JPH06504837A - 差動ギヤ集成体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 差動ギヤ集成体 技術分野 本発明は、動力源から駆動される道路車両へ駆動トルクを伝達するために使用さ れる差動ギヤ集成体に関し、より詳しくは、車輪スピンに抵抗を持つ差動ギヤ集 成体従来の差動ギヤは、駆動される地上車輪の間に等分に駆動トルクを分配する “自由“差動（ｆｒｅｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｊａｌ）であり、車両が角を曲が るとき、又は地表面の不規則性により、又はタイヤのサイズによって起こる車輪 の地上速度における違いを補う。

自由差動は、より高価な自動車を除（すべての車両について、標準的な集成体で ある。しかし、一方の車輪における牽引力および駆動トルクの損失が、他の駆動 車輪の駆動トルクに、対応する損失をもたらす結果となるという欠点を持ってい る。動力源からの過剰のトルクは、牽引力を失った車輪にスピンを発生するだけ になるであろう。

一方の車輪において牽引力の損失が生じた場合、不埒、衡な出力トルクを許す集 成体を設計するための多くの提案がなされている。そのひとつ、の集成体は、グ リースマン（Ｇｒｅａｓ＋ｏａｎ）による米国特許明細書第２８５９６４１号に 記載されており、商業的にはトルセン（ＴＯＲ３ＥＮ）差動として知られている 。この差動は、一方の駆動車輪が地面との接着力が悪いために、必要とされる駆 動トルクを保つことができない時、内部摩擦と組み合わさって出力シャフトの間 にトルクの不均衡を発生させるために、非能率的なギヤを利用している。

スリップ（ｌｉｍｉｔｅｄ　５ｌｉｐ）差動集成体は、ウオーム歯車ギヤ又は修 正された交差型らせん状ギヤとしてより良（説明されるギヤの、駆動特性の効率 に頼る複雑な構造体である。そのような構造体においては、歯のかみ合わせの数 は制限され、交差型らせん状ギヤの歯の間の接触の性質と組み合わさって、そう した差動の負荷容量を著し明らかにずっと少ない一定の四輪駆動を持つ車両の中 に適用されている。

ここに参考として挿入された本発明者等の以前の米国特許第５０７１３９５号の 中には、ノンスリップ差動ギヤ集成体が記載されており、ハウジング内に据え付 けられた中間シャフトが、おのおのの車両ギヤとかみ合ったギヤをそれぞれ備え ている。一方の出力シャフトに対する一組のかみ合うギヤは、反対のハンドを有 する歯車を持つ従来の平歯車又はらせん状ギヤであり、もう一方の出力シャフト に対する一組のかみ合う、ギヤは、同じハンドのらせん状ギヤで、それ等の間で ゼロか又は非常に低効率の駆動を有している。該特許に記載された集成体におい ては、車輪スピンを防止するために、同じハンドの一組のらせん状ギヤの間のゼ ロ又は非常に低効率の駆動に頼っているが、２組のかみ合うギヤの異なる回転特 性が、車軸の間に差動が起こるのを許している。従来技術のこの差動集成体に固 有の非対称性は、個人用の自動車又はトラックにおいて商業的な受け入れを見出 しておらず、その性能の信頼、性における難点および取り扱い上の特性が、まだ 解決されていない問題となっている。

発明の目的 本発明の目的は、改良された制限スリップ（ｌｉ■ｉ　ｔｅｄｓｌｉｐ）差動ギ ヤ集成体を提供することである。

発明の開示 本発明に従う制限スリップ差動ギヤ集成体は下記を含む：第１軸の周りに回転す るように取り付けられたハウジング；回転運動を該ハウジングと結合させる手段 ；外歯を有しそして夫々、該ハウジングの反対側に取り付けられた、二つの共軸 の且つ離れたギヤ部材；および各ギヤ部材とかみ合い且つ、それぞれのギヤ要素 と共に回転する平歯車により相互連結された一対のギヤ要素。ここの回転軸に平 行に延びており、・そして該ギヤ要素およびギヤ部材は該ギヤ要素よりも直径が 大である。

ギヤ部材の直径を、それとかみ合うギヤ要素の直径よりも大きくした利点は、駆 動力がギヤ要素からギヤ部材性したシャフトのらせん状ギヤの使用に依存してい ることに気付くであろう。しか、しこれは、ギヤ部材とそれにかみ合うギヤ、要 素の駆動比が１＝１以外を示す時、その回転特性の理由からではなく、ギヤ部材 およびかみ合うギヤ要素の間の駆動特性の効率のためである。そのような特性は 以前、ウオーム歯車および交差型らせん状ギヤ駆動においてのみ有効であると考 えられていた。

差動ギヤ集成体の厳密な寸法は、オーストラリア国内いからである。本発明の集 成体において平行したシャフトを有するギヤの使用は、交差型らせん状ギヤを収 容する、類似の直径のギヤハウジングの所定の直径において、より多くの歯が接 触する事態を可能にしている。これは、トルセン（ＴＯＲＳＥＮ）差動集成体と 似た特性を持つがより強度が大きい制限スリップ差動ギヤ集成体の開発を可能に し、従って広範囲の車両に適合できる。

本発明は例により、添付の、大幅に図式化された図面を参照して、より詳細に説 明されるであろう。

第１図は、第１態様の差動ギヤ集成体の垂直縦方向断面図であり、該差動ギヤ集 成体は平歯車によって相互連結された、二つのらせん状ギヤ要素を用いている。

第２図は、第１図の縦断面図であり、第１図の矢印■〜■によって示される線お よび方向に沿った図面である。

第３図は、差動ギヤ集成体の第２の態様の概略縦断面のギヤ要素全周い、それぞ れの対は平歯車によって相互連結されている。

第４図は、第３図の８個のギヤ要素が、二つの共軸の且つ離れたらせん状のギヤ 部材の周囲に、４つづつ２グループに分かれて配置されている様子を示す縦断面 図である。

第５図は、第３図の一部の詳細図であり、二つのギヤ要素がおのおののギヤ部材 と組み合わさって、平歯車によって相互連結されている様子を示している。

第６図は、第５図に対応する第２の詳細図であるが、自己解放性軸方向スラスト を発生するように修正された、ギヤ要素およびギヤ部材を示している。

第７図および第８図は、ギヤ部材およびギヤ要素の除去後の第３図のギヤ集成体 のハウジングの断面図であり、該断面図はそれぞれ、第３図の矢印■−■および ■−■によって示される線および方向に沿っている。

第９図は、種々の対のかみ合うらせん状ギヤについてのらせん状リード角（θ） に対してプロットされた機械的効率（η）の曲線であり、それぞれの対は種々の ギヤ直径比を有している。該曲線は、ギヤの対を通して一方方向への駆動伝達に 対する抵抗が、反対方向への駆動伝達抵抗といかに異なるかを示している。

第１の実施態様の記述 本願の第１図に示された装置は、一対の遊星ギヤ要素を使用し、全般的に左右対 称の配置を有する。

７を含むそれぞれの端板４および５が３の位置でボルトで締められている。ウェ ブ板８は端板４およびケーシング２の間で、その縁が締めつけられており、ジャ ーナルとして働く３つの孔９．１０および１１を提供している。

孔１０は、第１の軸上のジャーナル６および７と軸方向に整列されており、他の 二つの孔９および１１は夫々、該第１の軸から変位し該軸に平行な第２の一対の 軸を規定するジャーナルを提供している。

支持ウェブ１２は端板２と一体的に形成され、ウェブ板８と平行して且つウェブ 板８から離れて、集成体を横切って延びている。支持ウェブ１２はそれぞれのジ ャーナルを提供する３つの孔１３．１４および１５とともに形成されており、各 鎖孔は板８の孔９．１０および１１とそれぞれ整列されている。

かみ合う平歯車の車輪１６および１７の対は、板８およびウェブ１２の間のスペ ースに位置し、それぞれ対になった孔９および１２、そして、１１および１５に よって提供されるジャーナルによって、第２の軸に支持されるそれぞれのシャフ ト１８および１９にキー締めされている。

シャフト１８は、板８および端板４との間のスペースにらせん状の歯を有するウ オームギヤ要素２１を有する。

シャフト１８の端部は、端板４の中の孔２２によって、ジャーナルの形で保持さ れている。同様に、シャフト１を有するウオ−ムギヤ要素２３を有し、端板２内 に設けられた孔２４の中にジャーナルの形で保持される。

ハーフシャフト２６および２７は、それらの互いの間で差動の運行が起きるが、 ハウジング１の反対側から共軸でそれぞれ延びている。シャフト２６はギヤ要素 ２１とかみ合うらせん状歯のギヤ部材２８を有して、第１の外方向の且つらせん 状の歯を有するギヤユニットを形成する。そしてシャフト２７はギヤ要素２６と かみ合うらせん状歯のギヤ部材３０を有して、第２のギヤユニットを形成する。

シャフト２７は孔７および１４の中に設けられたジャーナルで支持され、シャフ ト２６は孔６および１０によって与えられるジャーナルで支持される。

それぞれのギヤユニットは、便宜上「プラス−プラス」特性と呼ばれる特性を有 し、即ち従来の又は「プラス−マイナス」ギヤを用いた場合のように反対方向に ではなく、同じ方向に回転するそれらのかみ合うギヤによって、駆動力を伝達す る。我々はこの度、プラス−プラスギヤは直径の大きいらせん状ギヤか、ら直径 の小さいらせん状ギヤへ駆動力を伝達する方が、小さい直径のギヤから大きい直 径のギヤへよりも、より効率良く伝達するという追加の特性を有することを見出 した。このように、第１図を見ると、より小さなギヤ要素２１および２３からよ り大きなギヤ部材２８および３０への方向の時に、駆動の方向が逆になりギヤ部 材２８および３０からギヤ要素２１および１３へ伝達される時よりも、実質的に より効ハウジン老１は、差動ギヤ集成体において習慣的なように、クラウン車輪 （ｃｒｏｗｎ　ｗｈｅｅｌ）およびピストン（図に示されていない）によって、 シャフト２６および２７の共通軸の周りを回転している。

第１の実施態様の操作 該差動ギヤ集成体を取り付けられた車両が直線に沿って走る時、ギヤユニット２ １．２８および２３．３０は、かみ合う平歯車１６および１７を通して連結され ているため、互いに相対的に回転することができない。そこでハウジング１の回 転駆動は出力シャフト２６および２７へ直接伝えられる。

該車両が曲がる時、ハーフシャフトの一つ、例えばハーフシャフト２７は、他の ハーフシャフト２６よりも早（回転する。ハウジング１の回転速度はその時ハー フシャフト２６および２７の回転速度の平均になるであろう。

ハーフシャフト２６および２７と該ハウジングの回転速へ駆動するギヤ部材３０ によつ、て適合され、一方他のギヤ部材２８はギヤ要素２１をやはり許容できる 効率で反対方向へ駆動する。これは、どちらの場合も駆動力はより大きい直径の ギヤからより小さい直径のギヤへと伝達されるという事実からの帰結である。ギ ヤ要素２１および２３のそのような逆回転は、二つのかみ合う平歯車１６および １７のそれぞれ反対方向の回転によって相殺される。その゛結果ギヤ集成体の差 動作用が、最大限の駆動トルクの下でギヤユニットとともに起こる。より大きい への運動の伝達効率は、典型的に０．５である。

もし駆動車輪の一つ、例えばハーフシャフト２７に取り付けられた車輪、がハー フシャフト内の駆動トルクに抵抗するに充分な地面との接着力を持たないと、７ ）−フシャフトのトルクはそれに従って低下する。そのような状況における「自 由」差動では、他の一方の／Ｘ−フシャフト内で対応するトルクの低下があり、 どのような過剰の動力も、地面との接着力が良い車輪の抵抗と対照的に、費やさ れる。しかし記載されている制限スリップ差動においては、ギヤ集成体を横切る 摩擦力がそのような状況下でハーフシャフトのトルクの同等化に抗して働き、ま たハーフシャフト２７に固定された車輪内の車輪スピンの発生に対抗しても働き 、これにより、／’％−フシャフト２６および２７の間で駆動トルクの不均衡を 持続させる。

ハーフシャフト２６からハーフシャフト２７へのトルクの伝達は、ギヤ部材２８ からギ、ヤ要素２１へＯ−５の効□率である。ギヤ要素２１は、かみ合う平歯車 １６および１７を介して、ギヤ部材３０とかみ合うギヤ要素２３ヘトルクを伝達 する。しかしこの駆動は今、より小さい直径のギヤ要素からより大きい直径のギ ヤ部材へと伝達されている。上に記述したように、これは非常に悪い効率、典型 的には僅か０．Ｎｔｌ率でしか達成されない。ここに記載されている制限スリッ プ差動は、車輪スピンの開始越えるトルク、の不均衡を持続することができる。

発明の好ましい実施態様 第３．４．５．７および８図に関連して記載された本発明の態様は、たった今記 載した態様と同様に操作されるが、該集成体の配置は〆相違し、それぞれのハー フシャフトに適用されたトルクを４つのグループのらせん状歯のギヤ要素の間で 分配可能にしている。該ギヤ要素のそれぞれは、協動するギヤ部材と連続して係 合している、一つ以上の歯の（りこみ（ｔｏｏｔｈ　ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ） を有している。

第３図は差動ギヤ集成体のハウジング４０の縦断面を示している。ハーフシャフ ト４１はハウジング４０の一端上の末端キャップ７０を通って突き出ており、す でに記載された態様におけるように、ハウジング内でらせん状歯ギヤ部材４２を 有している。該ハウジングの反対側にもまた末端キャップ７１が取り付けられて おり、該キャップを、ハウジング４０内で第２のギヤ部材４７を有するハーフシ ャフト４８が貫通・している。二つのギヤ部材４１．４８は互いに離れ且つ共通 軸の関係に配置され、従来のクラウン−ピニオン装置（図示なし）によって回転 駆動されるハウジングの回転軸とも共通の軸である。

ハウジング４０は、第７および８図に示されるように、その中央部分が直径にそ って伸びるウェブ７３を有し、一方の側に軸方向に平行な竪穴７４の環を、他の 側に軸方向に平行な竪穴７６のオフセット環を備えている。これらの竪穴は第４ 図に示さ、れるように互いに重なって、符号４５で示、される一対の平歯車およ び符号４９で示される一対のもう一方の平歯車がかみ合った、一対のかみ合った 平歯車を収容している。第８図で示されるように、ウェブ７３の中の中央孔７８ はシャフト４１．４８の隣接端部７９のための軸受を提供している。総べて使用 されている軸受は、回転する構成部分によって発生される軸方向のスラストを吸 収するための軸端スラストの軸受として組み立てられている。

第３図に示される４つの同一のらせん状歯のギヤ要素４３は、その円周の周りを 等間隔でギヤ部材４２とかみ合っている。該要素４３のそれぞれはギヤ部材４２ よりも著しく小さい直径である。ギヤ要素４３およびギヤ部材４２は同じ側にあ り、駆動力の伝達において同じように回転する。

ギヤ要素４３のそれぞれは、第５図で示されるように、一方の端で平歯車４９の 一つを支えている。平歯車４９のそれぞれは対応する平歯車４６とかみ合う。平 歯車４６は、ギヤ要素５３の軸に関し・て円周的に偏りのある軸を有するギヤ要 素４６の一方の端にそれぞれ取り付けられている。ギヤ要素４６は、ハウジング ４０の反対側の端でハウジング７１から突き出しているハーフシャフト４８に取 り付けられたギヤ部材４７とかみ合っている。

該ギヤ要素の偏りの程度は第４図から明らかである。ギヤ部材４２はギヤ部材４ ７と同じである。平歯車の対４５．４８は互いに分離しており、それぞれの対が ギヤ要素４３．４６の独自の対と、協動している。

好ましい態様の操作 第１図を参照すると、ハウジング４０に加えられる回転駆動は、ギヤ要素４３． ４６とギヤ部材４２．４７の間の歯のかみ合わせによって、ハーフシャフト４１ ．４８へ分は与えられる。　該ハーフシャフトに取り付けられた両方の駆動車輪 が道路牽引力を保持する限り、それぞれの該ハーフシャフトへのトルク出力は平 歯車４５．４９において釣り合うであろう。該平歯車はこうして差動中は支点の 役割を果たす。直線に沿って車両の移動が行われる間、ギヤ部材４２．４７に対 してギヤ要素４３．４６の回転はなく、二つの車輪への駆動トルクは等しい。

車両が曲がる時、角の内側上のハーフシャフトは、仮にハーフシャフト４１だと して、ハーフシャフト４８に連結された外側の車輪を駆動するよりもより緩慢な 速度で回転するであろう。該ハウジング内のかみ合うギヤは負荷の下で変換して 、ハーフシャフト４１および４８の回転速度の違いを補い、該ハウジング４０は ２つのハーフシャフトの速度の平均の速度、で回転する。出力トルクが平歯車の 支点においてバランスを保つ一方、内側のハーフシャフト４１および外側のハー フシャフト４８の間には、互いにかみ合っているギヤ要素とギヤ部材の間の摩擦 によって発生するトルクの不均衡がある。

ハウジングの両側にあってかみ合うギヤは、より小さい直径のギヤ要素を駆動す るギヤ部材の効率で作動する。

に分は与えら９れるトルクは、平歯車における残余のトルクに約３０％補ったト ルクであり、他の外側のハーフシャフト４８に分は与えられるトルクは、平歯車 における残余のトルクから約３０％差し引いたトルクであろう。

駆動車輪の一つへの牽引力が、それに連結された該ハ、　−フシャフトの中の駆 動トルクに抵抗できない場合、車両スピンが生じる傾向があるだろう。これが起 こると、該ギヤ集成体全体に摩擦力を引き起こし、該ハーフシャフトの駆動トル クの中に不均衡を発生させ、それにより、牽引力の低さを示す車輪のトルクは、 該車輪において得られる牽引力に制限されるであろう。他の一方の車輪へのトル クは補うように増加される。

そうした不均衡が発生する程度の限界は、一方の車輪が他の一方の車輪を駆動し ているかのごと（、集成体全体のギヤの効率に依存する。これは差動の「トルク バイアス比」と呼ばれ、これは好ましい態様においては：１・　（協動するギヤ 要素を駆動するギヤ部材の駆動効率Ｘ協動するギヤ部材を駆動し、ている時の該 ギヤ要素の駆動効率）である。

ギヤ要素とギヤ部材との間の駆動伝達の逆方向のそれぞれの効率は、典型的には ０．７０（前に述べたように）および０．１５である。

上の数値を上のトルクバイアスの式へ入れると、トル１　：　０．７０Ｘ０．１ ５、又は 実際におい、ては、これは牽引力の低い車輪によって抵抗されるトルクは、牽引 力の良い車輪へのトルクの１０倍になるかもしれないが、これは常に、後者の車 輪の牽引力が増加する駆動トルクに抵抗するに充分である、という条件の場合で ある。

上の簡素化された計算において、該平歯車の効率は１００％に近いので、無視さ れていることもまた指摘されるべきであろう。

第３図に示された該集成体におけるギヤ要素４３．４６のそれぞれは、二つの回 旋に加えて、ギヤ部材４２．４７と接触したオーバーラツプを有する。該ハウジ ング４０の所定の外径に対する駆動伝達に与える強度は、交差するらせん状ギヤ を使用する従来のシステムの改良を示す。従来のシステムは、一つの回旋とそれ に加えて交差するギヤのオーバーラツプのみが、いつもギヤ部材とかみ合うこと ができるからである。また、実際に使用することができる交差するギヤの数は、 ハウジングの最大直径要件によって制限される。・ 実施態様の変形 第６図は、該ハウジングにおける軸端スラストを減らすために用いられ、ギヤ部 材とかみ合うギヤ要素のプラス−プラス特性によって生じる技術を示している。

該図の中では、ハウジング（図示されていない）の反対側の端からそれぞれ延び ている二つのハーフシャフトが、５０および５１にて示されている。それぞれの ハーフシャフトがギヤ部材５２および５３を有している。ギヤ部材５２．５３の 、それぞれが、軸方向に離れたらせん状歯の部分５４．５５および５６．５７を 有している。部分５４および５５における歯は、図示されるように、部分５６お よび５７における歯と反対方向のらせん状になっているが、その他の点では同じ である。

ギヤ部材５２および５３は、それぞれ延長された長さのギヤ要素５７および５８ とかみ合い、部材５２．５３のそれぞれが二つの軸方向に離れた部分を有し、該 部分において、図示されるように該ギヤ部材５２および５３の対応するらせん状 歯部分とかみ合うよう、歯が反対方向にらせん状になっている。ギヤ要素５７の 軸方向に離れた部分は６０および６１と符号が付され、ギヤ要素５８の軸方向に 離れた部分は６２および６３と符号が付されている。

前に触れたように、プラス−プラスギヤの特性は、シャフトにおいて比較的高い 軸端スラストが発生していることである。第６図に示される歯の部分の配置は、 歯の部分のそれぞれの対の間で負荷、を等しく分割し、一つの部分の歯は同じギ ヤの他の部分の歯と反対の方向に延びているので、それぞれのギヤの二つの部分 によって生じる軸端スラストは、反対方向に作用し、そこで自己解放性（５ｅｌ ｆ−ｃａｎｃｅｌ　ｌ　ｉｎｇ）である。

第９図は、種々の直径のかみ合う外側歯を有するらせん状ギヤを有するギヤユニ ットの機械的効率が、かみ合うギヤの直径の変化とともにいかに変わるかをグラ フで示している。５つの曲線からなる上部の一群は、直径の比が異なる時１、よ り大きい直径のギヤからより小さい直径のギヤへの駆動伝達の効率を示している 。これ等の比率はＲの符号を付され、それぞれの曲線について数値ｌ。

２．３．５および７を有する。

曲線の第２の群は点線で示されており、Ｒが１．５．２．３および５と等しいギ ヤユニットで達成される効率を提示している。又、これは該ユニットを介して駆 動方向が転換される時、つまり駆動がより小さな直径のギヤからより大きな直径 のギヤへ伝達される時、の効率である。

上に記載された本発明の差動ギヤ集成体の総べての構造の利点は、総べての回転 運動は平行軸の周囲で生じることである。これはトルセン集成体よりも潜在的に 望ましい方式である。トルセン集成体においては、平行でない軸の周囲を回転す る構成部分を収容しなければならない。

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Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．下記を含む、制限スリップ差動ギヤ集成体；第１軸の周りに回転するように 取り付けられたハウジング；回転運動を該ハウジングと結合させる手段；外歯を 有しそして夫々、該ハウジングの反対側に取り付けられた、二つの共軸の且つ離 れたギヤ部材；および各ギヤ部材とかみ合い且つ、それぞれのギヤ要素と共に回 転する平歯車により相互連結された一対のギヤ要素；ここで該ギヤ集成体におい て、該ギヤ部材、該ギヤ要素および該平歯車の回転軸は互いに平行に延び且つ該 ハウジングの回転軸に平行に延びており、そして該ギヤ要素および該ギヤ部材は 、同じ側のかみ合うらせん形歯を有し、該ギヤ部材は該ギヤ要素よりも直径が大 である。
2. ２．各ギヤ部材が対称的に配置されたギヤ要素を有し；該ギヤ要素は該ギヤ部材 とかみ合い、同じピッチの円上にある回転軸を有し、そして第２のギヤ部材とか み合う、同様に対称的に配置されたギヤ要素の回転軸の間に配置されており；ギ ヤ集成体はまた、別個の対になったかみ合う平歯車を含み、各対の二つの該平歯 車はそれぞれ二つのギヤ要素に連結され、その一方は該ギヤ部材の一つにかみ合 い、他方は他のギヤ部材とかみ合っている、請求の範囲１記載の集成体。
3. ３．前記のハウジングがその室内全体に広がり且つおのおのの平歯車を含む円筒 型の竪穴で形成された中間ウェブを有する、請求の範囲２記載の集成体。
4. ４．４対の平歯車がある、請求の範囲３記載の集成体。
5. ５．それぞれのギヤ要素およびギヤ部材が２つの軸方向に離れたらせん状歯の部 分を有し、その一方の部分の歯は他方の部分の歯に反対向にらせん状になってい る、前記請求の範囲のいずれかに１項に記載の集成体。
6. ６．それぞれのギヤ要素およびそれぞれのギヤ部材の間にかみ合う歯の少なくと も二つの回旋がある、前記請求の範囲のいずれか１項に記載の集成体。