改進的全齒輪十字軸差速器的製作方法

2023-05-02 06:22:21

專利名稱：改進的全齒輪十字軸差速器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種被設計為主要用於機動車輛的全齒輪差速器，其用於提供車輛驅動輪的限制的滑動；更特別地，涉及使用由一對用於接收驅動輪的車軸並可圍繞公共的第一軸線旋轉的在這裡被稱為「S」齒輪的螺旋「側」齒輪，和一對或多對被連接至後軸殼的在這裡被稱為「B」齒輪的「平衡」齒輪限定「十字軸」裝置的這樣的差速器，每個平衡齒輪可圍繞與第一軸線垂直的第二軸線旋轉，並具有用於與螺旋側齒輪嚙合的螺旋中心部分，並具有用於彼此嚙合的正齒輪端部，由此，每個平衡齒輪通過其與後軸殼的連接接收發動機轉矩；最特別地，涉及滿足內齒輪比關係的十字軸差速器裝置，其中，每個平衡齒輪的中心部分及其各自的側齒輪之間的B/S螺旋齒輪齒數比大於0. 60，優選地為大約0. 75，每個平衡齒輪的中心部分及其各自的側齒輪之間的B/S螺旋角度比小於43° /47°，更優選地小於40° /50和大約35° /55°，最優選地的為大約27° /63°。
背景技術：
雖然有許多類型的限制滑動的差速器，但是一些在商業上最成功的是基於Vernon Ε. Gleasman的設計的全齒輪差速器，並且這些中的最有效的是基於其「十字軸」設計的在商業上例如被確定為Torsen -Type 1差速器的差速器。如在這裡使用的，關於齒輪的類型的術語「螺旋」應當在其最寬的意義上解釋，並試圖包括用在差速器領域中的螺旋齒輪(或斜齒輪)的所有類型，包括但未被限制於修改的或混合的螺旋齒輪。如在這裡使用的，術語 「十字軸」的意思是具有一對可圍繞公共的第一軸線旋轉的螺旋「側」齒輪(蝸杆)和一對或多對每個可圍繞與第一軸線垂直的第二軸線旋轉、具有用於與螺旋側齒輪嚙合的螺旋中心部分(蝸輪)並具有用於彼此嚙合的正齒輪端部的平衡齒輪的差速齒輪裝置。採用十字軸行星齒輪裝置的這樣的已知的差速器的一個最近的改進在美國專利No. 6，783，476( 「緊湊的全牽引力差速器」，被轉讓給與本發明相同的受讓人Torvec，Inc.並由商標「Iso Torque" 確定)中公開，其通過引用被結合於此。在剛剛確定的專利中公開的改進的差速器的尺寸和重量比其它的現有技術的十字軸差速器的較早的設計小，並且製造費用較少，同時滿足相似的載重規格。所有的傳統的十字軸差速器包括「平衡」(組合蝸輪和正齒輪)齒輪對，例如，通過在每一端形成的正齒輪133彼此嚙合的、還通過在蝸輪部分134中形成的螺旋齒輪與側齒輪螺旋蝸杆141、142嚙合的圖Ia和Ib中的131、132和131a、132a。在差速器領域以外使用的傳統的蝸杆驅動齒輪裝置中，「蝸杆」 S是具有與較大的齒輪、典型地是正齒輪配合的螺旋線形式的齒的圓柱形的齒輪，其通常被確定為蝸杆齒輪或「蝸輪」。典型地，蝸杆和蝸輪圍繞包含在各自的垂直平面中的各自的軸線旋轉，因此有術語「十字軸」。在傳統的蝸杆驅動齒輪裝置中，蝸杆S具有相對高的螺旋角，並且直徑比配合的蝸杆齒輪小很多。因此有機械利益，因為能量從較小直徑的蝸杆S被傳遞至較大直徑的蝸輪B，和當能量從較大直徑的蝸輪B向較小直徑的蝸杆S傳遞時伴生的機械損失，通常防止蝸輪的顯著的反向驅動。當蝸杆、蝸輪齒輪組被用在差速器中時，該通常的關係使得B更難使S轉動，由此在兩個相對的操作方向之間產生轉矩偏差，同時有助於當蝸杆S驅動蝸輪 B時的差速。當在差速器中使用時，S和B的齒不需要被形成為上面描述的用於在差速器領域以外使用的蝸輪驅動的傳統的蝸杆/蝸輪齒。代替被形成為螺旋齒輪的蝸杆和正齒輪的蝸輪，在差速器中，可以使用「全螺旋齒輪裝置」。也就是說，蝸杆和蝸輪可以被形成為螺旋齒輪齒，或形成為Torvec，Inc.最近完成的結合螺旋齒輪裝置和蝸杆/蝸輪齒輪裝置的標準齒輪設計元件的組合的獨特的「混合」設計。如果有的話，在這些限制滑動差速器應用以外存在相對少的十字軸全螺旋齒輪裝置布置。因此，十字軸全螺旋齒輪裝置可以被認為是只有差速器領域所特有的，並且因此非常機密。因此，通常的十字軸齒輪技術在用於限制滑動的差速器的十字軸齒輪裝置布置的設計上提供非常少的有益的專業知識或現有技術。例如，用在通常的十字軸技術中的傳統的蝸杆S典型地直徑比配合的蝸輪B小很多。另一方面，在現有技術的差速器應用中，側齒輪蝸杆S直徑比蝸輪B大。在最普通的現有技術的十字軸全螺旋齒輪差速器中，側齒輪蝸杆S具有13個齒，而配合的蝸輪B具有7 個齒，這導致B/S螺旋齒輪齒數比為0. M。儘管為了這樣做在差速器構件本身中具有包裝餘量，但是現有技術的差速器齒輪齒數比也從未超過0.60，公認的設計傾向於相對於蝸輪 B的直徑增大側齒輪蝸杆S的直徑，而不是使它減小。作為另一個實例，在通常的十字軸技術中，蝸杆S具有相對高的螺旋角。另一方面，在現有技術的十字軸差速器中，優選的是，易於在兩個方向接近相等地傳遞轉矩，並且因此，大部分十字軸設計採用接近統一 /47° )的S和B齒輪中的螺旋角。為了理解這些差速器齒輪裝置的特性的意義，理解全齒輪十字軸差速器如何產生限制的滑動是有用的。在裝備有傳統的非十字軸差速器(即，通常被稱為「開放式」差速器的差速器)的車輛中，當車輛的一個驅動輪喪失牽引力時，大部分發動機轉矩被立即傳遞至滑動的車輪。但是，採用十字軸差速器，由從發動機到車輪的B-S齒輪連接產生的機械損失限制低牽引力車輪的過度滑動。一種特別的差速器設計支持的最大的轉矩比被稱為「偏差比」，其被表達為較高轉矩的軸的轉矩與較低轉矩的軸的轉矩的商。例如，4 1的偏差比的意思是十字軸差速器能夠向具有較好牽引力的驅動輪傳遞較低牽引力車輪可以支持的轉矩量的4倍。當沿S-B方向操作時，該相同的連接提高了當車輛轉彎或在相同的時間內外部車輪行駛比內部車輪長的距離時差速器對驅動輪速度的改變的響應。因此，由於這兩個原因，期望相對高的差速器偏差比。對於Iso Torque十字軸設計，該蝸杆/蝸輪關係被認為對於驅動車輪之間的轉矩偏差來說是重要的，並且在全部驅動條件下有助於驅動車輪的容易的差速。因此，Iso Torque設計全部採用等於或大於40° /50°的B/S螺旋角比。相反，雖然包括Torsen Type 1差速器的製造者的現有技術的十字軸差速器的製造者承認B/S組合的螺旋齒輪裝置有助於轉矩偏差，但是它們將該幫助歸因於通過滑動產生的增大的摩擦力和伴隨螺旋齒輪裝置的端部推力。很少考慮與螺旋齒輪裝置本身的差速的便利性有關的效果。(見例如S. E. Chocholek的技術文獻「用於牽引力控制的改進的差速器的發展」，C368/88，IMechE, 1988)。因此，本發明的商業上可得到的現有技術的十字軸差速器典型的地使用接近統一的B/S螺旋角比，例如43° /47° (在正交十字軸螺旋齒輪裝置中，螺旋角必須總是達到90° )。在本領域需要的是具有大大改進的轉矩偏差和差速器偏差特性的十字軸差速器。在本領域需要的是在其中B/S齒數比大於0.6並且螺旋角比小於43° /47°的十字軸差速器。本發明的一個主要目標是提供一種提供7. O或更高的增大的轉矩偏差的改進的十字軸差速器。本發明的一個主要目標是提供一種提供增大的轉矩偏差同時大大降低差速器差速的困難的改進的十字軸差速器。

發明內容
簡要地描述來說，本發明涉及主要被設計為用於車輛驅動輪的限制滑動的機動車輛用途的全齒輪差速器，其中，這樣的差速器使用由一對可圍繞公共的第一軸線旋轉並可安裝在各自的相對的車軸上的螺旋「側」或「S」齒輪和一對或多對可圍繞與第一軸線垂直的第二軸線旋轉並可安裝至可由車輛發動機驅動的後軸殼的「平衡」或「B」齒輪限定的「十字軸」布置。B齒輪具有用於與螺旋S齒輪嚙合的螺旋中心部分，並具有用於彼此嚙合的正齒輪端部。每個平衡齒輪及其各自的側齒輪之間的B/S螺旋齒輪的齒數比大於0. 60、優選地高達0.75，每個平衡齒輪及其各自的側齒輪之間的B/S螺旋角度比小於43° /47°、更優選地小於40° /50°和大約35° /55°、最優選地為大約27° /63°。當圍繞轉角驅動車輛時，外部的車輪必須比內部的車輪旋轉的快，以便保持道路上的牽引力。採用使用例如為摩擦離合器的傳統的牽引力輔助差速器，這僅僅在超過轉矩偏差比的情況下才發生(產生偏差比的裝置使分離軸的兩半結合)，其使得大部分轉矩到達通過轉矩偏差比的大小表示的較慢地移動的內部車輪。但是，由於其新穎的螺旋角和齒數比，按照本發明的十字軸差速器是雙向轉矩傳遞裝置。差速的困難不是如某些現有技術認為的或在前述Chocholek的技術文獻中贊同的來自發動機，而是來自路面和車輛的輪胎之間的牽引困難。車輛的改變的動量將力置於輪胎上，使其從路面差速。沿該方向工作，側齒輪具有由於新穎的螺旋角使平衡齒輪轉動的機械利益，而不是使側齒輪從發動機側轉動的平衡齒輪損失。該方向性意味著改進的差速器不必須克服其高的偏差比，以便在拐彎過程中差速。因此，即使採用來自發動機的高輸入載荷，駕駛員也能夠以較小的單個車輪旋轉或與差速的幹涉的機會採用更大的油門通過轉角，由此由於持續的牽引力改進操作和車輛的安全特徵。


下面將藉助於實例參照附圖對本發明進行描述，在其中圖Ia是按照本發明的具有兩組在這裡改進的類型的組合齒輪的十字軸差速器的示意性的和局部剖視圖Ib是圖Ia的差速器的示意性的和局部剖視圖，圖Ib的視圖沿圖Ia的平面 1B-1B截取；圖加是按照本發明的具有三組在這裡改進的類型的組合齒輪的十字軸差速器的示意性的和局部剖視圖；圖2b是圖加的差速器的示意性的和局部剖視圖，圖2b的視圖沿加的平面2B-2B 截取；和圖3是示出按照本發明的採用多個B/S比的機械利益中的改進的圖表。注意圖1-2中示出的十字軸差速器特徵在外部與現有技術的差速器相似。但是， 示例性的圖1-2示出的差速器發明體現了本發明的新穎的齒輪齒數比和新穎的螺旋角比， 因此，不應當被解釋為現有技術。相應的附圖標記在幾個附圖中表示相應的部分。在這裡提出的例證示出本發明的當前優選實施方式，並且這樣的例證未被解釋為以任何方式限制本發明的範圍。
具體實施例方式在這裡本發明在上面引用的美國專利No. 6，783，476中公開的現有技術的緊湊的全牽引力差速器上進行改進，並具有與現有技術的差速器相似的基本結構。因此，首先參考圖Ia和lb，其示出僅採用按照本發明的按照差速器10的第一示例性的實施方式的兩組平衡齒輪的完整的十字軸齒輪組合體的兩個視圖。外殼120優選地由成形或鑄造金屬製成，並僅具有三個開口，S卩，沿第一軸線125 對齊的用於接收輸出軸(未示出)的各自的內端的第一組適當的開口 121、122，和僅僅一個單個的進一步的開口 126，所述開口 1 是矩形的，並且直接延伸通過外殼120，並與軸線 125垂直的對中，從而產生兩個在本領域被認為是用於接收組合齒輪對的「窗口」的開口。兩對組合或平衡齒輪131、312和131a、132a中的每一對具有通過螺旋齒輪部分 134分離的各自的正齒輪部分133。每一對的各自的正齒輪部分133彼此嚙合，並與全部這些平衡齒輪嚙合。平衡齒輪對131、132的各自的螺旋齒輪部分134與一對側齒輪螺旋齒輪 141、142中的各自一個嚙合，而平衡齒輪對131a、132a的各自的螺旋齒輪部分134相似地分別與相同的一對側齒輪螺旋齒輪141、142嚙合。定位在側齒輪螺旋齒輪141、142的內端中間的是包括各自的支承表面152、153的推力墊圈150。因此，並且下面具體地參照圖la，當被施加至側齒輪螺旋齒輪141、142的驅動轉矩導致推力向左時，螺旋齒輪142抵抗推力墊圈150的支承表面152移動，其又將支承表面153推入螺旋齒輪141，螺旋齒輪141抵抗外殼120移動(或抵抗傳統地定位在螺旋齒輪141和外殼120之間的適當的墊圈)。相似地，當被施加至側齒輪螺旋齒輪141、142的驅動轉矩導致推力向右時，螺旋齒輪141抵抗推力墊圈150的支承表面153移動，其又移動到螺旋齒輪142中，螺旋齒輪142抵抗外殼120移動(或又抵抗傳統地定位在螺旋齒輪142 和外殼120之間的適當的墊圈)。圖加和2b示出按照本發明的另一個差速器的三齒輪組實施方式200。圖加垂直於軸線125截取。本領域的技術人員將理解，這樣的三齒輪組差速器可以被用於支持高性能車輛的特別的轉矩需要。該實施方式包括三對平衡齒輪。外殼200包括三個相對的安裝部分227、228、229，每個安裝部分被成形為具有兩個形成以120°會合的安裝表面並且每一個包括一個安裝通孔238的內表面的片斷。為了提供每個平衡齒輪231的可旋轉的支撐，多個軸頸銷236分別配對地接收在通過每個平衡齒輪231形成的軸頸孔239中，並且每個各自的軸頸銷236又被接收在在外殼220的各自一對安裝部分227、2觀、2四的相對的安裝表面中形成的各自的對齊通孔組238中。多個止動銷244可以優選地被用於防止各自的軸頸銷236的意外取出。各自的止動銷244被壓入配合到在與每個各自的通孔238垂直的各自的安裝部分227、2觀、2四中的各自的適當尺寸的止動銷孔對6。當分析按照本發明的該設計時，發明人意識到存在對僅在動力操作過程中發生的蝸杆/蝸輪齒輪裝置的進一步的機械利益的總體認識缺乏即，通過使側齒輪S的齒數相對於配合的平衡齒輪B的齒數減小。也就是說，作為實例，採用具有側齒輪S = 13個齒和平衡齒輪B = 7個齒的齒數關係的公知的現有技術的十字軸差速器，通過改變齒數關係為S =9個齒，B = 6個齒，導致B/S齒數比從.54增大到.66，並且機械利益增大22%。因此， 按照本發明，發明人意識到，為了改進動力轉矩偏差比，B/S齒數比應當在差速器外殼和車輛空間餘量的範圍內儘可能的大。按照本發明由於儘可能大的B/S齒數比導致的該進一步的機械利益總體上從十字軸差速器出現時(大約50年)就被本領域的技術人員忽略。這樣的較高的B/S齒數比使得對於蝸輪B更難為蝸杆S提供過度的動力，由此與差速幹涉。該布置補充S的較高的螺旋角，使得對於B更難使S旋轉。因此，在動力操作過程中，較高的B/S齒數比提供有利於蝸杆S的更大的機械利益，這樣，動力轉矩偏差和靜態轉矩偏差保持接近，從而防止在差速過程中轉矩偏差的突然的驟降。雖然現有的包裝參數將允許增大按照本發明的B/S齒數比，但是本發明的更有利的齒輪齒數比由於通常接受的看法而在現有技術的十字軸差速器中被忽視，即轉矩偏差僅被螺旋角和伴隨螺旋齒輪裝置的摩擦力影響。因此，現有技術的設計總是限制B/S比，這導致B的直徑明顯比S小，並且具有比S低很多的齒數。例如，現有技術的Torsen-type差速器的B/S齒輪齒數比的範圍總是小於0. 60 (例如，公知的現有技術的B/S齒數比為0. 54)。本發明利用傳統的十字軸差速器齒輪裝置的在此以前被忽略的機械利益。當保持 Iso Torque限制滑動差速器的高轉矩偏差(通常5 1或更大)時，按照本發明的十字軸差速器還結合B/S齒輪裝置，其還使B/S齒數比最大，以使齒輪裝置具有動力機械利益的明顯的附加的增大。該改進通過增大當在高發動機轉矩下操作時的差速而增大差速器的效率。雖然按照本發明的十字軸差速器由於齒輪必須被安裝到其中的外殼的尺仍然需要S具有比B大的齒數，但是這樣的改進的差速器有意的修改傳統的或現有技術的B/S關係，以使B/S齒輪齒數比最大，達到大約大於0. 60。參照圖3，在其中平衡齒輪的中心部分 B具有7個齒，側齒輪S具有13個齒的現有技術的作為結果的0. 54的B/S齒輪齒數比50 被列在第一欄中。注意到，通過將B/S齒輪齒數比52增大到0. 66，改進的齒輪組的動力機械利益M增大22%。相似地，通過將B/S齒輪齒數比56增大到.75，改進的齒輪組的動力機械利益58增大38% ；並且通過將B/S齒輪齒數比60增大到.80，改進的齒輪組的動力機械利益62增大48%。進一步地，機械利益的該大大增加被補充到按照本發明的十字軸差速器的更高的螺旋角的機械利益。B/S螺旋角比小於43° /47°，更優選地小於40° /50°和大約35° /55°，最優選地的為大約27° /63°。低B/S螺旋角比和高B/S齒輪齒數比的該組合提供具有接近10 1的轉矩偏差比的十字軸差速器，其在高發動機功率下比當前可得到的具有51的轉矩偏差的十字軸差速器更容易在急轉彎時進行差速。
雖然參照多個特定的實施方式對本發明進行了描述，但是應當理解的是，可以在所描述的發明概念的精神和範圍內進行多種改變。因此，期望的是，本發明未被限制於所描述的實施方式，而是將具有由下面的權利要求書的語言限定的全部範圍。
權利要求
1.一種十字軸差速器，其通過多個螺旋平衡齒輪從外部動力源向一對螺旋側齒輪傳遞旋轉力，其特徵在於，每個平衡齒輪中的螺旋齒的數量與每個側齒輪中的螺旋齒的數量之比大於0. 60。
2.如權利要求1所述的十字軸差速器，其特徵在於，平衡齒輪齒的螺旋角與側齒輪齒的螺旋角之比小於43° /47°。
3.如權利要求2所述的十字軸差速器，其特徵在於，平衡齒輪齒的螺旋角與側齒輪齒的螺旋角之比小於大約40° /50°。
4.如權利要求2所述的十字軸差速器，其特徵在於，平衡齒輪齒的螺旋角與側齒輪齒的螺旋角之比為大約35° /55°。
5.如權利要求2所述的十字軸差速器，其特徵在於，平衡齒輪齒的螺旋角與側齒輪齒的螺旋角之比大約為27° /63°。
6.如權利要求1所述的十字軸差速器，其特徵在於，所述齒輪齒數比為大約0.75。
7.一種包括十字軸差速器的機動車輛，其特徵在於，每個平衡齒輪中的螺旋齒的數量與每個側齒輪中的螺旋齒的數量之比大於0. 60。
8.如權利要求7所述的機動車輛，其特徵在於，每個平衡齒輪中的螺旋齒的數量與每個側齒輪中的螺旋齒的數量之比為大約0. 75。
9.如權利要求7所述的機動車輛，其特徵在於，所述平衡齒輪齒的螺旋角與所述側齒輪齒的螺旋角之比小於43° /47°。
10.如權利要求7所述的機動車輛，其特徵在於，所述平衡齒輪齒的螺旋角與所述側齒輪齒的螺旋角之比大約為35° /55°
11.如權利要求7所述的機動車輛，其特徵在於，所述平衡齒輪齒的螺旋角與所述側齒輪齒的螺旋角之比大約為27° /63°。
全文摘要
一種被設計為主要用於機動車輛用途的全齒輪差速器，其使用由一對可圍繞公共的第一軸線旋轉並可安裝在各自的相對的車軸上的螺旋「側」或「S」齒輪和一對或多對可圍繞與第一軸線垂直的第二軸線旋轉的「平衡」或「B」齒輪限定的「十字軸」裝置。B齒輪具有用於與螺旋S齒輪嚙合的螺旋中心部分，並具有用於彼此嚙合的正齒輪端部。每個平衡齒輪及其各自的側齒輪之間的B/S螺旋齒輪的齒數比大於0.60，優選地為大約0.75，每個平衡齒輪及其各自的側齒輪之間的B/S螺旋角度比小於43°/47°，更優選地小於40°/50和大約35°/55°，最優選地的為大約27°/63°。
文檔編號F16H48/12GK102459958SQ201080031251
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月9日 優先權日2009年6月10日
發明者J·Y·格利斯曼, K·E·格利斯曼 申請人:託維克公司