离合器及车辆变速总成的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种离合器及车辆变速总成，该离合器内设有用于连接发动机输出轴和变速器输入轴的行星齿轮系统以及对行星齿轮系统的部件进行制动以使发动机动力经行星齿轮系统传递到变速器输入轴的制动机构，该离合器进一步集成有扭转减振机构。通过使用行星齿轮系统作为离合器内部的传动机构并通过适当的制动系统以传递发动机的动力，避免了现有干式离合器比湿式离合器或者制动器换挡冲击大；长时间打滑会烧坏摩擦片的缺点，并且比湿式离合器结构更加简单，并进一步由一个独立部件同时集成“离合”以及“减振”等多项功能。
【专利说明】离合器及车辆变速总成
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及一种离合器及车辆变速总成，特别涉及一种基于行星齿轮系统的离合器以及使用该离合器的车辆变速总成。
【【背景技术】】
[0002]目前，汽车上普遍使用的离合器主要为两大类:干式离合器和湿式离合器。其中，干式离合器利用摩擦片与压盘之间挤压产生摩擦力的原理实现动力传递，而此种离合器在人为操作不当而引起摩擦片与压盘之间长时间打滑时，会产生大量热量，造成摩擦片烧坏；而且，干式离合器比湿式离合器或者制动器换档冲击大。而湿式离合器设计复杂、制造工艺要求高、制造成本高。
[0003]液力式自动变速器主要由液力变矩器(具有离合器的特点)、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式实现变速、变矩。此类变速器特别在以下几种情况下:车辆行驶速度低于50KM/H或者变速器档位处于3档以下；汽车制动器处于工作状态下；发动机水温低于规定值，一般为50-60°C ;发动机处于怠速状态时；液力变矩器处于耦合状态，泵轮叶片一直会扰动液力变矩器内部油液使其高速流动，造成大量能量损失，直接表现为油耗高。同时，如何以相对简单的结构降低车辆发动机产生的扭转振动亦是本领域长期研究的课题之一。
【
【发明内容】
】
[0004]为了解决现有技术中干式离合器换档冲击大及摩擦片与压盘之间由于打滑容易烧坏或者液力变矩器能量损失大的技术问题，本发明提供了一种使用集成有扭转减振机构的行星齿轮系统的离合器以及使用该离合器的车辆变速总成。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:提供一种离合器，该离合器作为独立部件连接于发动机输出轴和变速器输入轴之间，且包括用于连接发动机输出轴和变速器输入轴的行星齿轮系统以及对行星齿轮系统中的部件进行制动以使发动机的动力经行星齿轮系统传递到变速器输入轴的制动机构，其中，离合器进一步集成有扭转减振机构。
[0006]其中，扭转减振机构包括同轴设置且能够相对转动的第一转动部件和第二转动部件以及沿第一转动部件和第二转动部件的转动方向弹性连接第一转动部件和第二转动部件的弹簧减振器。
[0007]其中，第一转动部件和第二转动部件之间形成一环形腔体，弹簧减振器为设置于环形腔体内的曲形弹簧。
[0008]其中，曲形弹簧由至少两个不同弹性系数的弹簧串联而成。
[0009]其中，第一转动部件和第二转动部件分别沿各自周向对称形成多个弹簧卡槽，弹簧减振器包括分别卡置于弹簧卡槽内的多个直形弹簧。[0010]其中，每组对应的弹簧卡槽内包括至少两个串联或嵌套的弹性系数互不相同的直形弹簧。[0011]其中，行星齿轮系统包括:连接发动机输出轴的齿圈；与齿圈内啮合的行星齿轮；连接变速器输入轴的由行星齿轮按圆周均匀布置并转动固定在其上的行星架；以及与行星齿轮相啮合的太阳轮；制动机构包括:与太阳轮同轴固定的制动盘以及对制动盘进行制动的制动钳，扭转减振机构包括集成于齿圈上的第一扭转减振机构，其中第一扭转减振机构的第一转动部件和第二转动部件中的一个与变速器输入轴连接，第一扭转减振机构的第一转动部件和第二转动部件中的另一个设置有内齿，并与行星齿轮内啮合。
[0012]其中，行星齿轮系统包括:连接发动机输出轴的齿圈；与齿圈内啮合的行星齿轮；连接变速器输入轴的由行星齿轮按圆周均匀布置并转动固定在其上的行星架；以及与行星齿轮相啮合的太阳轮；制动机构包括:与太阳轮同轴固定的制动盘以及对制动盘进行制动的制动钳，扭转减振机构包括集成于制动盘上的第二扭转减振机构，其中第二扭转减振机构的第一转动部件和第二转动部件中的一个与太阳轮连接，制动钳对第二扭转减振机构的第一转动部件和第二转动部件中的另一个进行制动。
[0013]此外，本发明还提供了一种车辆变速总成，该车辆变速总成包括上述任一项所述的离合器以及与上述离合器连接的变速器。
[0014]其中，变速器包括多个档位齿轮以及在多个档位齿轮之间切换的换挡器，其中相邻档位的档位齿轮使用不同的换挡器。
[0015]上述离合器和使用该离合器的车辆变速总成的优点在于:利用行星齿轮系统和制动机构所组成的离合器代替现有干式离合器，能减小离合器的换档冲击，由车辆中央控制单元指令对制动机构进行精确控制，避免由于人为操作不当而使离合器打滑引起烧坏摩擦片，而且具有结构简单、便于实现自动化等特点。同时，由于在离合器上进一步集成扭转减振机构，因此进一步由一个独立部件同时集成“离合”以及“减振”等多项功能。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0016]图1是结合本发明离合器的车辆变速总成一实施例的结构示意图；
[0017]图2是结合本发明离合器的车辆变速总成另一实施例的结构示意图；
[0018]图3是根据本发明第三实施例的用于集成于离合装置上的扭转减振机构的结构示意图；
[0019]图4是根据本发明第四实施例的变速器中的换挡器与档位分配关系的示意图。【【具体实施方式】】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0021]参见图1，图1是结合本发明离合器的车辆变速总成一实施例的结构示意图。在本实施例中，离合器I作为独立部件连接于发动机输出轴和变速器输入轴21之间。离合器I包括:将发动机动力传入到变速器输入轴21的行星齿轮系统11，行星齿轮系统11包括与发动机相连接的齿圈111 ;与齿圈111内啮合的行星齿轮112 ;连接到变速器输入轴21由行星齿轮112圆周均匀布置并转动固定在其上的行星架113和与行星齿轮112啮合的太阳轮115 ;同轴固定在太阳轮115上的制动盘15以及对制动盘15进行制动的制动钳17。通过对行星齿轮系统11的控 制达到动力的传递和切断。当制动钳17松开时，行星齿轮系统11的齿圈111带动行星齿轮112与太阳轮115绕各自的轴转动，行星架113无输出，即为普通离合器的“分离”状态，不传递动力。反之，制动钳17锁死制动盘15时，太阳轮115静止，行星架113转动，并带动变速器输入轴21转动，即为普通离合器的“接合”状态。制动钳17在制动并不锁死制动盘15时，制动钳17与制动盘15之间打滑，相当于普通离合器的“半离合”状态，此时仍可传递部分发动机的动力。制动钳17可以由液压传动机构或步进电机进行传动。
[0022]此外，在本实施例中的变速器内设有通过离合器I与发动机(未图不)哨合传动的变速器输入轴21 ;与变速器输入轴21平行设置的中间轴22，中间轴22通过固定于其上的中间轴常啮合齿轮221与变速器输入轴21上的输入轴常啮合齿轮211啮合，此外，中间轴22上还固定有中间轴一档齿轮222、中间轴二档齿轮223、中间轴三档齿轮224、中间轴五档齿轮225和中间轴倒档齿轮226 ;分别与上述中间轴档位齿轮222-225啮合的输出轴一档齿轮232、输出轴二档齿轮233、输出轴三档齿轮234、输出轴五档齿轮235 ;而其中的输出轴倒档齿轮236通过经轴承套接在倒档轴24上的倒档惰轮241与中间轴倒档齿轮226相啮合。上述输出轴档位齿轮222-226由轴承(未图示)套接变速器输出轴23上，并通过接合套31、32、33连接到输出轴23上；此外本发明变速器内设三个步进电机51、52、53，以便分别传动三个接合套31、32、33，分别控制3档、4档、I档、2档，5档、倒档的转换动作。
[0023]本发明车辆变速总成的工作状态如下:
[0024]一档:步进电机52工作带动接合套32右移，与输出轴一档齿轮232的接合齿圈啮合，进而带动变速器输出轴23，变速器入一档，离合器I中制动钳17开始制动(此时制动钳17并未锁死制动盘15，制动钳17与制动盘15之间打滑)，发动机开始传递动力，直至达到设定车速，制动钳17锁死制动盘15，此时依靠发动机转速的上升而使车速进一步加快，动力传递路线为:发动机一> 齿圈111一>行星架113—>输入轴常哨合齿轮211—>中间轴常啮合齿轮221—〉中间轴22—〉中间轴一档齿轮222—〉输出轴一档齿轮232—〉接合套32—〉变速器输出轴23。
[0025]二档:当车速升高到需要入二档时，离合器I中制动钳17松开，切断发动机的动力传递，步进电机52工作带动接合套32左移，变速器入二档，离合器I中制动钳17开始制动(此时制动钳17并未锁死制动盘15，制动钳17与制动盘15之间打滑)，发动机开始传递动力，直至达到设定车速，制动钳17锁死制动盘15，此时依靠发动机转速的上升而使车速进一步加快，动力传递路线为:发动机一〉齿圈111 一〉行星架113—〉输入轴常啮合齿轮211—>中间轴常啮合齿轮221—〉中间轴22—〉中间轴二档齿轮223—〉输出轴二档齿轮
233—>接合套32—〉变速器输出轴23。
[0026]三档:当车速升高到需要入三档时，离合器I中制动钳17松开，切断发动机的动力传递，步进电机51工作带动接合套31右移，变速器入三档，离合器I中制动钳17开始制动(此时制动钳17并未锁死制动盘15，制动钳17与制动盘15之间打滑)，发动机开始传递动力，直至达到设定车速，制动钳17锁死制动盘15，此时依靠发动机转速的上升而使车速进一步加快，动力传递路线为:发动机一〉齿圈111 一〉行星架113—〉输入轴常啮合齿轮211—>中间轴常啮合齿轮221—〉中间轴22—〉中间轴三档齿轮224—〉输出轴三档齿轮
234—>接合套31—〉变速器输出轴23。
[0027]四档:当车速升高到需要入四档时，离合器I中制动钳17松开，切断发动机的动力传递，步进电机51工作带动接合套31左移，变速器入四档，离合器I中制动钳17开始制动(此时制动钳17并未锁死制动盘15，制动钳17与制动盘15之间打滑)，发动机开始传递动力，直至达到设定车速，制动钳17锁死制动盘15，此时依靠发动机转速的上升而使车速进一步加快，动力传递路线为:发动机一〉齿圈111 一〉行星架113—〉输入轴常啮合齿轮211—>接合套31—〉变速器输出轴23，此为直接档。
[0028]五档:当车速升高到需要入五档时，离合器I中制动钳17松开，切断发动机的动力传递，步进电机53工作带动接合套33右移，变速器入五档，离合器I中制动钳17开始制动(此时制动钳17并未锁死制动盘15，制动钳17与制动盘15之间打滑)，发动机开始传递动力，直至达到设定车速，制动钳17锁死制动盘15，此时依靠发动机转速的上升而使车速进一步加快，动力传递路线为:发动机一〉齿圈111 一〉行星架113—〉输入轴常啮合齿轮211—>中间轴常啮合齿轮221—〉中间轴22—〉中间轴五档齿轮225—〉输出轴五档齿轮
235—>接合套33—〉变速器输出轴23。
[0029]倒档:变速器需要进入倒档时，离合器I中制动钳17为松开状态，步进电机53工作带动接合套33左移，使输出轴倒档齿轮236变速器入倒档，离合器I中制动钳17开始制动(此时制动钳17并未锁死制动盘15，制动钳17与制动盘15之间打滑)，发动机开始传递动力，直至达到设定车速，制动钳17锁死制动盘15,动力传递路线为:发动机一> 齿圈111—>行星架113—〉输入轴常啮合齿轮211—〉中间轴常啮合齿轮221—〉中间轴22—>中间轴倒档齿轮226—〉倒档惰轮241—〉输出轴倒档齿轮236—〉接合套33—〉变速器输出轴23。
[0030]空档:在本发明中，有两个实现空档的方案。1:离合器I中制动钳17松开，相当于离合器I的“分离”状态，发动机不能传递动力，变速器处于“空档”状态；2:变速器中各接合套不跟任何档位齿轮的接合齿圈结合，变速器处于“空档”状态。
[0031]本发明的传动接合套和传动制动盘的制动钳的电机可以与汽车的中央控制单元相连接，传感器感应输出轴的转速信号、发动机转速信号或油门深度信号，中央控制单元响应上述信号对各电机进行控制，以便在不同情况下采用不同档位。
[0032]本发明的变速器还可以跟汽车防盗装置进行联动，当防盗装置检测到非法开门或其它警报信息后，中央控制单元发出指令使变速器置于“空档”状态并切断电机电源，这样即使打着火，也不能使汽车启动，起到内部防盗的作用。
[0033]参见图2，图2是结合本发明离合器的车辆变速总成另一实施例的结构示意图，在本实施例中，离合器6包括将发动机动力传递到变速器输入轴的行星齿轮系统61，行星齿轮系统61中的太阳轮613与发动机输出轴连接，齿圈611与变速器输入轴连接，而行星架614上圆周均匀布置并转动固定有行星齿轮612，行星架614同轴固定有制动盘65，制动钳67对制动盘65进行制动。当制动钳67松开时，太阳轮613带动行星齿轮612转动，齿圈611无输出，即为普通离合器的“分离”状态，不传递动力。反之，制动钳67锁死制动盘65时，即锁死行星架614,而行星架614内的各行星齿轮带动齿圈611转动，即为普通离合器的“接合”状态。制动钳67在制动并不锁死制动盘65时，制动钳67与制动盘65之间打滑，相当于普通离合器的“半离合”状态，此时仍可传递部分发动机的动力。图2所示的车辆变速总成中也设置有步进电机以传动接合套。
[0034]此外，本发明除了适用于接合套换档的车辆变速器外，同样适用于任何形式的直接滑动齿轮式、接合套式或同步器式换档的车辆变速器。[0035]本发明可以在现有技术成熟的手动变速器的基础上改进和重新构造的，保留了原齿轮变速器传动效率高、安装空间紧凑、重量轻、成本低、易制造、维护容易等优点；而且实现了起步、换档过程的自动化，在操纵方便性上具备液力式自动变速器的优点。
[0036]如图3所示，图3为根据本发明第三实施例的用于集成于离合装置上的扭转减振机构的结构示意图。在本发明中，进一步在上述离合装置中集成扭转减振机构7。在本实施例中，该扭转减振机构7主要包括第一转动部件71、第二转动部件72以及弹簧减振器73。其中，第一转动部件71和第二转动部件72同轴设置，并能够相对转动。在第一转动部件71和第二转动部件72之间形成一环形腔体，而弹簧减振器73为设置于该环形腔体内的曲形弹簧，并沿第一转动部件71和第二转动部件72的转动方向弹性连接第一转动部件71和第二转动部件72。优选地，该曲形弹簧由至少两个不同弹性系数的弹簧串联而成，由此提高减振效果。
[0037]在其他实施例中，可以在第一转动部件71和第二转动部件72分别沿各自周向对称形成多个弹簧卡槽(未图示)，此时弹簧减振器73则包括分别卡置于弹簧卡槽内的多个直形弹簧(未图示)。同样优选地，每组对应的弹簧卡槽内包括至少两个串联或嵌套的弹性系数互不相同的直形弹簧。
[0038]在本实施例中，扭转减振机构7可以集成于图1所示的离合器I的任意一转动部件上，例如优选集成在齿圈111或者制动盘15等一个或多个上。例如，当扭转减振机构7集成在齿圈111上时，第一转动部件71和第二转动部件72中的一个与发动机输出轴直接连接，而第一转动部件71和第二转动部件72中的另一个上设置有内齿,进而与行星齿轮112进行内啮合。当扭转减振机构7集成在制动盘15上时，第一转动部件71和第二转动部件72中的一个与太阳轮115直接连接，而制动钳17对第一转动部件71和第二转动部件72中的另一个进行制动。需要注意的是，扭转减振机构7可以同时集成于齿圈111和制动盘15，即分别在齿圈111和制动盘15上设置与上文描述结构相同的第一扭转减振机构和第二扭转减振机构。由此实现二级减振。在本实施例中，扭转减振机构7也可以集成于行星架113以及太阳轮115的一个或多个上，由此实现多级减振。当然，齿圈111和制动盘15更为优选。
[0039]同样，扭转减振机构7也可以集成于图2所示的离合器6的任意一转动部件上，例如太阳轮613、行星架614、制动盘65、齿圈611中的一个或多个上。
[0040]由于从发动机到汽车传动系的转速和转矩是周期性地不断变化的，这会使传动系产生的扭转振动；另一方面由于汽车行驶在不平的道路上，使汽车传动系出现角速度突然变化，也会引起扭转振动。这些扭转振动都会对传动系零件造成冲击性载荷，使其寿命缩短，甚至损坏零件。本发明通过在离合装置上集成扭转减振机构，可以消除扭转振动和避免共振，防止传动系过载，因此可以一个独立部件同时集成“离合”以及“减振”等多项功能。
[0041]进一步，由于扭转减振机构采用双转动部件结构且具有一定质量，因此通过计算和配置二者的质量，可以实现与双质量飞轮相同的功能，进而进一步集成“双质量飞轮”功倉泛。
[0042]如图4所示，图4为根据本发明第四实施例的变速器中的换挡器与档位分配关系的示意图。
[0043]在本实施例中，变速器中包括多个档位齿轮Dl、D2、D3、D4、D5和R以及多个在上述档位齿轮之前切换的换挡器X1、X2、X3 (例如，上文描述的步进电机和接合套的组合)。其中，档位齿轮Dl、D2、D3、D4、D5分别为车辆的一档至五档，其变速比依次上升，档位齿轮R为倒档。在现有设计中，相邻档位的档位齿轮(例如，一档对应的档位齿轮Dl和二档对应的档位齿轮D2)使用相同的换挡器，因此在从一档换挡至二档的过程中，相应的换挡器先与一档对应的档位齿轮Dl分离，再与二档对应的档位齿轮D2进行接合，延长了换挡时间，并且会造成动力中断。在本实施例中，相邻档位的档位齿轮使用不同的换挡器。具体来说，一档对应的档位齿轮Dl和四档对应的档位齿轮D4使用同一换挡器Xl，二档对应的档位齿轮D2和五档对应的档位齿轮D5使用同一换挡器X2，而三档对应的档位齿轮D3和倒档对应的档位齿轮R使用同一换挡器X3。这样，当从一档换到二档时，在换挡器Xl与档位齿轮Dl分离的同时，换挡器X2就可以档位齿轮D2进行接合，节约了换挡时间，并且无动力中断，提高了换挡品质。
[0044]上述的详细描述仅参照三轴式和两轴式变速器为例对本发明进行了示范性描述，但本领域技术人员显而易见可以想到将本发明应用于所有通过移动接合装置实现换档的其它形式的变速器。
[0045]在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。
【权利要求】
1.一种离合器，其特征在于:所述离合器作为独立部件连接于发动机输出轴和变速器输入轴之间，且包括用于连接所述发动机输出轴和所述变速器输入轴的行星齿轮系统以及对所述行星齿轮系统中的部件进行制动以使所述发动机的动力经所述行星齿轮系统传递到所述变速器输入轴的制动机构，其中，所述离合器进一步集成有扭转减振机构。
2.如权利要求1所述的离合器，其特征在于:所述扭转减振机构包括同轴设置且能够相对转动的第一转动部件和第二转动部件以及沿所述第一转动部件和所述第二转动部件的转动方向弹性连接所述第一转动部件和所述第二转动部件的弹簧减振器。
3.如权利要求2所述的离合器，其特征在于:所述第一转动部件和所述第二转动部件之间形成一环形腔体，所述弹簧减振器为设置于所述环形腔体内的曲形弹簧。
4.如权利要求3所述的离合器，其特征在于:所述曲形弹簧由至少两个不同弹性系数的弹簧串联而成。
5.如权利要求2所述的离合器，其特征在于:所述第一转动部件和所述第二转动部件分别沿各自周向对称形成多个弹簧卡槽，所述弹簧减振器包括分别卡置于所述弹簧卡槽内的多个直形弹簧。
6.如权利要求5所述的离合器，其特征在于:每组对应的所述弹簧卡槽内包括至少两个串联或嵌套的弹性系数互不相同的所述直形弹簧。
7.根据权利要求2所述的离合器，其特征在于:所述行星齿轮系统包括:连接所述发动机输出轴的齿圈；与所述齿圈内啮合的行星齿轮；连接所述变速器输入轴的由所述行星齿轮按圆周均匀布置并转动固定在其上的行星架；以及与所述行星齿轮相啮合的太阳轮；所述制动机构包括:与所述太阳轮同轴固定的制动盘以及对所述制动盘进行制动的制动钳，所述扭转减振机构包括集成于所述齿圈上的第一扭转减振机构，其中所述第一扭转减振机构的第一转动部件和第二转动部件中的一个与所述变速器输入轴连接，所述第一扭转减振机构的第一转动部件和第二转动部件中的另一个设置有内齿，并与所述行星齿轮内啮合。
8.根据权利要求2所述的离合器，其特征在于:所述行星齿轮系统包括:连接所述发动机输出轴的齿圈；与所述齿圈内啮合的行星齿轮；连接所述变速器输入轴的由所述行星齿轮按圆周均匀布置并转动固定在其上的行星架；以及与所述行星齿轮相啮合的太阳轮；所述制动机构包括:与所述太阳轮同轴固定的制动盘以及对所述制动盘进行制动的制动钳，所述扭转减振机构包括集成于所述制动盘上的第二扭转减振机构，其中所述第二扭转减振机构的第一转动部件和第二转动部件中的一个与所述太阳轮连接，所述制动钳对所述第二扭转减振机构的第一转动部件和第二转动部件中的另一个进行制动。
9.一种车辆变速总成，其特征在于，所述车辆变速总成包括如权利要求1-8任一项所述的离合器以及与所述离合器连接的变速器。
10.如权利要求9所述的车辆变速总成，其特征在于:所述变速器包括多个档位齿轮以及在所述多个档位齿轮之间切换的换挡器，其中相邻档位的档位齿轮使用不同的换挡器。
【文档编号】F16H1/32GK103591166SQ201310557975
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】李云峰 申请人:深圳市悦成汽车技术有限公司