CN115263940A - 一种主动断开式限滑耦合器 - Google Patents

Abstract

本申请属于车辆技术领域，特别是涉及一种主动断开式限滑耦合器。现有的全轮驱动限滑耦合器降低了全轮驱动系统的传动效率和燃油经济性。本申请提供了一种主动断开式限滑耦合器，包括壳体，壳体内设置有相互连接的离合器压紧组件与动力传递组件，离合器压紧组件与执行组件连接，执行组件与控制器连接，执行组件设置于壳体内，动力传递组件包括输入轴、摩擦片组和输出毂，摩擦片组设置于输入轴和输出毂之间，离合器压紧组件包括空间球凸轮机构，空间球凸轮机构设置于所述输入轴上，空间球凸轮机构与摩擦片组接触，摩擦片组能够沿着所述输入轴轴线方向移动。降低整车油耗，显著提高整车的燃油经济性。

Description

一种主动断开式限滑耦合器

技术领域

本申请属于车辆技术领域，特别是涉及一种主动断开式限滑耦合器。

背景技术

全轮驱动限滑耦合器通常安装于全轮驱动汽车后驱动桥的前部，或位于变速器的后部、 中间传动轴之前，或集成在全轮驱动分动器的内部、前、后输出轴之间，用来限制驱动桥上 车轮的打滑，以及起到控制不同驱动桥之间差速的作用；或安装于全轮驱动汽车后驱动桥的 内部，用于限制一侧驱动车轮的打滑，起到控制同驱动桥上各个车轮之间差速的作用。

配备主动式全轮驱动限滑耦合器的车辆行驶在附着较差的路面如冰雪、滑水、泥泞、越 野路等，或特定工况下，如爬陡坡，急加速，弹射起步等，全轮驱动系统的控制器ECU通过 采集整车上相关传感器的信号，分析当前的车辆状态，计算出需要分配到辅助驱动桥(对于 全地形越野车，辅助驱动桥多为前桥；对于城市SUV，辅助驱动桥多为后桥)的动力，并对 全轮驱动限滑耦合器请求一定的结合扭矩，此时，动力通过全轮驱动限滑耦合器传递到辅助 驱动桥，实现车辆的全轮驱动；当车辆在良好路面上行驶或高速直线行驶时，智能全轮驱动 系统处于两轮驱动模式，主动式全轮驱动限滑耦合器内部仍然存在一定的结合扭矩，用于克 服传动系统其他总成如前取力器、中间传动轴和后主减速器等内部的寄生损失拖曳扭矩。

目前传统的全轮驱动系统多采用电磁式或电子液压式执行机构，因其结构简单，成熟可 靠等特点得到了广泛的应用，但却存在一个问题：出于对响应速度的考虑和润滑油粘度的影 响，这些全轮驱动限滑耦合器即使在两轮驱动模式下仍无法做到完全断开，即离合器的主动 部分和从动部分无法完全分离，不但增加了两轮驱动模式下全轮驱动系统的拖曳扭矩，而且 拖曳扭矩通常随着车速的增加而增加，大大降低了全轮驱动系统的传动效率和燃油经济性。

发明内容

1.要解决的技术问题

基于现有的全轮驱动限滑耦合器在两轮驱动模式下仍无法做到完全断开，即离合器的主 动部分和从动部分无法完全分离，不但增加了两驱模式下全轮驱动系统的拖曳扭矩，而且拖 曳扭矩通常随着车速的增加而增加，大大降低了全轮驱动系统的传动效率和燃油经济性的问 题，本申请提供了一种主动断开式限滑耦合器。

2.技术方案

为了达到上述的目的，本申请提供了一种主动断开式限滑耦合器，包括壳体，所述壳体 内设置有相互连接的离合器压紧组件与动力传递组件，所述离合器压紧组件与执行组件连接， 所述执行组件与控制器连接，所述执行组件设置于所述壳体内，所述动力传递组件包括输入 轴、摩擦片组和输出毂，所述摩擦片组设置于所述输入轴和所述输出毂之间，所述离合器压 紧组件包括空间球凸轮机构，所述空间球凸轮机构设置于所述输入轴上，所述空间球凸轮机 构与所述摩擦片组接触，所述摩擦片组能够沿着所述输入轴轴线方向移动。

本申请提供的另一种实施方式为：所述空间球凸轮机构包括依次排列的凸轮板、钢球和 蜗轮板，所述凸轮板固定于所述壳体上，所述蜗轮板与所述输入轴同轴设置，所述凸轮板上 设置有第一凹槽，所述蜗轮板上设置有第二凹槽，所述钢球设置于所述第一凹槽与所述第二 凹槽之间。

本申请提供的另一种实施方式为：所述执行组件包括相互连接的蜗杆和执行电机，所述 蜗杆与所述蜗轮板连接，所述执行电机与所述控制器连接。

本申请提供的另一种实施方式为：所述壳体上设置有空腔，所述执行电机设置于所述空 腔内，所述执行电机端面与所述壳体接触。

本申请提供的另一种实施方式为：所述摩擦片组包括摩擦片和钢片，所述钢片设置于所 述摩擦片之间，所述摩擦片与所述钢片依次排列，所述摩擦片设置于所述输入轴上，所述摩 擦片能够在所述输入轴上轴向移动。

本申请提供的另一种实施方式为：所述蜗轮板通过推力轴承与压盘连接，所述压盘、第 一止推垫片、摩擦片组第二止推垫片和输出毂依次压紧排列，所述输出毂上设置有环形槽， 所述环形槽内设置有推力轴承。

本申请提供的另一种实施方式为：所述第一凹槽沿所述凸轮板圆周方向均匀分布，所述 第一凹槽为3～6个，所述第二凹槽与所述第一凹槽对称布置，所述第二凹槽数量与所述第一 凹槽数量相同。

本申请提供的另一种实施方式为：所述执行电机与所述离合器压紧组件之间设置有油封。

本申请提供的另一种实施方式为：还包括输入法兰，所述输入法兰设置于所述输入轴上， 所述输入法兰通过锁紧螺母与所述输入轴连接，所述输入法兰与所述壳体连接，所述输入法 兰与所述壳体之间设置有径向油封，所述径向油封设置于所述壳体内。

本申请提供的另一种实施方式为：所述壳体上设置有轴承座，所述壳体上设置有卡环槽， 所述轴承座上设置有球轴承，所述卡环槽内设置有卡环，所述球轴承设置于所述卡环上；所 述球轴承设置于所述输入轴和所述壳体之间。

3.有益效果

与现有技术相比，本申请提供的主动断开式限滑耦合器的有益效果在于：

本申请提供的主动断开式限滑耦合器，为一种可用于全轮驱动汽车，亦可用于多轴驱动 车辆如6X6或分布式驱动车辆的主动断开式限滑耦合器，一般起到限制驱动车轮打滑、控制 不同驱动桥之间差速或同驱动桥轴上各个车轮之间差速的作用。

本申请提供的主动断开式限滑耦合器，克服现有主动式全轮驱动限滑耦合器在两驱模式 下无法完全断开的不足，可以在全轮驱动模式下充分结合，实现动力到辅助驱动桥快速、充 分的传递，还可以在两驱模式下实现主动断开式全轮驱动限滑耦合器的完全断开，配合断开 式取力器使用，可中断动力传递到中间传动轴等相关旋转零件，降低或消除这些传动系零件 的机械寄生损失，从而降低整车油耗，显著提高整车的燃油经济性。

当本申请提供的主动断开式限滑耦合器配合断开式取力器(通常位于变速器和中间传动 轴之间)使用时，可以在两驱模式下中断动力传递到中间传动轴等一部分旋转零件，降低或 消除这些传动系零件的机械寄生损失，从而降低了整车油耗，相比配备传统无法完全断开的 主动式全轮驱动限滑耦合器的车辆，可以显著提高了整车的燃油经济性，降低整车的碳排放。

附图说明

图1是本申请的主动断开式限滑耦合器结构示意图；

图2是本申请的主动断开式限滑耦合器局部结构示意图；

图3是本申请的空间球凸轮机构结构示意图；

图4是本申请的摩擦片组结构示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述， 所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况 下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中 的某些特征，获得其它优选的实施方式。

参见图1～4，本申请提供一种主动断开式限滑耦合器，包括壳体21，所述壳体21内设 置有相互连接的离合器压紧组件与动力传递组件，所述离合器压紧组件与执行组件连接，所 述执行组件与控制器连接，所述执行组件设置于所述壳体21内，所述动力传递组件包括输入 轴2和摩擦片组，所述摩擦片组设置于所述输入轴2上，所述离合器压紧组件包括空间球凸 轮机构，所述空间球凸轮机构设置于所述输入轴2上，所述空间球凸轮机构与所述摩擦片组 接触，所述摩擦片组既能够随所述输入轴2旋转，亦能够沿着所述输入轴2轴线方向移动。

壳体21采用铝合金高压铸造，铸造后进行喷丸处理和泄露测试，以保证内部润滑油的密 封效果；对壳体21进行喷丸处理和泄露测试后，机加工采用一次性装夹，以保证壳体21上 各关键特征的位置度和关键特性；机加工后的壳体21零件应及时进行高压冲洗和清洗，以满 足一定的清洁度要求。

具有两种工作模式：全轮驱动模式和两轮驱动模式(对于大多数4轮乘用车)；在全轮 驱动模式下，本申请中的主动断开式全轮驱动限滑耦合器可以充分结合，实现将发动机输出 的动力快速、充分的传递到辅助驱动桥；在两轮驱动模式下，本申请中的主动断开式全轮驱 动限滑耦合器可以实现发动机到辅助驱动桥的动力完全断开，通过配合断开式取力器使用， 可中断传递到中间传动轴等相关旋转零件的动力，降低或消除这些传动系零件的机械寄生损 失，从而降低整车油耗，显著提高整车的燃油经济性，以克服现有主动式全轮驱动限滑耦合 器的不足。

对于配备该主动断开式全轮驱动限滑耦合器的车辆行驶在附着较差的路面(如冰雪、滑 水、泥泞、越野等)或特定工况(如爬坡，急转弯，急加速等)时，智能全轮驱动系统通过 采集整车上相关传感器的信号，分析车辆的当前状态，如果监测出主驱动桥上的车轮打滑， 则迅速计算出需要分配到辅助驱动桥的动力，并对主动式全轮驱动限滑耦合器请求一定的结 合扭矩，通过耦合器将动力传递到此时不打滑(或打滑程度低)的车轮上，实现车辆的全轮 驱动，提高车辆的行驶稳定性和操控性。本申请中的主动断开式全轮驱动限滑耦合器的结合 是通过执行组件带动空间球凸轮机构运动，使得空间球凸轮机构向摩擦片组的方向轴向移动， 从而通过压紧摩擦片组，实现了湿式多片离合器的结合，即完成主动式全轮驱动限滑耦合器 的结合；当配备智能全轮驱动系统的车辆在附着良好的路面上行驶或高速直线行驶时，汽车 处于两轮驱动模式，此时前取力器、中间传动轴和后主减速器等传动系总成内的一部分零件 不参与驱动车辆，本申请中的主动断开式全轮驱动限滑耦合器的车辆，在两驱模式下可以通 过控制器控制执行组件带动空间球凸轮机构运动后不再压紧摩擦片组，实现摩擦片组内部件 的完全分离。与此同时，耦合器内部的润滑油通过旋转零件(如输入轴)的搅油作用(离心 力的作用)下，迅速填充到摩擦片组之间的空隙，致使摩擦片组部件之间失去了物理接触， 完成了多片湿式离合器的完全分离，即实现了全轮驱动限滑耦合器的完全断开。当本申请中 的主动断开式全轮驱动限滑耦合器配合断开式取力器(通常位于变速器和中间传动轴之间) 使用时，可以在两驱模式下中断动力传递到中间传动轴等一部分旋转零件，降低或消除这些 传动系零件的机械寄生损失，从而降低了整车油耗，相比配备传统无法完全断开的主动式全 轮驱动限滑耦合器的车辆，可以显著提高了整车的燃油经济性，降低整车的碳排放。

进一步地，所述空间球凸轮机构包括依次排列的凸轮板7、所述钢球19和蜗轮板9，所 述凸轮板7固定于所述壳体21上，所述蜗轮板9与所述输入轴2同轴设置，所述凸轮板7上设置有第一凹槽，所述蜗轮板9上设置有第二凹槽，所述钢球19设置于所述第一凹槽与所述第二凹槽之间。

所述凸轮板7和所述蜗轮板9同轴安装，均采用粉末冶金加工成型，所述凸轮板7的一 个侧面中部沿圆周方向加工有3～6个半梭形凹槽，半梭形凹槽为中间低，两端高的结构，凹 槽的内轮廓采用渐开线设计；所述蜗轮板9与所述凸轮板7相对的端面上也对称加工有相同 形状相同数量的半梭形凹槽，每对半梭形凹槽之间设置1个钢球，所述钢球19的成型方法与 轴承钢球相同，所述凸轮板7、所述蜗轮板9及其半梭形凹槽包络的所述钢球19共同构成空 间球凸轮机构。

当所述凸轮板7与所述蜗轮板9无相对旋转运动时，自由状态下的所述钢球19位于所述 凸轮板7和所述蜗轮板9上每对半梭形凹槽的最低点，此时所述凸轮板7与所述蜗轮板9的 轴向距离最小；当所述蜗轮板9相对所述凸轮板7产生了一定的相对转角后，所述钢球19由 自由状态转换为工作状态，在所述凸轮板7和所述蜗轮板9的半梭形凹槽轮廓的共同推挤下， 所述钢球19离开每对半梭形凹槽的最低点，由于所述凸轮板7和所述蜗轮板9的半梭形凹槽 均采用中间低，两端高的设计，故从每对半梭形凹槽最低点游走出来的所述钢球19造成所述 凸轮板7和所述蜗轮板9的轴向距离变大。

垫片8为薄圆环形，且冲压成型；所述凸轮板7通过圆环形所述垫片8固定在所述壳体 21中，无法轴向移动和转动；所述蜗轮板9与所述输入轴2同轴，且之间安装有滚针轴承20， 所述蜗轮板9在蜗杆18的驱动下可以沿所述输入轴2的轴线转动并前后平移一定的距离；所 述凸轮板7被固定在所述壳体21中，无法移动，故所述蜗轮板9在所述蜗杆18的驱动下正 向旋转时，所述钢球19将离开每对半梭形凹槽的最低点，处于工作状态，推动所述蜗轮板9 向湿式多片离合器组件的方向移动一段距离，从而通过推力轴承13推动压盘11压紧湿式多 片离合器组件，完成全轮驱动限滑耦合器的结合；相反的，所述蜗杆18驱动所述蜗轮板9反 向旋转时，所述蜗轮板9向远离湿式多片离合器组件的方向轴向移动一段距离，所述钢球19 在重力的作用下回归到自由状态，所述压盘11对湿式多片离合器组件的压紧力消失，湿式多 片离合器组件内钢片16和摩擦片15完全分离，完成了全轮驱动限滑耦合器的断开。

所述蜗轮板9的小端加工有环形卡槽，所述推力轴承13的内圈也冲压有向内突出的若干 卡点，卡点数量至少为3个，所述推力轴承13通过卡点装卡在所述蜗轮板9的环形槽内，以 限制其轴向移动。

进一步地，所述执行组件包括相互连接的所述蜗杆18和执行电机23，所述蜗杆18与所 述蜗轮板9连接，所述执行电机23与所述控制器连接。

所述执行电机23可设计为无刷电机或步进电机，电机轴通过花键或平键与蜗杆轴连接， 蜗杆轴两端设置有轴承，轴承可承受一定的轴向力，可以选用一对锥轴承或角接触球轴承； 所述执行电机23可以驱动蜗杆轴双向旋转，蜗杆轴则带动所述蜗轮板双向旋转；此外，所述 执行电机23通过导线与主动断开式全轮驱动限滑耦合器的控制器ECU连接，用于直接电压 或电流控制所述执行电机的转速和转向；所述执行电机23和湿式多片离合器组件之间设置有 油封25，以隔绝润滑油；输入法兰3的小端与壳体21之间亦设置有径向油封6，用于密封内 部的润滑油，且防止外部污染物的侵入；空间球凸轮机构、蜗轮盘、蜗杆18和摩擦片组共用 同一种润滑油，该润滑油储存在耦合器壳体和后驱动桥壳体共同组成的空间内，并通过油封， O型密封圈等与外部隔绝。

所述执行电机23可设计为无刷电机或步进电机，电机轴通过花键或平键与蜗杆轴连接， 可以正向和反向驱动蜗杆旋转，并提供一定的驱动转矩；所述执行电机23应设计紧凑，以便 安装在限滑耦合器壳体上预留的圆柱形空腔内；所述执行电机23壳体靠近电机轴的一端应加 工有外止口台阶，以便与限滑耦合器壳体上的内孔过盈配合；电机轴与限滑耦合器壳体设计 有油封，以隔绝全轮驱动限滑耦合器内部的润滑油；车削或磨削加工电机轴时，应采用单次 径向进刀和退刀的加工方法，以防止在电机轴上留下螺旋线刀纹，在电机轴旋转时产生泵油 效果，影响油封的密封效果；电机固定座22与所述执行电机23延申出限滑耦合器壳体外的 部分过盈配合，并通过电机安装螺栓24紧固在耦合器的壳体21上，所述电机固定座22的内 表面辊压加工有防滑花纹，防止所述执行电机23在车辆行驶过程中由于振动造成的轴向窜动； 所述执行电机23通过导线与主动断开式全轮驱动限滑耦合器的控制器ECU连接，可直接接 受控制器的指令信号电压或电流，根据汽车的行驶状态实时调整所述执行电机23的转速和转 向；全轮驱动系统工作时，所述执行电机23的耗电量应不影响汽车其他系统的正常工作；所 述执行电机23的防水等级是IP69，且驾驶员或乘员在驾驶室应无法察觉所述执行电机23的 工作噪音；所述执行电机的设计寿命应等同或高于整车的寿命要求。

蜗杆轴两端设计加工有精度较高的轴颈和轴肩，分别与蜗杆前轴承和蜗杆后轴承的轴承 内圈配合，蜗杆前轴承27和蜗杆后轴承28可以选用一对锥轴承或角接触球轴承，可承受一 定的轴向力；限滑耦合器的壳体上加工有轴承座，蜗杆前轴承27和蜗杆后轴承28的外圈分 别压装在两个轴承座内，与壳体21过盈配合；限滑耦合器的壳体上加工有卡环槽，蜗杆后轴 承的外侧用卡环26限位。前后两个蜗杆轴承设计寿命应高于全轮驱动限滑耦合器的总成寿命， 终身免维护。

进一步地，所述摩擦片组包括摩擦片15和钢片16，所述钢片16设置于所述摩擦片15 之间，所述摩擦片15与所述钢片16依次排列，所述摩擦片15设置于所述输入轴2上，所述摩擦片15能够在所述输入轴2上轴向移动。

输入轴2的大端外花键亦与摩擦片15内花键间隙配合，且摩擦片15可在输入轴2上沿 轴线方向前后移动；类似的，输出毂12内花键与钢片16外花键也采用间隙配合，且钢片16 可在输出毂12内部沿轴线方向前后移动；根据主动式全轮驱动限滑耦合器所需传递扭矩的要 求扭矩容量，间隔设置一定数目的摩擦片15和钢片16，并保证摩擦片15总数比钢片16总 数多一片，即摩擦片15和钢片16同轴间隔放置，摩擦片15的一个摩擦面紧邻钢片的一个侧 面，钢片16的另一侧面则紧邻另一摩擦片15的一个摩擦面。

进一步地，所述所述蜗轮板9通过推力轴承13与压盘11连接，所述压盘11、第一止推 垫片14、摩擦片组第二止推垫片14和输出毂12依次压紧排列，所述输出毂12上设置有环形槽，所述环形槽内设置有推力轴承13。

自由位置下相邻摩擦片15和钢片16互不接触，两紧邻表面中间填充有润滑油，组成湿 式摩擦片组；在摩擦片组两侧还各放置一个较厚的钢片止推垫片14，其中一侧的止推垫片14 位于压盘11全轮驱动限滑耦合器结合时用于压紧摩擦片组和摩擦片组之间，用于传递来自于 压盘11的压紧力；另一侧的止推垫片14位于输出毂12的内端面和摩擦片组之间，用于提供 压紧摩擦片组压紧力的反作用力，以及降低摩擦片15对输出毂12内端面的磨损；输出毂12 的外端面通过推力轴承13压靠到后驱动桥或变速器壳体21内；压盘11与所述蜗轮板9之间 亦安装有推力轴承13，使得所述蜗轮板9推动压盘11的同时，可以相对于压盘11进行一定 的旋转。

进一步地，所述第一凹槽沿所述所述凸轮板7圆周方向均匀分布，所述第一凹槽为3～6 个，所述第二凹槽与所述第一凹槽对称布置，所述第二凹槽数量与所述第一凹槽数量相同。

所述凸轮板7的中部沿圆周方向均匀设计有3～6个视摩擦片组内摩擦片15和钢片16的 数目而定半梭形凹槽中间低，两端高，所述蜗轮板9的中部也相应的对称布置有相同数量的 半梭形凹槽，每对凹槽内设置有一个所述钢球19；当车辆处于两轮驱动模式时，所述凸轮板 7与所述蜗轮板9无相对转角位移，处于自由位置的所述钢球19夹在所述凸轮板7和所述蜗 轮板9之间，且位于每对半梭形凹槽的最低点；当车辆处于全轮驱动模式时，所述蜗轮板9 相对所述凸轮板7固定在壳体中产生了一定的转角位移，所述钢球19离开每对半梭形凹槽的 最低点，游走到所述凸轮板7和所述蜗轮板9中的半梭形凹槽的其他位置，由自由位置转换 为工作位置；此时，由于所述凸轮板7和所述蜗轮板9的半梭形凹槽均采用中间低，两端高 的设计，故所述钢球19的游走造成所述凸轮板7和所述蜗轮板9的轴向距离变大所述钢球 19位于每对半梭形凹槽的最低点时轴向距离最小；由于所述凸轮板7被固定在壳体21中， 无法移动，故在所述蜗轮板9正向旋转的同时，所述钢球19离开每对半梭形凹槽的最低点， 推动所述蜗轮板9向摩擦片组轴向移动一段距离，从而通过推力轴承13和压盘11压紧湿式 摩擦片；相反的，所述蜗轮板9亦可反向旋转，同时背离摩擦片组轴向移动，所述钢球19回 归到每对半梭形凹槽的最低点，实现摩擦片组内钢片16和摩擦片15的完全分离。

进一步地，还包括输入法兰3，所述输入法兰3设置于所述输入轴上2，所述输入法兰3 通过锁紧螺母1与所述输入轴2连接，所述输入法兰3与所述壳体21连接，所述输入法兰3 与所述壳体21之间设置有径向油封6，所述径向油封6设置于所述壳体21内。

输入法兰3的大端通过螺栓及止口与中间传动轴的后法兰或碗型联轴节连接，输入法兰 3的小端内花键与输入轴的小端外花键通过花键配合，并通过锁紧螺母1固定。

输入法兰3的大端加工成碗型、或三爪型、或四爪型，通过螺栓及止口与中间传动轴的 后法兰或碗型联轴节连接；另外，输入轴2小端的前部加工为光滑轴颈，用来与中间传动轴 的后法兰或碗型联轴节的内止口内孔配合；输入法兰3的小端加工有内花键，输入轴2的小 端加工有外花键，两者通过花键配合，有两种配合方式：配合方式一是输入法兰3小端的内 花键加工为直齿花键，输入轴2小端的外花键加工成斜齿花键倾角不超过0.5度，压装后采 用齿侧配合并通过锁紧螺母1固定；配合方式二是输入法兰3小端的内花键加工为阶梯齿型 花键，靠近法兰大端的花键齿高略大于齿槽深，其余部分的花键尺高正常，与输入轴2小端 的外花键压装后，前端为齿顶配合并通过锁紧螺母1固定；锁紧螺母1内部设置防松胶，同 时对锁紧螺母1施加一定的预紧力，以保证锁紧螺母1的法兰面紧贴输入法兰的内端面，起 到有效的密封作用，防止主动断开式全轮驱动限滑耦合器总成中的润滑油从输入法兰3和输 入轴2花键配合的间隙中渗出。

进一步地，所述壳体21上设置有轴承座，所述轴承座上设置有球轴承5，所述球轴承5 设置于所述输入轴2上，所述球轴承5与所述输入法兰3连接，所述球轴承5上设置有第二 卡环4。

输入轴2的大端加工有外花键，与摩擦片15的内花键间隙配合，且摩擦片15可在输入 轴2上沿轴线方向前后移动；类似的，输出毂12内部加工有内花键，与钢片16上的外花键采用间隙配合，且钢片16可在输出毂12内部沿轴线方向前后移动；根据主动式全轮驱动限滑耦合器的扭矩容量，间隔设置一定数量的摩擦片15和钢片16，并保证摩擦片15总数比钢片16总数多一片，即摩擦片15和钢片16同轴间隔放置，摩擦片15的一个侧面紧邻钢片16 的一个侧面，钢片16的另一侧面则紧邻另一摩擦片15的一个侧面；自由状态下相邻摩擦片 15和钢片16互不接触，两紧邻表面中间填充有润滑油，组成湿式多片离合器；输入轴2大 端的外花键采用不连续加工，间隔90度或120度加工成一块平面，并在平面上钻有3～4个 进油孔圆形通孔，使得主动断开式全轮驱动限滑耦合器总成中的润滑油在离心力的作用下， 通过进油孔进入到摩擦片15和钢片16之间，形成一定厚度的油膜，从而保证所有的摩擦片 15和钢片16互不接触，即湿式多片离合器组件的断开不结合；相应的，输出毂12的内花键 齿底部冲压有类似的出油孔，以便主动断开式全轮驱动限滑耦合器总成中的润滑油在离心力的作用下，通过出油孔通迅速从摩擦片15和钢片16之间排出，以保证摩擦片15和钢片16 充分接触，即完成湿式多片离合器组件完全的结合；湿式多片离合器组件的两侧各设置有一个较厚的止推垫片14，其断面形状与钢片16相同，但厚度为钢片16的4～5倍；其中一个 止推垫片14设置在压盘11全轮驱动限滑耦合器结合时用于压紧摩擦片组和湿式多片离合器组件之间，以传递用于压紧湿式多片离合器组件的压紧力；另一个的止推垫片14位于输出毂 12内端面和湿式多片离合器组件之间，用于提供压紧湿式多片离合器组件的反作用力，同时 降低摩擦片15对输出毂12内端面的磨损；输入轴2大端的轴颈轴向加工有内孔轴承座，和 主锥滚针轴承17配合；输出毂12的外端面通过推力轴承13压靠到后驱动桥或变速器壳体内； 以上，输入轴2，摩擦片15、钢片16，止推垫片14、推力轴承13和输出毂12共同组成了动 力传递组件，本实施例以输入轴2驱动摩擦片15，输出轴驱动钢片16为例对本申请的技术 方案进行说明，但动力传递组件不限于上述结构，亦可采用输入轴2驱动钢片16，输出轴驱 动摩擦片15的结构。

通常安装于全轮驱动汽车的后驱动桥之前，或位于变速器与中间传动轴之间，或集成在 分动器内部的前、后输出轴之间，用来限制驱动桥上车轮的打滑，以及起到不同车轴间或同 轴车轮间的差速作用。具有两种工作模式：全轮驱动模式和两轮驱动模式(对于大多数4轮 乘用车)；在全轮驱动模式下，本申请中的主动断开式全轮驱动限滑耦合器可以充分结合， 实现将发动机输出的动力快速、充分的传递到辅助驱动桥；在两轮驱动模式下，本申请中的 主动断开式全轮驱动限滑耦合器可以实现发动机到辅助驱动桥的动力完全断开，通过中断传 递到中间传动轴配合断开式取力器使用等相关旋转零件的动力，降低或消除这些传动系零件 的机械寄生损失，从而降低整车油耗，显著提高整车的燃油经济性，以克服现有主动式全轮 驱动限滑耦合器的不足；包括动力传递组件，湿式多片离合器压紧装置、机电式执行机构及 耦合器壳体等。

可主动断开式全轮驱动限滑耦合器，不仅可以在全轮驱动模式下充分结合，实现动力向 辅助驱动桥迅速、完全的传递，还可以在两驱模式下配合断开式取力器断开中间传动轴等一 部分传动零部件的动力传输，降低或消除这些传动系零件的拖曳扭矩，提高整车的燃油经济 性。

实施例

如图1所示，输入法兰3的大端周部加工有螺栓孔，螺栓孔前端锪孔加工沉台孔，和中 间传动轴的后法兰通过止口和螺栓进行连接；输入法兰3的小端加工有内花键，与输入轴2 小端的外花键过盈配合，前部再通过锁紧螺母1紧固，以实现输入法兰3的轴向定位；壳体 21上加工有轴承座，球轴承5与壳体21采用过盈配合，球轴承5的外圈压装在轴承座上，外圈的外端用卡环4限位；球轴承5的内圈与输入轴2的轴颈过盈配合；输入法兰3和壳体 21之间设置有径向油封6，径向油封6同样压装在壳体内；所述凸轮板7的一侧端面中部周 布加工有3～6个半梭形凹槽详见图3，所述蜗轮板9与它相对的的一侧端面上也对称加工有相同的半梭形凹槽，且数量相同，每对半梭形凹槽之间设置1个所述钢球19；所述凸轮板7和所述蜗轮板9上的一对半梭形凹槽及其包络的所述钢球19共同构成了空间球凸轮机构；所 述凸轮板7通过圆环形垫片8固定在壳体21之中，无法轴向移动和转动；所述蜗轮板9与输 入轴2同轴，且之间安装有滚针轴承20，所述蜗轮板9在蜗杆18的驱动下可以沿输入轴2的轴线转动和轴向移动一段较小的距离；当车辆处于两轮驱动模式时，所述凸轮板7与所述蜗轮板9无相对转角位移，所述钢球19处于自由位置，即位于每对半梭形凹槽的最低点；当车辆处于全轮驱动模式时，所述蜗轮板9相对所述凸轮板7旋转了一定的角度，在所述凸轮板7和所述蜗轮板9上半梭形凹槽轮廓的共同推挤下，所述钢球19离开每对半梭形凹槽的最低点，由自由位置移动到工作位置；处于自由位置下的所述钢球19位于每对半梭形凹槽的最 低点，故此时所述凸轮板7和所述蜗轮板9的轴向距离最小；当所述钢球19处于工作位置时，所述凸轮板7和所述蜗轮板9之间的轴向距离增大；由于所述凸轮板7被固定在壳体21之中，无法轴向移动和转动，故在所述蜗轮板9正向旋转的同时，所述钢球19离开每对半梭形凹槽的最低点，推动所述蜗轮板9向摩擦片组轴向移动，此时空间球凸轮机构处于工作状态；当所述蜗轮板9反向旋转至距摩擦片组的最远位置时，所述钢球19处于自由位置，即每对半梭形凹槽的最低点，此时空间球凸轮机构中的所述凸轮板7、所述蜗轮板9和所述钢球19之间无轴向力或轴向力极小，即空间球凸轮机构处于自由状态；所述蜗轮板9的另一侧端面与压盘11的小端面之间安装有推力轴承10，所述蜗轮板9的小端加工有环形槽，推力轴承10通过卡点压在环形槽内，以限制其轴向移动；压盘11的大端面则用于直接压紧摩擦片组。输入轴2的大端加工有外花键，与摩擦片15的内花键间隙配合，且摩擦片15可在输入 轴2上轴向移动；输出毂12内部也加工有内花键，与钢片16的外花键间隙配合，且钢片16 可在输出毂12内部轴向移动；根据限滑耦合器的扭矩容量，间隔设置一定数目的摩擦片15 和钢片16，组成摩擦片组，摩擦片组内摩擦片15和钢片16的数目也决定了所述凸轮板7与 所述蜗轮板9上半梭形凹槽的数量，及相对应所述钢球19的数量，通常，限滑耦合器传递的 扭矩扭矩容量越大，摩擦片组内摩擦片15和钢片16的数量就越多，所述凸轮板7与所述蜗 轮板9上半梭形凹槽的数量及相对应所述钢球19的数量也越多。摩擦片组的两侧各放置一个 止推垫片14，摩擦片组的一侧通过压盘11进行压紧，另一侧则通过止推垫片14压靠在输出 毂12的内端面；输出毂12的外端面同样加工有环形槽，推力轴承13通过卡点压在环形槽 内，以限制其轴向移动；输入轴2的内部主锥滚针轴承17，用于和后驱动桥的主动锥齿轮轴 前端的导向轴颈相配合。

如图2所示，限滑耦合器的壳体21上加工有圆柱形空腔，所述执行电机23直接安装到 此空腔内，所述执行电机23的端面与壳体21接触，防止所述执行电机23在车辆行驶过程中 由于振动造成的轴向窜动；所述执行电机23延申出壳体21外的部分通过电机固定座22固定， 电机固定座22的内表面辊压加工有防滑花纹，防止所述执行电机23的壳体定子转动；所述 执行电机23的前端加工有外止口，与限滑耦合器壳体21中的内孔配合；电机固定座22与所 述执行电机23壳体过盈配合，并通过电机安装螺栓24与耦合器的壳体21进行紧固；所述执 行电机23可选用无刷电机或步进电机，所述执行电机23的电机轴伸入到限滑耦合器的壳体 21内部，电机轴与壳体21之间安装有油封25，以将所述执行电机23和限滑耦合器内的润滑 油隔绝开来；蜗杆轴18的轴端铣削有方形开槽，与所述执行电机23电机轴前端加工的平键 配合，用于传递来自所述执行电机23的转矩；此外，蜗杆轴18的两端分别加工有轴肩，蜗 杆前轴承27和蜗杆后轴承28分别压装到蜗杆轴18上，且分别压靠到各自的轴肩上，以限制 其轴向移动；蜗杆前轴承27和蜗杆后轴承28的外圈亦安装在壳体21的轴承座内，与壳体 21过盈配合；另在壳体21加工有卡环槽，蜗杆后轴承28的外侧用卡环26限位。

图3详细展示了空间球凸轮机构的组成和结构：所述凸轮板7采用粉末冶金一体成型， 其端面中部沿圆周方向设计有3～6个半梭形凹槽；同样的，所述蜗轮板9也采用粉末冶金一 体成型，与所述凸轮板7相对的一侧端面上也对称设计有相同的半梭形凹槽，且数量相同； 所述凸轮板7、所述蜗轮板9、及其成对设计的半梭形凹槽中包络的所述钢球19，共同构成 了空间球凸轮机构；所述蜗轮板9在执行组件的驱动下可轴线转动，亦可进行有限的轴向移 动；当车辆处于两轮驱动模式时，所述凸轮板7与所述蜗轮板9无相对转角，所有的所述钢 球19处于自由位置，即位于每对半梭形凹槽的最低点，此时所述凸轮板7和所述蜗轮板9的 轴向距离最小；当车辆处于全轮驱动模式时，在执行组件蜗杆18的驱动下，所述蜗轮板9相 对所述凸轮板7旋转了一定的角度，在所述凸轮板7和所述蜗轮板9的半梭形凹槽轮廓的共 同作用下，所有的所述钢球19离开其所在凹槽的最低点，均由自由位置移动到工作位置，此 时所述凸轮板7和所述蜗轮板9之间的轴向距离增大；由于所述凸轮板7无法轴向移动和转 动，故在所述蜗轮板9正向旋转的同时，所有所述钢球19在所述凸轮板7半梭形凹槽反作用 力的推动下，沿着所述蜗轮板9的半梭形凹槽轮廓离开每对半梭形凹槽的最低点，同时推动 所述蜗轮板9向摩擦片组轴向移动，此时空间球凸轮机构处于工作状态；当执行组件驱动所 述蜗轮板9反向旋转至距摩擦片组的最远位置图1所示的左极限位置时，所述钢球19均处于 自由位置，即每对半梭形凹槽的最低点，此时空间球凸轮机构中的所述凸轮板7、所述蜗轮 板9和所述钢球19之间无轴向力或轴向力极小，即空间球凸轮机构处于自由状态，摩擦片组 不被压紧，亦处于自由状态。

在图4详细展示了摩擦片组的组成和结构：摩擦片15以钢片为基材，两侧表面烧结了铜 基材料，又加工有网状的排油沟槽，有较高的热容量和摩擦系数；钢片16以高碳钢冲压而成； 根据主动式全轮驱动限滑耦合器所需传递扭矩的要求扭矩容量，一定数目的摩擦片15及钢片 16同轴间隔放置，即摩擦片15的一个端面紧邻钢片16的一个侧面，钢片16的另一侧面则 紧邻另一摩擦片15的一个端面，依此类推；摩擦片15的总数比钢片16的总数多一片，即摩 擦片15位于摩擦片组的两端；此外，在两端的摩擦片15的外侧还各同轴放置一个较厚的钢 片，即止推垫片14；止推垫片14的形状与钢片16一致，仅厚度不同，同样采用高碳钢冲压 而成；一侧的止推垫片14用于传递来自于压盘11的压紧力，另一侧的止推垫片14位于输出 毂12的内端面和摩擦片组之间，用于提供压紧摩擦片组压紧力的反作用力，同时降低了摩擦 片15对输出毂12内端面的磨损；在两轮驱动模式下，摩擦片组处于自由状态，即摩擦片15 和钢片16互不接触，两紧邻表面中间仅填充有润滑油；在全轮驱动模式下，摩擦片组在压盘 11的压紧力,以及输出毂12反作用力的共同作用下，摩擦片15和钢片16之间的距离迅速减 小，摩擦片15和钢片16两紧邻表面中填充的润滑油在离心力的作用下，沿摩擦片15上的网 状沟槽快速排出，摩擦片15和钢片16最终紧密的接触在一起，完成了摩擦片组的压紧，即 实现了主动式全轮驱动限滑耦合器的结合。

对于配备该主动断开式全轮驱动限滑耦合器的车辆行驶在附着较差的路面如冰雪、滑水、 泥泞、越野等或特定工况如爬坡，急转弯，急加速等时，智能全轮驱动系统通过采集整车上 相关传感器的信号，分析车辆的当前状态，如果监测出主驱动桥上的车轮打滑，则迅速计算 出需要分配到辅助驱动桥的动力，并对主动式全轮驱动限滑耦合器请求一定的结合扭矩，通 过耦合器将动力传递到此时不打滑或打滑程度低的车轮上，实现车辆的全轮驱动，保证车辆 的行驶稳定性和操控性。本申请中的主动断开式全轮驱动限滑耦合器的结合是通过所述执行 电机23正向旋转驱动蜗杆轴，蜗杆轴带动空间球凸轮机构中的所述蜗轮板9顺时针旋转一定 角度，使所述钢球19离开所述蜗轮板9和所述凸轮板7上对称半梭形凹槽的最低点，游走到 半梭形凹槽的其他位置，增大了所述凸轮板7和所述蜗轮板9之间的轴向距离。由于所述凸 轮板7被两个圆环形垫片8固定在限滑耦合器的铝合金壳体21中，无法转动亦无法轴向移动， 因此只能所述蜗轮板9在所述钢球19的作用下向摩擦片组的方向轴向移动，从而通过推力轴 承13推动压盘11压紧摩擦片组，实现了湿式多片离合器组件的结合，即完成主动式全轮驱 动限滑耦合器的结合；当配备智能全轮驱动系统的车辆在附着良好的路面上行驶或高速直线 行驶时，汽车处于两轮驱动模式，此时前取力器、中间传动轴和后主减速器等传动系总成内 的一部分零件虽然不参与驱动车辆，但传统的主动式全轮驱动限滑耦合器内部仍然存在一定 的结合扭矩，用于克服传动系内部的拖曳扭矩，无法实现与传动系统的彻底断开，造成整车 油耗的增加。然而，配备本申请中的主动断开式全轮驱动限滑耦合器的车辆，在两驱模式下 可以通过ECU控制所述执行电机23反向驱动蜗杆轴，通过蜗杆轴带动空间球凸轮机构中的 所述蜗轮板9逆时针旋转一定角度，使所述钢球19从工作位置回归到自由位置，即所述蜗轮 板9背离摩擦片组轴向移动最远端，所述钢球19也回归到每对半梭形凹槽的最低点，此时所 述凸轮板7和所述蜗轮板9之间的轴向距离达到最小，所述蜗轮板9通过推力轴承13作用在 压盘11上的轴向力也达到最小，致使压盘11不再压紧摩擦片组，实现摩擦片组内钢片16和 摩擦片15的完全分离。与此同时，耦合器内部的润滑油通过旋转零件如输入轴的搅油作用离 心力的作用下，迅速填充到摩擦片与钢片之间的空隙，致使钢片16和摩擦片15之间失去了 物理接触，完成了多片湿式离合器组件的完全分离，即实现了全轮驱动限滑耦合器的完全断 开。

尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解， 在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多修改。本申请的 保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文 字意义或范围所包含的全部修改。

Claims (10)

1.一种主动断开式限滑耦合器，其特征在于：包括壳体，所述壳体内设置有相互连接的离合器压紧组件与动力传递组件，所述离合器压紧组件与执行组件连接，所述执行组件与控制器连接，所述执行组件设置于所述壳体内，所述动力传递组件包括输入轴、摩擦片组和输出毂，所述摩擦片组设置于所述输入轴和所述输出毂之间，所述离合器压紧组件包括空间球凸轮机构，所述空间球凸轮机构设置于所述输入轴上，所述空间球凸轮机构与所述摩擦片组接触，所述摩擦片组能够沿着所述输入轴轴线方向移动。

2.如权利要求1所述的主动断开式限滑耦合器，其特征在于：所述空间球凸轮机构包括依次排列的凸轮板、钢球和蜗轮板，所述凸轮板固定于所述壳体上，所述蜗轮板与所述输入轴同轴设置，所述凸轮板上设置有第一凹槽，所述蜗轮板上设置有第二凹槽，所述钢球设置于所述第一凹槽与所述第二凹槽之间。

3.如权利要求2所述的主动断开式限滑耦合器，其特征在于：所述执行组件包括相互连接的蜗杆和执行电机，所述蜗杆与所述蜗轮板连接，所述执行电机与所述控制器连接。

4.如权利要求3所述的主动断开式限滑耦合器，其特征在于：所述壳体上设置有空腔，所述执行电机设置于所述空腔内，所述执行电机端面与所述壳体接触。

5.如权利要求3所述的主动断开式限滑耦合器，其特征在于：所述摩擦片组包括摩擦片和钢片，所述钢片设置于所述摩擦片之间，所述摩擦片与所述钢片依次排列，所述摩擦片设置于所述输入轴上，所述摩擦片能够在所述输入轴上轴向移动。

6.如权利要求5所述的主动断开式限滑耦合器，其特征在于：所述蜗轮板通过推力轴承与压盘连接，所述压盘、第一止推垫片、摩擦片组第二止推垫片和输出毂依次压紧排列，所述输出毂上设置有环形槽，所述环形槽内设置有推力轴承。

7.如权利要求2所述的主动断开式限滑耦合器，其特征在于：所述第一凹槽沿所述凸轮板圆周方向均匀分布，所述第一凹槽为3～6个，所述第二凹槽与所述第一凹槽对称布置，所述第二凹槽数量与所述第一凹槽数量相同。

8.如权利要求3所述的主动断开式限滑耦合器，其特征在于：所述执行电机与所述离合器压紧组件之间设置有油封。

9.如权利要求1～8中任一项所述的主动断开式限滑耦合器，其特征在于：还包括输入法兰，所述输入法兰设置于所述输入轴上，所述输入法兰通过锁紧螺母与所述输入轴连接，所述输入法兰与所述壳体连接，所述输入法兰与所述壳体之间设置有径向油封，所述径向油封设置于所述壳体内。

10.如权利要求9所述的主动断开式限滑耦合器，其特征在于：所述壳体上设置有轴承座，所述壳体上设置有卡环槽，所述轴承座上设置有球轴承，所述卡环槽内设置有卡环，所述球轴承设置于所述卡环上；所述球轴承设置于所述输入轴和所述壳体之间。

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