专利名称：具有增加的最大扭矩的锁止式差速器的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于机动车辆的锁止式差速器，特别涉及对于给定尺寸的差速 器导致最大扭矩的增加以及扭矩密度的增加的锁止式差速器的特征。
背景技术：
本发明设想类型的锁止式差速器用作动力传动系的一部分，一般包括一对旋转支 撑在壳体内的离合器构件。一对半轴齿轮与对应的半轴用花键旋转连接。离合机构置于离 合器构件和半轴齿轮之间。十字销操作地安装以与壳体一起旋转，并容置于一对形成在离 合器构件的向内朝向的表面上的相对凹槽中。如果半轴之间过度地差速旋转——如当一轮 胎支撑在打滑表面上时，十字销作用在相关的离合器构件上以与离合机构接合，从而将成 对的半轴耦合在一起。虽然这种类型的锁止式差速器通常期望地工作，但还存在一些不足。更具体地，差 速器部件的尺寸一般由可由其传递的扭矩量决定。较大的扭矩需求通常需要较大的、更坚 固的部件，如十字销、离合器构件等。对于在应用中所需的给定最大扭矩量和扭矩密度，这 种设计限制最终增加了差速器的成本。因此，现有技术中仍需要一种锁止式差速器，其设计增加了最大扭矩和扭矩密度 而无需增加相关部件的尺寸，从而减少了差速器的成本。
发明内容
本发明通过一种用于机动车辆的锁止式差速器克服了现有技术中的不足，该锁止 式差速器包括壳体和支撑于壳体中的差速机构。差速机构包括一对相对于彼此以轴向隔开 的方式布置并操作地支撑以与所述壳体一起旋转的离合器构件。一对半轴齿轮适于操作地 与相应的成对半轴一起旋转。离合机构操作地布置在相应的成对离合器构件和所述半轴齿 轮之间。离合器构件能够在所述壳体中轴向移动以接合相应的离合机构，从而在半轴之间 存在预定量的差速运动时将所述半轴耦合在一起。所述成对的离合器构件中的每一个具有 向内朝向的面。每个所述面包括相对于彼此以相面对的关系布置的凹槽。十字销容置在所 述凹槽中，并操作地连接以与所述壳体一起旋转。每个所述凹槽包括一对相对于彼此横向 延伸的工作表面。在本发明的一个实施例中，工作表面限定螺旋渐开表面，使得当半轴差速 旋转时所述十字销沿线与所述工作表面接触，所述线沿十字销的方向延伸。在本发明的另 一实施例中，工作表面限定在一平面中略微凸出的表面，使得当半轴差速旋转时所述十字 销与所述工作表面在一限定于其上的点处接触。在本发明的再另一实施例中，工作表面限 定在两个平面中略微凸出的表面，使得当半轴差速旋转时所述十字销与所述工作表面在一 限定于其上的点处接触。由此，本发明的锁止式差速器使用的离合器构件的工作表面具有螺旋渐开工作表 面，其允许十字轴和工作表面之间线接触；工作表面可在一平面中略微凸出；或者，工作表 面可拓扑/结构地改进，以在两平面中略微凸出，其允许十字轴和工作表面之间点接触。这种结构显著减少了由于十字销和工作表面的相互作用所产生的边缘应力，从而增加了在十 字销和离合器构件尺寸给定的情况下可通过差速器产生的扭矩密度。相应地，本发明减少 了增加相关部件的尺寸的必要性，相应地减少了对于差速器最大扭矩被给定的情况下差速 器的成本。
本发明其它目的、特征以及优点可在结合附图阅读下文的描述后更容易地理解和 接受，其中图1为锁止式差速器的剖视侧视图，其以虚线示出了动力传动系的驱动轴、小齿 轮和齿圈；图2为锁止式差速器的剖视侧视图，其示出了十字销相对于离合器构件的布置；图3为本发明的差速机构的分解图；图4为本发明的离合器构件的正视透视图；图5为离合器构件的正视透视图，其示出了十字销和工作表面之间的接触区域以 及现有技术中已知的锁止式差速器中产生的边缘应力区域；图6A为本发明离合器构件的一实施例中的正视透视图，其示出了一螺旋渐开工 作表面；图6B示出了螺旋渐开表面的形成；图6C为端部剖视图，示出了十字销和螺旋渐开工作表面之间的线接触；图7A为本发明的离合器构件的正视透视图，其示出了在一平面中略微凸出的工 作表面；图7B为沿图7A中7B-7B线的局部放大剖视图，示出了在一平面中略微凸出的工 作表面；图8A为端部剖视图，示出了十字销与在两平面中略微凸出的工作表面之间的接 触；图8B为剖视侧视图，示出了十字销与在两平面中略微凸出的工作表面之间的接 触。
具体实施例方式本发明设想类型的锁止式差速器的一实施例在图1-2总体上标示为10。锁止式 差速器10设计为用作任意车辆一所述车辆具有为车辆提供动力的动力装置一的动力 传动系的一部分。因此，差速器10包括一总体上标示为12的壳体。壳体12可支撑一齿圈 14，齿圈14设计为与固定在驱动轴18上的小齿轮16以啮合关系地受驱动。齿圈14、小齿 轮16和驱动轴18在图1中以虚线示出。壳体12由主体20和盖部22组成，盖部22在一 对配合的环状法兰部24A和24B处通过螺栓26或其它任何合适的紧固机构固定安装到主 体20。齿圈14也在配合的法兰24A、24B处通过紧固件26安装至壳体12。本领域技术人 员可通过以下描述理解，壳体可由现有技术中公知的任何传统结构限定，且本发明并不限 于由主体和盖部构成的壳体。类似地，壳体12可通过现有技术中公知的任何传统驱动机构 驱动，且本发明并不仅限于通过齿圈、小齿轮和驱动轴驱动的壳体。
主体20限定了支撑一对半轴30、32之一 30的毂28。类似地，盖部22限定有相对 的毂34，其支撑一对半轴中的另一个32。壳体12的主体20和盖部22 —起配合限定一腔 室36。总体上标示为38的差速机构被支撑于由壳体12限定的腔室36内。图3中还示出 了差速机构38的分解图，其包括一对相对于彼此以轴向隔开的关系布置的离合器构件40。 离合器构件40操作地支撑以与壳体12 —起旋转。一对半轴齿轮42、44适于操作地与一对 半轴30、32中对应的一个一起旋转。为此，半轴齿轮42、44在其内周上限定有花键46，所 述花键46配合地容置在限定于半轴30、32上的对应花键46内。一对总体上标示为48和 50的离合机构操作地布置在相应的成对离合器构件40中的每一个和半轴齿轮42、44之间。 为此，半轴齿轮42、44在其外周上包括花键52。离合机构48、50包括多个摩擦片54，摩擦 片配合地花键联接到半轴齿轮42、44的外周并与之一起旋转。类似地，每对离合器构件40 都包括多个形成在其内周上的花键56。一组盘58操作地支撑在离合器构件40的设有花键 的内周56上，并且插设在支撑于半轴齿轮42、44上的多个摩擦片54之间。成对离合器构 件40可沿轴向在壳体12中运动以接合相应的离合机构48、50，从而在半轴之间发生预定量 的差速运动的情形下将相关的半轴30、32耦合在一起，如下文将更详细地描述的。本发明 设想类型的锁止式差速器的实施例也可使用多个偏压构件60，所述偏压构件布置在离合器 构件40之间、容置在腔室61内以迫使离合器构件40彼此远离。如图3-5最好地示出的，成对离合器构件40中的每一个具有向内朝向的表面62， 向内朝向的表面彼此以轴向间隔的关系布置。成对离合器构件40的向内朝向的表面62中 的每一个包括标示为64的凹槽，凹槽彼此相面对地布置。十字销66容置在凹槽64中，并 操作地连接以与壳体12 —起旋转。为此，差速器10还可包括管状安装衬套68 (图1-2)，其 与壳体12的主体20的内周花键联结。为此，十字销66可在对应的孔口 70——孔口 70形 成于衬套68中——处固定至管状衬套。但是，本领域技术人员可以从本文的描述理解，十 字销66能够通过任何合适的方式操作地安装以与壳体12 —起旋转。现在特别参照图4-5，每个凹槽64由凹槽底部72和一对相对于彼此横向延伸的工 作表面74限定。凹槽底部72布置在成对的工作表面74之间并与成对的工作表面74操作 地互连。此外，在一实施例中，工作表面相对于彼此成钝角延伸。但是本领域技术人员可以 通过下文的描述理解，为了以本发明的方式工作，凹槽64并不必须限定有凹槽底部72。工 作表面还限定了各自的内径向边缘75、外径向边缘77。在其操作模式下，十字销66与工作 表面74接合，以轴向向外地驱动离合器构件40，从而接合离合机构48、50，以及将半轴30、 32耦合在一起，下面将更仔细地描述这一点。更特别地，上述类型的锁止式差速器10允许在其所安装的半轴30、32之间的一定 量的有限滑动。但是，例如在车辆中的情形中，当其中一个轮胎被稳固支撑而另一轮胎打滑 (如一个轮胎位于路面上而另一个轮胎由如冰面的易滑表面支撑)时，差速器工作以将扭 矩从打滑轮胎传递至稳固支撑的轮胎。当十字销66接合凹槽64的布置在凹槽64中心线Q 相对两侧的工作表面74以将相关的离合器构件40移动至与相关的离合机构48、50接合、 从而使空转轮胎的半轴30、32与另一个稳固支撑的轮胎的半轴耦合时发生这种情况。由 此，扭矩就从打滑轮胎传递到稳固支撑的轮胎，从而使得车辆即使有一轮胎打滑也能行驶。 在此操作实施例中，由十字销66接合的相对的工作表面74在图5中示以阴影76，其布置在 平分凹槽64的中心线Q(图4)的相对的两侧上。
当由现有技术中公知类型的锁止式差速器支撑的半轴之间存在差速运动时，十字 销和凹槽的工作表面作用，以在工作表面的径向边缘处形成应力增加区域。这些应力增加 区域在图5中为以78标示的弓形带点部分。这些应力增加区域78限制了给定尺寸的差速 器所能够产生的扭矩的量。因此，在任何需要扭矩增大的情况下，离合器构件和十字销必须 增加尺寸和厚度，并且还可能需要额外的热处理和其它加工以应对施加在差速器上的增加 的扭矩。在另一方面，本发明的锁止式差速器10使用的凹槽64具有特定设计的工作表面 74，计算该工作表面以消除或减少工作表面径向边缘处的边缘应力。因此，使用本发明的特 定设计的工作表面的锁止式差速器10在给定差速器尺寸的情况下能传递更多的扭矩，从 而减少了差速器的制造成本。更具体地，参照附图6A-6C，本发明差速器的一实施例中使用工作表面74，该工作 表面74限定一在图6B中标示为80的螺旋渐开表面。在此情形中，在半轴相对于壳体12 差速旋转时，十字销66将沿线82接触螺旋渐开工作表面80，该线82沿十字销66的方向延 伸。更具体地，继续参照附图6A-6C，螺旋渐开表面80限定了虚拟点A和虚拟点B，虚拟点 A位于邻近凹槽底部72的离合器构件40的外径向边缘77附近，虚拟点B位于远离凹槽底 部72的离合器构件40的内径向边缘75附近。螺旋渐开表面80在虚拟点A和B之间略微 凸出，从而限定一与工作表面74正交、并在工作平面74的外径向边缘77处相交于虚拟点C 的一虚拟平面P。虚拟平面P限定一径向延伸贯穿工作表面的线82。在此操作模式中，如 参照图4所示，十字轴66接合位于如图中所示中心线的相对两侧的工作表面74。螺旋渐开 工作表面80的使用形成了十字销66和工作表面74之间的线接触，从而显著地减少了由十 字销66和工作表面74相互作用而产生的边缘应力问题。但是实际情形是，尽管理想，螺旋 渐开工作表面很难制造。因此，本领域技术人员能理解，在本发明商业生产的实施例中，使 用理论上完美的螺旋渐开工作表面可能并不十分实际。认识到这个难题，图7A-7B示出了本发明的另一实施例，其中相似结构采用了相 似的附图标记，对应地增加100。该实施例同样减少了在十字销66和工作表面74之间产 生的边缘应力，但在商业应用中更易于加工。更具体地，图7A和7B中限定的工作表面174 在一平面中略微凸出，使得当半轴相对于壳体差速旋转时，十字销66与工作表面在一个限 定于其上的虚拟点F处接触。例如在图中所示，工作表面174限定虚拟点D和虚拟点E，虚 拟点D位于邻近凹槽底部72的离合器构件40的外径向边缘77附近，虚拟点E位于远离凹 槽底部72的离合器构件40的内径向边缘75附近。工作表面在虚拟点D和虚拟点E之间 略微凸出，使得与工作表面174正交地限定的虚拟平面P相交于工作平面上的虚拟点F处。 十字销66在十字销66的环形表面和离合器构件40的工作表面174之间形成点接触。在 本文中，如图7B所最好地示出的，工作表面174的凸形半径应尽可能地大。凸的工作表面 174的大的曲率半径显著地降低了这些表面上的边缘应力。图8A和8B示出了本发明的锁止式差速器工作表面的另一个实施例，其中相似的 结构采用了相似的附图标记，且相对于图6A-6C中所示的相同附图标记增加200。在该实施 例中，工作表面274拓扑/结构(topologically)地改进，从而使得它们在两平面中略微地 凸出。在该实施例中，在离合器构件相对于壳体差速运动的过程中，十字销66与工作表面 在一个限定于其上的虚拟点F处接触。
由此，本发明的锁止式差速器使用的离合器构件的工作表面具有螺旋渐开工作表 面，其允许十字轴和工作表面之间线接触；工作表面在一平面中略微凸出；或者，工作表面 可拓扑/结构地改进，以在两平面中略微凸出，其允许十字轴和工作表面之间点接触。这种 结构显著减少了由于十字销和工作表面的相互作用所产生的边缘应力，从而增加了在十字 销和离合器构件尺寸给定的情况下可通过差速器产生的扭矩密度。相应地，本发明减少了 增加相关部件的尺寸的必要性，相应地减少了对于差速器最大扭矩被给定的情况下差速器 的成本。前述说明书中仔细描述了本发明，通过阅读和理解说明书，本领域技术人员能够 想到本发明的不同的选择和改进。只要它们落在权利要求书范围内，这些选择和改进也应 归于本发明中。
权利要求
一种用于机动车辆的锁止式差速器(10)，包括壳体(12)和支撑于所述壳体(12)中的差速机构(38)，所述差速机构(38)包括一对相对于彼此以轴向隔开的方式布置并操作地支撑以与所述壳体(12)一起旋转的离合器构件(40)；一对半轴齿轮(42、44)，所述半轴齿轮(42、44)适于操作地与相应的成对半轴(30、32)一起旋转；以及一对离合机构(48、50)，其操作地布置在相应的成对离合器构件(40)中的每一个和所述半轴齿轮(42、44)之间；成对的离合器构件(40)能够在所述壳体(12)中轴向移动以接合相应的离合机构(48、50)，从而在半轴之间存在预定量的差速运动时将所述半轴(30、32)耦合在一起；所述成对的离合器构件(40)中的每一个具有向内朝向的面(62)，每个所述面(62)包括相对于彼此以相面对的关系布置的凹槽(64)，十字销(66)容置在所述凹槽(64)中，并操作地连接以与所述壳体(12)一起旋转；每个所述凹槽(64)包括一对相对于彼此横向延伸的工作表面(74)，每个所述工作表面(74)限定螺旋渐开表面(80)，使得当半轴(30、32)相对于所述壳体(12)差速旋转时所述十字销(66)沿线(82)与所述工作表面(74)接触，所述线(82)沿十字销(66)的方向延伸。
2.如权利要求1所述的锁止式差速器(10)，其中所述凹槽(64)包括凹槽底部(72)，所 述凹槽底部(72)布置在所述成对的工作表面(74)之间并与所述成对的工作表面(74)互连。
3.如权利要求2所述的锁止式差速器(10)，其中所述螺旋渐开表面(80)限定虚拟点 A和虚拟点B，所述虚拟点A邻近所述凹槽底部(72)地位于所述离合器构件(40)的外径向 边缘(77)附近，所述虚拟点B远离所述凹槽底部(72)地位于所述离合器构件(40)的内径 向边缘(75)附近，所述螺旋渐开表面(80)在所述虚拟点A和B之间略微凸出，从而与所述 工作表面(74)正交地限定的虚拟平面C限定径向延伸贯穿所述工作表面(74)的线(82)。
4.如权利要求1所述的锁止式差速器(10)，其中所述工作表面(74)相对于彼此成钝 角延伸。
5.如权利要求1所述的锁止式差速器(10)，其中所述每对离合机构(48、50)包括具有 多个摩擦片(54)和多个盘(58)的摩擦离合构件，所述多个摩擦片(54)受支撑以与所述半 轴齿轮(42、44) 一起旋转，所述多个盘(58)受支撑以与对应的一个所述离合器构件(40) 一起旋转、并插设在所述多个摩擦片(54)之间，所述离合机构(48、50)能够操作而压紧，以 使所述摩擦片(54)与邻近的所述盘(58)接合，从而将所述离合器构件(48、50)耦合至相 关的一个所述半轴齿轮(42、44)。
6.如权利要求1所述的锁止式差速器(10)，其中所述凹槽(64)限定中心线(Q)，所述 十字销(66)与布置在所述中心线相对两侧的工作表面(74)接合。
7.一种用于机动车辆的锁止式差速器(10)，包括壳体(12)和支撑于所述壳体(12)中的差速机构(38)，所述差速机构(38)包括一对相 对于彼此以轴向隔开的方式布置并操作地支撑以与所述壳体(12) —起旋转的离合器构件 (40)；一对半轴齿轮(42、44)，所述半轴齿轮(42、44)适于操作地与相应的成对半轴(30、32)一起旋转；以及一对离合机构(48、50)，其操作地布置在相应的成对离合器构件(40)中的 每一个和所述半轴齿轮(42、44)之间；成对的离合器构件(40)能够在所述壳体(12)中轴向移动以接合相应的离合机构(48、 50)，从而在半轴(30、32)之间存在预定量的差速运动时将所述半轴(30、32)耦合在一起；所述成对的离合器构件(40)中的每一个具有向内朝向的面(62)，每个所述面(62)包 括相对于彼此以相面对的关系布置的凹槽(64)，十字销(66)容置在所述凹槽(64)中，并操 作地连接以与所述壳体(12) —起旋转；每个所述凹槽(64)包括一对相对于彼此横向延伸的工作表面(174)，每个所述工作表 面(174)限定在一平面中略微凸出的表面，使得当半轴(30、32)相对于所述壳体差速旋转 时所述十字销(66)与所述工作表面(174)在一限定于其上的点处接触。
8.如权利要求7所述的锁止式差速器(10)，其中所述凹槽(64)包括凹槽底部(72)，所 述凹槽底部(72)与所述成对的工作表面(174)互连。
9.如权利要求8所述的锁止式差速器(10)，其中每个所述工作表面(174)限定虚拟点 D和虚拟点E，所述虚拟点D邻近所述凹槽底部(72)地位于所述离合器构件(40)的外径向 边缘(77)附近，所述虚拟点E远离所述凹槽底部(72)地位于所述离合器构件(40)的内径 向边缘(75)附近，所述工作表面(174)在所述虚拟点D和E之间略微凸出，从而与所述工 作表面正交地限定的虚拟平面与所述工作平面(174)相交于虚拟点F处。
10.如权利要求8所述的锁止式差速器(10)，其中所述工作表面(174)相对于彼此成 钝角延伸。
11.如权利要求8所述的锁止式差速器(10)，其中所述成对离合机构(48、50)中的每 一个包括具有多个摩擦片(54)和多个盘(58)的摩擦离合构件，所述多个摩擦片(54)受支 撑以与所述半轴齿轮(42、44) 一起旋转，所述多个盘(58)受支撑以与对应的一个所述离合 器构件(40) —起旋转、并插设在所述多个摩擦片(54)之间，所述离合机构(48、50)能够操 作而压紧，以使所述摩擦片(54)与邻近的所述盘(58)接合，从而将所述离合器构件(40) 耦合至相关的一个所述半轴齿轮(42、44)。
12.如权利要求8所述的锁止式差速器(10)，其中所述凹槽(64)限定中心线(CJ，所 述十字销(66)与布置在所述中心线相对两侧的工作表面(174)接合。
13.一种用于机动车辆的锁止式差速器(10)，包括壳体(12)和支撑于所述壳体(12)中的差速机构(38)，所述差速机构(38)包括一对相 对于彼此以轴向隔开的方式布置并操作地支撑以与所述壳体(12) —起旋转的离合器构件 (40)；一对半轴齿轮(42、44)，所述半轴齿轮(42、44)适于操作地与相应的成对半轴(30、32) 一起旋转；以及一对离合机构(48、50)，其操作地布置在相应的成对离合器构件(40)中的 每一个和所述半轴齿轮(42、44)之间；成对的离合器构件(40)能够在所述壳体(12)中轴向移动以接合相应的离合机构(48、 50)，从而在半轴(30、32)之间存在预定量的差速运动时将所述半轴(30、32)耦合在一起；所述成对的离合器构件(40)中的每一个具有向内朝向的面(62)，每个所述面包括相 对于彼此以相面对的关系布置的凹槽(64)，十字销(66)容置在所述凹槽(64)中，并操作地 连接以与所述壳体(12) —起旋转；每个所述凹槽(64)包括一对相对于彼此横向延伸的工作表面(274)，每个所述工作表 面(274)限定在两个平面中略微凸出的表面，使得当半轴(30、32)相对于所述壳体(12)差 速旋转时所述十字销(66)与所述工作表面在一限定于其上的点处接触。
14.如权利要求13所述的锁止式差速器(10)，其中所述凹槽(64)包括凹槽底部(72)， 所述凹槽底部(72)与所述成对的工作表面(274)互连。
15.如权利要求14所述的锁止式差速器(10)，其中所述工作表面(274)相对于彼此成 钝角延伸。
16.如权利要求14所述的锁止式差速器(10)，其中所述成对离合机构(48、50)中的每 一个包括具有多个摩擦片(54)和多个盘(58)的摩擦离合构件，所述多个摩擦片(54)受支 撑以与所述半轴齿轮(42、44) 一起旋转，所述多个盘(58)受支撑以与对应的一个所述离合 器构件(40) —起旋转、并插设在所述多个摩擦片(54)之间，所述离合机构(40)能够操作 而压紧，以使所述摩擦片(54)与邻近的所述盘(58)接合，从而将所述离合器构件(40)耦 合至相关的一个所述半轴齿轮(42、44)。
17.如权利要求14所述的锁止式差速器(10)，其中所述凹槽(64)限定中心线(Q)，所 述十字销(66)与布置在所述中心线相对两侧的工作表面(274)接合。
全文摘要
一种用于机动车辆的锁止式差速器(10)，包括壳体(12)和支撑于壳体(12)中的差速机构(38)。差速机构(38)包括一对相对于彼此以轴向隔开的方式布置的离合器构件(40)，其中每个离合器构件包括布置在相对的向内朝向的面(62)中的凹槽(64)，凹槽(64)适于容置十字销(66)。每个凹槽(64)包括相对于彼此横向延伸的工作表面(74、174、274)。每个工作表面限定螺旋渐开表面，使得当半轴相对于壳体差速旋转时十字销(66)沿线与所述工作表面接触，所述线沿十字销的方向延伸。
文档编号F16H48/22GK101968111SQ201010504190
公开日2011年2月9日 申请日期2010年7月27日 优先权日2009年7月27日
发明者S·P·拉泽维奇 申请人:伊顿公司