变速和差速器以及马达和传动器单元 |
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| 申请号 | CN201380030791.6 | 申请日 | 2013-06-10 | 公开(公告)号 | CN104349924B | 公开(公告)日 | 2017-12-19 |
| 申请人 | 大众汽车有限公司; | 发明人 | R.彼得森; J.默克尔; A.卢茨; S.杭克; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及变速和 差速器 (1)，其带有壳体、 输入轴 (2)和相对于输入轴(2)同轴地布置的两个 输出轴 (3,4)，其中，设置有变速区段和构造为圆柱 齿轮 差速部(5)的差速区段，其中，变速区段具有两个行星齿轮级，即，输入级(6)和负载级(7)，其中，输入级(6)的 太阳轮 (12)与输入轴(2)有效地连接，其中，负载级(7)具有固定在壳体处的齿圈(13)。负载级(7)的太阳轮(14)可通过桥接部(15)与输入级(6)的至少一个行星齿轮(16)有效地连接，并且负载级(7)的至少一个行星齿轮(17)可通过桥接部(18)与输入级(6)的齿圈(19)有效地连接。由此实现紧凑的结构形式：连接中的一个构造为可切换的联结，而另一个构造为固定的连接，即，通过相应地设置和/或布置的联结装置(KV1或KV2)，输入级(6)的齿圈(19)可有效地与负载级(7)的桥接部(18)相联结或脱开(第一备选方案)，或者负载级(7)的太阳轮(14)可有效地与输入级(6)的桥接部(15)相联结或脱开(第二备选方案)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种变速和差速器(1)，其带有壳体、输入轴(2)和相对于所述输入轴(2)同轴地布置的两个输出轴(3,4)，其中，设置有变速区段和构造为圆柱齿轮差速部(5)的差速区段，其中，所述变速区段具有两个行星齿轮级，即，输入级(6)和负载级(7)，其中，所述输入级(6)的太阳轮(12)与所述输入轴(2)有效地连接，其中，所述负载级(7)具有固定在壳体处的齿圈(13)，并且其中， |
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| 说明书全文 | 变速和差速器以及马达和传动器单元技术领域[0001] 本发明涉及变速和差速器(Übersetzungs- und Ausgleichgetriebe)，其带有壳体、输入轴和相对于输入轴同轴地布置的两个输出轴，其中，设置有变速区段和构造为圆柱齿轮差速部的差速区段，其中，变速区段具有两个行星齿轮级，即，输入级和负载级，其中，输入级的太阳轮与输入轴有效地连接，其中，负载级具有固定在壳体处的齿圈，并且负载级的太阳轮可通过桥接部与输入级的至少一个行星齿轮有效地连接，并且其中，负载级的至少一个行星齿轮可通过桥接部与输入级的齿圈有效地连接。此外，本发明涉及马达和传动器单元(Motor- und Getriebeeinheit)，其带有电马达和同轴地用凸缘连接在电马达处的上述提及的变速和差速器。 背景技术[0002] 在电动车(E-Fahrzeugen)中的传动器的通常的结构形式以用于与内燃机相联结的传统的传动器为依据。该传动器在输入轴和输出轴之间(即在电马达(E-Motor)的转子轴和车轮轴之间)具有轴偏距。至车轮的法兰轴基本上相对于驱动机械(电马达或内燃机)轴平行地相应地引导经过该驱动机械。在此，驱动机械的脱离大多以传统的方式(即通过直接布置在电马达之后的摩擦配合的离合器)实现。例如，在文献DE 10 2007 043 016 A1中说明了脱离装置的实施方案。 [0003] 相对于电马达同轴地建造的行星齿轮传动器需要非常小的径向以及轴向的结构空间，并且通过两个传动比在大多数情况下无问题地实现所需的总传动比。但是，与带有摩擦配合的离合器的传统的动力传动系相似的脱离装置的布置方案将显著降低同轴的传动器的结构空间优点。 [0004] 因此，例如从文献US-PS 12 19 195中已知一种传动器，在其中，通过行星齿轮级实现不同的传动级。在此，两个行星齿轮级可相联结或脱开，其中，联结装置设置或构造在两个行星齿轮级之间，由此，传动器在其轴向的长度上需要相应很长的结构空间需求。 [0005] 因此，例如从文献EP 1 142 743 A2中已知一种传动器，在其中，在传动器之内单独的档位可通过接合套式的元件联结或脱开，其中，相应的传动器在确定的部分区域中还具有行星齿轮级以用于实现确定的档位。但是，在此示出的联结装置需要相应很大的结构空间需求，从而传动器自身由此决定地还需要相应很大的结构空间需求。 [0006] 在所需的结构空间方面，更适宜的是所谓的“直列式传动器(Inlinegetriebe)”，其可同轴地用凸缘连接到驱动马达(尤其电马达)处。以对于电马达典型的方式，马达输出轴相对于马达绕组同轴。传动器如此凸缘连接到马达处，即，马达输出轴同轴地与传动器输入轴相连接。在此，传动器具有变速区段(即，实现功能“变速”的传动部分)和后置的差速区段(即，实现功能“差速”的传动部分)。这两个区段优选地集成在壳体中。在此，两个差速器输出轴彼此同轴并且相对于输入轴以及马达输出轴取向。在此，差速器输出轴中的一个尤其穿过变速器输入轴以及马达输出轴，其中，变速器输入轴和马达输出轴构造为空心轴。在此，如此构造的传动器的变速区段具有两个行星齿轮级，即，输入级和负载级，其中，相应构造为行星齿轮级的输入级和负载级的单独的构件现在以特定的方式相互连接。尤其输入级的太阳轮与输入轴有效地连接，其中，负载级具有固定在壳体处的齿圈，并且其太阳轮(即负载级的太阳轮)可通过桥接部与输入级的至少一个行星齿轮(或者行星齿轮组)有效地连接，并且其中，负载级的至少一个行星齿轮(或者行星齿轮组)可通过桥接部与输入级的齿圈有效地连接。现在，应在考虑确定的前提的情况下进一步改进如此构造或说明的“直列式传动器”。 发明内容[0007] 因此，本发明的目的在于如此设计和改进开头所述的变速和差速器：联结装置设置和/或可构造和/或可如此集成在传动器中，即，基本上避免增大传动器的结构空间需求，其中，同时改进传动器的使用柔性和效率。 [0008] 现在，由此实现以上给出的目的：在输入级和负载级之间的连接中的一个构造为可切换的连接，而另一构造为固定的连接，即，通过相应地设置和/或布置的联结装置，输入级的齿圈可有效地与负载级的桥接部联结或脱开(第一备选方案)，或者负载级的太阳轮可有效地与输入级的桥接部联结或脱开(第二备选方案)。通过用于联结和脱开相应的构件的联结装置的以上说明的定位，可在该位置处将联结装置基本上不影响结构空间地集成到直列式传动器或形成本申请的对象的传动器中，这在下面应进行详细阐述。在此，利用形状配合的元件实现构件的脱离或联结，由此又可显著减少所需的结构空间。在此使用的形状配合元件的所需的同步由电马达或其控制部承担。因此，在正常情况下基本上完全无负载地实现联结或脱离。对此的例外是在紧急情况下的脱离，在其中，形状配合元件还在完全的扭矩负载的情况下松开。在此集成到传动器中的且定位在相应的部位处的联结装置的主要目的是改进尤其电驱动部的总效率。这意味着，在联结的状态中的联结装置并未例如由于所需的保持力引起附加的损失，这现在在此在本申请的对象中相应地实现。为了使在脱离的状态中的损失最小化，电马达在此必须或应完全停止。对于传动器，相应于不同的脱离变型方案得到不同的转速。尤其当电马达脱离时，期望“滑行”的状态，在其中不产生损失，并且其中，整个传动器仅由车轮驱动并且无负载地拖动。因此，无负载地实现联结和脱离，优选地由电马达同步相对转速。为了提高效率，尤其还可在很高的车辆速度(即很高的车轮转速)的情况下进行脱离。优选地，附加地，尤其为了拖走车辆，还提供“手动脱离”的可能性。因此，借助于如此定位和构造的脱离装置得到重要的优点并且避免了开头说明的缺点。 附图说明 [0009] 现在存在以有利的方式设计和改进开头所述类型的根据本发明的变速和差速器的多种可能性，为此应首先参考从属于权利要求1的权利要求。现在，以下借助随后的附图和说明进一步说明本发明的两个优选的实施例。其中： [0010] 图1以第一实施方式显示了带有根据本发明的马达和传动器单元的机动车的驱动单元的示意图，其中，示出了第一脱离装置的定位， [0011] 图2以第二实施方式显示了带有根据本发明的马达和传动器单元的机动车的驱动单元的示意图，其中，示出了第二联结装置的定位， [0012] 图3以示意图从侧部显示了第一联结装置的构造和布置方案， [0013] 图4a和4b以第一联结装置的放大的图示显示了在联结状态(图4a)和脱开的状态(图4b)中的重要的部分构件， [0014] 图5a和5b从侧部以示意性的图示显示了在联结状态(图5a)和脱开的状态(图5b)中的第二联结装置的布置和构造方案， [0015] 图6以示意性的透视图显示了在脱开的状态中的第二联结装置的重要构件。 具体实施方式[0016] 图1和2首先以示意图显示了带有在此未详细示出的壳体的变速和差速器1。 [0017] 变速和差速器1具有输入轴2和相对于输入轴2同轴地布置的两个输出轴3和4。变速和差速器1具有变速区段和构造为圆柱齿轮差速部5的差速区段。在此未进一步示出的变速区段具有两个行星齿轮级，即输入级6和负载级7。 [0018] 在在此在图1中示出的通常的“半视图”中，可很好地看出变速和差速器1的相应的元件。因此，在图1和2中仅仅示意性地示出了本身旋转对称的装置的“上半部”，即，变速和差速器1的重要的旋转构件。在此示出的驱动单元(即在此示出的变速和差速器1)用于将由驱动马达(尤其电马达8)产生的扭矩传递到从动轮(机动车的驱动轴的车轮9和10)上。 [0019] 图1和2显示了变速和差速器1的重要构件，其中，相应利用圆圈象征性地示出了以下还将进一步阐述的联结装置KV1和KV2的定位，即，第一联结装置KV1在图1中的定位或因此用于联结装置的另一实施例的第二联结装置KV2那时在图2中的定位。但是，在此示出的联结装置KV1和KV2的定位和/或构造方案在下面还将详细阐述。应事先还进一步阐述或在下面还进一步阐述在此示出的变速和差速器1的其他的构件： [0020] 用于将扭矩从驱动马达(在此电马达8)传递到车轮9和10上的变速和差速器1主要由三个功能组组成。这三个功能组是输入级6、负载级7和差速级，其在此还可被称为圆柱齿轮差速部5。单个的级6、7和5以列举的顺序邻近地且紧凑地并排或沿轴向彼此邻近地布置。 [0021] 驱动马达(在此电马达8)具有输出轴11，其相对于驱动马达的未进一步示出的绕组同心地布置，尤其构造为空心轴。变速和差速器1的同样构造为空心轴的输入轴2联接到输出轴11处，但两个构件还可构造为集成的部件。 [0022] 如已经提及的那样，变速区段具有两个行星齿轮级，即，输入级6和负载级7。输入级6的太阳轮12与输入轴2有效地连接，其中，负载级7具有固定在壳体处的齿圈13，并且负载级7的太阳轮14可通过桥接部15可与至少一个行星齿轮16(尤其输入级6的行星齿轮组)相连接。此外，负载级7的至少一个行星齿轮17(尤其行星齿轮组)可通过桥接部18与输入级6的齿圈19有效地连接。 [0023] 从以上阐述中得到，输入级6具有太阳轮12、行星齿轮组(尤其至少一个行星齿轮16)和齿圈19，其中，负载级7具有太阳轮14、行星齿轮组(尤其至少一个行星齿轮17)和齿圈 13，如还可从图1和2中看出的那样。 [0024] 此外，构件部分地通过相应的桥接部15和18如以上说明的那样有效地相互连接，这在下面将再次结合联结装置KV1或KV2进一步进行阐述。 [0025] 输入级6和负载级7共同地形成带有相应的总传动比的变速和差速器1的变速区段。 [0026] 负载级7的桥接部20用作变速区段的输出元件。变速区段通过桥接部20与圆柱齿轮差速部5有效地连接，在此尤其与两组相互啮合的行星齿轮21和22相连接。通过圆柱齿轮差速部5的通常已知的布置方案，行星齿轮21和22将相应的旋转传递到变速和差速器1的相应的输出轴3和4上。在此，桥接部18和20尤其形成共同的桥接部或者抗扭地相互联结。 [0028] 原则上适用的是，为了可通过行星齿轮级传递相应的扭矩，相应的构件必须相应地有效地连接，也就是说，例如太阳轮或齿圈的自由的旋转将引起相应的行星齿轮级的脱开，从而不再可传递扭矩。 [0029] 现在由此避免开头所述的缺点，即，通过相应设置或布置的联结装置KV1或KV2，输入级6的齿圈19可有效地与负载级7的桥接部18联结或脱开(第一备选方案)，或者负载级7的太阳轮14可有效地与输入级6的桥接部15联结或脱开(第二备选方案)。 [0030] 换句话说，图1或图3、4a和4b显示了用于第一联结装置KV1的第一实施方式，其如此定位和/或构造，即，输入级6的齿圈19可与桥接部18或负载级7的行星齿轮17脱开或可与该构件相联结。 [0031] 而图2、5a、5b和图6显示了用于第二联结装置KV2的第二实施方式，在其中，负载级7的太阳轮14可与桥接部15或输入级6的行星齿轮16脱开或可与该构件相联结。 [0032] 在定位这两个联结装置KV1和KV2时，不必多余地增大传动器的结构空间，以下实施方案还将示出这种情况，因为联结装置KV1或KV2可如此构造，即，通过设置的形状配合元件实现或可实现相应的以上说明的元件/构件的联结或脱开，尤其因此实现形状配合的联结，其正好未占据不必要地很大的结构空间需求，从而可实现开头说明的优点。 [0033] 现在应在下面进一步阐述以该方式构造单独的联结装置KV1和KV2： [0034] 现在应参考图1、3、4a和4b进一步说明联结装置KV1的构造方案： [0035] 现在，如此构造联结装置KV1，即，输入级6的齿圈19可与桥接部18脱开或者可与桥接部18联结。联结装置KV1为此具有带动环25、联结环26和联结齿轮27。在在此示出的变速和差速器1中，输入级6的齿圈19可通过联结装置KV1抗扭地与负载级7和圆柱齿轮差速部5的共同的桥接部18/20相连接。为此，首先设置带动环25，其与桥接部18焊接在一起并且尤其抗扭地相连接。 [0036] 带动环25可在其内周向面处具有用于容纳特定的支承组合28以及用于其径向和轴向的固定的轮廓，但还可设想其他的可能性。支承组合28引导或支承输入级6的可脱离的齿圈19。由此，输入级6的齿圈19在相应的脱开的情况下可相对于桥接部18或桥接部18/20自由转动。 [0037] 在带动环25的外围处将插接齿部(Steckverzahnung)安装到带动环25上。实施成带有插接齿部的相应的配合部分的联结环26可沿轴向在带动环25上移动。通过在此未进一步绘出的相应的插接齿部保证从带动环25到联结环26的扭矩传递。联结齿轮27直接固定在输入级6的齿圈19处或者与齿圈19抗扭地相连接。联结齿轮27在其外围处具有上述提及的插接齿部的相同的轮廓。现在，如果联结环26沿轴向移动到如此程度使得其利用其插接齿部到达联结齿轮27的齿部之上，则联结了齿圈19。 [0038] 因此，为了脱离，仅必须从联结齿轮27的齿部中拉出联结环26。由此中断从齿圈19到桥接部18或桥接部18/20的扭矩传递，并且齿圈19自由地在支承组合28中转动。在此，用于拉出联结环26的轴向力必须足够大，以便使插接齿部即使在完全的扭矩传递时也可彼此松开。 [0039] 图4a和4b再次以示意性的透视图显示了齿圈19的在图4a中示出的联结和在图4b中示出的脱开。可明显看出，为了联结，将联结环26再次推到联结齿轮27上(参见图4a和4b)。因为这应基本上总是无负载地进行，即，不应在齿圈19和桥接部18之间进行扭矩传递，所以所需的联结力非常小。联结环26通过居中地坐落在联结环26的外围面上的操纵环29来操纵，尤其沿轴向移动。操纵力可通过切换爪和杠杆机构导引到操纵环29上。在操纵环29和所设置的止挡环30之间存在弹簧元件31，或在此布置有未详细示出的弹簧元件31。如果在联结时联结环26和联结齿轮27的插接齿部应“齿对齿”，仍然可由此将操纵环29移动到“联结的”位置中。为此，首先进一步预紧弹簧元件31。通过电马达的电子的同步引起的在联结环26和联结齿轮27之间的很小的相对扭转将两个构件的插接齿部引入到可锁定的位置中。 通过弹簧元件31在相应的方向上预紧的联结环26自动地移动到联结齿轮27之上并且由此联结齿圈19。 [0040] 在图3、4a和4b中再次以相应的方式示出了单个的构件。可很好地看出，带动环25与负载级6的桥接部18抗扭地相连接，从而联结环26布置成可沿轴向在带动环25上移动，其中，带动环25和联结环26相应具有彼此接合的插接齿部，其在此未进一步绘出。联结齿轮27抗扭地与输入级6的齿圈19相连接，并且在其外围处设置有与联结环26的插接齿部对应的齿部。为了使齿圈19与桥接部18有效地联结，联结环26可移动到联结齿轮27上或布置成可移动到联结齿轮27上。如上面已经提到的那样，联结装置KV1附加地具有操纵环29、止挡环30和布置在其之间的预紧的弹簧元件31，其中，通过相应地预紧弹簧元件31可使联结环26与联结齿轮27相接合。 [0041] 现在，下面应进一步阐述另一实施方式，即联结装置KV2。为此应参考图2、5a、5b和6。 [0042] 联结装置KV2分开在输入级6的桥接部15和负载级7的太阳轮14之间的功率路径。在此在该部位/位置处作用或布置的且在此至少部分地构造的联结装置KV2是优选的实施方式，因为在联结的运行中不产生附加的损失，并且在脱离的运行中将损失保持在非常低的水平上，因为在无负载地共同运转的传动器中的转速在转子轴静止时非常小。 [0043] 为了在现在在此说明的变型方案中实现与联结装置KV2的脱离，现在首先将负载级7的太阳轮14沿径向支承在桥接板32的轮毂32a上。联结装置KV2现在首先具有桥接板32和联结盘33，其相应可相互接合，即，为此具有未进一步绘出的、相应地彼此对应的齿部。负载级7的太阳轮14现在沿径向支承在桥接板32的轮毂32a上，其中，联结盘33抗扭地与太阳轮14或与太阳部相连接。太阳轮14沿轴向夹紧在轴向支承和盘形弹簧组34之间。盘形弹簧组34将太阳轮14和桥接板32彼此压开(还参见图5b，在此示出了脱开的状态)。为了平衡在脱离的状态中的相对转动，在盘形弹簧组34和桥接板32之间布置有另一轴向支承。桥接板32在外边缘处具有端部齿部。与该端部齿部的配合部分加入到联结盘33中。联结盘33通过插接齿部连接与太阳轮14抗扭地相连接并且还可沿轴向移动地与太阳轮14相连接。另一弹簧(尤其盘形弹簧35)将联结盘33压入到通过固定环限制的前端位置中。在脱离的状态中，桥接板32和联结盘33的两个端部齿部被彼此拉开，从而桥接板32和联结盘33或太阳轮14可彼此独立地旋转。由此，因为在太阳轮14处不可承受扭矩，所以在该部位处中断功率路径。 [0044] 在脱离的状态中，盘形弹簧组34仅仅稍微地预紧，从而在能流中的所有的轴向支承仅仅必须传递非常小的轴向力。脱离的传动器的“怠速运行损失”相应很小。桥接板32是输入级6的桥接部15的一部分，其中，桥接部15与驻车棘轮23有效地连接，更确切地说通过“中间轴”有效地连接，该中间轴由桥接部15和桥接部24形成。中间轴的轴向位置确定是否脱离或联结负载级7的太阳轮14。 [0045] 如此形成的中间轴的轴向位置由控制盘36预定。在控制盘36的后侧上设置端部凸起轮廓，其与固定在壳体处的邻接的支承套筒37的端部凸起轮廓相反。控制盘36的前侧用作用于在此未进一步绘出的轴向支承的导轨。在脱离的状态中，控制盘36和支承套筒37的端部凸起轮廓一致地相叠。为了再次联结太阳轮14，必须使控制盘36相对于支承套筒37旋转。控制盘36的旋转引起端部凸起轮廓彼此滑动，直至凸起峰部(平的环状部段)彼此面对。因此，整个中间轴(即桥接部24和桥接部15)与驻车棘轮23、行星齿轮组或行星齿轮16并且由此还有桥接板32一起被推入到传动器中。因此，联结装置KV2附加地具有中间轴(其尤其包括桥接部15和桥接部24)以及驻车棘轮23，其中，根据控制盘36的位置，可将整个中间轴与驻车棘轮23、输入级行星齿轮组和桥接板32一起推入到传动器中或从中移出，更确切地说，由此可联结桥接板32和联结盘33或使其脱开。 [0046] 如上述说明的那样，通过轴向的移动，控制板32和联结盘33的端部齿部相接触并且可立即在适宜的位置中锁定。输入级6的桥接部15(尤其整个中间轴)在此根据齿部的倾斜角的大小相对于负载级7的其他的齿部部分经历稍微的相对旋转。该稍微的相对旋转在锁定桥接板32和联结盘33的端部齿部时是有益的。在该变型方案中，还由电马达起动或引起同步转速。如果构件的端部齿部应“齿对齿”，则使联结盘33在其插接齿部方面朝太阳部或太阳轮14的齿部移动，并且由此同时进一步预紧盘形弹簧35。在联结盘33和桥接板32之间的相对旋转在这种情况下引起端部齿部的自动锁定。同时，通过轴向移动将盘形弹簧组34预紧到如此程度上，从而在传动器中设定了用于正常运行(联结)所需的预紧。相应的轴向支承在联结的状态中静止。太阳轮14的齿部的上升角的方向应如此选择，即，由相应的支承承受用于最频繁的运行状态的轴向的啮合力。 [0047] 控制盘36的用于联结或脱离所需的旋转可通过在控制盘36处的齿轮区段由电动执行器(伺服马达)引入。为了获得效率优点，伺服马达应“双稳态地”工作，也就是说，仅仅在实际的联结或脱离过程中通电。 [0048] 最后，从图1至6中可很好地看出，可实现一种马达和传动器单元，其带有电马达和同轴地凸缘连接到电马达处的变速和差速器，该变速和差速器例如在上面进行了说明。在此，电马达的电马达输出轴和传动器的输入轴相连接并且构造为空心轴，其中，空心轴由传动器的输出轴中的一个同轴地穿过，如在此尤其可从图1和2中看出的那样，更确切地说，在此输出轴3穿过相应的轴11和2。因此，利用如此构造和布置的联结装置KV1和KV2实现了相应的优点。 [0049] 参考标号列表 [0050] 1 变速和差速器 [0051] 2 输入轴 [0052] 3 输出轴 [0053] 4 输出轴 [0054] 5 圆柱齿轮差速部 [0055] 6 输入级 [0056] 7 负载级 [0057] 8 驱动马达、电马达 [0058] 9 车轮 [0059] 10 车轮 [0060] 11 输出轴 [0061] 12 6的太阳轮 [0062] 13 7的齿圈 [0063] 14 7的太阳轮 [0064] 15 桥接部 [0065] 16 6的行星齿轮 [0066] 17 7的行星齿轮 [0067] 18 桥接部 [0068] 19 6的齿圈 [0069] 20 桥接部 [0070] 21 行星齿轮 [0071] 22 行星齿轮 [0072] 23 驻车棘轮 [0073] 24 桥接部 [0074] 25 带动环 [0075] 26 联结环 [0076] 27 联结齿轮 [0077] 28 支承组合 [0078] 29 操纵环 [0079] 30 止挡环 [0080] 31 弹簧元件 [0081] 32 桥接板 [0082] 32a 轮毂 [0083] 33 联结盘 [0084] 34 盘形弹簧组 [0085] 35 盘形弹簧 [0086] 36 控制盘 [0087] 37 支承套筒 [0088] KV1 联结装置 [0089] KV2 联结装置。 |
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