汽车差速器及其组装方法与流程

本申请请求享有2016年3月15日提交的美国临时专利申请序列第62/308,696号的权益，其全部内容通过引用并入本文中。

本公开内容大体上涉及用于汽车中的差速器(differential)，以及组装其的方法。

背景技术

大体上，汽车传动系(automotivedriveline)将扭矩从发动机传送至一组轮。汽车传动系通常在前轮轴的侧轴之间、后轮轴的侧轴之间，或两个轮轴的侧轴之间配备有差速器。每个轮轴通常包括左侧轴和右侧轴。具体而言，开式差速器(opendifferential)允许一个侧轴上的轮比另一个侧轴上的轮旋转更快或更慢。例如，这在汽车转弯时发生。差速器还在侧轴之间分配驱动扭矩(driventorque)。全轮驱动(awd)汽车传动系也可在其前轮轴与后轮轴之间配备差速器，以在其间执行类似的功能。

此外，一些汽车传动系配备有断开能力(disconnectcapability)，在其中断开构件(disconnectedcomponent)不再受驱动来在它们之间传递扭矩。这些能力可排除在特定时间不需要扭矩变速机构的汽车传动系的区域中的驱动扭矩。例如，按需要的awd传动系并非总是一直在其所有轴之间传递扭矩。并且非扭矩传递轴是断开的，并且不一定像轴被连接时那样旋转。断开能力显示出增加燃料里程、减少排放、且提供还附加的性能增强。

技术实现要素：

在至少一个实施方式中，一种将齿轮组装到汽车差速器的壳体中的方法，包括：

选择第一小齿轮垫圈和第二小齿轮垫圈的厚度尺寸；

选择第一侧齿轮垫圈和第二侧齿轮垫圈的厚度尺寸；

将一对小齿轮和小齿轮轴至少部分地定位在壳体的内部内，且将一对侧齿轮至少部分地定位在所述内部内且与小齿轮啮合；

使所述第一小齿轮垫圈位于所述壳体与所述小齿轮中的一个之间，并且使所述第二小齿轮垫圈位于所述壳体与所述小齿轮中的另一个之间；以及

使所述第一侧齿轮垫圈位于所述壳体与所述侧齿轮中的一个之间，并且使所述第二侧齿轮垫圈位于所述壳体与所述侧齿轮中的另一个之间。选择所述第一侧齿轮垫圈和第二侧齿轮垫圈的厚度尺寸可至少部分地基于沿侧齿轮顶点轴线且相对于小齿轮顶点轴线存在的目标侧齿轮顶点位置。选择所述第一小齿轮垫圈和第二小齿轮垫圈的厚度尺寸可至少部分地基于沿小齿轮顶点轴线且相对于侧齿轮顶点轴线定位的目标小齿轮顶点位置。

在至少一些实施方式中，该方法可包括以下步骤：确定实际侧齿轮顶点位置并且将实际侧齿轮顶点位置与目标侧齿轮顶点位置相比较，以及如果实际位置和目标位置差别大于第一阈值，则将第一侧齿轮垫圈和第二侧齿轮垫圈中的一者或两者变为具有不同厚度以移动实际侧齿轮顶点位置的垫圈。另外，该方法可包括与相对于侧齿轮顶点位置的上文提到的比较组合或分开的以下步骤：确定实际小齿轮顶点位置并且将实际小齿轮顶点位置与目标小齿轮顶点位置相比较，以及如果实际位置和目标位置差别大于第二阈值，则将第一小齿轮垫圈和第二小齿轮垫圈中的一者或两者变为具有不同厚度以移动实际小齿轮顶点位置的垫圈。第一阈值和第二阈值中的一者或两者可在0.01mm到0.03mm之间。目标小齿轮顶点位置和目标侧齿轮顶点位置可根据小齿轮和侧齿轮上的齿之间的啮合确定。

在至少一些实施方式中，针对第一侧齿轮的目标侧齿轮顶点位置根据离壳体的壁的距离确定，抵靠该壁第一侧齿轮垫圈接收到小齿轮轴的轴线。类似地，针对第一小齿轮的目标小齿轮顶点位置可根据离壳体的壁的距离确定，抵靠该壁第一小齿轮垫圈接收到垂直于小齿轮轴的轴线的壳体的轴线。

在至少一些实施方式中，汽车差速器可包括具有内部的壳体、位于所述内部内且安装在小齿轮轴上的一对小齿轮、位于所述内部内且在汽车差速器的使用期间与所述小齿轮啮合的一对侧齿轮、位于所述壳体与所述小齿轮中的一个之间的第一小齿轮、以及位于所述壳体与所述小齿轮中的另一个之间的第二小齿轮、以及位于所述壳体与所述侧齿轮中的一个之间的第一侧齿轮垫圈、以及位于所述壳体与所述侧齿轮中的另一个之间的第二侧齿轮垫圈。所述第一小齿轮垫圈和所述第二小齿轮垫圈的厚度尺寸至少基于沿小齿轮顶点轴线且相对于侧齿轮顶点轴线存在的目标小齿轮顶点位置选择，以及其中所述第一侧齿轮垫圈和所述第二侧齿轮垫圈的厚度尺寸至少基于沿所述侧齿轮顶点轴线且相对于所述小齿轮顶点轴线存在的目标侧齿轮顶点位置选择。第一侧齿轮垫圈可具有与第二侧齿轮垫圈相同或不同的厚度。第一小齿轮垫圈可具有与第二侧小齿轮垫圈相同或不同的厚度。

附图说明

将关于附图来阐释优选实施方式的以下详细描述和最佳模式，在附图中：

图1为汽车差速器的一个实施例的截面视图；以及

图2为图1的汽车差速器的局部视图。

具体实施方式

更详细地参考附图，汽车差速器10可配备在全轮驱动(awd)汽车传动系中，用于在前轮轴的侧轴之间、后轮轴的侧轴之间、或前轮轴和后轮轴两者的侧轴之间执行差速器功能性。沿小齿轮顶点轴线和侧齿轮顶点轴线二者的填隙(shimming)实现了相应的齿轮顶点朝向所寻求的目标齿轮顶点位置的位移，以便优化汽车差速器10的相应的小齿轮和侧齿轮的齿之间的齿轮啮合点。因此适应制造公差和其它缺陷，并且在汽车差速器10中在较高转速断开模式下另外遇到的噪声、振动和刺耳(harshness)(nvh)问题被最小化，如果不是完全解决的话。

大体上，汽车差速器10可具有不同的设计和结构，这取决于(连同其他可能的影响一道)更大的awd汽车传动系统的结构、上游和下游传动系部件、封装要求和扭矩输出要求；例如，汽车差速器可具有两个以上的小齿轮，并且可以具有三个或四个或更多个小齿轮。在附图中呈现的实施例中，汽车差速器10是开式差速器，并且包括壳体12、第一小齿轮14、第二小齿轮16、第一侧齿轮18和第二侧齿轮20；另外，更多、更少和/或不同的构件可包括在其它实施例中。壳体12可具有在其外部处的输入齿轮、如环形齿轮，其由上游的输出齿轮、如awd汽车传动系的传动轴的输出齿轮接合。在驱动时，壳体12围绕轴线a旋转。壳体12可具有在其壁中的窗口，其露出齿轮14,16,18,20的区段，且提供用于将齿轮组装和安装在壳体12的内部22内的入口。在内部22处，壳体12限定在其中适于接收小齿轮14,16和适于接收侧齿轮18,20的腔。

第一小齿轮14和第二小齿轮16和第一侧齿轮18和第二侧齿轮20与彼此相互作用，以执行汽车差速器的功能。齿轮14,16,18,20中的每个具有围绕其外部形成的一组齿。在该实施例中，在汽车差速器10的组装和使用中，第一小齿轮14的齿与第一侧齿轮18和第二侧齿轮20的齿啮合，且类似地，第二小齿轮16的齿与第一侧齿轮18和第二侧齿轮20的齿啮合。第一小齿轮14和第二小齿轮16安装在小齿轮轴24上，其具有中心轴线21，且安装在差速器壳体中的相对的开口23中。第一侧齿轮18具有一组内部花键25以用于连接到第一侧轴，其一端接收在壳体12的开口27中，且第二侧齿轮20具有一组内部花键29以用于连接到第二侧轴，其一端接收在壳体中的大体上相对地面对的开口31中。

对于第一小齿轮14和第二小齿轮16和第一侧齿轮18和第二侧齿轮20中的每个，其齿设计和构造成具有齿轮几何形状，其限定从齿且到顶点成锥形的假想圆锥形。大体上，准确的齿轮几何形状可由(连同其他可能的因素一道)所需的耐用性和特定齿轮组的扭矩传递要求规定。现在参看图2，在该示例中，由第一小齿轮14限定的假想圆锥形由假想齿距线b表示。线b朝彼此会聚且在第一小齿轮顶点c处相交。此外，在图2的示例中，由第一侧齿轮18限定的假想圆锥形由假想齿距线d表示。线d朝彼此会聚且在第一侧齿轮顶点e处相交。尽管图2中未绘出，但第二小齿轮16将同样限定假想圆锥形和第二小齿轮顶点，且第二侧齿轮20将同样限定假想圆锥形和第二侧齿轮顶点。

为了组装和安装，第一小齿轮14可朝向和远离第一侧齿轮18和第二侧齿轮20移动；和/或第一侧齿轮18可朝向或远离第一小齿轮14和第二小齿轮16移动。类似地，第二小齿轮16可朝向或远离第一侧齿轮18和第二侧齿轮20移动；和/或第二侧齿轮20可朝向或远离第一小齿轮14和第二小齿轮16移动。这些移动实现齿轮齿的啮合深度。例如，当第一小齿轮14移动到略微接近图2中的第一侧齿轮18时，第一小齿轮顶点c的位置沿小齿轮顶点轴线f垂直地向下位移，且第一小齿轮14的齿与第一侧齿轮18的齿啮合较深(即，更相互啮合)；这对于第一小齿轮14和第二侧齿轮20的齿也是如此。并且，当第一小齿轮14略微移动远离第一侧齿轮18时，第一小齿轮顶点c的位置沿小齿轮顶点轴线f垂直地向上位移，且第一小齿轮14的齿与第一侧齿轮18的齿啮合较浅(即，较少相互啮合)；这对于第一小齿轮14和第二侧齿轮20的齿也是如此。此外，当第一侧齿轮18移动到略微接近图2中的第一小齿轮14时，第一侧齿轮顶点e的位置沿侧齿轮顶点轴线g水平地向左位移，且第一侧齿轮18的齿与第一小齿轮14的齿啮合较深；这对于第一侧齿轮18和第二小齿轮16的齿也是如此。并且，当第一侧齿轮18移动到略微远离第一小齿轮14时，第一侧齿轮顶点e的位置沿侧齿轮顶点轴线g水平向右位移，且第一侧齿轮18的齿与第一小齿轮14的齿啮合较浅；这对于第一侧齿轮18和第二小齿轮16的齿也是如此。

啮合点优化大体上是指齿轮齿啮合的深度，在其中满足耐用性需要和扭矩传递要求，且最小化不想要的nvh问题。该情况由制造公差和不同构件的缺陷而进一步复杂化。过去，啮合点优化仅考虑了当小齿轮和侧齿轮在相对正常的操作模式下在低转速下旋转时经历的nvh问题，而没有断开能力和断开构件。这通常意味着优化用于独立齿之间的期望程度的反冲(或间隙)，且可通过选择侧齿轮垫圈的厚度尺寸来实现，以移动侧齿轮而略微更接近或远离小齿轮。这种轻微的移动旨在使齿轮齿达到所需的啮合点优化，尽管通常有不可避免的制造公差和差速器构件的缺陷。侧齿轮垫圈厚度和伴随的侧齿轮移动用于沿单个侧齿轮轴线对侧齿轮填隙。

尽管对于正常操作模式的低转速下经历的nvh是令人满意的，但已经发现在所有情况下，沿单个侧齿轮轴线对侧齿轮填隙并未考虑当小齿轮和侧齿轮在利用断开构件的断开模式中以更高转速旋转时经历的nvh问题。举例来说，断开能力可配备在连接到侧齿轮中的一个的侧轴中的一个处。在断开模式中，由于在汽车行驶时其相关的车轮在地面上移动，因此缺少断开能力的侧轴仍然旋转，并且使其连接的侧齿轮也旋转。具有断开的侧轴的相对的侧齿轮继而又沿相反旋转方向旋转。侧齿轮和小齿轮因此在由旋转的侧轴引起的转速下旋转，且在断开模式期间穿过轮，且相对的侧齿轮沿相反旋转方向旋转。该转速通常可远大于在非断开模式中的转速。因此，在较高转速(和相反旋转方向)下经历的nvh可比低转速下经历的那些更严重，且已经发现需要更精确的啮合点优化。

为了解决nvh问题且实现更精确的啮合点优化，侧齿轮垫圈和小齿轮垫圈二者的厚度尺寸可基于某些目标齿轮顶点位置选择。即，如下文所述，根据沿齿轮顶点轴线的某些目标齿轮顶点位置，第一侧齿轮垫圈26、第二侧齿轮垫圈28、第一小齿轮垫圈30和第二小齿轮垫圈32用于沿侧齿轮轴线(或图2中的侧齿轮顶点轴线g)对侧齿轮18,20填隙，且沿小齿轮轴线(或图2中的小齿轮顶点轴线f)对小齿轮14,16填隙。垫圈厚度和伴随的齿轮移动用于沿二重侧齿轮轴线和小齿轮轴线对齿轮填隙。

如图1中所示，第一小齿轮垫圈30位于壳体12的第一内壁33与第一小齿轮14之间，且第二小齿轮垫圈32位于壳体12的第二小齿轮壁35与第二小齿轮16之间。第一小齿轮垫圈30和第二小齿轮垫圈32可具有球面盘类型，或可为另一垫圈类型。另一方面，第一侧齿轮垫圈26位于壳体12的第三内壁37与第一侧齿轮18之间，且第二侧齿轮垫圈28位于壳体12的第四内壁39与第二侧齿轮20之间。第一侧齿轮垫圈26和第二侧齿轮垫圈28可具有止推垫圈(thrustwasher，有时也称为推力垫圈)类型，或可为另一垫圈类型。

如所述，侧齿轮垫圈26,28和小齿轮垫圈30,32的厚度尺寸基于目标齿轮顶点位置选择；另外，其它因素可规定垫圈的准确厚度尺寸。大体上，目标齿轮顶点位置沿齿轮顶点轴线定位，在其中啮合点优化条件在相应的齿轮齿之间建立。例如，且又参看图2，一旦第一小齿轮顶点c存在于目标第一小齿轮顶点位置处，且第一侧齿轮顶点e存在于目标第一侧齿轮顶点位置处，则第一小齿轮14的齿与第一侧齿轮18的齿之间的啮合使得满足耐用性需要和扭矩传递要求，且甚至在利用断开构件的断开模式中在高转速下最小化不想要的nvh问题(如果不是完全解决)。

在图2中，目标第一小齿轮顶点位置绘制为沿小齿轮顶点轴线f定位且在第一小齿轮顶点c处的点，但不必由单点构成，且可改为由跨越第一极限与第二极限之间且由第一极限和第二限定的一定范围的点(即，区域)构成(例如，小齿轮顶点轴线f上的垂直向上和向下的位置极限，代表性的点l1和l2在图2中标出)。同样，在图2中，目标第一侧齿轮顶点位置绘制为沿侧齿轮顶点轴线g且在第一侧齿轮顶点e处存在的点，但不需要必然地由单点构成，且可改为由跨越第一极限与第二极限之间且由第一极限和第二极限限定的一定范围的点(即，区域)构成(例如，侧齿轮顶点轴线g上的水平向右和向左的位置极限，代表性的点l3和l4在图2中标出)。

仍参看图2的示例，如果啮合点优化条件在小齿轮14,16与侧齿轮18,20之间建立，则侧齿轮垫圈26,28的厚度和小齿轮垫圈30,32的厚度可改变来满足啮合点优化条件。这里，侧齿轮垫圈26,28的厚度可一起改变以具有相对于彼此相同的厚度尺寸，或可单独地改变来具有相对于彼此不同的厚度尺寸；同样，小齿轮垫圈30,32的厚度可一起改变以具有相对于彼此相同的厚度尺寸，或可单独地改变以具有相对于彼此不同的厚度尺寸。确定啮合点优化条件是否在齿轮组处建立的一种方式是通过进行nvh测试。

为了出于说明性目的简化示例，仅参照第一小齿轮14和第一侧齿轮18。当确定第一小齿轮顶点c存在于目标第一小齿轮顶点位置的极限外时，第一小齿轮垫圈30的厚度可增大，以便使第一小齿轮顶点c的位置沿小齿轮顶点轴线f垂直向下位移(例如，至图2中的点c1)，如果需要，将第一小齿轮顶点c带到目标第一小齿轮顶点位置的极限内。相反，第一小齿轮垫圈30的厚度可减小，以便使第一小齿轮顶点c的位置沿小齿轮顶点轴线f垂直向上位移(例如，至点c2)，如果需要，将第一小齿轮顶点c带到目标第一小齿轮顶点位置的极限内。类似地，当确定第一侧齿轮顶点e存在于目标第一侧齿轮顶点位置的极限外时，第一侧齿轮垫圈26的厚度可增大，以便使第一侧齿轮顶点e的位置沿侧齿轮顶点轴线g水平地向左位移(例如，至点e1)，如果需要，将第一侧齿轮顶点e带到目标第一侧齿轮顶点位置的极限内。相反，第一侧齿轮垫圈26的厚度可减小，以便使第一侧齿轮顶点e的位置沿侧齿轮顶点轴线g水平地向右位移(例如，至点e2)。

目标侧齿轮顶点位置可根据包括侧齿轮齿的几何形状和布置的侧齿轮的尺寸、包括小齿轮齿的几何形状和布置的小齿轮的尺寸、以及齿轮接收在其中的壳体内部22的几何形状来确定。例如，第一侧齿轮垫圈26的厚度可至少部分地根据从第三内壁37到小齿轮轴24的轴线21的距离来选择。类似地，且通过一种非限制性示例，第二侧齿轮垫圈28的厚度可至少部分地根据从第四内壁39到小齿轮轴24的轴线21的距离来选择。如果期望，在第三内壁37与第四内壁39之间的总距离(在由垫圈26,28重叠的区域中)也可被使用。类似地，且通过一种非限制性示例，第一小齿轮垫圈30的厚度可至少部分地根据从第一内壁33到轴线a的距离来选择。类似地，且通过一种非限制性示例，第二小齿轮垫圈32的厚度可至少部分地根据从第二内壁35到轴线a的距离来选择。如果期望，在第一内壁33与第二内壁35(在由垫圈30,32重叠的区域中)之间的总距离也可被使用。

因此，将齿轮组装到汽车差速器的壳体中的方法可包括选择第一小齿轮垫圈和第二小齿轮垫圈的厚度尺寸、以及选择第一侧齿轮垫圈和第二侧齿轮垫圈的厚度尺寸。一对小齿轮和小齿轮轴可至少部分地位于壳体的内部内，且一对侧齿轮也可至少部分地位于所述内部内且与小齿轮啮合。第一小齿轮垫圈可接收在壳体与小齿轮中的一个之间，且第二小齿轮垫圈可接收在所述壳体与其它小齿轮之间。第一侧齿轮垫圈可接收在壳体与侧齿轮中的一个之间，且第二侧齿轮垫圈可接收在壳体与其它侧齿轮之间。

在至少一些实施方式中，第一侧齿轮垫圈和第二侧齿轮垫圈的厚度可至少基于沿侧齿轮顶点轴线且相对于小齿轮顶点轴线存在的目标侧齿轮顶点位置选择。由如安装在壳体中的实际齿轮和垫圈的相对位置确定的实际侧齿轮顶点位置可确定或估计，且与目标侧齿轮顶点位置相比较。如果实际侧齿轮顶点位置和目标位置差别大于第一阈值，其可选择成适合穿过零件生产运行的零件中的一些程度的可变性/公差，第一侧齿轮垫圈和第二侧齿轮垫圈中的一者或两者可改变成具有不同厚度的垫圈，以使实际侧齿轮顶点位置移动到或更接近目标位置。在至少一些实施方式中，第一阈值可为0.01到0.03mm。

在至少一些实施方式中，第一小齿轮垫圈和第二小齿轮垫圈的厚度可至少基于沿小齿轮顶点轴线且相对于侧齿轮顶点轴线存在的目标小齿轮顶点位置选择。由如安装在壳体中的实际齿轮和垫圈的相对位置确定的实际小齿轮顶点位置可确定或估计，且与目标小齿轮顶点位置相比较。如果实际小齿轮顶点位置和目标位置差别大于第二阈值，其可选择成适合穿过零件生产运行的零件中的一些程度的可变性/公差，第一小齿轮垫圈和第二小齿轮垫圈中的一者或两者可改变成具有不同厚度的垫圈，以使实际小齿轮顶点位置移动到或更接近目标位置。在至少一些实施方式中，第二阈值可为0.01mm到0.03mm。

将理解的是，以上描述旨在为示范性而非限制性的。本领域的技术人员在阅读以上描述时将清楚除提供的示例外的许多实施例和应用。本发明的范围不应当参照以上描述确定，而是改为参照所附权利要求，连同这些权利要求赋予的等同物的完整范围。预期且旨在的是，未来的发展将在本文所论述的领域中发生，且公开的组件和方法将并入到这样的未来的实施例中。总之，应当理解的是，本发明能够具有仅由所附权利要求限定的改型和变型。

如权利要求中使用的所有用语旨在给予其最宽泛的合理构成且其普通意义由本领域的技术人员理解，除非在本文中进行相反的明确指示。具体而言，单数冠词如“一个”、“该”、“所述”等的使用应当理解为叙述指示的元件中的一个或多个，除非权利要求叙述了明确的相反限制。