多级变速器的制造方法
多级变速器的制造方法
【专利摘要】提供一种多级变速器，所述多级变速器包括一族变速器齿轮传动装置，所述变速器的齿轮传动装置建立至少一个倒档传动比以及九个至十五个之间的前进传动比。可换挡的齿轮传动装置在输入轴和第一轴之间建立多个齿数比传动比。在一些实施例中，在可换挡齿轮传动装置的上游或下游建立固定的传动比。在倒档和低齿数比中，低离合器将第一轴结合到输出轴。在高齿数比中，组合的行星齿轮组在第一轴、按照与输入轴的转速成比例的转速旋转的第二轴以及输出轴之间建立线性转速关系。
【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] 在一个实施例中，一种变速器包括输入轴、输出轴、第一轴和第二轴以及第一齿轮 传动装置和第二齿轮传动装置。第一齿轮传动装置在输入轴和第一轴之间选择性地建立多 个成比例的转速关系。第二齿轮传动装置i)在第一轴、第二轴和输出轴之间施加线性转速 关系，ii)选择性地将第一轴结合到输出轴，iii)在输入轴和第二轴之间施加成比例的转 速关系。可通过行星齿轮组固定地施加线性转速关系或通过行星齿轮组与离合器的组合选 择性地施加线性转速关系。第一轴可通过离合器直接选择性地结合到输出轴或者可通过行 星齿轮组来完成选择性的结合，所述行星齿轮组具有固定地结合到第二轴的第一元件、固 定地结合到输出轴的第二元件以及选择性地将第三元件结合到第一元件或第二元件的任 何一个的离合器。输入轴和第二轴之间成比例的转速关系可以是固定的或选择性的或者可 以是直接驱动关系。
[0004] 在一个实施例中，一种变速器包括：输入轴；输出轴；第一齿轮传动装置，被构造 为在输入轴和第一轴之间施加多个可选择的成比例的转速关系；第二齿轮传动装置，被构 造为：i)在第一轴、第二轴和输出轴之间施加线性转速关系，ii)选择性地将第一轴结合到 输出轴，iii)在输入轴和第二轴之间施加成比例的转速关系。
[0005] 所述第一齿轮传动装置可包括：第三齿轮传动装置,被构造为在输入轴和第三轴 之间施加多个可选择的成比例的转速关系，包括至少一个可选择的成比例的转速关系，其 中，所述第三轴按照比输入轴快的转速旋转；第四齿轮传动装置，被构造为在第三轴和第一 轴之间固定地施加成比例的转速关系，其中，所述第一轴按照比第三轴慢的转速旋转。
[0006] 所述第三齿轮传动装置可包括：第一简单行星齿轮组，具有第一中心齿轮、固定地 结合到第三轴的第一齿轮架以及第一环形齿轮；第二简单行星齿轮组，具有第二中心齿轮、 固定地结合到第一环形齿轮的第二齿轮架以及固定地结合到第一齿轮架的第二环形齿轮； 第一离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第一中心齿轮；第二离合器，被构造为选择 性地将输入轴结合到第二中心齿轮；第一制动器，被构造为选择性地使第二中心齿轮保持 不旋转；第二制动器，被构造为选择性地使第一环形齿轮和第二齿轮架保持不旋转；第三 离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第一环形齿轮和第二齿轮架。
[0007] 所述第三齿轮传动装置可包括：第一简单行星齿轮组，具有第一中心齿轮、固定地 结合到第三轴的第一齿轮架以及第一环形齿轮；第二简单行星齿轮组，具有固定地结合到 输入轴的第二中心齿轮、固定地结合到第一环形齿轮的第二齿轮架以及第二环形齿轮；第 三简单行星齿轮组，具有第三中心齿轮、固定地结合到第二环形齿轮的第三齿轮架以及固 定地结合到第一齿轮架的第三环形齿轮；第一制动器，被构造为选择性地使第一中心齿轮 保持不旋转；第一离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第三中心齿轮；第二制动器， 被构造为选择性地使第三中心齿轮保持不旋转；第三制动器，被构造为选择性地使第二环 形齿轮和第三齿轮架保持不旋转；第二离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第二环 形齿轮和第三齿轮架。
[0008] 所述第三齿轮传动装置可包括：第二简单行星齿轮组，具有固定地保持不旋转的 第二中心齿轮、第二齿轮架以及固定地结合到输入轴的第二环形齿轮；拉威挪齿轮组，具有 第三中心齿轮、第四中心齿轮、第三齿轮架以及固定地结合到第三轴的第三环形齿轮；第一 制动器，被构造为选择性地使第三中心齿轮保持不旋转；第二制动器，被构造为选择性地使 第三齿轮架保持不旋转；第一离合器，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第三中心齿 轮；第二离合器，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第四中心齿轮；第三离合器，被构 造为选择性地将输入轴结合到第三齿轮架。
[0009] 所述第四齿轮传动装置可包括：第三轴分动齿轮，固定地结合到第三轴；第四轴 分动齿轮，固定地结合到第一轴并与所述第三轴分动齿轮持续啮合地接合。
[0010] 所述第四齿轮传动装置可包括：第一简单行星齿轮组，具有固定地保持不旋转的 第一中心齿轮、固定地结合到第一轴的第一齿轮架以及固定地结合到第三轴的第一环形齿 轮。
[0011] 所述第一齿轮传动装置可包括：第五齿轮传动装置，被构造为在第四轴和第一轴 之间施加多个可选择的成比例的转速关系；第六齿轮传动装置，被构造为在输入轴和第四 轴之间固定地施加成比例的转速关系，其中，第四轴按照比输入轴慢的转速旋转。
[0012] 所述第五齿轮传动装置可包括：第二简单行星齿轮组，具有固定地保持不旋转的 第二中心齿轮、第二齿轮架以及固定地结合到第四轴的第二环形齿轮；拉威挪齿轮组，具有 第三中心齿轮、第四中心齿轮、第三齿轮架以及固定地结合到第一轴的第三环形齿轮；第一 制动器，被构造为选择性地使第三中心齿轮保持不旋转；第二制动器，被构造为选择性地使 第三齿轮架保持不旋转；第一离合器，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第三中心齿 轮；第二离合器，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第四中心齿轮；第三离合器，被构 造为选择性地将第四轴结合到第三齿轮架。
[0013] 所述第五齿轮传动装置可包括：第二简单行星齿轮组，具有第二中心齿轮、第二齿 轮架和第二环形齿轮；第三简单行星齿轮组，具有固定地结合到第二中心齿轮的第三中心 齿轮、第三齿轮架以及固定地结合到第二齿轮架的第三环形齿轮；第一制动器，被构造为选 择性地使第二中心齿轮和第三中心齿轮保持不旋转；第二制动器，被构造为选择性地使第 三齿轮架保持不旋转；第一离合器，被构造为选择性地将第四轴结合到第二中心齿轮和第 三中心齿轮；第二离合器，被构造为选择性地将第四轴结合到第二环形齿轮。
[0014] 第六齿轮传动转置可包括第一简单行星齿轮组，第一简单行星齿轮组具有固定地 保持不旋转的第一中心齿轮、固定地结合到第四轴的第一齿轮架以及固定地结合到输入轴 的第一环形齿轮。
[0015] 第二齿轮传动装置可被构造为在第一轴、第二轴和输出轴之间固定地施加线性转 速关系并被构造为在输入轴和第二轴之间选择性地施加成比例的转速关系。
[0016] 第二齿轮传动装置可包括：第一轴分动齿轮；第二轴分动齿轮，固定地结合到第 二轴并与第一轴分动齿轮持续啮合地接合；组合的简单行星齿轮组，具有固定地结合到第 一轴的组合的中心齿轮、固定地结合到第二轴的组合的齿轮架以及固定地结合到输出轴的 组合的环形齿轮；低离合器，被构造为选择性地将第一轴结合到输出轴；高离合器，被构造 为选择性地将输入轴结合到第一轴分动齿轮。
[0017] 所述低离合器可被构造为选择性地直接将第一轴结合到输出轴。
[0018] 所述第二齿轮传动装置可包括：第一简单行星齿轮组，具有第一中心齿轮、固定地 结合到输入轴的第一齿轮架以及固定地结合到第二轴的第一环形齿轮；组合的简单行星齿 轮组，具有固定地结合到第一轴的组合的中心齿轮、固定地结合到第二轴的组合的齿轮架 以及固定地结合到输出轴的组合的环形齿轮；低离合器，被构造为选择性地将第一轴结合 到输出轴；高离合器，被构造为选择性地使第一中心齿轮保持不旋转。
[0019] 所述低离合器可被构造为通过选择性地直接将所述组合的齿轮架结合到所述组 合的简单行星齿轮组的另一元件而选择性地将第一轴结合到输出轴。
[0020] 所述第二齿轮传动装置可被构造为在第一轴、第二轴和输出轴之间选择性地施加 线性转速关系并被构造为在输入轴和第二轴之间固定地施加成比例的转速关系。
[0021] 所述第二轴可固定地结合到输入轴。
[0022] 所述第二轴可被约束为按照比输入轴快的转速旋转。
[0023] 所述第二齿轮传动装置可包括：组合的简单行星齿轮组，具有固定地结合到第一 轴的组合的中心齿轮、组合的齿轮架以及固定地结合到输出轴的组合的环形齿轮；低离合 器，被构造为选择性地将第一轴结合到输出轴；高离合器，被构造为选择性地将第二轴结合 到组合的齿轮架。
[0024] 所述低离合器被构造为选择性地直接将第一轴结合到输出轴。
[0025] 所述低离合器可被构造为通过选择性地直接将组合的齿轮架结合到组合的简单 行星齿轮组的另一元件而选择性地将第一轴结合到输出轴。
[0026] 所述第二齿轮传动装置可包括：组合的简单行星齿轮组，具有组合的中心齿轮、固 定地结合到第二轴的组合的齿轮架以及固定地结合到输出轴的组合的环形齿轮；低离合 器，被构造为选择性地将第一轴结合到输出轴；高离合器，被构造为选择性地将第一轴结合 到组合的中心齿轮。
[0027] 所述第二齿轮传动装置可包括：组合的简单行星齿轮组，具有固定地结合到第一 轴的组合的中心齿轮、固定地结合到第二轴的组合的齿轮架以及组合的环形齿轮；低离合 器，被构造为选择性地将第一轴结合到输出轴；高离合器，被构造为选择性地将输出轴结合 到组合的环形齿轮。
[0028] 在第二实施例中，一种变速器包括输入轴、输出轴、第一轴以及第一齿轮传动装置 和第二齿轮传动装置。第一齿轮传动装置在输入轴和第一轴之间选择性地建立多个成比例 的转速关系。第二齿轮传动装置i)在第一轴、输入轴和输出轴之间选择性地施加线性转速 关系，ii)选择性地将第一轴结合到输出轴。
[0029] 在第三实施例中，一种变速器包括输出轴、第一轴至第七轴、三个齿轮传动装置以 及制动器和离合器的集合。第一齿轮传动装置在第一轴、第二轴和第三轴之间建立固定的 成比例的转速关系，使得第一轴按照三个轴中最慢的转速旋转并且第三轴按照三个轴中最 快的转速旋转。第二轴或第三轴可固定地结合到输入轴。第二齿轮传动装置在第四轴、第 五轴、第六轴和第七轴之间建立固定的线性转速关系。第三齿轮传动装置在第六轴、第三轴 和输出轴之间选择性地施加线性转速关系。第三齿轮传动装置可包括行星齿轮组和高离合 器。低离合器选择性地将第六轴结合到输出轴。第一制动器和第二制动器分别选择性地使 第四轴和第五轴保持不旋转。第一离合器和第二离合器选择性地将第一轴分别结合到第四 轴和第七轴。第三离合器选择性地将第二轴结合到第五轴。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1是第一变速器齿轮传动装置的示意图。
[0031] 图2是第二变速器齿轮传动装置的示意图。
[0032] 图3是第三变速器齿轮传动装置的示意图。
[0033] 图4是第四变速器齿轮传动装置的示意图。
[0034] 图5是第五变速器齿轮传动装置的示意图。
[0035] 图6是第六变速器齿轮传动装置的示意图。
[0036] 图7是第七变速器齿轮传动装置的示意图。
[0037] 图8是第八变速器齿轮传动装置的示意图。
【具体实施方式】
[0038] 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。
[0039] 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。
[0040] 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。
[0041] 图1中示意性地示出了一个示例变速器。变速器壳体10相对于车辆固定地安装。 输入轴12围绕输入轴轴线旋转。输入轴12由车辆发动机驱动，优选地经由允许发动机在 输入轴12静止时怠速的起动装置（例如，变矩器）。输出轴14围绕与输入轴轴线平行并从 输入轴轴线偏移的输出轴轴线旋转。输出轴14优选地经由可位于另一轴线上的差速器来 驱动车轮。
[0042] 图1的变速器使用三个简单行星齿轮组50、60和70。行星齿轮架52围绕输出轴 轴线旋转并且支撑一组行星齿轮58,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54的外轮齿和环形齿轮56的内轮齿啮合。中心齿轮和环形齿轮被支撑为 围绕输出轴轴线旋转。类似地构建齿轮组60和70,除了齿轮组60和70的中心齿轮、齿轮 架和环形齿轮被支撑用于围绕输入轴轴线旋转外。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。
[0043] 图1的变速器还使用两对轴分动齿轮。轴分动齿轮80和84被支撑为围绕输入轴 轴线旋转，而轴分动齿轮82和86被支撑用于围绕输出轴轴线旋转。轴分动齿轮80与轴分 动齿轮82啮合，而轴分动齿轮84与轴分动齿轮86啮合。啮合的轴分动齿轮施加固定的成 比例的转速关系。具有较多数量的轮齿的齿轮将比具有较少数量的轮齿的齿轮旋转得慢， 并且具有较多数量的轮齿的齿轮沿着与具有较少数量的轮齿的齿轮相反的方向旋转。表1 中列出了用于每个行星齿轮组和每个轴分动齿轮组的示意性齿数比。
[0044] 表 1
[0045]
【权利要求】
1. 一种变速器，包括： 输入轴； 输出轴； 第一齿轮传动装置，被构造为在输入轴和第一轴之间施加多个可选择的成比例的转速 关系； 第二齿轮传动装置，被构造为：i)在第一轴、第二轴和输出轴之间施加线性转速关系， ii)选择性地将第一轴结合到输出轴，iii)在输入轴和第二轴之间施加成比例的转速关 系。
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： 第三齿轮传动装置，被构造为在输入轴和第三轴之间施加多个可选择的成比例的转速 关系，包括至少一个可选择的成比例的转速关系，其中，所述第三轴按照比输入轴快的转速 旋转； 第四齿轮传动装置，被构造为在第三轴和第一轴之间固定地施加成比例的转速关系， 其中，所述第一轴按照比第三轴慢的转速旋转。
3. 如权利要求2所述的变速器，其中，所述第三齿轮传动装置包括： 第一简单行星齿轮组，具有第一中心齿轮、固定地结合到第三轴的第一齿轮架以及第 一环形齿轮； 第二简单行星齿轮组，具有第二中心齿轮、固定地结合到第一环形齿轮的第二齿轮架 以及固定地结合到第一齿轮架的第二环形齿轮； 第一离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第一中心齿轮； 第二离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第二中心齿轮； 第一制动器，被构造为选择性地使第二中心齿轮保持不旋转； 第二制动器，被构造为选择性地使第一环形齿轮和第二齿轮架保持不旋转； 第三离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第一环形齿轮和第二齿轮架。
4. 如权利要求2所述的变速器，其中，所述第三齿轮传动装置包括： 第一简单行星齿轮组，具有第一中心齿轮、固定地结合到第三轴的第一齿轮架以及第 一环形齿轮； 第二简单行星齿轮组，具有固定地结合到输入轴的第二中心齿轮、固定地结合到第一 环形齿轮的第二齿轮架以及第二环形齿轮； 第三简单行星齿轮组，具有第三中心齿轮、固定地结合到第二环形齿轮的第三齿轮架 以及固定地结合到第一齿轮架的第三环形齿轮； 第一制动器，被构造为选择性地使第一中心齿轮保持不旋转； 第一离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第三中心齿轮； 第二制动器，被构造为选择性地使第三中心齿轮保持不旋转； 第三制动器，被构造为选择性地使第二环形齿轮和第三齿轮架保持不旋转； 第二离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第二环形齿轮和第三齿轮架。
5. 如权利要求2所述的变速器，其中，所述第三齿轮传动装置包括： 第二简单行星齿轮组，具有固定地保持不旋转的第二中心齿轮、第二齿轮架以及固定 地结合到输入轴的第二环形齿轮； 拉威挪齿轮组，具有第三中心齿轮、第四中心齿轮、第三齿轮架以及固定地结合到第三 轴的第三环形齿轮； 第一制动器，被构造为选择性地使第三中心齿轮保持不旋转； 第二制动器，被构造为选择性地使第三齿轮架保持不旋转； 第一离合器，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第三中心齿轮； 第二离合器，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第四中心齿轮； 第三离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第三齿轮架。
6. 如权利要求2所述的变速器，其中，所述第四齿轮传动装置包括： 第三轴分动齿轮，固定地结合到第三轴； 第四轴分动齿轮，固定地结合到第一轴并与所述第三轴分动齿轮持续啮合地接合。
7. 如权利要求2所述的变速器，其中，所述第四齿轮传动装置包括： 第一简单行星齿轮组，具有固定地保持不旋转的第一中心齿轮、固定地结合到第一轴 的第一齿轮架以及固定地结合到第三轴的第一环形齿轮。
8. 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： 第五齿轮传动装置，被构造为在第四轴和第一轴之间施加多个可选择的成比例的转速 关系； 第六齿轮传动装置，被构造为在输入轴和第四轴之间固定地施加成比例的转速关系， 其中，第四轴按照比输入轴慢的转速旋转。
9. 如权利要求8所述的变速器，其中，所述第五齿轮传动装置包括： 第二简单行星齿轮组，具有固定地保持不旋转的第二中心齿轮、第二齿轮架以及固定 地结合到第四轴的第二环形齿轮； 拉威挪齿轮组，具有第三中心齿轮、第四中心齿轮、第三齿轮架以及固定地结合到第一 轴的第三环形齿轮； 第一制动器，被构造为选择性地使第三中心齿轮保持不旋转； 第二制动器，被构造为选择性地使第三齿轮架保持不旋转； 第一离合器，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第三中心齿轮； 第二离合器，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第四中心齿轮； 第三离合器，被构造为选择性地将第四轴结合到第三齿轮架。
10. 如权利要求8所述的变速器，其中，所述第五齿轮传动装置包括： 第二简单行星齿轮组，具有第二中心齿轮、第二齿轮架和第二环形齿轮； 第三简单行星齿轮组，具有固定地结合到第二中心齿轮的第三中心齿轮、第三齿轮架 以及固定地结合到第二齿轮架的第三环形齿轮； 第一制动器，被构造为选择性地使第二中心齿轮和第三中心齿轮保持不旋转； 第二制动器，被构造为选择性地使第三齿轮架保持不旋转； 第一离合器，被构造为选择性地将第四轴结合到第二中心齿轮和第三中心齿轮； 第二离合器，被构造为选择性地将第四轴结合到第二环形齿轮。
【文档编号】F16H3/66GK104343934SQ201410366040
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2013年7月29日
【发明者】唐纳德·爱德华·霍夫曼 申请人:福特全球技术公司
【专利摘要】提供一种多级变速器，所述多级变速器包括一族变速器齿轮传动装置，所述变速器的齿轮传动装置建立至少一个倒档传动比以及九个至十五个之间的前进传动比。可换挡的齿轮传动装置在输入轴和第一轴之间建立多个齿数比传动比。在一些实施例中，在可换挡齿轮传动装置的上游或下游建立固定的传动比。在倒档和低齿数比中，低离合器将第一轴结合到输出轴。在高齿数比中，组合的行星齿轮组在第一轴、按照与输入轴的转速成比例的转速旋转的第二轴以及输出轴之间建立线性转速关系。
【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] 在一个实施例中，一种变速器包括输入轴、输出轴、第一轴和第二轴以及第一齿轮 传动装置和第二齿轮传动装置。第一齿轮传动装置在输入轴和第一轴之间选择性地建立多 个成比例的转速关系。第二齿轮传动装置i)在第一轴、第二轴和输出轴之间施加线性转速 关系，ii)选择性地将第一轴结合到输出轴，iii)在输入轴和第二轴之间施加成比例的转 速关系。可通过行星齿轮组固定地施加线性转速关系或通过行星齿轮组与离合器的组合选 择性地施加线性转速关系。第一轴可通过离合器直接选择性地结合到输出轴或者可通过行 星齿轮组来完成选择性的结合，所述行星齿轮组具有固定地结合到第二轴的第一元件、固 定地结合到输出轴的第二元件以及选择性地将第三元件结合到第一元件或第二元件的任 何一个的离合器。输入轴和第二轴之间成比例的转速关系可以是固定的或选择性的或者可 以是直接驱动关系。
[0004] 在一个实施例中，一种变速器包括：输入轴；输出轴；第一齿轮传动装置，被构造 为在输入轴和第一轴之间施加多个可选择的成比例的转速关系；第二齿轮传动装置，被构 造为：i)在第一轴、第二轴和输出轴之间施加线性转速关系，ii)选择性地将第一轴结合到 输出轴，iii)在输入轴和第二轴之间施加成比例的转速关系。
[0005] 所述第一齿轮传动装置可包括：第三齿轮传动装置,被构造为在输入轴和第三轴 之间施加多个可选择的成比例的转速关系，包括至少一个可选择的成比例的转速关系，其 中，所述第三轴按照比输入轴快的转速旋转；第四齿轮传动装置，被构造为在第三轴和第一 轴之间固定地施加成比例的转速关系，其中，所述第一轴按照比第三轴慢的转速旋转。
[0006] 所述第三齿轮传动装置可包括：第一简单行星齿轮组，具有第一中心齿轮、固定地 结合到第三轴的第一齿轮架以及第一环形齿轮；第二简单行星齿轮组，具有第二中心齿轮、 固定地结合到第一环形齿轮的第二齿轮架以及固定地结合到第一齿轮架的第二环形齿轮； 第一离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第一中心齿轮；第二离合器，被构造为选择 性地将输入轴结合到第二中心齿轮；第一制动器，被构造为选择性地使第二中心齿轮保持 不旋转；第二制动器，被构造为选择性地使第一环形齿轮和第二齿轮架保持不旋转；第三 离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第一环形齿轮和第二齿轮架。
[0007] 所述第三齿轮传动装置可包括：第一简单行星齿轮组，具有第一中心齿轮、固定地 结合到第三轴的第一齿轮架以及第一环形齿轮；第二简单行星齿轮组，具有固定地结合到 输入轴的第二中心齿轮、固定地结合到第一环形齿轮的第二齿轮架以及第二环形齿轮；第 三简单行星齿轮组，具有第三中心齿轮、固定地结合到第二环形齿轮的第三齿轮架以及固 定地结合到第一齿轮架的第三环形齿轮；第一制动器，被构造为选择性地使第一中心齿轮 保持不旋转；第一离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第三中心齿轮；第二制动器， 被构造为选择性地使第三中心齿轮保持不旋转；第三制动器，被构造为选择性地使第二环 形齿轮和第三齿轮架保持不旋转；第二离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第二环 形齿轮和第三齿轮架。
[0008] 所述第三齿轮传动装置可包括：第二简单行星齿轮组，具有固定地保持不旋转的 第二中心齿轮、第二齿轮架以及固定地结合到输入轴的第二环形齿轮；拉威挪齿轮组，具有 第三中心齿轮、第四中心齿轮、第三齿轮架以及固定地结合到第三轴的第三环形齿轮；第一 制动器，被构造为选择性地使第三中心齿轮保持不旋转；第二制动器，被构造为选择性地使 第三齿轮架保持不旋转；第一离合器，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第三中心齿 轮；第二离合器，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第四中心齿轮；第三离合器，被构 造为选择性地将输入轴结合到第三齿轮架。
[0009] 所述第四齿轮传动装置可包括：第三轴分动齿轮，固定地结合到第三轴；第四轴 分动齿轮，固定地结合到第一轴并与所述第三轴分动齿轮持续啮合地接合。
[0010] 所述第四齿轮传动装置可包括：第一简单行星齿轮组，具有固定地保持不旋转的 第一中心齿轮、固定地结合到第一轴的第一齿轮架以及固定地结合到第三轴的第一环形齿 轮。
[0011] 所述第一齿轮传动装置可包括：第五齿轮传动装置，被构造为在第四轴和第一轴 之间施加多个可选择的成比例的转速关系；第六齿轮传动装置，被构造为在输入轴和第四 轴之间固定地施加成比例的转速关系，其中，第四轴按照比输入轴慢的转速旋转。
[0012] 所述第五齿轮传动装置可包括：第二简单行星齿轮组，具有固定地保持不旋转的 第二中心齿轮、第二齿轮架以及固定地结合到第四轴的第二环形齿轮；拉威挪齿轮组，具有 第三中心齿轮、第四中心齿轮、第三齿轮架以及固定地结合到第一轴的第三环形齿轮；第一 制动器，被构造为选择性地使第三中心齿轮保持不旋转；第二制动器，被构造为选择性地使 第三齿轮架保持不旋转；第一离合器，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第三中心齿 轮；第二离合器，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第四中心齿轮；第三离合器，被构 造为选择性地将第四轴结合到第三齿轮架。
[0013] 所述第五齿轮传动装置可包括：第二简单行星齿轮组，具有第二中心齿轮、第二齿 轮架和第二环形齿轮；第三简单行星齿轮组，具有固定地结合到第二中心齿轮的第三中心 齿轮、第三齿轮架以及固定地结合到第二齿轮架的第三环形齿轮；第一制动器，被构造为选 择性地使第二中心齿轮和第三中心齿轮保持不旋转；第二制动器，被构造为选择性地使第 三齿轮架保持不旋转；第一离合器，被构造为选择性地将第四轴结合到第二中心齿轮和第 三中心齿轮；第二离合器，被构造为选择性地将第四轴结合到第二环形齿轮。
[0014] 第六齿轮传动转置可包括第一简单行星齿轮组，第一简单行星齿轮组具有固定地 保持不旋转的第一中心齿轮、固定地结合到第四轴的第一齿轮架以及固定地结合到输入轴 的第一环形齿轮。
[0015] 第二齿轮传动装置可被构造为在第一轴、第二轴和输出轴之间固定地施加线性转 速关系并被构造为在输入轴和第二轴之间选择性地施加成比例的转速关系。
[0016] 第二齿轮传动装置可包括：第一轴分动齿轮；第二轴分动齿轮，固定地结合到第 二轴并与第一轴分动齿轮持续啮合地接合；组合的简单行星齿轮组，具有固定地结合到第 一轴的组合的中心齿轮、固定地结合到第二轴的组合的齿轮架以及固定地结合到输出轴的 组合的环形齿轮；低离合器，被构造为选择性地将第一轴结合到输出轴；高离合器，被构造 为选择性地将输入轴结合到第一轴分动齿轮。
[0017] 所述低离合器可被构造为选择性地直接将第一轴结合到输出轴。
[0018] 所述第二齿轮传动装置可包括：第一简单行星齿轮组，具有第一中心齿轮、固定地 结合到输入轴的第一齿轮架以及固定地结合到第二轴的第一环形齿轮；组合的简单行星齿 轮组，具有固定地结合到第一轴的组合的中心齿轮、固定地结合到第二轴的组合的齿轮架 以及固定地结合到输出轴的组合的环形齿轮；低离合器，被构造为选择性地将第一轴结合 到输出轴；高离合器，被构造为选择性地使第一中心齿轮保持不旋转。
[0019] 所述低离合器可被构造为通过选择性地直接将所述组合的齿轮架结合到所述组 合的简单行星齿轮组的另一元件而选择性地将第一轴结合到输出轴。
[0020] 所述第二齿轮传动装置可被构造为在第一轴、第二轴和输出轴之间选择性地施加 线性转速关系并被构造为在输入轴和第二轴之间固定地施加成比例的转速关系。
[0021] 所述第二轴可固定地结合到输入轴。
[0022] 所述第二轴可被约束为按照比输入轴快的转速旋转。
[0023] 所述第二齿轮传动装置可包括：组合的简单行星齿轮组，具有固定地结合到第一 轴的组合的中心齿轮、组合的齿轮架以及固定地结合到输出轴的组合的环形齿轮；低离合 器，被构造为选择性地将第一轴结合到输出轴；高离合器，被构造为选择性地将第二轴结合 到组合的齿轮架。
[0024] 所述低离合器被构造为选择性地直接将第一轴结合到输出轴。
[0025] 所述低离合器可被构造为通过选择性地直接将组合的齿轮架结合到组合的简单 行星齿轮组的另一元件而选择性地将第一轴结合到输出轴。
[0026] 所述第二齿轮传动装置可包括：组合的简单行星齿轮组，具有组合的中心齿轮、固 定地结合到第二轴的组合的齿轮架以及固定地结合到输出轴的组合的环形齿轮；低离合 器，被构造为选择性地将第一轴结合到输出轴；高离合器，被构造为选择性地将第一轴结合 到组合的中心齿轮。
[0027] 所述第二齿轮传动装置可包括：组合的简单行星齿轮组，具有固定地结合到第一 轴的组合的中心齿轮、固定地结合到第二轴的组合的齿轮架以及组合的环形齿轮；低离合 器，被构造为选择性地将第一轴结合到输出轴；高离合器，被构造为选择性地将输出轴结合 到组合的环形齿轮。
[0028] 在第二实施例中，一种变速器包括输入轴、输出轴、第一轴以及第一齿轮传动装置 和第二齿轮传动装置。第一齿轮传动装置在输入轴和第一轴之间选择性地建立多个成比例 的转速关系。第二齿轮传动装置i)在第一轴、输入轴和输出轴之间选择性地施加线性转速 关系，ii)选择性地将第一轴结合到输出轴。
[0029] 在第三实施例中，一种变速器包括输出轴、第一轴至第七轴、三个齿轮传动装置以 及制动器和离合器的集合。第一齿轮传动装置在第一轴、第二轴和第三轴之间建立固定的 成比例的转速关系，使得第一轴按照三个轴中最慢的转速旋转并且第三轴按照三个轴中最 快的转速旋转。第二轴或第三轴可固定地结合到输入轴。第二齿轮传动装置在第四轴、第 五轴、第六轴和第七轴之间建立固定的线性转速关系。第三齿轮传动装置在第六轴、第三轴 和输出轴之间选择性地施加线性转速关系。第三齿轮传动装置可包括行星齿轮组和高离合 器。低离合器选择性地将第六轴结合到输出轴。第一制动器和第二制动器分别选择性地使 第四轴和第五轴保持不旋转。第一离合器和第二离合器选择性地将第一轴分别结合到第四 轴和第七轴。第三离合器选择性地将第二轴结合到第五轴。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1是第一变速器齿轮传动装置的示意图。
[0031] 图2是第二变速器齿轮传动装置的示意图。
[0032] 图3是第三变速器齿轮传动装置的示意图。
[0033] 图4是第四变速器齿轮传动装置的示意图。
[0034] 图5是第五变速器齿轮传动装置的示意图。
[0035] 图6是第六变速器齿轮传动装置的示意图。
[0036] 图7是第七变速器齿轮传动装置的示意图。
[0037] 图8是第八变速器齿轮传动装置的示意图。
【具体实施方式】
[0038] 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。
[0039] 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。
[0040] 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。
[0041] 图1中示意性地示出了一个示例变速器。变速器壳体10相对于车辆固定地安装。 输入轴12围绕输入轴轴线旋转。输入轴12由车辆发动机驱动，优选地经由允许发动机在 输入轴12静止时怠速的起动装置（例如，变矩器）。输出轴14围绕与输入轴轴线平行并从 输入轴轴线偏移的输出轴轴线旋转。输出轴14优选地经由可位于另一轴线上的差速器来 驱动车轮。
[0042] 图1的变速器使用三个简单行星齿轮组50、60和70。行星齿轮架52围绕输出轴 轴线旋转并且支撑一组行星齿轮58,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54的外轮齿和环形齿轮56的内轮齿啮合。中心齿轮和环形齿轮被支撑为 围绕输出轴轴线旋转。类似地构建齿轮组60和70,除了齿轮组60和70的中心齿轮、齿轮 架和环形齿轮被支撑用于围绕输入轴轴线旋转外。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。
[0043] 图1的变速器还使用两对轴分动齿轮。轴分动齿轮80和84被支撑为围绕输入轴 轴线旋转，而轴分动齿轮82和86被支撑用于围绕输出轴轴线旋转。轴分动齿轮80与轴分 动齿轮82啮合，而轴分动齿轮84与轴分动齿轮86啮合。啮合的轴分动齿轮施加固定的成 比例的转速关系。具有较多数量的轮齿的齿轮将比具有较少数量的轮齿的齿轮旋转得慢， 并且具有较多数量的轮齿的齿轮沿着与具有较少数量的轮齿的齿轮相反的方向旋转。表1 中列出了用于每个行星齿轮组和每个轴分动齿轮组的示意性齿数比。
[0044] 表 1
[0045]
【权利要求】
1. 一种变速器，包括： 输入轴； 输出轴； 第一齿轮传动装置，被构造为在输入轴和第一轴之间施加多个可选择的成比例的转速 关系； 第二齿轮传动装置，被构造为：i)在第一轴、第二轴和输出轴之间施加线性转速关系， ii)选择性地将第一轴结合到输出轴，iii)在输入轴和第二轴之间施加成比例的转速关 系。
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： 第三齿轮传动装置，被构造为在输入轴和第三轴之间施加多个可选择的成比例的转速 关系，包括至少一个可选择的成比例的转速关系，其中，所述第三轴按照比输入轴快的转速 旋转； 第四齿轮传动装置，被构造为在第三轴和第一轴之间固定地施加成比例的转速关系， 其中，所述第一轴按照比第三轴慢的转速旋转。
3. 如权利要求2所述的变速器，其中，所述第三齿轮传动装置包括： 第一简单行星齿轮组，具有第一中心齿轮、固定地结合到第三轴的第一齿轮架以及第 一环形齿轮； 第二简单行星齿轮组，具有第二中心齿轮、固定地结合到第一环形齿轮的第二齿轮架 以及固定地结合到第一齿轮架的第二环形齿轮； 第一离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第一中心齿轮； 第二离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第二中心齿轮； 第一制动器，被构造为选择性地使第二中心齿轮保持不旋转； 第二制动器，被构造为选择性地使第一环形齿轮和第二齿轮架保持不旋转； 第三离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第一环形齿轮和第二齿轮架。
4. 如权利要求2所述的变速器，其中，所述第三齿轮传动装置包括： 第一简单行星齿轮组，具有第一中心齿轮、固定地结合到第三轴的第一齿轮架以及第 一环形齿轮； 第二简单行星齿轮组，具有固定地结合到输入轴的第二中心齿轮、固定地结合到第一 环形齿轮的第二齿轮架以及第二环形齿轮； 第三简单行星齿轮组，具有第三中心齿轮、固定地结合到第二环形齿轮的第三齿轮架 以及固定地结合到第一齿轮架的第三环形齿轮； 第一制动器，被构造为选择性地使第一中心齿轮保持不旋转； 第一离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第三中心齿轮； 第二制动器，被构造为选择性地使第三中心齿轮保持不旋转； 第三制动器，被构造为选择性地使第二环形齿轮和第三齿轮架保持不旋转； 第二离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第二环形齿轮和第三齿轮架。
5. 如权利要求2所述的变速器，其中，所述第三齿轮传动装置包括： 第二简单行星齿轮组，具有固定地保持不旋转的第二中心齿轮、第二齿轮架以及固定 地结合到输入轴的第二环形齿轮； 拉威挪齿轮组，具有第三中心齿轮、第四中心齿轮、第三齿轮架以及固定地结合到第三 轴的第三环形齿轮； 第一制动器，被构造为选择性地使第三中心齿轮保持不旋转； 第二制动器，被构造为选择性地使第三齿轮架保持不旋转； 第一离合器，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第三中心齿轮； 第二离合器，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第四中心齿轮； 第三离合器，被构造为选择性地将输入轴结合到第三齿轮架。
6. 如权利要求2所述的变速器，其中，所述第四齿轮传动装置包括： 第三轴分动齿轮，固定地结合到第三轴； 第四轴分动齿轮，固定地结合到第一轴并与所述第三轴分动齿轮持续啮合地接合。
7. 如权利要求2所述的变速器，其中，所述第四齿轮传动装置包括： 第一简单行星齿轮组，具有固定地保持不旋转的第一中心齿轮、固定地结合到第一轴 的第一齿轮架以及固定地结合到第三轴的第一环形齿轮。
8. 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： 第五齿轮传动装置，被构造为在第四轴和第一轴之间施加多个可选择的成比例的转速 关系； 第六齿轮传动装置，被构造为在输入轴和第四轴之间固定地施加成比例的转速关系， 其中，第四轴按照比输入轴慢的转速旋转。
9. 如权利要求8所述的变速器，其中，所述第五齿轮传动装置包括： 第二简单行星齿轮组，具有固定地保持不旋转的第二中心齿轮、第二齿轮架以及固定 地结合到第四轴的第二环形齿轮； 拉威挪齿轮组，具有第三中心齿轮、第四中心齿轮、第三齿轮架以及固定地结合到第一 轴的第三环形齿轮； 第一制动器，被构造为选择性地使第三中心齿轮保持不旋转； 第二制动器，被构造为选择性地使第三齿轮架保持不旋转； 第一离合器，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第三中心齿轮； 第二离合器，被构造为选择性地将第二齿轮架结合到第四中心齿轮； 第三离合器，被构造为选择性地将第四轴结合到第三齿轮架。
10. 如权利要求8所述的变速器，其中，所述第五齿轮传动装置包括： 第二简单行星齿轮组，具有第二中心齿轮、第二齿轮架和第二环形齿轮； 第三简单行星齿轮组，具有固定地结合到第二中心齿轮的第三中心齿轮、第三齿轮架 以及固定地结合到第二齿轮架的第三环形齿轮； 第一制动器，被构造为选择性地使第二中心齿轮和第三中心齿轮保持不旋转； 第二制动器，被构造为选择性地使第三齿轮架保持不旋转； 第一离合器，被构造为选择性地将第四轴结合到第二中心齿轮和第三中心齿轮； 第二离合器，被构造为选择性地将第四轴结合到第二环形齿轮。
【文档编号】F16H3/66GK104343934SQ201410366040
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2013年7月29日
【发明者】唐纳德·爱德华·霍夫曼 申请人:福特全球技术公司
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