专利名称：被动式机械变矩器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于机动车辆动カ系的变矩器，尤其涉及一种用于机动车辆动カ系的被动式机械变矩器，其具有两个向心离合器、以及行星齿轮组件和单向离合器。
背景技术：
在该部分中的声明仅提供与本发明相关的背景信息，并且可能或可能不构成现有技术。用于客车和轻型卡车的许多当代自动变速器构造包括串联布置的多个行星齿轮组件。各种固定构件以及可选择性接合的离合器和制动器连接行星齿轮组件的元件，以提供一系列传动比或速度。这些自动变速器构造的一体部分是变矩器，变矩器是ー种流体填充装置，其不仅増大发动机的扭矩，而且还用作发动机和变速器之间的液力偶合器，所述液カ偶合器在发动机空转时使发动机的输出与变速器的输入断开。尽管由变矩器提供的断开是必要的，但长期以来关于该装置的效率和成本的问题越来越凸显，其主要与变矩器提供的发动机输出与变速器输入之间的耦联的性质相关。许多年前采用的一项改进是锁止式变矩器。在该装置中，当变矩器(以及整个动カ系)达到某一速度时，变矩器的输入与输出被锁定到一起，从而消除变矩器的输入与输出之间的任何流体(摩擦)损失。尽管如此，该装置仍然代表了非常复杂且昂贵的动カ系部件，因此改善发动机输出与变速器输入之间的选择性扭矩稱联的努力一直都存在。本发明便是针对这个方面。
发明内容
本发明提供了一种被动式机械变矩器，其取代传统的流体填充变矩器，并且提供改善的性能和降低的复杂性。本发明的变矩器包括输入构件，该输入构件由原动机驱动，并且I禹联至第一向心离合器的输入。第一向心离合器的输出I禹联至行星齿轮组件的ー个兀件和第二双面向心离合器的输入两者。行星齿轮组件的另一元件耦联至单向(超越)离合器的ー侧，该单向(超越)离合器的另ー侧地接至例如变速器壳体。第二双面向心离合器的输出和行星齿轮组件的第三元件耦联至输出构件。因此，本发明的ー个方面是提供一种被动式机械变矩器。本发明的另一方面是提供ー种具有两个向心离合器的被动式机械变矩器。本发明的又一方面是提供ー种具有行星齿轮组件和两个向心离合器的被动式机械变矩器。本发明的又一方面是提供ー种具有单向离合器和两个向心离合器的被动式机械变矩器。本发明的又一方面是提供ー种具有两个向心离合器、以及行星齿轮组件和单向离合器的被动式机械变矩器。
本发明还包括以下方案
I. 一种用于机动车辆动カ系的变矩器，以组合的方式包括
输入构件，
向心离合器，其具有第一和第二多个交错间置的片，所述输入构件连接至所述第一多个片，
行星齿轮组件，其具有第一、第二和第三元件， 双面向心离合器，其具有第一和第二多个交错间置的片，
所述向心离合器的所述第二多个片连接至所述行星齿轮组件的所述元件中的ー个元件，并且连接至所述双面向心离合器的所述第一多个片，
单向离合器，其连接在所述行星齿轮组件的所述元件中的另一元件与地之间，以及输出构件，其连接至所述行星齿轮组件的所述元件中的又一元件和所述双面向心离合器的所述第二多个片。2.根据方案I所述的变矩器，其中所述地为变速器壳体。3.根据方案I所述的变矩器，其中所述向心离合器包括设置在枢转臂上的至少ー个配重，所述枢转臂具有与所述配重相対的作用于所述第一和第二多个交错间置的片的端部。4.根据方案I所述的变矩器，其中所述双面向心离合器包括各自设置在相应对的枢转臂上的至少ー对配重以及相邻于所述第一和第二多个交错间置的片并且具有ー对端部和中心枢轴的至少ー个摇杆，所述枢转臂中的ー个枢转臂可操作地接合所述摇杆的所述对的端部中的ー个端部，并且所述枢转臂中的另ー枢转臂可操作地接合所述摇杆的所述对的端部中的另一端部。5.根据方案I所述的变矩器，其中所述输出构件驱动自动变速器。6.根据方案I所述的变矩器，其中所述输入构件耦联至原动机的输出构件并由所述输出构件驱动。7.根据方案I所述的变矩器，其中所述行星齿轮组件包括太阳齿轮、包括多个行星齿轮的行星齿轮行星架和环形齿轮，其中所述多个行星齿轮与所述太阳齿轮和所述环形齿轮持续啮合。8. 一种被动式机械变矩器，以组合的方式包括
输入构件，
第一向心离合器，其具有第一和第二多个交错间置的片，所述输入构件连接至所述第一向心离合器的所述第一多个片，
行星齿轮组件，其具有第一、第二和第三元件，
第二向心离合器，其具有第一和第二多个交错间置的片，
所述第一向心离合器的所述第二多个片连接至所述行星齿轮组件的所述元件中的一个元件，并且连接至所述第二向心离合器的所述第一多个片，
单向离合器，其连接在所述行星齿轮组件的所述元件中的另一元件与地之间，以及输出构件，其连接至所述行星齿轮组件的所述元件中的又一元件和所述第二向心离合器的所述第二多个片。9.根据方案8所述的被动式机械变矩器，其中所述第一向心离合器包括设置在枢转臂上的至少ー个配重，所述枢转臂具有与所述配重相対的作用于所述第一和第二多个交错间置的片的端部。10.根据方案8所述的被动式机械变矩器，其中所述第二向心离合器包括各自设置在相应对的枢转臂上的至少ー对配重和相邻于所述第一和第二多个交错间置的片并且具有一对端部和中心枢轴的至少ー个摇杆，所述枢转臂中的ー个枢转臂可操作地接合所述摇杆的所述对的端部中的ー个端部，并且所述枢转臂中的另ー枢转臂可操作地接合所述摇杆的所述对的端部中的另一端部。11.根据方案8所述的被动式机械变矩器，其中所述输入构件耦联至原动机的输出构件并由所述输出构件驱动。
12.根据方案8所述的被动式机械变矩器，其中所述输出构件驱动自动变速器。13.根据方案8所述的被动式机械变矩器，其中所述行星齿轮组件包括太阳齿轮、包括多个行星齿轮的行星齿轮行星架和环形齿轮，其中所述多个行星齿轮与所述太阳齿轮和所述环形齿轮持续啮合。14.根据方案8所述的被动式机械变矩器，其中所述地为壳体。15. ー种机械变矩器，以组合的方式包括
壳体，
输入构件，其适于由原动机驱动，
第一向心离合器，其具有第一和第二多个交错间置的片，所述输入构件连接至所述第一向心离合器的所述第一多个片，
行星齿轮组件，其具有第一、第二和第三元件，
第二双面向心离合器，其具有第一和第二多个交错间置的片，
所述第一向心离合器的所述第二多个片连接至所述行星齿轮组件的所述元件中的一个元件，并且连接至所述第二向心离合器的所述第一多个片，
单向离合器，其连接在所述行星齿轮组件的所述元件中的另一元件与所述壳体之间，
以及
输出构件，其连接至所述行星齿轮组件的所述元件中的又一元件和所述第二向心离合器的所述第二多个片，并且适于驱动自动变速器。16.根据方案15所述的机械变矩器，其中所述第一向心离合器包括设置在枢转臂上的至少ー个配重，所述枢转臂具有与所述配重相対的作用于所述第一和第二多个交错间置的片的端部。17.根据方案15所述的机械变矩器，其中所述第二向心离合器包括各自设置在相应对的枢转臂上的至少ー对配重以及相邻于所述第一和第二多个交错间置的片并且具有一对端部和中心枢轴的至少ー个摇杆，所述枢转臂中的ー个枢转臂可操作地接合所述摇杆的所述对的端部中的ー个端部，并且所述枢转臂中的另ー枢转臂可操作地接合所述摇杆的所述对的端部中的另一端部。18.根据方案15所述的机械变矩器，其中所述行星齿轮组件的所述第一、第二和第三元件包括太阳齿轮、包括多个行星齿轮的行星齿轮行星架和环形齿轮。19.根据方案18所述的机械变矩器，其中所述单向离合器可操作地设置在所述行星齿轮行星架与所述壳体之间。
20.根据方案15所述的机械变矩器，其中所述输入构件和输出构件是设置在公共轴线上的轴。其它的方面、优点和应用领域将通过在此提供的说明而变得明显。应理解的是，所述说明和具体的示例仅用于例示的目的，而不g在用于限制本发明的范围。
在此描述的附图仅用于例示目的，并且不g在以任何方式限制本发明的范围。
图I是根据本发明的被动式机械变矩器的示意 图2是根据本发明的被动式机械变矩器的半剖视 图3是根据本发明的被动式机械变矩器的双面离合器的放大剖视图；以及图4是示出了根据本发明的被动式机械变矩器的扭矩比、效率以及K系数相対速度比的图表。
具体实施例方式以下的说明本质上仅是示例性的，并且不旨在用于限制本发明、其应用或使用。參考图1，其示出了根据本发明的被动式机械变矩器的示意(杠杆)图，并且该装置总体上由附图标记10指示。被动式机械变矩器10包括输入构件12，输入构件12优选并且典型地耦联至原动机14并由原动机14驱动。输入构件12耦联至第一向心摩擦离合器组件20的输入，并且对其进行驱动。第一向心离合器组件20的输出耦联至行星齿轮组件60的第一元件或节点60A，并且对其进行驱动。第一行星齿轮组件60的第一元件或节点60A还耦联至第二双面向心摩擦离合器组件70的输入。第二双面向心摩擦离合器组件70的输出被耦联至行星齿轮组件60的第二元件或节点60B，并且驱动输出构件16，输出构件16耦联至自动变速器18并且对其进行驱动。行星齿轮组件60的第三元件或节点60C连接至单向或超越离合器130的ー侧。单向或超越离合器130的另ー侧耦联至地，其可以是自动变速器18的诸如钟形壳体132之类的壳体。现在參考图2，本发明的被动式机械变矩器10包括输入轴或构件12，输入轴或构件12连接至第一向心摩擦离合器组件20的第一输入毂22，第一输入毂22具有多个外花键24，所述多个外花键24接合第一多个摩擦离合器片或盘28上的多个互补的内花键26。第ニ多个摩擦片或盘32与第一多个摩擦片或盘28交错间置，并且包括绕所述第二多个摩擦片或盘32的周边且接合第一输出毂38中的多个内花键36的多个外花键34。第一输出毂38耦联至轴、套管轴或旋转构件40，或者与轴、套管轴或旋转构件40 —体地形成。在交错间置的多个摩擦离合器片或盘28和32的一端设置有施カ片42。施カ片42通过设置在枢转销48上的杠杆臂46的一端44来施加作用。杠杆臂52的另一端大体上与被动式机械变矩器10 (以及输入轴或构件12)的旋转轴线平行设置，并终止于块或配重56。应意识到的是，诸如接合一个或ー对斜坡或倾斜表面的球、辊子或其他类似块之类的其他轴向カ生成操作器可被用于第一向心摩擦离合器组件20。还应意识到的是，第一输入毂22与第一输出毂38为环形，而摩擦离合器片或盘28和32以及施カ片42为圆形(circular)，并且尽管在图2中图示了单个杠杆臂46、ー个枢转销48和一个块或配重56，但应理解的是，若干个(即，例如三个、四个、六个或更多个)这些组件以例如120°、90°或60°的均等分开的周向间隔绕第一输入毂22安装。在交错间置的多个摩擦离合器片或盘28和32的相对端设置有止动或反作用片58。行星齿轮组件60优选为复合行星齿轮组件，并且包括耦联至轴、套管轴或旋转构件40的太阳齿轮62，该轴、套管轴或旋转构件40继而又耦联至第一输出毂38。行星齿轮组件60包括行星齿轮行星架64，行星齿轮行星架64可自由旋转地支撑第一多个行星齿轮66A (在图2中仅图不了其中一个)，第一多个行星齿轮66A与太阳齿轮62和第二多个行星齿轮66B (在图2中仅图示了其中ー个)持续啮合。第二多个行星齿轮66B继而又与环形齿轮(或齿圈)68持续啮合。环形齿轮68耦联至输出轴16，并且驱动输出轴16。应理解的是，可在广阔的范围上调节由齿轮62、66A、66B和68提供的比率，以便适合特定的应用，并且具有单组行星齿轮的简单行星齿轮组件而非所描述的复合组件同样可用于本发明井形成本发明的一部分。最后，应理解的是，太阳齿轮62、 行星齿轮行星架64和环形齿轮68到被动式机械变矩器10的其它部件的不同连接布置都是可能的、容易采用的，并因而形成本发明的一部分。现在參考图2和图3，轴、套管轴或旋转构件40还耦联至第二双面向心摩擦离合器组件70的第二输入毂72。第二输入毂72包括多个外花键74，所述多个外花键74接合第ー多个摩擦离合器片或盘78上的多个互补的内花键76。第二多个摩擦片或盘82与第一多个摩擦片或盘78交错间置，并且包括绕所述第二多个摩擦片或盘82的周边并接合第二输出毂88中的多个内花键86的多个外花键84。第二输出毂88耦联至输出轴或构件16，或者与输出轴或构件16 —体地形成。在交错间置的多个摩擦离合器片或盘78和82的一端设置有第二施カ片92。第ニ施カ片92通过枢转的摇臂或构件94施加作用，枢转的摇臂或构件94具有设置在其径向中点处并且被固定至第二输入毂72的辐板(web)或延伸部分98的枢转销96。枢转的摇臂构件94继而又在内端处受第一杠杆臂104的一端102作用，该第一杠杆臂104设置在被固定至第二输入毂72的枢转销106上。第一杠杆臂104的另一端大体上与被动式机械变矩器10 (以及轴、套管轴或旋转构件40)的旋转轴线平行设置，并且终止于块或配重108。枢转的摇臂构件94在外端处通过推力轴承110受第二杠杆臂114的一端112作用，第二杠杆臂114设置在被固定至第二输出毂88的枢转销116上。第二杠杆臂114的另一端大体上与被动式机械变矩器10 (以及轴、套管轴或旋转构件40)的旋转轴线平行设置，并终止于块或配重118。应意识到的是,诸如接合一个或ー对斜坡或倾斜表面的球、親子或其他类似块之类的其他轴向力生成操作器可用于第二双面向心摩擦离合器组件70。还应意识到的是，第二输入毂72与第二输出毂88为环形，而摩擦离合器片或盘78和82以及第二施カ片92为圆形(circular)，并且尽管在图2和图3中仅图示了一个枢转的摇臂构件94、ー个第一杠杆臂104、ー个枢转销106和一个块或配重108、以及ー个第二杠杆臂114、ー个枢转销116和一个块或配重118，但应理解的是，若干个(B卩，例如三个、四个、六个或更多个)这些组件以例如120°、90°或60°的均等分开的周向间隔绕第二输入毂72和第二输出毂88安装。在交错间置的多个摩擦离合器片或盘78和82的相对端设置有止动或反作用片122。单向或超越离合器130的ー侧(输入)耦联至行星齿轮行星架64，并且单向或超越离合器130的另ー侧(输出)耦联至地或静止壳体，例如自动变速器18的钟形壳体132。单向或超越离合器130构造和设置成允许行星齿轮行星架64沿着与输入轴12以及轴、套管轴或旋转构件40相同的绝对方向旋转，并且阻挡和禁止行星齿轮行星架64沿着与输入轴12以及轴、套管轴或旋转构件40的旋转相反的方向旋转。单向或超越离合器130可以是任何传统类型的单向或超越离合器，诸如具有合适的扭矩承载能力的斜撑或球轴承离合器。现在參考图2和图4，将描述被动式机械变矩器10的操作。左侧竖直(Y)轴表示了扭矩比效率值，并且与线142和144相关。右侧竖直(Y)轴表示输入K系数值，并且与线146相关。水平(X)轴表示输入与输出的速度比值，并且与三根线142、144和146相关。在由图4的图表的左侧表示的停机(stall)时，双面向心离合器组件70的任何ー侧都不旋转，因而该双面向心离合器组件70没有扭矩传递能力。第一向心摩擦离合器组件20的所有扭矩通过提供扭矩増大的行星齿轮组件60传送。线1 42表示扭矩比，该扭矩比从作为在失速时由行星齿轮组件60提供的比率的失速扭矩比的2. O开始，该扭矩比最終下降到I. O(—X随着输出轴16的速度増加，直到近似为失速扭矩比的倒数的速度比时，第二双面向心离合器组件70的输入速度比输出速度快，并且该速差使摇臂构件94失去平衡，摇臂构件94挤压摩擦片或盘78和82，并开始传递扭矩。该动作开始在通过行星齿轮组件60的扭矩增大路径与通过第二双面向心离合器组件70的直接路径之间分配输入扭矩，从而减小行星齿轮组件60的扭矩增大效应。最后，随着部件的旋转速度的提高,输入速度与输出速度之间的差减小，从而使操作点从左向右穿过图4移动，所有的扭矩都通过向心离合器20和70传送。随着速度比接近一，第二双面向心离合器组件70 (不同于第一向心离合器20)具有越来越低的扭矩传递能力，使得在接近锁止时通过第二双面向心离合器组件70的大部分或所有扭矩传递都停止。这给出了与液力偶合器类似的平稳锁止动作。线144表示被动式机械变矩器10的效率，该效率自然从图4左侧的零开始。线146表示输入K系数，K系数在操作的初始阶段期间恒定，然后当输入与输出速度比经过大约O. 8时显著上升。本发明的说明本质上仅是示例性的，并且没有偏离本发明要g的变型都被认为是在本发明的范围内。这样的变型被认为没有偏离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种用于机动车辆动力系的变矩器，以组合的方式包括 输入构件， 向心离合器，其具有第一和第二多个交错间置的片，所述输入构件连接至所述第一多个片， 行星齿轮组件，其具有第一、第二和第三元件， 双面向心离合器，其具有第一和第二多个交错间置的片， 所述向心离合器的所述第二多个片连接至所述行星齿轮组件的所述元件中的一个元件，并且连接至所述双面向心离合器的所述第一多个片， 单向离合器，其连接在所述行星齿轮组件的所述元件中的另一元件与地之间，以及输出构件，其连接至所述行星齿轮组件的所述元件中的又一元件和所述双面向心离合器的所述第二多个片。
2.根据权利要求I所述的变矩器，其中所述地为变速器壳体。
3.根据权利要求I所述的变矩器，其中所述向心离合器包括设置在枢转臂上的至少一个配重，所述枢转臂具有与所述配重相对的作用于所述第一和第二多个交错间置的片的端部。
4.根据权利要求I所述的变矩器，其中所述双面向心离合器包括各自设置在相应对的枢转臂上的至少一对配重以及相邻于所述第一和第二多个交错间置的片并且具有一对端部和中心枢轴的至少一个摇杆，所述枢转臂中的一个枢转臂可操作地接合所述摇杆的所述对的端部中的一个端部，并且所述枢转臂中的另一枢转臂可操作地接合所述摇杆的所述对的端部中的另一端部。
5.根据权利要求I所述的变矩器，其中所述输出构件驱动自动变速器。
6.根据权利要求I所述的变矩器，其中所述输入构件耦联至原动机的输出构件并由所述输出构件驱动。
7.根据权利要求I所述的变矩器，其中所述行星齿轮组件包括太阳齿轮、包括多个行星齿轮的行星齿轮行星架和环形齿轮，其中所述多个行星齿轮与所述太阳齿轮和所述环形齿轮持续啮合。
8.一种被动式机械变矩器，以组合的方式包括 输入构件， 第一向心离合器，其具有第一和第二多个交错间置的片，所述输入构件连接至所述第一向心离合器的所述第一多个片， 行星齿轮组件，其具有第一、第二和第三元件， 第二向心离合器，其具有第一和第二多个交错间置的片， 所述第一向心离合器的所述第二多个片连接至所述行星齿轮组件的所述元件中的一个元件，并且连接至所述第二向心离合器的所述第一多个片， 单向离合器，其连接在所述行星齿轮组件的所述元件中的另一元件与地之间，以及输出构件，其连接至所述行星齿轮组件的所述元件中的又一元件和所述第二向心离合器的所述第二多个片。
9.根据权利要求8所述的被动式机械变矩器，其中所述第一向心离合器包括设置在枢转臂上的至少一个配重，所述枢转臂具有与所述配重相对的作用于所述第一和第二多个交错间置的片的端部。
10.一种机械变矩器，以组合的方式包括 壳体， 输入构件，其适于由原动机驱动， 第一向心离合器，其具有第一和第二多个交错间置的片，所述输入构件连接至所述第一向心离合器的所述第一多个片， 行星齿轮组件，其具有第一、第二和第三元件， 第二双面向心离合器，其具有第一和第二多个交错间置的片， 所述第一向心离合器的所述第二多个片连接至所述行星齿轮组件的所述元件中的一个元件，并且连接至所述第二向心离合器的所述第一多个片， 单向离合器，其连接在所述行星齿轮组件的所述元件中的另一元件与所述壳体之间，以及 输出构件，其连接至所述行星齿轮组件的所述元件中的又一元件和所述第二向心离合器的所述第二多个片，并且适于驱动自动变速器。
全文摘要
本发明涉及被动式机械变矩器。具体地，提供了一种被动式机械变矩器，其包括耦联至第一向心离合器的输入的输入构件。第一向心离合器的输出耦联至行星齿轮组件的一个元件和第二双面向心离合器的输入两者。行星齿轮组件的另一元件耦联至单向离合器或超越离合器的一侧，该单向离合器或超越离合器的另一侧被地接。双面向心离合器的输出和行星齿轮组件的第三元件耦联至输出构件。
文档编号F16H37/02GK102678867SQ20121005798
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月7日 优先权日2011年3月7日
发明者A.W.菲利普斯 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司