DE112013001110T5

DE112013001110T5 - Differentialgetriebe

Info

Publication number: DE112013001110T5
Application number: DE112013001110.7T
Authority: DE
Inventors: c/o AISIN AW CO. LTD. Ishikawa Hiroki; c/o AISIN AW CO. LTD. Inukai Yoshihiko
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2014-11-06
Anticipated expiration: 2033-02-21
Also published as: CN104185747A; WO2013161365A1; US9140352B2; JP2013228047A; DE112013001110B4; US20150051041A1; JP5742778B2

Abstract

Ritzelzahnräder 51 sind jeweils ein gerades Kegelrad mit neun Zähnen. Seitenzahnräder 52 sind jeweils ein gerades Kegelrad mit 13 Zähnen. Wenn der Kegelabstand bzw. die äußere Teilkegellänge der Ritzelzahnräder 51 als ”R” definiert ist, der Modul als ”M” definiert ist, die Gesamttiefe als ”h” definiert ist, der Außenradius der Ritzelzahnräder 51 als ”Rp” definiert ist, der Zahnwurzelkegelwinkel bzw. -konuswinkel der Seitenzahnräder 52 als ”θ” definiert ist, der Abstand zwischen einem äußeren Endabschnitt 51s der Ritzelzahnräder 51 in der radialen Richtung und einem Randabschnitt 52s der Seitenzahnräder 52 als ”CL” definiert ist, die Dicke des Randabschnitts 52s als ”St” definiert ist, der Baugruppenabstand als ”MD = Rp + CL + St” definiert ist und die Flachheitsrate als ”F = (R – MD)/R” definiert ist, ist ein Differential 50 gestaltet, um 0,28 ≤ F ≤ 0,31, MD ≥ R × cos(θ), St/M ≥ 0,534, 0,025 ≤ CL/M ≤ 0,038, und h/M ≥ 2 zu erfüllen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Differentialgetriebe bzw. ein Differential für ein Fahrzeug mit einem Paar von Ritzelzahnrädern und einem Paar von Seitenzahnrädern, die mit dem Paar von Ritzelzahnrädern in einem rechten Winkel kämmen.
STAND DER TECHNIK
Hier zuvor war ein Differentialgetriebe bekannt, in dem ein Paar von Ritzelzahnrädern und ein Paar von Seitenzahnrädern, welche jeweils ein gerades Kegelrad sind, miteinander kämmen (siehe zum Beispiel Patentdokument 1). Die Ritzelzahnräder bzw. Ritzel, die das Differential bilden, haben zehn Zähne und die Seitenzahnräder haben 14 Zähne. Das Differential ist derart gestaltet, dass Verlängerungen der Zahnspitzen der Ritzel und der Seitenzahnräder durch den Schnittpunkt zwischen den Achsen der Ritzel und der Seitenzahnräder hindurchführen. Dies ermöglicht es der Linie eines zeitgleichen Kämmens zwischen den Ritzeln und den Seitenzahnrädern an dem Start und dem Ende eines Kämmens zwischen diesen, sich über den gesamten Bereich von dem großdurchmessrigen Endabschnitt zu dem kleindurchmessrigen Endabschnitt der geraden Kegelräder zu erstrecken, was eine Konzentration einer Verzahnungs- bzw. Kammlast lediglich in dem Nahbereich des großdurchmessrigen Endabschnitts unterdrückt.
[Dokumente des Stands der Technik]
[Patentdokumente]

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2005-48903 ( JP 2005-48903 A )

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In dem Fall, in dem die Festigkeit der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder in dem Differential gemäß dem Stand der Technik, wie er vorangehend beschrieben ist, unzureichend ist, ist es denkbar, ferner ein Paar von Ritzelzahnrädern vorzusehen, um mit den Seitenzahnrädern verzahnt zu sein. In dem Fall, in dem solche Ritzelzahnräder zusätzlich vorgesehen sind, kann jedoch das Gewicht und die Anzahl der Teile in dem Differential erhöht werden. Andererseits kann die Festigkeit der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder durch ein Verringern der Anzahl von Zähnen von jedem Zahnrad und einem Erhöhen der Größe der Zähne von jedem Zahnrad verbessert werden. In dem Fall, in dem die Anzahl der Zähne der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder verringert wird, können jedoch der Referenzkonuswinkel und der Konusabstand der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder in Übereinstimmung mit dem Getriebeverhältnis variiert bzw. verändert werden, was es notwendig machen kann, die Größe eines Differentialgehäuses zu erhöhen, das die Ritzelzahnräder und die Seitenzahnräder beherbergt. Für ein Differential bzw. ein Differentialgetriebe für frontgetriebene Fahrzeuge, das hinsichtlich eines Raums in der Fahrzeugbreitenrichtung besonders begrenzt ist, um eine Beeinträchtigung mit einem Getriebegehäuse zu vermeiden, kann es besonders schwierig sein, einen Anstieg in einer Abmessung des Differentials in der Fahrzeugbreitenrichtung niederzuhalten bzw. zu unterdrücken, während die Festigkeit der Seitenzahnräder gewährleistet wird, falls der Referenzkonuswinkel der Seitenzahnräder verringert wird, wobei der Referenzkonuswinkel der Ritzelzahnräder durch ein Verringern der Anzahl von Zähnen der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder erhöht wird.
Es ist deshalb eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Differential kompakt zu machen, während die Festigkeit der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder verbessert wird.
Um die vorangehende Hauptaufgabe zu erreichen, verwendet das Differential bzw. das Differentialgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Mittel.
Die vorliegende Erfindung sieht Folgendes vor:
ein Differential für ein Fahrzeug mit einem Paar von Ritzelzahnrädern und einem Paar von Seitenzahnrädern, die mit dem Paar von Ritzelzahnrädern in einem rechten Winkel verzahnt sind, dadurch gekennzeichnet, dass:
die Ritzelzahnräder jeweils ein gerades Kegelrad mit neun Zähnen sind und die Seitenzahnräder jeweils ein gerades Kegelrad mit 13 Zähnen sind; und
wenn der Kegelabstand der Ritzelzahnräder als ”R” definiert ist,
der Modul der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder als ”M” definiert ist,
die Gesamttiefe der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder als ”h” definiert ist,
der Außenradius der Ritzelzahnräder als ”Rp” definiert ist,
der Zahnwurzelkonuswinkel der Seitenzahnräder als ”θ” definiert ist,
der Abstand zwischen einem äußeren Endabschnitt der Ritzelzahnräder in der Radialrichtung und ein Randabschnitt der Seitenzahnräder, der dem äußeren Endabschnitt zugewandt ist, als ”CL” definiert ist,
die Dicke des Randabschnitts als ”St” definiert ist,
der Zusammenbauabstand als ”MD = Rp + CL + St” definiert ist, und
das Flachheitsmaß als ”F = (R – MD)/R” definiert ist (die Moduln und die Abmessungen sind in Einheiten von ”mm” repräsentiert), ist die folgende Beziehung erfüllt: 0,28 ≤ F ≤ 0,31, MD ≥ R × cos(θ), St/M ≥ 0,534, 0,025 ≤ CL/M ≤ 0,038, und h/M ≥ 2.
Das Differential wird durch ein Verzahnen von zwei Ritzelzahnrädern, die jeweils ein gerades Kegelrad mit neun Zähnen sind, und zwei Seitenzahnrädern, die jeweils ein gerades Kegelrad mit 13 Zähnen sind, miteinander in einem rechten Winkel erlangt. Das Differential bzw. das Differentialgetriebe ist gestaltet, um 0,28 ≤ F = (R – MD)/R ≤ 0,31, MD = Rp + CL + St ≥ R × cos(θ), St/M ≥ 0,534, 0,025 ≤ CL/M ≤ 0,038, und h/M ≥ 2 zu erfüllen. In den Formeln ist ”R” der Kegelabstand der Ritzelzahnräder, das heißt der Abstand von dem Schnittpunkt zwischen der Drehmittelachse der Ritzelzahnräder und der Drehmittelachse der Seitenzahnräder zu dem äußersten Ende der Ritzelzahnräder auf der Abstandslinie der Ritzelzahnräder, ist ”M” der Modul der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder, das heißt der Modul an der großen Endfläche (M = 2 × Rxsin(ϕ)/zs, wobei ”ϕ” der Referenzkonuswinkel der Seitenzahnräder ist und ”zs” die Anzahl der Zähne der Seitenzahnräder ist), ist ”h” die gesamte Tiefe der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder, das heißt die Gesamttiefe der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder an dem äußersten Ende auf der Abstandslinie der Ritzelzahnräder, ist ”Rp” der Außenradius der Ritzelzahnräder, das heißt, der Abstand von der Drehmittelachse der Ritzelzahnräder zu dem äußersten Endabschnitt der Ritzelzahnräder in der radialen Richtung (das äußerste Ende der Ritzelzahnräder in der radialen Richtung), ist ”θ” der Zahnwurzelkonuswinkel der Seitenzahnräder, ist ”CL” der Abstand zwischen dem äußeren Endabschnitt der Ritzelzahnräder in der radialen Richtung und dem Randabschnitt der Seitenzahnräder, der dem äußeren Endabschnitt zugewandt ist, und ist ”St” die Dicke des Randabschnitts.
Im vorliegenden Fall ist das Flachheitsmaß bzw. die Flachheitsrate F ein Index, der durch die Erfinder festgelegt ist, um die Größe des Differentials bzw. des Differentialgetriebes in der Fahrzeugbreitenrichtung zu bewerten, und ist höher als die Zusammenbauentfernung bzw. -distanz MD, das heißt, die Abmessung des Differentials in der Fahrzeugbreitenrichtung (die Axialrichtung der Seitenzahnräder) ist kleiner. Das Differentialgetriebe kann kompakt gemacht werden, das heißt, in der Axialrichtung der Seitenzahnräder kompakt gemacht werden, während die Festigkeit der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder verbessert wird, wenn die Flachheitsrate F einen Wert in dem Bereich von 0,28 bis 0,31 hat. Ferner, falls das Differential gestaltet ist, um die Beziehung ”Zusammenbaudistanz MD ≥ Konusdistanz R × cos(θ)” mit der Flachheitsrate F, die einen Wert in dem Bereich von 0,28 bis 0,31 hat, kann der Zahnwurzelwinkel (ϕ) – θ) der Seitenzahnräder, das heißt die Fußtiefe der Ritzelzahnräder kann bis zu einem bestimmten Grad erhöht werden, was es möglich macht, einen Anstieg in einer axialen Länge des äußeren Endabschnitts der Ritzelzahnräder in der radialen Richtung zu unterdrücken, das heißt eine radiale Länge des Randabschnitts der Seitenzahnräder, der dem äußeren Endabschnitt der Ritzelzahnräder in der radialen Richtung zugewandt ist, wodurch die Starrheit bzw. Steifigkeit des Randabschnitts vorteilhafter gewährleistet wird. Außerdem, falls das Differential gestaltet ist, um St/M ≥ 0,534, 0,025 ≤ CL/M ≤ 0,038 und h/M ≥ 2 zu erfüllen, kann ein vorteilhaftes Verzahnen zwischen den Ritzelzahnrädern und den Seitenzahnrädern durch ein Gewährleisten von in der Praxis ausreichenden Werten des Abstands bzw. Spielraums CL und der Gesamttiefe h der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder erreicht werden, eine ausreichende Steifigkeit des Randabschnitts kann gewährleistet werden und die Festigkeit der Seitenzahnräder und daher des Differentialgetriebes kann vorteilhaft gewährleistet werden durch ein Unterdrücken einer Deformation der Zahnwurzel der Seitenzahnräder aufgrund einer Spannung, die verursacht wird, wenn die Ritzelzahnräder und die Seitenzahnräder miteinander verzahnt sind.
In dem Differential kann dann, wenn der Referenzkonuswinkel der Seitenzahnräder als ”ϕ” definiert ist, die Kopfhöhe der Ritzelzahnräder als ”Ap” definiert ist und die Kopfhöhe der Seitenzahnräder als ”As” definiert ist, die Beziehung ”Rp ≥ R × cos(ϕ) + (Ap/2 – As/2) × sin(ϕ)” erfüllt werden. Folglich ist der Außenradius Rp der Ritzelzahnräder gleich wie oder größer als die Distanz zwischen der Drehmittelachse der Ritzelzahnräder und einem Punkt an einer Hälfte der effektiven Verzahnungszahnhöhe (Ap + As) der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder und der äußere Endabschnitt der Ritzelzahnräder in der radialen Richtung schneidet den Punkt an einer Mitte der effektiven Verzahnungszahnhöhe bzw. Kämmzahnhöhe (Ap + As) oder ist auf der äußeren Seite hinsichtlich des Punkts an einer Hälfte der effektiven Verzahnungszahnhöhe (Ap + As) positioniert. Als ein Ergebnis ist es möglich, einen Anstieg in einer axialen Länge des äußeren Endabschnitts der Ritzelzahnräder in der radialen Richtung zu unterdrücken, das heißt eine radiale Länge des Randabschnitts der Seitenzahnräder, der dem äußeren Endabschnitt der Ritzelzahnräder in der radialen Richtung zugewandt ist, wodurch die Steifigkeit des Randabschnitts vorteilhafter gewährleistet wird.
Das Differential kann an eine Ausgangswelle eines Getriebes für ein Frontantriebsfahrzeug über einen Getriebezug gekoppelt sein. Das heißt, das Differential gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Seitenzahnräder in der Axialrichtung kompakt machen, während die Festigkeit der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder verbessert wird, und ist insbesondere für Frontantriebsfahrzeuge signifikant geeignet, welche hinsichtlich eines Raums in der Fahrzeugbreitenrichtung, das heißt, in der Axialrichtung der Seitenzahnräder, in großem Maße begrenzt sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt eine schematische Konfiguration einer Leistungs- bzw. Kraftübertragungsvorrichtung 20 einschließlich eines Differentialgetriebes 50 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
2 ist eine Betriebstabelle, die die Beziehung zwischen jeder Schaltgeschwindigkeit eines automatischen Getriebes 25, das in der Kraftübertragungsvorrichtung 20 enthalten ist, und den entsprechenden Betriebszuständen von Kupplungen und Bremsen darstellt.
3 ist eine Schnittansicht des Differentials bzw. Differentialgetriebes 50.
4 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration des Differentials 50 darstellt.
5 ist eine Tabelle, die die Spezifikationen des Differentials 50 gemäß der Ausführungsform, einem Differential 50B gemäß einer Modifikation und Differentialen gemäß Vergleichsbeispielen in 1 bis 5 darstellt.
6 ist ein Graph, der die Ergebnisse eines Festigkeitstests für das Differential 50 gemäß der Ausführungsform, des Differentials 50B gemäß der Modifikation und den Differentialen gemäß Vergleichsbeispielen 1 und 3 darstellt.
ARTEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nun wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nachfolgend beschrieben.
1 stellt eine schematische Konfiguration einer Kraftübertragungsvorrichtung 20 mit einem Differential 50 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Kraftübertragungsvorrichtung 20, die in der Zeichnung dargestellt ist, ist mit einer Kurbelwelle einer Maschine (nicht dargestellt) verbunden, die an einem Frontantriebsfahrzeug montiert ist, und kann eine Kraft bzw. eine Leistung von der Maschine an ein linkes und ein rechtes Antriebsrad (Vorderräder) DW übertragen. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, weist die Kraftübertragungsvorrichtung 50 ein Getriebegehäuse 22, ein Fluidübertragungsgerät (Drehmomentwandler) 23, das innerhalb des Getriebegehäuses 22 beherbergt ist, eine Ölpumpe 24, ein automatisches Getriebe 25, einen Getriebemechanismus (Getriebezug) 40, das Differential bzw. das Differentialgetriebe (Differentialmechanismus) 50 usw. auf.
Das Fluidübertragungsgerät 23 ist als ein Drehmomentwandler aufgebaut, der ein Pumpenlaufrad 23p auf der Eingangsseite, das mit der Kurbelwelle der Maschine verbunden ist, einen Turbinenläufer 23t auf der Ausgangsseite, der mit einer Eingangswelle 26 des automatischen Getriebes 25 verbunden ist, einen Stator 23s, der auf der Innenseite des Pumpenlaufrads 23p und des Turbinenläufers 23t angeordnet ist, um den Fluss bzw. die Strömung des Arbeitsöls von dem Turbinenläufer 23t zu dem Pumpenlaufrad 23p zu korrigieren, eine Einwegkupplung 23o, die eine Drehung des Stators 23s zu einer Richtung hin beschränkt, eine Lock-up-Kupplung bzw. eine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 23c usw. aufweist. Es soll vermerkt sein, dass das Fluidübertragungsgerät 23 jedoch als eine Fluidkopplung bzw. -kupplung aufgebaut sein kann, die den Stator 23s nicht aufweist. Die Ölpumpe 24 ist als eine Zahnradpumpe mit einer Pumpenbaugruppe, die aus einem Pumpenkörper und einer Pumpenabdeckung zusammengesetzt ist, und einem außengezahnten Zahnrad aufgebaut ist, das über eine Nabe mit dem Pumpenlaufrad 23p des Fluidübertragungsgeräts 23 verbunden ist. Die Ölpumpe 24 wird durch eine Kraft bzw. Leistung von der Maschine angetrieben, um ein Arbeitsöl (ATF) anzusaugen, das in einer Ölwanne (nicht dargestellt) bereitgestellt ist, und um das Arbeitsöl zu einer hydraulischen Steuervorrichtung (nicht dargestellt) zu pumpen.
Das automatische Getriebe 25 ist als ein 8-Stufen-Getriebe aufgebaut. Wie in 1 dargestellt ist, weist das automatische Getriebe 25 zusätzlich zu der Eingangswelle 26 und der Ausgangswelle 27 einen ersten Doppelritzelplanetengetriebemechanismus 30, einen zweiten Ravigneaux-Planetengetriebemechanismus 35 und vier Kupplungen C1, C2, C3 und C4, zwei Bremsen B1 und B2 und eine Einwegkupplung F1 auf, die eine Kraftübertragungsbahn von der Eingangsseite zu der Ausgangsseite hin ändert. Die Ausgangswelle 27 des automatischen Getriebes 25 ist ausgebildet, um hohl zu sein, und ist an das linke und das rechte Antriebsrad DW über den Zahnradmechanismus 40, das Differential 50 und eine Antriebswelle 28 gekoppelt.
Der erste Planetengetriebemechanismus 30 weist ein Sonnenrad 31, das ein außengezahntes Zahnrad ist, ein Hohlrad 32, das ein innengezahntes Zahnrad ist, das konzentrisch zu dem Sonnenrad 31 angeordnet ist, und einen Planetenträger 34 auf, der eine Vielzahl von Sätzen von zwei Ritzelzahnrädern 33a und 33b drehbar und umlauffähig hält, die miteinander verzahnt sind, wobei eines der Ritzelzahnräder 33a und 33b mit dem Sonnenrad 31 verzahnt ist, und das andere mit dem Hohlrad 32 verzahnt ist. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, ist das Sonnenrad 31 des ersten Planetengetriebemechanismus 30 hinsichtlich des Getriebegehäuses 22 stationär und der Planetenträger 34 des ersten Planetengetriebemechanismus 30 ist angeschlossen, um zusammen mit der Eingangswelle 26 drehbar zu sein. Außerdem ist der erste Planetengetriebemechanismus 30 als ein sogenanntes Untersetzungsgetriebe aufgebaut und verringert die Drehzahl der Leistung, die an den Planetenträger 34 übertragen wird, welcher ein Eingangselement ist, um die Leistung an das Hohlrad 32 auszugeben, welches ein Ausgabeelement ist.
Der zweite Planetengetriebemechanismus 35 weist ein erstes Sonnenrad 36a und ein zweites Sonnenrad 36b, welche jeweils ein außenverzahntes Zahnrad sind, ein Hohlrad 37, das ein innenverzahntes Zahnrad ist, welches konzentrisch zu dem ersten und dem zweiten Sonnenrad 36a und 36b angeordnet ist, eine Vielzahl von kurzen Ritzelzahnrädern 38a, die mit dem ersten Sonnenrad 36a verzahnt sind, eine Vielzahl von langen Ritzelzahnrädern 38b, die mit dem zweiten Sonnenrad 36b und der Vielzahl von kurzen Zahnrädern 38a verzahnt sind und die mit dem Hohlrad 37 verzahnt sind, und einen Planetenträger 39 auf, der die Vielzahl von kurzen Ritzelzahnrädern 38a und die Vielzahl von langen Ritzelzahnrädern 38b drehbar und umlauffähig hält. Das Hohlrad 37 des zweiten Planetengetriebemechanismus 35 ist mit der Ausgangswelle 27 verbunden und der Planetenträger 39 des zweiten Planetengetriebemechanismus 35 wird über die Einwegkupplung F1 durch das Getriebegehäuse 22 gestützt.
Die Kupplung C1 ist eine hydraulische Kupplung (Reibeingriffselement), die in der Lage ist, das Hohlrad 32 des ersten Planetengetriebemechanismus 30 und das erste Sonnenrad 36a des zweiten Planetengetriebemechanismus 35 miteinander in Eingriff zu bringen und voneinander zu lösen. Die Kupplung C2 ist eine hydraulische Kupplung, die in der Lage ist, die Eingangswelle 26 und den Planetenträger 39 des zweiten Planetengetriebemechanismus 35 miteinander in Eingriff zu bringen und voneinander zu trennen. Die Kupplung C3 ist eine hydraulische Kupplung, die in der Lage ist, das Hohlrad 32 des ersten Planetengetriebemechanismus 30 und das zweite Sonnenrad 36b des zweiten Planetengetriebemechanismus 35 miteinander in Eingriff zu bringen und voneinander zu lösen. Die Kupplung C4 ist eine hydraulische Kupplung, die in der Lage ist, den Planetenträger 34 des ersten Planetengetriebemechanismus 30 und das zweite Sonnenrad 36b des zweiten Planetengetriebemechanismus 35 miteinander in Eingriff zu bringen und voneinander zu lösen. Die Bremse B1 ist eine hydraulische Bremse (Reibeingriffselement), die in der Lage ist, das zweite Sonnenrad 36b des zweiten Planetengetriebemechanismus 35 hinsichtlich des Getriebegehäuses 22 stationär und drehbar zu machen. Die Bremse B2 ist eine hydraulische Bremse, die in der Lage ist, den Planetenträger 39 des zweiten Planetengetriebemechanismus 35 hinsichtlich des Getriebegehäuses 22 stationär und drehbar zu machen.
Die Kupplungen C1 bis C4 und die Bremsen B1 und B2 arbeiten mit Arbeitsöl, das durch die hydraulische Steuervorrichtung (nicht dargestellt) dorthin zugeführt und von diesen abgegeben wird. 2 ist eine Betriebstabelle, die die Beziehung zwischen jeder Schaltgeschwindigkeit des automatischen Getriebes 25 und den entsprechenden Betriebszuständen der Kupplungen C1 bis C4, der Bremsen B1 und B2 und der Einwegkupplung F1 darstellt. Das automatische Getriebe 25 sieht erste bis achte Vorwärtsgeschwindigkeiten und eine erste und eine zweite Rückwärtsgeschwindigkeit vor, wenn die Kupplungen C1 bis C4 und die Bremsen B1 und B2 in die entsprechenden Zustände gebracht werden, die in der Betriebstabelle von 2 dargestellt sind. Zumindest eine der Kupplungen C1 bis C4 und der Bremsen B1 und B2 können ein kämmendes Eingriffselement sein, wie zum Beispiel eine Klauenkupplung.
Der Getriebe- bzw. Zahnradmechanismus 40 weist ein Gegenantriebszahnrad 41, das an der Ausgangswelle 27 des automatischen Getriebes 25 fixiert ist, ein Gegenabtriebszahnrad 43, das an einer Gegenwelle 42 fixiert ist, die sich parallel zu der Ausgangswelle 27 erstreckt, und das mit dem Gegenantriebszahnrad 41 verzahnt ist, ein Antriebsritzelzahnrad (finales Antriebszahnrad) 44, das an der Gegenwelle 42 ausgebildet ist (oder an dieser fixiert ist), und ein Differentialhohlrad (finales Abtriebszahnrad) 45 auf, das mit dem Antriebsritzelzahnrad 44 verzahnt ist und mit dem Differential 50 gekoppelt ist.
Wie in 1 und 3 dargestellt ist, weist das Differential 50 ein Paar von (zwei) Ritzelzahnrädern 51, ein Paar von (zwei) Seitenzahnrädern 52, die an der Antriebswelle 28 fixiert sind und mit dem Paar von Ritzelzahnrädern 51 in einem rechten Winkel verzahnt sind, eine Ritzelwelle 53, die das Paar von Ritzelzahnrädern 51 stützt, und ein Differentialgehäuse 54 auf, das das Paar von Ritzelzahnrädern 51 und das Paar von Seitenzahnrädern 52 beherbergt und an dem das vorangehend genannte Differentialhohlrad 45 gekoppelt (fixiert) ist. In der Ausführungsform sind die Ritzelzahnräder 51 und die Seitenzahnräder 52 jeweils als gerade Kegelräder aufgebaut. Außerdem, wie in 3 und 4 dargestellt ist, weisen die Seitenzahnräder 52 jeweils einen Randabschnitt 52s auf, der zwischen Zähnen vorgesehen ist, um einem äußeren Endabschnitt 51s der Ritzelzahnräder 51 (Zähne) in der radialen Richtung zugewandt zu sein. Ferner ist eine Ritzelbeilagscheibe 55 zwischen jedem der Ritzelzahnräder 51 und dem Differentialgehäuse 54 angeordnet und eine Seitenbeilagscheibe 56 ist zwischen jedem der Seitenzahnräder 52 und dem Differentialgehäuse 54 angeordnet. Wie in 3 dargestellt ist, ist das Differentialgehäuse 54 über ein Lager, das koaxial zu der Antriebswelle 28 ist, durch das Getriebegehäuse 22 drehbar gestützt.
Im vorliegenden Fall kann in dem Differential 50, das wie vorangehend diskutiert aufgebaut ist, die Festigkeit der Ritzelzahnräder 51 und der Seitenzahnräder 52 durch ein Verringern der Anzahl von Zähnen der Ritzelzahnräder 51 und der Seitenzahnräder 52 und ein Erhöhen der Größe der Zähne von jedem Zahnrad verbessert werden. Deshalb ist in dem Differential 50 gemäß der Ausführungsform die Anzahl der Zähne der Ritzelzahnräder 51 ”9”, was kleiner ist als die Anzahl der Zähne (zum Beispiel 10) der Ritzelzahnräder eines gewöhnlichen Differentials, und die Anzahl der Zähne der Seitenzahnräder 52 ist ”13”, was kleiner ist als die Anzahl der Zähne (zum Beispiel 14 bis 16) von Seitenzahnrädern eines gewöhnlichen Differentials.
Es sei jedoch vermerkt, dass in dem Fall, in dem lediglich die Anzahl von Zähnen der Ritzelzahnräder 51 und der Seitenzahnräder 52 verringert ist, der Referenzkonuswinkel und die Teilkegellänge bzw. die Konusdistanz der Ritzelzahnräder 51 und der Seitenzahnräder 52 in Übereinstimmung mit dem Getriebeverhältnis variiert bzw. verändert werden kann, und falls der Referenzkonuswinkel der Seitenzahnräder 52 verringert wird, während der Referenzkonuswinkel der Ritzelzahnräder 51 erhöht wird, kann es schwierig sein, einen Anstieg in einer Abmessung des Differentials 50 (Seitenzahnräder 52) in der Fahrzeugbreitenrichtung zu unterdrücken, während die Festigkeit der Seitenzahnräder 52 gewährleistet ist. Außerdem ist in der Kraftübertragungsvorrichtung 20 für Frontantriebsfahrzeuge, wie in 3 gezeigt ist, das Differential 50 in der Nähe eines Wandlergehäuses 22c angeordnet, das das Getriebegehäuse 22 ausbildet und das das Fluidübertragungsgerät 23 beherbergt. Deshalb ist die Kraftübertragungsvorrichtung 20 hinsichtlich eines Raums in der Fahrzeugbreitenrichtung in großem Maße begrenzt, um eine Beeinträchtigung durch das Wandlergehäuse 22c zu vermeiden, und die Größe des Differentialgehäuses 54 kann nicht einfach vergrößert werden.
Im Lichte des Vorangehenden, wie in 4 dargestellt ist, wenn ”R” als der Konusabstand der Ritzelzahnräder 51 definiert ist, das heißt, der Abstand von dem Schnittpunkt zwischen einer Rotationsmittelachse bzw. Drehmittelachse 51a der Ritzelzahnräder 51 und einer Drehmittelachse 52a der Seitenzahnräder 52 zu dem äußersten Ende der Ritzelzahnräder 51 auf der Abstandslinie der Ritzelzahnräder 51 (siehe die doppelt gestrichene Strichlinie in 4), ”M” als der Modul der Ritzelzahnräder 51 und der Seitenzahnräder 52 definiert ist, das heißt, der Modul an der großen Endfläche (M = 2 × R × sin(ϕ)/zs, wobei ”ϕ” der Bezugskonuswinkel der Seitenzahnräder 52 ist und ”zs” die Anzahl der Zähne (= 13) der Seitenzahnräder 52 ist), ”h” als die Gesamttiefe der Ritzelzahnräder 51 und der Seitenzahnräder 52 ist, das heißt die Gesamttiefe der Ritzelzahnräder 51 und der Seitenzahnräder 52 an dem äußersten Ende der Abstandslinie der Ritzelzahnräder 51, ”Rp” als der Außenradius der Ritzelzahnräder 51 definiert ist, das heißt die Distanz von der Drehmittelachse 51a der Ritzelzahnräder 51 zu dem äußeren Endabschnitt 51s der Ritzelzahnräder in der radialen Richtung (dem äußersten Ende der Ritzelzahnräder in der radialen Richtung), ”θ” als der Zahnwurzelkonuswinkel der Seitenzahnräder 52 definiert ist, ”CL” als der Abstand bzw. Spielraum zwischen dem äußeren Endabschnitt 51s der Ritzelzahnräder 51 in der radialen Richtung und dem Randabschnitt 52s der Seitenzahnräder 52 definiert ist, ”St” als die Dicke des Randabschnitts 52s definiert ist, der Zusammenbauabstand als ”MD = Rp + CL + St” definiert ist und die Flachheitsrate bzw. das Flachheitsmaß als ”F = (R – MD)/R” definiert ist (der Modul und die Abmessungen sind in Einheiten von ”mm” repräsentiert), ist das Differential bzw. das Differentialgetriebe 50 gemäß der Ausführungsform gestaltet, um die folgenden Formeln zu erfüllen: 0,28 ≤ F ≤ 0,31, MD ≥ R × cos(θ), St/M ≥ 0,534, 0,025 ≤ CL/M ≤ 0,038, und h/M ≥ 2
Im vorliegenden Fall ist die Flachheitsrate F ein Index, der durch die Erfinder festgelegt ist, um die Größe des Differentials in der Fahrzeugbreitenrichtung zu bewerten, und ist höher als der Zusammenbauabstand bzw. die Baugruppendistanz MD, das heißt, die Abmessung des Differentialgetriebes 50 in der Fahrzeugbreitenrichtung (die Axialrichtung der Seitenzahnräder 52) ist kleiner.
Ferner, wie in 4 dargestellt ist, wenn der Referenzkonuswinkel der Seitenzahnräder 52 als ”ϕ” definiert ist, die Kopfhöhe der Ritzelzahnräder 51 als ”Ap” definiert ist und die Kopfhöhe der Seitenzahnräder 52 als ”As” definiert ist, ist das Differential 50 gemäß der Ausführungsform gestaltet, um die folgende Formel zu erfüllen: Rp ≥ R × cos(ϕ) + (Ap/2 – As/2) × sin(ϕ)
5 ist eine Tabelle, die die Spezifikationen des Differentials 50 gemäß der vorangehend beschriebenen Ausführungsform, eines Differentials 50B gemäß einer Modifikation und Differentialen gemäß Vergleichsbeispielen 1 bis 5 darstellt. 5 stellt Spezifikationen, wie zum Beispiel die Kopfhöhe und die Fußtiefe der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder in jedem Differential, die Gesamttiefe, den Konusabstand, den Baugruppenabstand und die Dicke des Randabschnitts dar, wenn durch den Modul M dividiert, um dimensionslos gemacht zu werden. Deshalb ist in 5 der Modul von jedem Differential ”1”. Außerdem, wenn von dem Baugruppenabstand und der Dicke des Randabschnitts, der in 5 dargestellt ist, aus gesehen, ist das Differential 50B gemäß der Modifikation geringfügig kleiner als das Differential 50 gemäß der Ausführungsform und wurde an Sechsgangautomatikgetriebe angepasst. Ferner entsprechen Vergleichsbeispiele 1 bis 3 Differentialen für Frontantriebsfahrzeuge, wie bei dem Differential 50 gemäß der Ausführungsform und dem Differential 50B gemäß der Modifikation und Vergleichsbeispiele 4 und 5 entsprechen Differentialen für Heckantriebsfahrzeuge. 6 stellt die Ergebnisse eines Festigkeitsbewertungstests für das Differentialgetriebe 50 gemäß der Ausführungsform, das Differential 50B gemäß der Modifikation und den Differentialen gemäß Vergleichsbeispielen 1 und 3 dar. Die Zeichnung stellt die Ergebnisse zum Bewerten der Dauerhaltbarkeit bzw. Ermüdungsfestigkeit von jedem Differential (den Ritzelzahnrädern und den Seitenzahnrädern) nach langen Betriebsstunden des Differentials dar, wobei beide Seitenzahnräder unterschiedlich bzw. differential arbeiten. Falls der Festigkeitsindex, der durch die vertikale Achse von 6 repräsentiert ist, einen Wert von 1 hat, zeigt dies an, dass das Differential in der Praxis ausreichende und vorteilhafte Festigkeit hat.
Wie aus den Bewertungsergebnissen von 6 heraus ersichtlich ist, kann das Differential bzw. das Differentialgetriebe gemäß Vergleichsbeispiel 1 mit einer Flachheitsrate F von mehr als 0,31 in einer Größe in der Fahrzeugbreitenrichtung verringert werden (siehe den Baugruppenabstand und die Dicke des Randabschnitts in 5), jedoch ist es bezüglich der Festigkeit unzureichend. Außerdem hat das Differential gemäß Vergleichsbeispiel 3 mit einer Flachheitsrate von 0,26 ausreichende Festigkeit, hat jedoch einen Baugruppenabstand, der größer als jener des Differentials 50 gemäß der Ausführungsform, des Differentials 50B gemäß der Modifikation und des Differentials gemäß Vergleichsbeispiel 1 ist, wie aus 5 heraus ersichtlich ist, und kann in der Fahrzeugbreitenrichtung lediglich in einem begrenzten Ausmaß kompakt gemacht werden. Ferner hat das Differential gemäß Vergleichsbeispiel 5 mit einer Flachheitsrate von 0,27, welches ein Differential für Heckantriebsfahrzeuge ist, welche einen Extraraum haben, eine ausreichend große Dicke des Randabschnitts (siehe 5) und wird erachtet, eine ausreichende Festigkeit zu haben, kann jedoch aufgrund des Baugruppenabstands MD und der Dicke des Randabschnitts eindeutig in der Fahrzeugbreitenrichtung lediglich bis zu einem begrenzten Grad kompakt gemacht werden. Aus diesen Bewertungsergebnissen heraus kann es verstanden werden, dass das Differential kompakt gemacht werden kann, während die Festigkeit der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder verbessert wird, wenn die Flachheitsrate des Differentials auf den Bereich von 0,28 bis 0,31 ausgewählt ist. In Anbetracht dessen hat das Differential 50 gemäß der Ausführungsform eine Flachheitsrate F von 0,30 und das Differential 50B gemäß der Modifikation hat eine Flachheitsrate F von 0,31.
Ferner, falls das Differential 50, 50B gestaltet ist, um die Beziehung ”Baugruppenabstand MD ≥ Konusabstand R × cos(θ)” mit der Flachheitsrate F mit einem Wert in dem Bereich von 0,28 bis 0,31 zu erfüllen, kann der Zahnwurzelwinkel ε (= ϕ – θ) der Seitenzahnräder 52, das heißt, die Fußtiefe Dp der Ritzelzahnräder 51 auf ein bestimmtes Maß erhöht werden, was es möglich macht, einen Anstieg in einer axialen Länge des äußeren Endabschnitts 51s der Ritzelzahnräder 51 in der radialen Richtung zu unterdrücken, das heißt, eine radiale Länge des Randabschnitts 52s der Seitenzahnräder 52, der dem äußeren Endabschnitt 51s der Ritzelzahnräder 51 in der radialen Richtung zugewandt ist, wodurch die Starrheit bzw. Steifigkeit des Randabschnitts 52s noch vorteilhafter gewährleistet wird. Außerdem kann, falls das Differential gestaltet ist, um St/M ≥ 0,534, 0,025 ≤ CL/M ≤ 0,038 und h/M ≥ 2 zu erfüllen, ein vorteilhaftes Kämmen bzw. Verzahnen zwischen den Ritzelrädern 51 und den Seitenzahnrädern 52 erreicht werden durch ein Gewährleisten von in der Praxis ausreichenden Werten des Abstands CL und der Gesamttiefe h der Ritzelzahnräder 51 und der Seitenzahnräder 52, eine ausreichende Steifigkeit des Randabschnitts 52s kann gewährleistet werden und die Festigkeit der Seitenzahnräder 52 und daher des Differentials 50, 50B kann vorteilhaft gewährleistet werden durch ein Unterdrücken einer Deformation der Zahnwurzel der Seitenzahnräder 52 aufgrund einer Spannung, die verursacht wird, wenn die Ritzelzahnräder 51 und die Seitenzahnräder 52 miteinander kämmen.
Darüber hinaus, wie vorangehend diskutiert ist, wenn die Kopfhöhe der Ritzelzahnräder 51 als ”Ap” definiert ist und die Kopfhöhe der Seitenzahnräder als ”As” definiert ist, sind das Differential 50 gemäß der Ausführungsform und das Differential 50B gemäß der Modifikation gestaltet, um die Beziehung ”Rp ≥ R × cos(ϕ) + (Ap/2 – As/2) × sin(ϕ)” zu erfüllen. Folglich ist der Außenradius Rp der Ritzelzahnräder 51 gleich wie oder größer als der Abstand zwischen der Drehmittelachse 51a der Ritzelzahnräder 51 und einem Punkt an einer Mitte der effektiven Verzahnungszahnhöhe (Ap + As) der Ritzelzahnräder 51 und der Seitenzahnräder 52 und der äußere Endabschnitt 51s der Ritzelzahnräder 51 in der radialen Richtung schneidet den Punkt an einer Hälfte bzw. Mitte der effektiven Verzahnungszahnhöhe (Ap + As) oder ist auf einer äußeren Seite hinsichtlich des Punkts an einer Mitte der effektiven Verzahnungszahnhöhe (Ap + As) positioniert. Als ein Ergebnis ist es möglich, einen Anstieg in einer axialen Länge des äußeren Endabschnitts 51s der Ritzelzahnräder 51 (Zähne) in der radialen Richtung zu unterdrücken, das heißt, einer radialen Länge des Randabschnitts 52s der Seitenzahnräder 52, der dem äußeren Endabschnitt 51s der Ritzelzahnräder 51 in der radialen Richtung zugewandt ist, wodurch die Steifigkeit des Randabschnitts 51s vorteilhafter gewährleistet wird.
Wie vorangehend beschrieben wurde, können das Differential 50 gemäß der Ausführungsform und das Differential 50B gemäß der Modifikation die Seitenzahnräder 52 in der axialen Richtung kompakt machen, während die Festigkeit der Ritzelzahnräder 51 und der Seitenzahnräder 52 verbessert wird, und sind signifikant geeignet insbesondere für Frontantriebsfahrzeuge, welche hinsichtlich eines Raums in der Fahrzeugbreitenrichtung, das heißt, in der axialen Richtung der Seitenzahnräder 52 in großem Maße begrenzt sind. Es ist jedoch eine Selbstverständlichkeit, dass das Differential 50, 50B ebenfalls auf Heckantriebsfahrzeuge angewandt werden kann.
Die Entsprechung zwischen den Hauptelementen der Ausführungsform etc. und den Hauptelementen der Erfindung, die in dem Abschnitt ”ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG” beschrieben sind, beschränkt bzw. begrenzt die Elemente der Erfindung nicht, die in dem Abschnitt ”Mittel zum Lösen des Problems” beschrieben sind, da die Ausführungsform etc. Beispiele sind, die zum Zwecke eines spezifischen Beschreibens einer Art zum Ausführen der Erfindung gegeben sind, die in dem Abschnitt ”ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG” beschrieben ist. Das heißt, die Ausführungsform etc. sind lediglich spezifische Beispiele der Erfindung, die in dem Abschnitt ”ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG” beschrieben ist, und die Erfindung, die in dem Abschnitt ”ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG” beschrieben ist, sollte auf der Basis der Beschreibung in diesem Abschnitt interpretiert bzw. ausgelegt werden.
Während eine Art zum Ausführen der vorliegenden Erfindung vorangehend mittels einer Ausführungsform beschrieben wurde, ist es eine Selbstverständlichkeit, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform in irgendeiner Weise begrenzt ist, und dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen Weisen modifiziert werden kann, ohne von dem Schutzumfang und dem Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann in der Industrie verwendet werden, die Kraftübertragungsvorrichtungen herstellt.

Claims

Differential für ein Fahrzeug mit einem Paar von Ritzelzahnrädern und einem Paar von Seitenzahnrädern, die mit dem Paar von Ritzelzahnrädern in einem rechten Winkel verzahnt sind, dadurch gekennzeichnet, dass: die Ritzelzahnräder jeweils ein gerades Kegelrad mit neun Zähnen sind und die Seitenzahnräder jeweils ein gerades Kegelrad mit 13 Zähnen sind; und wenn die Teilkegellänge der Ritzelzahnräder als ”R” definiert ist, der Modul der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder als ”M” definiert ist, die Gesamttiefe der Ritzelzahnräder und der Seitenzahnräder als ”h” definiert ist, der Außenradius der Ritzelzahnräder als ”Rp” definiert ist, der Zahnwurzelkegelwinkel der Seitenzahnräder als ”θ” ist, der Abstand zwischen einem äußeren Endabschnitt der Ritzelzahnräder in der radialen Richtung und einem Randabschnitt der Seitenzahnräder, der dem äußeren Endabschnitt zugewandt ist, als ”CL” definiert ist, die Dicke des Randabschnitts als ”St” definiert ist, die Baugruppendistanz als ”MD = Rp + CL + St” definiert ist, und die Flachheitsrate als ”F = (R – MD)/R” definiert ist (die Moduln und die Abmessungen sind in ”mm” repräsentiert), die folgende Beziehung erfüllt ist: 0,28 ≤ F ≤ 0,31, MD ≥ R × cos(θ), St/M ≥ 0,534, 0,025 ≤ CL/M ≤ 0,038, und h/M ≥ 2.
Differential nach Anspruch 1, wobei dann, wenn der Referenzkonuswinkel der Seitenzahnräder als ”ϕ” definiert ist, die Kopfhöhe der Ritzelzahnräder als ”Ap” definiert ist und die Kopfhöhe der Seitenzahnräder als ”As” definiert ist, die folgende Beziehung erfüllt ist: Rp ≥ R × cos(ϕ) + (Ap/2 – As/2) × sin(ϕ).
Differential nach Anspruch 1 oder 2, das über einen Getriebezug an eine Ausgangswelle eines Getriebes für ein Frontantriebsfahrzeug gekoppelt ist.