用于变速器的最终传动机构和动力输出装置制造方法
【专利摘要】一种驱动机构，包括变速器，该变速器包括以一轴线为中心的小齿轮、以轴线的前面的第二轴线为中心的差速机构、以及以轴线的后面的第三轴线为中心的动力输出机构，差速机构通过与小齿轮啮合的大齿轮可驱动地连接到小齿轮，动力输出机构可驱动地连接到小齿轮，并且包括交替地打开和闭合与小齿轮的驱动连接的离合器。
【专利说明】用于变速器的最终传动机构和动力输出装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于机动车辆的自动变速器，其包括行星齿轮组以及离合器和制动器，其啮合和解离的状态决定通过变速器产生的速度比。
【背景技术】
[0002]前轮驱动的车辆中，变速器可用的轴向空间被发动机舱的宽度和发动机的长度所限制。另外，增加可用比率的数量的倾向通常增加了需要的组件数量。鉴于这个原因，为了最小化轴向长度而同轴地安置组件是可取的。然而，同轴地安置组件的能力被特定组件的相互连接及其与变速器箱的连接的需要所限制。
[0003]此外，使输出元件位于与齿轮箱的输入端对应的车辆的中心附近是可取的。安置为朝向车辆外侧的输出元件可能需要额外的支承结构并且增加了传动轴的长度。然而，出于一些运动学上的安排，将某些元件连接到变速器箱的需要要求输出元件如此安置。
[0004]具有接地环行星齿轮组(grounded ring planetary gear sets)的链条传动变速桥最终驱动系统(Chain drive transaxle final drive system)具有由于链的空隙产生的令人难以接受的噪音、震动和声振粗糙度的特性。传动轴齿轮系统限制总齿轮比。
【发明内容】
[0005]一种驱动机构，包括:包括以一轴线为中心的小齿轮的变速器、以该轴线前面的第二轴线为中心的差速机构、以及以该轴线后面的第三轴线为中心的动力输出机构，该差速机构通过啮合小齿轮的大齿轮(gear wheel)可驱动地连接到小齿轮，该功率输出机构可驱动地连接到小齿轮并且包括可交替地打开和闭合到小齿轮的驱动连接的离合器。
[0006]该驱动机构满足了使前轮轴相对于车辆横轴线位于发动机的前方并且提供全轮驱动(AWD)操作的车辆设计要求。动力输出装置(PTU)整合到前轮驱动变速桥。
[0007]从如下详细说明、权利要求和附图中，优选实施例的适用范围将变得显而易见。应该理解，说明和具体实例虽然指出了本发明的优选实施例，但其仅以示例方式给出。所述实施例的不同变化和变型对本领域的技术人员将变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]结合附图参照以下说明会更容易理解本发明，其中:
[0009]图1A-C是多速自动变速桥的截面侧视图；
[0010]图2A-图2B是变速桥的截面侧视图，其显示了前部和中部气缸总成；
[0011]图3是显示分别安装在前部支承件和中部气缸总成的套筒的侧面透视图；
[0012]图4是邻近变速桥的输出的传动齿轮和轴的截面侧视图；
[0013]图5是多速自动变速桥的截面侧视图，其具有图4中的替代的最终驱动机构；
[0014]图6是多速自动变速桥的截面侧视图，其显示了动力输出机构和替代的最终驱动；[0015]图7是显示图6的变速器的主轴、动力输出机构和最终驱动的排列的示意图。【具体实施方式】
[0016]现在参照附图，图1示出了多速自动变速桥10的齿轮、离合器、制动器、轴、液体通路、以及其它组件，这些组件围绕轴线11实质上同轴地安置。
[0017]转矩变换器包括由发动机驱动的叶轮、流体动力地耦接到叶轮的涡轮、以及叶轮和涡轮之间的定子。变速器输入轴20通过花键连接21紧固到涡轮。定子通过花键连接22紧固到前部支承件24，所述前部支承件24紧固到变速器箱26以防止旋转。
[0018]双小齿轮、减速行星齿轮组28包括太阳齿轮30，其通过花键连接31紧固到输入轴20 ;支架32，其通过花键连接33紧固到前部支承件24 ;齿圈34，其通过花键连接35紧固到前部气缸总成36 ;第一组行星小齿轮38，其支承于支架32上并且与太阳齿轮30啮合；以及第二组行星小齿轮40，其支承于支架32上并且与齿圈34以及第一小齿轮38啮合。齿圈34以与输入轴20相同的方向旋转，但是其速度降低。
[0019]后部齿轮组46和中部齿轮组48是简单的行星齿轮组。齿轮组46包括一组行星小齿轮50，其旋转支承于支架52上并且与太阳齿轮54以及齿圈56 二者啮合。齿轮组48包括一组行星小齿轮58，其旋转支承于支架60上并且与太阳齿轮62以及齿圈64 二者啮合。太阳齿轮54花键连接到轴，该轴花键连接到外壳66，在该轴上形成太阳齿轮62，从而将太阳齿轮54、62相互地紧固并且紧固到外壳66。支架52固定到外壳68。支架60和齿圈56相互固定并且通过外壳72固定到输出小齿轮70。齿圈64固定到外壳74。
[0020]固定到齿圈34的前部气缸总成36促动离合器76、80。离合器76的板件包括花键连接到前部气缸总成36的板件以及与该板件相间的花键连接到外壳74的板件。当液压压力施加到活塞78时，上述板件被推动到一起，并且使转矩在齿圈34和64之间传输。当液压压力释放时，齿圈34和64可以以低寄生阻力在不同的速度旋转。类似地，离合器80的板件包括花键连接到前部气缸总成36的板件以及与该板件相间的花键连接到外壳66的板件。当液压压力施加到活塞82时，转矩在齿圈34和太阳齿轮54、62之间传输。增压流体循路径从控制体84，经过前部支承件24，进入旋转密封装置之间的前部气缸总成36。
[0021]包括支架32的中部气缸总成86促动制动器88。制动器88的板件包括花键连接至IJ支架32的板件以及与该板件相间的花键连接到外壳66的板件。当液压压力施加到活塞90时，制动器保持太阳齿轮54、62不旋转。增压流体循路径从控制体84，经过前部支承件24，在行星小齿轮38、40之间进入中部气缸总成86。由于离合器组合件(clutch pack) 88的位置，输出元件70位于靠近齿轮箱前部的更合适的位置。
[0022]后部气缸总成92通过固定在输入轴20的花键连接93紧固。当液压压力施加到活塞94时，离合器96的板件在输入轴20和支架52之间传输转矩。类似地，当液压压力施加到活塞98时,离合器100的板件在输入轴20和太阳齿轮54、62之间传输转矩。增压流体循路径从控制体84，进入后部气缸总成92。
[0023]当液压压力施加到活塞102时，制动器104保持支架52和外壳68不旋转。单向制动器106被动地阻止支架52和外壳68的逆向旋转，但是容许其正向旋转。单向制动器106可以可选择地省略，其功能由主动控制制动器104执行。
[0024]D制动器104仅用作闭锁装置，而不是作为动态制动器。为了最小化在制动器104上产生的寄生粘性阻力损失，理想的是在制动器上不出现过量的油。因此，提供了通过E离合器96的活塞94和单向制动器106的内圈107之间的油封103形成的油塞(oil dam)以限制或阻止油进入D制动器104。复位弹簧108的径向内侧端不断地接触促动制动器104的活塞102。复位弹簧108的径向外侧端不断地接触固定结构，因此弹簧随着活塞102在D制动器104的气缸中的运动而弯曲。通过这种方式，复位弹簧108也通过限制或阻止由于离心力导致的油径向流动进入D制动器104来参与形成油塞。
[0025]这种布置允许制动器88和离合器76、80相互地同轴，位于一个轴平面，并且位于行星齿轮组28、46、48的径向外侧，使得他们不增加齿轮箱的轴向长度。类似地，离合器96、100和制动器104相互地同轴并且位于行星齿轮28、46、48的径向外侧。离合器76、80、96、100和制动器88、104、106包含控制元件。
[0026]如图2A、2B所示，前部气缸总成36旋转支承于固定的前部支承件24和支架34。该前部气缸总成36形成有离合器驱动流体通路，每个通路与前部气缸总成36中所形成的气缸114、116中的一个连通。气缸114含有活塞78 ;气缸116含有活塞82。在图2中以互联通路段109、110、111、112表示前部气缸总成36中的一个流体通路，通过该通路气缸116与离合器控制液压压力源相连通。前部气缸总成36中的另外一个流体通路将离合器控制液压压力源连通到气缸114，该流体通路类似于通路段109、110、111、112，但是围绕轴线11与通路段109、110、111、112成角度地分隔开。通路段109是机械加工在前部气缸总成36的内径的表面上。
[0027]前部气缸总成36也形成有平衡容积供应通路，其类似于通路段109、110、111、112，但是围绕轴线11与通路段109、110、111、112成角度地分隔开。平衡容积供应通路连通平衡容积120、122。如图2A所示，平衡容积供应通路包括轴向通路段124以及径向通路段126，通路段124连通平衡容积供应流体和压力的源，流体经由径向通路段126从通路124流入平衡容积120、122。通路124可以是一个单独的钻孔，该钻孔沿着纵向轴线伸展并且位于A离合器和B离合器的两个离合器平衡区域之间。通路124输送流体通过钻孔126，该钻孔126连通平衡容积120、122。
[0028]每个位于各自的平衡塞(balance dam) 120、122上的螺旋压缩弹簧128、130将各自的活塞78、82推动到图2所述的位置。齿圈34通过花键连接132固定到前部气缸总成36。
[0029]中部气缸总成86包括放置于前部支承件24上的支架32。支架32包括第一和第二板件134、135以及紧固到该板件上的小齿轮轴，一个支承小齿轮38的小齿轮轴，以及其他支承小齿轮40的小齿轮轴。板件135形成有含有制动器活塞90的气缸140。
[0030]制动器促动液压压力源通过一系列互联通路段142、143以及水平通路段连通气缸140，该水平通路段从通路143轴向伸展，通过支架32的网，在行星小齿轮38、40组之间到达气缸140。这些制动馈送通路在支架32中形成。当促动压力施加到气缸140时，活塞90推动制动器88的板件相互摩擦接触，从而保持太阳齿轮54、62以及外壳66不旋转。当促动压力从气缸140中排出时，碟形弹簧146使活塞90复位到图2所示的位置。
[0031]前部支承件24形成有通路，这些通路优选地围绕轴线11相互间隔开。前部支承件24中的这些通路在图1和图2中以通路段150、151、152表示，液压流体通过这些通路段供应到离合器伺服气缸114、116,制动器伺服气缸140以及平衡塞120、122。每一个前部支承通路组成的一个通路通过在前部气缸总成36中形成的流体通路109、110、111、112、113、124使液压流体和压力连通到前部气缸总成36的气缸114、116以及平衡塞120、122。每一个前部支承通路组成的另一个通路通过支架32中的流体通路142、143将液压流体和压力连通到中部气缸总成86的气缸140。
[0032]前部支承件24包括轴承支承台肩154，其轴向地伸展并越过前部气缸总成36的轴向伸展部156。轴套158和轴承160提供前部气缸总成36相对于前部支承件24的旋转。然而，前部支承件24、其轴承支承台肩154以及前部气缸总成36的这种布置阻碍了机械加工通路所需的径向入口，该通路将前部支承件24中的第一通路152连接到前部气缸总成36中的第二通路109。
[0033]为了克服这个问题并在通路段109、152之间提供液压连续性，第一通路152形成有开口，其沿着第一通路152的长度伸展、平行于轴线11，并且穿过前部支承件24的外壁。该开口径向地向外地朝向第二通路109。类似地，第二通路109形成有第二开口，其沿着第二通路109的长度伸展，平行于轴线11，并且穿过前部气缸总成36的内壁。该第二开口径向地向内地朝向第一通路152。
[0034]第一套筒162通过与前部支承件24的外径的表面的压入配合轴向地插入，从而覆盖通路段152的外表面上的开口。套筒162形成有伸展穿过套筒162的厚度的径向通路164、165。位于通路164、165的每一侧的密封件176阻止流体从通路中泄漏。
[0035]第二套筒170通过与前部气缸总成36的内径的第二开口的压入配合轴向地插入，从而覆盖并封闭第二通路109中的第二开口长度。套筒170形成有径向开口，其中两个在图2中以开口 172、174表示，并与第一套筒162中形成的径向通路164、165对齐。
[0036]套筒164和170提供从前部支承件24的通路中输送的流体压力源到平衡塞120、122和伺服气缸114、116、140的液压连续性，由此驱使离合器76、80和制动器88。
[0037]套筒162、170也提供入口，该入口使前部支承件24的外径表面上和前部气缸总成36的内径表面上的第一和第二通路152、109能够机械加工。图3显示套筒162、170和三个密封件176，该密封件176配合在套筒162的各径向通路164、165之间的套筒162上的凹处。
[0038]如图4所示，输出小齿轮70与传动齿轮180啮合，传动齿轮180与传动轮184上的传动小齿轮182整体地形成。传动轴186在一端通过销轴连接188紧固到不旋转的壳体组件190，并且在相对端座接(seated)在不旋转的转矩变换器壳体组件194上形成的凹处192。滚珠轴承198支承转矩变换器壳体194上的传动轮184。壳体组件190、194包含反作用部件并且可以整体地形成或优选地形成为单独的部件。
[0039]滚珠轴承198通过座接在转扭变换器壳体194的表面196来径向地支承。转矩变换器壳体194上的台肩199接触轴承198的内座圈的右侧轴向表面、轴承198的第二表面。卡环200接触轴承198的外座圈的右侧轴向第三表面201。台肩199和卡环200限制轴承198的向右的轴向移动。
[0040]在大齿轮184上形成的台肩202接触轴承198的外座圈的左侧轴向第一表面。止推垫圈204接触轴承198的内座圈的左侧轴向第四表面205。止推垫圈204接触在传动轴186上形成的台肩206。台肩202和206限制轴承198向左侧轴向移动。
[0041]差速器机构212的齿圈210与传动小齿轮182啮合，并且通过轴承214、216旋转支承于壳体190、194。传输到输出小齿轮70的旋转动力通过传动齿轮180、182和齿圈210传输到差速器的输入，其驱动与轴线220对齐的一组车轮。
[0042]滚珠轴承222支承传动轴186上的传动轮184。选择安装在壳体190的凹处226的垫圈224的厚度以确保止推垫圈204和轴承198的内座圈之间的接触。
[0043]输出小齿轮70和传动齿轮180、182具有螺旋齿轮齿，其在平行于轴线220的轴向上以及在垂直于图4的平面的径向上产生推力分量。传输到传动大齿轮184的向右侧方向的推力由于转矩变换器壳体194的台肩199与轴承198接触而被转矩变换器壳体194反作用。传输到传动大齿轮184的向左侧方向的推力由于卡环200和轴承198之间的接触、轴承198和止推垫圈204之间的接触、止推垫圈和传动轴186之间的接触、以及轴186、垫圈224和壳体90之间的接触而被壳体190反作用。
[0044]如图1A所示，D制动器104包括通过花键连接紧固到单向制动器106的外座圈232的第一组薄阀盘(thin disc)230，该花键连接允许阀盘230轴向地移动并阻止其相对于座圈232的旋转，该座圈232固定到变速器箱或端盖以防止旋转。
[0045]类似地，D制动器104包括通过花键连接固定到单向制动器106的内座圈107的第二组薄阀盘234，该花键连接允许阀盘234轴向地移动并阻止它们相对于内座圈107的旋转。内座圈107固定到齿轮组46的支架68，这样它们作为一个单元以相同的速度一起旋转。优选地，单向制动器106的外座圈和内座圈232、107由烧结的粉末金属的铁基合金构成，而阀盘230、234由钢构成。单向制动器106优选地是具有枢转摇杆的类型的摇杆单向制动器，如美国专利第7，448，481号专利和第7，451，862号专利所述的，每一个摇杆保持器是一个袋状凹并且通过离心力和压缩弹簧驱动。
[0046]用于D离合器104的反作用花键优选地不形成在铝壳或端盖上，这是因为由薄阀盘232、234导致的高的局部应力用于减少寄生损失。D离合器反作用花键形成为单向制动器106的滚道的组成部分。制动器106然后花键连接到变速器箱。
[0047]图5的最终驱动机构在输出小齿轮70和差速机构212的输入之间产生驱动连接。输出小齿轮70与输出齿轮270啮合，输出齿轮270支承在滚珠轴承272和滚柱轴承274、275之间。轴承272支承在变速器箱26上；轴承274、275支承在伸展部276上，伸展部276以螺栓紧固到变速器箱上。
[0048]行星式最终驱动齿轮组278包括紧固到输出齿轮270上的太阳齿轮280 ;紧固到差速器212的输入的齿圈282 ;通过与盖子伸展部(cover extension) 276的花键连接284固定以防止旋转的支架285 ；以及行星小齿轮287，其支承在支架285上并且与太阳齿轮280和齿圈282啮合。最终驱动齿轮组278以相对于输出齿轮270的速度降低了的速度驱动差速器输入并且相对于输出齿轮270的旋转方向反转了旋转方向。差速器驱动紧固到驱动轮的驱动轴。
[0049]图5的最终驱动机构产生输出小齿轮70和差速机构212的输入之间的驱动连接。输出小齿轮70与输出齿轮270啮合，输出齿轮270支承于滚珠轴承272和滚柱轴承274、275上。轴承272支承于变速器箱26上；轴承274、275支承于伸展部276上，伸展部276以螺栓紧固到变速器箱。
[0050]行星式最终驱动齿轮组278包括紧固到输出齿轮270的太阳齿轮280 ;紧固到差速器212的输入的齿圈282 ;通过花键连接284固定到盖子伸展部276以防止旋转的支架285 ；以及支承在支架285上并且与太阳齿轮280和齿圈282啮合的行星小齿轮287。最终驱动齿轮278以相对于输出齿轮270的速度降低了的速度驱动差速器输入并且相对于输出齿轮270的旋转方向反转了旋转方向。差速器驱动紧固到驱动轮的驱动轴。
[0051]如图6和图7所示的驱动机构通过以轴线306为中心的最终驱动304产生输出小齿轮70和差速机构300的输入之间的驱动连接，差速机构300的输入以轴线302为中心。该驱动机构也通过以轴线314为中心的齿轮312产生输出小齿轮70和动力输出(PTU)机构308之间的驱动连接，动力输出(PTU)机构308以轴线310为中心。
[0052]最终驱动大齿轮304包括与输出小齿轮70以及小齿轮320啮合的齿轮318，该小齿轮320与齿轮318整体地形成并且与差速机构300的齿圈322啮合。轴颈支承在前部支承件326和变速器壳体26的轴324支承大齿轮304。滚柱轴承328和滚珠轴承330分别将大齿轮304支承在轴324和前部支承件326上。差速机构300的侧斜齿轮(side bevelgear) 332,334通过花键连接到半轴336、338，其将旋转力传输到前部车轮。轴承340、342分别将半轴至少部分地支承在前部支承件326和壳体26上。
[0053]图7表示车辆的纵轴线344，并显示前部车轮的轴线相对于车辆的横轴线位于轴线11的前方，发动机的曲轴和变速器输入轴20以轴11为中心。
[0054]输出小齿轮70也与齿轮318啮合，齿轮318与PTU齿轮350啮合，PTU齿轮350分别通过轴承352、354支承在前部支承件326和变速器壳体26上。当需要全轮驱动运行时，离合器356闭合，在输出小齿轮70和动力输出(PTU)机构308的轴358之间产生驱动连接，其向车辆后轮传输动力。当离合器356打开时全轮驱动运行终止。
[0055]图7表示动力输出(PTU)机构308的轴线310沿着车辆的纵轴线344定位于发动机曲轴和变速器输入轴20的轴线11的后部.[0056]依照专利法的规定，已经阐述了优选的实施方式。但是，应该注意到的是，除了已详细阐述和说明的，替代实施方式同样能够实施。
【权利要求】
1.一种驱动机构，其特征在于，包含: 变速器，其包括在输出产生速度比的齿轮组、以一轴线为中心的小齿轮、以及将输出连接到小齿轮的外壳； 差速器机构，其以该轴线前面的第二轴线为中心，并通过与小齿轮啮合的大齿轮可驱动地连接到小齿轮； 动力输出机构，其以该轴线后面的第三轴线为中心，并可驱动地连接到小齿轮，动力输出机构包括交替地打开和闭合与小齿轮驱动连接的离合器。
2.如权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，进一步包含: 变速器壳体； 紧固到变速器壳体的前部支承件； 轴颈支承于壳体和支承件的轴； 支承大齿轮相对于轴旋转的第一轴承；以及 与第一轴承间隔开并支承大齿轮相对于轴旋转的第二轴承。
3.如权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，进一步包含: 变速器壳体； 紧固到变速器壳体的前部支承件； 轴颈支承于壳体和支承件上的轴； 座接于支承件并支承大齿轮相对于轴旋转的第一轴承；以及 座接于轴的第二轴承，其与第一轴承间隔开，并且支承大齿轮相对于轴旋转。
4.如权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述大齿轮包括: 与小齿轮啮合的齿轮；以及 紧固到齿轮并与差速器机构啮合的第二小齿轮。
5.如权利要求4所述的驱动机构，其特征在于，第二小齿轮与齿轮整体地形成。
6.如权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，变速器进一步包括输入轴并且轴线与输入轴同轴。
【文档编号】F16H57/02GK103573977SQ201310299477
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月17日 优先权日:2012年7月19日
【发明者】大卫·A·詹森, 杰弗里·E·毛雷尔 申请人:福特全球技术公司