DIFERENCIAL DE ENGRANAJES DE EJE PARALELO CON
ZAPATAS DE FRENO MONTADAS EN PIÑÓN
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general a diferenciales para uso en líneas de transmisión automotrices y más particularmente se refiere a un diferencial de engranajes que tiene un juego de engranajes planetario equipado con zapatas de freno para mejorar alineamiento de engranajes e incrementar derivación de par de torsión. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los diferenciales de engranajes de eje paralelo del tipo empleado en líneas de impulso automotriz, en general incluyen un alojamiento desplazado giratoriamente por el tren motriz del vehículo y un juego de engranajes sostenido en el alojamiento que interconecta, un par de flechas de salida coaxiales. El juego de engranajes típicamente incluye un par de engranajes laterales fijos a porciones de extremo de las flechas de salida y pares de juegos de piñones engranados respectivamente con los engranajes laterales. Los piñones se sostienen giratoriamente en cavidades de engranajes longitudinales formadas en el alojamiento. Las cavidades de engranajes se disponen circunferencialmente para sostener los juegos engranados de piñones para rotación respecto a ejes piñón que son paralelos al eje rotatorio y compartidos por los engranajes secundarios y el alojamiento. Un ejemplo representativo de este diferencial de engranaje de eje paralelo se muestra en la Patente de los E.U.A. No. 5,711,737. Como se conoce, durante condiciones de alto par de torsión, la carga de engranajes puede provocar que los extremos de los piñones se muevan radialmente (es decir "se inclinen en los extremos") que a su vez provoca que los piñones acoplen agresivamente las superficies de pared de los cojinetes de las cavidades de engranajes, de esta manera degradando potencialmente la durabilidad del diferencial. Además, esta inclinación a menudo resulta el desalineamiento de las superficies de contacto de engranajes que puede impactar en forma nociva la vida útil de los dientes y la eficiencia de los juegos de engranajes. En un esfuerzo por mejorar la estabilidad de alineamiento de piñón en diferenciales de engranajes de ejes paralelos, se han propuesto diversas estructuras de soporte alternas. Por ejemplo, la patente de los E.U.A. No. 5,658,214 describe el uso de placas de cojinete para soportar los extremos opuestos del conjunto de piñones engranados. En una modalidad alterna, la patente de los E.U.A. No. 5,785,624, describe el uso de un disco de SQporte en un extremo de cada piñón que se apoya contra un poste de muñón del otro piñón para sostener los extremos del juego de piñones engranados. Aún más, la patente de los E.U.A. No. 5,730,679 ilustra amuñonar una porción de flecha de extremo de cada piñón en un orificio de soporte formado en las paredes de extremo del alojamiento para minimizar ' inclinación del piñón. Además de las estructuras de soporte de piñón descritas anteriormente, algunos diferenciales de engranajes de ejes paralelos se diseñan para permitir movimiento limitado de los piñones para incrementar la resistencia friccional a la diferenciación de velocidad. Por ejemplo, las patentes de los E.U.A. Nos. 5,415,599, 5,433,673 y 5,462,497, cada una describe un diferencial de engranajes de ejes paralelo equipado con una estructura de montaje de engranaje móvil (es decir conmutadores o pedestales pivotables) que tienen superficies de apoyo o de cojinete que actúan en la superficie de diámetro exterior de piñones adyacentes para aplicar una fuerza de frenado friccional. En una forma modificada adicional, la patente de los E.U.A. No. 5,443,431, muestra una estructura de montaje de engranaje móvil similar montada en una porción de carcaza del alojamiento con cuñas de fricción sostenidas por la porción de carcaza entre pares de piñones engranados adyacentes para incrementar adicionalmente la. resistencia friccional a diferenciación. Finalmente, la patente de los E.U.A. No. 3,375,736 ilustra un diferencial de deslizamiento limitado que tiene bloques de soporte alineados axialmente con los piñones. Un resorte helicoidal se dispone entre ellos para derivar los bloques de soporte y piñones en direcciones axiales opuestas y en
" contacto con un par de placas de fricción espaciadas lateralmente, que a su vez se fijan para rotación con los engranajes laterales, de esta manera proporcionando una función de deslizamiento limitada derivada a resorte. Consecuentemente, queda una necesidad en la técnica de diferenciales por un diferencial de eje paralelo con una característica anti-inclinación que mejora la estabilidad del rendimiento de piñón en una forma simple y efectiva en costo. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN
De esta manera, un objetivo de la presente invención es proporcionar un diferencial de eje paralelo que tiene un juego de engranajes planetario equipado con un mecanismo anti-inclinación para soportar los piñones sobre toda su longitud. Como un objeto relacionado de la presente invención, el mecanismo anti-inclinación también es operable para aplicar una carga de frenado friccional en componentes del juego de engranajes para incrementar la resistencia friccional a diferenciación de velocidad. ' De acuerdo con esto, la presente invención puede practicarse como una mejora a diferenciales de engranajes de eje paralelo que incluye las características convencionales de un alojamiento girable respecto a un eje común de un par de flechas de salida, y un juego de ' engranajes planetarios montado en el alojamiento para interconectar las flechas de salida. El juego de engranajes incluye un par de engranajes laterales colocados dentro del alojamiento y fijos para rotación con las flechas de salida, y dos o más pares de piñones engranados, montados amuñonamente en cavidades de engranajes que se forman en el alojamiento, con cada piñón que tiene un segmento de engranaje acoplado con un segmento de engranaje del otro piñón y con uno de los engranajes secundarios. El mecanismo de anti-inclinación incluye zapatas de freno que se amuñonan en segmentos de flecha corta integral de los piñones. Cada zapata de freno tiene una primer superficie de soporte que acopla con la superficie de diámetro exterior de un engranaje lateral correspondiente, una segunda superficie de soporte que acopla con la superficie de diámetro exterior del segmento de engranaje en el piñón engranado adyacente, y una tercer superficie de soporte que acopla con la superficie de pared de la cavidad de engranaje. De esta manera, las zapatas de freno sostienen los segmentos de flecha corta típicamente no sostenidos de los piñones que en conjunto con la longitud del contacto engranado proporcionada por los segmentos de engranaje, actúa para sostener efectivamente los piñones sobre toda su longitud. Como una característica opcional, la interfase
• entre el segmento de flecha corta del piñón y la zapata de freno puede modificarse para incluir un embrague de cono de fricción para generar fuerzas de frenado suplementarias en respuesta a movimiento axial entre ellas para ayudar adicionalmente en incrementar la resistencia friccional a diferenciación . Adicionales áreas de aplicabilidad de la presente invención serán aparentes a partir de la descripción detallada que se proporciona a continuación. Habrá de entenderse sin embargo que la descripción detallada y ejemplos específicos, mientras que indican modalidades preferidas de la invención se pretenden para propósitos de ilustración solamente, ya que serán aparentes para aquellos con destreza en la especialidad diversos cambios y modificaciones dentro del alcance y espíritu de la invención a partir de esta descripción detallada. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La presente invención se comprenderá más completamente a partir de la descripción detallada y los dibujos acompañantes en donde:
La Figura 1 es una ilustración esquemática en una línea de impulso ejemplar para un vehículo motor equipado con un diferencial de engranaje de eje paralelo de la presente invención; La Figura 2 es una vista seccional del diferencial de engranaje de eje paralelo de la presente invención; La Figura 3 es una vista en perspectiva ensamblada del juego de engranajes planetario asociado con el diferencial de engranajes de eje paralelo mostrado en la Figura 2; Las Figuras 4A y 4B son vistas en perspectiva de la zapata de freno asociada con el juego de engranajes mostrado en la Figura 3 ; La Figura 5 es una vista de extremo de la zapatas de freno mostradas en la Figura 4; y La Figura 6 es una vista seccional parcial que muestra una interfase alterna entre el piñón y la zapata de freno . DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA
Con referencia a los dibujos, un diferencial 10 para utilizar en aplicaciones de línea de impulso de vehículo de motor se describirá con detalle suficiente para explicar su estructura, función y características, novedosas y no obvias. Mientras que el diferencial 10 se ilustra un diferencial de engranaje de eje para el molde del tipo empleado en aplicaciones de línea de impulso del vehículo de motor, habrá de entenderse que la presente invención es aplicable para utilizar con muchas variantes del diferencial 10 y como tal, la estructura particular mostrada se pretende simplemente ejemplar en naturaleza. Antes de la descripción de los componentes asociados con el diferencial 10, una línea de impulso ejemplar para un vehículo de motor equipado con diferencial 10, se explicará con referencia particular a la Figura 1. Específicamente, la línea de impulso del vehículo de motor se ilustra que incluye un motor 12, una transmisión 14, una estructura de eje posterior 16 y una flecha de soporte 18 para suministrar par de torsión de impulso de transmisión 14 a la estructura de eje posterior 16. La estructura de eje posterior 16 incluye el diferencial 10 que se sostiene giratoriamente dentro de un portador diferencial 20. Un engranaje de anillo 22 se fija a una estructura de alojamiento 24 del diferencial 10 y se acopla con un piñón de impulso 26 que se fija a una flecha piñón 28. Como es convencional, la flecha piñón 28 se conecta a la flecha de soporte 18. Como tal, la energía del motor se transporta por la transmisión 14 a través de la flecha de soporte 18, flecha de piñón 28 y engranaje de anillo 22, para desplazar giratoriamente la estructura de alojamiento 24.
Finalmente, un juego de engranajes planetarios 30 se sostiene dentro de la estructura de alojamiento 24 para interconectar operativamente la estructura de alojamiento
24 con un par de ejes traseros 32 y 34 que a su vez se conectan a las ruedas de impulso 36 y 38, respectivamente. Con referencia particular a las Figuras 2 a 5, se ilustra con mayor detalle una primer modalidad del diferencial 10, en particular la estructura de alojamiento 24 se ilustra que incluye un alojamiento de tambor 40 que define una cámara interna 42 dentro de la cual se sostiene el juego de engranajes 30. La estructura de alojamiento 24 también incluye una tapa de extremo 44 que se ajusta a presión con un segmento de brida radial 46 del alojamiento de tambor 40 y sostiene tal como por sujetadores (no mostrado) que se extienden a través de aberturas de montaje alineadas 44a y 46a. Como se conoce, el engranaje de anillo 22 se fija al segmento , de brida radial 46 para transferir potencia rotatoria (es decir par de torsión de impulso) a la estructura de alojamiento 24) . La estructura de alojamiento 24 también incluye muñones de eje tubulares 50 y 52 que respectivamente definen aberturas de eje alineadas axialmente 54 y 56 que comunican con la cámara 42. El muñón de eje 50 se extiende hacia afuera desde la tapa de extremo 44 mientras que el muñón de. eje 52 se extiende hacia afuera desde el alojamiento de tambor 40.
Las aberturas de eje 54 y 56 se adaptan para recibir y sostener giratoriamente segmentos de extremo correspondientes de los ejes traseros 32 y 34 para rotación respecto a un eje rotatorio central denotado por la línea de construcción "A". Igualmente, la estructura del alojamiento 24 del diferencial 10 se sostiene giratoriamente del portador 20 por cojinetes de eje convenientes (no mostrados) para rotación respecto al eje rotatorio "A". Además, cavidades anulares 58 y 60 se forman en aberturas de eje 54 y 56 adyacentes a la cámara 42 para soportar giratoriamente los componentes del juego de engranajes 30. Como se anotó, la estructura diferencial 10 incluye un juego de engranajes planetarios 30 que es operable para transferir par de torsión de impulso desde la estructura de alojamiento 24 de los ejes traseros 32 y 34 en una forma que facilita la derivación de par* de torsión y diferencial de velocidad entre ellos. El juego de engranajes 30 se montan en la cámara 42 e incluye un par de juegos de engranajes laterales y helicoidales 62 y 64 que tienen acanaladuras internos adaptados para acoplar con acanaladuras externas en segmentos de extremo correspondientes de las ejes traseros 32 y 34. Además, los engranajes laterales 62 y 64 respectivamente incluyen primeros cubos axiales 62a y 64a que se apoyan en cavidades anulares correspondientes 58 y 60. Los engranajes laterales 64 y 62 también respectivamente incluyen segundos cubos axiales 62b y 64b. Retenedores, tales como sujetadores en C 66 se retienen entre las ranuras de flecha 32a, 34a y segundos cubos axiales 62b, 64b, para colocación y restricción axialmente de engranajes laterales 62 y 64 entre superficies de pared de extremo de la estructura de alojamiento 24, y los segmentos de extremos de ejes traseros 32 y 34. El juego de engranajes 30 además incluye una estructura de bloque espaciador 68 para mantener los engranajes laterales 62 y 64 y las ejes traseros 32 y 34 en relación espaciada axialmente entre sí, mientras que evitan liberación accidental de sujetadores en C 66. Una vez instalada la estructura de bloque espaciador 68 está libre para girar respecto a cualquiera de las flecha de eje 32 y 34 y la estructura de alojamiento 24. Como mejor se ve en .la Figura 2, él juego de engranajes planetarios 30 también incluye un conjunto de primeros piñones helicoidales 70 sostenidos amuñonadamente en primeras cavidades de engranajes 72 formadas en el alojamiento de tambor 40 y un conjunto de segundos piñones helicoidales 74 sostenidos amuñonadamente en segundas cavidades de engranaje 76, formadas en el alojamiento de tambor 40. Mientras que no se limita .a ello, el diferencial 10 se ilustra que incluye dos de cada uno de primeros piñones 70 y segundos piñones 74 dispuestos en pares engranados, referidos como juegos de piñones engranados. Las cavidades de engranaje 72 y 76 son perforaciones alargadas, longitudinales parcialmente cilindricas y se forman en juegos superpuestos en pares tales que ambas se comunican con la cámara 42. Además, las cavidades de engranaje 72 y 76 están equidistantes y alineadas circunferencialmente para definir ejes rotatorios piñón "B" para los primeros piñones 70 y ejes rotatorios "C" para los segundos piñones 74 que son paralelos al eje rotatorio "A" de la estructura de alojamiento 24 y los ejes traseros 32 y 34. Las primeras cavidades de engranaje 72 son perforaciones que se extienden desde una pared de extremo del alojamiento de tambor 40 y que terminan con una superficie de extremo radial 80. Similarmente, las segundas cavidades de engranaje 76 son perforaciones que se extienden desde la pared de extremo del alojamiento de tambor 40 y que terminan con una superficie de extremo radial 82. Cuando la tapa de extremo 44 se instala en el alojamiento de tambor 40, su superficie de cara interior 84 circunscribe los extremos abiertos de cavidades 72 y 76. Al menos una y de preferencia 2 aberturas de ventana grandes (no mostradas) se forman en el alojamiento de tambor 40. Las aberturas de ventana comunican con la cámara 42 y porciones de las cavidades de engranaje 72 y 76, para permitir acceso para instalación de los engranajes secundarios 62 y 64 y sujetadores en C 66. Se ilustra que los primeros piñones 70 incluyen un segmento de engranaje largo, de mayor diámetro 70a, y un segmento de flecha corta de diámetro más pequeño, corto 70b. Cuando se instala en primeras cavidades de engranaje 72, los primeros piñones 70 se disponen de manera tal que los dientes de los segmentos de engranaje 70a se acoplen con los dientes de engranaje lateral 62, mientras que sus superficies de extremo 20 de diente de diámetro exterior se sostiene amuñonadamente por la superficie de cavidades de pared de cojinete 72. Igualmente, se ilustra que segundos piñones 74 incluyen un segmento de engranaje de diámetro mayor, largos 74a, y una flecha corta de diámetro más pequeño 74b. Cuando se instalan en segundas cavidades de engranaje 76, los segundos piñones 74 se disponen de manera tal que los dientes de los segmentos de engranaje 64a se acoplan con los dientes del engranaje lateral 64, mientras que sus superficies de extremo de dientes de diámetro exterior se sostienen amuñonadamente por la superficie de pared de cojinete de las segundas cavidades de engranaje 76. Ya que los piñones 70 y 74 se disponen en juegos engranados, el segmento de engranaje 70a de uno de los primeros piñones 70 también acopla con el segmento de engranaje 74a de uno correspondiente de segundos piñones 74. De preferencia, los segmentos de engranaje 70a y 74a son de longitud axial para mantener efectivamente acoplamiento engranado substancialmente sobre toda su longitud. De acuerdo con la presente invención, el juego de engranajes planetarios 30 se equipa con un mecanismo anteinclinación que funciona para sostener los segmentos de flecha corta 70b en cada uno de primeros piñones 70 contra la superficie de pared de cojinete de su primer cavidad de engranaje correspondiente 72 y contra las superficies de extremo de diente de diámetro exterior de un engranaje lateral 64 y segmento de engranaje 74 de su segundo piñón engranado 74. El mecanismo anti-inclinación se emplea similarmente para sostener el segmento de flecha corta 74b en cada uno de segundos piñones 74 contra la superficie de pared de cojinete de su segunda cavidad de engranaje correspondiente 76 y contra las .superficies de ' extremo de diente de diámetro exterior del engranaje lateral 62 y segmento de engranaje 70a de su primer piñón engranado 70. Al soportar los segmentos de flecha 70b y 74b de esta manera, los piñones 70 y 74 se sostienen substancialmente sobre toda su longitud en las cavidades de engranaje 72 y 76, de esta manera minimizando o evitando substancialmente inclinación angular de los piñones respecto .a sus ejes rotatorios.
La característica de anti-inclinación se proporciona por un conjunto de miembros de soporte a continuación referidos como zapatas de freno 90 que se montan en los segmentos de flecha corta de piñón 70b, 74b, antes de instalación de los piñones 70, 74 en las cavidades de engranaje 72, 76. En forma alterna, las zapatas de freno 90 pueden insertarse en cavidades de engranaje 72, 76 antes de instalación de los piñones 70, 74. Zapatas de freno 90 incluyen una abertura axial 92 que se dimensiona para sostener amuñonadamente los segmentos de flecha de piñón 70b y 74b mientras que se limita su deflexión radial. Cada zapata de freno 90 tiene una primer superficie de soporte 94, una segunda superficie de soporte 96 y una tercer superficie de soporte 98. La primer superficie de soporte 94 está arqueada y se configura para sostener giratoriamente la superficie de extremo de diente de diámetro exterior del correspondiente de los1 engranajes laterales 62 y 64. La segunda superficie de soporte 96 es arqueada y se configura para sostener rotacionalmente la superficie de extremo de diente de diámetro exterior de segmentos de engranaje de piñón correspondientes 70a, 74a. Finalmente, la tercer superficie de soporte 98 es arqueada y se configura de manera tal que se sostiene por la superficie de pared de cojinete complementaria de la cavidad de engranaje correspondiente 72, 76. De esta manera, cualquier movimiento radial de los engranajes laterales 62, 64 y/o segmentos de piñón diferencial 70a, 74a respecto a las zapatas de freno 90, resultará en acoplamiento friccional entre ellos que genera una fuerza de frenado para limitar la diferenciación de velocidad entre ellos. Esta característica de frenado también resulta en derivación por par de torsión incrementada para el diferencial 10. Las zapatas de freno 90 tienen una longitud axial seleccionada para sostener flechas cortas 70b, 74b substancialmente sobre toda su longitud, mientras que permite movimiento deslizante axial limitado de las zapatas de freno 90 en las cavidades de engranaje 70, 72 respecto a los piñones. Bajo circunstancias normales, este espaciamiento lateral evita la unión de los piñones. Sin embargo, el movimiento axial de los piñones debido a cargas de impulso provocará acoplamiento friccional entre superficies frontales 100 y 102,. de las zapatas1 de freno 90 y superficies de extremo de piñón adyacentes 70c y 74c, de esta manera incrementando la proporción de derivación de par de torsión del diferencial 10. Con referencia particular ahora a la Figura 6, una construcción modificada de la interfase entre el segmento de flecha corta de piñón y la zapata de freno, se ilustra. Específicamente, la flecha corta de piñón 70b del piñón 70' se ilustra que está ahusada frustocónicamente en contraste con la flecha corta cilindrica derecha 70b del piñón 70, previamente descrita. La flecha corta 70' se ahusa con un diámetro mayor próximo al segmento de engranaje 70a y un pequeño diámetro de su extremo distante. Igualmente, la abertura 92' en las zapatas 90 'está ahusada frustocdnicamente para acoplar con la flecha corta de piñón ahusada 70b' . Con esta estructura de tipo cavidad ahusada, el movimiento axial del piñón 70' hacia la zapata de freno 90' provoca acoplamiento friccional entre la flecha corta de piñón ahusada 70b1 y la superficie de pared ahusada de la abertura de zapata de freno 92 ' . Ya que la zapata de freno 90' se evita que gire debido a su primera y segunda superficies de soporte 94 y 96 respectivamente acoplando con el engranaje lateral 64 y segmento de engranaje 74a, este acoplamiento friccional funciona para frenar la rotación del piñón 70'. De esta manera, la Figura 6 ilustra integración de un cono de embrague entre la flecha de piñón y la zapata de freno para proporcionar resistencia adicional a diferenciación en respuesta a recorrido axial del piñón respecto a la zapata de freno. Evidentemente, la zapata de freno modificada 90' igualmente puede emplearse con segundos piñones modificados que tienen un segmento de flecha corta ahusado.
Mientras que la invención se ha descrito en la especificación e ilustrado en los dibujos con referencia a modalidades diferentes, se entenderá por aquellos con destreza en la especialidad que pueden realizarse diversos cambios y equivalentes pueden substituirse por elementos sin apartarse del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones. Además, pueden realizarse muchas modificaciones para toda una situación particular o material a las enseñanzas de la invención sin apartarse del alcance esencial del mismo. Por lo tanto, se pretende que la invención no se limite a las modalidades particulares ilustradas por los dibujos y descritas en la especificación como el mejor modo actualmente contemplado para llevar a cabo esta invención, pero que la invención incluirá cualesquiera modalidades que caigan dentro de la descripción de las reivindicaciones anexas .