CN102449337A - 具有斜面体齿轮组的紧凑型分动器 - Google Patents

Abstract

一种动力传输装置，该动力传输装置用于具有动力源和第一传动系统、第二传动系统的四轮驱动车辆中，该动力传输装置包括：输入轴，该输入轴适于由动力源驱动；第一输出轴，该第一输出轴能够绕第一轴线旋转，并且适于向第一传动系统传输扭矩；第二输出轴，该第二输出轴适于向第二传动系统传输扭矩，并且能够绕第二轴线旋转，第一轴线和第二轴线不彼此平行地延伸；传递单元，该传递单元包括被可旋转地支承在第一输出轴上的第一圆柱形齿轮，和固定为与第二输出轴一起旋转的第二锥形齿轮。第一齿轮和第二齿轮彼此常啮合。

Description

具有斜面体齿轮组的紧凑型分动器

技术领域

本公开总体涉及一种用在机动车辆内的动力传输装置。更具体地，本公开描述了一种紧凑型分动器，该分动器具有用于向四轮驱动车辆的第一传动系统和第二传动系统提供驱动扭矩的交叉轴线输出轴。

背景技术

许多运动型多功能车辆配备有用于向所有四个车轮传输驱动扭矩的分动器，由此建立四轮驱动操作模式。一些分动器配备有允许车辆操作员在两轮驱动模式与“分时”四轮驱动模式之间选择性地进行切换的模式切换机构，其中，在两轮驱动模式中，仅驱动主(即后)传动系统，而在“分时”四轮驱动模式中，副(即前)传动系统被刚性地联接以与主传动系统一起旋转。

过去，许多运动型多功能车辆的车辆行驶高度和悬架构型为具有至少两个彼此平行地延伸的旋转输出轴的传统分动器提供了足够的组装容积。鉴于消费者对较小的四轮驱动车辆的增长的需求，分配给车辆动力系的组装容积已经大为减少。尽管传统分动器设计可以在某些车辆应用中以令人满意的方式起作用，但是存在对于改进的紧凑型轻型动力传输装置的需要。

发明内容

一种动力传输装置，该动力传输装置用于具有动力源和第一传动系统、第二传动系统的四轮驱动车辆中，该动力传输装置包括：输入轴，该输入轴适于由动力源驱动；第一输出轴，该第一输出轴能够绕第一轴线旋转，并且适于向第一传动系统传输扭矩；第二输出轴，该第二输出轴适于向第二传动系统传输扭矩，并且能够绕第二轴线旋转，第一和第二轴线不彼此平行地延伸；传递单元，该传递单元包括被可旋转地支承在第一输出轴上的第一圆柱形齿轮，和固定为与第二输出轴一起旋转的第二锥形齿轮。第一齿轮与第二齿轮彼此常啮合。

本公开还提供了一种动力传输装置，该动力传输装置用于具有动力源和第一传动系统、第二传动系统的四轮驱动车辆中。该动力传输装置包括：输入轴，该输入轴适于由动力源驱动；第一输出轴，该第一输出轴能够绕第一轴线旋转，并且适于向第一传动系统传输扭矩；第二输出轴，该第二输出轴适于向第二传动系统传输扭矩，并且能够绕第二轴线旋转。第一轴线和第二轴线彼此偏离；传递单元，该传递单元包括被可旋转地支承在第一输出轴上的第一齿轮和联接至第二输出轴的第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮彼此常啮合；以及万向节，该万向节定位在形成于第二齿轮中的腔室内，并且使第二齿轮与第二输出轴传动地互连。

附图说明

现在将参照附图以示例的方式描述本公开，图中：

图1是图示了配备有本公开的动力传输装置的机动车辆的传动系的示意图；

图2是根据本公开的动力传输装置的剖视图；

图3是与图1中示出的传动系相关联的替代性动力传输装置的剖视图；和

图4是与图1中示出的传动系相关联的另一替代性动力传输装置的剖视图。

具体实施方式

总体讲，本公开涉及一种用于机动车辆的动力传输装置，该动力传输装置具有第一输出轴和第二输出轴，第一输出轴能够绕第一轴线旋转，第二输出轴绕第二旋转轴线旋转。第一轴线和第二轴线彼此交叉(cross)。离合器致动系统可以操作与动力传输装置的第一输出轴和第二输出轴相关联的离合器，以在四轮驱动模式与两轮驱动模式之间选择性地或自动地切换。包括斜面体齿轮(beveloid gear)的齿轮组在第一输出轴与第二输出轴之间传递动力。

特别参照附图中的图1，其中示出了用于四轮驱动车辆的传动系(drivetrain)10。传动系10包括前传动系统(driveline)12和后传动系统14，前传动系统12和后传动系统14均能够从诸如发动机16之类的动力源经由变速器18驱动，变速器18可以是手动型或自动型中的任意一种。在示出的具体实施方式中，传动系10为四轮驱动系统，该四轮驱动系统结合有用于从发动机16和变速器18向前传动系统12和后传动系统14传输驱动扭矩的动力传输装置20。前传动系统12示出为包括连接在前桥组件26的相对两端处的一对前轮24，前桥组件26具有通过万向节31联接至前传动轴30的一端的前差速器28。前传动轴30的相反端联接至动力传输装置20的第二输出轴或前输出轴32。类似地，后传动系统14包括连接在后桥组件36的相对两端处的一对后轮34，后桥组件36具有联接至后传动轴40的一端的后差速器38，后传动轴40的相反端与动力传输装置20的第一输出轴或后输出轴42互连。

特别参照附图中的图2，动力传输装置20示出为包括输入轴44，输入轴44适于连接至变速器18的输出轴46，从而使输入轴44和输出轴46均由机动车辆的发动机16可旋转地驱动。在显示的设置中，后输出轴42与输入轴44一体地形成为被可旋转地支承在壳体组件50内的单件式第一轴48。前输出轴或第二轴32也被可旋转地支承在壳体组件50内。

传递组件54设置为用于从第一轴48向第二轴32选择性地传递驱动扭矩。传递组件54包括可旋转地支承在第一轴48上的第一齿轮或驱动齿轮56和与驱动齿轮56常啮合的第二齿轮或从动齿轮58。从动齿轮58固定为与第二轴32一起旋转。替代性地，从动齿轮58和第二轴32可以形成为单个整体式单件式构件。壳体组件50分别包括可分离的第一壳体60、第二亮体62和第三壳体64。从动齿轮58通过第一圆锥滚子轴承66而被可旋转地支承在第一壳体60内。从动齿轮58还通过定位在第二壳体62内的第二圆锥滚子轴承68支承而旋转。

第一轴48能够绕第一轴线70旋转。第二轴32能够绕第二轴线72旋转。第一轴线70与第二轴线72彼此偏离并限定夹角A。图中，第一轴线70与第二轴线72相交。可以想到，第二轴线72可以相对于第一轴线70歪斜使得轴线永不相交。无论如何，角A可以通过观察如图2所示的动力传输装置20来限定，图2中观察的页面的平面包括第一轴线70和沿着第二轴线72的在齿轮齿的宽度内居中的点。前传动轴30定位为大致与第二轴32同轴，并且相对于第二传动轴40成大约角A地延伸。通过使前输出轴32定位为相对于后输出轴42成角度，可以使壳体组件50的总体高度B最小。因为在前传动轴30接近前驱动桥26时前传动轴30与发动机16和变速器18偏离，所以能实现这一点。不再需要通过链互连的驱动链轮与从动链轮之间的大的偏移。在图1和图2中显示的示例中，角A大致为7度。

驱动齿轮56优选地构造为为包括限定圆柱形外形的齿80。齿80可以是直线正齿型(straight spur-type)齿轮齿，或者替代性地，齿80可成形为螺旋形。为了适应之前描述的交叉轴线设计，从动齿轮58包括与齿80常啮合的一组周向间隔开的锥形齿82。如此，限定了具有与锥形从动齿轮58接合的圆柱形驱动齿轮56的斜面体齿轮组。

为了提供用于建立第一轴48与第二轴32之间的驱动连接。动力传输装置20包括模式切换机构90。模式切换机构90包括模式离合器92，模式离合器92能够操作为将驱动齿轮56联接至第一轴48以建立四轮驱动模式，在四轮驱动模式中，第二轴32被刚性地联接为与第一轴48一起旋转。此外，模式离合器92能够操作为选择性地使驱动齿轮56与第一轴48分离以建立两轮驱动模式，在两轮驱动模式中，所有驱动扭矩均被输送至后输出轴42。

根据图2中示出的实施方式，模式离合器92通常能够以未被致动模式操作以将所有驱动扭矩传输至后输出轴42，由此建立两轮驱动模式。模式离合器92还能够以被完全致动模式操作以建立“锁定的”四轮驱动模式，在所述四轮驱动模式中，前输出轴32与后输出轴42刚性地联接。在图2中示出的实施方式中，模式离合器92是摩擦片式离合器。模式离合器92可以控制为：响应于前输出轴32与后输出轴42之间的相对旋转量(即，轴间滑动)并且作为前输出轴32与后输出轴42之间的相对旋转量(即，轴间滑动)的函数，而自动地(即，即时地)在其未被致动模式与被完全致动模式之间渐进地调节传递至前输出轴32的扭矩的量。可以调整模式离合器92的扭矩相对于滑动的特性以满足特定的车辆应用。

模式离合器92包括内毂部94，该内毂部94固定至第一轴48，并且一组内离合器片96固定至该内毂部94。模式离合器92还包括固定为与驱动齿轮56一起旋转的鼓形件98。鼓形件98为圆筒形并且固定有一组外离合器片100，所述外离合器片100与内离合器片96交替穿插以限定多片式离合器组件。模式离合器92的其他物理设置(未示出)可以执行相同的功能，并且被认为处于本公开的范围内。

离合器致动系统106控制模式离合器92。离合器致动系统106包括致动器110，并且还可以包括旋转至线性运动转换机构112。具体地，致动器110包括用于使驱动轴116旋转的驱动马达114。驱动轴116联接至旋转至线性运动转换机构112。旋转至线性运动转换机构112包括滚珠坡道单元120。滚珠坡道单元120包括一对凸轮环122、124和多个滚珠126。凸轮环122和124中每一个分别包括凹槽128和130。凹槽128和130具有变化的深度。滚珠126定位在凹槽128和130内。当滚珠126定位在凹槽128和130最深部分时，凸轮环122和124彼此间隔开第一距离。凸轮环124能够相对于凸轮环122旋转，以使滚珠126定位在凹槽128和130的浅的部分。在此位置处，凸轮环122和124以距离彼此间隔开比第一距离大的距离。依次方式，滚珠坡道单元120能够操作为将旋转运动转换为线性运动。

在操作中，离合器致动系统106被控制为在模式离合器92上施加力。驱动马达114使驱动轴116沿第一方向旋转，这使凸轮环124相对于凸轮环122旋转以使凸轮环122轴向地运动并且向施力板(applyplate)132施加力。内离合器片96通过施力板132与外离合器片100摩擦地接合，以从后输出轴42向输出轴32传递驱动力矩。使驱动马达114沿相反方向旋转使得凸轮环124转动返回至起始位置，由此从模式离合器92上消除施加力。由此，第二轴32不再由第一轴48驱动。替代性地，致动器110无需构造为包括驱动马达，而可以酌情利用其他力传输机构。此外，应当理解，之前描述的离合器致动系统可以由多种其他的力施加装置来代替，这些力施加装置特别地包括作用在一个或多个活塞上的液压动力泵或电动力泵、驱动一个或多个齿轮组和传动螺杆的马达。

图3显示了以参考数字200标识的另一动力传输装置。动力传输装置200基本上类似于动力传输装置20。因此，类似元件将用包括“’”角标的类似参考数字标识。动力传输装置200与装置20的不同之处在于，已经为前输出轴32’提供了额外的自由度以允许前输出轴绕定位在动力传输装置20内的点铰接。额外的自由度可以允许进一步减小动力传输装置200的总体高度，并允许将装置定位在进一步受约束的组装外壳内。

动力传输装置200包括与圆柱形驱动齿轮56’常啮合的锥形从动齿轮202。从动齿轮202是包括第一部分204和第二部分206的两件式组件，其中第一部分204固定至第二部分206。第一部分204包括与齿80’常啮合的多个锥形齿轮齿208。第一部分204还包括通过角接触轴承212支承而旋转的第一毂部210。角接触轴承212可以包括锥形滚子、滚珠或设计为将从动齿轮202精确地支承为在第二壳体62’内旋转以及对由于齿208的圆锥形状而产生的大致轴向载荷提供反作用的各种其他构型。

第二部分206包括通过另一角接触轴承216支承而旋转的第二毂部214。角接触轴承216由第一壳体60’支承。密封组件218阻止污染物进入壳体组件50’，但是允许从动齿轮202相对于亮体组件50’旋转。第二部分206还包括从壳体组件50’突出的管口部(snout)220，以为防护罩(boot)(未示出)提供附接连接部。防护罩使前输出轴32’与管口部220密封地互连以阻止污染物进入由第一部分204和第二部分206限定的腔室222。

单个万向接头224定位在腔室222内。万向接头224包括固定至端轴(stub shaft)228的第一万向节叉226。第一万向节叉226和端轴228固定为与从动齿轮202一起旋转。万向节224还包括通过十字形件234传动地联接至第一万向节叉226的第二万向节叉232。十字形件234包括两对耳轴。一对耳轴通过第一万向节叉226支承而旋转，而第二对耳轴通过第二万向节叉232支承而旋转。前输出轴32’的一端固定为与第二万向节叉232一起旋转。通过这种设置，扭矩从从动齿轮202经由第一万向节叉226、十字形件234、第二万向节叉232传递至前输出轴32’。前输出轴32’可以绕除了从动齿轮202绕其旋转的轴线之外的轴线旋转。

通过如之前描述地构造动力传输装置20和200，可限定一分动器家族，该分动器家族的第一构件包括图1中示出的部件。另一替代性同族构件可以包括替代性第一壳体和替代性第二壳体，从而在车辆组装空间允许的情况下可旋转地支承从动链轮或能够绕平行于轴线70的轴线旋转的齿轮。

另一模块化方法包括使用图1中示出的第一壳体60和第二壳体62以及定位在其中的部件来组装图4中示出的动力传输装置300。替代性第三壳体302可以代替第三壳体64。模块304与第三壳体302定位在一起并代替模式离合器92。模块304包括一个或多个中央差速器、“分时”模式离合器、用于提供两个或更多个驱动比的齿轮组以及用于提供离合器致动力的泵。分时离合器可以构造为独立牙嵌离合器、或者可以包括与牙嵌离合器协作的同步器。模块304还可以包括用于操作第三壳体302内的部件的致动器。

上述论述公开并描述了本公开的各种实施方式。本领域普通技术人员从这种论述、以及从附图和权利要求将容易认识到，在不脱离如下列权利要求所限定的公开内容的基本精神和合理范围的情况下，可以在其中进行各种改变、修改和变化。

Claims (15)

1.一种动力传输装置，所述动力传输装置用于具有动力源和第一传动系统及第二传动系统的四轮驱动车辆中，所述动力传输装置包括：

输入轴，所述输入轴适于由所述动力源驱动；

第一输出轴，所述第一输出轴能够绕第一轴线旋转并且适于向所述第一传动系统传输扭矩；

第二输出轴，所述第二输出轴适于向所述第二传动系统传输扭矩，所述第二输出轴能够绕第二轴线旋转，其中所述第一轴线和所述第二轴线不彼此平行地延伸；以及

传递单元，所述传递单元具有被以可旋转的方式支承在所述第一输出轴上的第一圆柱形齿轮、以及固定为与所述第二输出轴一起旋转的第二锥形齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮彼此常啮合。

2.如权利要求1所述的动力传输装置，还包括离合器和离合器致动系统，所述离合器能够选择性地操作为在所述第一输出轴与所述第一齿轮之间传递驱动扭矩，所述离合器致动系统能够操作为控制所述离合器。

3.如权利要求2所述的动力传输装置，其中，所述离合器为摩擦片式离合器，所述摩擦片式离合器具有固定为与所述第一输出轴一起旋转的第一组摩擦元件和固定为与所述第一齿轮一起旋转的第二组摩擦元件。

4.如权利要求3所述的动力传输装置，其中，所述离合器致动系统包括旋转至线性运动转换机构。

5.如权利要求4所述的动力传输装置，其中，所述旋转至线性运动转换机构包括滚珠坡道单元，所述滚珠坡道单元包括由多个滚动元件间隔开的一对凸轮环。

6.如权利要求3所述的动力传输装置，其中，由所述离合器传递的扭矩可以被改变，以向所述第一传动系统和所述第二传动系统中的每一个传递不同量值的扭矩。

7.如权利要求1所述的动力传输装置，其中，所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线限定大致为7度的夹角。

8.如权利要求1所述的动力传输装置，还包括万向接头，所述万向接头定位在形成于所述第二齿轮中的腔室内。

9.如权利要求1所述的动力传输装置，还包括差速器组件，所述差速器组件以可操作的方式定位在所述第一输出轴与第二输出轴之间。

10.一种动力传输装置，所述动力传输装置用于具有动力源和第一传动系统及第二传动系统的四轮驱动车辆中，所述动力传输装置包括：

输入轴，所述输入轴适于由所述动力源驱动；

第一输出轴，所述第一输出轴能够绕第一轴线旋转并且适于向所述第一传动系统传输扭矩；

第二输出轴，所述第二输出轴适于向所述第二传动系统传输扭矩，所述第二输出轴能够绕第二轴线旋转，其中所述第一轴线和所述第二轴线彼此偏离；

传递单元，所述传递单元具有被以可旋转的方式支承在所述第一输出轴上的第一齿轮、和联接至所述第二输出轴的第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮彼此常啮合；以及

万向节，所述万向节定位在形成于所述第二齿轮中的腔室内，并且使所述第二齿轮与所述第二输出轴传动地互连。

11.如权利要求10所述的动力传输装置，还包括离合器和离合器致动系统，所述离合器能够选择性地操作为在所述第一输出轴与所述第一齿轮之间传递驱动扭矩，所述离合器致动系统能够操作为控制所述离合器。

12.如权利要求10所述的动力传输装置，其中，所述第一齿轮包括与形成于所述第二齿轮上的锥形齿啮合的圆柱形齿。

13.如权利要求10所述的动力传输装置，其中，所述第一轴线和所述第二轴线相交于一点。

14.如权利要求10所述的动力传输装置，其中，所述输入轴和所述第二输出轴定位在所述动力传输装置的第一侧，所述第一输出轴定位在相对的第二侧。

15.如权利要求10所述的动力传输装置，其中，所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线限定大致7度的夹角。

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