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技术领域

本发明总体包括用于全轮驱动的车辆的动力传递单元组件。

背景技术

动力传递单元(PTU)用于一些车辆中，以将从发动机和变速器提供的 驱动扭矩分配到车辆的右前轮和两个后轮。在一些其他布置中，右侧半轴穿 过PTU且不被认为是PTU的一部分。例如，一些动力传递单元仅将扭矩从 横向变速器差速器传递到传动轴，所述传动轴然后通过后差速器驱动后半 轴。准双曲面齿轮组通常用来实现沿驾驶方向在前差速器托架旋转轴线和传 动轴旋转轴线之间的90度转弯。准双曲面齿轮组可提供的扭矩比取决于准 双曲面齿环和小齿轮的相对齿数。这些齿轮的直径受可用封装空间所限制。

发明内容

一种用于将扭矩从前差速器的差速器承载架传递到车辆的传动轴的动 力传递单元组件，包括输入轴，该输入轴配置为由差速器承载架绕差速器承 载架的第一旋转轴线旋转地驱动。动力传递单元组件还包括与第二锥齿轮接 合的第一锥齿轮。如这里使用的，“锥齿轮”包括螺旋锥齿轮，比如准双曲面 齿环或准双曲面小齿轮。第一锥齿轮是环形的且同中心地围绕输入轴。第二 锥齿轮配置为绕传动轴的第二旋转轴线可旋转地驱动传动轴，传动轴的第二 旋转轴线大致垂直于第一旋转轴线。动力传递单元组件具有与第一旋转轴线 同中心的复合行星齿轮组。复合行星齿轮组配置为将扭矩以减小比率(即第 一锥齿轮的扭矩小于输入轴的扭矩)且以增大的速度从输入轴传递到第一锥 齿轮。

根据本发明的一个方面，动力传递单元可包括分离式离合器，其可选择 性地脱开，以将复合行星齿轮组的反作用扭矩从静止构件断开，由此阻止从 输入轴通过复合行星齿轮组到第一锥齿轮的扭矩传递。因此，当分离式离合 器脱开时，将没有扭矩提供到传动轴，且车辆将以前轮驱动模式运行。

复合行星齿轮组可包括第一恒星齿轮、第二恒星齿轮、承载架、以及第 一和第二组小齿轮。第一恒星齿轮可操作地连接到静止构件，比如用于动力 传递单元组件的盖，以将第一恒星齿轮固接。第一恒星齿轮可一直被固接， 或可选择性地从静止构件脱开(如果包括分离式离合器)。第二恒星齿轮固 定到第一锥齿轮的环形轴部分，以与第一锥齿轮一致地旋转。如这里所使用 的，当两个部件固定到彼此以按相同的速度作为一单元一起旋转时，该两个 部件“一致地旋转”。承载架固定到输入轴，以与其一致地旋转；第一组小齿 轮和第二组小齿轮二者都由承载架可旋转地支撑。第一组小齿轮与第一恒星 齿轮啮合，且第二组小齿轮与第一组小齿轮和第二恒星齿轮啮合。

相比于在输入构件和准双曲面齿环之间要求多轴线传动装置以降低动 力传递单元组件的总扭矩比率的动力传递单元，复合行星齿轮组的单轴线布 局(即，具有第一旋转轴线的复合行星齿轮组的同中心性)节省封装空间。 另外，复合行星齿轮组的单轴线布局实现模块化，因为公用部件能与不同组 的附加部件，比如复合行星齿轮组和/或分离式离合器，一起使用，以满足具 体的车辆平台需求，都同时保持输入轴和第一锥齿轮的第一旋转轴线与第二 锥齿轮的第二旋转轴线的恒定相对位置以及一致的旋转方向和传动轴的扭 矩水平。不同的模块化动力传递单元组件可由此被实施于全部不同的车辆 线，所述车辆线共用动力传递单元的输入轴线相对于传动轴的旋转轴线的固 定取向。复合行星齿轮组的扭矩减小比率可具体地构造为使得无论复合行星 齿轮组是否包括在动力传递单元组件中，在传动轴处提供公共扭矩，从而， 输入轴处的较高的扭矩(比如在具有高性能发动机的车辆上)或输入轴处的 较低的扭矩(比如在具有较低性能发动机的车辆上)将在传动轴处产生相同 的扭矩。通过具有复合行星齿轮组的模块化动力传递单元组件，传动轴的速 度将更高。由此不需要为了与高性能发动机一起使用而提高准双曲面齿环和 小齿轮的扭矩承载能力。

因为第二轴线不被要求用于行星齿轮组实现的扭矩减小，因此通过使用 这里公开的单轴线动力传递单元组件，总体封装直径减小被减小。部件的总 重量和数量还可被降低，因为双轴线动力传递单元要求输入轴和第一锥齿轮 之间的第二传递轴，这必须两组附加轴承。而且，双轴线动力传递单元使用 螺旋齿轮组，其在轴之间产生的高的齿轮分离力，要求更大并因此更重的壳 体来提供该力的反作用。

当结合附图时，本教导的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实 施本教导的最佳模式的以下详细描述变得显而易见。

附图说明

图1是具有动力传动系的车辆的示意性局部剖视截断视图，所述动力传 动系具有第一实施例的围绕前半轴的动力传递单元组件。

图2是图1的围绕前半轴的动力传递单元组件的一部分的示意性透视 图。

图3是图1的围绕前半轴的动力传递单元组件的一部分的示意性局部剖 视截断视图。

图4是用于图1的动力传动系的围绕前半轴的动力传递单元组件的第二 实施例的一部分的示意性局部剖视截断视图。

图5是用于图1的动力传动系的围绕前半轴的动力传递单元组件的第三 实施例的一部分的示意性局部剖视截断视图。

图6是用于图1的动力传动系的围绕前半轴的动力传递单元组件的第四 实施例的一部分的示意性局部剖视截断视图。

具体实施方式

参考附图，其中相似的附图标记在全部若干幅视图中表示相似的部件， 图1示出了具有动力传动系12的车辆10的一部分。动力传动系12包括发 动机14，其驱动多速变速器16。发动机14具有发动机机体15。曲轴17从 发动机机体15内延伸，以与变速器输入构件(未示出)连接，如本领域技 术人员理解的。变速器16可包括传动装置和多个可选地接合的离合器，该 变速器16在变速器输出构件20处提供扭矩。替代地，连续可变变速器装置 可替代传动装置和离合器而被使用。变速器16具有变速器壳体18。

变速器输出构件20与固定到前差速器26的承载架24的斜齿轮22啮合， 以与承载架24一致地旋转，或可以经由链传动被连接到承载架24。在这里 前差速器26还称为变速器差速器26。差速器壳体28围绕前差速器26，且 安装到变速器壳体18。差速器26包括互连的小齿轮30A、30B，其与差速 器承载架24一致地旋转。小齿轮30A、30B与侧齿轮32A、32B啮合。侧齿 轮32A安装为与第一半轴34A一起旋转，第一半轴34A连接为与左前轮(未 示出)一起旋转。侧齿轮32B安装为与第二半轴34B一起旋转，第二半轴 34B连接为与右前轮(也未示出)一起旋转。差速器斜齿轮22、差速器承载 架24、侧齿轮32A、32B以及半轴34A、34B都绕第一旋转轴线36旋转。 变速器差速器26设计为允许车轮速度的侧-侧(side-to-side)不同，且差速 器承载架24以这些速度的平均值转动。

动力传递单元组件38的第一实施例配置为操作地将差速器承载架24连 接到传动轴40，所述传动轴转而通过后差速器(未示出)连接到后轮。传动 轴40布置为绕第二旋转轴线42旋转，第二旋转轴线42大致垂直于第一旋 转轴线36，但是从第一旋转轴线36偏移且不与之相交。即，在图1中，第 二旋转轴线42在包括第一旋转轴线36的横截面平面的上方或下方。

因此，动力传递单元组件38使得由发动机14通过前差速器26最终提 供到前轮的驱动扭矩还经由传动轴40被引导到后轮，如在全轮驱动操作模 式中。

如这里进一步讨论的，动力传递单元组件38是图3-6中所示的四种不 同动力传递单元组件38、138、238、338中的一种，所述四种不同动力传递 单元组件38、138、238、338共用一些公共部件，比如输入轴44、具有第一 锥齿轮46和第二锥齿轮48的锥齿轮组、和围绕并支撑锥齿轮46、48的静 止壳体50。锥齿轮46、48可以是准双曲面螺旋齿轮，但不限于此。如这里 所使用的，第一锥齿轮46被称为准双曲面齿环46，第二锥齿轮48被称为小 齿轮48。

四种动力传递单元组件38、138、238、338由此是模块化的，因为它们 共用基础公共部件作，该基础公共部件可以增加附加的部件(比如分离式离 合器、复合行星齿轮组或二者)以实现适用于不同车辆平台的不同的构架。 动力传递单元组件38、138、238、338中的任一个可被选择用于车辆中，所 述车辆具有相同的差速器26和传动轴40，或具有不同的差速器和传动轴， 但仍沿第一旋转轴线36和第二旋转轴线42布置。四种动力传递单元组件38、 138、238、338每一个布置有与单轴线(第一旋转轴线36)同中心且可绕其 旋转的扭矩传递部件。因为部件绕单个旋转轴线36布置，所以每个动力传 递单元组件38、138、238、338的总径向尺寸被保持得相对较小，使得能够 封装到邻近发动机机体15的固定的可用封装空间中。具体地，动力传递单 元组件38、138、238、338可被用于具有曲轴17的有效旋转轴线52到准双 曲面齿环46的第一旋转轴线36的不同距离的车辆平台使用。

参考图1-3，第一动力传递单元组件38显示了输入轴44，其配置为通 过差速器承载架24绕第一旋转轴线36可旋转地驱动。输入轴44连接为与 变速器差速器承载架24一致地旋转，如图1中示意性显示的。图2显示了 输入轴44的带花键部分54，其配置为装配到差速器承载架24的带花键开口。 半轴34B延伸穿过输入轴44。半轴34B的带花键部分55配置为通过花键连 接到侧齿轮32B。

准双曲面齿环46是环形的且同中心地围绕输入轴44。最佳如图3所示， 准双曲面齿环46具有第一环形轴部分56、第二环形轴部分58和齿部分60。 准双曲面齿环46仅由两个环形轴承62A、62B支撑。轴承62A支撑轴部分 56用于相对于中心支撑构件64旋转，所述中心支撑构件64被连接到静止壳 体66，所述静止壳体66围绕并支撑准双曲面齿环46和小齿轮48。支撑构 件64具有开口65，轴部分56、输入构件44和半轴34B延伸穿过所述开口 65。轴承62B支撑轴部分58用于相对于静止壳体66旋转。在图2中，壳体 66被去除。

准双曲面齿环46与小齿轮48接合(即啮合)。在图1-6的每一个中， 小齿轮48与准双曲面齿环46在不同于穿过准双曲面齿环46的中心的横截 面的平面中啮合。换句话说，小齿轮48从准双曲面齿环46偏移，使得第二 旋转轴线42不与第一旋转轴线36相交。在图1-6中，小齿轮48在所显示 的横截面上方。小齿轮48绕第二旋转轴线42驱动传动轴40，且通过如图1 中所示的U形接头68或其他合适的连接件连接到传动轴40。以一定偏移量 将小齿轮48与准双曲面齿环46接合的能力允许小齿轮48的位置、由此传 动轴40的位置根据需要相对于前半轴34A、34B更高或更低，以适应车辆 地板高度、离地距离或其他车辆部件，比如转向齿条或支架。

动力传递单元组件38包括复合行星齿轮组70，其布置为与第一旋转轴 线36同中心，且配置为以扭矩减速比将扭矩从输入轴44传递到准双曲面齿 环46。动力传递单元38具有第一恒星齿轮72，其可操作地连接到静止构件， 所述静止构件是盖73。盖73通过壳体66和盖73之间的支撑构件64栓接到 壳体66，如图3中所示。图3中仅显示了盖73的在旋转轴线36上方的部分。 在图2中，盖73被去除。第二恒星齿轮74固定到准双曲面齿环46的环形 轴部分，以与其一致地旋转。承载架76固定到输入轴44，以与其一致地旋 转。承载架76是旋转的套筒状结构，且配置为可旋转地支撑第一组小齿轮 77和第二组小齿轮78，第一组小齿轮77和第二组小齿轮78二者通过它们 旋转所围绕的销固定到承载架76，如本领域技术人员所理解的。第一组小齿 轮77与第一恒星齿轮72啮合。第二组小齿轮78与第一组小齿轮77和第二 恒星齿轮74啮合。复合行星齿轮组70不具有齿环或其他构件。在图3中， 为了显示承载架76，在视图的下部部分中未示出小齿轮组77和78，为了显 示小齿轮组77和78，在上部部分中未示出承载架76。图2显示了承载架76， 其实际同中心地围绕第一旋转轴线36。在图1和图3-6中，仅显示了在第一 旋转轴线36上方的行星齿轮组70、离合器80和壳体66的仅一部分。仅第 二恒星齿轮74和承载架76被显示为在第一旋转轴线36下方。应意识到， 壳体66和行星齿轮组70关于第一旋转轴线36对称，且在图中为了清楚， 部件被去除。

动力传递单元组件38具有分离式离合器80，其选择性地操作地连接第 一恒星齿轮72到盖73。当分离式离合器80接合时，第一恒星齿轮72固定 到盖73且由此保持静止。在第一恒星齿轮72静止的情况下，复合行星齿轮 组70是有效的，因为其能以扭矩减速比将扭矩从输入轴44传递到准双曲面 齿环46。即，准双曲面齿环46处的扭矩小于输入轴44处的扭矩，同时旋转 速度从输入轴44到准双曲面齿环46被加倍。

在图3和4的具有复合行星齿轮组70的动力传递单元组件38或138中， 当分离式离合器80接合且复合行星齿轮组70有效时，更高的扭矩可应用到 输入轴44，而当较低的扭矩被施加在图5和6的动力传递单元组件238和 338中的输入轴44处时，类似的较低扭矩将在小齿轮48和附接的传动轴40 处产生，其中仅准双曲面齿环46对小齿轮48的减小比率影响传动轴40处 的扭矩。另外，双小齿轮设计导致准双曲面齿环46，其与输入轴44沿相同 方向旋转。小齿轮48和传动轴40的旋转方向与较低比率、低动力传递单元 组件，比如238或339中的相同。而且，分离式离合器80接合以将旋转部 件(第一恒星齿轮72)连接到静止部件(盖73)，相比于连接两个旋转部件 所需要的离合器，这允许更简单和更不昂贵的离合器。

当分离式离合器80接合时，动力传递单元组件38在图1的车辆10中 提供全轮驱动模式，当分离式离合器80脱开时提供前轮驱动模式，因为恒 星齿轮72将为自由飞轮，且将没有扭矩被传递到准双曲面齿环46。

分离式离合器80可以是任何适当类型的可选择地接合的离合器，比如 摩擦片离合器、带式离合器、或机械二极管离合器，且可通过促动器A在控 制器(未示出)的控制下电动地或液压地而接合，所述控制器确定建立全轮 驱动所处的操作条件。为了接合分离式离合器80以转换到全轮驱动模式， 可首先使传动轴40达到引起准双曲面齿轮46和行星齿轮组部件的相关旋转 速度的旋转速度。这将减慢恒星齿轮72的旋转，比如从700至900转每分 种(rpm)范围内的速度到大约100rpm，以通过分离式离合器80实现恒星 齿轮72到静止盖73的几乎同步接合。如果传动轴40与后差速器之间的离 合器能接合以旋转传动轴40，则这可以被实现。

在一个实施例中，分离式离合器80具有固定以与第一恒星齿轮72一起 旋转的旋转盘81、固定到盖73的静止盘82、和选择器盘83，旋转器盘83 由促动器A运动而与旋转盘81接触，以将旋转盘81固定到静止盘82。这 种类型的离合器可称为机械二极管。选择器盘83可被设计为可接合，而不 管旋转盘81的旋转方向如何，在这种情况中离合器80是双向制动离合器， 或可以设计为单向制动离合器，其仅当旋转盘81沿与前进齿轮一致的方向 旋转时可接合，从而仅在前进运动中可获得全轮驱动能力。

由于制造容差叠加而导致的行星间距误差可这样修正：通过将第一恒星 齿轮72借助与盘81或在没有分离式离合器的情况下与在图4的动力传递单 元组件138中的盖73A的通过花键接合，配置为相对于第一旋转轴线36具 有一定径向浮动或游隙。另外，承载架76仅被轴向推力轴承或垫圈86(未 示出)约束，以抵抗由于斜小齿轮导程角造成的轴向载荷。承载架76不具 有径向轴承(即承载架76的最外径向表面是不受约束的)，且因此，承载架 76和输入轴44定中心在这样的位置，该位置取决于第一恒星齿轮72与第一 组小齿轮77的啮合、第二恒星齿轮74与第二组小齿轮78的啮合，因为齿 轮组77、78外接恒星齿轮72、74。第二恒星齿轮74可通过渐开线或方形花 键附接到准双曲面齿环46的环形轴56，且因此还能基于与第二组小齿轮78 的啮合而自动定中心。

仅需要两组锥形或滚子轴承62A、62B以将准双曲面齿环46定中心， 从而绕第一旋转轴线36旋转。另一组锥形或滚子轴承62C将小齿轮48定中 心，以绕第二旋转轴线42旋转。滚子轴承62C在小齿轮48和连接到壳体 66的小齿轮盖63(在图2中示出)之间，壳体66在图2中被去除。滚子轴 承62D旋转地相对于盖73支撑前半轴34B，并将前半轴34B定中心以绕第 一旋转轴线36旋转。唇形密封件67将半轴34B密封到盖73。

中心支撑件64提供用于环形双唇形密封件88A的位置，所述环形双唇 形密封件88A密封在准双曲面齿轮46的轴部分56和中心支撑件64之间。 另一环形双唇形密封件88B密封在准双曲面齿环46的轴部分56和壳体66 之间。通道90A设置在中心支撑件64中，与唇形密封件88A连通。通道90A 的端部可以在动力传递单元组件38的下侧的位置处，该位置易于触及以用 于检查。通道90A可称为排泄孔，因为如果液体通过通道90A排泄，则其 提供经过唇形密封件88A的泄露的指示。类似的通道90B设置在壳体66中， 与唇形密封件88B连通，以提供经过唇形密封件88B的泄露的指示。

壳体66和中心支撑件64限定第一腔体92A，第一腔体92A容纳准双曲 面齿环46和小齿轮48。盖73和中心支撑件64限定第二腔体92B，第二腔 体92B容纳复合行星齿轮组70。中心支撑件64和唇形密封件88A、88B基 本将第一腔体92A从第二腔体92B隔离。这使得能够在两个腔体中使用不 同的流体。例如，第一腔体92A可填充有具有相对高粘度的准双曲面齿轮润 滑流体。较低粘度的流体，比如自动变速器流体(ATF)可从变速器16和差 速器壳体28通过准双曲面齿环46与输入轴44之间的环形通道94A，并通 过输入轴44与半轴34B之间的环形通道94B被提供到第二腔体92B。承载 架76可浸入位于腔体92B的较低部分处的任何流体中，以在前轮驱动模式 和全轮驱动模式二者中将流体分配到行星齿轮组70的旋转部件上。通过在 第二腔体92B中使用较低粘度的变速器流体，并将较高粘度的齿轮润滑剂隔 离在第一腔体92A中，降低了旋转损失。唇形密封件88A、88B具有增大旋 转的准双曲面齿轮46上的阻力的附加功能，以当处于前轮驱动模式中时有 助于保持其绕第一旋转轴线36静止。唇形密封件67密封在盖和半轴34B之 间，且是分离式离合器80脱开时存在相对运动的唯一一个密封件。将两个 腔体92A、92B分开的替换方法可以是，在旋转的准双曲面齿环46和输入 轴44之间、以及在输入轴44和半轴34B之间设置密封件。在这样的实施例 中，壳体66将具有开口，所述开口具有排流和填充塞，以允许腔体92B填 充有流体。

图4显示了动力传递单元组件138，其在所有方面类似于动力传递单元 组件38，不同之处在于，在不使用分离式离合器的情况下，使用盖73A取 代盖73，被所述盖73A具有带花键的开口96，其接收第一行星齿轮72的外 花键以一直将行星齿轮72固接到盖73A。动力传递单元138由此仅以扭矩 减速、全轮驱动模式操作。

图5显示了动力传递单元组件238，其与动力传递单元组件38、138共 用很多相同的部件，但不具有扭矩减速复合行星齿轮组。使用盖73B替代盖 73或73A，被盖73B尺寸可能更小，因为其不需要容纳复合行星齿轮组。 动力传递单元238具有分离能力，因为分离式离合器280被提供。由此，在 具有动力传递单元238的车辆中，可获得全轮驱动和前轮驱动能力二者。分 离式离合器280是犬式离合器，其具有通过促动器A1可动的套筒283，以 在其通过花键联接的轴部分56上轴向地滑动，从而接合输入轴44的外周上 的齿285。当离合器280断开(即未接合)时，准双曲面齿环46不由输入轴 44驱动，且保持静止。动力传递单元组件238是单轴线动力传递单元，其能 够共用与动力传递单元组件38、138相同的第一和第二旋转轴线36、42以 及相同的准双曲面齿环46和小齿轮48，但其中输入构件44仅能够以仅通过 准双曲面齿环46和小齿轮48提供的扭矩减小比率传递扭矩到图1的传动轴 40。

图6显示了动力传递单元组件338，其共用与动力传递单元组件38、138、 238相同的很多部件，但为更低比例的单元，其像动力传递单元组件238一 样仅提供准双曲面齿环46和小齿轮48的扭矩减小。动力传递单元组件338 具有固定到输入轴44的准双曲面齿环46，而没有断开的能力。由此，当发 动机14提供扭矩时，扭矩总是被传递到传动轴40。准双曲面齿环46可以与 输入轴44为一体，或通过多种方式紧固到输入轴44，包括但不限于，焊接、 紧缩配合、花键连接或永久安装的套筒。另外，与中心支撑构件64C为一体 的盖73C被使用。盖73C要求比盖73更小的径向封装空间，因为不存在要 被容纳的行星齿轮组。盖73C限定的腔体92D可以比腔体92B尺寸更小。

因此，动力传递单元组件38、138、238、338是模块化的，因为每一个 具有基础的壳体66、输入轴44、准双曲面齿环46和小齿轮48。为了满足不 同车辆应用的需求，同时维持第一旋转轴线36和第二旋转轴线42的恒定的 相对位置，在存在或不存在分离式离合器(比如离合器80或280)提供的分 离能力的情况下，直接扭矩单元或扭矩减小单元被增加到基础部件。使用公 用部件，比如准双曲面齿环46和小齿轮48，并维持实现附加的扭矩减小的 部件与单轴线(第一旋转轴线36)同中心，相比于双轴线扭矩减小装置可降 低重量、成本和封装空间要求。

因为复合行星齿轮组70提供锥齿轮组的输入侧处的扭矩减小(即，在 输入轴44和准双曲面齿环46之间)，则类似的扭矩(但以增大的速度)能 够通过扭矩减小单元(图3和4)在传动轴40处实现，如通过直接扭矩单元 (图5和6)那样。在相对高动力的发动机的情况下，扭矩减小单元(图3 或4)的应用确保传动轴40处与在相对低动力的发动机的情况下直接扭矩单 元(图5或6)的应用相同的扭矩。例如，如果在动力传递单元38或138 的输入轴44处应用2900N-m的扭矩，且扭矩比(输入构件44的扭矩比小 齿轮组48的扭矩)为2.9：1.0，则传动轴40处的扭矩将为1000N-m。如果 使用较低动力的发动机，在动力传递单元238或338的输入轴44处应用 1700N-m的扭矩，且扭矩比(输入构件44的扭矩比小齿轮组48的扭矩，没 有复合行星齿轮组)为1.7：1.0，则传动轴40处的扭矩也将为1000N-m。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术 人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计 和实施例。