BRPI1009668B1 - conjunto de engrenagens e diferencial - Google Patents

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satellite
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Norman Herrmann Paul
P Radzevich Stephen
Andrew Rudko Steven
Jay Cochren Steven
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Eaton Corp
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Abstract

conjunto de engrenagens e diferencial um conjunto de engrenagens (10) é provido incluindo uma engrenagem-satélite (14) compreendendo uma coroa helicoidal com pelo menos um dente helicoidal (50) e um pinhão helicoidal (12). o pinhão helicoidal (12) pode ter pelo menos um dente helicoidal (20) e pode ter um ângulo de vértice que é menor que cerca de 20º. o pinhão helicoidal (12) pode ser configurado para engrenamento com a engrenagem-satélite (14). um diferencial também pode ser provido. o diferencial compreende uma carcaça de diferencial (64) e um conjunto de engrenagens (10). o diferencial pode adicionalmente incluir um anel de torque (18) configurado para suportar o pinhão helicoidal (12).

Description

[0001] A presente invenção se relaciona com um conjunto de engrenagens incluindo uma primeira engrenagem compreendendo uma coroa helicoidal e uma segunda engrenagem compreendendo um pinhão helicoidal em engrenamento com a coroa helicoidal. O conjunto de engrenagens pode ser configurado para uso em um diferencial.
Antecedentes [0002] Coroas de face helicoidal para uso em diferenciais são conhecidas na técnica, como registrado por exemplo, na patente U.S. n° 3.253.483 e patente U.S. n° 4.792.832. Entretanto, a incorporação de coroas face helicoidal em diferenciais não tem sido comercialmente utilizada por causa de, por exemplo, limitações com relação à determinação da arquitetura do dente da engrenagem e à resistência das engrenagens, ambas as quais podem afetar adversamente a performance do conjunto de engrenagens.
[0003] Pode ser desejável utilizar tecnologia de coroa de face que possa superar estas limitações. A tecnologia de coroa de face pode permitir a opção de mais pinhões e/ou de diâmetros maiores e coroas de face helicoidal primárias mais robustas que podem ser mais bem suportadas. Com relação ao uso de tecnologia de coroa de face em conexão com um diferencial, o tamanho compacto de engrenagens-satélite utilizando tecnologia de coroa de face em conexão com um anel de torque pode permitir maior flexibilidade no empacotamento e design. Deste modo, a resistência global do diferencial para um dado tamanho de pacote pode ser aumentada. Adicionalmente, a natureza compacta do conjunto de
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2/25 engrenagens e um anel de torque, em algumas configurações, pode direcionar as forças dinâmicas de um modo mais benéfico e pode permitir o mesmo conjunto de engrenagens e componentes internos serem usados em conexão com vários designs de empacotamento de vários modelos de veículos a motor, aumentando desta forma a transportabilidade do diferencial. Sumário [0004] Um conjunto de engrenagens é provido incluindo uma engrenagem-satélite compreendendo uma cora de face helicoidal com pelo menos um dente helicoidal e um pinhão helicoidal. O pinhão helicoidal pode ter pelo menos um dente helicoidal e pode ter um ângulo de vértice que seja menor que cerca de 20°. O pinhão helicoidal pode ser configurado para engrenamento com a engrenagem-satélite. Um diferencial também pode ser provido. O diferencial pode compreender uma carcaça de diferencial e um conjunto de engrenagens. O conjunto de engrenagens pode incluir uma engrenagem-satélite compreendendo uma coroa de face helicoidal com pelo menos um dente helicoidal e um pinhão helicoidal. O pinhão helicoidal pode ter pelo menos um dente helicoidal e pode ter um ângulo de vértice que seja menor que cerca de 20°. O diferencial pode incluir adicionalmente um anel de torque configurado para suportar o pinhão helicoidal.
Descrição resumida dos desenhos [0005] Configurações da invenção serão agora descrita, por meio de exemplos, com referência aos desenhos anexos, onde:
[0006] A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma primeira engrenagem de acordo com uma configuração da invenção;
[0007] A figura 2A é uma vista frontal de uma segunda
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3/25 engrenagem de acordo com uma configuração da invenção;
[0008] A figura 2B é uma vista lateral da segunda engrenagem da figura 2A;
[0009] A figura 3A é uma vista em perspectiva de um anel de torque para uso com a primeira engrenagem da figura 1 de acordo com uma configuração da invenção;
[0010] A figura 3B é uma vista lateral do anel de torque
da figura 3A;
[0011] A figura 4 é um esquema ilustrando o ângulo de
vértice de uma primeira engrenagem de acordo com uma
configuração da invenção;
[0012] A figura 5 é um esquema ilustrando a geometria do flanco de dente de uma primeira engrenagem de acordo com uma configuração da invenção;
[0013] A figura 6A é uma vista de seção transversal de um conjunto de engrenagens de acordo com uma configuração da invenção incorporado em um diferencial;
[0014] A figura 6B é uma vista frontal de uma porção do conjunto de engrenagem da figura 6A;
[0015] A figura 7 é uma vista de seção transversal de um conjunto de engrenagens de acordo com uma configuração da invenção incorporado em um diferencial;
[0016] A figura 8 é uma vista explodida de um diferencial blocante eletricamente selecionável incluindo um conjunto de engrenagens de acordo com uma configuração da invenção;
[0017] A figura 9 é uma vista de seção transversal de um diferencial incluindo um fusível limitador de torque e um conjunto de engrenagens de acordo com uma configuração da presente invenção;
[0018] A figura 10 é uma vista de seção transversal de um
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4/25 diferencial incluindo discos de embreagem limitadores de torque e um conjunto de engrenagens de acordo com uma configuração da presente invenção;
[0019] A figura 11 é uma vista de seção transversal parcial de um diferencial incluindo um atuador pneumático/hidráulico e um conjunto de engrenagens de acordo com uma configuração da invenção; e [0020] A figura 12 é uma vista de seção transversal de um diferencial incluindo um conjunto de engrenagens de acordo com uma configuração da invenção.
Descrição detalhada [0021] Referência será feita agora em detalhes a configurações da presente invenção, exemplos das quais são descritos aqui e ilustrados nos desenhos anexos. Embora a invenção venha a ser descrita em conjunção com configurações, será entendido que elas não são intencionadas a limitar a invenção a estas configurações. Pelo contrário, a invenção é intencionada a cobrir alternativas, modificações e equivalentes, que possam ser incluídos dentro do espírito e escopo da invenção como configurada nas reivindicações anexas.
[0022] Um conjunto de engrenagens 10 de acordo com a presente invenção pode incluir uma primeira engrenagem 12 e uma segunda engrenagem 14. Referindo-se às figuras 1-2, a primeira engrenagem 12 pode compreender um pinhão helicoidal, e a segunda engrenagem 14 pode compreender uma engrenagemsatélite. Em uma configuração, a primeira engrenagem 12 pode compreender um pinhão helicoidal para uso em um diferencial. Nesta configuração para um diferencial, a primeira engrenagem 12 pode ser provida para transmitir torque a partir de um
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5/25 anel de torque 18 para a segunda engrenagem 14 (p.ex., uma engrenagem-satélite 14). O anel de torque 18 pode ser como mostrado nas figuras 3A-B e pode ser configurado como descrito em detalhes adicionais aqui. Alternativamente, a primeira engrenagem 12 pode ser provida para transmitir torque de uma engrenagem-satélite 14 para uma outra engrenagem-satélite 14. Adicionalmente, nesta configuração, podem existir uma pluralidade de pinhões 12. O número de pinhões 12 no conjunto de engrenagens 10 pode variar. Entretanto, pode haver pelo menos dois pinhões 12 no conjunto de engrenagens 10 quando os pinhões 12 são usados em um diferencial. O número de pinhões 12 pode ser cerca de seis em uma configuração, embora mais ou menos pinhões 12 possam ser usados em outros configurações. Em contraste, o número de engrenagens cônicas que podem ser utilizadas em um conjunto de engrenagens convencional para um diferencial somente cerca de quatro. O número máximo de pinhões em um diferencial pode ser determinado usando pode ser usados a fórmula seguinte, onde o diâmetro externo do pinhão 12 é denotado como do.p o diâmetro interno da correspondente engrenagemsatélite (Equação
1) é denotado como din sg,
180 Np * [0023] tamanho do. p din.sg dos pinhões tg _1 também pode variar.
Entretanto em uma configuração os pinhões podem ter cerca de metade do tamanho de uma engrenagem pinhão cônica convencional usada em um diferencial. Em adição, os pinhões 12 podem ser configurados para ter um ângulo de vértice pequeno θρ se comparado com designs de engrenagens convencionais. Referindo-se agora à figura 4, um esquema
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6/25 ilustrando o ângulo de vértice de um pinhão 12 é mostrado. Em uma configuração, o ângulo de vértice θρ pode ser menor que cerca de 20°. O ângulo de vértice θρ pode ser submetido à equação seguinte, na qual do.p é o diâmetro interno do pinhão 12, di.p é o diâmetro limite do pinhão 12, do.sg é o diâmetro externo da engrenagem-satélite 14, e dín.sg é o diâmetro interno da engrenagem-satélite 14.
θρ < sen 1 (Equação 2) do,p — dl,p Λ d — d % o,sg m,sg J [0024] O número de dentes helicoidais 20 no pinhão 12 e a geometria do flanco de dente dos dentes helicoidais 20 no pinhão 12 podem ser flexíveis de acordo com uma configuração da invenção. Os dentes helicoidais 20 podem ser formados por tecnologia de forjamento. O uso de tecnologia de forjamento ao invés de tecnologia de usinagem por máquina pode melhorar significativamente a resistência dos pinhões 12. O uso de dentes helicoidais 20 também permite menos ênfase ser colocado em onde os pinhões 12 estão em sua rotação se comparado com pinhões cônicos convencionais, o que pode eliminar o requisito de indexação. O número de dentes helicoidais 20 no pinhão 12 pode ser considerado uma contagem baixa de dentes em relação ao tamanho dos pinhões. 12. Por exemplo, a contagem de dentes (isto é, o número de dentes helicoidais 20) do pinhão 12 pode ser entre cerca de 4 a 10. Embora uma contagem de dentes de cerca de 4 a 10 seja mencionada em detalhes, a contagem de dentes dos pinhões 12 pode ser mais baixa ou mais alta em outras configurações da invenção.
[0025] Referindo-se agora à figura 5, a geometria G do flanco de dente para os dentes helicoidais 20 no pinhão 12
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7/25 pode ser determinada de acordo com a equação seguinte, na qual rp = o vetor posição de um ponto do flanco de dente do pinhão 12; Up, Vp = coordenadas curvilíneas (Gaussianas) de um ponto do flanco do dente no pinhão 12; rb,p = o raio do cilindro base do pinhão 12; e Tb.p = o anglo de hélice base do pinhão 12.
rb.P cosVp + Up cosrb.psenVp rb.psenVp -UpsenTb.psenVp rb.ptg^b.p - UpsenTb.p (Equação 3) rp (Up ,Vp) = [0026] Quando o pinhão 12 está estacionário, então o flanco de dente do pinhão 12 pode ser descrito analiticamente pela Equação 3. Quando o pinhão 12 é girado sobre seu eixo geométrico 22 por um certo ângulo φρ, e quando ele está se movendo ao redor do eixo geométrico 24 da engrenagem-satélite 14, o vetor posição de um ponto r*p do flanco de dente do pinhão 12 em uma posição corrente do pinhão 12 pode ser expresso da seguinte forma:
r*p( EqpOçpã Vp ,4>p) [0027] Os pinhões 12 também podem ser configurados para prover flexibilidade com relação às características estruturais para acomodar várias configurações. Por exemplo, os pinhões 12 podem ser modificados para prover acesso para clipes-C 26 como ilustrado nas figuras 6A-6B. Os clips-C 26 podem ser providos para posicionar axialmente as engrenagenssatélite 14 nos eixos e reter os eixos. Em um outro exemplo, os pinhões 12 podem ser modificados para incluir uma saliência 28 na primeira extremidade 30 e um diâmetro rebaixado 32 pode ser configurado para melhor suportar o pinhão 12 e pode ser provido para alterar a razão de pressão.
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A saliência 28 e diâmetro rebaixado 32 podem ser configurados para aumentar e/ou diminuir a razão de pressão dependendo do resultado final desejado. O pinhão 12 também pode ser modificado para incluir um furo se estendendo axialmente 36. O furo 36 pode se estender através do centro do pinhão 12 ao longo do eixo geométrico 22. O furo 36 pode ser configurado para receber um eixo para girar o pinhão 12. Embora um furo seja mencionado em detalhes e esteja ilustrado, o pinhão 12 pode não ter um furo 36 em outras configurações da invenção.
[0028] Em uma configuração da invenção, a primeira extremidade 30 do pinhão 12 pode ser chata e a segunda extremidade 34 dos pinhões 12 (isto é oposta à primeira extremidade 30) pode ter formato hemisférico. A segunda extremidade 34 pode ser configurada para ter um formato hemisférico tal que a segunda extremidade 34 tenha o mesmo raio de curvatura que a superfície externa 56 do anel de torque 18 mostrado na figura 3. Em adição, a segunda extremidade 34 do pinhão 12 pode ser configurada tal que ela combine com a superfície interna de um alojamento para o conjunto de engrenagens 10 (p.ex., uma carcaça de diferencial). O formato do pinhão 12 pode portanto ajudar a controlar a fricção do conjunto de engrenagens 10, uma vez que nenhum outro dispositivo é necessário para manter o formato externo do anel de torque 18. Embora a primeira extremidade 30 do pinhão 12 seja descrita como chata, e a segunda extremidade 34 do pinhão 12 seja descrita como tendo formato hemisférico, o pinhão 12 pode ter outros formatos em outras configurações da invenção.
[0029] A segunda engrenagem 14 pode compreender uma coroa
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9/25 de face helicoidal. A segunda engrenagem 14 pode ser configurada para estar em engrenamento com a primeira engrenagem 12. Em uma configuração, a segunda engrenagem 14 pode compreender uma engrenagem-satélite para uso em um diferencial. Nesta configuração para um diferencial a segunda engrenagem 14 pode ser configurada para transmitir torque da primeira engrenagem 12 para uma saída (p.ex., eixos de um veículo a motor). Adicionalmente, nesta configuração para um diferencial, pode haver uma pluralidade (p.ex., um par) de engrenagens-satélite 14. Cada engrenagem-satélite 14 pode ter uma primeira porção de cubo anular 37. Cada porção de cubo anular 37 pode ser configurada para receber um eixo (não mostrado) de um veículo a motor, por exemplo. A porção de cubo anular 37 pode definir uma abertura interna alinhada axialmente 38. A superfície radial interna da porção de cubo anular 37 da engrenagem-satélite 14 que define a abertura 38 pode incluir uma pluralidade de estrias 40 (isto é, pode ser estriada). Os eixos (não mostrados) podem se conectar às engrenagens-satélite 14 através de uma interconexão estriada com as estrias 40 na superfície interna definindo a abertura interna alinhada axialmente 38. Consequentemente, as engrenagens-satélite 14 podem ser configuradas para estar em engate estriado com um par de eixos.
[0030] A pluralidade de engrenagens-satélite 14 (p.ex., em uma configuração para uso em um diferencial) pode estar localizada em lados opostos da primeira engrenagem 12. Em particular, em uma configuração, o par de engrenagenssatélite 14 pode estar localizado em lados opostos de um anel de torque 18 configurado para reter os pinhões helicoidais 12. Cada engrenagem-satélite 14 pode ter uma porção principal
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10/25 com uma superfície externa 43. A superfície externa 43 pode ter pelo menos uma projeção 44 se estendendo radialmente para fora a partir da superfície externa 43. As projeções 44 podem ser configuradas para suportar a engrenagem-satélite 14. Em particular, a projeção 44 pode ser configurada para suportar a engrenagem-satélite 14 em conexão com um elemento correspondente no anel de torque 18. A projeção 44 pode ser configurada para ser recebida por um correspondente recesso no anel de torque 18. A engrenagem-satélite 14 pode incluir cerca de seis projeções 44 como ilustrado. Embora seis projeções 44 sejam mencionadas em detalhes, a engrenagemsatélite 14 pode incluir mais ou menos projeções 44 em outras configurações. As projeções 44 podem ser configuradas para aumentar a robustez da engrenagem-satélite 14.
[0031] A porção principal 42 da engrenagem-satélite 14 pode incluir uma face helicoidal 46. A face helicoidal 46 de cada engrenagem-satélite 14 pode facear o anel de torque 18. A face helicoidal 46 de cada engrenagem-satélite 14 pode estar engrenada com os pinhões 12. Os pinhões 12 e engrenagem-satélite 14 podem portanto compartilhar torque via um engrenamento. Em uma configuração, cada engrenagemsatélite 14 pode adicionalmente ter uma superfície substancialmente chata 48 oposta à face helicoidal 46. Embora a superfície 48 se opondo à face helicoidal 46 seja descrita como chata, a superfície oposta pode não ser necessariamente chata em configurações da invenção.
[0032] A face helicoidal 46 pode compreender uma pluralidade de dentes 50. Os dentes helicoidais 50 da engrenagem-satélite 14 podem ser forjados. O uso de tecnologia de forjamento em lugar de tecnologia de usinagem
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11/25 pode melhorar significativamente a resistência das engrenagens-satélite 14. Em adição, o uso de tecnologia de forjamento em conexão com a engrenagem-satélite 14 permite a engrenagem-satélite 14 ter um cubo 52. O cubo 52 pode ser integral com a engrenagem-satélite 14 e pode se estender circunferencialmente ao redor do diâmetro interno din sg da engrenagem-satélite 14. O cubo 52 pode ter uma espessura se estendendo radialmente T. A espessura se estendendo radialmente T pode variar de acordo com diferentes configurações da invenção. O cubo 52 pode ser configurado para melhorar a resistência da engrenagem satélite 14 em seu ponto de outra forma mais fraco. Cada um dos dentes helicoidais 50 da engrenagem-satélite 14 pode se estender radialmente para dentro contra o cubo 52. O cubo 52 pode ser integral com cada um dos dentes helicoidais 50 da engrenagemsatélite 14. Em uma configuração, a superfície superior de cada dente helicoidal 50 pode ficar substancialmente embutida com a superfície superior do cubo 52. Embora a superfície superior do cubo 52 possa ficar substancialmente embutida com a superfície superior de cada dente helicoidal 50 em uma configuração, a superfície superior do cubo 52 pode ser mais alta ou mais baixa que a superfície superior de cada dente helicoidal 50 em outras configurações da invenção.
[0033] O número de dentes helicoidais 50 na engrenagemsatélite 14 e a geometria do flanco de dente dos dentes helicoidais 50 na engrenagem-satélite 14 podem ser flexíveis de acordo com uma configuração da invenção. A contagem de dentes (isto é, o número de dentes helicoidais 50) da engrenagem-satélite 14 pode ser considerada uma contagem de dentes pequena. Por exemplo, a contagem de dentes pode ser
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12/25 tão baixa quanto 12. Embora uma contagem de dentes tão baixa quanto 12 seja mencionada em detalhes, a contagem de dentes pode ser menor ou maior em outras configurações da invenção. O flanco de dente para os dentes helicoidais 50 na engrenagem-satélite 14 pode ser determinado com uma superfície de envelopamento para posições sucessivas do flanco de dente de pinhão quando o pinhão 12 está girando sobre seu eixo geométrico 22 e se movendo ao redor do eixo 24 da engrenagem-satélite 14. Uma expressão para o vetor posição de um ponto rsg do flanco de dente dos dentes 50 na engrenagem-satélite 14 pode ser derivada de uma equação para o flanco de dente de pinhão (Equação 5) registrada abaixo: (Equação 5) rp = rp(U p ,Vp ,φρ ) [0034] A substituição de φρ pode ser requerida para determinar r. Isto pode ser realizado pelo uso da equação de contato (Equação 6) registrada abaixo:
(Equação 6) n p = 0 [0035] Em conexão com a Equação 6, np denota o vetor normal unitário para o flanco de dente de pinhão, e νΣ denota o vetor do movimento resultante do pinhão 12 em relação à engrenagem-satélite 14. Tanto np quando νΣ são funções de φρ como registrado nas equações abaixo (Equações 7 e 8). (Equação 7) n ; = n (Up V ,φρ ) (Equação 8) νγ = νγ (U p,Vp ,φ ρ ) [0036] Resolvendo para φρ nas Equações 7 e 8, a expressão derivada para φρ pode ser substituída na Equação 5, a qual então retorna uma expressão para o flanco de dente 50 da engrenagem-satélite 14.
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13/25 [0037] A engrenagem-satélite 14 pode incluir adicionalmente um diâmetro de suporte 53. Em particular, o diâmetro de suporte 53 pode compreender uma segunda porção de cubo anular 53 (p.ex., similar à primeira porção de cubo anular 37). Entretanto, o diâmetro de suporte 53 pode ter um diâmetro externo que seja maior que um diâmetro interno da primeira porção de cubo anular 37. Em adição, o diâmetro de suporte 53 pode ter um diâmetro externo que seja menor que um diâmetro interno da porção principal 42 da engrenagemsatélite 14 que inclui a face helicoidal 46. O diâmetro de suporte 53 pode ser configurado para reforçar adicionalmente a engrenagem-satélite 14. Referindo-se agora à figura 8, uma vista explodida de um diferencial blocante selecionável eletricamente incorporando um conjunto de engrenagens 10 de acordo com uma configuração da invenção está ilustrada. O diferencial pode incluir adicionalmente uma arruela de empuxo e/ou calço 62. O calço 62 é configurado para ajustar a orientação/colocação correta da engrenagem-satélite 14 durante a montagem. O calço 62 pode ser disposto adjacente ao diâmetro de suporte 53 e ao redor do primeiro cubo anular 37. Em conjuntos de engrenagens convencionais, o calço 62 pode ser localizado na extremidade do cubo 37. A localização do calço 62 em um diferencial que incorpora um conjunto de engrenagens 10 incluindo a engrenagem-satélite 14 de acordo com uma configuração da invenção pode afetar o tensionamento axial.
[0038] Como registrado acima, em uma configuração, a primeira engrenagem 12 pode compreender um pinhão helicoidal para uso em um diferencial, e a primeira engrenagem 12 pode ser provida para transmitir torque a partir de um anel de
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14/25 torque 18 para uma segunda engrenagem (p.ex., engrenagemsatélite 14). Embora o conjunto de engrenagens 10 seja descrito em conexão com o uso do anel de torque 18 em uma configuração, o anel de torque 18 pode ser omitido em outras configurações da invenção e a primeira engrenagem 12 pode ser suportada em eixos se estendendo através de furos 36. Na configuração utilizando anel de torque 18, o anel de torque 18 pode ter geralmente formato de anel. O anel de torque 18 pode ser feito de uma peça de material (isto é, compreender uma estrutura unitária, integral, e/ou monolítica) em uma configuração da invenção. O anel de torque 18 pode ser configurado para localizar um ou mais pinhões 12 em um padrão radial entre as engrenagens-satélite 14. O anel de torque 18 pode ter uma pluralidade de furos se estendendo radialmente para dentro 54 se estendendo para dentro do anel de torque 18 a partir de uma superfície radial externa 56 do anel de torque 18. A superfície radial externa 56 do anel de torque 18 pode ter formato cilíndrico, como mais bem ilustrado na figura 3B. Consequentemente, a superfície radial externa 56 do anel de torque 18 pode não ser esférica. Embora uma superfície radial esférica 56 possa tornar a montagem do conjunto de engrenagens 10 com o anel de torque 18 mais difícil, o formato cilíndrico da superfície radial externa 56 de acordo com uma configuração facilita a montagem.
[0039] Os furos 54 do anel de torque 18 podem ter cada um um eixo geométrico. O eixo geométrico dos furos 54 pode se estender substancialmente radialmente para fora. Por exemplo somente e sem limitações, pode haver aproximadamente seis furos 54 se estendendo através do anel de torque 18. Embora seis furos sejam mencionados em detalhes, pode existir menos
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15/25 ou mais furos 54 em outras configurações da invenção. Os furos 54 podem ser equiangularmente espaçados ao redor da circunferência do anel de torque 18. Embora os furos 54 sejam descritos como sendo equiangularmente espaçados ao redor da circunferência do anel de torque 18, os furos 54 podem ser espaçados em arranjos e/ou configurações alternativas em outras configurações da invenção. Os pinhões 12 podem ser dispostos dentro dos furos 54 no anel de torque 18. Deste modo, os pinhões 12 podem ser circunferencialmente espaçados ao redor do anel de torque 18. O número de pinhões 12 pode geralmente corresponder ao número de furos 54 no anel de torque 18, embora menos pinhões 12 em relação ao número de furos 54 possam ser usados em configurações da invenção. Nestas configurações da invenção, pelo menos um ou mais dos furos 54 podem permanecer abertos. Nestas configurações onde pelo menos um ou mais dos furos 54 permanecem abertos, os furos abertos 54 não necessariamente têm que ficar regularmente (p.ex., equiangularmente) espaçados ao redor do anel de torque. Pelo contrário, os furos abertos 54 podem ficar adjacentes entre si, espaçados entre si, e/ou arranjados em qualquer arranjo e/ou combinação.
[0040] Os pinhões 12 podem ser livres para girar dentro dos furos 54. Os pinhões 12 podem ficar axialmente capturados entre uma superfície interna de um alojamento para o anel de torque 18 (p.ex., uma carcaça diferencial) e uma porção radialmente para dentro 58 do anel de torque 18. O alojamento para o anel de torque 18 e a porção radialmente para dentro 58 do anel de torque, portanto restringem os pinhões 12 de movimento axial. A porção radialmente para dentro 58 se estende circunferencialmente ao redor do anel de torque 18,
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16/25 fazendo deste modo cada um dos furos 54 compreender um furo cego. Uma primeira extremidade de furo 54 na superfície radial externa sendo aberta, enquanto uma segunda extremidade do furo 54 na porção radialmente para dentro 58 pode ser fechada. A segunda extremidade do furo 54 pode se opor à primeira extremidade do furo 54. Devido aos furos 54 compreenderem furos cegos, a quantidade de fricção em conexão com o conjunto de engrenagens 10 pode ser reduzida uma vez que não existe fricção adicional a partir de outras partes móveis (p.ex., outras partes móveis de um diferencial atuando nos pinhões 12). Em adição, a porção radialmente para dentro 58 permite o tamanho de um eixo central (não mostrado) ser modificado sem requerer modificações para o anel de torque 18. Em algumas configurações da invenção, o anel de torque 18 pode incluir uma abertura se estendendo através da porção radialmente para dentro 58 até o eixo central. A abertura pode ser configurada para permitir ferramentas e/ou instrumentos acessar o eixo central sem ter que requerer a desmontagem parcial e/ou completa do conjunto de engrenagens 10.
[0041] O anel de torque 18 pode adicionalmente incluir canais 60 nas superfícies laterais do anel de torque 18. O anel de torque 18 pode ser configurado para suportar os pinhões 12 em suas superfícies externas e para confinar os pinhões 12 em engrenamento com as engrenagens-satélite 14. O anel de torque 18 pode exercer pressão nos pinhões 12 (p.ex., o diâmetro externo do p dos pinhões 12) para movê-los radialmente sobre o eixo geométrico 24 (p.ex., uma linha de centro axial) das engrenagens-satélite 14. Devido ao engrenamento entre os pinhões 12 e as engrenagens-satélite
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14, as engrenagens-satélite 14 são forçadas a girar sobre seus eixos geométricos 24. Devido às saídas (p.ex., eixos) serem aterradas e acopladas às engrenagens-satélite 14, o veículo a motor incorporando o conjunto de engrenagens 10 pode se mover. Quando as engrenagens-satélite 14 são forçadas a girar em velocidades diferentes por aterramento através da saída (p.ex., eixos), os pinhões 12 podem girar dentro do anel de torque 18 e em engrenamento com as engrenagenssatélite 14 para compensar. Os dentes helicoidais 20 dos pinhões 12 podem se estender para dentro dos canais 60 (p.ex., os canais opostos 60) nas superfícies laterais do anel de torque 18. Os dentes helicoidais 50 na face helicoidal 46 da engrenagem-satélite 14 podem também se estender para dentro dos canais 60 nas superfícies laterais do anel de torque 18. Deste modo, os dentes helicoidais 20 dos pinhões 12 podem ser engrenados com os dentes helicoidais 50 da engrenagem-satélite 14.
[0042] O anel de torque 18 pode ser configurado para prover flexibilidade com relação às características estruturais para acomodar as várias configurações. Por exemplo, o anel de torque 18 pode ser modificado para compreender características para acessar e reter clipes-C de eixo 26 como ilustrado, por exemplo, nas figuras 6A-B em uma configuração. Para um outro exemplo, o anel de torque 18 pode ser modificado para incluir um link de fusível mecânico 68 que é projetado para falhar em um valor pré-determinado de cisalhamento que governa a quantidade de torque diferencial permissível que o anel de torque 18 pode experimentar. Por exemplo, o link de fusível mecânico 68 pode compreender um pino de cisalhamento que cisalhe em um torque pré
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18/25 determinado. O link de fusível mecânico 68 pode ser para fundir e/ou limitar torque. O link de fusível mecânico 68 pode reter o anel de torque 18 na carcaça de diferencial 64, por exemplo, até que um torque pré-determinado seja alcançado.
[0043] Como registrado aqui, o conjunto de engrenagens 10 pode ser usado em um diferencial. Embora o conjunto de engrenagens 10 seja descrito para uso em conexão com um diferencial, o conjunto de engrenagens 10 pode ser usado em outras aplicações em outras configurações da invenção. Quando o conjunto de engrenagens 10 é usado em um diferencial, o diferencial pode ser provido para permitir um veículo a motor negociar giros enquanto mantendo potência para as rodas tanto esquerda quanto direita de um eixo. Um diferencial incorporando um conjunto de engrenagens 10 de acordo com a presente invenção pode prover resistência e robustez aumentadas, e pode ser especialmente robusto em relação a seu compacto tamanho de diferencial. O envelope de conjunto de engrenagens para um diferencial incorporando o conjunto de engrenagens 10 pode ser relativamente compacto e pode prover maior flexibilidade no empacotamento. Adicionalmente, um diferencial incorporando um conjunto de engrenagens 10 de acordo com uma configuração da invenção pode permitir maior grupo comum de peças (isto é, os componentes podem ser comuns a vários tipos de diferenciais) e transportabilidade (isto é, a capacidade em usar o mesmo conjunto de engrenagens e componentes internos para vários modelos de veículos a motor), melhorando desta forma a facilidade de fabricação. Finalmente, um diferencial incorporando um conjunto de engrenagens 10 de acordo com uma configuração da invenção
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19/25 pode reduzir a necessidade de materiais de custos mais altos e também pode reduzir ruído, vibrações, e aspereza. (NV11) que pode estar associada com outros designs convencionais.
[0044] Quando o conjunto de engrenagens 10 é incorporado em um diferencial, o diferencial pode adicionalmente incluir uma carcaça de diferencial 64. A carcaça de diferencial pode ser provida para alojar o conjunto de engrenagens 10 e/ou qualquer número de outros componentes do diferencial. Em uma configuração, a carcaça de diferencial 64 pode não requerer furos de eixo cruzado de pinhão o que pode aumentar a facilidade de fabricação. Consequentemente, a carcaça de diferencial 64 pode ser configurada para ter uma abertura somente em cada extremidade axial da carcaça de diferencial naquelas configurações que não requeiram furos de eixo cruzado de pinhão. A carcaça de diferencial 64 pode ser produzida a partir de materiais de baixo custo. A carcaça de diferencial 64 pode ser submetida a carregamento mínimo. O diferencial pode adicionalmente incluir uma engrenagem coroa (não mostrada). A engrenagem coroa pode ser conectada a uma fonte de entrada e/ou fonte motriz (não mostrada) de uma maneira convencional para girar a carcaça de diferencial 64. Em uma configuração onde o conjunto de engrenagens 10 utiliza um anel de torque 18, o anel de torque 18 pode ser montado dentro da carcaça de diferencial 64 de qualquer maneira convencional na técnica de modo a ser configurado para rotação comum com a carcaça de diferencial. Por exemplo, o anel de torque 18 pode incluir uma pluralidade de aberturas se estendendo axialmente através das quais uma pluralidade de fixadores 66 pode se estender através do anel de torque 18 e da carcaça de diferencial 64. Deste modo, o torque a partir
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20/25 da coroa pode ser aplicado ao anel de torque 18 por meio de uma conexão e/ou ligação mecânica com a coroa (p.ex., ligado diretamente à coroa).
[0045] O conjunto de engrenagens 10 pode ser usado em um diferencial aberto, um diferencial de deslizamento limitado, e/ou um diferencial blocante em várias configurações. Um diferencial aberto pode permitir duas rodas de eixo girar em velocidades diferentes. Entretanto, um diferencial aberto pode geralmente ser configurado para o torque assumir a trajetória de menor resistência, o que pode prover o maior risco de um veículo a motor ficar imobilizado devido à incapacidade de ter transferência de torque para a roda que tem a maior tração.
[0046] Um diferencial de deslizamento limitado pode ser substancialmente similar a um diferencial aberto, mas pode adicionalmente incluir um pacote de embreagem 65 que é configurado para limitar o deslizamento associado com um diferencial aberto transferindo uma porção da potência de uma roda para uma outra roda (p.ex., se as engrenagens-satélite 14 forem forçadas para velocidades diferentes por um desequilíbrio de tração). O pacote de embreagem 65 está mais bem ilustrado na figura 10. O pacote de embreagem 65 pode ser acoplado mecanicamente à engrenagem-satélite 14, anel de torque 18 e/ou uma carcaça de diferencial para limitar o deslizamento e restaurar o esforço de tração. Em um diferencial de deslizamento limitado, à medida que os pinhões 12 giram dentro do anel de torque 18 em engrenamento com as engrenagens-satélite 14, as forças de separação podem exercer pressão forçando as engrenagens-satélite 14 para fora. A força das engrenagens-satélite 14 pode ser usada para
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21/25 comprimir os discos de embreagem do pacote de embreagem 65. De acordo com a presente invenção, o anel de torque 18 e as engrenagens-satélite 14 podem ser configurados para dirigir uma proporção maior das forças de separação de engrenagens para impulsionar as engrenagens-satélite 14 para fora, aumentando desta forma a pressão disponível para comprimir os discos de embreagem do pacote de embreagem 65. Alternativamente, um diferencial de deslizamento limitado incorporando um conjunto de engrenagens 10 de acordo com a presente invenção pode ser configurado para induzir arrasto nos pinhões 12 à medida que eles giram dentro do anel de torque 18.
[0047] Um diferencial blocante pode ser substancialmente similar a um diferencial aberto, mas pode ser configurado para manter ação diferencial livre durante direção normal de um veículo a motor para permitir duas rodas operarem em velocidades diferentes (isto é, como um diferencial aberto), mas para travar totalmente quando deslizamento excessivo de roda ocorrer. Isto é, se uma roda começar a deslizar, o eixo motriz pode ser totalmente travado de lado a lado, provendo plena potência para ambas as rodas. O diferencial blocante pode compreender um diferencial blocante selecionável de acordo com uma configuração. Entretanto, a função de travamento também pode ser automática em outras configurações.
[0048] Referindo-se de volta à figura 8, uma vista explodida de um diferencial blocante está ilustrada. Em uma configuração da invenção, a carcaça de diferencial 64 na qual pelo menos uma porção do conjunto de engrenagens 10 está alojada pode compreender um corpo flangeado (p.ex., como
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22/25 ilustrado). Em particular, a carcaça de diferencial 12 pode ser configurada para ter um comprimento axial L para alojar componentes do diferencial que é relativamente curto comparado com designs convencionais. Consequentemente, o diferencial blocante pode ser de um tamanho compacto, mas ainda pode ser configurado para alojar componentes de diferencial. Sem a natureza compacta do conjunto de engrenagens 10 e anel de torque 18, em certas configurações, seria de outra forma difícil encontrar espaço suficiente para o diferencial, bem como componentes de travamento. Ainda se referindo à figura 8, o diferencial blocante pode adicionalmente incluir uma tampa 70. A tampa 70 pode ser configurada para conexão com a carcaça de diferencial 64. A tampa 70 pode compreender um cubo 72 e uma porção flangeada 74. A porção flangeada 74 da tampa 70 pode ser configurada para corresponder à porção flangeada da carcaça de diferencial 64 em uma configuração do diferencial.
[0049] Ainda se referindo à figura 8, um diferencial blocante pode incluir adicionalmente um anel de travamento 76. O anel de travamento 76 também pode ser referido como um colar de trava. O anel de travamento 76 pode ser configurado para fazer os eixos travarem de lado a lado quando o anel de travamento 76 for engatado. O anel de torque 18 pode ser configurado para prover a trajetória de torque para os pinhões 12 ou o anel de travamento 76, dependendo do modo de operação ou design. O anel de travamento 76 pode ter geralmente formato de anel e pode incluir uma pluralidade de protuberâncias se estendendo axialmente 78. As protuberâncias 78 podem ser circunferencialmente espaçadas ao redor da circunferência do anel de travamento 76. Em uma configuração,
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23/25 as protuberâncias 78 podem ser equiangularmente espaçadas ao redor da circunferência do anel de travamento 76. Embora as protuberâncias 78 tenham sido descritas como sendo equiangularmente espaçadas em uma configuração da invenção, as protuberâncias 78 podem ser espaçadas em quaisquer arranjos e/ou configurações alternativas em outras configurações da invenção. O anel de travamento 76 pode ser colocado em um diâmetro substancialmente aumentado e pode ser acoplado diretamente ao anel de torque 18.
[0050] Ainda se referindo à figura 8, um diferencial blocante pode incluir adicionalmente um atuador 80. O atuador 80 pode ser provido para engatar o anel de travamento 76 e forçar o anel de travamento 76 para engrenamento com a engrenagem-satélite 14 para fazer os eixos travarem de lado a lado. O atuador 80 pode ser energizado e/ou sinalizado por um ou mais dos seguintes métodos: eletricidade, vácuo, meios pneumáticos, hidráulicos, ou mecânicos. Referindo-se agora à figura 11, um meio mecânico a ar ou hidráulico para o atuador 80 está ilustrado. Referindo-se de volta à figura 8, um meio elétrico também pode ser usado para o atuador 80 em uma configuração. O atuador 80 pode incluir um alojamento de estator 82 e um disco de armadura 84. O alojamento de estator 82 pode alojar um estator que está configurado para ativar o disco de armadura 84. O disco de armadura 84 pode então, por sua vez, ser configurado para ativar o anel de travamento 76. Deste modo, o atuador 80 é configurado para retransmitir seu movimento, quando energizado, para o anel de travamento 76 que pode ser estriado a uma engrenagem-satélite 14 e pode adicionalmente ser conectado (p.ex., acoplado) com o anel de torque 18 por perfis de dentes de faces complementares. Os
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24/25 perfis de dentes de faces podem ser arranjados com superfícies de contato anguladas de modo a explorar o torque aplicado e puxar o anel de travamento 76 para pleno engate.
[0051] Um diferencial blocante, por exemplo, como ilustrado na figura 8, pode funcionar como um diferencial aberto até que o atuador 80 seja energizado. Quando o torque a partir da coroa (não mostrada) é aplicado ao anel de torque 18, o anel de travamento 76 (p.ex., conectado ao anel de torque 18) pode transferir torque para a engrenagem-satélite 14, e nenhum movimento relativo pode ocorrer entre a engrenagem-satélite 14 e o anel de torque 18. Com uma das engrenagens-satélite 14 acoplada diretamente ao anel de torque 18, a outra engrenagem-satélite 14 não pode se mover em relação ao anel de torque 18 via o engrenamento de engrenagens com os pinhões 12. A condição travada continuará durante a direção, cruzeiro, movimento à frente, movimento de ré, parada, e partida, desde que a energia do atuador 80 seja mantida. Quando a energia do atuador e pressão de torque são removidas, uma mola de retorno (não mostrada) atuando entre a engrenagem-satélite 14 e o componente de travamento 76 pode retornar o componente de travamento 76 para a posição destravada default. Quando o atuador 80 compreender um atuador elétrico, com a desativação do estator no alojamento de estator 82, o disco de armadura 84 pode retrair e o diferencial blocante selecionável pode então retornar para um estado de diferencial aberto.
[0052] Um diferencial blocante, por exemplo, como ilustrado na figura 8, pode não requerer nenhum equipamento externo para atuação, outro que um suprimento de energia 12 VCC (isto é, ser independente). Um diferencial blocante pode
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25/25 ter um método de atuação melhorado com uma pequena folga entre dentes e pode ter uma indicação de trava positiva usando um chicote de fiação comum, em algumas configurações. Um diferencial blocante também pode ser configurado para instalação em várias carcaças de diferencial e/ou diferentes com a única modificação necessária para o sistema sendo os pinos de atuador e/ou comprimento do cubo estriado no eixo das engrenagens-satélite 14 para conseguir tal transportabilidade.
[0053] As descrições anteriores de configurações específicas da presente invenção foram apresentadas com propósitos de ilustração e descrição. Elas não são intencionadas a serem exaustivas ou a limitar a invenção às formas precisas divulgadas, e várias modificações e variações são possíveis à luz dos ensinamentos acima. As configurações foram escolhidas e descritas para explicar os princípios da invenção e sua aplicação prática, para desta forma permitir outros experientes na técnica utilizar a invenção e várias configurações com várias modificações que sejam adequadas para o particular uso contemplado. A invenção foi descrita em grandes detalhes na especificação anterior, e é acreditado que as várias alterações e modificações da invenção tornarse-ão aparentes àqueles experientes na técnica a partir de uma leitura e compreensão da especificação. É intencionado que todas tais alterações e modificações estejam incluídas na invenção, até o ponto em que elas venham dentro do escopo das reivindicações anexas. É pretendido que o escopo da invenção seja definido pelas reivindicações anexas a este e suas equivalentes.

Claims (19)

1. Conjunto de engrenagens, caracterizado pelo fato de compreender:
- uma engrenagem-satélite (14) compreendendo uma engrenagem de face helicoidal com pelo menos um dente helicoidal (50); e
- um pinhão helicoidal (12) configurado para engrenamento combinado com a engrenagem-satélite (14), sendo que o pinhão helicoidal (12) tem pelo menos um dente helicoidal (20) e um ângulo de vértice que é inferior a 20°.
2. Conjunto de engrenagens, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o dente helicoidal (50) da engrenagem-satélite (14) e o dente helicoidal (20) do pinhão helicoidal (12) serem forjados.
3. Conjunto de engrenagens, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma pluralidade de pinhões helicoidais (12) configurados para engrenamento combinado com a engrenagem-satélite (14).
4. Conjunto de engrenagens, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o ângulo de vértice ser governado pela seguinte equação:
í θρ < sen_1 do, P dm,sg p onde do,p é o diâmetro externo do pinhão helicoidal (12), di,p é o diâmetro limite do pinhão helicoidal (12), do,sg é o diâmetro externo da engrenagem-satélite (14), e dm,sg é o diâmetro interno da engrenagem-satélite (14).
5. Conjunto de engrenagens, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o pinhão helicoidal (12) ter uma contagem de dentes entre 4 e 10.
6. Conjunto de engrenagens, de acordo com a reivindicação 1,
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2/4 caracterizado pelo fato de o pinhão helicoidal (12) compreender um bojo (28) em uma primeira extremidade (30) do pinhão helicoidal (12).
7. Conjunto de engrenagens, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o pinhão helicoidal (12) ser chato em uma primeira extremidade (30) do pinhão helicoidal (12) e ser hemisférico em uma segunda extremidade (34) do pinhão helicoidal (12).
8. Conjunto de engrenagens, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a engrenagem-satélite (14) compreender uma primeira porção de cubo anular (37) configurado para receber um eixo axial.
9. Conjunto de engrenagens, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de a engrenagem-satélite (14) compreender uma porção principal (42) com uma superfície externa se estendendo circunferencialmente (43) com pelo menos uma projeção (44) se estendendo radialmente para fora a partir da superfície externa (43).
10. Conjunto de engrenagens, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a engrenagem-satélite (14) compreender adicionalmente um cubo (52) na face helicoidal (46), o cubo (52) se estendendo circunferencialmente ao redor de um diâmetro interno da engrenagem-satélite (14) com o dente helicoidal (50) da engrenagem-satélite (14) se estendendo radialmente para dentro no sentido do cubo (52).
11. Conjunto de engrenagens, de acordo com a reivindicação
10, caracterizado pelo fato de o cubo (52) ser integral com o dente helicoidal (50) na engrenagem-satélite (14).
12. Conjunto de engrenagens, de acordo com a reivindicação
11, caracterizado pelo fato de a superfície superior do dente
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3/4 helicoidal (50) na engrenagem-satélite (14) ser embutida com uma superfície superior do cubo (52).
13. Conjunto de engrenagens, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a engrenagem-satélite (14) ter uma contagem de dentes de 12.
14. Conjunto de engrenagens, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a engrenagem-satélite (14) compreender uma segunda porção de cubo anular (53), sendo que um diâmetro externo da porção de segundo cubo anular (53) é maior que um diâmetro externo da primeira porção de cubo anular (37) e um diâmetro externo da segunda porção de cubo anular (53) é menor que um diâmetro externo da porção principal (42).
15. Diferencial, caracterizado pelo fato de compreender:
- uma carcaça de diferencial (64); e
- um conjunto de engrenagens (10), compreendendo:
- uma engrenagem-satélite (14) compreendendo uma engrenagem de face helicoidal com pelo menos um dente helicoidal (50); e
- um pinhão helicoidal (12) configurado para engrenamento combinado com a engrenagem-satélite (14), sendo que o pinhão helicoidal (12) tem pelo menos um dente helicoidal (20) e um ângulo de vértice que é inferior a 20° e um anel de torque (18) configurado para suportar o pinhão helicoidal (12).
16. Diferencial, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de o pinhão helicoidal (12) compreender uma extremidade hemisférica, e sendo que o raio de curvatura da extremidade hemisférica do pinhão helicoidal (12) é igual ao raio de curvatura de uma superfície externa (56) do anel de torque (18).
17. Diferencial, de acordo com a reivindicação 15,
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4/4 caracterizado pelo fato de o anel de torque (18) compreender pelo menos um furo (54) se estendendo radialmente para dentro a partir de uma superfície radial externa (56) do anel de torque (18), e sendo que o pinhão helicoidal (12) é disposto no furo (54).
18. Diferencial, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de o pelo menos um furo (54) compreender um furo cego, tal que o furo (54) seja aberto em uma primeira extremidade na superfície radial externa (56) do anel de torque (18) e o furo (54) seja fechado em uma segunda extremidade oposta à primeira extremidade.
19. Diferencial, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de o anel de torque (18) incluir pelo menos um canal (60) nas superfícies laterais do anel de torque (18) para permitir o pinhão helicoidal (12) estar em engrenamento combinado com a engrenagem-satélite (14).
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