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Für die Anmeldung
wird die Priorität
der am 19. Januar 2006 eingereichten japanischen Patentanmeldung
Nr. 2006-011642
beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
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Die
Erfindung betrifft eine Differentialvorrichtung eines Fahrzeuges.
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Die
offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. H01-275934 offenbart eine Differentialvorrichtung
des Kegelradtyps. Bei dieser Vorrichtung sind ein Paar Seitenräder (Abtriebsräder) derart
angeordnet, dass sie mit Ritzeln (Ausgleichräder) in denselben Teilkreisradien
in Eingriff stehen, und daher wird die Differentialvorrichtung als „Differentialvorrichtung
des Typs mit gleichem Drehmomentverteilungsverhältnis" bezeichnet, die gleiche Antriebsdrehmomente
auf die linken und die rechten Räder verteilt.
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Um
die oben genannte Differentialvorrichtung des „Kegelradtyps" als ein Mittendifferential (d.h.
eine Differentialvorrichtung, die eine Antriebskraft eines Motors
auf die Vorder- und die Hinterräder verteilt)
einzusetzen und die Antriebskräfte
weiter mit unterschiedlichen Drehmomenten (d.h. durch ein ungleiches
Drehmomentverteilungsverhältnis)
auf die Vorder- und die Hinterräder
zu verteilen, ist es notwendig, dass das eine Seitenrad an der einen
Seite und das andere Seitenrad an der anderen Seite in unterschiedlichen
Teilkreisradien mit den Ritzeln in Eingriff stehen.
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Herkömmlich wird
dies dadurch erreicht, dass eine Ritzelwelle, welche die Ritzel
trägt,
schräg (d.h.
nicht senkrecht) zu einer Drehachse der Differentialvorrichtung
angeordnet ist.
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Um
die Ritzelwelle schräg
zur Drehachse der Differentialvorrichtung anzuordnen, ist jedoch
wenigstens eine der folgenden Maßnahmen erforderlich: (1) Versehen
eines Differentialgehäuses
mit einer speziellen Stützstruktur
zum Abstützen
der Ritzelwelle in einer Schrägstellung;
(2) Versehen der schräggestellten
Ritzelwelle mit einer speziellen Stützstruktur zum Abstützen der
Ritzel; und (3) Vorsehen eines Druckblocks zum Abstützen der
inneren Enden der Ritzelwelle.
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Bei
diesen Maßnahmen
ist es erforderlich, die Stützabschnitte
oder Stützelemente
zum Realisieren der oben genannten Strukturen mit hoher Genauigkeit
zu bearbeiten. Außerdem
werden diese Maßnahmen
von schwierigem und kompliziertem Zahnfräsen für die Ritzel und die Seitenräder begleitet.
Demzufolge würde
die resultierende Differentialvorrichtung eine komplizierte Struktur
haben, die hohe Herstellungskosten verursacht.
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Unter
den oben genannten Umständen
ist es ein Ziel der Erfindung, eine Differentialvorrichtung zu schaffen,
die keine spezielle Stützstruktur
für die
Ritzelwelle und die Ritzel benötigt
und keine hohe Genauigkeit bei der Bearbeitung der Bauteile der
Differentialvorrichtung erfordert. Außerdem ist es ein anderes Ziel
der Erfindung, eine Differentialvorrichtung mit einer einfachen
Struktur zu schaffen, die ein Verteilungsverhältnis des Antriebsdrehmoment
mit geringen Kosten ermöglicht.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Differentialvorrichtung eines Fahrzeuges vorgesehen, aufweisend Ausgleichräder, an
welche ein Antriebsdrehmoment eines Motors abgegeben wird, und ein
Paar Abtriebsräder,
die mit den Ausgleichrädern
in Eingriff stehen, um das von den Ausgleichrädern abgegebene Antriebsdrehmoment
auf Fahrzeugräder
zu verteilen, wobei die Differentialvorrichtung derart aufgebaut
ist, dass die jeweiligen Teilkreisradien der mit den Ausgleichrädern in
Eingriff stehenden Abtriebsräder
in Übereinstimmung
mit einem gewünschten
Verteilungsverhältnis
des an die Fahrzeugräder
zu übertragenden
Antriebsdrehmoments veränderbar
sind.
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Die
Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 einen
Schnitt eines Mittendifferentials gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 einen
Schnitt entlang der Linie II-II in 1;
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3 einen
Schnitt eines Mittendifferentials gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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4 eine
schematische Ansicht eines Antriebssystems eines Fahrzeuges mit
einem Motor in Queranordnung; und
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5 eine
schematische Ansicht eines Antriebssystems eines Fahrzeuges mit
einem Motor in Längsanordnung.
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Mit
Bezug auf die Zeichnung werden Ausführungsformen der Erfindung
ausführlich
beschrieben.
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Mit
Bezug auf 1 und 2 wird eine
Differentialvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, die in der Form eines Mittendifferentials 1 gestaltet
ist.
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Das
Mittendifferential 1 ist derart aufgebaut, dass es ein
Antriebsdrehmoment eines Motors über stirnverzahnte
Ritzel 3 (Ausgleichräder)
und ein Paar Seitenräder 5, 7 (Abtriebsräder), die
den Ritzeln 3 folgen, auf Fahrzeugräder verteilt. Das eine Seitenrad 5 steht
mit den Ritzeln 3 in einem Teilkreisradius R1 in Eingriff,
während
das andere Seitenrad 7 mit den Ritzeln 3 in einem
Teilkreisradius R2 in Eingriff steht. Bei dem Mittendifferential 1 wird
ermöglicht,
dass die Teilkreisradien R1, R2 der mit den Ritzeln 3 in
Eingriff stehenden Seitenräder 5, 7 in Übereinstimmung
mit einem gewünschten
Verteilungsverhältnis
des an die Fahrzeugräder
zu übertragenden
Antriebsdrehmoments gestaltet (verändert) werden können.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung ist das Mittendifferential 1 derart aufgebaut, dass
die Seitenräder 5, 7 in
unterschiedlichen Teilkreisradien R1, R2 mit den Ritzeln 3 in
Eingriff stehen. Der eine Teilkreisradius R1, wo das eine Seitenrad 5 mit
den Ritzeln 3 in Eingriff steht, ist größer als der andere Teilkreisradius
R2, wo das andere Seitenrad 7 mit den Ritzeln 3 in
Eingriff steht. Daher wird die Beziehung zwischen den Radien R1
und R2 durch die Ungleichung „R1 > R2" ausgedrückt.
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In
der gezeigten Ausführungsform
werden ein Paar Planräder
als Seitenräder 5, 7 verwendet, während ein
Paar Stirnräder
als Ritzel 3 verwendet werden. Ein Planrad wird auch als „Stirnplanrad" bezeichnet, welches
ein scheibenartiges Zahnrad ist, das in seiner Planflächenrichtung
mit einem Stirnrad in Eingriff steht. Das eine als Planrad ausgebildete Seitenrad 5 weist
eine Anzahl von Zähnen
auf, die in Umfangsrichtung des Seitenrades 5 ausgebildet sind.
Die Zähne
bilden einen Verzahnungsabschnitt 51, der in Radialrichtung
des Seitenrades 5 eine Zahnbreite W1 hat. Es wird angemerkt,
dass die Zahnbreite nachfolgend als „Stirnbreite W1" bezeichnet wird.
Gleichermaßen
weist das andere als Planrad ausgebildete Seitenrad 7 eine
Anzahl von Zähnen
auf, die in Umfangsrichtung des Seitenrades 7 ausgebildet
sind. Die Zähne
bilden einen anderen Verzahnungsabschnitt 71, der in Radialrichtung
des Seitenrades 7 eine Zahnbreite W2 hat. Es wird angemerkt,
dass die Zahnbreite nachfolgend als „Stirnbreite W2" bezeichnet wird.
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Obwohl
die Seitenräder 5, 7 in
den unterschiedlichen Teilkreisradien R1, R2 mit den Ritzeln 3 in
Eingriff stehen, sind die Seitenräder 5, 7 in
dem Differentialgehäuse 9 derart
angeordnet, dass ihre Verzahnungsabschnitte 51, 71 mit
den Stirnbreiten W1, W2 in Radialrichtung der Seitenrädern 5, 7 einander überlappen.
Mit anderen Worten überlappt
ein axialer Vorsprung des Verzahnungsabschnitts 51 (Stirnbreite
W1), der an einer gedachten Ebene senkrecht zu einer Drehachse 23 des
Mittendifferentials 1 vorsteht, einen anderen axialen Vorsprung
des Verzahnungsabschnitts 71 (Stirnbreite W2), der an derselben
gedachten Ebene senkrecht zu der Drehachse 23 vorsteht.
Es wird angemerkt, dass der überlappende
Abschnitt zwischen den Verzahnungsabschnitten 51, 71 nachfolgend
als „radialer Überlappungsabschnitt
OL" bezeichnet wird.
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Bei
der Anordnung ist der radiale Überlappungsabschnitt
OL nahe einem axialen Mittelpunkt eines Verzahnungsabschnitts 31 (Stirnbreite
W3) der mit den Seitenrädern 5, 7 in
Eingriff stehenden Ritzel 3 positioniert.
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Die
Ritzel 3 und die Seitenräder 5, 7 sind
in einem Differentialgehäuse 9 (Aufnahmeteil)
untergebracht. Beim Betrieb wird das Differentialgehäuse 9 durch
das Antriebsdrehmoment des Motors in Drehung versetzt. Die Ritzel 3 drehen
sich zusammen mit dem Differentialgehäuse 9. Das Mittendifferential 1 weist
ferner eine Scheibe 11 mit großem Durchmesser (ein Gleitelement)
zwischen dem Differentialgehäuse 9 und
den Seitenrädern 5 und
eine Scheibe 13 mit kleinem Durchmesser (ein anderes Gleitelement)
zwischen dem Differentialgehäuse 9 und
den Seitenrädern 7 auf.
Die Scheiben 11, 13 dienen zur Begrenzung einer Differentialbewegung
zwischen den Vorderrädern
und den Hinterrädern
infolge eines Gleitwiderstandes, der auf jeweilige Eingriffsreaktionskräfte der
Seitenräder 5, 7 erzeugt
wird.
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Ferner
ist das Differentialgehäuse 9 mit
einem Aufnahmeraum SA zum Aufnehmen der mit den Ritzeln 3 in
Eingriff stehenden Seitenräder 5, 7 versehen.
Der Aufnahmeraum SA ermöglicht,
dass die Teilkreisradien R1, R2 der Seitenräder 5, 7 innerhalb eines
Bereichs der Stirnbreite W3 des Ritzels 3 variabel eingestellt
werden können.
Demzufolge muss, wenn eine Änderung
des Verhältnisses
der Verteilung des Antriebsdrehmoments auf die Räder in ein gewünschtes
Verteilungsverhältnis
erforderlich ist, das Differentialgehäuse 9 des Mittendifferentials 1 lediglich
ein Paar Seitenräder 5, 7 derart
aufnehmen, dass diese in den jeweiligen Teilkreisradien, die dem gewünschten
Verteilungsverhältnis
entsprechen, mit den Ritzeln 3 in Eingriff stehen. Infolge
des Vorsehens des Aufnahmeraumes SA ist es selbst bei einer Veränderung
des Verteilungsverhältnisses
des Antriebsdrehmoments nicht notwendig, die Ritzel 3 und das
Differentialgehäuse 9 gegeneinander
auszutauschen. Mit anderen Worten können die Ritzel 3 und das
Differentialgehäuse 9 bei
der Herstellung von Mittendifferentialen als unveränderliche
gemeinsame Bauteile gehandhabt werden.
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Die
Ritzel 3 sind an beiden axialen Enden einer Ritzelwelle 15 drehbar
abgestützt.
Die oben genannte Stirnbreite W3 ist derart gestaltet, dass deren Maß (Länge) ausreicht,
um mit dem Seitenrad 5 mit großem Durchmesser und dem Seitenrad 7 mit
kleinem Durchmesser in Eingriff zu stehen. Die Ritzelwelle 15 ist
in dem Differentialgehäuse 9 montiert,
indem sie durch Durchgangsöffnungen 17, 19 hindurchtritt.
Mittels eines Federbolzens 21 wird verhindert, dass die
Ritzelwelle 15 aus dem Differentialgehäuse 9 herausfällt. Der
Federbolzen 21 ist in dem Differentialgehäuse 9 derart
angeordnet, dass er einen Endabschnitt der Ritzelwelle 15 durchdringt.
Die Ritzelwelle 15 ist senkrecht zu der Drehachse 23 des Mittendifferentials 1 (des
Differentialgehäuses 9)
angeordnet.
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Die
Seitenräder 5, 7 sind
an Stützabschnitten 25 drehbar
abgestützt,
die in dem Differentialgehäuse 9 ausgebildet
sind. Das Seitenrad 5 mit großem Durchmesser, das mit den
Ritzeln 3 in dem Teilkreisradius R1 in Eingriff steht,
ist über
eine Achse, die durch eine Keilverzahnung mit dem Seitenrad 5 verbunden
ist, mit den Vorderrädern
oder den Hinterrädern
verbunden. Andererseits ist das Seitenrad 7 mit kleinem
Durchmesser, das mit den Ritzeln 3 in dem Teilkreisradius
R2 in Eingriff steht, über
eine andere Achse, die durch eine Keilverzahnung mit dem Seitenrad 7 verbunden
ist, mit den anderen der Vorderräder
und der Hinterräder
verbunden. Das Differentialgehäuse 9 weist
am Umfang Lagerabschnitte 27 auf, die derart ausgebildet
sind, dass die Ritzel 3 daran gleiten. Beim Betrieb können die
Lagerabschnitte Zentrifugalkräfte
der Ritzel 3 bei der Umdrehung aufnehmen.
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Jede
Zahnflanke der Seitenräder 5, 7 und der
Ritzel 3 wird einem Balligschleifen oder geringen Anfasen
unterzogen, um das Auftreten von Geräuschen und Vibrationen, die
durch beide Zahnradpaare (d.h. ein Paar Seitenräder 5 und Ritzel 3,
und ein anderes Paar Seitenräder 7 und
Ritzel 3) verursacht werden, und eine Ausbreitung von Geräuschen und Vibrationen
zwischen den Zahnradpaaren zu vermindern. Die Ritzel 3 und
die Seitenräder 5, 7 werden durch
Zahnfräsen,
Schmieden usw. hergestellt.
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Die
Antriebskraft des Motors zum Drehen des Differentialgehäuses 9 wird
von der Ritzelwelle 15 über
die Ritzel 3 an die Seitenräder 5, 7 übertragen.
Die so übertragene
Antriebskraft wird über
die obigen Achsen durch Keilverzahnung auf die Vorderräder und
die Hinterräder
verteilt.
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Dann
wird eine Differentialdrehung zwischen den Vorderrädern und
den Hinterrädern
durch Schlupfbegrenzungsmomente (Gleitwiderstände) begrenzt, die dadurch
erzeugt werden, dass die Scheiben 11, 13 durch
die Eingriffsreaktionskräfte der
Seitenräder 5, 7 an
das Differentialgehäuse 9 gedrückt werden.
Infolge der Selbstsperrwirkung ist es möglich, das Fahrverhalten und
die Stabilität
des Fahrzeuges zu verbessern. Außerdem ist es bei zwei Arten
von Scheiben 11, 13 mit unterschiedlichen Durchmessern
möglich,
dass ein auf die Vorderräder ausgeübtes Schlupfbegrenzungsmoment
anders als ein auf die Hinterräder
ausgeübtes
Schlupfbegrenzungsmoment gestaltet werden kann. Gemäß der Ausführungsform
ist es daher möglich,
ein Verhältnis des
Schlupfbegrenzungsmoments an den Vorderrädern und des Schlupfbegrenzungsmoments
an den Hinterrädern
bei einer breiten Vielfalt von Fahrzeugen im Hinblick auf die Erhöhung ihres
Fahrverhaltens und ihrer Stabilität zu steuern.
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Da
bei dem Mittendifferential 1 gemäß der Ausführungsform, wie oben erwähnt, die
Teilkreisradien R1, R2 der mit den Ritzeln 3 in Eingriff
stehenden Seitenräder 5, 7 entsprechend
einem gewünschten
Verteilungsverhältnis
des auf die Vorderräder ausgeübten Antriebsdrehmoments
zu dem auf die Hinterräder
ausgeübten
Antriebsdrehmoment gebildet werden können, ist es möglich, ein
auf die einen Vorder- und Hinterräder zu übertragendes Antriebsdrehmoment
zu erhöhen,
während
ein auf die anderen Vorder- und Hinterräder zu übertragendes Antriebsdrehmoment
verringert wird. Ferner wäre,
wenn bei dem Mittendifferential 1 die jeweiligen auf die
Vorderräder
und die Hinterräder
zu übertragenden
Antriebsdrehmomente ausgeglichen werden, das Mittendifferential 1 bei
einem „Rad"-Differential (z.B.
vordere und hintere Differentialvorrichtung) anwendbar.
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Wenn
der Teilkreisradius R1 des Seitenrades 5 vergrößert wird,
während
der Teilkreisradius R2 des Seitenrades 7 verringert wird,
kann das Mittendifferential 1 unterschiedliche Antriebsdrehmomente
an die Vorderräder
und die Hinterräder übertragen.
Außerdem
kann eine solche Struktur des Mittendifferentials mit beachtlich
niedrigen Kosten hergestellt werden.
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Es
wird angemerkt, dass die oben genannte Wirkung lediglich durch den
Eingriff der Seitenräder 5, 7 mit
den Ritzeln 3 in unterschiedlichen Teilkreisradien R1,
R2 realisiert wird. Im Unterschied zu der herkömmlichen Struktur, bei der
die Ritzelwelle in Schrägstellung
angeordnet ist, ist es gemäß der Erfindung
dementsprechend nicht erforderlich, irgendeine besondere Struktur
zu schaffen, um die Ritzelwelle 15 und die Ritzel 3 abzustützen, so
dass keine hohe Genauigkeit bei der Fertigung der Bauteile und beim
Zahnfräsen
nötig ist.
Daher wird die resultierende Struktur mit einer beträchtlichen
Reduzierung der Herstellungskosten vereinfacht.
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Gemäß der Ausführungsform
ist es aufgrund der Stirnräder
für die
Ritzel 3 und der Planräder
für die
Seitenräder 5, 7 lediglich
durch Verbreiterung der Stirnbreite W3 jedes Ritzels 3 möglich, die
Teilkreisradien R1, R2 der Seitenräder 5, 7 mit
Leichtigkeit zu verändern,
was die oben genannte Wirkung mit beachtlich geringen Kosten zur
Folge hat.
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Ferner
ist es durch das Überlappen
der axialen Vorsprünge
der Verzahnungsabschnitte 51, 71 (Stirnbreiten
W1, W2) der Seitenräder 5, 7 und
zusätzliches Überlappen
der mit den Ritzeln 3 in Eingriff stehenden Abschnitte
der Seitenräder
in dem Überlappungsabschnitt
OL möglich,
die Kippmomente der Ritzel 3 zu reduzieren, wodurch normale
Eingriffsbedingungen zwischen den Ritzeln 3 und den Seitenrädern 5, 7 geschaffen
werden. Außerdem
wird durch Positionieren des Überlappungsabschnitts
OL in der Nähe
des axialen Mittelpunktes des Verzahnungsabschnitts 31 (Stirnbreite
W3) jedes Ritzels 3 das Kippmoment des Ritzels 3 weiter
reduziert, wodurch die Eingriffsbedingungen zwischen den Ritzeln 3 und den
Seitenrädern 5, 7 und
deren Belastbarkeit (Haltbarkeit) verbessert werden.
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Durch
die Anordnung der Scheiben 11, 13 mit unterschiedlichem
Durchmesser zwischen dem Gehäuse 9 und
den Seitenrädern 5, 7 können unterschiedliche
Schlupfbegrenzungskräfte
zwischen den Vorderrädern
und den Hinterrädern
mit Leichtigkeit realisiert werden.
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Mit
Bezug auf 3 bis 5 wird nun
ein Mittendifferential 101 (Differentialvorrichtung) gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
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Das
Mittendifferential 101 ist eine Differentialvorrichtung,
die ein Antriebsdrehmoment eines Motors über Ritzel 103 (Ausgleichräder) und
ein Paar Seitenräder 105, 107 (Abtriebsräder) auf
Fahrzeugräder
verteilt. In dem Mittendifferential 101 stehen die Ritzel 103 in
einem Teilkreisradius R3 mit dem Seitenrad 105 in Eingriff,
während
die Ritzel 103 in einem anderen Teilkreisradius R4, der
von dem zuvor genannten Teilkreisradius R3 abweicht, mit dem anderen
Seitenrad 107 in Eingriff stehen. Hierbei ist der Teilkreisradius
R3, wo das Seitenrad 105 mit den Ritzeln 103 in
Eingriff steht, größer als
der andere Teilkreisradius R4, wo das andere Seitenrad 107 mit
den Ritzeln 103 in Eingriff steht. Daher wird die Beziehung
zwischen den Radien R3 und R4 durch die Ungleichung „R3 > R4" ausgedrückt.
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Wie
in 3 gezeigt, sind die Ritzel 103 an beiden
Enden einer Ritzelwelle 109 drehbar abgestützt. Jedes
Ritzel 103 ist mit zwei Verzahnungsabschnitten 111, 113 versehen.
Der Verzahnungsabschnitt 111 hat einen Teilkreisradius
R5, während
der Verzahnungsabschnitt 113 einen anderen Teilkreisradius
R6 hat, der von dem zuvor genannten Teilkreisradius R5 abweicht.
Das Seitenrad 105 weist eine Anzahl von Zähnen auf,
die in Umfangsrichtung ausgebildet sind, um einen Verzahnungsabschnitt 1051 zu
bilden. Gleichermaßen
weist das andere Seitenrad 107 eine Anzahl von Zähnen auf,
die in Umfangsrichtung ausgebildet sind, um einen anderen Verzahnungsabschnitt 1071 zu
bilden. Der Verzahnungsabschnitt 111 des Ritzels 103 steht
in dem größeren Teilkreisradius
R3 mit dem Verzahnungsabschnitt 1051 des Seitenrades 105 mit
großem
Durchmesser in Eingriff, während
der andere Verzahnungsabschnitt 113 des Ritzels 103 in
dem kleineren Teilkreisradius R4 mit dem Verzahnungsabschnitt 1071 des Seitenrades 107 mit
kleinem Durchmesser in Eingriff steht. Bezüglich des Ritzels 103 können die
Verzahnungsabschnitte 111, 113 durch Zahnfräsen oder Schmieden
einer einzelnen Grundsubstanz gebildet werden. Alternativ kann das
Ritzel 103 durch Verbinden zweier Komponenten miteinander
hergestellt werden. In diesem Falle wird die eine Komponente von
einer Grundsubstanz mit dem Verzahnungsabschnitt 111 gebildet,
während
die andere Komponente von einer anderen Grundsubstanz mit dem Verzahnungsabschnitt 113 gebildet
wird. Die Ritzelwelle 109 ist in dem Differentialgehäuse 115 montiert,
indem es durch Durchgangsöffnungen 117, 119 hindurchtritt.
Die Ritzelwelle 109 wird auch mittels eines Federbolzens 121 am
Herausfallen aus dem Differentialgehäuse 115 gehindert.
Der Federbolzen 121 ist in dem Differentialgehäuse 115 derart
angeordnet, dass er einen Endabschnitt der Ritzelwelle 109 durchdringt.
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Die
Seitenräder 105, 107 sind
an Stützabschnitten 123, 125 drehbar
abgestützt,
die in dem Differentialgehäuse 115 ausgebildet
sind. Der Verzahnungsabschnitt 1051 des Seitenrades 105 mit
großem
Durchmesser steht in dem Teilkreisradius R3 mit jedem Ritzel 3 über den
Verzahnungsabschnitt 111 in Eingriff. Der Verzahnungsabschnitt 111 ist
in Umfangsrichtung des Ritzels 103 in dem größeren Teilkreisradius
R5 ausgebildet. Eine Scheibe 127 mit großem Durchmesser
ist zwischen dem Seitenrad 105 und dem Differentialgehäuse 115 angeordnet.
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Im
Gegensatz dazu steht der Verzahnungsabschnitt 1071 des
Seitenrades 107 mit kleinem Durchmesser in dem Teilkreisradius
R4 mit dem Verzahnungsabschnitt 113 jedes Ritzels 103 in
Eingriff. Der Verzahnungsabschnitt 113 ist in Umfangsrichtung
des Ritzels 103 in dem kleineren Teilkreisradius R6 ausgebildet.
Eine Scheibe 129 mit großem Durchmesser ist zwischen
dem Seitenrad 107 und dem Differentialgehäuse 115 angeordnet.
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Bei
dem wie oben aufgebauten Mittendifferential 101 wird die
Antriebskraft eines Motors, der das Differentialgehäuse 115 dreht,
von der Ritzelwelle 109 über die Ritzel 103 an
die Seitenräder 105, 107 übertragen
und sequentiell über
Achswellen auf die Vorderräder
und die Hinterräder
verteilt.
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Dann
werden die Scheiben 127, 129 durch Eingriffsreaktionskräfte der
Seitenräder 105, 107 an das
Differentialgehäuse 9 gedrückt, wodurch Schlupfbegrenzungsmomente
(Gleitwiderstände)
erzeugt werden. Demzufolge wird eine Differentialdrehung zwischen
den Vorderrädern
und den Hinterrädern
durch die Schlupfbegrenzungsmomente begrenzt. Infolge der Selbstsperrwirkung
ist bei zwei Arten von Scheiben 127, 129 mit unterschiedlichen Durchmessern
möglich,
dass ein auf die Vorderräder ausgeübtes Schlupfbegrenzungsmoment
anders als ein auf die Hinterräder
ausgeübtes
Schlupfbegrenzungsmoment gestaltet werden kann. Gemäß der Ausführungsform
ist es daher möglich,
ein Verhältnis des
Schlupfbegrenzungsmoments an den Vorderrädern und des Schlupfbegrenzungsmoments
an den Hinterrädern
bei einer breiten Vielfalt von Fahrzeugen im Hinblick auf die Erhöhung ihres
Fahrverhaltens und ihrer Stabilität zu steuern.
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Nun
werden im Falle der Teilkreisradien R3, R4 die Spezifikationen der
paarweisen Seitenräder 105, 107 und
der Verzahnungsabschnitte 111, 113 der Ritzel 103 wie
folgt ermittelt.
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Es
wird angenommen, dass das Seitenrad 105 mit großem Durchmesser
durch das Modul ms1, die Zähnezahl
zs1 und den Teilkreisdurchmesser ds1 gekennzeichnet ist, während das
Seitenrad 107 mit kleinem Durchmesser durch das Modul ms2,
die Zähnezahl
zs2 und den Teilkreisdurchmesser ds2 gekennzeichnet ist. Hierbei
werden, wenn im Hinblick auf die Bildung eines äquivalenten Übersetzungsverhältnisses
die Zähnezahl
zs1 mit der Zähnezahl
zs2 gleichgesetzt wird (=zs), die Spezifikationen der Seitenräder 105, 107 durch
ds1 = ms1 × zs
und ds2 = ms2 × zs
ausgedrückt.
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Es
wird angenommen, dass der Verzahnungsabschnitt 111 des
Ritzels 103 durch das Modul mp1, die Zähnezahl zp1 und den Teilkreisdurchmesser
dp1 gekennzeichnet ist, während
der Verzahnungsabschnitt 113 des Ritzels 103 durch
das Modul mp2, die Zähnezahl
zp2 und den Teilkreisdurchmesser dp2 gekennzeichnet ist. Hierbei
werden, wenn im Hinblick auf die Bildung eines äquivalenten Übersetzungsverhältnisses
die Zähnezahl
zp1 mit der Zähnezahl
zp2 gleichgesetzt wird (=zp), die Spezifikationen der Verzahnungsabschnitte 111, 113 des
Ritzels 103 durch dp1 = mp1 × zp und dp2 = mp2 × zp ausgedrückt.
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Das
so gestaltete Mittendifferential 101 ist bei einem Antriebssystem
für ein
Fahrzeug anwendbar, wie es zum Beispiel in 4 oder 5 gezeigt ist.
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4 zeigt
ein Antriebssystem eines Fahrzeuges mit Mittendifferential 101 für einen
Motor 201 in Queranordnung. Das Antriebssystem dieses Fahrzeuges
weist den Motor 201 mit einem Getriebe 203, das
Mittendifferential 101, ein Verteilergetriebe 205, ein
vorderes Differential 207, Vorderachsen 209, 211, Vorderräder 213, 215,
eine Gelenkwelle (zu den Hinterrädern) 217,
ein hinteres Differential 219, Hinterachsen 221, 223,
Hinterräder 225, 227 usw.
auf.
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Die
Antriebskraft des Motors 201 wird von dem Mittendifferential 101 in
dem Getriebe 203 an das vordere Differential 207 in
dem Verteilergetriebe 205 übertragen und sequentiell über die
Vorderachsen 209, 211 auf die Vorderräder 213, 215 verteilt. Gleichzeitig
wird die Antriebskraft von dem Mittendifferential 101 über das
vordere Differential 207 und die Gelenkwelle 217 an
das hintere Differential 219 übertragen und sequentiell über die
Hinterachsen 221, 223 auf die Hinterräder 225, 227 verteilt.
Die Verteilung eines von dem Motor 201 aufgebrachten Antriebsdrehmoments
wird von dem Mittendifferential 101 durchgeführt.
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In
diesem Mittendifferential 101 ist das Seitenrad 107 mit
kleinem Durchmesser mit einem Innengehäuse 229 des vorderen
Differentials 207 verbunden, während das Seitenrad 105 mit
großem Durchmesser
mit einem Außengehäuse 231 des
vorderen Differentials 207 verbunden ist. Hierbei wird das
an das Differentialgehäuse 115 abgegebene
Antriebsdrehmoment über
die Ritzel 103 an die Seitenräder 105, 107 übertragen.
Das an die Seitenräder 107 mit
kleinem Durchmesser abgegebene Antriebsdrehmoment wird über das
Innengehäuse 229 des vorderen
Differentials 207 auf die Vorderräder 213, 215 verteilt.
Das an das Seitenrad 105 mit großem Durchmesser abgegebene
Antriebsdrehmoment wird von dem Außengehäuse 231 des vorderen
Differentials 207 über
die Gelenkwelle 217 an das hintere Differential 219 übertragen
und weiter an die Hinterräder 225, 227 verteilt.
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In
dem Mittendifferential 101 ist, da der Teilkreisradius
R3 des mit dem Verzahnungsabschnitt 111 des Ritzels 103 in
Eingriff stehenden Seitenrades 105 größer als der Teilkreisradius
R4 des mit dem Verzahnungsabschnitt 113 des Ritzels 103 in
Eingriff stehenden Seitenrades 107 ist (R3 > R4), das an das Seitenrad 105 mit
großem
Durchmesser abgegebene Antriebsdrehmoment größer als das an das Seitenrad 107 mit
kleinem Durchmesser abgegebene Antriebsdrehmoment. Daher wird in
dem gezeigten Antriebssystem eine Beziehung gebildet, wo das auf die
Vorderräder
verteilte Antriebsdrehmoment kleiner als das auf die Hinterräder verteilte
Antriebsdrehmoment ist.
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5 zeigt
ein Antriebssystem eines Fahrzeuges mit dem Mittendifferential 101 für einen
Motor 301 in Längsanordnung.
Das Antriebssystem dieses Fahrzeuges weist den Motor 301 mit
einem Getriebe 303, das Mittendifferential 101,
ein Verteilergetriebe 305, ein vorderes Differential 307,
Vorderachsen 309, 311, Vorderräder 313, 315,
eine Gelenkwelle (zu den Hinterrädern) 317,
ein hinteres Differential 319, Hinterachsen 321, 323,
Hinterräder 325, 327 usw.
auf.
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Die
Antriebskraft des Motors 301 wird. von dem Mittendifferential 101 in
dem Verteilergetriebe 305 an das vordere Differential 307 übertragen
und sequentiell über
die Vorderachsen 309, 311 auf die Vorderräder 313, 315 verteilt.
Gleichzeitig wird die Antriebskraft von dem Mittendifferential 101 über die Gelenkwelle 317 an
das hintere Differential 319 übertragen und sequentiell über die
Hinterachsen 321, 323 auf die Hinterräder 325, 327 verteilt.
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In
diesem Mittendifferential 101 ist das Seitenrad 107 mit
kleinem Durchmesser mit einem Leistungsübertragungsmechanismus 329 an
der Seite des vorderen Differentials 307 verbunden, während das
Seitenrad 105 mit großem
Durchmesser mit der Gelenkwelle 317 an der Seite der Hinterräder verbunden
ist. Hierbei wird das an das Differentialgehäuse 115 abgegebene
Antriebsdrehmoment über
die Ritzel 103 an die Seitenräder 105, 107 übertragen.
Das an das Seitenrad 107 mit kleinem Durchmesser abgegebene
Antriebsdrehmoment wird über
den Leistungsübertragungsmechanismus 329 und
das vordere Differential 307 auf die Vorderräder 313, 315 verteilt.
Das an das Seitenrad 105 mit großem Durchmesser abgegebene
Antriebsdrehmoment wird über die
Gelenkwelle 317 an das hintere Differential 319 übertragen
und weiter auf die Hinterräder 325, 327 verteilt.
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In
dem Mittendifferential 101 ist, da der Teilkreisradius
R3 des mit dem Verzahnungsabschnitt 111 des Ritzels 103 in
Eingriff stehenden Seitenrades 105 größer als der Teilkreisradius
R4 des mit dem Verzahnungsabschnitt 113 des Ritzels 103 in
Eingriff stehenden Seitenrades 107 ist (R3 > R4), das an das Seitenrad 105 mit
großem
Durchmesser abgegebene Antriebsdrehmoment größer als das an das Seitenrad 107 mit
kleinem Durchmesser abgegebene Antriebsdrehmoment. Daher wird in
dem gezeigten Antriebssystem eine Beziehung gebildet, wo das auf die
Vorderräder
verteilte Antriebsdrehmoment kleiner als das auf die Hinterräder verteilte
Antriebsdrehmoment ist.
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Obwohl
die Beziehung, wo das auf die Vorderräder verteilte Antriebsdrehmoment
kleiner als das auf die Hinterräder
verteilte Antriebsdrehmoment ist, in dem oben genannten Mittendifferential 101 gebildet
wird, kann die Beziehung derart modifiziert werden, dass das auf
die Vorderräder
verteilte Antriebsdrehmoment größer als
das auf die Hinterräder verteilte
Antriebsdrehmoment ist. In einem solchen Falle müssen die Spezifikationen der
paarweisen Seitenräder 105, 107 und
der Verzahnungsabschnitte 111, 113 des Ritzels 103 lediglich
derart bestimmt werden, dass der Teilkreisradius R3 des mit dem
Verzahnungsabschnitt 111 des Ritzels 103 in Eingriff
stehenden Seitenrades 105 kleiner als der Teilkreisradius
R4 des mit dem Verzahnungsabschnitt 113 des Ritzels 103 in
Eingriff stehenden Seitenrades 107 ist (R3 < R4). Das heißt, die
Einstellung des auf die Vorderräder
und die Hinterräder
zu verteilenden Antriebsdrehmoments kann durch Bilden der Spezifikationen
des Paares von Seitenrädern
und der Ritzel erreicht werden.
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Es
wird angemerkt, dass die Ritzel und die Seitenräder des Mittendifferentials 101 und
des vorderen Differentials 207 als Stirnplanräder ausgebildet sind.
Daher ist es nicht erforderlich, die Ritzelwelle in Schrägstellung
anzuordnen und irgendeine besondere Struktur zu schaffen, um die
Ritzelwelle 109 und die Ritzel 103 abzustützen, so
dass keine hohe Genauigkeit bei der Fertigung der Bauteile und beim Zahnfräsen nötig ist.
Daher wird die resultierende Struktur mit einer beträchtlichen
Reduzierung der Herstellungskosten vereinfacht.
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Außerdem ist
die Differentialvorrichtung in 1 und 2 gemäß der ersten
Ausführungsform der
Erfindung auch bei den in 4 und 5 gezeigten
Fahrzeugen anwendbar.
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Da
jedes Ritzel 103 mit den Seitenrädern 105, 107 in
unterschiedlichen Teilkreisradien R3, R4 in Eingriff steht, ist
das Ritzel 103 mit Verzahnungsabschnitten 111, 113 versehen,
die zwei Arten von Spezifikationen haben. Dementsprechend ist es
nicht notwendig, zusätzliche
Zähne an
dem Ritzel 103 zu bilden, wodurch es möglich ist, dass das Ritzel 103 mit
den Seitenrädern 105, 107 in
der minimalen Anzahl von erforderlichen Teilkreisradien R3, R4 in
Eingriff steht. Daher ist es im Vergleich zu dem Fall, wo das Ritzel
einen Verzahnungsabschnitt aufweist, der mit der einen Art von Spezifikation
gebildet ist (z.B. das Ritzel 3 der ersten Ausführungsform),
möglich, eine
kompakte Eingriffsstruktur zwischen den Ritzeln 103 und
den Seitenrädern 105, 107 mit
den reduzierten Teilkreisradien als ein Ganzes zu schaffen.
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Außerdem ist,
da die Verzahnungsabschnitte 111, 113 jedes Ritzels 103 entsprechend
den jeweiligen Seitenrädern 105, 107 ausgebildet
sind, die Erfindung nicht nur bei der gezeigten Kombination der Ritzel
mit den Seitenrädern,
die alle in der Form von Stirnplanrädern sind, sondern auch bei
einer Kombination von Ritzeln mit Seitenrädern anwendbar, die alle in
der Form von Kegelrädern
sind, so dass es möglich
ist, die Vielseitigkeit beim Bilden der gesamten Differentialvorrichtung
zu erweitern.
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Abweichend
von den oben genannten Ausführungsformen
kann die Erfindung zu einer Differentialvorrichtung modifiziert
werden, wo die Teilkreisradien des Paares von Abtriebsrädern, die
mit den Ausgleichrädern
in Eingriff stehen, einander gleich sind. Gemäß der Erfindung ist es daher
möglich,
entweder eine Struktur mit gleicher Verteilung des Antriebsdrehmoments
eines Motors auf die Vorder- und Hinterräder oder eine Struktur mit
einer ungleichen Verteilung des Antriebsdrehmoments eines Motors
auf die Vorder- und Hinterräder
mit Leichtigkeit auszuwählen.
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Abweichend
von den oben genannten Ausführungsformen
ist es nicht unabdingbar, dass die Verzahnungsabschnitte der beiden
Seitenräder
in Radialrichtung der Seitenräder
einander überlappen. Bei
einer solchen Struktur, wo die Verzahnungsabschnitte der Seitenräder nicht
einander überlappen, könnte das
Verteilungsverhältnis
des Antriebsdrehmoments größer als
die Verteilungsverhältnisse
in den gezeigten Ausführungsformen
gestaltet werden.
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Um
eine solche ungleiche Drehmomentverteilung zwischen einem Paar von
Abtriebswellen zu erreichen, kann alternativ ein Paar von Abtriebsrädern mit
demselben Teilkreisdurchmesser mit jeweils voneinander abweichenden
Zähnezahlen
vorgesehen sein. Eine solche Modifikation könnte durch gegenseitige Änderung
der Spezifikationsverhältnisse und
Profilverschiebungsfaktoren eines Paares von Abtriebsrädern gebildet
werden, die mit den Ausgleichrädern
in Eingriff stehen.
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Ferner
kann in Abweichung von der oben genannten Ausführungsform eine einzelne Scheibe (Gleitelement)
zwischen dem Differentialgehäuse und
den paarweisen Seitenrädern
vorgesehen sein.
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Wie
oben erwähnt,
könnte,
da die Differentialvorrichtung gemäß der Erfindung derart aufgebaut ist,
dass sie die Bildung der Teilkreisradien eines Paares von Abtriebsrädern mit
den Ausgleichrädern in
Abhängigkeit
von dem Verhältnis
der Verteilung des Antriebsdrehmoments auf die Räder ermöglicht, die so aufgebaute Differentialvorrichtung
als ein Mittendifferential verwendet werden, um das an die Räder an der
einen Seite übertragene
Antriebsdrehmoment größer zu gestalten,
während
das an die Räder an
der anderen Seite übertragene
Antriebsdrehmoment kleiner gestaltet wird. Alternativ kann die oben genannte
Differentialvorrichtung als ein sogenanntes „Raddifferential" (d.h. eine Differentialvorrichtung,
die entweder an der Seite der Vorderräder oder an der Seite der Hinterräder angeordnet
ist) verwendet werden, um die an die Räder übertragenen Antriebsdrehmomente
an beiden Seiten gleichzusetzen.
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Ferner
ist, da ein Paar von Abtriebsrädern
in unterschiedlichen Teilkreisradien mit den Ausgleichrädern in
Eingriff stehen, die Differentialvorrichtung gemäß der Erfindung für ein Mittendifferential
geeignet, das derart aufgebaut ist, dass unterschiedliche Antriebsdrehmomente
an die Fahrzeugräder
an der einen Seite (z.B. Vorderräder)
und die Fahrzeugräder an
der anderen Seite (z.B. Hinterräder) übertragen werden.
Daher ist es möglich,
ein solches Mittendifferential mit beachtlich niedrigen Kosten zu
schaffen.
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Bei
der Differentialvorrichtung gemäß der Erfindung
wird die oben genannte Wirkung lediglich durch den Eingriff der
jeweiligen Abtriebsräder
mit den Ausgleichrädern
in unterschiedlichen Teilkreisradien realisiert. Daher ist es im
Unterschied zu einer herkömmlichen
Struktur, wo die Ritzelwelle in Schrägstellung angeordnet ist, dementsprechend nicht
erforderlich, irgendeine besondere Stützstruktur an einem Aufnahmeteil
zum Aufnehmen der Differentialvorrichtung oder an einer Stützwelle
zum Abstützen
der Ritzel auszubilden, wodurch die Differentialvorrichtung mit
einer einfachen Struktur und erheblich reduzierten Herstellungskosten
gebildet werden kann.
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Bei
der Differentialvorrichtung gemäß der Erfindung
ist, da ein Paar von Abtriebsrädern
in unterschiedlichen Teilkreisradien mit den Ausgleichrädern in
Eingriff stehen, jedes Ausgleichrad mit jeweiligen Verzahnungsabschnitten
mit zwei Arten von Spezifikationen versehen. Dementsprechend ist
es bei dem so ausgebildeten Ausgleichrad im Vergleich zu einem Ausgleichrad,
das mit einem Verzahnungsabschnitt mit einer einzigen Art von Spezifikation
versehen ist, möglich,
kompakte Teilkreisradien der mit einem Paar von Abtriebsrädern in
Eingriff stehenden Ausgleichräder
als ein Ganzes zu schaffen.
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Bei
der Differentialvorrichtung gemäß der Erfindung
ist es, da die Struktur, wo jedes Ausgleichrad in unterschiedlichen
Teilkreisradien mit einem Paar von Abtriebsrädern in Eingriff steht, vorgesehen
sein kann, solange wie der Verzahnungsabschnitt des Ausgleichrades
in Übereinstimmung
mit dem Paar von Abtriebsrädern
ausgebildet ist, möglich,
die Vielseitigkeit in der Gestaltung der gesamten Differentialvorrichtung
zu erweitern.
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Bei
der Differentialvorrichtung der Erfindung, wo Stirnplanräder als
ein Paar von Abtriebsrädern und
Stirnräder
als Ausgleichräder
verwendet werden, um die Stirnbreiten der Ausgleichräder zu verbreitern,
so dass die Teilkreisradien zwischen den Abtriebsrädern und
jedem Ausgleichrad mit Leichtigkeit variiert werden können, kann
die oben genannte Wirkung mit geringen Kosten realisiert werden.
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Bei
der Differentialvorrichtung, wo die jeweiligen Verzahnungsabschnitte
der Abtriebsräder
derart angeordnet sind, dass sie in Radialrichtung einander überlappen,
so dass die mit den Ausgleichrädern in
Eingriff stehenden Abschnitte der Abtriebsräder einander überlappen,
ist es möglich,
die jeweiligen Kippmomente der Abtriebsräder in Bezug auf die Ausgleichräder zu reduzieren,
wodurch die jeweiligen Eingriffszustände aller Zahnräder (d.h.
der Ausgleichräder
und der Abtriebsräder)
normal gehalten werden können.
Demzufolge ist es möglich,
die Belastbarkeit (Haltbarkeit) der Zahnräder erheblich zu verbessern.
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Bei
der Differentialvorrichtung, wo ein Überlappungsabschnitt zwischen
zwei Verzahnungsabschnitten der Abtriebsräder nahe dem Mittelpunkt des
Verzahnungsabschnitts jedes Ausgleichrades positioniert ist, ist
es möglich,
die Kippmomente der Ausgleichräder
weiter zu reduzieren, wodurch die jeweiligen Eingriffszustände aller
Zahnräder
(d.h. der Ausgleichräder
und der Abtriebsräder)
und deren Belastbarkeit (Haltbarkeit) weiter verbessert werden können.
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Mit
der Differentialvorrichtung gemäß der Erfindung
werden weiterhin die Sperrdifferentialkräfte durch Reibmomente bewirkt,
die in den Gleitelementen erzeugt werden, die zwischen dem Aufnahmeteil und
den Abtriebsrädern
angeordnet sind, während unterschiedliche
Antriebsdrehmomente verteilt werden, da die Abtriebsräder in unterschiedlichen
Teilkreisradien mit den Ausgleichrädern in Eingriff stehen. Daher
ist es, wenn die Reibmomente (= Reibkraft × Reibradius), die in den jeweiligen
Gleitelementen erzeugt werden, voneinander verschieden sind, möglich, mit
Leichtigkeit Sperrdifferentialkräfte
zu bewirken, die zwischen den Rädern
an der einen Seite und den Rädern
an der anderen Seite voneinander abweichen.