车辆差速器总成的制作方法

本发明涉及一种车辆差速器，更具体来说，涉及一种被配置成响应于一个车轮低摩擦状况而选择性锁定的车辆差速器。

背景技术：

车辆，例如汽车和卡车，包括差速器和车轴的总成，有时俗称驱动模块。该总成通过传动轴与车辆发动机相连。传动轴将由车辆发动机产生的旋转能量(扭矩)传递到差速器和车轴的总成，该总成又将旋转能量传递到驱动轮。在后轮驱动车辆中，传动轴将差速器和车轴总成直接联接到车辆的变速器。在全轮或四轮驱动车辆中，还可以包括附加部件，例如动力输出单元。

一种类型的差速器总成被称为开放式差速器。在开放式差速器中，差速器总成从传动轴接收扭矩并将其传递至轮轴。当车辆直线行驶时，轮轴同步旋转。当车辆转弯或在弯道上行驶时，差速器在更靠近曲线内侧的车轮和更靠近曲线外侧的车轮之间分配不同的扭矩。通过这种方式，可以实现沿着曲线内侧的车轮的行进距离短于外轮，因此车辆可以在不发生车轮滑动的情况下完成转弯。

开放式差速器总成可以很好地在车轮之间分配扭矩。它们重量轻，价格低廉和维修保养需求低。然而，由于发动机的扭矩倾向于向阻力小的方向传导，所以当两个车轮之一处于光滑表面时，开放式差速器的性能会受到影响。在这种情况下，开放式差速器将相同的扭矩分配到处于光滑表面上的车轮以及另一车轮。这导致车辆很难从离开所处位置。为了提高性能，另一类差速器得到应用，这就是限滑差速器。一类限滑差速器是在差动齿轮箱和差速器半轴齿轮之间安置了一组摩擦片。当某一车轮处在光滑表面上时，差速器利用相应的摩擦片将发动机输出的扭矩传输到另外一侧的车轮上。由于空间有限，这种摩擦片的摩擦面积小，既带来了可靠性问题，也增加了成本。

因此，期望提供一种具有提高的性能和较低的成本的限滑差速器与轮轴的总成。

技术实现要素：

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种车辆差速器总成。所述车辆差速器总成包括差速器壳体和绕第一轴线可旋转地联接至所述差速器壳体的差速器箱。至少一个星形齿轮联接至所述差速器箱，所述至少一个星形齿轮被设置成绕第二轴线旋转，第二轴线垂直于第一轴线。第一半轴齿轮旋转地联接至所述至少一个星形齿轮。第一轮轴通过第一花键联接至第一半轴齿轮，所述第一半轴齿轮可沿着第一花键轴向移动。第一盘总成联接在所述第一轮轴和所述差速器箱之间，所述第一盘总成被配置成响应于高扭矩状况而选择性地将第一轮轴联接至差速器箱。

在本发明的另一示例性实施例中，提供了一种利用车辆差速器总成选择性地传递扭矩的方法。该方法包括绕第一轴线旋转差速器箱。至少一个星形齿轮与所述差速器箱一起旋转，所述至少一个星形齿轮联接成绕第二轴线旋转，所述第二轴线垂直于第一轴线。第一半轴齿轮通过所述至少一个星形齿轮围绕第一轴线旋转，第一半轴齿轮可移动地联接至第一轮轴。响应于高扭矩状况，利用第一组盘和第二组盘选择性地将第一轮轴联接至差速器箱。

在本发明的另一示例性实施例中，提供了一种车辆。该车辆包括被配置成传递扭矩的发动机。提供具有小齿轮的差速器壳体，所述小齿轮被可操作地联接，以接收来自发动机的扭矩。差速器箱围绕第一轴线可旋转地联接至差速器壳体。至少一个星形齿轮被联接至差速器箱，所述至少一个星形齿轮被布置成围绕第二轴线旋转，第二轴线垂直于第一轴线。第一半轴齿轮可旋转地联接至所述至少一个星形齿轮。第一轮轴通过第一花键联接至第一半轴齿轮，第一半轴齿轮可沿着第一花键轴向移动。第一盘总成联接在第一轮轴和差速器箱之间，第一盘总成被配置成响应于高扭矩状况而选择性地将第一轮轴联接至差速器箱。

从下面结合附图对本发明的详细描述中，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将显而易见。

附图说明

在以下具体实施方式中仅以示例的方式呈现了其它特征、优点和细节，具体实施方式参照以下附图，其中：

图1是根据本发明的实施例的具有差速器壳体和车轴总成的车辆的俯视示意图；

图2是根据本发明的实施例的差速器总成的局部截面图；以及

图3是图2的差速器总成的一部分的放大视图。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本公开内容，其应用或用途。应当理解，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。

根据本发明的实施例，图1示出了具有差速器总成22的车辆20。差速器总成22有时可以被称为后驱动模块。应当认为，车辆20可以是诸如汽车、卡车、货车或运动型多用途车辆等。在本文所使用时，术语车辆不限于仅限于汽车，卡车，货车或运动型多用途车辆，还可以包括适于运输负荷的任何自推进或拖曳的运输工具。车辆20可以包括发动机24，例如以汽油或柴油为燃料的内燃机。发动机24还可以进一步为例如由内燃机与电动机组合而成的混合式发动机。发动机24和差速器总成22联接至框架或其它底盘结构26。发动机24通过变速器28和传动轴30联接至后差速器总成22。变速器28可以被配置成降低转速并增加发动机输出的扭矩。该修改后的输出随后经由传动轴30传递至差速器总成22。差速器总成22将来自传动轴30的输出扭矩通过差速齿轮组32经由轮轴36a、36b传递到一对驱动轮34。

差速齿轮组32被布置在差速器壳体42内。差速齿轮组32通过一个将扭矩传递到环形齿轮44的小齿轮40接收来自传动轴30的输出。差速齿轮组32由一对差速器轴承支撑在壳体42内旋转。差速齿轮组32包括设置在壳体42内的半轴齿轮38a、38b，所述半轴齿轮联接至并支撑轮轴36a、36b的一端。正如将在本发明中更详细地讨论的那样，半轴齿轮38a、38b通过星形齿轮和差速器箱联接至环形齿轮44。旋转部件(例如小齿轮40或半轴齿轮38a、38b)到轮轴例如36a、36b的联接可以通过花键连接来实现。

在一个实施例中，每个轮轴36a、36b延伸穿过轴管54。轴管54包括其长度上延伸的中空内部。在轴管54的一端，安装有轴承56以支撑邻近从动轮34的轮轴36的一端。轴封57位于轴承56和从动轮34之间。车轮安装法兰58被联接到邻近轴承56的轮轴36的一端。法兰58提供用于安装从动轮34的接口。

车辆20还包括设置在发动机24邻近的第二组车轮60。在一个实施例中，第二组车轮60还被配置成接收来自发动机24的输出。这有时被称为四轮或全轮驱动设计。在该实施例中，车辆20可以包括在前后从动轮34、60之间分配来自变速器28的输出的分动箱62。分动箱62将一部分输出传递至前差速器总成64。前差速器总成64包括例如差速齿轮组66以及将输出传递到车轮60的轮轴68等附加部件。

前差速器总成64可以包括允许将来自发动机24的扭矩选择性地施加至车轮60的断开设置。在其它实施例中，断开设置可以被包含在后差速器总成22中。

现在参照图2，示出了示例性差速器总成22。应当认为，虽然本文的实施例所涉及的是后差速器总成22，但是所公开的实施例也可以被包含在前差速器总成64中。差速器总成22包括一个通过诸如安装手臂等设备安装到车辆框架或底盘结构26(图1)的一个或多个位置上的壳体42。小齿轮40延伸到壳体42中以传递来自传动轴30扭矩。小齿轮40在一端上包括与环形齿轮44啮合的齿轮。在壳体42内还设有包含差速齿轮组32的差速器箱80。

差速器箱80被安装成例如通过轴承84、86围绕轴线82相对于壳体42旋转。环形齿轮44例如通过焊接连接到差速器箱80。在一个实施例中，轴承84、86进一步支撑轮轴36a、36b，轮轴36a、36b联接到差速齿轮组32的半轴齿轮38a、38b。半轴齿轮38a、38b通过星形齿轮88、90联接到差速器箱80。星形齿轮88、90被联接到差速器箱80并绕轴线92旋转.在一个实施例中，星形齿轮88、90经由轴94彼此联接并且联接到差速器箱80。因此，星形齿轮88、90被设置成既可以绕差速器箱轴线82，也可以绕轴94的轴线92旋转。星形轮齿轮88、90和半轴齿轮38a、38b被设置成啮合接合，以将扭矩从小齿轮4经过环形齿轮44和差速器箱80传递到轮轴36a、36b。

应当认为，在一些实施例中，如本领域已知的，差速齿轮组32可以包括两对或更多对星形齿轮，它们以90度间隔定向，用于将扭矩传递到半轴齿轮38a、38b。

在示例性实施例中，半轴齿轮38a、38b分别通过花键96a、96b联接到轮轴36a、36b。花键96a、96b与半轴齿轮38a、38b联接或者联接到半轴齿轮38a、38b，将扭矩从半轴齿轮38a、38b传递到轮轴36a、36b，同时仍然允许沿着轴线82的方向进行有限的横向移动。下面更详细地讨论，在一些操作环境下，例如在高扭矩条件下，星形齿轮88、90可以沿远离轴线92的方向向相应的半轴齿轮36a、36b施加轴向的边缘载荷。

摩擦盘总成98、100联接在差速器箱80和轮轴36a、36b之间。现在参照图3，示出了摩擦盘总成98的局部放大图。应当认为，虽然本文仅详细描述了摩擦盘总成98，但摩擦盘总成100也采取了类似的构造方式。摩擦盘总成98由多个盘102构成。盘102以替代方式设置，其中第一组盘104联接到轮轴36a，第二组盘106联接到差速器箱80。在一个实施例中，所述各组盘104、106中的一者是钢板，其它是高摩擦材料。在一个实施例中，第一组盘104通过花键96a、96b联接到轮轴36a、36b。

设置在盘102和半轴齿轮38a之间的是偏压构件，例如bellville或转盘垫片108。转盘垫片108沿着轴线82施加轴向力，该轴向力在摩擦片上施加预载荷。应当认为，在高扭矩条件下，例如当联接到轮轴36a的车轮34处于例如低摩擦表面上时，来自半轴齿轮38a上的星形齿轮88、90的轴向载荷可以向盘102提供额外的偏置力。如将在本文中更详细地讨论的，当轴向载荷增加到预定水平时，盘104接合盘106并将轮轴36a直接连接到差速器箱80。

在操作中，当车辆在直路上行驶时，发动机扭矩在两个车轮34之间平均分配；由于两个车轮34行驶相同的距离，它们的旋转速度也相同。换言之，星形齿轮88、90不绕轴线92旋转，并且半轴齿轮与箱体一起作为一个整体旋转。当车辆在弯道上运转时，星形轮88、90同时围绕轮轴轴线82和车轴轴线92旋转。围绕两个轴线82、92的这种旋转导致曲线内侧上的半轴齿轮(例如半轴齿轮38b)以比曲线外侧上的半轴齿轮(例如，半轴齿轮38a)更慢的速度旋转。以这种方式，差速器总成32不但可以与开放式差速器行使相同的功能，并且车辆沿着曲线行驶时，右轮与左轮可以以不同速度旋转。

在操作期间，可能发生这样的情况，两个车轮34中的一个，例如联接至轮轴36b的车轮34位于低摩擦表面上，而相对的车轮34，例如联接至轮轴36a的车轮34位于具有较高摩擦的表面上。在这种情况下，由于和轮轴36b相连车轮34和表面之间的低摩擦，轮轴36b上的扭矩较低，因此轮轴36a的扭矩将与轮轴36b相同，并且将受到低摩擦侧扭矩的限制。然而，第一组盘104和第二组盘106(图3)之间的摩擦力可以提供一种阈值，以确保预定量的扭矩可以传递到与轮轴36a联接的车轮34。此外，星形轮88、90可以以在第一组盘104和第二组盘106之间施加附加摩擦力的方式沿着花键96a移动。

因此，从小齿轮40接收的扭矩将被传递到差速器箱80甚至轮轴36a。这向与轮轴36a连接的车轮34提供了扭矩，并且可以允许车辆20被驱动离开低摩擦表面。

差速器总成22的限滑性能可以基于车辆的预期应用来设计。例如，转盘之间的接合程度和由星形轮齿轮施加的轴向边缘载荷的量均可以通过改变转盘垫片的刚度或者星形齿轮与半轴齿轮间的压力角来改变。这又反过来可以调节转盘102的接合程度和出现在转盘102之间的滑动量。

应当认为，在一些实施例中，所述组盘102可以在正常操作期间彼此摩擦地接合。在该实施例中，当车辆20沿曲线移动时，第一组盘104将相对于第二组盘106滑动或旋转。

可以进一步认为，相比于现有的限滑差速器总成技术，具有摩擦盘总成98、100的差速器总成32有利于提供一种具有更小的接触应力的限滑差速器。由于摩擦盘总成被联接在轮轴36a、36b和差速器箱80之间，因此与现有的摩擦盘设置在星形齿轮和差速器箱之间的技术相比，对于所述组盘104、106的每一片摩擦盘，更小内径提供了更大的接触表面。这进而减小了所述组盘102之间的单位表面负载的量。由于减小了表面负载，所以带来了降低差速器总成32产生的磨损和噪声(有时称为离合器颤动)的优势。

虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但所述技术领域的人员将理解，在不背离本发明范围的情况下可以进行各种改变并且等同物可以作为替代元件。此外，可做出多种变型，以使得特定的情况或材料适用于本发明的教示，而不会背离本发明的实质范围。因此，本发明不限于所公开的具体实施例，而是本发明将包括所有落在本申请范围内的所有实施例。