CN102345718A - 电子锁止式差速器 - Google Patents

Abstract

差速机构，包括壳体，可绕轴线旋转的齿轮，保持相对壳体不旋转的锁环，与锁环接触的杆和电磁线圈，其中当励磁时该电磁线圈轴向移动，使杆枢转，使锁环与半轴齿轮啮合，并且防止齿轮相对于壳体旋转。

Description

电子锁止式差速器

发明领域

本发明总体涉及用于交替地释放和保持差速器总成的半轴齿轮相对于壳体不旋转的装置。更具体地，本发明涉及用于释放和保持半轴齿轮的设备的电磁驱动。

背景技术

锁止式差速器用来防止一个驱动轮相对于另一个驱动轮的相对旋转。这通常通过将一个差速器半轴齿轮锁止到差速器壳体，从而防止半轴齿轮相对于差速器壳体旋转并防止任一车桥上的车轮速度差别来实现。

锁止式差速器利用液压或电磁体来驱动交替地保持半轴齿轮不旋转和释放半轴齿轮以自由旋转的机构。但是，由于装配限制，某些车辆应用需要小的电磁线圈，其大小和匝数可能不足以提供足够大小的啮合力以锁止差速器。在这种情况下，需要一种技术将线圈产生的驱动力放大到足够产生线圈的可靠轴向位移的大小。

线圈产生的驱动力非线性并且与气隙成反比变化。因此，对于给定的线圈大小，初始气隙应该保持尽量小，以使将差速器驱动到锁止状态的力最大化。

本行业中存在对具有以下特征的锁止式差速器的需要：其由具有最小气隙的可微小轴向移动的电磁线圈驱动，这样，线圈的位移被放大，为锁止机构产生更大的位移，该锁止机构在差速器壳体上固定差速器的半轴齿轮中的一个不旋转。

发明内容

差速机构，包括壳体，可绕轴线旋转的齿轮，保持相对壳体不旋转的锁环，与锁环接触的杆和电磁线圈，其中当励磁时该电磁线圈轴向移动，使杆枢转，使锁环与半轴齿轮啮合，并且防止齿轮相对于壳体旋转。

一种锁止差速器的方法，包括支承齿轮以旋转，保持锁环不旋转，使杆与锁环接触，励磁电磁线圈以使杆枢转，将锁环与半轴齿轮啮合以及防止半轴齿轮相对于锁环旋转。

锁止式差速器利用相对小的具有小铜绕组的线圈，因此降低了它的重量和成本。

锁止式差速器放大已励磁线圈的位移，因此允许线圈移动较短的距离，与此同时为锁环提供较大的运动并保证其与半轴齿轮完全啮合。

由于小线圈，小气隙产生能将线圈移动到啮合或锁止位置的轴向力，因此允许使用大回位弹簧，大回位弹簧能在线圈去励磁时保持差速器解锁。

在所有正常运行温度，移动线圈锁止式差速器能在前或后桥差速器或桥间差速器可靠运转，例如在4×4和AWD车辆上使用的那些差速器。

优选实施例的适用范围将从下面的详细描述、权利要求和附图中变得显而易见。应当理解，这些描述和特定例子，虽然表示了本发明的优选实施例，但仅通过示例的方式给出。对本领域的技术人员而言，描述的实施例和例子的不同变化和修改是显而易见的。

附图说明

本发明通过参考下面的描述并结合附图将变得更容易理解，其中：

图1是锁止式差速机构沿径面的横截面。

图2是表示安装在端盖的内轴向面上的锁环、半轴齿轮和杆的等距横截面；

图3是表示安装有锁环和回位弹簧的端盖的内侧的等距视图；

图4是表示处于空间上分离关系的锁环和回位弹簧的端盖内侧的等距视图；

图5是表示线圈的轴向力和施加到线圈的用于不同电流大小的气隙之间的非线性关系的图；

图6是表示当开始励磁线圈时锁环驱动机构的侧视图；

图7表示图6所示的位置之后的中间位置的锁环驱动机构的侧视图；和

图8表示在最终位置上的锁环驱动机构的侧视图。

具体实施方式

参考图1和2，差速机构10包括支承于固定壳体(未示出)用以绕横轴线12旋转的优选为铸铁或钢的差速器壳体11。壳体11通过斜环形齿轮(未示出)可驱动地连接到变速器或分动箱的输出。在法兰13上的联接螺栓孔上固定于壳体11的环形齿轮被支承用以绕轴线12旋转。

壳体11提供包含小斜齿轮16、17的内腔14。腔14包含与小齿轮16、17相啮合的右侧斜齿轮18，其可驱动地连接到输出轴并通过花键固定到半轴齿轮18，半轴齿轮18在右手侧从壳体11横向延伸到机动车辆的驱动轮。腔14包含与小齿轮16、17相啮合的左侧的斜齿轮20，其可驱动地连接到第二输出轴并通过花键固定到半轴齿轮20，半轴齿轮20在左手侧从壳体11横向延伸到机动车辆的驱动轮。通过销24固定到旋转壳体11的轴22支承小齿轮16、17用以绕与轴线12垂直的轴22的轴线旋转。小齿轮16、17和轴22绕轴线12旋转。

同样位于壳体11中的是锁环26，因为与差速器壳体端盖27接触，其与壳体11一起绕轴线12旋转。图3和4表示锁环26由成角度地间隔开的臂28形成，每个臂从轴线12径向延伸并且在成角度地间隔开的柱30之间周向延伸，柱30形成于端盖27的内表面上。壳体11在与壳体法兰13上的联接孔成一条直线的联接孔处固定到端盖27。臂28与柱30之间的接触限制或防止锁环26相对于壳体11和端盖27旋转。锁环26的轴向内表面由一系列成角度地间隔开的离合器凹槽32形成，离合器凹槽32紧邻并朝向半轴齿轮20的轴向外表面。

半轴齿轮20的轴向外表面由绕轴线12成角度地间隔开的一系列离合器齿38形成，其朝向并紧邻锁环26的离合器凹槽32。半轴齿轮20的离合器齿38和锁环26的离合器凹槽32互补，这样，当锁环向半轴齿轮移动和离开半轴齿轮时它们可以啮合和解离。

锁环26通常不与半轴齿轮20啮合，这样允许半轴齿轮相对于差速器壳体11和锁环旋转，因此产生解锁或解离状态。当用电流励磁线圈44时，它沿轴线12向壳体11移动，驱动锁环26与半轴齿轮20啮合，并且引起离合器齿38和凹槽32互相啮合，因此将半轴齿轮可旋转地连接到锁环和壳体11，阻止半轴齿轮相对于壳体和锁环旋转，并且使差速器10处于锁止或啮合状态。当去励磁线圈44时，位于壳体11和锁环26之间的环状贝氏(Belleville)弹簧40的压缩力使锁环轴向离开半轴齿轮20，因此使差速器10回到解锁或解离状态。

图1和2表示支承于壳体11且位于腔14外侧的线圈总成42。线圈总成42包括安装于在环48内形成的环状凹槽内的电磁线圈44，和安装于环48中的非磁性轴环54。当用电流励磁时，线圈44产生磁场。磁场在线圈总成42上产生轴向力，其大小随线圈总成和端盖27之间的气隙宽度变化。

在励磁线圈44的操作中，由于线圈产生的磁场，它被吸引到差速器端盖27。固定线圈总成42不相对于差速器壳体11旋转，但它能朝向和离开差速器壳体轴向移动。线圈总成42的轴向位移传递到通过止动环58固定到端盖27上的轴环54。轴环54允许差速器10相对于线圈总成42旋转并且为线圈总成42轴向移动提供线性导向。

当励磁线圈44时，滑动轴环54向滚子推力轴承62和推力片或推力垫圈64施加方向向右的轴向力。轴承62和推力片64位于端盖27内形成的环状凹槽内。当励磁线圈44时，推力片64向三个成角度地间隔开的球66施加轴向力，每个球都保持在端盖27内形成的孔内。如图3和4所示，三个成角度地间隔开的杆68销在端盖27上形成的凸销70上，每个杆定位于球66的角位。

包含球66和杆68的机构轴向定位于锁环26和壳体11之间。杆68通过已励磁线圈总成42驱动，向壳体11轴向移动，迫使推力片64抵靠球66，引起杆68绕枢轴72枢转。当杆枢转时，每个杆68的外侧端与锁环26接触，因此移动锁环离合器凹槽32与半轴齿轮20的离合器齿38啮合。锁环26移动至与半轴齿轮20机械啮合以防止半轴齿轮相对于壳体11旋转。

每个球66位于与杆的枢轴72相距D1的距离。因为与杆68的末端接触，锁环26发生移动，杆68的末端位于与杆旋转轴72相距D2的距离。由于励磁线圈44，线圈总成42的轴向位移在锁环28处以D2/D1的比值被放大。例如，当具有1.0毫米的初始线圈气隙和0.5毫米的最终气隙时，差速器10被完全锁止，线圈44移动0.5毫米的距离。使用2.3大小的球体和杆D2/D1比，锁环移动1.15毫米的距离。

图5是表示线圈的轴向力和施加到线圈的用于不同电流大小的气隙之间的非线性关系的图。对于给定的线圈大小，需要将初始气隙保持得尽量小，以使差速器锁止力最大化，因此允许使用大回位弹簧，当去励磁线圈44时，大回位弹簧起到保持差速器10解锁的作用。

图6表示处在开始励磁线圈44时的位置的驱动锁环26的机构的部件。杆68在点A与锁环26接触，点A比球66和杆68在点B的接触点更接近枢轴点72。因此，由杆66在点A施加到锁环26的力比力F1大，力F1由球66在点B施加到杆66。这样的布置以比由于已励磁线圈44而施加到球66的力大的力驱动锁环26。

图7表示处于图6所示的位置之后的中间位置的机构的部件，其中杆68在接触点A和B与锁环26接触。线圈44、球66和杆68在它们在图7中的位置运转。当杆绕其枢轴72枢转时，由杆66施加到锁环26的力从点A传递到点C。

在杆26的上表面或在锁环26的下表面的接触点A和C之间可以形成凸轮轮廓表面。表面轮廓会与图5中的线圈力曲线和回位弹簧40的力-位移关系匹配，并且提供锁环26的最优位移、啮合时间和啮合力及线圈44的电流量。

图8表示处于图7所示的位置之后的最终锁止位置的机构的部件，其中杆68在接触点C与锁环接触。因为锁环接触点C比球接触点B距枢轴72远，所以锁环26的轴向位移比线圈44的轴向位移大。

根据专利法规的条款，描述了优选的实施例。但是，应该注意，还可实施不同于特别示意和描述的实施例的其它可选实施例。

Claims (6)

1.一种差速器，其特征在于，包含：

可旋转的齿轮；

保持不旋转的锁环；

与锁环接触的杆；

当励磁时使杆枢转而可移动的电磁线圈，其将锁环与半轴齿轮啮合并且阻止半轴齿轮相对于锁环旋转。

2.根据权利要求1所述的差速器，其特征在于，进一步包含：

球体，其与轴径向地间隔开，保持在端盖上的位置，与杆接触，并且当励磁时可通过线圈向杆移动。

3.根据权利要求1所示的差速器，其特征在于：

杆包括枢轴并且杆在距枢轴第一距离处与锁环接触；并且

进一步包含球体，其在距枢轴第二距离处与杆接触，第二距离小于第一距离。

4.根据权利要求1所示的差速器，其特征在于，进一步包含：

端盖；

杆在枢轴处固定于端盖，包含在距枢轴第一距离处与锁环接触的第一表面，和背对锁环的第二表面；以及

在距枢轴第二距离处与第二表面接触的球，第二距离小于第一距离。

5.根据权利要求1所述的差速器，其特征在于，进一步包含：

杆包括枢轴，在距枢轴第一距离处与锁环接触的第一表面，和背对锁环的第二表面；以及

在距枢轴第二距离处与第二表面接触的球，第二距离小于第一距离。

6.根据权利要求1所述的差速器，其特征在于，进一步包含：

包含内侧和外侧的网，杆和锁环位于内侧，线圈位于外侧。

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