多级变速器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种多级变速器，所述多级变速器包括齿轮传动装置，所述变速器的齿轮传动装置通过按照各种组合方式使三个换档元件选择性地接合而产生九个前进传动比和一个倒档传动比。两个行星齿轮组被构造为围绕输入轴线旋转，同时两个行星齿轮组被构造为围绕第二轴线旋转。通过两对轴分动齿轮将动力从输入轴线传递到第二轴线。输出元件位于所述第二轴线上。
【专利说明】多级变速器
【技术领域】
[0001] 本公开涉及用于机动车辆的自动变速器领域。更具体地讲，本公开涉及在动力传 输装置中齿轮、离合器的布置以及它们之间的相互连接。
【背景技术】
[0002] 很多车辆在宽范围的车速（包括向前和向后运动两者）下使用。然而，某些类型 的发动机只能在窄的速度范围内有效地运转。所以，能够以多个传动比（speed ratio)有效 地传输动力的变速器被频繁地使用。当车辆处于低车速时，变速器通常以高传动比运转，使 得变速器为提高加速度而放大发动机扭矩。当车辆处于高车速时，变速器以低传动比运转， 以允许与安静、燃料高效的巡航关联的发动机转速。通常，变速器具有安装至车辆结构的壳 体、通过发动机曲轴驱动的输入轴以及通常经由差速器总成驱动车轮的输出轴，在车辆转 弯时，差速器总成允许左车轮和右车轮的转速稍微不同。
【发明内容】
[0003] 根据本发明的一方面，提供一种变速器，所述变速器包括：输入轴，被支撑为围绕 第一轴线旋转；输出轴，被支撑为围绕第二轴线旋转，所述第二轴线平行于第一轴线；第一 轴、第二轴和第三轴，被支撑用于围绕所述第二轴线旋转；第一齿轮传动装置，被构造为在 第一轴、第二轴、输出轴和第三轴之间固定地施加线性转速关系；第二齿轮传动装置，被构 造为在第二轴和输入轴之间选择性地施加第一固定传动比；第三齿轮传动装置，被构造为 在第一轴和输入轴之间选择性地施加多个固定传动比；第一制动器，被构造为选择性地使 第三轴保持不旋转。
[0004] 所述第一齿轮传动装置可包括第一简单行星齿轮组和第二简单行星齿轮组。所述 第一简单行星齿轮组可包括：第一中心齿轮，固定地结合到所述第一轴；第一环形齿轮，固 定地结合到所述输出轴；第一行星齿轮架，固定地结合到所述第二轴；至少一个行星齿轮， 被支撑为在所述第一行星齿轮架上旋转并与所述第一中心齿轮和所述第一环形齿轮持续 啮合地结合。所述第二简单行星齿轮组可包括：第二中心齿轮，固定地结合到所述第三轴； 第二环形齿轮，固定地结合到所述第二轴；第二行星齿轮架，固定地结合到所述输出轴；至 少一个行星齿轮，被支撑为在所述第二行星齿轮架上旋转并与所述第二中心齿轮和所述第 二环形齿轮持续啮合地接合。
[0005] 所述第一齿轮传动装置可包括第一简单行星齿轮组和第二简单行星齿轮组。所述 第一简单行星齿轮组可包括：第一中心齿轮，固定地结合到所述第三轴；第一环形齿轮，固 定地结合到所述第一轴；第一行星齿轮架，固定地结合到所述输出轴；至少一个行星齿轮， 被支撑为在所述第一行星齿轮架上旋转并与所述第一中心齿轮和所述第一环形齿轮持续 啮合地接合。所述第二简单行星齿轮组可包括：第二中心齿轮，固定地结合到所述第一轴； 第二环形齿轮，固定地结合到所述输出轴；第二行星齿轮架，固定地结合到所述第二轴；至 少一个行星齿轮，被支撑为在所述第二行星齿轮架上旋转并与所述第二中心齿轮和所述第 二环形齿轮持续啮合地接合。
[0006] 所述第二齿轮传动装置可包括：第一轴分动齿轮，被支撑为围绕所述第一轴线旋 转；第二轴分动齿轮，固定地结合到所述第二轴并与所述第一轴分动齿轮持续啮合地接合； 第一离合器，被构造为选择性地将所述第一轴分动齿轮结合到所述输入轴。
[0007] 所述第二齿轮传动装置可包括：第一轴分动齿轮，固定地结合到所述输入轴；第 二轴分动齿轮，被支撑为围绕所述第二轴线旋转并与所述第一轴分动齿轮持续啮合地接 合；第一离合器，被构造为选择性地将所述第二轴分动齿轮结合到所述第二轴。
[0008] 所述多个固定传动比可包括：第二固定传动比，具有与所述第一固定传动比相反 的符号；第三固定传动比，等于零；第四固定传动比，具有与所述第一固定传动比相同的符 号；第五固定传动比和第六固定传动比，具有与所述第一固定传动比相同的符号并具有比 第四固定传动比更大的值。
[0009] 所述第三齿轮传动装置可包括第三换挡元件，所述第三齿轮传动装置被构造为： 第三换挡元件接合，以施加第二固定传动比、第三固定传动比和第四固定传动比，第三换挡 元件不接合，以施加第五固定传动比和第六固定传动比。
[0010] 所述第三换挡元件可包括被动的单向离合器。
[0011] 所述第三齿轮传动装置可包括：第四轴、第五轴、第六轴和第七轴，被支撑为围绕 所述第一轴线旋转；第四齿轮传动装置，被构造为在所述第四轴、第五轴、第六轴和第七轴 之间固定地施加线性转速关系；第五齿轮传动装置，被构造为在所述第一轴和第六轴之间 固定地施加第七固定传动比；第二制动器，被构造为选择性地使第四轴保持不旋转；第三 制动器，被构造为选择性地使第五轴保持不旋转；第二离合器，被构造为选择性地将第四轴 结合到输入轴；第三离合器，被构造为选择性地将所述第七轴结合到输入轴。
[0012] 所述第四齿轮传动装置可包括第三简单行星齿轮组和第四简单行星齿轮组。所述 第三简单行星齿轮组可包括：第三中心齿轮，固定地结合到所述第四轴；第三环形齿轮，固 定地结合到所述第六轴；第三行星齿轮架，固定地结合到所述第五轴；至少一个行星齿轮， 被支撑为在所述第三行星齿轮架上旋转并与所述第三中心齿轮和第三环形齿轮持续啮合 地结合。所述第四简单行星齿轮组可包括：第四中心齿轮，固定地结合到所述第四轴；第四 环形齿轮，固定地结合到所述第七轴；第四行星齿轮架，固定地结合到所述第六轴；至少一 个行星齿轮，被支撑为在所述第四行星齿轮架上旋转并与所述第四中心齿轮和第四环形齿 轮持续啮合地接合。
[0013] 所述第四齿轮传动装置可包括第三简单行星齿轮组和第四简单行星齿轮组。所述 第三简单行星齿轮组可包括：第三中心齿轮，固定地结合到所述第四轴；第三环形齿轮，固 定地结合到所述第七轴；第三行星齿轮架，固定地结合到所述第六轴；至少一个行星齿轮， 被支撑为在所述第三行星齿轮架上旋转并与所述第三中心齿轮和第三环形齿轮持续啮合 地接合。所述第四简单行星齿轮组可包括：第四中心齿轮，固定地结合到所述第七轴；第四 环形齿轮，固定地结合到所述第五轴；第四行星齿轮架，固定地结合到所述第六轴；至少一 个行星齿轮，被支撑为在所述第四行星齿轮架上旋转并与所述第四中心齿轮和所述第四环 形齿轮持续啮合地接合。
[0014] 所述第四中心齿轮可在径向上位于所述第三环形齿轮的外侧。
[0015] 根据本发明的另一方面，一种变速器包括：输入轴，被支撑为围绕第一轴线旋转； 输出轴，被支撑为围绕第二轴线旋转，所述第二轴线与第一轴线平行；第一轴和第二轴，被 支撑为围绕所述第二轴线旋转；第三轴，被支撑为围绕所述第一轴线旋转；第一齿轮传动 装置，被构造为在所述第一轴、第二轴和输出轴之间固定地施加线性转速关系；第二齿轮传 动装置，被构造为选择性地将所述第二轴约束为按照大于所述输出轴的转速并沿着与所述 输出轴相同的方向旋转；第三齿轮传动装置，被构造为选择性地在所述第二轴和输入轴之 间施加第一固定传动比；第四齿轮传动装置，被构造为在所述第一轴和第三轴之间固定地 施加第二固定传动比；第五齿轮传动装置，被构造为选择性地在所述第三轴和输入轴之间 施加多个固定传动比。
[0016] 所述第一齿轮传动装置可包括第一简单行星齿轮组，所述第一简单行星齿轮组 可包括：第一中心齿轮，固定地结合到所述第一轴；第一环形齿轮，固定地结合到所述输出 轴；第一行星齿轮架，固定地结合到所述第二轴；至少一个行星齿轮，被支撑为在所述第一 行星齿轮架上旋转并与所述第一中心齿轮和所述第一环形齿轮持续啮合地接合。
[0017] 所述第二齿轮传动装置可包括第二简单行星齿轮组和第一制动器。所述第二简单 行星齿轮组可包括：第二中心齿轮；第二环形齿轮，固定地结合到所述第二轴；第二行星齿 轮架，固定地结合到所述输出轴；至少一个行星齿轮，被支撑为在所述第二行星齿轮架上旋 转并与所述第二中心齿轮和所述第二环形齿轮持续啮合地接合。所述第一制动器可被构造 为选择性地使所述第二中心齿轮保持不旋转。
[0018] 所述第三齿轮传动装置可包括：第一轴分动齿轮，被支撑为围绕所述第一轴线旋 转；第二轴分动齿轮，固定地结合到所述第二轴并与所述第一轴分动齿轮持续啮合地接合； 第一离合器，被构造为选择性地将所述第一轴分动齿轮结合到所述输入轴。
[0019] 所述第四齿轮传动装置可包括：第三轴分动齿轮，固定地结合到所述第三轴；第 四轴分动齿轮，固定地结合到所述第一轴并与所述第三轴分动齿轮持续啮合地接合。
[0020] 所述多个固定传动比可包括负传动比、0、1、以及0和1之间的两个传动比。
[0021] 根据本发明的另一方面，一种变速器包括：输入轴，被支撑为围绕第一轴线旋转； 输出轴，被支撑为围绕第二轴线旋转，所述第二轴线平行于所述第一轴线；第一轴分动齿 轮，固定地结合到所述输入轴；第二轴分动齿轮，被支撑为围绕所述第二轴线旋转并与所述 第一轴分动齿轮持续啮合地接合；第三轴分动齿轮，被支撑为围绕所述第一轴线旋转；第 四轴分动齿轮，被支撑为围绕所述第二轴线旋转并与所述第三轴分动齿轮持续啮合地接 合；第一齿轮传动装置，被构造为选择性地将所述第四轴分动齿轮约束为按照大于所述输 出轴的转速并沿着与所述输出轴相同的方向旋转；第二齿轮传动装置，被构造为在所述第 四轴分动齿轮、第二轴分动齿轮和所述输出轴之间选择性地施加线性转速关系；第三齿轮 传动装置，被构造为在所述第三轴分动齿轮和所述输入轴之间施加多个固定传动比。
[0022] 所述第一齿轮传动装置可包括第一简单行星齿轮组和第一制动器。所述第一简单 行星齿轮组包括：第一中心齿轮；第一环形齿轮，固定地结合到所述第四轴分动齿轮；第一 行星齿轮架，固定地结合到所述输出轴；至少一个行星齿轮，被支撑为在所述第一行星齿轮 架上旋转并与所述第一中心齿轮和所述第一环形齿轮持续啮合地接合。第一制动器，被构 造为选择性地使所述第一中心齿轮保持不旋转。
[0023] 所述第二齿轮传动装置可包括第二简单行星齿轮组和第一离合器。所述第二简单 行星齿轮组可包括：第二中心齿轮，固定地结合到所述第四轴分动齿轮；第二环形齿轮，固 定地结合到所述输出轴；第二行星齿轮架；至少一个行星齿轮，被支撑为在所述第二行星 齿轮架上旋转并与所述第二中心齿轮和所述第二环形齿轮持续啮合地接合。所述第一离合 器被构造为选择性地将所述第二齿轮架结合到所述第二轴分动齿轮。
[0024] 所述多个固定传动比可包括负传动比、0、1、以及0和1之间的两个传动比。
[0025] 所述第三齿轮传动装置可包括：第一轴、第二轴和第三轴，被支撑为围绕所述第一 轴线旋转；第四齿轮传动装置，被构造为在所述第一轴、第二轴、第三轴分动齿轮和所述第 三轴之间固定地施加线性转速关系；第二制动器，被构造为选择性地使所述第一轴保持不 旋转；第三制动器，被构造为选择性地使所述第二轴保持不旋转；第二离合器，被构造为选 择性地将所述第一轴结合到所述输入轴；第三离合器，被构造为选择性地将所述第三轴结 合到所述输入轴。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1是第一变速器齿轮传动装置的示意图。
[0027] 图2是第二变速器齿轮传动装置的示意图。
[0028] 图3是第三变速器齿轮传动装置的示意图。
【具体实施方式】
[0029] 在此描述了本公开的实施例。然而，应理解，公开的实施例仅为示例，并且其它实 施例可以采用各种和替代形式。附图无需按比例绘制；可放大或最小化一些特征以显示特 定部件的细节。所以，在此公开的具体结构和功能性细节不应被解释为限定，而仅为教导本 领域技术人员变化地利用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参照 任一【专利附图】
【附图说明】和描述的各个特征可与一个或更多个其它附图中说明的特征组合以形成未 明确说明或描述的实施例。说明的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，根据 本公开的教导的特征的各种组合和变型可以期望用于特定应用或实施。
[0030] 齿轮传动装置（gearing arrangement)是旋转元件和换档元件的集合，被构造为 在旋转元件之间施加特定转速关系。一些转速关系（称为固定的转速关系）的施加与任何 换档元件的状态均无关。仅当特定的换档元件完全接合时才施加其它的转速关系（称为选 择性的转速关系）。i)当一组旋转元件中的第一个和最后一个旋转元件被约束为具有最极 端的转速时，ii)当其余旋转元件的转速分别被约束为第一个和最后一个旋转元件的转速 的加权平均数时，在一序列旋转元件中存在线性转速关系，并且iii)当旋转元件的转速不 同时，按照列出的顺序约束旋转元件的转速（增加或减小）。当元件沿着一个方向旋转时， 元件的转速为正，而当元件沿着相反的方向旋转时，元件的转速为负。离散传动比变速器具 有在输入轴和输出轴之间选择性地施加多个传动比的齿轮传动装置。
[0031] 如果一组旋转元件被约束为在所有工况下均作为一个单元而旋转，则这组旋转元 件彼此固定地结合。可通过花键连接、焊接、压装、对一般固体进行机加工或其它方式固定 地结合旋转元件。可以出现固定结合的元件之间的转动位移的轻微变化（例如，由于冲击 或轴柔量（shaft compliance)导致的位移）。彼此完全固定结合的一个或更多个旋转元件 可以称为轴。相比之下，两个旋转元件通过换档元件选择性地结合，每当换档元件完全接合 时，换档元件约束这两个旋转元件作为一个单元而旋转，而在至少一些其它工况下这两个 旋转元件可自由地以不同的转速旋转。通过选择性地将旋转元件连接到壳体而保持旋转元 件不旋转的换档元件称为制动器。选择性地将两个或更多个旋转元件彼此结合的换档元件 称为离合器。换档元件可以是主动控制的装置（例如，液压或电动驱动的离合器或制动器） 或者可以是被动装置（例如，单向离合器或制动器）。如果两个旋转元件固定地结合或者选 择性地结合，那么这两个旋转元件结合。
[0032] 图1描绘了在输入轴10和输出轴12之间提供多个传动比的变速驱动桥 (transaxle)。输入轴10可通过内燃发动机或其他主要动力源进行驱动。起动装置（例如， 变矩器或起动离合器）可应用于主要动力源和变速驱动桥输入轴10之间，以在车辆静止和 选择变速驱动比时允许发动机怠速。输出轴12可以是通过另外的齿轮啮合将动力传递到 差速器轴的齿轮。
[0033] 图1的变速驱动桥使用四个简单行星齿轮组20、30、40和50。行星齿轮架22围绕 输入轴轴线旋转并且支撑一组行星齿轮24,使得行星齿轮相对于行星齿轮架旋转。行星齿 轮的外轮齿与中心齿轮26的外轮齿以及环形齿轮28的内轮齿啮合。中心齿轮和环形齿轮 被支撑以围绕与齿轮架相同的轴线旋转。类似地构建齿轮组30、40和50。然而，齿轮组40 和齿轮组50的行星齿轮架、中心齿轮和环形齿轮围绕第二轴线旋转。
[0034] 简单行星齿轮组是在中心齿轮、行星齿轮架和环形齿轮之间施加固定的线性转速 关系的一种类型的齿轮传动装置。其它已知类型的齿轮传动装置也在三个旋转元件之间施 加固定的线性转速关系。例如，双小齿轮行星齿轮组在中心齿轮、环形齿轮和行星齿轮架之 间施加固定的线性转速关系。
[0035] 图1的变速器还使用两对轴分动齿轮。齿轮60围绕输入轴线旋转并与围绕第二 轴线旋转的齿轮62啮合。类似地，齿轮64围绕输入轴线旋转并与围绕第二轴线旋转的齿 轮66啮合。啮合的轴分动齿轮以由齿轮齿数的比值（所指示的固定的传动比围绕其各自 的轴线沿着相反的方向旋转。其它类型的齿轮传动装置在围绕不同的轴线旋转的元件之间 施加固定的传动比。例如，虽然链轮彼此沿着相同的方向旋转，但是链轮与普通的链接合而 施加固定的传动比。
[0036] 表1中列出了用于每个行星齿轮组和轴分动齿轮对的建议的齿数比。
[0037] 表 1
[0038]
[0039]
【权利要求】
1. 一种变速器，包括： 输入轴，被支撑为围绕第一轴线旋转； 输出轴，被支撑为围绕第二轴线旋转，所述第二轴线平行于第一轴线； 第一轴、第二轴和第三轴，被支撑用于围绕所述第二轴线旋转； 第一齿轮传动装置，被构造为在第一轴、第二轴、输出轴和第三轴之间固定地施加线性 转速关系； 第二齿轮传动装置，被构造为在第二轴和输入轴之间选择性地施加第一固定传动比； 第三齿轮传动装置，被构造为在第一轴和输入轴之间选择性地施加多个固定传动比； 第一制动器，被构造为选择性地使第三轴保持不旋转。
2. 如权利要求1所述的变速器，其中，所述第一齿轮传动装置包括： 第一简单行星齿轮组，包括：第一中心齿轮，固定地结合到所述第一轴；第一环形齿 轮，固定地结合到所述输出轴；第一行星齿轮架，固定地结合到所述第二轴；至少一个行星 齿轮，被支撑为在所述第一行星齿轮架上旋转并与所述第一中心齿轮和所述第一环形齿轮 持续啮合地结合； 第二简单行星齿轮组，包括：第二中心齿轮，固定地结合到所述第三轴；第二环形齿 轮，固定地结合到所述第二轴；第二行星齿轮架，固定地结合到所述输出轴；至少一个行星 齿轮，被支撑为在所述第二行星齿轮架上旋转并与所述第二中心齿轮和所述第二环形齿轮 持续啮合地接合。
3. 如权利要求1所述的变速器，其中，所述第一齿轮传动装置包括： 第一简单行星齿轮组，包括：第一中心齿轮，固定地结合到所述第三轴；第一环形齿 轮，固定地结合到所述第一轴；第一行星齿轮架，固定地结合到所述输出轴；至少一个行星 齿轮，被支撑为在所述第一行星齿轮架上旋转并与所述第一中心齿轮和所述第一环形齿轮 持续啮合地接合； 第二简单行星齿轮组，包括：第二中心齿轮，固定地结合到所述第一轴；第二环形齿 轮，固定地结合到所述输出轴；第二行星齿轮架，固定地结合到所述第二轴；至少一个行星 齿轮，被支撑为在所述第二行星齿轮架上旋转并与所述第二中心齿轮和所述第二环形齿轮 持续啮合地接合。
4. 如权利要求1所述的变速器，其中，所述第二齿轮传动装置包括： 第一轴分动齿轮，被支撑为围绕所述第一轴线旋转； 第二轴分动齿轮，固定地结合到所述第二轴并与所述第一轴分动齿轮持续啮合地接 合； 第一离合器，被构造为选择性地将所述第一轴分动齿轮结合到所述输入轴。
5. 如权利要求1所述的变速器，其中，所述第二齿轮传动装置包括： 第一轴分动齿轮，固定地结合到所述输入轴； 第二轴分动齿轮，被支撑为围绕所述第二轴线旋转并与所述第一轴分动齿轮持续啮合 地接合； 第一离合器，被构造为选择性地将所述第二轴分动齿轮结合到所述第二轴。
6. 如权利要求1所述的变速器，其中，所述多个固定传动比包括： 第二固定传动比，具有与所述第一固定传动比相反的符号； 第三固定传动比，等于零； 第四固定传动比，具有与所述第一固定传动比相同的符号； 第五固定传动比和第六固定传动比，具有与所述第一固定传动比相同的符号并具有比 第四固定传动比更大的值。
7. 如权利要求6所述的变速器，其中，所述第三齿轮传动装置包括第三换挡元件，所述 第三齿轮传动装置被构造为：第三换挡元件接合，以施加第二固定传动比、第三固定传动比 和第四固定传动比，第三换挡元件不接合，以施加第五固定传动比和第六固定传动比。
8. 如权利要求7所述的变速器，其中，所述第三换挡元件包括被动的单向离合器。
9. 如权利要求1所述的变速器，其中，所述第三齿轮传动装置包括： 第四轴、第五轴、第六轴和第七轴，被支撑为围绕所述第一轴线旋转； 第四齿轮传动装置，被构造为在所述第四轴、第五轴、第六轴和第七轴之间固定地施加 线性转速关系； 第五齿轮传动装置，被构造为在所述第一轴和第六轴之间固定地施加第七固定传动 比； 第二制动器，被构造为选择性地使第四轴保持不旋转； 第三制动器，被构造为选择性地使第五轴保持不旋转； 第二离合器，被构造为选择性地将第四轴结合到输入轴； 第三离合器，被构造为选择性地将所述第七轴结合到输入轴。
10. 如权利要求9所述的变速器，其中，所述第四齿轮传动装置包括： 第三简单行星齿轮组，包括：第三中心齿轮，固定地结合到所述第四轴；第三环形齿 轮，固定地结合到所述第六轴；第三行星齿轮架，固定地结合到所述第五轴；至少一个行星 齿轮，被支撑为在所述第三行星齿轮架上旋转并与所述第三中心齿轮和第三环形齿轮持续 哨合地结合； 第四简单行星齿轮组，包括：第四中心齿轮，固定地结合到所述第四轴；第四环形齿 轮，固定地结合到所述第七轴；第四行星齿轮架，固定地结合到所述第六轴；至少一个行星 齿轮，被支撑为在所述第四行星齿轮架上旋转并与所述第四中心齿轮和第四环形齿轮持续 啮合地接合。
【文档编号】F16H3/62GK104235279SQ201410263619
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2013年6月13日
【发明者】格雷戈里·丹尼尔·格莱斯基, 斯蒂芬·杰拉德·托马斯 申请人:福特全球技术公司