阅读说明：本技术 多级变速器 (Multi-speed transmission ) 是由 苑衍灵 苏成云 高晓光 刘敦宁 赵培龙 马宏刚 王硕 牛华青 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及机动车变速器技术领域,提供了一种多级变速器。该多级变速器包括壳体、输入转轴、输出转轴、制动器、四个行星排组件和四个离合器；输入转轴与第二离合器和第二行星架连接；制动器固定在壳体内壁上,并通过第一转轴与第一太阳轮和第二太阳轮连接；第一行星架通过第二转轴与第一离合器连接,第一齿圈设置在壳体内壁上；第二齿圈通过第三转轴与第三太阳轮连接；第三行星架分别通过第四转轴和第五转轴与第三离合器和第四离合器连接；第三齿圈通过第六转轴与第二离合器连接；第四太阳轮与第六转轴连接,第四行星架通过第七转轴与第三离合器连接,输出转轴与第四行星架传动连接；第四齿圈通过第八转轴与第一离合器连接。(The invention relates to the technical field of motor vehicle transmissions, and provides a multi-stage transmission. The multi-stage transmission comprises a shell, an input rotating shaft, an output rotating shaft, a brake, four planet row assemblies and four clutches; the input rotating shaft is connected with the second clutch and the second planet carrier; the brake is fixed on the inner wall of the shell and is connected with the first sun gear and the second sun gear through the first rotating shaft; the first planet carrier is connected with the first clutch through a second rotating shaft, and the first gear ring is arranged on the inner wall of the shell; the second gear ring is connected with a third sun gear through a third rotating shaft; the third planet carrier is connected with the third clutch and the fourth clutch through a fourth rotating shaft and a fifth rotating shaft respectively; the third gear ring is connected with the second clutch through a sixth rotating shaft; the fourth sun gear is connected with the sixth rotating shaft, the fourth planet carrier is connected with the third clutch through the seventh rotating shaft, and the output rotating shaft is in transmission connection with the fourth planet carrier; the fourth gear ring is connected with the first clutch through an eighth rotating shaft.)

多级变速器

技术领域

本发明涉及机动车变速器技术领域，具体涉及一种多级变速器。

背景技术

汽车变速器是一套用于协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。变速器可以在汽车行驶过程中，在发动机和车轮之间产生不同的变速比，实现不同挡位转速的传递。

变速器分为手动、自动两种，手动变速器主要由齿轮和转轴组成，通过不同的齿轮组合产生变速变矩；而自动变速器AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩的目的。

其中，自动变速器具有驾驶舒适、能减少驾驶者疲劳等优点，已成为现代轿车配置的一种发展方向。自动变速器是利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速，而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可，驾驶者可以全神贯注地注视路面交通而不会被换挡搞得手忙脚乱。

在普遍存在变速器中，变速器包括有多个前进挡位，以及一个倒挡位，并且，在前进方向上，变速器可以具有很高的启动速比。但是，由于在目前的变速器中，实现换挡功能的构件较多，导致制造的成本比较高，不利于成本的压缩，而且各部件之间的连接方式增加传动元件的损伤，降低了传动元件的安全系数以及使用寿命。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种多级变速器。

上述多级变速器包括壳体、输入转轴、输出转轴、第一行星排组件、第二行星排组件、第三行星排组件、第四行星排组件、制动器、第一离合器、第二离合器、第三离合器和第四离合器；

所述第一行星排组件包括第一太阳轮、第一行星齿轮、第一行星架和第一齿圈；所述第二行星排组件包括第二太阳轮、第二行星齿轮、第二行星架和第二齿圈；所述第三行星排组件包括第三太阳轮、第三行星齿轮、第三行星架和第三齿圈；所述第四行星排组件包括第四太阳轮、第四行星齿轮、第四行星架和第四齿圈；

所述输入转轴分别与所述第二离合器和所述第二行星架连接；

所述制动器固定安装在所述壳体的内壁上，所述制动器通过第一转轴与所述第一太阳轮和所述第二太阳轮连接；

所述第一行星架通过第二转轴与所述第一离合器连接，所述第一齿圈固定设置在所述壳体的内壁上；

所述第二齿圈通过第三转轴与所述第三太阳轮连接；所述第三行星架的一侧通过第四转轴与所述第三离合器连接，所述第三行星架的另一侧通过第五转轴与所述第四离合器连接；所述第三齿圈通过第六转轴与所述第二离合器连接；所述第四离合器设置在所述第六转轴上；

所述第四太阳轮与所述第六转轴连接，所述第四行星架通过第七转轴与所述第三离合器连接，所述输出转轴与所述第四行星架传动连接；所述第四齿圈通过第八转轴与所述第一离合器连接；所述输入转轴与所述输出转轴同轴设置。

可选的，所述输出转轴与设置在所述第四行星架上的第七转轴连接。

可选的，所述第一行星排组件、第二行星排组件、第三行星排组件和所述第四行星排组件沿着朝向所述输出转轴的方向依次排列。

可选的，所述多级变速器包括八个前进挡和一个倒挡：

通过闭合所述制动器、所述第一离合器和所述第二离合器实现第一前进挡；

通过闭合所述制动器、所述第一离合器和所述第四离合器实现第二前进挡；

通过闭合所述第一离合器、所述第二离合器和所述第四离合器实现第三前进挡；

通过闭合所述第一离合器、所述第三离合器和所述第四离合器实现第四前进挡；

通过闭合所述第一离合器、所述第二离合器和所述第三离合器实现第五前进挡；

通过闭合所述第二离合器、所述第三离合器和所述第四离合器实现第六前进挡；

通过闭合所述制动器、所述第二离合器和所述第三离合器实现第七前进挡；

通过闭合所述制动器、所述第三离合器和所述第四离合器实现第八前进挡；

通过闭合所述制动器、所述第一离合器和所述第三离合器实现倒挡。

可选的，所述多级变速器还包括设置在所述壳体内的液力变矩器，所述液力变矩器的一端与发动机连接，另一端与所述输入转轴连接。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请提供的多级变速器，可以应用于汽车，在多级变速器使用过程中，驾驶员可以通过改变五个换挡部件和四个行星排之间的配合关系，实现八个前进挡和一个倒挡的切换。通过上述构件的配合，增加了部分齿轮疲劳安全系数，降了部分轴承的损伤率，进而增加多级变速器的安全系数和使用寿命，且该种配合方式有效减少了多级变速器的内部构件数量，减少制造成本。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施方式中多级变速器的结构示意图；

图2是本发明一实施方式中多级变速器的剖面图；

图3为本发明一实施方式中多级变速器的换挡逻辑示意图。

附图标记：

P1、第一行星排组件；10、第一太阳轮；11、第一行星架；12、第一齿圈；P2、第二行星排组件；20、第二太阳轮；21、第二行星架；22、第二齿圈；P3、第三行星排组件；30、第三太阳轮；31、第三行星架；32、第三齿圈；P4、第四行星排组件；40、第四太阳轮；41、第四行星架；42、第四齿圈；50、壳体；51、输入转轴；52、输出转轴；60、制动器；61、第一离合器；62、第二离合器；63、第三离合器；64、第四离合器；71、第一转轴；72、第二转轴；73、第三转轴；74、第四转轴；75、第五转轴；76、第六转轴；77、第七转轴；78、第八转轴。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本申请实施例提供的多级变速器包括壳体50、输入转轴51、输出转轴52、第一行星排组件P1、第二行星排组件P2、第三行星排组件P3、第四行星排组件P4、制动器60、第一离合器61、第二离合器62、第三离合器63和第四离合器64。其中，制动器60用于连接转动轴，可通过制动器60控制转动轴的轴向自由度。具体地，当制动器60闭合时，与该制动器60连接的转动轴锁死，该转动轴将不会沿着自身的周向转动；当制动器60打开时，与其连接的转动轴的转动不受限制。离合器在该变速器中是用于连接两根转动轴，当离合器闭合时，与离合器连接的两根转动轴可同步转动；当离合器分开时，与离合器连接的两根转动轴均可相对于离合器转动。

第一行星排组件P1包括第一太阳轮10、第一行星齿轮、第一行星架11和第一齿圈12；第二行星排组件P2包括第二太阳轮20、第二行星齿轮、第二行星架21和第二齿圈22；第三行星排组件P3包括第三太阳轮30、第三行星齿轮、第三行星架31和第三齿圈32；第四行星排组件P4包括第四太阳轮40、第四行星齿轮、第四行星架41和第四齿圈42。其中，行星排组件的传动过程以及传动原理均已被本领域技术人员熟知，因此，未做过多描述。

如图1所示，输入转轴51分别与第二离合器62和第二行星架21连接。具体地，可通过输入转轴51的转动带动第二行星架21转动。且当第二离合器62闭合时，输入转轴51可带动与第二离合器62连接的另一个转动轴转动；当第二离合器62打开时，输入转轴51相对于第二离合器62转动。

制动器60固定安装在壳体50的内壁上，制动器60通过第一转轴71与第一太阳轮10和第二太阳轮20连接。可通过制动器60的打开或闭合控制第一转轴71的转动或锁紧。具体地，当制动器60闭合时，第一转轴71将不会转动，因此，第一太阳轮10和第二太阳轮20也不会发生转动。当制动器60打开时，第一转轴71可相对于制动器60转动，进而与其连接的第一太阳轮10和第二太阳轮20均可转动。

第一行星架11通过第二转轴72与第一离合器61连接，第一齿圈12固定设置在壳体50的内壁上。由于第一齿圈12固定在壳体50的内壁上，因此，第一齿圈12不会发生转动。当输入转轴51带动第二行星架21转动时，倘若制动器60闭合，则第一转轴71不会发生转动，相应地，第一太阳轮10、第一行星架11和第二转轴72也不会发生转动；倘若制动器60打开，则通过第二行星架21的转动带动第二太阳轮20和第一转轴71转动，进而通过第一转轴71带动第一太阳轮10转动，进而通过第一太阳轮10带动第一行星架11和第二转轴72转动。

第二齿圈22通过第三转轴73与第三太阳轮30连接，可通过第二齿圈22的转动带动第三太阳轮30转动。第三行星架31的一侧通过第四转轴74与第三离合器63连接，第三行星架31的另一侧通过第五转轴75与第四离合器64连接。第三齿圈32通过第六转轴76与第二离合器62连接，通过第二离合器62的闭合和分开控制输入转轴51与第六转轴76的连接或断开。即当第二离合器62闭合时，输入转轴51与第六转轴76同步转动，当第二离合器62打开时，输入转轴51与第六转轴76可相对转动。第四离合器64设置在第六转轴76上。通过该种设计方式，当第四离合器64闭合时，第三行星架31和第三齿圈32连为一体，使得第四转轴74与第六转轴76的转速相同。当第四离合器64打开时，第三行星架31和第三齿圈32分开，第三行星架31和第三齿圈32的转速将不相同。

第四太阳轮40与第六转轴76连接，通过第六转轴76的转动带动第四太阳轮40转动。第四行星架41通过第七转轴77与第三离合器63连接，通过第三离合器63可控制第四转轴74和第七转轴77的连接关系。具体地，当第三离合器63闭合时，第四转轴74和第七转轴77同步转动；当第三离合器63打开时，第四转轴74和第七转轴77可相对转动。输出转轴52与第四行星架41传动连接，通过第四行星架41的转动带动输出转轴52转动。优选地，输出转轴52与设置在第四行星架41上的第七转轴77连接，节省设备成本，减少占用空间。具体地，第七转轴77穿设在第四行星架41上，第七转轴77的一端与输出转轴52连接，另一端与第三离合器63连接。或者在第四行星架41的两端均设置第七转轴77，其中一根第七转轴77的输出端与第三离合器63连接，另一根第七转轴77的输出端与输出转轴52连接。第四齿圈42通过第八转轴78与第一离合器61连接，通过第一离合器61控制第二转轴72和第八转轴78的连接。具体地，当第一离合器61闭合时，第二转轴72和第八转轴78同步转动；当第一离合器61打开时，第二转轴72和第八转轴78均相对于第一离合器61转动。输入转轴51与输出转轴52同轴设置，可有效减少多级变速器的占用空间。

结合图1和图2所示，第一行星排组件P1、第二行星排组件P2、第三行星排组件P3和第四行星排组件P4沿着朝向输出转轴52的方向依次排列，便于多级变速器的安装。同时，本申请的行星排组件的排列方式不仅局限于该种，工作人员可根据壳体50内部空间大小以及机构部件之间的距离关系合理调整第一行星排组件P1、第二行星排组件P2、第三行星排组件P3和第四行星排组件P4的位置。

本申请提供的多级变速器，可以实现纯电动、发动机驱动以及混动三种驱动方式。在多级变速器使用过程中，驾驶员可以通过改变五个换挡部件和四个行星排之间的配合关系，实现八个前进挡和一个倒挡的切换。通过上述构件的配合，增加了部分齿轮疲劳安全系数，降了部分轴承的损伤率，进而增加多级变速器的安全系数和使用寿命，且该种配合方式有效减少了多级变速器的内部构件数量，减少制造成本。

多级变速器不仅仅包括上述的行星传动机构，还包括液力变矩器、双质量飞轮、混动模块、液压系统、换挡单元、液压泵以及电泵等。液力变矩器设置在壳体50内，液力变矩器的一端与发动机连接，另一端与输入转轴51连接。混动模块分别与双质量飞轮以及输入转轴51的输入端连接。液压系统为制动器60、第一离合器61、第二离合器62、第三离合器63和第四离合器64提供液压力，进而控制其打开或闭合，另外，还可提供润滑功能。由于上述部件均为多级变速器内比较常规的部件，因此，未做过多描述。

如图3所示，多级变速器包括八个前进挡和一个倒挡。可通过五个换挡部件和四个行星排以及多跟转轴的不同配合关系实现不同挡位的变换。具体换挡操作如下：

第一前进挡：闭合制动器60、第一离合器61和第二离合器62；放开第三离合器63和第四离合器64。

由于制动器60闭合，因此，第一转轴71将不会发生转动，致使第一行星架11和第二转轴72不会发生转动。由于第一离合器61闭合，第二转轴72和第八转轴78连接，因此，第八转轴78也不会发生转动。同时，由于第三离合器63和第四离合器64打开，所以动力无法通过第三行星架31传递给输出转轴52。因为第二离合器62闭合，所以，动力可由输入转轴51传递给第六转轴76，通过第六转轴76带动第四太阳轮40转动，进而带动输出转轴52转动。

第二前进挡：闭合制动器60、第一离合器61和第四离合器64；放开第二离合器62和第三离合器63。

由于第二离合器62打开，因此，输入转轴51无法直接带动第六转轴76转动。第三离合器63断开，因此，无法通过第四转轴74带动第七转轴77转动。因为制动器60和第一离合器61闭合，由第一前进挡原理可知，第一转轴71和第八转轴78将不会发生转动。通过第二行星排组件P2将输入转轴51的动力传递给第三转轴73，因为第四离合器64闭合，所以通过第三太阳轮30的转动带动第四转轴74和第五转轴75同步转动，又因为第三离合器63放开，因此，第三行星排组件P3将动力传递至第三转轴73，然后再经过第四行星排组件P4传递给输出转轴52，完成动力的传递。

第三前进挡：闭合第一离合器61、第二离合器62和第四离合器64；放开制动器60和第三离合器63。

动力由输入转轴51输入，因为制动器60断开，所以第一转轴71可跟随第二太阳轮20转动，进而通过第一转轴71带动第一太阳轮10转动，第一太阳轮10再带动第一行星架11和第二转轴72转动。又因为第一离合器61闭合，所以，第二转轴72可带动第八转轴78转动，因此，动力能够传递至第四齿圈42上。因为第二离合器62和第四离合器64闭合，所以动力可以通过第六转轴76传递至第三行星排组件P3的太阳轮上，进而带动输出转轴52转动，完成动力的传递。

第四前进挡：闭合第一离合器61、第三离合器63和第四离合器64；放开制动器60和第二离合器62。

动力由输入转轴51输入，因为制动器60断开，第一离合器61闭合，由第三前进挡原理可知，输入转轴51的动力能够传递至第三齿圈32上。因为第四离合器64闭合，所以，动力可以传递至第六转轴76，进而传递至第三太阳轮30上，进而使输出转轴52转动。

第五前进挡：闭合第一离合器61、第二离合器62和第三离合器63；放开制动器60和第四离合器64。

动力由输入转轴51输入，因为制动器60断开，第一离合器61闭合，所以，动力能够传递至第三齿圈32上。因为第二离合器62闭合，所以，动力可通过输入转轴51直接传递至第六转轴76，进而传递至第三齿圈32上。由于第四离合器64断开，第三离合器63闭合，因此第三行星架31可向输出转轴52输出动力。

第六前进挡：闭合第二离合器62、第三离合器63和第四离合器64；放开制动器60和第一离合器61。

由于第二离合器62闭合，因此，输入转轴51的动力可直接传递至第六转轴76，进而传递至第三齿圈32。由于制动器60和第一离合器61均打开，所以动力无法通过第一行星架11传递至第四齿圈42。由于第三离合器63闭合，因此第三行星架31可将动力传递至输出转轴52，又因为第四离合器64闭合，因此第三齿圈32和第三行星架31的转速相同。

第七前进挡：闭合制动器60、第二离合器62和第三离合器63；放开第一离合器61和第四离合器64。

动力由输入转轴51输入，因为制动器60闭合，第一离合器61打开，所以，第一转轴71不转，同时，输入转轴51的动力通过第二行星架21传递至第二齿圈22，进而将动力传递至第三太阳轮30；因为第二离合器62和第三离合器63闭合，所以，输入转轴51的动力可以通过第六转轴76传递至第三齿圈32上，进而，通过第二行星架21将动力传递至输出转轴52。

第八前进挡：闭合制动器60、第三离合器63和第四离合器64；放开第一离合器61和第二离合器62。

动力由输入转轴51输入，因为制动器60闭合，所以第一转轴71不转；动力由第二行星排组件P2的第二齿圈22向第三行星排组件P3传递，通过第二行星排组件P2的行星架向输出转轴52传递动力。

倒挡(R挡)：闭合制动器60、第一离合器61和第三离合器63；放开第二离合器62和第四离合器64。

动力由输入转轴51输入，因为制动器60和第一离合器61闭合，所以，第八转轴78和第一转轴71不转；动力由第二行星排组件P2的第二齿圈22传递至第三行星排组件P3，由第三行星排组件P3的第三行星架31向输出转轴52传递。

本申请的第一太阳轮10和第二太阳轮20采用左旋设计，第三太阳轮30和第四太阳轮40采用右旋设计。其中，以第二前进挡为例，对相应部件的结构进行受力分析，具体地如下：

汽车处于第二前进挡时，闭合制动器60、第一离合器61和第四离合器64；放开第二离合器62和第三离合器63。结合图1和图2所示，变速器在工作过程中，输入转轴51转动，并带动第二行星架21转动，由于第二太阳轮20不动，因此，第二行星架21带动第二齿圈22转动。第二齿圈22与第三太阳轮30连接，且由于第四离合器64闭合，因此，第三行星排组件P3形成一体，即第三太阳轮30、第三行星架31和第三齿圈32的转速均相同。第三齿圈32带动第四太阳轮40转动，由于制动器60、第一离合器61闭合，因此，第四齿圈42不转，进而通过第四太阳轮40带动第四行星架41转动。

第二档为前进档，因此，输入转轴51和输出转轴52均为正转，该处的正转是指从变速器的输出端朝向输入端方向观察输入转轴51和输出转轴52的转向。由于第四离合器64闭合，因此，第四行星排组件P4形成功率传递，又因为第四太阳轮40采用右旋设计，因此，第四太阳轮40向左传递轴向力。如图2所示，第四太阳轮40的受力方向向左，因此，处于第四太阳轮40右侧的轴承和处于第四行星架41右侧的轴承均不受力。轴向力通过第四太阳轮40向左传递，进而通过花键和相应离合器的内毂传递至第三太阳轮30，使得第三太阳轮30受到一个向左的力，其中，相邻和花键和内毂之间设有轴承。另一方面，输入转轴51带动第二行星架21转动，由于第二太阳轮20采用左旋设计，因此，第二太阳轮20受到的轴向力向右，并且众所周知，在行星排中，太阳轮和齿圈受到的轴向力的方向相反，行星架受到的轴向力被抵消，因此，第二齿圈22的受力向左。第三太阳轮30与第二齿圈22连接，因此，第三太阳轮30受到的轴向力向左，进而使得第三齿圈32受到的轴向力向右。第三齿圈32和第四太阳轮40连接，因此，第三齿圈32对于第四太阳轮40施加的轴向力方向向右，进而抵消掉第四太阳轮40向左的部分轴向力，进而使得第三太阳轮30与第四太阳轮40之间各个轴承的受力减小。

即变速器在工作过程中，功率流经过第三行星排组件P3，并使得第三行星排组件P3产生平衡第四太阳轮40输出的力，从而使得第三行星排组件P3和第四行星排组件P4之间轴承受力减小。并且，变速器的输出转轴52附近的轴承在整个变速器中受力较大，可见，该种设计方式可有效减少该部分轴承的受力，进而降低了轴承的损伤率。

其中，上述的向左和向右均是相对于附图3的方向，具体地，向左为朝向变速器的输入端，向右即为朝向变速器的输出端。且现有变速器中，各个转动部件的轴向之间均通过轴承连接，使得相邻的两个转动部件之间可以相对转动，并能提供轴向支撑和轴向力的传递。该种连接方式对于本领域的技术人员来说是公知常识，因此，本公开的轴承位置对于本领域的技术人员来说是显而易见的，因此，并未做过多介绍。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。