具有高的鎖止接合長度以及低的行程長度的鎖止式差速器的製造方法
2023-08-12 09:58:01 4
具有高的鎖止接合長度以及低的行程長度的鎖止式差速器的製造方法
【專利摘要】一種差速器，包括齒輪箱體、半軸齒輪、致動器和軸環。該齒輪箱體包括中心軸線和凹部。該半軸齒輪構造成繞該中心軸線轉動。該半軸齒輪包括徑向向外延伸的鎖止構件，該鎖止構件包括由多個槽分隔的半軸齒輪段。致動器包圍中心軸線。該軸環構造成沿中心軸線雙向平移。該軸環包括耳狀部和徑向向內延伸的鎖止構件，該鎖止構件包括由多個槽分隔的軸環段。致動器構造成使軸環相對於半軸齒輪移動以使耳狀部在凹部中軸向移動。當致動器使軸環移動到鎖止位置時，軸環段構造成與半軸齒輪段接合。當致動器使軸環移動到解鎖位置時，半軸齒輪段構造成穿過徑向向內延伸的鎖止構件的槽。
【專利說明】具有高的鎖止接合長度以及低的行程長度的鎖止式差速器
[0001]優先權
[0002]本申請要求2012年8月15日提交的美國臨時專利申請61/683298的優先權，該美國臨時專利申請的全部內容通過引用併入本說明書中。
【技術領域】
[0003]本發明總體上涉及鎖止式差速器。更具體的，本發明涉及具有低的行程長度但具有高的接合長度的軸環(卡圈)型鎖止式差速器。
【背景技術】
[0004]調節牽引力的鎖止式差速器通常包括限定出齒輪室的齒輪箱體以及設置在其中的差動齒輪組，該差動齒輪組包括至少ー個輸入小齒輪和ー對輸出半軸齒輪。通常，這種「鎖止式差速器」包括選擇性地防止其中ー個半軸齒輪相對於齒輪箱體轉動的鎖止機構，該鎖止機構的接合由致動器起動。
[0005]鎖止式差速器中鎖止機構的最大轉矩是鎖止機構的軸向位移的函數，因為它在鎖止和解鎖狀態之間移動。鎖止機構的位移由鄰近差速器箱設置的「內斜板」的軸向位移限制。僅作為示例，在按照美國專利N0.6551209的教導製造的鎖止式差速器的商業實踐中，鎖止機構具有約4mm的軸向位移以及約3mm的有效「鎖止接合」。在由美國專利N0.7264569教導的另ー個例子中，差速器具有位移約為8mm到12mm並且接合長度約為8mm的鎖止構件。
【發明內容】
[0006]本發明提出一種鎖止式差速器，該差速器具有低的行程長度、低的位移以及高的鎖止接合長度。
[0007]差速器包括齒輪箱體，該齒輪箱體包括中心軸線和凹部。半軸齒輪(側齒輪)構造成繞該中心軸線轉動。該半軸齒輪包括徑向向外延伸的鎖止構件。該徑向向外延伸的鎖止構件進一歩包括由多個槽分隔開的半軸齒輪段。一致動器包圍該中心軸線。該軸環構造成沿該中心軸線雙向平移。該軸環包括耳狀部和徑向向內延伸的鎖止構件。該徑向向內延伸的鎖止構件進ー步包括由多個槽分隔開的軸環段。該致動器構造成使該軸環相對於該半軸齒輪移動，從而使耳狀部在凹部中軸向移動。當致動器使軸環移動到鎖止位置時，軸環段構造成接合半軸齒輪段。當致動器使軸環移動到解鎖位置吋，半軸齒輪段構造成穿過徑向向內延伸的鎖止構件的槽。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是未致動、解鎖狀態下的鎖止式差速器的軸向剖視圖。
[0009]圖2是圖1的左側視圖，其中端蓋被去除。
[0010]圖3是未致動、解鎖狀態下的鎖止式差速器的替代視圖。[0011]圖4是鎖止狀態下的具有環的偏壓彈簧裝置的視圖。
[0012]圖5是示出在未致動、解鎖狀態下的鎖止式差速器的軸向剖視圖，並且示出鎖止機構的「位移」。
[0013]圖6A是鎖止狀態的視圖，其示出各段的對齊以及面-面接合。
[0014]圖6B是鎖止狀態的另一視圖。
【具體實施方式】
[0015]現在將參考在附圖中示出的實施例進行詳細描述。儘可能的，相同的附圖標記在全部附圖中將被用於指代相同或類似的部件。
[0016]圖1是鎖止式差速器的軸向剖視圖。圖1示出的鎖止式差速器包括齒輪箱體11和端蓋12，該端蓋12可通過任意合適的方式、例如多個螺栓(未示出)附裝到齒輪箱體11。齒輪箱體11和端蓋12配合限定出齒輪室，該齒輪室的總體標號為13。齒輪箱體11限定了環形轂部27和29，所述轂部上可以安裝軸承組件，以便為轉動的差速器裝置相對於外差速器殼體或「託架」(未示出)提供旋轉支承。
[0017]轉矩通常通過輸入齒圈輸入到鎖止式差速器，該輸入齒圈可附裝到法蘭15。齒輪室13中設置有包括一對輸入小齒輪17的差動齒輪組。如通常那樣，輸入小齒輪17可轉動地圍繞小齒輪軸18安裝，小齒輪軸18通過任意合適的方式相對於齒輪箱體11固定。小齒輪17包括差動齒輪組的輸入齒輪，並且與一對半軸齒輪19和21相嚙合。半軸齒輪19和21限定內部直鍵槽組23和25，所述鍵槽組構造成與一對半軸(未示出)上的相配合的外花鍵進行鍵接合。
[0018]在車輛的常規直行操作期間，左、右半軸之間或左、右半軸齒輪19和21之間沒有差速出現。因此，小齒輪17不相對於小齒輪軸18轉動。當包圍齒輪箱體的外齒圈轉動時，小齒輪軸18轉動。因此，齒輪箱體11、小齒輪17以及半軸齒輪19和21均圍繞轉動軸線A轉動，猶如包括一固體單元。當車輛轉向時，由於半軸齒輪19和21能抵靠小齒輪17轉動，所以半軸齒輪19和21能以不同的速率轉動。如果鎖止狀態是期望的，則可通過阻止半軸齒輪19和21中的至少一個以不同於齒輪箱體轉動速率的速率轉動來鎖止半軸齒輪19和21的差速轉動。在示出的例子中，鎖止模式對半軸齒輪19與齒輪箱體的轉動進行鎖止。由於這有效阻止了小齒輪17圍繞小齒輪軸18轉動，因此另一半軸齒輪21不能以與第一半軸齒輪不同的速率轉動，該另一半軸齒輪21以與齒輪箱體相同的速率轉動。
[0019]現在主要參照圖1，鎖止式差速器包括總體標號為31的轉動阻止機構(防轉機構)，該轉動阻止機構全部設置於齒輪箱體11內並且可操作地與半軸齒輪19關聯。鎖止式差速器還包括總體標號為33的致動機構,該致動機構在本例中位於齒輪箱體以外。
[0020]轉動阻止機構31包括大體環形的軸環35，該軸環在其外圓周包括多個耳狀部37，如圖2和4所示。僅作為示例，設有六個耳狀部37。每個耳狀部37都容納在由齒輪箱體11限定的相配合的、軸向延伸的凹部39內，從而阻止軸環35相對於齒輪箱體11轉動，但允許軸環35在圖6A和6B示出的鎖止位置和圖3、4和5示出的解鎖位置之間進行軸向移動。
[0021]圍繞軸環35的內圓周設置有多個軸環鎖止構件41。與所述軸環鎖止構件指形交叉地設有多個圍繞半軸齒輪19外圓周設置的半軸齒輪鎖止構件43。僅作為示例，設有九個軸環鎖止構件41和九個半軸齒輪鎖止構件43。每個軸環鎖止構件41都與下一個之間具有圓周間隙，每個半軸齒輪鎖止構件43都與下一個之間具有圓周間隙。這些間隙足以使軸環鎖止構件41沿圖2的頁面向外的方向在半軸齒輪鎖止構件43之間滑動。也就是說，軸環35能沿著其方向為從圖2的頁面向外的軸線滑動，從而軸環鎖止構件41在半軸齒輪鎖止構件43之間通過。所述間隙可以調節以便在鎖止構件之間提供最小空隙。或者，所述間隙和所述鎖止構件的數目可以調節從而在鎖止構件之間具有更大的空隙，以便具有最小數目的鎖止構件，僅足以提供足夠的カ使軸環35和半軸齒輪19相接合。然而，鎖止構件的空隙必須足以使軸環構件35能從其解鎖位置(如圖3、4和5所示)運動到其鎖止位置(如圖6A和6B所示)。
[0022]此外，每個鎖止構件通過在其中設有槽而分成多個段。也就是說，軸環鎖止構件41包括六個段72，半軸齒輪19包括六個段71。段和槽使得即使當軸環鎖止構件41保持與半軸齒輪鎖止構件43接近時該半軸齒輪19也能相對於軸環35轉動。當差速器解鎖時半軸齒輪段71從軸環段72之間通過，但當差速器鎖定時半軸齒輪段71與軸環段72面-面接
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[0023]儘管段和槽被示為具有正方形邊緣，但所述段和槽也可具有倒圓的或斜切的邊緣，或者所述段可沿其長度或寬度呈錐形並且具有或不具有倒圓的或斜切的邊緣。另外，各軸環段72可與其餘各個軸環段72平行。軸環段72可為多面體，每個都具有沿其最長長度的中心軸線，並且每個軸環段72的最長中心軸線可以與其餘軸環段平行。這對於半軸齒輪段71同樣適用，因此每個半軸齒輪段71都可與其餘半軸齒輪段平行。每個半軸齒輪段71都可以是具有最長中心軸線的多面體，最長中心軸線可與其餘各個半軸齒輪段的最長中心軸線平行。為使軸環能相對於半軸齒輪平滑地轉動，每個半軸齒輪段的最長中心軸線可與每個軸環段的最長中心軸線平行。
[0024]圖1示出轉動阻止機構31的「解鎖」狀態。圖2、6A和6B示出「鎖止」狀態。在圖2中，鎖止構件41和43相互對中從而示出其中軸環35能相對半軸齒輪19滑動的位置。圖6A和6B示出，各軸環鎖止構件41能與相鄰的半軸齒輪鎖止構件43面-面接合從而鎖止該差速器。每個半軸齒輪段71與一軸環段72對接，以便不允許半軸齒輪19相對於軸環35轉動。也就是說，軸環35滑動以使該軸環35中的槽不再與半軸齒輪段71對齊並且半軸齒輪19中的槽不再與軸環段72對齊。半軸齒輪段71上的窄面抵靠軸環段72上的窄面。當半軸齒輪19的轉動方向如圖6A和6B所示相對於圖2為順時針方向時，反方向的轉動同樣是可能的。
[0025]所公開的鎖止構件和段的組合極大地減小了鎖止和解鎖差速器所需的位移。軸環僅需軸向移動ー個段的寬度來與鎖止構件接合或分離。空隙距離可被包括在內以適應軸環段72與半軸段71之間的空隙長度。
[0026]如圖5所示，半軸齒輪19也可包括唇狀部62。該唇狀部62的尺寸設計成防止軸環朝向端蓋12移動通過半軸齒輪段71。唇狀部62與半軸齒輪段71之間可具有空隙，從而允許軸環段72在空隙中自由轉動。
[0027]相較於現有的直接作用式線圈，所公開的差速器具有低的行程長度和高的鎖止接合長度。也就是說，具有直接作用式線圈的現有差速器具有低的力和低的位移長度，這限制了總的接合長度。現有的接合長度等於線圈位移減去空隙。
[0028]現有的接合長度=(線圈位移-空隙) 等式I[0029]通過經由段創造多個接合重疊，新的鎖止機構的總接合長度不受限於線圈位移的位移長度。取而代之，接合長度可由線圈位移減去空隙並乘以重疊的數目來確定。
[0030]新的接合長度=(線圈位移-空隙)X (重疊數目) 等式2
[0031]再次參見圖1，並結合圖3，齒輪箱體11限定多個柱形開口 45。每個開口 45中可滑動地設置有大致為柱狀的細長致動構件47。僅作為示例，設有三個致動構件47。每個致動構件47均具有與軸環構件35相接合的第一端49，以及略微延伸出齒輪箱體11的第二端51。每個端51都構造成基本為半球形，以使該端51可在斜坡面55上滑動。三個致動構件47可與圖2中位於2點鐘、6點鐘以及10點鐘位置的耳狀部37相接合。
[0032]在鄰近半軸齒輪21的端部處圍繞齒輪箱體11設有致動器33，該致動器包括單個斜板53，該斜板53限定多個斜坡面55以及其間的谷部。每個致動構件47對應一個具有頂點的斜坡面55以及一個谷部。這是「銷和斜坡」式裝置，它具有一個斜板和一組「銷」(即致動構件47)，以用於制動構件47的軸向位移。「內」斜板是具有「位移」的構件。
[0033]由於段之間的間距，「位移」較之現有技術明顯縮短。例如，段的尺寸可用於1.5mm的行程長度。但是，接合長度為6mm。這與其中行程長度大致等於接合長度的現有技術不同。
[0034]致動器33進一步包括總體標號為57的電磁線圈。該電磁線圈的功能是在斜板53上施加需要的阻滯轉矩，因此起動致動構件47的斜坡上升。此處使用的關於致動構件47的術語「斜坡上升」包括構件47從圖3和4所示的完全收回位置移動到完全伸出位置，在該完全收回位置中線圈57未通電(對應於未致動、解鎖狀態)，在該完全伸出位置中線圈57通電(對應於致動、鎖定狀態)。電磁線圈57可使斜板53轉動以便斜坡的峰部將致動構件(銷)推向軸環35。軸環的耳狀部37在齒輪箱體11的對應凹部39中滑動，使得軸環35朝向端蓋12並遠離斜板53移動到鎖定狀態。
[0035]軸環構件35通過波形彈簧61被偏壓向未致動、解鎖狀態，如圖3和4所示。可使用一定數量的不同偏壓裝置，但波形彈簧61有利於轉動阻止機構31的緊湊封裝。當電磁線圈57斷電時，斜板53可轉動以使斜板53的谷部與致動構件47對齊。接著波形彈簧61推動軸環35遠離端蓋12並朝向斜板53以解鎖該差速器。因此，基於致動器33是否斜坡上升，軸環35能夠沿著圖1中的軸線A-A雙向移動。
[0036]如圖1中示意性示出的，電磁線圈57通過一對電導線59通電，附圖標記「59」在後面還被用於描述致動器33的電輸入信號。
[0037]儘管示出了斜坡和線圈致動器，但也可使用其它致動裝置，例如球體和斜坡。所使用的致動器裝置必須能使軸環相對於半軸齒輪移動。
[0038]該鎖止式差速器可被以雙模式中的任一種模式控制。該差速器可被手動地控制，即，其中駕駛員手動地選擇鎖止模式(而不是解鎖模式)。在模式被手動選擇後，差速器可在鎖止模式下運行。或者，該鎖止式差速器可被允許以自動模式運行，其中，僅作為示例，車輛微處理器感測運行狀態、例如初期的車輪打滑，並傳遞一適當的電信號到鎖止式差速器，從而相對於齒輪箱體11鎖止半軸齒輪19，以便防止其間的任何進一步的差速。
[0039]在鎖止式差速器的自動致動的情況下，在某些運行狀態下，例如當車輛轉向時，或者輪胎尺寸存在微小差異時，允許半軸齒輪19和21之間存在一定量的差速動作。然而，圖1的例子並未包括對離合器組件或其它用於阻滯或限制差速動作的機構的說明。該例子反而如同「開式差速器」般在未致動、解鎖模式或在致動、鎖定模式下運行。
[0040]該差速器可包括足夠的輸入、例如電導線59，以便能手動或自動運行。如果需要，差速器可包括附屬機構，例如CAN、總線、運算(儲存、處理以及編程)等從而實現手動或自動運行，並且可進ー步包括輸出以及其它硬體和軟體以便發送表示鎖止或解鎖狀態的信號。
[0041]圖5示出軸環構件35的位移「T」，它在鎖止(圖6A和6B)和解鎖(圖3、4和5)狀態之間移動。位移T等於段的寬度加上空隙。在本例中，位移等於約1.5mm。行程長度或致動構件使軸環35與半軸齒輪接合必須移動的距離在本例中同樣約為1.5mm。因此，與移動整個接合長度來解鎖或鎖定差速器相反，位移被顯著縮短為接合長度的一部分。
[0042]鎖止構件41和43之間的接合長度(即，接合的軸向長度)在本例中約為6mm。這是因為軸環鎖止構件41上的ー個段提供約Imm的寬度,該寬度與半軸齒輪鎖止構件43上的ー個段的約Imm的寬度相接合。由於每個鎖止構件上有六個段，所以鎖止構件加起來具有約6mm的接合長度。
[0043]圖6A示出鎖止狀態的ー個例子。軸環35與半軸齒輪19對齊，從而軸環段72不再與半軸齒輪鎖止構件43中的槽對齊。半軸齒輪鎖止構件43與軸環鎖止構件41面-面接合，並且半軸齒輪鎖止構件43的段71不再與軸環鎖止構件41中的槽對齊。如圖6B所示，半軸齒輪鎖止構件43中的槽與軸環鎖止構件41中的槽對齊。
[0044]段和鎖止構件的數目、寬度、長度以及間隔可以與示出的不同，並且半軸齒輪19的轉動方向可以是順時針(如圖所示)或逆時針。此外，由於附圖並非確切按比例繪製，因此軸環的寬度以及半軸齒輪19上的段的展開可以不同。半軸齒輪19上的段的位置可向左-如圖1、向右-如圖3、或者所示段可從左跨到右或約為圖1和2所示的中間長度。
[0045]在前面的說明中，各種描述參照附圖得以說明。然而，很顯然，在不背離所附權利要求的最寬範圍的情況下，可以實施各種其它變型和改變，並且可以添加附加的方面。因此說明書和附圖被認為是說明性的而非限制性的。
【權利要求】
1.一種差速器，包括: 齒輪箱體，該齒輪箱體具有中心軸線和凹部； 半軸齒輪，該半軸齒輪構造成圍繞該中心軸線轉動，該半軸齒輪包括多個徑向向外延伸的、由間隙分隔的鎖止構件，每個徑向向外延伸的鎖止構件都進一步包括由對應的槽分隔的多個半軸齒輪段； 致動器，該致動器包圍中心軸線的至少一部分；以及 軸環，該軸環構造成沿中心軸線的一部分雙向平移，該軸環包括向外延伸的耳狀部和多個徑向向內延伸的鎖止構件，各徑向向內延伸的鎖止構件由間隙分隔，每個徑向向內延伸的鎖止構件都進一步包括由對應的槽分隔開的多個軸環段， 其中: 該致動器構造成使軸環相對於半軸齒輪移動，從而使耳狀部在凹部中軸向移動， 當致動器使軸環移動到鎖止位置時，軸環段構造成與半軸齒輪段接合， 當致動器使軸環移動到解 鎖位置時，半軸齒輪段構造成穿過所述徑向向內延伸的鎖止構件的槽。
2.如權利要求1所述的差速器，其特徵在於，所述齒輪箱體至少部分地包圍所述軸環、所述半軸齒輪和所述致動器。
3.如權利要求2所述的差速器，其特徵在於，該齒輪箱體構造成使得軸環的一部分嵌入在齒輪箱體中以及使致動器的一部分嵌入在齒輪箱體中，該齒輪箱體還包括用於與齒輪箱體配合的端蓋，其中半軸齒輪的一部分嵌入在該端蓋中。
4.如權利要求1所述的差速器，其特徵在於，該致動器包括斜板和至少一個致動銷；該斜板構造成選擇性地移動所述至少一個致動銷以便移動該軸環。
5.如權利要求4所述的差速器，還包括波形彈簧和端蓋，其特徵在於，該波形彈簧壓靠該軸環和該端蓋，以便偏壓該軸環以使之遠離該端蓋。
6.如權利要求1所述的差速器，其特徵在於，每個徑向向外延伸的鎖止構件包括六個半軸齒輪段，每個徑向向內延伸的鎖止構件包括六個軸環段。
7.如權利要求1所述的差速器，其特徵在於，半軸齒輪還包括鄰近所述多個徑向向外延伸的鎖止構件的唇狀部。
8.如權利要求1所述的差速器，其特徵在於，每個半軸齒輪段都是多面體，每個半軸齒輪段都與其餘半軸齒輪段基本相同；以及，每個軸環段都是多面體，每個軸環段都與其餘軸環段基本相同。
9.如權利要求1所述的差速器，其特徵在於，每個半軸齒輪段都包括與其餘各半軸齒輪段的最長中心軸線基本平行的最長中心軸線；每個軸環段都包括與其餘各軸環段的最長中心軸線基本平行的最長中心軸線。
10.如權利要求1所述的差速器，其特徵在於，半軸齒輪包括九個徑向向外延伸的鎖止構件，每個徑向向外延伸的鎖止構件包括六個半軸齒輪段；軸環包括九個徑向向內延伸的鎖止構件，每個徑向向內延伸的鎖止構件包括六個軸環段。
11.如權利要求1所述的差速器，其特徵在於，每個軸環段都具有厚度，軸環僅需移動一個軸環段厚度的距離就能到達鎖止位置和解鎖位置之間。
12.如權利要求1所述的差速器，其特徵在於，每個半軸齒輪段都具有厚度，軸環僅需移動ー個半軸齒輪段厚度的距離就能到達鎖止位置和解鎖位置之間。
13.如權利要求1所述的差速器，其特徵在於，每個軸環段都具有段厚度；每個軸環槽都具有槽厚度；每個徑向向內延伸的鎖止構件的厚度是它所對應的段厚度與它所對應的軸環槽厚度之和。
14.如權利要求13所述的差速器，其特徵在於，為了在鎖止位置和解鎖位置之間移動，軸環必須移動一與一個段厚度或一個槽厚度相等的距離。
15.如權利要求1所述的差速器，其特徵在於，每個半軸齒輪段都具有段厚度；每個半軸齒輪槽都具有槽厚度；每個徑向向外延伸的鎖止構件的厚度是它所對應的段厚度與它所對應的半軸齒輪槽厚度之和。
16.如權利要求15所述的差速器，其特徵在於，為了在鎖止位置和解鎖位置之間移動，軸環必須移動一與 一個段厚度或一個槽厚度相等的距離。
【文檔編號】F16H48/28GK103591249SQ201310166007
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年3月15日 優先權日:2012年8月15日
【發明者】P·J·麥克米倫, D·P·菲舍爾 申請人:伊頓公司