電子鎖止式差速器的製作方法

2023-09-15 04:30:20 2

專利名稱：電子鎖止式差速器的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及用於交替地釋放和保持差速器總成的半軸齒輪相對於殼體不旋轉的裝置。更具體地，本發明涉及用於釋放和保持半軸齒輪的設備的電磁驅動。
背景技術：
鎖止式差速器用來防止一個驅動輪相對於另一個驅動輪的相對旋轉。這通常通過將一個差速器半軸齒輪鎖止到差速器殼體，從而防止半軸齒輪相對於差速器殼體旋轉並防止任一車橋上的車輪速度差別來實現。鎖止式差速器利用液壓或電磁體來驅動交替地保持半軸齒輪不旋轉和釋放半軸齒輪以自由旋轉的機構。但是，由於裝配限制，某些車輛應用需要小的電磁線圈，其大小和匝數可能不足以提供足夠大小的嚙合力以鎖止差速器。在這種情況下，需要一種技術將線圈產生的驅動力放大到足夠產生線圈的可靠軸向位移的大小。線圈產生的驅動力非線性並且與氣隙成反比變化。因此，對於給定的線圈大小，初始氣隙應該保持儘量小，以使將差速器驅動到鎖止狀態的力最大化。本行業中存在對具有以下特徵的鎖止式差速器的需要其由具有最小氣隙的可微小軸向移動的電磁線圈驅動，這樣，線圈的位移被放大，為鎖止機構產生更大的位移，該鎖止機構在差速器殼體上固定差速器的半軸齒輪中的一個不旋轉。

發明內容
差速機構，包括殼體，可繞軸線旋轉的齒輪，保持相對殼體不旋轉的鎖環，與鎖環接觸的杆和電磁線圈，其中當勵磁時該電磁線圈軸向移動，使杆樞轉，使鎖環與半軸齒輪嚙合，並且防止齒輪相對於殼體旋轉。—種鎖止差速器的方法，包括支承齒輪以旋轉，保持鎖環不旋轉，使杆與鎖環接觸，勵磁電磁線圈以使杆樞轉，將鎖環與半軸齒輪嚙合以及防止半軸齒輪相對於鎖環旋轉。鎖止式差速器利用相對小的具有小銅繞組的線圈，因此降低了它的重量和成本。鎖止式差速器放大已勵磁線圈的位移，因此允許線圈移動較短的距離，與此同時為鎖環提供較大的運動並保證其與半軸齒輪完全嚙合。由於小線圈，小氣隙產生能將線圈移動到嚙合或鎖止位置的軸向力，因此允許使用大回位彈簧，大回位彈簧能在線圈去勵磁時保持差速器解鎖。在所有正常運行溫度，移動線圈鎖止式差速器能在前或後橋差速器或橋間差速器可靠運轉，例如在4X4和AWD車輛上使用的那些差速器。優選實施例的適用範圍將從下面的詳細描述、權利要求和附圖中變得顯而易見。 應當理解，這些描述和特定例子，雖然表示了本發明的優選實施例，但僅通過示例的方式給出。對本領域的技術人員而言，描述的實施例和例子的不同變化和修改是顯而易見的。


本發明通過參考下面的描述並結合附圖將變得更容易理解，其中圖1是鎖止式差速機構沿徑面的橫截面。圖2是表示安裝在端蓋的內軸向面上的鎖環、半軸齒輪和杆的等距橫截面；圖3是表示安裝有鎖環和回位彈簧的端蓋的內側的等距視圖；圖4是表示處於空間上分離關係的鎖環和回位彈簧的端蓋內側的等距視圖；圖5是表示線圈的軸向力和施加到線圈的用於不同電流大小的氣隙之間的非線性關係的圖；圖6是表示當開始勵磁線圈時鎖環驅動機構的側視圖；圖7表示圖6所示的位置之後的中間位置的鎖環驅動機構的側視圖；和圖8表示在最終位置上的鎖環驅動機構的側視圖。
具體實施例方式參考圖1和2，差速機構10包括支承於固定殼體(未示出)用以繞橫軸線12旋轉的優選為鑄鐵或鋼的差速器殼體11。殼體11通過斜環形齒輪(未示出)可驅動地連接到變速器或分動箱的輸出。在法蘭13上的聯接螺栓孔上固定於殼體11的環形齒輪被支承用以繞軸線12旋轉。殼體11提供包含小斜齒輪16、17的內腔14。腔14包含與小齒輪16、17相嚙合的右側斜齒輪18，其可驅動地連接到輸出軸並通過花鍵固定到半軸齒輪18，半軸齒輪18在右手側從殼體11橫向延伸到機動車輛的驅動輪。腔14包含與小齒輪16、17相嚙合的左側的斜齒輪20，其可驅動地連接到第二輸出軸並通過花鍵固定到半軸齒輪20，半軸齒輪20在左手側從殼體11橫向延伸到機動車輛的驅動輪。通過銷M固定到旋轉殼體11的軸22支承小齒輪16、17用以繞與軸線12垂直的軸22的軸線旋轉。小齒輪16、17和軸22繞軸線12 旋轉。同樣位於殼體11中的是鎖環26，因為與差速器殼體端蓋27接觸，其與殼體11 一起繞軸線12旋轉。圖3和4表示鎖環沈由成角度地間隔開的臂觀形成，每個臂從軸線12 徑向延伸並且在成角度地間隔開的柱30之間周向延伸，柱30形成於端蓋27的內表面上。 殼體11在與殼體法蘭13上的聯接孔成一條直線的聯接孔處固定到端蓋27。臂觀與柱30 之間的接觸限制或防止鎖環26相對於殼體11和端蓋27旋轉。鎖環沈的軸向內表面由一系列成角度地間隔開的離合器凹槽32形成，離合器凹槽32緊鄰並朝向半軸齒輪20的軸向外表面。半軸齒輪20的軸向外表面由繞軸線12成角度地間隔開的一系列離合器齒38形成，其朝向並緊鄰鎖環26的離合器凹槽32。半軸齒輪20的離合器齒38和鎖環沈的離合器凹槽32互補，這樣，當鎖環向半軸齒輪移動和離開半軸齒輪時它們可以嚙合和解離。鎖環沈通常不與半軸齒輪20嚙合，這樣允許半軸齒輪相對於差速器殼體11和鎖環旋轉，因此產生解鎖或解離狀態。當用電流勵磁線圈44時，它沿軸線12向殼體11移動，驅動鎖環沈與半軸齒輪20嚙合，並且引起離合器齒38和凹槽32互相嚙合，因此將半軸齒輪可旋轉地連接到鎖環和殼體11，阻止半軸齒輪相對於殼體和鎖環旋轉，並且使差速器10處於鎖止或嚙合狀態。當去勵磁線圈44時，位於殼體11和鎖環沈之間的環狀貝氏 (Belleville)彈簧40的壓縮力使鎖環軸向離開半軸齒輪20，因此使差速器10回到解鎖或解離狀態。圖1和2表示支承於殼體11且位於腔14外側的線圈總成42。線圈總成42包括安裝於在環48內形成的環狀凹槽內的電磁線圈44，和安裝於環48中的非磁性軸環M。當用電流勵磁時，線圈44產生磁場。磁場在線圈總成42上產生軸向力，其大小隨線圈總成和端蓋27之間的氣隙寬度變化。在勵磁線圈44的操作中，由於線圈產生的磁場，它被吸引到差速器端蓋27。固定線圈總成42不相對於差速器殼體11旋轉，但它能朝向和離開差速器殼體軸向移動。線圈總成42的軸向位移傳遞到通過止動環58固定到端蓋27上的軸環M。軸環M允許差速器 10相對於線圈總成42旋轉並且為線圈總成42軸向移動提供線性導向。當勵磁線圈44時，滑動軸環M向滾子推力軸承62和推力片或推力墊圈64施加方向向右的軸向力。軸承62和推力片64位於端蓋27內形成的環狀凹槽內。當勵磁線圈44 時，推力片64向三個成角度地間隔開的球66施加軸向力，每個球都保持在端蓋27內形成的孔內。如圖3和4所示，三個成角度地間隔開的杆68銷在端蓋27上形成的凸銷70上， 每個杆定位於球66的角位。包含球66和杆68的機構軸向定位於鎖環沈和殼體11之間。杆68通過已勵磁線圈總成42驅動，向殼體11軸向移動，迫使推力片64抵靠球66，引起杆68繞樞軸72樞轉。當杆樞轉時，每個杆68的外側端與鎖環沈接觸，因此移動鎖環離合器凹槽32與半軸齒輪20的離合器齒38嚙合。鎖環沈移動至與半軸齒輪20機械嚙合以防止半軸齒輪相對於殼體11旋轉。每個球66位於與杆的樞軸72相距Dl的距離。因為與杆68的末端接觸，鎖環沈發生移動，杆68的末端位於與杆旋轉軸72相距D2的距離。由於勵磁線圈44，線圈總成42 的軸向位移在鎖環觀處以D2/D1的比值被放大。例如，當具有1. 0毫米的初始線圈氣隙和 0. 5毫米的最終氣隙時，差速器10被完全鎖止，線圈44移動0. 5毫米的距離。使用2. 3大小的球體和杆D2/D1比，鎖環移動1. 15毫米的距離。圖5是表示線圈的軸向力和施加到線圈的用於不同電流大小的氣隙之間的非線性關係的圖。對於給定的線圈大小，需要將初始氣隙保持得儘量小，以使差速器鎖止力最大化，因此允許使用大回位彈簧，當去勵磁線圈44時，大回位彈簧起到保持差速器10解鎖的作用。圖6表示處在開始勵磁線圈44時的位置的驅動鎖環沈的機構的部件。杆68在點A與鎖環26接觸，點A比球66和杆68在點B的接觸點更接近樞軸點72。因此，由杆66 在點A施加到鎖環沈的力比力Fl大，力Fl由球66在點B施加到杆66。這樣的布置以比由於已勵磁線圈44而施加到球66的力大的力驅動鎖環26。圖7表示處於圖6所示的位置之後的中間位置的機構的部件，其中杆68在接觸點 A和B與鎖環沈接觸。線圈44、球66和杆68在它們在圖7中的位置運轉。當杆繞其樞軸 72樞轉時，由杆66施加到鎖環沈的力從點A傳遞到點C。在杆沈的上表面或在鎖環沈的下表面的接觸點A和C之間可以形成凸輪輪廓表面。表面輪廓會與圖5中的線圈力曲線和回位彈簧40的力-位移關係匹配，並且提供鎖環 26的最優位移、嚙合時間和嚙合力及線圈44的電流量。圖8表示處於圖7所示的位置之後的最終鎖止位置的機構的部件，其中杆68在接觸點C與鎖環接觸。因為鎖環接觸點C比球接觸點B距樞軸72遠，所以鎖環26的軸向位移比線圈44的軸向位移大。 根據專利法規的條款，描述了優選的實施例。但是，應該注意，還可實施不同於特別示意和描述的實施例的其它可選實施例。
權利要求
1.一種差速器，其特徵在於，包含 可旋轉的齒輪；保持不旋轉的鎖環； 與鎖環接觸的杆；當勵磁時使杆樞轉而可移動的電磁線圈，其將鎖環與半軸齒輪嚙合並且阻止半軸齒輪相對於鎖環旋轉。
2.根據權利要求1所述的差速器，其特徵在於，進一步包含球體，其與軸徑向地間隔開，保持在端蓋上的位置，與杆接觸，並且當勵磁時可通過線圈向杆移動。
3.根據權利要求1所示的差速器，其特徵在於杆包括樞軸並且杆在距樞軸第一距離處與鎖環接觸；並且進一步包含球體，其在距樞軸第二距離處與杆接觸，第二距離小於第一距離。
4.根據權利要求1所示的差速器，其特徵在於，進一步包含 端蓋；杆在樞軸處固定於端蓋，包含在距樞軸第一距離處與鎖環接觸的第一表面，和背對鎖環的第二表面；以及在距樞軸第二距離處與第二表面接觸的球，第二距離小於第一距離。
5.根據權利要求1所述的差速器，其特徵在於，進一步包含杆包括樞軸，在距樞軸第一距離處與鎖環接觸的第一表面，和背對鎖環的第二表面；以及在距樞軸第二距離處與第二表面接觸的球，第二距離小於第一距離。
6.根據權利要求1所述的差速器，其特徵在於，進一步包含 包含內側和外側的網，杆和鎖環位於內側，線圈位於外側。
全文摘要
差速機構，包括殼體，可繞軸線旋轉的齒輪，保持相對殼體不旋轉的鎖環，與鎖環接觸的杆和電磁線圈，其中當勵磁時該電磁線圈軸向移動，使杆樞轉，使鎖環與半軸齒輪嚙合，並且防止齒輪相對於殼體旋轉。
文檔編號F16H48/20GK102345718SQ20111020283
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月20日 優先權日2010年7月21日
發明者丹尼斯·W·埃斯肯二世, 亞希爾·亨地, 布萊恩·J·安多尼安, 郭繼紅, 雅各布·M·波威克 申請人:福特全球技術公司