CN1263220A - 差动装置 - Google Patents

Abstract

本发明差动装置,在与输入侧旋转体一体旋转的轨道面和与各输出侧旋转体一体旋转的轨道面间设置多个滚子,通过使各滚子转轴相对各轨道面旋转轴成小于20°角度倾斜,同时使各滚子转轴相对包含各轨道面转轴的平面成大于25°、小于90°的角度倾斜,能在各滚子与各轨道面间始终产生稳定的摩擦力,具有即使在低速旋转时,也能获得不产生爬行的差动限制力等优点,从而提供即使在低速运转时,也能始终得到稳定差动限制力的差动装置。

Description

差动装置

本发明涉及容许汽车的左右或前后轮间产生转速差的差动装置。

以往，作为汽车用差动装置，一般为在与输出轴相连的一对锥齿轮间设置小齿轮，在差动时使小齿轮自转、从而容许各输出轴间存在转速差。此外，作为具有差动限制功能的差动装置，已知为通过在锥齿轮背面侧配置多片离合器，用锥齿轮的推力按压多片离合器产生摩擦力达到限制差动。

然而，在如上所述多片离合器那样利用半接触状态的滑动摩擦传递动力的机构中，在低速旋转时，因离合器板相互间间歇产生静摩擦与动摩擦而发生所谓爬行，因而存在差动限制力不稳定的问题。此外，也存在因爬行而产生的噪音与振动问题。

本发明正是鉴于上述问题，目的在于提供即使在低速旋转时也能始终获得稳定差动限制力的差动装置。

为达到上述目的本发明差动装置，具备因来自外部输入的驱动力而围绕轴心旋转输入侧旋转体，与该输入侧旋转体同轴配置的一对输出侧旋转体，容许各输出侧旋转体具有转差、同时又将输入侧旋转体的旋转力传递至各输出侧旋转体，且还具备配置在与上述输入侧旋转体成一体旋转的轨道面和与上述输出侧旋转体成一体旋转的轨道面间、当各输出侧旋转体相互产生转差时与上述各轨道面接触、同时进行滚动的多个滚子，以及将各滚子沿各轨道面的周向相互间隔保持成可自由转动的滚子保持体，在使各滚子的转轴相对输入侧与输出侧旋转体的转轴呈小于20°角度倾斜的同时、相对包含输入侧及输出侧旋转体旋转轴的平面呈大于25°、小于90°的角度倾斜。

据此，当各输出侧旋转体相互间产生转速差时，各滚子与各轨道面边接触边滚动。此时，由于各滚子一方面受滚子保持体的约束而相对各轨道面的旋转轨道沿倾斜方向滚动、一方面又沿各轨道面的旋转轨道滚动，在各滚子与各轨道面间产生摩擦力。在此场合，通过使各滚子的滚动轴相对旋转体的旋转轴形成的倾斜角小于20°，各滚子滚动轴相对包含旋转体旋转轴的平面形成的倾斜角大于25°且小于90°，能始终发生稳定的摩擦力。

此外，根据本发明的差动装置，在使上述各滚子的转轴相对输入侧及输出侧旋转体旋转轴呈大于5°的角度倾斜的同时、相对包含输入侧及输出侧旋转体旋转轴的平面分别呈规定角度沿同一方向倾斜。

据此，当各输出侧旋转体相互间产生转速差时，各滚子与各轨道面边接触边滚动。此时，由于各滚子一方面受滚子保持体的约束而相对各轨道面的旋转轨道沿倾斜方向滚动、一方面又沿各轨道面的旋转轨道滚动，在各滚子与各轨道面间产生摩擦力。在此场合，通过使各滚子的滚动轴相对旋转体的旋转轴形成的倾斜角大于5°、同时相对包含旋转轴的平面沿同一方向倾斜，能始终发生稳定的摩擦力。

此外根据本发明的差动装置，使所述各滚子旋转轴相对输入侧及输出侧旋转体的旋转轴呈大于3°的角度倾斜的同时、相对包含输入侧与输出侧旋转体旋转轴的平面呈规定角度每次按规定个数沿相反方向倾斜。

据此，当各输出侧旋转体相互间产生转速差时，各滚子与各轨道面边接触边滚动。此时，由于各滚子一方面受滚子保持体的约束而相对各轨道面的旋转轨道沿倾斜方向滚动、一方面又沿各轨道面的旋转轨道滚动，在各滚子与各轨道面间产生摩擦力。此时，当使输入侧及输出侧旋转体旋转时，由于通过使相互沿同一方向倾斜的一部分滚子沿旋转体轴向的一方向滚动，使向另一方向倾斜的滚子沿旋转体轴向的另一方向滚动，能用相互向相反方向倾斜的滚子数任意设定在旋转体各旋转方向上的摩擦力大小。在此场合，通过使各滚子滚动轴相对旋转体转轴形成的倾斜角大于3°能始终产生稳定的摩擦力。

此外，在上述本发明差动装置中，把相对包含上述输入侧及输出侧旋转体旋转轴的平面沿互为相反方向倾斜的滚子沿输入侧及输出侧的周方向每次按同样的数目交替配置。

据此即使在使滚子沿任何方向滚动的场合，也能产生相等的摩擦力。

根据本发明，在包含所述滚子转轴的截面内，分别将上述各轨道面形成相对滚子外周面成凸状。

据此，能使滚子轴向两端侧的接触压减少。

根据本发明在包含滚子转轴的截面内，分别将所述各滚子的外周面形成相对各轨道面成凸状。

据此，同样能使滚子轴向两端侧的接触压减少。

因此，根据本发明，由于即使在低速旋转时也能产生不发生爬行的摩擦力，能用此摩擦力始终获得稳定的差动限制力，且能可靠地防止发生噪音与振动。此外，由于通过将各滚子倾斜角设定成任意大小而能改变摩擦力的大小，就能根据不同目的获得相应的差动限制力。

此外，根据本发明，能有效地产生稳定的摩擦力。在此场合，由于能用沿滚子的滚动方向分别产生产不同的摩擦力，故对于以这样的动作为目的场合更有利。

根据本发明，能始终有效地产生稳定的摩擦力。在此场合，由于能任意设定在滚子的各滚动方向中的摩擦力，故能根据用途应用于更广泛的范围。

根据本发明，由于即使在使滚子沿任一方向滚动场合产生相等的摩擦力，对于以此为目的的场合更有利。

根据本发明，由于能使滚子轴向两端侧对于各轨道面的接触压减少，从而能减少滚子偏磨损，提高耐用性。

对附图的简单说明。

图1为表示本发明第1实施例差动装置的侧剖视图，

图2为沿图1的I-I线剖视图，

图3为表示差动装置主要部分的侧剖视图，

图4为滚子与保持架展开图，

图5A为简要表示滚子倾斜角的图，

图5B为简要表示滚子倾斜角的图，

图6A为差动装置的动作说明图，

图6B为差动装置的动作说明图，

图7为表示滚子倾斜角与摩擦转矩关系的图，

图8为表示滚子倾斜角与摩擦转矩关系的图，

图9为表示将各轨道面与滚子外周面形成直线状的场合的沿图4的II-II线剖视图，

图10为沿表示将各轨道面形成曲线状例子的沿图4的II-II线的剖视图，

图11为表示将滚子外周面形成曲线状的例子、沿图4的II-II线剖视图，

图12为表示滚子其它排列例的滚子与保持架的展开图，

图13A为简要表示滚子倾斜角的图，

图13B为简要表示滚子倾斜角的图，

图14为表示滚子倾斜角与摩擦转矩关系的图，

图15为表示本发明第2实施例差动装置的侧剖视图，

图16为沿图15的III-III线的剖视图，

图17为沿图15的IV-IV线的局部剖视图，

图1-8表示本发明第1实施例。

该差动装置由齿轮箱1，将齿轮箱1的一端堵塞的齿轮箱盖2，相互同轴面对面配置的一对锥齿轮3，配置在各锥齿轮间的多个小齿轮4，与齿轮箱1成一体旋转的一对压力环5，配置在各压力环5与各锥齿轮3间的多个滚子6、将各滚子6相互隔开、保持成可自由旋转的保持架7，以及将各压力环5分别向各锥齿轮3一侧按压的一对锥形弹簧6构成，由齿轮箱1、齿轮盖2以及各压力环5构成输入侧旋转体，由各锥齿轮3构成输出侧旋转体。

将齿轮箱1的一端形成开口的筒形，在其另一端上设置支承一锥齿轮3的轴承1a。沿齿轮箱1的周围形成法兰1b，在法兰1b上设置多个螺栓插通用孔1c。此外，在齿轮箱1的内面上形成沿轴向延伸、且沿周向间隔的多条槽1d。

将齿轮盖2形成圆盘状，在其中央设置支承另一锥齿轮3的轴承2a。在齿轮盖2的周围形成法兰2b，在法兰2b上设置多个螺栓插通用孔2c。就是用使各法兰1b、2b相互紧固的螺栓(未图示)进行齿轮盖2的组装。

使各锥齿轮3的齿面一侧面对面，分别具有与未图示的车轮侧驱动轴相连的连接部3a。在各锥齿轮3的背面一侧上形成面对压力环5的轨道面3b，将轨道面3b形成以旋转轴为中心的锥状，同时、如图3所示、在平行于旋转轴的截面上形成凹状曲线。

将各小齿轮4可自由旋转地安装在支承于齿轮箱1的小齿轮轴4a上，使分别与各锥齿轮啮合。

将各压力环5形成以旋转轴为中心的环状，在其外周面上形成分别与齿轮箱1的各槽1d嵌合的多个突起5a。就是将各压力环5分别沿轴向自由移动地支承在齿轮箱1上。此外，在各压力环5的内周面上形成与锥齿轮3的轨道面3b面对面的轨道面5b，使轨道面5b成为以旋转轴为中心的锥状的同时，如图3所示，在平行于旋转轴的截面上成为凸状的曲线。

将各滚子6形成外周面沿轴向同样延伸的圆柱状，且沿各轨道面3b、5b的周向按等间隔排列。

将保持架7形成以旋转轴为中心的环状，成为沿各轨道面3b、5b弯曲的锥状的同时，将其厚度形成小于各滚子6的外径。在保持架7上设置可自由转动地容纳各滚子6的多个孔7a，将各孔7a按间隔配置在保持架7的周向上。在此场合，如图4所示、将各孔7a形成可使各滚子6的旋转轴分别沿同一方向倾斜。此外如图5A所示，各滚子6的旋转轴6a分别相对齿轮箱1的旋转轴1b成倾斜角α1，同时、如图5B所示、分别相对含旋转轴1b的平面成倾斜角β1。在此场合，设定各滚子6的倾斜角α1大于5°、小于20°，倾斜角β1大于25°、小于90°。此外，倾斜角β1为从垂直于滚子6的旋转轴6a方向可见的角度。

分别将各锥形弹簧8配置在各锥齿轮3的背面一侧，分别沿轴向呈压缩状态将一锥形弹簧8安装在齿轮箱1的内面与一压力环5间，将另一锥形弹簧8安装在齿轮箱盖2的内面与另一压力环5之间。

在如上构成的差动装置中，把与发动机一侧相连的内齿轮(图中省略)安装在齿轮箱1的法兰1b上，成为齿轮箱1由来自发动机的驱动力产生旋转。在此场合，当在限制(カ-ブ)回转等中、在各驱动轴上产生转差时，使各锥齿轮3间的各小齿轮4产生自转，在各驱动轴上产生差动。此外，当各锥齿数3与各小齿数4将驱动力施加在齿轮箱1上时，因互相啮合齿面的倾斜，在各锥齿轮3上分别产生轴向推力，即沿离开小齿轮4方向移动的力。据此，当各驱动轴上产生转差时，各滚子6一面对各锥齿轮3的轨道面3b与各压力环5的轨道面5b压接、一面转动，因各滚子6与各轨道面3b、5b的摩擦力而产生差动限制力。在此场合，在各滚子6与各轨道面3b、5b上施加由各锥形弹簧8产生的预压力。

就是如图6A所示、当锥齿轮3的轨道面3b在施加了轴向推动力F的状态下沿一方向旋转(以下称正转)时，由于一面用保持架7对各滚子6沿转轴的轴向一方向、即如图中虚线箭头所示、沿着相对旋转轨道倾斜了角度β1的方向(各轨道面3b、5b的直径变小方向)的转动进行限制，一面如图中实线所示、沿各轨道面3b、5b的旋转轨道转动，在各滚子6与各轨道面3b、5b间产生和推力F成比例的摩擦力。此外、如图6B所示、当轨道面3b沿另一方向旋转(以下称反转)，由于一面用保持架7对各滚子6沿旋转轴方向的另一方向、即如图中虚线所示、相对旋转轨道沿倾斜角度β1方向(各轨道面3b、5b的直径变大方向)的转动进行限制，一面如图中实线所示，沿各轨道面3b、5b的旋转轨道转动，在各滚子6与各轨道面3b、5b间产生和推力F比例的摩擦力。此时，由于各滚子6一面转动一面产生滑动摩擦，因不发生静摩擦、而经常为动摩擦从而得到稳定的阻力，即使在初期阶段暂时发生静摩擦场合，也因各滚子6的转动瞬间向动摩擦转移。此外，由于在轨道面3b的正转中，各滚子6沿各轨道面3b、5b的直径变小方向转动，而在反转中，各滚子6沿各轨道面3b、5b的直径变大方向转动，即使在推力F相等的场合，也因轨道面3b的旋转方向发生的磨擦力的大小分别不同，使正转中的磨擦力比反转中的磨擦力大。

此外，在上述实施例中，在一锥齿轮3的一侧的各滚子6沿各轨道面3b、5b的直径变小(或变大)方向转动的场合，通过使另一锥齿轮3的一侧的各滚子6沿各轨道面3b、5b的直径变大(或变小)方向转动、分别排列各锥齿轮3的一侧的各滚子6，能使在各锥齿轮3的任何转动方向都产生相等的差动限制力。

然而，本申请人用实验和理论对倾斜角α1从3°到40°、倾斜角β1从5°到85°范围的各滚子的倾斜角α1、β1与磨擦力矩P的关系进行了确认。

就是、如图7所示、在轨道面3b的正转中的各滚子6的倾斜角α1为5°以下的场合，显示出随着倾斜角β1变小而摩擦力矩P急剧变大的特性。此外，在倾斜角比5°大的场合，显示摩擦力矩P无急剧变动，然而，当倾斜角α1为20°以上时，不管倾斜角β1的大小如何，都无法得到实用上有效值以上的摩擦力矩P。另外，在各滚子6的倾斜角β大于25°的场合，除了倾斜角α1为5°以下时，都未显示出摩擦力矩P有剧烈变动，然而，当倾斜角β1为25°以下时，摩擦力矩P大幅度减少，无法得到实用上有效值以上的摩擦力矩P。此外、如图8所示，在轨道面反转场合，无论倾斜角α1为何值，都显示出摩擦力矩P随倾斜角β1变小而同样减少的特性，然而，当倾斜角α达到20°以上时，无论倾斜角β1的大小如何，均难以得到实用上有效值以上的摩擦力矩P。此外，即使在倾斜角α1小于20°的场合，在倾斜角β1小于25°时、均难以得到实用上有效值以上的摩擦力矩P。此外，对于倾斜角β1大于85°的场合，未予实际确认，然而，若根据上述实验数据，可以推测在倾斜角β1直至90°为止时的磨擦力矩P与85°的场合大致相等。

这样，若根据本实施例的差动装置，由于通过在与齿轮箱1成一体旋转的各压力环5的轨道面5b和与各驱动轴成一体旋转的各锥齿轮3的轨道面3b间设置多个滚子6，使各滚子6的转轴相对各轨道面3b、5b的转轴而成的角度α1大于5°、小于20°，同时使各滚子6的转轴相对包含各轨道面3b、5b的转轴的平面而成的角度β1大于25°、小于90°，能在各滚子6与各轨道面3b、5b间始终产生稳定的摩擦力，即使在低速旋转时也能得到不产生爬行的差动限制力。在此场合，由于通过将各滚子6的倾斜角设定成任意大小，能改变摩擦力的大小，因而能根据不同目的得到相应的差动限制力。

此外，在上述实施例结构中，在沿图4的II-II线的剖视图，即在包含滚子6的转轴6a的截面中，如图9所示、在使各轨道面3b、5b与滚子6的外周面沿轴方向均匀接触场合，使滚子6的轴向两端侧的接触压力比中央侧的大。因此，如图10所示、若将包含滚子6的转轴的截面中的各轨道面3b、5b分别相对滚子6的外周面形成凸形曲线状，能使滚子6的轴向接触压力均匀，使滚子6的偏磨损减少。此外，如图11所示、在包含滚子6的转轴的截面中，即使将各轨道面3b、5b形成直线状的场合，通过将滚子6的外周面相对各轨道面形成凸形的曲线状，也能获得与上述同等的效果。

图12-14表示上述滚子的其它排列例，图12为滚子与保持架的展开图，图13为简要表示滚子倾斜角的图，图14为表示滚子倾斜角与摩擦力矩关系的图。

就是同图所示各滚子6相对包含旋转体旋转轴的平面每次按相同数目互向相反方向倾斜。如图13A所示，在各滚子6的转轴6a相对齿轮箱1的旋转轴1b分别成为规定倾斜角α2的同时，如图13所示，相对包含转轴1b的平面分别成为规定的倾斜角β2。在此场合，设定成各滚子6的倾斜角α2大于3°、小于20°，倾斜角β2大于25°，小于90°。此外，倾斜角β2是从垂直相交于滚子6的转轴6a方向可看的角度。

根据以上结构，与上述实施例一样，在各滚子6与各轨道面3b、5b间产生和轴向推动力F成比例的磨擦力。在此场合，由于各滚子6相对包含各轨道面3b、5b的旋转轴的平面每次按相同数目互向相反方向倾斜，在轨道面3b的任一旋转方向都产生相等的摩擦力。

在本实施例中，本申请人用实验与理论分析对各滚子的倾斜角α2、β2与摩擦力矩P的关系，在倾斜角α2从3°到40°、倾斜角β2从5°到85°的范围进行了确认。

就是如图14所示，无论各滚子的倾斜角α2为何值，都显示出磨擦力矩P随倾斜角β2变小而同样减小的特性，然而，当倾斜角达到20°以上，无论倾斜角β2的大小如何，都无法获得实用上有效值以上的摩擦力矩。此外，即使在倾斜角α2小于20°的场合，在倾斜角β2小于25°时，都无法得到实用上有效值以上的的摩擦力矩P。此外，对于倾斜角β2大于85°的场合，未予实际确认，然而，若根据上述实验数据，可以推测在倾斜角β2直至90°为止时的磨擦力矩P与85°的场合大致相等。

图15-17表示本发明第2实施例。对于与第1实施例同等的结构部分便带相同标号、省略对其详细说明。

就是、本实施例的差动装置，由齿轮箱10，将齿轮箱10的一端堵塞的齿轮箱盖2，相互同轴面对面配置的一对锥齿轮11，在各锥齿轮11间配置的多个小齿轮12，与齿轮箱10成一体旋转的一对第1压力环13，与各锥齿轮11成一体旋转的一对第2压力环14，分别配置在第1、第2压力环13、14间的多个滚子6，将各滚子6相互隔开、保持成可自由旋转的保持架7，分别将各第1压力环13向各第2压力环14的一侧按压的一对锥形弹簧8，以及分别将各第2压力环14向各第1压力环13的一侧按压的一对第3压力环13组成，由齿轮箱10、齿轮箱盖2以及第1和第3压力环13和15构成输入侧旋转体，由各锥齿轮11及各第2压力环14构成输入出侧旋转体。

将齿轮箱10的一端形成开口的筒状，在其另一端上设置支承一锥齿轮11的轴承10a。沿齿轮箱10的周围形成法兰10b，在法兰10b上设置多个螺栓插通用孔10c，此外，在齿轮箱10的内面上形成沿轴向延伸、且沿周向相互间隔的各条槽10d。此外，在图16中省略表示法兰10b。

使各锥齿轮11的齿面相互面对面，具有与未图示的车轮侧驱动轴相连的连接部11a。此外，在各锥齿轮11的背面一侧上设置沿轴向延伸、沿周向相互间隔的多条槽11b。

可自由旋转地安装在小齿轮轴12a上的各小齿轮12分别与各锥齿轮11相啮合。

将各第1压力环13形成以旋转轴为中心的环状，在其外周面上分别设置与齿轮箱10的各槽10d嵌合的多根突起13a。就是分别将各第1压力环13沿轴向自由移动地支承在齿轮箱10上。此外，在各第1压力环13的内周面上形成面对第2压力环14的轨道13b。

将各第2压力环14形成以旋转轴为中心的环状，在其内周面上设置分别与各锥齿轮11的各槽11b嵌合的多根突起14a。就是分别将各第2压力环14沿轴向移动地支承在各锥齿轮11上。此外，在各第2压力环14的内周面上形成面对第1压力环13的轨道面13b的轨道面14b。此外，与第1实施例同样形成本实施例的各轨道面13a、14b。

将第3压力环15形成从轴向两端侧将各锥齿轮11和各小齿轮12覆盖，在其外周面上设置沿周向相互间隔、与齿轮箱10的各槽10d嵌合的多根突起15a。就是分别将各压力环15沿轴向可自由移动地支承在齿轮箱10上，同时成为为面向轴向的一个方向(轨道机14b与轨道面13b接近方向)、与各第2压力环14的一端面相接触。此外，在各第3压力环15的对向面上沿周向相互间隔设置多条V形槽15b，如图17所示，将小齿轮轴12a收容在各槽15b中。

在如上构成的差动装置中，在齿轮箱10的法兰10b上安装与发动机侧相连的环齿轮(未图视)，成为用发动机的驱动力使齿轮箱10旋转。在此场合，在限制回转等中，当在两驱动轮的驱动轴(未图示)上产生转差时，使各锥齿轮11间的各小齿轮12产生自转，达到各驱动轴的差动。此外，当驱动力施加在齿轮箱10上时，各第3压力环15的V形槽15b与小齿轮轴12a压接，如图17所示、因槽15a的倾斜面分别在各第3压力环15上产生轴向推力F。据此，当在各驱动轴上产生转差时，各滚子与各第1、第2压力环13、14的轨道面13b、14b形成压接的同时转动，用各滚子6与各轨道面13b、14b的摩擦力产生差动限制力。此外，关于各滚子6的倾斜角与摩擦力的产生原理则与第1实施例相同。

这样，根据本实施例的差动装置，与第1实施例一样，由于通过用各滚子6的转动产生摩擦力，能始终得到稳定的差动限制力，同时通过各第3压力环15的按压能可靠地产生推力、能始终得到有效的差动限制力。

Claims (6)

1.一种差动装置，具备因来自外部输入的驱动力围绕轴心旋转的输入侧旋转体，与该输入侧旋转体同轴配置的一对输出侧旋转体，容许各输出侧旋转体具有转差、同时将输入侧旋转体的旋转力传递至各输出侧旋转体，其特征在于还具备配置在与上述输入侧旋转体成一体旋转的轨道面和与上述输出侧旋转体成一体旋转的轨道面间、当各输出侧旋转体相互产生转差时、与上述各轨道面接触、同时进行滚动的多个滚子，以及将各滚子沿各轨道面的周向相互间隔、保持成可自由转动的滚子保持体，使各滚子的转轴相对输入侧与输出侧旋转体的旋转轴呈小于20°角度倾斜的同时，相对包含输入侧及输出侧旋转体旋转轴的平面呈大于25°、小于90°角度倾斜。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于在使上述各滚子的转轴相对输入侧及输出侧旋转体旋转轴呈大于5°的角度倾斜的同时、相对包含输入侧及输出侧旋转体旋转轴的平面呈规定角度沿同一方向倾斜。

3.根据权利要求1所述装置，其特征在于使所述各滚子旋转轴相对输入侧及输出侧旋转体的旋转轴呈大于3°的角度倾斜的同时，相对包含输入侧与输出侧旋转体转轴的平面呈规定角度各按规定个数沿相反方向倾斜。

4.根据权利要求3所述装置，其特征在于把相对包含上述输入侧及输出侧旋转体旋转轴的平面沿互为相反方向倾斜的滚子沿输入侧及输出侧的周向各按同样的数目交替配置。

5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述装置，其特征在于在包含所述滚子转轴的截面内，分别将上述各轨道面形成相对滚子外周面成凸状。

6.根据权利要求1-4中任一权利要求所述装置，其特征在于在包含滚子转轴的截面内，分别将所述各滚子的外周面形成相对各轨道面成凸状。

Images