[發明專利]帶有混合齒輪裝置的全牽引差速器

無效

• 申請號: 200710088728.4
• 申請日: 2007-03-20
• 公開（公告）號: CN101169181A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發明（設計）人: 基思·E.·格里斯曼;詹姆斯·Y.·格里斯曼;保羅·W.·蘇維金
• 申請（專利權）人: 托維克公司
• 主分類號: F16H48/12
• 分類號: F16H48/12
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 王瓊

技術領域

本發明涉及一種全齒輪式的差速器，這種類型的差速器通常被稱為“限滑式”差速器，這種設計主要被用在汽車上，更具體來講，本發明涉及被用在對效率、空間、成本、以及重量等指標看重的車輛上的此類差速器。

背景技術

盡管目前有很多種限滑式差速器，但其中在商業上最為成功的那些差速器都是基于Vernon?E.Gleasman設計的全齒輪差速器，且其中效率最高的那些差速器是基于Vernon?E.Gleasman的交叉軸設計形式，在市場上，這種差速器被稱為Torsen-Type?1差速器。在第6783476號美國專利(與本發明具有相同的受讓人，且名稱為“緊湊的全牽引差速器”，商標“IsoTorque”代表了該專利的技術)中公開了關于這種采用交叉軸行星齒輪系的現有限滑差速器的最近的改進方案，該專利被結合到文中作為參考。上述專利中公開的這種改進型差速器無論在尺寸方面、還是在重量方面都小于交叉軸差速器其它已有的早先設計方案，且制造成本更低，同時還滿足同等的載荷承載指標。

所有的傳統Gleasman交叉軸(crossed-axis)差速器都包括成對的非常規平衡齒輪(齒輪組)-例如圖1A和圖1B中的齒輪131、132和131a、132a，它們(a)通過制在兩端的直齒輪部分133相互嚙合；以及(b)并通過制在沙漏形蝸輪部分134處的螺旋齒與半軸蝸桿141、142相嚙合，其中，蝸輪部分134被制在兩直齒輪端之間。Gleasman型全齒式交叉軸差速器(包括舊款設計，例如Torsen-Type?1)的關鍵特征是起到“蝸桿”作用的各個半軸齒輪與各個差速器的平衡齒輪中間部分上的“蝸輪”齒之間的關系。

“蝸桿”通常是圓柱形的齒輪，且其輪齒為螺紋的形式，其與通常被稱為“蝸齒輪”或“蝸輪”的較大齒輪相嚙合，文中使用了后一名稱。但是，當使用在Gleasman型差速器中時，半軸蝸桿是兩齒輪中的大者。在普通的蝸輪/蝸桿齒輪機構中，能量從蝸桿傳遞給蝸輪在機械上是有利的，而與此伴隨的是，當能量從蝸輪傳遞給蝸桿時在機械上則是不利的。對于上文討論的差速器、以及文中公開的Gleasman型差速器，在半軸蝸桿與平衡齒輪蝸輪之間傳遞能量的方面同樣存在相同的機械有利/不利關系。

在常規的差速器中，當車輛的其中一個驅動輪喪失牽引時，發動機的大部分扭矩將立即輸送給該打滑車輛。對于Gleasman型差速器，發動機與車輪之間蝸輪/蝸桿的連接關系所帶來的機械缺點可限制低牽引力車輪的過度滑轉。同樣是該連接結構，當其工作在蝸桿/蝸輪方向上時，可增強差速器對驅動輪速度改變的響應性，其中，當車輛轉彎時，在相同的時間內，外側車輪所行經的距離要大于內側車輪所行經的距離，從而在此時使驅動輪的速度發生變化。

為使齒輪實現平滑滾動嚙合所需的幾何關系通常會限制實際蝸桿/蝸輪副的齒比(即齒輪副中一個構件上的齒數與另一構件上齒數的比值)，該比值被限制到至少為3.5∶1，且通常為這種類型的齒輪副設計了很高的齒數比。對于齒側面為直線的螺紋型蝸桿、以及的母線型(generated)的漸開線螺旋面蝸桿，該齒比限制條件是正確的。任何試圖將蝸桿/蝸輪副的齒比設計為小于3.5∶1的努力通常都會帶來很多幾何上的干涉。

但是，考慮到交叉軸差速器中齒輪構件相對較小的尺寸以及對強度的較高要求，最佳的蝸桿/蝸輪齒比最好能落在1.5∶1到2.5∶1的范圍內，但現有技術中沒有一種齒輪機構能滿足這樣的齒比。因而，在實際工作中，現有交叉軸差速器中半軸“蝸桿”的輪齒和“蝸輪”的輪齒并未采用真正蝸桿/蝸輪的設計形式，而是被設計成交叉軸斜齒輪組的形式，且兩個元件都采用簡單斜齒輪的幾何結構。這種方案的諸多限制條件在于：交叉軸斜齒輪副為瞬態的“點”接觸模式，而不是寬廣的面接觸模式，因而易于受到載荷限制，且會使磨損加速。

現有技術中交叉軸斜齒輪的幾何結構還在摩擦作用分量方面受到很大的限制，原因在于它們在工作時主要是在非常有限的接觸區域內滾動接觸。由于向大牽引力的車輪傳遞扭矩的效率取決于該摩擦分量，所以希望能增大半軸齒輪/平衡齒輪這種關鍵嚙合關系中的摩擦力。該摩擦力的增大對傳動系總效率的影響很小，原因在于：在實際工作中，該齒輪組相對較低的旋轉速度表現在車輪速度上的差異通常僅落在0-20rpm的范圍內。