具有串列轮轴的变速驱动桥的制作方法
【专利摘要】具有串列轮轴的变速驱动桥包括发动机、变速器和驱动轴。变速器包括远离发动机安装的集成的桥间差速器。变速器和集成的桥间差速器安装在至少一个车架构件上，使得两者都是车辆的簧上重量。驱动轴跨过发动机和变速器之间的间隙。
【专利说明】具有串列轮轴的变速驱动桥
[0001]相关申请
[0002]本申请要求递交于2013年3月12日的、序列号为61/776850的美国临时专利申请的优先权，该在先申请的内容通过引用而整体并入本文。
[0003]发明背景
[0004]典型的8级卡车传动系使用的变速器通过物理方式，诸如通过螺栓，连接到发动机上。利用桥间差速器的串联驱动轴通过驱动轴连接到变速器。
[0005]发动机/变速器组件通常安装在橡胶型的衬垫上。通常，使用三个衬垫，其中一个衬垫位于发动机的前方，另外两个衬垫在离合器钟形壳体的两侧。这种布置要求在发动机安装衬垫刚度方面进行折衷，因为变速器倍增的扭矩要求刚性的衬垫来支持大扭矩反应，但更柔软的衬垫将减少来自发动机的噪音、振动和声振粗糙度(NVH)。还存在向低转速、高扭矩发动机发展的趋势，这将增加发动机支架上的载荷并再次促使设计师使用刚性更高的衬垫，而这种衬垫对于NVH无能为力。最后，有必要通过降低串列轮轴的簧下重量来改善8级卡车的行驶。
[0006]本文所述的簧下重量是指悬架，车轮，轮胎以及直接与这些部件连接、但不是由悬架支承的其它部件的重量。在本文所述的簧上重量是指车体和其他由悬架支承的部件的重量。
[0007]噪声、振动和声振粗糙度可通过对发动机和变速器解耦来改进。这种方法的优点是能够将发动机安装在专门针对发动机振动模式调谐的衬垫上，而没有变速器扭矩的倍增。远离发动机安装在车架上的变速器也可以利用针对变速器振动模式调谐的衬垫支架。变速器的远程定位可以纳入串联轮轴部件，如桥间差速器的一部分。这将减少串联簧下重量，以提高行驶性能。由于远程安装的变速器更难于手动换档，可以使用自动的变速器变速控制。为了进一步减小串列轮轴的簧下重量，串列轮轴轮差速器可以被集成到固定在框架上的变速驱动桥组件，使用第迪安(De D1n)式车轴和悬挂系统或与变速驱动桥单元结合使用的完全独立的悬挂系统。
【发明内容】
[0008]一种具有串列轮轴的变速驱动桥包括发动机、变速器和驱动轴。变速器具有远离发动机安装的集成的桥间差速器。变速器和集成的桥间差速器安装在至少一个车架构件上，使得变速器和集成的桥间差速器两者都是车辆的簧上重量。驱动轴跨过发动机和变速器之间的间隙。
[0009]附图简要说明
[0010]参考下面的结合附图所做的详细说明，本领域技术人员时将更易于理解本发明的上述以及其它优点。其中:
[0011]图1A是车辆及其动力传动系统的示意性局部剖视图；
[0012]图1B是图1A所示的车辆及动力传动系统的一部分的示意性局部平面图；
[0013]图2A是图1A和IB所示的传动系统的一部分的示意性局部剖切平面图；
[0014]图2B是图2A所示结构的示意性局部剖切侧视图；
[0015]图3是一替代动力传动系统的示意性局部剖切平面图；
[0016]图4A是另一个替代动力传动系统的示意性局部剖切侧视图
[0017]图4B是图4A所示结构的一部分的示意性局部俯视图；
[0018]图4C是图4A和4B所示结构的一部分的示意性局部侧视图；以及
[0019]图4D是图4A-4C所示实施例的一种替代结构的示意性局部透视图。
【具体实施方式】
[0020]应当理解，除非有明确相反的规定，本发明可假定各种替代的取向和步骤顺序。同时应当理解，在附图中示出并在下面的说明中描述的特定装置和过程仅仅是本发明发明构思概念的示例性实施例。因此，除非另有说明，具体的尺寸、方向或其他与公开的实施例有关的物理特性不应被认为是限制性的。
[0021]现在转到图1A和1B，分别以局部剖切侧视图和俯视图示意性地部分描绘了半卡车10的一个实施例。侧视图描绘了位于卡车10发动机室14中的发动机12。发动机12安装在第一套衬垫16上，该第一套衬垫16被调谐到抑制来自发动机12的振动。衬垫16位于发动机12与一个或多个发动机支架18之间。发动机输出轴20连接到驱动轴22，例如通过U形接头24。驱动轴22将来自发动机12的旋转传递到远程安装的变速器26。驱动轴22连接到变速器输入轴28，例如通过U形接头30。
[0022]如本文所用，远程安装指变速器26没有像现有技术中那样通过螺栓连接到发动机12。取而代之，变速器26在物理上与发动机12分离，从而在它们之间存在间隙32。驱动轴22跨越该间隙32。并且，驱动轴22的一端连接到发动机，其另一端经由接头24，30或类似装置连接到变速器26。
[0023]变速器26由变速器专用的衬垫或隔离件支撑在底盘上。可以使用任何数量的衬垫来支持变速器26，并且这些衬垫可以位于不同的位置。在图1B中，标出了三个衬垫。第一衬垫36的位置可以靠近变速输出部38，而另外两个衬垫40的位置可以靠近变速器输入部42。三个衬垫36，40大致形成一个三角形。然而，可以理解，衬垫36，40可布置成其它图案。
[0024]衬垫36，40包括基座44，如支架，以及可选择性变形的部分46，该部分46的作用是隔离振动。在附图1B中，前衬垫40的可变形部分46可以在基座44下方。这样，可变形部分46位于变速器26的上表面48与基座44之间，其中基座44连接到底盘34。后衬垫36的可变形部分46可位于所述基座44上方。对此衬垫36，基座44连接到底盘34上方，并且可变形部分46位于基座44与变速器26的下表面50之间。
[0025]在现有技术中，变速器被螺栓固定在发动机上并且变速器和发动机共享同一衬垫，这些衬垫调谐到变速器或者发动机。与现有技术不同，图1A和IB中的变速器衬垫36，40可以只调谐到变速器26。调谐到变速器振动模式的衬垫导致的对变速器振动模式的抑制比试图抑制来自发动机和变速器的独立振动模式的衬垫更有效。
[0026]串列轮轴功率分配器桥间差速器(IAD) 52被集成到变速器26中。在图1A和IB中，IAD52被描绘成位于变速器26后面并与变速器26直接接触。在该实施例中，IAD52与变速器26物理连接，例如通过螺栓连接。如果需要，IAD52可以包括差速器锁定机构。
[0027]从图1A和IB可以看到的，IAD52具有两个独立的输出端:用于串列轮轴组58的前串列轮轴56的第一输出端54和用于串列轮轴组58的后串列轮轴62的第二输出端60。第一 U形接头64位于第一输出端54和第一输出轴66之间。第二 U形接头68位于第二输出端60和第二输出轴70之间。第三U形接头72连接第一输出轴66和前串列轮轴56。第四U形接头74连接第二输出轴70和后串列轮轴62。
[0028]第一输出轴66和第二输出轴70可对准到在某种程度上跟随传动轴悬挂的运动，以尽量减少在轴的第一输出轴66与第二输出轴70的连接角度。两个输出轴大致相同，其主要区别是差动环形齿轮在各自的环形齿轮的对面，这从图2A中可以看到。
[0029]图2A提供了远程安装的变速器26的一个实施例的进一步细节。该变速器26接收来自驱动轴22的转动输入。变速器26的前部76包括方向档(direct1n gear) 78、范围档(range gear)80和速度档(speed gear)82?方向档78包括正向和反向。速度档82可包括档位I，2和3，但也可以是其它的。可以理解的是，例如可以选择变速器26中的一个方向档78,然后,可以通过选择速度档1,2或3或倒车档(R)来确定在该方向上的速度。
[0030]范围档80可包括高、低范围。当与速度档82和方向档78组合使用时，可以实现复合的6种前进速度和2种反向速度输出。额外的比率可以被纳入串列轮轴58以产生总共7种前进速度。
[0031]变速器还包括第一离合器84。第一离合器84可以是分段式离合器，用于在高模式和低模式之间进行选择。第一离合器84可以是例如锥式同步器。
[0032]第一离合器84的输出可以被连接到第二离合器86。第二离合器86也可以是例如锥式同步器。第二离合器86选择性地接合和脱离正向串列轮轴56。因此，可以理解，第二离合器86选择性地使车辆在6x2模式和6x4模式之间切换。在两种模式之间的切换可以由司机控制和/或由计算机基于车辆的负载、燃料效率参数、油门位置、可用牵引和/或车辆速度来确定。
[0033]在所描绘的实施例中，下降齿轮组88用于连接第二离合器86与第一输出轴66。第一输出轴66从变速器16旋转连接到正向串列轮轴56。
[0034]正向串列轮轴56包括壳体90，壳体90中具有差动器92。差动器92包括小齿轮轴94，该小齿轮轴94驱动连接到差速器壳体98上的环形齿轮96。小齿轮100和侧齿轮102位于壳体98中。轮轴半轴104连接到侧齿轮102，用于在它们之间实现选择性的差速。狗式离合器106可以位于半轴104中的一个上,用于在6x2模式和6x4模式之间选择。
[0035]第一离合器84的输出也连接到桥间差速器52。在所描绘的实施例中，在IAD52是太阳/行星式差速器。差速器52的输出被连接到后串列轮轴62，例如通过第二输出轴70。行星IAD52可以任何比例划分正向串列轮轴56和后串列轮轴62之间的扭矩。
[0036]后串列轮轴62包括壳体108，在壳体108中具有差速器110。差速器110包括小齿轮轴112，小齿轮轴112驱动连接到差速器壳体116的环形齿轮114。小齿轮118和侧齿轮120均位于壳体116内。轮轴半轴122连接到侧齿轮120，用于在它们之间产生选择性的差速。
[0037] 前串列轮轴56和后串列轮轴62提供的齿轮比可以根据希望实现车辆的需求和效率来选择。在所描绘的实施例中，前串列轮轴56可设置5.57:1的比例,而后串列轮轴62可以设置2.25:1的比例。使用70/30的扭矩分配IAD所得到的有效6X3轴比为3.25:1(70% 2.25+30% 5.57)。
[0038]图2B示意性地示出了变速器26和图2A所示的桥间差速器52的侧视图。同时显示第一输出轴66和第二输出轴70分别将变速器26/IAD52与前串列轮轴56和后串列轮轴62连接。
[0039]如从图2A和图2B可以理解的，从前串列轮轴56的轮轴半轴104延伸通过前主轴壳体124。前主轴壳体124连接到纵臂126。纵臂126具有前部128和后部130。后部130支持空气弹簧座132。空气弹簧134被设置在座132上，用于与车辆底盘34连接。纵臂126的前部128可枢轴连接至底盘34，例如通过枢轴式支架136。
[0040]类似地，轮轴半轴122从后串列轮轴62延伸通过后主轴壳体138。后主轴壳体138被连接到纵臂140。纵臂140具有前部142和后部144。后部144支持空气弹簧座146。空气弹簧148位于座146上，用于与车辆底盘34连接。纵臂140的前部142可枢轴连接至底盘34，例如通过枢轴式支架150。
[0041]图2A和2B显示纵臂126，140在车辆的一侧。在车辆的另一侧也有类似的布置，如果两侧布置不相同的话。
[0042]基于前述内容，可以理解的是，将远程安装的具有桥间差速器52的变速器26安装于车架，减小了车辆的簧下重量。簧下重量的减小意味着在车辆轮胎上的重量较少，使它们能够容易地适应道路的变化并进而赋予它们在道路上更好的抓地力。与此相反，负荷更重的车轮不会吸收道路的变化，并且会不期望地将道路的不规则或变化传递到车辆。
[0043]图3描述了又一实施例,其中变速器152包含方向档154和速度档156。方向档154包括正向和反向。速度档156可包括档位1，2，3和4，但也可以是其他的档位。可以理解的是，可以选择变速器152的方向档154，然后通过选择档1，2，3或4来选择选择在该方向上的速度。可以包含副变速器(range box) 158使高、低比例与速度档156和方向档154复合。
[0044]变速器152包含第一离合器160。离合器160可以是分段式离合器，以在高模式和低模式之间进行选择。离合器160例如可以是锥式同步器。
[0045]第一离合器160的输出可以被连接到第二离合器162。第二离合器162也可以是例如锥式同步器。第二离合器162选择性地接合和脱离前串列轮轴164。因此，可以理解，第二离合器162使车辆在6x2模式和6x4模式之间转换。在两种模式之间的切换可以由司机控制决定和/或由计算机基于车辆的负载、燃料效率参数、油门位置、可用牵引和/或车辆速度来确定。
[0046]在所描绘的实施例中，下降齿轮组166用于将第二离合器162与第一输出轴168连接。第一输出轴168从变速器152旋转连接到前串列轮轴164。
[0047]前串列轮轴164包括壳体170，壳体170中具有差速器172。差速器172包括小齿轮轴174，小齿轮轴174驱动连接到差速器壳体178的环形齿轮176。小齿轮180和侧齿轮182位于壳体178内。轮轴半轴184连接到侧齿轮182，以使它们之间实现选择性的差速。狗式离合器186可以位于半轴184中的一个上，用于在6x2模式和6x4模式之间的选择。
[0048]第一离合器160与桥间差速器188相连。在描绘的实施例中，IAD188是太阳/行星式差速器。差速器188的输出端与串列轮轴190相连，例如通过第二输出轴192实现连接。
[0049]后串列轮轴190包括带有差速器198的壳体196。差速器198包括驱动环形齿轮202的小齿轮轴200，环形齿轮202与差速器壳体204相连。行星齿轮206和侧齿轮208位于壳体204内部。轮轴半轴210连接到侧齿轮208上，用于在它们之间实现选择性的差速。
[0050]图4A-4C描绘了另一个实施例，其中展示了壳体212。壳体212容纳了多个结构，包括变速器214、副变速器216、桥间差速器218、前串联差速器220和后串联差速器222。壳体212可以是单件，也可以由多个部分连接在一起形成，例如通过螺栓连接或焊接。撇开壳体212的组装方法，优选的是，上述元件被收容在一起，如图4A所示，以减小车辆的簧下重量。
[0051]例如，借助于从发动机(未示出)延伸的驱动轴(未示出)，输入端224被提供给壳体212。输入端224与变速器214相连，其可以包括与附图2和3所示相同的速度和方向分量。变速器的输出端与副变速器216相连。副变速器216采用离合器228来在高、低设置之间进行选择。
[0052]副变速器216的输出端驱动桥间差速器218旋转。在所描绘的实施例中，IAD218是太阳/行星式差速器，但是也可以使用其他类型的差速器。差速器218与前串列轮轴226相连，其可以具有前串联差速器220的特性，也可以具有前面所述的，如图2和3所示的前串联差速器的特性。差动器218与离合器228相连，从而选择性地与后串列轮轴230接合。
[0053]离合器228选择性地接合驱动齿轮232，驱动齿轮232与差速器输出轴234同心。驱动齿轮232可以是外直径部分上带齿的锥齿轮，可以是改进的斜齿轮、弧形锥齿轮、螺旋伞齿轮和直齿锥齿轮中一种。驱动齿轮232与从动齿轮236传动啮合。
[0054]从动齿轮236位于驱动齿轮232的外径部分上。更具体地，从动齿轮236与驱动齿轮232不同心，而是在驱动齿轮232外径部分的一些离散位置与驱动齿轮啮合。优选地，从动齿轮236在驱动齿轮232的正上方与驱动齿轮232啮合。这个位置布置使得从动齿轮236的旋转轴线位于驱动齿轮232和前串联差速器220的其他零件上方。从动齿轮236可以是改进的斜齿轮、弧形锥齿轮、螺旋伞齿轮和直齿锥齿轮中一种。
[0055]驱动齿轮232和/或从动齿轮236中的一个或两者的斜角使得从动齿轮轴线238与输入端224的轴线240不平行。
[0056]从动齿轮236被设置在从动轴242上。从动轴242可连接到后传动轴244上，例如通过U形接头246实现连接。后传动轴244的另一端可连接到后小齿轮轴248上，例如也通过一个U形接头250实现连接。后小齿轮轴248可与后传动轴244共线。
[0057]轴承252设置在从动齿轮轴242和后传动轴244上，并支撑它们在壳体212内旋转。从动齿轮轴242的取向与从动齿轮236的轴线238大致平行并基本共轴。
[0058]后串联差速器222可以包括前面提及的如附图2，3所示的组件。
[0059]如附图4B所不,第一桥半轴254从壳体212延伸。第一桥半轴254在内侧端256与前串联差速器220相连。半轴254的外侧端258延伸通过心轴壳体260。可以理解的是，第二桥半轴(未示出)从前串联差速器220延伸，并在差速器的相对侧以相同的方式延伸到第二心轴壳体(未不出)。类似的,桥半轴从后串联差速器向外延伸到心轴壳体上(未不出)。
[0060]如图4C所示，心轴壳体260具有前部266和后部268。前部266，后部268可以是单件整体形成的，也可以是通过焊接、紧固件或类似装置连接在一起的独立部件。
[0061]心轴壳体260的后部268包括用于接收横管272的孔270。可以理解的是，在附图4B和4C中，管272延伸到孔270中，并通过例如焊接的方式固定到具有孔270的壁274上。如图4所示，横管272从它的安装处开始延伸，平行于桥半轴254，从壳体212的下方连续地延伸到在壳体212的与第一心轴壳体260相对的另一侧的第二心轴壳体(未示出)上。
[0062]从附图4B，4C中可以看出，孔270以及横管272都位于桥半轴254的下方和后方。
[0063]心轴壳体260的后部268在其上部278处形成了空气弹簧座276。前空气弹簧280位于座276和底盘构件282之间。附图4A对前空气弹簧280进行了说明，其描绘了处于壳体212另一侧的前空气弹簧。前空气弹簧280位于与底盘构件282的下表面284相接触的位置。
[0064]纵臂柔性板288的后部286与心轴壳体260的前部266相连。纵臂柔性板288可以与壳体单件整体成型，也可以是通过焊接、紧固件或类似的装置固定的独立部件。
[0065]在纵臂柔性板288前部292上具有孔290。孔290接收与底盘构件282相连的枢轴连接件294，其允许纵臂柔性板288向上或向下移动，从而控制车轮/轮胎的上下运动。
[0066]图4D显示了附图4A-4C中所示实施例的变体。图4D显示了串列轮轴(未示出)的后桥差速器壳体296，其物理上与壳体212分开。因此，图4D中所示的壳体296在前串联差速器220后面关闭，但是可以采用轴(未示出)，例如前面提及的后传动轴来将转动从壳体212传递到后桥差速器壳体296。
[0067]后桥差速器壳体296具有上述的结构，并且也可以配备与心轴壳体302内侧相连的转向横拉杆底座298。横拉杆底座298可以通过一体成型的方式连接到心轴壳体302上，也可以是通过例如焊接和/或机械紧固件连接上去的单独部件。如图中所示，横拉杆304枢转安装到底座298上。
[0068]可替代地，完全独立的后平衡悬架可与底盘安装轮差动组件一起使用。增加额外的斜齿轮组，从而允许非常狭窄的最终驱动，这将有利于增加半轴长度从而降低在车轮颠簸及回弹运动过程中万向接头的掠角。
[0069]可以理解的是，通过将单桥或双桥的车轮差速器组件布置到变速驱动桥总成中，变速器、副变速器、桥间差速器以及前、后差速器的重量都可以安装在底盘上，从而减轻了簧下重量。
[0070]根据专利法的相关规定，本申请通过对优选实施例的描述对本发明进行了具体说明。然而，应该指出的是，本发明还可以以不同所列具体实施例的方式实施，这些实施方式均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种具有串列轮轴的变速驱动桥，其特征在于，该变速驱动桥包括: 发动机； 具有集成的桥间差速器的变速器，所述变速器远离所述发动机安装，所述变速器和所述集成的桥间差速器安装在至少一个车架构件上，使得所述变速器和所述集成的桥间差速器都是所述车辆的簧上重量；和 驱动轴，该驱动轴跨过所述发动机和变速器之间的间隙。
2.如权利要求1所述的具有串列轮轴的变速驱动桥，其特征在于，其中所述桥间差速器具有连接到第一输出轴的第一输出，所述第一输出轴连接到前串列轮轴。
3.如权利要求2所述的具有串列轮轴的变速驱动桥，其特征在于，其中所述前串列轮轴没有桥间差速器。
4.如权利要求1所述的具有串列轮轴的变速驱动桥，其特征在于，其中所述桥间差速器具有连接到第二输出轴的第二输出，所述第二输出轴连接到后串列轮轴。
5.如权利要求2所述的具有串列轮轴的变速驱动桥，其特征在于，其中前桥半轴在内侧端连接到所述前串列轮轴，在外侧端连接到前主轴壳体。
6.如权利要求5所述的具有串列轮轴的变速驱动桥，其特征在于，其中第一纵臂的后部固定连接到所述前主轴壳体，并且所述第一纵臂的前部枢轴连接到所述框架。
7.如权利要求5所述的具有串列轮轴的变速驱动桥，其特征在于，其中所述前主轴壳体的后部限定空气弹黃座。
8.如权利要求4所述的具有串列轮轴的变速驱动桥，其特征在于，其中后桥半轴在内侧端连接到所述后串列轮轴并且在外侧端连接到后主轴壳体。
9.如权利要求8所述的具有串列传动轴的变速驱动桥，其特征在于，第二纵臂的后端部固定连接到所述后主轴壳体，并且所述第二纵臂的前部枢轴连接到所述框架。
10.如权利要求9所述的具有串列轮轴的变速驱动桥，其特征在于，其中所述后主轴壳体的后部限定空气弹簧座。
11.一种具有串列轮轴的变速驱动桥，其特征在于，该变速驱动桥包括: 安装在第一组衬垫上的发动机，所述第一组衬被垫调谐到抑制发动机振动； 具有集成的桥间差速器的变速器，所述变速器远离所述发动机安装并安装在第二组衬垫上，所述第二组衬垫被调谐到抑制变速器振动，所述衬垫将所述变速器和所述集成的桥间差速器安装在至少一个车架构件上，使得所述变速器和所述集成的桥间差速器都是所述车辆的簧上重量；和 驱动轴，所述驱动轴跨过所述发动机和变速器之间的间隙。
【文档编号】B60K17/28GK104044453SQ201410089939
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2013年3月12日
【发明者】J·F·齐希, T·J·莫尔斯切克 申请人:德纳重型车辆系统集团有限责任公司