CN102016355A - 汽车传动系的无级变速传动设备 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种汽车传动系(1)的无级变速传动设备(4)，其具有变速机构(8)和换档传动装置(9)，借助于所述变速机构和换档传动装置能够无级地产生多个传动比范围的传动比，并且所述无级变速传动设备具有行星齿轮传动装置(7)，该行星齿轮传动装置在第一轴(11)的区域内与变速器输入端(12)保持有效连接，在第二轴(14)的区域内与换档传动装置(9)保持有效连接并且在第三轴(16)的区域内与变速机构(8)保持有效连接。有待通过变速传动设备(4)传递的扭矩能够经由变速器输入端(12)与变速器输出端(10)之间的至少两个功率路径来引导。变速机构(8)布置在两个功率路径中的一个功率路径内。按本发明，所述换档传动装置(9)布置在变速机构(8)与变速器输出端(10)之间。

Description

汽车传动系的无级变速传动设备
技术领域
本发明涉及一种汽车传动系的按权利要求1前序部分中详细定义的类型的无级变速传动设备，该无级变速传动设备具有变速机构(Variator)和换档传动装置。
背景技术
由US 2006/0183590A1公开了一种具有功率分流的无级变速传动设备。功率分流通过布置在变速器输入侧的行星齿轮传动装置得以实现，其中，利用行星齿轮传动装置的太阳轮向该传动装置的第一功率路径提供扭矩，并且通过行星齿轮传动装置的齿圈(Hohlrad)向第二功率路径提供扭矩。行星齿轮传动装置的太阳轮经由正齿轮啮合部与变速机构的第一轴有效连接。变速机构的第二轴与在这里构造成中间轴式变速器的换档传动装置连接，在该换档传动装置的区域内合计出通过变速传动设备的两个功率路径所引导的扭矩并且经由变速器输出端从变速传动设备中导出。
不利地，变速传动设备具有很高的结构空间要求，因为换档传动装置布置在行星齿轮传动装置与变速机构之间。此外，行星齿轮传动装置的太阳轮与变速机构的第一轴之间的有效连接借助不希望地长的连接轴来实现，该连接轴只能借助于结构开支大并且制造成本高的支承结构而应用在该传动装置中。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种无级的变速传动设备，该变速传动设备具有简单的结构布局和很小的结构空间需求，以及能够成本低廉地进行制造。
按本发明，该任务借助具有权利要求1所述特征的无级变速传动设备得到解决。
根据本发明的汽车传动系的无级变速传动设备，具有变速机构和换档传动装置，借助于该变速机构和换档传动装置能够无级地产生多个传动比范围的传动比，并且该无级变速传动设备具有行星齿轮传动装置，该行星齿轮传动装置在第一轴的区域内与变速器输入端保持有效连接，在第二轴的区域内与换档传动装置保持有效连接并且在第三轴的区域内与变速机构保持有效连接，其中，待传递的扭矩能够经由变速器输入端与变速器输出端之间的至少两个功率路径(Leistungspfad)来引导，并且变速机构布置在两个功率路径中的一个功率路径内，换档传动装置布置在变速机构与变速器输出端之间。
借助于按本发明将换档传动装置布置在变速机构与变速器输出端之间，能够与由现有技术公知的变速传动设备相比以更短的连接轴(Verbindungswelle)实施行星齿轮传动装置与变速机构之间的有效连接，能够结构简单并且成本低廉地实现对该连接轴的支承。
此外，按本发明的无级变速传动设备的特征在于所提出的通过与公知的变速传动设备相比更紧凑的变速器结构方式来布置换档传动装置，并且因此具有更小的结构空间需求。
在按本发明的无级变速传动设备的有利的改进方案中，行星齿轮传动装置的第一轴构造成齿圈，由此，与由US 2006/0183590A1所公开的变速传动设备相比，按本发明的变速传动设备的特征在于改善的传动比匹配。
按本发明的无级变速传动设备的变速机构在其它实施方式中要么构造成传动带变速机构要么构造成摩擦轮变速机构或者其它变速机构结构型式，例如静液压结构(Hydrostat)，由此根据各种应用情况来使用变速机构的不同变型方案的特定优点并且能够相应对此作出调整地加以运用。因此，当根据要求通过按本发明的变速传动设备可以覆盖较大转速范围时，例如将变速机构构造成摩擦轮变速机构。
按本发明的无级变速传动设备的可成本低廉地制造的、具有简单结构布局的并且特征在于很小结构空间需求的实施方式的特征在于，变速机构轴(Variatorwelle)中的一个变速机构轴布置在变速器主轴上，因为有待通过变速传动设备引导的扭矩能够从行星齿轮传动装置无额外的齿轮级地导入到变速机构中。
在按本发明的无级变速传动设备的另一成本低廉的实施方式中，换档传动装置局部地构造成曲径传动单元(Windungsgetriebeeinheit)，与具有较少数量的齿轮的传统的换档传动装置相比，借助于该曲径传动单元能够产生至少相同数量的传动级。
按本发明的无级变速传动设备的同样对结构空间有利的并且成本低廉的以及结构简单的实施方式的特征在于，待传递的扭矩在行驶范围(Fahrbereich)之一中仅经由功率路径之一来引导。与由实践公知的变速传动设备相比，变速传动设备的该实施方式的突出之处同样在于更少数量的啮合部。
在按本发明的无级变速传动设备的有利的改进方案中，有待通过按本发明的无级变速传动设备引导的或者传递的扭矩能够在行星齿轮传动装置的区域内在两个功率路径之间进行分配并且能够在换档传动装置的区域内进行合计。
按本发明的无级变速传动设备的能够成本低廉地制造的并且能够以良好效率运行的实施方式构造有为了在行驶范围之间进行变换而设置的形状配合的换档元件。
为了能够尤其在用于起动过程的第一行驶范围内提供很高的起动扭矩，在传动装置的有利的改进方案中，该传动装置的第三轴与变速机构之间的有效连接构造有至少一个正齿轮级。
附图说明
本发明的其它优点和有利的改进方案由权利要求和参照附图依据原理地进行描述的实施例得知，其中，为了概览起见在对实施例的描述中针对结构相同和功能相同的部件使用相同的附图标记。
其中：
图1示出按本发明的无级变速传动设备的第一实施例的齿轮示意图；
图2示出按本发明的变速传动设备的第二实施例，在该变速传动设备中，变速机构的轴布置在变速器主轴上；
图3示出按本发明的变速传动设备的第三实施方式的齿轮示意图，该变速传动设备具有摩擦轮变速机构；
图4示出变速传动设备的第四实施例的相应于图1的视图，在该第四实施例中，构造成摩擦轮变速机构的变速机构的轴布置在变速器主轴上；
图5示出变速传动设备的构造有正行星齿轮组的第五实施例的齿轮示意图；
图6示出变速传动设备的第六实施例，在该变速传动设备中，变速机构的轴布置在变速器主轴上；
图7示出第七实施例的齿轮示意图，其中，行星齿轮传动装置的齿圈和行星齿轮架能够抗扭地(drehfest)彼此连接；
图8示出按本发明的变速传动设备的第八实施例的齿轮示意图，在该变速传动设备中，行星齿轮传动装置的行星齿轮架可抗扭地呈现；以及
图9示出按本发明的变速传动设备的构造有摩擦轮变速机构的第九实施例。
具体实施方式
在图1中以非常示意性的形式示出了汽车传动系1，该汽车传动系包括发动机2、起动件3、变速传动设备4以及输出轴(Abtrieb)5。在发动机2与这里构造成摩擦配合的离合器的起动件3之间布置有所谓的减振器6，借助于该减振器能够使在这里构造成内燃机的发动机2的旋转不均匀性得到缓冲。
变速传动设备4构造成无级的功率分流的变速器，该变速器在变速器输入侧具有构造成负行星齿轮组的行星齿轮传动装置7并且在变速器输出侧具有换档传动装置9，其中，换档传动装置9布置在这里构造成传动带变速机构的变速机构8与变速器输出端10或者汽车传动系1的输出轴5之间。
行星齿轮传动装置7的构造成齿圈的第一轴11经由变速器输入轴12、起动件3以及减振器6与发动机2连接，由此将发动机2的驱动力矩经由变速器输入轴12和齿圈11导入到变速传动设备4中。
经由行星齿轮传动装置7的与齿圈11啮合的行星齿轮13以及在这里构造成行星齿轮架的第二轴14，将发动机2的驱动力矩的一部分在换档传动装置9的方向上传递到与行星齿轮传动装置7的第二轴14抗扭地连接的变速器主轴15上。
同时，行星齿轮传动装置7经由在这里构造成太阳轮的第三轴16以及具有三个相互啮合的齿轮17、18和19的正齿轮啮合部20与变速机构8的第一轴21有效连接，该第一轴在这里与变速器主轴15相距开并且平行地布置。
变速机构8的第二轴22与换档传动装置9的中间轴23连接，在该中间轴上可旋转地支承着多个可经由换档元件24、25与中间轴23抗扭地连接的空套齿轮(Losrad)26到29。换档元件24和25在这里构造成形状配合的换档元件，这些换档元件根据相应的应用情况优选可以是爪齿、同步装置或者由各一个爪齿离合器和额外的同步装置构成的组合。
空套齿轮26与抗扭地与另一中间轴30连接的齿轮31啮合，而空套齿轮27与中间齿轮啮合，该中间齿轮又与同样抗扭地与该另一中间轴30连接的齿轮33保持嵌合。空套齿轮28和29又与抗扭地与变速器主轴15连接的齿轮34、35啮合。额外的齿轮36与该另一中间轴30抗扭地连接，该齿轮与抗扭地与变速器主轴15连接的另一齿轮37啮合。
利用变速传动设备4可以产生三个用于前进行驶的行驶范围以及一个用于倒车的行驶范围，其中，在这里构造成传动带变速机构的变速机构8上的行驶范围的传动比范围无级地连续运行。变速传动设备4的行驶范围之间的变换通过两个换档元件24和25实现。在此，当空套齿轮27经由换档元件24与中间轴23抗扭地连接时，用于前进行驶的第一行驶范围在变速传动设备4内挂入。第二行驶范围通过经由换档元件25与中间轴23抗扭地连接而在变速传动设备4内挂入，而在空套齿轮28经由换档元件25与中间轴23抗扭地连接的情况下提供第三行驶范围。当空套齿轮26经由换档元件24与中间轴23抗扭地连接时，用于倒车的行驶范围在变速传动设备4内挂入。
为了在三个用于前进行驶的行驶范围之间进行变换时也能够无级地改变变速传动设备4的传动比，变速机构在换档过程中不必复位，由此，行驶范围之间的变换不是同步进行的。
原则上，可以自由选择行星齿轮传动装置7、正齿轮啮合部20以及变速机构8在变速传动设备4的变速器壳体中的前面所述的空间布置，其中，行星齿轮传动装置7与正齿轮啮合部20之间的连接或者行星齿轮传动装置7与变速机构8之间的连接基本上以相同的方式和方法在第三轴16的区域内或者在行星齿轮传动装置7的太阳轮的区域内实现。
在图2到9中示出了变速传动设备4的其它实施例，这些实施例分别在变速传动设备4的部分区域中与图1示出的变速传动设备4的第一实施例不同，因此，在下面对图2到图9的描述中，基本上探讨的是变速传动设备4的各个实施方式之间的不同之处，并且关于变速传动设备4的基本工作原理参照对图1的描述。
在变速传动设备4的在图2中示出的实施例中，变速机构8的第一轴21直接布置在变速器主轴15上并且与第三轴16或者行星齿轮传动装置7的太阳轮连接，由此，不需要根据图1变速传动设备的正齿轮啮合部20，并且根据图2的变速传动设备4在径向上具有较小的结构空间需求，该变速传动设备的特征在于较低的总重量并且能够成本低廉地进行制造。
变速传动设备4的在图3中示出的第三实施方式与按图1和图2的两个实施例不同，该变速传动设备具有构造成摩擦轮变速机构的变速机构8，该变速机构的第一轴21和该变速机构的第二轴22与中间轴23同轴布置。将行星齿轮传动装置7的第三轴16与变速机构8的第一轴21连接起来的正齿轮啮合部20不带有齿轮或者中间齿轮18地构造，从而按图3的变速传动设备4在径向上同样具有比按图1的实施方式更小的结构空间需求。
变速传动设备4的在图4中示出的实施例同样构造有摩擦轮变速机构，该摩擦轮变速机构布置在变速器主轴15上，其中，变速机构8的第二轴22经由另一正齿轮啮合部38与换档传动装置9的中间轴23保持有效连接，该正齿轮啮合部包括第一正齿轮39和第二正齿轮40。与变速传动设备4的在图1中示出的第一实施例相比，变速传动设备4的第四实施例的特征在于径向上更小的结构空间需求。
图5示出了变速传动设备4的第五实施例，在该变速传动设备中，构造成正行星齿轮组的行星齿轮传动装置7的第三轴16经由正齿轮啮合部20与构造成传动带变速机构的变速机构的第一轴21连接，该正齿轮啮合部与按图1的正齿轮啮合部20相比同样不带有中间齿轮18地构成。行星齿轮传动装置7在此包括双行星轮(Doppelplanet)13A和13B，以便在行星齿轮传动装置7的区域内就已经提供经由中间齿轮18实现的旋转方向的改变。
此外，与按图1到图4的变速传动设备4的实施例的换档传动装置9不同，按图5的换档传动装置9带有曲径传动单元和三个换档元件41、42和43地构造。经由换档元件41能够将布置在中间轴23上的空套齿轮44、45、46和47与中间轴43抗扭地连接，而借助于换档元件42能够将布置在变速器主轴15上的空套齿轮48、49和50与该变速器主轴抗扭地联接。设置换档元件43是用于形成布置在变速器主轴15上的空套齿轮51与变速器主轴15之间的抗扭的连接。不仅空套齿轮45、46和47而且空套齿轮48和49分别经由空心轴52、53抗扭地相互连接，而空套齿轮44或者50和51构造成单独的齿轮。布置在中间轴23上的空套齿轮44与经由空心轴53与空套齿轮49抗扭地连接的空套齿轮48啮合，而空套齿轮45与空套齿轮49啮合。空套齿轮46与空套齿轮50保持嵌接，而空套齿轮47经由中间齿轮54与空套齿轮51保持有效连接。
当空套齿轮44经由换档元件41与中间轴23抗扭地连接并且空套齿轮50同时经由换档元件42与变速器主轴15抗扭地连接时，用于前进行驶的第一行驶范围在变速传动设备4内挂入。为了在变速传动设备4中挂入用于前进行驶的第二行驶范围，空套齿轮45经由换档元件41与中间轴23抗扭地连接并且空套齿轮50经由换档元件42与变速器主轴15抗扭地连接。当空套齿轮49经由换档元件42与变速器主轴15抗扭地连接并且空套齿轮45经由换档元件41与中间轴23抗扭地连接时，用于前进行驶的第三行驶范围就在变速传动设备4中挂入。如果存在用于挂入倒车的行驶范围的要求，那么空套齿轮44经由换档元件41与中间轴23抗扭地连接并且空套齿轮51经由换档元件43与变速器主轴15抗扭地连接。
变速传动设备4的在图6中示出的第六实施例与变速传动设备4的在图5中示出的第五实施例的不同之处在于，变速机构8的第一轴21直接布置在变速器主轴15上，并且行星齿轮传动装置7与变速机构8之间的扭矩的传递不需要正齿轮啮合部20地来实现，由此，按图6的变速传动设备4的实施方式在径向上具有比按图5的变速传动设备4更小的结构空间需求。
在图7中示出变速传动设备4的在图5中示出的第五实施例的改进方案，其中，在按图7的变速传动设备中，行星齿轮传动装置7的第一轴11或者齿圈能够经由换档元件55与行星齿轮传动装置7的第二轴14或者行星齿轮架抗扭地连接。借助于联锁的行星齿轮传动装置7或者锁住的输入差速器，能够以简单并且成本低廉的方式产生变速传动设备4中的额外的直接档。
变速传动设备4的在图8中示出的第八实施例构造有换档传动装置9的另一实施方式。行星齿轮传动装置7的行星齿轮架14能够额外地经由换档元件56与相对壳体固定的部件57有效连接，并且由此能够根据工作状态地在壳体侧得到支撑，以便能够在变速传动设备4中不仅使用于前进行驶的第一行驶范围而且使用于倒车的行驶范围分别作为没有功率分流的直接档产生。将行星齿轮传动装置7用作固定的传动比转换装置
Figure BPA00001249546900091
其中，行星齿轮架14为此与变速传动设备4的壳体57抗扭地连接。
为了产生用于前进行驶和用于倒车的行驶范围，换档传动装置9构造有多个布置在中间轴23上的空套齿轮58、59和60以及三个抗扭地布置在变速器主轴15上的齿轮61、62和63，其中，齿轮61与空套齿轮58啮合并且空套齿轮59与齿轮62啮合。空套齿轮60经由中间齿轮64与齿轮63保持有效连接。
空套齿轮58和59经由换档元件65并且空套齿轮60经由另一换档元件66与中间轴23抗扭地连接，其中，为了产生用于前进行驶的下面的或者第一行驶范围，除了行星齿轮传动装置7的行星齿轮架14与相对壳体固定的部件57的抗扭地联接之外，还要将空套齿轮59经由换档元件65与中间轴23抗扭地连接。
如果存在挂入用于前进行驶的第二行驶范围的换档要求，该行驶范围在所有实施例中是中间的行驶范围，那么可以将变速器主轴15的在行星齿轮传动装置侧的第一部分15A与变速器主轴15的在变速器输出侧的第二部分15B在换档元件56的范围内抗扭地相互连接。同时，空套齿轮59可以经由换档元件65与中间轴23联接，其中，在换档元件56的该换档位置中，行星齿轮传动装置7的行星齿轮架14与相对壳体固定的部件57脱离。
为了将与第二行驶范围紧挨着的用于前进行驶的第三行驶范围挂入按图8的变速传动设备4中，变速器主轴15的两个在换档元件56的区域内可相互分离的部分15A和15B能够抗扭地相互连接，并且空套齿轮58能够额外地经由换档元件65与中间轴23抗扭地连接。为了产生用于倒车的行驶范围，行星齿轮架14能够经由换档元件56与相对壳体固定的部件57连接，并且同时空套齿轮60能够经由换档元件66与中间轴23联接。
在换档元件56的该换档位置中，使变速器主轴15在换档元件56的区域内分开，由此，发动机2的即将经由变速器输入轴12出现的驱动力矩完全经由变速机构8导入到换档传动装置9中，并且在输出轴5的方向上也就是没有功率分流地继续传输。
变速传动设备4的在图9中示出的第九实施例与变速传动设备4的在图8中示出的实施例在变速机构8的范围内不同，该变速机构构造成摩擦轮变速机构并且该变速机构与变速器主轴15相距开并且与中间轴23同轴地布置。
按本发明的变速传动设备的在附图中示出的所有实施例示出了具有多个行驶范围的无级变速器的原则上的实施方案，这些行驶范围能够与扭矩很大的载重汽车发动机组合。借助于传动带变速机构通常能够传输比载重汽车发动机产生的扭矩更小的扭矩，通过在行星齿轮传动装置的区域内的进行前面所述的功率分配而能够实现使用传动带变速机构。
通过功率分配和如下规定，即变速传动设备中行驶范围之间的变换不同步地行进并且变速机构在两个行驶范围之间变换期间完全地复位，与不带有功率分配的公知的无级变速器相比，显著减少了变速机构区域内的负荷。
此外，按本发明的变速传动设备能够以很高的效率进行工作，因为可以产生带有很少数量的齿嵌接(Zahneingriff)的不同行驶范围，其中，相对于由实践公知的汽车传动系，构造有该变速传动设备的汽车传动系的发动机的消耗得以降低。
由于行星齿轮传动装置布置在发动机的驱动装置与变速机构之间，在行星齿轮传动装置的传动比相应地挂出时，与公知的变速传动设备相比，有待通过变速机构引入的扭矩得以减少并且转速得以增大，由此减少了变速机构区域内的负荷。优选通过如下方式设计换档传动装置的区域内的传动比级，即，在经常行驶的超速传动比中经由变速传动设备4引导的功率的绝大部分没有流过变速机构8。
除了变速机构的在附图中示出的作为传动带变速机构或者摩擦轮变速机构的实施方式，根据各种应用情况也可以使用变速机构的其它合适的结构型式，用于产生变速机构的前面所述的功能性。
附图标记列表
1      汽车传动系
2      发动机
3      起动件
4      变速传动设备
5      输出轴
6      减振器
7      行星齿轮传动装置
8      变速机构
9      换档传动装置
10     变速器输出端
11     行星齿轮传动装置的第一轴、齿圈
12     变速器输入轴
13     行星齿轮
14     行星齿轮传动装置的第二轴、行星齿轮架
15     变速器主轴
15A    变速器主轴的第一部分
15B    变速器主轴的第二部分
16     行星齿轮传动装置的第三轴、太阳轮
17到19 齿轮
20     正齿轮啮合部
21     变速机构的第一轴
22     变速机构的第二轴
23     中间轴
24、25    换档元件
26到29    空套齿轮
30        另一中间轴
31        齿轮
32        中间齿轮
33到35    齿轮
36        额外的齿轮
37        另一齿轮
38        另一正齿轮啮合部
39        第一正齿轮
40        第二正齿轮
41到43    换档元件
44到51    空套齿轮
52、53    空心轴
54        中间齿轮
55、56    换档元件
57        相对壳体固定的部件
58到60    空套齿轮
61到63    齿轮
64        中间齿轮
65、66    换档元件

Claims (11)

1.汽车传动系(1)的无级变速传动设备(4)，所述无级变速传动设备具有变速机构(8)和换档传动装置(9)，借助于所述变速机构和所述换档传动装置能够无级地呈现多个传动比范围的传动比，并且所述无级变速传动设备具有行星齿轮传动装置(7)，所述行星齿轮传动装置在第一轴(11)的区域内与变速器输入端(12)保持有效连接，在第二轴(14)的区域内与所述换档传动装置(9)保持有效连接并且在第三轴(16)的区域内与所述变速机构(8)保持有效连接，其中，待传递的扭矩能够经由所述变速器输入端(12)与变速器输出端(10)之间的至少两个功率路径来引导，并且所述变速机构(8)布置在两个所述功率路径中的一个功率路径内，其特征在于，所述换档传动装置(9)布置在所述变速机构(8)与变速器输出端(10)之间。
2.按权利要求1所述的无级变速传动设备，其特征在于，所述行星齿轮传动装置(7)的所述第一轴(11)构造成齿圈。
3.按权利要求1或2所述的无级变速传动设备，其特征在于，所述变速机构(8)实施成传动带变速机构或者摩擦轮变速机构。
4.按权利要求1到3中任一项所述的无级变速传动设备，其特征在于，变速机构轴中的至少一个变速机构轴(21)布置在变速器主轴(15)上。
5.按权利要求1到4中任一项所述的无级变速传动设备，其特征在于，所述换档传动装置(9)以带有至少一个曲径传动单元的方式来实施。
6.按权利要求1到5中任一项所述的无级变速传动设备，其特征在于，所述行星齿轮传动装置(7)的所述第二轴(14)能够抗扭地呈现，并且所述待传递的扭矩在行驶范围之一中仅经由所述功率路径之一来引导。
7.按权利要求1到6中任一项所述的无级变速传动设备，其特征在于，所述待传递的扭矩能够在所述行星齿轮传动装置(7)的区域内在两个所述功率路径之间进行分配并且能够在所述换档传动装置(9)的区域内进行合计。
8.按权利要求1到7中任一项所述的无级变速传动设备，其特征在于，为了在行驶范围之间进行变换而设置有形状配合的换档元件(24、25；41、42、43；56、65、66)。
9.按权利要求1到8中任一项所述的无级变速传动设备，其特征在于，在所述行星齿轮传动装置(7)的所述第三轴(16)与所述变速机构(8)之间的有效连接以带有至少一个正齿轮级(20)的方式来构造。
10.按权利要求1到9中任一项所述的无级变速传动设备，其特征在于，所述行星齿轮传动装置(7)的所述第三轴(16)实施成太阳轮。
11.按权利要求1到10中任一项所述的无级变速传动设备，其特征在于，所述行星齿轮传动装置(7)的所述第二轴(14)构造成行星齿轮架。
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