CN104185747A - 差速齿轮 - Google Patents

Abstract

小齿轮(51)是齿数为9的直齿锥齿轮，侧齿轮(52)是齿数为13的直齿锥齿轮，差速齿轮(50)，设小齿轮(51)的锥距为“R”，模数为“M”，全齿高为“h”，小齿轮(51)的外周半径为“Rp”，侧齿轮(52)的齿根圆锥角为“θ”，小齿轮(51)的径向上的外端部(51s)与侧齿轮(52)的裙部(52s)之间的间隙为“CL”，裙部(52s)的厚度为“St”，组装距离为“MD＝Rp+CL+St”，扁平率为“F＝(R-MD)/R”，满足0.28≤F≤0.31，MD≥R×cosθ，St/M≥0.534，0.025≤CL/M≤0.038，h/M≥2的条件。

Description

差速齿轮

技术领域

本发明涉及具有一对小齿轮和分别与一对小齿轮以直角啮合的一对侧齿轮(side gear)的车辆用的差速齿轮。

背景技术

以往，作为此种差速齿轮已知有使由直齿锥齿轮形成的一对小齿轮和一对侧齿轮啮合的差速齿轮(例如，参照专利文献1)。构成该差速齿轮的小齿轮的齿数为10，侧齿轮的齿数为14。另外，该差速齿轮构成为，小齿轮以及侧齿轮的齿顶的延长线通过小齿轮以及侧齿轮的轴线的交点。由此，小齿轮以及侧齿轮在啮合开始以及啮合结束的同时啮合线的长度扩展到从直齿锥齿轮的大径端部至小径端部的整个区域，因此能够抑制啮合负载仅集中在大径端部附近的情况。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2005-48903号公报

发明内容

在上述以往的差速齿轮中，在各小齿轮以及各侧齿轮的强度不足的情况下，考虑另外使一对小齿轮与各侧齿轮啮合。但是，在这样追加小齿轮的情况下，会使差速齿轮的重量和部件个数增加。另一方面，能够通过减少小齿轮以及侧齿轮的齿数来增大各齿轮的各个齿，提高各齿轮的强度。但是，在减小小齿轮以及侧齿轮的齿数的情况下，根据齿数比，小齿轮和侧齿轮的分锥角(reference cone angle)和锥距(cone distance)也发生变化，因此，有可能需要使容置小齿轮和侧齿轮的差速器箱大型化。尤其，在为了避免与变速箱的干涉而在车宽方向上的空间受到的制约变大的前轮驱动车辆用的差速齿轮中，若由于减少小齿轮以及侧齿轮的齿数，而小齿轮的分锥角增大，侧齿轮的分锥角减小，则难于一边确保侧齿轮的强度一边抑制差速齿轮在车宽方向上的尺寸增加。

因此，本发明的主要目的在于提高小齿轮以及侧齿轮的强度，并且使差速齿轮小型化。

本发明的差速齿轮为了达到上述主要目的采用以下的手段。

本发明的差速齿轮，应用于车辆上，具有一对小齿轮和分别与所述一对小齿轮以直角啮合的一对侧齿轮，其特征在于，所述小齿轮是齿数为9的直齿锥齿轮，所述侧齿轮是齿数为13的直齿锥齿轮，设所述小齿轮的锥距为“R”，设所述小齿轮以及所述侧齿轮的模数为“M”，设所述小齿轮以及所述侧齿轮的全齿高为“h”，设所述小齿轮的外周半径为“Rp”，设所述侧齿轮的齿根圆锥角为“θ”，设所述小齿轮的径向上的外端部和所述侧齿轮的与所述外端部相向的裙部之间的间隙为“CL”，设所述裙部的厚度为“St”，设组装距离为“MD＝Rp+CL+St”，设扁平率为“F＝(R-MD)/R”，其中，模数以及尺寸的单位为“mm”，满足如下的条件：0.28≤F≤0.31，MD≥R×cosθ，St/M≥0.534，0.025≤CL/M≤0.038，h/M≥2。

该差速齿轮由齿数为9的作为直齿锥齿轮的2个小齿轮和齿数为13的作为直齿锥齿轮的2个侧齿轮以直角啮合而形成。另外，该差速齿轮以满足0.28≤F＝(R-MD)/R≤0.31，MD＝Rp+CL+St≥R×cosθ，St/M≥0.534，0.025≤CL/M≤0.038，h/M≥2的条件的方式构成。其中，“R”为小齿轮的锥距，即从小齿轮的旋转中心轴与侧齿轮的旋转中心轴的交点至小齿轮的节线上的最外端为止的距离，“M”为小齿轮以及侧齿轮的模数，即上述大端面处的模数(M＝2×R×sinφ/zs，其中，“φ”为侧齿轮的分锥角，“zs”为侧齿轮的齿数)，“h”为小齿轮以及侧齿轮的全齿高，即小齿轮的节线上的最外端处的小齿轮以及侧齿轮的全齿高，“Rp”为小齿轮的外周半径，即从小齿轮的旋转中心轴至该小齿轮的径向上的外端部(径向上的最外端)为止的距离，“θ”为侧齿轮的齿根圆锥角，“CL”为小齿轮的径向上的外端部和侧齿轮的与该外端部相向的裙部之间的间隙，“St”为裙部的厚度。

在此，扁平率F为发明人定义的用于评价差速齿轮在车宽方向上的尺寸的指标，组装距离MD即车宽方向(侧齿轮的轴向)上的差速齿轮的尺寸越小，扁平率越大。另外，通过使扁平率F为0.28～0.31的范围内的值，能够提高小齿轮以及侧齿轮的强度，并且实现差速齿轮的小型化，即侧齿轮的轴向上的小型化。另外，通过使扁平率F为0.28～0.31的范围内的值，并且使组装距离MD≥锥距R×cosθ，来构成差速齿轮，能够使侧齿轮的齿根角(φ-θ)即小齿轮的齿根高以某种程度变大，由此，能够抑制小齿轮的径向上的外端部的轴向长度，即与小齿轮的径向上的外端部相向的侧齿轮的裙部的径向长度变大，从而能够更加良好地确保裙部的刚性。而且，通过以满足St/M≥0.534，0.025≤CL/M≤0.038，h/M≥2的条件的方式构成差速齿轮，能够在实际使用上充分确保间隙CL、小齿轮及侧齿轮的全齿高h，实现小齿轮和侧齿轮之间的良好啮合，并且能够充分地确保裙部的刚性，抑制因小齿轮和侧齿轮啮合时的应力而使侧齿轮的齿根产生的变形，能够良好地确保侧齿轮的强度，进而能够良好地确保差速齿轮的强度。

另外，在所述差速齿轮中，在设所述侧齿轮的分锥角为“φ”，所述小齿轮的齿顶高为“Ap”，所述侧齿轮的齿顶高为“As”时，满足如下条件：Rp≥R×cosφ+(Ap/2-As/2)×sinφ。由此，小齿轮的外周半径Rp大于等于小齿轮的旋转中心轴与小齿轮和侧齿轮的啮合有效齿高(Ap+As)的1/2点之间的距离，小齿轮的径向上的外端部与该啮合有效齿高(Ap+As)的1/2的点相交，或者位于啮合有效齿高(Ap+As)的1/2的点的外侧。结果，能够抑制小齿轮的径向上的外端部的轴向长度变大，即能够抑制与该小齿轮的径向上的外端部相向的侧齿轮的裙部的径向长度变大，从而能够更好地确保裙部的刚性。

另外，所述差速齿轮经由齿轮系与前轮驱动车辆用的变速器的输出轴连结。即，本发明的差速齿轮能够提高小齿轮以及侧齿轮的强度，并且能够实现侧齿轮在轴向上的小型化，因此极其适用于车宽方向即侧齿轮在轴向上的空间受到的制约变大的前轮驱动车辆。

附图说明

图1是具有本发明的实施例的差速齿轮50的动力传递装置20的概略结构图。

图2是表示动力传递装置20具有的自动变速器25的各变速挡与离合器以及制动器的动作状态之间的关系的动作表。

图3是表示差速齿轮50的剖视图。

图4是用于说明差速齿轮50的结构的示意图。

图5是表示实施例的差速齿轮50、变形例的差速齿轮50B以及比较例1～5的差速齿轮的要素的图表。

图6是表示实施例的差速齿轮50、变形例的差速齿轮50B、比较例1以及3的强度实验的结果的图表。

具体实施方式

接着，利用实施例说明实施本发明的方式。

图1是具有本发明的实施例的差速齿轮50的动力传递装置20的概略结构图。图中示出的动力传递装置20与安装在前轮驱动车辆上的未图示的发动机的曲轴连接，并且能够将来自发动机的动力传递给未图示的左右的驱动轮(前轮)DW。如图所示，动力传递装置20具有变速箱22、容置在该变速箱22内部的流体传动装置(液力变矩器)23、液压泵24、自动变速器25、齿轮机构(齿轮系)40、差速齿轮(差动机构)50等。

流体传动装置23为液力变矩器，具有与发动机的曲轴连接的输入侧的泵轮23p、与自动变速器25的输入轴26连接的输出侧的涡轮23t、配置在泵轮23p以及涡轮23t的内侧且对从涡轮23t向泵轮23p流动的工作油的液流进行调整的导轮23s、将导轮23s的旋转方向限制为朝向一个方向的单向离合器23o、锁止离合器23c等。其中，流体传动装置23可以为不具有导轮23s的液力偶合器。液压泵24为齿轮泵，具有由泵体和泵盖构成的泵组件、经由毂与流体传动装置23的泵轮23p连接的外齿齿轮。液压泵24被来自发动机的动力驱动，抽吸储存在未图示的油盘中的工作油(ATF)，并向未图示的油压控制装置压送。

自动变速器25为8挡变速式的变速器，如图1所示，除了输入轴26和输出轴27之外，还具有双小齿轮式的第一行星齿轮机构30、拉威挪式的第二行星齿轮机构35、用于改变从输入侧至输出侧的动力传递路径的4个离合器C1、C2、C3、C4、2个制动器B1、B2以及单向离合器F1。自动变速器25的输出轴27形成为中空状，经由齿轮机构40、差速齿轮50、驱动轴28与左右的驱动轮DW连结。

第一行星齿轮机构30具有：作为外齿齿轮的太阳轮31；作为内齿齿轮的齿圈32，其与该太阳轮31配置在同心圆上；行星架34，其保持多组2个小齿轮33a、33b的组，使该2个小齿轮33a、33b的组能够自由自转和自由公转，所述2个小齿轮33a、33b相互啮合，并且其中的一个与太阳轮31啮合，另一个与齿圈32啮合。如图所示，第一行星齿轮机构30的太阳轮31固定在变速箱22上，第一行星齿轮机构30的行星架34与输入轴26连接，且能够与输入轴26一体旋转。另外，第一行星齿轮机构30为所谓的减速齿轮，对传递至作为输入构件的行星架34上的动力进行减速，然后使动力从作为输出构件的齿圈32输出。

第二行星齿轮机构35具有：作为外齿齿轮的第一太阳轮36a以及第二太阳轮36b；作为内齿齿轮的齿圈37，其与第一以及第二太阳轮36a、36b配置在同心圆上；多个短小齿轮38a，其与第一太阳轮36a啮合；多个长小齿轮38b，其与第二太阳轮36b以及多个短小齿轮38a啮合并且与齿圈37啮合；行星架39，其保持多个短小齿轮38a以及多个长小齿轮38b，并使它们能够自由自转(自由旋转)和自由公转。第二行星齿轮机构35的齿圈37与输出轴27连接，第二行星齿轮机构35的行星架39经由单向离合器F1被变速箱22支撑。

离合器C1为能够使第一行星齿轮机构30的齿圈32与第二行星齿轮机构35的第一太阳轮36a连接，且能够解除两者的连接的油压离合器(摩擦接合构件)。离合器C2为能够使输入轴26与第二行星齿轮机构35的行星架39连接，且能够解除两者的连接的油压离合器。离合器C3为能够使第一行星齿轮机构30的齿圈32与第二行星齿轮机构35的第二太阳轮36b连接，且能够解除两者的连接的油压离合器。离合器C4为能够使第一行星齿轮机构30的行星架34与第二行星齿轮机构35的第二太阳轮36b连接，且能够解除两者的连接的油压离合器。制动器B1为能够使第二行星齿轮机构35的第二太阳轮36b以不能旋转的方式固定在变速箱22，其能够解除第二太阳轮36相当于变速箱22的固定的油压制动器(摩擦接合构件)。制动器B2为能够将第二行星齿轮机构35的行星架39以不能旋转的方式固定在变速箱22上，且能够解除行星架39相对于变速箱22的固定的油压制动器。

这些离合器C1～C4、制动器B1、B2根据未图示的油压控制装置对工作油的供排而进行动作。图2是表示自动变速器25的各变速挡与离合器C1～C4、制动器B1、B2、单向离合器F1的动作状态之间的关系的动作表。通过使离合器C1～C4、制动器B1、B2成为图2的动作表所示的状态，使自动变速器25形成前进1～8挡的变速挡和后退1挡及2挡的变速挡。此外，离合器C1～C4、制动器B1、B2中的至少某个可以是称为爪式离合器(dogclutch)的啮合接合构件。

齿轮机构40具有：副轴驱动齿轮41，其固定在自动变速器25的输出轴27上；副轴从动齿轮43，其固定在与输出轴27平行地延伸的副轴42上，并且与副轴驱动齿轮41啮合；驱动小齿轮(最终驱动齿轮)44，其形成(或固定)在副轴42上；差速齿圈(最终从动齿轮)45，其与驱动小齿轮44啮合，并且与差速齿轮50连结。

如图1以及图3所示，差速齿轮50具有：一对(2个)小齿轮51；一对(2个)侧齿轮52，其分别固定在驱动轴28上，并且与一对小齿轮51以直角啮合；小齿轮轴53，其支撑一对小齿轮51；差速器箱54，其容置一对小齿轮51以及一对侧齿轮52，并且连结(固定)上述的差速齿圈45。在实施例中，各小齿轮51以及各侧齿轮52为直齿锥齿轮。另外，如图3以及图4所示，各侧齿轮52在相互相邻的齿之间具有与小齿轮51(齿)的径向上的外端部51s相向的裙部(skirt portion)52s。另外，在各个小齿轮51与差速器箱54之间配置有小齿轮垫片55，在各个侧齿轮52与差速器箱54之间配置有侧齿轮垫片56。另外，如图3所示，差速器箱54经由轴承被变速箱22支撑，且能够与驱动轴28同轴地自由旋转。

在此，在上述那样构成的差速齿轮50中，能够通过减少小齿轮51以及侧齿轮52的齿数，增大各齿轮的各个齿，来提高小齿轮51以及侧齿轮52的强度。因此，在实施例的差速齿轮50中，小齿轮51的齿数为比一般的差速齿轮的小齿轮的齿数(例如10)少的9个，侧齿轮52的齿数为比一般的差速齿轮的侧齿轮的齿数(例如14～16)少的13个。

但是，在单纯减少小齿轮51以及侧齿轮52的齿数的情况下，根据齿数比，小齿轮51和侧齿轮52的分锥角和锥距变化，若小齿轮51的分锥角增大而侧齿轮52的分锥角减小，则难于一边确保侧齿轮52的强度一边抑制差速齿轮50(侧齿轮52)在车宽方向上的尺寸增加。另外，在前轮驱动车辆用的动力传递装置20中，如图3所示，与在构成变速箱22且容置流体传动装置23的变矩器壳体22c接近地配置差速齿轮50。因此，在动力传递装置20中，为了避免与变矩器壳体22c干涉，在车宽方向上的空间受到的制约大，不易于使差速器箱54大型化。

由此，如图4所示，在“R”为小齿轮51的锥距，即从小齿轮51的旋转中心轴51a与侧齿轮52的旋转中心轴52a的交点至小齿轮51的节线(参照图4中的双点划线)上的最外端为止的距离，“M”为小齿轮51以及侧齿轮52的模数，即上述大端面处的模数(M＝2×R×sinφ/zs，其中，“φ”为侧齿轮52的分锥角，“zs”为侧齿轮52的齿数(＝13))，“h”为小齿轮51以及侧齿轮52的全齿高，即在小齿轮51的节线上的最外端处的小齿轮51以及侧齿轮52的全齿高，“Rp”为小齿轮51的外周半径，即从小齿轮51的旋转中心轴51a至该小齿轮的径向上的外端部(径向的最外端)51s为止的距离，“θ”为侧齿轮52的齿根圆锥角，“CL”为小齿轮51的径向上的外端部51s与侧齿轮52的裙部52s之间的间隙，“St”为裙部52s的厚度，组装距离为“MD＝Rp+CL+St”，扁平率为“F＝(R-MD)/R”时(其中，模数、尺寸的单位都为“mm”)，实施例的差速齿轮50构成为满足以下条件。

0.28≤F≤0.31

MD≥R×cosθ

St/M≥0.534

0.025≤CL/M≤0.038

h/M≥2

在此，扁平率F为发明人定义的用于评价差速齿轮在车宽方向上的尺寸的指标，组装距离MD即车宽方向(侧齿轮52的轴向)上的差速齿轮50的尺寸越小，扁平率F越大。

另外，如图4所示，在侧齿轮52的分锥角为“φ”，小齿轮51的齿顶高为“Ap”，侧齿轮52的齿顶高为“As”时，实施例的差速齿轮50满足如下的条件。

Rp≥R×cos(φ)+(Ap/2-As/2)×sin(φ)

图5是表示上述实施例的差速齿轮50、变形例的差速齿轮50B以及比较例1～5的差速齿轮的要素的图表。此外，图5表示各差速齿轮的小齿轮和侧齿轮的齿顶高、齿根高、全齿高、锥距、组装距离、裙部的厚度等要素除以模数M而被无量纲化的数据，因此，在图5中，各差速齿轮的模数为“1”。另外，如图5所示的组装距离和裙部的厚度可知，变形例的差速齿轮50B为适用于比实施例的差速齿轮50稍微小型的6挡式自动变速器。另外，比较例1～3与实施例的差速齿轮50和变形例的差速齿轮50B相同为前轮驱动车辆用的差速齿轮，比较例4、5为后轮驱动车辆用的差速齿轮。另外，在图6中示出实施例的差速齿轮50、变形例的差速齿轮50B、比较例1以及3的强度评价实验的结果。在图中，示出了在使双方的侧齿轮差动的状态下使各差速齿轮长时间动作后的差速齿轮(小齿轮和侧齿轮)的疲劳强度的评价结果。此外，图6的纵轴的强度指数只要为值1，则表示实际使用具有足够且良好的强度。

如图6的评价结果可知，扁平率F超过0.31的比较例1的差速齿轮，能够在车宽方向上实现小型化(参照图5中的组装距离以及裙部的厚度)，但是强度不足。另外，扁平率为0.26的比较例3的差速齿轮具有足够的强度，但是根据图5可知，组装距离比实施例的差速齿轮50、变形例的差速齿轮50B以及比较例1的差速齿轮大，限制了车宽方向上的小型化。另外，扁平率为0.27的比较例5的差速齿轮为空间充裕的后轮驱动车辆用的差速齿轮，裙部的厚度也足够大(参照图5)，具有足够的强度，但是根据组装距离MD和裙部的厚度可知，限制了车宽方向上的小型化。根据这样的评价结果可知，只要在0.28～0.31的范围内选择差速齿轮的扁平率，则能够一边提高小齿轮以及侧齿轮的强度，一边实现差速齿轮的小型化。由此，在实施例的差速齿轮50中，使扁平率F为0.30，在变形例的差速齿轮50B中，使扁平率F为0.31。

另外，通过使扁平率F为0.28～0.31的范围内的值，并且使组装距离MD≥锥距R×cosθ，来构成差速齿轮50、50B，能够使侧齿轮52的齿根角ε(＝φ-θ)即小齿轮51的齿根高Dp以某程度变大，由此，抑制小齿轮51的径向的外端部51s的轴向长度，即与小齿轮51的径向的外端部51s相向的侧齿轮52的裙部52s的径向长度变大，从而能够更良好地确保裙部52s的刚性。此外，通过以满足St/M≥0.534，0.025≤CL/M≤0.038以及h/M≥2的条件的方式构成差速齿轮，能够在实际使用上充分确保间隙CL、小齿轮51及侧齿轮52的全齿高h，实现小齿轮51和侧齿轮52的良好啮合，并且能够充分确保裙部52s的刚性，抑制因小齿轮51和侧齿轮52啮合时的应力而使侧齿轮52的齿根产生的变形，能够良好地确保侧齿轮52的强度，进而良好地确保差速齿轮50、50B的强度。

另外，如上所述，在小齿轮51的齿顶高为“Ap”，侧齿轮的齿顶高为“As”时，以满足Rp≥R×cosφ+(Ap/2-As/2)×sinφ的条件的方式，构成实施例的差速齿轮50和变形例的差速齿轮50B。由此，小齿轮51的外周半径Rp大于或等于小齿轮51的旋转中心轴51a与小齿轮51和侧齿轮52的啮合有效齿高(Ap+As)的1/2点之间的距离，小齿轮51的径向上的外端部51s与该啮合有效齿高(Ap+As)的1/2点相交，或者位于啮合有效齿高(Ap+As)的1/2点的外侧。结果，能够抑制小齿轮51(齿)的径向上的外端部51s的轴向长度变大，即抑制与小齿轮51的径向上的外端部51s相向的侧齿轮52的裙部52s的径向长度变大，能够更好地确保裙部52s的刚性。

如上所述，上述实施例的差速齿轮50和变形例的差速齿轮50B，能够提高小齿轮51以及侧齿轮52的强度，并且实现侧齿轮52在轴向上的小型化，尤其，极其适于车宽方向即侧齿轮52的轴向上的空间受到的制约大的前轮驱动车辆。但是，差速齿轮50、50B当然适用于后轮驱动车辆。

此外，实施例等的主要构件与发明内容中记载的发明的主要构件之间的对应关系是用于具体说明实施例等实施内容中记载的发明的方式，因此，不是对用于解决问题的手段中记载的发明的构件限定。即，实施例等至多是发明内容中记载的发明的具体的一个例子，发明内容中记载的发明基于该部分记载的内容来解释。

以上，使用实施例说明了本发明的实施方式，但是本发明不被上述实施例限制，在不脱离本发明的宗旨的范围内，当然能够进行各种变更。

产业上的可利用性

本发明能够用于动力传递装置的制造业。

Claims (3)

1.一种差速齿轮，应用于车辆上，具有一对小齿轮和分别与所述一对小齿轮以直角啮合的一对侧齿轮，其特征在于，

所述小齿轮是齿数为9的直齿锥齿轮，所述侧齿轮是齿数为13的直齿锥齿轮，

设所述小齿轮的锥距为“R”，

设所述小齿轮以及所述侧齿轮的模数为“M”，

设所述小齿轮以及所述侧齿轮的全齿高为“h”，

设所述小齿轮的外周半径为“Rp”，

设所述侧齿轮的齿根圆锥角为“θ”，

设所述小齿轮的径向上的外端部和所述侧齿轮的与所述外端部相向的裙部之间的间隙为“CL”，

设所述裙部的厚度为“St”，

设组装距离为“MD＝Rp+CL+St”，

设扁平率为“F＝(R-MD)/R”，其中，模数以及尺寸的单位为“mm”，

满足如下条件：

0.28≤F≤0.31，

MD≥R×cosθ，

St/M≥0.534，

0.025≤CL/M≤0.038，

h/M≥2。

2.根据权利要求1所述的差速齿轮，其特征在于，

在设所述侧齿轮的分锥角为“φ”，所述小齿轮的齿顶高为“Ap”，所述侧齿轮的齿顶高为“As”时，满足如下条件：

Rp≥R×cosφ+(Ap/2-As/2)×sinφ。

3.根据权利要求1或2所述的差速齿轮，其特征在于，该差速齿轮经由齿轮系与前轮驱动车辆用的变速器的输出轴连结。