专利名称：改进的差速器总成的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种差速器总成，如用于由一动力源向车辆的从动车轮传递驱动扭矩，更具体地说是关于一种对车轮滑转具有阻尼作用的差速器总成，通常在技术领域中被称为一种防滑差速器。
普通差速器是一种“自由的”差速器，它在两从动支地轮之间平均地分配驱动扭矩，同时补偿由于车辆转弯或路面不规则或轮胎尺寸不同而造成的车轮速度的不同。
除较昂贵的汽车外，在绝大多数情况下自由差速器是一种标准总成。但是它具有缺点，即一个车轮上牵引力和驱动扭矩的损失造成了在另一驱动车轮上驱动扭矩的相应损失。来自动力源的剩余扭矩仅在具有牵引力损失的车轮上产生打滑。
对于设计一种总成来说，已有许多建议，其中有在一个车轮上损失牵引力的情况下允许不平衡地输出扭矩。美国GLeas-Man的2，859，641号专利说明书中描述了一种这样的总成，并被公知为TORSEN差速器。由于缺乏地面附着力，当一个驱动轮不能保持一个所需的驱动扭矩时，该差速器利用组合有内摩擦的低效齿轮装置在两输出轴之间产生不平衡扭矩。
在上述专利中由GLeasMan所教导的防滑差速器总成是一个依靠蜗轮传动装置或可以被进一步描述为改进的正交螺旋齿轮传动装置的传动特性效率的复杂结构。在这种布置中，啮合齿数被限制，啮合齿数与正交螺旋齿轮装置的齿间接触的原始状态极大地限制了这类差速器的承载能力。近代已发现，TORSEN差速器总成应用于具有固定四轮驱动的车辆中，该车辆的轴负载明显地比普通两轮驱动车辆的小很多。
与此有关的早些时候的美国5，071，395号专利中，描述了一个无滑动差速齿轮总成，其中各中间轴安装在一个壳体中，每个轴承载的齿轮传动装置与相应的轴齿轮相啮合。啮合齿轮装置相对一个输出轴一般是普通直齿轮或分别具有相反方向齿的螺旋齿轮，该啮合齿轮装置相对于另一输出轴是同向的螺旋齿轮，它们之间具有零或非常低的传动效率。在上面专利所描述的总成中，依靠同向螺旋齿轮装置之间的零或低效率，来防止车轮打滑，同时两套啮合齿轮装置的不同回转特性允许在两轴之间产生差动。现有技术的这种差速器总成的固有不对称性，在私人小汽车和卡车中未获得工业上的认可，例如性能可靠性难题以及已提出的尚未得到解决的操纵特性。
本发明的一个目的是提供一种改进的防滑差速器总成。
根据本发明，一种防滑差速器总成包括一个围绕一第一轴线回转安装的壳体，将一回转驱动连接到所述壳体的装置，两个共轴并间隔开的具有外齿的齿轮元件各自安装在所述壳体的相对两侧，以及分别与每个齿轮元件啮合的多对齿轮零件，并由各自与齿轮零件一起回转的直齿轮互连，在该齿轮总成中，齿轮元件、齿轮零件和直齿齿轮的各回转轴线相互平行;并平行于壳体的回转轴线延伸，齿轮零件和具有与齿轮元件同方向啮合的螺旋齿的齿轮元件具有比齿轮零件较大的直径。
齿轮元件的直径大于与它啮合的齿轮零件直径的优点是将驱动由齿轮元件传递到齿轮零件的效率高于由齿轮零件传递到齿轮元件。应注意到本发明的总成依赖于平行轴同旋向的螺旋齿轮传动装置的使用。当它们相互的传动比不是1∶1时，在一个齿轮元件和一个正在啮合的齿轮零件之间除了由于传动特性的效率外，由于其回转特性，无论如何是做不到这一点的。以前讨论的这些特性只是通过蜗轮和正交螺旋齿轮传动装置达到的。
如果差速器总成安装到一民用汽车上，它的临界尺寸是其壳体的直径，即汽车所要求具有的离地间隙。在本发明的总成中，平行轴齿轮传动装置的使用允许在一提供的差速器壳体直径中有更多的齿参加啮合，所提供的差速器壳体的直径类似于封闭一正交螺旋齿轮传动装置的直径。这就使防滑差速器总成得以改善，使其具有与TORSEN差速器总成同样的特性，还具有较大的强度因而展宽了它在汽车方向的适用范围。
现在参照实例与后面的草图更详细地描述本发明，其中
图1是通过使用两螺旋齿轮零件而靠直齿轮装置互连的差速器总成的第一实施例的垂直纵向剖视图;
图2是沿图1中的箭头Ⅱ-Ⅱ指示线和方向通过图1的垂直剖视图;
图3是通过使用布置为四对约八个螺旋齿轮零件，每对均靠直齿轮装置互连的差速器总成的第二实施例的垂直剖视草图;
图4是一垂直横剖视图，表示图3的八个齿轮零件在围绕两个公共轴线、间隔开的形成两组的四个螺旋齿轮元件中如何分布;
图5是图3的部件的详细视图，并表示了分别与各齿轮元件结合的两个齿轮零件如何由直齿轮装置互连;
图6是相应于图5的第二个详细视图，但它表示了改进的各齿轮零件和齿轮元件，以便造成自消除轴向推力;
图7和图8是在拆掉各齿轮元件和齿轮零件后，通过图3的齿轮总成的壳体的横剖视图，该视图分别沿图3中箭头Ⅶ-Ⅶ和Ⅷ-Ⅷ指示线和方向;和图9是依据螺旋升角(θ)绘制的一组机械效率(η)曲线，它用于不同的啮合螺旋齿轮副，每个螺旋齿轮副具有不同的齿轮直径比值，该曲线表示通过该齿轮副，在一个方向上驱动传递阻尼不同于在另一方向上驱动传递阻尼的情况。
本申请中图1所示的方案使用单独一对行星齿轮零件，并具有通常的对称布置。
该总成包括由一环形箱体2形成的一个壳体1，分别在包容轴颈6和7的端板4和5的3处用螺栓固定箱体2。在腹板的边缘部位，将一腹板8的边缘卡紧在端板4和箱体2之间，该腹板开有三个作为轴颈的孔9，10和11。孔10与第一轴线上的轴颈6和7轴向对正，另两个孔9和11分别形成轴颈，以限定一对由第一轴线位移并平行第一轴线的第二平行轴线。
与端板2整体成形的一支撑腹板12横跨该总成延伸，支撑腹板12平行于腹板8并与腹板8间隔开。支撑腹板12具有分别形成轴颈的三个孔13、14和15，且它们分别与板8的孔9、10和11对正。
一对啮合的直齿轮16和17置于板8和腹板12之间的空间中，并且分别用键固定于轴18和19上，轴18和19由两对孔9和12及11和15形成的轴颈支撑在第二轴上。
在板8和端板4之间的空间中，轴18支承螺旋齿形的蜗轮零件21。轴18的端部固定在由端板4上的孔22形成的轴颈中。同样，在腹板12和端板2之间的间隙中，轴19支承螺旋齿形的蜗轮零件23，轴19被轴颈支承在端板2上形成的孔24中。
在其间产生差动运动的两半轴26，27分别由壳体1的相对两侧同轴向延伸。轴26支承一个与齿轮零件21啮合的螺旋齿轮元件28，以形成外侧的第一螺旋齿轮部件，轴27支承与齿轮零件26啮合的螺旋齿轮元件30，以形成第二齿轮部件。轴27支承在孔7和14形成的两轴颈中，轴26支承在由孔6和10形成的两轴颈中。
每个齿轮部件具有通常被称为“正-正”的特性，即是说由它们的在相同方向回转的啮合齿轮传递驱动，而不是相反方向即一般情况或“正-负”齿轮的情况。现已发现“正-正”齿轮传动装置由较大直径螺旋齿轮向较小直径螺旋齿轮具有更有效地传递驱动的附加特性，它的效率高于从较小直径螺旋齿轮向较大直径螺旋齿轮传递驱动。于是，回到图1，当依从由小齿轮零件21和23向大齿轮元件28和30的方向驱动时;比驱动方向反过来，如所传递的驱动是由齿轮元件28、30到齿轮零件21、13时的传递驱动效率低。
借助一个冠齿轮和小齿轮(无图示)，壳体1围绕轴26、27的公共轴线回转，如同惯用的差速器总成的场合。
当该差速器总成安装到车辆上而该车辆直线行驶时，齿轮部件21、28和23、30不能相互相对回转，因为它们通过啮合的直齿轮16和17互连，于是壳体1的回转驱动被直接分配给输出轴26和27。
如果车辆转弯，两半轴之一，就半轴27而言，将快于半轴26回转。于是壳体1的回转速度应是半轴26，27回转速度的平均值。半轴26、27和壳体回转速度的差值由驱动齿轮零件23的齿轮元件30在一个方向以一满意的效率调节，同时，另一齿轮元件28在相反方向上驱动齿轮零件21，也具有满意的效率。这一点可由从较大直径齿轮向较小直径齿轮传递驱动的两种情况的事实加以理解。由两啮合的直齿轮16、17分别沿反向的回转消除了齿轮零件21和23的这样的反转。用该齿轮部件在完整的驱动扭矩条件下，发生该齿轮总成的合成差动动作。由较大直径螺旋齿轮元件向较小直径齿轮零件的运动传递效率一般是0.5。
如果驱动车轮之一，就安装于半轴27上的一个车轮而言，它不具有足够的地面附着力以阻止该半轴上的驱动扭矩，该半轴的扭矩相应下降。在这种情况下的一个“自由”差速器中，在另一半轴中的扭矩具有相应的下降，并且在缺乏地面附着力的车轮上产生打滑，以消耗任何剩余动力，相对具有较好地面附着力的车轮的阻尼而言。因此，在所描述的防滑差速器中，在该条件下，横跨齿轮总成的两个摩擦力反抗半轴各扭矩的平衡，也反抗安装于半轴27上的车轮中车轮打滑的产生，由此在半轴26和27之间维持驱动扭矩的不平衡。由半轴26向半轴27的扭矩传递是以0.5的交换率和效率由齿轮元件28向齿轮零件21进行的。通过啮合的直齿轮16、17，齿轮零件21将扭矩传递给与齿轮元件30啮合的齿轮零件23。因此，现在驱动是由较小直径齿轮零件向较大直径齿轮元件传递。如前所述，所实现的这种驱动仅具有非常低的效率，一般仅为0.1。因此所描述的防滑差速器能在车轮开始打滑之前，以超过90∶10的比率在两半轴之间维持不平衡扭矩。
参照图3、4、5、7和8所述本发明的实施例，以如上述的实施例的同样方式操作，但总成的布置不同于在一组四个螺旋齿轮零件中能使扭矩施加到每个半轴上，总成的每个螺旋齿轮零件在与相关的齿轮元件的啮合中具有大于一个螺旋齿面的连续啮合。
图3表示一个沿纵剖视的差速器总成壳体40。通过壳体40一端上的端盖70伸出一半轴41，如前所述的实施例中那样，在壳体中半轴支承着螺旋齿轮元件42。壳体的相对一端也安装着端盖71，通过端盖伸出的半轴48在壳体40内支承第二齿轮元件47。两齿轮元件41、48以相互共轴线的关系间隔布置，并与壳体的回转轴线共轴线，壳体是由普通冠状一和一小齿轮装置(无图示)回转驱动的。
如图7和8所示，壳体40具有跨越其中心部分径向复盖的腹板73，并在一侧具有一圈轴向平行的凹坑74，另一侧具有一圈偏移开的轴向平行凹坑76。如图4所示，这些凹坑相互重叠并分别容纳各啮合的直齿轮副，即参考号为45的一对齿轮的直齿轮和参考号为49的该对齿轮的另一直齿轮。如图8所示，腹板73中的中心孔78装有用于轴41、48相邻的端部79的轴承。所用的全部轴承均被构制为端部止推轴承，以便吸收各回转部件产生的轴向推力。
图3中表示的四个同样的螺旋齿轮零件43以等间距围绕齿轮元件42的周边与之啮合。每个零件43具有大大小于齿轮元件42的直径。各齿轮零件43和齿轮元件42具有相同的旋向，并在驱动的传递中以同向回转。
图5清楚地表示每个齿轮零件43，在其一端带有直齿轮49。每个直齿轮49与相应的直齿轮46啮合。各个直齿轮46均安装在齿轮零件46的一端，齿轮零件46的轴线相对于各齿轮零件54的轴线在周向偏移。齿轮零件46与安装在半轴48上的齿轮元件47相啮合，半轴48由壳体40的另一端处的壳体71伸出。由图4即可明白各齿轮零件的偏移程度。齿轮元件42与齿轮元件47相同。各直齿轮副45、48相互独立，并且每个齿轮副与唯一的一对齿轮零件43、46相关。
参照图1，靠齿轮零件43、46和齿轮元件42，47之间的齿啮合，作用于壳体40的回转驱动传递给半轴41、48。
只要与两半轴相连的两驱动车轮保持路面牵引力，相对于每个半轴的扭矩输出将在直齿轮45、49处平衡。于是当差动运动时，这些直齿轮作用如转轴。当车辆沿一直线运动时，齿轮零件43、46相对于齿轮元件42、47无回转，对于两车轮的传动扭矩是相等的。
当车辆转弯时，转弯内侧的半轴，即半轴41，将比连于半轴48上的驱动外侧车轮较慢的速度回转。在负载的条件下，壳体内啮合的各齿轮将在两半轴速度的平均值处调节，以补偿半轴41、48与回转的壳体40的回转速度的差值。当输出扭矩在各直齿轮转轴处保持平衡时，在内半轴41和外半轴48之间有不平衡扭矩，这个不平衡扭矩是由啮合中的各齿轮零件和各齿轮元件之间的摩擦产生的。
壳体两侧上的各啮合中的齿轮以齿轮元件驱动较小直径齿轮零件的效率运转。其传动比为2∶1，此效率通常为0.70，其结果是分配到内半轴41上的扭矩应是各直齿轮处的平衡扭矩再增加约30%，而分配到外半轴48上的扭矩应是各直齿轮处的平衡扭矩再减少约30%。
如果连到半轴上的驱动车轮之一的牵引力不能承受半轴上的驱动扭矩，将有一个车轮打滑的趋势。如这种情况发生，将造成跨越齿轮总成的摩擦力，以便在半轴中产生不平衡的驱动扭矩，由此表现为缺乏牵引力的车轮上的扭矩被限定为在那个车轮上的适当牵引力，为补偿另一车轮的扭矩增加。
限定产生这种不平衡的程度是根据穿越总成的传动效率，就好象一个车轮驱动另一个车轮一样。这被称之为差速器的“扭矩差动比”，在优选实例中是1齿轮元件驱动与之相结合的齿轮零件的传动效率，乘以当驱动与齿轮零件相结合的齿轮元件时齿轮零件的传动效率。
齿轮零件和齿轮元件之间驱动传递的反方向的传动效率通常分别是0.70(如前述)和0.15。
将上述各值代入上面所给的扭矩差动公式中，该扭矩差动比变为1∶0.70乘以0.15，或1∶0.105实际上这意味着缺乏牵引力的车轮能承受该扭矩，对于保持良好牵引力的车轮，该扭矩可增加10倍，后一车轮的牵引力所提供的扭矩总是满足于承受增加的驱动扭矩。
也应指出在上面简化的计算中，已将各直齿轮接近100%的效率忽略不计。
应注意，图3中所示的总成中的每个齿轮零件43、46，在与齿轮元件42、47的接触中，具有两个螺旋面的正重叠量。提供给壳体40的外半径的驱动传递的强度表现了对使用正交螺旋齿轮传动装置的现有技术系统的改进，如现有技术系统在任一时刻，与正交齿轮啮合的齿轮元件仅为一个螺旋面正重叠。因此由壳体所需的最大直径限制在实际中能使用的正交齿轮的数量。
图6表示一种能采用的在壳体上减小端部推力的技术，该技术是由与各齿轮元件啮合的各齿轮零件的正-正特性所造成的。在图中，两半轴以50、51表示，它们分别由壳体的两端延伸(无图示)。每半轴具有一个齿轮元件52、53。每个齿轮元件52、53分别有两个轴向间隔开的螺旋齿轮零件54、55和56、57。零件54和55中的齿依相反方向螺旋盘旋，零件56、57中的齿如图所示，但其它方面是相同的。
如图示，齿轮元件52、53分别与具有延伸长度、而且每个均具有两个轴向间隔开的零件的齿轮零件57、58啮合，轴向间隔开的两零件齿的螺旋方向相反，因此与齿轮元件52、53的相应的螺旋齿零件啮合。齿轮零件57的轴向间隔开的两零件参考号为60和61，齿轮零件58的轴向间隔开的两零件参考号为62和63。
如前述，正-正齿轮传动装置的特点是在它们的轴上产生相当大的端部推力。图6所示的这个齿形零件的装置在每对齿形零件之间均分负载，并且一个零件的齿相对于同样齿轮的另一零件齿的相反方向延伸，由每个齿轮的两个零件产生的端部推力作用于相反方向上，因此自行消除。
图9是由图解的方式表示具有多个处于啮合中的不同直径的外齿螺旋齿轮的齿轮组件的机械效率，此效率随啮合中的齿轮直径变化而改变。当直径不同时，五条曲线的上边那族表示了由较大直径齿轮向较小直径齿轮传递驱动的效率。这些比值以R表示，各曲线值为1、2、3、5和7。当它们的传动方向反向时，如驱动是由较小齿轮向较大直径齿轮传递，第二族曲线以虚线表示，并给出在该齿轮部件中实现的机械效率，其中R等于1.5、2、3和5。
以上描述的本发明的各种差速器总成的全部结构的优点是全部回转运动均围绕各平行轴线发生。这可能是一种优于TORSEN总成的系统，TORSEN总成包含有围绕各不平行轴线回转的部件。
权利要求
1.一种防滑差速器总成，包括一个围绕第一轴线回转安装的壳体(40)，连接回转驱动到所述壳体的装置，两个共线并间隔开的具有外齿并分别安装在所述壳体的相对两侧的齿轮元件(26、27和41、48)，以及齿轮零件副(21、23和43、46和57、58)，它们分别与齿轮元件的每个相啮合，并分别和各齿轮零件回转的直齿轮(16、17和44、45)互连，其特征在于齿轮元件(26、27和41、48)和直齿轮(16、17和44、45)及齿轮零件(21、23和43、46和57、58)的各回转轴线相互平行延伸，并平行于壳体(40)的回转轴线，在各齿轮元件具有比各齿轮零件较大直径时，各齿轮零件和各齿轮元件具有同旋向的啮合螺旋齿。
2.如权利要求1所述的一种总成，其特征在于每个齿轮元件(26、27和41、48)具有与之啮合的齿轮零件(21、23和43、46和57、58)的一个对称装置，并有位于同样节圆上的它们的各回转轴线，而且布置于与第二齿轮元件(图3)啮合的齿轮零件的同样对称装置的回转轴线之间，总成也包括单独啮合直齿轮副(44、45和59、49)，单独的直齿轮副是用分别与两个齿轮零件相连的各齿轮副的两个直齿轮配置的。齿轮零件(43、57)中的一个与齿轮元件(42和52)中的一个啮合，齿轮零件(46、58)的另一个与另外的齿轮元件(47、53)啮合。
3.如权利要求2所述的一种总成，其特征在于壳体(40)具有复盖其内部横截面的一块中间腹板(73)，在所述腹板上形成分别容纳各直齿轮的圆柱凹坑(74、76)。
4.如权利要求3所述的一种总成，其特征在于有四个直齿轮副(图3)。
5.如前述任一权利要求所述的一种总成，其特征在于两齿轮零件(57、58)和两齿轮元件(52、53)的任一个均具有两个轴向间隔开的螺旋齿零件(54、55和60、61以及62、63和56、57)，它们(54、60、56、62)中的一个齿的螺旋方向与另外的零件(55、61、63、57)的齿旋向相反。
6.如前述任一权利要求所述的一种总成，其特征在于每个齿轮零件和每个齿轮元件之间至少有两个齿的螺旋面处于啮合中。
全文摘要
一种防滑差速器总成，具有一个回转的壳体，壳体内装有啮合每个回转的外螺旋齿轮零件的直齿轮。每个齿轮零件与它们的外螺旋齿轮元件啮合，该齿轮元件具有较大直径，并驱动两输出轴之中的一个轴，在两输出轴之间产生差动运动。啮合中的螺旋齿轮的齿具有这样的特性，即在两相反方向上的驱动传递效率是不同的，并且这些齿提供了防滑功能。总成的全部回转零件的回转轴线是平行的，简化了结构并降低了成本。
文档编号F16H48/28GK1075356SQ9211461
公开日1993年8月18日 申请日期1992年11月27日 优先权日1991年11月27日
发明者斯坦勒·布恩特·维特, 儒一沙恩·利 申请人:Ivg澳大利亚有限公司