CN101344163A - 差速器机构总成 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种差速器机构总成，该差速器总成包括第一差速器壳体部分，固定到第一差速器壳体部分的第二差速器壳体部分，第一差速器壳体部分和第二差速器壳体部分围起腔体并受支撑围绕第一轴旋转；十字轴销，该十字轴销在轴向位置上位于腔体内且延伸出腔体以接合环齿轮，并固定到第一差速器壳体部分和第二差速器壳体部分中的至少一个以随其旋转；及环齿轮，该环齿轮固定到第一差速器壳体部分和第二差速器壳体部分中的至少一个，并在径向上位于十字轴销的外侧及十字轴销的轴向位置处。

Description

差速器机构总成

技术领域

本发明总体上涉及从动力源传递旋转动力到车轮以便车轮可以在彼此间以差速旋转的差速器齿轮机构。

背景技术

差速器机构从如内燃发动机或电动马达的外部动力源驱动的环齿轮差动地传递旋转动力到输出轴。差速器环齿轮通常为固定到差速器壳体(differential case)的准双曲面锥齿轮，差速器壳体通常由用于高扭矩应用的球墨铸铁(cast nodulariron)或可锻铸铁(cast ductile iron)制成。差速器壳体固定到环齿轮并界定出腔体，该腔体包含取决于使用的小锥齿轮的数目通过小齿轮轴或十字轴可驱动地连接到差速器壳体的小锥齿轮，及与小锥齿轮连续啮合的右侧锥齿轮和左侧锥齿轮。为支撑小锥齿轮，差速器壳体具有与使用的和定位的小锥齿轮的数目相等的等间隔的孔以便小齿轮轴或十字轴销(spider leg)以合适空间关系通过小锥齿轮和孔，使小齿轮和侧锥齿轮合适地啮合，实现从差速器环齿轮到差速器壳体，到小齿轮轴，到小锥齿轮、侧锥齿轮、再到右侧输出轴和左侧输出轴的扭矩传递。

每个输出轴可驱动地连接到车轮，这些轴同轴地穿过周向上由压进差速器架的轴承支撑的在差速器壳体中称为轮毂的开口，支撑整个差速器总成。一般地，差速器壳体的壁在小齿轮轴或十字轴通过上述孔的区域较厚，提供足够的接触面积以从环齿轮传递扭转荷载到差速器销。最好在该区域的差速器壳体壁、小齿轮轴或十字轴无屈服(yielding)。

整体铸造差速器壳体的内表面必须加工到紧密公差。为达到此目的，在轴向上通过轮毂并且径向上通过开口(window)插入复杂的工具。当差速器壳体或工具旋转时，该工具必须能够补偿在差速器壳体中的不同地方要求的不同的旋转半径，该工具或另一个工具必须能够产生小齿轮落座的凹槽，其中以半球形或平底的形状旋转出凹槽以配合所使用的该类型的小齿轮的后部。取决于铸造的公差，特别是围绕旋转轴的同心度和壁厚的均匀度，在旋转轴已经通过内部加工唯一地确定之后一些差速器壳体需要外部上的加工以实现旋转的平衡。

开口可以铸造到整体差速器壳体中，开口允许小齿轮和侧齿轮插入到总成，这是要求相当技巧的手工操作。

包括开式、限滑式、及自动离合式自锁(positive locking)差速器机构类型的变化要求包括差速器总成的构件的变化。这些变化因此要求差速器壳体采取不同的形式以适应每个应用的不同的构件。

因此，在工业上需要改进差速器总成的强度和刚度、增加差速器总成的扭矩能力、使包装空间最小化及减少只用于差速器总成的特定应用的构件的数目，同时最低程度地增加或减少整体成本，包括材料和制造成本。此外需要使重量和NVH(噪音、振动、及不平稳性)水平最小化。

发明内容

差速器总成包括第一差速器壳体部分、固定到第一差速器壳体部分的第二差速器壳体部分，第一差速器壳体部分和第二差速器壳体部分围起腔体并受支撑围绕第一轴旋转，小齿轮轴或十字轴在轴向的位置上位于腔体内并延伸出腔体以接合环齿轮，并接触第一差速器壳体部分和第二差速器壳体部分中的至少一个以随其旋转，及固定到第一差速器壳体部分和第二差速器壳体部分中的至少一个，并在径向上位于十字轴销的外侧及小齿轮轴或十字轴销的轴向位置处的环齿轮。

通过经小齿轮轴或十字轴从差速器环齿轮直接传递扭矩到小锥齿轮或差速器齿轮，差速器总成消除了经过差速器壳体的扭矩流。该直接的驱动消除了在常规的差速器壳体中容纳差速器销和十字轴部件需要的厚壁。

因为该差速器壳体分离成为两部分，所以差速器壳体的一半、差速器轴、差速器小齿轮、及一个差速器侧齿轮对于所有的差速器变体都是共用的，如开式差速器、限滑式差速器、及自动离合式自锁差速器。将该差速器壳体连接到准双曲面锥齿轮的优选的方法是通过焊接，尽管可以使用机械紧固件。

该差速器总成消除了在重复负荷下差速器壳体中的差速器小齿轮轴孔的延伸，消除了差速器小齿轮轴紧固件，减少了差速器壳体壁厚度，同时增加了刚度并以较小的包装使扭矩能力最大化。

参考本文的详细说明、权利要求及附图，优选实施例的应用范围将变得显而易见。应理解，说明和具体的示例虽然示出了本发明的优选实施例，但仅用于说明目的。对描述的实施例和示例的各种改变和修改对本领域技术人员是显而易见的。

参考本文的说明，结合所属附图将更容易理解本发明。

附图说明

图1是示出分离的及轴向上有间隔的，分部分形成的焊接的差速器壳体和环齿轮的透视剖视图；

图2是示出图1的差速器壳体及环齿轮和在差速器壳体中组装的差速器机构的构件的透视剖视图。

图3是示出分离的及轴向上有间隔的，分部分形成的螺栓连接的差速器壳体的透视剖视图；

图4是示出在组装位置的图3中的差速器壳体和环齿轮的局部剖视图；

图5是示出组装在十字轴销上的小锥齿轮的差速器壳体部分的内部的透视图；

图6是示出十字轴销和固定夹(retention clip)的差速器壳体的内部的透视图；

图7是示出延伸通过差速器壳体的十字轴销的端部的差速器壳体的外部的透视图；

图8是示出固定环齿轮的焊缝的差速器壳体部分的正面图；

图9是示出处于间隔分离关系的限滑式差速器的构件的透视图；

图10A是包含开式差速器的构件的差速器壳体部分的透视图；

图10B是包含限滑式差速器的构件的差速器壳体部分的透视图；

图10C是包含电磁驱动的锁止式差速器的构件的差速器壳体部分的透视图；

图10D是包含与图10A-10C的总成中的任何一个一起使用的构件的差速器壳体的透视图；

图11是集成环齿轮和共用差速器壳体部分的机械锻造件的侧视横截面图；

图12示意性地示出通过旋压成型(flow forming)形成的工件；

图13A、13B及13C示出旋压成型差速器壳体部分的第一轴向侧的加工步骤；

图14A、14B及14C示出旋压成型差速器壳体部分的第二轴向侧的加工步骤；

图15示出在通过具有在旋压成型之前改变的壁厚的锻造预制件的径面截取的横截面图；

图16A、16B、及16C是示出旋压成型差速器壳体部分的连续加工步骤的通过工件的径面截取的横截面图；及

图17A、17B、及17C是示出旋压成型差速器壳体部分的随后的、连续加工步骤的通过工件的径面截取的横截面图。

具体实施方式

现参考图1和图2，差速器总成10包括分为相互固定的差速器壳体部分13和差速器壳体部分14形成的差速器壳体12，差速器壳体12受支撑围绕轴15旋转，轴15横向延伸到机动车辆的驱动轮组的左轮和右轮。差速器壳体12可驱动地连接到驱动齿轮16，驱动齿轮16围绕轴17旋转且驱动源于变速器输出(未示出)。轴17可以垂直于或平行于轴15，固定到驱动齿轮16的小齿轮18与环齿轮20接合，环齿轮20固定到差速器壳体部分13并驱动差速器总成10围绕轴15旋转。

差速器壳体部分13、14围起包含小锥齿轮22-25的腔体，小锥齿轮22-25的每个形成有锥齿轮齿且围绕轴15以等角度增量间隔。小齿轮22-25的每个通过十字轴26固定到差速器壳体12，十字轴26包括安装到差速器壳体12中的两个孔中的差速器销28，及正交于销28定向的两个销30、32。销30、32的每个安装到差速器壳体12中的孔中且安装到销28中的球状凹口(spherical depression)中。销28通过在小锥齿轮22中的孔34和小齿轮24中的类似的孔。小齿轮22、24相互地位于差速器壳体12的直径相对侧且轴向上接近销28的相对端。销32通过经小锥齿轮25的孔，销30通过经小齿轮23的类似的孔。当差速器壳体12围绕轴15旋转时，小齿轮围绕轴15旋转且围绕各自的十字轴销28、30、及32的轴旋转。

每个形成有与小锥齿轮22-25的齿啮合的锥齿轮齿的两个侧齿轮38、40位于差速器壳体12的腔体中。侧齿轮38包括离开十字轴26延伸且在内表面上形成有花键44的轴向表面42，通过花键44侧齿轮38与连接到右侧车轮的半轴(未示出)接合。右侧半轴横向延伸通过在差速器壳体部分14中形成的开口46。类似地，在差速器总成10的左侧上，侧齿轮40包括离开十字轴26延伸并在内表面形成有花键50的轴向表面48，通过花键50侧齿轮40与连接到左侧车轮的半轴接合。左侧半轴横向延伸通过在差速器壳体部分13中形成的开口52。

差速器壳体14和环齿轮20通过焊缝54相互固定，优选地为激光焊缝，焊缝54在差速器壳体14和环齿轮20相互接触的平面上径向上延伸到轴15。焊缝54还周向上围绕轴15延伸。在差速器壳体14和环齿轮20通过焊缝54相互连接之后，差速器壳体部分13和环齿轮20通过一系列螺栓56相互固定，每个螺栓安装到差速器壳体部分13上的径向法兰60中形成的一圈螺栓孔上的孔58中。

图8是从侧面示出的轴向方向中焊接的圆形激光焊缝54的差速器壳体部分14的正面图，通过激光焊缝54将环齿轮20固定到差速器壳体部分14。在环齿轮孔和差速器壳体外径之间的交叉称为线-线配合(line-to-line fit)，具有轻微的过盈或轻微的滑动配合是可以接受的。在轴向方向上环齿轮20和差速器壳体部分14之间的接口是焊接的，优选地通过激光焊接。

差速器壳体部分13包括轴向突起80，当组装零件时，轴向突起80接触差速器壳体部分14上的环形缘82。轴向突起80形成有围绕轴15成角度隔开的一系列弓形凹口84。每个弓形凹口84部分地围绕各自的十字轴销28、30、32(如图6所示)，且与差速器壳体部分14中形成的十字轴销孔部分86对准。每个弓形凹口84和孔部分86形成圆形的或带槽口的孔88，当组装差速器壳体时，圆形的或带槽口的孔88包含十字轴销28、30、及32。

图3和图4示出差速器总成62的替代实施例，其中两个差速器壳体部分64、66通过一系列螺栓相互固定到环齿轮67，每个螺栓安装到位于差速器部分64上的径向法兰70中形成的一圈螺栓孔上的孔68中和位于径向法兰74中形成的一圈螺栓孔且与差速器壳体部分66上的孔68对准的孔72中。法兰70、74相互接触，环齿轮接触法兰74的面76。

图4示出配合在差速器壳体部分64、66的外表面上且沿着轴15轴向上相互间隔用于支撑差速器壳体62的轴承78、79，及围绕轴15旋转的环齿轮67。

差速器壳体部分64包括环形的、轴向延伸的突起80，当组装零件时，突起80接触在差速器壳体部分66上的环形缘82，如图4所示。轴向突起80形成有一系列围绕轴15成角度间隔的弓形凹口84。每个弓形凹口84部分地围绕各自的十字轴销28、30、32，且与差速器壳体部分66中形成的十字轴销孔部分86对准。每个弓形凹口84和孔部分86形成圆形的孔88，如图4所示当组装差速器壳体时，孔88包含十字轴销28、30、及32。

图5示出在差速器壳体部分14、66上支撑的用于围绕十字轴销28、30、32旋转的小锥齿轮22-25。图6示出在十字轴销30的直径相对侧上形成的平行槽90，及在十字轴销32是直径相对侧形成的平行槽92。夹件94包括夹件腿96、97，夹件腿96、97的每个接合在十字架销30上的槽90，夹件腿98(未示出)、99的每个分别类似于夹件腿96、97并接合在十字轴销32上的槽92。在组装时，夹件94在各自的孔88中的正确位置固定十字轴销30、32，以便在销30的内端上的突起100固定并支撑在十字轴销28中形成的孔101中，在销32的内端上的突起102固定并支撑在与孔101对准的孔103上。

图7示出延伸通过孔88的十字轴销28的端部104、106，延伸通过孔88的十字轴销30的端部108，及延伸通过孔88的十字轴销32的端部110。在差速器壳体66的组装中，环齿轮67径向上位于十字轴销端部104、106、108、110的外侧且通过螺栓连接到法兰70、74。

在第二实施例中，图9和图10中示出限滑式差速器(LSD)118，离合器盘122上的成角度间隔的径向凸片120对准于且定位于在LSD壳体126中形成的成角度间隔的凹槽124，从而防止离合器盘的旋转。或者，许多较浅的凸片120和凹槽124或花键可以用于该目的。若锁止部件的深度比差速器壳体壁厚度小得多，则凹槽或花键可以加工到心轴中，并容易地旋压成型到LSD壳体126的内径中。在连续的离合器盘122之间交错的摩擦片128固定到侧齿轮48。当通过侧齿轮分离力强制摩擦片128和离合器盘122同轴地相互摩擦接触时，取决于在侧齿轮和差速器壳体之间发生的滑动的程度，在侧齿轮48和LSD壳体126之间的驱动连接完全地闭合或部分地闭合。

形成有环形的、轴向延伸的突起80的桥接件130包括法兰132，法兰132通过螺栓56固定到差速器壳体126的法兰134并固定到环齿轮20。替代的构造消除了法兰132并将桥接件130压进差速器壳体14、66中。

图10A示出第一实施例，即图1-图4的开式差速器10，该差速器壳体部分13包括环形的、轴向延伸的突起80。

图10B示出第二实施例，即图9中所示的限滑式差速器(LSD)118。

图10C示出电子锁止式差速器135，该差速器包括差速器壳体部分136，固定到差速器壳体部分136的电磁线圈138，形成有轴向面对的牙嵌式离合器(dog clutch)齿142的侧齿轮140，及固定到差速器壳体部分136的驱动环144。当线圈通过电流通电时环144轴向上移动与离合器齿142接合，从而将侧齿轮140固定到差速器壳体部分136。当电磁铁138断电时环144轴向上移动与离合器齿142分离，从而使侧齿轮140能够差动地旋转。差速器壳体部分136形成有法兰146，法兰146通过螺栓56固定到环齿轮20。

图10D示出通过焊接连接到环齿轮的共用差速器壳体部分14。若可维修性不是问题，三个可互换的差速器壳体部分，开式差速器10的差速器壳体13、限滑式差速器118的差速器壳体126及锁止式差速器的差速器壳体136也可以通过焊接固定到环齿轮20。

图11示出第四实施例150的横截面图，其中环齿轮20和共用差速器壳体部分14合并为单个精密锻造件152。与合并的锻造件152一起使用的第二差速器壳体部分可以是开式差速器10的差速器壳体部分13、限滑式差速器118的差速器壳体部分126及锁止式差速器的差速器壳体部分136，这些的每个固定到环齿轮20的碗形区域。锻造件152要求在径向的内表面上加工。

图12示意性地示出通过旋压成型过程形成的如钢的金属的管状工件160。配合在心轴164上的预制管162保持在心轴的端面168和尾座170之间的一端166上，尾座170轴向上受力与工件接触以将工件保持在心轴的位置上。受驱动围绕轴174旋转的滚子172轴向上沿着心轴164且径向上相对于心轴的轴176移动。当滚子沿着心轴移动时工件160的材料沿着心轴流动，从而形成工件160的厚度和外表面的轮廓。此外响应于心轴164的外轮廓的改变，工件160的内轮廓和壁厚沿着工件的长度改变。

通过由于旋压成型过程而发生的加工硬化，管状钢工件160明显地增强。例如，具有细小的等轴晶粒和较低杂质含量的AISI1006钢的工件预制件162可以从115HB的硬度冷加工到225HB的硬度。

图13A和13B示出盘预制件162、圆柱形心轴164、支撑预制件的板180、及轴向上受力朝向轴176，接触预制件并且形成位于盘162的第一轴向侧的中空的圆柱形的工件轮毂182的圆柱形滚子172。图13C示出用来将轮毂182在心轴164上包裹得更紧，从而改进轮毂182的表面光洁度、尺寸精度及可重复性的第二滚子184。

图14A和14B示出在滚子径向上受力朝向轴176时用来分离盘162并形成工件的部分190的内外轮廓和壁厚的第三滚子工具188和第二心轴186。图14C示出用来将部分190在心轴186上包裹得更紧，从而改进轮毂180的表面光洁度、尺寸精度及可重复性的滚子188。

图13A、13B、14A、及14B在加工中比真正的旋压成型在工件表面产生更低的接触应力，因为增加了在工具滚子和工件之间的接触面积，从而减少了工件表面的精确度和光洁度。图13C和图14C的加工步骤示出用来产生期望的工件的精确度和光洁度的真正的旋压成型。

图15示出具有在旋压成型之前改变的壁厚的锻造预制件190。预制件190通过随后的旋压成型形成差速器壳体部分13、14、126、136，从而允许旋压成型更有效且要求更少的成型时间。

图16A-16C示出通过轴向上沿着心轴194和径向上相对于轴196移动各种工具滚子192旋压成型锻造的预制件190的连续步骤。在图16C所示的步骤之后要求用于增加冷成型性的完全退火或一些其他的热处理工艺。

图17A-17C示出通过轴向上沿着另一心轴202和径向上相对于轴196移动各种工具滚子200旋压成型图16C的工件198以实现差速器壳体部分13、14、126、136的期望的内部公差和内表面光洁度的随后的、连续的步骤。

根据专利法规定已经描述了优选的实施例，然而，应注意可以实施没有具体示出和描述的替代实施例。

Claims (10)

1.一种差速器总成，包括：

第一差速器壳体部分；

固定到所述第一差速器壳体部分的第二差速器壳体部分，所述第一差速器壳体部分和所述第二差速器壳体部分围起腔体并受支撑围绕第一轴旋转；

第一十字轴销，所述第一十字轴销在轴向位置上位于所述腔体之内且固定到所述第一差速器壳体部分和所述第二差速器壳体部分中的至少一个以随其旋转；及

环齿轮，所述环齿轮固定到所述第一差速器壳体部分和所述第二差速器壳体部分中的至少一个，所述环齿轮径向上位于所述第一十字轴销的外侧及所述第一十字轴销的轴向位置处。

2.如权利要求1所述的总成，其特征在于，所述第一差速器壳体部分包括形成有螺栓孔的法兰，所述总成还包括：

所述第一差速器壳体部分包括形成有螺栓孔的法兰；

螺栓，每个所述螺栓延伸所述螺栓孔中的一个并接合所述环齿轮；及

将所述第一差速器壳体部分连接到所述第二差速器壳体部分的焊缝。

3.如权利要求1所述的总成，其特征在于，

所述第一差速器壳体部分包括形成有第一螺栓孔的法兰；

所述第二差速器壳体部分包括形成有第二螺栓孔的第二法兰，每个所述第二螺栓孔与所述第一螺栓孔中的一个对准，所述总成还包括：

螺栓，每个所述螺栓延伸通过所述第一螺栓孔中的一个和所述第二螺栓孔中的一个，与所述环齿轮接合，并相互连接所述第一法兰、所述第二法兰及所述环齿轮。

4.如权利要求1所述的总成，其特征在于，

所述第一差速器壳体部分包括多个成角度间隔的第一凹口；

所述第二差速器壳体部分包括多个成角度间隔的第二凹口，每个所述第二凹口与所述第一凹口对准，所述第一凹口的每个和所述第二凹口中的一个形成一个孔，所述第一十字轴销安装到所述孔中。

5.如权利要求1所述的总成，其特征在于，所述第一十字轴销包括基本上垂直于所述第一轴的外表面，所述总成还包括：

小锥齿轮，每个所述小锥齿轮支撑在所述第一十字轴销上围绕所述第一十字轴销的外表面旋转；

第一侧锥齿轮，所述第一侧锥齿轮位于所述腔体内并与所述小锥齿轮啮合；及

第二侧锥齿轮，所述第二侧锥齿轮位于所述腔体内并与所述小锥齿轮啮合。

6.如权利要求1所述的总成，其特征在于，还包括：

第二十字轴销，所述第二十字轴销轴向上与所述第一十字轴销对准并与所述第一十字轴销成角度隔开，且固定到所述第一差速器壳体部分和所述第二差速器壳体部分中的至少一个以随其旋转。

第三十字轴销，所述第三十字轴销轴向上与所述第一十字轴销对准并与所述第一十字轴销和所述第二十字轴销成角度隔开，且固定到所述第一差速器壳体部分和所述第二差速器壳体部分中的至少一个以随其旋转；及

所述第一差速器壳体部分包括第一、第二、第三、及第四成角度隔开的第一凹口；

所述第二差速器壳体部分包括第一、第二、第三及第四成角度隔开的第二凹口，每个所述第二凹口与所述第一凹口中的一个对准并形成第一对孔、第二对孔、第三对孔、及第四对孔中的一个，所述第一十字轴销安装到所述第一对孔和所述第四对孔中，所述第二十字轴销安装到所述第二对孔中，所述第三十字轴销安装到所述第三对孔中。

7.如权利要求1所述的总成，其特征在于，还包括：

第二十字轴销，所述第二十字轴销在轴向上与所述第一十字轴销对准，垂直于所述第一轴和所述第一十字轴销，且固定到所述第一差速器壳体部分和所述第二差速器壳体部分中的至少一个以随其旋转。

小锥齿轮，所述小锥齿轮包括受支撑在所述第一十字轴销上旋转的第一小锥齿轮和第二小锥齿轮，及受支撑在所述第二十字轴销上旋转的第三小锥齿轮和第四小锥齿轮；

第一侧锥齿轮，所述第一侧锥齿轮与所述第一小锥齿轮、第二小锥齿轮、第三小锥齿轮、及第四小锥齿轮啮合；及

第二侧锥齿轮，所述第二侧锥齿轮与所述第一小锥齿轮、第二小锥齿轮、第三小锥齿轮、及第四小锥齿轮啮合。

8.一种差速器总成，包括：

第一差速器壳体部分；

固定到所述第一差速器壳体部分的第二差速器壳体部分；所述第一差速器壳体部分和所述第二差速器壳体部分围起腔体并受支撑围绕第一轴旋转；

相互垂直的第一十字轴销和第二十字轴销，所述相互垂直的第一十字轴销和第二十字轴销在轴向位置上位于所述腔体内并固定到所述第一差速器壳体部分和所述第二差速器壳体部分中的至少一个以围绕所述第一轴旋转；及

环齿轮，所述环齿轮固定到所述第一差速器壳体部分和所述第二差速器壳体部分，且在径向上位于所述第一十字轴销的外侧并与所述十字轴销的轴向位置重叠。

9.如权利要求8所述的总成，其特征在于，所述第一差速器壳体部分包括形成有螺栓孔的法兰，所述总成还包括：

螺栓，每个所述螺栓延伸通过所述螺栓孔中的一个并接合所述环齿轮；及

焊缝，所述焊缝将所述第一差速器壳体部分连接到所述第二差速器壳体部分。

10.如权利要求8所述的总成，其特征在于：

所述第一差速器壳体部分包括形成有第一螺栓孔的第一法兰；

所述第二差速器壳体部分包括形成有第二螺栓孔的第二法兰，每个所述第二螺栓孔与所述第一螺栓孔中的一个对准，所述总成还包括：

螺栓，每个所述螺栓延伸通过所述第一螺栓孔中的一个和所述第二螺栓孔中的一个，与所述环齿轮接合，并相互连接所述第一法兰、所述第二法兰及所述环齿轮。

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