四行星齒輪八速自動變速器的制作方法

本發明涉及汽車技術領域，具體涉及一種四行星齒輪八速自動變速器。

背景技術：

電控液力自動變速器傳動系實現變速的機構一般包括多個行星齒輪。發動機的動力經液力變矩器后傳入行星齒輪變速機構進行變速后輸出。自動變速器的體積、重量、效率以及承載能力直接與行星齒輪機構有關。自動變速器傳動系的擋位數越多，汽車的燃油消耗越低，經濟性越好，但是隨著擋位數的增加，行星齒輪的數量、操縱離合器以及制動器的數量也在增加，滿足理論級比的設計更是難以實現。人們一直在尋求用較少數量的行星齒輪、離合器和制動器，組合出滿足汽車性能需求的結構緊湊、強度更高、效率更好的行星齒輪變速機構。

目前乘用車市場上使用的八速自動變速器行星齒輪機構主要包括：zf的8hp八速自動變速器方案；通用的8l90八速自動變速器方案；愛信的tr-80sd八速自動變速器方案；現代的a8l/tr1八速自動變速器方案。其中，tr-80sd方案和8l/tr1方案采用了拉維娜結構；tr-80sd方案和a8l/tr1為3自由度系統，采用3離合器和2制動器；8hp和8l90為4自由度系統，也采用3離合器和2制動器。

無論是zf的8hp方案或者通用的8l90方案或者愛信的tr-80sd方案還是現代的a8l/tr1方案，均是采用3離合器和2制動器來實現，都會有兩個制動器。制動器最終是摩擦鋼片齒連接到變速器箱體上，制動器的存在無疑增加了變速器箱體的加工制造難度；且由于變速器箱體的材料一般是鋁合金，更多的制動器無疑會對能夠保證強度的同時實現輕量化設計造成困難。而且愛信的tr-80sd方案和現代的a8l/tr1方案采用拉維娜結構，出現雙行星輪結構，結構上件多復雜，更加不利于輕量化。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種能實現八個前進擋和一個后退檔，且整個結構更為緊湊、變速器箱體的加工制造難度更低的四行星齒輪八速自動變速器。

為了實現上述目的，本發明提供了一種四行星齒輪八速自動變速器，其包括第一行星齒輪、第二行星齒輪、第三行星齒輪、第四行星齒輪、第一離合器、第二離合器、第三離合器、第四離合器以及第五離合器；所述第一行星齒輪包括第一齒圈、第一行星輪、第一太陽輪及第一行星架；所述第二行星齒輪包括第二齒圈、第二行星輪、第二太陽輪及第二行星架；所述第三行星齒輪包括第三齒圈、第三行星輪、第三太陽輪及第三行星架；所述第四行星齒輪包括第四齒圈、第四行星輪、第四太陽輪及第四行星架；

所述第一齒圈固定不動；所述第三行星架與所述第四齒圈固定連接后整體通過所述第一離合器與所述第一行星架連接；所述第一太陽輪與所述第二太陽輪固定連接后整體通過所述第二離合器與所述第一行星架連接；所述第三離合器連接在所述第二齒圈和所述第四太陽輪之間，所述第四離合器連接在所述第二行星架與所述第四太陽輪之間；

所述第五離合器連接在所述第三行星齒輪與所述第四行星齒輪之間，或者所述第五離合器連接在所述第三行星齒輪和所述第二行星齒輪之間；當所述第五離合器斷開時，所述第三行星齒輪不參與動力傳遞；當所述第五離合器閉合時，所述第三行星齒輪參與動力傳遞；

所述第二行星架與變速器動力輸入構件連接，所述第四行星架與變速器動力輸出構件連接。

作為優選方案，所述第五離合器連接在所述第三齒圈與所述第四太陽輪之間，所述第三太陽輪與第二齒圈固定連接。

作為優選方案，所述第五離合器連接在所述第三太陽輪與所述第二齒圈之間，所述第三齒圈與所述第四太陽輪固定連接。

作為優選方案，所述第一齒圈與變速器箱體固定連接

作為優選方案，所述第一離合器、所述第二離合器、所述第三離合器、所述第四離合器及所述第五離合器為多片式濕式離合器或犬牙式離合器。

作為優選方案，所述第一齒圈與變速器箱體通過花鍵或焊接的方式固定連接；所述第一太陽輪與所述第二太陽輪通過花鍵或焊接的方式固定連接；所述第三行星架與所述第四齒圈通過花鍵或焊接的方式固定連接。

作為優選方案，所述第一行星齒輪、所述第二行星齒輪、所述第三行星齒輪和所述第四行星齒輪依次順序橫向設置。

作為優選方案，所述變速器動力輸入構件設置在所述第一行星齒輪遠離所述第二行星齒輪的一側，所述變速器動力輸出構件設置在所述第四行星齒輪遠離所述第三行星齒輪的一側。

作為優選方案，所述第三太陽輪與所述第二齒圈通過花鍵或焊接的方式固定連接。

作為優選方案，所述第三齒圈與所述第四太陽輪通過花鍵或焊接的方式固定連接。

實施本發明的四行星齒輪八速自動變速器，相對于現有技術具有如下的優點：

1、本發明采用五個離合器，合理地將四個行星齒輪組合起來，可實現八個前進擋和一個倒擋；而且在本發明中，無制動器的使用，這樣不僅可以避免變速器箱體上內齒的加工與制造，而且有利于整個變速器箱體的輕量化設計，使整個變速器更為緊湊。另外，在滿足同等速比數量的條件下，沒有制動器的存在顯然能夠提高離合器的利用率，從而使得整個變速器更為緊湊。

2、減少制動器的數量至不使用制動器而增加離合器的數量，有利于在進行變速器具體結構設計時，將這些離合器進行嵌套設計，從而使得整個變速器結構更為緊湊；另外，使用更多的離合器還有利于在特定檔位下切斷行星齒輪間的連接關系，使得冗余的行星齒輪不參與轉動，減少拖曳扭矩，減少帶排攪油損耗，提高效率。此外，更多的離合器會更有利于以后通過增加行星齒輪或者增加更多的操縱件進行更多速的拓展。

附圖說明

圖1是本發明實施例一的四行星齒輪八速自動變速器的連接結構示意圖；

圖2是本發明實施例一的四行星齒輪八速自動變速器的1擋動力傳遞路線示意圖；

圖3是本發明實施例一的四行星齒輪八速自動變速器的2擋動力傳遞路線示意圖；

圖4是本發明實施例一的四行星齒輪八速自動變速器的3擋動力傳遞路線示意圖；

圖5是本發明實施例一的四行星齒輪八速自動變速器的4擋動力傳遞路線示意圖；

圖6是本發明實施例一的四行星齒輪八速自動變速器的5擋動力傳遞路線示意圖；

圖7是本發明實施例一的四行星齒輪八速自動變速器的6擋動力傳遞路線示意圖；

圖8是本發明實施例一的四行星齒輪八速自動變速器的7擋動力傳遞路線示意圖；

圖9是本發明實施例一的四行星齒輪八速自動變速器的8擋動力傳遞路線示意圖；

圖10是本發明實施例一的四行星齒輪八速自動變速器的r擋動力傳遞路線示意圖；

圖11是本發明實施例二的四行星齒輪八速自動變速器的連接結構示意圖；

其中，1、第一行星齒輪；11、第一齒圈；12、第一行星輪；13、第一太陽輪；14、第一行星架；2、第二行星齒輪；21、第二齒圈；22、第二行星輪；23、第二太陽輪；24、第二行星架；3、第三行星齒輪；31、第三齒圈；32、第三行星輪；33、第三太陽輪；34、第三行星架；4、第四行星齒輪；41、第四齒圈；42、第四行星輪；43、第四太陽輪；44、第四行星架；5、變速器箱體；a、第一離合器；b、第二離合器；c、第三離合器；d、第四離合器；e、第五離合器。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

本發明的優選兩實施例：

實施例一：

如圖1所示，一種四行星齒輪八速自動變速器，其包括第一行星齒輪1、第二行星齒輪2、第三行星齒輪3、第四行星齒輪4、第一離合器a、第二離合器b、第三離合器c、第四離合器d以及第五離合器e；第一行星齒輪1包括第一齒圈11、第一行星輪12、第一太陽輪13及第一行星架14；第二行星齒輪2包括第二齒圈21、第二行星輪22、第二太陽輪23及第二行星架24；第三行星齒輪3包括第三齒圈31、第三行星輪32、第三太陽輪33及第三行星架34；第四行星齒輪4包括第四齒圈41、第四行星輪42、第四太陽輪43及第四行星架44。具體地，第一行星輪12與第一太陽輪13外嚙合，并與第一齒圈11內嚙合，第一行星輪12安裝在第一行星架14上；第二行星輪22與第二太陽輪23外嚙合，并與第二齒圈21內嚙合，第二行星輪22安裝在第二行星架24上；第三行星輪32與第三太陽輪33外嚙合，并與第三齒圈31內嚙合，第三行星輪32安裝在第三行星架34上；第四行星輪42與第四太陽輪43外嚙合，并與第四齒圈41內嚙合，第四行星輪42安裝在第四行星架44上。

第一齒圈11固定不動；第三行星架34與第四齒圈41固定連接后整體通過第一離合器a與第一行星架14連接，從而第三行星架34與第四齒圈41一體轉動或制動；第一太陽輪13與第二太陽輪23固定連接后整體通過第二離合器b與第一行星架14連接，從而第一太陽輪13與第二太陽輪23一體轉動或制動；第三離合器c連接在第二齒圈21和第四太陽輪43之間，第四離合器d連接在第二行星架24與第四太陽輪43之間；第五離合器e連接在第三行星齒輪3與第四行星齒輪4之間，具體地，第五離合器e連接在第三齒圈31與第四太陽輪43之間，第三太陽輪33與第二齒圈21固定連接，于是，當第五離合器e斷開時，第三行星齒輪3不參與動力傳遞；當第五離合器e閉合時，第三行星齒輪3參與動力傳遞；另外，第二行星架24與變速器動力輸入構件連接，第四行星架44與變速器動力輸出構件連接。

由此，本實施例的四行星齒輪八速自動變速器就可實現八個前進擋和一個倒擋，具體操縱邏輯如表1所示，其中，k為行星齒輪的特征參數，數值等于齒圈齒數與太陽輪齒數之比，k1對應第一行星齒輪11的特征參數，k2對應第二行星齒輪22的特征參數，k3對應第三行星齒輪33的特征參數，k4對應第四行星齒輪34的特征參數。

具體擋位傳遞路線如下：

(1)1擋：當第一離合器a、第二離合器b和第四離合器d閉合時，速比i1＝k4+1。在該檔位下，第二離合器b的閉合使得第一行星齒輪1及第二太陽輪23實現制動，又第一離合器a的閉合使得第三行星架34及第四齒圈41實現制動，故1擋動力傳遞路線為：由第二行星架24動力輸入→第四離合器d→第四太陽輪43→第四行星輪42→第四行星架44進行動力輸出，具體如圖2所示。

(2)2擋：當第一離合器a、第二離合器b和第三離合器c閉合時，速比i2＝(k4+1)*k2/(1+k2)。在該檔位下，第二離合器b的閉合使得第一行星齒輪1及第二太陽輪23實現制動，又第一離合器a的閉合使得第三行星架34及第四齒圈41實現制動，故2擋動力傳遞路線為：由第二行星架24動力輸入→第二行星輪22→第二齒圈21(第二太陽輪23的制動使得第二行星齒輪2實現單自由度輸出)→第三離合器c→第四太陽輪43→第四行星輪42→第四行星架44進行動力輸出(第四齒圈41的制動使得第四行星齒輪4實現單自由度輸出)，具體如圖3所示。

(3)3擋：當第一離合器a、第三離合器c和第四離合器d閉合時，速比i3＝(k1+1)*(k4+1)/(1+k1+k4)。在該檔位下，第三離合器c和第四離合器d的閉合使得第二行星齒輪2作為一個回轉整體參與傳動，3擋分兩條動力傳遞路線：①由第二行星架24動力輸入→第二行星齒輪2回轉整體→第四太陽輪43→第四行星輪42→第四行星架44進行動力輸出；②由第二行星架24動力輸入→第二行星齒輪2回轉整體→第一太陽輪13→第一行星輪12→第一行星架14(第一齒圈11常制動使得第一行星齒輪1實現單自由度輸出)→第一離合器a→第四齒圈41→第四行星輪42→第四行星架44進行動力輸出，具體如圖4所示。

(4)4擋：當第一離合器a、第三離合器c和第五離合器e閉合時，速比i4＝(k1+k2+1)/(1+k2)。在該檔位下，第三離合器c和第五離合器e的閉合使得第三行星齒輪3和第四行星齒輪4作為一個回轉整體參與傳動，4擋分兩條動力傳遞路線：①由第二行星架24動力輸入→第二行星輪22→第二齒圈21→第三行星齒輪3和第四行星齒輪4回轉整體→第四行星架44進行動力輸出；②由第二行星架24動力輸入→第二行星輪22→第二太陽輪23→第一太陽輪13→第一行星輪12→第一行星架14(第一齒圈11常制動使得第一行星齒輪1實現單自由度輸出)→第一離合器a→第三行星齒輪3和第四行星齒輪4回轉整體→第四行星架44進行動力輸出，具體如圖5所示。

(5)5擋：當第一離合器a、第四離合器d和第五離合器e閉合時，速比i5＝((k2*(k3+1)+k1+1)*(k4+1))/((k4+1)*(k2*(k3+1)+1)+1)。在該檔位下，四個行星齒輪均參與傳動，5擋分四條動力傳遞路線：①由第二行星架24動力輸入→第四離合器d→第四太陽輪43→第四行星輪42→第四行星架44進行動力輸出；②由第二行星架24動力輸入→第四離合器d→第五離合器e→第三齒圈31→第三行星輪32→第三行星架34→第四齒圈41→第四行星輪42→第四行星架44進行動力輸出；③由第二行星架24動力輸入→第二行星輪22→第二齒圈21→第三太陽輪33→第三行星輪32→第三行星架34→第四齒圈41→第四行星輪42→第四行星架44進行動力輸出；④由第二行星架24動力輸入→第二行星輪22→第二太陽輪23→第一太陽輪13→第一行星輪12→第一行星架14(第一齒圈11常制動使得第一行星齒輪1實現單自由度輸出)→第一離合器a→第四齒圈41→第四行星輪42→第四行星架44進行動力輸出，具體如圖6所示。

(6)6擋：當第三離合器c、第四離合器d和第五離合器e閉合時，速比i6＝1。在該檔位下，第三離合器c、第四離合器d和第五離合器e的閉合使得第二行星齒輪2、第三行星齒輪3和第四行星齒輪4形成一個單自由度系統而作為一個回轉整體參與傳動，實現直接檔，6擋的動力傳遞路線：由第二行星架24動力輸入→第二行星齒輪2、第三行星齒輪3和第四行星齒輪4回轉整體→第四行星架44進行動力輸出，具體如圖7所示。

(7)7擋：當第二離合器b、第四離合器d和第五離合器e閉合時，速比i7＝(k2*(1+k3)*(1+k4)/(k2*(1+k3)*(1+k4)+k4)。在該檔位下，第二離合器b的閉合使得第一行星齒輪1及第二太陽輪23實現制動，7擋分三條動力傳遞路線：①由第二行星架24動力輸入→第四離合器d→第四太陽輪43→第四行星輪42→第四行星架44進行動力輸出；②由第二行星架24動力輸入→第四離合器d→第五離合器e→第三齒圈31→第三行星輪32→第三行星架34→第四齒圈41→第四行星輪42→第四行星架44進行動力輸出；③由第二行星架24動力輸入→第二行星輪22→第二齒圈21→第三太陽輪33→第三行星輪32→第三行星架34→第四齒圈41→第四行星輪42→第四行星架44進行動力輸出，具體如圖8所示。

(8)8擋：當第二離合器b、第三離合器c和第五離合器e閉合時，速比i8＝k2/(1+k2)。在該檔位下，第二離合器b的閉合使得第一行星齒輪1及第二太陽輪23實現制動，第三離合器c和第五離合器e的閉合使得第三行星齒輪3和第四行星齒輪4作為一個回轉整體參與傳動，8擋動力傳遞路線：由第二行星架24動力輸入→第二行星輪22→第二齒圈21(第二太陽輪23的制動使得第二行星齒輪2實現單自由度輸出)→第三行星齒輪3和第四行星齒輪4回轉整體→第四行星架44進行動力輸出，具體如圖9所示。

(9)r擋：當第一離合器a、第二離合器b和第五離合器e閉合時，速比ir＝-k2*k3*(1+k4)/(1+k2)。在該檔位下，第二離合器b的閉合使得第一行星齒輪1及第二太陽輪23實現制動，又第一離合器a的閉合使得第三行星架34及第四齒圈41實現制動，實現倒擋，r擋動力傳遞路線：由第二行星架24動力輸入→第二行星輪22→第二齒圈21(第二太陽輪23制動使得第二行星齒輪2實現單自由度輸出)→第三太陽輪33→第三行星輪32→第三齒圈31(第三行星架34制動使得第三行星齒輪3實現單自由度輸出)→第五離合器e→第四太陽輪43→第四行星輪42→第四行星架44進行動力輸出(第四齒圈41制動使得第四行星齒輪4實現單自由度輸出)，具體如圖10所示。

在執行各個擋位的過程中，需使第一齒圈11固定不動，如若是采用制動器將第一齒圈11與變速器箱體5連接的方式，使該制動器在執行各個擋位的過程中保持閉合狀態，那么，在換擋的過程中，該制動器定會對變速器箱體5造成直接沖擊，影響變速器箱體5的受載情況，所以為了避免換擋過程中發生制動器對變速器箱體5造成直接沖擊的問題，進而改善變速器箱體5的受載情況，本實施例中，將第一齒圈11與變速器箱體5固定連接。

本實施例中，第一離合器a、第二離合器b、第三離合器c、第四離合器d及第五離合器e可以是多片式濕式離合器或犬牙式離合器：多片式濕式離合器具有油膜保護、動力傳遞平滑柔和、使用壽命長等優點；犬牙式離合器能傳遞較大的扭矩，具有結構簡單，尺寸小的特點，使用犬牙式離合器可以使整個變速器結構更加緊湊。

本實施例中，第一齒圈11與變速器箱體5通過花鍵或焊接的方式固定連接；第一太陽輪13與第二太陽輪23通過花鍵或焊接的方式固定連接；第三行星架34與第四齒圈41通過花鍵或焊接的方式固定連接；第三太陽輪33與第二齒圈21通過花鍵或焊接的方式固定連接。花鍵連接具有受力均勻的特點，導向性好，并能承受較大的載荷，從而可保證變速器動力傳遞時的穩定性和可靠性；采用焊接同樣也能保證變速器動力傳遞時的穩定性和可靠性。

本實施例中，第一行星架14、第二行星架24、第三行星架34及第四行星架44上均設有銷軸，第一行星輪12通過軸承安裝在第一行星架14的銷軸上，第二行星輪22通過軸承安裝在第二行星架24的銷軸上，第三行星輪32通過軸承安裝在第三行星架34的銷軸上，第四行星輪42通過軸承安裝在第四行星架44的銷軸上。這樣，第一行星輪12、第二行星輪22、第三行星輪32以及第四行星輪42就能在各自的行星架上自由轉動，也能跟隨各自的行星架轉動。其中，軸承可以是滾動軸承，也可以是滑動軸承。

本實施例中，第一行星齒輪1、第二行星齒輪2、第三行星齒輪3和第四行星齒輪4依次順序橫向設置。這樣的順序設置可優化各行星架、齒圈及行星架之間的結構位置關系，降低變速器的加工制造難度。在該順序設置的基礎上，變速器動力輸入構件設置在第一行星齒輪1遠離第二行星齒輪2的一側，變速器動力輸出構件設置在第四行星齒輪4遠離第三行星齒輪3的一側，由此可實現適用于前輪驅動的變速器結構，從而減少動力輸出構件位于變速器后端所產生的振動及噪音。

實施例二

如圖11所示，與實施例一的不同之處在于：第五離合器e連接在第三行星齒輪3和第二行星齒輪2之間，具體的，第五離合器e連接在第三太陽輪33與第二齒圈21之間，第三齒圈31與第四太陽輪43通過花鍵或焊接的方式固定連接，這樣，當第五離合器e斷開時，第三行星齒輪3不參與動力傳遞；當第五離合器e閉合時，第三行星齒輪3參與動力傳遞。實施例二的具體操縱邏輯與實施例一的具體操作邏輯相同，對應的速比也相同，且實施例二與實施例一的功率流走向完全一致。

綜上所述，本發明采用五個離合器，合理地將四個行星齒輪組合起來，可實現八個前進擋和一個倒擋；而且在本發明中，無制動器的使用，這樣不僅可以避免變速器箱體5上內齒的加工與制造，而且有利于整個變速器箱體5的輕量化設計，使整個變速器更為緊湊。另外，在滿足同等速比數量的條件下，沒有制動器的存在顯然能夠提高離合器的利用率，從而使得整個變速器更為緊湊。離合器數量的增加，有利于在進行變速器具體結構設計時，將這些離合器進行嵌套設計，從而可使整個變速器結構更為緊湊；另外，使用更多的離合器還有利于在特定檔位下切斷行星齒輪間的連接關系，使得冗余的行星齒輪不參與轉動，減少拖曳扭矩，減少帶排攪油損耗，提高效率。此外，更多的離合器會更有利于以后通過增加行星齒輪或者增加更多的操縱件進行更多速的拓展。

以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發明的保護范圍。