CN1926359A - 热补偿差速器 - Google Patents

Abstract

一种热补偿差速器(10)，包括：壳体(12)；安装在壳体(12)中的小齿轮(20)；差速器箱体(16)，其承载环形齿轮(18)，且所述箱体(16)由第一滚柱轴承(28)和第二滚柱轴承(30)支撑，所述轴承(28，30)间接安装，且所述第一和第二滚柱轴承(28，30)与可调节的垫片(32，34，36，38)接触。

Description

热补偿差速器

相关申请的交叉引用

本申请要求2004年2月24日提交的序列号为60/547,118的美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明总体上涉及对置的减摩轴承，更具体来说，涉及用于在壳体与差速器支架或箱体或者由不同材料或金属构造的齿轮减速单元之间设置减摩轴承的设备或安装方法。

背景技术

差速齿轮机构将转矩从输入轴构件传递到一对输出轴构件。差速齿轮机构的一种典型应用是汽车，其中该对输出轴构件附连于后轮。通常使用诸如汽油机或电机等转矩产生装置驱动输入构件。驱动产生装置产生的转矩通过轭状件传递到差速齿轮机构的输入轴构件，所述轭状件呈花键状而与输入轴构件的一端相接合。在常规的差速器齿轮中，输出轴构件一般垂直于输入轴构件定位。多数差速齿轮机构使用与相邻环形齿轮相配合的传动小齿轮来将转矩从输入轴构件传递到输出轴构件。减摩轴承结合到差速齿轮组件中，以允许所有的轴构件以大体自由的方式旋转。减摩轴承的一个示例是锥形滚柱轴承。该锥形滚柱轴承包括具有内座圈的圆锥内圈、具有外座圈的圆锥外圈以及多个容纳在滚柱保持架内的滚柱件，该滚柱保持架定位于内座圈和外座圈之间。

一些在差速齿轮机构中已知的部件可包括壳体以及差速器支架或箱体，用于封装该机构。在一些差速齿轮机构中，壳体由诸如铝等具有高热膨胀系数的轻重量材料制成。差速器支架或差速器箱体由铁、钢或其他强度高于该壳体且热膨胀系数低于铝的金属制成。由于所使用的材料或金属中的差异，在铁制差速器支架与铝制壳体之间可能会发生热膨胀。如果在减摩轴承的顶点面向外时发生热膨胀，则壳体将比差速器支架轴向膨胀更大量，导致轴承松脱。另外，容纳轴承的壳体孔的直径将扩张到一个更大的量，导致轴承更加松脱。如果发生此情况，则该差速器齿轮机构中的减摩轴承会松脱，这会使得该机构不正常旋转、不均匀或过早地磨损、出现故障或产生噪音。

在通常的汽车双曲面齿轮传动中，锥形滚柱差速轴承形式的减摩轴承的顶点面向外安装。在力图补偿铝制壳体和铁制差速器支架的热性能方面的差异时，轴承的顶点彼此相面对地取向。但是，即使减摩轴承是朝向内部的，轴向膨胀上的差异也使轴承变紧、同时直径的效果也是相同的，低偿了相反效应。为了设置或定位轴承，轴承应该在预加载条件下操作，其特征在于，轴承中轴向和径向上都没有间隙。但是，已经证实，当轴承顶点向内取向时，由于需要压配合在差速器箱体上，设置或组装这些轴承非常困难。补偿铝制壳体和铁制差速器支架之间的热膨胀进而能够设置轴承是有利的。

发明内容

本发明涉及一种热补偿差速器，其使用减摩轴承，每个减摩轴承具有内座圈和外座圈以及沿座圈上的滚道滚动的滚动件。每个减摩轴承都具有设置在所述座圈之间的保持架，所述保持架在座圈之间与所述滚柱互锁，从而，随着所述滚柱沿滚道滚动，所述保持架在所述座圈之间回转。该差速器具有由一种材料制成的壳体和由另一种不同材料制成的差速器箱体。减摩齿轮间接安装。一对可调节的垫片设置在该减摩轴承附近。每个垫片在其一个表面上具有波浪图案，使得垫片彼此邻近放置时，垫片可以彼此配合。每个垫片还具有齿，其使得可以由工具相对另外的垫片转动其中一个垫片，以调节垫片之间的宽度。

由此，可认识到本发明的一个目的在于提供一种能够补偿由于材料不同而可能发生的热膨胀的热补偿差速器。

本发明的另一目的在于提供一种热补偿差速器，其能够高度可靠地和容易地使用。

本发明的又一目的在于提供具有可调节的垫片的热补偿差速器，可调节所述垫片以精确地设置间接安装的轴承。

本发明的再又一目的在于提供一种热补偿差速器，其包括设置减摩轴承的方法。

在结合附图考虑下述详细说明之后，将更加清楚本发明的这些和其他目的和优点。

附图说明

图1是根据本发明构造的热补偿差速器的局部截面图；

图2是第一构造状态中的热补偿差速器的局部截面图；

图3是用于调节本发明的热补偿差速器的垫片的一对工具的局部截面图；

图4是用于固定本发明的热补偿差速器的垫片的焊缝的局部截面图；

图5是本发明的热补偿差速器的垫片的前视图；

图6是一对彼此配合的垫片的局部侧视图；

图7是一对彼此相对转动了的垫片的局部侧视图；

图8A是热补偿差速器的其中一个垫片的厚度作为转动角度的的函数的图表；以及

图8B是热补偿差速器的其中另一个垫片的厚度作为转动角度的函数的图表。

具体实施方式

以下参照附图、具体是参照图1，示出了根据本发明构造的热补偿差速器10。热补偿差速器10具有可以由铝制成的轴壳体12。壳体12用于覆盖或容置差速齿轮机构14。机构14包括：由不同于制成壳体12的材料的金属制成的差速器箱体16、与传动小伞齿轮20啮合的环形齿轮18以及小齿轮轴22。差速器10为用于汽车车轴的齿轮减速单元的专用形式。一对滚柱轴承支撑小齿轮20和小齿轮轴22。壳体12和箱体16由第一或左侧滚柱轴承组件28和第二或右侧滚柱轴承组件30支撑。第一对可调节的盘或垫片32和34与第一滚柱轴承组件28相关联，而第二对可调节的盘或垫片36和38与第二滚柱轴承组件30相关联。使用止动环40将组件28、30与垫片32、34、36及38保持在适当的位置上。

第一滚柱轴承组件28具有圆锥内圈42形式的内座圈和圆锥外圈44形式的外座圈、锥形滚柱46形式的滚动件以及保持架48。滚柱46形成一排位于圆锥内圈42和圆锥外圈44之间。使用保持架48保持滚柱46之间的正确间距以及在圆锥内圈42从圆锥外圈44移开时将滚柱46保持在圆锥内圈42周围。圆锥内圈42具有锥形滚道50、背面52、止推挡边54以及前面56。圆锥外圈44具有锥形滚道58、背面60以及前面62。

锥形滚柱46配合在圆锥内圈42和圆锥外圈44之间，其锥形面抵靠着滚道50和58以及止推挡边54。止推挡边54阻止滚柱46沿滚道50和58上移且移出圆锥内圈42与圆锥外圈44之间的空间。

第二滚柱轴承组件构造与第一滚柱轴承组件28类似，具有圆锥内圈64形式的内座圈和圆锥外圈66形式的外座圈、锥形滚柱68形式的滚动件以及保持架70。滚柱68形成单排位于圆锥内圈64和圆锥外圈66之间。使用保持架70来保持滚柱68之间的正确间距以及在圆锥内圈64从圆锥外圈66移开时将滚柱68保持在圆锥内圈64周围。圆锥内圈64具有锥形滚道72、背面74、止推挡边76以及前面78。圆锥外圈66具有锥形滚道80、背面82以及前面84。

锥形滚柱68配合在圆锥内圈64和圆锥外圈66之间，其锥形面抵靠着滚道72和80以及止推挡边76。止推挡边76阻止滚柱76沿滚道72和80上移且移出圆锥内圈64与圆锥外圈66之间的空间。

第一滚柱轴承组件28和第二滚柱轴承组件30以间接轴承安装布置(indirect bearing mounting arrangement)方式安装。术语“间接轴承安装布置”在轴承工业中是标准术语，其表明两个相邻锥形滚柱轴承件物理上的安装布置。进一步来说，每个滚柱46具有顶点86，而每个滚柱68具有顶点88。顶点86与顶点88面对。

以下参照图2，图示说明了用于构造热补偿差速器10的初始步骤。在此初始步骤中，差速器箱体16插入到壳体12中，然后以下述方式实现轴承预加载和齿轮18的调节。小齿轮20安装在壳体12内，而后，将箱体16安装在壳体12中。第一滚柱轴承组件28的圆锥外圈44和第二滚柱轴承组件30的圆锥外圈66以干涉配合方式安装在壳体12内。第一滚柱轴承组件28的圆锥内圈42和第二滚柱轴承组件30的圆锥内圈64局部地压在差速器箱16上。尽管未图示，第一对可调节垫片32和34安装在箱体16上，第二对可调节垫片36和38也安装在箱体16上。同时，尽管未图示，使用止动环40来保持住垫片32、34、36和38。差速器箱体16向右移动以使环形齿轮18与小齿轮20接触或固定一起。在此时，进行测量A1的尺寸，其表示齿轮设在一起时的差速器箱16与壳体12之间的关系。

再次参照图1，在调节第一对可调节垫片32和34时——其时左侧轴承28是固定的——测量尺寸A。要设定的尺寸A的目标值等于所测量的尺寸A1、目标齿轮间隙以及所希望的左侧或第一轴承28的预加载尺寸的总和。已经事先确定了目标齿轮间隙来提供所希望的齿轮接触斑点。通过调节第二对可调节垫片36和38、同时测量尺寸A而进行最终的调节。要设定的尺寸A的目标值等于所测量的尺寸A1与目标齿轮间隙的总和。因为所有的测量都要求轴承是固定的，优选地，存在轴承的旋转以改善精度。现在获得了所要求的齿轮18与小齿轮20之间的精确间隙。

图3示出了工具100和工具102，其用于将第一对可调节垫片32和34调节到所希望的用于左侧或第一滚柱轴承组件28的目标尺寸A。工具100和102用于驱动或转动垫片32和34。第二对可调节垫片36和38也可使用工具100和102以相同方式进行调节。一旦将第一对可调节垫片32和34以及第二对可调节垫片36和38分别调节成所希望的目标尺寸，将垫片32和34彼此焊接在一起且垫片36和38也彼此焊接在一起。

现在参照图4，示出焊缝104，其用于将垫片32和34保持在一起以防止垫片32和34的进一步移动或转动。尽管未图示，垫片36和38也以相同的方式焊接在一起。

图5示出了垫片32的构造的立体图。垫片32为盘状，沿该垫片32的外周具有花键齿110。在各齿110之间设有凹口区域112，该凹口区域112的形状允许工具100可以与之配合。工具100插入其中一个凹口112而迫促垫片32运动。垫片36类似于垫片32。此外，除了垫片34和38的直径小于垫片32的直径之外，垫片34和38的构造也与垫片32类似。

现在参照图6，示出垫片32和34处在配合位置上。具体来说，垫片32具有外面120和内面122，且内面122成波浪构型或图案。外面120具有平滑或平直构型。垫片34具有平滑或平直构型的外面124和波浪构型或图案的内面126。波浪构型122和126具有大约0.010英寸的峰-谷高度。在面122和126上可至少有三个波浪。当安装时，垫片32和34的内面122和126可彼此嵌套靠着，以此方式，垫片32和34的总宽度最小。如果需要增加垫片32和34的宽度，使用工具100和102来使得垫片32和34相对地彼此转动。当垫片32和34相对地彼此转动时，垫片32和34的总厚度或宽度增加。图7图示说明了垫片32和34被转动而增加了垫片32和34的宽度。如前面指出的，当实现了垫片32和34的所希望的宽度或目标尺寸时，将垫片32和34焊接在一起以防止任何不希望的相对转动。另外的垫片36和38可以类似方式转动来实现目标尺寸，且一旦达到目标尺寸，可将垫片36和38彼此焊接以防止进一步的运动。

在从对置垫片32和34的轴线起的每个径向距离处的厚度变化以特定函数f(角度)来限定，如图8A和8B所示。例如，垫片32的厚度t可以为t＝0.155+0.005×sin(3×角度)，如图8A所示。另外，在从轴线起的任意及所有径向距离处，垫片34的厚度t可以为t＝0.155-0.005×sin(3×角度)，如图8B所示。在此具体情况下，各垫片32和34的最大厚度为0.16英寸。垫片32和34的整个内面122和126分别大致符合这些函数。这实现了最大接触区域与最小接触压力，从而避免垫片32和34的磨损。正如可以理解的，在从垫片36和38的轴线起的各径向距离处的厚度变化也以如图8A和8B所示的特定函数f(角度)限定，与对置垫片36和36一致。具体来说，垫片36的厚度t可以为t＝0.155+0.005×sin(3×角度)，如图8A所示，而垫片38的厚度t可以为t＝0.155-0.005×sin(3×角度)，如图8B所示。此外，可构造具有各种尺寸或宽度的垫片32、34、36和38，以与热补偿差速器10一起使用。根据对目标尺寸的计算，可使用各种不同宽度的垫片32、34、36和38。

垫片或盘32的直径大于垫片或盘34的直径。而且，垫片或盘36的直径大于垫片或盘38的直径。盘32的内面122的波动的特征在于：从盘的轴线起的各径向距离处的盘32厚度符合t＝T32+f(角度)，其中T32是盘32的标称厚度，而f(角度)是盘32绕其轴线转动的角度的函数。垫片或盘34的内面126的波动的特征在于从盘的轴线起的各径向距离处的盘34厚度。其符合t＝T34-f(角度)，其中T34是盘34的标称厚度，而f(角度)是盘34绕其轴线转动的角度的函数。此外，盘36的内面的波动类似于盘32的内面的波动，而盘38的内面的波动类似于盘34的内面的波动。函数f(角度)可定义为sin(n×角度)，其中n大于或等于3。

实际上，本发明的热补偿差速器10可以下述方式构造或组装。小齿轮20安装在壳体12中，而后，将箱体16安装到壳体12中。第一滚柱轴承组件28的圆锥外圈44和第二滚柱轴承组件30的圆锥外圈66以干涉配合方式安装在壳体12中。第一滚柱轴承组件28的圆锥内圈42和第二滚柱轴承组件30的圆锥内圈64部分地压在差速器箱体16上，未处于其最终位置。第一对可调节垫片32和34安装在箱体16上，第二对可调节垫片36和38也安装在箱体16上。然后，差速器箱体16被移动到右侧以使齿轮18与小齿轮20接触。然后测量尺寸A1。这表示测量了差速器箱体的轴向位置。调节第一对可调节垫片32和34，然后安装止动环40。调节第二对可调节垫片36和38，然后安装止动环40。然后将第一对可调节垫片32和34以及第二对可调节垫片36和38彼此焊接以防止移动。

可以理解，在本发明范围内，本发明实施方式的各方面可以按照各种结合形式结合来形成其他可选择的实施方式。

由上所述，在本文中清楚地示出和说明了实现所追求的各种目的和优点的热补偿差速器。但是，对于本领域普通技术人员来说，显然可实现或构想对主题热补偿差速器的多种变化、变体、变例和其他使用及应用。所有未脱离本发明精神和原则的变化、变体、变例和其他使用和应用均由本发发明所涵盖，其仅受限于所附权利要求。

Claims (20)

1.一种热补偿差速器，包括：壳体；安装在所述壳体中的小齿轮；差速器箱体，其承载环形齿轮，所述箱体由第一滚柱轴承和第二滚柱轴承支撑，所述轴承间接地安装，且所述第一和第二滚柱轴承与可调节的垫片接触。

2.如权利要求1所述的热补偿差速器，其中所述可调节的垫片每个均包括一对盘。

3.如权利要求2所述的热补偿差速器，其中每个盘在其外周上具有多个齿。

4.如权利要求2所述的热补偿差速器，其中每个垫片都具有外面和内面，且所述内面具有波浪构型。

5.如权利要求4所述的热补偿差速器，其中所述内面适于彼此嵌套。

6.如权利要求2所述的热补偿差速器，其中所述盘彼此焊接。

7.如权利要求2所述的热补偿差速器，其中所述盘能够相对于彼此转动。

8.如权利要求1所述的热补偿差速器，进一步包括止动环，用于将所述可调节的垫片保持于所述第一滚柱轴承和所述第二滚柱轴承。

9.一种热补偿齿轮减速单元，包括：壳体；安装在所述壳体中的小齿轮；差速器箱体，其承载环形齿轮，所述箱体由第一滚柱轴承和第二滚柱轴承支撑，所述轴承间接安装，所述第一滚柱轴承与第一对可调节的垫片接触，所述垫片中的每一个均具有波浪面，而所述第二滚柱轴承与第二对可调节的垫片接触，所述垫片中的每一个均具有波浪面。

10.如权利要求9所述的热补偿齿轮减速单元，其中所述第一对可调节垫片的其中一个垫片具有第一直径，所述第一对可调节垫片的其中另一个垫片具有第二直径，且该第一直径大于该第二直径。

11.如权利要求9所述的热补偿齿轮减速单元，其中每个垫片在其外周上具有多个齿。

12.如权利要求11所述的热补偿齿轮减速单元，其中所述齿适于由工具接合而转动所述垫片

13.如权利要求9所述的热补偿齿轮减速单元，进一步包括止动环，用于将所述可调节的垫片保持于所述第一滚柱轴承和所述第二滚柱轴承。

14.如权利要求9所述的热补偿齿轮减速单元，其中所述第一对可调节的垫片的波浪面适于彼此嵌套。

15.如权利要求9所述的热补偿齿轮减速单元，其中所述第一对可调节垫片彼此焊接，且所述第二对可调节垫片彼此焊接。

16.如权利要求9所述的热补偿齿轮减速单元，其中所述第一对可调节垫片的其中一个垫片具有厚度，且所述波浪面的特征在于：在从该垫片的轴线起的各径向距离处，垫片厚度符合等式t＝T1+f(角度)，其中T1为所述垫片的标称厚度，f(角度)为所述垫片绕其轴线的转动角度的函数，而所述第一对可调节垫片的其中另一个垫片具有厚度，该另一个垫片的波浪面的特征在于：在从该垫片的轴线起的各径向距离处，垫片厚度符合等式t＝T2+f(角度)，其中T2为所述垫片的标称厚度，f(角度)为所述垫片绕其轴线的转动角度的函数。

17.如权利要求16所述的热补偿齿轮减速单元，其中f(角度)等于sin(n×角度)，其中n大于或等于3。

18.一种构造热补偿差速器的方法，该热补偿差速器具有：壳体；安装在所述壳体中的小齿轮；差速器箱体，其承载环形齿轮，且所述箱体由第一滚柱轴承和第二滚柱轴承支撑，所述轴承间接安装；所述方法包括以下步骤：确定第一滚柱轴承的第一位置；确定第二滚柱轴承的第一位置；选择第一对可调节垫片；选择第二对可调节垫片；抵靠着所述第一滚柱轴承轴承安装所述第一对可调节垫片；以及抵靠着所述第二滚柱轴承安装所述第二对可调节垫片。

19.如权利要求18所述的方法，进一步包括以下步骤：将所述第一对可调节垫片彼此焊接，以及将所述第二对可调节垫片彼此焊接。

20.如权利要求18所述的方法，进一步包括安装步骤，该安装步骤包括：相对所述第一对可调节垫片中的其中一个垫片转动所述第一对可调节垫片中的另一个垫片，以及相对所述第二对可调节垫片中的其中一个垫片转动所述第二对可调节垫片中的另一个垫片。

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