传动系统断开设备的制作方法

传动系统断开设备


背景技术：

1.本公开涉及一种车辆传动系统，特别涉及传动系统快速断开设备。在全轮驱动(“awd”)车辆中，主轮组可以持续地连接到车辆的动力源，同时副轮组可以经由断开设备而可选择地连接到车辆的动力源。
2.传统上，与两轮驱动车辆相比，awd车辆的劣势在于燃料效率较低。即使当副轮组没有与动力源驱动地接合时，传统的传动系统也需要副驱动桥以道路速度连续旋转。因此，与仅具有单个驱动桥的车辆相比，传统的 awd车辆将损失能量并且经历降低的燃料效率。
3.采用典型的断开设备以使副轮组的许多传动系统部件断开连接，由此提高awd车辆的燃料效率。然而，典型的传动系统设备缺乏使副轮组的传动系统部件快速连接和断开连接的能力。
4.本文的公开描述了使副传动系统的部件有效地连接和断开的设备和系统。


技术实现要素：

5.在一种形式中，本公开提供了一种传动系统断开设备，该传动系统断开设备具有凸轮缸，该凸轮缸包括设置在其径向外表面中的坡道。第一离合器元件，该第一离合器元件设置成至少部分地在凸轮缸内，以及中间轴，该中间轴设置成至少部分地在第一离合器元件内。该中间轴包括与第一离合器元件恒定啮合的花键部分。半轴，该半轴设置成与中间轴同轴，以及第二离合器元件，该第二离合器元件与半轴联接。第一离合器元件与第二离合器元件选择性地接合。桥分离设备还包括闭锁机构，由此凸轮缸维持轴向位置。闭锁机构包括：径向凹陷，该径向凹陷在凸轮缸坡道中，以及凸轮从动件，该凸轮从动件选择性地设置成至少部分地在径向凹陷中。
6.较佳的是，系统断开设备还包括：第一偏置构件，所述第一偏置构件设置成轴向地在凸轮缸的一端与第一离合器元件的一部分之间，其中，凸轮缸轴向地相对于第一离合器元件选择性地平移。
7.较佳的是，凸轮从动件还包括：第一端，所述第一端与壳体联接；以及第二端，所述第二端至少部分地布置在凸轮缸坡道中。
8.较佳的是，凸轮缸还包括：第一轴向减速级，所述第一轴向减速级设置在凸轮缸坡道的第一端处；以及第二轴向减速级，所述第二轴向减速级设置在凸轮缸坡道的第二端处。
9.较佳的是，径向凹陷还包括：径向下降的坡道；以及径向上升的坡道，所述径向上升的坡道设置成邻接径向下降的坡道。
10.较佳的是，凸轮缸坡道包括宽度；并且径向下降的坡道和径向上升的坡道延伸凸轮缸坡道的宽度。
11.较佳的是，凸轮从动件还包括：第一端，所述第一端与壳体联接；轴承，轴承与凸轮从动件的第一端联接，由此凸轮从动件能相对于壳体转动；第二端，所述第二端至少部分地布置在凸轮缸坡道中；以及偏置构件，所述偏置构件设置在壳体和凸轮从动件的一部分之间。
12.较佳的是，凸轮从动件还包括：第一端，所述第一端与壳体联接；
13.第二端，第二端至少部分地布置在凸轮缸坡道中；轴承，轴承与凸轮从动件的第二端联接，其中，所述轴承至少部分地设置在凸轮缸坡道内；孔，所述孔设置在凸轮从动件的第二端中，其中，所述孔设置成与凸轮从动件的纵向轴线同轴；偏置构件，所述偏置构件设置在孔内；柱塞，所述柱塞至少部分地设置在孔内，其中，所述偏置构件选择性地将柱塞至少部分地致动到径向凹陷中。
14.较佳的是，凸轮从动件设置成穿过壳体，由此使凸轮从动件的第一端设置在壳体的径向外部。
15.较佳的是，凸轮从动件的第一端包括承座盖。
16.较佳的是，凸轮从动件还包括：主体部分，所述主体部分设置成轴向地在第一端与第二端之间，其中所述主体部分包括螺纹部分。
17.较佳的是，凸轮从动件的柱塞还包括球。
18.较佳的是，传动系统断开设备还包括：一种与所述凸轮缸驱动地接合的电动机，其中，所述电动机不将扭矩传递到凸轮缸，以将凸轮从动件维持在径向凹陷中。
19.较佳的是，闭锁机构还包括：径向下降的凹口，所述径向下降的凹口设置在径向凹陷内。
附图说明
20.附图作为说明书的一部分并入本文。本文描述的附图示出了当前公开的主题的实施例，并且说明了本公开的所选原理和教导且没有示出其所有可能的实施方式。附图不旨在以任何方式限制本公开的范围。
21.图1示出了根据本公开主题的实施例的awd车辆传动系统的示意图；
22.图2示出了根据本公开主题的另一实施例的awd车辆传动系统的示意图；
23.图3示出了根据本公开主题的实施例的传动系统快速断开设备的一部分的横截面图；
24.图4示出了根据图3的传动系统快速断开设备的一部分的横截面图；
25.图5示出了根据图3的传动系统快速断开设备的一部分的横截面图；
26.图6示出了根据本公开主题的另一实施例的传动系统的快速断开设备的一部分的剖视图；
27.图7示出了根据本公开主题的实施例的传动系统的快速断开设备的一部分的立体图；
28.图8示出了根据图7的传动系统快速断开设备的一部分的横截面图；
29.图9是根据本公开主题的实施例的传动系统快速断开设备的接合和分离的曲线图；
30.图10是根据本公开主题的另一实施例的传动系统快速断开设备的接合和分离的曲线图；
31.图11示出了根据本公开主题的另一实施例的传动系统的快速断开设备的一部分的剖视图；
32.图12示出了根据图11的传动系统快速断开设备的一部分的横截面图，其中凸轮从
动件在闭锁位置中；
33.图13示出了根据图11的传动系统快速断开设备的一部分的另一横截面图；
34.图14示出了根据图11的传动系统快速断开设备的一部分的立体图；以及
35.图15示出了根据本公开主题的实施例的传动系统快速断开设备的一部分的示意图。
具体实施方式
36.应当理解，除非明确地指出相反，否则本实用新型可以采用各种替代的取向和步骤顺序。还应当理解，附图中所示和以下说明书中所描述的具体设备、组件、系统和过程仅是本文所限定的创造性概念的示例性实施例。因而，除非另有明确的声明，与所公开的实施例相关的具体尺寸、方向或其它物理特征不应被看作是限制。此外，在本申请的该部分中，在本文所描述的各实施例中的相似的元件可以用相似的附图标记来共同地指代，但可以能并非如此。
37.快速传动系统桥断开设备500的某些实施例与全轮驱动(“awd”)传动系统组件一起使用。然而，快速断开设备500不限于与本文所述的传动系统组件一起使用。快速断开设备500可以但不限于与其它形状、尺寸、定向和设计的传动系统组件一起使用。此外，本领域的普通技术人员将理解，这些实施例可具有工业、机车和航空航天应用，以及在消费、电动和自动或半自动车辆中的应用。
38.如图1所示，在一个实施例中，快速断开设备500可以用在具有传动系统布置102a和横向动力源104a的awd车辆100a中。动力源104a可以是但不限于是内燃机或电动机。此外，传动系统布置102a可包括变速器 105a，该变速器105a具有可驱动地连接至动力源104a的输入和可驱动地连接至差速器机构107a的输出。差速器机构107a可驱动地连接至主轮组 110a。传动系统布置102a还可包括动力传递单元106a，该动力传递单元 106a可驱动地连接至变速器105a的输出，并且选择性地可驱动地连接至副轮组112a。该动力传递单元106a还可包括快速断开设备500。当与后驱动单元108a中的离合器108b结合使用时，在不需要awd功能时，快速断开设备500通过使awd传动系统部件断开连接来提供改善的燃油经济性。
39.如图2所示，在另一个实施例中，快速断开设备500可以用在具有传动系统布置102和纵向动力源104的awd车辆100中。在该实施例中，快速断开设备500也可以被称为前桥断开。动力源104可以是但不限于是内燃机或电动机。传动系统布置102还可包括变速器105，变速器105具有可驱动地连接至动力源104的输入和可驱动地连接至分动箱106的输出。分动箱106包括连续地可驱动地连接至后驱动单元108的输出和选择性地可驱动地连接至前驱动单元107的第二输出。前驱动单元107包括差速器机构，该差速器机构可驱动地连接至主齿轮组和快速断开设备500。当与分动箱106中的离合器结合使用时，在不需要awd功能时，快速断开设备 500通过使awd传动系统部件断开连接来提供改善的燃油经济性。
40.在一个实施例中，如图3和图4所示，快速断开设备500包括与空转齿轮220驱动地连接的动力源210。如图3和图4所示，在一个实施例中，快速断开设备500包括高速低扭矩动力源210，诸如但不限于无刷直流 (bldc)电动机。在一个实施例中，动力源210可以是有刷直流电动机。动力源210可具有输出轴212(参见图11)，并且小齿轮(未描绘)联接至其一端。小齿轮与空转齿轮220驱动地啮合，并且空转齿轮220与设置在凸轮缸510上的多个花键512
驱动地啮合。空转齿轮220在本文中也可以被称为驱动齿轮。在一个实施例中，附加齿轮(未示出)可以可操作地连接在动力源210和凸轮缸510之间，以获得期望的减速比和/或实现动力源210的特定定位。动力源210与凸轮缸510驱动地接合。
41.凸轮缸花键512维持与空转齿轮220的恒定啮合，同时允许凸轮缸510 的线性致动。如图3所示，凸轮缸510包括被设置成穿过凸轮缸510的径向壁的坡道514。在另一个实施例中，如图4至8和11至14所示，凸轮坡道514可以设置在凸轮缸510的径向外表面中，但是不完全延伸穿过凸轮缸510的径向壁。
42.凸轮缸510包括线性致动器的一部分。在一个实施例中，花键512可以设置在凸轮缸第一端部分510a的外表面上。凸轮缸510行进的轴向距离可以由坡道514确定。坡道514可包括但不限于单级坡道。在某些实施例中，坡道514可包括多个级。凸轮缸510还可包括附加的坡道(未描绘) 以助于凸轮缸510的平滑转动(旋转)和线性致动。
43.凸轮缸510可以至少部分地、同心地设置在环形衬套516内。衬套516 本身可以同心地设置在壳体518内。壳体518可包括经由多个机械紧固件 519联接的第一部分518a和第二部分518b。在另一个实施例中，第一壳体部和第二壳体部分分518a、518b可以经由焊接联接。
44.如图3至6所示，凸轮从动件520可以可旋转地与固定壳体518联接，并且可滑动且可旋转地设置在凸轮缸坡道514内。在坡道514内，凸轮缸 510与凸轮从动件520一起旋转产生凸轮缸510的线性致动。凸轮从动件 520可包括轴承，该轴承具有与壳体518固定地联接的外座圈。凸轮从动件 520可进一步包括销，该销具有与轴承的内座圈联接的第一端和设置在坡道 514内的第二端。在一个实施例中，如图4所示，凸轮从动件520可包括具有固定地连接到壳体518的外座圈的滚针轴承。销的一端可以与滚针轴承辊子直接接触，并且销的相对端可以设置在坡道514内。
45.在一个实施例中，如图3至5所示，快速断开设备500包括具有第一端510a和第二端510b的凸轮缸510。凸轮缸第二端510b邻抵第一止推垫圈534。围绕第一离合器元件522的外表面可滑动且同心地设置第一止推垫圈534。凸轮缸510还可以包括径向向内延伸的环形突起511。突起511限定止推表面513。止推表面513邻抵被同心且可滑动地设置在第一离合器元件522的外表面上的第二止推垫圈548。此外，第一卡环532设置在第一离合器元件522的外表面的沟槽中。
46.偏置构件528设置在第一止推垫圈534与第一离合器元件522的齿式离合器部分524之间。偏置构件528可包括第一端和第二端,第一端邻抵第一止推垫圈534,第二端邻抵由齿式离合器部分524限定的止推表面。可以围绕第一离合器元件522的外表面同心地设置偏置构件528。偏置构件528 持续地处于至少一些压缩下。在其最减压状态下，偏置构件528驱动第一止推垫圈534与第二卡环550接触。第二卡环550用作为用于第一止推垫圈534的正向止挡。当偏置构件528处于其最减压状态时，凸轮缸止推表面513邻抵第二止推垫圈548，并且第二止推垫圈548邻抵第一卡环532。本领域技术人员将认识到部件之间的必不可少的允差，以使得凸轮缸510 能相对于第一离合器元件522旋转。
47.第一离合器元件522可包括但不限于整体模块，该整体模块包括齿式离合器部分524和大体上圆柱形部分，凸轮缸510围绕该大体上圆柱形部分同轴地设置。第一离合器元件522还可包括第一内径限定花键523。中间轴580穿过第一离合器元件522同轴地布置。中
间轴580可包括与第一离合器元件内花键523恒定啮合合的花键582。
48.齿式离合器部分524通常是圆柱形的，并且包括第一离合器元件522 的第二径向内径。第二内径包括径向向内突出的花键568。在另一个实施例中，齿式离合器部分花键568可以替代地是轴向突出的齿。第一离合器元件522的第二内径大于第一离合器元件522的第一内径(该第一内径限定花键523)。齿式离合器部分花键568也可以称为向内突出的齿轮齿。
49.齿式离合器部分花键568选择性地与第二离合器元件588的花键592 接合。第二离合器元件588可以是设置成至少部分地围绕中间轴580的一端的轴向固定构件。可以是但不限于滚针轴承的轴承594径向地位于中间轴580的一部分与第二离合器元件588之间。第二离合器元件588还设置成围绕桥半轴596并且与桥半轴596花键连接。桥半轴596可以经由轴承 598旋转地支承在壳体518b中。中间轴580可以经由轴承599支承在壳体 518a内。
50.在图3至5所示的实施例中，采用定位成围绕第一离合器元件522的仅一个偏置构件528，消除了在第一离合器元件和第二离合器元件522、588 的断开事件期间对凸轮缸510和第一离合器元件522撞击硬止挡(例如，偏置构件接触垫圈或卡环以压缩该偏置构件)的需求。消除硬止挡断开减少了快速断开设备500中的噪声、振动和不平顺性(“nvh”)的风险。此外，与具有被设置在卡环532和止推垫圈548之间偏置构件的实施例相比，仅采用偏置构件528助于于凸轮缸510的较小的轴向轮廓。
51.如图6所示，在另一个实施例中，快速断开设备500不包括偏置构件 528，也不包括围绕第一离合器元件522设置的第二卡环550。在该实施例中，在第一离合器元件和第二离合器元件522、588的连接事件期间，凸轮缸510和第一离合器元件522不需要撞击硬止挡。在连接事件期间消除硬止挡还降低了快速断开设备500中的nvh的风险。另外，移除偏置构件 528和卡环550使得凸轮缸510的轴向轮廓更小。
52.在图6所示的实施例中，为了接合第一离合器元件和第二离合器元件 522、588，动力源210沿轴向方向驱动凸轮缸510。凸轮缸510驱动第一止推垫圈534，并且第一止推垫圈534在第一离合器元件522上施加轴向驱动力。
53.如图7和8所示，凸轮缸坡道514可具有第一轴向减速级515a和/或第二轴向减速级515b。在一个实施例中，减速级515a、515b分别设置在坡道514的每一端。可以相对于坡道514以倾斜角度设置减速级515a、515b。减速级515a允许动力源210以较高的速度运行较长的时间段。以较高的速度运行动力源210更长的时间段的益处是，减少了第一离合器元件和第二离合器元件522、588的接合/脱离时间。
54.在一个实施例中，如图5至8和11至13所示，快速断开设备500可包括闭锁机构，以防止第一离合器元件和第二离合器元件522、588的不期望的脱离。如图5至8所示，闭锁机构可包括凸轮缸坡道514和凸轮从动件520。凸轮缸坡道514包括设置在其每一端处的径向下降的闭锁坡道600。当从横截面观察时，闭锁坡道600产生“v形”或“u形”的几何形状。换句话说，闭锁坡道600可包括径向下降的坡道和邻抵其设置的径向上升的坡道。在本文中，闭锁坡道600也可以称为在所述凸轮缸坡道514中的径向凹陷。在一个实施例中，如图15所示，可以在闭锁坡道600的底部设置附加的凹口601以进一步定位凸轮从动件520。凸轮从动件520的销可包括设置在坡道514中的倒圆的下部分。在一个实施例中，凸轮从动件销的下部分可包括锥形几何形状。
55.当第一离合器元件524处于完全脱离状态时，通过闭锁机构阻止系统反向驱动。偏置构件604设置在壳体518与凸轮从动件520之间。在凸轮缸510旋转使得将凸轮从动件520设置在凸轮缸坡道514的减速级515a中之后，偏置构件604将凸轮从动件520的销压入到闭锁坡道600中。反向驱动可产生凸轮缸510的旋转，这产生第一离合器元件522的轴向运动。凸轮缸510和第一离合器元件522的轴向运动被闭锁机构阻止，因为通过反向驱动施加在凸轮从动件520的销上的径向力不足以克服偏置构件604 的压缩力。因此，凸轮从动件520被保持在闭锁坡道600中，直到经由动力源210来旋转凸轮缸510。
56.当第一离合器元件522处于完全接合状态时，类似地阻止了反向驱动。此外，因为闭锁机构将凸轮缸510和第一离合器元件522固定在接合和脱离状态两者中，所以动力源210不必以完全地接合或分离状态向快速断开设备500提供动力。
57.在另一个实施例中，如图11至13所示，快速断开设备500的闭锁机构可包括凸轮从动件720。凸轮从动件720可以与固定壳体518不可旋转地联接并且可滑动地设置在凸轮缸坡道514内。在坡道514内，凸轮缸510 与凸轮从动件720一起旋转产生凸轮缸510的线性致动。凸轮从动件720 可包括至少部分地设置在凸轮缸坡道514内的轴承722。当凸轮从动件720 在凸轮缸坡道514内随动时，轴承722的外座圈可在凸轮缸坡道514内旋转。
58.凸轮从动件720还可包括具有第一端726、主体部分727和第二端728 的销部分724。销部分的第一端726包括头部730。销部分头部730可包括用于与安装工具(未描绘)配合的承座盖732。如图11所示，凸轮从动件销部分的头部730可以布置成至少部分地在壳体518的外部。凸轮从动件主体部分727可限定用于接合处在壳体518中的互补螺纹的螺纹部分。
59.轴承722可以与凸轮从动件销部分的第二端728联接。另外，销部分的第二端728可包括设置成与凸轮从动件720的纵向轴线同轴的大体上圆柱形的孔734。孔734可至少部分地延伸凸轮从动件720的长度。偏置构件 736可以设置在凸轮从动件销的孔734内。在一个实施例中，偏置构件736 可包括螺旋弹簧。在,其它实施例中，偏置构件736可包括但不限于压缩弹簧、蜗卷(锥形)弹簧或聚合物弹簧。柱塞738也可以至少部分地设置在凸轮从动件销的孔734内。偏置构件736沿销部分的第二端728的方向在柱塞738上施加力。
60.在一个实施例中，凸轮从动件柱塞738可包括球738a。在一个实施例中，凸轮从动件的柱塞738还可包括与球738a联接的轴738b，其中轴738b 至少部分地布置在螺旋弹簧偏置构件736内。在一个实施例中，套环738c 可以设置成围绕轴738b并且轴向地定位在偏置构件736与球738a之间。
61.如图11、12和14所示，在一个实施例中，凸轮缸510可包括闭锁坡道600a。闭锁坡道600a可以比闭锁坡道600窄，并且具有更陡的径向延伸的坡道壁602。在一个实施例中，闭锁坡道600a可能适合与凸轮从动件 720一起使用。
62.在运行中，当第一离合器元件524处于完全脱离状态时，通过闭锁机构阻止系统反向驱动。在凸轮缸510旋转而使得凸轮从动件720被设置在凸轮缸坡道514的轴向减速级515a中之后，凸轮从动件偏置构件736将凸轮从动件柱塞738至少部分地致动到闭锁坡道600中。反向驱动可产生凸轮缸510的旋转，这产生第一离合器元件522的轴向运动。凸轮缸510和第一离合器元件522的轴向运动被闭锁机构阻止，因为通过反向驱动施加在凸轮从动件柱塞738上的径向力不足以克服凸轮从动件偏置构件736的压缩力。因此，凸轮从动件720
被保持在闭锁坡道600a中，直到经由动力源210来旋转凸轮缸510。
63.参考图3至5，为了将半轴596连接到传动系统布置102、102a的动力路径，第一离合器元件522与第二离合器元件588接合。为了接合第一离合器元件和第二离合器元件522、588，动力源210驱动凸轮缸510与第一止推垫圈534接触，第一止推垫圈534驱动地接合偏置构件528，并且偏置构件528将轴向驱动力施加至第一离合器元件522。在该实施例中，如果由于离合器花键523、592阻挡接合而使第一离合器元件齿式离合器部分 524不能接合第二离合器元件588，则动力源210将把凸轮缸510朝向接合位置驱动，直到离合器花键523、592对齐并接合。偏置构件528可能长度不足以在阻挡的离合器接合期间将凸轮缸510锁定到接合位置中。因此，动力源210可朝向接合(位置)连续地驱动凸轮缸510，直到离合器齿568、 592对齐。采用缩短的偏置构件528为快速断开设备500提供了快速的反应时间。
64.图9以曲线图示出了根据图3至5所示的实施例的第一离合器元件和第二离合器元件522、588的接合和脱离。曲线700描绘了在整个接合和脱离事件的时间上凸轮缸510的轴向位置。曲线702描绘了在整个接合和脱离事件的时间上第一离合器元件522的轴向位置。如事件a处所示，偏置构件528的压缩维持了电动机210和第一离合器元件522的惯性，并且产生了用于改变每分钟转数(rpm)的窗口(即时间段)。
65.图10以曲线图示出了根据图6所示的实施例的第一离合器元件和第二离合器元件522、588的接合和脱离。曲线704描绘了在整个接合和脱离事件的时间上凸轮缸510的轴向位置。曲线706描绘了在整个接合和脱离事件的时间上第一离合器元件522的轴向位置。如事件aa处所示，由离合器齿568、592的界面处的摩擦引起的堆叠间隙产生了用于改变第一离合器元件522的rpm的较小的窗口(即，时间段)。
66.尽管以上已描述了目前公开的主题的各种实施例，但应理解，它们作为示例而非限制呈现。对相关领域技术人员而言显而易见的是，所公开的主题可以其它特定的形式实施而不脱离其精神和必要特征。因此，以上所描述的实施例在所有方面被认为是示例性而非限制性的。