CN105179638B - 用于限滑差速器的非同步齿轮啮合动作 - Google Patents

用于限滑差速器的非同步齿轮啮合动作 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于限滑差速器的非同步齿轮啮合动作，其中一种差速齿轮机构包括差速器壳、第一侧齿轮、第二侧齿轮、第一小齿轮和第二小齿轮。第一侧齿轮可旋转地安装在差速器壳内并具有第一外径。第二侧齿轮可旋转地安装在差速器壳内并具有第二外径。第一小齿轮在第一啮合动作期间与第一侧齿轮啮合成一起旋转。第二小齿轮在第二啮合动作期间与第二侧齿轮啮合成一起旋转。第一小齿轮和第二小齿轮形成构造成用于在第一小齿轮和第二小齿轮与第一侧齿轮和第二侧齿轮之间传递转矩以使第一侧齿轮和第二侧齿轮旋转的转矩传递装置。第一外径和第二外径不同，以使得第一啮合动作和第二啮合动作在时间上偏离错开。

Description

用于限滑差速器的非同步齿轮啮合动作
对相关申请的交叉引用
本申请要求2013年3月19日提交的美国专利申请No.61/955,295的权益。通过引用将上述申请的公开内容并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及差速齿轮总成，并且更具体地涉及一种具有侧齿轮(半轴齿轮)的差速齿轮装置，所述侧齿轮具有错开的啮合动作(meshing event)。
背景技术
差速齿轮机构可设置在车轴(车桥)总成中并且用来将转矩从传动轴传递到一对输出轴。传动轴可通过使用与安装在差速器壳体上的环形齿轮啮合的锥齿轮来驱动差速器。在汽车应用中，差速器允许安装在车轴总成的两端上的轮胎以不同速度旋转。这在车辆转向时很重要，因为外侧轮胎比内侧轮胎驶过更大距离的圆弧。因而，外侧轮胎必须以比内侧轮胎快的速度旋转以补偿更大的行驶距离。差速器包括差速器壳和齿轮装置，该齿轮装置允许转矩从传动轴传递到输出轴而同时允许输出轴按需以不同速度旋转。齿轮装置通常可包括安装成与相应的输出轴一起旋转的一对侧齿轮。一系列十字销或小齿轮轴固定地安装在差速器壳上以与其一起旋转。相应的多个小齿轮安装成与小齿轮轴一起旋转并与两个侧齿轮成啮合关系。
一些差速齿轮机构包括调整牵引力的差速器。典型地，在一个侧齿轮和差速器壳的相邻表面之间可配置有离合器组件。离合器组件或锁止机构可操作成限制齿轮箱和该一个侧齿轮之间的相对旋转。在此类差速器中，通过若干不同方案中的一种方案来实现离合器组件或锁止机构的接合(延迟差动作用)。一些构型包括致动以使离合器组件在打开、锁止和部分锁止状态之间移动的活塞。在一些布置结构中，输送液压流体以致动活塞。
在此提供的背景描述的目的是为了大致呈现本发明的上下文。目前署名的发明人的工作(就其在该背景技术部分中描述的程度而言)以及所作描述的提交时不构成现有技术的各个方面既非明确地承认也非隐含地承认是就本发明而言的现有技术。
发明内容
根据本发明的一个示例构成的差速齿轮机构(差速器总成)可包括差速器壳、第一侧齿轮、第二侧齿轮、第一小齿轮和第二小齿轮。差速器壳可限定有沿差速器壳的旋转轴线共轴地对齐的第一输出轴开口和第二输出轴开口。第一侧齿轮能可旋转地安装在差速器壳内并具有第一外径。第二侧齿轮能可旋转地安装在差速器壳内并具有第二外径。第一小齿轮可在第一啮合动作期间与第一侧齿轮啮合成一起旋转。第二小齿轮可在第二啮合动作期间与第二侧齿轮啮合成一起旋转。第一小齿轮和第二小齿轮形成构造成用于在第一小齿轮和第二小齿轮与第一侧齿轮和第二侧齿轮之间传递转矩以使第一侧齿轮和第二侧齿轮绕旋转轴线旋转的转矩传递装置。第一外径和第二外径不同，以使得第一啮合动作和第二啮合动作在时间上偏离错开。
根据另外的特征，第一啮合动作和第二啮合动作可在不同的角位置发生。第一啮合动作和第二啮合动作可异相。第一侧齿轮和第一小齿轮可共同提供第一接触比率。第二侧齿轮和第二小齿轮可共同提供第二接触比率。第一接触比率和第二接触比率可不同。第一侧齿轮和第一小齿轮可共同提供第一接触长度。第二侧齿轮和第二小齿轮可共同提供第二接触长度。第一接触长度和第二接触长度可不同。
根据其它特征，第一小齿轮可包括各自具有第一小齿轮齿尖的一系列第一小齿轮齿。各第一小齿轮齿尖和第一侧齿轮的对应齿之间的一系列第一接触以第一序列的接触时间发生。第二小齿轮可包括各自具有第二小齿轮齿尖的一系列第二小齿轮齿。各第二小齿轮齿尖和第二侧齿轮的对应齿之间的一系列第二接触以第二序列的接触时间发生。第一序列的接触时间中的各时间与第二序列的接触时间中的各时间偏离错开。第一侧齿轮和第一小齿轮可共同提供第一作用线。第二侧齿轮和第二小齿轮共同提供第二作用线。第一作用线和第二作用线可不同。
根据本发明的另一示例构成的差速齿轮机构可包括差速器壳、第一侧齿轮、第二侧齿轮、第一小齿轮和第二小齿轮。差速器壳可限定有沿差速器壳的旋转轴线共轴地对齐的第一输出轴开口和第二输出轴开口。第一侧齿轮能可旋转地安装在差速器壳内并具有第一外径。第二侧齿轮能可旋转地安装在差速器壳内并具有第二外径。第一小齿轮可在第一啮合动作期间与第一侧齿轮啮合成一起旋转。第二小齿轮可在第二啮合动作期间与第二侧齿轮啮合成一起旋转。第一小齿轮和第二小齿轮形成构造成用于在第一小齿轮和第二小齿轮与第一侧齿轮和第二侧齿轮之间传递转矩以使第一侧齿轮和第二侧齿轮绕旋转轴线旋转的转矩传递装置。第一侧齿轮和第一小齿轮可共同提供第一接触比率。第二侧齿轮和第二小齿轮可共同提供第二接触比率。第一接触比率和第二接触比率可不同。
根据其它特征，第一啮合动作和第二啮合动作可异相。第一侧齿轮和第一小齿轮可共同提供第一接触长度。第二侧齿轮和第二小齿轮可共同提供第二接触长度。第一接触长度和第二接触长度可不同。第一和第二外径不同，以使得第一啮合动作和第二啮合动作在时间上偏离错开。第一侧齿轮和第一小齿轮可共同提供第一作用线。第二侧齿轮和第二小齿轮可共同提供第二作用线。第一作用线和第二作用线可不同。
根据本发明的其它示例构成的差速齿轮机构可包括差速器壳、第一侧齿轮、第二侧齿轮、第一小齿轮和第二小齿轮。差速器壳可限定有沿差速器壳的旋转轴线共轴地对齐的第一输出轴开口和第二输出轴开口。第一侧齿轮能可旋转地安装在差速器壳内并具有第一外径。第二侧齿轮能可旋转地安装在差速器壳内并具有第二外径。第一小齿轮可在第一啮合动作期间与第一侧齿轮啮合成一起旋转。第二小齿轮可在第二啮合动作期间与第二侧齿轮啮合成一起旋转。第一小齿轮和第二小齿轮形成构造成用于在第一小齿轮和第二小齿轮与第一侧齿轮和第二侧齿轮之间传递转矩以使第一侧齿轮和第二侧齿轮绕旋转轴线旋转的转矩传递装置。第一小齿轮包括各自具有第一小齿轮齿尖的一系列第一小齿轮齿。各第一小齿轮齿尖和第一侧齿轮的对应齿之间的一系列第一接触以第一序列的接触时间发生。第二小齿轮包括各自具有第二小齿轮齿尖的一系列第二小齿轮齿。各第二小齿轮齿尖和第二侧齿轮的对应齿之间的一系列第二接触以第二序列的接触时间发生。第一序列的接触时间中的各时间可与第二序列的接触时间中的各时间偏离错开。
附图说明
根据详细描述和附图，将更充分地理解本发明，在附图中：
图1是结合了根据本发明的一个示例构成的差速齿轮总成的示例性车辆传动系的示意图；
图2是穿过图1的差速器总成的第一侧齿轮和第二侧齿轮以及第一小齿轮和第二小齿轮截取的剖视图；
图3是图2的第一侧齿轮和第一小齿轮之间的示例性齿轮啮合动作；以及
图4是图2的第二侧齿轮和第二小齿轮之间的示例性齿轮啮合动作。
具体实施方式
首先参考图1，示出了示例性车辆传动系并且总体上用附图标记10表示。本文描述的示例性车辆传动系10是用于具有限滑差速器的后轮驱动车辆的，但应该了解的是，本发明的教导一般而言可用于其它差速齿轮机构或齿轮机构中。
传动系10大体可包括限滑差速器总成20，其具有离合器总成22和差速齿轮总成或机构24。限滑差速器总成20操作成驱动分别与驱动轮40和42连接的一对半轴30和32。一般而言，限滑差速器总成20在通常工况期间用作传统的开式差速器，直至发生需要偏置转矩的动作。当检测或预料到牵引力的损失时，离合器总成22可被选择性地致动成产生针对该状况的最佳偏置比率。
环形齿轮48可固定在差速齿轮总成20的差速器壳50上。环形齿轮48可与输入小齿轮轴54的驱动小齿轮52啮合成一起旋转。一般而言，输入小齿轮轴54可由发动机(未示出)经变速器(未示出)驱动。输入小齿轮轴54可将旋转运动从驱动小齿轮52经环形齿轮48传递以驱动差速器壳50。
环形齿轮48不可旋转地固定在差速器壳50上。差速齿轮总成24包括安装成分别与半轴30和32(以及第一驱动轮40和第二驱动轮42)一起旋转的第一侧齿轮60和第二侧齿轮62。第一小齿轮轴64和第二小齿轮轴66固定地安装在差速器壳50上以与其一起旋转。相应的第一小齿轮68和第二小齿轮70安装成与小齿轮轴64、66一起旋转并与两个侧齿轮60和62成啮合关系。虽然在图中示出了两个小齿轮，但应了解的是，差速齿轮总成24中可包括多于两个的小齿轮。在下文更充分地描述的开式构型中，差速齿轮总成24起作用以允许半轴30和32以不同速度旋转。
离合器总成22大体可包括离合器组件72和离合器致动器(未示出)。离合器组件72包括交错设置在多个环形摩擦盘78之间的多个环形板74。多个环形板74可连结成与差速器壳50和差速齿轮总成24中的一者一起旋转。多个环形摩擦盘78可连结成与差速器壳50和差速齿轮总成24中的另一者一起旋转。
多个环形板74和环形摩擦盘78交错设置在彼此之间并且作用成在离合器总成22处于其打开位置时以基本上不接触的关系旋转经过彼此。然而，本领域的技术人员应该了解的是，如本文使用的术语“不接触”是相对的且并非意在一定表示环形板74和环形摩擦盘78在离合器总成22处于打开状态下时绝对不接触。环形板74和环形摩擦盘78可相对于彼此沿轴向移动成摩擦接合，由此在离合器总成22处于闭合或部分闭合构型时减少环形板74和环形摩擦盘78之间的相对旋转。这样，当离合器总成22处于其闭合位置时，侧齿轮60和62以及半轴30和32及驱动轮40和42一起旋转。
离合器总成22在打开构型下可操作成允许侧齿轮60和62彼此独立地(例如，以不同速度)旋转。离合器总成22还可在其中侧齿轮60和62一起或部分地一起(亦即，不独立地)(例如，以基本上相同的速度)旋转的闭合或部分闭合构型下操作。离合器总成22例如可以是液压式离合器总成，其利用可作用于离合器致动器的活塞(未示出)上的加压液压流体在打开、闭合和部分闭合构型之间选择性地致动离合器组件72。也可设想其它构型。
现在还参考图2-4，将描述差速齿轮总成24的其它特征。第一侧齿轮60可旋转地安装在差速器壳50内并具有第一外径100。第二侧齿轮62可旋转地安装在差速器壳50内并具有第二外径102。第一外径100与第二外径102不同。在所示的示例中，第二外径102小于第一外径100。
第一小齿轮68在第一啮合动作期间在第一齿轮啮合部110(图2和3)处与第一侧齿轮60啮合成一起旋转。第二小齿轮70在第二啮合动作期间在第一齿轮啮合部112(图2和4)处与第二侧齿轮62啮合成一起旋转。第一小齿轮68和第二小齿轮70形成构造成用于在第一小齿轮68和第二小齿轮70与第一侧齿轮60和第二侧齿轮62之间传递转矩以使第一侧齿轮60和第二侧齿轮62绕旋转轴线120旋转的转矩传递装置。由于第一外径100与第二外径102不同，所以第一齿轮啮合部110与第二齿轮啮合部112不同。在这方面，啮合动作在时间上偏离错开。
现在转到图3，示出了第一啮合动作期间第一齿轮啮合部110处的第一侧齿轮60和第一小齿轮68。第一侧齿轮60包括各自具有齿尖132的第一侧齿轮齿130。在相邻的第一侧齿轮齿130之间设置有对应的齿根134。第一侧齿轮60限定有侧倾角(roll angle)138。第一小齿轮68包括各自具有齿尖152的第一小齿轮齿150。在相邻的第一小齿轮齿150之间设置有对应的齿根154。在第一侧齿轮60和第一小齿轮68之间限定有作用线158。
现在转到图4，示出了第二啮合动作期间第二齿轮啮合部112处的第二侧齿轮62和第二小齿轮70。第二侧齿轮62包括各自具有齿尖172的第二侧齿轮齿170。在相邻的第二侧齿轮齿170之间设置有对应的齿根174。第二侧齿轮62限定有侧倾角178。第二小齿轮70包括各自具有齿尖192的第二小齿轮齿190。在相邻的第二小齿轮齿190之间设置有对应的齿根194。在第二侧齿轮62和第二小齿轮70之间限定有作用线198。
当差速器总成结合的是具有相同齿轮几何形状的侧齿轮时，与对应小齿轮的啮合动作是同时的。亦即，一个齿轮的齿尖在给定位置与其配对齿轮的齿根接触。所有小齿轮都将共用该旋转接触点。该位置以侧倾度数指定，所述侧倾度数为齿轮的角旋转。本发明的差速器总成24与具有齿轮几何形状相同的侧齿轮的差速器总成相比提供了许多优点。由于侧齿轮60和62具有不同直径，所以侧齿轮60和62与小齿轮68和70的啮合动作是错开的。同样，应该了解的是，虽然附图示出了两个小齿轮，但多于两个的小齿轮可结合在差速器总成24中。齿轮啮合动作的时点因此偏离错开。对于两个侧齿轮60和62而言，接触比率、接触长度和齿尖-齿根接触动作将不同。通过设置具有不同直径的侧齿轮60和62，啮合动作将在不同的角位置发生，从而对各侧齿轮60和62形成稍微异相的啮合动作频度。在这方面，第一啮合动作和第二啮合动作不同相。在一个示例中，第一啮合动作和第二啮合动作偏离错开2-4度之间。差速器总成24在操作期间能在降低的噪声水平下操作并经受减小的应力幅度。
现在回到图3，第一小齿轮68包括各自具有第一小齿轮齿尖152的一系列第一小齿轮齿150。各第一小齿轮齿尖152和第一侧齿轮60的对应齿130之间的一系列第一接触以第一序列的时间发生。类似地，参照图4，第二小齿轮70包括各自具有第二小齿轮齿尖192的一系列第二小齿轮齿190。各第二小齿轮齿尖192和第二侧齿轮62的对应齿170之间的一系列第二接触以第二序列的时间发生。第一序列的接触时间中的各时间与第二序列的接触时间中的各时间偏离错开。作用线158与作用线198不同。侧倾角138与侧倾角178不同。
为了示出和描述的目的已提供了对实施例的上述说明。这并非意在穷举，也非意在限制本发明。特定实施例的各个要素或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下可互换并且可用于所选择的实施例中，即使未特别示出或描述。其也能以多种方式改变。这些改变不应视为脱离了本发明，并且所有这类修改意图被包括在本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种差速器总成，包括：
差速器壳，其限定有沿其旋转轴线共轴地对齐的第一输出轴开口和第二输出轴开口；
第一侧齿轮，其可旋转地安装在所述差速器壳内并具有第一外径；
第二侧齿轮，其可旋转地安装在所述差速器壳内并具有第二外径；
第一小齿轮，所述第一小齿轮可旋转地联接在固定于所述差速器壳的第一小齿轮轴上，所述第一小齿轮在第一啮合动作期间与所述第一侧齿轮啮合成一起旋转，所述第一小齿轮是联接在所述第一小齿轮轴上的唯一齿轮，并且所述第一小齿轮与所述第一侧齿轮啮合而不与所述第二侧齿轮啮合；和
第二小齿轮，所述第二小齿轮可旋转地联接在固定于所述差速器壳的第二小齿轮轴上，所述第二小齿轮在第二啮合动作期间与所述第二侧齿轮啮合成一起旋转，所述第二小齿轮是联接在所述第二小齿轮轴上的唯一齿轮，并且所述第二小齿轮与所述第二侧齿轮啮合而不与所述第一侧齿轮啮合，
其中所述第一小齿轮和第二小齿轮形成转矩传递装置，所述转矩传递装置构造成用于在所述第一小齿轮和第二小齿轮与所述第一侧齿轮和第二侧齿轮之间传递转矩以使所述第一侧齿轮和第二侧齿轮绕所述旋转轴线旋转；
其中，所述第一外径与所述第二外径不同，以使得所述第一啮合动作和第二啮合动作在时间上偏离错开。
2.根据权利要求1所述的差速器总成，其特征在于，所述第一啮合动作和第二啮合动作在不同的角位置发生。
3.根据权利要求1所述的差速器总成，其特征在于，所述第一啮合动作和第二啮合动作不同相。
4.根据权利要求3所述的差速器总成，其特征在于，所述第一啮合动作与所述第二啮合动作偏离错开2-4度之间。
5.根据权利要求1所述的差速器总成，其特征在于，所述第一侧齿轮和所述第一小齿轮共同提供第一接触比率，并且所述第二侧齿轮和所述第二小齿轮共同提供第二接触比率，其中所述第一接触比率与所述第二接触比率不同。
6.根据权利要求1所述的差速器总成，其特征在于，所述第一侧齿轮和所述第一小齿轮共同提供第一接触长度，并且所述第二侧齿轮和所述第二小齿轮共同提供第二接触长度，其中所述第一接触长度与所述第二接触长度不同。
7.根据权利要求1所述的差速器总成，其特征在于，所述第一小齿轮包括各自具有第一小齿轮齿尖的一系列第一小齿轮齿，其中各第一小齿轮齿尖和所述第一侧齿轮的对应齿之间的一系列第一接触以第一序列的接触时间发生。
8.根据权利要求7所述的差速器总成，其特征在于，所述第二小齿轮包括各自具有第二小齿轮齿尖的一系列第二小齿轮齿，其中各第二小齿轮齿尖和所述第二侧齿轮的对应齿之间的一系列第二接触以第二序列的接触时间发生，其中所述第一序列的接触时间中的各时间与所述第二序列的接触时间中的各时间偏离错开。
9.根据权利要求1所述的差速器总成，其特征在于，所述第一侧齿轮和所述第一小齿轮共同提供第一作用线，并且所述第二侧齿轮和所述第二小齿轮共同提供第二作用线，其中所述第一作用线与所述第二作用线不同。
10.一种差速器总成，包括：
差速器壳，其限定有沿其旋转轴线共轴地对齐的第一输出轴开口和第二输出轴开口；
第一侧齿轮，其可旋转地安装在所述差速器壳内并具有第一外径；
第二侧齿轮，其可旋转地安装在所述差速器壳内并具有第二外径；
第一小齿轮，所述第一小齿轮可旋转地联接在固定于所述差速器壳的第一小齿轮轴上，所述第一小齿轮在第一啮合动作期间与所述第一侧齿轮啮合成一起旋转，所述第一小齿轮是联接在所述第一小齿轮轴上的唯一齿轮，并且所述第一小齿轮与所述第一侧齿轮啮合而不与所述第二侧齿轮啮合；和
第二小齿轮，所述第二小齿轮可旋转地联接在固定于所述差速器壳的第二小齿轮轴上，所述第二小齿轮在第二啮合动作期间与所述第二侧齿轮啮合成一起旋转，所述第二小齿轮是联接在所述第二小齿轮轴上的唯一齿轮，并且所述第二小齿轮与所述第二侧齿轮啮合而不与所述第一侧齿轮啮合，
其中所述第一小齿轮和第二小齿轮形成转矩传递装置，所述转矩传递装置构造成用于在所述第一小齿轮和第二小齿轮与所述第一侧齿轮和第二侧齿轮之间传递转矩以使所述第一侧齿轮和第二侧齿轮绕所述旋转轴线旋转；
其中，所述第一侧齿轮和所述第一小齿轮共同提供第一接触比率，并且所述第二侧齿轮和所述第二小齿轮共同提供第二接触比率，其中所述第一接触比率与所述第二接触比率不同。
11.根据权利要求10所述的差速器总成，其特征在于，所述第一啮合动作和第二啮合动作不同相。
12.根据权利要求11所述的差速器总成，其特征在于，所述第一啮合动作与所述第二啮合动作偏离错开2-4度之间。
13.根据权利要求10所述的差速器总成，其特征在于，所述第一侧齿轮和所述第一小齿轮共同提供第一接触长度，并且所述第二侧齿轮和所述第二小齿轮共同提供第二接触长度，其中所述第一接触长度与所述第二接触长度不同。
14.根据权利要求10所述的差速器总成，其特征在于，所述第一外径与所述第二外径不同，以使得所述第一啮合动作和第二啮合动作在时间上偏离错开。
15.根据权利要求10所述的差速器总成，其特征在于，所述第一侧齿轮和所述第一小齿轮共同提供第一作用线，并且所述第二侧齿轮和所述第二小齿轮共同提供第二作用线，其中所述第一作用线与所述第二作用线不同。
16.一种差速器总成，包括：
差速器壳，其限定有沿其旋转轴线共轴地对齐的第一输出轴开口和第二输出轴开口；
第一侧齿轮，其可旋转地安装在所述差速器壳内并具有第一外径；
第二侧齿轮，其可旋转地安装在所述差速器壳内并具有第二外径；
第一小齿轮，所述第一小齿轮在第一啮合动作期间与所述第一侧齿轮啮合成一起旋转，所述第一小齿轮绕第一轴线旋转；和
第二小齿轮，所述第二小齿轮在第二啮合动作期间与所述第二侧齿轮啮合成一起旋转，所述第二小齿轮绕相对于所述第一轴线偏置的第二轴线旋转，
其中所述第一小齿轮和第二小齿轮形成转矩传递装置，所述转矩传递装置构造成用于在所述第一小齿轮和第二小齿轮与所述第一侧齿轮和第二侧齿轮之间传递转矩以使所述第一侧齿轮和第二侧齿轮绕所述旋转轴线旋转；其中(i)所述第一小齿轮包括各自具有第一小齿轮齿尖的一系列第一小齿轮齿，其中各第一小齿轮齿尖和所述第一侧齿轮的对应齿之间的一系列第一接触以第一序列的接触时间发生，并且(ii)所述第二小齿轮包括各自具有第二小齿轮齿尖的一系列第二小齿轮齿，其中各第二小齿轮齿尖和所述第二侧齿轮的对应齿之间的一系列第二接触以第二序列的接触时间发生，其中所述第一序列的接触时间中的各时间与所述第二序列的接触时间中的各时间偏离错开。
17.根据权利要求16所述的差速器总成，其特征在于，所述第一啮合动作和第二啮合动作在不同的角位置发生。
18.根据权利要求16所述的差速器总成，其特征在于，所述第一侧齿轮和所述第一小齿轮共同提供第一接触比率，并且所述第二侧齿轮和所述第二小齿轮共同提供第二接触比率，其中所述第一接触比率与所述第二接触比率不同。
19.根据权利要求16所述的差速器总成，其特征在于，所述第一啮合动作和第二啮合动作异相。
20.根据权利要求16所述的差速器总成，其特征在于，所述第一侧齿轮和所述第一小齿轮共同提供第一作用长度，并且所述第二侧齿轮和所述第二小齿轮共同提供第二作用长度，其中所述第一作用长度与所述第二作用长度不同。
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