用于串列驱动桥车辆的具有可反转桥间差速器的前载架组件、用于串列驱动桥车辆的动 ...的制作方法
【专利摘要】一种串列驱动桥车辆包括动力传动系。该动力传动系包括：输入轴；前驱动桥组件，其包括具有前差速器的前载架组件；以及后驱动桥组件，其经由连接驱动轴而联接至前驱动桥组件并包括具有后差速器的后载架组件。前载架组件包括桥间差速器(IAD)，该IAD包括IAD壳体、差速器十字轴、第一侧齿轮和第二侧齿轮，差速器十字轴包括附接至IAD壳体的多个腿部以及安装在所述腿部上的多个十字轴齿轮，第一侧齿轮在十字轴的第一侧与十字轴齿轮接合并布置成驱动用于驱动所述驱动轴的轴，第二侧齿轮在十字轴的第二侧与十字轴齿轮接合并布置成驱动前差速器。
【专利说明】用于串列驱动桥车辆的具有可反转桥间差速器的前载架组件、用于串列驱动桥车辆的动力传动系以及串列驱动桥车辆
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种串列驱动桥车辆，更具体地，涉及一种用于串列驱动桥车辆的前载架组件(forward carrier assembly)。
【背景技术】
[0002]通常希望车辆除了一个或多个前进档之外还具有至少一个倒车档。典型地，这通过提供变速器而实现，该变速器包括其上具有多个副轴齿轮的一个或多个副轴，通常，所述副轴通过与由发动机驱动的输入轴的齿轮连接而被驱动。所述副轴上的齿轮例如与安装在输出轴上的齿轮啮合。在任何给定的时刻，输出轴驱动上的一个齿轮被驱动地联接至输出轴(例如通过换挡)，以驱动输出轴。为了实现倒车档，在副轴齿轮和输出轴齿轮之间布置有空转齿轮(idler gear)，使得当倒车档被接合时，输出轴的旋转处于与任一前进档被接合时的输出轴的旋转相反的方向上，而不必改变输入轴或副轴的旋转方向。然而，提供多个额外的倒车档增加了变速器的复杂性。
[0003]希望提供一种不要求变速器具有单独的倒车档的车辆和动力传动系。还希望提供如下一种车辆和动力传动系，其允许提供多个倒车档而不实质上增加变速器的复杂性。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一个方面，一种串列驱动桥车辆包括动力传动系，该动力传动系包括:输入轴；前驱动桥组件，该前驱动桥组件包括具有前差速器的前载架组件；后驱动桥组件，该后驱动桥组件经由连接驱动轴而联接至前驱动桥组件并包括具有后差速器的后载架组件，所述前载架组件包括桥间差速器(IAD)，该IAD包括IAD壳体、差速器十字轴、第一侧齿轮和第二侧齿轮，该差速器十字轴包括附接至IAD壳体的多个腿部以及安装在所述腿部上的多个十字轴齿轮，第一侧齿轮在十字轴的第一侧与十字轴齿轮接合并布置成驱动用于驱动所述驱动轴的轴，并且，第二侧齿轮在十字轴的第二侧与十字轴齿轮接合并布置成驱动前差速器；以及离合器，该离合器能够在未锁定位置和倒档位置之间移动，当处于未锁定位置时，该离合器旋转地联接所述输入轴和IAD壳体，而当离合器处于倒档位置时，所述输入轴与所述IAD壳体旋转地分离。
[0005]根据本发明的另一方面，用于串列驱动桥车辆的前载架组件包括:桥间差速器(IAD)，该IAD包括具有内花键的IAD壳体；差速器十字轴，该差速器十字轴包括附接至IAD壳体的多个腿部和安装在所述腿部上的多个十字轴齿轮；第一侧齿轮，该第一侧齿轮在十字轴的第一侧与十字轴齿轮接合，第一侧齿轮具有内花键；第二侧齿轮，该第二侧齿轮在十字轴的第二侧与十字轴齿轮接合；以及轴环，该轴环具有一个或多个外花键，该轴环能够在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置，所述一个或多个外花键与IAD壳体的内花键及第一侧齿轮的内花键接合，而在第二位置，所述一个或多个外花键与IAD壳体的内花键 分离并与第一侧齿轮的内花键接合。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]通过结合附图阅读下面的详细描述，将很好地理解本发明的特征和优点，在这些附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中:
[0007]图1是根据本发明一个方面的串列驱动桥车辆的示意图；
[0008]图2是根据本发明一个方面的、用于串列驱动桥车辆的动力传动系的一部分的截面图；
[0009]图3A、3B和3C是根据本发明一个方面的、用于串列驱动桥车辆的前载架组件的一部分的截面图，分别示出了在锁定模式、未锁定模式和倒档模式下的操作。
【具体实施方式】
[0010]图1中(以虚线)示意性地示出了串列驱动桥车辆21。车辆21包括动力传动系23，动力传动系23包括发动机25和变速器27，该发动机25和变速器27以常规方式布置以驱动输入轴29。
[0011]输入轴29连接到前驱动桥组件31。前驱动桥组件31包括前载架组件33，前载架组件33包括前差速器35，前差速器35以可操作方式连接至一对前桥轴37。后驱动桥组件39经由连接驱动轴41而联接至前驱动桥组件31并包括具有后差速器45的后载架组件43，后差速器45以可操作方式连接至一对后桥轴47。
[0012]前载架组件33包括图2可见的桥间差速器(IAD) 49。IAD49包括IAD壳体51和差速器十字轴(differential spider) 53，差速器十字轴53包括附接至IAD壳体的多个腿部55以及安装在所述腿部上的多个十字轴齿轮57。IAD49还包括第一侧齿轮59，该第一侧齿轮59在十字轴53的第一侧与十字轴齿轮57接合并布置成驱动用于驱动所述驱动轴41的轴61。IAD49还包括第二侧齿轮63，该第二侧齿轮63在十字轴53的第二侧与十字轴齿轮57接合并布置成驱动前差速器35。
[0013]离合器65与前载架组件相关联，且能够在图3A所示的“锁定”位置、图3B所示的“正常”或“未锁定”位置、以及图3C所示的倒档位置之间移动。在所述未锁定位置和锁定位置(图3A和3B)，离合器65旋转地联接输入轴29和IAD壳体51。在倒档位置(图3C)，离合器65所处的位置使得输入轴29与IAD壳体51旋转地分离。
[0014]通常，当离合器54处于倒档位置(图3C)时，输入轴29仅驱动第一侧齿轮59。输入轴29沿第一方向(假设为顺时针方向)的旋转使得第一侧齿轮59沿第一方向(S卩，顺时针方向)旋转，该第一侧齿轮使十字轴齿轮57转动并且十字轴齿轮57使第二侧齿轮63在与第一方向相反的方向(即，逆时针方向)上转动。通过在离合器65移动至倒档位置时以某种适当的方式断开所述后驱动桥组件39，能够避免在变速器27中提供倒车档，并且可以利用与变速器允许车辆在前进方向上被驱动的相同数目的档位来反向驱动车辆21。另外要指出的是，输入轴29的旋转不需要被反向以反向驱动车辆21。
[0015]在图2和3A-3C所示的实施例中，离合器65包括轴环67，轴环67包括一个或多个外花键69,所述一个或多个外花键69适于分别与IAD壳体51上及第一侧齿轮59上的内花键71、73相配合。轴环67能够在输入轴29 (它由诸如图2中以虚线示出但未加标记的轴承等的结构支撑)上轴向滑动且相对于输入轴29不可旋转，并且，轴环67能够轴向滑动，以使该轴环的一个或多个外花键69移动而分别与IAD壳体51上及第一侧齿轮59上的内花键71和73形成接合或脱离该接合。通常，轴环67的一个或多个外花键69始终与IAD壳体51上的内花键71及第一侧齿轮59上的内花键73 二者中的至少一个接合。可以提供合适的驱动装置103 (例如，使与轴环67连接的拨叉97和销105前进或缩回的气动或液压式活塞-缸装置(通常是三位置活塞))，以使该轴环相对于输入轴29滑动。
[0016]如图3B (示出了通常的未锁定位置)可见，当轴环67的一个或多个外花键69与IAD壳体51上的内花键71接合并与第一侧齿轮59上的内花键73分离时，前驱动桥组件31被构造成用于正常前进驱动操作，在该正常前进驱动操作中，一对前桥轴37在前进方向上被驱动并且一对后桥轴47在前进方向上被驱动，IAD49把来自输入轴29的驱动力在所述前桥轴和后桥轴之间进行分配。更特别地，当输入轴29旋转时，轴环67和IAD壳体51随该输入轴一起旋转。十字轴53随IAD壳体51 —起旋转，并且，与十字轴上的十字轴齿轮57接合的第一侧齿轮59和第二侧齿轮63均随该十字轴一起旋转。在图3B的正常位置，十字轴齿轮57能够在十字轴腿部55上旋转，这适应了第一侧齿轮59和第二侧齿轮63之间的任何所需的速度差，以及最终的、前差速器35 (图1)和后差速器45 (图1)之间的任何所需的速度差。
[0017]第一侧齿轮59驱动所述轴61，轴61又驱动与后载架组件43 (图1)连接的驱动轴41，以最终驱动后桥轴47。在所示的实施例中，第二侧齿轮63布置成驱动小齿轮75(图2)，例如通过第二侧齿轮中的内部开口和从该小齿轮延伸的轴77上的外花键之间的键连接。第二侧齿轮63的轴可由轴承(图2-3C中可见但未加标记)相对于前载架组件壳体95支撑。小齿轮75与环形齿轮79 (其一部分在图2中以虚线示出)啮合，并且该环形齿轮以可操作方式联接至前差速器35以驱动前桥轴37 (图1)。轴61可以延伸穿过小齿轮75，并且轴61可以与小齿轮是同轴的，这便于提供一种空间利用率较高的布置。
[0018]如图2所示，第二离合器81可布置成:当离合器65处于图3B所示的正常位置或图3A所示的锁定位置时，第二离合器81将轴61和驱动轴41连接，而当该离合器处于图3C所示的倒档位置时，第二离合器81使该轴和驱动轴分离。虽然可以提供多种适于用作第二离合器81的结构，但图2所示的第二离合器的特定实施例包括第一轴环83和第二轴环85，第一轴环83可相对于轴61轴向滑动但不可相对于轴61旋转，例如通过键连接而附接至轴61，并且，第二轴环85以不可旋转(且通常不可滑动)的方式附接至驱动轴41。第一轴环83具有外花键87，外花键87适于接合第二轴环85上的内花键89，以将轴61和驱动轴41连接。可以提供合适的驱动装置91 (例如气压或液压式活塞-缸装置(通常是两位置活塞)来使第一轴环83相对于轴61在第一轴环与第二轴环85连接的位置和第一轴环与第二轴环分离的位置之间滑动。可提供控制器(未示出)控制该驱动装置91，以定位所述轴环83和85，使得当离合器65处于未锁定位置(图3B)或锁定位置(图3A)时，轴环83和85将轴61与驱动轴41连接，并且，该控制器(未示出)可控制该驱动装置以定位所述轴环，使得当离合器处于倒档位置(图3C)时，所述轴环分离并且所述轴和驱动轴彼此不连接。
[0019]如图2所示，设置有第三离合器93，第三离合器93被布置成:当离合器65处于倒档位置时，第三离合器93将IAD壳体51相对于前载架组件壳体95旋转地锁定。虽然可以提供各种适于用作第三离合器93的结构，但图2所示的第三离合器的特定实施例包括弹簧加载元件(在此被称为活塞99)以及安装在轴环67上的拨叉97，该弹簧加载元件被布置成:当所述轴环随着离合器移动至倒档位置而移动时，该弹簧加载元件由所述拨叉移动而压缩弹簧101。活塞99通过花键连接至IAD壳体51，并且弹簧101布置在IAD壳体51的一部分与该活塞之间。当轴环67使活塞99移动以压缩弹簧101时，如图3C所示，活塞99上的花键与前载架组件壳体95上的花键接合，从而，也通过花键连接至该活塞的IAD壳体51相对于前载架组件壳体95被锁定。当轴环67移动而离开前载架组件壳体95和IAD壳体51时，弹簧101使活塞99移动，从而该活塞与前载架组件壳体分离，并且允许IAD壳体和前载架组件壳体之间的相对旋转，如图3A和3B所示。当离合器65处于倒档位置(图3C)并且输入轴29转动时，第一侧齿轮59将转动，第一侧齿轮59将使十字轴齿轮57转动，所述十字轴齿轮将使第二侧齿轮63在与第一侧齿轮的转动方向相反的方向上转动(例如，反向旋转)。通过经由第三离合器93阻止IAD壳体51相对于前载架组件壳体95的运动，该IAD壳体将不会因为例如从第一侧齿轮经过十字轴齿轮57和十字轴腿部55施加至该IAD壳体的力而旋转，这将通常干涉和/或阻止倒档模式中的操作。以这种方式，能够提供本文所称的“可反转桥间差速器”。
[0020]离合器65能够移动至图3A所示的锁定位置，在该锁定位置，所述离合器将输入轴29与IAD壳体51及第一侧齿轮59旋转地联接。更特别地，轴环67可定位成使得轴环上的外花键69分别同时与IAD壳体51上及第一侧齿轮59上的内花键71、73相配合。在该锁定位置，第一侧齿轮59和IAD壳体51的旋转速度总是相等的。特别地，在异常严峻的运行状况下(例如道路表面非常滑，导致难以实现牵引)，通常利用该锁定位置来以直通的正向驱动布置(straight-through positive arrrangement)将串列载架连接在一起，以便操作者能够实现最大牵弓I力。
[0021]现在，将描述其离合器65分别处于图3A、3B和3C所示的锁定位置、未锁定位置和倒档位置的动力传动系23的操作。在图3A中的锁定位置，离合器65的轴环67定位成使得轴环上的外花键69分别同时与IAD壳体51上及第一侧齿轮59上的内花键71、73相配合。输入轴29和轴环67的旋转以与输入轴相同的旋转速度和相同的旋转方向来驱动第一侧齿轮59和IAD壳体51。IAD壳体51和附接至IAD壳体51上的十字轴53的旋转通过十字轴齿轮57、以与IAD壳体(及输入轴29和第一侧齿轮59)的旋转方向相同的旋转方向将驱动力传递至第二侧齿轮63。如果十字轴齿轮57不在十字轴腿部55上转动，则第二侧齿轮63的旋转速度等于IAD壳体51和第一侧齿轮59的旋转速度。如果十字轴齿轮57在十字轴腿部55上转动，则第二侧齿轮63的旋转速度将不同于IAD壳体51和第一侧齿轮59的旋转速度。轴环67上的拨叉97安装在销105上，销105通常可滑动地容纳在前载架组件壳体95中的开口 107内。销105由驱动装置103 (通常是液压或气压式活塞)移动，以移动拨叉97和轴环67。通常，销105和开口 107将具有足够的长度，以便该销的一部分长度始终位于所述开口中，然而，可以设定该销和开口的尺寸以允许该销在特定情况下从所述开口中移出，如图3B所示。
[0022]在图3B所示的未锁定位置中，离合器65的轴环67定位成使得该轴环上的外花键69仅与IAD壳体51的内花键71相配合，并与第一侧齿轮59的内花键73分离。所述输入轴29和轴环67的旋转以与输入轴相同的旋转速度和相同的旋转方向驱动该IAD壳体。IAD壳体51和附接至IAD壳体51的十字轴53的旋转通过十字轴齿轮57将驱动力以与输入轴29和IAD壳体的旋转方向相同的旋转方向传递至第一侧齿轮59和第二侧齿轮64。如果需要第一侧齿轮59和第二侧齿轮63以不同的旋转速度转动(例如当前桥轴37(图1)以与后桥轴47 (图1)不同的速度转动时)，十字轴齿轮57将在十字轴腿部55上转动，以允许不同的旋转速度。
[0023]在图3C所示的倒档位置，离合器65的轴环67定位成使得该轴环上的外花键69仅与第一侧齿轮59的内花键73相配合，并与IAD壳体51的内花键71分离。通常，如果拨叉97上的销105从前载架组件壳体95中的开口 107内移出，则驱动装置103移动该销105以移动轴环67和拨叉97，并且该销被容纳在前载架组件壳体中的开口 107内。随着销105朝着前载架组件壳体95移动，拨叉97 (或轴环67)接触所述弹簧加载活塞99并将弹簧101抵靠IAD壳体51压缩。活塞99上的花键与前载架组件壳体上的花键接合，使得IAD壳体基本不能相对于前载架组件壳体旋转。同时，第二离合器81的第一轴环83相对于第二离合器的第二轴环85移动，从而使驱动轴41与轴61分离。输入轴29和轴环67的旋转导致第一侧齿轮59和轴61以与输入轴相同的方向和相同的旋转速度旋转。已分离的驱动轴41不被驱动。第一侧齿轮59的旋转导致了十字轴齿轮57的旋转，继而导致第二侧齿轮63以与第一侧齿轮相反的方向和通常相同(但方向相反)的旋转速度旋转。进而，第二侧齿轮63的旋转最终导致前桥轴在倒档方向上的旋转。因此，可提供如下一种动力传动系23，它能够前进和反向地驱动车辆并且不需要变速器27具有倒车档。
[0024]在本申请中，诸如“包括”的术语的使用是无限制的，且意欲具有与诸如“包含”的术语相同的含义，并且并不排除其它结构、材料或作用的存在。相似地，虽然诸如“能够”或“可能”的术语的使用意欲是无限制的，并且用于反映结构、材料或作用不是必须的，但是没有使用这些术语并非意欲反映结构、材料或作用是必须的。对于当前认为是必须的结构、材料或作用的程度，它们被这样确定。
[0025]虽然已经依照优选实施方式示出和描述了本发明，应认识到的是，在不偏离如在权利要求中陈述的本发明的情况下，可对本发明进行变型和变化。
【权利要求】
1.一种串列驱动桥车辆，包括: 动力传动系，所述动力传动系包括: 输入轴； 前驱动桥组件，所述前驱动桥组件包括具有前差速器的前载架组件； 后驱动桥组件，所述后驱动桥组件经由连接驱动轴而联接至所述前驱动桥组件并包括具有后差速器的后载架组件； 所述前载架组件包括桥间差速器(IAD)，所述IAD包括IAD壳体、差速器十字轴、第一侧齿轮和第二侧齿轮，所述差速器十字轴包括附接至所述IAD壳体的多个腿部以及安装在所述腿部上的多个十字轴齿轮，所述第一侧齿轮在所述十字轴的第一侧与所述十字轴齿轮接合并布置成驱动用于驱动所述驱动轴的轴，所述第二侧齿轮在所述十字轴的第二侧与所述十字轴齿轮接合并布置成驱动所述前差速器；以及 离合器，所述离合器能够在未锁定位置和倒档位置之间移动，当所述离合器处于未锁定位置时，所述离合器旋转地联接所述输入轴和所述IAD壳体，而当所述离合器处于倒档位置时，所述输入轴与所述IAD壳体旋转地分离。
2.根据权利要求1所述的串列驱动桥车辆，其中，当所述离合器处于所述倒档位置时，所述输入轴驱动所述第一侧齿轮。
3.根据权利要求1-2中的任一项所述的串列驱动桥车辆，其中，所述离合器包括轴环，所述轴环包括一个或多个外花键，所述一个或多个外花键适于与所述IAD壳体上的内花键及所述第一侧齿轮上的内花键相配合。
4.根据权利要求3所述的串列驱动桥车辆，其中，所述轴环能够在所述输入轴上轴向滑动且相对于所述输入轴不可旋转，并且，所述轴环能够轴向滑动，以使所述轴环的所述一个或多个外花键移动而与所述IAD壳体上的内花键及所述第一侧齿轮上的内花键形成接合或脱离接合。
5.根据权利要求4所述的串列驱动桥车辆，其中，所述轴环的所述一个或多个外花键始终与以下二者中的至少一个接合:所述IAD壳体上的内花键，以及所述第一侧齿轮上的内花键。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的串列驱动桥车辆，包括第二离合器，所述第二离合器布置成:当所述离合器处于倒档位置时，所述第二离合器使所述轴和所述驱动轴分离。
7.根据权利要求6所述的串列驱动桥车辆，其中，所述第二离合器包括能够在所述驱动轴上在接合位置和分离位置之间轴向滑动的轴环，该轴环相对于所述驱动轴不可旋转，该轴环的外花键适于在该轴环处于接合位置时接合与所述后差速器连接的轴的内花键。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的串列驱动桥车辆，包括第三离合器，所述第三离合器被布置成:当所述离合器处于倒档位置时，所述第三离合器旋转地锁定所述IAD壳体。
9.根据权利要求8所述的串列驱动桥车辆，其中，所述离合器包括以可轴向移动的方式安装在所述输入轴上的轴环，所述轴环在所述离合器在所述未锁定位置和倒档位置之间移动时移动，并且，所述第三离合器包括拨叉以及弹簧加载的活塞，所述拨叉安装在所述轴环上，所述弹簧加载的活塞与所 述IAD壳体通过花键接合并且布置成:当所述轴环随着所述离合器移动至所述倒档位置而移动时，所述弹簧加载的活塞由所述拨叉移动而压缩所述弹簧，使得所述活塞上的花键与所述前载架组件壳体上的花键接合。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的串列驱动桥车辆，其中，所述离合器能够移动至锁定位置，在所述锁定位置，所述离合器将所述输入轴与所述IAD壳体及所述第一侧齿轮旋转地联接。
11.根据权利要求ι-?ο中的任一项所述的串列驱动桥车辆，其中，所述第二侧齿轮布置成用于驱动小齿轮，所述小齿轮与环形齿轮啮合，所述环形齿轮以可操作方式联接至所述前差速器。
12.根据权利要求11所述的串列驱动桥车辆，其中，所述轴延伸穿过所述小齿轮。
13.根据权利要求12所述的串列驱动桥车辆，其中，所述轴和所述小齿轮是同轴的。
14.根据权利要求12所述的串列驱动桥车辆，其中，所述第一侧齿轮与所述输入轴布置在所述十字轴的同一侧。
15.根据权利要求1-14中的任一项所述的串列驱动桥车辆，其中，所述前差速器以可操作方式联接至一对前桥轴，并且，所述后差速器以可操作方式联接至一对后桥轴。
16.根据权利要求1-15中的任一项所述的串列驱动桥车辆，其中，所述动力传动系还包括发动机和变速器，所述发动机和变速器被布置成驱动所述输入轴。
17.一种用于串列驱动桥车辆的前载架组件，包括: 桥间差速器(IAD)，所述IAD包括具有内花键的IAD壳体； 差速器十字轴，所述差速器 十字轴包括附接至所述IAD壳体的多个腿部和安装在所述腿部上的多个十字轴齿轮； 第一侧齿轮，所述第一侧齿轮在所述十字轴的第一侧与所述十字轴齿轮接合，所述第一侧齿轮具有内花键； 第二侧齿轮，所述第二侧齿轮在所述十字轴的第二侧与所述十字轴齿轮接合；以及 轴环，所述轴环具有一个或多个外花键，所述轴环能够在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述一个或多个外花键与所述IAD壳体的内花键及所述第一侧齿轮的内花键接合，而在所述第二位置，所述一个或多个外花键与所述IAD壳体的内花键分离并与所述第一侧齿轮的内花键接合。
18.根据权利要求17所述的前载架组件，其中，所述轴环能够移动至第三位置，在所述第三位置，所述一个或多个外花键与所述IAD壳体的内花键接合并与所述第一侧齿轮的内花键分离。
19.根据权利要求17-18中的任一项所述的前载架组件，其中，所述轴环是可移动的，以便所述一个或多个外花键中的至少一个与以下二者中的至少一个接合:所述IAD壳体的内花键，以及所述第一侧齿轮的内花键。
20.根据权利要求17-19中的任一项所述的前载架组件，包括适于连接至后载架组件的轴，所述第一侧齿轮安装在该轴上。
21.根据权利要求20所述的前载架组件，包括小齿轮和环形齿轮，所述小齿轮与所述环形齿轮啮合，所述环形齿轮以可操作方式联接至前差速器，所述第二侧齿轮布置成驱动所述小齿轮。
22.根据权利要求21所述的 前载架组件，其中，所述轴延伸穿过所述小齿轮。
【文档编号】B60K17/36GK103889763SQ201180073220
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2011年8月31日 优先权日:2011年8月31日
【发明者】迈克尔·E·卡尔 申请人:马克卡车公司