DE19517955A1

DE19517955A1 - Fahrzeugachsen-Differential

Info

Publication number: DE19517955A1
Application number: DE19517955A
Authority: DE
Inventors: Jack Graft; Richard E Cleveland
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1994-05-16
Filing date: 1995-05-16
Publication date: 1995-11-23
Also published as: JPH0886344A; US5624345A

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugachsen-Differential und insbesondere eine Vorrichtung zum Vorbelasten der Differential lager, mit einem Differentialträger, der drehbar ein Diffe rentialgehäuse mittels im Träger eingebauten Lagern abstützt. Eine genaue Zentrierung des Differentialgehäuses im Träger erfolgt durch die Lager und die letzteren werden vorbelastet, um das Differentialgehäuse zu positionieren und die ge wünschte Größe an Spiel zwischen einem Antriebsritzel und einem Zahnring zu erhalten.

Differentiale für Automobile oder andere Anwendungen sind bekannt und haben allgemein ein Differentialgehäuse, das drehbar mittels axial beabstandeten Lagern in einem Träger gelagert ist. Der Einbau der Lager bringt Probleme mit sich, da eine gewünschte Größe an Spiel zwischen dem Antriebs ritzel und dem Zahnring des Getriebes erreicht oder ein Endspiel des Rotors eliminiert werden soll, insbesondere unter Berücksichtigung des Verschleißes der Lager oder der Zahnräder. Ein richtiger Eingriff des Zahnringes, der vom Differentialgehäuse getragen wird, mit dem Eingangsritzel ist erforderlich und nachfolgender Verschleiß der Zahnräder oder der Lager führt zu einer Fehleinstellung des Spieles zwischen den Zahnrädern und möglicherweise auch des Spieles im Rotor. Dies wiederum bedingt eine Einstellung der Lager. Allgemein werden die bisherigen Lager von Differentialge häusen einstellbar gemacht durch Verwendung von Einstell scheiben oder dgl., wobei es dann häufig erforderlich ist, das Differentialgehäuse auszubauen, um das Spiel oder die Lagervorlast einstellen zu können. Diese arbeitsintensiven Prozeduren steigern die Kosten und die Komplexität der Ein stellung. Es wäre daher erwünscht, die erforderliche Ein stellung der Lagervorlast zu eliminieren oder mindestens zu vereinfachen, um einen guten Eingriff der Antriebsräder zu erhalten und das Differentialgehäuse im Träger genau zen trieren zu können.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Einrichten und Einstellen der Vorbelastung der Lager von Differentialen zu schaffen, um eine im wesentlichen gleichmäßige Differentiallager-Vorlast zu erhalten, un abhängig von der Abnutzung der Antriebsräder oder der La ger. Der Einbau des Differentiales in das Achsgehäuse wird dadurch vereinfacht und die nachfolgende Einstellung der Lagervorlast wird im wesentlichen über die Betriebsdauer der Achse vermieden.

Die Erfindung betrifft somit ein Fahrzeugachsen-Differential mit einem Achsengehäuse, in welchem ein Differentialgehäuse drehbar eingebaut ist. Das Achsengehäuse ist mit axial be abstandeten Wälzlagern für das Differentialgehäuse versehen, welche drehbar das Differentialgehäuse im Achsgehäuse ab stützen und zentrieren. Die Lager sind in Lagersitzen im Achsgehäuse eingebaut und einer der Lagersitze enthält ein Lastbiegeelement, um eine vorgegebene Vorlast auf die Lager aufzubringen. Dieses Lastbiegeelement bewirkt die Bei behaltung einer im wesentlichen konstanten vorgegebenen Lagervorlast während der Abnutzung der Antriebsräder und der Lager. Es wird ferner ein Verfahren zum Zusammenbau des Differentiales angegeben, welches es erlaubt, eine vorge gebene Lagervorlast leicht einzustellen, wobei es nicht er forderlich ist, das Trägergehäuse auseinanderzubauen, um das Differentialgehäuse einbauen zu können. Dieses Verfahren vereinfacht den Zusammenbau und vermeidet die Notwendigkeit, Bohrungen im Trägergehäuse für das Auseinanderbauen des letzteren vorsehen zu müssen.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nach folgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch im Schnitt ein Fahrzeugdif ferential nach der Erfindung zeigt.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt der axial beabstandeten Lager des Dif ferentials nach der Erfindung.

Fig. 3 zeigt in Draufsicht ein Lastbiegeelement oder Beaufschlagungselement in Verbindung mit dem Lager nach Fig. 2.

Fig. 3A zeigt einen Schnitt durch das Lastbiege element längs der Linie 3A-3A von Fig. 3.

Fig. 4 zeigt ein Schaubild für das Belastungs element, wobei die Last über der Durch biegung aufgezeichnet ist.

In Fig. 1 ist ein Fahrzeugdifferential dargestellt mit einem Gehäuse 10, das an der Unterseite eines Fahrzeuges ange bracht ist. Das Differential kann Achsrohre 12 aufweisen, oder es kann Teil einer unabhängigen Achse sein, die keine Achs rohre 12 benötigt. Das Differential hat ferner ein Eingangs ritzel 14, das auf einer nicht gezeigten Antriebswelle sitzt. Das Ritzel 14 kämmt mit einem Zahnring 16, der seinerseits an einem Flansch 46 befestigt ist, der mit dem Rotor oder dem Differentialgehäuse 18 verbunden ist. Das Differentialgehäuse 18 und der Zahnring 16 werden mit Hilfe des Ritzels 14 in dem stationären Trägergehäuse 10 in Drehung versetzt. Die Dreh bewegung des Differentialgehäuses 18 wird auf die Antriebs achsen 19 und die nicht gezeigten Räder des Fahrzeuges über tragen. Jede Antriebsachse ist mit einem Ausgangs-Kegelrad 20 gekoppelt, was es ermöglicht, daß jede Achse mit unterschied licher Drehzahl angetrieben werden kann. Eine Mehrzahl von Planetenrädern 22 kämmt mit den gegenüberliegenden Zahnrädern 20, um die Antriebskraft zu übertragen und ein wirksamer Be trieb des Differentiales hängt von der genauen Zentrierung des Gehäuses 18 im Träger 10 ab. Eine gute Zentrierung des Gehäuses 18 im Träger 10 bewirkt einen guten Eingriff des Zahnringes 16 mit dem Ritzel 14. Das Differentialgehäuse 18 ist im Träger 10 drehbar gelagert mit Hilfe von Wälzlagern 24 und 26. Die Wälzlager 24 und 26 können Kegelrollenlager sein, die bereits zusammengebaute Einheiten mit zugehörigen Lagerkappen 28 sind. Die Lagerkappen 28 sind an einem Lager sitz 30 im Träger 10 angebracht.

In Fig. 2 sind die Lager 24 und 26 mehr im Detail dargestellt. Das Differentialgehäuse 18 endigt an jedem seitlichen Ende in Form einer zylindrischen Nabe 32. Die Nabe 32 bildet ei nen Sitz für einen inneren Lagerring 34, der Teil eines Wälzlagers 24 oder 26 ist. Ein äußerer Lagerring 38 ist in einem Lagersitz 40 angeordnet, der im Trägergehäuse 10 aus gebildet oder ausgearbeitet ist. In der bevorzugten Aus führungsform ist der Lagersitz 40 so maschinell bearbeitet, daß er eine erweiterte Länge hat, die eine Positionierung des äußeren Lagerringes 38 im Sitz erlaubt, wobei ferner zusätzlicher Raum zwischen dem äußeren Lagerring 38 und dem Sitz 40 geschaffen wird. In diesem Raum wird entweder ein Distanzstück und/oder ein Belastungselement eingebaut, wie nachfolgend beschrieben wird.

Zum Vorbelasten der Lager werden Einstellscheiben, wie sie konventionell in Verbindung mit Lagerringen verwendet werden, auf einer Seite eliminiert und in dem Raum, der durch den Lagersitz 40 geschaffen wird, ist wenigstens ein Belastungselement 42 auf einer axialen Seite des Differential gehäuses eingebaut, der dem Lager 26 zugeordnet ist, mit einem Distanzelement 44, das auf der anderen Seite des Dif ferentialgehäuses in Verbindung mit dem Lager 24 angeordnet ist. Ein Distanzelement 45 kann ferner in Verbindung mit dem Belastungselement 42 vorgesehen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform und um den Einbau des Differentialgehäuses 18 in das Achsgehäuse zu erleichtern, ist der Lagersitz ge genüber dem Zahnringflansch 46 so bearbeitet, daß er Raum für das Belastungs-Biegeelement 42 in Verbindung mit dem Lager 26 schafft. Das Lager 24 auf der Zahnringseite des Differentiales wird durch das Distanzelement 44 in vorgege bener Lage positioniert, um das gewünschte Hypoid-Zahnspiel zu schaffen. Diese Anordnung vereinfacht den Einbau des Differentialgehäuses in das Achsgehäuse, wie noch erläutert wird. In der bevorzugten Ausführungsform kann das Belastungs element 42 eine Wellenfeder sein, ein zusammendrückbares Distanzelement, eine Schraubenfeder oder eine Tellerfeder mit einer vorgegebenen Federkonstante, um eine im wesentlichen konstante Lagervorlast relativ auf beide Lager 24 und 26 auf zubringen. Das Distanzelement 44, welches dem Lager 24 an der Zahnringseite des Differentiales zugeordnet ist, kann ein Distanzring ausgewählter Dicke, ein mit Gewinde ver sehener Einstellring, eine Scheibe oder eine ähnliche Ein richtung sein, durch welche der äußere Lagerring 38 des Lagers 24 positioniert werden kann. Das Distanzelement 45, falls ein solches verwendet wird, kann in derselben Weise wie das Element 44 ausgebildet sein. Das Distanzelement 44 wird gewählt, um das Hypoid-Zahnspiel des Differentiales einzustellen, während das Belastungselement 42 im wesentlichen die konstante Lagervorlast aufrechterhält, selbst bei Ab nutzung der Zähne oder der Lager. Die durch das Lastelement 42 ausgeübte Kraft neigt dazu, konstant zu sein und hat eine ruhigere Achse über eine ausgedehnte Zeitperiode zur Folge entsprechend der nutzbaren Betriebsdauer der Achse. Das Belastungselement 42 ist vorzugsweise eine Wellenfeder 50 ringförmiger Gestalt, die um die Achswelle 19 gegenüber dem Zahnringflansch eingebaut ist. Eine oder mehr solcher Wellenfedern 50 kann verwendet werden, um die gewünschte Fe derkraft für eine bestimmte Achse und ein bestimmtes Dif ferential aufzubringen. Allgemein wurde gefunden, daß die erforderliche Federkraft zum Aufbringen der gewünschten Lager vorlast von den Herstellungstoleranzen einer gegebenen Achse abhängt, ebenso von den Hypoid-Zahnrädern und der Geometrie der Differentiallager. Bei Hypoid-Zahnrädern mit einem Durch messer im Bereich von 125-280 mm (5,0-11,0′′) beispiels weise ist eine Federkraft im Bereich von etwa 42-75 kp je 25,4 mm (je Zoll) Zahnringdurchmesser erforderlich. Eine Fe derkraft von etwa 58-59 kp je 25,4 mm Zahnringdurchmesser hat sich als besonders geeignet erwiesen, um die gewünschten Lagervorlast-Charakteristiken in Verbindung mit Differential lagern zu erreichen. Das Belastungselement ist auf einer axialen Seite des Differentiales angeordnet, und es übt eine praktisch konstante Kraft auf eines der Lager aus, wobei das andere Lager relativ zum Distanzelement 44 fest eingebaut ist. Durch die auf das Lager ausgeübte Kraft wird in Ver bindung mit dem Distanzelement 44 das Spiel zwischen den Hypoid-Zahnrädern eingestellt und die konstante Vorlast aufrechterhalten, um auch das gewünschte Spiel beizubehalten. Der Einbau des Differentiales in das Achsgehäuse wird eben falls durch diese Ausbildung vereinfacht.

In Fig. 4 ist die Belastung über der Ablenkung oder Durch biegung des Belastungselementes dargestellt. Bei dem Bei spiel nach Fig. 4 wurde ein Paar eingebauter Wellenfe dern, die eine Federrate von 225 kp hatten (500 Pfund) auf Druck getestet. Die durch das Belastungselement erzeugte Federkraft bewirkt, wie dargestellt, eine Kraft je Durch biegungseinheit, die im wesentlichen linear bis zu einem Maximum zunimmt, bei welchem die Wellenfedern voll zusammen gedrückt sind. Diese Kennlinie dieses Typs eines Belastungs elementes ist erwünscht, um den richtigen Eingriff der Hypoid- Zahnräder und eine praktisch konstante Lagervorlast über eine ausgedehnte Zeitperiode aufrechtzuerhalten. Andere Typen von Belastungselementen, wie sie oben erwähnt wurden, sollten, wenn sie verwendet werden, ähnliche Kennlinien haben.

Zusätzlich zur Schaffung einer im wesentlichen konstanten Vorlast auf die Lager ermöglicht die Erfindung den Einbau des Differentialgehäuses 18 in den Träger 10 in einfacher Weise. Es ist hierbei nicht erforderlich, das Trägergehäuse 10 auseinanderzuziehen. Gewöhnlich werden die Trägergehäuse auseinandergezogen mit Hilfe von Bohrungen im Gehäuse, die eine zusätzliche maschinelle Bearbeitung erfordern. Das Aus einanderziehen des Trägergehäuses erfordert auch die Ver wendung von Spezialwerkzeugen und kann zu einer unerwünschten Verformung des Trägergehäuses führen, wodurch die Toleranzen und die nachfolgende Betriebsweise beeinflußt werden. Beim Zusammenbau werden das Belastungselement 42 und das Distanz element 45 (falls es verwendet wird) in den Lagersitz gegen über dem Zahnringflansch 46 eingebaut, wie oben beschrieben wurde. Um das Differential in das Achsgehäuse einzubauen, kann das erforderliche Spiel für die verwendeten Zahnräder mittels konventioneller Messungen bestimmt werden. Bei einem Distanzelement 44 mit vorgewählter Dicke kann die erforder liche Dicke dieses Elementes so durch diese Messungen be stimmt werden. Alternativ, wenn das Distanzelement ein Ge winde-Einstellelement oder ein ähnliches Element ist, wird das Differentialgehäuse 18 im Träger 10 anfangs so einge stellt, daß die Hypoid-Räder so weit wie möglich außer Ein griff sind. Mit dem bestimmten gewählten Distanzelement 44 kann das Differentialgehäuse 18 in das Achsgehäuse in Ein griff mit den Lagern 26 gegenüber dem Zahnringflansch ein gesetzt werden. Die Belastungseinrichtung 42 wird zusammen gedrückt, indem das Differential gegen das Lager 26 ange drückt wird bis die Hypoid-Räder des Differentiales im wesentlichen Null-Spiel haben. Das zuvor gewählte Distanz element 44 wird dann in Verbindung mit dem Zahnring-Lager 24 installiert. Beim Lockern der Last, die benutzt wurde, um das Belastungselement zusammenzudrücken, wird das richtige Spiel zusammen mit der gewünschten Lagervorlast eingestellt. Danach werden die Lagerkappen 28 eingesetzt und damit der Zusammenbau beendet. Alternativ kann ein mit Gewinde ver sehenes Einstellelement oder ein ähnliches Element verwendet werden, wobei dann das Spiel gegen die Kraft des Belastungs elementes 42 eingestellt wird und nach der Einstellung wer den die Lagerkappen 28 installiert.

Claims

1. Fahrzeugachsen-Differential gekennzeichnet durch ein Gehäuse, in welchem ein Differentialgehäuse drehbar eingebaut ist, wobei im Gehäuse axial beabstandete Wälzlager eingebaut sind, die das Differentialgehäuse im Achsgehäuse drehbar abstützen und zentrieren, daß ferner jedes Lager in einem Lagersitz im Gehäuse angeordnet ist, daß in einem der Lagersitze wenigstens ein Belastungselement angeordnet ist, welches auf die ses Lager einwirkt, um eine vorgegebene Kraft zur Vor belastung dieses Lagers auszuüben, und daß das Be lastungselement diese Vorbelastung bei Abnutzung der Antriebsräder des Differentialgehäuses oder der Lager im wesentlichen konstant aufrechterhält.

2. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgehäuse einen Zahnringflansch auf weist, an welchem ein Zahnring angebaut ist zur Drehung mit dem Achsgehäuse, und daß der Lagersitz, in welchem das Belastungselement angeordnet ist, gegenüber zu dem Zahnringflansch liegt.

3. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Belastungselement eine Federkraft im Bereich von etwa 42-75 kp je 25,4 mm Zahnring-Durchmesser besitzt.

4. Differential nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Belastungselement eine Federkraft von etwa 58-59 kp je 25,4 mm Zahnring-Durchmesser besitzt.

5. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Belastungselement wenigstens eine Wellenfeder ist.

6. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Belastungselement wenigstens eine Schrauben feder ist.

7. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Belastungselement wenigstens ein zusammendrück barer Distanzring ist.

8. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Belastungselement wenigstens eine Tellerfeder ist.

9. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem anderen Lagersitz ein Distanzelement einge baut ist, durch das in Verbindung mit dem Belastungs element das Spiel zwischen einem Antriebsritzel und einem Zahnring des Antriebszuges einstellbar ist.

10. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgehäuse einen Zahnringflansch auf weist, der im Achsgehäuse drehbar ist, daß in dem ei nen Lagersitz das Belastungselement gegenüber zu dem Zahnringflansch angeordnet ist, und daß in dem anderen Lagersitz ein Distanzelement angeordnet ist, wobei durch das Belastungselement und das Distanzelement zu sammen das Spiel zwischen einem Antriebsritzel und einem Zahnring, der am Zahnringflansch angebracht ist, einstellbar ist.

11. Verfahren zum Zusammenbauen eines Fahrzeugachs-Diffe rentiales nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differentialträgergehäuse (Achsgehäuse) bereitge stellt wird, das erste und zweite Lagersitze hat zur Aufnahme von axial beabstandeten Wälzlagern für ein Differentialgehäuse, daß in einem ersten Lagersitz wenigstens ein Belastungselement angeordnet und das Lager so eingebaut wird, daß das Belastungselement eine Kraft auf das Lager von dem Lagersitz aus ausübt, daß die Dicke eines Distanzelementes bestimmt wird, das zwischen dem zweiten Lagersitz und dem anderen La ger eingebaut wird, um ein vorgegebenes Spiel zwischen einem Antriebsritzel und einem Zahnring des Differential gehäuses zu schaffen, daß das Differentialgehäuse in das Trägergehäuse eingebaut wird, wobei durch das Dif ferentialgehäuse das Belastungselement zusammengedrückt wird, daß das Distanzelement in den zweiten Lagersitz eingesetzt wird, und daß die zum Zusammendrücken des Belastungselementes aufgebrachte Kraft abgenommen wird und Lagerkappen aufgesetzt werden, um die Lager in dem Trägergehäuse zu halten.