專利名稱：具有可無級(jí)調(diào)節(jié)變速比的功率分支變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有可無級(jí)調(diào)節(jié)的變速比的、功率分支的變速器。
具有可無級(jí)調(diào)節(jié)的變速比的變速器在轎車中不僅由于它可能的行駛舒適性而且由于可能的減少油耗愈來愈受到人們的喜愛。通常它的輸出功率受到無級(jí)變速器的轉(zhuǎn)矩傳遞能力及變速比的擴(kuò)展范圍的限制。無級(jí)變速器以本身公知的方式可由具有兩個(gè)錐盤對(duì)的錐盤-纏繞接觸裝置變速器形式構(gòu)成，一個(gè)纏繞接觸裝置、如平環(huán)鏈環(huán)繞這些錐盤對(duì)運(yùn)行。通過兩錐盤對(duì)的錐盤之間的距離的反向改變可實(shí)現(xiàn)變速比的調(diào)節(jié)。無級(jí)變速器例如也可用公知方式構(gòu)成摩擦輪變速器，其中的有效半徑改變，在該有效半徑上，多個(gè)輪或盤或其它滾動(dòng)體相互碾滾。
已公開了，以連續(xù)可調(diào)節(jié)的變速比這樣地增大這些變速器的擴(kuò)展范圍(Spreizungsbereich)，使得借助功率分支進(jìn)行工作，其中在功率分支范圍中轉(zhuǎn)矩的傳遞既可通過無級(jí)變速器也可通過與無級(jí)變速器并聯(lián)設(shè)置的固定變速比來實(shí)現(xiàn)及在非分支范圍中轉(zhuǎn)矩的傳遞僅通過無級(jí)變速器來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)通常設(shè)置在功率分支變速器的輸出側(cè)即在無級(jí)變速器之后的累加變速器將兩個(gè)分支匯合到一個(gè)輸出軸上。無級(jí)變速器的變速比范圍在功率分支及非功率分支的范圍中被反向地通過，由此使變速器實(shí)現(xiàn)一個(gè)相對(duì)無級(jí)變速器增大的擴(kuò)展變速比。累加變速器可以或者作成單行星齒輪變速器或者作成行星齒輪連接變速器，后者由兩個(gè)行星級(jí)(Planetenebenen)組成。
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種具有可無級(jí)調(diào)節(jié)的變速比的變速器，它既具有高的變速比擴(kuò)展也具有高的轉(zhuǎn)矩傳遞能力。
該任務(wù)將借助具有可無級(jí)調(diào)節(jié)的變速比的、功率分支的變速器來解決，其包括一個(gè)輸入側(cè)的分配變速器，它具有與驅(qū)動(dòng)軸或通過起動(dòng)離合器與驅(qū)動(dòng)軸無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接的輸入齒輪，一個(gè)無級(jí)變速器，一個(gè)輸出軸，及兩個(gè)離合器，其中耦合式變速器的輸入齒輪與無級(jí)變速器的輸入軸形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，耦合式變速器的一個(gè)輸出齒輪與一個(gè)在功能上與無級(jí)變速器并聯(lián)設(shè)置的中間軸形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，該中間軸與無級(jí)變速器的輸出軸形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，中間軸可通過第一離合器與輸出軸形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，及輸入軸可通過第二離合器與輸出軸形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合。
根據(jù)本發(fā)明的變速器涉及三軸式變速器，它持續(xù)地以功率分支工作，由此既增大了轉(zhuǎn)矩傳遞能力也增大了變速比的擴(kuò)展。
有利的是，分配變速器被作成單行星齒輪變速器或行星齒輪連接變速器，后者由兩個(gè)行星級(jí)構(gòu)成。
由于上述持續(xù)的功率分支及與此相關(guān)的分配變速器的持續(xù)滾合，其優(yōu)點(diǎn)是，單行星齒輪變速器或行星齒輪連接變速器被作成具有負(fù)的靜態(tài)變速比。由此可減小形成的滾合功率，該滾合功率使效率減小及由此總是引起燃料損耗的增加。尤其出于結(jié)構(gòu)空間的原因，單行星齒輪變速器的靜態(tài)變速比可被限制在-1.5至-2.5的變速比上。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式中，分配變速器是單行星齒輪變速器。在此情況下驅(qū)動(dòng)軸與一個(gè)行星輪架無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，后者的行星齒輪與一個(gè)太陽輪形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合及與一個(gè)內(nèi)齒圈形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，該太陽輪與中間軸形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，該內(nèi)齒圈與無級(jí)變速器的輸入軸無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。
在根據(jù)本發(fā)明的功率分支變速器的另一優(yōu)選實(shí)施形式中，分配變速器是行星齒輪連接變速器，它由兩個(gè)耦合的行星齒輪變速器組成。在此情況下，驅(qū)動(dòng)軸與一個(gè)行星輪架無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，后者的行星齒輪與一個(gè)太陽輪形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合及與一個(gè)內(nèi)齒圈形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，該太陽輪與中間軸形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，該內(nèi)齒圈與第二行星輪架無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，后者的行星齒輪與太陽輪及與另一內(nèi)齒圈形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，該內(nèi)齒圈與無級(jí)變速器的輸入軸無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。
在功率分支變速器的另一優(yōu)選實(shí)施形式中，分配變速器被構(gòu)成耦合式變速器，其中驅(qū)動(dòng)軸與一個(gè)行星輪架無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，后者的行星齒輪與一個(gè)太陽輪及一個(gè)內(nèi)齒圈形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，其中太陽輪與無級(jí)變速器的輸入軸無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接及該內(nèi)齒圈與另一行星輪架無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，后者的行星齒輪與太陽輪及與另一內(nèi)齒圈形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，該內(nèi)齒圈與中間軸形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
為了實(shí)現(xiàn)倒車擋，無級(jí)變速器的輸出軸可通過倒車行駛離合器與一個(gè)倒車齒輪無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地相耦合。
為了減小在兩個(gè)功率分支之間轉(zhuǎn)換時(shí)降低舒適性的沖擊，變速器的各個(gè)齒輪之間的變速比被這樣有利地選擇，以使得在通過操作第一及第二離合器進(jìn)行的范圍轉(zhuǎn)換時(shí)無級(jí)變速器第一及第二錐盤對(duì)的動(dòng)態(tài)功率的跳變?yōu)樽钚　?br> 借助根據(jù)本發(fā)明的功率分支的變速器為具有可無級(jí)調(diào)節(jié)的變速比的舒適型自動(dòng)變速器開創(chuàng)了用于具有高轉(zhuǎn)矩、例如在500Nm范圍上或更高轉(zhuǎn)矩的發(fā)動(dòng)機(jī)的新應(yīng)用領(lǐng)域。
以下將借助概要附圖示范地及更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
附圖中表示

圖1是根據(jù)本發(fā)明的變速器的一個(gè)實(shí)施形式的單元線路圖，其中分配變速器可被構(gòu)成單行星齒輪變速器或行星齒輪連接變速器；
圖1a是根據(jù)本發(fā)明的變速器的一個(gè)實(shí)施形式的單元線路圖，其中分配變速器可被構(gòu)成單行星齒輪變速器，圖2是根據(jù)圖1a的變速器的簡(jiǎn)化圖，圖3是根據(jù)圖1a的變速器的換檔關(guān)系圖，圖4是根據(jù)本發(fā)明的、具有作成單行星齒輪變速器的分配變速器的變速器的方案示意圖，圖5是與根據(jù)圖4的第1，4及5方案的無級(jí)變速器變速比相關(guān)的總變速比，圖6是錐盤對(duì)的轉(zhuǎn)速以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速歸一化的值與圖4中方案1的總變速比的關(guān)系。
圖7是錐盤對(duì)的有效轉(zhuǎn)矩以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩歸一化的值與圖4中方案1的總變速比的關(guān)系。
圖8是無級(jí)變速器變速比(iVar)、總變速比(iGes)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(nMot)及當(dāng)使用根據(jù)圖4的方案1的范圍轉(zhuǎn)換進(jìn)行自動(dòng)降檔(Kickdown-Rueckschaltung)期間由慣性矩引起的錐盤對(duì)1及錐盤對(duì)2(Pdynss1及Pdynss2)的動(dòng)態(tài)功率的時(shí)間關(guān)系圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的變速器的一個(gè)實(shí)施形式的單元線路圖，其中分配變速器被構(gòu)成行星齒輪連接變速器，及圖10是變速器的另一變型方案的單元線路圖，其中分配變速器也被構(gòu)成行星齒輪連接變速器，圖11是鏈負(fù)荷與用于具有根據(jù)圖4的方案4的單行星齒輪變速器的變速器的不同參數(shù)組的關(guān)系曲線圖，圖12是表示總效率與根據(jù)圖4的方案4的、具有帶不同參數(shù)組的單行星齒輪變速器的變速器的總變速比的關(guān)系曲線圖，圖13是鏈負(fù)荷與根據(jù)圖10的用于具有行星齒輪連接變速器的變速器的不同參數(shù)組的關(guān)系的曲線圖。
根據(jù)圖1，一個(gè)未示出的內(nèi)燃機(jī)的曲軸2通過一個(gè)起動(dòng)離合器4與一個(gè)總地用8表示的功率分支的變速器的驅(qū)動(dòng)軸6相連接，該變速器的輸出軸用10表示。曲軸2上及輸出軸10上的箭頭表示當(dāng)未示出的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過變速器的轉(zhuǎn)矩傳遞方向。
變速器8包括一個(gè)耦合式變速器12及一個(gè)具有第一錐盤對(duì)16及第二錐盤對(duì)18的無級(jí)變速器14。無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)本身是公知的。第一錐盤對(duì)與無級(jí)變速器的輸入軸20無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。第二錐盤對(duì)18與無級(jí)變速器的輸出軸22無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地相連接。
驅(qū)動(dòng)軸6用作分配變速器(Verteilergetriebe)12的輸入軸，該分配變速器在圖1a，9及10中詳細(xì)表示的輸出側(cè)經(jīng)中間軸32通過一個(gè)離合器K1與一個(gè)離合器齒輪38無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，該離合器齒輪與一個(gè)從動(dòng)齒輪40相嚙合，后者無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地與輸出軸10相連接。
輸入軸20通過離合器K2可無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地與輸出軸10相連接。
無級(jí)變速器的輸出軸22通過一個(gè)離合器KR無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地與一個(gè)倒車齒輪42相連接，該齒輪以公知方式被設(shè)置用于機(jī)動(dòng)車的倒車驅(qū)動(dòng)。由所述變速器的各個(gè)單元所導(dǎo)致的變速比總是用i及所屬的下標(biāo)來表示。
圖1a表示作為單行星齒輪變速器12’的一個(gè)分配變速器12的實(shí)施例。這里驅(qū)動(dòng)軸6與分配變速器12的行星輪架24無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。支承在行星輪架24上的行星齒輪26與一個(gè)內(nèi)齒圈28的內(nèi)齒相嚙合，該內(nèi)齒圈與輸入軸20無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地相連接。
行星齒輪26還與一個(gè)太陽輪30的第一齒部分相嚙合，在所示的例中該太陽輪構(gòu)成分配變速器的輸出齒輪及與一個(gè)和中間軸32無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接的中間齒輪34相嚙合。該中間軸32在功能上與無級(jí)變速器14并聯(lián)地設(shè)置。中間齒輪34與一個(gè)和輸出軸22無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接的齒輪36相嚙合。
圖1b表示一個(gè)具有分配變速器112的變速器，該分配變速器由兩個(gè)相聯(lián)接的行星齒輪變速器112a及112b構(gòu)成。這里行星齒輪變速器112b的太陽輪130b及行星齒輪變速器112a的行星輪架124a與輸入軸106相連接。行星齒輪變速器112b的行星輪架124b可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在輸入軸106上及通過一個(gè)支承在中間軸132上的惰齒輪160與錐盤對(duì)116的軸112相連接。在惰齒輪160與軸122之間產(chǎn)生變速比i2及在行星輪架124b與惰齒輪160之間產(chǎn)生變速比i1。行星齒輪變速器112a的內(nèi)齒圈128a與行星齒輪變速器122b的行星輪架124b相聯(lián)接及產(chǎn)生變速比i3。行星齒輪變速器112b的內(nèi)齒圈128b與中間軸132相耦合及行星齒輪變速器112a的太陽輪130a與第一錐盤對(duì)114的軸120相聯(lián)接。軸120借助一個(gè)離合器K1可與中間軸132相耦合并構(gòu)成變速比i4。
圖2以簡(jiǎn)化的轉(zhuǎn)換示意圖表示根據(jù)圖1a的變速器，其中T表示行星輪架，H表示內(nèi)齒圈及S表示太陽輪。
圖3表示根據(jù)圖1的變速器的換檔關(guān)系圖。對(duì)于倒車行駛(R)離合器KR閉合，及離合器K1及K2打開。
在空擋(N)上所有離合器均打開。
在高變速比即低機(jī)動(dòng)車速度(Drive-Low)的范圍中離合器KR打開，離合器K2打開及離合器K1閉合。因此，輸出軸10的輸出經(jīng)中間軸32實(shí)現(xiàn)。
在低變速比或高行駛速度(D-High)的范圍中僅是離合器K2閉合。
如所看到的，無論在高變速比還是在低變速比時(shí)變速器功率分支地工作，即僅是總傳遞轉(zhuǎn)矩的一部分通過無級(jí)變速器14傳遞。由此無級(jí)變速器14的負(fù)荷及纏繞兩個(gè)錐盤對(duì)16及18的鏈的負(fù)荷可減小，以致相對(duì)傳統(tǒng)的變速器可以提高轉(zhuǎn)矩。
圖4借助變速器構(gòu)型欄中的轉(zhuǎn)換圖表示視圖1中單行星齒輪變速器的單元的連接而定可得到6種不同的變型方案。
第三欄(Low范圍MSS1/MMot)給出當(dāng)變速器在低速范圍時(shí)第一錐盤對(duì)16的轉(zhuǎn)矩相對(duì)驅(qū)動(dòng)軸6的轉(zhuǎn)矩的比。第四欄(High范圍MSS1/MMot)給出當(dāng)變速器在高速范圍時(shí)無級(jí)變速器第一錐盤對(duì)16或輸入軸20相對(duì)驅(qū)動(dòng)軸6的轉(zhuǎn)矩比。
對(duì)于變速器或第六變速器構(gòu)型的設(shè)計(jì)，給定了靜態(tài)變速比(Standuebersetzung)iO及在高速范圍中并緊靠?jī)蓚€(gè)范圍之間的轉(zhuǎn)換點(diǎn)的以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩歸一化的第一錐盤對(duì)16的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)為了簡(jiǎn)化首先假定固定變速比i1及i3(見圖1)一致時(shí)，則用這些預(yù)給定值可確定所有變速比。通過iO的預(yù)給定可確定在低速范圍中輸入軸10與驅(qū)動(dòng)軸6的轉(zhuǎn)速比。當(dāng)因結(jié)構(gòu)空間使其限制在值-1.5至-2.5之間的負(fù)靜態(tài)變速比時(shí)，將取消方案2，3及6，因?yàn)樗鲛D(zhuǎn)矩比明顯大于1及由此存在大的鏈損壞危險(xiǎn)性。
在圖5中表示出對(duì)于方案1，4及5的總變速比iges(縱坐標(biāo))與無級(jí)變速器變速比(橫坐標(biāo))的關(guān)系。左邊的曲線圖表示方案1，中間曲線圖表示方案4及右邊曲線圖表示方案5。如所看到的，方案4及5的曲線相同。在所有方案中范圍的轉(zhuǎn)換約在ivar＝0.4時(shí)進(jìn)行，但在方案1中在更低的總變速比時(shí)進(jìn)行。圖5的曲線的線性部分是由于在該范圍(低速范圍)中功率分支無原始直線。通過在兩個(gè)行駛范圍中的功率分支可以作到使兩個(gè)錐盤對(duì)或無級(jí)變速器的輸入軸20及輸出軸22的轉(zhuǎn)速的最大值及最小值達(dá)到類似的水平上。
圖6中表示方案1的曲線圖，其中縱坐標(biāo)給出一個(gè)錐盤對(duì)轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)軸6的轉(zhuǎn)速之間的比及橫坐標(biāo)給出總的變速比iges。實(shí)線的曲線表示第一錐盤對(duì)16的比，虛線的曲線表示第二錐盤對(duì)18的比。在所示例中其最小值及最大值在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的約一半及約1.5倍之間變化。第二錐盤對(duì)18可由此-尤其在達(dá)到無級(jí)變速器最小變速比的范圍轉(zhuǎn)換點(diǎn)上-被置于明顯小的轉(zhuǎn)速水平上，這樣就基于減小的離心力及小的動(dòng)態(tài)效應(yīng)使鏈的損壞減小。這主要對(duì)于具有高的最大轉(zhuǎn)速的現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)來說是重要的。轉(zhuǎn)速小的另一優(yōu)點(diǎn)在于，在圖4的一些方案中可取消拋失油的補(bǔ)償及由此達(dá)到成本上的優(yōu)點(diǎn)。
圖7表示對(duì)于第1方案的、作用在第一錐盤對(duì)16上的轉(zhuǎn)矩與由發(fā)動(dòng)機(jī)作用的轉(zhuǎn)矩之比(縱坐標(biāo))與整個(gè)變速比(橫坐標(biāo))之間的關(guān)系。如可看到的，通過在兩個(gè)行駛范圍中的功率分支作用在第一錐盤對(duì)上的轉(zhuǎn)矩僅在范圍轉(zhuǎn)換點(diǎn)的窄變速比范圍上大于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。由此得到多個(gè)其它的優(yōu)點(diǎn)纏繞接觸裝置的壓緊力可在如由無級(jí)變速器傳遞的轉(zhuǎn)矩所減小的程度上也同樣地下降。由此循環(huán)運(yùn)行的平環(huán)鏈的擺動(dòng)鉸鏈的負(fù)荷及環(huán)板中的應(yīng)力下降，由此提高了鏈的工作壽命。
-通過低轉(zhuǎn)矩水平可減小壓緊力，由此不僅可減小鏈與錐盤表面之間的直接摩擦接觸，而且可減小施加在待調(diào)節(jié)錐盤上的壓緊壓力。這將導(dǎo)致無級(jí)變速器的能耗及壓緊液壓力的減小及使燃料消耗下降。
-錐盤對(duì)的高轉(zhuǎn)矩對(duì)軸的強(qiáng)度提出高的要求。通過轉(zhuǎn)矩水平的減小使該要求降低，由此可進(jìn)一步提高擴(kuò)展比。
通過對(duì)圖5中所示6個(gè)變速器構(gòu)型的分析表明對(duì)于可能出現(xiàn)的鏈損壞及由此得到的鏈壽命來說，第4方案會(huì)是特別有利的。為此在圖11中示范地表示出對(duì)于方案4在作為單行星齒輪變速器12’(見圖1a)的分配變速器的固定的靜態(tài)變速比1.5的情況下關(guān)于設(shè)計(jì)的不同參數(shù)組1-5的鏈負(fù)荷B。通過根據(jù)第3參數(shù)組的設(shè)計(jì)達(dá)到了最小鏈損壞。以下的變速比值與它相對(duì)應(yīng)靜態(tài)變速比iO＝-1.5，固定變速比i1＝i3＝-1.414，i2＝-1.871及軸變速比iAchse＝3.623。根據(jù)圖11，與該參數(shù)組偏離的變速比設(shè)計(jì)總將導(dǎo)致鏈負(fù)荷的提高。因此該參數(shù)組是特別有利的。但對(duì)于變速器的專門協(xié)調(diào)，具有高負(fù)荷的參數(shù)組也可以是有利的，例如在對(duì)于負(fù)荷的參數(shù)組設(shè)計(jì)中它可在約2.5與3.0之間，只要能相應(yīng)地適配發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。
圖12表示與參數(shù)組3相應(yīng)的、在始于超速OD至低速UD的總變速比上的總效率曲線。顯然，第3參數(shù)組具有最均衡的曲線及由此看來也是很有利的。
試驗(yàn)及理論上的研究進(jìn)一步表明，對(duì)于無級(jí)變速器的變速比隨時(shí)間的變化有以下關(guān)系式diVardt=diVardiGes×diGesdt]]>其中diGes/dt表示給定的變速器總變速比，借助在圖4中所示的變速器構(gòu)型相對(duì)其它的功率分支變速器可得到改進(jìn)，在這些其它功率分支變速器中行星齒輪變速器或行星齒輪連接變速器例如設(shè)置在無級(jí)變速器后面。
在功率分支的變速器中一個(gè)重要的方面在于范圍轉(zhuǎn)換的舒適性，該范圍轉(zhuǎn)換在同步點(diǎn)上(在離合器K1閉合和離合器K2打開時(shí)與在離合器K1打開及離合器K2閉合時(shí)總變速比相同)進(jìn)行。離合器的轉(zhuǎn)換應(yīng)盡可能地不被感覺到。功率分支變速器的表征特性的特征是在范圍轉(zhuǎn)換時(shí)設(shè)置在動(dòng)力傳動(dòng)系中的慣性質(zhì)量的動(dòng)態(tài)功率變化，它由兩個(gè)行駛范圍中慣性質(zhì)量的不同加速度產(chǎn)生。通過總變速器結(jié)構(gòu)(各個(gè)變速比i)的合適選擇及設(shè)計(jì)可對(duì)變速比曲線產(chǎn)生影響及由此對(duì)范圍轉(zhuǎn)換點(diǎn)的動(dòng)態(tài)功率分量的變化產(chǎn)生影響。
對(duì)于本變速器結(jié)構(gòu)，第一錐盤對(duì)16(SS1)及第二錐盤對(duì)18(SS2)的轉(zhuǎn)速由下列等式得到nSS1＝nMot×iVar×f(iVar)
nSS2＝nMot×f(iVar)式中nMot為發(fā)動(dòng)機(jī)或驅(qū)動(dòng)軸6的轉(zhuǎn)速，ivar為無級(jí)變速器的變速比及f(iVar)為無級(jí)變速器變速比的一個(gè)函數(shù)。
在低速及高速范圍中具有功率分支的本變速器的一個(gè)特點(diǎn)是錐盤對(duì)1的轉(zhuǎn)速nSS1與無級(jí)變速器的變速比ivar的相關(guān)性。函數(shù)f(iVar)與各個(gè)方案(圖4)相關(guān)。除無級(jí)變速器的變速比外函數(shù)f與各個(gè)變速比i相關(guān)。
通過用于nSS1及nSS2的等式可計(jì)算錐盤對(duì)16及18的動(dòng)態(tài)功率Pdyn，SS1及Pdyn，SS2，其中例如對(duì)于圖4的方案4有下列等式Pdyn,SS1=ΘSS1·nMot·iVar2·f(iVar)2dnMotdt]]>+ΘSS1·nMot2·iVar·f(iVar)·[iVar·∂f∂iVar+f]·∂iVar∂iGes·diGesdt]]>Pdyn,SS2=ΘSS2·nMot·f(iVar)2dnMotdt]]>+ΘSS2·nMot2·f(iVar)·∂f∂iVar∂iVar∂iGes·diGesdt]]>式中ΘSS1及ΘSS2表示錐盤對(duì)16及錐盤對(duì)18的質(zhì)量慣性矩。在高速及低速范圍中的不同變速比曲線ivar(iGes)及范圍轉(zhuǎn)換點(diǎn)上導(dǎo)數(shù)divar/diGes中的不連續(xù)性對(duì)無論是Pdyn，SS1還是Pdyn，SS2在范圍轉(zhuǎn)換點(diǎn)上具有跳變負(fù)責(zé)。跳變高度可直接借助上述式子給出。除dnMot/dt及diGes/dt(它們根據(jù)機(jī)動(dòng)車特定地確定)外，所有其它量與變速器換檔方案及其設(shè)計(jì)相關(guān)。其目的是，對(duì)整個(gè)變速器及設(shè)計(jì)這樣地選擇，以使得在范圍轉(zhuǎn)換點(diǎn)上的跳變高度為最小，其中這當(dāng)然必需與其它目標(biāo)、如根據(jù)最小鏈損壞的要求相協(xié)調(diào)。
另一方面是，在第一錐盤對(duì)16或第二錐盤對(duì)18上在不同的行駛范圍上出現(xiàn)大的Pdyn值。本變速器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，在范圍轉(zhuǎn)換點(diǎn)上的Pdyn不連續(xù)性比起其它的結(jié)構(gòu)來說不太突出。在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中當(dāng)范圍轉(zhuǎn)換時(shí)，一個(gè)錐盤對(duì)的加速過程雖然結(jié)束或甚至反向，但在范圍轉(zhuǎn)換時(shí)另一錐盤對(duì)的加速過程同時(shí)開始或一個(gè)制動(dòng)過程逆轉(zhuǎn)到加速過程。兩個(gè)作用一起導(dǎo)致從變速器輸入端到變速器輸出端的持續(xù)功率傳遞，即導(dǎo)致了舒適的范圍轉(zhuǎn)換。
圖8作為例子表示對(duì)于圖4的方案4的變速器在一個(gè)對(duì)用戶重要的操作循環(huán)中進(jìn)行的自動(dòng)降檔的關(guān)系。圖中表示nMot，ivar，iGes，Pdyn， SS1及Pdyn，SS2的變化曲線，其中時(shí)間自左向右地延伸在橫坐標(biāo)上。在范圍轉(zhuǎn)換時(shí)Pdyn，SS1及Pdyn，SS2中的不連續(xù)性可明顯被看出。通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可避免該不連續(xù)性。此外可看出，這些不連續(xù)性具有不同的方向，由此它們可部分地被補(bǔ)償。
分析表明，通過旋轉(zhuǎn)質(zhì)量即慣性矩的適當(dāng)選擇可這樣改變跳變高度，即兩個(gè)錐盤對(duì)的動(dòng)態(tài)功率的總和連續(xù)地變化。由此甚至可在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)脑龃笾敝吝_(dá)到完全的補(bǔ)償。在這里所示的變速器上有利的是，錐盤對(duì)1的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量大約被作成錐盤對(duì)2的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的兩倍。
借助圖1可以說明用于實(shí)現(xiàn)該條件的各種結(jié)構(gòu)的可能性。例如可有利地在第一錐盤對(duì)軸20上設(shè)置一個(gè)小的飛輪。同樣有利的是，在第二錐盤對(duì)軸22上通過一個(gè)空心軸或徑向小結(jié)構(gòu)的液壓腔18可減小它的慣性矩。同樣有利的會(huì)是，離合器K1不被布置在齒輪38的附近，而是設(shè)置在齒輪34的附近，即盡可能靠近第二錐盤對(duì)22的附近，由此必需附屬地考慮中間軸32的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量相對(duì)第二錐盤對(duì)22盡可能地小。這同樣地適用于離合器KR。
根據(jù)本發(fā)明的具有可無級(jí)調(diào)節(jié)的變速比的功率分支的變速器借助三個(gè)軸工作及借助連接在無級(jí)變速器前面的分配變速器在兩個(gè)可轉(zhuǎn)換的前進(jìn)范圍中總是功率分支地工作，該變速器不被限制在通過圖1及4所述的、使用單行星齒輪變速器作為分配變速器的應(yīng)用上。
圖9表示分配變速器另一實(shí)施形式的相對(duì)圖1簡(jiǎn)化的示圖，以下僅對(duì)它與根據(jù)圖1的實(shí)施形式的區(qū)別加以說明。
根據(jù)圖9，首先驅(qū)動(dòng)軸6類似于根據(jù)圖1的實(shí)施形式與第一行星級(jí)的行星輪架50無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，該行星級(jí)的行星齒輪52與一個(gè)太陽輪54的第一外齒部分相嚙合及與內(nèi)齒圈56的內(nèi)齒部分相嚙合，該內(nèi)齒圈56與另一行星級(jí)的行星輪架58無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地或整體地相連接。
另一行星輪架58的行星齒輪60與太陽輪54的另一外齒部分相嚙合，該另一外齒部分可與第一外齒部分相同或不同，及還與一個(gè)內(nèi)齒圈62的內(nèi)齒部分相嚙合，該內(nèi)齒圈62與輸入軸20無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。太陽輪54的又一外齒部分與中間齒輪34相嚙合，該中間齒輪34如圖1中所示地與中間軸32無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地相連接。
圖10表示具有兩個(gè)行星齒輪級(jí)的分配變速器的、相對(duì)圖9改變了的實(shí)施形式。
在根據(jù)圖10的實(shí)施形式中，驅(qū)動(dòng)軸6與一個(gè)行星輪架70無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地或整體地連接，后者的行星齒輪72與一個(gè)太陽輪74的第一外齒部分相嚙合及與一個(gè)內(nèi)齒圈76的內(nèi)齒部分相嚙合，該內(nèi)齒圈76與另一行星輪架78無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或整體地連接。該另一行星輪架78的行星齒輪80與太陽輪74的另一外齒部分相嚙合，該太陽輪74與輸入軸20無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或整體地相連接。行星齒輪80還與內(nèi)齒圈82的內(nèi)齒部分相嚙合，該內(nèi)齒圈82構(gòu)造有一個(gè)外齒部分，它與中間齒輪34相嚙合。
圖13表示-如在圖1b中的實(shí)施例中所示地-在使用一個(gè)耦合式變速器112的情況下的一個(gè)變速器的鏈的負(fù)荷B。在此情況下，兩個(gè)行星變速器112a，112b的靜態(tài)變速比被確定在2.5上，對(duì)于固定變速比i1及i2的乘積可得到i1*i2＝0.849，對(duì)于固定變速比i3及i4的乘積可得到i3*i4＝2.070。軸變速比i(Achse)為3.775。由此得到2.308與0.433之間的無級(jí)變速器的擴(kuò)展比。對(duì)于以這些值為基礎(chǔ)的參數(shù)組4由此產(chǎn)生的鏈負(fù)荷為最小負(fù)荷。并且其它的參數(shù)組對(duì)于相應(yīng)的構(gòu)型例也可以是有利的。
可以理解，所述的實(shí)施形式僅是示范例，及耦合式變速器的其它變型方案也可與一個(gè)無級(jí)變速器結(jié)合來說明根據(jù)本發(fā)明的三軸變速器。
權(quán)利要求
1.具有可無級(jí)調(diào)節(jié)的變速比的功率分支的變速器，包括-一個(gè)輸入側(cè)的分配變速器(12)，它具有與驅(qū)動(dòng)軸(6)無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接的輸入齒輪(24；50；70)，-一個(gè)無級(jí)變速器(14)，-一個(gè)輸出軸(10)，及-兩個(gè)離合器K1，K2，其中-耦合式變速器的輸入齒輪通過該分配變速器的至少一個(gè)齒輪與無級(jí)變速器的輸入軸(20)轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，-分配變速器的一個(gè)輸出齒輪(30；54；82)與一個(gè)在功能上與無級(jí)變速器并聯(lián)設(shè)置的中間軸(32)轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，該中間軸與無級(jí)變速器的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，-中間軸(32)可通過第一離合器K1與輸出軸(10)形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，及-輸入軸(20)可通過第二離合器K2與輸出軸(10)形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的功率分支的變速器，其特征在于，分配變速器(12)是一個(gè)單行星齒輪變速器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的功率分支的變速器，其特征在于，分配變速器(12)是一個(gè)行星齒輪連接變速器，它由兩個(gè)行星級(jí)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的功率分支的變速器，其特征在于，驅(qū)動(dòng)軸(6)與一個(gè)行星輪架(50)無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，后者的行星齒輪(52)與一個(gè)太陽輪(54)轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合及與一個(gè)內(nèi)齒圈(56)形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，該太陽輪(54)與中間軸(32)轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，該內(nèi)齒圈(56)與第二行星輪架(58)無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，后者的行星齒輪(60)與太陽輪(54)及與另一內(nèi)齒圈(62)形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，該內(nèi)齒圈(62)與無級(jí)變速器的輸入軸(20)無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的功率分支的變速器，其特征在于，驅(qū)動(dòng)軸(6)與一個(gè)行星輪架(70)無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，后者的行星齒輪(72)與一個(gè)太陽輪(74)及一個(gè)內(nèi)齒圈(76)形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，其中太陽輪(74)與無級(jí)變速器(14)的輸入軸(6)無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接及該內(nèi)齒圈(76)與另一行星輪架(78)無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，后者的行星齒輪(80)與太陽輪(74)及與另一內(nèi)齒圈(82)形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，該內(nèi)齒圈(82)與中間軸(32)形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中一項(xiàng)的功率分支的變速器，其特征在于，無級(jí)變速器(14)的輸出軸(22)可通過倒車行駛離合器KR與一個(gè)倒車齒輪(42)無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地相耦合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中一項(xiàng)的功率分支的變速器，其特征在于，變速器的各個(gè)齒輪之間的變速比被這樣地選擇，以使得在通過操作第一及第二離合器進(jìn)行的范圍轉(zhuǎn)換時(shí)無級(jí)變速器的第一及第二錐盤對(duì)的動(dòng)態(tài)功率的跳變?yōu)樽钚　?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中一項(xiàng)的功率分支的變速器，其特征在于這樣地增高在變速比改變時(shí)確定功率消耗的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，以使得在范圍轉(zhuǎn)換點(diǎn)上總功率消耗的跳變可被忽略。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中一項(xiàng)的功率分支的變速器，其特征在于這樣地減小在變速比改變時(shí)確定功率消耗的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，以使得在范圍轉(zhuǎn)換點(diǎn)上不產(chǎn)生總功率消耗的跳變。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的功率分支的變速器，其特征在于旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的減小或增高被這樣地實(shí)現(xiàn)，即這樣選擇范圍離合器的安裝位置，以使得由此可分離或耦合盡可能多的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有可無級(jí)調(diào)節(jié)的變速比的、功率分支的變速器，包括一個(gè)輸入側(cè)的分配變速器(12)，它具有與驅(qū)動(dòng)軸(6)無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接的輸入齒輪(24；50；70)；一個(gè)無級(jí)變速器(14)；一個(gè)輸出軸(10)及兩個(gè)離合器K1，K2，其中分配變速器的輸入齒輪通過分配變速器的至少一個(gè)齒輪與無級(jí)變速器的輸入軸(20)形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，分配變速器的一個(gè)輸出齒輪(30；54；82)與一個(gè)在功能上與無級(jí)變速器并聯(lián)設(shè)置的中間軸(32)形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，該中間軸與無級(jí)變速器的輸出軸形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，中間軸(32)可通過第一離合器K1與輸出軸(10)形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，及輸入軸(20)可通過第二離合器K2與輸出軸(10)形成轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合。
文檔編號(hào)F16H37/08GK1705836SQ200380101895
公開日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2003年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月22日
發(fā)明者克里斯蒂安·勞因格, 馬丁·福內(nèi)姆, 彼得·滕貝爾哥, 安德烈亞斯·恩利施 申請(qǐng)人:盧克摩擦片和離合器兩合公司