CN113260806A

CN113260806A - 差速器装置

Info

Publication number: CN113260806A
Application number: CN201980084176.0A
Authority: CN
Inventors: 广田功; 远藤学; 堀口奖斗
Original assignee: GKN Automotive Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2021-08-13
Anticipated expiration: 2039-10-24
Also published as: WO2020129168A1; JPWO2020129400A1; US11402006B2; US20210293316A1; DE112019006304B4; CN113260806B; WO2020129400A1; JP7213266B2; DE112019006304T5

Abstract

差速器装置，将绕轴的转矩向车轴输出，其特征在于，具备：壳体，其能够绕所述轴旋转且接受所述转矩；差动齿轮组，其具备以压力角(a4)而相互啮合的小齿轮及侧齿轮，与所述壳体驱动地结合而一边允许差动一边将所述转矩从所述小齿轮向所述侧齿轮传递；输出部件，其将所述转矩从所述侧齿轮向所述车轴传递，且具备：摩擦面，其构成被按压于所述壳体的内表面而限制所述差动的摩擦离合器；以及斜面，其具备凸齿，且相对于所述轴的方向形成角(a1)，所述斜面与所述侧齿轮啮合而构成将所述转矩局部地转换为将所述摩擦面按压于所述壳体的所述内表面的推力的凸轮；离合器部件，其具备：腿，其在所述轴的方向上可动，且具有相对于所述轴的方向形成角(a2)的侧面，且在所述侧面与所述壳体卡合而构成凸轮；以及可动凸齿，其与所述凸齿啮合，且具有相对于所述轴的方向形成角(a3)的斜面，所述离合器部件与所述输出部件的组合构成锁定所述差动的离合器；以及促动器，其能够朝向将所述可动凸齿与所述凸齿啮合的位置驱动所述离合器部件，至少满足不等式a2≥a3。

Description

差速器装置

技术领域

以下的公开涉及能够进行差动的限制及锁定的差速器装置，特别涉及能够实现紧凑的结构的限位差速器装置。

背景技术

在汽车中，左右的车轴未必以等速旋转，因此需要允许它们之间的差动。为了在允许差动的同时向两车轴传递转矩，利用差速器装置。

在左右的驱动轮的任一个失去牵引力时，差速器装置空转，也无法向另一方的驱动轮传递转矩。为了避免这样的情况，几个差速器装置具备限制差动的机构。其一个例子是利用了多片离合器的电子控制式的限位差速器(LSD)。若在电子控制下增减施加于多片离合器的按压力，则差动的限制的程度与之相应地变化，若进一步施加充分的按压力，则多片离合器变得不滑动，因此也能够进行所谓的差动锁定。专利文献1公开了相关的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际专利申请公开WO2010/078937A1

发明内容

在如上所述的电子控制式LSD中，多片离合器自身需要一定的容积，而且必须将用于施加按压力的液压装置、螺线管那样的装置与其组合。因此，难以将电子控制式LSD搭载于属于所谓的微型车的类别的车辆、越野那样的车轴间没有富余的轻型车。

以下的公开是鉴于这样的问题而完成的。根据1个方面，差速器装置，将绕轴的转矩向车轴输出，具备：壳体，其能够绕所述轴旋转且接受所述转矩；差速器齿轮组，其具备以压力角(a4)而相互啮合的小齿轮及侧齿轮，并与所述壳体驱动地结合而一边允许差动一边将所述转矩从所述小齿轮向所述侧齿轮传递；输出部件，其将所述转矩从所述侧齿轮向所述车轴传递，所述输出部件具备：摩擦面，其构成被按压于所述壳体的内表面而限制所述差动的摩擦离合器；以及斜面，其具备凸齿，且相对于所述轴的方向形成角(a1)，所述斜面与所述侧齿轮啮合而构成将所述转矩局部地转换为将所述摩擦面按压于所述壳体的所述内表面的推力的凸轮；离合器部件，其具备：腿，其在所述轴的方向上可动，且具有相对于所述轴的方向形成角(a2)的侧面，且在所述侧面与所述壳体卡合而构成凸轮；以及可动凸齿，其与所述凸齿啮合，且具有相对于所述轴的方向形成角(a3)的斜面，与所述输出部件的组合构成锁定所述差动的离合器；以及促动器，其能够朝向使所述可动凸齿与所述凸齿啮合的位置驱动所述离合器部件，至少满足不等式a2≥a3。

附图说明

图1是一个实施方式的差速器装置的立体图。

图2是从促动器侧观察差速器装置的侧视图。

图3是差速器装置的立面剖视图，是从图2的线III-III取得的图。

图4是另一实施方式的差速器装置的立面剖视图。

图5是将输出部件和侧齿轮取出后的分解立体图。

图6是示出输出部件中与侧齿轮对置的面的立体图。

图7A是离合器部件的立体图，是示出与输出部件对置的面的图。

图7B是离合器部件的局部立体图，是主要看到利用了球的凸轮的图。

图8A是表示柱塞、离合器部件、壳体、输出部件以及侧齿轮的关系的示意性的剖视图。

图8B是离合器部件的周面的示意性俯视图，是表示周面上的槽与壳体内表面的槽的关系的图。

图9是表示离合器部件、输出部件以及差动齿轮组的关系的局部俯视剖视图，是从图3的线IX-IX取得的图。

具体实施方式

下面，参照附图描述一些示例性实施方式。在以下的说明以及权利要求书中，若没有特别的说明，则轴是差速器装置的旋转轴的意思，另外，轴向是与其平行的方向，径向是与其正交的方向。

例如参照图1，本实施方式的差速器装置能够利用于将绕轴C的转矩在允许差动的同时向一对(通常为右以及左)车轴输出的用途。或者，能够利用于介于连接前后的车轴的传动轴而向前后的车轴分配转矩的用途，当然也能够利用于对转矩的传递进行传递的其他各种用途。以下的说明涉及向车轴分配转矩的例子，但这只不过是为了方便说明。

与图1组合并参照图2、图3，差速器装置大致包括：壳体1，其接受转矩而绕轴线C旋转；差动齿轮组3，其与壳体1驱动地结合而容许差动并传递转矩；输出构件5、7，其将传递来的转矩分别向车轴输出；离合器部件9，其将输出构件7相对于壳体1锁定；以及促动器31，其驱动离合器部件9。

壳体1大致为圆筒形，被从其两端突出的凸台部支承为能够旋转。壳体1能够具备从圆筒部的外周向径向突出的凸缘61，能够经由与此结合的齿圈接受转矩，但转矩的接受也可以不一定是这样的结构。另外，为了便于内部的部件的搬入，壳体1可以是能够分割成多个的2片形式，或者也可以如图1所示那样是单片形式。在单片形式的情况下，能够在其侧面具备开口51，内部的部件通过开口51而被搬入。

差动齿轮组3与一对车轴对应地具备一对侧齿轮11、13。差动齿轮组3具备与壳体1驱动地结合的小齿轮轴53、以及以能够旋转的方式支承于轴53的多个小齿轮43。通过小齿轮43分别与侧齿轮11、13啮合，转矩一边容许差动一边向一对侧齿轮11、13传递。

如图1、图3所示，差动齿轮组3可以是小齿轮及侧齿轮的齿轮齿分别倾斜的所谓锥齿轮式，或者也可以是如图4所示的平面齿轮式。锥齿轮式或平面齿轮式能够容易地实现以下的公开，或者如果可能则能够采用其他形式。

总之，侧齿轮11、13可以直接与车轴结合，但也可以与一般的差动齿轮不同，不直接结合而分别与车轴隔离。将侧齿轮11、13和车轴驱动地传递的是与侧齿轮11、13一体或分体的一对输出部件5、7。

输出部件5、7大致分别由轮毂35、37和从轮毂35、37沿径向向外侧展开的凸缘部39、41构成。在轮毂35、37的外周面45、47上分别嵌合侧齿轮11、13，在内表面55、57上分别结合车轴。为了与车轴结合，内表面55、57例如具备花键，但结合也可以不必利用花键。

详细情况后述，但在分体的情况下，侧齿轮11、13和输出部件5、7分别具备相互啮合而能够传递转矩的构造。即，无论在一体还是分体的情况下，侧齿轮11、13输出的转矩都经由输出部件5、7向车轴传递。

凸缘部39、41的外周是形成圆锥面的锥面23、25，在该面中，凸缘部39、41能够直接与壳体1的内表面抵接。或者，也可以将适当的摩擦环24、26介于它们之间，摩擦环24、26的内表面也可以形成为适合于锥面23、25的圆锥面。凸缘部39、41经由摩擦环24、26与壳体1的内表面抵接。摩擦环24、26可以相对于壳体1能够旋转，但例如也可以具备卡合部而分别相对于壳体1止转。

如图3、图4所示，壳体1的内表面也可以与锥面23、25对应地形成圆锥面。总之，锥面23、25都能够通过相对于壳体1的内表面被按压来限制差动，即输出部件5、7与壳体1的组合作为摩擦离合器(锥形离合器)发挥功能。

上述的说明是以圆锥面为摩擦面的锥形离合器的例子，但这只不过是便于说明，也可以代替锥形离合器，输出部件5、7与壳体1的组合构成盘式离合器、鼓离合器等其他方式的离合器。另外，当然也可以是多片离合器。

与图3、图4组合并参照图5，侧齿轮11、13分别具备例如在轴向上朝向外侧敞开的凹陷即插口15、17。代替图5而将图6与图3、图4组合参照，与插口15、17对应地，输出部件5、7分别具备凸耳19、21。凸耳19、21分别以嵌入插口15、17的方式配置并带有尺寸，由此，输出部件5、7分别与侧齿轮11、13啮合。

凸耳19、21的侧面在侧齿轮11、13的方向上、即在轴向上向内侧形成为锥形。与此对应，插口15、17的侧面也向输出部件5、7的方向、即轴向外侧扩展。即，相互抵接的凸耳19、21及插口15、17的侧面相对于轴向倾斜。

如根据图8A所理解的那样，通过使这些侧面相对于轴向倾斜，在对侧齿轮11、13施加了转矩F时，该转矩F被局部地转换为在轴向上朝向外侧的推力f1。该推力f1将输出部件5、7沿轴向向外侧按压。即，侧齿轮11、13与输出部件5、7的组合构成将锥面23、25按压于壳体1的内表面的凸轮。

另外，能够附加碟形弹簧那样的弹性体12、14。如图3、图4所示，该弹性体12、14可以介于侧齿轮11、13与输出部件5、7之间，或者也可以介于其他适当的部位。该弹性体12、14与凸轮的动作无关地始终将锥面23、25按压于壳体1的内表面，产生初始扭矩。该弹性体12、14能够在上述凸轮的基础上加以利用，或者也可以以此代替凸轮。

由于由这些结构产生的推力使上述的摩擦离合器以转矩感应的方式进行动作，因此差速器装置作为转矩感应型LSD而发挥功能。

或者，侧齿轮11、13通过与小齿轮43的啮合而在轴向上向外侧产生反作用力，因此也能够利用该反作用力来实现转矩感应型LSD。在该情况下，也可以省略凸轮和/或弹性体，另外，侧齿轮11、13与输出部件5、7能够成为一体。

返回参照图8A，凸耳19、21及插口15、17的侧面与轴C方向所成的角度能够根据所需的按压力、进而差动限制力而适当地确定。角度a1越小，差动限制力越小，角度a1越大，差动限制力越大。角度a1未必限定于此，例如为5°以上且20°以下。两侧面的角度可以相同，也可以不同，另外，一个侧面的角度也可以为0°。使两侧面的角度不同能够在正转方向和反转方向上对差动限制力赋予差。

与推力f1对应的推力反作用力f1R分别作用于侧齿轮11、13。作用于侧齿轮11的推力反作用力f1R是与作用于侧齿轮13的推力反作用力f1R相同的大小，是反向的。差速器装置还能够以与侧齿轮11、13双方滑动的方式具备块33，该块33能够使这些推力反作用力f1R相互抵消。如图1最佳表示的那样，块33例如是绕轴C的圆筒，具备供小齿轮轴53贯通的贯通孔，但未必限定于该形状。

在此需要注意的是，侧齿轮11、13通过与小齿轮43的啮合而在轴向上向外侧受到反作用力，但推力反作用力f1R是克服该反作用力的方向，而且侧齿轮11、13由块33支承，由此侧齿轮11、13的位置在轴向上稳定。因此，即使转矩F增大，侧齿轮11、13与小齿轮43的啮合也稳定，齿轮动作不会变得不稳定，齿轮齿面不会损伤。与侧齿轮自身作为摩擦离合器发挥功能的情况相比，这些方面是有利的效果。

需要说明的是，在上述的说明中，插口与凸耳的关系只不过是为了方便。与上述说明相反，侧齿轮也可以具备凸耳，输出部件也可以具备插口，或者也可以是其他适当的构造且相互啮合而作为凸轮发挥功能。

插口15、17未必限定于此，如图5最佳所示，也可以沿着与外周面45、47嵌合的内表面形成。与此对应地，如图6最佳所示，凸耳19、21能够分别形成为从轮毂35、37向径向外侧突出的突起。这样的结构便于加工，并且特别有助于提高强度和刚性。

这样，输出部件中的在径向上比凸耳靠外侧的较宽的面(图6中的附图标记7A)能够用于支承侧齿轮中的在径向上比插口靠外侧的较宽的面(图5中的附图标记13A)。另外，该面7A能够在输出部件7中设为向内侧下沉的凹部，如根据图3所理解的那样，能够收纳侧齿轮13的底部。当然，该构造也能够应用于另一方的侧齿轮11和输出部件5。

该构造有助于在轴向上压缩侧齿轮与输出部件的组合的尺寸。另外，该组合的外形与以往的侧齿轮的外形一致，因此在部件的互换性方面是有利的。

主要参照图5，一对输出部件5、7中的至少一个输出部件7还具备凸齿27。该齿27设置在与容纳侧齿轮13的面7A相反的面上。

与图3、图4组合并参照图7A，为了将该输出部件7相对于壳体1锁定，差速器装置还具备离合器部件9。离合器部件9是在轴向上可动的部件，在朝向输出部件7的面上具备凸齿29。凸齿29与输出部件7的凸齿27啮合。离合器部件9还具备从与凸齿29相反的面向轴向突出的一个以上的腿69，它们与壳体1所具备的贯通孔卡合，并且通过贯通孔而向壳体1的外部露出。

与图3、图4组合并参照图2，促动器31为了从外部驱动离合器部件9而安装于壳体1的外部。促动器31能够应用能够施加推力的适当的机构，其例子是螺线管、液压机构、齿轮机构、凸轮机构、以及螺纹机构。虽然未必限定于此，但以下基于利用绕轴C的环状的螺线管63的例子进行说明。在以下的例子中，螺线管63经由柱塞65驱动离合器部件9，但螺线管63自身当然也可以在轴向上可动而驱动离合器部件9。

螺线管63以与从壳体1向外侧露出的离合器部件9的腿69邻接的方式与壳体1相接，但以不能绕轴C旋转的方式止转。螺线管63以引导磁通的方式由芯包围绕组的周围，柱塞65与该芯的间隙邻接地嵌合。柱塞65在轴C的方向上可动，另外，局部由磁性材料构成，通过绕过间隙的磁通通过，在轴C的方向上被驱动。

柱塞65的一端与腿69接触，当螺线管63驱动柱塞65时，离合器部件9被其按压而在轴向上被驱动。如图8A所示，促动器31将离合器部件9从离合器部件9远离输出部件7的位置(图中单点划线)驱动至使凸齿29与凸齿27啮合的位置(同样的实线)。

与图8A组合并参照图7A，腿69与壳体1的贯通孔的组合也可以构成凸轮。即，腿69的侧面69S与贯通孔的侧面71S也可以对应地倾斜。或者，代替倾斜的侧面，或者在此基础上，如图7B所例示的那样，能够利用利用了介于壳体1与离合器部件9之间而滚动的滚珠73的、所谓的滚珠凸轮。滚珠73介于离合器部件9的外周面与壳体1的内周面之间，外周面和内周面中的一方或双方能够具备保持滚珠73并使其滚动的槽75a、75b。槽75a、75b也可以相对于轴向倾斜，另外，槽75a和槽75b也可以向彼此相反的方向倾斜。另外，如图8B所例示的那样，离合器部件9的槽与壳体1的槽也可以相互反向地倾斜。或者，也可以代替滚珠而利用适当的滚动体，进而或者也可以利用滚珠凸轮以外的其他凸轮机构。

返回参照图8A，总之，通过该凸轮在离合器部件9上产生推力f2，这起到维持凸齿27、29啮合的状态的作用，对促动器31进行辅助。在倾斜的侧面的情况下，侧面69S、71S相对于轴C的角度a2越大则辅助力也越大，但如果过大，则可能会对差动齿轮组3造成影响。因此，角度a2不一定限于此，例如为0°以上且10°以下。根据图8B的例子，外周面的槽与内周面的槽所成的角a2’是与角度a2均等或至少能够对比的角度。

返回参照图8A，凸齿27、29的侧面也可以倾斜，即也可以相对于轴C方向形成角度a3。角度a3越大，推力f3越朝向促进凸齿27、29的脱离啮合的方向作用。在促动器31停止动作时，若其作用力被消除，则推力f3迅速地使凸齿27、29脱离啮合。若角度a3过大，则可能会引起不希望的脱离啮合，因此角度a3例如为0°以上且10°以下。

为了促进凸齿27、29的脱离啮合，除了使凸齿的侧面倾斜之外，例如也可以将被压缩的弹簧10介于输出部件7与离合器部件9之间。作为弹簧10，例如能够利用碟形弹簧，或者也可以是腹板弹簧、螺旋弹簧。能够防止由于凸齿27、29固定而无法解除差动的锁定的情况。

为了促进脱离啮合，推力f3大是有利的，但如果推力f2比推力f3小，则有可能引起不希望的脱离啮合。因此，角度a3和角度a2能够特别关联起来，例如也可以满足不等式a2≥a3。在该范围时，凸轮的辅助占优势，维持凸齿27、29的啮合，另外，在除去促动器31的作用力时，凸齿27、29迅速地脱离啮合。

另一方面，输出部件7从倾斜的凸齿27、29受到推力反作用力f3R，这相对于从凸耳21受到的推力f1是对抗的。即，假设推力反作用力f3R极大，则利用推力f1将输出部件7按压于壳体1所带来的摩擦离合器的功能有可能减弱。从将推力f1充分地利用于摩擦离合器的功能的观点出发，角度a1和角度a3也能够特别地相关联，例如也可以满足不等式a1＞a3。在该范围时，确保摩擦离合器的功能。

如上所述，侧齿轮11、13与小齿轮43的齿轮啮合也产生推力。参照图9，侧齿轮13的齿面与小齿轮43的齿面在节圆P上接触，这些齿面的共同法线TL相对于半径线R形成压力角a4。根据该压力角a4，产生将侧齿轮13朝向输出部件7按压的齿轮反作用力f4。

若观察，则看起来齿轮反作用力f4必须克服插口17的侧面所产生的推力反作用力f1R，但根据本发明人等发现，它们的关系并不那么重要。相反，与预想相反，如以下说明的那样，相对于由腿69和壳体1的贯通孔构成的凸轮产生的推力f2的关系更重要。

在图9中组合参照图3、图4、图8，侧齿轮13将输出部件7向壳体1按压而使摩擦离合器发挥功能，并且处于与离合器部件9相互按压的关系。如果齿轮反作用力f4相对于凸轮在离合器部件9产生的推力f2不充分，则施加于锥面25的力变得不稳定，进而摩擦离合器的功能可能变得不稳定。因此，从使摩擦离合器的功能稳定的观点出发，能够使压力角a4与角度a2特别关联，例如也可以满足不等式a4＞a2。在该范围时，确保摩擦离合器的功能。

差速器装置还可以具备与离合器部件9或其他任一个可动部件结合而向壳体1的外部引出的板67。如图2至图4所示，板67能够形成为凸缘状。通过以钩挂于板67的方式配置开关，或者接近板67地配置接近传感器，能够从壳体1的外部检测离合器的啮合/脱离啮合。或者，也可以在板的例如外周等间隔地刻出切口，通过接近传感器读取该切口，从而用于检测差速器装置的旋转速度。

根据本实施方式，差速器装置通过被凸轮施力的摩擦离合器而作为转矩感应型LSD发挥功能，并且通过内置由促动器驱动的离合器，还能够实现差动的锁定。对各构成要素分别施加从转矩的一部分变换的轴向的力，相互影响，但根据本实施方式，由于将各个力调整为适宜的范围，所以摩擦离合器的功能不会受到用于差动锁定的离合器的动作的影响。能够根据各种路面状况来确保车轮的牵引力，尽管如此，差速器装置极其紧凑，维护也容易。

对几个实施方式进行了说明，但能够基于上述公开内容进行实施方式的修正或变形。

Claims

1.一种差速器装置，将绕轴的转矩向车轴输出，其特征在于，具备：

壳体，其能够绕所述轴旋转并接受所述转矩；

差动齿轮组，其具备以压力角(a4)相互啮合的小齿轮及侧齿轮，该差动齿轮组与所述壳体驱动地结合而一边允许差动一边将所述转矩从所述小齿轮向所述侧齿轮传递；

输出部件，其将所述转矩从所述侧齿轮向所述车轴传递，所述输出部件具备：摩擦面，其构成被按压于所述壳体的内表面而限制所述差动的摩擦离合器；以及斜面，其具备凸齿，且相对于所述轴的方向形成角(a1)，所述斜面与所述侧齿轮啮合而构成将所述转矩局部地转换为将所述摩擦面按压于所述壳体的所述内表面的推力的凸轮；

离合器部件，其具备：腿，其在所述轴的方向上可动，具有相对于所述轴的方向形成角(a2)的侧面，且在所述侧面与所述壳体卡合而构成凸轮；以及可动凸齿，其与所述凸齿啮合，且具有相对于所述轴的方向形成角(a3)的斜面，所述离合器部件与所述输出部件的组合构成锁定所述差动的离合器；以及

促动器，其能够朝向使所述可动凸齿与所述凸齿啮合的位置驱动所述离合器部件，

至少满足不等式a2≥a3。

2.根据权利要求1所述的差速器装置，其特征在于，

还满足不等式a1＞a2或a4＞a2。

3.根据权利要求1所述的差速器装置，其特征在于，

所述输出部件具备：轮毂，其具有与所述车轴结合的内表面；以及凸缘部，其从所述轮毂沿径向向外侧展开，并在其外周具有所述摩擦面，所述凸缘部的一方的面带有尺寸以容纳所述侧齿轮。

4.根据权利要求3所述的差速器装置，其特征在于，

所述凸齿设置于与容纳所述侧齿轮的所述面相反的面。

5.根据权利要求1所述的差速器装置，其特征在于，

所述输出部件具备用于与所述侧齿轮啮合的凸耳，所述侧齿轮具备与所述凸耳啮合的插口，由此所述凸耳与所述插口的组合构成所述凸轮。

6.根据权利要求5所述的差速器装置，其特征在于，

所述凸耳是从所述轮毂向径向外侧突出的突起，所述插口分别是在所述轴的方向上朝向外方敞开的凹陷。

7.根据权利要求1所述的差速器装置，其特征在于，

还具备块，所述块与所述一对侧齿轮的双方滑动而使所述凸轮分别作用于所述一对侧齿轮的推力反作用力相互抵消。