部件 15 和所述输出部件之间建立至少/\种前进逸度比和至少 一种倒档速度 比。
11.根据权利要求IO所述的变速器，其特征在于，所述第一、第 二、第三和第四行星齿轮组的所述第一、第二和第三部件分别包括太 阳齿轮部件、行星托架组合部件和环形齿轮部件。
12. —种多级变速器，其包括输入部件； 输出部件；第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其各具有太阳齿轮部件、 行星托架组合部件和环形齿轮部件； 25 所述输入部件与所述第四星齿轮组的所述太阳齿轮部件持续地互连；并且所述输出部件与所述第四行星齿轮组的所述行星托架组 合部件持续地互连；所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮部件与固定部件持续地连 接；第一互连部件，其使所述第一行星齿轮组的所述环形齿轮部件与 所述第二行星齿轮组的所述环形齿轮部件和所述第三行星齿轮组的所述太阳齿轮部件持续地连接； 5第二互连部件，其使所述第三行星齿轮组的所述行星托架组合部 件与所述第四行星齿轮组的所述环形齿轮部件持续地连接；第三互连部件，其使所述第二行星齿轮组的所述太阳齿轮部件与 所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮部件持续地连接；第一扭矩传递装置，其使所述第二行星齿轮组的所述行星托架组 io 合部件与固定部件有选择地连接；第二扭矩传递装置，其使所述第一行星齿轮组的所述行星托架组 合部件与所述第二行星齿轮组的所述行星托架組合部件有选择地连接；第三扭矩传递装置，其使所述第一行星齿轮组的所述行星托架组 15 合部件与所述第四行星齿轮组的所述太阳齿轮部件有选择地连接；第四扭矩传递装置，其使所述第一行星齿轮组的所述行星托架组 合部件与所述第四行星齿轮组的所述行星托架组合部件有选择地连 接；第五扭矩传递装置，其使所述第二行星齿轮组的所述太阳齿轮部 20 件与所述第四行星齿轮组的所述行星托架组合部件有选择地连接；和 所述五个扭矩传递装置以两个的組合而接合，以在所述输入部件 和所述输出部件之间建立八种前进速度比和一种倒档速度比。
全文摘要
本发明涉及一种八级变速器，其具有多个部件，这些部件可用于动力系以提供八种前进速度比和一种倒档速度比。该变速器包括四个行星齿轮组，五个扭矩传递装置，三个固定互连和接地部件。该动力系包括持续地连接到一个行星齿轮部件上的发动机和扭矩变换器以及与另一个行星齿轮部件持续地连接的输出部件。五个扭矩传递装置在各种齿轮部件和变速器壳体之间提供互连，并且以两个的组合进行操作，以建立八种前进速度比和一种倒档速度比。
文档编号F16H3/62GK101368620SQ20081021324
公开日2009年2月18日 申请日期2008年8月15日 优先权日2007年8月17日
发明者A·W·菲利普斯, C·E·凯里, J·M·哈特, S·H·维特科普 申请人:通用汽车环球科技运作公司