CN103629325A - 具有防旋转槽的铝法兰 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有防旋转槽的铝法兰。此处公开的差速器法兰组件包括法兰构件和垫圈构件。法兰构件由接合面限定并且具有通过其中的孔。至少一个槽在接合面上形成从而从孔径向向外延伸。垫圈构件具有至少一个突片，其从垫圈构件的周边边缘延伸，以及至少一个开口。突片构造成密封在槽内以使垫圈构件与法兰构件的接合面配合。法兰构件的槽和垫圈构件的突片的相互作用防止了垫圈构件相对于法兰构件旋转。

Description

具有防旋转槽的铝法兰

背景技术

差速器组件典型地构造成从小齿轮通过齿圈，相关小锥齿轮和差速器壳体（其安装在传动系组件内，例如轴或变速器壳体）传递输入驱动扭矩到输出轴。小锥齿轮与相对应的输出锥齿轮啮合，输出锥齿轮连接到左和右输出轴，其在齿圈的每侧上延伸。差速器组件补偿连接到左和右输出轴的左和右轮之间的速度差。差速器组件典型地具有三种类型：锁定，受限滑动和开放类型。差速器壳体可以是一个或两个部件并且通常由铸铁构造。实际上，铸铁差速器壳体通常被使用，因为其低制造成本和高强度。然而，铸铁差速器壳体不利地影响车辆重量，由于对于车辆重量的旋转惯性的显著影响。虽然例如铝的低重量材料的使用将显著地减小差速器重量，关于这种重量轻的材料的使用的问题有其他考虑。例如，关于铝壳体的使用的问题可以包括在与侧齿轮垫片的接触区域处的减小的抗磨损性，关于全工作温度范围的强度和偏移问题，以及增加的变速器噪音和振动。

制造商持续地尝试减小车辆重量以改进燃料和传动系效率，其是汽车工业中管理者的长期课题和部件设计的驱动力。壳体尺寸和重量通常由车辆发动机尺寸，操作条件，壳体强度和壳体内构造的旋转组件所需的空隙而确定。因此，希望寻找一种单独部件，其可以由弹性材料构造并且设计成最小化重量同时维持或改进部件的强度和弹性。因此，传动系设计中需要提供一种差速器，其由部分或全部铝壳体的重量节省获益，同时维持全部铸铁壳体的强度和经济性。

发明内容

此处公开的差速器法兰组件包括法兰构件和垫圈构件。法兰构件由接合面限定并且具有通过其中的孔。至少一个槽在接合面上形成从而从孔径向向外延伸。垫圈构件具有至少一个突片，其从垫圈构件的周边边缘延伸，以及至少一个开口。突片构造成密封在槽内以使垫圈构件与法兰构件的接合面配合。法兰构件的槽和垫圈构件的突片的相互作用防止了垫圈构件相对于法兰构件旋转。

差速器法兰组件可以用作包括差速器法兰和差速器载体的差速器组件的一部分。在一个示例性布置中，差速器壳体可以包括铸铁差速器载体并且其与质量轻的材料的法兰协作以包含差速器组件的部件。在一个特定示例性布置中，法兰可以为了减轻重量而由铝构造。带突片的垫圈在高负载和高速度差期间还可以提供滑动表面和反作用表面的至少一个，由此用于保护铝法兰。

法兰可以构造有垫圈之下的至少一个油通道。至少一个油通道构造成提供用于齿轮和差速器组件的垫圈表面的润滑路径。圆周油槽还可以在法兰中形成以引导侧齿轮后面的油。

附图说明

现在参照附图，说明性实施例详细地示出。尽管附图代表一些实施例，附图不必须按比例并且某些特征可以被扩大，移除，或部分剖开以更好地示出和解释本发明。此外，此处所述的实施例是示例性的并且不旨在是排他的或以其他方式限制或约束权利要求为精确的形式和附图所示和后面的详细描述中公开的构造。

图1示出了包括示例性变速器组件的示例性传动系统的顶部图；

图2示出了图1所示的示例性差速器组件的分解视图；

图3示出了组装的图2的示例性差速器组件的部分切开图；

图4示出了图2的差速器组件的示例性法兰的等距前视图；

图5示出了图4的示例性法兰的剖视图；

图6示出了示例性带突片的垫圈的平面图；以及

图7示出了图6的示例性带突片的垫圈的剖视图。

具体实施方式

本公开涉及两件扭矩传递差速器组件。两件包括由第一材料构造的法兰和由不同于第一材料的第二材料构造的差速器载体。材料可以是铝，钢，灰铸铁，延性铸铁，球状铸铁，球墨铁，球墨铸铁或其他已知的材料。

图1示出了车辆的示例性传动系组件100。传动系组件100包括连接到变速器114的发动机112和动力输出单元116。应认识到差速器单元150也可以在没有动力传输单元的情况下使用以提供前轮驱动传动比，因此本公开不限于图1所示的布置。通常，发动机112可以通过发动机曲轴（未示出）固定到变速器114，发动机曲轴固定到变速器输入轴，从而提供扭矩到变速器114。扭矩可以通过一系列齿轮（未示出）在变速器壳体内传递，并且最终传递到变速器输出轴（未示出）。前差速器150可以通过齿圈旋转地连接到变速器输出轴。

前差速器150具有多个轴元件132，134和相对应的铰接扭矩传递接头142。例如，前差速器150包括右手前半轴132和左手前半轴134，其每个连接到车轮144并且构造成向这些车轮144输送动力。虽然接头142示出为等速万向节，应理解的是也可以使用其他类型的接头，例如但不限于万向接头，三球销万向节，万向节，双联式万向节和可轴向移动的等速万向节。

对于图1的示例性布置，动力输出单元116具有传动轴160和从其延伸的前轮传动轴161。前轮传动轴161将前差速器150连接到动力输出单元116。传动轴160将动力输出单元116连接到后差速器150'，其中后差速器150'包括后右手侧轴132'和后左手侧轴134'，其每个在其的一端终止于车轮144。

传动轴160可以包括铰接的三球销万向节145，前传动轴147，后传动轴149和两个高速等速万向节142。等速万向节通过传动轴160传递动力到车轮144，即使由于转向和悬挂颠簸和回弹而具有变化的角度。等速万向节142位于连接到车轮144和后差速器150'的半轴的两端。

如上所述，传动系100代表全轮驱动车辆，然而应注意的是本公开的差速器组件150，150'的实施例也可以用于后轮驱动车辆，前轮驱动车辆，全轮驱动车辆和四轮驱动车辆。

现在参照图2，示例性差速器组件150的元件现在将被详细描述。差速器组件150包括差速器载体210，和差速器法兰212，其协作构造成将一系列齿轮和部件固定在差速器载体210内，如下面将进一步详细解释的。例如，差速器组件150进一步包括左手侧齿轮毂232，右手侧齿轮毂234，止推垫圈214、228，至少一个小齿轮轴216，多个小齿轮218、220和小齿轮垫圈222、224，以及带突片的垫圈230。

止推垫圈214安装在右手侧齿轮毂234的轴部分235上，相对于固定到轴部分235的端部的侧齿轮238。组装的止推垫圈214和右手侧齿轮毂234放置在差速器载体210的腔236内，使得右手侧齿轮毂234的端部241延伸通过差速器载体210的开口243，如图3所示。

在图2-3所示的实施例中，小齿轮轴216构造成两个小齿轮布置，然而应理解的是也构思了其他小齿轮布置，包括四个小齿轮布置。小齿轮轴216具有固定在一端上的第一小齿轮218，固定在相对端上的第二小齿轮220，从小齿轮218、220径向向外放置的小齿轮止推垫圈222、224。小齿轮轴216，齿轮218、220和小齿轮垫圈222、224也放置在腔236内，使得小齿轮218（仅为了说明性目的从图3省略）、220与右手侧齿轮毂234的侧齿轮238接合。在组装过程中，第一或第二小齿轮218、220可以放置在腔236内并且小齿轮216可以滑动通过相对应的孔242（最佳如图2所示）并且连接到相对的齿轮218、220和止推垫圈222、224，使得小齿轮轴216，小齿轮止推垫圈222、224和小齿轮218、220旋转地固定到差速器载体210。另外地，为了防止小齿轮轴216滑动出差速器载体210，锁定销226可以被提供，其构造成接合小齿轮轴216中的小齿轮轴孔246和差速器载体210中构造的锁定销腔346（见图3）。

止推垫圈228安装在左手侧齿轮毂232的轴部分233上，相对于固定到轴部分233的端部的侧齿轮240。带突片的垫圈230也安装在左手侧齿轮毂232的轴部分233上。左手侧齿轮毂232放置在腔236内，使得侧齿轮操作地接合小齿轮218、220。轴部分233从差速器载体210的腔236向外延伸。如上所述，法兰212构造成与差速器载体210协作以在其内保持差速器组件150的内部部件。

在示例性实施例中，法兰212由质量轻的材料制成，例如铝，以减小差速器组件150的重量。在一个示例性布置中，法兰212由铝构造。更具体地，法兰212可以由铝合金构造，例如但不限于具有T6热处理的6013合金。合金可以是铝-镁-硅-铜合金，其典型地用于航空工业。用于法兰212的质量轻的材料（例如铝）的使用用于为差速器组件150提供显著减小的重量。具有T6热处理的6013合金也可以被使用，因为其在车辆发动机操作温度下相对稳定的强度。其他合适的质量轻的材料，例如但不限于钛和镁，也可以被使用。

法兰212的细节最佳如图4-5所示。更具体地，法兰212由外周边配合表面410限定，其可以构造有多个孔254，其每个构造成接收紧固件（未示出），例如螺栓。配合表面410构造成配合差速器载体210的相对应的外周边配合表面411。配合表面411还包括多个孔256，其构造成与孔254对齐。在一个示例性实施例中，孔256带螺纹以促进法兰212到差速器载体210的连接。为了促进法兰212和差速器载体210的正确对齐，外周边配合表面410可以设有至少一个对齐特征414，其构造成与差速器载体210上放置的相对应的对齐特征协作。在图3-5所示的示例性构造中，对齐特征414构造成孔，其接收对齐紧固件252。对齐紧固件252构造成通过对齐元件414被接收并且接合在差速器载体210的外周边配合表面411上形成的相对应的对齐孔（未示出）。

法兰212进一步由中心孔或轴支撑件424限定，其构造成接收通过其中的左手齿轮毂232的轴部分233（最佳如图3所示）。在中心孔424周围延伸的是凸起的控制环416。控制环416构造成插入差速器载体210的相对应的凹部（最佳如图3所示），从而促进法兰212与差速器载体210对齐。

法兰212进一步包括至少一个槽417，其从中心孔424径向向外延伸。槽417尺寸设计成接收带突片的垫圈230的突片248，如将在下面进一步详细解释的。在图3-5所示的示例性布置中，提供有三个槽417，其等距间隔开。每个槽417包括端部分415和内部部分419。槽417的端部分放置在外部平台区域422内，其放置在控制环416和内部平台区域423之间。槽417的内部部分419形成在内部平台区域423中并且通入中心孔424。圆周油通道420形成在外部和内部平台区域422、423之间，从而将槽417分成端部分415和内部部分419。

法兰212可以进一步包括至少一个油槽418，其流体地连接到槽417和油通道420。在一个示例性布置中，油槽418沿中心孔424的内表面421通过槽417的内部部分419从油通道420延伸。在一个示例性实施例中，油槽418构造成螺旋形的并且在中心孔424的长度上延伸到其向后边缘425，最佳如图5所示。然而，其他形状的油槽418也被构思。在此处示出的示例性布置中，至少一个油槽418从每个槽417延伸，使得具有相等数量的油槽418和槽417。油槽418和油通道420的功能将在下面进一步详细描述。

参照图6-7，示例性带突片的垫圈230的结构现在将详细描述。如上所述，带突片的垫圈230包括至少一个突片248，其从带突片的垫圈230的外周边712径向向外延伸。在此处示出的示例性布置中，带突片的垫圈230包括三个突片248，其等距间隔开并且构造成配合槽417。然而，应理解的是突片248的数量可以变化并且基于法兰212中构造的槽417的数量而预定。带突片的垫圈230还构造有通孔710以使得带突片的垫圈230能够放置在左手侧齿轮毂232的轴部分上。最佳如图7所示，带突片的垫圈230进一步由大致平面顶表面714和大致平面底表面716限定。平面表面714、716的至少一个可以在差速器组件150的高负载和高速操作期间构造成滑动表面和反作用表面的至少一个以防止法兰212由于垫圈228，带突片的垫圈230和法兰212的至少一个之间的摩擦而过度磨损。在一些示例性实施例中，带突片的垫圈230的平面表面714、716的一个或两个可以被处理和/或涂覆用于在垫圈表面改进耐磨性。此外，在一些示例性布置中，带突片的垫圈230的厚度可以设计成充分地足够宽，使得止推垫圈228可以从差速器组件150除去。

带突片的垫圈230组装到法兰212，使得突片248放置在槽417内。在一个示例性布置中，槽417和突片248构造成使得带突片的垫圈230压配合在槽417内。在另一个示例性布置中，槽417尺寸设计成稍微大于突片248，由此使得公差能够被放松。一旦带突片的垫圈230放置在槽417内，带突片的垫圈230被支撑在内部平台区域423上，使得油通道420形成槽下带突片的垫圈230。

一旦带突片的垫圈230组装到法兰212，两个元件可以然后在左手齿轮毂232的轴部分233上滑动。如果止推垫圈228被提供，止推垫圈在左手齿轮毂232的轴部分233上滑动，从而放置在带突片的垫圈230和滑动齿轮240之间。法兰212的外部配合周边410配合外部配合周边411并且由合适的紧固件（未示出）固定在一起，例如螺栓。当组装时，法兰212因此旋转地固定到差速器载体210。在一个示例性布置中，紧固件构造成延伸通过多个孔254，并且进一步构造成接合到相对应的放置在差速器载体210上的相对应的带螺纹孔。紧固件可以弄紧到预定扭矩。也如上所述，外部周边配合表面410可以包括至少一个对齐元件414，其构造成接合差速器载体210上构造的相对应的对齐元件。对齐元件414在图4中示出为孔，其构造成接收直接构造在差速器载体210（未示出）上的对齐销，或在组装期间通过孔414插入的对齐销252。

槽417构造在外部配合周边410的配合表面上以提供压缩配合，其在法兰212紧固到差速器载体210时扣住带突片的垫圈230，如上所述。由于来自差速器载体210内放置的齿轮组218、220、238、240的反作用力，以及突片248和槽417之间的相互作用，垫圈230的旋转被阻止。槽417内的突片248的轴向位置通过将法兰212夹持到差速器载体210而维持，最佳如图3所示。

也如上所述，法兰212也可以包括凸起的控制环416，其构造成被接收在差速器壳体212的开口内。对于某些重量轻的材料，凸起的控制环416将由于差速器组件150经历的操作温度而膨胀。这种膨胀将进一步增强法兰212和差速器载体214之间的固定。

中心孔424内构造的油槽418用于提供润滑到中心孔424的内表面，以及到左手齿轮毂232的轴部分233。如上所述，油槽418可以流体地连接到法兰212的内部平台表面422上构造的油通道420，从而提供带突片的垫圈230下面的润滑。油槽418和油通道420构造成提供齿轮218、220、238、240和垫圈230、228、214、222、224表面的润滑路径。法兰212中油通道420也用于引导润滑剂到侧齿轮238、240。另外地，相对应的润滑系统（未示出）可以在差速器载体210中构造。

左手齿轮毂232被示出为空心管，其构造有带花键部分310。带花键部分310构造成接收轴元件132和接头142的至少一个上构造的相对应的带花键部分（未示出），取决于应用。与带花键部分310的接合将差速器组件150与轴元件132和接头142的至少一个旋转地固定，从而从变速器116传递扭矩到车轮144。

已经呈现的前面描述仅用于示出和描述本发明的方法和系统的示例性实施例。不旨在是排他的或者将本发明限制为公开的任何精确形式。本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以做出多种改变并且可以对元件进行等同替代。此外，在不脱离实质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适于本发明的教导。因此，本发明旨在不限制为作为用于实施本发明的最佳模式所公开的特定实施例，而是本发明将包括所有落入权利要求范围内的实施例。在不脱离其精神或范围的情况下，除了特别解释和阐明的以外，本发明也可以实施。本发明的范围仅由所附权利要求限制。

本公开已经参照上述说明特别示出和描述，其仅是用于实施本公开的最佳模式的说明。本领域技术人员应理解的是，在不脱离如所附权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下，在实施本公开时可以采用此处所述的公开的说明的各种替代物。所附权利要求旨在限定本公开的范围并因而覆盖在这些权利要求及其等同物的范围内的方法和设备。本公开的此描述应理解为包括此处所述的元件的所有新颖的和非显而易见的组合，并且权利要求可以在该申请或以后申请中提供给这些元件的任何新颖的和非显而易见的组合。而且，上述说明是说明性的，并且没有单个特征或元件对该申请或以后申请中可以要求的所有可能组合是必要的。

说明书中的参考“一个例子”，“一例子”，“一个实施例”或“一实施例”意味着结合至少一个例子中包括的例子描述的具体特征，结构或特性。在说明书中多处出现的短语“在一个例子中”不是每次出现必须涉及相同的例子。

关于此处描述的过程，系统，方法，启发式等，应理解的是，尽管这种过程的步骤等已经描述为根据某些按顺序的序列发生，这种过程可以以与在此所述的顺序不同的顺序执行的所述步骤实施。还应理解的是，某些步骤可以同步地执行，其他步骤可以被添加，或在此所述的某些步骤可以被省略。换言之，此处的过程的描述被提供用于示出某些实施例的目的，并且应不以任何方式构造而限制要求保护的发明。

相应地，应理解的是，上述描述旨在是说明性的并且不是限制性的。除了提供的例子以外的很多实施例和应用将基于上面描述的阅读。本发明的范围应被确定，不是参考上面描述，而是应代替地参考所附权利要求确定，以及给定这些权利要求的等同物的全部范围。预期和计划未来发展将在此处所述的领域中出现，并且公开的系统和方法将被结合到这种未来的实施例中。总之，应理解的是本发明能够修改和改变而不仅由所附权利要求限制。

权利要求中使用的所有术语旨在给定它们的最宽的合理构造和由本领域技术人员理解的普通意义。除非此处有明确的相反指示。特别地，单个词语的使用，例如“一个”，“一”，“该”，“所述”等，应被阅读为描述所述元件的一个或多个，除非权利要求记载了明显的相反指示。

Claims (17)

1. 一种差速器法兰组件，包括：

法兰构件，其由接合面限定并且具有通过其中的孔，其中至少一个槽在接合面上形成，从而从孔径向向外延伸；以及

垫圈构件，其具有至少一个突片和至少一个开口，所述突片从垫圈构件的周边边缘延伸，其中所述突片构造成密封在槽内以使垫圈构件与法兰构件的接合面配合，其中法兰构件的槽和垫圈构件的突片的相互作用防止了垫圈构件相对于法兰构件旋转。

2. 根据权利要求1所述的差速器法兰组件，其特征在于，法兰构件进一步包括放置在孔周围的内部平台构件和放置在内部平台构件周围的外部平台构件，其中槽的第一部分形成在外部平台构件中，槽的第二部分形成在内部平台构件中。

3. 根据权利要求2所述的差速器法兰组件，其特征在于，油通道设置在内部和外部平台构件之间。

4. 根据权利要求1所述的差速器法兰组件，其特征在于，其进一步包括油槽，所述油槽形成在差速器法兰的内表面中，其限定孔，其中油槽与槽流体连通。

5. 根据权利要求4所述的差速器法兰组件，其特征在于，油槽以螺旋形构造。

6. 根据权利要求1所述的差速器法兰组件，其特征在于，其进一步包括凸起的控制环，其围绕孔在接合面上并且从槽径向向外地形成。

7. 一种扭矩传递差速器装置，包括：

差速器载体，其由第一材料形成；

小齿轮组件，其放置在差速器载体内；

差速器法兰，其由第二材料形成，所述第二材料不同于所述第一材料；其中差速器法兰由接合面限定并且具有通过其中的孔，所述孔构造成在其中接收驱动构件元件，其中至少一个槽在差速器法兰的接合面上形成，从而从孔径向向外延伸；以及

垫圈构件，其具有至少一个突片和至少一个开口，所述突片从垫圈构件的周边边缘延伸，其中所述突片构造成密封在槽内以使垫圈构件与法兰构件的接合面配合，其中法兰构件的槽和垫圈构件的突片的相互作用防止了垫圈构件相对于法兰构件旋转；以及

其中差速器载体构造成旋转地固定到差速器法兰，其中垫圈构件捕获在差速器载体和差速器法兰之间。

8. 根据权利要求7所述的扭矩传递差速器装置，其特征在于，第二材料暴露于热处理过程，其不同于第一材料的热处理过程。

9. 根据权利要求7所述的扭矩传递差速器装置，其特征在于，法兰构件进一步包括放置在孔周围的内部平台构件和放置在内部平台构件周围的外部平台构件，其中槽的第一部分形成在外部平台构件中，槽的第二部分形成在内部平台构件中。

10. 根据权利要求9所述的差速器法兰组件，其特征在于，油通道设置在内部和外部平台构件之间。

11. 根据权利要求10所述的差速器法兰组件，其特征在于，其进一步包括油槽，所述油槽形成在差速器法兰的内表面中，其限定孔，其中油槽与槽流体连通。

12. 一种差速器组件，包括：

差速器载体，其在其中限定腔；

铝差速器法兰；

第一齿轮毂和第二齿轮毂；以及

小齿轮组件，其构造成操作地与第一和第二齿轮毂接合；

其中差速器法兰由接合面限定并且具有通过其中的孔，所述孔构造成接收部分通过其中的第一齿轮毂，其中多个槽在差速器法兰的接合面上形成，从而从孔径向向外延伸；以及

垫圈构件，其具有多个突片和通过其中形成的开口，所述突片从垫圈构件的周边边缘延伸，其中所述突片构造成密封在相对应的槽内以使垫圈构件与法兰构件的接合面配合，其中法兰构件的槽和垫圈构件的突片的相互作用防止了垫圈构件相对于法兰构件旋转；以及

其中差速器载体构造成旋转地固定到差速器法兰，其中第一和第二齿轮毂，小齿轮组件和垫圈构件捕获在差速器载体和差速器法兰之间。

13. 根据权利要求12所述的差速器组件，其特征在于，小齿轮组件进一步包括轴，第一和第二小齿轮放置垫圈上设置的垫圈和轴的任一端处。

14. 根据权利要求12所述的差速器组件，其特征在于，法兰构件进一步包括放置在孔周围的内部平台构件和放置在内部平台构件周围的外部平台构件，油通道设置在内部和外部平台构件之间，其中槽的第一部分形成在外部平台构件中，槽的第二部分形成在内部平台构件中。

15. 根据权利要求14所述的差速器组件，其特征在于，其进一步包括多个油槽，所述油槽形成在差速器法兰的内表面中，其限定孔，其中每个油槽通过每个槽与油通道流体连通。

16. 根据权利要求15所述的差速器组件，其特征在于，油槽以螺旋形构造。

17. 根据权利要求1所述的差速器组件，其特征在于，其进一步包括凸起的控制环，其围绕孔在接合面上并且从槽径向向外地形成，其中控制环构造成被接收在差速器载体的腔内。

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