CN113994125A - 传动装置 - Google Patents

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Abstract

在利用焊接部将齿圈的轮毂部固定于传动部件外周的凸缘部的传动装置中，在轮毂部(Rb)的侧面(sr1)，以使环状槽(Gr)与空洞部(30)的轴向位置一部分一致的方式形成有向轴向内侧凹陷的环状槽(Gr)，沿横穿环状槽(Gr)的横截面观察轮毂部(Rb)时，被空洞部(30)和焊接部(3w)以及环状槽(Gr)夹着的部分的中途缩窄，并且，该缩窄部(Rbk)被设定为如下壁厚：该壁厚能够降低凸缘部(3f)在焊接部(3w)周边产生的残留应力，该残留应力是由于伴随着焊接部(3w)的热收缩、凸缘部(3f)和轮毂部(Rb)相互拉伸的力而产生的。由此，能够降低由于焊接部的热收缩而于凸缘部在焊接部的周边产生的残留应力。

Description

传动装置
技术领域
本发明涉及传动装置，特别涉及如下的传动装置，其具有：能够旋转的传动部件，其在外周具有朝向径向外侧的凸缘部；以及齿圈，其在内周具有围绕凸缘部的轮毂部，凸缘部的外周面至少具有：第1外周部，其向与凸缘部的轴向一侧的侧面相比在轴向上靠内侧处延伸，与轮毂部的内周面嵌合、焊接在一起；以及第2外周部，其与第1外周部的轴向内端相邻，在第2外周部与轮毂部的内周面的相对面之间形成空洞部，该空洞部面向第1外周部与轮毂部的焊接部的轴向内端，并且，向与焊接部相比靠径向的至少外侧扩宽。
另外，在本发明和本说明书中，“轴向”是指沿着传动部件的旋转轴线(在实施方式中为第1轴线)的方向，特别是，“与侧面相比在轴向上靠内侧”是指以侧面为基准、具有该侧面的凸缘部在轴向即壁厚方向上的内侧。此外，“径向”是指以传动部件的旋转轴线为中心轴线的半径方向。
背景技术
上述传动装置例如如下述专利文献1所公开的那样被公知。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-188657号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1的传动装置即差动装置中，将传动部件即差速器箱中的凸缘部的第1外周部与齿圈的轮毂部彼此焊接的焊接部在焊接时会热膨胀，在该焊接后会热收缩，由此，凸缘部和轮毂部的夹着焊接部的部分被较大的力在径向上向彼此接近的方向牵拉。该情况下，包含轮毂部在内的齿圈整体构成为高刚性，会维持原来的圆环状形态，因此，特别是焊接部和凸缘部在焊接部的周边部分向轮毂部侧被强力地牵拉，存在在该部分产生比较高的残留应力的倾向。
另外，在图4中，关于与上述差动装置相同类型的比较例，示出利用基于计算机的仿真分析求出的残留应力的分布状态的一例。在该图中，淡墨色部分表示残留应力的产生部位，色调越深，则表示残留应力越大。
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，提供能够利用简单的结构降低上述残留应力的传动装置。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明的传动装置具有：传动部件，其能够旋转，在外周具有朝向径向外侧的凸缘部；以及齿圈，其在内周具有围绕所述凸缘部的轮毂部，所述凸缘部的外周面至少具有：第1外周部，其向与该凸缘部的轴向一侧的侧面相比在轴向上靠内侧处延伸，供所述轮毂部的内周面嵌合、焊接；以及第2外周部，其与所述第1外周部的轴向内端相邻，在所述第2外周部与所述轮毂部的内周面的相对面之间形成环状的空洞部，所述第1外周部与所述轮毂部的焊接部的轴向内端面向该空洞部，并且，该空洞部与该焊接部相比至少向径向外侧扩展，第1特征在于，在所述轮毂部的所述轴向一侧的侧面凹陷设置有环状槽，使该环状槽与所述空洞部的轴向位置一部分一致，沿横穿所述环状槽的横截面观察所述轮毂部时，被所述空洞部和所述焊接部以及所述环状槽夹着的部分的中途缩窄，并且，该缩窄部被设定为如下壁厚：能够降低该凸缘部在焊接部周边产生的残留应力，该残留应力是由于伴随着所述焊接部的热收缩、所述凸缘部和所述轮毂部相互进行牵拉的力而产生的。
此外，本发明的第2特征在于，在第1特征的基础上，所述缩窄部的最小壁厚为所述焊接部的轴向长度以下。
此外，本发明的第3特征在于，在第1或第2特征的基础上，所述缩窄部的最小壁厚比所述空洞部的径向的最大宽度小。
发明效果
根据第1特征，在齿圈的轮毂部的侧面，以使空洞部与环状槽的轴向位置一部分一致的方式凹陷设置环状槽，沿横穿环状槽的横截面观察轮毂部时，被空洞部和焊接部以及环状槽夹着的部分的中途缩窄，并且，该缩窄部被设定为如下壁厚：能够降低由于伴随着焊接部的热收缩凸缘部和轮毂部相互进行牵拉的力而在凸缘部的焊接部周边产生的残留应力，因此，通过特别设置该缩窄部，能够适度地减弱轮毂部的焊接部附近的刚性，能够降低凸缘部在焊接部的周边产生的残留应力，该残留应力是由于焊接部的热收缩而产生的。由此，传动部件能够有效地防止在凸缘部处残留应力变高而引起的延迟破坏的产生。
根据第2特征，缩窄部的最小壁厚不会超过焊接部的轴向长度，因此，该缩窄部在与焊接部的关系中不会过厚，能够更加可靠地实现期望的效果。
根据第3特征，缩窄部的最小壁厚比空洞部的径向(或轴向)最大宽度小，因此，该缩窄部在与空洞部的关系中不会过厚，能够更加可靠地实现期望的效果。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的差动装置的主要部分纵剖视图。
图2是图1的2部放大剖视图。
图3是示出利用基于计算机的模拟分析求出的、焊接后的冷却完成状态下的差速器箱的残留应力分布的与图2对应的剖视图。
图4是与示出比较例的图3对应的剖视图。
标号说明
A1、A2：第1、第2外周部
Gr：环状槽
R：齿圈
Rb：轮毂部
Rbk：缩窄部
sf1：作为凸缘部的轴向一侧的侧面的第1侧面
sr1：作为轮毂部的轴向一侧的侧面的第1侧面
tMIN：缩窄部的最小壁厚
tw：焊接部的轴向长度
trMAX：空洞部的径向的最大宽度
3：作为传动部件的差速器箱
3f：凸缘部
3w：焊接部
10：作为传动装置的差动装置
30：空洞部
具体实施方式
下面，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
首先，在图1中，在车辆(例如汽车)的变速箱MC内收纳有差动装置10，该差动装置10将来自未图示的动力源(例如车载的发动机)的动力分配给一对作为输出轴的车轴S1、S2而进行传递。差动装置10是传动装置的一例，在本实施方式中，具有金属制的差速器箱3和内置于差速器箱3的差动齿轮机构20。
差速器箱3具有在内部收纳了差动齿轮机构20的中空的箱主体3c、在箱主体3c的右侧部和左侧部一体地连续设置且在第1轴线X1上并排的第1、第2轴承凸台3b1、3b2、以及在箱主体3c的外周部朝向径向外侧一体地形成的环状的凸缘部3f。箱主体3c形成为大致球体状，其内表面3ci形成为绕差速器箱3的中心O的球面状。
而且，第1和第2轴承凸台3b1、3b2在这些凸台3b1、3b2的外周侧经由轴承13、14绕第1轴线X1旋转自如地支承于变速箱MC。此外，左右的车轴S1、S2分别旋转自如地嵌合、支承于第1和第2轴承凸台3b1、3b2的内周面。
另外，在轴承凸台3b1、3b2与车轴S1、S2的嵌合面中的一方设置有螺旋槽15、16，该螺旋槽15、16能够发挥伴随着相对于另一方的相对旋转而将变速箱MC内的润滑油送入到差速器箱3内的螺杆泵作用。
齿圈R的内周部即轮毂部Rb如后所述通过包括焊接和压入(或嵌合)的固定手段固定于差速器箱3的上述凸缘部3f。此外，图示例子的凸缘部3f从箱主体3c的中心O向轴向一侧(即第1轴承凸台3b1侧)偏移配置，在该偏移方向上，在箱主体3c的外侧面与凸缘部3f之间形成有朝向上述轴向一侧的环状的凹陷32。
齿圈R具有：短圆筒状的轮辋部Ra，其在外周具有螺旋齿轮(斜齿)状的齿部Rag；以及轮毂Rb，其形成为轴向宽度比轮辋部Ra窄，与轮辋部Ra的内周侧一体地连续设置，齿部Rag与驱动齿轮50啮合，该驱动齿轮50是与动力源相连的变速装置的输出部。
而且，来自驱动齿轮50的旋转驱动力经由齿圈R和凸缘部3f传递到差速器箱3的箱主体3c。另外，在图1中，为了简化显示，设齿部Rag沿着齿向的剖面显示。
差动齿轮机构20具有：小齿轮轴21，其配置于在箱主体3c的中心O处与第1轴线X1正交的第2轴线X2上，支承于箱主体3c；一对小齿轮22、22，它们旋转自如地支承于该小齿轮轴21；以及左右的侧齿轮23、23，它们与各小齿轮22啮合，并且能够绕第1轴线X1旋转。两个侧齿轮23、23作为差动齿轮机构20的输出齿轮发挥功能，左右的车轴S1、S2的内端部花键嵌合于两个侧齿轮23、23的内周面。
小齿轮22和侧齿轮23的各背面分别经由小齿轮垫圈Wp和侧齿轮垫圈Ws(或不经由垫圈而直接)旋转自如地支承于箱主体3c的呈球面状的内表面3ci。箱主体3c的内表面3ci的至少成为小齿轮支承面和侧齿轮支承面的部位在差速器箱3的铸造后，通过后述的作业窗H通过车床等加工装置被进行机械加工。
小齿轮轴21贯穿插入一对小齿轮轴支承孔3ch中而被保持，该一对小齿轮轴支承孔3ch形成于箱主体3c的外周端部且在第2轴线X2上延伸。此外，在箱主体3c插入(例如压入)有以横穿小齿轮轴21的一端部的方式贯通的防脱销17，通过该防脱销17，阻止小齿轮轴21从小齿轮轴支承孔3ch脱离。
而且，从驱动齿轮50经由齿圈R传递到差速器箱3的箱主体3c的旋转驱动力经由差动齿轮机构20以容许差动旋转的方式分配传递到一对车轴S1、S2。另外，差动齿轮机构20的差动功能是以往公知的，因此省略说明。
此外，如图1虚线所示，差速器箱3在比凸缘部3f靠轴向另一侧(即第2轴承凸台3b2侧)的箱主体3c的侧壁具有一对作业窗H。该一对作业窗H夹着包含第1、第2轴线X1、X2的假想平面在其两侧方对称地配置并形成。各作业窗H是用于容许针对箱主体3c的内表面3ci进行机械加工以及将差动齿轮机构20向箱主体3c内组装的窗，形成为与该目的相符的足够大的形状。
接着，一并参照图2对将齿圈R的轮毂部Rb固定于差速器箱3的凸缘部3f的结构的一例进行说明。
凸缘部3f的外周面具有：第1外周部A1，其向与凸缘部3f的轴向一侧(即第1轴承凸台3b1侧)的第1侧面sf1相比在轴向上靠内侧处延伸，与轮毂部Rb内周的被焊接部B1嵌合、焊接在一起；以及第2外周部A2，其与第1外周部A1的轴向内端相邻。在第2外周部A2与凹陷设置于轮毂部Rb内周的空洞形成部B2的相对面之间形成有环状且横截面为矩形状的空洞部30。另外，第1外周部A1与被焊接部B1的焊接前的嵌合可以设为轻压入，或者也可以设为没有松动的嵌合。
第1外周部A1与轮毂部Rb(更具体而言为被焊接部B1)的焊接部3w的轴向内端面向该空洞部30。而且，空洞部30形成为，与焊接部3w相比至少向径向外侧(在实施方式中还向内侧)扩展。空洞部30能够用作将在焊接部3w产生的气体顺畅地排出到外部的排气单元。另外，图示例子的第2外周部A2从第1外周部A1起向径向内侧降低一级，但是，也可以与第1外周部A1以成为同一平面的方式连续。
并且，凸缘部3f的外周面在比空洞部30靠轴向另一侧(即第2轴承凸台3b2侧)具有定位用外周部A3，该定位用外周部A3形成为从第2外周部A2的轴向内端向径向内侧降低的阶梯状。而且，使定位凸部B3与该定位用外周部A3卡合，该定位凸部B3以朝向径向内侧的方式突出设置于轮毂部Rb内周。通过该卡合，轮毂部Rb相对于凸缘部3f在径向和轴向上分别被定位。
为了进行该定位，定位用外周部A3具有：径向定位面A3r，其供定位凸部B3的内周面B3i在轴向上压入，以便使轮毂部Rb相对于凸缘部3f在径向上被定位；以及轴向定位面A3a，其供定位凸部B3的靠第1外周部A1侧的侧面B3s抵接，以便使轮毂部Rb相对于凸缘部3f在轴向上被定位。另外，关于径向定位面A3r与定位凸部B3的内周面B3i的关系，也可以代替上述压入而设为没有松动的嵌合。
该轴向定位面A3a从第2外周部A2的轴向内端起在与第1轴线X1正交的假想平面上向径向内侧延伸。而且，该轴向定位面A3a的径向内端部经由圆弧面与径向定位面A3r平滑地连续。此外，径向定位面A3r形成为绕第1轴线X1的圆筒面状，与凸缘部3f的轴向另一侧(即第2轴承凸台3b2侧)的第2侧面sf2连续。
另外，在定位凸部B3的内周面B3i的轴向两端部分别设置有倒角面，在该各倒角面与定位面用外周部A3之间形成有空隙。
此外，在轮毂部Rb的轴向一侧(即第1轴承凸台3b1侧)的第1侧面sr1，以使环状槽Gr与空洞部30的轴向位置一部分一致(因此足够深)的方式凹陷设置有呈同心状地围绕焊接部3w的该环状槽Gr。
而且，特别地如图2中明示的那样，沿横穿环状槽Gr的横截面(换言之为包含第1轴线X1的横截面)观察轮毂部Rb时，被空洞部30和焊接部3w以及环状槽Gr夹着的部分的中途缩窄。该缩窄部Rbk被设定为如下壁厚：能够降低因伴随着焊接部3w的热收缩凸缘部3f和轮毂部Rb相互进行牵拉的力而在焊接部3w和凸缘部3f在焊接部3w的周边产生的残留应力。
更具体而言，例如，将缩窄部Rbk的最小壁厚tMIN设定为焊接部3w的轴向长度tw以下，此外，设定为比空洞部30的径向和轴向的各最大宽度trMAX、taMAX小。
接着，对第1实施方式的作用进行说明。
差速器箱3是利用金属材料(例如铝、铝合金、铸铁等)进行铸造成型而得到的，在该铸造后，对差速器箱3的内表面和外表面的规定部位(例如箱主体3c的内表面3ci、轴承凸台3b1、3b2的内外周、凸缘部3f、小齿轮轴支承孔3ch等)进行机械加工。
在该机械加工结束后的差速器箱3内，通过作业窗H组入差动齿轮机构20的各要素，并且，同时使用压入和焊接将预先形成加工有齿部Rag的齿圈R的轮毂部Rb的内周部与该差速器箱3的凸缘部3f结合在一起。
接着，对该齿圈R的结合作业进行说明。首先，使齿圈R的轮毂部Rb的被焊接部B1与凸缘部3f的第1外周部A1嵌合，并且，使轮毂部Rb的定位凸部B3的内周面B3i压入至第3外周部A3的径向定位面A3r，并且使定位凸部B3的内侧面B3s与第3外周部A3的轴向定位面A3a抵接。由此，进行轮毂部Rb相对于凸缘部3f在径向和轴向的各定位。
然后，对轮毂部Rb的被焊接部B1与凸缘部3f的第1外周部A1的嵌合部进行焊接。例如，如图2中点划线所示，从焊接用激光枪T朝向凸缘部3f的第1外周部A1与轮毂部Rb的被焊接部B1的嵌合部外端照射激光，并且，以使该照射部位在该嵌合部外端的整周范围内逐渐移动的方式进行该焊接作业。
这样，同时使用压入和焊接而在固定位置将齿圈R的轮毂部Rb的内周部与差速器箱3的凸缘部3f牢固地结合。
另外，在图4中，示出不具有本发明的技术特征(较深的环状槽Gr和缩窄部Rbk)的比较例。在该比较例中，作为传动箱(传动部件)的差速器箱3中的凸缘部3f与齿圈R的轮毂部Rb的焊接部3w在焊接时会热膨胀，在该焊接后会热收缩，由此，如图4中空心箭头所示，凸缘部3f和轮毂部Rb的夹着焊接部3w的部分被较大的力在径向上向彼此接近的方向牵拉。
该情况下，包含内周侧的轮毂部Rb在内，齿圈R整体构成为高刚性，会维持原来的圆环状形态，因此，尤其是焊接部3w和凸缘部3f在焊接部3w的周边部向轮毂部Rb侧被强力地牵拉，存在在该部分产生比较高的残留应力的倾向(参照图4的残留应力分布)。
与此相对，根据本实施方式，在齿圈R的轮毂部Rb的轴向一侧(即焊接部3w露出的一侧)的侧面sr1，以使空洞部30与环状槽Gr的轴向位置部分一致的方式足够深地形成向轴向内侧凹陷的环状槽Gr。而且，关于轮毂部Rb，沿横穿环状槽Gr的横截面(参照图1、图2)进行观察时，被空洞部30和焊接部3w以及环状槽Gr夹着的部分的中途缩窄，并且，该缩窄部Rbk被设定为如下壁厚：能够降低因伴随着焊接部3w的热收缩凸缘部3f和轮毂部Rb相互进行牵拉的力而在凸缘部3f的焊接部3w及其周边部产生的残留应力。
因此，通过特别设置该缩窄部Rbk，能够适度地减弱轮毂部Hb在焊接部3w周边部分的刚性，因此，根据图3可知，能够降低在比较例中较为显著的凸缘部3f的焊接部3w及其周边部的残留应力。其结果，差速器箱3能够有效地防止在凸缘部3f、特别是焊接部3w的周边部处残留应力变高而引起的延迟破坏的产生。
此外，特别是，本实施方式的缩窄部Rbk的最小壁厚tMIN被抑制为焊接部3w的轴向长度tw以下的壁厚，因此，该缩窄部Rbk在与焊接部3w的关系中不会过厚，即，轮毂部Hb在焊接部3w的周边部分的刚性适度地减弱。其结果，能够更加可靠地降低由于焊接部3w的热收缩而在凸缘部3f的焊接部3w及其周边部产生的残留应力。
并且，缩窄部Rbk的最小壁厚tMIN被设定为比空洞部30的至少径向上的最大宽度trMAX(在图示例子中还比轴向的最大宽度taMAX)小，因此，该缩窄部Rbk在与空洞部30的关系中不会过厚，即，轮毂部Hb在焊接部3w的周边部分的刚性适度地减弱。其结果，能够更加可靠地降低因焊接部3w的热收缩而在凸缘部3f的焊接部3w及其周边部产生的残留应力。
以上说明了本发明的实施方式，但是，本发明不限于实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种设计变更。
例如，在上述实施方式中，示出将作为传动装置的差动装置10设为车辆用差动装置、特别是左右的驱动车轮之间的差动装置来实施的例子，但是，在本发明中，也可以将差动装置10设为前后的驱动车轮之间的差动装置来实施，或者，此外，也可以设为车辆以外的各种机械装置中的差动装置来实施。
并且，也可以对差动装置以外的传动装置(例如减速装置、增速装置、变速装置等)应用本发明，该情况下，负责该传动装置的转矩传递的旋转箱或旋转部件成为传动箱或传动部件。
此外，在所述实施方式中，示出将齿圈R的齿部Rag设为螺旋齿轮的例子，但是，本发明的齿圈也可以是通过与驱动齿轮50的啮合而承受沿着第1轴线X1的方向的推力载荷的齿形状的其他齿轮(例如锥齿轮、双曲面齿轮等)。或者，此外，也可以是不会通过与驱动齿轮50的啮合而承受上述推力载荷的齿形状的齿轮(例如正齿轮)。
此外，在所述实施方式中，示出将预先形成加工有齿部Rag的齿圈R的轮毂部Rb与差速器箱3的凸缘部3f结合的例子，但是，也可以在将形成齿部Rag之前的齿圈R与轮毂部Rb结合后形成加工齿部Rag。
此外，在所述实施方式中，例示了凸缘部3f与轮毂部Rb之间的焊接采用激光焊接的例子，但是，在本发明中，也可以使用其他焊接方法(例如电子束焊接等)。

Claims (3)

1.一种传动装置，其具有：传动部件(3)，其能够旋转，在外周具有朝向径向外侧的凸缘部(3f)；以及齿圈(R)，其在内周具有围绕所述凸缘部(3f)的轮毂部(Rb)，所述凸缘部(3f)的外周面至少具有：第1外周部(A1)，其向与该凸缘部(3f)的轴向一侧的侧面(sf1)相比在轴向上靠内侧延伸，供所述轮毂部(Rb)的内周面嵌合、焊接；以及第2外周部(A2)，其与所述第1外周部(A1)的轴向内端相邻，在所述第2外周部(A2)与所述轮毂部(Rb)的内周面的相对面之间形成环状的空洞部(30)，所述第1外周部(A1)与所述轮毂部(Rb)的焊接部(3w)的轴向内端面向该空洞部(30)，并且，该空洞部(30)与该焊接部(3w)相比至少向径向外侧扩展，其特征在于，
在所述轮毂部(Rb)的所述轴向一侧的侧面(sr1)以如下方式凹陷设置有环状槽(Gr)，使得该环状槽(Gr)与所述空洞部(30)的轴向位置一部分一致，
沿横穿所述环状槽(Gr)的横截面观察所述轮毂部(Rb)时，被所述空洞部(30)和所述焊接部(3w)以及所述环状槽(Gr)夹着的部分的中途缩窄，并且，由此形成的缩窄部(Rbk)被设定为如下壁厚：该壁厚能够降低所述凸缘部(3f)在焊接部(3w)的周边产生的残留应力，该残留应力是由于伴随着所述焊接部(3w)的热收缩、所述凸缘部(3f)和所述轮毂部(Rb)相互进行牵拉的力而产生的。
2.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，
所述缩窄部(Rbk)的最小壁厚(tMIN)为所述焊接部(3w)的轴向长度(tw)以下。
3.根据权利要求1或2所述的传动装置，其特征在于，
所述缩窄部(Rbk)的最小壁厚(tMIN)比所述空洞部(30)的径向的最大宽度(trMAX)小。
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