专利名称：多速变速器的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及具有多个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的多速变速器，且更 具体地涉及具有十个或更多速度、四个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的变速器。
背景技术：
该部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息，且可能会或可能不会构成现有技 术。典型的多速变速器使用摩擦离合器或制动器、行星齿轮装置和固定互连件的组合 来实现多个传动比。行星齿轮组的数量和物理设置通常由包装、成本和期望速度比规定。虽然当前变速器实现其预期目的，但是对新式和改进变速器配置的需要实质上是 持续不断的，所述变速器配置展现改进的性能(尤其是从效率、响应性和平滑性的角度看) 和改进的包装(主要是减少尺寸和重量)。因此，需要改进的、成本有效的、紧凑的多速变速
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发明内容
提供一种变速器，所述变速器具有输入构件、输出构件、四个行星齿轮组、多个联 接构件和多个扭矩传递装置。所述行星齿轮组中的每个包括第一、第二和第三构件。所述 扭矩传递装置例如是离合器和制动器。在本发明的一个方面，提供一种变速器，所述变速器具有输入构件、输出构件、第 一、第二、第三和第四行星齿轮组。所述行星齿轮组中的每个具有太阳轮、行星架构件和齿 圈。所述输入构件与第三行星齿轮组的行星架连续地互连。所述输出构件与第一行星齿轮 组的行星架构件和第二行星齿轮组的齿圈连续地互连。此外，第一互连构件将第一行星齿 轮组的齿圈构件与第二行星齿轮组的行星架构件连续地互连，第二互连构件将第二行星齿 轮组的太阳轮构件与第三行星齿轮组的齿圈构件连续地互连，第三互连构件将第一行星齿 轮组的行星架构件和第二行星齿轮组的齿圈构件与所述输出构件连续地互连。另外，第一 扭矩传递装置可选择性地接合以将第四行星齿轮组的行星架构件与第三行星齿轮组的行 星架构件和输入构件中的至少一个互连，第二扭矩传递装置可选择性地接合以将第三行星 齿轮组的太阳轮构件与第四行星齿轮组的太阳轮构件互连，第三扭矩传递装置可选择性地 接合以将第一行星齿轮组的太阳轮构件与第四行星齿轮组的齿圈构件互连，第四扭矩传递 装置可选择性地接合以将第一行星齿轮组的齿圈构件和第二行星齿轮组的行星架构件与 第四行星齿轮组的行星架构件互连，第五扭矩传递装置可选择性地接合以将第四行星齿轮 组的太阳轮构件与固定构件互连，第六扭矩传递装置可选择性地接合以将第四行星齿轮组 的齿圈构件与固定构件互连。所述扭矩传递装置以至少四个的组合形式选择性地接合，以 在所述输入构件和所述输出构件之间建立至少十个前进速度比和至少一个倒档速度比。因而，本发明的目的是提供具有四个行星齿轮组的变速器。本发明的另一个目的是提供具有十个前进速度和至少一个倒档速度的变速器。
本发明的另一个目的是提供具有四个行星齿轮组、多个联接构件和多个扭矩传递 装置的变速器。一种变速器，包括输入构件；输出构件；各具有第一、第二和第三构件的第一、第二、第三和第四行星齿轮组；第一互连构件，所述第一互连构件将所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述 第二行星齿轮组的所述第二构件连续地互连；第二互连构件，所述第二互连构件将所述第二行星齿轮组的所述第一构件与所述 第三行星齿轮组的所述第二构件连续地互连；第三互连构件，所述第三互连构件将所述第一行星齿轮组的所述第二构件和所述 第二行星齿轮组的所述第三构件与所述输出构件连续地互连；和六个扭矩传递装置，所述扭矩传递装置可选择性地接合以将所述第一、第二和第 三构件中的一个与所述第一、第二、第三构件以及固定构件中的至少另一个互连，且其中，所述扭矩传递装置以至少四个的组合形式选择性地接合，以在所述输入构 件和所述输出构件之间建立至少十个前进速度比和至少一个倒档速度比。其中，所述六个扭矩传递装置中的第一个可选择性地接合以将所述第四行星齿轮 组的第二构件与所述第三行星齿轮组的第三构件和所述输入构件中的至少一个互连。其中，所述六个扭矩传递装置中的第二个可选择性地接合以将所述第三行星齿轮 组的第一构件与所述第四行星齿轮组的第一构件互连。其中，所述六个扭矩传递装置中的第三个可选择性地接合以将第一行星齿轮组的 第三构件和所述第四行星齿轮组的第三构件互连。其中，所述六个扭矩传递装置中的第四个可选择性地接合以将所述第一行星齿轮 组的第一构件和所述第二行星齿轮组的第二构件与所述第四行星齿轮组的第二构件互连。其中，所述六个扭矩传递装置中的第五个可选择性地接合以将所述第四行星齿轮 组的第一构件与所述固定构件互连。其中，所述六个扭矩传递装置中的第六个可选择性地接合以将所述第四行星齿轮 组的第三构件与所述固定构件互连。其中，第一行星齿轮组的第三构件、第二行星齿轮组的第一构件、第三行星齿轮组 的第一构件以及第四行星齿轮组的第一构件是太阳轮，第一行星齿轮组的第二构件、第二 行星齿轮组的第二构件、第三行星齿轮组的第三构件以及第四行星齿轮组的第二构件是行 星架构件，第一行星齿轮组的第一构件、第二行星齿轮组的第三构件、第三行星齿轮组的第 二构件以及第四行星齿轮组的第三构件是齿圈。其中，所述输入构件与第三行星齿轮组的第三构件连续地互连，所述输出构件与 第一行星齿轮组的第二构件和第二行星齿轮组的第三构件连续地互连。其中，所述六个扭矩传递装置中的两个是制动器，所述六个扭矩传递装置中的四 个是罔合^o其中，所述固定构件是变速器壳体。一种变速器，包括
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输入构件；输出构件；各具有第一、第二和第三构件的第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其中，所述输 入构件与第三行星齿轮组的第三构件连续地互连，所述输出构件与第一行星齿轮组的第二 构件和第二行星齿轮组的第三构件连续地互连；第一互连构件，所述第一互连构件将所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述 第二行星齿轮组的所述第二构件连续地互连；第二互连构件，所述第二互连构件将所述第二行星齿轮组的所述第一构件与所述 第三行星齿轮组的所述第二构件连续地互连；第三互连构件，所述第三互连构件将所述第一行星齿轮组的所述第二构件和所述 第二行星齿轮组的所述第三构件与所述输出构件连续地互连；和第一扭矩传递装置，所述第一扭矩传递装置可选择性地接合以将所述第四行星齿 轮组的第二构件与所述第三行星齿轮组的第三构件和所述输入构件中的至少一个互连；第二扭矩传递装置，所述第二扭矩传递装置可选择性地接合以将所述第三行星齿 轮组的第一构件与所述第四行星齿轮组的第一构件互连；第三扭矩传递装置，所述第三扭矩传递装置可选择性地接合以将第一行星齿轮组 的第三构件和所述第四行星齿轮组的第三构件互连；第四扭矩传递装置，所述第四扭矩传递装置可选择性地接合以将所述第一行星齿 轮组的第一构件和所述第二行星齿轮组的第二构件与所述第四行星齿轮组的第二构件互 连；第五扭矩传递装置，所述第五扭矩传递装置可选择性地接合以将所述第四行星齿 轮组的第一构件与固定构件互连；以及第六扭矩传递装置，所述第六扭矩传递装置可选择性地接合以将所述第四行星齿 轮组的第三构件与所述固定构件互连；且其中，所述扭矩传递装置以至少四个的组合形式选择性地接合，以在所述输入构 件和所述输出构件之间建立至少十个前进速度比和至少一个倒档速度比。其中，第一行星齿轮组的第三构件、第二行星齿轮组的第一构件、第三行星齿轮组 的第一构件以及第四行星齿轮组的第一构件是太阳轮，第一行星齿轮组的第二构件、第二 行星齿轮组的第二构件、第三行星齿轮组的第三构件以及第四行星齿轮组的第二构件是行 星架构件，第一行星齿轮组的第一构件、第二行星齿轮组的第三构件、第三行星齿轮组的第 二构件以及第四行星齿轮组的第三构件是齿圈。其中，所述固定构件是变速器壳体。一种变速器，包括输入构件；输出构件；各具有太阳轮构件、行星架构件和齿圈构件的第一、第二、第三和第四行星齿轮 组，其中，所述输入构件与第三行星齿轮组的行星架构件连续地互连，所述输出构件与第一 行星齿轮组的行星架构件和第二行星齿轮组的齿圈构件连续地互连；第一互连构件，所述第一互连构件将所述第一行星齿轮组的所述齿圈构件与所述第二行星齿轮组的所述行星架构件连续地互连；第二互连构件，所述第二互连构件将所述第二行星齿轮组的所述太阳轮构件与所 述第三行星齿轮组的所述齿圈构件连续地互连；第三互连构件，所述第三互连构件将所述第一行星齿轮组的所述行星架构件和所 述第二行星齿轮组的所述齿圈构件与所述输出构件连续地互连；和第一扭矩传递装置，所述第一扭矩传递装置可选择性地接合以将所述第四行星齿 轮组的行星架构件与所述第三行星齿轮组的行星架构件和所述输入构件中的至少一个互 连；第二扭矩传递装置，所述第二扭矩传递装置可选择性地接合以将所述第三行星齿 轮组的太阳轮构件与所述第四行星齿轮组的太阳轮构件互连；第三扭矩传递装置，所述第三扭矩传递装置可选择性地接合以将第一行星齿轮组 的太阳轮构件和所述第四行星齿轮组的齿圈构件互连；第四扭矩传递装置，所述第四扭矩传递装置可选择性地接合以将所述第一行星齿 轮组的齿圈构件和所述第二行星齿轮组的行星架构件与所述第四行星齿轮组的行星架构 件互连；第五扭矩传递装置，所述第五扭矩传递装置可选择性地接合以将所述第四行星齿 轮组的太阳轮构件与固定构件互连；第六扭矩传递装置，所述第六扭矩传递装置可选择性地接合以将所述第四行星齿 轮组的齿圈构件与所述固定构件互连；且其中，所述扭矩传递装置以至少四个的组合形式选择性地接合，以在所述输入构 件和所述输出构件之间建立至少十个前进速度比和至少一个倒档速度比。其中，所述固定构件是变速器壳体。本发明的其它目的、方面和益处通过参考后述说明和附图显而易见，在附图中，相 同的附图标记表示同样的部件、元件或特征。
本文所述的附图仅用于图示说明的目的，且不打算以任何方式限制本发明的范围。图1是根据本发明的十速变速器的一个实施例的杠杆图；图2是根据本发明的十速变速器的一个实施例的示意图；和图3是示出了在图1和2所示的变速器的可用前进和倒档速度或传动比的每个中 的各种扭矩传递元件的接合状态的真值表。
具体实施例方式以下说明本质上仅为示范性的且绝不意图限制本发明、应用、或使用。首先，应当理解的是，在所提供的具体示例中，本发明的十速自动变速器在四个行 星齿轮组的元件之间具有永久机械连接设置。第一行星齿轮组的第一部件或元件永久性地 联接到第二行星齿轮组的第二部件或元件。第一行星齿轮组的第二部件或元件永久性地联 接到第二行星齿轮组的第三部件或元件。最后，第二行星齿轮组的第一部件或元件永久性地联接到第三行星齿轮组的第二部件或元件。现在参考图1，以杠杆图形式示出了十速变速器10的实施例。杠杆图是机械装置 (如自动变速器)的部件的示意图。每个独立的杠杆表示行星齿轮组，其中行星齿轮组的三 个基本机械部件均由节点表示。因而，单个杠杆包含三个节点一个用于太阳轮，一个用于 行星齿轮行星架，一个用于齿圈。每个杠杆的节点之间的相对长度可以用于表示每个相应 齿轮组的齿圈-太阳轮比。继而，这些杠杆比用于改变变速器的传动比以实现合适的比和 比级数。各个行星齿轮组的节点之间的机械联接件或互连件由细的水平线表示，且扭矩传 递装置(例如离合器和制动器)表示为交织的指形物。如果装置为制动器，那么一组指形 物被固接。杠杆图的形式、目的和使用的进一步阐述可见于Benford和Leising的SAE论 文 810102 “The Lever Analogy :A New Toolin Transmission Analysis”,该论文作为参 考全部引入。变速器10包括输入轴或构件12 ；第一行星齿轮组14，所述第一行星齿轮组14具 有三个节点第一节点14A、第二节点14B和第三节点14C ；第二行星齿轮组16，所述第二行 星齿轮组16具有三个节点第一节点16A、第二节点16B和第三节点16C ；第三行星齿轮组 18，所述第三行星齿轮组18具有三个节点第一节点18A、第二节点18B和第三节点18C ；第 四行星齿轮组20，所述第四行星齿轮组20具有三个节点第一节点20A、第二节点20B和第 三节点20C ；以及输出轴或构件22。输入构件12联接到第三行星齿轮组18的第三节点18C。输出构件22联接到第一 行星齿轮组14的第二节点14B。第一行星齿轮组14的第一节点14A联接到第二行星齿轮 组16的第二节点16B。第一行星齿轮组14的第二节点14B联接到第二行星齿轮组16的 第三节点16C。第二行星齿轮组16的第一节点16A联接到第二行星齿轮组18的第二节点 18B。第一离合器26将第三行星齿轮组18的第三节点18C与第四行星齿轮组20的第 二节点20B选择性地连接。第二离合器28将第三行星齿轮组18的第一节点18A与第四行 星齿轮组20的第一节点20A选择性地连接。第三离合器30将第一行星齿轮组14的第三 节点14C与第四行星齿轮组20的第三节点20C选择性地连接。第四离合器32将第二行星 齿轮组16的第二节点16B与第四行星齿轮组20的第二节点20B选择性地连接。第一制动 器34将第四行星齿轮组20的第一节点20A与固定元件或变速器壳体50选择性地连接。第 二制动器36将第四行星齿轮组20的第三节点20C与固定元件或变速器壳体50选择性地 连接。现在参考图2，柱状图示出了根据本发明的十速变速器10的实施例的示意布局。 在图2中，图1的杠杆图的附图标记继续适用。离合器、制动器和联接件被相应地示出，而 行星齿轮组的节点此时显现为行星齿轮组的部件，例如太阳轮、齿圈、行星齿轮和行星齿轮 行星架。例如，行星齿轮组14包括太阳轮构件14C、齿圈构件14A和行星齿轮行星架构件 14B，行星齿轮行星架构件14B可旋转地支撑一组行星齿轮14D (仅示出其中一个)。行星 齿轮14D中的每个均配置成与太阳轮构件14C和齿圈构件14A两者互相啮合。太阳轮构件 14C与第一轴或互连构件42连接以便共同旋转。齿圈构件14A与第二轴或互连构件44连 接以便共同旋转。行星架构件14B与输出构件22连接以便共同旋转。
行星齿轮组16包括太阳轮构件16A、齿圈构件16C和行星齿轮行星架构件16B，行 星齿轮行星架构件16B可旋转地支撑一组行星齿轮16D (仅示出其中一个)。行星齿轮16D 中的每个均配置成与太阳轮构件16A和齿圈构件16C两者互相啮合。太阳轮构件16A与第 三轴或互连构件46连接以便共同旋转。齿圈构件16C与输出轴22连接以便共同旋转。行 星架构件16B与第二轴或互连构件44连接以便共同旋转。行星齿轮组18包括太阳轮构件18A、齿圈构件18B和行星齿轮行星架构件18C，行 星齿轮行星架构件18C可旋转地支撑第一组行星齿轮18D (仅示出其中一个)和第二组行 星齿轮18E (仅示出其中一个)。第一组行星齿轮18D中的每个均配置成与太阳轮构件18A 和第二组行星齿轮18E两者互相啮合。第二组行星齿轮18E配置成与齿圈构件18B和第一 组行星齿轮18D两者互相啮合。太阳轮构件18A与第四轴或互连构件48连接以便共同旋 转。齿圈构件18B与第三轴或互连构件46连接以便共同旋转。行星架构件18C与输入轴 或构件12连接且与第五轴或互连构件52连接以便共同旋转。行星齿轮组20包括太阳轮构件20A、齿圈构件20C和行星齿轮行星架构件20B，行 星齿轮行星架构件20B可旋转地支撑一组行星齿轮20D (仅示出其中一个)。该组行星齿轮 20D中的每个均配置成与太阳轮构件20A和齿圈构件20C两者互相啮合。太阳轮构件20A 与第六轴或互连构件54连接且与第七轴或互连构件56连接以便共同旋转。齿圈构件20C 与第八轴或互连构件58连接以便共同旋转。行星架构件20B与第九轴或互连构件60连接 以便共同旋转。输入轴或构件12连续地连接到发动机(未示出)或变矩器的涡轮机(未示出)。 输出轴或构件22与最终传动单元或分动箱(未示出)连续地连接。扭矩传递机构(或者，离合器26、28、30和32和制动器34和36)允许轴或互连构 件、行星齿轮组的构件和壳体的选择性互连。例如，第一离合器26可选择性地接合以将第 五轴或互连构件52与第九轴或互连构件60连接。第二离合器28可选择性地接合以将第 四轴或互连构件48与第七轴或互连构件56连接。第三离合器30可选择性地接合以将第 一轴或互连构件42与第八轴或互连构件58连接。第四离合器32可选择性地接合以将第 二轴或互连构件44与第九轴或互连构件60连接。第一制动器34可选择性地接合以将第 六轴或互连构件54和太阳轮20A与固定元件或变速器壳体50连接，以防止第六轴或互连 构件54和太阳轮20A相对于变速器壳体50旋转。第二制动器36可选择性地接合以将第 八轴或互连构件58和齿圈构件20C与固定元件或变速器壳体50连接，以防止第八轴或互 连构件58和齿圈构件20C相对于变速器壳体50旋转。现在参考图2和3，将描述十速变速器10的实施例的操作。应当理解的是，变速 器10能够将扭矩以至少十个前进速度或扭矩比和至少一个倒档速度或扭矩比从输入轴或 构件12传输给输出轴或构件22，其中有四个超速传动档。每个前进和倒档速度或扭矩比通 过接合扭矩传递机构(即，第一离合器26、第二离合器28、第三离合器30、第四离合器32、 第一制动器34和第二制动器36)中的一个或多个而获得，如下文阐述的那样。图3是示出 了被起用或接合以实现各种档位状态的扭矩传递元件的各种组合的真值表。也示出各种档 位状态的实际数值传动比，但是应当理解的是，这些数值仅仅是示例性的且它们可以在大 的范围内调节以适合变速器10的各种应用和操作标准。可使用本发明的实施例获得的传 动比的示例也在图3示出。当然，取决于选择的齿轮直径、齿轮齿数和齿轮配置，可实现其它传动比。为了建立倒档，接合或起用第二离合器28、第四离合器32、第一制动器34和第二 制动器36。第二离合器28将第四轴或互连构件48与第七轴或互连构件56连接。第四离 合器32将第二轴或互连构件44与第九轴或互连构件60连接。第一制动器34将第六轴或 互连构件54和太阳轮20A与固定元件或变速器壳体50连接，以防止第六轴或互连构件54 和太阳轮20A相对于变速器壳体50旋转。第二制动器36将第八轴或互连构件58和齿圈构 件20C与固定元件或变速器壳体50连接，以防止第八轴或互连构件58和齿圈构件20C相 对于变速器壳体50旋转。类似地，通过离合器和制动器接合的不同组合实现十个前进比， 如图3所示。应当理解的是，十速变速器10的操作和档位状态的前述阐述假设，首先，在给定 档位状态未具体提及的所有离合器和制动器均无效或脱离，其次，在至少相邻档位状态之 间的换档期间(即，改变档位状态)，在两个档位状态均接合或起用的离合器或制动器将保 持接合或起用。本发明的说明本质上仅仅是示例性的且不偏离本发明实质的变型意在包括在本 发明的范围内。这种变型被认为不偏离本发明的精神和范围。
权利要求
一种变速器，包括输入构件；输出构件；各具有第一、第二和第三构件的第一、第二、第三和第四行星齿轮组；第一互连构件，所述第一互连构件将所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述第二行星齿轮组的所述第二构件连续地互连；第二互连构件，所述第二互连构件将所述第二行星齿轮组的所述第一构件与所述第三行星齿轮组的所述第二构件连续地互连；第三互连构件，所述第三互连构件将所述第一行星齿轮组的所述第二构件和所述第二行星齿轮组的所述第三构件与所述输出构件连续地互连；和六个扭矩传递装置，所述扭矩传递装置可选择性地接合以将所述第一、第二和第三构件中的一个与所述第一、第二、第三构件以及固定构件中的至少另一个互连，且其中，所述扭矩传递装置以至少四个的组合形式选择性地接合，以在所述输入构件和所述输出构件之间建立至少十个前进速度比和至少一个倒档速度比。
2.根据权利要求1所述的变速器，其中，所述六个扭矩传递装置中的第一个可选择性 地接合以将所述第四行星齿轮组的第二构件与所述第三行星齿轮组的第三构件和所述输 入构件中的至少一个互连。
3.根据权利要求2所述的变速器，其中，所述六个扭矩传递装置中的第二个可选择性 地接合以将所述第三行星齿轮组的第一构件与所述第四行星齿轮组的第一构件互连。
4.根据权利要求3所述的变速器，其中，所述六个扭矩传递装置中的第三个可选择性 地接合以将第一行星齿轮组的第三构件和所述第四行星齿轮组的第三构件互连。
5.根据权利要求4所述的变速器，其中，所述六个扭矩传递装置中的第四个可选择性 地接合以将所述第一行星齿轮组的第一构件和所述第二行星齿轮组的第二构件与所述第 四行星齿轮组的第二构件互连。
6.根据权利要求5所述的变速器，其中，所述六个扭矩传递装置中的第五个可选择性 地接合以将所述第四行星齿轮组的第一构件与所述固定构件互连。
7.根据权利要求6所述的变速器，其中，所述六个扭矩传递装置中的第六个可选择性 地接合以将所述第四行星齿轮组的第三构件与所述固定构件互连。
8.根据权利要求1所述的变速器，其中，第一行星齿轮组的第三构件、第二行星齿轮组 的第一构件、第三行星齿轮组的第一构件以及第四行星齿轮组的第一构件是太阳轮，第一 行星齿轮组的第二构件、第二行星齿轮组的第二构件、第三行星齿轮组的第三构件以及第 四行星齿轮组的第二构件是行星架构件，第一行星齿轮组的第一构件、第二行星齿轮组的 第三构件、第三行星齿轮组的第二构件以及第四行星齿轮组的第三构件是齿圈。
9.根据权利要求1所述的变速器，其中，所述输入构件与第三行星齿轮组的第三构件 连续地互连，所述输出构件与第一行星齿轮组的第二构件和第二行星齿轮组的第三构件连 续地互连。
10.根据权利要求1所述的变速器，其中，所述六个扭矩传递装置中的两个是制动器， 所述六个扭矩传递装置中的四个是离合器。
全文摘要
本发明涉及多速变速器。本发明的变速器具有输入构件、输出构件、四个行星齿轮组、多个联接构件和多个扭矩传递装置。所述行星齿轮组中的每个包括第一、第二和第三构件。所述扭矩传递装置可包括离合器和制动器。所述扭矩传递装置以至少三个的组合形式选择性地接合，以建立至少十个前进速度比和至少一个倒档速度比。
文档编号F16H57/10GK101871520SQ20101012020
公开日2010年10月27日 申请日期2010年2月12日 优先权日2009年2月13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