具有超速传动模式的分动箱的制作方法

专利名称：具有超速传动模式的分动箱的制作方法
技术领域：
本部分中的陈述仅是提供了与本公开相关的背景信息，而不可构成 现有技术.
本公开总体上涉及一种用在四轮驱动机动车辆中的分动箱，更具体 而言，涉及一种提供超速传动比的分动箱.
背景技术：
由于消费者对四轮驱动车辆的需求日益增长，目前采用了许多不同 的动力传递系统以将动力(即驱动扭矩)引导至车辆的全部四个轮子。 比如，在一些"部分时间，，式动力传递系统中，分动箱安装在前传动系 统与后传动系统之间，而且在正常情况下能够以两轮驱动模式操作以将 驱动扭矩传输至从动轮。当希望进行四轮驱动模式时，由车辆驾驶员选 择性地致动模式变换机构以将非从动轮直接联接至从动轮，以便建立部 分时间式或锁定式四轮驱动模式。模式变换机构也可以受到自动控制以 "按需"向全部四个轮子提供驱动扭矩。
数量众多的上述的分动箱都装备有齿轮减速单元和换档机构，所述 换档机构可操作以允许车辆驾驶员在高档位与低档位驱动模式之间进 行选择。 一般地，高档位将输入轴直接互连至输出轴以建立直接驱动模 式。低档位驱动模式是在低速越野情形中有用的低速传动比。
在大多数装备有分动箱的四轮驱动车辆中，变速器输出轴联接至分 动箱输入轴。然而，在一些应用场合中，通常称为混合组件的附加齿轮 箱安装在变速器输出轴与分动箱输入轴之间以提供附加的传动比，比如"超速传动"比。在共同拥有的美国专利No. 4,798,103中公开了一种附 加超速传动组件的示例。由于与开发新的多速变速器相关的长研发周期 和成本的原因，使用与现有变速器结合的混合组件以提供附加的传动比 已发现在商业上获得成功。然而， 一个设计上的不利点是在车辆动力系 中需要附加长度以容许混合组件的安装。
从上述内容显然可知，装备有双速齿轮减速单元的分动箱已经成功 地集成于四轮驱动车辆中。然而，在四轮驱动分动箱领域中仍然存在开 发进一步提高技术的可替代齿轮从动单元的需要。

发明内容
根据本公开的教导的分动箱包括输入轴和第一及第二输出轴。超速 传动单元以相对于输入轴的增加的速度被驱动。离合器能够在第一位置 操作以建立输入轴与第一输出轴之间的驱动连接。离合器进一步能够在 第二位置操作以建立超速传动单元与第一输出轴之间的驱动连接。致动 器由电动机驱动以使离合器在其第一与第二位置之间移动。致动器包括 轴向可移动的换档盘，所述换档盘固定成以与超速传动单元的输出构件 一起旋转。换档盘接合离合器的轴向可移动的套筒。


这里所示的附图仅用于示范目的，而绝非试图限制本公开的范围。 图l是示出装备有根据本公开的教导的分动箱的示例性车辆的示意
图2是具有超速传动模式的分动箱的侧向剖视图； 图3是示出图2中所示的分动箱的一部分的放大侧向剖视图； 图4是分动箱的换档盘的立体图；以及 图5是图2中所示的分动箱的连接筒体的立体图。
具体实施例方式
以下描述实质上仅是示例性的，而非试图限制本公开、应用或用途。
7参照附图的图1,四轮驱动车辆IO示意性地示出为包括前传动系统 12、后传动系统14和用于产生旋转牵引动力(即驱动扭矩)并将该旋 转牵引动力选择性地传输至传动系统的动力系。该动力系示出为包括发 动机16和变速器18，所述变速器18可以是手动式也可以是自动式。在 所示的具体实施方式
中，车辆IO进一步包括分动箱20，所述分动箱20 用于将来自动力系的驱动扭矩传送至前传动系统12和后传动系统14。 前传动系统12包括一对前轮22，该对前轮22经由前车轴组件24和前 传动轴26连接至分动箱20的前输出轴30。类似地，后传动系统14包 括一对后轮32，该对后轮32经由后车轴组件34和后传动轴36连接至 分动箱20的后输出轴38。
如将作进一步详细描述，分动箱20装备有双速的超速传动单元40、 模式离合器组件42和动力操纵的致动机构44，所述致动机构44可操作 而控制超速传动单元40的协调换档和模式离合器组件42的适应性接 合。另外，设置控制系统46以控制致动机构44的致动。控制系统46 包括用于检测机动车辆10的实时工作特性的车辆传感器48、用于允许 车辆驾驶员选择可用的驱动模式之一的模式选择机构50以及可操作而 响应于来自传感器48的输入信号和来自模式选择机构50的模式信号而 产生电控制信号的电子控制单元(ECU) 52。
图2和3示出了包括有输入轴54的分动箱20，所述输入轴54适于 从动连接至变速器18的输出轴。输入轴54通过轴承组件58而支撑在 外壳56中以绕第一旋转轴线旋转。后输出轴38通过中央轴承组件57 和后轴承59而支撑在外壳56中以绕第一旋转轴线旋转。 一对横向隔开 的轴承组件60和62在后输出轴38中形成的空腔内支撑输入轴54。另 外，前输出轴30经由一对轴承组件64和66支撑在外壳56中以绕第二 旋转轴线旋转。应当理解，中央轴承组件57及其支撑件是可选特征， 并且其它构造也处于本公开的范围内。
超速传动单元40示出为总体上包括行星齿轮组68、离合器69、驱 动板70和连接筒体71。行星齿轮组68具有经由基板73不可旋转地固 定至外壳56的太阳齿轮72、固定成以与连接筒体71的第一端75—起 旋转的齿圏74和多个由行星支架78可旋转地支撑的行星齿轮76。显然， 行星齿轮76与太阳齿轮72及齿團74都啮合。驱动板70以花键连接，以与后输出轴一起旋转，而且经由另 一个花键连接而刚性联接至连接筒
体71的第二端79。行星齿轮组68的作用是以相对于输入轴54增加的 速度驱动齿圏74。连接筒体71跨过离合器69以固定齿團74从而与驱 动板70 —起旋转。
离合器69包括同步器或离合器套筒80，其经由花键连接而联接， 以与驱动毂82—起旋转。离合器套筒80包括纵向延伸的内花键齿84， 所述内花键齿84与驱动毂82上形成的、纵向延伸的外齿92啮合，以 相对其进行轴向滑动运动。驱动毂82固定成以与输入轴54—起旋转。 离合器69包括可操作地位于驱动毂82与行星支架78的后顶板90之间 的第一同步器组件86。如所指出的，驱动毂82具有形成在其上的纵向 延伸的外齿92,所述外齿92与后顶板卯上形成的外离合器齿94对齐。 第一同步器组件86可操作以响应于离合器套筒80从中立位置(由位置 线"N"表示)朝向超速传动位置(由位置线"O"表示)的运动而使 输入轴54与行星支架78之间实现速度同步。 一旦完成速度同步过程， 离合器套筒80即被允许移动经过挡环96的齿并移动成与后顶板90联 接地接合，使得其齿84啮合地接合后顶板卯上的离合器齿94。因此， 随着离合器套筒80位于其O位置，驱动毂82驱动地联接至后顶板卯， 使得行星支架78得以联接以与输入轴54相同的速度旋转。如此，齿團 74以相对于输入轴54的超速传动速度比旋转，因而建立了输入轴54 与后输出轴38之间的超速传动连接。
离合器69进一步包括可操作地布置于驱动毂82与驱动板70之间 的第二同步器组件98。第二同步器组件98可操作以响应于离合器套筒 80从其N位置朝向直接驱动位置(由位置线"D"表示)的运动而使输 入轴54与后输出轴38之间实现速度同步。 一旦速度同步完成，离合器 套筒80即被允许移动经过第二挡环104的齿并移动成与驱动板70联接 地接合，使得其内花键齿84啮合地接合驱动板70上形成的外离合器齿 102，以建立其间的直接传动连接。随着离合器套筒80位于其D位置， 驱动毂82以相同于输入轴54的速度对驱动板70进行驱动，因而建立 了输入轴54与后输出轴38之间的直接驱动连接。第一同步器组件86 和第二同步器组件98可以是诸如单锥或双锥配置等任何常规构造。所 以，本领域普通技术人员应当明白，任何适当类型的同步器配置都可以 用于促进要直接联接的部件之间的速度同步。图3的上半部示出了处于空档位置(由位置线"N"表示)的离合 器套筒80，在该空档位置中，其花键齿84与后顶板90上的离合器齿 94及驱动板70上的离合器齿102脱离接合，然而与驱动毂82上的花键 齿92维持接合。如此，输入轴54的从动旋转引起离合器套筒80和驱 动毂82旋转。由于离合器套筒80处于其N位置时并未将输入轴54联 接至后顶板90和驱动板70中的任一者，所以没有驱动扭矩通过驱动毂 82分别传递至前输出轴30或后输出轴38，因而建立了中立非从动模式。 所以，在离合器套筒80的O位置与D位置之间的轴向行程的整个长度 上，离合器套筒80上的内齿84与驱动毂82上的外花键齿92维持接合。
应当理解，行星齿轮组68和离合器69的功能是为分动箱20提供
双速(即超速传动和直接驱动)特征。然而，所公开的同步换档单元可
以容易地以包括有爪形离合器的非同步档位变换系统替换。而且，具有
可轴向移动以建立输入轴54与后输出轴38之间的第 一及第二驱动连接 的换档构件的任何其它双速齿轮驱动单元都被认为是处于本公开的范
围内。还应当明白，在分动箱内提供直接驱动比和超速传动比有效地加 倍变速器18所设置的齿轮数目。使用本公开的分动箱20的结果很有可 能是燃料效率和增加的车辆燃料里程。
主要参照图2，模式离合器组件42示出为包括经由花键连接112 固定成以与后输出轴38共同旋转的离合器毂110;离合器筒体114;和 可操作地布置于离合器毂110与筒体114之间的多板式离合器包116。 显然，离合器包116包括以花键连接至离合器毂110的圆筒形轮缘区段 118的一组内离合器板，所述内离合器板与以花键连接至筒体114的圆 筒形轮缘区段的一组外离合器板交替间隔地插置。对离合器包116进行 夹持以限制在离合器毂110的反作用力板区段122与压板124之间的滑 动。压板124具有工作面126，其适于接合离合器包116并在离合器包 116上施加加压离合器接合力。压板124以花键连接至轮缘区段118以 与离合器毂110共同旋转。复位弹簧128设置在离合器毂110与压板124 之间，从而在正常情况下将压板124偏置成与离合器包116脱离接合。
在模式离合器组件42接合时，驱动扭矩从后输出轴38通过离合器 包116和传动组件130传送至前输出轴30。传动组件130包括由轴承 组件134可旋转地支撑在后输出轴38上的第一链轮132;经由花键连接
10138固定成以与前输出轴30共同旋转的第二链轮136;和环绕链轮132 及136的动力链140。离合器筒体114固定成以与第一链轮132 —起旋 转，使得经离合器包116传送的驱动扭矩通过传动组件130而传送至前 输出轴30。
压板124能够在第一或"释放"位置与第二或"锁定，，位置之间相 对于离合器包116轴向移动。压板124处于其释放位置时，最小的离合 器接合力施加在离合器包116上，使得实质上没有驱动扭矩通过模式离 合器组件42进行传送，从而建立两轮驱动模式。复位弹簧128布置成 在正常情况下朝向其释放位置迫压压板124。与之相反，压板124定位 在其锁定位置则导致最大的离合器接合力施加到离合器包116，使得有 效地联接前输出轴30以与后输出轴38共同旋转，从而建立锁定式或"部 分时间"式四轮驱动模式。因此，压板124在其释放与锁定位置之间的 位置致动控制实现了后输出轴38与前输出轴30之间的扭矩传递的适应 性调节，从而允许建立适应性或"按需，，的四轮驱动模式。
动力操纵的致动机构44可操作以使离合器套筒80在其三个不同档 位(O, N， D)之间的运动与压板124在其释放与锁定位置之间的运动 相协调。在其最基本的形式中，致动机构44包括电动机142;由电动 机142驱动的凸轮板144;档位致动器组件146;和模式致动器组件147。 减速齿轮系148的输出提供了电动机142的输出主轴与从动致动器轴 149之间的驱动连接。减速齿轮系148可包括定位在电动机142的共同 外壳内的行星齿轮组。凸轮板144固定成以与致动器轴149的远端一起 旋转。电动机142的致动导致凸轮板144绕垂直于后输出轴38的旋转 轴线延伸的轴线旋转。由齿轮系148提供的减速比使得能够使用较小的、 低功率的电动机。角位置传感器或编码器150可以安装至致动器轴149 或凸轮板144以向ECU 52提供指示凸轮板144的角位置的输入信号。
档位致动器组件146可操作而将凸轮板144的双向旋转运动转变成 离合器套筒80的、在其三个不同的档位之间的双向平移运动。主要参 照图2,档位致动器组件146示出为总体上包括档位梭154、档位叉156 和拨叉导轨158。拨叉导轨158的相对端滑动地夹持在外壳56中形成的 承座中。长形档位槽口 162形成在凸轮板144中并接纳固定至档位梭154 的从动销164。档位梭154要么直接固定成以与拨叉导轨158—起轴向平移，要么可替代地，经由弹簧偏置机构固定成以与拨叉导轨158—起 进行这种平移。档位槽口 162包括成形为使从动销164响应于凸轮板144 的旋转而进行轴向平移的区段。应当明白，从动销164的这种轴向运动 导致拨叉导轨158进行对应的轴向运动。档位槽口 162的其它区段构造 成允许凸轮板144旋转而不会导致从动销164和拨叉导轨158的轴向平 移。档位叉156示出为包括固定至拨叉导轨158的套筒区段172和从套 筒区段172伸出的托架区段174。
档位致动器组件146进一步包括换档盘18，所述换档盘180具有定 位在托架区段174内的外周部182以及接合离合器套筒80的内周部 184。止推垫圏186和定位环188禁止换档盘180相对于离合器套筒80 的轴向平移。在装配后，离合器套筒80能够相对于换档盘180旋转。 图4示出换档盘180包括多个弓形且隔开的槽口 l卯。图5示出了连接 筒体71,所述连接筒体71具有多个沿周向隔开且轴向延伸的指状部 192，所述指状部192与连接筒体71—体形成。在装配后，连接筒体71 的指状部192延伸穿过换档盘180中的槽口 190。如此，换档盘180在 固定成以与连接筒体71共同旋转的同时，该换档盘180相对于连接筒 体71可轴向移动。
如所指出的，档位致动器组件146布置成使得档位梭154的轴向运 动是由从动销164响应于凸轮板144的旋转而在档位槽口 162内进行的 运动导致的。档位梭154的这种运动导致拨叉导轨158和档位叉156轴 向平移，这进而导致换档盘180的轴向运动。如所指出的，换档盘180 的轴向运动导致离合器套筒80在其三个不同的档位O、 N与D之间进 行对应的运动。具体而言，当希望将超速传动单元40变换成其超速传 动模式时，电动机142使致动器轴149沿第一方向旋转，这进而导致凸 轮板144同时旋转。凸轮板144沿着该笫一方向的旋转导致从动销164 在档位槽口 162内移动并导致档位梭154、拨叉导轨158和档位叉156 沿第一方向轴向移动直到离合器套筒80位于其O档位。离合器套筒80 位于其0档位时，在输入轴54与后输出轴38之间建立了超速传动连接。 凸轮板144沿第 一方向的继续旋转导致从动销164进入档位槽口 162的 歇止区段以阻止档位梭154进一步轴向移动，因而将离合器套筒80维 持在其O档位。档位槽口 162的歇止区段的长度选择为允许凸轮板144 沿第一旋转方向进行充分的额外旋转，以包容通过模式致动器组件147进行的模式离合器组件42的致动。
离合器套筒80位于其O档位时，凸轮板144沿相反或第二方向的 后续旋转导致从动销164开始使离合器套筒80沿第二方向从其O档位 朝向其n档位轴向移动。凸轮板144沿第二方向继续旋转时，从动销 164进入档位槽口 162的中立节段。从动销164接着进入档位槽口 162 的轮廓区段，该轮廓区段的功能是使离合器套筒80从其n档位移进其 D档位，由此建立了输入轴54与后输出轴38之间的直接驱动连接。继 续的凸轮板144的旋转导致从动销164进入另 一个歇止区段以使离合器 套筒80维持在D档位。歇止区段的长度选择为允许凸轮板144沿第二 旋转方向进行额外旋转，以同样地包容模式离合器组件42的致动。
模式致动器组件147可操作而将凸轮板144的双向旋转运动转变成 压板124在其释放与锁定位置之间的双向平移运动，从而允许经模式离 合器组件42传递至前输出轴30的驱动扭矩得到适应性调节。整个致动 机构没有详细示出。然而，示出了滚子198，该滚子198与凸轮板144 的模式凸轮部200滚动接合。凸轮板144的旋转选择性地导致滚子198 固定至其上的臂202移动。臂202的运动导致压板124平移以将离合器 接合力施加到离合器包116，使得驱动扭矩通过模式离合器组件42得以 传递。可以设想到各种不同的模式致动组件，而且在美国专利号 5,363,938、 6,645,109、 6,卯5，436、 6,929,577和7，033，300中公开了示例， 这些专利以引用方式并入本文。因此，将不对模式致动器组件进行更为 详细的i兌明。
此外，前述讨论仅仅公开和描述了本公开的示例性实施方式。本领 域普通技术人员从这种讨论以及从附图和权利要求中可以容易地想到， 在不背离如以下权利要求中所限定的本公开的精神和范围的情况下，可 以在本公开中进行各种不同的修改、改型和变型。
权利要求
1.一种分动箱，包括输入轴；第一输出轴和第二输出轴；超速传动单元，所述超速传动单元具有输出构件，所述输出构件能够以相对于所述输入轴的增加的速度被驱动；离合器，所述离合器能够在第一位置操作以建立所述输入轴与所述第一输出轴之间的驱动连接，并且所述离合器进一步能够在第二位置操作以建立所述超速传动单元与所述第一输出轴之间的驱动连接；电动机；以及致动器，所述致动器由所述电动机驱动以使所述离合器在其第一位置与第二位置之间移动，所述致动器包括轴向可移动的换档盘，所述换档盘固定成以与所述超速传动单元的所述输出构件一起旋转，所述换档盘接合所述离合器的轴向可移动的套筒。
2.如权利要求l所述的分动箱，进一步包括连接筒体，所述连接 筒体固定成以与所述超速传动单元的所述输出构件以及与所述第一输 出轴一起旋转。
3.如权利要求2所述的分动箱，其中，所迷换档盘包括多个间隔 开的槽口 ，所述槽口接纳形成在所述连接筒体上的多个间隔开的指状 部。
4.如权利要求3所述的分动箱，其中，所述连接筒体呈圆筒形状， 并且所述指状部与所述连接筒体一体形成.
5.如权利要求4所述的分动箱，其中，所述槽口呈弓形以接纳弓 形指状部。
6.如权利要求2所述的分动箱，进一步包括驱动构件，所述驱动 构件使所述第一输出轴与所述连接筒体以驱动方式互连。
7.如权利要求6所述的分动箱，其中，所述超速传动单元包括不 可旋转的太阳齿轮、固定成以与所述连接筒体一起旋转的齿圏以及以可 旋转方式支撑与所述太阳齿轮和所述齿圏啮合的行星齿轮的支架，并 且，所述离合器的至其第二位置的运动导致所述套筒联接所述支架以与 所述输入轴一起旋转。
8.如权利要求6所述的分动箱，其中，所述离合器包括驱动毂， 所述驱动毂固定成以与所述输入轴一起旋转，所述驱动毂沿轴向定位在 所述超速传动单元与所述驱动构件中间。
9.如权利要求8所述的分动箱，其中，所述离合器包括同步器， 所述同步器选择性地限制所述套筒的轴向运动。
10.如权利要求2所述的分动箱，其中，所述连接筒体跨过所述离 合器。
11.如权利要求l所述的分动箱，进一步包括模式离合器，所述模 式离合器能够以第一模式操作，从而使所述第二输出轴脱离与所述第一 输出轴的从动接合，并且所述模式离合器进一步能够以第二模式操作， 从而建立所述第一输出轴与所述第二输出轴之间的驱动连接。
12.如权利要求l所述的分动箱，其中，所述超速传动单元包括行 星齿轮组，所述行星齿轮组具有被禁止旋转的太阳齿轮；当所述离合 器套筒处于所述第二位置时由所述输入轴选择性地驱动的行星支架；作 为所述输出构件的齿團；以及由所述行星支架以可旋转方式支撑并与所 述太阳齿轮和所述齿圏啮合的行星齿轮。
13. —种分动箱，包括 输入轴；输出轴；离合器，所述离合器由所述输入轴驱动并且能够在第一位置与第二位置之间移动；行星齿轮组，所述行星齿轮組包括不可旋转的太阳齿轮；齿圏；支架；以及行星齿轮，所述行星齿轮由所述支架以可旋转方式支撑并与所述太阳齿轮和所述齿圏啮合；连接筒体，所述连接筒体联接所述齿圏以与所述输出轴一起旋转，并且所述连接筒体限定有轴向延伸的指状部；换档盘，所述换档盘具有孔口，所述指状部延伸穿过所述孔口，使得所述换档盘被联接以与所述连接筒体一起旋转并在所述连接筒体上轴向移动，所述换档盘接合所述离合器；以及致动器，所述致动器能够操作以使所述换档盘沿第一方向移动，以便将所述离合器定位在其第一位置，在所述第一位置处所述离合器建立所述输入轴与所述输出轴之间的直接驱动连接，所述致动器进一步能够操作以使所述换档盘沿第二方向移动，以便将所述离合器定位在其第二位置，在所述第二位置处所述离合器将所述支架互连至所述输入轴，以建立所述输入轴与所述输出轴之间的超速传动连接。
14.如权利要求13所述的分动箱，进一步包括将所述连接筒体联接至所述输出轴的驱动板，其中，所述离合器包括离合器套筒，所述离合器套筒能够在其第一位置操作，从而联接所述驱动构件以与所述输入轴一起旋转，并且所述离合器套筒能够在其第二位置操作，从而联接所述支架以与所述输入轴 一起旋转。
15.如权利要求14所述的分动箱，进一步包括第一同步器和第二同步器，所述第一同步器以可操作方式布置在所述离合器套筒与形成在所述驱动板上的离合器齿之间，所述第二同步器以可操作方式布置在所述离合器套筒与形成在所述支架上的离合器齿之间。
16.如权利要求14所述的分动箱，其中，所述换档盘的内表面接合所述离合器套筒，并且所述致动器接合所述换档盘的外表面。
17.如权利要求14所述的分动箱，其中，所述连接筒体环绕所述离合器套筒，且所述离合器位于所述齿轮组与所述驱动板之间。
18.如权利要求17所述的分动箱，其中，所述离合器套筒包括内齿，所述内齿与驱动毂的外齿以可旋转方式啮合，所述驱动毂固定成以与所述输入轴一起旋转，并且，所述离合器套筒的至其第一位置的运动导致其内齿接合形成在所述驱动板上的离合器齿，而所述离合器套筒的至其第二位置的运动导致其内离合器齿接合形成在所述支架上的离合器齿。
19.如权利要求14所述的分动箱，其中，所述致动器包括换档构件和电动机，所述换档构件接合所述换档盘，所述电动机用于使所述换档构件轴向移动，以便控制所述换档盘和所述离合器套筒的对应的轴向运动。
20.如权利要求13所述的分动箱，进一步包括模式离合器，所述模式离合器能够以第一模式操作，从而使第二输出轴脱离与所述第一输出轴的从动接合，并且所述模式离合器进一步能够以第二模式操作，从而建立所述第一输出轴与所述第二输出轴之间的驱动连接。
21.如权利要求20所述的分动箱，其中，所述致动器控制所述离合器和所述模式离合器的协调操作。
全文摘要
一种分动箱，包括输入轴以及第一输出轴和第二输出轴。超速传动单元以相对于所述输入轴的增加的速度被驱动。离合器能够在第一位置操作以建立所述输入轴与所述第一输出轴之间的驱动连接。离合器进一步能够在第二位置操作以建立所述超速传动单元与所述第一输出轴之间的驱动连接。致动器由电动机驱动以使所述离合器在其第一与第二位置之间移动。致动器包括轴向可移动的固定盘，所述盘固定成以与所述超速传动单元的输出构件一起旋转。换档盘接合所述离合器的轴向可移动的套筒。
文档编号F16H3/44GK101680513SQ200880016883
公开日2010年3月24日 申请日期2008年3月14日 优先权日2007年3月22日
发明者克里斯多佛·J·德克尔, 南希·明托尼耶, 约翰·D·扎莱夫斯基, 阿伦·伦克, 马特·法伦 申请人:麦格纳动力系美国有限公司