CN106232410B - 带有行星齿轮组的车辆动力传递单元（ptu） - Google Patents

Abstract

车辆动力传递单元（PTU）组件——诸如用于汽车的PTU组件——的一个实施方案包括输入轴、行星齿轮组、中间轴、环形齿轮和输出齿轮。行星齿轮组包括太阳齿轮、多个行星齿轮和内齿轮。太阳齿轮附接至车辆PTU的壳体，且在使用中不旋转。行星齿轮相互连接至输入轴，并由输入轴驱动。内齿轮相应地由行星齿轮驱动。中间轴相互连接至内齿轮，并由内齿轮驱动。环形齿轮相互连接至中间轴，且输出齿轮由环形齿轮驱动。

Description

带有行星齿轮组的车辆动力传递单元（PTU）

技术领域

本公开总体上涉及车辆动力传递单元（PTU），并且更具体地涉及在车辆PTU中使用的轴和齿轮组件。

背景技术

一般地，车辆动力传动系统（vehicle driveline）将扭矩从车辆的发动机传递到其车轮。机动车动力传动系统有时包括动力传递单元（PTU，也被称为动力输送单元），其用于选择性地将扭矩分散在动力传动系统中的轴当中。PTU常常装备在四轮和全轮机动车动力传动系统构型中。动力传递单元通常由封闭并支撑齿轮、轴和轴承的壳体构成。如汽车中的其它地方那样，机动车动力传动系统中的包装常常需要固定不变的尺寸约束。并且有时，当设计PTU以产生期望的扭矩输出同时仍满足由机动车制造商施加的耐久性要求时，尺寸约束提出了挑战。

发明内容

在一个实施方案中，车辆动力传递单元（PTU）组件包括输入轴、行星齿轮组、中间轴、环形齿轮（ring gear）和输出齿轮。输入轴绕第一轴线旋转。行星齿轮组由输入轴驱动，且包括太阳齿轮、多个行星齿轮和内齿轮（annular gear）。太阳齿轮被固定以防旋转。行星齿轮相互连接至输入轴，并由输入轴驱动。行星齿轮围绕太阳齿轮绕转。内齿轮由行星齿轮驱动。中间轴绕第一轴线旋转，相互连接至内齿轮并由内齿轮驱动。环形齿轮相互连接至中间轴，并随中间轴一起旋转。输出齿轮绕第二轴线旋转。第二轴线布置成相对于第一轴线成一定角度。输出齿轮由环形齿轮驱动。

在另一实施方案中，车辆动力传递单元（PTU）组件包括输入轴、行星齿轮组、套筒轴、环形齿轮和小齿轮（pinion）。行星齿轮组与输入轴同轴，且包括太阳齿轮、多个行星齿轮和内齿轮。当车辆PTU在使用中时，太阳齿轮相对于行星齿轮保持静止。行星齿轮直接相互连接至输入轴而没有位于行星齿轮与输入轴之间的中间齿轮。行星齿轮由输入轴驱动，并围绕太阳齿轮绕转。行星齿轮经由齿轮间驱动和接合直接驱动内齿轮。套筒轴与输入轴同轴，并直接相互连接至内齿轮而没有位于套筒轴与内齿轮之间的中间齿轮。套筒轴由内齿轮驱动。环形齿轮与输入轴同轴，并由套筒轴承载。小齿轮不与输入轴同轴。由环形齿轮经由齿轮间驱动和接合直接驱动小齿轮。

附图说明

图1是车辆动力传递单元（PTU）组件的透视图；

图2是在图1中的箭头2-2处截取的横截面视图；以及

图3是在y轴上标绘以牛顿米（Nm）为单位的扭矩且在x轴上标绘齿轮转数的图表。

具体实施方式

参考附图，用于机动车辆的车辆动力传递单元（PTU）组件10满足时常由机动车制造商施加的扭矩和耐久性要求。因此，扩增了PTU组件10的扭矩负载循环容量（duty cyclecapacity）。PTU组件10装备有行星齿轮组12以提供相对紧凑的设计和构造，以便满足在安装中经常固定不变的尺寸约束。虽然在图中由一个实施例图示，但在其它实施例（下文描述了其中一些实施例）中，PTU组件10能够具有不同的设计和构造。实际上，其精确的设计和构造通常取决于其中安装有PTU组件10的具体应用。所述应用能够涉及各种转向、发动机和传动部件以及随附的包装需求，所有这些均能够指示PTU组件10的设计和构造。作为题外话，除非另有规定，否则如本描述中所使用的术语轴向地、径向地、周向地及其相关形式是关于PTU组件10的总体上环形和圆筒形部件的。

在图1和图2的实施例中，PTU组件10是多件式机构，其带有一同工作以便产生期望的扭矩输出的部件。在该实施例中，PTU组件10包括输入轴14、行星齿轮组12、中间轴16、环形齿轮18和输出齿轮20。其它部件能够包括轴承22、密封件还有额外的轴和齿轮。并且尽管未在图中描绘，但由金属或非金属材料组成的PTU壳体、盖和/或中间结构封闭并支撑PTU组件10的部件。

输入轴14能够相互连接至上游的动力传动系统部件（诸如，差速器），且因此由其驱动。示出联接器24，其用于在输入轴14的一端处形成这种相互连接，而且用于这样做的其它方式和部件是可能的。在该实施例中，输入轴14是中空金属管。当将PTU组件10在更大的机动车动力传动系统中投入使用时，输入轴14绕第一轴线X1旋转。在与联接器24相对的端部处，输入轴14具有凸缘26，所述凸缘26从输入轴的主要管状主体径向向外突伸。凸缘26呈现输入轴14的整体延伸部，并被用于将输入轴与行星齿轮组12相互连接在一起。具体地，凸缘26直接相互连接至行星齿轮组12的多个行星齿轮28。所述直接相互连接能够借助于栓接、焊接、力配合、铆接或经由其它机械附接技术来实行。所述相互连接就其缺乏位于凸缘26与行星齿轮28之间的中间部件（比如添加的齿轮或轴或类似的某物）的意义而言是直接的。

行星齿轮组12增加了速度且减小了从进入的旋转运动至出外的旋转运动的扭矩。行星齿轮组12相互连接至输入轴14，且因此由其驱动。并且像输入轴14那样，行星齿轮组12绕第一轴线X1旋转；换言之，行星齿轮组与输入轴同轴。如图1和图2中所图示，行星齿轮组12位于输入轴14的一端处凸缘26处，而且能够位于沿输入轴的其它地方，诸如输入轴的终端之间的近似中间位置。进入的旋转运动从输入轴14接收，且出外的旋转运动被传送至中间轴16。从输入轴14至中间轴16，行星齿轮组12提供扭矩减小功能。在一具体示例中，行星齿轮组12给出近似1.5:1的扭矩减小；当然，在其它示例中，其它扭矩减小值也是可能的。除了其它可能因素之外，精确的扭矩减小将取决于相关联部件的直径。扭矩减小（连同伴随的速度增加一起）改进了PTU组件10的整体耐久性能及其负载循环容量，如下文更详细地描述的那样。此外，行星齿轮组12中的齿轮的布置展现出相对紧凑的设计和构造以实现这些改进，使得相比于其它齿轮布置，能够更容易地满足包装和尺寸约束。

仍参考图1和图2，行星齿轮组12包括太阳齿轮30、行星齿轮28和内齿轮32。太阳齿轮30位于紧邻凸缘26的输入齿轮14的极端部处。太阳齿轮30与输入轴14同轴。针对扭矩减小和速度增加，太阳齿轮30被附接至PTU壳体并因此保持静止，且在PTU组件10的使用期间不旋转。附接能够借助于栓接、焊接、力配合、铆接或经由其它机械附接技术来实行。换言之，太阳齿轮30被固接至PTU壳体，并被固定以防在操作中旋转。行星齿轮28在PTU组件10的使用期间围绕太阳齿轮30和第一轴线X1绕转。当每个行星齿轮围绕第一轴线X1绕转时，每个行星齿轮28也绕其自身的轴线旋转。能够存在不同数量的离散的和单个的行星齿轮28，诸如两个、三个、四个或更多个。每个行星齿轮28具有与太阳齿轮30的齿直接啮合以及与内齿轮32的齿直接啮合的齿。在一侧上，行星齿轮28直接相互连接至凸缘26（如先前所描述的那样），且因此由输入轴14直接驱动。在另一侧上，行星齿轮28直接相互连接至承载件（carrier）34。承载件34保持行星齿轮28相对于彼此处于恰当位置，并在操作中与行星齿轮一起旋转。最后，内齿轮32围绕太阳齿轮30旋转，并与输入轴14同轴。内齿轮32的径向向内的齿与行星齿轮28的齿直接啮合，且因此内齿轮由行星齿轮直接驱动。在内齿轮32的一侧上，凸缘36在侧壁38的外侧轴向突伸。凸缘36可以是内齿轮32的整体延伸部（也就是说，所有结构均是一片材料形成的），并被用于将内齿轮与中间轴16直接相互连接在一起。所述直接相互连接能够经由如图2中所示的花键式配合件40、栓接、焊接、力配合、铆接、螺纹连接或经由其它机械附接技术来实现。在所示的实施例中，附接缺乏在内齿轮32与中间轴16之间的中间部件。在相互连接时且如或许在图2中最佳地描绘的那样，凸缘36沿第一轴线X1与中间轴16和输入轴14两者重叠。

中间轴16相互连接至行星齿轮组12，且因此由其驱动。具体地，且如上文所描述的那样，中间轴16由内齿轮32经由这两者之间的直接相互连接直接驱动。在该实施例中，中间轴16是中空金属管，并绕第一轴线X1旋转。如其它部件那样，中间轴16与输入轴14同轴。关于彼此，中间轴16在输入轴的径向向外位置处与输入轴14重叠并周向地环绕输入轴14。这或许在图2中最佳地描绘，且就该意义而言，中间轴16是套筒轴，因为其配合在输入轴14上并围绕输入轴14。换句话说，在该实施例中，输入轴14径向地设置在套筒轴16内侧，并且其对立表面之间有些微间隙，以在所述轴在操作中旋转时排除干扰。套筒轴16具有小于输入轴14的轴向长度的轴向长度，且因此不完全端部至端部地与输入轴重叠。在该实施例中，重叠由包装需求指示，且在其它实施例中，中间轴16无需是套筒轴且无需如图示的那样配合在输入轴14上。由轴承22促进套筒轴16的旋转。套筒轴16直接相互连接至环形齿轮18，而其间没有中间部件。在其外表面42处，套筒轴16承载环形齿轮18，使得套筒轴与环形齿轮在操作期间一同旋转。所述直接相互连接能够借助于栓接、焊接、力配合、铆接或经由其它机械附接技术来实现。

仍参考图1和图2，环形齿轮18相互连接至中间轴16，且因此由其驱动。具体地且如上文所描述的那样，环形齿轮18由中间轴16经由这两者之间的直接相互连接直接驱动。环形齿轮18能够组成准双曲面或螺旋齿轮组的一部分，其中所述准双曲面或螺旋齿轮组也包括输出齿轮20。环形齿轮18绕第一轴线X1旋转，且因此与输入轴14同轴。关于彼此，环形齿轮18定位在中间轴16的径向向外侧处。并且尽管环形齿轮18位于中间轴16的终端之间，但其也能够位于终端附近或终端处。

现在参考图1，输出齿轮20由环形齿轮18直接驱动。在与环形齿轮18相对的端部处，输出齿轮20能够相互连接至和/或能够驱动下游的动力传动系统部件（诸如万向轴）。输出齿轮20具有与环形齿轮18的齿直接啮合的齿。在使用中，输出齿轮20绕第二轴线X2旋转，所述第二轴线设置成相对于第一轴线X1成一定角度。在一个示例中，第一轴线X1和第二轴线X2相对于彼此垂直。输出齿轮20能够是小齿轮，其组成准双曲面或螺旋齿轮组的另一部分。

在使用中，车辆PTU组件10满足时常由机动车制造商施加的扭矩和耐久性要求，同时满足也提出的尺寸约束。参考图3，在一个示例中，提出了扭矩负载循环线A。在点A1处，比如，需要具体PTU组件在以近似1,000的转数运行时承受近似1,000牛顿米（Nm）的扭矩；且在点A2处，需要具体PTU组件在以近似1,000,000的转数运行时承受近似50 Nm的扭矩。这些耐久性要求通常被施加在PTU组件的准双曲面或螺旋齿轮组（在该实施例中，是环形齿轮18和输出齿轮20）上。如上文所描述的，行星齿轮组12减小了通过其传送的旋转运动的扭矩，且因此赋予PTU组件10增加的扭矩负载循环容量。在图3中，由线B表示PTU组件10的扭矩和耐久能力。由于线B被标绘为远高于扭矩负载循环线A，所以PTU组件10容易满足该要求。比如，在点B1处，当以近似1,000,000的转数运行时，PTU组件10能够承受近似1,000 Nm的扭矩—这容易地满足了点A2的要求。由线B表示的扭矩和耐久能力提高了PTU组件10的使用寿命。应理解的是，图3中呈现的数据是模拟的结果，且并非所有模拟均将必然地产生这些确切结果。模拟是在类似于图1和图2的PTU组件的PTU组件上进行的。

最后，PTU组件10的其它实施例能够具有与图中所图示的设计和构造不同的设计和构造。比如，附图的PTU组件呈现单轴线架构，但PTU组件也能够具有双轴线架构。并且尽管PTU组件10缺乏装备在其部件当中的离合器机构，但PTU组件的其它实施例能够包括一个离合器机构。此外，尽管附图未描绘其所有齿轮上的单个齿，但技术人员将理解，齿轮齿实际上存在于包括太阳齿轮、行星齿轮、内齿轮、环形齿轮和输出齿轮的齿轮部件上。

将理解的是，以上描述旨在是说明性的而非限制性的。在阅读以上描述时，除了所提供的示例之外，本领域技术人员将显而易见到许多实施例和应用。本发明的范围不应参考以上描述而是应参考所附权利要求连同这样的权利要求赋予其权利的等价物的完整范围来确定。预期并期望未来的发展将出现在本文中所论述的领域中，且所公开的组件和方法将被并入这种未来的实施例中。总而言之，应理解的是，本发明能够进行修改和变化，这仅由以下权利要求限制。

除非本文中明确作出不同的指示，否则权利要求中所使用的所有术语均旨在被给予如由本领域技术人员所理解的其最广泛的合理释义及其普遍意义。具体地，除非权利要求叙述了不同的明确限制，否则单数冠词（诸如，“一个”、“该”、“所述”等）的使用应当被诠释为叙述所指示的元件中的一个或多个。此外，为了参考一个或多个所识别的轴线的描述的容易性，使用术语“轴向”或“轴向地”以及“径向”或“径向地”；这些术语不旨在是限制性的，且旨在涵盖且不排除如横向、纵向、向内、向外等等的其它术语。

Claims (11)

1.一种车辆动力传递单元（PTU）组件，其包括：

输入轴，其绕第一轴线旋转；

由所述输入轴驱动的行星齿轮组，所述行星齿轮组包括太阳齿轮、多个行星齿轮和内齿轮，所述太阳齿轮被固定以防旋转，所述多个行星齿轮相互连接至所述输入轴并由所述输入轴驱动，且围绕所述太阳齿轮绕转，所述内齿轮由所述多个行星齿轮驱动；

中间轴，其绕所述第一轴线旋转，并相互连接至所述内齿轮且由所述内齿轮驱动；

环形齿轮，其相互连接至所述中间轴并随所述中间轴一起旋转；以及

绕第二轴线旋转的输出齿轮，所述第二轴线布置成相对于所述第一轴线成一定角度，所述输出齿轮由所述环形齿轮驱动。

2.根据权利要求1所述的车辆动力传递单元（PTU）组件，其中，所述输入轴与所述行星齿轮组关于所述第一轴线相对于彼此同轴，并且其中所述多个行星齿轮围绕所述第一轴线绕转。

3.根据权利要求1所述的车辆动力传递单元（PTU）组件，其中，所述输入轴与所述多个行星齿轮之间的相互连接是直接相互连接，且其间没有中间齿轮。

4.根据权利要求1所述的车辆动力传递单元（PTU）组件，其中，所述内齿轮与所述中间轴之间的所述相互连接是直接相互连接，且其间没有中间齿轮。

5.根据权利要求1所述的车辆动力传递单元（PTU）组件，其中，所述中间轴是套筒轴，其在所述输入轴的径向向外位置处与所述输入轴重叠。

6.根据权利要求5所述的车辆动力传递单元（PTU）组件，其中，所述环形齿轮绕所述第一轴线与所述套筒轴一起旋转。

7.根据权利要求1所述的车辆动力传递单元（PTU）组件，其中，所述环形齿轮经由直接齿轮间驱动直接驱动所述输出齿轮。

8.根据权利要求7所述的车辆动力传递单元（PTU）组件，其中，所述输出齿轮是小齿轮。

9.根据权利要求1所述的车辆动力传递单元（PTU）组件，其中，所述第二轴线布置成相对于所述第一轴线正交。

10.根据权利要求1所述的车辆动力传递单元（PTU）组件，其中，所述车辆动力传递单元（PTU）组件不含有安装在所述输入轴、所述行星齿轮组、所述中间轴、所述环形齿轮和所述输出齿轮当中的离合器机构。

11.一种车辆动力传递单元（PTU）组件，其包括：

输入轴；

行星齿轮组，其与所述输入轴同轴且包括太阳齿轮、多个行星齿轮和内齿轮，所述太阳齿轮被固定以防旋转，当所述车辆动力传递单元（PTU）组件在使用中时，所述太阳齿轮相对于所述多个行星齿轮保持静止，所述多个行星齿轮直接相互连接至所述输入轴而没有位于其间的中间齿轮并由所述输入轴驱动，且围绕所述太阳齿轮绕转，所述内齿轮由所述多个行星齿轮经由齿轮间驱动直接驱动；

套筒轴，其与所述输入轴同轴并直接相互连接至所述内齿轮，而其间没有中间齿轮，所述套筒轴由所述内齿轮驱动；

环形齿轮，其与所述输入轴同轴并由所述套筒轴承载；以及

小齿轮，其不与所述输入轴同轴并且由所述环形齿轮经由齿轮间驱动直接驱动。