多級變速器的制造方法
【專利摘要】一種多級變速器(10)，其可以包括布置在外殼(24)中的輸入構件(14)和輸出構件(20)。該外殼(24)內(nèi)可以布置有第一行星齒輪組(130，230，330，430，530)、第二行星齒輪組(132，232，332，432，532)、第三行星齒輪組(134，234，334，434，534)和第四行星齒輪組(136，236，336，436，536)，每個行星齒輪組包括太陽齒輪、行星架和環(huán)形齒輪。六個控制元件可以可操作地耦合至行星齒輪組中的每個行星齒輪組，并且可選擇性地嚙合以在輸入構件(14)與輸出構件(20)之間產(chǎn)生不同齒輪比的集合。該不同齒輪比的集合可以包括至少十個正向齒輪比和至少一個反向齒輪比。
【專利說明】多級變速器
【技術領域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及用在車輛和機器中的變速器，更具體地涉及多級行星式變速器?！颈尘凹夹g】
[0002]機器比如例如卡車、建筑設備、采礦機器等用來執(zhí)行許多任務。為了有效地執(zhí)行這些任務，這些機器需要一種向變速器提供足夠功率的電源。這個電源可以是被操作以生成功率輸出的發(fā)動機，比如例如柴油發(fā)動機、汽油發(fā)動機、渦輪發(fā)動機或天然氣發(fā)動機。該變速器可以提供大范圍的傳動，以使得機器能夠以若干不同的速度來工作，同時保持發(fā)動機在期望的工作范圍內(nèi)。通常，該機器包括多級變速器，該多級變速器通常包括一系列齒輪并且通過轉(zhuǎn)矩變換器連接至發(fā)動機。該轉(zhuǎn)矩變換器可以幫助初始啟動并且還可以提供較寬的轉(zhuǎn)矩傳遞范圍。
[0003]Wittkopp等人的U.S.專利7，828，690公開了一種多級變速器，該多級變速器在圖2a至圖2c中具有四個行星齒輪組、三個離合器和三個制動器以提供十個正向速度比和一個反向速度比。該變速器的輸入持續(xù)性地連接至第一行星齒輪組的環(huán)形齒輪，并且輸出持續(xù)性地連接至第四行星齒輪組的行星架。與本公開內(nèi)容的變速器相比，由Wittkopp等人所公開的變速器提供了較小的總齒輪比和較大的最大步長比。
[0004]Phillips等人的U.S.專利7，909，726公開了一種多級變速器，該多級變速器具有四個行星齒輪組、四個離合器和兩個制動器以提供十個正向速度比和一個反向速度比。變速器的輸入持續(xù)性地連接至第一行星齒輪組的行星架，并且輸出持續(xù)性地連接至第四行星齒輪組的行星架。該變速器包括在相鄰的行星齒輪組之間的持續(xù)性的機械鏈接(即，第一行星齒輪組的元件持續(xù)性地鏈接至第二行星齒輪組的元件，第二行星齒輪組的元件持續(xù)性地鏈接至第三行星齒輪組的元件，并且第三行星齒輪組的元件持續(xù)性地鏈接至第四行星齒輪組的元件)。與本公開內(nèi)容的變速器相比，Phillips等人所公開的變速器提供了較小的總齒輪比和較大的最大步長比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在本公開內(nèi)容的一個實施方式中，一種多級變速器可以包括布置在外殼中的輸入構件和輸出構件。該外殼內(nèi)可以布置有第一行星齒輪組、第二行星齒輪組、第三行星齒輪組和第四行星齒輪組，每個行星齒輪組包括太陽齒輪、行星架和環(huán)形齒輪。六個控制元件可以被操作地耦合至行星齒輪組中的每個行星齒輪組，并且可選擇性地嚙合以在輸入構件與輸出構件之間產(chǎn)生不同齒輪比的集合。不同齒輪比的集合可以包括至少十個正向齒輪比和至少一個反向齒輪比。輸入構件可以持續(xù)性地連接至第一行星齒輪組的太陽齒輪。
[0006]在本公開內(nèi)容的另一實施方式中，一種多級變速器可以包括布置在外殼中的輸入構件和輸出構件。外殼內(nèi)可以布置有第一行星齒輪組、第二行星齒輪組、第三行星齒輪組和第四行星齒輪組，每個行星齒輪組包括太陽齒輪、行星架和環(huán)形齒輪。六個控制元件可以可操作地耦合至行星齒輪組中的每個行星齒輪組，并且可選擇性地嚙合以產(chǎn)生不同齒輪比的集合，該不同齒輪比的集合包括至少十個正向齒輪比和至少一個反向齒輪比。輸出構件可以持續(xù)性地連接至第四行星齒輪組的環(huán)形齒輪。
[0007]在本公開內(nèi)容的另一實施方式中，一種多級變速器可以包括布置在外殼中的輸入構件和輸出構件。該外殼內(nèi)可以布置有第一行星齒輪組、第二行星齒輪組、第三行星齒輪組和第四行星齒輪組，并且每個行星齒輪組包括太陽齒輪、行星架和環(huán)形齒輪。該多級變速器可以包括不多于六個控制元件，其中至少一個控制元件可操作地耦合至行星齒輪組中的每個行星齒輪組。該控制元件可選擇性地嚙合以產(chǎn)生不同齒輪比的集合，該不同齒輪比的集合包括至少十個正向齒輪比和至少一個反向齒輪比。輸入構件可以持續(xù)性地連接至第一行星齒輪組的太陽齒輪，并且輸出構件可以持續(xù)性地連接至第四行星齒輪組的環(huán)形齒輪。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實施方式的包括多級變速器的機器的示意圖。
[0009]圖2A是根據(jù)本公開內(nèi)容的第一實施方式的變速器的示意圖。
[0010]圖2B是標識由圖2A的變速器所提供的每個齒輪的嚙合的控制元件、比率減小和步長比的真值表。
[0011]圖3A是根據(jù)本公開內(nèi)容的第二實施方式的變速器的示意圖。
[0012]圖3B是標識由圖3A的變速器所提供的每個齒輪的嚙合的控制元件、比率減小和步長比的真值表。
[0013]圖4A是根據(jù)本公開內(nèi)容的第三實施方式的變速器的示意圖。
[0014]圖4B是標識由圖4A的變速器所提供的每個齒輪的嚙合的控制元件、比率減小和步長比的真值表。
[0015]圖5A是根據(jù)本公開內(nèi)容的第四實施方式的變速器的示意圖。
[0016]圖5B是標識由圖5A的變速器所提供的每個齒輪的嚙合的控制元件、比率減小和步長比的真值表。
[0017]圖6A是根據(jù)本公開內(nèi)容的第五實施方式的變速器的示意圖。
[0018]圖6B是標識由圖6A的變速器所提供的每個齒輪的嚙合的控制元件、比率減小和步長比的真值表。
【具體實施方式】
[0019]參考圖1A，機器12中包括多級變速器10。輸入構件14通過轉(zhuǎn)矩變換器18將變速器10連接至電源16，并且輸出構件20將變速器10連接至一個或更多個驅(qū)動輪加載設備
22。雖然機器12被示出為卡車，然而其可以是能夠從多級變速器的使用中獲益的任何類型的機器。電源16可以是能夠以多級變速器10來使用的形式來輸出功率的任何類型。例如，電源16可以是內(nèi)燃機(比如柴油發(fā)動機、汽油發(fā)動機、渦輪發(fā)動機或天然氣發(fā)動機)、電動機或者其他能夠生成功率輸出的設備。驅(qū)動輪加載設備22可以是任何類型的驅(qū)動輪加載設備，比如例如圖1所示的車輪、卡車、履帶或其任何組合。
[0020]圖2示意性地圖示了根據(jù)本公開內(nèi)容的變速器10的實施方式。變速器10可以包括固定外殼24。四個行星齒輪組可以圍繞旋轉(zhuǎn)軸26可旋轉(zhuǎn)地被支承和對準并且布置在外殼24內(nèi)。變速器10還可以包括被配置成選擇性地使外殼24、行星齒輪組或者其他變速器部件比如軸卩齒合的多個控制兀件，比如尚合器和制動器。齒輪、控制兀件、輸入構件、輸出構件、耦合構件及其之間的連接的結構可以使用傳統(tǒng)的部件來實現(xiàn)。
[0021]如將結合本公開內(nèi)容的實施方式更詳細地解釋的，行星齒輪組可以包括至少一個太陽齒輪、至少一個行星架以及環(huán)形齒輪，該行星架包括多個行星齒輪。在具有單個行星齒輪組的簡單或單軌道行星齒輪組中，行星架的行星齒輪與太陽齒輪和環(huán)形齒輪嚙合。雙小齒輪或雙軌道行星齒輪組具有第一或內(nèi)部行星齒輪組以及第二或外部行星齒輪組，因此，內(nèi)部行星齒輪與太陽齒輪和外部行星齒輪嚙合，而外部行星齒輪與內(nèi)部行星齒輪和環(huán)形齒輪嚙合。如本文中所使用的，術語“行星齒輪組”包括單軌道、雙軌道或其他公知類型的行星齒輪組。
[0022]太陽齒輪、行星架、行星齒輪和環(huán)形齒輪可以全部一起同時旋轉(zhuǎn)。備選地，太陽齒輪、行星架和環(huán)形齒輪中的每個可以保持固定。行星齒輪組接收在第一速度的輸入旋轉(zhuǎn)，并且生成在第二速度的相應的輸出旋轉(zhuǎn)。輸入與輸出之間的旋轉(zhuǎn)速度的變化取決于太陽齒輪、安裝至行星架的多個行星齒輪(如果存在多個行星齒輪組)、以及環(huán)形齒輪中的齒的數(shù)目。旋轉(zhuǎn)速度的變化還取決于用于接收輸入旋轉(zhuǎn)的具體齒輪、被選擇用于提供輸出旋轉(zhuǎn)的具體齒輪以及保持固定的具體齒輪(如果存在)。
[0023]圖2A圖示的多級變速器10的實施方式可以包括第一行星齒輪組130、第二行星齒輪組132、第三行星齒輪組134和第四行星齒輪組136，這些行星齒輪組沿著軸向方向或者沿軸26的功率流的方向依次布置。每個行星齒輪組包括至少一個太陽齒輪、至少一個行星架和至少一個環(huán)形齒輪。因此，第一行星齒輪組130包括第一太陽齒輪138、第一行星架140和第一環(huán)形齒輪142。第二行星齒輪組132包括第二太陽齒輪144、第二行星架146和第二環(huán)形齒輪148。第三行星齒輪組134包括第三太陽齒輪150、第三行星架152和第三環(huán)形齒輪154。最后，第四行星齒輪組136包括第四太陽齒輪156、第四行星架158和第四環(huán)形齒輪160。
[0024]變速器10還可以包括六個控制元件，該六個控制元件可操作地耦合至行星齒輪組130、132、134、136并且可選擇性地嚙合以在輸入構件14與輸出構件20之間產(chǎn)生不同齒輪比的集合。如本文中所使用的，術語“控制元件”包括離合器(備選地在工業(yè)中也稱為旋轉(zhuǎn)離合器)、制動器(備選地在工業(yè)中也稱為固定離合器)、同步裝置(包括止動器和其他類型的同步離合器)或者其他傳統(tǒng)上可以用在變速器中的轉(zhuǎn)矩控制部件。在圖2A的實施方式中，變速器10包括第一制動器162、第二制動器164和第三制動器166，每個制動器包括連接至固定外殼24的制動器的部件。此外，變速器10包括第一離合器168、第二離合器170和第三離合器172，每個離合器可以連接在變速器10的可旋轉(zhuǎn)的部件之間。
[0025]變速器10還可以包括將行星齒輪組的部件連接至其他行星齒輪組的控制元件或部件的多個中間耦合構件。如圖2A所示，變速器10包括第一中間耦合構件174、第二中間耦合構件176、第三中間耦合構件178和第四中間耦合構件180。
[0026]變速器10的部件可以連接以獲得十個正向速度或齒輪比以及一個反向齒輪比。如圖2A所示，輸入構件14可以持續(xù)性地連接至第一太陽齒輪138。第一中間耦合構件174可以通過第二離合器170選擇性地連接至第一太陽齒輪138，通過第一離合器168選擇性地連接至第一行星架140，以及持續(xù)性地連接至第四行星架158。該第四行星架158還可以通過第三制動器166選擇性地連接至外殼24。第二中間耦合構件176可以持續(xù)性地連接至第一環(huán)形齒輪142，以及持續(xù)性地連接至第二行星架146。第三中間耦合構件178可以通過第三離合器172選擇性地連接至第一行星架140，持續(xù)性地連接至第二環(huán)形齒輪148，持續(xù)性地連接至第三太陽齒輪150，以及持續(xù)性地連接至第四太陽齒輪156。第四中間耦合構件180可以持續(xù)性地連接至第二太陽齒輪144，以及持續(xù)性地連接至第三環(huán)形齒輪154。第三環(huán)形齒輪154還可以通過第一制動器162選擇性地連接至外殼24。第三行星架152可以通過第二制動器164選擇性地連接至外殼24。輸出構件20可以持續(xù)性地連接至第四環(huán)形齒輪 160。
[0027]在圖2A所示的這種配置中，第一行星齒輪組130的比率(Nw/NAra)可以為3.10。第二行星齒輪組132的比率可以為2.18。第三行星齒輪組134的比率可以為2.10。第四行星齒輪組136的比率可以為2.23。
[0028]圖2B示出了圖2A的多級變速器10的實施方式的真值表，該真值表用符號“X”描繪了制動器162、164、166以及離合器168、170、172的選擇性嚙合組合，這些選擇性嚙合組合借助于行星齒輪組132、134、136和138在輸入構件14與輸出構件20之間建立了十個正向速度比和一個反向速度比。
[0029]如圖3A所示，本公開內(nèi)容的多級變速器10的第二實施方式可以包括第一行星齒輪組230、第二行星齒輪組232、第三行星齒輪組234和第四行星齒輪組236，這些行星齒輪組沿著軸向方向或者沿軸26的功率流的方向依次布置。每個行星齒輪組包括至少一個太陽齒輪、至少一個行星架和至少一個環(huán)形齒輪。因此，第一行星齒輪組230包括第一太陽齒輪238、第一行星架240和第一環(huán)形齒輪242。第二行星齒輪組232包括第二太陽齒輪244、第二行星架246和第二環(huán)形齒輪248。第三行星齒輪組234包括第三太陽齒輪250、第三行星架252和第三環(huán)形齒輪254。最后，第四行星齒輪組236包括第四太陽齒輪256、第四行星架258和第四環(huán)形齒輪260。在本實施方式中，第三行星齒輪組234可以被配置成包括雙軌道行星架252。
[0030]圖3A所示的變速器10的實施方式還可以包括六個控制元件，該六個控制元件可操作地耦合至行星齒輪組230、232、234、236并且可選擇性地嚙合以在輸入構件14與輸出構件20之間產(chǎn)生不同齒輪比的集合。變速器10可以包括第一制動器262、第二制動器264和第三制動器266，每個制動器包括連接至固定外殼24的制動器的部件。此外，變速器10包括第一離合器268、第二離合器270和第三離合器272，每個離合器可以連接在變速器10的可旋轉(zhuǎn)的部件之間。
[0031]變速器10還可以包括將行星齒輪組的部件連接至其他行星齒輪組的控制元件或部件的多個中間耦合構件。如圖3A所示，變速器10包括第一中間耦合構件274、第二中間耦合構件276、第三中間耦合構件278和第四中間耦合構件280。
[0032]變速器10的部件可以連接以獲得十個正向速度或齒輪比以及一個反向齒輪比。如圖3A所示，輸入構件14可以持續(xù)性地連接至第一太陽齒輪238。第一中間耦合構件274可以通過第二離合器270選擇性地連接至第一太陽齒輪238，通過第一離合器268選擇性地連接至第一行星架240，以及持續(xù)性地連接至第四行星架258。該第四行星架258還可以通過第三制動器266選擇性地連接至外殼24。第二中間耦合構件276可以持續(xù)性地連接至第一環(huán)形齒輪242，以及持續(xù)性地連接至第二行星架246。第三中間耦合構件278可以通過第三離合器272選擇性地連接至第一行星架240，持續(xù)性地連接至第二環(huán)形齒輪248，持續(xù)性地連接至第三太陽齒輪250，以及持續(xù)性地連接至第四太陽齒輪256。第四中間耦合構件280可以持續(xù)性地連接至第二太陽齒輪244，以及持續(xù)性地連接至第三行星架252。此外，第三環(huán)形齒輪254可以通過第二制動器264選擇性地連接至外殼24。第三行星架252可以通過第一制動器262選擇性地連接至外殼24。輸出構件20可以持續(xù)性地連接至第四環(huán)形齒輪 260。
[0033]在圖3A所示的這種配置中，第一行星齒輪組230的比率(?形/Nah)可以為3.10。第二行星齒輪組232的比率可以為2.18。第三行星齒輪組234的比率可以為-3.10。第四行星齒輪組236的比率可以為2.23。
[0034]圖3B示出了圖3A的多級變速器10的實施方式的真值表，該真值表用符號“X”描繪了制動器262、264、266以及離合器268、270、272的嚙合組合，這些嚙合組合借助于行星齒輪組232、234、236和238在輸入構件14與輸出構件20之間建立了十個正向速度比和一個反向速度比。
[0035]如圖4A所示，本公開內(nèi)容的多級變速器10的第三實施方式包括第一行星齒輪組330、第二行星齒輪組332、第三行星齒輪組334和第四行星齒輪組336，這些行星齒輪組沿著軸向方向或者沿軸26的功率流的方向依次布置。每個行星齒輪組包括至少一個太陽齒輪、至少一個行星架和至少一個環(huán)形齒輪。因此，第一行星齒輪組330包括第一太陽齒輪338、第一行星架340和第一環(huán)形齒輪342。第二行星齒輪組332包括第二太陽齒輪344、第二行星架346和環(huán)形齒輪348。第三行星齒輪組334包括第三太陽齒輪350、第三行星架352和第三環(huán)形齒輪354。最后，第四行星齒輪組336包括第四太陽齒輪356、第四行星架358和第四環(huán)形齒輪360。在本實施方式中，第二行星齒輪組332可以被配置成包括雙軌道行星架346。
[0036]圖4A所示的變速器10的實施方式還可以包括六個控制元件，該六個控制元件可操作地耦合至行星齒輪組330、332、334、336并且可選擇性地嚙合以在輸入構件14與輸出構件20之間產(chǎn)生不同齒輪比的集合。變速器10可以包括第一制動器362、第二制動器364和第三制動器366，每個制動器包括連接至固定外殼24的制動器的部件。此外，變速器10可以包括第一離合器368、第二離合器370和第三離合器372，每個離合器可以連接在變速器10的可旋轉(zhuǎn)的部件之間。
[0037]變速器10還可以包括將行星齒輪組的部件連接至其他行星齒輪組的控制元件或部件的多個中間耦合構件。如圖4A所示，變速器10可以包括第一中間耦合構件374、第二中間耦合構件376、第三中間耦合構件378和第四中間耦合構件380。
[0038]變速器10的部件可以連接以獲得十個正向速度或齒輪比以及一個反向齒輪比。如圖4A所示，輸入構件14可以持續(xù)性地連接至第一太陽齒輪338。第一中間耦合構件374可以通過第二離合器370選擇性地連接至第一太陽齒輪338，通過第一離合器368選擇性地連接至第一行星架340，以及持續(xù)性地連接至第四行星架358。第四行星架358還可以通過第三制動器366選擇性地連接至外殼24。第二中間耦合構件376可以持續(xù)性地連接至第一環(huán)形齒輪342，以及持續(xù)性地連接至第二環(huán)形齒輪348。第三中間耦合構件378可以通過第三離合器372選擇性地連接至第一行星架340，持續(xù)性地連接至第二行星架346，持續(xù)性地連接至第三太陽齒輪350，以及持續(xù)性地連接至第四太陽齒輪356。第四中間耦合構件380可以持續(xù)性地連接至第二太陽齒輪344，以及持續(xù)性地連接至第三行星架352。此外，第三環(huán)形齒輪354可以通過第一制動器362選擇性地連接至外殼24。第三行星架352可以通過第二制動器364選擇性地連接至外殼24。輸出構件20可以持續(xù)性地連接至第四環(huán)形齒輪360。
[0039]在圖4A所示的這種配置中，第一行星齒輪組330的比率(Nw/Nah)可以為3.10。第二行星齒輪組332的比率可以為-2.15。第三行星齒輪組334的比率可以為2.10。第四行星齒輪組336的比率可以為2.20。
[0040]圖4B示出了圖4A的多級變速器10的實施方式的真值表，該真值表用符號“X”描繪了制動器362、364、366以及離合器368、370、372的嚙合組合，這些嚙合組合借助于行星齒輪組332、334、336和338在輸入構件14與輸出構件20之間建立了十個正向速度比和一個反向速度比。
[0041]如圖5A所示，本公開內(nèi)容的多級變速器10的第四實施方式可以包括第一行星齒輪組430、第二行星齒輪組432、第三行星齒輪組434和第四行星齒輪組436，這些行星齒輪組沿著軸向方向或者沿軸26的功率流的方向依次布置。每個行星齒輪組包括至少一個太陽齒輪、至少一個行星架和至少一個環(huán)形齒輪。因此，第一行星齒輪組430包括第一太陽齒輪438、第一行星架440和第一環(huán)形齒輪442。第二行星齒輪組432包括第二太陽齒輪444、第二行星架446和第二環(huán)形齒輪448。第三行星齒輪組434包括第三太陽齒輪450、第三行星架452和第三環(huán)形齒輪454。最后，第四行星齒輪組436包括第四太陽齒輪456、第四行星架458和第四環(huán)形齒輪460。
[0042]圖5A所示的變速器10的實施方式還可以包括六個控制元件，該六個控制元件可操作地耦合至行星齒輪組430、432、434、436并且可選擇性地嚙合以在輸入構件14與輸出構件20之間產(chǎn)生不同齒輪比的集合。變速器10包括第一制動器462、第二制動器464和第三制動器466，每個制動器具有連接至固定外殼24的制動器的部件。此外，變速器10包括第一離合器468、第二離合器470和第三離合器472，每個離合器可以連接在變速器10的可旋轉(zhuǎn)的部件之間。
[0043]變速器10還可以包括將行星齒輪組的部件連接至其他行星齒輪組的控制元件或部件的多個中間耦合構件。如圖5A所示，變速器10包括第一中間耦合構件474、第二中間耦合構件476、第三中間耦合構件478和第四中間耦合構件480。
[0044]變速器10的部件可以連接以獲得十個正向速度或齒輪比以及一個反向齒輪比。如圖5A所示，輸入構件14可以持續(xù)性地連接至第一太陽齒輪438。第一中間耦合構件474可以通過第二離合器470選擇性地連接至第一太陽齒輪438，通過第一離合器468選擇性地連接至第一行星架440，以及持續(xù)性地連接至第四行星架458。第四行星架458還可以通過第三制動器466選擇性地連接至外殼24。第二中間耦合構件476可以持續(xù)性地連接至第一環(huán)形齒輪442，以及持續(xù)性地連接至第二行星架446。第三中間耦合構件478可以持續(xù)性地連接至第二環(huán)形齒輪448，持續(xù)性地連接至第三太陽齒輪450，以及持續(xù)性地連接至第四太陽齒輪456。第四中間耦合構件480可以持續(xù)性地連接至第二太陽齒輪444，以及持續(xù)性地連接至第三行星架452。此外，第三行星架452可以通過第一制動器462選擇性地連接至外殼24。第三環(huán)形齒輪454可以通過第二制動器464選擇性地連接至外殼24。輸出構件20可以持續(xù)性地連接至第四環(huán)形齒輪460。
[0045]在圖5A所示的這種配置中，第一行星齒輪組430的比率日)可以為3.05。第二行星齒輪組432的比率可以為1.80。第三行星齒輪組434的比率可以為1.80。第四行星齒輪組436的比率可以為1.80。
[0046]圖5B示出了圖5A的多級變速器10的實施方式的真值表，該真值表用符號“X”描繪了制動器462、464、466以及離合器468、470、472的嚙合組合，這些嚙合組合借助于行星齒輪組432、434、436和438在輸入構件14與輸出構件20之間建立了十個正向速度比和一個反向速度比。
[0047]如圖6A所示，本公開內(nèi)容的多級變速器10的第五實施方式可以包括第一行星齒輪組530、第二行星齒輪組532、第三行星齒輪組534和第四行星齒輪組536，這些行星齒輪組沿著軸向方向或者沿軸26的功率流的方向依次布置。每個行星齒輪組包括至少一個太陽齒輪、至少一個行星架和至少一個環(huán)形齒輪。因此，第一行星齒輪組530包括第一太陽齒輪538、第一行星架540和第一環(huán)形齒輪542。第二行星齒輪組532包括第二太陽齒輪544、第二行星架546和環(huán)形齒輪548。第三行星齒輪組534包括第三太陽齒輪550、第三行星架552和第三環(huán)形齒輪554。最后，第四行星齒輪組536包括第四太陽齒輪556、第四行星架558和第四環(huán)形齒輪560。在本實施方式中，第二行星齒輪組532可以被配置成包括雙軌道行星架546。
[0048]圖6A所示的變速器10的實施方式還可以包括六個控制元件，該六個控制元件可操作地耦合至行星齒輪組530、532、534、536并且可選擇性地嚙合以在輸入構件14與輸出構件20之間產(chǎn)生不同齒輪比的集合。變速器10可以包括第一制動器562、第二制動器564和第三制動器566，每個制動器包括連接至固定外殼24的制動器的部件。此外，變速器10可以包括第一離合器568、第二離合器570和第三離合器572，每個離合器可以連接在變速器10的可旋轉(zhuǎn)的部件之間。
[0049]變速器10還可以包括將行星齒輪組的部件連接至其他行星齒輪組的控制元件或部件的多個中間耦合構件。如圖6A所示，變速器10可以包括第一中間耦合構件574、第二中間耦合構件576、第三中間耦合構件578和第四中間耦合構件580。
[0050]變速器10的部件可以連接以獲得十個正向速度或齒輪比以及一個反向齒輪比。如圖6A所示，輸入構件14可以持續(xù)性地連接至第一太陽齒輪538。第一中間耦合構件574可以通過第二離合器570
[0051]選擇性地連接至第一太陽齒輪538，通過第一離合器568選擇性地連接至第一行星架540，以及持續(xù)性地連接至第四行星架558。第四行星架558還可以通過第三制動器566選擇性地連接至外殼24。第二中間耦合構件576可以持續(xù)性地連接至第一環(huán)形齒輪542，以及持續(xù)性地連接至第二環(huán)形齒輪548。第三中間耦合構件578可以通過第三離合器572選擇性地連接至第一行星架540，持續(xù)性地連接至第二行星架546，持續(xù)性地連接至第三太陽齒輪550，以及持續(xù)性地連接至第四太陽齒輪556。第四中間耦合構件580可以持續(xù)性地連接至第二太陽齒輪544，以及持續(xù)性地連接至第三環(huán)形齒輪554。此外，第三行星架552還可以通過第二制動器564選擇性地連接至外殼24。第三環(huán)形齒輪554可以通過第一制動器562選擇性地連接至外殼24。輸出構件20可以持續(xù)性地連接至第四環(huán)形齒輪560。
[0052]在圖6A所示的這種配置中，第一行星齒輪組530的比率(Nw/Nah)可以為3.10。第二行星齒輪組532的比率可以為-3.18。第三行星齒輪組534的比率可以為2.10。第四行星齒輪組536的比率可以為2.23。[0053]圖6B不出了圖6A的多級變速器10的實施方式的真值表,該真值表用符號“X”描繪了制動器562、564、566以及離合器568、570、572的嚙合組合，這些嚙合組合借助于行星齒輪組532、534、536和538在輸入構件14與輸出構件20之間建立了十個正向速度比和一個反向速度比。
[0054]工業(yè)應用
[0055]雖然以上變速器實施方式可以用在任何具有多級變速器的機器中，然而，這些實施方式在卡車和其他重型建筑和采礦機器方面也具有特殊應用。這樣的機器具有所公開的變速器能夠滿足的具體嚙合要求，同時使得機器的發(fā)動機能夠保持在期望的工作范圍內(nèi)。
[0056]出于本公開內(nèi)容的目的，術語“期望的工作范圍”包括發(fā)動機進行基本上穩(wěn)定且有效的操作的那些速度和轉(zhuǎn)矩。當在期望的工作范圍外操作時，發(fā)動機可能進行不穩(wěn)定的操作，比如例如在速度情況之上、在速度情況之下拖拉和\或失速。當在期望的工作范圍外操作時，發(fā)動機也可能經(jīng)歷效率損耗，比如例如增加的燃料消耗、增加的廢氣排放、上升的發(fā)動機溫度、和/或降低的響應性。
[0057]本文中所公開的變速器實施方式包括提供相對均勻且緊密間隔開的速度間隔的多個行星齒輪構件和離合器布置，其提高了性能和換擋質(zhì)量。十個正向齒輪的可用性可以有利地實現(xiàn)換擋之間的恒定或者接近恒定的步長比(參考圖2B、圖3B、圖4B和圖5B)，這一點在與較少齒輪或改變步長比的較早變速器相比較時將變得清楚。當轉(zhuǎn)矩變換器為直接驅(qū)動模式時(即，當轉(zhuǎn)矩變換器鎖定離合器被嚙合時)，變速器速度降低之間的均勻間隔開的步長比可以產(chǎn)生近似于峰值輸入功率的接近恒定的利用，其中僅有很小的與峰值輸入功率的偏差。與峰值功率利用的偏差可能產(chǎn)生機器故障。產(chǎn)生峰值輸入功率的接近恒定的利用確保了充分地利用每個驅(qū)動比的最有效的部分。發(fā)動機的輸出速度(變速器的輸入速度)也可以保持在基本上很窄的期望工作范圍內(nèi)，從而得到機器的有效的操作。
[0058]現(xiàn)在，將參考如圖2B的真值表中所提出的多級變速器10的實施方式的操作，其中符號“X”表示具體的控制元件的選擇性嚙合。在機器工作期間，可以期望的是，選擇大量速度或齒輪比以使得發(fā)動機的功率輸出與給定負載條件相匹配。齒輪比的選擇可以手動或自動進行。
[0059]圖2B描繪了圖2A所示的多級變速器10的實施方式的真值表。圖2B表示可以通過使第一離合器168嚙合以通過第一中間耦合構件174將第一行星架140連接至第四行星架158來選擇第一正向速度或齒輪。同時，第一制動器162被卩齒合以將第三環(huán)形齒輪154和第二太陽齒輪144通過中間耦合180連接至外殼24，第三制動器166被嚙合以將第四行星架158連接至外殼24。與第一正向齒輪配置相關聯(lián)的齒輪比提供了近似4.73的第一正向齒輪比。
[0060]從第一正向齒輪至第二正向齒輪的換擋可以通過以下操作來實現(xiàn):使第一制動器162去嚙合從而使第三環(huán)形齒輪154和第二太陽齒輪144通過中間耦合構件180與外殼24斷開，維持第一離合器168與第三制動器166的卩齒合,另外使第二制動器164卩齒合以將第三行星架152連接至外殼24。本配置中的第二正向齒輪比可以為近似3.70。本配置中從第一正向齒輪至第二正向齒輪的步長比可以為近似1.28。
[0061]從第二正向齒輪至第三正向齒輪的換擋可以通過以下操作來實現(xiàn):使第三制動器166去哨合從而使第四行星架158與外殼24斷開,維持第一離合器168與第二制動器164的嚙合，另外使第一制動器162嚙合以將第三環(huán)形齒輪154和第二太陽齒輪144通過中間耦合180連接至外殼24。本配置中的第三正向齒輪比可以為近似2.83。本配置中從第二正向齒輪至第三正向齒輪的步長比可以為近似1.31。
[0062]從第三正向齒輪至第四正向齒輪的換擋可以通過以下操作來實現(xiàn):使第一制動器162去嚙合從而使第三環(huán)形齒輪154和第二太陽齒輪144通過中間耦合180與外殼24斷開，維持第一離合器168與第二制動器164的卩齒合,另外使第三離合器172卩齒合以將第一行星架140連接至第二環(huán)形齒輪148并且通過中間耦合構件178連接至第三太陽齒輪150和第四太陽齒輪156。本配置中的第四正向齒輪比可以為近似2.44。本配置中從第三正向齒輪至第四正向齒輪的步長比可以為近似1.16。
[0063]從第四正向齒輪至第五正向齒輪的換擋可以通過以下操作來實現(xiàn):使第二制動器164去哨合從而使第三行星架152與外殼24斷開,維持第一離合器168與第三離合器172的嚙合，另外使第一制動器162嚙合以將第三環(huán)形齒輪154和第二太陽齒輪144通過中間耦合180連接至外殼24。本配置中的第五正向齒輪比可以為近似1.98。本配置中從第四正向齒輪至第五正向齒輪的步長比可以為近似1.23。
[0064]從第五正向齒輪至第六正向齒輪的換擋可以通過以下操作來實現(xiàn):使第三離合器172和第一制動器162去嚙合從而使第一行星架140與第二環(huán)形齒輪148和第三中間耦合構件178斷開，并且使第三環(huán)形齒輪154和第二太陽齒輪144通過中間耦合180與外殼24斷開，維持第一離合器168的哨合,另外使第二離合器170哨合以將第一太陽齒輪138同時連接至第一行星架140和第四行星架158，以及使第二制動器164嚙合以將第三行星架152連接至外殼24。本配置中的第六正向齒輪比可以為近似1.64。本配置中從第五正向齒輪至第六正向齒輪的步長比可以為近似1.21。
[0065]從第六正向齒輪至第七正向齒輪的換擋可以通過以下操作來實現(xiàn):使第二制動器164去哨合從而使第三行星架152與外殼24斷開,維持第一離合器168和第二離合器170的嚙合，另外使第一制動器162嚙合以將第三環(huán)形齒輪154和第二太陽齒輪144通過中間耦合180連接至外殼24。本配置中的第七正向齒輪比可以為1.26。本配置中從第六正向齒輪至第七正向齒輪的步長比可以為近似1.30。
[0066]從第七正向齒輪至第八正向齒輪的換擋可以通過以下操作來實現(xiàn):使第一制動器162去嚙合從而使第三環(huán)形齒輪154和第二太陽齒輪144通過中間耦合180與外殼24斷開，維持第一離合器168和第二離合器170的嚙合，另外使第三離合器172嚙合以將第一行星架140連接至第二環(huán)形齒輪148并且連接至第三太陽齒輪150以及通過第三中間耦合構件178連接至第四太陽齒輪156。本配置中的第八正向齒輪比可以為近似1.00。本配置中從第七正向齒輪至第八正向齒輪的步長比可以為近似1.26。
[0067]從第八正向齒輪至第九正向齒輪的換擋可以通過以下操作來實現(xiàn):使第一離合器168去嚙合從而使第一行星架140與第四行星架斷開，維持第二離合器170和第三離合器172的嚙合，另外使第一制動器162嚙合以將第三環(huán)形齒輪154和第二太陽齒輪144通過中間耦合180連接至外殼24。本配置中的第九正向齒輪比可以為近似0.82。本配置中從第八正向齒輪至第九正向齒輪的步長比可以為近似1.22。
[0068]從第九正向齒輪至第十正向齒輪的換擋可以通過以下操作來實現(xiàn):使第三離合器172去嚙合從而使第一行星架140與第二環(huán)形齒輪148和第三中間耦合構件178斷開，維持第二離合器170和第一制動器162的哨合,另外使第二制動器164哨合以將第三行星架152連接至外殼。第十正向齒輪比可以為近似0.69。本配置中從第九正向齒輪至第十正向齒輪的步長比可以為近似1.19。
[0069]反向齒輪可以通過以下操作來選擇:使第三離合器172嚙合以將第一行星架140連接至第二環(huán)形齒輪148，使第一制動器嚙合以將第三環(huán)形齒輪154和第二太陽齒輪144通過中間耦合180連接至外殼24，并且使第三制動器嚙合以將第四行星架158連接至外殼
24。反向齒輪比可以為近似-4.40。
[0070]圖2A中所示的多級變速器的實施方式可以包括另外的和/或備選的齒輪配置，并且仍然在本權利要求的范圍內(nèi)。例如，圖2B的真值表包括如9A所示的交替的正向齒輪以及如RA所示的交替的反向齒輪。交替的正向齒輪9A可以用在第九正向齒輪與第十正向齒輪之間，或者備選地，替代第十正向齒輪。然而，這個交替的正向齒輪提供了接近產(chǎn)生最小步長的第九正向齒輪和第十正向齒輪的比率。類似地，交替的反向齒輪RA可以在使用上述反向齒輪的情況下來使用，或者替代上述反向齒輪來使用。然而，即使交替的反向齒輪提供另外的降低，其仍然實現(xiàn)了可能需要更大的部件的較大轉(zhuǎn)矩的變速器。
[0071]圖3A、圖4A、圖5A和圖6A所示的多級變速器10的實施方式的操作分別在圖3B、圖4B、圖5B和圖6B所不的真值表中表不。與本文中詳細描述的圖2B的真值表類似,對于相應的另外的實施方式中的每個實施方式，與每個速度或齒輪(包括交替的齒輪)相對應，圖3B、圖4B、圖5B和圖6B的真值表描繪了用于建立十個正向齒輪、一個反向齒輪、齒輪比和步長比的離合器與制動器的組合。在本文中所公開的每個實施方式中，變速器10包括四個行星齒輪組和六個控制元件，其提供了十個正向齒輪比和一個反向齒輪比。
[0072]鑒于以上內(nèi)容，可以理解的是，本文中所公開的多級變速器使用具有四個行星齒輪組的六個控制元件來以相對較低的步長比和相對較低的離合器速度提供了十個正向齒輪比和一個反向齒輪比。多個離合器和制動器選擇性地耦合各個部件以實現(xiàn)將電源保持在期望速度范圍內(nèi)從而提供改進的效率所需要的齒輪比。
[0073]本領域技術人員將理解，可以在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下對所公開的變速器構件進行各種修改和變化?？紤]到本文中所公開的變速器的說明和實踐，所公開的變速器的其他實施方式對于本領域技術人員而言將是清楚的。在以下權利要求及其等同概念所表示的本公開內(nèi)容的真實范圍的情況下，應當將說明和示例僅考慮為示例性。
【權利要求】
1.一種多級變速器(10)，包括: 輸入構件(14)和輸出構件(20),所述輸入構件(14)和所述輸出構件(20)布置在外殼(24)中； 第一行星齒輪組(130，230，330,430, 530)、第二行星齒輪組(132，232，332，432，532)、第三行星齒輪組(134，234，334，434，534)和第四行星齒輪組(136，236，336，436，536)，每個行星齒輪組布置在所述外殼(24)內(nèi)并且包括太陽齒輪、行星架和環(huán)形齒輪；以及 不多于六個控制元件，至少一個控制元件可操作地耦合至所述行星齒輪組中的每個行星齒輪組，可選擇性地嚙合以產(chǎn)生不同齒輪比的集合，所述不同齒輪比的集合包括至少十個正向齒輪比和至少一個反向齒輪比； 其中所述輸入構件(14)持續(xù)性地連接至所述第一行星齒輪組(130，230，330，430，530)的所述太陽齒輪，并且其中所述輸出構件(20)持續(xù)性地連接至所述第四行星齒輪組(136，236，336，436，536)的所述環(huán)形齒輪。
2.根據(jù)權利要求1所述的多級變速器(10)，其中所述六個控制元件中的每個控制元件包括離合器和制動器中之一。
3.根據(jù)權利要求1所述的多級變速器(10)，其中所述六個控制元件包括第一離合器(168，268，368，468，568)、第二離合器(170，270，370，470，570)和第三離合器(172,272,372，472，572)。
4.根據(jù)權利要求3所述的多級變速器(10)，其中所述六個控制元件還包括第一制動器、第二制動器(164，264，364，464，564)和第三制動器(166，266，366，466，566)。
5.根據(jù)權利要求1所述的多級變速器(10)，其中所述行星齒輪組中的至少一個行星齒輪組被配置成包括雙軌道行星架。
6.根據(jù)權利要求5所述的多級變速器(10)，其中所述第二行星齒輪組(132，232，332，432，532)和所述第三行星齒輪組(134，234，334，434，534)中的一個行星齒輪組被配置成包括雙軌道行星架。
【文檔編號】F16H3/44GK103987995SQ201280061256
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年12月11日 優(yōu)先權日:2011年12月13日
【發(fā)明者】K·諾克斯, J·萊斯, L·卡彭特, B·奧勒森, K·梅耶, P·霍吉斯 申請人:卡特彼勒公司