JP2016064722A - トランスファ - Google Patents

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将宏 苅谷
Masahiro Kariya
将宏 苅谷
北岡 慎治
Shinji Kitaoka
慎治 北岡
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アイシン・エーアイ株式会社
Aisin Ai Co Ltd
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Abstract

【課題】 径方向の寸法を小型することができるデフロック機構付のトランスファを提供する。
【解決手段】入力軸11と、第一出力軸21と、第二出力軸22と、第二出力軸22に接続されたサンギヤ31と、第一出力軸21に接続されたキャリア34、35と、入力軸11に接続されたリングギヤ36と、リングギヤ36の側部に形成された第一ドグ部61と、キャリア34、35に対して相対回転不能、且つ軸線方向移動可能に設けられ、第一ドグ部61と係合又は離脱する第二ドグ部61aが形成されたスリーブ62と、を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、回転駆動力を前後輪に分配するトランスファに関する。
従来から、特許文献1に示されるように、前後輪の差動を吸収するセンターデファレンシャル、及びセンターデファレンシャルの差動を制限する差動制限装置を備えたトランスファが提案されている。このようなトランスファでは、悪路走行時等において、センターデファレンシャルをロックするデフロック機構を備えているのが一般的である。特許文献1に示されるトランスファでは、センターデファレンシャルのリングギヤの外周に軸線方向移動可能に設けられた円筒形状のスリーブによってデフロック機構が実現されている。つまり、当該スリーブは、上記リングギヤの外周と常時スプライン嵌合し、軸線方向に移動することにより、センターデファレンシャルのサンギヤと接続しているハブとスプライン嵌合又は離脱する。
特開2013−86787号公報
特許文献1に示されるトランスファでは、スプールが、センターデファレンシャルの外周側、つまり、リングギヤの外周側に設けられているため、トランスファの径方向の寸法が大きくなってしまうという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、径方向の寸法を小型することができるデフロック機構付のトランスファを提供することを目的とする。
上述した課題を解決するためになされた、請求項1に係るトランスファの発明は、車両の動力源から駆動力が入力される入力軸と、前記車両の後輪及び前輪の一方が回転連結された第一出力軸と、前記車両の後輪及び前輪の他方が回転連結された第二出力軸と、前記第一出力軸と前記第二出力軸の回転速度差を許容しながら、前記入力軸に入力された駆動力を前記第一出力軸及び前記第二出力軸に分配するセンターデファレンシャルと、前記第一出力軸と前記第二出力軸の回転速度差を許容するデフフリーモードと、前記第一出力軸と前記第二出力軸の回転速度差を許容しないデフロックモードと、のいずれかを切り替えるデフロック機構を有し、前記センターデファレンシャルは、速度線図においてギヤ比に対応した間隔で順次並べられた、第一要素、第二要素、第三要素を有する遊星歯車機構であり、前記第二要素には、前記入力軸が接続され、前記第一要素と前記第三要素の一方には、前記第一出力軸が接続され、前記第一要素と前記第三要素の他方には、前記第二出力軸が接続され、前記デフロック機構は、前記第一要素、前記第二要素、前記第三要素のうちいずれかの軸線方向の側部に、軸線方向に形成された第一係合部と、前記第一要素、前記第二要素、前記第三要素のうち前記第一係合部が形成されている要素以外の要素のうち1の要素に対して相対回転不能、且つ軸線方向移動可能に設けられ、前記第一係合部と係合又は離脱する第二係合部が形成されたスリーブと、前記スリーブを軸線方向に移動させる駆動装置と、を有して構成されている。
このように、スリーブの第二係合部と係合又は離脱する第一係合部が、第一要素、第二要素、第三要素のうちいずれかの軸線方向の側部に設けられている。これにより、スリーブを、第一係合部が設けられている要素の側方に配置することが可能となり、スリーブがセンターデファレンシャルの外周側に設けられているトランスファと比較して、径方向の寸法を小型することができるデフロック機構付のトランスファを提供することができる。
請求項2に係るトランスファの発明は、請求項1に記載の発明において、前記第一係合部と前記第二係合部は、ドグクラッチである。これにより、単純な構造によって、デフロック機構を構成することができる。
請求項3に係るトランスファの発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記遊星歯車機構は、前記入力軸に接続されたリングギヤと、前記第二出力軸に接続されたサンギヤと、前記サンギヤと噛合する第一プラネタリギヤを軸支するとともに前記第一プラネタリギヤ及び前記リングギヤと噛合する第二プラネタリギヤを軸支するキャリアとから構成されたダブルプラネタリ式であり、前記第一係合部は、前記リングギヤの軸線方向の側部に形成され、前記スリーブは、前記キャリアに対して相対回転不能、且つ軸線方向移動可能に設けられている。
このように、遊星歯車機構はダブルプラネタリ式であるので、シングルプラネタリ式の遊星歯車機構を用いたトランスファと比較して、駆動力の第一出力軸と第二出力軸への分配比率の設定の自由度が高くなる。
請求項4に係るトランスファの発明は、請求項3に記載の発明において、前記スリーブが摺動可能に取り付けられている部材の外径は、前記リングギヤの外径よりも小さい。これにより、スリーブの外径がセンターデファレンシャルの外径より大きくならないように、スリーブを配置することができ、トランスファの径方向の大型化を防止することができる。
請求項5に係るトランスファの発明は、請求項3又は請求項4に記載の発明において、前記第一出力軸と前記第二出力軸の回転速度差を制限する差動制限装置を有し、前記スリーブは、前記差動制限装置の外周側に設けられている。このように、スリーブが差動制限装置に径方向に重ねて設けられているので、スリーブが差動制限装置に径方向に重ねて設けられていないトランスファと比較して、トランスファの軸線方向の寸法を小型化することができる。
請求項6に係るトランスファの発明は、請求項5に記載の発明において、前記スリーブは、前記筐体にスプライン嵌合している。これにより、スリーブが摺動可能に取り付けられている部材が差動制限装置の筐体と別体に設けられた構造のトランスファと比較して、トランスファの径方向の寸法の大型化を防止しつつ、差動制限装置を径方向に大きくすることができ、差動制限装置の差動制限能力を向上させることができる。
請求項7に係るトランスファの発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記遊星歯車機構は、前記入力軸に接続されたリングギヤと、前記第二出力軸に接続されたサンギヤと、前記サンギヤと噛合する第一プラネタリギヤを軸支するとともに前記第一プラネタリギヤ及び前記リングギヤと噛合する第二プラネタリギヤを軸支するキャリアとから構成されたダブルプラネタリ式であり、前記第一係合部は、前記キャリアの軸線方向の側面に形成され、前記スリーブは、前記サンギヤに対して相対回転不能、且つ軸線方向移動可能に設けられている。
このように、遊星歯車機構はダブルプラネタリ式であるので、シングルプラネタリ式の遊星歯車機構を用いたトランスファと比較して、駆動力の第一出力軸と第二出力軸への分配比率の設定の自由度が高くなる。
第一実施形態のトランスファのスケルトン図である。 第一実施形態のトランスファのセンターデファレンシャル及びデフロック機構の部分の断面図である。 図2のA視図であり、デフロック機構の上面図である。 センターデファレンシャルの模式図である。 ダブルプラネタリ式の遊星歯車機構の速度線図である。 シングルプラネタリ式の遊星歯車機構の速度線図である。 第二実施形態のトランスファのスケルトン図である。
(トランスファの構造)
以下に、本実施形態(第一実施形態)のトランスファ100(以下、トランスファ100と略す)について図面を参照しつつ説明する。なお、図1において、紙面左側を前方とし、紙面右側を後方とする。図1に示すように、トランスファ100は、入力軸11、第一出力軸21、第二出力軸22、センターデファレンシャル30、差動制限装置40、ハブ50、デフロック機構60、制御部70を有している。
入力軸11は、トランスファ100の回転軸線Lに回転可能に設けられている。入力軸11には、エンジンやモータ等の車両の動力源からの駆動力が入力される。第一出力軸21は、入力軸11の後方に、入力軸11と同軸に、回転軸線Lに回転可能に設けられている。第一出力軸21には、車両の後輪に回転連結されている。第二出力軸22は、円筒形状であり、第一出力軸21の外周側に、第二出力軸22と同軸に、回転軸線Lに回転可能に設けられている。
センターデファレンシャル30は、第一出力軸21と第二出力軸22の回転速度差を許容しながら、入力軸11に入力された駆動力を第一出力軸21及び第二出力軸22に分配して出力するものである。本実施形態では、センターデファレンシャル30は、ダブルプラネタリ式の遊星歯車機構であり、サンギヤ31、第一プラネタリギヤ32、第二プラネタリギヤ33、第一キャリア34、第二キャリア35、リングギヤ36、第一軸37、第二軸38、接続部材39を有している。センターデファレンシャル30は、前後方向に関して、入力軸11と出力軸21、22の間に設けられている。
サンギヤ31は、第二出力軸22の前端に接続している。リングギヤ36はリング状であり、サンギヤ31の外周側に設けられている。リングギヤ36の前端は、円板状の接続部材39によって、入力軸11の後端と接続している。リングギヤ36の内周には、内歯36aが形成されている。第一プラネタリギヤ32は、サンギヤ31の周囲に複数設けられ、サンギヤ31と噛合している。第二プラネタリギヤ33は、第一プラネタリギヤ32とリングギヤ36の間に複数設けられ、第一プラネタリギヤ32とリングギヤ36の内歯36aに噛合している。
図2や図4に示すように、第一プラネタリギヤ32と第二プラネタリギヤ33は、センターデファレンシャル30の半径方向に重ねて設けられている。つまり、図4に示すように、サンギヤ31の中心から第二プラネタリギヤ33の中心までの距離が、サンギヤ31の中心から第一プラネタリギヤ32の中心までの距離よりも僅かに大きくなっている。なお、図4において、一点鎖線は、各ギヤのピッチ円である。
図1に示すように、第一キャリア34は、第一出力軸21の前端に接続されている。第二キャリア35は、第一キャリア34の後方に、第一キャリア34と対向して設けられている。第一プラネタリギヤ32は、第一軸37によって、第一キャリア34及び第二キャリア35に回転可能に軸支されている。第二プラネタリギヤ33は、第二軸38によって、第一キャリア34及び第二キャリア35に回転可能に軸支されている。
差動制限装置40は、センターデファレンシャル30の後方に設けられている。差動制限装置40は、第一ピース41、第二ピース42、第一摩擦部材43、第二摩擦部材44、差動制限装置アクチュエータ45を有している。第一ピース41は円筒形状であり、第二出力軸22の外周側において、第二出力軸22と接続している。第二ピース42は、円筒形状であり、第一ピース41と同軸に、第一ピース41の外周側に設けられ、第二キャリア35に接続している。第二ピース42は、差動制限装置40の筐体の役割を果たしている。
第一摩擦部材43は、第一ピース41の外周側に、第一ピース41に対して相対回転不能、回転軸線L方向に移動可能に複数設けられている。つまり、第一摩擦部材43は、第一ピース41を介して、第二出力軸22に回転連結されている。
第二摩擦部材44は、第二ピース42の内周側の、第二ピース42に対して相対回転不能、回転軸線L方向に移動可能に複数設けられている。つまり、第二摩擦部材44は、第二ピース42、第二キャリア35、第一軸37及び第二軸38、第一キャリア34を介して、第一出力軸21に回転連結されている。
第一摩擦部材43と第二摩擦部材44は、互いに対向するように、交互に設けられている。差動制限装置アクチュエータ45は、制御部70によって制御され、第一摩擦部材43を第二摩擦部材44に押圧するものである。差動制限装置アクチュエータ45によって、第一摩擦部材43の第二摩擦部材44への押圧力が可変とされ、第一摩擦部材43と第二摩擦部材44との間の摩擦力が可変とされて、第一出力軸21と第二出力軸22の回転速度差が可変とされる。
ハブ50は、差動制限装置40の後方において、第二出力軸22に接続されている。ハブ50は、車両の前輪に回転連結されている。
デフロック機構60は、後述のデフフリーモードとデフロックモードのいずれかを切り替えるものである。デフロック機構60は、第一ドグ部61、スリーブ62、フォーク部材63、デフロックアクチュエータ64とから構成されている。
図2や図3に示すように、第一ドグ部61は、リングギヤ36の軸線方向の側部に、軸線方向に形成されている。本実施形態では、第一ドグ部61は、リングギヤ36の後部の外周面に、周方向一定角度をおいて複数形成された溝によって構成されている。
スリーブ62は、略円筒形状の部材である。スリーブ62の内周面には、第一ピース41の外周面に形成されたスプライン42aと嵌合するスプライン62cが形成されている。スリーブ62は、そのスプライン62cが第一ピース41に形成されたスプライン42aと嵌合して、第一ピース41の外周側に設けられている。このような構成によって、スリーブ62は、第二キャリア35に対して回転不能、且つ、回転軸線L方向に移動可能に設けられている。
図2に示すように、第二ピース42の外径は、リングギヤ36の外径よりも小さくなっている。スリーブ62の外径は、リングギヤ36の外径よりも大きくない。本実施形態では、スリーブ62の外径とリングギヤ36の外径は、同一となっている。
図2や図3に示すように、スリーブ62の前端には、第一ドグ部61と係合又は離脱する第二ドグ部62aが形成されている。本実施形態では、第二ドグ部62aは、スリーブ62の先端に、周方向一定角度をおいて複数形成された突起によって形成されている。このように、第一ドグ部61と第二ドグ部62aによって、ドグクラッチが構成されている。
スリーブ62の後部の外周面には、全周に渡って、フォーク係合溝62bが形成されている。フォーク部材63は、回転軸線L方向に移動可能に設けられている。フォーク部材63の先端には、フォーク係合溝62bと係合している係合部63aが形成されている。デフロックアクチュエータ64は、制御部70によって制御され、フォーク部材63を回転軸線L方向に移動させる。
デフロックアクチュエータ64によって、フォーク部材63が前方(リングギヤ36に近接する方向)に移動されると、第二ドグ部62aが第一ドグ部61と係合する。すると、第二キャリア35に相対回転不能に設けられているスリーブ62がリングギヤ36に対して相対回転不能となり、第二キャリア35(第一キャリア34)とリングギヤ36が相対回転不能となり、第一出力軸21と第二出力軸22の回転速度差が許容されないデフロックモードとなる(図2の状態)。
一方で、デフロックアクチュエータ64によって、フォーク部材63が後方(リングギヤ36から遠ざかる方向)に移動されると、第二ドグ部62aが第一ドグ部61から離脱する。すると、第二キャリア35に相対回転不能に設けられているスリーブ62がリングギヤ36に対して相対回転可能となり、第二キャリア35(第一キャリア34)とリングギヤ36が相対回転可能となり、第一出力軸21と第二出力軸22の回転速度差が許容されるデフフリーモードとなる。
(本実施形態の効果)
以上の説明から明らかなように、図1や図2に示すように、スリーブ62の第二ドグ部62aと係合又は離脱する第一ドグ部61が、リングギヤ36の回転軸線L方向の側部に設けられている。これにより、スリーブ62を、リングギヤ36の側方に配置することが可能となり、スリーブ62がセンターデファレンシャル30のリングギヤ36の外周側に設けられているトランスファと比較して、トランスファ100の径方向の寸法を小型化することができる。
また、図2に示すように、スリーブ62が摺動可能に取り付けられている第二ピース42の外径は、リングギヤ36の外径よりも小さい。これにより、スリーブ62の外径がセンターデファレンシャル30の外径より大きくならないように、スリーブ62を配置することができ、トランスファ100の径方向の大型化を防止することができる。
また、図2に示すように、スリーブ62は、差動制限装置40の外周側に設けられている。このため、スリーブ62が差動制限装置40に径方向に重ねて設けられておらず、スリーブ62が差動制限装置40の回転軸線L方向に隣接して設けられたトランスファと比較して、トランスファ100の回転軸線L方向の寸法を小型化することができる。
また、図2に示すように、スリーブ62は、差動制限装置40の筐体である第二ピース42にスプライン嵌合している。これにより、スリーブ62が摺動可能に取り付けられている部材が第二ピース42と別体に設けられた構造のトランスファと比較して、トランスファ100の径方向の寸法の大型化を防止しつつ、差動制限装置40を径方向に大きくすることができ、差動制限装置40の差動制限能力を向上させることができる。
また、センターデファレンシャル30はダブルプラネタリ式の遊星歯車機構である。このため、図5Bに示すように、シングルプラネタリ式の遊星歯車機構を用いたトランスファと比較して、図5Aに示すように、本実施形態のトランスファ100は、駆動力の第一出力軸21と第二出力軸22への分配比率の設定の自由度が高くなる。
つまり、図5Aや図5Bに示すように、遊星歯車機構のギヤ比λは、サンギヤ31の歯数Zsをリングギヤ36の歯数Zrで除したものである。遊星歯車機構の構成上、リングギヤ36の歯数ZrはサンギヤSの歯数Zsよりも多く、サンギヤ31の歯数Zsとリングギヤ36の歯数Zrの歯数差を少なくすることは困難である。これにより、ギヤ比λは1よりも大幅に小さい値となる。このため、シングルプラネタリ式の遊星歯車機構では、図5Bに示すように、速度線図における他の2軸の間に配置されるキャリア34、35の回転速度を表す縦軸が、リングギヤ36の回転速度を表す縦軸側に近接してしまい、キャリア34、35の回転速度を表す縦軸の横方向の位置の自由度が低くなってしまう。このため、第一遊星歯車機構がシングルプラネタリ式ある場合には、変速段のギヤ比の設定の自由度が低くなってしまう。一方で、遊星歯車機構がダブルプラネタリ式である場合には、図5Aに示すように、速度線図において他の2軸の間に配置されるリングギヤRの回転速度を表す縦軸の横方向の位置の自由度が高い。
また、図4に示すように、第一プラネタリギヤ32と第二プラネタリギヤ33は、センターデファレンシャル30の半径方向に重ねて設けられている。このため、駆動力の第一出力軸21と第二出力軸22への分配比率の設定の自由度を高めつつ、センターデファレンシャル30の径方向の寸法の大型化を防止して、トランスファ100の径方向の大型化を防止することができる。
(別の実施形態)
以上説明した実施形態では、第一ドグ部61と第二ドグ部62aによって、ドグクラッチが構成されている。しかし、リングギヤ36の回転軸線L方向側部に、回転軸線L方向に第一係合部が形成され、スリーブ62には、第一係合部と係合又は離脱する第二係合部が形成され、リングギヤ36とスリーブ62の間に、リングギヤ36とスリーブ62の回転速度を同期させるシンクロナイザーリングが設けられている実施形態であっても差し支え無い。
以上説明した実施形態では、リングギヤ36に第一ドグ部61が形成され、スリーブ62は、キャリア34、35に相対回転に設けられている。しかし、この実施形態に限らず、遊星歯車機構であるセンターデファレンシャル30の速度線図(図5A示)においてギヤ比に対応した間隔で順次並べられた、第一要素、第二要素、第三要素のうちいずれかの軸線方向の側部に、第一ドグ部61が形成され、スリーブ62が、第一要素、第二要素、第三要素のうち第一ドグ部61が形成されている要素以外の要素のうち1の要素に対して相対回転不能に設けられている実施形態にも、本発明の技術的思想が適用可能なことは言うまでもない。このような実施形態の一例として、以下に、図6を参照して、第二実施形態のトランスファ200を、第一実施形態のトランスファ100と異なる点について説明する。なお、第二実施形態のトランスファ200に関して、第一実施形態のトランスファ100と同じ構造の部分については、第一実施形態のトランスファ100と同じ番号を付して、その説明を省略する。
図6に示すように、第二実施形態のトランスファ200では、第一ドグ部61は、第二キャリア35の回転軸線L方向の側面に形成され、スリーブ62は第二出力軸22にスプライン嵌合して、サンギヤ31に対して相対回転不能、且つ、回転軸線L方向移動可能に設けられている。第一ピース41は、第一出力軸21に接続されている。第二ピース42は、第二出力軸22に接続されている。
或いは、第一出力軸21がサンギヤ31に接続され、第二出力軸22がキャリア34、35に接続されている実施形態であっても差し支え無い(図5Aに示す別の実施形態)。
以上説明した実施形態では、センターデファレンシャル30は、ダブルプラネタリ式の遊星歯車機構である。しかし、センターデファレンシャル30は、シングルプラネタリ式の遊星歯車機構であっても差し支え無い。この実施形態では、シングルプラネタリ式の遊星歯車機構の各要素は、図5Bに示すように接続される。
車両の前輪が第一出力軸21に回転連結し、車輪の後輪がハブ50を介して第二出力軸22に回転連結している実施形態であっても差し支え無い。
11…入力軸、21…第一出力軸、22…第二出力軸、30…センターデファレンシャル、31…サンギヤ、32…第一プラネタリギヤ、33…第二プラネタリギヤ、34…第一キャリア、35…第二キャリア、36…リングギヤ、40…差動制限装置、42…第二ピース(差動制限装置40の筐体)、60…デフロック機構、61…第一ドグ部(第一係合部)、62…スリーブ、62a…第二ドグ部(第二係合部)、64…デフロックアクチュエータ(駆動装置)、100…第一実施形態のトランスファ、200…第二実施形態のトランスファ

Claims (7)

  1. 車両の動力源から駆動力が入力される入力軸と、
    前記車両の後輪及び前輪の一方が回転連結された第一出力軸と、
    前記車両の後輪及び前輪の他方が回転連結された第二出力軸と、
    前記第一出力軸と前記第二出力軸の回転速度差を許容しながら、前記入力軸に入力された駆動力を前記第一出力軸及び前記第二出力軸に分配するセンターデファレンシャルと、
    前記第一出力軸と前記第二出力軸の回転速度差を許容するデフフリーモードと、前記第一出力軸と前記第二出力軸の回転速度差を許容しないデフロックモードと、のいずれかを切り替えるデフロック機構を有し、
    前記センターデファレンシャルは、速度線図においてギヤ比に対応した間隔で順次並べられた、第一要素、第二要素、第三要素を有する遊星歯車機構であり、
    前記第二要素には、前記入力軸が接続され、
    前記第一要素と前記第三要素の一方には、前記第一出力軸が接続され、
    前記第一要素と前記第三要素の他方には、前記第二出力軸が接続され、
    前記デフロック機構は、
    前記第一要素、前記第二要素、前記第三要素のうちいずれかの軸線方向の側部に、軸線方向に形成された第一係合部と、
    前記第一要素、前記第二要素、前記第三要素のうち前記第一係合部が形成されている要素以外の要素のうち1の要素に対して相対回転不能、且つ軸線方向移動可能に設けられ、前記第一係合部と係合又は離脱する第二係合部が形成されたスリーブと、
    前記スリーブを軸線方向に移動させる駆動装置と、を有して構成されているトランスファ。
  2. 前記第一係合部と前記第二係合部は、ドグクラッチである請求項1に記載のトランスファ。
  3. 前記遊星歯車機構は、前記入力軸に接続されたリングギヤと、前記第二出力軸に接続されたサンギヤと、前記サンギヤと噛合する第一プラネタリギヤを軸支するとともに前記第一プラネタリギヤ及び前記リングギヤと噛合する第二プラネタリギヤを軸支するキャリアとから構成されたダブルプラネタリ式であり、
    前記第一係合部は、前記リングギヤの軸線方向の側部に形成され、
    前記スリーブは、前記キャリアに対して相対回転不能、且つ軸線方向移動可能に設けられている請求項1又は請求項2に記載のトランスファ。
  4. 前記スリーブが摺動可能に取り付けられている部材の外径は、前記リングギヤの外径よりも小さい請求項3に記載のトランスファ。
  5. 前記第一出力軸と前記第二出力軸の回転速度差を制限する差動制限装置を有し、
    前記スリーブは、前記差動制限装置の外周側に設けられている請求項3又は請求項4に記載のトランスファ。
  6. 前記スリーブは、前記筐体にスプライン嵌合している請求項5に記載のトランスファ。
  7. 前記遊星歯車機構は、前記入力軸に接続されたリングギヤと、前記第二出力軸に接続されたサンギヤと、前記サンギヤと噛合する第一プラネタリギヤを軸支するとともに前記第一プラネタリギヤ及び前記リングギヤと噛合する第二プラネタリギヤを軸支するキャリアとから構成されたダブルプラネタリ式であり、
    前記第一係合部は、前記キャリアの軸線方向の側面に形成され、
    前記スリーブは、前記サンギヤに対して相対回転不能、且つ軸線方向移動可能に設けられている請求項1又は請求項2に記載のトランスファ。
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