CN103118820B - 粉末锻造差速齿轮 - Google Patents

Abstract

公开了一种差速器组件、用于该组件的锥齿轮以及制造该锥齿轮的方法。锥齿轮具有以可靠方式提供高功率密度传递的形式。可减小齿轮的球体直径和差速器组件的总体尺寸。

Description

粉末锻造差速齿轮

技术领域

本公开涉及锻造粉末金属齿轮，并且更具体而言，涉及用于在差速器组件中使用的锻造粉末金属锥齿轮。

背景技术

常规的汽车包括将由发动机产生的功率传输到车轮的差速器。虽然差速器可具有不同的构造，但基本原理是获取单个输入轴的功率，并且将其传递到能接着以不同速度旋转的两个输出轴。根椐应用于给定车辆的驱动系统的类型，可能存在前差速器、后差速器和/或中央差速器。在用于汽车的一些差速器的情况中，这往往涉及不仅将功率输出拆分，而且择优地分配功率输出。

存在连续的动力以提供具有较小包装尺寸的差速器，其能够传递与具有较大包装尺寸的现有差速器相当或更大的扭矩负载。具有较小包装尺寸的差速器提供更好的燃料效率并可提供空间以潜在地容纳具有更多速度或特征的变速器。

因此，需要具有较小包装尺寸且因此用于较小部件的差速器，这将允许通过这样的差速器组件传递较高功率密度的扭矩负载。

发明内容

公开了粉末金属锥齿轮和能够具有高密度功率传递的包括这些齿轮的差速器组件。差速器组件中的粉末金属锥齿轮能够通过小的包装尺寸传输功率负载，从而允许减小整个差速器组件的占地面积。这减小了具有差速器组件的车辆的重量，提高了其燃料效率，并且为诸如变速器的车辆的其它部件的伸展提供了额外的空间。

公开了一种用于在车辆的传动系中传输功率的差速器组件。差速器组件包括可围绕输出轴线旋转的座架且具有在其中的具有球体直径的空间，输出轴线延伸穿过座架。一组相互啮合的齿轮由座架承载并且包括两个间隔开且同轴的侧齿轮，每个侧齿轮与两个间隔开且同轴的小齿轮单独地啮合。一个侧齿轮在小齿轮的一侧上与两个小齿轮啮合，并且另一个侧齿轮在小齿轮的相对侧上与两个小齿轮啮合。这两个侧齿轮被轴颈支承为可围绕输出轴线旋转，并且这两个小齿轮被轴颈支承为可围绕垂直于输出轴线的轴线旋转。此外，这两个小齿轮能够围绕输出轴线运转。具有这种结构布置提供了从功率输入到座架的差速器功率传递，这种功率传递通过小齿轮传递到侧齿轮。

在该差速器组件中，相互啮合的齿轮组的齿轮中的至少一个为粉末金属锥齿轮。该粉末金属锥齿轮包括具有旋转轴线的主体、形成于主体中的轴向延伸孔、以及形成于主体中的多个齿。多个齿包括相对于旋转轴线倾斜的部分。小齿轮的齿完全驻留在由球体直径限定的空间内。

在加速模拟耐久性测试期间，在油浴中1小时的持续时间内，差速器组件能够通过座架传输至少X N·m的功率输入，并且球体直径为Y mm或更小，其中X和Y通过公式Y=0.0068·X+60而彼此相关。在一些形式的差速器组件中，X可以在1,000N·m和12,000N·m的范围内，并且Y可以在60mm和140mm的范围内。此外，小齿轮和侧齿轮可具有在多个齿中保持在0.55和0.85之间的弯曲应力与接触应力比率的齿轮廓。

粉末金属锥齿轮可以是粉末锻造的。粉末金属锥齿轮可以是含铁的，并且可包括在多个齿上的渗碳表面层。该渗碳表面层可具有围绕齿的周边变化的深度，并且可以是在锻造期间改变形状的。

粉末金属锥齿轮的主体的外周边可具有形成于其上的扇形凹口。形成于粉末金属锥齿轮上的扇形凹口的角位置可与形成于锻造形成锥齿轮的预成形压块上的扇形凹口的角位置相对应，从而使预成形压块在锻造期间相对于锻造工具角向对齐。

粉末金属锥齿轮的轴向延伸孔可包括多个轴向延伸花键，并且在孔中可锻造保持槽。

粉末金属锥齿轮可具有HRC 20至HRC 50的心部硬度和在多个齿中大于HRC 50的表面硬度。

还公开了用于上述类型的差速器组件的粉末金属锥齿轮和一组锥齿轮。另外，这些(多个)齿轮能够将高功率密度负载以可靠方式传输通过变速器。

本发明的这些和其它优点将从详细描述和附图显而易见。以下仅仅是对本发明的一些优选实施例的描述。为了确定本发明的全部范围，应该关注权利要求，因为这些优选实施例并非意图成为权利要求范围内的仅有的实施例。

附图说明

图1示出差速器组件的一部分；

图2是脱离差速器组件的相互啮合的一组齿轮的详细视图；

图3是相互啮合的小齿轮和侧齿轮的详细视图；

图4是示出图3的齿轮的接触区域的详细视图；

图5是侧齿轮的轴向延伸通孔的详细视图，其中轴向延伸花键和保持槽已形成于侧齿轮中；

图6概括了形成粉末锻造锥齿轮的方法；

图7是设计用于锻造成锥齿轮的粉末金属预成形件；

图8是穿过在锻造前的齿区域中的粉末金属预成形件截取的剖视图的示例，该齿区域将被锻造形成最终锥齿轮的齿，其中已沿表面形成均匀的渗碳层；

图9是从具有如图8中的渗碳轮廓的预成形件锻造而成的差速齿轮的剖视图，其中渗碳层已通过锻造可变地成形；

图10是示出包括粉末金属锥齿轮的差速器组件的球体直径与差速器功率输入之间的关系的坐标图。

具体实施方式

参看图1，示出了一种用于前轮驱动车辆的差速器组件10。差速器组件10是车辆传动系的一部分，但整个传动系未被示出。传动系通常还包括驱动变速器的发动机，变速器又驱动差速器组件10。当差速器组件10接收来自变速器的功率输入时，差速器组件10将该功率传递到沿输出轴线A-A从差速器组件10延伸的两个侧轴。这两个侧轴将功率传输到车轮(和它们的相关组件)以使车辆移动。

差速器组件10不但将功率传递到两个侧轴，而且能够将功率输入根据情况以不均匀方式分配到两个侧轴。例如，当车辆转弯时，弯道外侧的车轮比弯道内侧的车轮行驶得更快。考虑到车轮的不同行驶距离，侧轴中的一个将需要比另一个旋转得更快。同样，在一些情况下，车轮中的一个或多个可能滑动，这是因为(多个)车轮脱离与地面的接触或在结冰或潮湿的路面上失去牵引力。在这些情况下，差速器可设计成择优分配扭矩到具有牵引力的车轮。

首先来看差速器组件10的构造，差速器组件10包括可围绕输出轴线A-A旋转的座架12，输出轴线延伸穿过座架12。座架12具有容纳一组相互啮合的齿轮16的内室14，相互啮合的齿轮16至少部分地驻留在油浴(未示出)中。这组相互啮合的齿轮16包括两个侧齿轮18和20以及两个小齿轮22和24。这些成对的齿轮均被轴颈支承到座架12，只不过以不同的方式。

两个侧齿轮18和20沿输出轴线A-A间隔开且彼此同轴。这些侧齿轮18和20中的每一个联接到两个侧轴之一，使得侧齿轮18和20两者以及它们对应的侧轴均围绕输出轴线A-A旋转。由于座架12以及侧齿轮18和20均可围绕输出轴线A-A旋转，侧齿轮18和20以适当的方式被轴颈支承到座架12，以便允许座架12与侧齿轮18和20相对于彼此不同的旋转速率。为了提供这种轴颈支承，例如，可以在座架12中形成接纳垫圈或轴承的轴向内孔。这些垫圈或轴承可夹在座架12与侧齿轮18和20中的每一个的背面或毂之间，以允许侧齿轮18和20在输出轴线A-A上的旋转独立于座架12在输出轴线A-A上的旋转。

现在转到两个小齿轮22和24，两个小齿轮22和24沿轴线B-B间隔开且彼此同轴，轴线B-B垂直于且相交于输出轴线A-A。沿着轴线B-B，轴26延伸穿过座架12的内室14并相对于座架12固定。该轴26支承两个小齿轮22和24。为了适应这种移动，两个小齿轮22和24可具有轴承、衬套或位于两个小齿轮22和24与轴26和/或座架12的内室14的内壁之间的涂层。因此，两个小齿轮22和24可围绕由轴26限定的轴线B-B独立旋转，并且此外当座架12在输出轴线A-A上旋转时能随座架12一起围绕输出轴线A-A运转。

如图2中最佳示出的，两个侧齿轮18和20与两个小齿轮22和24两者在差速器组件10中单独地啮合。在小齿轮22和24的一侧上，侧齿轮18与两个小齿轮22和24单独地啮合。在小齿轮22和24的相对侧上，侧齿轮20也与两个小齿轮22和24单独地啮合。考虑到差速器组件10的构造，两个侧齿轮18和20与两个小齿轮22和24的这种啮合允许将分配的功率从座架12传递到附接到两个侧齿轮18和20的两个侧轴。

在通常的操作中，当座架12由于接收来自变速器的功率输入而旋转时，两个小齿轮22和24随座架12而移动，从而围绕输出轴线A-A运转。两个小齿轮22和24与两个侧齿轮18和20啮合，以便在座架12旋转时驱动两个侧齿轮18和20以及它们所附接的侧轴。根椐特定的牵引条件以及差速器组件10的剩余部分的构造，两个小齿轮22和24可有差别地驱动两个侧齿轮18和20，使得功率择优分配到侧轴。当两个侧轴被同等地驱动时，小齿轮22和24将围绕输出轴线A-A运转，但不在轴线B-B上旋转。当侧轴以不同速率被驱动时，小齿轮22和24于是将既围绕输出轴线A-A运转又在轴线B-B上旋转(这将随座架12旋转)，以提供两个侧轴有差别的驱动。

值得注意的是，这组相互啮合的齿轮16形成球体直径。如本文所用，球体直径是指具有其中驻留一对小齿轮22和24的所有齿的直径的球体。在图2所示形式中，球体直径还对应于在小齿轮22和24的背面的凸球表面56，这和与该凸表面56配合的座架12上的凹球表面相同。

应当了解，虽然在图示形式中限定内室14的壁中的一些对应于球体直径，但内室14不必是完全球形的，而是可以涉及容纳齿轮和组件的相关联特征所需的其它尺寸。由于座架12仅围绕输出轴线A-A旋转，内室14可以在侧齿轮18和20侧向向外的区域中被截短，以减小差速器组件10的总包装尺寸。这种截短可以在不牺牲差速器组件10的功能性的情况下进行。

在任何情况下，当齿轮尺寸减小时，将减小球体直径。当球体直径减小时，座架12和差速器组件10的总尺寸可以相应地更小。这通常被看作是有利的，因为较小的差速器组件减小了车辆的总重量并且还减小了由差速器组件所占据的车辆中的体积。这种多出的体积可用于减小传动系的总尺寸或允许增加其它传动系部件(例如，变速器)的尺寸。

然而，当齿轮和差速器组件的尺寸减小时，为了通过差速器组件传递等量的功率，差速器组件必须能够支持更高功率密度的传递。这特别地意味着齿轮必须能够进行高功率密度传输并且在这些集中的负载下不失效。下文公开了能够传输高功率密度负载的改进的尺寸以及制备这种齿轮的方法。

现在另外参照图2至5，相互啮合的齿轮中的一些显示为与差速器组件10分开，以更好说明齿轮的结构和齿形。图2至5中所示所有齿轮均可使用下文将参照图6至9更详细描述的方法而由粉末金属形成。

虽然在这些齿轮之间存在一些差别，但它们具有许多类似的特征。齿轮中的每一个包括具有旋转轴线的主体28。主体28通过锻造含铁粉末金属材料预成形件而形成，该预成形件在许多情况下可能已经被渗碳。因为粉末金属材料被锻造，所以它将接近全密度。

诸如图3和4中的侧齿轮20的未被修整的齿轮中的一些的主体28的外周边具有形成于其上的扇形凹口30。其它齿轮(例如图2所示侧齿轮18，以及小齿轮22和24)可能一度具有形成于其上的扇形凹口；然而，这些扇形凹口在锻造之后已被加工掉，从而留下可以是截头球形或截头圆锥形的表面29。如下文将结合该方法更详细描述的，这些扇形凹口30在将齿轮的预成形件在锻造模具中定向过程中起重要作用。

主体28中形成有轴向延伸孔32。如上所述，轴向延伸孔32可用来将齿轮附接到对应的轴(在两个小齿轮22和24的情况中的轴26，或在两个侧齿轮18和20的情况中的侧轴)。

然而，在所示齿形中，并且如图3和5中最佳示出的，侧齿轮20具有孔32，孔32具有形成于其中的各种特征。特别参照图3和5，侧齿轮20上的孔32形成有多个轴向延伸的花键34和周向保持槽36。考虑到这些特征的精细性质，它们可以在锻造工艺期间被锻造到孔32中。侧齿轮18和20上的轴向延伸花键34可用来与侧轴上的花键配合以将侧齿轮18和20的旋转锁定到对应的半轴。保持槽36可用来防止侧轴相对于侧齿轮18和20的轴向移动，并且另外减小部件的数量和将侧轴组装到侧齿轮18和20的复杂性。

在主体28中形成有多个齿38。如图3的附图标记所指，多个齿38包括：趾部分40，其大体垂直于旋转轴线且可见于齿轮的前半部附近；倾斜部分42，其相对于齿轮的旋转轴线倾斜；以及踵部分44，其可见于齿轮的外周边46处。因为多个齿38以这种方式形成，所以齿轮按照定义为锥齿轮，这意味着齿轮的齿能彼此成角度地啮合。因此，如图1至4所示，侧齿轮18和20的齿与小齿轮22和24的齿啮合，即使侧齿轮18和20的旋转轴线垂直于小齿轮22和24的旋转轴线。

要注意的是，由于下文将更详细描述的齿轮形成的方式，齿轮可锻造成使得齿38的侧翼的更大部分在侧齿轮18和20与小齿轮22和24之间的啮合或接触期间可用。

特别地，由下文所述方法锻造的齿轮也可具有小于0.8mm的齿尖圆角半径，这允许啮合的齿之间的更高接触比率。还应当了解，齿尖圆角半径的常规锻造的典型下限此时为0.8mm。使用下文所述方法制造的锻造粉末金属锥齿轮可具有小于目前的典型下限的齿尖圆角半径，并且可低至0.2mm，这是因为采用了预成形件形成和锻造技术。

如图4中最佳示出的，啮合的齿之间的接触区域48以一定的旋转角度从趾部分40的顶部附近的区域延伸到踵部分44附近的区域。接触区域将在齿轮组的旋转期间沿齿38的侧翼平移。优选地，接触区域48在操作条件期间将负载均匀地分布在齿38的侧翼的趾部分40和踵部分44之间。结合最优化的接触区域48，由较低齿尖圆角半径导致的增加的接触比率导致在差速器的操作期间在啮合的齿轮之间的改进的负载共享和负载传递。

通过减小齿尖圆角半径和优化接触区域图形并结合变化的渗碳层深度(下文将解释)的有益效果，齿轮组的设计可适于允许更大的齿轮接触应力，从而减小弯曲应力与接触应力的比率，这导致差速器性能的总体提高。通过这些对齿轮齿形的改进，接触应力与弯曲应力的比率可达到0.55至0.85的范围。对于由常规方法制造的齿轮来说，该比率通常接近1.0。因此，较低的接触应力与弯曲应力的比率导致较低的峰值弯曲应力，从而导致较少的齿断裂。

虽然在图2至5中无法看到，但多个齿38还具有渗碳表面层。如下文更详细描述的，通过在形成锥齿轮期间可变地锻造或成形具有开始均匀的厚度的渗碳层，使得齿具有类似于图9所示轮廓的轮廓，形成这种渗碳表面层。

由于齿的表面被渗碳，齿可具有HRC 50至HRC 60或更大的表面硬度，同时锥齿轮的心部硬度在大约HRC 20至HRC 50的范围内。

也可在齿轮中形成其它特征，具体取决于齿轮的特定类型以及特定差速器组件的构造。例如，虽然未示出，但离合器齿可形成于侧齿轮上以便在差速器锁定系统中使用。作为可见于齿轮中的一些上的特征的另一示例，小齿轮22和24包括施压于内室14的壁上的半球形后表面56。当然，这些和其它特征可能与差速器的其它设计考虑有关，并且不应以任何方式视为限制性的。

现在转到图6，示出了一种用于制造这类锥齿轮的方法。根据步骤58，首先选择或确定最终锥齿轮形状，包括在锥齿轮的多个齿中的最终渗碳轮廓。知道了这种最终形式之后，根据步骤60，基于最终锥齿轮形状而导出预成形件形状。根据步骤62，将粉末金属材料压实，并且根据步骤63将其烧结成预成形件形状。根据步骤64，与烧结同时(未示出，但将为步骤63和64的组合)或在烧结之后，将预成形件渗碳成基本上恒定或均匀的渗碳深度。优选地，烧结和渗碳步骤同时进行，以消除额外的工序并降低成本。然后，根据步骤66，将经烧结和渗碳的预成形件置于锻炉中以将预成形件形状锻造成锥齿轮的最终形状。虽然在图6中未指出，但该工艺还可包括锻造后的加工，以便例如从齿轮移除扇形凹口周边或者精修其它特征或确定其尺寸。

另外参照图7至9，出于说明目的而示出了该方法的具体实施。现在进一步详细地描述该实施以解释该方法的步骤可以进行的特定方式，并且为了突出该方法的各种优点。

根据步骤58，必须首先确定最终锥齿轮形状。该步骤可包括不但确定锥齿轮的最终形状，而且确定齿轮表面上的渗碳层的轮廓。图9示出一个特别有益的轮廓，其中渗碳在齿的齿尖处最厚，在齿的根部处具有减小的厚度，并且具有在齿尖和根部之间，例如在节圆直径处的中间厚度。考虑到锥齿轮的特定几何形状，将容易了解，齿的横截面的渗碳轮廓可根据到旋转轴线的距离而变化。这种有益的可变渗碳轮廓使齿轮能在渗碳较厚的节圆直径处经受更高的接触应力，同时避免在弯曲应力通常较高的根部处脆断。反之，该有益效果实际上不能用常规锻造和渗碳的齿轮来实现，由于扩散工艺的限制，该齿轮在节线和根部直径处的渗碳深度将是相似的。

知道这种最终锥齿轮形状和渗碳轮廓之后，接着根据步骤60导出预成形件形状。在了解锥齿轮的最终目标形状、最终锥齿轮的齿中的渗碳轮廓以及预成形件在锻造之前将被渗碳至基本上均匀或恒定的深度的事实之后，可以导出预成形件形状，该形状将导致锻造之后的所需最终部件形状。这种推导将理想地使用建模软件进行，或者可使用大量的人工计算来进行。一旦导出这种预成形件形状，就形成使预成形件能具有这种形状的工具组(或者更准确地说，该工具组将导致在烧结之后将具有目标预成形件形状的粉末压块)。

出于说明目的，图7中示出了用于锥齿轮的预成形件68，并且图8中示出了通过预成形件68的剖面的剖视图。预成形件68包括带轴向延伸孔72的主体70。多个预成形的齿74形成为相对于预成形件68的轴线成倾斜的角度。多个预成形齿74具有预成形的齿尖76和预成形的根部78。应当注意到，多个预成形齿74的轮廓与锻造的齿轮的最终齿轮廓不同。此外，在图7中应当注意到，预成形件68的外周边80具有形成于其上的扇形凹口82，这与多个预成形齿74的角向定位有关。

一旦预成形件68被压实，即如图6所示顺序地或通过组合步骤63和64而同时地对其进行烧结和渗碳。渗碳深度线在图8中示出为附图标记84。应该指出，由于渗碳为扩散工艺，渗碳深度不是如图所示离散的。相反，该线旨在示出有效渗碳深度。

在对预成形件68进行烧结和渗碳之后，根据步骤66对预成形件68进行锻造。当预成形件68被插入锻炉时，将预成形件68的外周边80上的扇形凹口82对齐锻造工具中(最可能地，在锻炉的模具中)的预成形件68。扇形凹口82的放置对齐锻造工具内的预成形件68，使得锻造模具能以所需方式对预成形的齿74成形。锻造模具的接触表面将具有图9所示最终齿形状的倒置的轮廓，并且扇形凹口82有助于确保预成形的齿74与锻造模具接触表面适当地角向对齐。

在锻造期间，预成形件68锻造成最终锥齿轮形状，该齿轮的齿在图9中示出为剖面。如在图8和9的剖面的比较中可以看出，在锻造期间，完全形成具有齿尖88和根部90的多个齿86，其带有可变厚度的最终渗碳轮廓92。在各个点处的可变渗碳轮廓的厚度取决于均匀渗碳层在锻造期间可变地成形的特定方式。

应当了解，使用现有粉末金属方法不大可能形成具有本文所述性能的锥齿轮。要注意的是，如果烧结的预成形件包含实现表面硬度要求所需的均匀碳含量，则该预成形件将由于过大的模具应力而很难锻造成这种复杂的几何形状。在没有带多个预成形齿74的预成形件68的情况下，烧结的预成形件坯料将具有需要在其中锻造出齿的截头圆锥形表面。引入渗碳层的流以形成齿将需要渗碳材料从初始的截头圆锥表面开始的显著移位或移动，这将对锻造的工具施加较大的应力，并且常常导致工具失效。这还将为渗碳层的形式设置严重的限制。同样，如果未渗碳的部件被锻造然后渗碳，则不能使用传统的气体渗碳来形成所公开的可变轮廓，这是由于纯扩散渗碳工艺的限制。

通过形成带有多个预成形齿74的预成形件68并在锻造之前使预成形的齿74相对于锻造模具上的倒置齿轮廓对齐，可以形成最终齿轮廓，而不将渗碳层的材料移动得像预锻造的齿表面为截头圆锥时那么远。因为渗碳的材料不需要移动很远，所以能形成包括上述减小的齿尖圆角半径的更细小特征，这提供了允许提高性能的改进的齿形。

此外，因为最终部件尺寸在锻造步骤时确定，锻造前的渗碳可以在比锻造后进行渗碳时高的温度下进行。如果锻造的部件随后被渗碳，则进行渗碳的温度需要保持相对较低，以避免最终部件尺寸的变形或部件的各部分的松垂。因为气体渗碳为扩散工艺，并且与温度高度相关，所以在较低温度下的渗碳将花费更长时间来完成。

相比之下，所述工艺允许预成形件的锻造前渗碳，此时，保持预成形件中的尺寸精度是不太关键的。渗碳能以更高的温度进行，并且渗碳至预定深度能更迅速地实现。另外，当部件被同时烧结和渗碳时，部件的初始孔隙率在渗碳过程期间可以进一步提高渗透速度和深度。由于通过所述工艺制造的齿轮的最终部件尺寸在锻造期间确定，最终的粉末金属锥齿轮仍将具有优良的尺寸精度。

因此，可由具有非常精确控制的渗碳轮廓和最终齿轮形式的渗碳预成形件形成锥齿轮。传统地，因为渗碳只能在锻造之后进行，所以对渗碳层的最终轮廓的形状具有限制。

使用该方法制造的齿轮已在类似于差速器组件10的差速器组件中测试出此前未见过的性能。现在来看图10，将由上述方法形成的齿轮置于差速器组件中并经受模拟操作条件的差速器组件的加速耐久性测试。该测试在多轴机床上进行，其向差速器输送扭矩输入并控制两个侧轴之间的速度差(通常在5至20转/分的范围内)和扭矩差(通常在20至50%的范围内)。加速耐久性测试可以在差速器壳体锁定就位的情况下以低速进行(即，以小于全速度的速度，但以足以在两个侧轴之间建立所需速度差的速度)。也通过在合适的油的油浴中在合适的条件下操作测试来模拟实际润滑条件。这样，可以模拟最产生应力的潜在操作条件以便为差速器提供最大应力条件，这种最大应力条件通过恒定地差异化要模拟的差速器，例如在阻力较大的泥泞中在很小的圆圈中高速驾驶车辆而造成。

为了形成图10的坐标图，评价具有不同球体直径和不同应用要求的各种尺寸的差速器组件。如上所述，球体直径为小齿轮的所有齿驻留在其中的球体。评价差速器组件以确定具有各种球体直径的组件能可靠传递的差速器输入扭矩的量。为了能够在这些条件下可靠地操作，差速器组件的齿轮需要能够在如上所述最极端的模拟耐久性测试条件下进行至少一小时。应当了解，在实际使用中，最极端的条件可能仅周期性地和瞬间发生。因此，这种加速测试旨在评估差速器的性能，而不是实际使用中典型的。

在下表I中可找到各种尺寸的差速器的评估参数。

表I

球体直径(mm)	差速器输入扭矩(N·m)
		74	3,000
79	3,500
		81	3,800
85	4,500
		126	10,600

该数据绘制在图10的坐标图上，并且已从这五个数据点计算出最佳拟合线Y=0.0068·X+55，以找到球体直径和差速器输入扭矩之间的关系。如图10中所示，第二偏移线Y=0.0068·X+60确定了对于Ymm的球体直径和X N·m的差速器输入扭矩而言的可靠操作线(即，描绘在最佳拟合线的大约10%内的操作的线)。该线左侧的任何值被定义为低功率密度传递，并且该线右侧的值被定义为高功率密度传递。

因此，已经公开了用于提供高功率密度传递的差速器组件的锥齿轮。这些锥齿轮使用增加齿轮的总体性能并允许减小其尺寸的方法制成。因此，可以减小齿轮的尺寸，而不必降低齿轮将功率传输通过差速器的能力。因此，可以减小齿轮的球体直径和差速器组件的总体尺寸以形成具有较小包装尺寸的差速器组件，而不牺牲车辆的性能。

应当了解，在本发明的精神和范围内，可以对优选实施例进行各种其它修改和变型。因此，本发明不应局限于所描述的实施例。要确定本发明的完整范围，应引用以下权利要求书。

Claims (24)

1.一种用于在车辆的传动系中传输功率的差速器组件，包括：

座架，所述座架可围绕延伸穿过所述座架的输出轴线旋转，所述座架具有在其中的具有球体直径的空间；

一组相互啮合的齿轮，所述一组相互啮合的齿轮由所述座架承载并且包括两个间隔开且同轴的侧齿轮，每个侧齿轮与两个间隔开且同轴的小齿轮单独地啮合，一个侧齿轮在所述小齿轮的一侧上与两个小齿轮啮合，并且另一个侧齿轮在所述小齿轮的相对侧上与两个小齿轮啮合，其中，所述两个侧齿轮被轴颈支承为可围绕所述输出轴线旋转，并且所述两个小齿轮被轴颈支承为可围绕垂直于所述输出轴线的轴线旋转且能够围绕所述输出轴线运转，从而提供从功率输入到所述座架的差速器功率传递，所述功率传递通过所述小齿轮传递到所述侧齿轮，所述一组相互啮合的齿轮中的至少一个齿轮为粉末金属锥齿轮，所述粉末金属锥齿轮包括：

主体，所述主体具有旋转轴线；

轴向延伸孔，所述轴向延伸孔形成于所述主体中；以及

多个齿，所述多个齿形成于所述主体中，所述多个齿包括相对于所述旋转轴线倾斜的部分；

其中，所述小齿轮的齿完全驻留在由所述球体直径限定的所述空间内；并且

其中，在加速模拟耐久性测试期间，在油浴中1小时的持续时间内，所述差速器组件能够通过所述座架传输至少X N·m的功率输入，并且所述球体直径为Y mm或更小，其中X和Y通过公式Y＝0.0068·X+60而彼此相关。

2.根据权利要求1所述的差速器组件，其特征在于，X在1,000N·m和12,000N·m的范围内，并且Y在60mm和140mm的范围内。

3.根据权利要求1所述的差速器组件，其特征在于，所述小齿轮和所述侧齿轮具有将在它们的多个齿中的弯曲应力与接触应力的比率保持在0.55和0.85之间的齿轮廓。

4.根据权利要求1所述的差速器组件，其特征在于，所述粉末金属锥齿轮具有HRC 20至HRC 50的心部硬度和在所述多个齿中大于HRC 50的表面硬度。

5.根据权利要求1所述的差速器组件，其特征在于，所述粉末金属锥齿轮具有小于0.8mm的齿尖圆角半径。

6.根据权利要求1所述的差速器组件，其特征在于，所述轴向延伸孔包括锻造在其中的多个轴向延伸花键。

7.根据权利要求6所述的差速器组件，其特征在于，所述轴向延伸孔还包括锻造在其中的保持槽。

8.根据权利要求1所述的差速器组件，其特征在于，所述粉末金属锥齿轮的所述主体的外周边具有形成于其上的扇形凹口。

9.根据权利要求8所述的差速器组件，其特征在于，所述粉末金属锥齿轮由预成形压块锻造形成，形成于所述粉末金属锥齿轮上的扇形凹口的角位置与形成于锻造形成所述粉末金属锥齿轮的预成形压块上的扇形凹口的角位置相对应，从而在锻造期间使所述预成形压块相对于锻造工具角向对齐。

10.根据权利要求1所述的差速器组件，其特征在于，所述粉末金属锥齿轮为粉末锻造齿轮。

11.根据权利要求10所述的差速器组件，其特征在于，所述粉末金属锥齿轮为含铁的，并且包括在所述多个齿上的渗碳表面层。

12.根据权利要求11所述的差速器组件，其特征在于，所述渗碳表面层具有围绕所述齿的周边的可变深度。

13.根据权利要求12所述的差速器组件，其特征在于，所述渗碳表面层在锻造期间可变地成形。

14.一种用于包括座架的差速器组件的粉末金属锥齿轮，所述座架可围绕延伸穿过所述座架的输出轴线旋转，所述座架具有在其中的具有球体直径的空间，所述粉末金属锥齿轮为由所述座架承载的一组相互啮合的齿轮的齿轮中的至少一个，所述一组齿轮包括两个间隔开且同轴的侧齿轮，每个侧齿轮与两个间隔开且同轴的小齿轮单独地啮合，一个侧齿轮在所述小齿轮的一侧上与两个小齿轮啮合，并且另一个侧齿轮在所述小齿轮的相对侧上与两个小齿轮啮合，其中，所述两个侧齿轮被构造成被轴颈支承为可围绕所述输出轴线旋转，并且所述两个小齿轮被构造成被轴颈支承为可围绕垂直于所述输出轴线的轴线旋转且能够围绕所述输出轴线运转，从而提供从功率输入通过所述座架的差速器功率传递，所述功率传递通过所述小齿轮传递到所述侧齿轮，所述粉末金属锥齿轮包括：

主体，所述主体具有旋转轴线；

轴向延伸孔，所述轴向延伸孔形成于所述主体中；以及

多个齿，所述多个齿形成于所述主体中，所述多个齿包括相对于所述旋转轴线倾斜的部分；

其中，所述小齿轮的齿完全驻留在由所述球体直径限定的所述空间内；并且

其中，在加速模拟耐久性测试期间，在油浴中1小时的持续时间内，所述一组啮合的齿轮能够通过所述座架传输至少X N·m的功率输入，并且所述球体直径为Y mm或更小，其中X和Y通过公式Y＝0.0068·X+60而彼此相关。

15.根据权利要求14所述的粉末金属锥齿轮，其特征在于，X在1,000N·m和12,000N·m的范围内，并且Y在60mm和140mm的范围内。

16.根据权利要求14所述的粉末金属锥齿轮，其特征在于，所述粉末金属锥齿轮由预成形压块锻造形成，所述粉末金属锥齿轮的所述主体的外周边具有形成于其上的扇形凹口，并且其中形成于所述粉末金属锥齿轮上的扇形凹口的角位置与形成于锻造形成所述粉末金属锥齿轮的预成形压块上的扇形凹口的角位置相对应，从而在锻造期间使所述预成形压块的所述角位置相对于锻造工具对齐。

17.根据权利要求14所述的粉末金属锥齿轮，其特征在于，所述粉末金属锥齿轮具有小于0.8mm的齿尖圆角半径。

18.根据权利要求14所述的粉末金属锥齿轮，其特征在于，所述粉末金属锥齿轮为含铁的，并且包括在所述多个齿上的渗碳表面层。

19.根据权利要求18所述的粉末金属锥齿轮，其特征在于，所述渗碳表面层具有围绕所述齿的周边的可变深度。

20.根据权利要求18所述的粉末金属锥齿轮，其特征在于，所述渗碳表面层在锻造期间可变地成形。

21.一组用于差速器组件的锥齿轮，所述差速器组件具有座架，所述座架可围绕延伸穿过所述座架的输出轴线旋转，所述座架具有在其中的具有球体直径的空间，所述一组锥齿轮包括：

两个间隔开且同轴的侧齿轮和两个间隔开且同轴的小齿轮，一个侧齿轮被构造成在所述小齿轮的一侧上与两个小齿轮啮合，并且另一个侧齿轮被构造成在所述小齿轮的相对侧上与两个小齿轮啮合，所述两个侧齿轮被构造成被轴颈支承为可围绕所述输出轴线旋转，并且所述两个小齿轮被构造成被轴颈支承为可围绕垂直于所述输出轴线的轴线旋转且能够围绕所述输出轴线运转，从而提供从功率输入通过所述座架的差速器功率传递，所述功率传递通过所述小齿轮传递到所述侧齿轮，所述一组锥齿轮的齿轮中的至少一个包括：

主体，所述主体具有旋转轴线；

轴向延伸孔，所述轴向延伸孔形成于所述主体中；以及

多个齿，所述多个齿形成于所述主体中，所述多个齿包括相对于所述旋转轴线倾斜的部分；

其中，所述小齿轮的齿完全驻留在由所述球体直径限定的所述空间内；并且

其中，在加速模拟耐久性测试期间，在油浴中1小时的持续时间内，所述一组啮合的齿轮能够通过所述座架传输至少X N·m的功率输入，并且所述球体直径为Y mm或更小，其中X和Y通过公式Y＝0.0068·X+60而彼此相关。

22.根据权利要求21所述的一组锥齿轮，其特征在于，X在1,000N·m和12,000N·m的范围内，并且Y在60mm和140mm的范围内。

23.根据权利要求21所述的一组锥齿轮，其特征在于，所述小齿轮和所述侧齿轮具有将在它们的多个齿中的弯曲应力与接触应力的比率保持在0.55和0.85之间的齿轮廓。

24.根据权利要求21所述的一组锥齿轮，其特征在于，所述齿轮中的至少一个具有小于0.8mm的齿尖圆角半径。