专利名称：产生连续速比的变速箱的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及机动车辆的传动系，更具体地，涉及一种具有这样变速器的变速箱，该变速器产生无级的、可连续变化的速比范围。
背景技术：
优化配装有相对小的发动机的机动车辆，尤其是发动机和变速箱横向、前轮驱动配置的机动车辆的燃油效率和性能，需要一种需要尽可能小的空间、并且能够产生无级的、 可连续变化的速比范围的高效变速箱。
发明内容
一种变速箱，包括输入端，变速器，该变速器包括输出端以及连接至输入端的座圈，用于在输出端与座圈之间产生可变化的速比，齿轮组，其包括与输出端连接的组件，以及第二和第三组件，第一离合器，其开启和关闭输入端与第二组件之间的连接，以及第二离合器，其用于开启和关闭输出端与第三组件之间的连接。变速箱包括球形变速器，并且与装有其它变速器的变速箱相比，其需要的包装空间更小。由于与具有其它变速器的变速箱相比，处于传动路径中的齿轮更少，特别是与具有半环形变速器或环形变速器的变速箱相比，变速器的整体机械效率得以改善。当在三模式的具体实施例的第三模式下运行时，动力流是分离的，如此，变速器仅经受部分输入端动力，因而减少了变速器的效率损耗。从接下来详细的说明书、权利要求书以及
，本发明优选实施例的应用范围将变得显而易见。应当了解的是，虽然阐述了本发明的优选实施例，但是说明书以及特定实施例仅为示例性提出。对所阐述的具体实施例以及示例所做的改变和修改对本领域技术人员将会变得显而易见。
通过参考下列说明书并结合附图，将会更好地理解本发明，其中图1是双模式可连续变化的变速箱的示意图；图2显示了图1的变速箱的传动齿轮组、第一模式齿轮组和主减速器的优选齿数；图3显示了图1的变速箱的混合行星齿轮组的贝他比(beta ratio)和太阳齿轮、 环形齿轮以及行星小齿轮的优选齿数；图4为一表格，其示出了系统组件的速比随图1的变速箱中的变速器速比变化而变化的关系；图5是三模式可连续变化的变速箱的示意图；图6显示了图5和图10的变速箱的传动齿轮组、第一模式齿轮组、第三模式齿轮组和主减速器的优选齿数；图7显示了图5和图10变速箱的混合齿轮组的贝他比和太阳齿轮、环形齿轮以及行星小齿轮的优选齿数；图8显示了图5的变速箱在三种模式下运行时的离合器的状态；图9为一图表，其示出了系统组件的速比随图5的变速箱中的变速器速比变化而变化的关系；图10是三模式可连续变化的变速箱的示意图；图11显示了图10的变速箱在三种模式下运行时的离合器的状态；图12为一图表，其示出了系统组件的速比随图10的变速箱中的变速器速比变化而变化的关系；以及图13是另一种三模式可连续变化的变速箱的示意图。
具体实施例方式现在参考说明书附图，图1示出了用于在发动机12和主减速器小齿轮14之间传递动力的变速箱10。变速箱10包括扭转阻尼器16 ；米尔纳球形变速器(Milner ball variator) 18 ；包含小齿轮20和齿轮22的传动齿轮组；包含小齿轮M和齿轮沈的第一模式齿轮组；第一模式离合器观；第二模式离合器30 ；以及混合行星齿轮组32。小齿轮20与变速器输出端42固定连接。小齿轮M与轴46固定连接。齿轮沈设置在轴50上。米尔纳球形变速器18包括球体34，并且是一种可变几何形状的4点接触滚珠轴承。内部座圈分为36、37两个部分，外部座圈分成38、39两个部分。通过改变外部座圈38、 39部分之间的轴向距离，可以改变内部座圈36、37部分之间的距离，并且球体34在内部座圈与外部座圈之间沿径向位移。由于球体的位置相对于座圈发生了变化，因此球体34与座圈之间的接触位置发生了变化，从而改变了变速器的速比。此处所使用的、驱动地连接到轴46的内部座圈36、37，作为变速器18的输入端。 外部座圈38、39接地，S卩，设置在箱体40上保持不旋转。球体承载器42是变速器的输出端。 变速器18的输出端速度始终小于它的输入端36、37的速度。变速器18与混合行星齿轮组32、传动齿轮组、第一模式齿轮组以及离合器观、30 相结合以产生多种模式的传动。支承在输入端轴46上的阻尼器16与发动机轴48相连接。 动力从输入端轴46传送至副轴50。在向前驱动中，轴52，即副轴中轴线M上的输出端，沿与发动机轴48相反的方向旋转。主减速器小齿轮14与位于差速器/车轮中轴线上的主减速器齿轮相啮合。球形变速器18可以设置在轴46或者轴50上。为了在第一模式下运行，第一模式离合器观啮合，第二模式离合器30松开，并且变速器18与混合行星齿轮组32、变速器传动齿轮组20-22、以及第一模式齿轮组M46相结合。第一模式产生反向驱动和低范围的向前驱动，其中，变速器输出端42通过变速器传动齿轮组20-22与混合行星齿轮组32组的太阳齿轮60相连接。由于第一模式离合器28 啮合，混合行星齿轮组32的第二元件，即承载器62，与第一模式齿轮组M46的输出端相连接。混合行星齿轮组32的第三元件，即环形齿轮64，与变速箱10的输出端52相连接。行星小齿轮66支承在承载器62上并且与太阳齿轮60和环形64相啮合。为了在第二模式下运行，第一模式离合器观松开，第二模式离合器30啮合。第二模式为高速模式，其中，由于第二模式离合器30与输出端52啮合而绕过混合行星齿轮组 32，所以变速器输出端42通过变速器传动齿轮组20、22连接。适当选择行星齿轮组的贝他比，S卩，环形64的节径与太阳齿轮60的节径之比，以及传动齿轮组20-22，M-26的速比，低速模式下运行会产生反向驱动、空档以及低速向前驱动的档位范围。此外，产生一个节点，在该节点处，第一模式的和第二模式的全部速比重叠以允许在节点之间平滑切换。图2示出了传动齿轮组20-22，第一模式齿轮组以及主减速器的优选齿数。图3示出了混合齿轮组32的贝他比和太阳齿轮60、环形64和行星小齿轮66的优选齿数。如图4所示，在正扭矩条件下、同时变速箱10工作于第一模式下，此时变速器18 的速比达到了它的最大值0. 6250，且发动机速度处在基准速度1. 000,变速器输出端42 的速度为0. 6250，齿轮22和太阳齿轮60的速度为-1. 8421，齿轮沈和承载器62的速度为-0. 4608，环形齿轮64和主减速器小齿轮14的速度为0. 2209，以及主减速器输出端的速度为-0. 0545。在第一模式运行期间，当变速器18的速比减少至0. 4731时，主减速器输出端的速度是零。在第一模式运行期间，当变速器18的速比进一步减少至0. 1563时，主减速器输出端的速度是0. 1137。在正扭矩条件下、变速箱10工作于第二模式下时，此时变速器18的速比达到它的最小值0. 1563并且发动机速度为1. 000,变速器输出端42的速度为0. 1563，齿轮22和太阳齿轮60的速度为-0. 4608，齿轮沈的速度为-0. 4608，承载器62的速度为-0. 4608，环形齿轮64和主减速器小齿轮14的速度为-0. 4608，主减速器输出端的速度为0. 1137。在第二模式运行期间，当变速器18的速比增加至0. 2721时，主减速器输出端的速度是0. 1979。在第二模式运行期间，当变速器18的速比进一步增加至0. 6250时，主减速器输出端的速度是0. 4545。图5的三模式变速箱70除了图1中的双模式变速箱10的组件之外，还包括第三模式传动齿轮组，该第三模式传动齿轮组包含设置在轴46上的小齿轮72和固定在轴50上的齿轮74 ；以及第三模式离合器76，其可以使小齿轮72和轴46交替地连接与分离。在第三模式运行期间，变速器18的输出端42通过传动齿轮组20-22与混合行星齿轮组32中的一个组件相连接，例如，与太阳齿轮60连接，由于离合器76啮合，混合行星齿轮组32中的第二组件，例如承载器62，与第三模式齿轮组72-74的输出端相连接，混合行星齿轮组32中的第三组件，例如，环形齿轮64，与主减速器输出端小齿轮14相连接。适当选择贝他比、速比、以及变速器18的比率范围，会产生一个节点，在该节点处，第二模式与第三模式的所有比率重叠，以允许第二和第三模式之间平滑切换。图6显示了传动齿轮组20-22、第一模式齿轮组对_26、第三模式齿轮组72_74以及主减速器的优选齿数。图7显示了混合行星齿轮组32的贝他比和太阳齿轮60、环形64以及行星小齿轮 66的优选齿数。图8显示了离合器观、30以及76在三种模式下运行的状态。如图9所示，在正扭矩条件下、同时变速箱70工作于第一模式下时，变速器18的速比达到它的最大值0. 6250，并且发动机速度处在基准速度1. 000,变速器输出端42 的速度为0. 6250，齿轮22和太阳齿轮60的速度为-1. 5833，齿轮沈和承载器62的速度为-0. 3953，环形64和主减速器小齿轮14的速度为0. 2706，主减速器输出端的速度为-0. 0547。在第一模式运行期间，当变速器18的速比减少至0. 4344时，主减速器输出端的速度是零。在第一模式运行期间，当变速器18的速比进一步减少至0. 1561时，主减速器输出端的速度为0. 0799。在正扭矩条件下、变速箱70工作于第二模式下时，此时变速器18的速比达到它的最小值0. 1561，并且发动机速度为1.000，变速器输出端42的速度为0. 1561，齿轮22和太阳齿轮60的速度为-0. 3953，齿轮沈的速度为-0. 3953，承载器62的速度为-0. 3953，环形齿轮64和主减速器小齿轮14的速度为-0. 3953，主减速器输出端的速度为0. 0799。在第二模式运行期间，当变速器18的速比增加至0. 2718时，主减速器输出端速度为0. 1392。在第二模式运行期间，当变速器18的速比进一步增加至0. 6250时，主减速器输出端的速度为0. 3200。在正扭矩条件下、变速箱70工作于第三模式下时，变速器18的速比达到它的最大值0. 6250，并且发动机速度为1. 000，变速器输出端42的速度为0. 6250，齿轮22和太阳齿轮60的速度为-1. 5833，齿轮沈的速度为-0. 3953，承载器62的速度为-1. 5833，环形齿轮 64和主减速器小齿轮14的速度为-1. 5833，主减速器输出端的速度为为0. 3200。在第三模式运行期间，当变速器18的速比减少至0. 3588时，主减速器输出端的速度为0. 3965。在第三模式运行期间，当变速器18的速比进一步减少至0. 1561时，主减速器输出端的速度为0. 4547。现在参考图10，变速箱80在发动机12和主减速器小齿轮14之间传递动力。变速箱80进一步包括扭转阻尼器16 ；米尔纳球形变速器82 ；包含小齿轮84和齿轮86的传动齿轮组；包含小齿轮88和齿轮90的第一模式齿轮组；第一模式离合器92 ；第二模式离合器 94 ；第三模式离合器96 ；包含小齿轮98和齿轮100的第三模式齿轮组，以及混合行星齿轮组102。小齿轮84与输入端轴46固定连接。小齿轮88与轴46固定连接。小齿轮98设置在轴46上。齿轮90设置在轴104上。齿轮100固定在承载器106上。米尔纳球形变速器82包括球体34 ；分离的内部座圈36、37 ；分离的外部座圈38、 39 ；固定在轴104上的承载器42。每个座圈都是彼此分离的，这样可以允许球体与座圈之间的接触点发生变化，并因而改变变速器的速比。这里所使用的内部座圈36、37作为变速器18的输入端，外部座圈38、39接地，即，设置在箱体40上保持不旋转，并且球体承载器42 作为输出端，其速度始终小于输入端速度。球体34在内部座圈与外部座圈之间的圆环面内绕轴线44旋转。变速器18与混合行星齿轮组102、传动齿轮组，第一和第三模式齿轮组以及离合器92、94和96相结合以生成多模式的变速箱80。支承在输入端轴46上的阻尼器16与发动机轴48相连接。在向前驱动中，轴52，即副轴中心线44上的输出端，沿与发动机轴48相反的方向旋转。主减速器小齿轮14与位于差速器/车轮中轴线上的主减速器齿轮相啮合。为了在第一模式下运行，第一模式离合器92啮合，离合器94、96松开。将发动机 12的动力通过齿轮组88-90和离合器92从输入端轴46传送至混合行星齿轮组102的承载
7器106。发动机12的动力还通过齿轮组84-86从输入端轴46传送至变速器82的内部座圈 36、37。变速器输出端42与混合行星齿轮组102的太阳齿轮108相连接。混合行星齿轮组 102的第三组件，即环形齿轮110，与变速箱80的输出端52相连接。行星小齿轮112支承在承载器106上并且与太阳齿轮108和环形齿轮110啮合。为了在第二模式下运行，离合器92、96松开，并且第二模式离合器94啮合。在第二模式中，发动机12的动力通过齿轮组84-86从输入端轴46传递至变速器82的内部座圈 36、37。变速器输出端42与混合行星齿轮组102的太阳齿轮108相连接。由于离合器94 啮合，混合行星齿轮组102的第三组件，即环形齿轮110，也与变速器输出端42和太阳齿轮 108相连接，因而绕过了混合行星齿轮组102。由于离合器94啮合，输出端52在变速器输出端42和太阳齿轮108的速度下被持续驱动。为了在第三模式下运行，离合器92、94松开，并且第三模式离合器96啮合。在第三模式运行期间，发动机12的动力通过齿轮组84-86从输入端轴46传送至变速器82的内部座圈36、37。由于第三模式离合器96啮合，发动机12的动力也通过齿轮组98-100从输入端轴46传送至混合行星齿轮组102的承载器106。变速器82的输出端42与混合行星齿轮组102的一个组件相连接，比如太阳齿轮108。混合行星齿轮组102的第三组件，例如环形齿轮110，与主减速器输出端小齿轮14相连接。适当选择行星齿轮组的beta比率和传动齿轮组84-86、88-90、98_100的速比，第一模式的运行将会产生反向驱动、空档以及低速向前驱动的档位范围。此外，产生一个节点，在该节点处，邻接节点的全部速比重叠以允许在节点之间平滑切换。图6显示了传动齿轮组84-86、第一模式齿轮组88_90、第三模式齿轮组98-100以及主减速器的优选齿数。图7显示了混合行星齿轮组102的贝他比和太阳齿轮108、环形齿轮110以及行星小齿轮108的优选齿数。图11显示了离合器92、94、96在三种模式下运行的状态。如图12所示，在正扭矩条件下、同时变速箱80工作于第一模式下时，变速器82的速比达到了它的最大值0. 6250，并且发动机速度处在基准速度1. 000,变速器输出端42和太阳齿轮108的速度为-1. 5833，齿轮90和承载器106的速度为-0. 3953，并且环形齿轮 110和主减速器小齿轮14的速度为0. 2706，以及主减速器输出端的速度为-0. 0547。在第一模式运行期间，当变速器82的速比减少至0. 4344时，主减速器输出端的速度是零。在第一模式运行期间，当变速器82的速比进一步减少至0. 1561时，主减速器输出端的速度为0. 0799。在正扭矩条件下、变速箱80工作于第二模式下时，此时变速器82的速比达到它的最小值0. 1561，并且发动机速度为1. 000,变速器输出端42和太阳齿轮108的速度为-0. 3953，齿轮90的速度为-0. 3953，承载器106的速度为-0. 3953，环形齿轮110和主减速器小齿轮14的速度为-0. 3953，以及主减速器输出端的速度为0. 0799。在第二模式运行期间，当变速器82的速比增加至0. 2718时，主减速器输出端的速度为0. 1392。在第二模式运行期间，当变速器82的速比进一步增加至0. 6250时，主减速器输出端的速度为0. 3200。在正扭矩条件下、变速箱80工作于第三模式下时，此时变速器82的速比达到它的最大值0. 6250，并且发动机速度为1. 000,变速器输出端42和太阳齿轮108的速度为-1. 5833，齿轮90的速度为-0. 3953，承载器106的速度为-1. 5833，环形齿轮110和主减速器小齿轮14的速度为-1. 5833，以及主减速器输出端速度为0. 3200。在第三模式运行期间，当变速器82的速比减少至0. 3588时，主减速器输出端的速度为0. 3965。在第三模式运行期间，当变速器82的速比进一步减少至0. 1561时，主减速器输出端的速度为0. 4547。在双模式变速器10和三模式变速箱70、80的第二模式中，动力路径全部通过球形变速器18、82。在三模式变速箱70、80的第三模式中，动力路径是分离的，这样变速器18、82仅经受部分的动力，因而减少了变速器的效率损耗。图13中的三模式变速箱120除了图1中的双模式变速箱10的组件之外，还包括第三模式传动齿轮组，其包含与轴46固定连接的小齿轮72和设置在轴50上的齿轮74 ；以及第三模式离合器76，其使齿轮74和轴50交替地连接与分离。在第三模式运行期间，变速器18的输出端42通过传动齿轮组20-22与混合行星齿轮组32中的一个组件相连接，例如，与太阳齿轮60连接，由于离合器76啮合，混合行星齿轮组32中的第二组件，例如承载器62，与第三模式齿轮组72-74的输出端相连接，混合行星齿轮组32中的第三组件，例如，环形齿轮64，与主减速器输出端小齿轮14相连接。适当选择贝他比、速比、以及变速器18的比率范围，会产生一个节点，在该节点处，第二模式与第三模式的所有比率重叠，以允许第二和第三模式之间平滑切换。根据专利法律文件的条款，本发明已经阐述了优选实施例。然而，应该注意的是， 除了已经特别阐述和说明的之外，其他可选的方案也可以实施。
权利要求
1.一种变速箱，其特征在于，包含 输入端；变速器，该变速器包括输出端以及与输入端连接的座圈，其在输出端与座圈之间产生可变化的速比；齿轮组，该齿轮组包括与输出端连接的组件，以及第二和第三组件； 第一离合器，其开启和关闭输入端与第二组件之间的连接； 第二离合器，其开启和关闭输出端、组件及第三组件之间的连接。
2.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于变速器为米尔纳球形变速器，其进一步包括，固定不转动的第二座圈，支承在座圈与第二座圈之间用于旋转的球体，以及输出端为由该球体驱动的球体承载器。
3.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，其进一步包含， 第一小齿轮，其与输入端固定连接；第一齿轮，其与第一小齿轮相啮合，第一离合器，其通过第一小齿轮和第一齿轮使输入端与第二组件相连接。
4.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，其进一步包含， 第二小齿轮，其与输出端固定连接；第二齿轮，其与第二小齿轮相啮合并固定至组件，第二离合器，其通过第二小齿轮和第二齿轮使输出端、组件以及第三组件相连接。
5.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于， 组件为太阳齿轮；第三组件为环形齿轮； 第二组件为承载器；以及齿轮组进一步包含支承在承载器上并与太阳齿轮以及环形齿轮相啮合的行星小齿轮。
6.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，其进一步包含， 第三小齿轮，其设置于输入端上；第三齿轮，其固定至第二组件且与第三小齿轮相啮合；以及第三离合器，其通过第三小齿轮和第三齿轮开启和关闭输入端与第二组件之间的连接。
7.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，其进一步包含， 固定至输入端的第三小齿轮；第三齿轮，其设置在第二组件上且与第三小齿轮相啮合；以及第三离合器，其通过第三小齿轮和第三齿轮开启和关闭输入端与第二组件之间的连接。
8.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，其进一步包含， 第二小齿轮，其固定至输入端；第二齿轮，其与第二小齿轮相啮合并且固定至座圈。
9.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，其进一步包含， 第三小齿轮，其设置在输入端上；第三齿轮，其与第三小齿轮相啮合且固定至第二组件。
10.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，其进一步包含， 第三小齿轮，其固定至输入端；第三齿轮，其设置在第二组件上且与第三小齿轮相啮合。
全文摘要
本发明涉及一种产生连续速比的变速箱，包括输入端，变速器，该变速器包括输出端以及连接至输入端的座圈，用于在输出端与座圈之间产生可变化的速比，齿轮组，其包括与输出端连接的组件，以及第二和第三组件，第一离合器，其开启和关闭输入端与第二组件之间的连接，以及第二离合器，其用于开启和关闭输出端与第三组件之间的连接。
文档编号F16H57/02GK102338208SQ20111020031
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月18日 优先权日2010年7月19日
发明者唐纳德·W·霍夫曼, 大卫·A·詹森 申请人:福特全球技术公司