DE69010528T3

DE69010528T3 - Differentialgetriebe für ein Fahrzeug mit Allradantrieb.

Info

Publication number: DE69010528T3
Application number: DE69010528T
Authority: DE
Inventors: Toshio Kobayashi
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1989-03-10
Filing date: 1990-03-08
Publication date: 1997-09-25
Anticipated expiration: 2010-03-09
Also published as: DE69010528T2; EP0387053A3; EP0387053B2; DE69010528D1; US5041068A; EP0387053B1; JPH02237822A; EP0387053A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit Allradantrieb und insbesondere eine Anordnung und einen Aufbau einer Differentialvorrichtung mit einem zwischen Achsen vorgesehenen Differential und einem Zentraldifferential.
In einem vierradgetriebenen Kraftfahrzeug, das einen Motor mit einer quer darin angeordneten Getriebe/Differentialeinheit besitzt, ist in einem Getriebegehäuse ein Zentraldifferential und für eines der Vorder- oder Hinterradantriebssysteme ein Differential nahe des Zentraldifferenti als angeordnet. Das Kraftübertragungssystem ist kompakter ausgeführt, wenn das Zentraldifferential ganz von einem Getriebegehäuse umgeben ist. Die Konstruktion einer Getriebe/Differentialeinheit unterscheidet sich jedoch gänzlich von der eines Kraftfahrzeuges mit Zweiradantrieb. Demzufolge kann die Getriebe/Differentialeinheit des Kraftfahrzeuges mit Zweiradantrieb nicht für das vierradgetriebene Kraftfahrzeug verwendet werden, ohne den Aufbau um die Achsgetriebeeinrichtungen beträchtlich zu verändern. Um das Problem zu lösen, wurde ein Kraftübertragungssystem für Allradantrieb vorgeschlagen, bei dem das Zentraldifferential außerhalb des Getriebegehäuses des Fahrzeuges mit Zweiradantrieb angeordnet wird. Deshalb wird die Getriebe/Differentialeinheit des Kraftfahrzeuges mit Zweiradantrieb mit der des vierradgetriebenen Fahrzeug kompatibel, wodurch die gleichen Teile umfassend verwendet werden können, was zu einer Reduzierung der Herstellungskosten führt.
Das US-Patent 4,963,334 offenbart eine Differentialvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit Aliradantrieb mit einem quer darin angeordneten Motor. In diesem System ist das Zentraldifferential in dem Verteilergetriebe vorgesehen und das Vorderachsdifferential ist zwischen einem Getriebegehäuse und dem Verteilergetriebe vorgesehen. Diese Differentialanordnung hat jedoch einen nachfolgend beschriebenen Nachteil. Da die Sperrkupplung neben dem Tellerrad des Zentraldifferentials angeordnet ist, muß in der Differentialvorrichtung das gleiche Schmieröl wie das Kupplungstl verwendet werden, so daß die Trennung des Öles sehr schwierig ist. Desweiteren wird das Tellerrad groß, da Ausgleichskegelräder innerhalb des Tellerrades sein müssen. Auch werden die Ausgleichskegelradwellen der Ausgleichskegelräder durch einen Träger getragen, so daß jedes Ausgleichskegelrad in einer in dem Differentialgehäuse ausgebildeten Öffnung angeordnet und in einer hervorstehenden Form gelagert ist, so daß große Spannungen auf den Träger konzentriert werden.
Das Zentraldifferential ist wirksam, um das Ausgangsdrehmoment des Getriebes durch das Differentialgehäuse, die Ausgleichskegelradwellen und die Ausgleichskegelräder auf die Antriebskegelräder zu übertragen. Demzufolge wirkt das Drehmoment, um die Ausgleichskegelradwellen seitlich zu verschieben, so daß die Wellen gemäß der von den Fahrbahnzuständen und der Motorlast abhängigen Veränderung des Drehmomentes auslenken und hin und her schwenken. Demzufolge werden die Oberflächen der Öffnungen in dem Differentialgehäuse und die Ausgleichskegelradwelle durch darauf aufgebrachten übermäßigen Oberflächendruck verschlissen. Von dem Verschleiß verursachte Materialpartikel rinnen auf die innere Seite der Ausgleichskegelräder, was zum Festfressen der Ausgleichskegelräder und folglich zur Reduzierung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Systems führt. Darüberhinaus werden die Öffnungen in dem Differentialgehäuse vergrößert, so daß die Ausgleichskegelradwellen schwingen, was Geräusche verursacht.
Die vorliegende Erfindung hat sich das Ziel gestellt, ein Differentialgetriebe für ein Fahrzeug mit Allradantrieb zur Verfügung zu stellen, bei der das Zentraldifferential so angeordnet ist, daß der Verschleiß und die Vibration der Elemente vermindert wird.
Erfindungsgemäß ist ein Differentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit Allradantrieb gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Antriebskegelrad durch eine zweite Antriebswelle, die an der gleichen Achse wie das erste Antriebsglied drehbar befestigt ist, mit dem Differentialgehäuse des Vorderachsdifferentials verbunden.
Nachfolgend wird die Erfindung mittels eines Beispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Kraftübertragungssystems eines Allradantriebes ist;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Hauptteiles des Kraftübertragungssystemes ist:
Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Teiles eines Zentraldifferentials ist.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Kraftübertragungssystem für ein allradgetriebenes Kraftfahrzeug, für das die vorliegende Erfindung angewandt wird. In einem Vorderteil des Kraftfahrzeuges ist ein Motor 1 quer angeordnet. Das Kraftübertragungssystem umfaßt eine von einem Kupplungsgehäuse 6 umgebene Kupplung 2, ein Getriebe 3, ein Vorderachsdifferential 4, wobei die letzten beiden von einem Getriebegehäuse 7 umgeben sind, und eine von einem Verlängerungsgehäuse 8 umgebene Verteilervorrichtung 5. Das Getriebe 3 hat eine Antriebswelle 10, eine zu der Antriebswelle 10 parallele Abtriebswelle 11, fünf Paare Drehzahlwechselräder 12 bis 16, die ersten bis fünften (Schnellgang) Gängen entsprechen, und Synchroneinrichtungen 17 bis 19. Die Synchroneinrichtungen 17 bis 19 sind zwischen den Zahnrädem 12 und 13 bzw. 14 und 15 bzw. neben dem Zahnrad 16 angeordnet. Ein an der Antriebswelle 10 angeordnetes Rückwärtsgangrad 20 greift für den Rückwärtsgang durch ein Zwischenrad (nicht dargestellt) mit einem Zahnrad 21 ineinander, das an einer Seite einer Schiebemuffe der Synchroneinrichtung 17 ausgebildet ist.
Ein starr an der Abtriebswelle 11 befestigtes Antriebszahnrad 22 greift mit einem Achsantriebszahnrad 23 ineinander, das durch Schrauben 26 (Fig. 2) an dem inneren Rand des Zahnrades 23 an Flanschen von Nabenteilen 24 und 25 befestigt ist. Die Nabenteile 24 und 25 sind durch Lager 27a und 27b in dem Kupplungsgehäuse 6 und dem Getriebegehäuse 7 drehbar gelagert. Das Vorderachsdifferential 4 ist innerhalb der Nabenteile 24 und 25 angeordnet.
Das vordere oder zusätzliche Differential 4 umfaßt ein an den Nabenteilen 24 und 25 befestigtes Differentialgehäuse 30, eine an dem Differentialgehäuse 30 befestigte Ausgleichs kegelradwelle 31, zwei drehbar an der Ausgleichskegelradwelle 31 befestigte Ausgleichskegelräder 32 und zwei mit den Ausgleichskegelrädem 32 ineinandergreifende Antriebskegelräder 33, 34. Die Antriebskegelräder 33 und 34 sind mit rechten und linken Vorderachsen 35 und 36 verbunden, um die Ausgangsleistung des Getriebes in derselben Art und Weise wie beim Zweiradantrieb auf die rechten bzw. linken Vorderräder zu übertragen.
In dem Verlängerungsgehäuse 8 ist ein Zentraldifferential 9 koaxial mit dem Vorderachsdifferential 4 und der Achse 36 vorgesehen. Das Zentraldifferential umfaßt ein Differentialgehäuse 40, ein Paar Ausgleichskegelräder 42, ein Paar Ausgleichskegelradwellen 41, die die Ausgleichskegelräder 42 drehbar lagern, und ein Paar mit beiden Ausgleichskegelrädem 42 ineinandergreifende Antriebskegelräder 43 und 44. Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, sind die Ausgleichskegelradwellen 41 an einem Ring 41 a angeformt, der an einer zylindrischen ersten Antriebswelle 45 befestigt ist. Das heißt, die Ausgleichskegelradwellen 41 sind mit der Antriebswelle 45 integral ausgebildet. Die erste Antriebswelle 45 ist an einer zweiten Antriebswelle 46 drehbar befestigt und mit dem Nabenteil 25 verbunden. Jedes Ausgleichskegelrad 42 hat eine gewölbte Endfläche 42a (Fig. 3) und ist in einer in der Innenwandung des Differentialgehäuses 40 ausgebildeten ringfömigen und gewölbten Nut 40a verschiebbar gelagert, um sich in der Nut 40a mit der Rotation um die Wellen 41 um die zweite Antriebswelle 46 zu drehen.
Das Antriebskegelrad 43 ist integral mit einer an der ersten Antriebswelle 45 drehbar befestigten und mit dem Differentialgehäuse 40 verbundenen Antriebskegelradwelle 47 ausgebildet. Das andere Antriebskegelrad 44 ist mit der zweiten Antriebswelle 46 fest verbunden, die mit dem Differentialgehäuse 30 des Vorderachsdifferentials 4 verbunden ist. Das Differentialgehäuse 40 ist durch ein Lager 48a drehbar in einem Verteilergehäuse 8a befestigt und mit einem Verteilerantriebszahnrad 50 verbunden, das fest mit der Antriebskegelradachse 47 verbunden und durch Lager 48b drehbar in dem Verlängerungsgehäuse 8 befestigt ist.
Das Verteilerantriebszahnrad 50 greift mit einem getriebenen Rad 52 ineinander, das mit einer Verteilerwelle 51 der Verteilereinrichtung 5 fest verbunden ist, die hinter der Achse 36 und parallel zu ihr angeordnet ist. Die Verteilerwelle 51 ist mit einer zur Verteilerwelle 51 senkrechten hinteren Antriebswelle 55 durch ein Paar Kegelräder 53,54 verbunden, wodurch die Leistung mittels einer hinteren Antriebswelle 55, einer Gelenkwelle 66 und eines Hinterachsdifferentials 67 auf die Hinterachsen 65 übertragen wird.
Um die Ausgleichswirkung des Zentraldifferentials 9 zu beschränken, ist das erfindungsgemäße System desweiteren mit einer Visko-Kupplung 60 in einem Raum auf der linken Seite des Vorderachsdifferentials 4 versehen. Die Visko- Kupplung 60 umfaßt eine an dem Differentialgehäuse 30 als eines der Abtriebsglieder des Zentraldifferentials 9 befestigte Hohlnabe 62 und ein an dem Nabenteil 24 als ein Abtriebsglied des Zentraldifferentials befestigtes und durch das Lager 27b in dem Getriebegehäuse 7 drehbar gelagertes zylindrisches Gehäuse 61. Die Nabe 62 hat eine Vielzahl innerer Scheiben 62a und das Gehäuse 61 hat eine Vielzahl äußerer Scheiben 61 a, die abwechselnd in der axialen Richtung der Visko- Kupplung 60 angeordnet sind. In dem Gehäuse 61 ist hochviskose Flüssigkeit enthalten.
Entsprechend der Funktionsweise wird die Leistung des Motors 1 durch die Kupplung 2 und die Antriebswelle 10 auf das Getriebe 3 übertragen. Durch die Tätigkeit der Synchroneinrichtungen 17, 18 und 19 wird die Leistung des Motors durch das Getriebe 3 auf das Achsantriebszahnrad 23 übertragen. Die übertragene Leistung wird durch das Nabenteil 25, die erste Abtriebswelle 45 und die Ausgleichskegelradwelle 41 weiter auf die Ausgleichkegelräder 42 des Zentraldifferentials 9 übertragen. Wenn sich die Ausgleichkegelräder 42 um die Antriebswelle 46 drehen, werden die mit den Ausgleichkegelrädem ineinandergreifenden Antriebskegelräder 43,44 mit dem Drehmomentverteilungsverhältnis 50:50 gedreht. Das Drehmoment wird von dem Antriebskegelrad 44 durch die zweite Antriebswelle 46 auf das Differentialgehäuse 30 des Vorderachsdifferentials 4 übertragen. Das Drehmoment wird weiterhin durch die Ausgleichskegelradwelle 31, die Ausgleichskegelräder 32 und die Antriebskegelräder 33 und 34 sowie die linken und rechten Achsen 35 bzw. 36 auf die linken und rechten Räder übertragen. Gleichzeitig wird das Drehmoment von den Antriebskegelrädem 43 durch die Antriebskegelradwelle 47, das Verteilerantriebszahnrad 50, das getriebene Rad 52, die Verteilerwelle 51, die Kegelräder 53, 54 und die hintere Antriebswelle 55 auf hinteren Antriebsräder übertragen, wodurch ein permanenter Allradantrieb eingerichtet wird.
Wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt, wird die Differenz zwischen den Drehzahlen der Vorder- und Hinterräder durch die Wirksamkeit des Zentraldifferentials 9 aufgenommen. Somit kann das Fahrzeug gleichmäßig um eine Kurve fahren.
Wenn eines der Vorder- oder Hinterräder schlupft und eine große Drehzahldifferenz zwischen der Nabe 62 und dem Gehäuse 61 auftritt, rückt die Visko-Kupplung 60 ein, um die Ausgleichswirkung des Zentraldifferentials zu beschränken. Somit kann das Fahrzeug leicht aus dem Zustand des Festsitzens herauskommen.
Die vorliegende Erfindung kann auf ein Fahrzeug mit Hinterradantrieb mit einem Heckmotor angepaßt werden und ebenso auf ein Fahrzeug, das mit einem Automatikgetriebe oder einem stufenlos einstellbaren Getriebe versehen ist.
Aus dem Vorhergehenden wird verständlich, daß die vorliegende Erfindung ein Zentraldifferential für ein Kraftfahrzeug mit Allradantrieb vorsieht, bei dem Reibschluß oder Vibration der Ausgleichskegelräder dadurch vermieden wird, daß die Ausgleichskegelradwellen mit der Antriebswelle integral ausgebildet sind, so daß die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Differentials verbessert werden. Da das Differential zwischen den Achsen in derselben Position wie beim Kraftfahrzeug mit Zweiradantrieb angeordnet ist, kann das vierradgetriebene Fahrzeug durch Verwendung von mit dem Zweiradantriebssystem gemeinsamen Teilen leicht hergestellt werden.

Claims

1. Differentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit Allradantrieb mit einem quer in dem Fahrzeug angeordneten Motor, einem quer neben dem Motor angeordneten Getriebe zum Übertragen der Motorleistung auf ein erstes Paar Achsen (35, 36), einem Vorderachsdifferential (4) für die ersten Achsen und einem funktionell mit einer Abtriebswelle des Getriebes verbundenen Achsantriebszahnrad (22), wobei die Vorrichtung ein koaxial mit einer der ersten Achsen (36) angeordnetes Zentraldifferential (9) und ein Kraftübertragungssystem zum Übertragen der Ausgangsleistung des Zentraldifferentials auf eine zweite Achse (65) des Fahrzeuges umfaßt,

einem entsprechenden Differentialgehäuse (30, 40) sowohl für das Vorderachsdifferential als auch das Zentraldifferential;

wobei das Zentraldifferential ein Paar funktionell mit dem Achsantriebszahnrad (22) verbundener Ausgleichskegelradwellen (41); ein drehbar an jeder Ausgleichskegelradwelle befestigtes Ausgleichskegelrad (42) und erste und zweite, mit den Ausgleichskegelrädem ineinandergreifende Antriebskegelräder (44, 43) umfaßt;

das Gehäuse (30) des Vorderachsdifferentials in einem Nabenteil (24, 25) aufgenommen ist, das funktionell mit dem Achsantriebszahnrad (22) verbunden ist, und das Gehäuse außerdem funktionell mit dem ersten Antriebskegelrad (44) des Zentraldifferentials verbunden ist;

und das Vorderachsdifferential ein Paar Ausgleichskegelräder (32) und ein Paar mit den Ausgleichskegelrädem (32) ineinandergreifende und an den ersten Achsen (35 bzw. 36) befestigte Antriebskegelräder (33, 34) umfaßt; und

die Ausgleichskegelradwellen (41) an einer äußeren Randfläche eines ersten Antriebsg liedes (45) befestigt sind, so daß sie von ihr radial nach außen ragen, das erste Antriebsglied (45) an der ersten Achse (36) drehbar gelagert und funktionell mit dem Nabenteil (24, 25) verbunden ist;

ein Verteilerantriebszahnrad (50) an einer Antriebskegelradwelle (47) des zweiten Antriebskegelrades (43) befestigt ist;

eine Verteilerwelle (51) zum Übertragen der Rotation des Verteilerantriebszahnrades auf die zweiten Achsen (65) parallel zu der Antriebskegelradachse (47) angeordnet ist; und

eine Visko-Kupplung (60), die neben dem Vorderachsdifferential angeordnet ist, ein Gehäuse (61), das mit dem Nabenteil (24) verbunden ist, und eine Nabe (62) besitzt, die mit dem Gehäuse (30) verbunden ist, um die Differentialwirkung des Zentraldifferentials zu begrenzen.

2. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, das außerdem ein zweites Antriebsglied (46) zum Verbinden des ersten Antriebskegelrades (44) des Zentraldifferentials mit dem Gehäuse (30) des Vorderachsdifferentials umfaßt, das an derselben Achse wie das erste Antriebsglied drehbar befestigt ist.

3. Differentialgetriebe nach den vorhergehenden Ansprüchen, weiter gekennzeichnet durch:

eine an der inneren Fläche des Differentialgehäuses des Zentraldifferentials vorgesehene Ringnut mit gewölbtem Querschnitt, wobei die Wand der Nut in dem Gehäuse so ausgebildet ist, daß die Ausgleichskegelräder gleitend geführt werden.