平行轴线行星齿轮差速器的制作方法

本发明大体涉及车辆，且更具体地，涉及紧凑、轻重量、容易制造、平行轴线的行星齿轮差速器。

背景技术：

现代汽车可使用多种不同类型的差速器中的任一种，其中一种是直齿轮差速器。作为美国专利no.691,591的主题的该原始直齿轮差速器被设计成提供对锥齿轮差速器的替代。在该’591专利中公开的直齿轮差速器中，一对中心齿轮，优选地直齿轮，连接至左和右输出轴。该公开的差速器还包括多对行星齿轮，其布置成围绕中心齿轮的周围，其中各对中的一个行星齿轮连接至中心齿轮中的一个，且各对中的第二行星齿轮连接至第二中心齿轮。各对中的单独的行星齿轮被设计成啮合在一起。输入动力可通过冠齿轮提供至差速器，且具体地提供至行星齿轮对，其中冠齿轮可以是基本容纳中心齿轮和行星齿轮对的壳体的形式。行星齿轮心轴连接至冠齿轮壳体。

在美国专利no.8,480,532中公开了原始直齿轮差速器的现代变形，其有时称作舍佛勒(schaeffler)差速器。如原始直齿轮差速器一样，该舍佛勒差速器使用多对行星齿轮，优选为三对，其被布置成围绕一对输出中心齿轮。为了实现更加紧凑的设计同时仍然保持与直齿轮差速器相关联的制造优点，在舍佛勒差速器中的中心齿轮使用齿形移位(gearprofileshift)(即，齿顶高修正)，从而允许在各对行星齿轮的两个行星齿轮之间的接触点从中心齿轮之间位移至与较小的中心齿轮相邻。

尽管舍佛勒差速器所提供的改进允许相对于原始直齿轮差速器的减小的差速器尺寸，然而由于使用了非常负面的齿顶高修正，所以两个齿轮啮合中的一个的强度被严重地降低。因此，所需要的是提供一种差速器，其具有减小的差速器尺寸而不降低齿轮强度。本发明提供了这样的差速器。

技术实现要素：

本发明提供了一种平行轴线行星齿轮差速器，其包括(i)连接至第一输出驱动轴的第一中心齿轮；(ii)具有比第一中心齿轮的直径更大的直径的第二中心齿轮，其中所述第二中心齿轮连接到第二输出驱动轴；(iii)至少一个行星齿轮组，其中各行星齿轮组包括(a)连接至第一齿轮轴的第一行星齿轮，其中第一行星齿轮与第一中心齿轮啮合且不与第二中心齿轮啮合，(b)连接至第二齿轮轴的第二行星齿轮，其中第二行星齿轮与第二中心齿轮啮合，并且不与第一中心齿轮啮合，且其中第二行星齿轮直径对应于第二行星齿轮，和(c)连接至第二齿轮轴的第三行星齿轮，其中第三行星齿轮牢刚性固定至第二行星齿轮，其中第三行星齿轮直径对应于第三行星齿轮，其中第三行星齿轮直径小于第二行星齿轮直径，其中第三行星齿轮与第一行星齿轮啮合，且其中第三行星齿轮不与第一中心齿轮啮合且不与第二中心齿轮啮合；以及(iv)差速器壳体，其中第一中心齿轮和第二中心齿轮以及至少一个行星齿轮组容纳在该差速器壳体中，其中刚性地固定至差速器壳体的冠齿轮将驱动动力传递至平行轴线行星齿轮差速器，且其中至少一个行星齿轮组的第一和第二齿轮轴连接至差速器壳体。

在一个方面，至少一个行星齿轮组的第一和第二齿轮轴经由多个轴承组而连接至差速器壳体，从而第一和第二齿轮可在差速器壳体内旋转。该第一行星齿轮可刚性地固定至第一齿轮轴，且第二和第三行星齿轮可刚性地固定至第二齿轮轴。第一行星齿轮和第一齿轮轴可作为单个构件而制造；可选地，第一行星齿轮可与第一齿轮轴单独地制造，且在制造之后接着刚性地固定至第一齿轮轴。第二行星齿轮和第三行星齿轮以及第二齿轮轴可作为单个构件而制造；可选地，第二齿轮轴可与第二行星齿轮和第三行星齿轮单独地制造，且在制造之后接着，第二行星齿轮和第三行星齿轮可刚性地固定至第二齿轮轴。

在另一个方面，差速器壳体的旋转轴线是与对应于第一输出驱动轴的第一中心线共轴地对齐，以及与对应于第二输出驱动轴的第二中心线共轴地对齐的。此外，对于各行星齿轮组，对应于第一行星齿轮的第一旋转轴线和对应于第二和第三行星齿轮的第二旋转轴线优选地与差速器壳体的旋转轴线平行。

在另一个方面，对应于第一中心齿轮，第一行星齿轮和第三行星齿轮的第一传动比等于对应于第二中心齿轮和第二行星齿轮的第二传动比。

在另一个方面，第一和第二中心齿轮可具有相同数量的齿，即，对应于第一中心齿轮的多个齿等于对应于第二中心齿轮的多个齿；可选地，第一和第二中心齿轮可具有非相同数量的齿。

在另一个方面，至少一个行星齿轮组包括围绕差速器壳体的旋转轴线等距地间隔开或者非等距地间隔开的多个行星齿轮组。各行星齿轮组可相对于相邻的行星齿轮组独立的；可选地，各行星齿轮组的第一行星齿轮可被配置成与相应的行星齿轮组的第三行星齿轮啮合，以及与相邻行星齿轮组的第三行星齿轮啮合。

在另一个方面，与第一和第二中心齿轮以及第一，第二和第三行星齿轮对应的齿轮齿可以是直的或者螺旋的。

参考说明书的其余部分以及附图将进一步地理解本发明的实质和优点。

附图说明

应理解，附图仅仅是示意的而不是对本发明的范围的限制，且不应认为是按比例的。此外，在不同的附图中的相同的附图标记可理解为表示相同的构件或者类似功能的构件。

图1提供了根据本发明的直齿轮差速器设计的中心齿轮和单组行星齿轮的前透视图；

图2提供了图1中所示的齿轮组件的后透视图；

图3提供了图1和2中所示的齿轮组件的正视图；

图4提供了图1-3中所示的齿轮组件的后视图；

图5提供了使用六组行星齿轮的差速器齿轮组件的正视图，其中各中间齿轮啮合一对相邻的行星齿轮；

图6提供了图5中所示的齿轮组件的后视图；

图7提供了用于图5和6的齿轮组件的差速器壳体的透视图；

图8提供了图7中所示的差速器壳体的第二侧的正视图；

图9提供了与图3中相似的齿轮组件的正视图，除了其中所使用的齿轮具有螺旋齿；

图10提供了图9中所示的齿轮组件的后视图；和

图11提供了图9和10中所示的齿轮组件的侧视图。

具体实施方式

如这里所使用的，单数形式和“该”意图也包括多数形式，除非上下文清楚地另外示出。如这里所使用的术语“包括”、“包括有”、“具有”和/或“包含”表示所述特征、处理步骤、操作、元件和/或构件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、处理步骤、操作、元件、构件和/或其组的存在或者添加。如这里所使用的，词“和/或”和符号“/”表示包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。此外，尽管这里可使用术语第一、第二等来描述多个步骤、计算或构件，然而这些步骤、计算或构件不应限于这些术语，而是这些术语仅用于将一个步骤、计算或构件与另一个区别开。例如，第一计算可称作第二计算，且类似地，第一步骤可称作第二步骤，且类似地，第一构件可被称为第二构件，而不偏离本发明的范围。

本发明的差速器设计提供了允许中心齿轮被设置成彼此紧密接近的紧凑配置。为了克服与常规的舍佛勒(schaeffler)差速器相关的缺点，将第三个齿轮增加至各行星齿轮组，从而实现更强的齿轮组和不易损坏的差速器。

图1和2分别提供了根据本发明设计和配置的行星齿轮差速器的中心齿轮和单组行星齿轮的前和后透视图。图3和4提供了与图1和2的齿轮组件相似但平面的视图。如所示，差速器包括两个中心齿轮101和103，其被连接至一对输出驱动轴(未示出)。齿轮101和103是共轴的，且围绕轴线115旋转。优选地，中心齿轮被设置成彼此紧密接近，即，以最小间隔将两个齿轮分离，从而提供相对紧凑的差速器设计。中心齿轮101具有比中心齿轮103小的直径。优选地，两个齿轮101和103具有相同数量的齿，从而保证同等的转矩传递，然而只要保持如下所述的等同的传动比则可在中心齿轮101和103中使用不同数量的齿。

本发明的差速器还包括至少一个，且优选地多于一个的行星齿轮组。各行星齿轮组包括连接至轴111的第一行星齿轮105，其中齿轮105围绕轴线117旋转。行星齿轮105接合，即，啮合中心齿轮101。各行星齿轮组还包括连接至轴113的两个另外的齿轮，107和109。齿轮107和109刚性地连接在一起，且因此共同且以相同速度围绕轴线119旋转。行星齿轮107与中心齿轮103接合，即，啮合。与常规舍佛勒差速器中行星齿轮105和107啮合不同，本发明使用与齿轮107共轴且刚性连接的第三行星齿轮109来啮合齿轮105，从而将中心齿轮101连接至中心齿轮103。应注意齿轮105不与中心齿轮103接合，齿轮107也不与中心齿轮101接合。

为了实现期望的差动作用，两组齿轮的传动比应该相同。因此第一组齿轮101、105和109的传动比等于第二组齿轮103和107的传动比。应注意齿轮105是中间齿轮(idlergear)，从而其不影响齿轮101和109之间的传动比。

在图1-4中，示出了单组行星齿轮。然而，应理解，本发明不限于单组行星齿轮。总体而言，增加行星齿轮组的数量增强了差速器的强度，因为所施加的力均匀分布而不是集中在几个小的齿轮接触区域上。但对于常规尺寸的差速器，发明人已发现如果行星齿轮组相对于彼此独立则五组行星齿轮是最佳的。可选地，且如图5和6最优地示出，行星齿轮组可被尺寸设置成允许中间齿轮105与一对齿轮109啮合，即，来自两组不同行星齿轮的两个不同齿轮109。如图5所示，各齿轮105与一对齿轮109啮合。在该配置中，发明人发现六组行星齿轮是最佳的。当使用多组行星齿轮时，其可围绕差速器的旋转轴线等距地间隔开或者不等距地间隔开。

图7提供了差速器壳体701的第一侧的透视图。图8示出了差速器壳体的第二侧的正视图，该视图包括沿着线801的剪裁口，从而示出所容纳的齿轮组件。差速器壳体的两个半件可通过螺栓，铆钉，压配合，夹子等固定在一起。如图8所示，中心齿轮101和103以及行星齿轮组，即，各组行星齿轮105、107和109，都容纳在差速器壳体701中。动力经由冠齿轮703传递至差速器壳体，其中冠齿轮703刚性地连接至壳体。行星齿轮轴111和113的端部连接至前和后差速器壳体元件。如以下所述，行星齿轮轴111和113的端部可刚性地连接至前和后差速器壳体元件，其中假设行星齿轮可围绕齿轮轴自由旋转，或者行星齿轮轴111和113的端部可旋转地连接至前和后差速器壳体元件，从而允许行星齿轮刚性地连接至齿轮轴。连接至中心齿轮101和103的输出驱动轴穿过设置在壳体701的两侧的一对引导轴环705，其中一个在图7中示出。

齿轮105结合在差速器壳体中，从而其能够围绕轴线117自由旋转。在至少一个实施方式中，轴承组用于允许齿轮轴111相对于壳体701旋转。在该配置中，通过制造两个单独的构件且接着将齿轮105固定至轴111，或者通过将该二者制造为单个构件，例如使用粉末金属和烧结处理，从而将齿轮105刚性地固定至轴111。如果制造为单个构件，则通常需要对齿轮轴进行制造后加工。尽管对于至少一些应用，制造过程为齿轮提供了充分的精确度来最小化或者完全消除对制造后精加工(finishing)的需要，然而齿轮105，且更具体地齿轮105的齿，可能还需要制造后精加工。在至少一个实施方式中，齿轮轴111刚性地连接至壳体701，且齿轮105经由轴承组而连接至轴111，从而保证了在差速器壳体中，齿轮105围绕轴111自由旋转，且因此围绕轴线117自由旋转。此外，可将这些实施方式结合，且将齿轮组配置成使得齿轮105围绕轴111旋转，且轴111在壳体701内旋转，然而由于该方法不必要地增加了制造复杂性，构件成本，和差速器重量，所以不是优选的。

与齿轮105相似，刚性地固定在一起的齿轮107和109，必须围绕轴线119自由旋转。在至少一个实施方式中，轴承组用于允许齿轮轴113相对于差速器壳体旋转。尽管不是必须的，然而在该配置中，优选地通过将构件分别地制造并将齿轮107和109刚性地固定至轴113，或者通过制造包括齿轮107，齿轮109和齿轮轴113的单个构件，从而将齿轮107和齿轮109刚性地固定至齿轮轴113。如上关于齿轮105和轴111所述，齿轮齿的制造后精加工需要与齿轮轴(即，齿轮轴113)的制造后精加工一起。在可选的实施方式中，齿轮轴113刚性地连接至差速器壳体，且包括齿轮107和109的齿轮组可旋转地连接至齿轮轴(使用轴承组)，从而保证了齿轮的自由旋转。

尽管在图1-6中示出了中心齿轮和行星齿轮使用直齿，然而应理解本发明可同等地应用于使用螺旋齿的齿轮组。例如，图9和10分别提供了与图3和4所示的齿轮组相似的齿轮组的前和后视图，除了其中使用螺旋齿。图11提供了相同组件的侧视图。

已经总体地描述了系统和方法，以有助于理解本发明的细节。在一些情况下，没有具体地示出或详细的描述公知的结构、材料和/或操作，以避免使本发明的多个方面不清楚。在其它情况下，已经给出了具体细节，已提供对本发明的彻底理解。相关领域技术人员应理解，本发明可实现为其它特定形式，例如为了适应特定系统或设备或条件或材料或部件，而不偏离本发明的本质或实质性特征。因此，这里的公开和描述旨在是本发明的范围的示例，而不是对其进行限制。