CN103591227A - 一种倍档离合装置及车辆变速总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种倍档离合装置及车辆变速总成。该倍档离合装置包括：输入轴，用于接收输入动力；行星运动机构，包括动力输入件、传动件、传动控制件以及动力输出件，其中动力输入件连接输入轴；输出轴，连接动力输出件；第一离合机构，用于选择性接合输入轴与输出轴，以使输入轴在不经过传动件的情况下以第一速度比驱动输出轴；第二离合机构，用于选择性制动传动控制件，以使输入轴经传动件以第二速度比驱动输出轴。该倍档离合装置进一步集成有扭转减振机构。该倍档离合装置可产生两种不同速度比的动力传递，并通过与变速器组合，实现两倍于变速器档位数的档位，进而由一个独立部件同时集成“离合”、“倍档”以及“减振”等多项功能。

Description

一种倍档离合装置及车辆变速总成

【技术领域】

本发明涉及一种动力传递装置，特别涉及一种基于行星运动系统的离合装置及车辆变速总成。

【背景技术】

现在，车辆离合器及变速器相关技术正大力向着多档化发展。档位越多，意味着可以获得更好的动力性能、更低的能耗、更高的传递效率、更低的尾气排放。目前轿车用AT的最多档位已达到八个前进档，它比以往的AT具备更好的动力性能、更低的能耗、更高的传递效率、更低的尾气排放，但同时，它也更精密、更复杂、成本更高、更难维修等。CVT理论上可以拥有无数多档位，但现有技术中CVT传动带的强度和寿命问题以及传动带与带轮之间的滑磨等问题限制了CVT的传动效率，也限制了CVT传递大扭矩的能力，因此，目前很少将CVT用在大排量的车上。DCT目前最多也可达七个前进档。

综上所述，汽车厂商都希望研发生产出有更多档位、更经济、更环保的变速器，但这都意味着需要更多的零部件、更大的体积、更大的重量、更复杂的设计、更精密的加工、更高的生产成本及维修费用。同时，如何以相对简单的结构降低车辆发动机产生的扭转振动亦是本领域长期研究的课题之一。

【发明内容】

为了解决现有技术中车辆的多档位需求，本发明提供了一种倍档离合装置，该离合装置内设有行星运动机构且集成有扭转减振机构，并通过对行星运动机构的不同元件进行控制来实现不同速度比的动力输出，由此实现离合、变速器的倍档和减振等多项功能。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是提供一种倍档离合装置，该倍档离合装置作为独立部件连接于发动机输出轴和变速器输入轴之间，且包括：输入轴，用于从发动机输出轴接收输入动力；行星运动机构，行星运动机构包括动力输入件、传动件、传动控制件以及动力输出件，其中动力输入件连接输入轴；输出轴，连接动力输出件，且输出动力至变速器输入轴；第一离合机构，用于选择性接合输入轴与输出轴，以使输入轴在不经过传动件的情况下以第一速度比驱动输出轴；第二离合机构，用于选择性制动传动控制件，以使输入轴经传动件以第二速度比驱动输出轴；其中，倍档离合装置进一步集成有扭转减振机构。

其中，扭转减振机构包括同轴设置且能够相对转动的第一转动部件和第二转动部件以及沿第一转动部件和第二转动部件的转动方向弹性连接第一转动部件和第二转动部件的弹簧减振器。

其中，第一转动部件和第二转动部件之间形成一环形腔体，弹簧减振器为设置于环形腔体内的曲形弹簧。

其中，曲形弹簧由至少两个不同弹性系数的弹簧串联而成。

其中，第一转动部件和第二转动部件分别沿各自周向对称形成多个弹簧卡槽，弹簧减振器包括分别卡置于弹簧卡槽内的多个直形弹簧。

其中，每组对应的弹簧卡槽内包括至少两个串联或嵌套的弹性系数互不相同的直形弹簧。

其中，行星运动机构包括太阳轮、设置于太阳轮周围并与太阳轮外啮合的行星齿轮组、与行星齿轮组内啮合的齿圈以及设置于行星齿轮组上的行星架，动力输入件为齿圈，动力输出件为行星架，传动控制件为太阳轮，扭转减振机构包括集成于齿圈上的第一扭转减振机构，其中第一扭转减振机构的第一转动部件和第二转动部件中的一个与输入轴连接，第一扭转减振机构的第一转动部件和第二转动部件中的另一个设置有内齿，并与行星齿轮组内啮合。

其中，行星运动机构包括太阳轮、设置于太阳轮周围并与太阳轮外啮合的行星齿轮组、与行星齿轮组内啮合的齿圈以及设置于行星齿轮组上的行星架，动力输入件为齿圈，动力输出件为行星架，传动控制件为太阳轮，第二离合机构包括与太阳轮同轴设置的被制动件以及用于对被制动件进行制动的制动件，扭转减振机构包括集成于被制动件上的第二扭转减振机构，其中第二扭转减振机构的第一转动部件和第二转动部件中的一个与太阳轮连接，制动件对第二扭转减振机构的第一转动部件和第二转动部件中的另一个进行制动。

本发明解决上述问题所采用的另一技术方案是提供一种车辆变速总成，其特征在于，车辆变速总成包括上述倍档离合装置以及与上述倍档离合装置连接的变速器。

其中，变速器包括多个档位齿轮以及在多个档位齿轮之间切换的换挡器，其中相邻档位的档位齿轮使用不同的换挡器。

本发明所提供的倍档离合装置可以产生至少两种不同速度比的动力输出。当该离合装置与变速器组合时，可产生至少两倍于变速器档位数的档位，可利用较少的齿轮数实现较多档位，以获得更好的动力性能、更高的传递效率、更低的能耗、更低的尾气排放，并可以把变速器总成做得相对更小、更经济、更简单。同时，由于在上述倍档离合装置中集成有扭转减振机构，进而由一个独立部件同时集成“离合”、“倍档”以及“减振”等多项功能。

【附图说明】

图1为根据本发明第一实施例的倍档离合装置的结构示意图；

图2为根据本发明第二实施例的倍档离合装置的结构示意图；

图3为根据本发明第三实施例的用于集成于倍档离合装置上的扭转减振机构的结构示意图；

图4为根据本发明第四实施例的变速器中的换挡器与档位分配关系的示意图。

【具体实施方式】

如图1所示，图1为根据本发明第一实施例的倍档离合装置的结构示意图。在本实施例中，倍档离合装置1作为独立部件连接于发动机输出轴（未图示）和变速器2的输入轴之间，包括用于从发动机输出轴接收输入动力的输入轴10以及用于与变速器2的输入轴连接的输出轴19。倍档离合装置1的输入轴10和输出轴19之间设置一行星运动机构。该行星运动机构包括太阳轮11、设置于太阳轮11周围并与太阳轮11外啮合的行星齿轮组12、与行星齿轮组12内啮合的齿圈13以及设置于行星齿轮组12上的行星架14。

在本实施例中，齿圈13与输入轴10连接，以作为行星运动机构的动力输入件。行星架14与输出轴19连接，以作为行星运动机构的动力输出件。行星齿轮组12作为行星运动机构的传动件，太阳轮11作为行星运动机构的传动控制件。

在本实施例中，齿圈13内侧设置有主动件15，而在行星架14上设置有与之对应的从动件16。从动件16与行星架14以及输出轴19同轴设置，并与主动件15一同构成倍档离合装置1的第一离合机构。

在本实施例中，倍档离合装置1还包括制动件17以及设置于太阳轮11上的被制动件18。被制动件18与太阳轮11同轴固定，并与制动件17一同构成离合装置1的第二离合机构。在本实施例中，第一离合机和第二离合机构可采用本领域公知的摩擦片式离合器或电磁离合器。

倍档离合装置1可以产生以下几种传动状态：

第一种状态，控制第一离合机构的主动件15和从动件16处于接合状态，同时控制第二离合机构的制动件17和被制动件18处于分离状态。此时，输入轴10经齿圈13、第一离合机构的主动件15和从动件16以及行星架14以第一速度比（等速）驱动输出轴19。齿圈13所接收的动力经过第一离合机构的主动件15和从动件16在齿圈13和行星架14之间直接传递，进而使得输入轴10的输入动力等速传递至输出轴19。

第二种状态，控制第一离合机构的主动件15和从动件16处于分离状态，同时控制第二离合机构的制动件17和被制动件18处于制动状态。此时，输入轴10经齿圈13、行星齿轮组12以及行星架14以第二速度比（减速）驱动输出轴19。齿圈13所接收的动力经过行星齿轮组12在齿圈13和行星架14之间进行传递，进而使得输入轴10的输入动力经行星齿轮组12减速后传递至输出轴19。

第三种状态，控制第一离合机构的主动件15和从动件16处于半离合状态，同时控制第二离合机构的制动件17和被制动件18处于半制动状态。此时，主动件15与从动件16以及制动件17与被制动件18之间发生打滑，第一离合机构以及第二离合机构同时工作。输入轴10的输入动力同时经第一离合机构和行星齿轮组12传递至输出轴19，可以实现无动力中断换档。

第四种状态，控制第一离合机构的主动件15和从动件16以及第二离合机构的制动件17和被制动件18均处于分离状态。此时，行星齿轮机构的各部件无确定输出，无法将输入轴10的输入动力传递到输出轴19，也即是空档。

下面将结合下表说明倍档离合装置1与变速器2进行组合而形成倍档的各部件工作状态：

C1

C2

D1

D2

D3

D4

D5

R

1

√

√

2

√

√

3

√

√

4

√

√

5

√

√

6

√

√

7

√

√

8

√

√

9

√

√

10

√

√

R1

√

√

R2

√

√

其中C1表示第一离合机构，C2表示第二离合机构，D1～D5和R分别表示变速器2内的各啮合齿轮对。当C1或C2被选中时，表示该离合机构处于接合状态，当D1～D5和R被选中时，表示经该齿轮对传递动力。

利用倍档离合装置1与变速器相结合，可以使具有N+1对齿轮（即N个前进档位，1个倒档）的变速器2，组合成具有N×2+2个档位（即具有N×2个前进档位，2个倒档）的变速器总成。可在变速器2中任意一对齿轮工作时，通过第一和第二离合机构的控制实现两种不同速度比的动力输出（相当于产生两个不同速度比的档位），并且可以实现两个档位之间的无动力中断换档。本发明采用上述单轴倍挡离合装置结合变速器，可产生两倍于变速器档位数的档位，可使用较少的齿轮数实现较多档位，以获得更好的动力性能、更高的传递效率、更低的能耗、更低的尾气排放，并可以把变速器总成做得相对更小。

在本实施例中，第一离合机构设置于齿圈13与行星架14之间，并用于选择性接合齿圈13与行星架14，但本领域普通技术人员完全可以想到将第一离合机构设置于其他位置来实现输入轴10与输出轴19之间的接合，以使输入轴10在不经过行星齿轮组12的情况下驱动输出轴19。例如，将主动件15和从动件16分别直接设置在输入轴10和输出轴19上，或者设置在与输入轴10和输出轴19关联的其他元件上。

如图2所示，图2为根据本发明第二实施例的倍档离合装置的结构示意图。在本实施例中，倍档离合装置3包括用于从发动机输出轴（未图示）接收输入动力的输入轴30以及用于与变速器4的输入轴连接的输出轴39。倍档离合装置3的输入轴30和输出轴39之间设置一行星运动机构。该行星运动机构包括太阳轮31、设置于太阳轮31周围并与太阳轮31外啮合的行星齿轮组32、与行星齿轮组32内啮合的齿圈33以及设置于行星齿轮组32上的行星架34。

在本实施例中，太阳轮31与输入轴30连接，以作为行星运动机构的动力输入件。行星架34与输出轴39连接，以作为行星运动机构的动力输出件。行星齿轮组32作为行星运动机构的传动件，齿圈33作为行星运动机构的传动控制件。此时，第一离合机构35、36设置于太阳轮31和行星架34之间，并可选择性直接接合太阳轮31和行星架34，以使输入轴30经第一离合机构35、36等速驱动输出轴39。第二离合机构37、38用于选择性制动齿圈33，使得输入轴30经行星齿轮组32加速驱动输出轴39。

此外，在本发明的其他实施例中，行星运动系统还可以采用其他配置方式，例如，动力输入件对应于行星架，传动控制件对应于太阳轮，动力输出件对应于齿圈；又如，动力输入件对应于行星架，传动控制件对应于齿圈，动力输出件对应于太阳轮；再如，动力输入件对应于齿圈，传动控制件对应于行星架，动力输出件对应太阳轮或者动力输入件对应于太阳轮，传动控制件对应于行星架，动力输出件对应于齿圈。

本发明通过使用行星运动机构作为离合装置的内部传动机构，通过二个离合机构控制行星运动机构的不同元件来实现不同速度比的动力传递，并通过与变速器组合，实现两倍于变速器档位数的档位，可利用较少的齿轮数实现较多档位，并且结构相对简单，可以获得好的动力性能、更高的传递效率、更低的能耗、更低的尾气排放，并可以把变速器总成做得相对更小。

如图3所示，图3为根据本发明第三实施例的用于集成于倍档离合装置上的扭转减振机构的结构示意图。在本发明中，进一步在上述倍档离合装置中集成扭转减振机构5。在本实施例中，该扭转减振机构5主要包括第一转动部件51、第二转动部件52以及弹簧减振器53。其中，第一转动部件51和第二转动部件52同轴设置，并能够相对转动。在第一转动部件51和第二转动部件52之间形成一环形腔体，而弹簧减振器53为设置于该环形腔体内的曲形弹簧，并沿第一转动部件51和第二转动部件52的转动方向连接第一转动部件51和第二转动部件52。优选地，该曲形弹簧由至少两个不同弹性系数的弹簧串联而成，由此提高减振效果。

在其他实施例中，可以在第一转动部件51和第二转动部件52分别沿各自周向对称形成多个弹簧卡槽（未图示），此时弹簧减振器53则包括分别卡置于弹簧卡槽内的多个直形弹簧（未图示）。同样优选地，每组对应的弹簧卡槽内包括至少两个串联或嵌套的弹性系数互不相同的直形弹簧。

在本实施例中，扭转减振机构5可以集成于图1所示的倍档离合器的任意一转动部件上，例如优选集成在齿圈13或者被制动件18等一个或多个上。例如，当扭转减振机构5集成在齿圈13上时，第一转动部件51和第二转动部件52中的一个与输入轴10直接连接，而第一转动部件51和第二转动部件52中的另一个上设置有内齿，进而与行星齿轮组12进行内啮合。当扭转减振机构5集成在被制动件18上时，第一转动部件51和第二转动部件52中的一个与太阳轮11直接连接，而制动件17对第一转动部件51和第二转动部件52中的另一个进行制动。需要注意的是，扭转减振机构5可以同时集成于齿圈13和被制动件18，即分别在齿圈13和被制动件18上设置与上文描述结构相同的第一扭转减振机构和第二扭转减振机构。由此实现二级减振。在本实施例中，扭转减振机构5也可以集成于行星架14、从动件16以及太阳轮11的一个或多个上，由此实现多级减振。当然，齿圈13和被制动件18更为优选。

同样，扭转减振机构5也可以集成于图2所示的倍档离合器的任意一转动部件上，例如太阳轮31、行星架34和被制动件38中的一个或多个上。

由于从发动机到汽车传动系的转速和转矩是周期性地不断变化的，这会使传动系产生的扭转振动；另一方面由于汽车行驶在不平的道路上，使汽车传动系出现角速度突然变化，也会引起扭转振动。这些扭转振动都会对传动系零件造成冲击性载荷，使其寿命缩短，甚至损坏零件。本发明通过在倍档离合装置上集成扭转减振机构，可以消除扭转振动和避免共振，防止传动系过载，因此可以一个独立部件同时集成“离合”、“倍档”以及“减振”等多项功能。

进一步，由于扭转减振机构采用双转动部件结构且具有一定质量，因此通过计算和配置二者的质量，可以实现与双质量飞轮相同的功能，进而进一步集成“双质量飞轮”功能。

如图4所示，图4为根据本发明第四实施例的变速器中的换挡器与档位分配关系的示意图。

在本实施例中，变速器中包括多个档位齿轮D1、D2、D3、D4、D5和R以及多个在上述档位齿轮之前切换的换挡器X1、X2、X3。其中，档位齿轮D1、D2、D3、D4、D5分别为车辆的一档至五档，其变速比依次上升，档位齿轮R为倒档。在现有设计中，相邻档位的档位齿轮（例如，一档对应的档位齿轮D1和二档对应的档位齿轮D2）使用相同的换挡器，因此在从一档换挡至二档的过程中，相应的换挡器先与一档对应的档位齿轮D1分离，再与二档对应的档位齿轮D2进行接合，延长了换挡时间，并会造成动力中断。在本实施例中，相邻档位的档位齿轮使用不同的换挡器。具体来说，一档对应的档位齿轮D1和四档对应的档位齿轮D4使用同一换挡器X1，二档对应的档位齿轮D2和五档对应的档位齿轮D5使用同一换挡器X2，而三档对应的档位齿轮D3和倒档对应的档位齿轮R使用同一换挡器X3。这样，当从一档换到二档时，在换挡器X1与档位齿轮D1分离的同时，换挡器X2就可以档位齿轮D2进行接合，节约了换挡时间，不会造成动力中断，提高了换挡品质。

在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (10)

1.一种倍档离合装置，其特征在于，所述倍档离合装置作为独立部件连接于发动机输出轴和变速器输入轴之间，且包括：

输入轴，用于从所述发动机输出轴接收输入动力；

行星运动机构，所述行星运动机构包括动力输入件、传动件、传动控制件以及动力输出件，其中所述动力输入件连接所述输入轴；

输出轴，连接所述动力输出件，且输出动力至所述变速器输入轴；

第一离合机构，用于选择性接合所述输入轴与所述输出轴，以使所述输入轴在不经过所述传动件的情况下以第一速度比驱动所述输出轴；

第二离合机构，用于选择性制动所述传动控制件，以使所述输入轴经所述传动件以第二速度比驱动所述输出轴；

其中，所述倍档离合装置进一步集成有扭转减振机构。

2.如权利要求1所述的倍档离合装置，其特征在于：所述扭转减振机构包括同轴设置且能够相对转动的第一转动部件和第二转动部件以及沿所述第一转动部件和所述第二转动部件的转动方向弹性连接所述第一转动部件和所述第二转动部件的弹簧减振器。

3.如权利要求2所述的倍档离合装置，其特征在于：所述第一转动部件和所述第二转动部件之间形成一环形腔体，所述弹簧减振器为设置于所述环形腔体内的曲形弹簧。

4.如权利要求3所述的倍档离合装置，其特征在于：所述曲形弹簧由至少两个不同弹性系数的弹簧串联而成。

5.如权利要求2所述的倍档离合装置，其特征在于：所述第一转动部件和所述第二转动部件分别沿各自周向对称形成多个弹簧卡槽，所述弹簧减振器包括分别卡置于所述弹簧卡槽内的多个直形弹簧。

6.如权利要求5所述的倍档离合装置，其特征在于：每组对应的所述弹簧卡槽内包括至少两个串联或嵌套的弹性系数互不相同的所述直形弹簧。

7.如权利要求2所述的倍档离合装置，其特征在于：所述行星运动机构包括太阳轮、设置于所述太阳轮周围并与所述太阳轮外啮合的行星齿轮组、与所述行星齿轮组内啮合的齿圈以及设置于所述行星齿轮组上的行星架，所述动力输入件为所述齿圈，所述动力输出件为所述行星架，所述传动控制件为所述太阳轮，所述扭转减振机构包括集成于所述齿圈上的第一扭转减振机构，其中所述第一扭转减振机构的第一转动部件和第二转动部件中的一个与所述输入轴连接，所述第一扭转减振机构的第一转动部件和第二转动部件中的另一个设置有内齿，并与所述行星齿轮组内啮合。

8.如权利要求7所述的倍档离合装置，其特征在于：所述行星运动机构包括太阳轮、设置于所述太阳轮周围并与所述太阳轮外啮合的行星齿轮组、与所述行星齿轮组内啮合的齿圈以及设置于所述行星齿轮组上的行星架，所述动力输入件为所述齿圈，所述动力输出件为所述行星架，所述传动控制件为所述太阳轮，所述第二离合机构包括与所述太阳轮同轴设置的被制动件以及用于对所述被制动件进行制动的制动件，所述扭转减振机构包括集成于所述被制动件上的第二扭转减振机构，其中所述第二扭转减振机构的第一转动部件和第二转动部件中的一个与所述太阳轮连接，所述制动件对所述第二扭转减振机构的第一转动部件和第二转动部件中的另一个进行制动。

9.一种车辆变速总成，其特征在于，所述车辆变速总成包括如权利要求1-8任一项所述的倍档离合装置以及与所述倍档离合装置连接的变速器。

10.如权利要求9所述的车辆变速总成，其特征在于：所述变速器包括多个档位齿轮以及在所述多个档位齿轮之间切换的换挡器，其中相邻档位的档位齿轮使用不同的换挡器。

Images