具有锁止式差速器的动力输出单元的制作方法

本公开涉及具有锁止式差速器的动力输出单元。

背景技术：

本部分提供与本公开有关的背景信息，其未必是现有技术。

许多现代机动车辆，诸如跨界车辆，具有基于前轮驱动(FWD)结构的全轮驱动(AWD)传动系统。这种可选传动系统配置允许驱动扭矩从动力系统被选择性地和/或自动地传递到主(即，前)传动系和副(即，后)传动系，从而提供更好地牵引。这种全轮驱动车辆通常装备有复杂得多的传动系统(相对于FWD结构)，除了主传动系之外，其必须包括与副传动系关联的另外的部件，诸如动力输出单元和传动轴。

主传动系通常包括用于将差速器扭矩(differential torque)提供至一对主驱动轮(即，左前轮和右前轮)的差速器单元。在某些驱动情况下，向两个主驱动轮提供相等扭矩可能是有利的。配置用以锁定差速器单元以将相等的扭矩提供到每个主驱动轮的锁止式差速器在本领域众所周知。这种锁止式差速器通常包括包含致动器和另外的锁定部件的差速器锁定系统以锁定差速器单元从而等量输出。

另外，为了使与由主传动系驱动或者由车轮反向驱动的副传动系中的旋转部件关联的传动系损失达到最小，通常已知将单独的断开系统包含在动力输出单元中，该断开系统被配置用以将副传动系的部件，诸如后轮或后部差速器，与副传动系的其它部件脱离联接。为此，本领域仍然需要开发用于在全轮驱动车辆的断开式传动系中使用的改进的传动系部件。

技术实现要素：

该部分提供本公开的大致概要，并非本公开的全部范围或者所有特征的完全公开。

本教示提供一种全轮驱动车辆传动系，包括：输入构件、第一中间构件、输出构件、套筒、锥形齿圈(bevel ring gear)和小锥齿轮。所述输入构件可围绕第一轴线设置。所述输入构件可适于联接到差速器机构的输入部以围绕所述第一轴线共同旋转。所述第一中间构件可围绕所述第一轴线设置。所述输出构件可围绕所述第一轴线设置。所述输出构件可适于联接到所述差速器机构的输出部以围绕所述第一轴线共同旋转。所述套筒可围绕所述第一轴线设置。所述套筒可沿所述第一轴线在在第一位置、第二位置和第三位置之间能移动，在所述第一位置，所述输入构件、所述输出构件和所述第一中间构件可相对于彼此能旋转，在所述第二位置，所述套筒可将所述输入构件联接到所述第一中间构件以围绕所述第一轴线共同旋转，在所述第三位置，所述套筒可将所述输入构件联接到所述输出构件以围绕所述第一轴线共同旋转。所述锥形齿圈可被驱动地联接到所述第一中间构件以从其接收旋转动力。所述小锥齿轮可被啮合接合到所述锥形齿圈并围绕不平行于所述第一轴线的第二轴线能旋转。

本教示进一步提供一种全轮驱动车辆传动系，包括：输入构件、第一中间构件、输出构件、离合器构件、锥形齿圈和小锥齿轮。所述输入构件可围绕第一轴线设置。所述输入构件可适于联接到差速器机构的输入部以围绕所述第一轴线共同旋转。所述第一中间构件可围绕所述第一轴线设置。所述输出构件可围绕所述第一轴线设置。所述输出构件可适于联接到所述差速器机构的输出部以围绕所述第一轴线共同旋转。所述离合器构件可沿所述第一轴线在第一位置、第二位置和第三位置之间能移动，在所述第一位置，所述输入构件、所述输出构件和所述第一中间构件可相对于彼此能旋转，在所述第二位置，所述离合器构件可将所述输入构件联接到所述第一中间构件以围绕所述第一轴线共同旋转，在所述第三位置，所述离合器构件可将所述输入构件联接到所述输出构件和所述第一中间构件以围绕所述第一轴线共同旋转。所述锥形齿圈可被驱动地联接到所述第一中间构件以从其接收旋转动力。所述小锥齿轮可被啮合接合到所述锥形齿圈并围绕不平行于所述第一轴线的第二轴线能旋转。

本教示进一步提供一种全轮驱动车辆传动系，包括：差速器机构、第一半轴和第二半轴、输入构件、第一中间构件、锁定构件、离合器构件、锥形齿圈和小锥齿轮。所述差速器机构可包括差速器箱、差速器齿轮组和一对差速器输出部。所述差速器箱可适于接收输入扭矩并围绕第一轴线旋转。所述差速器齿轮组可被联接到所述差速器箱并可被配置用以将差速器扭矩输出到所述差速器输出部。所述第一半轴和所述第二半轴可被联接到所述差速器输出部中相应一个以围绕所述第一轴线共同旋转。所述输入构件可围绕所述第一半轴设置。所述输入构件可被联接到所述差速器箱以围绕所述第一轴线共同旋转。所述第一中间构件可围绕所述第一半轴设置。所述锁定构件可围绕所述第一半轴设置并可被联接到所述第一半轴以围绕所述第一轴线共同旋转。所述离合器构件可沿所述第一轴线在第一位置、第二位置和第三位置之间能移动，在所述第一位置，所述输入构件、所述锁定构件和所述第一中间构件可相对于彼此能旋转，在所述第二位置，所述离合器构件可将所述输入构件联接到所述第一中间构件以围绕所述第一轴线共同旋转，在所述第三位置，所述离合器构件可将所述输入构件联接到所述锁定构件和所述第一中间构件以围绕所述第一轴线共同旋转。所述锥形齿圈可被驱动地联接到所述第一中间构件。所述小锥齿轮可被啮合接合到所述锥形齿圈并可围绕不平行于所述第一轴线的第二轴线能旋转。

进一步的应用领域由在此提供的说明将变得明显。在该概要中的说明和特定示例仅用于例示的目的，并非旨在限制本公开的范围。

附图说明

在此描述的附图仅用于所选实施例而非所有可能的实施方式的例示目的，并且不旨在限制本公开的范围。

图1是具有根据本公开的教导构造的包括动力输出单元的断开式全轮驱动传动系的车辆的示意图；

图2是包括图1中示意性例示的动力输出单元的一部分的全轮驱动传动系的一部分的剖视图；

图3是图2中所示的动力输出单元的一部分的剖视图，示出处于第一位置的移位套筒；

图4是类似于图3的剖视图，示出处于第二位置的移位套筒；

图5是类似于图3的剖视图，示出处于第三位置的移位套筒；以及

图6是类似于图3的剖视图，示出处于第四位置的替代构造的移位套筒。

相应附图标记在附图的若干图中始终表示相应部件。

具体实施方式

现在将参照附图更完全地描述示例实施例。

参见附图的图1，示例性车辆10被例示为包括动力系统12和传动系统14，传动系统14可包括主传动系16、动力输出单元(PTU)18和副传动系20。动力系统12可包括诸如内燃机或电动机之类的原动机30和变速器32，变速器32可为任意类型的变速器，诸如手动、自动或无级变速器。原动机30可将旋转动力提供到变速器32，变速器32将旋转动力经由变速器32的输出部38输出到主传动系16和动力输出单元18。动力输出单元18可被选择性操作以将旋转动力传递到副传动系20。在提供的特定示例中，副传动系20包括传动轴40和配置用以从传动轴40接收旋转动力并响应地驱动一组车轮44的后桥总成42。在提供的示例中，动力输出单元18包括联接到传动轴40以围绕车辆10的纵向轴线共同旋转的动力输出单元输出构件48。如将在下面更详细讨论的，动力输出单元18包括断开机构50以选择性地控制通过动力输出单元18的动力传递，由此选择性地驱动传动轴40。

主传动系16可包括第一差速器52和可将第一差速器52的输出部联接到另一组车轮58的一对车桥半轴(第一半轴54和第二半轴56)。除了本文提到的，第一差速器52的结构和操作可为常规的，因此本文中不需要非常详细讨论。简而言之，第一差速器52可包括可由变速器32驱动的差速器箱60和用于在差速器箱60与第一半轴54和第二半轴56之间传递旋转动力的机构。在提供的示例中，旋转动力传递机构为允许第一半轴54和第二半轴56之间的速度和扭矩差的开放式差速器齿轮组。

另外参见图2，更详细地例示动力输出单元18和第一差速器52。在提供的示例中，第一差速器52可包括差速器箱60、一对小齿轮210、一对侧齿轮212和一对差速器输出部214。差速器箱60可由变速器32(图1)的输出部38(图1)驱动，以围绕第一轴线216旋转。差速器箱60可限定差速器腔218，并且小齿轮210可被设置在差速器腔218内。

小齿轮210可被联接到差速器箱60以围绕第一轴线216共同旋转并围绕横向于第一轴线216的差速器轴线相对旋转。在提供的示例中，小齿轮210被能旋转地安装到插销(cross-pin)220，插销220横向于第一轴线216并被联接到差速器箱60以围绕第一轴线216共同旋转。

侧齿轮212可设置在差速器腔218中并围绕第一轴线216相对于差速器箱60能旋转。每个差速器输出部214可被联接到侧齿轮212中相应一个以与相应侧齿轮212围绕第一轴线216共同旋转。侧齿轮212可与小齿轮210啮合接合，以在差速器箱60从变速器32(图1)接收输入扭矩时将差速器扭矩提供到差速器输出部214。

每个半轴54、56可围绕第一轴线216设置。每个差速器输出部214可被联接到半轴54、56中相应一个以围绕第一轴线216共同旋转，在提供的示例中，每个差速器输出部214与半轴54、56中相应一个一体形成，尽管可使用其它构造。

动力输出单元18可包括外壳224、动力输出单元输入构件226、第一中间构件228、第二中间构件230、锁定构件232、断开机构50、齿圈234、动力输出单元输出构件48和小齿轮236。

外壳224可限定动力输出单元腔240并可被固定联接到车辆10(图1)的刚性结构，诸如变速器32(图1)的外壳。外壳224可由联接在一起的(例如，用螺栓连接的或焊接的)多个壳或部分形成以限定动力输出单元腔240。第一半轴56可沿第一轴线216延伸通过外壳224的第一侧242，通过动力输出单元腔240并通过外壳224的相对的第二侧244。在提供的示例中，第一半轴56由在径向上设置在外壳224与第一半轴56之间且靠近外壳224的第二侧244的轴承246支撑以围绕第一轴线216旋转。

输入构件226可为设置在动力输出单元腔240内并围绕第一半轴56设置的中空的、大致圆筒形构件。输入构件226可具有第一端250和第二端252。在提供的示例中，输入构件226由在径向上设置在外壳224与输入构件226之间且在轴向上设置在第一端250与第二端252之间的轴承254支撑在动力输出单元腔240内。输入构件226可相对于外壳224能旋转并相对于第一半轴56能旋转。输入构件226可被联接到差速器箱60以围绕第一轴线216共同旋转。在提供的示例中，输入构件226的第一端250经由配合花键222联接到差速器箱60，尽管可使用其它构造。

第一中间构件228可为设置在动力输出单元腔240内并围绕第一半轴56设置的中空的、大致圆筒形构件。第一中间构件228可具有靠近输入构件226的第二端252的第一端260和在输入构件226的远侧的第二端262。在提供的示例中，第一中间构件228由靠近第一中间构件228的第一端260的轴承264并由靠近第一中间构件228的第二端262的轴承266支撑在动力输出单元腔240内以围绕第一轴线216旋转。轴承264、266可在径向上设置在外壳224与第一中间构件228之间。第一中间构件228可包括第一中间齿轮268。在提供的示例中，第一中间齿轮268被定位为靠近第一中间构件228的第二端262。

第二中间构件230可为设置在动力输出单元腔240内并围绕第二轴线270设置的大致圆筒形构件。第二轴线270可平行于第一轴线216并从第一轴线216偏移。第二中间构件230可具有第一端272和第二端274，在提供的示例中，第二中间构件230为围绕第二轴线270设置的中空构件。第二中间构件230可包括第二中间齿轮276，在提供的示例中，第二中间齿轮276被定位为靠近第二中间构件230的第二端274。第二中间齿轮276可与第一中间齿轮268啮合接合以在它们之间传递扭矩。在提供的示例中，第二中间构件230由靠近第二中间构件230的第一端272的轴承278和靠近第二中间构件230的第二端274的轴承280支撑在动力输出单元腔240内。轴承278、280可在径向上设置在外壳224与第二中间构件230之间。

齿圈234可为锥形齿圈。齿圈234可被固定联接到(例如，焊接到或用螺栓连接到)第二中间构件230以围绕第二轴线270共同旋转。在提供的示例中，齿圈234在轴向上位于第二中间构件230的第一端272与第二端274之间，并在轴向上位于第一中间构件228的第一端272与第二端274之间，尽管可使用其它构造。

动力输出单元输出构件48可从外壳224的第三侧284延伸至动力输出单元腔240中并可围绕第三轴线286设置。第三轴线286可不平行于(例如，横向于)第一轴线216和第二轴线270，在提供的示例中，第三轴线286垂直于第一轴线216和第二轴线270。如上参照图1描述的，动力输出单元输出构件48可被驱动地联接到传动轴40(图1)以将旋转动力传递到副传动系20。

小齿轮236可被联接到动力输出单元输出构件48以围绕第三轴线286共同旋转。小齿轮236可为与齿圈234啮合接合的小锥齿轮。在提供的示例中，齿圈234与小齿轮236为准双曲面锥齿轮，但是齿圈234与小齿轮236的齿可具有任意合适的几何形状，诸如直齿锥齿轮或弧齿锥齿轮。在提供的示例中，动力输出单元输出构件48由在径向上设置在外壳224与动力输出单元输出构件48之间且靠近小齿轮236的止端轴承(head bearing)290以及在径向上被设置在外壳224与动力输出单元输出构件48之间且在小齿轮236远侧的尾轴承292支撑以围绕第三轴线286旋转。

锁定构件232可为设置在动力输出单元腔240内并围绕第一轴线216设置的大致圆筒形构件。锁定构件232可至少部分地在轴向上设置在输入构件226的第二端252与第一中间构件228的第一端260之间，如下更详细地描述的。锁定构件232可被联接到差速器输出部214中的相应一个或第一半轴56以围绕第一轴线216共同旋转。

另外参见图3，断开机构50可包括致动器310、拨叉314和移位套筒318。致动器310可为被配置用以使拨叉314相对于第一轴线216大体上沿轴向方向移动的任意合适类型的致动器(例如，螺线管、液压油缸或螺杆型致动器)。致动器310可被安装在外壳224，在提供的示例中，被安装到外壳224的外部，尽管可使用其它构造。拨叉314可至少部分地设置在动力输出单元腔240内，在提供的示例中，延伸通过外壳224中的开口322并延伸至动力输出单元腔240中。虽然未具体示出，但是断开机构50还可包括被配置用以确定拨叉314或移位套筒318的位置的一个或多个传感器。

移位套筒318可为围绕第一轴线216设置的大致圆筒形构件。移位套筒318可被联接到拨叉314以沿第一轴线216的轴向方向(即，沿着第一轴线216)共同平移。移位套筒318可限定第一组内齿或内花键326和第二组内齿或内花键330。在提供的示例中，第一组内花键326比第二组内花键330径向向内延伸得更远，从而移位套筒318沿着第二组内花键330的长度可具有比沿着第一组内花键326的长度更大的最内部直径。

输入构件226可限定靠近输入构件226的第二端252的第一组外齿或外花键334。第一组外花键334可被配置用以与第一组内花键326啮合接合。第一中间构件228可限定靠近第一中间构件228的第一端260的第二组外齿或外花键338。在提供的示例中，第二组外花键338在径向上位于第一组外花键334的外侧。第二组外花键338可被配置用以与第二组内花键330啮合接合。

锁定构件232可包括内部部分342和外部部分346。外部部分346可在径向上位于内部部分342的外侧并可从内部部分342径向向外延伸以在轴向上位于输入构件226的第二端252与第一中间构件228的第一端260之间。外部部分346可限定在轴向上设置在第一组外花键334与第二组外花键338之间的第三组外齿或外花键350。在提供的示例中，第三组外花键350具有类似于第一组外花键334和第一组内花键326的最外部直径的最外部直径，从而第三组外花键350可与第一组内花键326啮合接合。

锁定构件232的内部部分342可限定第四组内齿或内花键354，第四组内齿或内花键354可与由差速器输出部214中的相应一个或第一半轴56限定的第四组外齿或外花键358啮合接合。在提供的示例中，内部部分342朝外壳224的第一侧242、在输入构件226与第一半轴56之间轴向延伸。在提供的示例中，轴承或衬套362在径向上被设置在内部部分342与输入构件226之间。

参见图3、图4和图5，更详细地示出断开机构50的操作。大体上，断开机构50可选择性锁定第一差速器52(图1和图2)并且还可利用单个致动器(即，致动器310)将输出扭矩选择性提供到副传动系20(图1)。在操作中，致动器310可选择性或自动操作以移动拨叉314，因此将移位套筒318在图3中所示的第一位置(例如，断开位置)、图4中所示的第二位置(例如，全轮驱动)和图5中所示的第三位置(例如，锁止式全轮驱动)之间移动。

具体参见图3，当移位套筒318在第一位置时，输入构件226、第一中间构件228和锁定构件232可围绕第一轴线216相对于彼此旋转。在提供的示例中，当移位套筒318在第一位置时，第一组内花键326与第一组外花键334接合，但是不与第二组外花键338或第三组外花键350接合。在提供的示例中，当移位套筒318在第一位置时，第二组内花键330不与第一组外花键334、第二组外花键338或第三组外花键350中的任一个接合。因此，当移位套筒318在第一位置时，动力从变速器32(图1)传递到第一差速器52(图2)的差速器箱60(图2)，并且差速器扭矩可被传递到第一半轴54和第二半轴56，同时扭矩不通过动力输出单元18(图1和图2)被传输至副传动系20(图1)。

具体参见图4，当期望将动力传递到副传动系20(图1)时，致动器310可轴向移动拨叉314(并因此移位套筒318)以将移位套筒318定位在第二位置。当移位套筒318在第二位置时，移动套筒318将输入构件226联接到第一中间构件228以围绕第一轴线216共同旋转。在提供的示例中，当移位套筒318在第二位置时，第一组内花键326与第一组外花键334接合，第二组内花键330与第二组外花键338接合。当移位套筒318在第二位置时，第一组内花键326或第二组内花键330中的任一个都不与第三组外花键350接合。当移位套筒318在第二位置时，旋转动力从变速器32(图1)传递到差速器箱60(图2)，从差速器箱60(图2)传递到输入构件226，从输入构件226传递到移位套筒318，从移位套筒318传递到第一中间构件228。因此，当移位套筒318在第二位置时，差速器扭矩可被传递到第一半轴54和第二半轴56，同时扭矩还通过动力输出单元18(图1和图2)传输至副传动系20(图1)。

具体参见图5，当期望相等的动力到达第一半轴54和第二半轴56并且期望动力到达副传动系20(图1)时，致动器310可轴向移动拨叉314(并因此移位套筒318)以将移位套筒318定位在第三位置。当移位套筒318在第三位置时，移动套筒318将输入构件226联接到第一中间构件228和锁定构件232以围绕第一轴线216共同旋转。在提供的示例中，当移位套筒318在第三位置时，第一组内花键326与第一组外花键334和第三组外花键350接合，第二组内花键330与第二组外花键338接合。当移位套筒318在第三位置时，旋转动力从变速器32(图1)传递到差速器箱60(图2)，从差速器箱60(图2)传递到输入构件226，从输入构件226传递到移位套筒318，从移位套筒318传递到第一中间构件228。另外，移位套筒318将差速器箱60联接到第一半轴56以共同旋转。因此，当移位套筒318在第三位置时，相等的扭矩可传递到第一半轴54和第二半轴56，同时扭矩还通过动力输出单元18(图1和图2)传输至副传动系20(图1)。

具体参见图6，移位套筒318的替代构造由附图标记318’示出并指示。移位套筒318’可类似于移位套筒318，除了在此另外示出和描述的。移位套筒318’的与移位套筒318的元件类似的元件用相似的但是待上标的数字指示。因此，相似元件的描述通过引用合并于此。特别地，移位套筒318’可包括在第一组内花键326’与第二组内花键330’之间的槽610。槽610可围绕移位套筒318’周向延伸。槽610可具有比第二组外花键338的轴向长度更大的轴向长度并可从第二组外花键338径向向外延伸。

当期望相等的动力到达第一半轴54和第二半轴56并且不期望动力到达副传动系20(图1)时，致动器310可轴向移动拨叉314(并因此将移位套筒318’)以将移位套筒318’定位在图6中所示的第四位置。当移位套筒318’在第四位置时，第二组外花键338可被接收在槽610中，从而移位套筒318’相对于第一中间构件228可旋转。当移位套筒318’在第四位置时，移位套筒318’继续经由第一组内花键326’、第一组外花键334和第三组外花键350将输入构件226联接到锁定构件232以共同旋转。

实施例的前述描述已经被提供用于例示和描述的目的。其并非旨在穷尽或限制本公开。特定实施例的单独的元件或特征通常不限于该特定实施例，而是，在适用的情况下可互换并可在选定实施例中使用，即使未特别示出或描述。特定实施例的单独的元件或特征也可以以多种方式变化。这种变化不被认为偏离本公开，所有这种修改旨在被包括在本公开的范围内。

示例实施例被提供为使得本公开将是透彻的并将范围充分地传达给本领域技术人员。提出许多特定细节，诸如特定部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。对本领域技术人员将明显的是，不需要采用特定细节，示例实施例可以以各种不同的形式实现，并均不应该被理解为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，众所周知的工艺、众所周知的装置结构以及众所周知的技术没有详细描述。

本文中使用的术语仅为了描述特定示例实施例的目的，并非旨在限制。如在本文中使用的，单数形式的“一”、“一个”以及“所述”可旨在还包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。用语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”为包含性的，因此详细说明所述特征、完整物、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除存在或增加一个或多个另外的特征、完整物、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。本文描述的方法步骤、工艺和操作不应理解为必然要求它们以所讨论或例示的特定顺序执行，除非特别指出为执行顺序。还应理解可采用另外的步骤或替代步骤。

当元件或层被提及为在另一元件或层“上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，它可以直接位于该另一元件或层上、直接接合到、直接连接到或直接联接到另一元件或层，或者可存在中间元件或层。相比之下，当元件或层被提及为“直接”在另一元件或层“上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，则不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其它词语也应以同样的方式解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如在本文中使用的，用语“和/或”包括一个或多个所列项目中的任意和所有组合。

尽管用语第一、第二、第三等在本文中可用于描述各种元件、部件、区域、层和/或区段，但是这些元件、部件、区域、层和/或区段不应受到这些用语的限制。这些用语仅用于将一个元件、部件、区域、层或区段与另一区域、层或区段区分开。诸如“第一”、“第二”和其它数字用语的用语当在本文中使用时不表示顺序或次序，除非上下文中清楚指出。因此，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或区段可被称为第二元件、部件、区域、层或区段，而不偏离示例实施例的教示。

为方便描述，诸如“内”、“外”、“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等的空间相对用语在本文中可用于描述如图中所例示的一个元件或特征与另外的元件或特征关系。空间相对用语可旨在包含装置在使用或操作中的除了图中所描绘的方位之外的不同方位。例如，如果图中装置被翻转，则描述为在其它元件或特征“下方”或“之下”的元件于是可位于其它元件或特征“上方”。因此，示例用语“下方”可包含上方和下方两个方位。装置可以以其它方式定向(旋转90度或处于其它方位)，本文中使用的空间相对描述词语可相应地解释。