CN105722712A - 用于汽车的动力输出单元 - Google Patents

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Abstract

一种动力输出单元包括：壳体，其能够划分为第一部和第二部；内轴，其接收来自发动机的转矩；外轴，其能够独立旋转并且与内轴同轴；离合器，其用于将内轴与外轴连接；致动器，其被构造成连接离合器；输出轴，其用于输出转矩；以及齿轮组，其将外轴与输出轴传动地连接，其中，外轴和输出轴被第一部可旋转地支撑，离合器被第二部可旋转地支撑，并且致动器被固定到第二部，由此离合器和致动器连同第二部能够与第一部分离。

Description

用于汽车的动力输出单元
技术领域
本发明涉及汽车的动力传输装置，并且尤其涉及用于从四轮驱动车的车轴向其他车轴分配转矩的、用于汽车的动力输出单元。
背景技术
例如，在前轮驱动的汽车中，设置于车身前部的发动机产生转矩，并且差速器接收此转矩且将此转矩分配至左右前轮。在四轮驱动车的情况下，动力输出单元(powertakeoffunit，PTU)与通常具有差速器的传动装置相结合，其被用于取得部分转矩并且将其传输至后轮。
即使对于装载有PTU的四轮驱动车来说，通常应用的构造是时间有限地将其驱动模式转换为两轮驱动模式。在这种情况下，用于暂时切断动力传输的一个或多个离合器从PTU穿过后差速器被插入其动力系统的任意部分。当其中一个离合器松开时，发动机不承担传输的下游的部件相对于相关离合器的旋转，并且因此该构造在能量消耗的改进方面是有利的。
专利文献1公开了相关的技术。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本专利未经审查申请特开第2012-193779号。
发明内容
为了使得能量消耗的改进效果最大化，有利的是在转矩的传输路径中的上游部分尽可能设置至少一个这样的离合器，并且因此，在专利文献1的例子中，离合器被并入PTU中。PTU不可避免地被设计成具有复杂的结构，这产生一些问题。例如，其组装本质上变得繁琐，并且因此它的拆卸也变得繁琐，由此在维护中产生问题。此外，通过部分地改变构造几乎不能实现对于PTU的构造的修改，而是需要以配置为所需构造的PTU来替换整个PTU。鉴于这些问题而完成本发明。
根据本发明的一方面，一种用于从汽车的传动装置输出转矩的动力输出单元包括：壳体，其能够划分为结合在一起的第一部和第二部；内轴，其形成为空心的，以允许传动装置的轴插入并且与传动装置连接，以围绕轴线旋转；外轴，其能够独立旋转并且与内轴同轴；离合器，其置于内轴和外轴之间，并且被构造成当离合器被连接时将内轴和外轴传动地连接；致动器，其被构造成连接离合器；输出轴，其被配置成与外轴相交或者与外轴不平行且不相交，并且被配置成能够旋转；以及齿轮组，其将外轴与输出轴传动地连接，其中，外轴和输出轴被第一部可旋转地支撑，离合器被第二部可旋转地支撑，并且致动器被固定至第二部，由此离合器和致动器连同第二部能够与第一部分离。
附图说明
图1是示意性地示出汽车的动力系统的示图；
图2是根据本发明的实施方式的动力输出单元的剖视图，其示出穿过输入轴和输出轴的中心轴线的平面；
图3是将动力输出单元中的离合器和用于驱动离合器的致动器放大的局部剖视图；
图4是示意性地示出离合器构件的外围在连接离合器之前的状态中的平面图；
图5是示意性地示出离合器构件的外围在连接离合器的状态中的平面图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的示例性的实施方式。
除非另有说明，否则在以下的描述和附图中术语“轴向”指的是内轴5和外轴7的轴线的方向。
参考图1，例如，汽车100的动力系统包括发动机和/或电动马达201、以及在车身前部的传动装置203。传动装置203包括前差速器205，前差速器205的壳体207，壳体207从发动机和/或电动马达201接收转矩以进行旋转。
前部的差速器205配备有差速齿轮组，以通过其两侧的齿轮209、211允许其之间的差速运动而将输入壳体207的转矩传输至右车轴213和左车轴215。作为差速齿轮组，可以锥齿轮类型作为示例，但是任意其他类型也可以被应用于差速齿轮组。
在附图中所示的作为示例的四轮驱动车中，它的后部进一步包括与后车轴221、223连接的后差速器219，从而允许后轮之间的差速运动。此外，例如，为了切断至左侧后车轴223的转矩的传输，设置有离合器225，离合器225与后差速器219一起被容纳在承载壳体中。除了左侧后车轴223之外，离合器还可以被设置于右侧后车轴221或传动轴217上。
为了通过传动轴217从传动装置203向后差速器219部分地传输转矩，使用了动力输出单元(PTU)1。
PTU1输出被传输至差速器壳体207的转矩的一部分，并且将该部分转矩传输至输出轴15。输出轴15通过等速接头和传动轴217而与后差速器219连接。为了切断转矩的传输，PTU1包括离合器9。当离合器9与离合器225一致地断开时，传动轴217与系统分离。
参考图2，PTU1包括全部容纳于壳体3中的内轴5、外轴7、离合器9、致动器11以及输出轴15，外轴7可独立旋转并且与内轴5同轴，离合器9用于当被连接时将内轴5与外轴7传动地连接，致动器11用于操作离合器9，输出轴15通过齿轮组13与外轴7传动地连接。尽管后续将给出详细的描述，但是与差速器壳体207连接以接收其转矩的是内轴5，并且因此当离合器9被连接时转矩被传输至外轴7并且通过齿轮组13被输出至输出轴15。
壳体3可以被分为第一部31和第二部33。壳体3被构造成当第二部33随着容纳于其中的构件而与第一部31结合时将壳体3的内部密封。
壳体3同轴地支撑内轴5、外轴7、离合器9和致动器11。壳体3的第一部31包括部分37，部分37在不同于此公共轴线方向的方向上定向，并且该部分37支撑输出轴15，输出轴15定向为与外轴7相交，或者不平行且不相交(即，相对于输出轴7倾斜)。
第一部31可在其端部31c处与传动装置203结合。第一部31容纳且可旋转地支撑外轴7、齿轮组13和输出轴15。第二部33容纳离合器9和致动器11，其可旋转地支撑离合器9并且抗旋转地支撑致动器11。尽管后续将给出详细的描述，但是当第二部33与第一部31分离时，离合器9和致动器11随着一起与其他构件分离。
第一部31还可以包括可与其分离的第三部35。在第三部35被分离的状态下，外轴7被容纳于第一部31中并且通过将第三部35和第一部31结合而由第三部35和第一部31支撑。为了允许其旋转，轴承61、63，比如滚珠轴承，被置于外轴7和壳体3之间。一个轴承61可以由第一部31支撑，并且另一个轴承63可以由第三部35支撑。
为了将第三部35相对于第一部31精确地保持到位，第三部35可以包括安装于第一部31的内表面中的结构体35c。可选地，反之，第一部31可以安装在第三部35的内表面中。为了防止内部油的泄露，O型环或垫圈可以被置于其之间。
同样，为了将第二部33相对于第一部31精确地保持到位，第三部35可以包括安装于第二部33的内表面中的结构体35e。可选地，反之，第二部33可以安装于第三部35的内表面中。同样为了防止内部油的泄露，O型环或垫圈可以被置于其之间。
第二部33通过紧固元件，比如螺钉，被固定于第一部31，螺钉从第二部33的端部33c在轴向上进入其中。紧固元件可以穿透第三部35并且可以被紧固到第一部31，从而将这三个部分固定在一起。可选地，单独的紧固元件可以分别应用于第一部31和第三部35之间的固定和第二部33和第三部35之间的固定。
外轴7是空心的，并且内轴5同轴地延伸以穿透外轴7。在靠近前差速器205的端部71的周围，普通轴承构件67被置于外轴5和内轴7之间，优选地与轴承61叠放，从而旋转地支撑内轴5。
内轴5也是空心的，并且车轴213被引导为向右穿出其内部腔51。在内轴5的靠近前差速器205的端部上，花键53在轴向上被切割，从而与差速器壳体207传动地连接。端部可以被制作成直径稍小于与普通轴承构件67接触的部分，从而不会阻碍压装普通轴承构件67。
在内轴5的相对侧的端部周围，花键55在轴向上被切割，并且被用于将内轴5与后续描述的第一离合器构件91传动地连接。内轴5在花键55周围并且与第一离合器构件91一起被轴承65可旋转地支撑，轴承65比如是滚珠轴承。
与朝向前差速器205的端部71相对的、外轴7的端部73通过第三部35的开口朝向第二部33暴露，并且因此接近离合器9。尽管后续将给出详细的描述，但是如图4和5所示，外轴7的端部73和离合器9的第二离合器构件93通过第一齿101彼此接合，从而传输转矩。
再次参考图2，在两端部71、73之间的中间部处，外轴7优选地制成直径更大，并且锥齿轮77被固定于此。为了固定及接收推力，凸缘部分75可以一体地从此处突出。锥齿轮77的固定可以通过使用凸缘部分75的压装、螺钉固定或焊接而进行。
在图2中所示的示例中，锥齿轮77的齿被定向为朝向前差速器205，并且凸缘部分75抵靠在锥齿轮77的背部。在使与锥齿轮77接合的输出轴15更加靠近前差速器205并且因此表现出使传动轴217更靠近汽车100的中心的配置方面，此配置是有利的。当然，此配置可以被任意修改。
输出轴15被设置为与外轴7相交，或者与外轴7不平行且不相交。输出轴15在其一端并且优选地以一体的形式包括齿轮151。齿轮151和锥齿轮77的组合构成锥齿轮或准双曲面齿轮组13。被传输到外轴7的转矩因此通过输出轴15被输出到不同于它的轴向的方向。
为了可旋转地支撑输出轴15，可使用轴承组69。输出轴15和轴承组69可以被提前装配并且然后整体地并入壳体3的部分37之中。
结合图2参考图3，离合器9一般由第一离合器构件91和第二离合器构件93构成。
第一离合器构件91通常是圆柱形的，它的外表面被轴承65可旋转地支撑，并且在它的外表面上，花键95在轴向上被切割。如上所述，花键95与内轴5的花键55啮合，从而内轴5和第一离合器构件91一起旋转。此外内轴5被轴承65可旋转地支撑，其中第一离合器构件91被置于内轴5和轴承65之间。
第二离合器构件93通常也是圆柱形的，其装配于致动器11中，从而被支撑并且在轴向上能够移动。可选地，除了介入致动器11和内轴15之间之外，第二离合器构件93还可以被第二部33直接支撑，或者在它们之间放置有轴承。参考图4和图5，第一离合器构件91和第二离合器构件93包括彼此能够接合的第二齿103，从而形成离合器9。
再次参考图3，致动器11在轴向上驱动第二离合器构件93以操作离合器9。例如，螺线管可应用于致动器11。可选地，除了螺线管之外，也可应用任意其他的装置，比如气动或液压装置。螺线管包括在圆周方向上缠绕以产生磁通量的线圈11，以及用于传导产生的磁通量的芯体113。
线圈11由导体制成，比如铜，并且被模制于树脂中。芯体113由磁性材料制成并且围绕线圈111同时在芯体113的内周留有间隙115。芯体113装配于第二部33的角部中，并且卡片41装配于第二部33的内周之中以防止芯体113位移。
圆柱形或环状的塞部117以桥接间隙115的形式装配于芯体113中，并且也由磁性材料制成。更确切地，芯体113和塞部117的组合形成围绕线圈111的闭合磁路。磁通量不会越过间隙115而是实质上流经塞部117，从而在轴向上驱动塞部117。
优选地，副塞部119还装配于塞部117中。副塞部119也是圆柱形或者环状的，但是为非磁性材料的，并且被固定于塞部117以一起移动。副塞部119的一端抵靠在第二离合器构件93上并且在轴向上驱动第二离合器构件93。非磁性材料的副塞部119的介入在阻止磁通量泄露方面是有利的。
套筒部分121可以被置于塞部117或副塞部119和第二离合器构件93之间。由于这稳定了第二离合器构件93的支撑并且限制了塞部117或副塞部119和第二离合器构件93之间的接触位置，因此这是有利的。套筒部分121可以在径向上从螺线管或者任意其他的固定式构件延伸。塞部117和副塞部119可以在芯体113和套筒部分121之间的空间中移动。
推斥体97(比如弹簧)优选地介入第一离合器构件91和第二离合器构件93之间。推斥体97朝向离合器9分离的方向偏置第二离合器构件93。为了减少推斥体97的摩擦，可应用止推轴承99。
如已经描述的那样，外轴7的端部73和第二离合器构件93通过第一齿101彼此接合，并且第一离合器构件91和第二离合器构件93能够通过第二齿103彼此接合。参考图4，为了即使当第二齿103接合时也保持第一齿101的接合，第一齿101具有比第二齿103更长的齿长。为了便于接合，任意第一齿101和第二齿103可以与轴向形成相对较小的角度。第一角度形成的角度a1可以制成为相对较大，以向第一齿101提供凸轮作用。在这种情况下，第二齿103形成的角度a2优选地制成为小于第一齿101形成的角度a1。
第一离合器构件91跟随内轴5的旋转以进入旋转运动R。在离合器9被连接之前，外轴7和第二离合器构件93不必按照旋转运动R旋转，而是例如可以静止不动。参考图5，当被激励时，螺线管在轴向上驱动第二离合器构件93，使得离合器9被连接。然后第二离合器构件93跟随第一离合器构件91，以在第二离合器构件93和外轴7之间产生相对旋转R’。此相对旋转R’通过第一齿101的凸轮作用产生轴向力F，其作用于第二齿103上以增强它的连接。更具体地，第一齿101的凸轮作用有助于致动器11保持离合器9的连接。尽管在第二齿103形成角度a2时产生了反向凸轮作用，但是如果角度a2小于第一齿101形成的角度a1，则第一齿101的凸轮作用优于第二齿103的凸轮作用，从而保证第一齿101的辅助作用。当停止激励时，离合器9通过推斥体97而分离。
此外，虽然在上述的实施方式中第一离合器构件91和第二离合器构件93的组合形成离合器并且第二离合器构件93和外轴7的组合稳定地形成连接，此关系也可以反过来。在这种情况下，第二离合器构件可以直接与内轴5连接，并且可轴向移动的花键连接可以应用于此接合。
在本实施方式中，属于第一部31的部件和属于第二部33的另外的部件可以被各自独立地组装。更具体地，将外轴7并入第一部31的过程可以独立于第二部33的组装之外而进行。将离合器9、致动器11和内轴5并入第二部33的过程可以同样独立于第一部31的组装之外而进行。在这些过程之后，通过将内轴5插入外轴7而将第二部33与第一部31组装在一起，基本上完成PTU1的组装。由于在第二离合器构件93和外轴7之间的连接是第一齿101的简单接合，因此此过程不会造成任何困难。更具体地，虽然根据本实施方式的PTU1具有复杂的结构，但是它能够实现简单的组装作业。
上述的结构还能够实现简单的维护。当螺线管需要维护时，除了将第二部33与第一部31分离以将螺线管暴露之外，没有什么是必要的。由于不需要将PTU1全部拆卸，所以容易进行维护。
此外，上述结构能够简单实现构造改变。例如，当离合器9和致动器11从第二部33省去，而将内轴5的花键55和外轴7的第一齿101连接的任意构件被应用到第二部33时，转矩被稳定地传输到输出轴15。更具体地，不用整体更换PTU1，分时四驱(part-time4WD)的构造可以被改变成全时四驱(full-time4WD)的构造。
更具体地，本实施方式解决了由PTU的结构复杂性造成的许多问题。
尽管已在上面参考本发明的特定示例性实施方式描述了本发明，但是本发明并不局限于上述的示例性实施方式。本领域的技术人员可以根据以上教导对上述实施方式进行修改或改变。
工业适用性
提供了一种动力输出单元，其解决了由于结构复杂性造成的问题。

Claims (9)

1.一种动力输出单元(1)，其用于从汽车(100)的传动装置(203)输出转矩，包括：
壳体(3)，其能够划分为结合在一起的第一部(31)和第二部(33)；
内轴(5)，其形成为空心的，以允许传动装置(203)的轴(213)插入，并且与传动装置(203)连接，以围绕轴线旋转；
外轴(7)，其能够独立旋转，并且与内轴(5)同轴；
离合器(9)，其置于内轴(5)和外轴(7)之间，并且被构造成当离合器(9)被连接时将内轴(5)和外轴(7)传动地连接；
致动器(11)，其被构造成连接离合器(9)；
输出轴(15)，其被配置成与外轴(7)相交或者与外轴(7)不平行且不相交，并且被配置成能够旋转；以及
齿轮组(13)，其将外轴(7)与输出轴(15)传动地连接，
其中，外轴(7)和输出轴(15)被第一部(31)可旋转地支撑，离合器(9)被第二部(33)可旋转地支撑，并且致动器(11)被固定至第二部(33)，由此离合器(9)和致动器(11)连同第二部(33)能够与第一部(31)分离。
2.根据权利要求1所述的动力输出单元(1)，其中，离合器(9)包括第一离合器构件(91)和第二离合器构件(93)，第一离合器构件(91)与内轴(5)传动地连接，第二离合器构件(93)与外轴(7)接合，并且致动器(11)被构造成在轴线的方向上驱动第二离合器构件(93)。
3.根据权利要求2所述的动力输出单元(1)，其中，离合器构件(91)与内轴(5)的外围连接，并且第二离合器构件(93)在轴线的方向上与外轴(7)的端部接合。
4.根据权利要求2或3所述的动力输出单元(1)，其中，第二离合器构件(93)能够与外轴(7)保持接合并且在轴线的方向上移动，以与第一离合器构件(91)连接。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的动力输出单元(1)，其中，离合器构件(91)被第二部(33)通过置于它们之间的轴承(65)支撑，并且第二离合器构件(93)被第二部(33)通过置于它们之间的介入的致动器(11)支撑。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的动力输出单元(1)，其还包括：
套筒部分(121)，其从致动器(11)径向地延长并且滑动地装配在第二离合器构件(93)上，以支撑第二离合器构件(93)。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的动力输出单元(1)，其中，外轴(7)和第二离合器构件(93)包括在轴线的方向上延伸并且相互接合的第一齿(101)，每个第一齿(101)与轴线的方向形成角度(a1)，以将第二离合器构件(93)朝向第一离合器构件(91)偏置。
8.根据权利要求7所述的动力输出单元(1)，其中，第一离合器构件(91)和第二离合器构件(93)包括在轴线的方向上延伸并且相互接合的第二齿(103)，每个第二齿(103)与轴线的方向形成小于所述角度(a1)的角度(a2)。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的动力输出单元(1)，其还包括：
第一轴承(61)和第二轴承(63)，它们在轴线的方向上相互隔开并且置于第一部(31)和外轴(7)之间，以支撑外轴(7)。
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