CN101375088B - 差速器壳体和冠齿轮的组件 - Google Patents

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Abstract

一种差速齿轮组件(10)的一个冠齿轮(12)和壳体(11)的组件被适配用于焊接。该壳体(11)有一个圆形凸缘(17)，该凸缘具有一个轴向延伸的唇缘，该唇缘接合在一个圆形槽(33)中，该圆形槽在径向外侧进一步扩大从而为一束高能束(13)提供间隙。冠齿轮(12)和凸缘(17)之间的交界面优选是一个截头圆锥的表面(70，65)，该表面为所述焊缝成现一个斜角。

Description

差速器壳体和冠齿轮的组件
技术领域
本发明涉及一种机动车辆的差动齿轮组件，并且具体涉及一种组件，其中冠齿轮和差速器壳体被焊接在一起以形成一个单一的组件。
背景技术
众所周知，一台机动车辆的差动齿轮组件包括一个壳体，在该壳体中行星齿轮和输出齿轮啮合旋转，以允许一根轴的相对齿轮以不同的速度转动。该壳体被安装为在一个桥壳中旋转，并且被固定在该壳体上的一个冠齿轮驱动，该冠齿轮本身被该车辆的发动机驱动。
迄今为止普遍的做法是将一个环形冠齿轮栓接到该差速器壳上。采用这种结构的一个原因是确保在制造时可以选择差速器的输入比；其他原因是确保能将该冠齿轮作为一个维护件加以更换，并且一个单体式部件的成本非常高。
若不要求选择性和可维护性的优点，则该冠齿轮到该差速器壳体的永久焊接为降低成本提供了可能性。其他的优点是潜在的重量减轻和更紧凑的设计。然而，最终加工后该冠齿轮会是表面硬化的，而差速器壳体是(例如)锻钢的。尽管在使用类似镍的填料的情况下，表面硬化钢与相对较软的锻钢的焊接是有可能的，但焊接质量难以控制，并且焊接工艺昂贵。作为一种替代方案，已经提出了从该冠齿轮的硬化表面一直硬车削或研磨到相对较软的芯部，以便露出适于焊接的材料，但这亦是费时和昂贵的。
还已经提出了在硬化之前将该冠齿轮的安装面加工为一个向外的台阶形式，从而方便去除硬的表面。然而这亦是不利的，因为通常情况下，该冠齿轮必须在硬化处理的过程中进行加压淬火以防止其翘曲，而该台阶形式要求将一个压紧工具和一个安装夹具对准中心，这既费时又难以可靠地实现。因为该冠齿轮在淬火过程中是浸在油中，若并非不可能的话也是难以观察，所以这个问题就更加严重了。这后一个问题对卡车车轴而言尤为麻烦，这里可提供多种最终驱动比用于一个共用的差动齿轮组件。由此，举例来说，提供了12种不同的比率(意味着12个不同的冠齿轮)，其中每一种都要求在加压淬火的过程中有一个对应的安装夹具。如果采用错误的夹具，则至少该冠齿轮将不可用，并且可能会损坏该夹具和/或加压工具。
DE-A-10238236公开了一种结构，其中该冠齿轮通过一道径向实施的焊接而被焊到该差速器外壳上。为此原因，该冠齿轮的背面被切掉，以便为该焊接工具给出进路，而且该背面是不平的。在该差速器外壳和盖的径向焊接中采用了相同的技术，这样沿轴线方向切开(或相对延长)该外壳。
所需要的是对于上述困难的一个解决方案，从而便于焊接该冠齿轮和差速器壳体。
发明内容
根据本发明的一个第一方面，提供了一个差速器壳体和冠齿轮的焊接组件，所述壳体具有一个旋转轴线和一个大致径向延伸的圆形凸缘，所述凸缘在其周边具有一个轴向伸出的唇缘，所述冠齿轮具有一个环形凹陷用于在一个交界面处与所述唇缘接合，其中所述环形凹陷向所述唇缘的径向外侧延伸，从而露出所述交界面的径向外侧用于焊接。
这种安排允许冠齿轮的轴向面在加压淬火的过程中是平坦的，但仍使对该交界面的硬加工最小化。因此，由于所有相关的冠齿轮都可以有这样的一个平坦面，从而回避了淬火过程中的固定和加压定位的问题。在本发明的一个实施方案中，该唇缘和环形凹陷在径向外侧限定了大致垂直的圆形面，并且焊接是通过对分所述面之间的角度的高能束来实现。该冠齿轮得到充分地支撑以确保承受住其上的齿轮推力。
在该优选实施方案中，所述冠齿轮包括一个与其旋转轴线垂直的平坦环形面，并且所述环形凹陷包括一个在其内的同心圆形槽。该槽将所述面划分多个心环形面部分，这些同心环形面部分优选地具有大致相似的径向幅度。
在一优选实施方案中，所述交界面与所述轴线成一斜角，优选在50°-80°范围内，最优选与所述轴线在60°-70°的范围内。所述界面优选由所述壳体和冠齿轮的相对的平坦圆形面构成。
所述交界面在径向内侧优选地由与所述凸缘成一个斜角的圆形壁约束，在该优选实施方案中，该斜角在25°-35°的范围内，最优选为30°。
在一个实施方案中，所述交界面的径向外侧包括冠齿轮和壳体的对应的垂直表面。优选地，所述冠齿轮进一步在所述交界面的径向外侧凹入，这样所述交界面的径向外侧位于该冠齿轮的平坦环形面的轴向内侧。
在一种替代的实施方案中，该唇缘和环形凹陷在该交界面的径向外侧一起限定了一个大致共面的圆形面。优选地，所述共平面的面与所述轴线成一角度，典型地是30°，以便使一斜面对着一道高能焊接束。该面相对于该旋转轴线呈截头圆锥形。
在这样的一个实施方案中，该环形凹陷包括一个大致呈’W’截面的双凹痕，该双凹痕的中心峰在一侧包括所述交界面，在另一侧包括所述斜面的一部分。
在该优选实施方案中，所述环形凹陷的径向内侧与所述唇缘的对应侧隔开，从而限定一个有限轴向幅度的圆形间隙。
根据本发明的一个第二方面，提供了一种用于车辆差动齿轮组件的冠齿轮，所述冠齿轮具有一个旋转轴线、一个与所述轴线基本垂直的背面，以及在所述背面内的一个同轴的槽，该同轴槽被适配为在所述冠齿轮和一个差动齿轮外壳之间限定一个圆形焊接界面。
焊接是从径向外侧与所述背面成一锐角而实施，该锐角优选为在25°-35°的范围内。
根据发明的一个第三方面，提供了生产用于车辆差动齿轮组件的冠齿轮的一种方法，该方法包括如下步骤：
生产一个未进行硬化的环形冠齿轮，该冠齿轮具有相对的轴向面，一个轴向面上具有一个齿的轮廓，另一个轴向面是平坦的，
在该平坦轴向面内软加工一个圆形槽，
硬化所述冠齿轮，以及
硬加工所述槽，以露出一个未硬化的表面。
在一种替代方案中，该方法可包括在该平坦轴向面内软加工两个同心的圆形槽，所述槽之间的部分位于
所述平坦轴向面的下方，
硬化所述冠齿轮，并且
硬加工所述槽的相邻面以露出一个未硬化的连续表面。
在这两种情况下，该方法均可进一步包括把所述冠齿轮焊接到一个差速器壳体上的步骤，该差速器壳体具有一个圆形的凸起，该圆形凸起可接合地顶在对应的未硬化的表面上，该焊接优选地通过指向该径向外交界面的高能束来实现。
附图说明
通过以下在附图中以举例方式示出的优选实施方案的说明，将会明了本发明的其他特点，在附图中：
图1在一个横截面中示出了一个变速器壳体和冠齿轮组件。
图2以放大的细节示出了图1的焊接区域。
图3是穿过图1的冠齿轮的一个横截面。
图4以放大的细节示出了图3的焊接区域的轮廓。
图5是穿过图1的差速器壳体的一个局部横截面图。
图6展示了图1到图5的安排的一个径向截面。
图7对应于图5并且示出了一个可替代的轮廓。
图8是一个碎块截面，示出了图7的构成部件。
图9在一个碎块截面中示出了用于图6的实施方案的焊缝轮廓。
图10在一个碎块截面中示出了用于图7的实施方案的焊缝轮廓。
具体实施方式
参见图1，一个差动齿轮组件10包括一个锻钢制成的壳体11和一个表面硬化钢制成的冠齿轮12；壳体11和冠齿轮12在由圆2标识的邻接处由一个激光焊接工具焊接在一起(更为详细地在图2中显示)，该焊接工具的激光锥13被示出。
如图5所示，差速器壳体11呈碗状并且总体上相对于旋转轴线A对称。一个圆柱棒14限定了与一个驱动轴相关联的内承接面和与该桥壳相关联的一个外承接面。在一个圆形插头上提供了相应的表面，该圆形插头在使用中位于环形凹陷15内与棒14相对。普通的行星齿轮可绕着位于四个均匀分布的孔16内的轴旋转。
壳体11在其口部有一个圆形连续凸缘17，该凸缘的轴向外周18如图所示朝着该棒的一侧逐渐变细，从而形成一个大致平坦的截头圆锥表面。
在该棒侧，该凸缘限定了一个圆形的径向肩部19，该肩部被适配为以紧配合或压配合的方式接纳冠齿轮12。凸缘17的外部20沿轴向朝着该棒侧伸出，并终止在位于径向外周22的内侧的一个圆形刀口21处。这一部分20在该凸缘的内侧以相对于该直径成20°的角度(由编号23表示)从刀口21到径向外周22逐渐变细，从而形成了具有约10mm的一个宽度25的一个截头圆锥面24。其他的角度(例如30°)是可能的，并且宽度25可根据需要是更小或更大。
如图2最清楚地示出，冠齿轮12在组装到壳体11上时与面24相接触，但沿轴向在面24内侧与该壳体隔开。
冠齿轮12包括其上具有齿轮形状(典型地是准双曲面或螺旋锥面)的一个环，由点划线30表示。该点划线代表这些齿轮齿的节锥角、齿面角和根锥角。该内径包括一个沿着轴向取向的圆形面31，该圆形面被适配为与肩部19配合。在与这些齿轮齿相对的轴向侧，该冠齿轮具有一个带圆形槽33的轴向面32，圆形槽是在硬化后于其上加工。
由此，在硬化过程中轴向面32是平坦的，因而被适配为在加压淬火的过程中将一个压紧工具施加到其上，而不需要一个定位的步骤。硬化后，通过硬车削来加工槽33，以便露出相对较软的芯部。
槽33有一个有利的形式，该形式在图4中最清楚地示出，并且该形式包括一个径向最靠内的大凹陷34和一个径向最靠外的小凹陷35。
该大凹陷总体上是三角形截面，具有成一个钝的内角(例如为100°)的壁36、37，这些壁并且安排成与轴向面32的内侧成大约30°。对应的壁36、37由编号40和41标记的角度表示。
该小凹陷包括优选地平行于壁37的一个径向外壁38，以及连接到壁37上的一个真正的径向壁39，这样如图所示，这些总体上沿径向取向的面37、38、39的轮廓呈台阶状。
如以下将会清楚，如图1所示，这些面24和37与这些部件的组件平面地接触。小凹陷35允许激光锥13不受阻碍地进入以便在这个部件交界面处绕凸缘17形成一道圆形焊接。由于这些面37、38处于同一个相对角度下，可以利用合适的成形工具在简单的横切和车削加工操作中容易地形成这两个表面。
图6示出了相对于图1-图5所描述的总体安排，其中，一个变速器壳体11通过一道激光焊束13连接到一个冠齿轮12上。由此产生的焊缝51在图9中示出，并且从外周22和径向壁39接点拐角处指向内部。
图7和图8示出了一种替代的接合轮廓。从图7中显而易见，在该冠齿轮的轴向面内形成的圆形凹槽总体上呈′W′形式，并且包括一个径向内凹陷61和一个径向外凹陷62。
该内凹陷总体上对应于凹陷34，并且是三角形的形式，具有以大约90°的夹角安排的壁63、64。该上凹陷62也具有三角形的形式，并且具有由壁65、66所限定的约60°的一个夹角。
凸缘17的径向外周67包括一个上翻的唇缘，该唇缘具有与一半径成约30°角且与壁64成一匹配角度的一条正交边缘69。此外，唇缘70的外侧面与径向内壁65对齐，从而为激光锥13提供了一个总体上为平面的圆形表面。
图10示出了利用图7和图8的实施方案而得到的焊缝71，该焊缝具有一个有利的凸起的外轮廓，而不是图9示出的凹形轮廓。一个凸起的焊缝轮廓具有较低的应力集中风险，也减少了由于接近激光锥13而造成的冠齿轮12和壳体11的局部加热。由于减少了局部加热，与图9的实施方案相比，也减小了所需的激光焊接功率；还有一种减小的风险，该风险是位于该连接处的径向外侧的冠齿轮材料将部分地填充焊缝、并形成较不希望的凹形轮廓。面65、70所呈现的平表面的另一个优点在于局部的光束反射减到了最少，并由此在焊接中基本上利用了所有的光束能量。
在呈现了一个大致上与该激光锥正交的平坦表面、并且由壁66为该光锥提供了足够的径向外侧间隙的条件下，外凹陷62的确切形状并不重要。在径向内侧提供了合适的间隙，以确保边69和壁64相触及的接触。
图8另外示出了凹陷61、62的一种有利的加工工艺。如上所说明，为了在硬化步骤中进行加压淬火，冠齿轮12的轴向′背′面32应该是′平坦的′，这样就不要求将一个压紧工具定位在一个突起上。图6和图7所示的定位凹槽不妨碍加压淬火，因为它们可以在硬化步骤之后通过硬车削来成形。
然而，通过去除图8所示的两个阴影区域72、73，可以在硬化之前，当冠齿轮还比较软时，部分地形成槽61、62。因此，去除操作不妨碍加压淬火，在凹陷72、73之间仍然有一块台面74用来提供额外的支撑。
硬化后，通过对区域75、76的硬加工而完全形成槽61、62，但是要去除的材料的体积大大减小，并且只局限于形成相匹配的面64、65。

Claims (9)

1.一种差速器壳体和冠齿轮的组件，所述壳体具有一个旋转轴线以及一个总体上径向延伸的圆形凸缘，所述凸缘在其周边上具有一个轴向伸出的唇缘，并且所述冠齿轮具有一个环形凹陷，用于在一个交界面处与所述唇缘接合，其中，所述环形凹陷径向地从所述唇缘向外延伸，从而露出所述交界面的径向的外侧用于焊接。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述冠齿轮的轴向面在所述环形凹陷的一侧是平的。
3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述环形凹陷将所述的轴向面分割成具有大致相似的径向长度的多个同心环状的面部分。
4.根据前述任一权利要求所述的组件，其中，所述交界面包括所述唇缘和环形凹陷的大致垂直的多个圆形面。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的组件，其中，所述交界面与所述轴线成一个斜角并且是由所述唇缘和环形凹陷的相邻的共面的多个圆形面构成。
6.根据权利要求5所述的组件，其中，所述环形凹陷包括一个大致呈‘W’截面的双凹痕，该双凹痕的中央峰在一侧包括所述交界面，而在另一侧包括一斜面的一部分。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的组件，其中，所述交界面在该径向内侧是由一个与所述凸缘成一斜角的圆形壁约束。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的组件，其中，所述冠齿轮在所述交界面的径向外侧进一步凹入。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的组件，其中，所述环形凹陷的径向内侧与所述唇缘的对应侧隔开以限定一个圆形间隙。
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