專利名稱：多速變速器模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及被動且自動地換檔的變速器模塊。
背景技術：
到車輪的牽引力的傳遞必須盡量平穩地完成。例如，在可變速度比之間將車輛換檔應該沒有會被車輛駕乘者覺察到的扭矩陡變地完成。自動變速器典型地依賴電子和液壓控制以將離合器和制動器接合和脫離，以完成速度比變化。盡管對于意在的目的是足夠的， 但這樣的控制會増加復雜性和成本。已提出一些變速器，其使用具有旋轉地附連到輸出部件的質量塊的向心離合器， 以使得隨著發動機速度増大，離合器的扭矩能力也増大。如果相對高的輸出速度是恒定的， 這樣的變速器不能被動地調低速檔，因為向心離合器將保持接合。已提出了其它的變速器，其使用當承載扭矩時產生軸向推力的行星齒輪組的相互嚙合的斜齒輪。軸向推力起釋放カ的作用，該釋放力對抗將齒輪組的兩個部件彼此連接的離合器的接合。然而，在該變速器中，一旦離合器接合，齒輪組就在直接驅動模式中，從而不承載扭矩，且由此不產生釋放力。如果這樣的變速器中輸入扭矩増大，離合器將滑移，這或許持續一段延長的時間段，其可能毀壞離合器。
發明內容
提供一種多速變速器模塊，其可在兩個速度比之間被動地和自動地調高速檔和調低速檔，即使輸出部件的速度并不降低。變速器模塊包括行星齒輪組，所述行星齒輪組具有第一部件、第二部件和第三部件。這些部件包括恒星齒輪部件、承載部件和環形齒輪部件， 且可以以任何順序被稱作第一到第三、第三到第一等。輸入部件被可操作地連接第一部件以共同旋轉，及輸出部件被可操作地連接第二部件以與共同旋轉。扭矩傳遞機構可接合以連接第一部件與第二部件以共同旋轉。向心部件被配置為施加第一軸向力，該軸向カ促進扭矩傳遞機構的接合。第一軸向カ隨著輸出部件的速度增大而増大。扭矩到推力促動器， 諸如滾珠螺桿促動器，連接輸入部件以一起旋轉，且被配置為施加對抗扭矩傳遞機構的接合的第二軸向力。扭矩到推力促動器在當扭矩被施加到輸入部件以產生第二軸向カ時軸向移動。第二軸向カ與在輸入部件處的扭矩成比例且不論扭矩傳遞機構被接合或被脫離均被施加。由此，當第二軸向カ和抵靠向心部件作用的彈簧的復位カ的和大于第一軸向カ時 (因為扭矩傳遞機構脫離)，變速器模塊在輸入部件和輸出部件之間提供由行星齒輪組確定的第一速度比，且當第一軸向カ大于第二軸向カ和復位彈力的和時(因為扭矩傳遞機構被動地接合)，提供第二速度比。第二速度比可以是直接驅動速度比。因為第二軸向カ甚至在當扭矩傳遞機構接合時存在，所述模塊也可甚至以恒定輸出速度諸如響應在輸入部件處的扭矩的増加，從第二速度比被動地自動“調低速檔”到第一速度比。如在此使用的，換檔在其發生時不需要電子或液壓控制而被動和自動地進行。
本發明的上述特征和優勢及其他特征和優勢將從用于實施本發明的最佳模式的以下詳細描述連同附圖變得明顯。
圖1是變速器模塊的第一實施例的橫截面示意圖；和圖2是變速器模塊的第二實施例的橫截面示意圖。
具體實施例方式參考附圖，其中相同的附圖標記在整個附圖中表示相同的部件，圖1示出變速器模塊10，其配置為在可旋轉的輸入部件12和可旋轉的輸出部件14之間以兩個不同的速度比傳送扭矩，及配置為這些速度比之間被動地和自動地換檔。輸入部件12關于旋轉軸線16 是可旋轉的。扭矩到推力促動器(torque-to-thrust actuator)，其在該實施例中是滾珠螺桿18，被可操作地連接，用于與輸入部件12共同旋轉，且與施加到輸入部件12上的扭矩成比例地軸向移動，如在此進一步描述的。如在此使用的“共同旋轉”是指以相同的速度旋轉。盡管滾珠螺桿18被示出，但可以使用任何扭矩到推力促動器。變速器模塊10包括行星齒輪組20。行星齒輪組20具有恒星齒輪部件22、環形齒輪部件M和承載部件沈，該承載部件可旋轉地支撐多個小齒輪27，該小齒輪與恒星齒輪部件22和環形齒輪部件M均嚙合。恒星齒輪部件22被稱為第一部件，承載部件沈被稱為第二部件。恒星齒輪部件22以花鍵方式接合到滾珠螺桿18，使得其與滾珠螺桿18和輸入部件12—起旋轉，但允許滾珠螺桿18軸向移動通過恒星齒輪部件22的中心。滾珠螺桿18 的軸向移動限制在滾珠螺桿18的任一肩32，34與軸向靜止的恒星齒輪部件22之間的距離。滾珠螺桿18的軸向行程最終由在輸入部件12處的扭矩的量和作用于向心部件48的向心力確定。輸出部件14與承載部件沈連接以便共同旋轉。轂38也與承載部件沈連接以便共同旋轉，且由此以與輸出部件14相同的速度旋轉。扭矩傳遞機構，也被稱為離合器40，包括第一組板42，其以花鍵方式接合到滾珠螺桿18以與滾珠螺桿18—起旋轉。第二組板44 與第一組板42交錯并以花鍵方式接合到轂38以與轂38—起旋轉。施加(apply)活塞46 與轂38連接以便一起旋轉，但可以沿轂38可軸向移動以將第一組板42移動到與第二組板 44接觸，從而接合離合器40并使轂38和滾珠螺桿18以相同的速度旋轉。盡管僅轂38、活塞46、板42，44的一部分在旋轉軸線16上方被示出，但這些部件均通常為環形。向心部件48是可操作的以將施加活塞46向圖1中的左邊軸向移動以將板42、44 推進到彼此的接合中。盡管只有一個向心部件48被示出，但多個向心部件48可以繞活塞 46的周邊間隔開。具體地，在示出的實施例中，向心部件48是球和斜坡式向心部件。其它類型的向心部件也可以替代使用，諸如具有滾柱的斜坡件，楔狀件，塊狀件，或樞轉配重塊， 如圖2中所示的。向心部件48包括與轂38連接以便一起旋轉的斜坡件50。配重球52被定位在活塞46和斜坡件50之間。當輸出部件14旋轉時，向心力51在徑向向外方向上作用于球52，從而產生軸向施加力54，該施加力在當球52沿斜坡件50徑向向外推進時作用于活塞46。軸向施加力M此處被稱為第一軸向力，且將施加活塞46朝向板42、44推進。 復位彈簧55抵抗施加活塞46在相反的方向上施加軸向力57以將活塞46推進到圖1中的位置，其中在該位置板42、44彼此不接觸，從而離合器40被脫離。復位彈簧55在當在張緊狀態時施加軸向カ57。或者，復位彈簧可以定位在活塞46的相反的側以當在壓縮時施加軸向力57。滾柱軸承56將施加活塞46和滾珠螺桿18分開。響應施加在輸入部件12的扭矩， 滾珠螺桿18被推進以在與作用力M相反的方向軸向移動。滾珠螺桿18由此施加釋放カ 58，該釋放力抵抗力54，且因其抵抗離合器40的接合可被稱為推動釋放力。如果軸向力M克服反作用力，具體是釋放力58和復位カ57，那么施加活塞46將朝向板44移動，也在相同的軸向方向(在圖中向左)移動滾珠螺桿18和板42。軸向施加力M隨著輸出部件14的旋轉速度以及由此向心力51增大而在量值上増大。自由飛輪器60被連接在環形齒輪部件M和靜止部件62之間。自由飛輪器60可以也可被稱為單向制動器。當扭矩在ー個方向施加時，諸如當離合器40脫離時，自由飛輪器60通過鎖定環形齒輪部件M到靜止部件62而提供反作用力。當扭矩在相反的方向上被施加到環形齒輪部件M時，諸如當離合器40接合吋，自由飛輪器60過運行(overrun)， 其也稱作“上升(lift)”，因為自由飛輪器60中的斜撐件或其它楔形元件不提供反作用力以在慣性滑行方向制動環形齒輪部件對。類似于向心部件48，自由飛輪器60響應被施加在環形齒輪部件M的扭矩而被動地和自動地鎖定和上升。任何類型的可被動地接合的單向制動器可以被用作自由飛輪器60。在輸入部件12處的相對高的扭矩和/或輸出部件14的相對低的速度下，組合的軸向釋放力58和復位彈力57大于軸向施加力M。離合器40因此在脫離狀態。因此，當扭矩從恒星齒輪部件22流向承載部件沈而環形齒輪部件M保持靜止時，輸出部件14的速度由行星齒輪組20的齒輪齒數比確定。當離合器40脫離時從輸入部件12到輸出部件14 的速度比可以是低速傳動速度比。在輸入部件12處的相對低的扭矩和/或輸出部件14的相對高的速度下，向心作用力M將大于釋放カ58和復位彈力57的和。離合器40將由此處在接合狀態。承載部件 26和輸出部件14將以與恒星齒輪部件22和輸入部件12相同的速度旋轉。當行星齒輪組 20的兩個部件以相同的速度旋轉時，整個齒輪組20變為鎖定以便以相同的速度旋轉。由此，當離合器40接合時，環形齒輪部件也以與恒星齒輪部件22和承載部件沈相同的速度旋轉，而自由飛輪器60上升。當離合器40接合時，變速器模塊10在輸入部件12和輸出部件14之間提供直接驅動比。當變速器模塊10在直接驅動中運轉而離合器40被接合吋，如果輸出部件14的速度減慢，例如由于發動機制動，或如果施加到輸入部件12的扭矩増大，即使輸出部件14的速度恒定且處于相對高的速度，模塊10將自動地和被動地脫離離合器40，且變速器模塊10 將調低速檔到由行星齒輪組20提供的第一速度比。因為無論離合器40是否接合或脫離， 由滾珠螺桿18提供的軸向釋放力58都存在(即，軸向釋放カ58在即使當離合器40接合時也存在)，所以調低速檔是可能的。在另ー實施例中，齒輪組20可以被斜齒輪組替代，該斜齒輪組在當齒輪組承載扭矩時提供作為離合器釋放カ的軸向推力。當離合器40接合時，斜齒輪組的部件不會承載扭矩且不會提供釋放力。然而，釋放カM會仍然存在。參考圖2，變速器模塊110的另ー實施例被示出。除了為樞轉配重塊的向心部件148取代圖1的球和斜坡式的向心部件被使用外，模塊110在所有方面與圖1的模塊10相同且起到圖1的模塊10的作用。此外，轂138相較于轂38是修改過的以包括向內延伸部 139來支撐向心部件148。向心部件148用樞軸銷或其它合適的緊固件在樞軸147處與輸出部件14樞轉連接以便一起旋轉。盡管僅一個向心部件148被示出，但多個向心部件148 可關于施加部件46和轂138圓周地間隔開。向心部件148配置有塊件152。輸出部件14 關于旋轉軸線16旋轉吋，向心力51徑向向外移動塊件152以使得向心部件148從圖2中示出的位置逆時針樞轉。這使得第二向心部件148的臂部分149在軸向方向抵靠著活塞46 施加軸向カ54，以將活塞46朝向板42、44推迸。軸向カM隨著輸出部件14的旋轉速度增大而増大，由此向心力51増大。由此，變速器模塊10、110在兩個不同速度比之間被動地和自動地提供轉換。如果其它速度比是所希望的，其它類似的變速器模塊可以在模塊10、110的輸出部件14處與輸入部件附連。其它模塊的結構(例如，向心部件、復位彈簧、齒輪組和滾珠螺桿的任何或所有的結構)可以被修改，從而所述其它模塊的速度比，同樣被動地和自動地，在不同扭矩和輸出速度下，得以建立。盡管已經對實施本發明的最好模式進行了詳盡的描述，但是本領域技術人員可認識到在所附的權利要求的范圍內的用來實施本發明的許多替換設計和實施例。相關申請的交叉引用本申請要求申請號為61/406，669，申請日為2010年10月沈日的美國臨時專利申請的權益，其披露的內容在此通過參考并入。
權利要求
1.一種多速變速器模塊，包括 輸入部件；輸出部件；行星齒輪組，其具有第一部件、第二部件和第三部件；其中所述輸入部件可操作地與所述第一部件連接以共同旋轉，及所述輸出部件可操作地與所述第二部件連接以共同旋轉； 扭矩傳遞機構，其能夠接合以連接所述第一部件以與所述第二部件共同旋轉； 向心部件，其被配置為施加促進所述扭矩傳遞機構接合的第一軸向力，所述第一軸向力隨著所述輸出部件的速度增大而增大；促動器，其與所述輸入部件連接以一起旋轉，且其是可操作的以當扭矩施加在所述輸入部件時軸向移動；其中所述促動器被配置為施加抵抗所述扭矩傳遞機構的接合的第二軸向力；及其中所述第二軸向力與在所述輸入部件處的扭矩成比例且不論所述扭矩傳遞機構是否接合或脫離均被施加；所述變速器模塊由此在當所述扭矩傳遞機構脫離時在所述輸入部件和所述輸出部件之間提供由所述行星齒輪組確定的第一速度比，及在當所述扭矩傳遞機構接合時提供直接驅動速度比。
2.如權利要求1所述的多速變速器模塊，其中，所述向心部件包括與所述輸出部件連接以一起旋轉的斜坡件和沿所述斜坡件可移動的球。
3.如權利要求1所述的多速變速器模塊，其中，所述向心部件是與所述輸出部件可樞轉地連接以一起旋轉的配重塊。
4.如權利要求1所述的多速變速器模塊，還包括單向制動器，其被配置為當扭矩在第一方向施加到所述第三部件時接合，及被配置為當扭矩在與所述第一方向相反的第二方向施加到所述第三部件時過運行。
5.如權利要求1所述的多速變速器模塊，其中，所述第一部件是恒星齒輪部件，該第一部件以花鍵方式接合所述促動器以一起旋轉。
6.如權利要求1所述的多速變速器模塊，還包括施加活塞，其與所述輸出部件連接以一起旋轉，并能夠相對于所述輸出部件軸向移動； 其中所述第一軸向力和所述第二軸向力被施加到所述施加活塞。
7.如權利要求6所述的多速變速器模塊，還包括滾柱軸承，其被定位在在所述施加活塞和所述促動器之間。
8.一種多速變速器模塊，包括 輸入部件；輸出部件；滾珠螺桿，其與所述輸入部件連接以共同旋轉且其是可操作的以響應在所述輸入部件處的扭矩軸向移動；行星齒輪組，其具有第一部件、第二部件和第三部件；其中所述第一部件與所述滾珠螺桿連接以一起旋轉并且被軸向固定以使得所述滾珠螺桿相對于所述第一部件軸向移動；其中，所述第二部件與所述輸出部件連接以共同旋轉；施加活塞，其與所述輸出部件連接以一起旋轉，且相對于所述輸出部件可軸向滑移； 第一組摩擦板，該第一組摩擦板從所述滾珠螺桿延伸；和第二摩擦板，該第二摩擦板從所述輸出部件延伸；向心部件，其被定位為當所述輸出部件的速度增大時施加第一軸向カ到所述施加活塞以接合所述第一組摩擦板和所述第二組摩擦板；其中所述滾珠螺桿的軸向移動施加第二軸向力到所述施加活塞，該第二軸向カ與所述第一軸向カ相反且與在所述輸入部件處的扭矩成比例；其中當扭矩傳遞機構不接合時在所述輸入部件和所述輸出部件之間建立第一速度比，及當扭矩傳遞機構接合時在所述輸入部件和所述輸出部件之間建立第二速度比；和單向從動器，其被可操作地連接到所述第三部件且該單向從動器是可操作的以在所述板未被接合的情形下當所述第三部件在第一旋轉方向施加扭矩時防止第三部件旋轉，且該單向從動器是可操作的以當所述板接合時過運行，響應在所述輸入部件處的扭矩和所述輸出部件的旋轉所致的向心力，在所述速度比之間的調高速檔和調低速檔被動地且自動地發生。
9.如權利要求8所述的多速變速器模塊，其中，所述向心部件包括與所述輸出部件連接以一起旋轉的斜坡件和沿該斜坡件可移動的球。
10.如權利要求8所述的多速變速器模塊，其中，所述向心部件是與所述輸出部件可樞轉地連接以一起旋轉的配重塊。
全文摘要
提供一種多速變速器模塊，其可在兩個速度比之間被動地和自動地調高速檔和調低速檔，即使輸出部件的速度不降低。變速器模塊包括行星齒輪組。扭矩傳遞機構是可接合的以連接行星齒輪組的兩個部件以共同旋轉。向心部件被配置為施加促進扭矩傳遞機構的接合的第一軸向力。第一軸向力隨著輸出部件的速度增加而增加。扭矩到推力促動器，諸如滾珠螺桿促動器，與輸入部件連接以一起旋轉，且被配置為施加抵抗扭矩傳遞機構的接合的第二軸向力。
文檔編號F16H3/74GK102562972SQ20111032854
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月26日 優先權日2010年10月26日
發明者A.W.菲利普斯 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司