JPH083347B2 - ウォームギア式差動歯車装置 - Google Patents

ウォームギア式差動歯車装置

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JPH083347B2
JPH083347B2 JP63218100A JP21810088A JPH083347B2 JP H083347 B2 JPH083347 B2 JP H083347B2 JP 63218100 A JP63218100 A JP 63218100A JP 21810088 A JP21810088 A JP 21810088A JP H083347 B2 JPH083347 B2 JP H083347B2
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gear
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好史 荒川
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H48/00Differential gearings
    • F16H48/20Arrangements for suppressing or influencing the differential action, e.g. locking devices
    • F16H48/28Arrangements for suppressing or influencing the differential action, e.g. locking devices using self-locking gears or self-braking gears
    • F16H48/29Arrangements for suppressing or influencing the differential action, e.g. locking devices using self-locking gears or self-braking gears with self-braking intermeshing gears having perpendicular arranged axes and having worms or helical teeth

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Retarders (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は,ウォームギア式差動歯車装置に関する。
(従来の技術) 従来のウォームギア式差動歯車装置としては,実用新
案出願公表昭60−500009号に記載のものがある。この従
来のウォームギア式差動歯車装置は,第11図に示すよう
に,デファレンシャルケース(以下デフケースという)
1に左右から各々同軸となるよう回転自在に嵌合された
差車軸2Lおよび右車軸2R,この左右の車軸2L,2Rの内端部
に各々スプライン嵌合された左右のウォームギア3L,3R,
デフケース1に回転自在に取付けられ各々左右のウォー
ムギア3L,3Rと噛合する複数対の左ウォームホイール4L
および右ウォームホイール4R,左右のウォームギア3L,3R
間に介装されたスラストエレメント5,左ウォームギア3L
とデフケース1の内壁間に介装されたスラスト軸受6,お
よび右ウォームギア3Rとデフケース1の内壁間に介装さ
れたスペーサ7とから構成されていた。そして左右のウ
ォームギア3Lと3Rの歯車は,同じ方向に捩れていた。
このウォームギア式差動歯車装置は,リングギア8を
介してデフケース1に伝達された回転トルクを各々ウォ
ームホイール4L,4Rおよびウォームギア3L,3Rを介して左
右の車軸2L,2Rに伝達し,両側の車輪を回転させる。
そして車輌が直進走行するときは,両側の車輪回転が
同じであるから,デフケース1,ウォームホイール4L,4R
およびウォームギア3L,3Rは一体回転し,リングギア8
からの回転トルクの配分が等しくなって各々の部材間お
よび左右の車軸2L,2R間に相対回転は生じない。
しかし,車輌が旋回走行するときのように両側の車輪
に回転差が生じまた泥地や雪道等で片輪にスリップが発
生して両側の車輪抵抗が異なるような場合には,互いに
噛合して連動する左右のウォームホイール4L,4Rによっ
て左右の車軸2L,2Rに適宜リングギア8からの回転トル
クが配分され,これによってウォームギア3Lと3R間およ
び各ウォームギア3L,3Rとデフケース1間に相対回転が
生じるようになっていた。そして,ウォームホイール4
L,4Rとウォームギア3L,3R間の歯面,ウォームギア3L,3R
とスラストエレメント5,スラスト軸受6およびスペーサ
7との間の各摩擦面に発生する摩擦トルクによって,ト
ルクバイアス効果を得るようになっているものであっ
た。
このようなトルク比例式の差動歯車装置においては,
差動運転時のトルクバイアス効果により,高速回転側の
車軸トルクをT1,低速回転側の車軸トルクをT2とする
と, T2=tT1 t:トルクバイアス比 なる関係式が成立する。
(発明が解決しようとする問題点) しかし上記のような従来のウォームギア式差動歯車装
置においては,前述した関係式からも分る通り,高速回
転側車軸トルクT1がゼロのときには低速回転側車軸トル
クT2もゼロとなる。
従って,例えば片側の車輪が脱輪して完全に浮いてし
まい,その車輪が空転して車輪抵抗がゼロになったよう
な場合には,その軸トルクT1がゼロとなる結果,他方の
車輪も軸トルクがゼロとなり,車輌が脱輪状態から脱出
できないといった問題があった。これは,空転状態では
車輪抵抗がゼロとなり,その車輪側のウォームギアから
の反力が無くなるため,リングからの回転トルクが全て
空転側のウォームギアに伝達されてしまうこととなるか
らである。
この発明は,上記のような従来のウォームギア式差動
歯車装置の有していた欠点を解消するために為されたも
のである。すなわち,本発明は,片輪が空転するような
場合であっても,他方の車輪に回転トルクを伝達するこ
との出来るウォームギア式差動歯車装置を提供すること
を目的とする。
(課題を達成するための手段) この発明は,上記目的を達成するために,デファレン
シャルケース内に一対のウォームギアが各々左右の車軸
の内端部に一体回転するよう取付けられて収容され,こ
のウォームギアの端部とデファレンシャルケースとの間
にスラストワッシャが介装され,ウォームギアの軸回り
においてデファレンシャルケース内に回転自在に取付け
られウォームギアと噛合するとともに互いに連動回転す
るよう噛合した複数対のウォームホイールを介してデフ
ァレンシャルケースからウォームギアに回転トルクを伝
達するウォームギア式差動歯車装置において,前記一対
のウォームギアのうち少なくとも一方のウォームギアの
端部のスラストワッシャとデファレンシャルケースとの
間に,スラストワッシャをウォームギアの端部に押圧す
る方向に付勢する付勢手段を設けたことを特徴としてい
るものである。
(作用) 上記ウォームギア式差動歯車装置は,デファレンシャ
ルケースに伝達されたエンジンからの回転トルクをウォ
ームホイールを介してウォームギアに伝達して左右の車
軸を回転させる。そして車軸が直進走行する際には,デ
ファレンシャルケース,ウォームホイールおよびウォー
ムギアが一体回転して回転トルクを左右に等分配する
が,車輌が旋回走行する場合や片輪がスリップする場合
等のように左右の車輪抵抗が異なる場合には,デファレ
ンシャルケース,ウォームホイールおよびウォームギア
の間に相対回転が生じ,左右の車輪に差動を生じさせる
とともに,ウォームギアとスラストワッシャとの間にお
ける摩擦トルクによるトルクバイアス効果によって,ト
ルク比例型差動制限装置として機能する。
ここで本発明によるウォームギア式差動歯車装置は,
その特徴とするところのスラストワッシャとデファレン
シャルケースとの間に介装されたスプリング等の付勢手
段によって,スラストワッシャがウォームギアの端部に
押圧されスラストワッシャとウォームギア間に常にスラ
スト力が付加されている。従って車軸の駆動力は,付勢
手段が無い場合と比較して付勢手段による与圧分だけ増
加し,例えば片輪が脱輪等して完全に空転する場合であ
っても他方の車軸に対するトルクバイアス効果は維持さ
れる。
なお,本発明の実施態様としては,付勢手段を一対の
ウォームギアの両端に設けた場合,右ウォームギアの端
部にのみ設けた場合,または左ウォームギアの端部にの
み設けた場合がある。
(実施例) 以下,この発明を図面に示す実施例に基づいてさらに
詳細に説明する。
第1図および2図において,11はデファレンシャルケ
ース(以下デフケースという),12Lおよび12Rは各々対
となるようデフケース11の内周部内に収容され軸線がデ
フケースの軸線に対し直角となるようデフケースに回転
自在に支持されるとともに歯部12La,12Raによって互い
に噛合して連動回転する左ウォームホイールおよび右ウ
ォームホイールであり,13Lおよび13Rはデフケース11内
にこのデフケースと同軸となるよう直列に収容され各々
外周部の歯部13La,13Raが左ウォームホイール12L,右フ
ォームホイール12Rの歯部12Lb,12Rbと噛合し内周部のス
プライン13Lb,13Rbが図示しない左車軸,右車軸と各々
結合される左ウォームギアおよび右ウォームギアであ
り,14a,14b,14cは左ウォームギア13Lと右ウォームギア1
3Rとの間に介装されたスラストワッシャ,15a,15bは左ウ
ォームギア13Lとデフケース11の内壁面との間に介装さ
れたスラストワッシャ,16a,16bは右ウォームギア13Rと
デフケース11の内壁面との間に介装されたスラストワッ
シャであり,ここまでの構造は従来のウォームギア式差
動歯車装置とほぼ同様である。
上記デフケース11には,さらにスラストワッシャ15a
および16aの裏面と対向する内壁部に,各々スプリング
用穴11A,11Bが形成されている。このスプリング用穴11
A,11Bは,通常,円周方向に沿って左右両側とも各々円
周方向に沿って6ないし10箇所に等角度間隔に配置され
ている。そしてこの各スプリング用穴11A,11B内には,
コイルスプリング17L,17Rが圧縮された状態で嵌挿さ
れ,各々スラストワッシャ15a,15bおよび16a,16bを各々
ウォームギア13L,13R側に押圧する方向に付勢してい
る。
上記差動歯車装置は,従来と同様に,図示しないリン
グギアから入力された回転トルクを,デフケース11−左
および右のウォームホイール12L,12R−左および右のウ
ォームギア13L,13Rを介して左および右の車軸に伝達す
る。
そして車輌が直進走行するときは,デフケース11,ウ
ォームホイール12Lおよび12R,ウォームギア13Lおよび13
Rが一体回転し,両側の車軸に回転トルクを等分に配分
する。
また車輌が旋回走行するときには,両側の車輪に作用
する車輪抵抗の比に対応して,デフケース11からの回転
トルクが互いに連動して回転する左および右のウォーム
ホイール12L,12Rによって配分されて,左および右のウ
ォームギア13L,13Rに伝達される。このとき,デフケー
ス11と左右のウォームギア13L,13R,および左と右のウォ
ームギアが互いに相対回転し,左と右の車軸が差動す
る。
ここで,各ウォームギア13L,13Rの歯部13La,13Raは共
に左ねじであるとし,また車輌の前進方向は第2図にお
いて紙面の表から裏方向であると、車輌の前進時には,
デフケース11の回転によりウォームホイール12L,12Rと
ウォームギア13L,13Rとの間の摩擦力により,図に示す
ように,左軸方向にスラスト力Fthが作用し,さらにコ
イルスプリング17Rによる与圧によって右方向のスラス
トFsp2が付加される。
そして車輌が旋回走行する場合,差動歯車装置の各要
素が互いに相対回転する結果,デフケースと各ウォーム
ギア間および左右のウォームギア間のスラストワッシャ
が摺動し,各々摩擦トルクを発生する。このスラストワ
ッシャにおける摺動は,周知の如く摩擦トルクが最少の
面,すなわち摩擦面半径が同じであれば摩擦係数が最も
小さい面で起る。本実施例ではデフケース11と左ウォー
ムギア13L間ではスラストワッシャ15aの右側面,左ウォ
ームギア13Lと右ウォームギア13R間ではスラストワッシ
ャ14bの左側面,右ウォームギア13Rとデフケース11間で
はスラストワッシャ16aの左側面で摺動すると仮定し,
スラストワッシャ15aの右側面,スラストワッシャ14bの
左側面およびスラストワッシャ16aの左側面での摩擦係
数を各々μ123,各摩擦面の有効半径をR1,R2,R
3(R1=R2=R3)とする。
ここで,例えば車輌が前進右旋回する場合には,左ウ
ォームギア13Lが高速回転側,右ウォームギア13Rが低速
回転側となり,各々ウォームホイールとの噛合によって
作用される軸方向のスラスト力は,左ウォームギア13L
がFth1,右ウォームギア13RがFth2となる。そして高速側
の左ウォームギア13Lの駆動トルクTg1,低速側の右ウォ
ームギア13Rの駆動トルクをTg2とし,高速側の左車軸ト
ルクT1および低速側の右車軸トルクT2は, T1=Tg1−μ・R2・(Tth2+Fsp2) −μ・R1・(Tth1+Tth2+Fsp2) T2=Tg2+μ・R2・(Tth2+Fsp2)+μ・R3・Fsp2 で表わされる。
上記式を展開整理して, T2=t・T1+C …(1) t:トルクバイアス比 C:定数 なる式を得る。従って両輪の駆動力Tは T=T1+T2=(1+t)T1+C …(2) となる。
ここでコイルスプリング17Rによる与圧の無い従来の
差動歯車装置においては,前述したように, T2′=tT1 …(3) t:トルクバイアス比 ((1)式の場合と同値) であり,両輪駆動力Tは, T=(t+1)T1′ …(4) であるため,(2)式と(4)式を比較すると,(2)
式の方がコイルスプリング17Rによる与圧分Cだけ駆動
力が大きくなる。
そして(1)式より,例えば左車輪が脱輪して空転し
左車輪トルクT1がゼロとなったような場合であっても右
車輪トルクT2は T2=C となって,ゼロになることはない。
第4図は上記計算結果に基づくLSD性能線図であって,
T線は両輪駆動力を,T1線は高速側の車軸トルクを,また
T′線は従来の差動歯車装置の両輪駆動力を表わしてい
る。この図から明らかなように,本発明における両輪駆
動力Tは,従来の両輪駆動力T′よりも与圧分の駆動力
Cだけ大きく,また高速側車軸トルクT1がゼロになって
もT=Cとなってゼロとなることはない。なお両輪駆動
力Tが点αにおいて変化しているのは,高速回転側のタ
イヤの路面摩擦係数がそれ以上大きくなるとタイヤのス
リップ限界となるためである。
なお、以上は車輌が前進右旋回した場合の説明である
が,車輌が後退する場合,また車輌が左旋回した場合も
ウォームギアにおける高速側と低速側が入れ替わるだけ
で,同様の結果となる。
また以上は,第3図の概略図で示される通り,与圧用
のコイルスプリング17L,17Rをウォームギア13L,13Rの両
側に取り付けた場合の実施例であるが,第5図に示すよ
うにコイルスプリング17Rを右ウォームギア13Rの右端部
にのみ取り付けてもよく,この場合のLSD性能線図は第
6図に示す通りであって,第4図と比べて前進時の特性
がTF線,後退時の特性がTR線で示す通りとなる。また第
7図に示すようにコイルスプリング17Lを左ウォームギ
ア13Lの左端部のみに取り付け場合のLSD性能線図は第8
図に示す通りであって,前進時の特性がTF′線,後退時
の特性がTR′線で示す通りとなる。何れの場合にも,従
来のものと比べて,高速回転側車輪の駆動トルクがゼロ
の場合であっても,低速回転側車輪の駆動トルクはコイ
ルスプリングによる与圧分Cを維持している。またさら
に,ウォームギア13L,13Rの両側にコイルスプリングを
取付けた場合に,この両側のコイルスプリングのばね定
数を各々異なる値にした場合にも低速回転側車輪は最低
限コイルスプリングによる与圧分だけ駆動トルクを維持
でき,この場合のLSD性能線図は第6図と第8図のほぼ
中間の特性となる。
またスラストワッシャの与圧方法としては,前記第2
図の実施例の他,第9図に示すようにウォームギア13L,
13Rの両端に各々一対のスプリング20L,20Rをウォームギ
ア13L,13Rと同軸となるように介装しても良く,また第1
0図に示すようにウォームギア13L,13Rの両側にコイルス
プリングの代わりに一対の皿ばね30L,30Rを介装するよ
うにしても良く,その他与圧手段として種々の方法を用
いることが可能である。
(発明の効果) 以上のように本発明によれば,スラストワッシャとデ
ファレンシャルケースとの間に介装されたスプリング等
の付勢手段によって,スラストワッシャがウォームギア
の端部に押圧されスラストワッシャとウォームギア間に
常にスラスト力が付加されているので,車軸の駆動力
は,付勢手段が無い場合と比較して付勢手段による与圧
分だけ増加し,例えば片輪が脱輪等して完全に空転する
場合であっても,他方の車軸に対するトルクバイアス効
果が維持される。
従って,高速回転側の車輪が空転して車輪抵抗がゼロ
となった場合にも他方の車輪の駆動力が確保されるの
で,片輪脱輪時の脱出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す断面図,第2図は第1
図のII−II線における断面図,第3図は同実施例の構成
を示す概略図,第4図は同実施例におけるLSD性能線
図,第5図は本発明の他の実施例を示す概略構成図,第
6図は同実施例におけるLSD性能線図,第7図は本発明
のさらに他の実施例を示す概略構成図,第8図は同実施
例におけるLSD性能線図,第9図は本発明のさらに他の
実施例を示す断面図,第10図は本発明のさらに他の実施
例を示す断面図,第11図は従来例を示す断面図である。 11……デファレンシャルケース 11A,11B…スプリング用穴 12L,12R……ウォームホイール 13L,13R……ウォームギア 15a,15b,16a,16b……スラストワッシャ 17L,17R……コイルスプリング 20L,20R……スプリング 30L,30R……皿ばね

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】デファレンシャルケース内に一対のウォー
    ムギアが各々左右の車軸の内端部に一体回転するよう取
    付けられて収容され,このウォームギアの端部とデファ
    レンシャルケースとの間にスラストワッシャが介装さ
    れ,ウォームギアの軸回りにおいてデファレンシャルケ
    ース内に回転自在に取付けられウォームギアと噛合する
    とともに互いに連動回転するよう噛合した複数対のウォ
    ームホイールを介してデファレンシャルケースからウォ
    ームギアに回転トルクを伝達するウォームギア式差動歯
    車装置において,前記一対のウォームギアのうち少なく
    とも一方のウォームギアの端部のスラストワッシャとデ
    ファレンシャルケースとの間に,スラストワッシャをウ
    ォームギアの端部に押圧する方向に付勢する付勢手段を
    設けたことを特徴とするウォームギア式差動歯車装置。
JP63218100A 1988-08-31 1988-08-31 ウォームギア式差動歯車装置 Expired - Lifetime JPH083347B2 (ja)

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