CN102563002A

CN102563002A - 差速器

Info

Publication number: CN102563002A
Application number: CN2011103492428A
Authority: CN
Inventors: 相场智; 岛田彰久
Original assignee: GKN Driveline Japan Ltd
Current assignee: GKN Driveline Japan Ltd
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2031-11-07
Also published as: DE102011055101A1; DE102011055101B4; US20120115669A1; US9188213B2; JP2012102772A; JP5713631B2; CN102563002B

Abstract

提供一种能够满足结构简单且成本低廉的差速器的普及、且获得与动力系统的联动响应良好的LSD(限滑差速器)的差速器。该差速器的特征在于：包括可旋转自如地被支撑的差速器壳体(3)、可自转地支撑于差速器壳体(3)内的小齿轮(17、19)、以及可相对旋转自如地支撑于差速器壳体(3)内的与小齿轮(17)啮合的一对侧齿轮(23、25)，在壳体(3)的内表面上形成有可分别自转滑动地支撑小齿轮(17、19)以及侧齿轮(23、25)的球面形凸背面部(17a、19a、23a、25a)的球面形小齿轮凹支撑面部(9、11)以及侧齿轮凹支撑面部(13、15)，在侧齿轮(23、25)的凸背面部(23a、25a)与差速器壳体(3)的侧齿轮凹支撑面部(13、15)之间，设置有侧垫圈(47、49)，凸背面部(23a、25a)形成在侧齿轮(23、25)的齿部(53)上。

Description

差速器

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆等的差速器。

背景技术

近年来，结构简单且成本低廉的差速器正在得到普及。专利文献1公开了一种差速器，其构成为差速器壳体由一体构件形成，将加工工具从壳体的开口插入壳体，将差速器壳体的内部加工成球形内表面，插入小齿轮和一对侧齿轮，并且这些齿轮的背面以球形内表面支撑。球形垫圈介于齿轮的背面与球形内表面之间。

在该差速器中，可简化差速器壳体的外部和内部形状，容易加工，小齿轮和一对的侧齿轮也可以紧凑地进行组合并设置于差速器壳体的内部。

另外，小齿轮与该对侧齿轮的啮合反作用力分别滑动地支撑在球形背面上，因此，齿轮的滑动摩擦性质稳定，并且齿轮的耐久性高。

然而，当该差速器安装在车辆上时，在左右轮与行车路面之间互相的摩擦阻力不同时，由于该差速器的特性，驱动力难以超过较低的摩擦阻力侧的车轮的驱动力。

该问题以往在技术上被理解为没有差速限制功能的差速器(称为所谓的“传统差速器”)所固有的构造和功能。

与该传统差速器形成对比，具有差速限制功能的各种差速器(称为所谓的限滑差速器，LSD：Limited Slip Diff)正广泛应用在运动型和4WD车辆上。

即使在搭载有传统差速器的普通车辆中，不会仅在路况良好的情况下行车，至少为了提高其起动和爬坡性能时，这样的差速限制功能也是必要的。

另一方面，在普通车辆中，即使附加了差速限制功能，经常会发生应该改善行车状态的操控的、现有的LSD行程的差速限制作用力不需要的情况，对应于这样的情况，施加了复杂的控制的左右车轮的制动控制所引起的车辆性能的改善也应该得到考虑。

但是，由于不能完全消除高成本和驾驶员与车辆间的相关性的不协调，在普通车辆中，即使不需要现有的LSD行程的差速限制作用力，也仍然认为与动力系统联动响应良好的LSD是有用的。

专利文献2公开了一种差速器，其中壳体由一体构件形成，并且小齿轮和一对侧齿轮从壳体的开口插入设置，由在该对侧齿轮和壳体之间所形成的锥形表面提供差速限制功能。

该差速器，在现有的LSD中是最简单的构成。

然而，考虑到普及结构简单、成本低廉的差速器的技术背景，有必要在差速器壳体和该对侧齿轮上形成锥形表面，这引起以下问题。

第一，锥面形状的圆锥角需要严格的加工精度，这延长了加工和装配工时。

第二，锥形表面特别设置在侧齿轮的外侧，因此沿径向和轴向方向扩大了差速器的体积。

第三，尽管作为另一实施例，公开了将多片式离合器用作差速限制功能部分的机构，但显然的是，增加了所包括的部件的数量，并扩大了差速器的体积。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2009-250320号公报

专利文献2：日本特开2003-294109号公报

发明内容

本发明所要解决的课题在于：结构简单且成本低廉的差速器的普及和与动力系统的联动响应良好的LSD之间的兼容问题。

本发明的特征在于：为了能够满足结构简单且成本低廉的差速器的普及、且获得与动力系统的联动响应良好的LSD(限滑差速器)，提供一种差速器，其包括：可旋转自如地被支撑的差速器壳体、可自转地支撑于该差速器壳体内的小齿轮、以及相对旋转自如地支撑于所述差速器壳体内的与小齿轮啮合的一对侧齿轮，在壳体的内表面上形成有可自转滑动地支撑所述小齿轮以及侧齿轮的球面形凸背面部的球面形小齿轮凹支撑面部以及侧齿轮凹支撑面部，在所述差速器壳体的侧齿轮凹支撑面部侧滑动的所述侧齿轮的凸背面部形成在所述侧齿轮的齿部。

发明的效果

本发明具备上述的构成，因此在齿轮与壳体之间具备球面形的支持部的差速器中，可以使差速器壳体的侧齿轮凹支撑面部与侧齿轮凸背面部之间的有效摩擦半径较大，可用简单的结构获得与驱动系统联动响应良好的LSD，并能满足结构简单且成本低廉的差速器的普及要求。

附图说明

图1是上下半剖面位于相差90度的位置的差速器的剖视图。

图2是侧齿轮的剖视图。(实施例1)

图3是侧齿轮的侧视图。(实施例1)

图4是侧齿轮的后视图。(实施例1)

图5是侧齿轮的后视立体图。(实施例1)

图6是示出差速齿轮的装配中间状态的差速器的立体图。(实施例1)

图7是示出差速齿轮的装配中间状态的差速器的俯视图。(实施例1)

附图标记说明

1：差速器；3：差速器壳体；9、11：小齿轮凹支撑面部；13、15：侧齿轮凹支撑面部；17：小齿轮；17a、23a、25a：凸背面部；23、25：侧齿轮；47、49：侧垫圈；56：外径侧齿根圆直径；58：外径侧齿顶圆直径；59：节圆锥曲线；61：部分(环形基部)；63：环形凹部；L1：凸背面部的延伸宽度；L2：齿部处凸背面部的宽度；R：有效摩擦半径

具体实施方式

通过使球面形的侧齿轮的凸背面部形成在侧齿轮的齿部，实现了结构简单且成本低廉的差速器的普及、且获得与动力系统的联动响应良好的LSD的目的。

实施例1

[差速器的整体构成]

图1是根据本发明的实施例1的差速器的剖视图，并且该差速器的上下半剖面位于相差达90度的位置。

差速器1的壳体3具有齿圈安装用凸缘部7，该齿圈安装用凸缘部7环绕圆周方向一体地设置在壳体壁部5的外表面上。小齿轮凹支撑面部9、11(其中，小齿轮凹支撑面部11位于图1的下部的小齿轮17的背面上，由此指引线由虚线表示)和侧齿轮凹支撑面部13、15形成在该差速器壳体3的内表面上。小齿轮凹支撑面部9、11和侧齿轮凹支撑面部13、15分别构成同心球面的一部分，该同心球面以壳体3中的小齿轮17和侧齿轮23、25的旋转轴线的交点为曲率中心C。

上述的“构成同心球面的一部分”是指：小齿轮凹支撑面部9、11和侧齿轮凹支撑面部13、15加工为必要的球面面积即可，因此其他的内壁面被铸造成具有比凹支撑面部的直径稍大的直径，以便起到减少机械加工的作用。

然而，如专利文献2公开的那样，在该对侧齿轮的背面上不提供由锥形表面构成的特殊摩擦面，并且由锥形表面构成的特殊摩擦面不与差速器壳体的内壁面组合，仅在差速器壳体3的内部被机械加工成能够滑动支撑小齿轮17和侧齿轮23、25的球面。因此，本发明的技术构造及其意义完全不同于在专利文献2中公开的技术构造及其意义。

另外，图示的小齿轮17为双齿轮型，其中小齿轮17中的一个小齿轮以截面示出，而另一小齿轮表示为沿轴向观察的外部形状。如稍后将描述的图6所公开的那样，差速器1的一对小齿轮包括相对设置的2个。

此外，小齿轮17、17和侧齿轮23、25为使用锥齿轮的齿轮组，并分别由壳体3的球面形凹支撑面部9、11和凹支撑面部13、15支撑。

在沿壳体壁部5的旋转轴方向的两侧，凸台部27、29形成于侧齿轮凹支撑面部13、15的外侧，能经由轴承可旋转地支撑在作为未示出的固定侧构件的差速器托架上。螺旋凹槽27a、29a形成在凸台部27、29的内周上，用于朝相反方向导入密封在差速器托架内部的润滑油。

小齿轮轴35的支撑孔37、39穿过在壳体壁部5的彼此面对的该对小齿轮凹支撑面部9、11的中心同轴心地形成。

一对窗口41(其中，图1中仅在下部半剖面中示出)靠近凸缘部7形成在壳体壁部5中。

该对窗口41形成为沿转动半径的方向彼此面对，使得保持重量平衡。该窗口41使得切削刀具从窗口中的任一窗口的插入成为可能，并且还使得壳体3能够绕穿过所述曲率中心C的加工旋转轴中心线C-Y围绕该切削刀具转动。具有与小齿轮17的一个齿(必要时，也可以是两个齿以上)对应的形状的缺口凹部41a形成在窗口41中，以使得小齿轮17容易装配。

壳体3构成为被旋床的卡盘夹具夹持，绕加工旋转轴中心线C-Y转动，以切削小齿轮凹支撑面部9、11和侧齿轮凹支撑面部13、15。

小齿轮17中，球面形凸背面部17a经由球面形小齿轮垫圈45可滑动旋转地支撑在与球面形凸背面部17a同心的球面形小齿轮凹支撑面部9上。

小齿轮17可旋转地支撑在小齿轮轴35上。小齿轮轴35配合地支撑在支撑孔37、39中，通过弹簧销50防止被拔出和旋转。

侧齿轮23、25与小齿轮17啮合，其球面形凸背面部23a、25a经由球面形侧垫圈47、49可滑动旋转地支撑在同心球面形侧齿轮凹支撑面部13、15上。

[凸背面部和侧垫圈]

图2是侧齿轮的剖视图，图3是侧齿轮的侧视图，图4是侧齿轮的后视图，图5是侧齿轮的后视立体图。

如图1至5所示，侧齿轮23、25是具有相同形状的锥齿轮，并且齿部53形成在凸台部51的外周侧。内花键52形成在凸台部51的内周。

齿部53的齿根圆直径55形成为从沿轴向方向弯曲的内径侧到沿径向方向弯曲的外径侧的圆锥形。齿部53的齿顶圆直径57形成为从内径侧到外径侧的圆锥形。形成为圆锥形的节圆锥曲线59位于沿圆锥形齿根圆直径55与圆锥形齿顶圆直径57之间的中径。

凸背面部23a、25a形成在齿部53处，凸背面部23a、25a形成为在限定于齿根圆直径56与齿顶圆直径58之间的距离上从内径侧朝外径侧延伸超出节圆锥曲线59，该齿根圆直径56位于齿部53的齿根圆直径55的外径侧上，而该齿顶圆直径58位于齿顶圆直径57的外径侧上。该凸背面部23a、25a，作为环形基部的部分61形成为在比齿部53的齿根圆直径55的外径侧上的齿根圆直径56更靠近径向侧的位置中延伸。部分61的径向延伸宽度L 1被设定成小于齿部53的径向宽度L2。应指出的是，还可省略部分61。

环形凹部63形成为比该凸背面部23a、25a更靠近内径侧，周向环绕侧齿轮凹支撑面部13、15与环形凹部63之间的空间。

侧垫圈47、49分别形成为具有与凸背面部23a、25a的总宽对应的径向宽度。内径边缘47a、49a弯曲形成于环形凹部63中，可配合地设置在垂直背面63a并具有微小的间隔。侧垫圈47、49径向最外侧边缘延伸超出节圆锥曲线59。分别具有与形成在壳体3中的缺口41a的形状对应的形状的两缺口47b沿径向对应形成，由此便于小齿轮17的装入。

因此，凸背面部23a、25a与侧垫圈47、49之间的有效摩擦半径R被设定在侧齿轮23、25的齿部53的外径侧上的齿根圆直径56与外径侧上的齿顶圆直径58之间。

当差速旋转时，凸背面部23a、25a与侧垫圈47、49之间的有效摩擦半径R位于侧齿轮23、25的外径侧上的齿根圆直径56与外径侧上的齿顶圆直径58之间，这使得与动力系统联动的响应良好的差速限制成为可能，可实现具有合适的差速限制功能的差速器，该合适的差速限制功能能提高普通车辆的起动和爬坡性能。根据本发明实施方式的差速器，能容易且在不涉及任何个体差异的情况下稳定地提供约为1.4至1.8的扭矩比差(称为TBR)的特性，从而使得能够确保耐久性等于或超过传统差速器的耐久性。

此外，对侧齿轮23、25的齿轮形状进行说明，在齿部53的齿顶圆直径57的背侧旋转方向端部54a、54b(齿端面端部)上，形成为R形圆倒角或具有15°至45°的角度的倒角形；由此当滑动时，能容易地沿旋转方向朝与侧垫圈47、49之间的滑动部引入停留在各个齿部53之间的润滑油，并且，能防止侧齿轮23、25的滑动部与侧垫圈47、49的滑动部之间的粘附。由此改善滑动响应，并能实现摩擦性质的稳定。此外，通过使倒角形状形成为朝向外径侧的方向更大，促进了周向速度快的外径侧中润滑油朝滑动部的流动。

平面部60形成在侧齿轮23、25的齿部53的外径侧的齿顶圆直径58处。即使当由于侧齿轮23、25与小齿轮17、17的啮合或与未示出的车轴侧的侧轴的连接而引起侧齿轮23、25的轴心的微小偏差时，该平面部60也能防止在齿部53的外径侧前端与侧垫圈47、49之间的干扰，从而使得能够稳定摩擦性质。

[差速齿轮的装入]

图6是示出装入差速齿轮的中间状态的差速器的立体图，图7是示出装入差速齿轮的中间状态的差速器的俯视图。

如图1、6和7所示，具有设置在凸背面部23a、25a上的侧垫圈47、49的侧齿轮23、25从窗口41中的任一窗口插入壳体3，使得该侧齿轮23、25经由侧垫圈47、49设置在侧齿轮凹支撑面部13、15中。

其次，从两窗口41单独插入具有与凸背面部17a配合的小齿轮垫圈45的小齿轮17、17，以便使小齿轮17、17与两侧齿轮23、25啮合。当发生这种情况时，缺口凹部41a、49b防止与小齿轮17齿部53的干扰，容易装配。

使由该小齿轮17和侧齿轮23、25组成的差速齿轮相对于壳体3绕壳体3的旋转轴线转动90°，由此差速齿轮设置成如图1中的上半部所示。

如图1所示的配置状态下，组装小齿轮轴35，差速齿轮的装配结束。其后，将弹簧销50安装在壳体3与小齿轮轴35之间，由此防止小齿轮轴35的移出和旋转。

再者，通过在侧垫圈47、49中的至少一个垫圈上设置与壳体3侧卡合的卡合部(优选地，对小齿轮轴35绕其轴线的旋转进行限制的卡合部)，能维持差速器的壳体3与安装在内部的构件之间的卡合状态，从而使得能够提高壳体3的可运输性。与此同时，能稳定侧垫圈47、49与侧齿轮23、25之间的滑动状态。

在将以上述方式装配的差速器1安装到机动车辆时，将车轴侧的侧轴插入壳体3的凸台部27、29的内周，以便与侧齿轮23、25花键接合。

[实施例1的效果]

本发明实施例1的差速器1包括：壳体3，其被可旋转地支撑；小齿轮17、17，其可自转地支撑在壳体3上；和一对侧齿轮23、25，其可相对旋转地支撑在壳体3中并与小齿轮17啮合。另外，球面形小齿轮凹支撑面部9、11和球面形侧齿轮凹支撑面部13、15形成在壳体3的内表面上。球面形小齿轮凹支撑面部9、11和侧齿轮凹支撑面部13、15分别可自转滑动地支撑小齿轮17、17和侧齿轮23、25的球面形凸背面部17a、17a、23a、25a。另外，在壳体3的侧齿轮凹支撑面部13、15侧滑动的侧齿轮23、25的凸背面部23a、25a形成在侧齿轮23、25的齿部53上。

因此，可将凸背面部23a、25a的有效摩擦半径R设定得比现有的传统差速器的摩擦半径大，由此能用简单的结构获得与动力系统联动响应良好的LSD，从而使得能够满足结构简单并且成本低廉的差速器的普及。

凸背面部23a、25a的有效摩擦半径R被设定在侧齿轮23、25的齿部53的外径侧的齿根圆直径56与外径侧上的齿顶圆直径58之间。

因此，在差速系统的构造的基础上，能通过与传统差速器的尺寸相等的尺寸附加较强的差速限制功能，由此能用简单的结构获得与动力系统联动响应良好的LSD。

在壳体3的侧齿轮凹支撑面部13、15侧滑动的侧齿轮23、25的凸背面部23a、25a包括部分61，该部分61被延伸设置在侧齿轮23、25的齿部53的外径侧上的齿根圆直径56的内径侧。

因此，在减小凸背面部23a、25a与侧垫圈47、49之间(其中，当直接在壳体3上滑动时，在侧齿轮凹支撑面部13、15之间)的表面接触压力的同时，能确实保持有效摩擦半径R较大。另外，由于部分61在齿部的外径侧齿根圆直径56的内径侧上形成为环形，所以通过侧齿轮23、25的稳定的滑动旋转能稳定摩擦性质。

侧齿轮23、25的凸背面部23a、25a形成为在从齿部53的外径侧齿根圆直径56到外径侧齿顶圆直径58上、从内径侧向外径侧延伸超出节圆锥曲线59。

因此，能通过与现有的传统差速器的尺寸相等的尺寸将凸背面部23a、25a的有效摩擦半径R设定至最大极限。另外，通过在凸背面部23a、25a上提供与节圆锥曲线59对应的滑动面，能确实地承受在小齿轮17与侧齿轮23、25之间的啮合部处沿节圆锥曲线的方向产生的力的分量。

环形凹部63形成在侧齿轮23、25上，该环形凹部63在比凸背面部23a、25a更靠近内径侧的位置被限定在侧齿轮凹支撑面部23a、25a与环形凹部63之间的周向空间。

因此，能使润滑油环绕圆周方向停留在环形凹部63中，由此能时常地向凸背面部23a、25a侧的滑动位置提供所需的润滑油。另外，减小不需要的部分的厚度，由此能够实现轻量化。

球面形侧垫圈47、49介于壳体3的侧齿轮凹支撑面部13、15侧与侧齿轮23、25的凸背面部23a、25a之间。

因此，壳体3侧无须应用昂贵的固化处理，从而能够降低制造成本。

[实施方式的变形例]

在实施例1中设置的侧垫圈47、49不是必需的组成构件，也可使壳体3的侧齿轮凹支撑面部13、15与侧齿轮23、25的凸背面部23a、25a直接滑动。当发生这种情况时，考虑到滑动摩擦时的磨损，壳体3侧可被实施高温加热处理或固化涂层等。

可形成各种形状的油槽或油孔，或者可将表面粗糙化处理应用于形成在作为滑动面的侧齿轮23、25的凸背面部23a、25a上(具体地说，齿部53或部分61)、侧垫圈47、49或壳体3的侧齿轮凹支撑面部13、15上，以便稳定摩擦性质。

如果可以进行配置，则可将与该对侧齿轮啮合的三个以上的小齿轮设置在壳体3中。

Claims

1.一种差速器，包括：

差速器壳体(3)；

小齿轮(17)，可自转自如地支撑在所述差速器壳体(3)中；

一对侧齿轮(23、25)，可彼此相对旋转自如地支撑在所述差速器壳体(3)中并与所述小齿轮(17)啮合；

球面形小齿轮凹支撑面部(9、11)，形成在所述差速器壳体(3)的内表面上，并支撑所述小齿轮(17)的球面形凸背面部(17a)，使得所述小齿轮(17)可滑动地绕其自己的旋转轴旋转；以及

球面形侧齿轮凹支撑面部(13、15)，形成在所述差速器壳体(3)的内表面上，并可自转滑动地支撑所述侧齿轮(23、25)的球面形凸背面部(23a、25a)，使得所述侧齿轮(23、25)可滑动地绕它们自己的旋转轴旋转，

其中，在所述差速器壳体(3)的侧齿轮凹支撑面部(13、15)侧滑动的所述侧齿轮的凸背面部(23a、25a)形成在所述侧齿轮(23、25)的齿部(53)上。

2.根据权利要求1所述的差速器，其中，在所述差速器壳体(3)的侧齿轮凹陷的侧齿轮支撑面部(13、15)侧滑动的所述侧齿轮(23、25)的凸背面部(23a、25a)的有效摩擦半径(R)，被设定在所述侧齿轮(23、25)的齿部(53)的外径侧齿根圆直径(56)与所述外径侧齿顶圆直径(58)之间。

3.根据权利要求1或2所述的差速器，其中，在所述差速器壳体(3)的侧齿轮凹支撑面部(13、15)侧滑动的所述侧齿轮(23、25)的凸背面部(23a、25a)具备环形基部(61)，所述环形基部(61)延伸设置在所述侧齿轮(23、25)的齿部(53)的外径侧齿根圆直径(56)的内径侧。

4.根据权利要求1或2所述的差速器，其中，所述侧齿轮(23、25)的凸背面部(23a、25a)，形成为从所述齿部(53)的外径侧齿根圆直径(56)向外径侧延伸超出节圆锥曲线(59)。

5.根据权利要求1或2所述的差速器，其中，在所述侧齿轮(23、25)上形成有环形凹部(63)，该环形凹部(63)以周向环绕与所述侧齿轮凹支撑面部(13、15)之间的空间的形状，形成在比所述凸背面部(23a、25a)更靠近内径侧的位置。

6.根据权利要求1或2所述的差速器，其中球面形侧垫圈(47、49)分别设置在所述差速器壳体(3)的侧齿轮凹支撑面部(13、15)与所述侧齿轮(23、25)的凸背面部(23a、25a)之间。

7.根据权利要求1或2所述的差速器，其中所述侧齿轮凹支撑面部(13、15)构成球面的一部分，所述球面以所述小齿轮(17)的旋转轴和所述侧齿轮(23、25)的旋转轴的交点为曲率中心(C)。

8.根据权利要求1或2所述的差速器，其中，在所述侧齿轮(23、25)的齿端面的旋转方向端部(54a、54b)上，形成有通向所述凸背面部(23a、25a)的倒角部。

9.根据权利要求1或2所述的差速器，其中，

在所述差速器壳体(3)的侧齿轮凹支撑面部(13、15)侧滑动的所述侧齿轮(23、25)的凸背面部(23a、25a)具备环形基部(61)，所述环形基部(61)延伸设置在所述侧齿轮(23、25)的齿部(53)的外径侧齿根圆直径(56)的内径侧，

所述侧齿轮(23、25)的凸背面部(23a、25a)，形成为从所述齿部(53)的外径侧齿根圆直径(56)向外径侧延伸超出节圆锥曲线(59)，

在所述侧齿轮(23、25)上形成有环形凹部(63)，该环形凹部(63)以周向环绕与所述侧齿轮凹支撑面部(13、15)之间的空间的形状，形成在比所述凸背面部(23a、25a)更靠近内径侧的位置，

球面形侧垫圈(47、49)设置在所述差速器壳体(3)的侧齿轮凹支撑面部(13、15)与所述侧齿轮(23、25)的凸背面部(23a、25a)之间，

所述侧齿轮凹支撑面部(13、15)构成球面的一部分，所述球面以所述小齿轮(17)的旋转轴和所述侧齿轮(23、25)的旋转轴的交点为曲率中心(C)，

在所述侧齿轮(23、25)的齿端面的旋转方向端部(54a、54b)上，形成有通向所述凸背面部(23a、25a)的倒角部。