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。一系列变速器齿轮传动装置通过多种组合的换档元件的选择性接合提供多个前进传动比以及一个或更多个倒档传动比。设置输入和输出。三个行星齿轮组位于相对于输入轴线和输出轴线偏移的位置。轴线分动齿轮被设置为将旋转能量从输入转移至一个行星齿轮组，并从一个行星齿轮组转移至输出。
【专利说明】多级变速器
【技术领域】
[0001] 本公开总体上涉及用于机动车辆的自动变速器。更具体地讲，本公开涉及动力传 动系统中的齿轮、离合器以及它们之间的相互连接的布置。
【背景技术】
[0002] 很多车辆在宽范围的车速（包括前进运动和倒车运动两者）下使用。然而，某些 类型的发动机只能在较窄的速度范围内高效运转。所以，通常使用能在多个传动比下高效 传输动力的变速器。当车辆处于低速时，变速器通常在高传动比下运转，使得发动机扭矩倍 增以提高加速度。处于高车速时，使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，变速器具有安装到车辆结构的壳体、通过发动机曲轴（通常经 由诸如变矩器的起步装置）驱动的输入，以及通常经由差速器总成驱动车轮的输出，该差 速器总成允许车辆转弯时左车轮和右车轮以稍微不同的转速旋转。在具有横向安装的发动 机的前轮驱动车辆中，发动机曲轴轴线通常从车轴轴线偏移。
[0003] 普通型自动变速器使用离合器和制动器的集合。离合器和制动器的各个子集接合 以建立各种传动比。普通型离合器使用具有键连接到壳体并与键连接到旋转外壳的摩擦盘 交错的分隔盘的离合器组。当分隔盘和摩擦盘被压在一起时，扭矩可在壳体和外壳之间传 递。通常，在离合器组一端上的分隔盘（称为反作用盘）被轴向地保持到壳体。活塞将轴 向力施加到离合器组的相对端上的分隔盘（称为压力盘，用于压缩离合器组）。通过向壳 体和活塞之间的腔提供被加压的流体而产生活塞力。对于制动器，壳体可集成到变速器箱 体中。对于离合器，壳体旋转。由于被加压的流体从固定的变速器箱体流向旋转的壳体，因 此，可能需要穿过以不同速度旋转的组件之间的一个或更多个界面。在每个界面处，密封件 引导流体流从一个组件中的开口流入交界组件中的开口。
【发明内容】
[0004] 根据一个实施例，一种变速器包括：输入，被构造为绕输入轴线旋转；以及输出， 被构造为绕输出轴线旋转。第三轴线分动齿轮固定到输入。第四轴线分动齿轮被构造为绕 输出轴线旋转并与第三轴线分动齿轮持续地啮合接合。第二简单行星齿轮组包括第二中心 齿轮、第二齿轮架和固定地结合到输出的第二环形齿轮。第三简单行星齿轮组包括第三中 心齿轮、第三齿轮架和固定地结合到第四轴线分动齿轮的第三环形齿轮。第二换档元件被 构造为选择性地将第二中心齿轮结合到第三齿轮架。第三换档元件被构造为选择性地保持 第三中心齿轮不旋转。第四换档元件，被构造为选择性地保持第二齿轮架不旋转。第六换 档元件，被构造为选择性地将第二中心齿轮结合到第三中心齿轮。第一轴线分动齿轮固定 到输入，并且第二轴线分动齿轮被构造为绕输出轴线旋转并与第一轴线分动齿轮持续地啮 合接合。
[0005] 根据一个或更多个实施例，所述变速器还包括第五换档元件，所述第五换档元件 被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第二轴线分动齿轮。
[0006] 根据一个或更多个实施例，所述变速器还包括：第一简单行星齿轮组，具有固定地 结合到第二中心齿轮的第一中心齿轮、固定地结合到输出的第一齿轮架和第一环形齿轮； 以及第一换档元件，被构造为选择性地将第一环形齿轮结合到第三齿轮架。
[0007] 根据一个或更多个实施例，所述变速器还包括：第一简单行星齿轮组，具有第一 中心齿轮、固定地结合到输出的第一齿轮架和固定地结合到第二齿轮架的第一环形齿轮； 以及第一换档元件，所述第一换档元件被构造为选择性地将第一中心齿轮结合到第三齿轮 架。
[0008] 根据一个或更多个实施例，所述变速器还包括：第一简单行星齿轮组，具有第一中 心齿轮、第一齿轮架和第一环形齿轮；以及第一换档元件，被构造为选择性地将第一齿轮架 结合到输出。
[0009] 根据一个或更多个实施例，所述变速器还包括：第一简单行星齿轮组，具有第一中 心齿轮、第一齿轮架和固定地结合到第三齿轮架的第一环形齿轮；以及第一换档元件，被构 造为选择性地将第一中心齿轮结合到第二中心齿轮。
[0010] 根据另一实施例，一种变速器包括输入、输出、第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第 五轴、第六轴和第七轴。第三齿轮传动装置被构造为在第三轴、第四轴、输出和第二轴之间 固定地施加线性转速关系。第四齿轮传动装置被构造为在第五轴、第六轴和第七轴之间固 定地施加线性转速关系。第二换档元件被构造为选择性地将第三轴结合到第六轴。第四换 档元件被构造为选择性地保持第四轴不旋转。第六换档元件被构造为选择性地将第三轴结 合到第五轴。
[0011] 根据一个或更多个实施例，所述变速器还包括：第一齿轮传动装置，被构造为在输 入和第一轴之间固定地施加成比例的转速关系；以及第二齿轮传动装置，被构造为在输入 和第七轴之间固定地施加成比例的转速关系。
[0012] 根据一个或更多个实施例，所述变速器还包括第一换档元件，所述第一换档元件 被构造为选择性地将第二轴结合到第六轴。
[0013] 根据一个或更多个实施例，所述变速器还包括第三换档元件，所述第三换档元件 被构造为选择性地保持第五轴不旋转。
[0014] 根据一个或更多个实施例，所述变速器还包括第五换档元件，所述第五换档元件 被构造为选择性地将第一轴结合到第四轴。
[0015] 根据另一实施例，一种变速器包括输入、输出、第一轴、第三轴、第四轴、第五轴、第 六轴和第七轴。第四齿轮传动装置被构造为在第三轴、第四轴和输出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第五轴、第六轴和第七轴之间固定地施加线性转 速关系。第二换档元件被构造为选择性地将第三轴结合到第六轴。第三换档元件被构造为 选择性地保持第五轴不旋转。第四换档元件被构造为选择性地保持第四轴不旋转。第六换 档元件被构造为选择性地将第三轴结合到第五轴。
[0016] 根据一个或更多个实施例，所述变速器还包括：第一齿轮传动装置，被构造为在输 入和第一轴之间固定地施加成比例的转速关系；以及第二齿轮传动装置，被构造为在输入 和第七轴之间固定地施加成比例的转速关系。
[0017] 根据一个或更多个实施例，所述变速器还包括第五换档元件，所述第五换档元件 被构造为选择性地将第一轴结合到第四轴。
[0018] 根据一个或更多个实施例，所述变速器还包括：第三齿轮传动装置，被构造为在第 三轴、输出和第六轴之间选择性地施加线性转速关系；以及第一换档元件，被构造为选择性 地将第三齿轮传动装置结合到第五齿轮传动装置。根据一个或更多个实施例，所述变速器 还包括：第三齿轮传动装置，被构造为在第三轴、输出和第六轴之间选择性地施加线性转速 关系；以及第一换档元件，被构造为选择性地将第三齿轮传动装置结合到输出。
[0019] 根据一个或更多个实施例，所述变速器还包括：第三齿轮传动装置，被构造为在第 三轴、输出和第六轴之间选择性地施加线性转速关系；以及第一换档元件，被构造为选择性 地将第三齿轮传动装置结合到第四齿轮传动装置。
[0020] 根据一个或更多个实施例，所述变速器还包括第五换档元件，所述第五换档元件 被构造为选择性地将第四齿轮传动装置结合到第一齿轮传动装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1是第一变速器齿轮传动装置的示意图。
[0022] 图2是第二变速器齿轮传动装置的示意图。
[0023] 图3是第三变速器齿轮传动装置的示意图。
[0024] 图4是第四变速器齿轮传动装置的示意图。
[0025] 图5是第五变速器齿轮传动装置的示意图。
[0026] 图6是第六变速器齿轮传动装置的示意图。
[0027] 图7是第七变速器齿轮传动装置的示意图。
【具体实施方式】
[0028] 本公开的实施例描述于此。然而，应理解，公开的实施例仅为示例，其它实施例能 够采用各种和替代的形式。附图无需按比例绘制；可放大或缩小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细节不应解释为限制，而仅为教导本领域技术人 员以多种形式使用本发明的代表性基础。本领域内的普通技术人员应理解，参考任一附图 示出和描述的多个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以形成未明确示出 或描述的实施例。所示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的 教导一致的特征的多种组合和变型可希望用于特定应用或实施。
[0029] 齿轮传动装置是旋转元件和被构造为在旋转元件之间施加指定的转速关系的换 档元件的集合。无论任何换档元件的状态如何，都施加一些转速关系（称为固定的转速关 系）。仅当特定的换档元件完全接合时才施加其它的转速关系（称为选择性转速关系）。i) 当一组中的第一个和最后一个旋转元件约束成具有最极端的转速时，ii)当每个剩余旋转 元件的转速均约束成第一个和最后一个旋转元件的转速的加权平均值时，线性转速关系存 在于旋转元件的顺序列表（orderedlist)中，并且iii)当旋转元件的转速不同时，按照列 表顺序约束（增加或减小）转速。元件的转速在元件沿一个方向旋转时为正而在元件沿相 反的方向旋转时为负。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种传 动比的齿轮传动装置。
[0030] 如果一组旋转元件被约束成在所有工况中均作为整体而旋转，则这组旋转元件彼 此固定结合。可通过花键连接、焊接、压装、从普通固体机加工或其它方式固定结合旋转元 件。会出现固定结合的元件之间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）。彼此均固定结合的一个或更多个旋转元件可以称为轴。相反， 两个旋转元件通过换档元件选择性地结合，只要在换档元件完全接合时换档元件便约束这 两个旋转元件作为整体而旋转，并且在至少一些其它工况中这两个旋转元件以不同的转速 自由旋转。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。将两个或更多个旋转元件选择性地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（例如液压或电动致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）。如果两个旋转元件被固定结合或者选择性结合，则它们被结合。
[0031] 如果元件适于固定地结合到动力源或起步装置的输出，那么该元件是变速器的输 入。例如，动力源可以是内燃发动机或电动机。例如，起步装置可以是变矩器或起步离合器。 输入可以通过被设计为吸收扭转振动的减震器而结合到动力源或起步装置。如果元件适于 向变速器外部的组件（例如，车轮）传递动力，那么该元件是变速器的输出。在输出元件和 驱动组件之间，可有固定的传动比（除了 1:1之外）。
[0032] 图1中示意性地示出了示例变速器。在这种变速器中，输入10绕输入轴线旋转， 并由发动机驱动，优选通过起动装置（例如，变矩器或起动离合器）。输出12绕输出轴线旋 转，并将变速器的旋转扭矩传递到（例如）差速器。额外的齿轮或链轮（未示出）将来自 输出的动力传递到位于第三轴线的差速器。
[0033] 可设置各种副轴或轴线分动齿轮。例如，第一轴线分动齿轮16固定到输入10并 被构造为绕输入轴线旋转。第二轴线分动齿轮17被构造为绕输出轴线旋转并与第一轴线 分动齿轮16持续地啮合接合。第一轴线分动齿轮16和第二轴线分动齿轮17形成将输入 10的旋转转移到从输入轴线偏移的另一个轴线的齿轮传动装置。第一轴线分动齿轮16和 第二轴线分动齿轮17可具有不同的直径，并且第一轴线分动齿轮16和第二轴线分动齿轮 17可包括不同数量的轮齿，以将来自第一轴线分动齿轮16的旋转能量转移到第二轴线分 动齿轮17同时改变旋转速度。或者，可通过其它类型的传动装置（例如，链和链轮）提供 这种功能。
[0034] 与第一轴线分动齿轮16和第二轴线分动齿轮17类似，第三轴线分动齿轮18也可 固定到输入并与第四轴线分动齿轮19持续地啮合结合。第三轴线分动齿轮18和第四轴线 分动齿轮19也协同将输入10的旋转转移到输出轴线。第一轴线分动齿轮16和第三轴线 分动齿轮18也可具有不同的直径，以能够从多组轴线分动齿轮建立一系列不同的转速。还 可提供另外的轴线分动齿轮组。
[0035] 图1的变速器使用三个简单行星齿轮组20、30和40。尽管术语"齿轮传动装置" 可以指一个或更多个简单行星齿轮组，但简单行星齿轮组是一种固定的齿轮传动装置。行 星齿轮架22绕中心轴线旋转并支撑一组行星齿轮24,使得行星齿轮相对于行星齿轮架旋 转。行星齿轮上的外轮齿与中心齿轮26上的外轮齿和环形齿轮28上的内轮齿啮合。中心 齿轮26和环形齿轮28被支撑为与齿轮架22绕相同的轴线旋转。与齿轮组20类似地构造 齿轮组30和40,并且齿轮组30和40中的每一个包括各自的行星齿轮架32、42、行星齿轮 34、44、中心齿轮36、46以及环形齿轮38、48。
[0036] 简单行星齿轮组（例如，齿轮组20)施加固定的转速关系。齿轮架的转速被约束 在中心齿轮的转速和环形齿轮的转速之间。更具体地说，齿轮架的转速是中心齿轮的转速 和环形齿轮的转速的加权平均值，其加权因子由每个齿轮上的齿数确定。通过可在本公开 的其它示例性实施例中实现的其它类型的固定的齿轮传动装置来施加类似的转速关系。例 如，双小齿轮行星齿轮组将环形齿轮的转速约束为中心齿轮的转速和齿轮架的转速之间的 加权平均值。
[0037] 轴线分动齿轮16和17的组合可称为第一齿轮传动装置。轴线分动齿轮18和19 的组合可称为第二齿轮传动装置。简单行星齿轮组20、30和40可分别称为第三齿轮传动 装置、第四齿轮传动装置和第五齿轮传动装置。
[0038] 表1列出了用于每个行星齿轮组和轴线分动齿轮组的建议的齿数比，如下。
[0039] 表 1
[0040]
【权利要求】
1. 一种变速器，包括： 输入，被构造为绕输入轴线旋转； 输出，被构造为绕输出轴线旋转； 第三轴线分动齿轮，固定到输入； 第四轴线分动齿轮，被构造为绕输出轴线旋转并与第三轴线分动齿轮持续地啮合接 合； 第二简单行星齿轮组，具有第二中心齿轮、第二齿轮架和固定地结合到输出的第二环 形齿轮； 第三简单行星齿轮组，具有第三中心齿轮、第三齿轮架和固定地结合到第四轴线分动 齿轮的第三环形齿轮； 第二换档元件，被构造为选择性地将第二中心齿轮结合到第三齿轮架； 第三换档元件，被构造为选择性地保持第三中心齿轮不旋转； 第四换档元件，被构造为选择性地保持第二齿轮架不旋转； 第六换档元件，被构造为选择性地将第二中心齿轮结合到第三中心齿轮。
2. 如权利要求1所述的变速器，所述变速器还包括： 第一轴线分动齿轮，固定到输入；以及 第二轴线分动齿轮，被构造为绕输出轴线旋转并与第一轴线分动齿轮持续地啮合接 合。
3. 如权利要求2所述的变速器，所述变速器还包括： 第五换档元件，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第二轴线分动齿轮。
4. 如权利要求1所述的变速器，所述变速器还包括： 第一轴线分动齿轮，通过第五换档元件选择性地结合到输入；以及 第二轴线分动齿轮，被构造为绕输出轴线旋转并与第一轴线分动齿轮持续地啮合接 合，其中，第二轴线分动齿轮固定地结合到第二齿轮架。
5. 如权利要求1所述的变速器，所述变速器还包括： 第一简单行星齿轮组，具有固定地结合到第二中心齿轮的第一中心齿轮、固定地结合 到输出的第一齿轮架和第一环形齿轮；以及 第一换档元件，被构造为选择性地将第一环形齿轮结合到第三齿轮架。
6. 如权利要求1所述的变速器，所述变速器还包括： 第一简单行星齿轮组，具有第一中心齿轮、固定地结合到输出的第一齿轮架和固定地 结合到第二齿轮架的第一环形齿轮；以及 第一换档元件，被构造为选择性地将第一中心齿轮结合到第三齿轮架。
7. 如权利要求1所述的变速器，所述变速器还包括： 第一简单行星齿轮组，具有第一中心齿轮、第一齿轮架和第一环形齿轮；以及 第一换档元件，被构造为选择性地将第一齿轮架结合到输出。
8. 如权利要求1所述的变速器，所述变速器还包括： 第一简单行星齿轮组，具有第一中心齿轮、第一齿轮架和固定地结合到第三齿轮架的 第一环形齿轮；以及 第一换档元件，被构造为选择性地将第一中心齿轮结合到第二中心齿轮。
9. 一种变速器，包括： 输入； 输出； 第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第五轴、第六轴和第七轴； 第三齿轮传动装置，被构造为在第三轴、第四轴、输出和第二轴之间固定地施加线性转 速关系； 第四齿轮传动装置，被构造为在第五轴、第六轴和第七轴之间固定地施加线性转速关 系； 第二换档元件，被构造为选择性地将第三轴结合到第六轴； 第四换档元件，被构造为选择性地保持第四轴不旋转；以及 第六换档元件，被构造为选择性地将第三轴结合到第五轴。
10. 如权利要求9所述的变速器，所述变速器还包括： 第一齿轮传动装置，被构造为在输入和第一轴之间固定地施加成比例的转速关系；以 及 第二齿轮传动装置，被构造为在输入和第七轴之间固定地施加成比例的转速关系。
【文档编号】F16H3/093GK104279277SQ201410276678
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2013年7月12日
【发明者】唐纳德·爱德华·霍夫曼 申请人:福特全球技术公司