專利名稱：產生連續(xù)速比的變速箱的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及機動車輛的傳動系，更具體地，涉及一種具有這樣變速器的變速箱，該變速器產生無級的、可連續(xù)變化的速比范圍。
背景技術：
優(yōu)化配裝有相對小的發(fā)動機的機動車輛，尤其是發(fā)動機和變速箱橫向、前輪驅動配置的機動車輛的燃油效率和性能，需要一種需要盡可能小的空間、并且能夠產生無級的、 可連續(xù)變化的速比范圍的高效變速箱。

發(fā)明內容
一種變速箱，包括輸入端，變速器，該變速器包括輸出端以及連接至輸入端的座圈，用于在輸出端與座圈之間產生可變化的速比，齒輪組，其包括與輸出端連接的組件，以及第二和第三組件，第一離合器，其開啟和關閉輸入端與第二組件之間的連接，以及第二離合器，其用于開啟和關閉輸出端與第三組件之間的連接。變速箱包括球形變速器，并且與裝有其它變速器的變速箱相比，其需要的包裝空間更小。由于與具有其它變速器的變速箱相比，處于傳動路徑中的齒輪更少，特別是與具有半環(huán)形變速器或環(huán)形變速器的變速箱相比，變速器的整體機械效率得以改善。當在三模式的具體實施例的第三模式下運行時，動力流是分離的，如此，變速器僅經受部分輸入端動力，因而減少了變速器的效率損耗。從接下來詳細的說明書、權利要求書以及


，本發(fā)明優(yōu)選實施例的應用范圍將變得顯而易見。應當了解的是，雖然闡述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是說明書以及特定實施例僅為示例性提出。對所闡述的具體實施例以及示例所做的改變和修改對本領域技術人員將會變得顯而易見。

通過參考下列說明書并結合附圖，將會更好地理解本發(fā)明，其中圖1是雙模式可連續(xù)變化的變速箱的示意圖；圖2顯示了圖1的變速箱的傳動齒輪組、第一模式齒輪組和主減速器的優(yōu)選齒數；圖3顯示了圖1的變速箱的混合行星齒輪組的貝他比(beta ratio)和太陽齒輪、 環(huán)形齒輪以及行星小齒輪的優(yōu)選齒數；圖4為一表格，其示出了系統(tǒng)組件的速比隨圖1的變速箱中的變速器速比變化而變化的關系；圖5是三模式可連續(xù)變化的變速箱的示意圖；圖6顯示了圖5和圖10的變速箱的傳動齒輪組、第一模式齒輪組、第三模式齒輪組和主減速器的優(yōu)選齒數；圖7顯示了圖5和圖10變速箱的混合齒輪組的貝他比和太陽齒輪、環(huán)形齒輪以及行星小齒輪的優(yōu)選齒數；圖8顯示了圖5的變速箱在三種模式下運行時的離合器的狀態(tài)；圖9為一圖表，其示出了系統(tǒng)組件的速比隨圖5的變速箱中的變速器速比變化而變化的關系；圖10是三模式可連續(xù)變化的變速箱的示意圖；圖11顯示了圖10的變速箱在三種模式下運行時的離合器的狀態(tài)；圖12為一圖表，其示出了系統(tǒng)組件的速比隨圖10的變速箱中的變速器速比變化而變化的關系；以及圖13是另一種三模式可連續(xù)變化的變速箱的示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參考說明書附圖，圖1示出了用于在發(fā)動機12和主減速器小齒輪14之間傳遞動力的變速箱10。變速箱10包括扭轉阻尼器16 ；米爾納球形變速器(Milner ball variator) 18 ；包含小齒輪20和齒輪22的傳動齒輪組；包含小齒輪M和齒輪沈的第一模式齒輪組；第一模式離合器觀；第二模式離合器30 ；以及混合行星齒輪組32。小齒輪20與變速器輸出端42固定連接。小齒輪M與軸46固定連接。齒輪沈設置在軸50上。米爾納球形變速器18包括球體34，并且是一種可變幾何形狀的4點接觸滾珠軸承。內部座圈分為36、37兩個部分，外部座圈分成38、39兩個部分。通過改變外部座圈38、 39部分之間的軸向距離，可以改變內部座圈36、37部分之間的距離，并且球體34在內部座圈與外部座圈之間沿徑向位移。由于球體的位置相對于座圈發(fā)生了變化，因此球體34與座圈之間的接觸位置發(fā)生了變化，從而改變了變速器的速比。此處所使用的、驅動地連接到軸46的內部座圈36、37，作為變速器18的輸入端。 外部座圈38、39接地，S卩，設置在箱體40上保持不旋轉。球體承載器42是變速器的輸出端。 變速器18的輸出端速度始終小于它的輸入端36、37的速度。變速器18與混合行星齒輪組32、傳動齒輪組、第一模式齒輪組以及離合器觀、30 相結合以產生多種模式的傳動。支承在輸入端軸46上的阻尼器16與發(fā)動機軸48相連接。 動力從輸入端軸46傳送至副軸50。在向前驅動中，軸52，即副軸中軸線M上的輸出端，沿與發(fā)動機軸48相反的方向旋轉。主減速器小齒輪14與位于差速器/車輪中軸線上的主減速器齒輪相嚙合。球形變速器18可以設置在軸46或者軸50上。為了在第一模式下運行，第一模式離合器觀嚙合，第二模式離合器30松開，并且變速器18與混合行星齒輪組32、變速器傳動齒輪組20-22、以及第一模式齒輪組M46相結合。第一模式產生反向驅動和低范圍的向前驅動，其中，變速器輸出端42通過變速器傳動齒輪組20-22與混合行星齒輪組32組的太陽齒輪60相連接。由于第一模式離合器28 嚙合，混合行星齒輪組32的第二元件，即承載器62，與第一模式齒輪組M46的輸出端相連接?；旌闲行驱X輪組32的第三元件，即環(huán)形齒輪64，與變速箱10的輸出端52相連接。行星小齒輪66支承在承載器62上并且與太陽齒輪60和環(huán)形64相嚙合。為了在第二模式下運行，第一模式離合器觀松開，第二模式離合器30嚙合。第二模式為高速模式，其中，由于第二模式離合器30與輸出端52嚙合而繞過混合行星齒輪組 32，所以變速器輸出端42通過變速器傳動齒輪組20、22連接。適當選擇行星齒輪組的貝他比，S卩，環(huán)形64的節(jié)徑與太陽齒輪60的節(jié)徑之比，以及傳動齒輪組20-22，M-26的速比，低速模式下運行會產生反向驅動、空檔以及低速向前驅動的檔位范圍。此外，產生一個節(jié)點，在該節(jié)點處，第一模式的和第二模式的全部速比重疊以允許在節(jié)點之間平滑切換。圖2示出了傳動齒輪組20-22，第一模式齒輪組以及主減速器的優(yōu)選齒數。圖3示出了混合齒輪組32的貝他比和太陽齒輪60、環(huán)形64和行星小齒輪66的優(yōu)選齒數。如圖4所示，在正扭矩條件下、同時變速箱10工作于第一模式下，此時變速器18 的速比達到了它的最大值0. 6250，且發(fā)動機速度處在基準速度1. 000,變速器輸出端42 的速度為0. 6250，齒輪22和太陽齒輪60的速度為-1. 8421，齒輪沈和承載器62的速度為-0. 4608，環(huán)形齒輪64和主減速器小齒輪14的速度為0. 2209，以及主減速器輸出端的速度為-0. 0545。在第一模式運行期間，當變速器18的速比減少至0. 4731時，主減速器輸出端的速度是零。在第一模式運行期間，當變速器18的速比進一步減少至0. 1563時，主減速器輸出端的速度是0. 1137。在正扭矩條件下、變速箱10工作于第二模式下時，此時變速器18的速比達到它的最小值0. 1563并且發(fā)動機速度為1. 000,變速器輸出端42的速度為0. 1563，齒輪22和太陽齒輪60的速度為-0. 4608，齒輪沈的速度為-0. 4608，承載器62的速度為-0. 4608，環(huán)形齒輪64和主減速器小齒輪14的速度為-0. 4608，主減速器輸出端的速度為0. 1137。在第二模式運行期間，當變速器18的速比增加至0. 2721時，主減速器輸出端的速度是0. 1979。在第二模式運行期間，當變速器18的速比進一步增加至0. 6250時，主減速器輸出端的速度是0. 4545。圖5的三模式變速箱70除了圖1中的雙模式變速箱10的組件之外，還包括第三模式傳動齒輪組，該第三模式傳動齒輪組包含設置在軸46上的小齒輪72和固定在軸50上的齒輪74 ；以及第三模式離合器76，其可以使小齒輪72和軸46交替地連接與分離。在第三模式運行期間，變速器18的輸出端42通過傳動齒輪組20-22與混合行星齒輪組32中的一個組件相連接，例如，與太陽齒輪60連接，由于離合器76嚙合，混合行星齒輪組32中的第二組件，例如承載器62，與第三模式齒輪組72-74的輸出端相連接，混合行星齒輪組32中的第三組件，例如，環(huán)形齒輪64，與主減速器輸出端小齒輪14相連接。適當選擇貝他比、速比、以及變速器18的比率范圍，會產生一個節(jié)點，在該節(jié)點處，第二模式與第三模式的所有比率重疊，以允許第二和第三模式之間平滑切換。圖6顯示了傳動齒輪組20-22、第一模式齒輪組對_26、第三模式齒輪組72_74以及主減速器的優(yōu)選齒數。圖7顯示了混合行星齒輪組32的貝他比和太陽齒輪60、環(huán)形64以及行星小齒輪 66的優(yōu)選齒數。圖8顯示了離合器觀、30以及76在三種模式下運行的狀態(tài)。如圖9所示，在正扭矩條件下、同時變速箱70工作于第一模式下時，變速器18的速比達到它的最大值0. 6250，并且發(fā)動機速度處在基準速度1. 000,變速器輸出端42 的速度為0. 6250，齒輪22和太陽齒輪60的速度為-1. 5833，齒輪沈和承載器62的速度為-0. 3953，環(huán)形64和主減速器小齒輪14的速度為0. 2706，主減速器輸出端的速度為-0. 0547。在第一模式運行期間，當變速器18的速比減少至0. 4344時，主減速器輸出端的速度是零。在第一模式運行期間，當變速器18的速比進一步減少至0. 1561時，主減速器輸出端的速度為0. 0799。在正扭矩條件下、變速箱70工作于第二模式下時，此時變速器18的速比達到它的最小值0. 1561，并且發(fā)動機速度為1.000，變速器輸出端42的速度為0. 1561，齒輪22和太陽齒輪60的速度為-0. 3953，齒輪沈的速度為-0. 3953，承載器62的速度為-0. 3953，環(huán)形齒輪64和主減速器小齒輪14的速度為-0. 3953，主減速器輸出端的速度為0. 0799。在第二模式運行期間，當變速器18的速比增加至0. 2718時，主減速器輸出端速度為0. 1392。在第二模式運行期間，當變速器18的速比進一步增加至0. 6250時，主減速器輸出端的速度為0. 3200。在正扭矩條件下、變速箱70工作于第三模式下時，變速器18的速比達到它的最大值0. 6250，并且發(fā)動機速度為1. 000，變速器輸出端42的速度為0. 6250，齒輪22和太陽齒輪60的速度為-1. 5833，齒輪沈的速度為-0. 3953，承載器62的速度為-1. 5833，環(huán)形齒輪 64和主減速器小齒輪14的速度為-1. 5833，主減速器輸出端的速度為為0. 3200。在第三模式運行期間，當變速器18的速比減少至0. 3588時，主減速器輸出端的速度為0. 3965。在第三模式運行期間，當變速器18的速比進一步減少至0. 1561時，主減速器輸出端的速度為0. 4547?，F(xiàn)在參考圖10，變速箱80在發(fā)動機12和主減速器小齒輪14之間傳遞動力。變速箱80進一步包括扭轉阻尼器16 ；米爾納球形變速器82 ；包含小齒輪84和齒輪86的傳動齒輪組；包含小齒輪88和齒輪90的第一模式齒輪組；第一模式離合器92 ；第二模式離合器 94 ；第三模式離合器96 ；包含小齒輪98和齒輪100的第三模式齒輪組，以及混合行星齒輪組102。小齒輪84與輸入端軸46固定連接。小齒輪88與軸46固定連接。小齒輪98設置在軸46上。齒輪90設置在軸104上。齒輪100固定在承載器106上。米爾納球形變速器82包括球體34 ；分離的內部座圈36、37 ；分離的外部座圈38、 39 ；固定在軸104上的承載器42。每個座圈都是彼此分離的，這樣可以允許球體與座圈之間的接觸點發(fā)生變化，并因而改變變速器的速比。這里所使用的內部座圈36、37作為變速器18的輸入端，外部座圈38、39接地，即，設置在箱體40上保持不旋轉，并且球體承載器42 作為輸出端，其速度始終小于輸入端速度。球體34在內部座圈與外部座圈之間的圓環(huán)面內繞軸線44旋轉。變速器18與混合行星齒輪組102、傳動齒輪組，第一和第三模式齒輪組以及離合器92、94和96相結合以生成多模式的變速箱80。支承在輸入端軸46上的阻尼器16與發(fā)動機軸48相連接。在向前驅動中，軸52，即副軸中心線44上的輸出端，沿與發(fā)動機軸48相反的方向旋轉。主減速器小齒輪14與位于差速器/車輪中軸線上的主減速器齒輪相嚙合。為了在第一模式下運行，第一模式離合器92嚙合，離合器94、96松開。將發(fā)動機 12的動力通過齒輪組88-90和離合器92從輸入端軸46傳送至混合行星齒輪組102的承載
7器106。發(fā)動機12的動力還通過齒輪組84-86從輸入端軸46傳送至變速器82的內部座圈 36、37。變速器輸出端42與混合行星齒輪組102的太陽齒輪108相連接?；旌闲行驱X輪組 102的第三組件，即環(huán)形齒輪110，與變速箱80的輸出端52相連接。行星小齒輪112支承在承載器106上并且與太陽齒輪108和環(huán)形齒輪110嚙合。為了在第二模式下運行，離合器92、96松開，并且第二模式離合器94嚙合。在第二模式中，發(fā)動機12的動力通過齒輪組84-86從輸入端軸46傳遞至變速器82的內部座圈 36、37。變速器輸出端42與混合行星齒輪組102的太陽齒輪108相連接。由于離合器94 嚙合，混合行星齒輪組102的第三組件，即環(huán)形齒輪110，也與變速器輸出端42和太陽齒輪 108相連接，因而繞過了混合行星齒輪組102。由于離合器94嚙合，輸出端52在變速器輸出端42和太陽齒輪108的速度下被持續(xù)驅動。為了在第三模式下運行，離合器92、94松開，并且第三模式離合器96嚙合。在第三模式運行期間，發(fā)動機12的動力通過齒輪組84-86從輸入端軸46傳送至變速器82的內部座圈36、37。由于第三模式離合器96嚙合，發(fā)動機12的動力也通過齒輪組98-100從輸入端軸46傳送至混合行星齒輪組102的承載器106。變速器82的輸出端42與混合行星齒輪組102的一個組件相連接，比如太陽齒輪108?；旌闲行驱X輪組102的第三組件，例如環(huán)形齒輪110，與主減速器輸出端小齒輪14相連接。適當選擇行星齒輪組的beta比率和傳動齒輪組84-86、88-90、98_100的速比，第一模式的運行將會產生反向驅動、空檔以及低速向前驅動的檔位范圍。此外，產生一個節(jié)點，在該節(jié)點處，鄰接節(jié)點的全部速比重疊以允許在節(jié)點之間平滑切換。圖6顯示了傳動齒輪組84-86、第一模式齒輪組88_90、第三模式齒輪組98-100以及主減速器的優(yōu)選齒數。圖7顯示了混合行星齒輪組102的貝他比和太陽齒輪108、環(huán)形齒輪110以及行星小齒輪108的優(yōu)選齒數。圖11顯示了離合器92、94、96在三種模式下運行的狀態(tài)。如圖12所示，在正扭矩條件下、同時變速箱80工作于第一模式下時，變速器82的速比達到了它的最大值0. 6250，并且發(fā)動機速度處在基準速度1. 000,變速器輸出端42和太陽齒輪108的速度為-1. 5833，齒輪90和承載器106的速度為-0. 3953，并且環(huán)形齒輪 110和主減速器小齒輪14的速度為0. 2706，以及主減速器輸出端的速度為-0. 0547。在第一模式運行期間，當變速器82的速比減少至0. 4344時，主減速器輸出端的速度是零。在第一模式運行期間，當變速器82的速比進一步減少至0. 1561時，主減速器輸出端的速度為0. 0799。在正扭矩條件下、變速箱80工作于第二模式下時，此時變速器82的速比達到它的最小值0. 1561，并且發(fā)動機速度為1. 000,變速器輸出端42和太陽齒輪108的速度為-0. 3953，齒輪90的速度為-0. 3953，承載器106的速度為-0. 3953，環(huán)形齒輪110和主減速器小齒輪14的速度為-0. 3953，以及主減速器輸出端的速度為0. 0799。在第二模式運行期間，當變速器82的速比增加至0. 2718時，主減速器輸出端的速度為0. 1392。在第二模式運行期間，當變速器82的速比進一步增加至0. 6250時，主減速器輸出端的速度為0. 3200。在正扭矩條件下、變速箱80工作于第三模式下時，此時變速器82的速比達到它的最大值0. 6250，并且發(fā)動機速度為1. 000,變速器輸出端42和太陽齒輪108的速度為-1. 5833，齒輪90的速度為-0. 3953，承載器106的速度為-1. 5833，環(huán)形齒輪110和主減速器小齒輪14的速度為-1. 5833，以及主減速器輸出端速度為0. 3200。在第三模式運行期間，當變速器82的速比減少至0. 3588時，主減速器輸出端的速度為0. 3965。在第三模式運行期間，當變速器82的速比進一步減少至0. 1561時，主減速器輸出端的速度為0. 4547。在雙模式變速器10和三模式變速箱70、80的第二模式中，動力路徑全部通過球形變速器18、82。在三模式變速箱70、80的第三模式中，動力路徑是分離的，這樣變速器18、82僅經受部分的動力，因而減少了變速器的效率損耗。圖13中的三模式變速箱120除了圖1中的雙模式變速箱10的組件之外，還包括第三模式傳動齒輪組，其包含與軸46固定連接的小齒輪72和設置在軸50上的齒輪74 ；以及第三模式離合器76，其使齒輪74和軸50交替地連接與分離。在第三模式運行期間，變速器18的輸出端42通過傳動齒輪組20-22與混合行星齒輪組32中的一個組件相連接，例如，與太陽齒輪60連接，由于離合器76嚙合，混合行星齒輪組32中的第二組件，例如承載器62，與第三模式齒輪組72-74的輸出端相連接，混合行星齒輪組32中的第三組件，例如，環(huán)形齒輪64，與主減速器輸出端小齒輪14相連接。適當選擇貝他比、速比、以及變速器18的比率范圍，會產生一個節(jié)點，在該節(jié)點處，第二模式與第三模式的所有比率重疊，以允許第二和第三模式之間平滑切換。根據專利法律文件的條款，本發(fā)明已經闡述了優(yōu)選實施例。然而，應該注意的是， 除了已經特別闡述和說明的之外，其他可選的方案也可以實施。
權利要求
1.一種變速箱，其特征在于，包含 輸入端；變速器，該變速器包括輸出端以及與輸入端連接的座圈，其在輸出端與座圈之間產生可變化的速比；齒輪組，該齒輪組包括與輸出端連接的組件，以及第二和第三組件； 第一離合器，其開啟和關閉輸入端與第二組件之間的連接； 第二離合器，其開啟和關閉輸出端、組件及第三組件之間的連接。
2.根據權利要求1所述的變速箱，其特征在于變速器為米爾納球形變速器，其進一步包括，固定不轉動的第二座圈，支承在座圈與第二座圈之間用于旋轉的球體，以及輸出端為由該球體驅動的球體承載器。
3.根據權利要求1所述的變速箱，其特征在于，其進一步包含， 第一小齒輪，其與輸入端固定連接；第一齒輪，其與第一小齒輪相嚙合，第一離合器，其通過第一小齒輪和第一齒輪使輸入端與第二組件相連接。
4.根據權利要求1所述的變速箱，其特征在于，其進一步包含， 第二小齒輪，其與輸出端固定連接；第二齒輪，其與第二小齒輪相嚙合并固定至組件，第二離合器，其通過第二小齒輪和第二齒輪使輸出端、組件以及第三組件相連接。
5.根據權利要求1所述的變速箱，其特征在于， 組件為太陽齒輪；第三組件為環(huán)形齒輪； 第二組件為承載器；以及齒輪組進一步包含支承在承載器上并與太陽齒輪以及環(huán)形齒輪相嚙合的行星小齒輪。
6.根據權利要求1所述的變速箱，其特征在于，其進一步包含， 第三小齒輪，其設置于輸入端上；第三齒輪，其固定至第二組件且與第三小齒輪相嚙合；以及第三離合器，其通過第三小齒輪和第三齒輪開啟和關閉輸入端與第二組件之間的連接。
7.根據權利要求1所述的變速箱，其特征在于，其進一步包含， 固定至輸入端的第三小齒輪；第三齒輪，其設置在第二組件上且與第三小齒輪相嚙合；以及第三離合器，其通過第三小齒輪和第三齒輪開啟和關閉輸入端與第二組件之間的連接。
8.根據權利要求1所述的變速箱，其特征在于，其進一步包含， 第二小齒輪，其固定至輸入端；第二齒輪，其與第二小齒輪相嚙合并且固定至座圈。
9.根據權利要求1所述的變速箱，其特征在于，其進一步包含， 第三小齒輪，其設置在輸入端上；第三齒輪，其與第三小齒輪相嚙合且固定至第二組件。
10.根據權利要求1所述的變速箱，其特征在于，其進一步包含， 第三小齒輪，其固定至輸入端；第三齒輪，其設置在第二組件上且與第三小齒輪相嚙合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種產生連續(xù)速比的變速箱，包括輸入端，變速器，該變速器包括輸出端以及連接至輸入端的座圈，用于在輸出端與座圈之間產生可變化的速比，齒輪組，其包括與輸出端連接的組件，以及第二和第三組件，第一離合器，其開啟和關閉輸入端與第二組件之間的連接，以及第二離合器，其用于開啟和關閉輸出端與第三組件之間的連接。
文檔編號F16H57/02GK102338208SQ20111020031
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月18日 優(yōu)先權日2010年7月19日
發(fā)明者唐納德·W·霍夫曼, 大衛(wèi)·A·詹森 申請人:福特全球技術公司