УЗЕЛ ОСИ С МЕХАНИЗМОМ ПРИВОДА С РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА
AXLE ASSEMBLY WITH DISTRIBUTED-TORQUE DRIVE MECHANISM

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
В настоящей заявке испрашивается приоритет по заявке US №13/182,153, поданной 13 июля 2011 г., на полезную модель "Узел оси с механизмом привода с распределением крутящего момента", временной заявке US №61/364,072, поданной 14 июля 2010 г. на изобретение "Механизм привода с распределением крутящего момента" и временной заявке US №61/468,809, поданной 29 марта 2011 г. на изобретение "Механизм привода с распределением крутящего момента". Содержание указанных заявок вводится здесь ссылкой, как если бы здесь был полностью приведен их текст.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к узлу оси и к транспортному средству, снабженному механизмом привода с распределением крутящего момента.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Одним из устройств корректировки или ослабления заноса в случаях недостаточной или чрезмерной реакции транспортного средства на поворот руля является дифференциал с перераспределением передаваемого крутящего момента (TVD). Устройства TVD обычно представляют собой дифференциалы с электронным управлением, которые могут создавать момент вокруг центра тяжести транспортного средства независимо от скорости его колес и которые используются для корректировки или ослабления заноса в случаях недостаточной или чрезмерной поворачиваемости.
В патенте US №7,491,147 раскрывается дифференциал TVD с приводом от двигателя, в котором используется два механизма регулирования скорости, расположенных по обеим сторонам механизма дифференциала. Каждый механизм регулирования скорости содержит редуктор с прямозубыми шестернями и фрикционную муфту сцепления. Редуктор передает крутящий момент от механизма дифференциала на фрикционную муфту сцепления, и затем крутящий момент передается на соответствующую полуось.
В патенте US №7,238,140 раскрывается дифференциал TVD с приводом от двигателя, в котором используется два устройства отведения крутящего момента, расположенных по обеим сторонам механизма дифференциала. Каждое такое устройство содержит зубчатый редуктор и магнитный порошковый тормоз. Зубчатый редуктор передает крутящий момент от механизма дифференциала на выходной элемент, соединенный с соответствующей полуосью для вращения вместе с ней. Магнитный порошковый тормоз выполнен с возможностью выборочного торможения выходного элемента зубчатого редуктора.
В публикации заявки US №2010/0323837 раскрывается дифференциал TVD с электрическим приводом, содержащий две планетарные передачи, электродвигатель и муфту, управляющую работой планетарных передач. Дифференциал TVD может работать в первом режиме, в котором он представляет собой открытый дифференциал с приводом от электродвигателя, и во втором режиме, в котором дифференциал TVD обеспечивает на выходе перераспределение крутящего момента.
Хотя такие конструкции могут быть эффективными для осуществления функции перераспределения крутящего момента, при котором крутящий момент может быть перераспределен через механизм дифференциала между полуосями, однако в таком дифференциале TVD возможны улучшения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем разделе рассматриваются лишь общие принципы изобретения без подробного описания полного объема и всех его признаков.
В настоящем изобретении предлагается узел оси, содержащий входной элемент, первую планетарную передачу, узел дифференциала и вторую планетарную передачу. Первая планетарная передача имеет первый вход трансмиссии, приводимый входным элементом. Узел дифференциала содержит корпус, а также первый и второй выходные элементы, размещенные в корпусе дифференциала. Вторая планетарная передача содержит второе водило, соединенное с корпусом дифференциала для их совместного вращения. Солнечная шестерня первой планетарной передачи соединена с солнечной шестерней второй планетарной передачи без возможности вращения относительно нее.
В настоящем изобретении предлагается другой вариант осуществления узла оси, содержащий входной элемент, первую планетарную передачу, узел дифференциала и вторую планетарную передачу. Первая планетарная передача содержит первый вход трансмиссии, первую солнечную шестерню, первую кольцевую шестерню, первые шестерни-сателлиты и первое водило. Первый вход трансмиссии приводится в действие входным элементом. Первые шестерни-сателлиты находятся в зацеплении с первой солнечной шестерней и с первой кольцевой шестерней. Первое водило обеспечивает опору для вращения первых шестерен-сателлитов. Узел дифференциала содержит корпус, а также первый и второй выходные элементы, размещенные в корпусе дифференциала. Вторая планетарная передача содержит второе водило, соединенное с корпусом дифференциала для их совместного вращения; входной элемент, первая планетарная передача и вторая планетарная передача расположены на общем продольном конце корпуса дифференциала. Узел оси может работать в режиме, в котором водила первой и второй планетарных передач могут отсоединяться друг от друга для предотвращения их совместного вращения.
Первая планетарная передача имеет первый вход трансмиссии, приводимый в движение входным элементом. Узел дифференциала содержит корпус, а также первый и второй выходные элементы, размещенные в корпусе дифференциала. Вторая планетарная передача содержит водило, соединенное с корпусом дифференциала для их совместного вращения. Входной элемент, первая планетарная передача и вторая планетарная передача расположены на общем продольном конце корпуса дифференциала
В настоящем изобретении предложен еще один вариант осуществления узла оси, который включает двигатель, входной элемент, приводимый двигателем, узел дифференциала, трансмиссию и переключаемый элемент. Узел дифференциала содержит корпус, а также первый и второй выходные элементы, размещенные в корпусе дифференциала. На трансмиссию передается крутящий момент от входного элемента. Переключаемый элемент выполнен с возможностью перемещения в продольном направлении между первым и вторым положениями. При установке переключаемого элемента в первое положение осуществляется соединение трансмиссии с узлом дифференциала для задания режима векторизации крутящего момента, в котором трансмиссия обеспечивает равные, но противоположно направленные крутящие моменты на первом и втором выходных элементах дифференциала. При установке переключаемого элемента во второе положение осуществляется соединение трансмиссии с узлом дифференциала для непосредственного привода корпуса дифференциала.
В настоящем изобретении дополнительно предложен исполнительный механизм для линейного перемещения части механического устройства, которое выполнено с возможностью переключения по меньшей мере между двумя режимами. Исполнительный механизм содержит входной элемент, который может быть функционально соединен с приводом, выходной элемент, который может быть функционально соединен с переключателем, и преобразующий элемент для преобразования вращательного движения привода в линейное перемещение переключателя. Преобразующий элемент содержит кулачковую шайбу, в которой выполнен направляющий паз, проходящий по меньшей мере по части внешней окружной поверхности кулачковой шайбы, и следящий элемент, установленный с возможностью перемещения в направляющем пазе. Кулачковая шайба функционально соединена с входным элементом, и следящий элемент функционально соединен с выходным элементом. Направляющий паз содержит: первую часть, проходящую параллельно поперечной плоскости, которая перпендикулярна продольной оси кулачковой муфты; вторую часть, проходящую параллельно поперечной плоскости; и третью часть, проходящую между первой частью и второй частью, причем направление третьей части по внешней окружной поверхности цилиндрической части составляет некоторый угол с поперечной плоскостью, который отличен от нуля.
Другие области применения изобретения станут ясными из нижеприведенного описания. Необходимо понимать, что описание и конкретные примеры приведены только с целью иллюстрации и никоим образом не ограничивают объем настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Нижеописанные чертежи приводятся для целей иллюстрации только некоторых выбранных вариантов осуществления настоящего изобретения и никоим образом не ограничивают его объем.
На Фиг.1 показан вид в поперечном сечении механизма привода с распределением крутящего момента в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.
На Фиг.2 показан вид в поперечном сечении механизма привода с распределением крутящего момента, имеющего несколько режимов работы, в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.
На Фиг.3 показан вид в поперечном сечении механизма привода с распределением крутящего момента, имеющего несколько режимов работы, в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения.
На Фиг.4 показан вид разобранного исполнительного механизма в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.
На Фиг.5 показан вид частично разобранного исполнительного механизма, показанного на Фиг.4.
На Фиг.6 показан вид в перспективе исполнительного механизма, показанного на Фиг.4.
На Фиг.7 показан вид в поперечном сечении механизма привода с распределением крутящего момента в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения.
На Фиг.8 показан вид в перспективе части механизма привода с распределением крутящего момента, показанного на Фиг.7.
На Фиг.9 показан вид сзади вертикальной проекции части механизма привода с распределением крутящего момента, показанного на Фиг.7.
На Фиг.10 показан вид в перспективе части механизма привода с распределением крутящего момента, показанного на Фиг.7.
Соответствующими ссылочными позициями обозначены соответствующие части на нескольких видах чертежей.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1 узел оси, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, обозначен в целом ссылочной позицией 10. Узел 10 оси может быть, например, узлом передней оси или узлом задней оси транспортного средства 12. Узел 10 оси может содержать механизм 14а привода с распределением крутящего момента, который может быть использован для передачи крутящего момента на первый выходной элемент 16 и второй выходной элемент 18, которые в рассматриваемом примере являются первой и второй полуосями. Например, первый выходной элемент 16 может быть соединен с левым колесом 20, а второй выходной элемент 18 может быть соединен с правым колесом 22 узла 10 оси. В частности, как это будет описано ниже, механизм 14а привода с распределением крутящего момента может быть использован для векторизации крутящего момента, а именно, для создания разницы крутящих моментов между первым 16 и вторым 18 выходными элементами.
Механизм 14а привода с распределением крутящего момента может содержать блок 30 двух планетарных передач, и привод 32.
Блок 30 двух планетарных передач может быть расположен коаксиально с первым 16 и вторым 18 выходными элементами и/или узлом 36 дифференциала. Блок 30 двух планетарных передач может содержать первую планетарную передачу 40 и вторую планетарную передачу 42. Первая 40 и вторая 42 планетарные передачи могут иметь одинаковые передаточные числа и могут быть выполнены таким образом, чтобы один или несколько компонентов первой планетарной передачи 40 были взаимозаменяемы с соответствующими компонентами второй планетарной передачи 42.
Первая планетарная передача 40 может содержать первую солнечную шестерню 50, первые шестерни-сателлиты 52, первую кольцевую шестерню 54 и первое водило 56. Первая солнечная шестерня 50 может быть по существу полой частью, которая может быть установлена концентрично вокруг первого выходного элемента 16. Первые сателлиты 52 могут быть расположены по окружности вокруг первой солнечной шестерни 50, так что зубья первых сателлитов 52 входят в зацепление с зубьями первой солнечной шестерни 50. Аналогично, первая кольцевая шестерня 54 может быть установлена концентрично вокруг первых сателлитов 52, так что зубья первых сателлитов 52 входят в зацепление с зубьями первой кольцевой шестерни 54. Первая кольцевая шестерня 54 может быть установлена с возможностью вращения в корпусе 58 коробки передач, который может быть присоединен без возможности вращения к корпусу 60 дифференциала, в котором размещен узел 36 дифференциала. Первое водило 56 может иметь корпус 62 и несколько первых пальцев 64, которые могут быть жестко прикреплены к корпусу 62. Корпус 62 первого водила может быть присоединен к первому выходному элементу 16, так что корпус 62 первого водила и первый выходной элемент 16 могут вращаться вместе. Для присоединения корпуса 62 первого водила к первому выходному элементу 16 могут быть использованы любые подходящие средства, включая сварку, сопряженные зубцы или шлицы. Каждый первый палец 64 может входить в соответствующий первый сателлит 52 и обеспечивать опору для его вращения вокруг продольной оси первого пальца 64.
Вторая планетарная передача 42 может содержать вторую солнечную шестерню 70, вторые шестерни-сателлиты 72, вторую кольцевую шестерню 74 и второе водило 76. Вторая солнечная шестерня 70 может быть полой частью, которая может быть установлена концентрично вокруг первого выходного элемента 16. Вторая солнечная шестерня 70 может быть соединена без возможности вращения с первой солнечной шестерней 50 (например, первая 50 и вторая 70 солнечные шестерни могут быть выполнены как одно целое). Вторые сателлиты 72 могут быть расположены по окружности вокруг второй солнечной шестерни 70, так что зубья вторых сателлитов 72 входят в зацепление с зубьями второй солнечной шестерни 70. Вторая кольцевая шестерня 74 может быть установлена концентрично вокруг вторых сателлитов 72, так что зубья вторых сателлитов 72 входят в зацепление с зубьями второй кольцевой шестерни 74. Вторая кольцевая шестерня 74 может быть соединена без возможности вращения с корпусом 58 коробки передач. Второе водило 76 может иметь корпус 82 и несколько вторых пальцев 84, которые могут быть жестко прикреплены к корпусу 82. Корпус 82 второго водила может быть соединен с корпусом или корпусом (чашкой) 83 узла 36 дифференциала, так что корпус 82 второго водила и корпус 83 дифференциала вращаются вместе. Каждый второй палец 84 может входить в соответствующий второй сателлит 72 и обеспечивать опору для его вращения вокруг продольной оси второго пальца 84.
Первая 40 и вторая 42 планетарные передачи могут быть выровнены вместе вокруг общей продольной оси (а именно, оси, которая проходит через первую 50 и вторую 70 солнечные шестерни) и могут быть смещены друг относительно друга вдоль общей продольной оси 85.
Привод 32 может быть любым средством, обеспечивающим крутящий момент на входе блока 30 двух планетарных передач, например, он может быть электрическим или гидравлическим двигателем, и может быть использован для привода входного элемента 86, который передает крутящий момент на вход первой планетарной передачи 40. В рассматриваемом примере вход первой планетарной передачи выполнен как одно целое с первой кольцевой шестерней 54, и входной элемент 86, соединенный с первой кольцевой шестерней 54 для их совместного вращения, имеет зубья, которые входят в зацепление с зубьями понижающей передачи 88, которая установлена на выходном валу 90 привода 32. Входной элемент 86 может быть отдельной частью, которая соединена без возможности вращения к первой кольцевой шестерне 54, однако в рассматриваемом примере входной элемент 86 и первая кольцевая шестерня 54 выполнены вместе как одно целое.
Кроме корпуса 60 дифференциала и чашки 83 дифференциала узел 36 дифференциала может содержать средство передачи крутящего момента от корпуса 83 дифференциала на первый 16 и второй 18 выходные элементы. Средство передачи крутящего момента может содержать первый выход 100 дифференциала и второй выход 102 дифференциала. В рассматриваемом примере средство передачи крутящего момента содержит дифференциальную передачу 104, размещенную в корпусе 83 дифференциала и содержащую первую полуосевую шестерню 106, вторую полуосевую шестерню 108, крестовину 110 и шестерни-сателлиты 112. Первая 106 и вторая 108 полуосевые шестерни могут быть установлены с возможностью вращения вокруг оси вращения корпуса 83 и могут содержать первый 100 и второй 102 выходы дифференциала, соответственно. Первый выходной элемент 16 может быть соединен с первой полуосевой шестерней 106 для их совместного вращения, а второй выходной элемент 18 может быть соединен со второй полуосевой шестерней 108 для их совместного вращения. Крестовина 110 может быть прикреплена к корпусу 83 дифференциала примерно перпендикулярно оси вращения корпуса 83 дифференциала. Шестерни-сателлиты 112 могут быть установлены на крестовине 110 с возможностью вращения и находятся в зацеплении с первой 106 и второй 108 полуосевыми шестернями.
В то время как в рассматриваемом примере узел 36 дифференциала содержит конические шестерни-сателлиты и конические полуосевые шестерни, следует понимать, что могут быть использованы и другие виды механизмов дифференциала, включая механизмы, в которых используют винтовые сателлиты и полуосевые шестерни, или планетарные передачи.
Узел 36 дифференциала может быть присоединен к основному или первичному приводу транспортного средства 12. В рассматриваемом конкретном варианте осуществления изобретения основной привод транспортного средства включает двигатель 120, который используют для привода узла 36 дифференциала. В этом случае крутящий момент, создаваемый двигателем 120, может передаваться обычным образом на корпус 83 дифференциала для привода первого 16 и второго 18 выходных элементов (а именно, через корпус 83 дифференциала и шестерни 104 дифференциала). При этом привод 32 может быть использован в качестве вспомогательного средства к основному приводу транспортного средства 12, и когда дополнительный крутящий момент вырабатывается приводом 32, он может складываться с крутящими моментами на первом и втором выходах, создаваемыми основным приводом, как это будет описано подробно ниже.
Когда привод 32 включен (а именно, когда в рассматриваемом примере выходной вал 90 привода 32 вращается), привод 32, понижающая передача 88 и входной элемент 86 могут взаимодействовать для подачи крутящего момента на первую кольцевую шестерню 54 первой планетарной передачи 40. Крутящий момент, поступающий на первую кольцевую шестерню 54, передается через первые шестерни-сателлиты 52 и водило 56 первой планетарной передачи на первый выходной элемент 16, в то время как противоположное вращение передается на первую солнечную шестерню 50, так что она вращается в направлении, противоположном направлению вращения водила 56 первой планетарной передачи. Вращение первой солнечной шестерни 50 вызывает соответствующее вращение второй солнечной шестерни 70, в результате чего приводятся во вращение вторые шестерни-сателлиты 72. Поскольку вторая кольцевая передача 74 прикреплена с возможностью вращения к корпусу 58 коробки передач, вращение вторых сателлитов 72 вызывает вращение водила 76 второй планетарной передачи в направлении, которое противоположно направлению вращения водила 56 первой планетарной передачи. Соответственно, величина крутящего момента, который передается от водила 76 второй планетарной передачи к корпусу 83 дифференциала (и через узел 36 дифференциала на второй выходной элемент 18), равна и противоположна величине крутящего момента, который передается от водила 56 первой планетарной передачи на первый выходной элемент 16.
Таким образом, крутящий момент, передаваемый от привода 32 на первый 16 и второй 18 выходные элементы, будет направлен в противоположные стороны. Кроме того, поскольку первая 40 и вторая 42 планетарные передачи соединены функционально через узел 36 дифференциала, величины крутящих моментов, создаваемых на первом 16 и втором 18 выходных элементах, примерно равны. Если, на первый выходной элемент 16 передается крутящий момент, действующий в положительном направлении (при вращении выходного вала 90 привода 32 в первом направлении вращении), то на второй выходной элемент 18 будет передаваться крутящий момент, имеющий такую же величину и действующий в отрицательном направлении. Аналогичным образом, если, на первый выходной элемент 16 передается крутящий момент, действующий в отрицательном направлении (при вращении выходного вала 90 привода 32 во втором направлении вращении, противоположном первому направлению вращения), то на второй выходной элемент 18 будет передаваться крутящий момент, имеющий такую же величину и действующий в положительном направлении. Иными словами, распределение крутящего момента механизмом 14а привода может быть использовано для создания разности крутящих моментов на выходах 100 и 102 дифференциала, которые передаются, соответственно, на левое 20 и правое 22 колеса через первый 16 и второй 18 выходные элементы, соответственно.
Если же привод 32 включен, когда крутящий момент передается на узел 36 дифференциала от основного привода (например, от двигателя 120 в рассматриваемом примере), то крутящий момент, передаваемый механизмом 14а привода с распределением крутящего момента, будет действовать как смещение, которое накладывается на входной крутящий момент, передаваемый на узел 10 оси от первичного привода. Иначе говоря, входной крутящий момент от основного привода распределяется через узел 36 дифференциала таким образом, что первый крутящий момент привода передается через выход 100 дифференциала на первый выходной элемент 16, и второй крутящий момент привода передается через второй выход 102 дифференциала на второй выходной элемент 18, в то время как дополнительный крутящий момент, создаваемый приводом 32, распределяется через блок 30 двух планетарных передач таким образом, что на первый выходной элемент 16 передается первый корректирующий крутящий момент, и на второй выходной элемент 18 через узел 36 дифференциала передается второй корректирующий крутящий момент (который в рассматриваемом примере равен по величине и противоположен по направлению первому корректирующему крутящему моменту). Эффективный крутящий момент, действующий на первом выходном элементе 16, равен сумме первого крутящего момента привода и первого корректирующего крутящего момента, и эффективный крутящий момент, действующий на втором выходном элементе 18, равен сумме второго крутящего момента привода и второго корректирующего крутящего момента.
Например, механизм 14а привода с распределением крутящего момента может уменьшать крутящий момент, передаваемый на левое колесо 20, и увеличивать на соответствующую величину крутящий момент, действующий на правое колесо 22, когда транспортное средство 12 поворачивает влево, и уменьшать крутящий момент, передаваемый на правое колесо 22, и увеличивать на соответствующую величину крутящий момент, действующий на левое колесо 20, когда транспортное средство 12 поворачивает вправо, для улучшения поворачиваемости транспортного средства 12 и уменьшения радиуса поворота.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что вышеописанная конфигурация блока 30 двух планетарных передач приводит к тому, что первая 50 и вторая 70 солнечные шестерни вращаются с наибольшей скоростью, в то время как первая кольцевая шестерня 54 вращается с меньшей скоростью, а водило 56 первой планетарной передачи и водило 76 второй планетарной передачи вращаются медленнее, чем первая кольцевая шестерня 54. В этом случае может быть получено подходящее передаточное число, например, от примерно 1:1,5 до примерно 1:2,0 между первой кольцевой шестерней 54 и первым выходным элементом 16. В результате, могут быть использованы шестерни блока 30 двух планетарных передач, имеющие небольшие размеры. Например, диаметр первых 52 и вторых 72 шестерен-сателлитов может быть меньше, чем примерно 30 мм. Таким образом, блок 30 двух планетарных передач может иметь небольшие размеры, и, соответственно, механизм 14а привода с распределением крутящего момента может быть компактным и легким.
Предполагается, что привод 32 будет включаться (например, автоматически или вручную при необходимости), когда транспортное средство 12 поворачивает. При прямолинейном движении привод 32 не включается, и движение транспортного средства 12 обеспечивается двигателем 120. В этом случае узел 36 дифференциала, на который поступает крутящий момент от двигателя 120, передает примерно одинаковые крутящие моменты на первый выходной элемент 16 и второй выходной элемент 18. В свою очередь, примерно одинаковые крутящеие моменты передаются на водило 56 первой планетарной передачи и водило 76 второй планетарной передачи, которые вращаются примерно с одинаковой скоростью. В результате, благодаря тому, что планетарные передачи 40 и 42 идентичны, первая 54 и вторая 74 кольцевые шестерни не будут перемещаться относительно друг друга, то есть, на первую 54 и вторую 74 кольцевые шестерни крутящие моменты практически не передаются. Иными словами, ни первая кольцевая шестерня 54, ни вторая кольцевая шестерня 74 не будут вращаться. Таким образом, выходной вал 90 привода 32 не будет вращаться, и потери энергии при прямолинейном движении минимизируются.
В то время как входной элемент 86 показан и описан, как непосредственно взаимодействующий с понижающей передачей 88, следует понимать, что между входным элементом 86 и понижающей передачей 88 может быть расположена одна или несколько понижающих передач, или же входной элемент 86 может приводиться во вращение напрямую от привода 32.
На Фиг.2 другой узел оси, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, указан в целом ссылочной позицией 10b. Узел 10b оси может быть в целом аналогичен узлу 10 оси, схема которого приведена на Фиг.1, за исключением нижеуказанных отличий. В рассматриваемом примере узел 10b оси содержит механизм 14b привода с распределением крутящего момента, который выборочно может работать в разных режимах, включая режим векторизации крутящего момента, режим привода и нейтральный режим. Механизм 14b привода с распределением крутящего момента структурно похож на механизм 14а привода с распределением крутящего момента, схема которого приведена на Фиг.1, за исключением того, что входной элемент 86b может вращаться относительно первой кольцевой передачи 54b, и для управления рабочим режимом механизма 14b привода с распределением крутящего момента используется исполнительный механизм 150. Входной элемент 86b может содержать коронную шестерню, которая может быть установлена с возможностью вращения вокруг первого выходного элемента 16 и первой планетарной передачи 40b. Исполнительный механизм 150 может содержать муфту 152 включения, которая может формировать вход передачи. Муфта 152 включения может иметь зубчатую внешнюю поверхность, которая может входить в зацепление с сопряженной зубчатой внешней поверхностью 156 входного элемента 86b с возможностью продольного скольжения без вращения этих поверхностей относительно друг друга, группу первых внутренних зубцов 160, которые могут входить в зацепление с соответствующими зубцами 162, выполненными на первой кольцевой шестерне 54b, и группу вторых внутренних зубцов 164, которые могут входить в зацепление с соответствующими зубцами 166, выполненными на водиле 76b второй планетарной передачи.
В режиме векторизации крутящего момента муфта 152 включения может быть установлена в первое положение для соединения входного элемента 86b с первой кольцевой передачей 54b (посредством зацепления группы первых внутренних зубцов 160 с зубцами 162 на первой кольцевой передаче 54b), так что входной элемент 86b, муфта 152 включения и первая кольцевая передача 54b могут вращаться вместе. Понятно, что, когда муфта 152 включения находится в первом положении, группа вторых внутренних зубцов 164 выходит из зацепления с зубцами 166 на водиле 76b второй планетарной передачи. Соответственно, следует понимать, что работа механизма 14b привода с распределением крутящего момента в режиме векторизации крутящего момента по существу аналогична работе механизма 14а привода с распределением крутящего момента (Фиг.1). При этом привод 32 может выборочно включаться для создания разницы крутящих моментов на первом 16 и втором 18 выходных элементах, как это уже было описано.
В режиме привода муфта 152 включения может быть установлена во второе положение для соединения входного элемента 86b с водилом 76b второй планетарной передачи (посредством зацепления группы вторых внутренних зубцов 164c зубцами 166 на водиле 76b второй планетарной передачи), так что крутящий момент, обеспечиваемый приводом 32, подается на вход корпуса 83 дифференциала и далее на первый 16 и второй 18 выходные элементы через узел 36 дифференциала. Понятно, что, когда муфта 152 включения находится во втором положении, группа первых внутренних зубцов 160 на муфте 152 включения может быть выведена из зацепления с зубцами 162 на первой кольцевой шестерне 54b. Также будет понятно, что крутящий момент, обеспечиваемый приводом 32, когда механизм 14b привода с распределением крутящего момента работает в режиме привода, используют для обеспечения движущей силы для передвижения транспортного средства 12.
В нейтральном режиме муфта 152 включения может отсоединять входной элемент 86b от первой кольцевой шестерни 54b и от водила 76b второй планетарной передачи, так что входной элемент 86b отсоединяется от первой планетарной передачи 40b, от второй планетарной передачи 42b и от корпуса 83 дифференциала. В рассматриваемом примере муфта 152 включения может быть установлена в третье положение между первым и вторым положениями, так что группы первых 160 и вторых 164 внутренних зубцов будут находиться в продольном направлении между зубцами 162 на первой кольцевой шестерне 54b и зубцами 166 на водиле 76b второй планетарной передачи, то есть, указанные зубцы будут выведены из зацепления. Соответственно, установка муфты 152 включения в третье положение отсоединяет привод 32 от первой планетарной передачи 40b, от второй планетарной передачи 42b и от корпуса 83 дифференциала.
На Фиг.3 еще один узел оси, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, обозначен в целом ссылочной позицией 10c. Узел 10c оси может быть в целом аналогичен узлу 10b оси, показанному на Фиг.2, за исключением нижеуказанных отличий. В рассматриваемом примере узел 10c оси содержит механизм 14c привода с распределением крутящего момента, который выборочно может работать в разных режимах, включая режим векторизации крутящего момента, режим привода, нейтральный режим и режим привода с малой скоростью. Механизм 14c привода с распределением крутящего момента может быть структурно аналогичен механизму 14b привода с распределением крутящего момента, схема которого приведена на Фиг.2, за исключением того, что муфта 152c включения может иметь группу третьих внутренних зубцов 170, которые могут выборочно введены в зацепление с зубцами 172 зубчатого элемента 174, который соединен с первой 50 и второй 70 солнечными шестернями для вращения вместе с ними. Группа третьих внутренних зубцов 170 не находится в зацеплении с какой-либо структурой, когда механизм 14c привода с распределением крутящего момента работает в режиме векторизации крутящего момента, режиме привода и нейтрального режима, и в этом случае работа механизма 14c привода с распределением крутящего момента в указанных режимах аналогична работе механизма привода с распределением крутящего момента, схема которого приведена на Фиг.2.
Однако в режиме привода с малой скоростью муфта 152c может быть установлена в четвертое положение для соединения входного элемента 86b с первой 50 и второй 70 солнечными шестернями (посредством зацепления группы третьих внутренних зубцов 170c зубцами 174 на элементе 174), так что входной элемент 86b, муфта 152c включения, элемент 174, а также первая 50 и вторая 70 солнечные шестерни будут вращаться вместе. В этом режиме вторая планетарная передача 42b используется в качестве понижающей передачи, и ее водило 76b вращается со скоростью, которая ниже скорости вращения второй солнечной шестерни 70. Понятно, что, когда муфта 152c включения установлена в четвертое положение, группы первых 160 и вторых 164 внутренних зубцов выводятся из зацепления с зубцами 162 на первой кольцевой шестерне 54b и с зубцами 166 на водиле 76b второй планетарной передачи.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что крутящий момент подается на блок 30b двух планетарных передач в разных местах, когда механизм 14c привода с распределением крутящего момента работает в режиме привода и в режиме привода с малой скоростью. При этом крутящий момент подается на водило 76b второй планетарной передачи в режиме привода и на первую 50 и вторую 70 солнечные шестерни в режиме привода с малой скоростью. Соответственно, следует понимать, что корпус 83 дифференциала будет вращаться с меньшей скоростью (для заданной скорости вращения выходного вала 90 привода 32) в режиме привода с малой скоростью по сравнению с режимом привода. При этом вращение первой 50 и второй 70 солнечных шестерен при работе механизма 14c привода с распределением крутящего момента в режиме привода с малой скоростью будет вызывать соответствующее вращение вторых шестерен-сателлитов 72, в результате чего будет вращаться водило 76 второй планетарной передачи и корпус 83 дифференциала. Иначе говоря, когда механизм 14 с привода с распределением крутящего момента работает в режиме привода с малой скоростью, между входом крутящего момента (например, через элемент 174) и корпусом 83 дифференциала используется понижающая передача, а когда механизм 14c привода с распределением крутящего момента работает в режиме привода, понижающая передача между входом крутящего момента (например, через элемент 174) и корпусом 83 дифференциала не используется.
Размер муфты 152 включения в продольном направлении и ширина нескольких групп зубцов и промежутки между этими группами могут быть выбраны таким образом, что в некоторый момент времени только одна группа внутренних зубцов 160, 164 и 170 может находиться в зацеплении с соответствующими зубцами 162, 166 и 173. Кроме того, диаметры сопряженных групп зубцов могут быть разными, чтобы некоторые зубцы свободно проходили над другими зубцами в том случае, когда между ними не должно быть зацепления. Например, диаметр группы вторых внутренних зубцов 164 больше диаметра группы третьих внутренних зубцов 170, так что группа вторых внутренних зубцов 164 может проходить в продольном направлении над зубцами 172 на элементе 174, который соединен с первой 50 и второй 70 солнечными шестернями с возможностью вращения.
Также может быть выполнен механизм привода с распределением крутящего момента, работающий только в режиме привода и в нейтральном режиме. В этом случае может быть исключен блок 30 двух планетарных передач, поскольку его функциональные возможности создания крутящих моментов, направленных в противоположные стороны в режиме векторизации крутящего момента, и в режиме привода с малой скоростью для подачи на вход корпуса 83 дифференциала не нужны.
В этом случае механизм привода с распределением крутящего момента может содержать привод, коронную шестерню, соединенную функционально с приводом, переключающий элемент, соединенный с возможностью вращения с коронной шестерней для переключения между режимом привода и нейтральным режимом, и дифференциал, соединенный функционально с первым и вторым выходными элементами. Муфта 152 включения (или другой переключающий элемент) может быть устроена таким образом, чтобы она была соединена с дифференциалом. В частности, переключающий элемент может быть устроен таким образом, чтобы он соединялся с корпусом дифференциала. Кроме того, переключающий элемент может быть устроен таким образом, чтобы его можно было установить в такое положение, в котором он будет отсоединен от дифференциала.
Так же, как и в вариантах осуществления изобретения, схемы которых приведены на Фиг.2 и 3, переключающий элемент может содержать муфту включения, соединенную с возможностью вращения с коронной шестерней. Кроме того, переключающий элемент может иметь проходящую в радиальном направлении зубчатую структуру, выполненную на муфте включения и предназначенную для зацепления с сопряженной зубчатой структурой на внешней поверхности корпуса дифференциала. Муфта включения может скользить вдоль коронной шестерни в продольном направлении. При перемещении со скольжением муфты включения в направлении дифференциала зубчатая структура муфты может входить в зацепление с сопряженной зубчатой структурой корпуса дифференциала. В этом случае механизм привода с распределением крутящего момента может работать в режиме высоких передач. При перемещении муфты включения в направлении от дифференциала зубчатая структура муфты выходит из зацепления с зубчатой структурой внешней поверхности корпуса дифференциала. В этом случае привод будет "на нейтрали", поскольку он не будет передавать крутящий момент на дифференциал.
Достоинство такой конструкции заключается в том, что она может быть выполнена как модуль. То есть, конструкция может быть выполнена в форме модуля, который можно легко добавить к дифференциалу существующей трансмиссии.
Переключающий элемент или муфта включения в каждом из трех последних примеров может перемещаться в продольном направлении с использованием любого подходящего исполнительного механизма, включая традиционные механизмы с вилкой переключения передач, которые обычно используют в раздаточных коробках. Следует также понимать, что вместе с муфтой включения может быть введен один или несколько синхронизаторов для обеспечения привода муфты (например, посредством первой кольцевой шестерни или водила второй планетарной передачи) перед включением привода 32, так чтобы скорость вращения муфты соответствовала скорости вращения компонента, к которому должна вращательно присоединяться муфта включения.
На Фиг.4 показан вариант осуществления исполнительного механизма 200 для обеспечения прямолинейного перемещения муфты включения. Исполнительный механизм 200 имеет входной элемент в форме вращающегося соединителя 202 для соединения с приводом, таким как электродвигатель 210 постоянного тока (Фиг.6), или в форме другого подходящего вращающегося входного устройства. Вращательный соединитель 202 по существу содержит вращающийся вал 300, который соединен с двигателем 210. Далее, исполнительный механизм 200 содержит выходной элемент 400 в форме поршня или штока. К штоку 400 прикреплен выступ 500. На направляющей части 600 штока 400 форма его сечения отличается от цилиндрической.
На вращающемся валу 300 закреплена кулачковая шайба 700. На поверхности кулачковой шайбы 700 выполнен направляющий паз 800. Направляющий паз 800 делится на три части: 800a, 800b и 800c. Первая часть 800а паза проходит по внешней окружной поверхности кулачковой шайбы 700 в направлении, параллельном поперечной плоскости 710, которая перпендикулярна продольной оси С шайбы 700. Вторая часть 800b паза также проходит по внешней окружной поверхности кулачковой шайбы 700 в направлении, параллельном поперечной плоскости 710. Третья часть 800c паза проходит по внешней окружной поверхности кулачковой шайбы 700 между первой частью 800а паза и второй частью 800b паза, и направление третьей части 800c паза составляет некоторый угол с поперечной плоскостью, который отличен от нуля. Таким образом, первая 800а и вторая 800b части направляющего паза не отклоняются, то есть, они имеют нулевое отклонение в продольном направлении кулачковой шайбы 700 и нулевой угол наклона относительно поперечной плоскости 702, в то время как третья часть 800 с наклонена и проходит в направлении продольной оси С шайбы 700.
На каждой стороне кулачковой шайбы 700 выполнен первый фланец 900 и второй фланец 901. В первом фланце 900 выполнено первое сквозное отверстие 911, и во втором фланце 901 выполнено второе сквозное отверстие 921, которые обеспечивают направление штока 400. Второе сквозное отверстие 921 формирует проход, форма сечения которого отличается от цилиндрической и соответствует форме сечения направляющей части 600 штока 400. В первом фланце 900 выполнено третье сквозное отверстие 931, и во втором фланце 901 выполнено четвертое сквозное отверстие 941, через которые проходят соответствующие концы вращающегося вала 300, опирающегося при вращении на соответствующие подшипники скольжения 951 и 961. Между фланцами 900 и 901 установлены четыре разделительных или распорных элемента 971.
На Фиг.5 показана сборка исполнительного механизма 200. В частности, можно видеть, что выступ 500 входит внутрь направляющего паза 800 кулачковой шайбы 700. Когда кулачковая шайба 700 вращается двигателем 210, выступ 500 будет перемещаться по направляющему пазу 800. Когда выступ 500 перемещается в продольном направлении из первой части 800а по третьей части 800c и далее во вторую часть 800b направляющего паза, шток перемещается линейно в направлении L. Таким образом, вращение кулачковой шайбы 700 в направлении R преобразуется в линейное перемещение штока в направлении L.
Когда выступ 500 находится в первой части 800а направляющего паза, имеющей нулевой наклон, угол между пазом и штоком составляет 90°. При этом на выступ 500 не действуют силы в продольном направлении, и линейное положение штока 400 не будет изменяться. Первая часть 800a направляющего паза соответствует первому положению переключателя 810, функционально соединенного со штоком 400. В этом первом положении переключатель 810 обеспечивает возможность перемещения муфты 152 включения (Фиг.2) в третье положение для обеспечения работы механизма 14b привода с распределением крутящего момента (Фиг.2) в режиме привода.
При включении двигателя 210 кулачковая шайба 700 вращается в направлении R, и выступ 500 перемещается из первой части 800а по отклоняющейся третьей части 800с во вторую часть 800b направляющего паза, в результате чего шток 400 перемещается линейно в направлении L. Поскольку вторая часть 800b направляющего паза имеет нулевое отклонение, то на выступ 500 не будет действовать сила в продольном направлении, и шток 400 будет оставаться в этом положении при остановке двигателя 210. Таким образом, прекращается перемещение штока 400, и переключатель 810 будет удерживаться во втором положении. В этом втором положении переключатель 810 обеспечивает возможность установки муфты 152 включения (Фиг.2) в первое положение для обеспечения работы механизма 14b привода с распределением крутящего момента (Фиг.2) в режиме векторизации крутящего момента.
Специалист в данной области техники поймет, что возможны различные модификации описанных вариантов осуществления изобретения без выхода за пределы его объема, который определяется прилагаемой формулой.
Например, исполнительный механизм 200 был описан в контексте механизма распределения крутящего момента для моторного транспортного средства 12, однако такой исполнительный механизм в равной степени может быть использован и в других конструкциях. Такой исполнительный механизм может быть использован, например, в запирающем устройстве, в котором различные режимы могут соответствовать закрытому положению и открытому положению. Вообще говоря, вышеописанный тип исполнительного механизма может быть использован в любом приложении, в котором некоторую часть необходимо быстро и точно переместить по прямолинейной траектории, и такое перемещение должно быть выполнено с помощью привода, создающего на выходе крутящий момент.
В одном из вышеописанных вариантов осуществления изобретения направляющий паз 800 имеет две части 800а и 800c, которые не смещены в продольном направлении. Разумеется, в кулачковой шайбе 700 может быть выполнено более двух таких частей паза, каждый из которых соответствует положению части, которая соединена со штоком, например, переключателя. Таким образом, в механизме привода с распределением крутящего момента направляющий пазк с тремя частями, которые не смещены в продольном направлении и двумя частями с продольными смещениями может соответствовать трем разным режимам работы, таким как режим привода, режим векторизации крутящего момента и режим нейтрального положения коробки передач.
На Фиг.7-10 показан другой узел 10d оси, выполненный в соответствии с настоящим изобретением. Узел 10d может содержать механизм 14d привода с распределением крутящего момента, который аналогичен механизму 14а привода с распределением крутящего момента, схема которого приведена на Фиг.1, за исключением нижеуказанных отличий. Ссылочные позиции, использованные на Фиг.1, будут использованы для указания соответствующих элементов на Фиг.7-10.
Вместо привода 32 и понижающей передачи 88, которые использованы на Фиг.1 (привод 32 и понижающая передача 88 имеют ось вращения, которая параллельная оси вращения корпуса 83 дифференциала и водила 56 первой планетарной передачи), в примере, представленном на Фиг.7-10, использованы привод 32 и понижающая передача 88d, ось 1300 вращения которых перпендикулярна осям 85 вращения корпуса 83 дифференциала и водила 56 первой планетарной передачи. Например, ось 1300 вращения может быть перпендикулярна оси 1304 вращения двигателя 120 (или другого средства обеспечения крутящего момента, такого как электрический или гидравлический двигатель) и к осям 85 вращения корпуса 83 дифференциала и водила 56 первой планетарной передачи. Двигатель 120 может осуществлять привод первичной шестерни 1306 (например, через карданный вал (не показан)), находящейся в зацеплении с ведомой шестерней 1308, которая обычным образом может быть соединена с корпусом 83 дифференциала.
Такая конфигурация механизма 14d привода с распределением крутящего момента может быть полезна в некоторых ситуациях, в которых ограничено место на транспортном средстве, в котором необходимо разместить этот механизм.
Привод 32d может быть любым двигателем, таким как электрический двигатель переменного или постоянного тока, и может иметь выходной вал 37d-1, к которому может быть присоединена с возможностью вращения понижающая передача 88d.
Понижающая передача 88d может представлять собой червячную шестерню 1312, которая находится в зацеплении с червячным колесом 1314. Червячное колесо 1314 может быть соединено с возможностью вращения с первой кольцевой шестерней 54d (например, выполнено на внешней поверхности первой кольцевой шестерни 54d). Червячная шестерня 1312 и червячное колесо 1314 могут иметь сравнительно небольшие размеры и, тем не менее, будут обеспечивать сравнительно высокое передаточное число. Соответственно, привод 32d может вырабатывать на выходе сравнительно низкий крутящий момент на валу, вращающемся с высокой скоростью, и потому привод 32d может иметь уменьшенный диаметр по сравнению с приводом 32, показанным на Фиг.1.
При необходимости червячная шестерня 1312 и червячное колесо 1314 могут быть выполнены таким образом, чтобы обеспечивалась самоблокировка, когда на привод 32d не подается мощность, для эффективной блокировки узла 36d дифференциала, чтобы предотвращать возможность различия скоростей вращения первого 16 и второго 18 выходных элементов. При этом блокировка червячной шестерни 1312 и червячного колеса 1314 предотвращает вращение первой кольцевой шестерни 54d. Поскольку водило 76d второй планетарной передачи и корпус 83 дифференциала соединены для обеспечения вращения, то вращение корпуса дифференциала (посредством вращения ведомой шестерни 1308 дифференциала, вызываемого вращением первичной шестерни 1306) может обеспечивать передачу вращения на водило 76d второй планетарной передачи, в результате чего шестерни-сателлиты 72 второй планетарной передачи 42 будут вращаться внутри второй кольцевой шестерни 74 и вращать вторую солнечную шестерню 70. Вращение второй солнечной шестерни 70 вызывает вращение первой солнечной шестерни 50, в результате чего будут вращаться шестерни-сателлиты 52 первой планетарной передачи 40, что приводит к вращению водила 56 первой планетарной передачи. Поскольку водило 56 первой планетарной передачи соединено с первым выходным элементом 16, и поскольку первая 40 и вторая 42 планетарные передачи имеют одинаковые передаточные числа, то водило 56 первой планетарной передачи и водило 76 второй планетарной передачи вращаются с одинаковыми скоростями (а именно, со скоростью вращения корпуса 83 дифференциала). В этом случае первый выходной элемент 16 не может вращаться относительно корпуса 83 дифференциала, так что шестерни 104 дифференциала будут зафиксированы относительно корпуса 83 дифференциала.
Для обеспечения самоблокировки червячной шестерни 1312 и червячного колеса 1314 необходимо, чтобы червячное колесо не могло осуществлять "обратное вращение червячной шестерни 1312. Специалистам в данной области техники будет понятно, что возможность блокировки червячной шестерни 1312 и червячного колеса 1314 зависит от нескольких факторов, включая угол подъема винтовой линии, угол давления и коэффициент трения, однако зачастую анализ может быть сведен к приближенной оценке, включающей коэффициент трения и тангенс угла подъема винтовой линии (а именно, самоблокировка будет происходить, когда тангенс угла подъема винтовой линии будет меньше коэффициента трения).
Как показано на Фиг.7-10, блок 30 двух планетарных передач и понижающая передача 88d могут быть размещены в корпусе 1340, который может содержать первую часть 1342 корпуса и вторую часть 1344 корпуса, жестко прикрепляемые друг к другу с использованием комплекта крепежных элементов. Привод 32d может быть прикреплен к фланцу 1348, выполненному на первой части 1342 корпуса. Для уплотнения первого выходного элемента 16 относительно корпуса 1340 и корпуса 1340 относительно части водила 76d второй планетарной передачи, которое соединено с возможностью вращения с корпусом 83 дифференциала, используют уплотнительные элементы 1352. Кроме того, в корпусе 1356, в котором расположен корпус 83 дифференциала, может быть использован уплотнительный элемент 1354, для уплотнения корпуса 1356 относительно части водила 76d второй планетарной передачи, которое соединено с возможностью вращения с корпусом 83 дифференциала.
Следует понимать, что нижеприведенное описание по своему характеру является лишь иллюстративным и никоим образом не ограничивает объем настоящего изобретения и его применения. Хотя в настоящем описании рассмотрены со ссылками на прилагаемые чертежи конкретные варианты осуществления изобретения, однако специалистам в данной области техники будет ясно, что в эти варианты могут быть внесены различные изменения и замены без выхода за пределы объема изобретения, который определяется его формулой. Также, специалисту в данной области техники будет ясно из настоящего описания, даже если это специально не оговорено в тексте, что признаки, элементы и/или функции одного варианта могут быть введены в другой вариант, где это уместно, если в описании не указано однозначно иное. Кроме того, могут быть осуществлены различные модификации для адаптации изобретения к конкретным применениям или конкретным материалам без отклонения от сущности и объема изобретения. Поэтому следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается конкретными вариантами, которые иллюстрируются прилагаемыми чертежами и рассмотрены в описании как наиболее предпочтительные для осуществления изобретения, и объем настоящего изобретения охватывает также любые варианты его осуществления, которые следуют из описания и из пунктов прилагаемой формулы.