專利名稱：具有共用行星齒輪架的行星齒輪變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機動車輛的自動變速器領(lǐng)域，更為具體地，涉及用于變速器的行星齒 輪和離合器的運動設置。
背景技術(shù)：
在多種自動變速器中釆用行星齒輪組以通過選擇性地接合和分離用于連接并釋 放多個齒輪組部件間的連接的離合器來產(chǎn)生多個齒輪比。通過選擇性地接合和分離制 動器還實現(xiàn)了其它的齒輪比，該制動器固定選擇的齒輪組部件防止轉(zhuǎn)動或釋放其用于 轉(zhuǎn)動?？傮w上，隨著變速器產(chǎn)生的傳動比的數(shù)目的增加，控制變速器所需的離合器和 制動器的數(shù)目也在增加。變速器需要愈來愈多的齒輪比數(shù)目，而同時還需要最小化變 速器的總體封裝尺寸使得變速器仍可安裝在相對較小的機動車輛內(nèi)。顯而易見，這兩 個目的總體上互相矛盾。目前解決該問題的嘗試主要致力于增加變速器能夠產(chǎn)生的傳 動比的數(shù)目同時最小化用在變速器中的制動器和離合器的數(shù)目以便控制變速器的軸 向長度及其它尺寸。此外，當考慮變速器重新設計時，限制齒輪部件的旋轉(zhuǎn)速度也是 很重要的。例如，小齒輪通常以5至7倍于發(fā)動機轉(zhuǎn)速的速度旋轉(zhuǎn)，其會導致支撐小齒 輪的軸承使用壽命降低。總體而言，認為在至少可用齒輪比的數(shù)目、所需的齒輪旋轉(zhuǎn) 速度、變速器的尺寸和總體可靠性之間需要有所取舍。
基于以上所述，本領(lǐng)域中需要一種表現(xiàn)出較短總體軸向長度、沒有超速旋轉(zhuǎn)的特 定齒輪部件、并還提供較大數(shù)目的齒輪比的變速器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于能夠使用單個行星齒輪架產(chǎn)生六個前進檔傳動比和一個倒檔傳動 比的自動變速器。通過單個行星齒輪架，減小了變速器的總體長度，同時變速器仍提 供所需數(shù)目的齒輪比。
更為具體地，根據(jù)本發(fā)明的自動變速器包括適合由發(fā)動機驅(qū)動的輸入軸和輸出 軸。第一行星齒輪組具有第一中心齒輪、第一齒圈、共用行星齒輪架、可旋轉(zhuǎn)地支撐 在共用行星齒輪架上并與第一中心齒輪和作用為第一齒圏和第二中心齒輪的第一組 合齒輪驅(qū)動地接合的第一行星小齒輪組。第二行星齒輪組具有第二齒圈、可旋轉(zhuǎn)地支 撐在共用行星齒輪架上并與第一組合齒輪和作用為第二齒圈和第三齒圈的第二組合 齒輪驅(qū)動地接合的第二行星小齒輪組。第三行星齒輪組具有第三中心齒輪和可旋轉(zhuǎn)地 支撐在共用行星齒輪架上并與第三中心齒輪和第二組合齒輪驅(qū)動地接合的第三行星小齒輪組。第一制動器設置用于固定共用行星齒輪架防止旋轉(zhuǎn)并釋放共用行星齒輪 架，第一制動器優(yōu)選地為單向制動器。第二制動器選擇性地固定第一或第二組合齒輪 防止旋轉(zhuǎn)以接合第二或第六齒輪比。第三制動器固定第一或第三中心齒輪防止旋轉(zhuǎn)以 接合第三或第五齒輪比。
一系列嵌套離合器交替可驅(qū)動地連接至輸入軸或與之分離。該一系列離合器的第 一離合器將第三中心齒輪交替可驅(qū)動地連接至輸入軸或與之分離以形成倒檔齒輪比。 該一系列離合器的第二離合器將第一或第三中心齒輪交替可驅(qū)動地連接至輸入軸或 與之分離以形成第一、第二、第三或第四齒輪比。最后，該一系列離合器的第三離合 器將行星齒輪架交替可驅(qū)動地連接至輸入軸或與之分離以形成第四、第五、或第六齒 輪比。
結(jié)合附圖參考下面優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點將變 得更為顯而易見，其中在數(shù)個附圖中相同的附圖標記指代對應部件。


圖l為合并有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的多級變速器的車輛的示意圖。 圖2為本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的齒輪、離合器和制動器的運動設置的示意圖。 圖3為顯示了圖l變速器的產(chǎn)生多個前進檔傳動比和倒檔傳動比所需的離合器和
制動器的接合與分離的模式以及扭矩比的圖表。
圖4A至4D為顯示了圖l變速器的元件、離合器和制動器的速度和扭矩的圖表。 圖5為本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的齒輪、離合器和制動器的運動設置的示意圖。 圖6為本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的齒輪、離合器和制動器的運動設置的示意圖。
具體實施例方式
首先參考圖1,其顯示了具有車身11和驅(qū)動源12的機動車輛10。來自驅(qū)動源 12的動力傳遞至變速器18,隨后傳遞至動力傳動系20的其它部分并最終驅(qū)動車輪 22。車輛10顯示為后輪驅(qū)動車輛，但可采用任何類型的動力傳動系設置，包括前輪 驅(qū)動系統(tǒng)或全輪驅(qū)動系統(tǒng)。另外，驅(qū)動源12顯示為內(nèi)燃發(fā)動機，但可采用其它類型 的驅(qū)動設置，包括混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。此外，盡管沒有顯示，驅(qū)動源12和變速器18 之間通常有離合器或液力聯(lián)軸器(未顯示)，例如液力變矩器。
圖2中顯示了變速器18的第一優(yōu)選實施例，其描述了顯示數(shù)個變速器18部件的 運動設置的示意圖。如圖所示，變速器18包括適合連接至驅(qū)動源l2的輸入軸30。 變速器18還包括第一、第二和第三行星齒輪組31、 32、 33,第一、第二和第三行星 齒輪組31、 32、 33設置為通過在齒輪組31、 32、 33中使用某些共用零件形成緊密行 星齒輪系統(tǒng)。選擇性地成組驅(qū)動第一、第二和第三離合器CR、 CU34、 (M56以及第一、 第二和第三制動器BR1、 B26、 B35以便提供六個前進檔傳動比和一個倒檔傳動比。變速器18還具有適合連接至車輛10的驅(qū)動輪22的輸出軸55。
第一行星齒輪組31包括通過第二離合器C1234選擇性地接合輸入軸30或與之分離的第一中心齒輪Sl。第一組合齒輪62也形成第一行星齒輪組31的一部份。第一組合齒輪62通過第二制動器B26選擇性地制動，并如下進一步所述地作用為第一行星齒輪組31的第一齒圈和第二行星齒輪組32的第二中心齒輪。優(yōu)選地由一體式單元構(gòu)成的共用行星齒輪架65為所有三個行星齒輪組31、 32、 33所共用。共用行星齒輪架65可通過第一制動器BR1選擇性地制動，其優(yōu)選地構(gòu)成為單向制動器。共用行星齒輪架65還通過第三離合器C456選擇性地與輸入軸30直接接合或與之分離。第一行星小齒輪組70可旋轉(zhuǎn)地支撐在共用行星齒輪架65上并與第一中心齒輪Sl和第一組合齒輪62驅(qū)動地接合。
第二行星齒輪組32使用作為第二中心齒輪的第一組合齒輪62、作為第二齒圈的第二組合齒輪75和共用行星齒輪架65。第二行星齒輪組32還包括可旋轉(zhuǎn)地支撐在共用行星齒輪架65上并與第一組合齒輪62和第二組合齒輪75驅(qū)動地接合的第二行星小齒輪組80。除作用為第二行星齒輪組32的第二齒圈外，第二組合齒輪75還作用為第三行星齒輪組33的第三齒圈，并且在本實施例中連接至變速器18的輸出軸'55。
第三行星齒輪組33包括第三中心齒輪S3,其通過第三制動器B35選擇性地制動并還通過第一離合器CR與輸入軸30選擇性地接合或與之分離。第三行星齒輪組33還包括可旋轉(zhuǎn)地支撐在共用行星齒輪架65上并與第三中心齒輪S3和第二組合齒輪75驅(qū)動地接合的第三行星小齒輪組90。
如可從上述討論中看出的，第一、第二和第三離合器CR、 C12 34 、 (M56均連接至輸入軸30。此外，第一、第二和第三離合器CR、 C1234、 C456彼此緊密相鄰定位。在優(yōu)選實施例中，離合器CR、 C1234、 C456實際上由熔結(jié)金屬制成并嵌套。以這種設置，92處示意指示的單個外殼體可用于所有三個離合器CR、 Cl234、 C"6，從而節(jié)約了成本和空間。
圖3為顯示了用于產(chǎn)生六個前進檔傳動比和單個倒檔傳動比的離合器CR、C1234、C456以及制動器BR1、 B26、 B35的接合與釋放的優(yōu)選模式的圖表。圖3還提出了為根據(jù)本實施例的變速器18所形成的優(yōu)選扭矩比。在運轉(zhuǎn)中，通過第一離合器CR和第一制動器BR1的同時接合產(chǎn)生倒檔傳動比，其將輸入軸30連接至第三中心齒輪S3，這樣扭矩通過第三行星齒輪組33流至第二組合齒輪75并隨后流至輸出軸55。通過第一制動器BR1和第二離合器1234的同時接合產(chǎn)生第一檔傳動比。第二離合器C1234允許扭矩流傳遞至第一中心齒輪Sl。第一制動器BR1迫使共用行星齒輪架65停止轉(zhuǎn)動，從而影響所有三個行星齒輪組31、 32、 33。因此'扭矩從第一中心齒輪Sl通過第一、第二行星齒輪組31、 32傳遞并隨后傳遞至輸出軸55。
通過維持第二離合器C1234的接合、并開始接合第二制動器B26從而停止第一組合齒輪62、以及分離第一制動器BR1導致升檔至第二前進檔傳動比。扭矩仍然流向第一中心齒輪Sl,但由于第一組合齒輪62靜止，第一中心齒輪Sl和第二組合齒輪75之間的齒輪比改變以提供第二前進檔傳動比。隨后扭矩從第二組合齒輪75傳遞至輸出軸55。
通過第二制動器B26的分離和第三制動器B35的接合導致升檔至第三檔。由于第二制動器B26分離，第一組合齒輪62自由旋轉(zhuǎn)。由于第三制動器B35接合，第三中心齒輪S3固定不可旋轉(zhuǎn)。扭矩仍然流至第一中心齒輪Sl,然而由于第一組合齒輪62可旋轉(zhuǎn)而第三中心齒輪S3不可旋轉(zhuǎn)，第一中心齒輪Sl和第二組合齒輪75之間的齒輪比改變以提供第三前進檔傳動比。隨后扭矩從第二組合齒輪75傳遞至輸出軸55。
通過第三制動器B35的分離和第三離合器C456的接合導致升檔至第四檔。由于第三制動器B35分離，第三中心齒輪S3自由旋轉(zhuǎn)。由于第三離合器C456接合，輸入軸30連接至共用行星齒輪架65，從而同時向所有三個行星齒輪組31、 32、 33提供扭矩。由于第二、第三離合器C1234、 C456均接合，第 一 中心齒輪Sl也以與共用行星齒輪架65相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，其也迫使第二組合齒輪75以與輸入軸30相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，從而提供了 1:1的直接傳動。
通過第二離合器C1234的分離和第三制動器B35的接合導致升檔至第五檔(其優(yōu)選地構(gòu)成超速傳動比)。由于第二離合器C1234分離，第一中心齒輪Sl自由旋轉(zhuǎn)，同時第三制動器B35的接合保持第三中心齒輪S3靜止。輸入扭矩仍直接傳遞至共用行星齒輪架65,但來自輸入軸30的輸入扭矩和來自第三中心齒輪S3的反作用扭矩起作用以通過第三行星齒輪組33提供第五檔傳動比。
通過第二制動器B26的接合和第三制動器B35的分離導致升檔至第六檔(其提供第二超速傳動比)。由于第二制動器B26接合，第一組合齒輪保持靜止，且由于第三制動器B35分離，允許第三中心齒輪S3旋轉(zhuǎn)。輸入扭矩仍直接傳遞至共用行星齒輪架65，但來自輸入軸30的輸入扭矩和來自共用行星齒輪架65的反作用扭矩起作用以通過第一和第二行星齒輪組31、 32提供第六檔傳動比。
如圖4A至4D中所描述的，在多個表格中顯示了根據(jù)上述實施例的運動設置的多個零件的特性。更為具體地，多個元件以圖4A中所示的速度旋轉(zhuǎn)并按照圖4B中所示的多個扭矩運轉(zhuǎn)。圖4C中顯示了每個元件的離合器速度(clutch speed),而圖化中顯示了離合器扭矩(clutch torque )。又，應理 這些運轉(zhuǎn)參數(shù)代表了本發(fā)明的優(yōu)選形式，可不脫離本發(fā)明的范圍設定其它傳動比和其它運轉(zhuǎn)參數(shù)。
圖5和圖6分別顯示了本發(fā)明的第二實施例和第三實施例。運動設置基本上與圖2相類似，而且相同的零件以相同的附圖標記標出。每個實施例均具有共用行星齒輪架65和兩個組合齒輪62、 75。此外，它們以三個制動器BR1、 B26、 B35和三個優(yōu)選地容納在一起的離合器CR、 C1234、 C456運轉(zhuǎn)以提供六個前進檔傳動比和一個倒檔傳動比。此外，以相同的順序接合相同的離合器CR、 Cl234、 (MW和制動器BR1、 B26、B35以接合各個傳動比。然而，如下更為充分地解釋，具體連接有所不同。
參考圖5，顯示了根據(jù)第二優(yōu)選實施例的變速器18'。該實施例和圖2的實施例之間的不同在于第二制動器B26連接至第二組合齒輪75而非第一組合齒輪62,同時輸出軸55連接至第一組合齒輪62而非第二組合齒輪75。另外，第一行星齒輪組31'和第二行星齒輪組33'優(yōu)選地分別成型有雙行星小齒輪組7(T和雙行星小齒輪組90'。聯(lián)系圖6的變速器18",變速器18"和變速器18'之間的主要差別在于變速器18"中第三制動器B35和第一離合器CR連接至第一中心齒輪Sl且使用單個行星齒輪組。
基于上述，顯而易見本發(fā)明提供了一種自動變速器，其包括三個釆用共用行星齒輪架和多個組合齒輪的行星齒輪組以及一系列嵌套離合器，它們共同形成了有效地形成六個前進檔傳動比和一個倒檔傳動比的緊湊的變速器。另外，即使有很多齒輪比可用，為了有利地具有較短的總體軸向長度，沒有特定變速器齒輪部件以過快速度旋轉(zhuǎn)。盡管參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，應理解可不脫離本發(fā)明的實質(zhì)進行多種改變和/或修改?？傮w上，本發(fā)明僅意圖由權(quán)利要求的范圍所限定。
權(quán)利要求
1.一種車輛的自動變速器，包含適合被動力源驅(qū)動的輸入軸；輸出軸；包括第一中心齒輪、形成第一齒圈和第二中心齒輪的第一組合齒輪、共用行星齒輪架、和可旋轉(zhuǎn)地支撐在所述共用行星齒輪架上并與所述第一中心齒輪和所述第一組合齒輪驅(qū)動地接合的第一行星小齒輪組的第一行星齒輪組；包括第二齒圈、可旋轉(zhuǎn)地支撐在所述共用行星齒輪架上并與所述第一組合齒輪和形成第二齒圈和第三齒圈的第二組合齒輪驅(qū)動地接合的第二行星小齒輪組的第二行星齒輪組；以及包括第三中心齒輪、和可旋轉(zhuǎn)地支撐在所述共用行星齒輪架上并與所述第三中心齒輪和所述第二組合齒輪驅(qū)動地接合的第三行星小齒輪組的第三行星齒輪組。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動變速器，其特征在于，進一步包含用于選擇性 地固定所述共用行星齒輪架防止旋轉(zhuǎn)的第一制動器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動變速器，其特征在于，所述第一制動器構(gòu)成單向 制動器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動變速器，其特征在于，進一步包含用于選擇性 地固定所述第一組合齒輪或所述第二組合齒輪中的一個防止旋轉(zhuǎn)的第二制動器，所述 自動變速器提供了六個前進檔傳動比和一個倒檔傳動比，而所述第二制動器接合以形 成第二或第六齒輪比。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動變速器，其特征在于，進一步包含用于選擇性 地固定所述第一中心齒輪或所述第三中心齒輪防止旋轉(zhuǎn)的第三制動器以接合第三或 第五齒輪比。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動變速器，其特征在于，進一步包含在所述輸入 軸和所述第一、第二和第三行星齒輪組之間交替可驅(qū)動地連接或分離的一系列離合 器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動變速器，其特征在于，所述一系列離合器包括嵌 套在共用殼體中的第一、第二和第三離合器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動變速器，其特征在于，所述一系列離合器的第一離合器將所述第三中心齒輪交替可驅(qū)動地連接至所述輸入軸或與之分離以形成倒檔 齒輪比。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動變速器，其特征在于，所述一系列離合器的第二 離合器將所述第一中心齒輪和所述第三中心齒輪中的一個交替可驅(qū)動地連接至所述 輸入軸或與之分離以接合第一和第二齒輪比。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動變速器，其特征在于，所述一系列離合器的第三 離合器將所述共用行星齒輪架交替可驅(qū)動地連接至所述輸入軸或與之分離以接合第 四、第五和第六齒輪比。
11. 一種車輛的自動變速器，包含 適合被動力源驅(qū)動的輸入軸； 輸出軸；以及具有共用行星齒輪架的第一、第二和第三行星齒輪組。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的自動變速器，其特征在于，所述第一、第二和第三 行星齒輪組進一步包括兩個組合齒輪。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的自動變速器，其特征在于，進一步包含用于形成 六個前進檔傳動比和一個倒檔傳動比的三個離合器和三個制動器。
14. 一種車輛，包含 車身；支撐所述車身的多個車輪； 安裝在所述車身中的驅(qū)動源；以及用于將動力從所述驅(qū)動源傳遞至所述多個車輪的動力傳動系，所述動力傳動系包括多級自動變速器，其包括被所述驅(qū)動源驅(qū)動的輸入軸； 驅(qū)動地連接至所述多個車輪的輸出軸；包括第一中心齒輪、形成第一齒圈和第二中心齒輪的第一組合齒輪、共用行星齒輪架、和可旋轉(zhuǎn)地支撐在所述共用行星齒輪架上并與所述第一中心齒輪和所 述第一組合齒輪驅(qū)動地接合的第一行星小齒輪組的第一行星齒輪組；包括第二齒圏、可旋轉(zhuǎn)地支撐在所述共用行星齒輪架上并與所述第一組合齒 輪和形成第二齒圈和第三齒圈的第二組合齒輪驅(qū)動地接合的第二行星小齒輪組的第二行星齒輪組；包括第三中心齒輪、和可旋轉(zhuǎn)地支撐在所述共用行星齒輪架上并與所述第三 中心齒輪和所述第二組合齒輪驅(qū)動地接合的第三行星小齒輪組的第三行星齒輪 組。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的車輛，其特征在于，所述自動變速器進一步包含用 于選擇性地固定所述共用行星齒輪架防止旋轉(zhuǎn)的第一制動器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的車輛，其特征在于，所述自動變速器進一步包含用 于選擇性地固定所述第一組合齒輪或所述第二組合齒輪中的一個防止旋轉(zhuǎn)的第二制 動器，所述自動變速器提供六個前進檔傳動比和一個倒檔傳動比，而所述第二制動器 接合以形成第二或第六齒輪比。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的車輛，其特征在于，所述自動變速器進一步包含用 于選擇性地固定所述第一中心齒輪或所述第三中心齒輪防止旋轉(zhuǎn)的第三制動器以接 合第三或第五齒輪比。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的車輛，其特征在于，所述自動變速器進一步包含在 所述輸入軸和所述第一、第二和第三行星齒輪組之間交替可驅(qū)動地連接或分離的一系 列離合器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的車輛，其特征在于，所述一系列離合器的第一離合 器將所述第三中心齒輪交替可驅(qū)動地連接至所述輸入軸或與之分離以形成倒檔齒輪 比。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的車輛，其特征在于，所述一系列離合器的第二離合 器將所述第一中心齒輪和所述第三中心齒輪中的一個交替可驅(qū)動地連接至所述輸入 軸或與之分離以接合第一和第二齒輪比。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的車輛，其特征在于，所述一系列離合器的第三離合器將所述共用行星齒輪架交替可驅(qū)動地連接至所述輸入軸或與之分離以接合第四、第 五和第六齒輪比。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有共用行星齒輪架的行星齒輪變速器。公開了一種自動變速器，包括具有可旋轉(zhuǎn)地支撐在共用行星齒輪架上并與第一中心齒輪和作用為第一齒圈和第二中心齒輪的第一組合齒輪驅(qū)動地接合的第一行星小齒輪組的第一行星齒輪組。第二行星齒輪組包括可旋轉(zhuǎn)地支撐在共用行星齒輪架上并與第一組合齒輪和作用為第二齒圈和第三齒圈的第二組合齒輪驅(qū)動地接合的第二行星小齒輪組。第三行星齒輪組具有可旋轉(zhuǎn)地支撐在共用行星齒輪架上并與第三中心齒輪和第二組合齒輪驅(qū)動地接合的第三行星小齒輪組。采用一系列嵌套的離合器和多個制動器以使用單個行星齒輪架形成六個前進檔傳動比和一個倒檔傳動比。本發(fā)明減小了變速器總體長度，同時仍提供所需數(shù)目齒輪比。
文檔編號F16H3/62GK101660589SQ20091016862
公開日2010年3月3日 申請日期2009年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日
發(fā)明者格里高利·丹尼爾·戈勒斯基, 格里高利·迪安·加德納, 約翰·威廉·吉姆斯, 馬克·威廉·羅瑟洛特 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司