本申请书为1985年4月1日提出而正在审理中的第718，748号美国专利申请书的延续部分，该申请书的标题为：“带有不同输出轴倾斜角的机动车转矩分动箱”。 本发明一般涉及机动车四轮驱动分动箱，特别涉及具有倾斜前输出轴的四轮驱动分动箱，前输出轴用以与前差动装置的输入轴连接。
机动车四轮驱动装置的应用日广。以前，这类装置中较典型的都具有与机动车变速箱输出轴连接的分动箱，变速箱具有由机动车司机操纵的选择控制器，以便选用双轮驱动或四轮驱动。近年来，某些机动车已经装有“全时”四轮驱动装置。在此装置中，分动箱一般设有中轴差速装置，用以在机动车前差动装置和后差动装置之间分配转矩。同时，为防止前后轮之间产生过度滑动，分动箱一般设有可选择接合的离合器，可以在检测到分动箱前后输出轴之间的预定滑动时锁定中间差动装置。
在有些机动车中，有时难以合理地安置分动箱以有效地将转矩传递到前后差动装置而又能保持足够的机动车车底净空。
本发明涉及四轮驱动装置，在推荐实施例中此驱动装置在分动箱和机动车后差动装置之间，以及在分动箱和机动车前差动装置之间可采用大体上成直线的连接。特别是在四轮驱动装置中采用一种独特的转矩分动箱，此分动箱具有：一转矩输入轴，用以从机动车变速箱取得输出转矩;一前输出轴，用以与机动车前差动装置连接;一后输出轴，用以与机动车后差动装置连接。在本发明的这一推荐实施例中，采用一行星齿轮差动装置，用以在前后输出轴之间分配转矩，同时，还设有电磁离合器，用以在检测到前后输出轴之间地滑动时选择锁定行星齿轮差动装置。
分动箱设在机动车内，以使机动车后差动装置的输入轴低于分动箱的后输出轴。在分动箱的后输出轴和后差动装置的输入轴之间用后驱动轴进行连接，后驱动轴从分动箱到后差动装置向下倾斜设置。分动箱和后差动装置的取向应使后驱动轴和分动箱后输出轴之间的角度至机动车的预定载重作用下大体上等于后驱动轴和后差动装置后输入轴之间的角度。这可平衡位于后驱动轴两端万向联轴节上的负荷。最理想的情况是后输出轴、后驱动轴和后输入轴相互同轴线设置，从而大体上构成直线驱动连接。
此外，机动车的前差动装置具有一输入轴，输入轴通过前驱动轴与分动箱的前输出轴连接。在本发明中，前输出轴和前输入轴的取向应使前驱动轴和分动箱前输出轴之间的角度在机动车的预定载重作用下大体上等于前驱动轴和前差动装置前输入轴之间的角度。最理想的情况是前输出轴、前驱动轴和前输入轴相互同轴线设置，从而大体上构成直线驱动连接。为实现这种驱动装置，转矩分动箱的前输出轴相对于后输出轴倾斜设置，同时，前输出轴的转动轴线与后输出轴的转动轴线既不平行又不相交。倾斜的前输出轴是用具有交叉轴线的齿轮传动装置实现的。
本发明还包括一种独特的润滑装置，用以向分动箱的高位构件供送润滑油，这些构件位于分动箱内润滑油正常液面之上。为此，专门将第一个输出齿轮支承在壳体之内而可转动，并使其部分地浸入润滑油内。这一齿轮在转动时将润滑油甩在壳体前上方的内表面上。在此表面上所设的第一个胁形构件向下斜向分动箱的前方，用以使润滑油流进前辅助油槽内。分动箱中某些前上方的构件即可从此油槽内取得润滑油而受到润滑。在壳体后上方的内表面上所设的第二个肋形构件使润滑油流进后辅助油槽内，某些后上方的构件从此油槽内取得润滑油而受到润滑。
以下参照附图所作具体说明会使熟悉这类技术的人对本发明的上述优点以及其他一些优点了解得更为清楚。
图1为四轮驱动装置顶视图，此装置采用本发明的分动箱，分动箱大体上与机动车前后差动装置作直线驱动连接。
图2为图1的侧视图，示出了前后驱动轴之间的角度关系。
图3为图5中分动箱沿3-3线的剖面图，示出了对分动箱倾斜的前输出轴所作具有交叉轴线的齿轮传动连接。
图4为图3的部分放大图，示出了电磁离合器和行星齿轮差动装置。
图5为图2中沿5-5线的分动箱正视图。
图6为四轮驱动装置另一实施例的简图，该驱动装置采用倾斜的分动箱输出轴，用以保持各驱动轴与分动箱和差动装置相应各轴之间在有关驱动轴的两端所成角度大体上使此相等。
图7为图6所示驱动装置的侧视图。
图8为本发明分动箱另一实施例的简图，在此分动箱中，除前输出齿轮为斜交轴伞齿轮外，中间齿轮也为斜交轴伞齿轮，使第一输出齿轮和前输出齿轮之间的累积角度与分动箱前后输出轴之间所需角度关系相符。
如图1和图2所示。在一机动车四轮驱动装置中采用了本发明的分动箱。分动箱10设置于变速箱12（用虚线表示）的后面。变速箱又与驱动发动机14（也用虚线表示）连接。变速箱12具有一输出轴，以与分动箱10的输入轴连接，这以后还要论述。分动箱10具有后输出轴或叉臂16，通过普通的万向联轴节20与后驱动轴18的前端连接。后驱动轴18的后端通过一万向联轴节26与后差动装置24的输入轴或叉臂22连接。后差动装置24用以将来自驱动轴18的转矩在两个后轮28之间进行分配。
分动箱10设有前输出轴或叉臂30，前输出轴通过万向联轴节34与前驱动轴32的后端连接。前驱动轴32的前端通过万向联轴节39与前差动装置38的输入轴或叉臂36连接。前差动装置38用以将来自前驱动轴32的转矩在机动车的两个前轮40之间进行分配。
如图1和图2所示，后驱动轴18可绕轴线R转动，而前驱动轴32可绕轴线F转动。在如图1和图2所示本发明的推荐实施例中，后驱动轴18从分动箱10向下斜向后差动装置24，而前驱动轴32从分动箱10向下斜向前差动装置38。分动箱10的后输出轴16，后驱动轴18和后差动装置24的输入轴22最好大体上都沿R轴线成直线关系，这在下面还要论述。同样，分动箱10的前输出轴30、前驱动轴32和前差动装置38的输入轴36也大体上沿前轴线F成直线关系。此外，在本推荐实施例中，轴线R和F分别位于两个彼此分开、直立而平行的平面内。为实现这种驱动装置，前输出轴30必须如图2所示与后输出轴16侧向分开，并相对于后输出轴16斜向设置，以致前输出轴30的轴线既不平行于后输出轴16的轴线，又不与之相交，这在后面还要论述。这种斜向连接可通过带交叉轴线的齿轮传动装置来实现。
现按图3、图4和图5对分动箱的具体结构进一步进行论述。简单地说，如图3所示，分动箱10具有：一输入轴41，用以从机动车的变速箱取得输出转矩;一行星齿轮差动装置，一般都以参考号42标示，用以在后输出轴43和前输出轴44之间分配转矩，后输出轴的速度用速度传感器45a进行监测，而前输出轴的速度用速度传感器45b进行监测。速度传感器45a和45b的输出端与电子控制装置（图3中未示出）连接，用以监测前后输出轴之间的滑动。在正常情况下，在前后输出轴之间容许存在预定的滑动，以适应机动平拐弯时前后轮速度的微量差异。但在前后轮的滑动超出预定量时，电子控制装置就会向电磁摩擦离合器（一般用参考号46表示）发出一个输出信号，以锁定行星齿轮差动装置42，并在输入轴41和前后输出轴43，44之间建立直接的驱动连接。
更具体地说，分动箱10具有一外部壳体48，壳体48由前段48a和后段48b构成，前段和后段用若干螺栓49组装。分动箱输入轴41的前端通过花键52与变速箱输出轴51连接。花键52防止轴41和轴51之间的相对转动。输入轴41的前端通过滚柱轴承53装在壳体48内以便转动。环形密封圈54装在壳体前段48a前端面上的开口内，紧贴在输入轴41的环形外表面上。
输入轴41伸进分动箱壳体内，其后端通过花键56与行星齿轮差动装置42的行星支座55连接。花键56防止输入轴41和行星支座55之间的相对转动。行星支座55带动多个沿圆周分布的行星齿轮57，各行星齿轮57装在各自的轴58上，以便转动。如图4放大视图所示，一开口环59固定在输入轴41的后端，以限制行星支座55的轴向移动。
行星齿轮差动装置42具有一齿轮筒体61，用以将动力从输入轴41，通过行星齿轮57传递到后输出轴43上。更具体地说，齿轮筒体61具有套筒62，套筒内设有内齿圈62a，以与各行星齿轮57吻合。筒体61还具有圆形端板63，端板63的外周用一开口环固定在套筒62的后端上，其内端通过花键64与后输出轴43的前端连接。花键64防止在齿轮筒体61和后输出轴43之间的任何相对转动。套筒62还具有外齿圈62b，外齿圈用速度传感器45a进行检测以监控后输出轴43的速度。
后输出轴43用滚柱轴承65支承在壳体后段48b内以便转动，轴承65用开口环66相对于壳体进行固定，并用开口环67相对于输出轴43进行固定。输出轴43的中部用滚针轴承68相对于壳体后段48b进行支承，以便转动。后输出轴43的后端设有外花键43a，以与后输出叉臂16的内花键配接。环形密封组件70固定在壳体后段48b上的后孔内，并紧贴在叉臂16的环形外表面上，从而取得密封性。在密封组件70内侧相隔一定距离设有环形衬套71，衬套支承叉臂16，以便转动。同样，在后轴43的前端构成一环形凹槽，在此凹槽内设有环形衬套72，衬套支承输入轴41的后端，以便转动。
行星齿轮差动装置42具有一中心齿轮套筒73，套筒支承在输入轴41上，并可转动，用以将转矩传递到前输出轴44上。更具体地说，滚针轴承74支承套装在输入轴41上的套筒73的后端，以便转动，而套筒73的前端具有环形内支承面75，用以与轴41上环形带槽的外支承面76相配合，使套筒73和输入轴41可相对转动。应注意到，在正常情况下，若在分动箱前后输出轴之间没有滑动时，在套筒73和输入轴41之间就没有相对转动。
套筒73的后端具有中心齿轮外齿圈73a，齿圈与各行星齿轮57吻合。套筒73的前端装有第一输出齿轮78，此齿轮通过花键78a与套筒73连接。花键防止套筒73和齿轮78之间的相对转动。第一输出齿轮78传动中间的第二输出齿轮79。第二输出齿轮79具有与齿轮成整体的轴段79a和79b，轴段支承在一对锥形滚柱轴承81和82上，以便转动，此轴承依次装在壳体前后段48a和48b上的环形凹槽内。中间的第二输出齿轮79可传动前输出齿轮83，此齿轮与前输出轴44构成一整体。在本发明中，前输出轴相对于后输出轴43成一预定的角N（如图3所示）。这是采用带交叉轴线的齿轮吻合84取得的。如图5所示，装在机动车上的分动箱向机动车的左侧相对于水平面H向下倾斜一个角度M。在这种情况下，第一输出齿轮78的轴线、中间齿轮79的轴线和前输出齿轮83上的点X（如图3所示）位于一倾斜的平面A内。在图3、图4和图5所示实施例中，前输出轴44如图5所示是在垂直平面B内倾斜的，致使点X和Z（如图3所示）位于平面B内。平面B平行于齿轮78和79的轴线。使齿轮83的齿形带有取决于倾斜角M（如图5所示）的斜面和带有取决于角N（如图3所示）的螺旋形，即可取得带交叉轴线的齿轮吻合84。
前输出轴44用一对锥形滚柱轴承85和86支承，以便转动，轴承85和86分别装在壳体前段48a和壳体后段48b内。前输出轴44的前端具有外花键44a，用以配接前输出叉臂30套筒部分30a上的内花键。环形密封组件87装在壳体前段48a内的环形凹槽内，并紧贴在叉臂套筒部分30a内环形外表面上而取得密封性。
如上所述，电磁摩擦离合器46用以在测得前后输出轴之间预定的车轮滑动量时，选择性地锁定行星齿轮差动装置61。离合器46专门用以相对于中心齿轮套筒73锁定齿轮筒体61，防止两者之间的相对转动。在这种情况下，就形成输入轴41和后输出轴43之间，以及输入轴41和前输出轴44之间的直接驱动条件。在相对于中心齿轮套筒73锁定齿轮筒体61时，也就阻止了行星齿轮57绕其轴58的转动，因而也阻止了行星支座55（支座锁定在输入轴41上）相对于齿轮筒体61或中心齿轮套筒73转动。
电磁离合器46在图4放大视图中表示得更清楚。如图4＊所示，离合器46具有线圈壳体91，壳体内装有线圈92，壳体用轴承93装在中心齿轮套筒73上，以便相对转动。壳体91具有径向延伸构件或接地杆94，此构件伸入壳体后段48b内凹口94a中，以阻止线圈壳体91在分动箱48内作相对转动，以便通过接线92a使线圈92接电。环形引铁板95与线圈92轴向相隔一预定空气隙G而与之相邻，如图4所示。引铁板95用多个沿圆周分布的螺钉97与压板96作固定连接。隔离套管98套在各螺钉97上，其端部与引铁板95和压板96的平面接合，以便两板之间具有预定的间距，并使两板保持平行。压板96具有内齿圈96a，用以与中心齿轮套筒的齿圈73a吻合而阻止压板-引铁板组件相对于中心齿轮套筒73转动。
环形反力板99位于引铁板95和压板96之间。反力板99用开口环99a和99b固定在中心齿轮套筒73上，开口环99a和99b在反力板99的两侧，装在中心齿轮套筒的凹槽内，凹槽设在反力板99两侧中心齿轮套筒上。若干交替设置的摩擦圆片101和102装在反力板99和压板96之间。摩擦圆片101具有外齿圈，外齿圈与筒体61的内齿圈吻合，以阻止摩擦圆片101和齿轮筒体61之间的相对转动。同样，摩擦圆片102与摩擦圆片101交替设置，具有内齿圈。内齿圈与中心齿轮套筒73的齿圈73a吻合，以阻止两者之间的相互转动。
在正常情况下，离合器46并不受力，在摩擦圆片101和102之间可产生滑动，因此，齿轮筒体61（以及输出轴43）和中心齿轮套筒73（以及前输出轴44）可彼此相对转动。在线圈92接电后，由此产生的磁场将引铁板95轴向吸向线圈，致使压板96将摩擦圆片101和102推向反力板99而彼此贴紧，从而相对于中心齿轮套筒73锁定齿轮筒体61。
本发明包括一种独特的润滑系统，用以润滑分动箱内位于润滑油正常液位以上的某些构件。如图5所示，这一液面大致在线L上致使第一输出齿轮78的下端和行星齿轮差动装置42的下端浸在润涌油内。特地在壳体前段48a的上部构成一前肋形构件110（如图3所示），此构件上端110a直接位于第一输出齿轮78的上方。肋形构件110向下延伸而止于点110b。壳体前段48a具有阻挡体111，阻挡体与壳体前壁和侧壁形成储油槽112，油槽112具有孔112a，孔112a位于油槽下端，通向轴承53的前方空间114内。在运转中，前输出齿轮78一般部分地浸在润滑油中，致使润滑油向上溅在肋形构件110a上。润滑油于是从肋形构件110上流下而进入油槽112内，从此流经孔112a而进入轴承53前方114空间内。由于装在轴承上的圆环53a，油不会流过轴承，而是沿输入轴41的外边轴向流动，先润滑带槽轴承表面75和76，再润滑滚针轴承74，最后润滑衬套72以及行星齿轮差动装置42的构件。经观察，这一系统使轴承53得到足够的润滑。
同样，壳体后段48b具有后肋形构件115，肋形构件具有位于齿轮筒体61的上部，向后并向下延伸而止于点115b。壳体后段48b具有阻挡体116，用以构成后油槽117，在油槽的下端有一通路116a通向后轴四周的区域118内。齿轮筒体61部分地浸在润滑油内，在转动时，将润滑油甩在肋形构件115的前部115a上。润滑油由此向下沿肋形构件流进后油槽117内，然后经通路116a进入区域118，以润滑后轴承65、滚针轴承68和衬套71。润滑油通过通过轴承65，从区域118流出而由固定在齿轮筒体61上的罩形构件119进行汇集。由于在罩形构件119和圆形端板63之间充满着润滑油，迫使润滑油流经端板63上沿周边分布的许多孔119a，以润滑行星齿轮差动装置的内部构件。
图6和图7所示为本发明的另一驱动装置实施例。在以上对图1和图2所示驱动装置的论述中曾提到：最好使分动箱的前后输出轴与相应的驱动轴和相应的差动装置输入轴大体上成一直线关系。但，在有些情况下，如图6所示实例，由于受到其他机动车构件的阻碍（图中未示出），不大可能作出这种直线型的驱动装置。在这种情况下，经发现，宁可在确定分动箱输出轴和相应差动装置输入轴的取向时使有关驱动轴两端万向联轴节上的角度彼此相等。这样，加在有关驱动轴两端万向联轴节上的载荷就可彼此平衡。如图6侧视图所示，前输出轴30′和后输出轴16′之间形成一定角度。但，前输出轴30′和前驱动轴32′之间形成一Fa角，而前差动装置输入轴36′与前驱动轴32′之间形成一相同的角Fa。因此，前驱动轴32′就从分动箱向下斜向前差动装置。同样，如图6侧视图所示，后输出轴16′与后驱动轴18′之间形成一Ra角，而后差动装置输入轴22′与后驱动轴18′之间形成一相同的角Ra。角Fa和Ra最好小于4度。在图7顶视图中，前轴30′，32′和36′大体上成一直线关系，而后轴16′，18′和22′大体上也成一直线关系。
还应注意到：图6示出了电子控制装置130，用以从后轴速度传感器45a′和前轴速度传感器45b′接收信号，并向离合器线圈92′发出作动信号。
图8为作为本发明另一实施例的分动箱140的简图。分动箱基本上与图3、图4和图5所示分动箱相同，具有输入轴142、后输出轴144和倾斜的前输出轴146。但，在图8内，中间齿轮152绕一与第一输出齿轮154的轴线成一角度T1的轴线转动。前输出齿轮156的轴线又与中间齿轮152的轴线成一角度T2。因此，在第一输出齿轮154和中间齿轮152之间，和在中间齿轮152与前输出齿轮156之间都构成一具有交叉轴线的齿轮吻合，在这种吻合中，后输出轴和前输出轴之间的角度取决于图8中T1和T2两个角度的总和。
以上仅就本发明分动箱和驱动装置的推荐实施例进行了说明。不难理解，对这种分动箱和驱动装置可以作出某种改变而并不超出本发明所附权利要求书的实质和范围。