具有高的锁止接合长度以及低的行程长度的锁止式差速器的制造方法
【专利摘要】一种差速器，包括齿轮箱体、半轴齿轮、致动器和轴环。该齿轮箱体包括中心轴线和凹部。该半轴齿轮构造成绕该中心轴线转动。该半轴齿轮包括径向向外延伸的锁止构件，该锁止构件包括由多个槽分隔的半轴齿轮段。致动器包围中心轴线。该轴环构造成沿中心轴线双向平移。该轴环包括耳状部和径向向内延伸的锁止构件，该锁止构件包括由多个槽分隔的轴环段。致动器构造成使轴环相对于半轴齿轮移动以使耳状部在凹部中轴向移动。当致动器使轴环移动到锁止位置时，轴环段构造成与半轴齿轮段接合。当致动器使轴环移动到解锁位置时，半轴齿轮段构造成穿过径向向内延伸的锁止构件的槽。
【专利说明】具有高的锁止接合长度以及低的行程长度的锁止式差速器
[0001]优先权
[0002]本申请要求2012年8月15日提交的美国临时专利申请61/683298的优先权，该美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本说明书中。
【技术领域】
[0003]本发明总体上涉及锁止式差速器。更具体的，本发明涉及具有低的行程长度但具有高的接合长度的轴环(卡圈)型锁止式差速器。
【背景技术】
[0004]调节牵引力的锁止式差速器通常包括限定出齿轮室的齿轮箱体以及设置在其中的差动齿轮组，该差动齿轮组包括至少ー个输入小齿轮和ー对输出半轴齿轮。通常，这种“锁止式差速器”包括选择性地防止其中ー个半轴齿轮相对于齿轮箱体转动的锁止机构，该锁止机构的接合由致动器起动。
[0005]锁止式差速器中锁止机构的最大转矩是锁止机构的轴向位移的函数，因为它在锁止和解锁状态之间移动。锁止机构的位移由邻近差速器箱设置的“内斜板”的轴向位移限制。仅作为示例，在按照美国专利N0.6551209的教导制造的锁止式差速器的商业实践中，锁止机构具有约4mm的轴向位移以及约3mm的有效“锁止接合”。在由美国专利N0.7264569教导的另ー个例子中，差速器具有位移约为8mm到12mm并且接合长度约为8mm的锁止构件。
【发明内容】
[0006]本发明提出一种锁止式差速器，该差速器具有低的行程长度、低的位移以及高的锁止接合长度。
[0007]差速器包括齿轮箱体，该齿轮箱体包括中心轴线和凹部。半轴齿轮(侧齿轮)构造成绕该中心轴线转动。该半轴齿轮包括径向向外延伸的锁止构件。该径向向外延伸的锁止构件进一歩包括由多个槽分隔开的半轴齿轮段。一致动器包围该中心轴线。该轴环构造成沿该中心轴线双向平移。该轴环包括耳状部和径向向内延伸的锁止构件。该径向向内延伸的锁止构件进ー步包括由多个槽分隔开的轴环段。该致动器构造成使该轴环相对于该半轴齿轮移动，从而使耳状部在凹部中轴向移动。当致动器使轴环移动到锁止位置时，轴环段构造成接合半轴齿轮段。当致动器使轴环移动到解锁位置吋，半轴齿轮段构造成穿过径向向内延伸的锁止构件的槽。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是未致动、解锁状态下的锁止式差速器的轴向剖视图。
[0009]图2是图1的左侧视图，其中端盖被去除。
[0010]图3是未致动、解锁状态下的锁止式差速器的替代视图。[0011]图4是锁止状态下的具有环的偏压弹簧装置的视图。
[0012]图5是示出在未致动、解锁状态下的锁止式差速器的轴向剖视图，并且示出锁止机构的“位移”。
[0013]图6A是锁止状态的视图，其示出各段的对齐以及面-面接合。
[0014]图6B是锁止状态的另一视图。
【具体实施方式】
[0015]现在将参考在附图中示出的实施例进行详细描述。尽可能的，相同的附图标记在全部附图中将被用于指代相同或类似的部件。
[0016]图1是锁止式差速器的轴向剖视图。图1示出的锁止式差速器包括齿轮箱体11和端盖12，该端盖12可通过任意合适的方式、例如多个螺栓(未示出)附装到齿轮箱体11。齿轮箱体11和端盖12配合限定出齿轮室，该齿轮室的总体标号为13。齿轮箱体11限定了环形毂部27和29，所述毂部上可以安装轴承组件，以便为转动的差速器装置相对于外差速器壳体或“托架”(未示出)提供旋转支承。
[0017]转矩通常通过输入齿圈输入到锁止式差速器，该输入齿圈可附装到法兰15。齿轮室13中设置有包括一对输入小齿轮17的差动齿轮组。如通常那样，输入小齿轮17可转动地围绕小齿轮轴18安装，小齿轮轴18通过任意合适的方式相对于齿轮箱体11固定。小齿轮17包括差动齿轮组的输入齿轮，并且与一对半轴齿轮19和21相啮合。半轴齿轮19和21限定内部直键槽组23和25，所述键槽组构造成与一对半轴(未示出)上的相配合的外花键进行键接合。
[0018]在车辆的常规直行操作期间，左、右半轴之间或左、右半轴齿轮19和21之间没有差速出现。因此，小齿轮17不相对于小齿轮轴18转动。当包围齿轮箱体的外齿圈转动时，小齿轮轴18转动。因此，齿轮箱体11、小齿轮17以及半轴齿轮19和21均围绕转动轴线A转动，犹如包括一固体单元。当车辆转向时，由于半轴齿轮19和21能抵靠小齿轮17转动，所以半轴齿轮19和21能以不同的速率转动。如果锁止状态是期望的，则可通过阻止半轴齿轮19和21中的至少一个以不同于齿轮箱体转动速率的速率转动来锁止半轴齿轮19和21的差速转动。在示出的例子中，锁止模式对半轴齿轮19与齿轮箱体的转动进行锁止。由于这有效阻止了小齿轮17围绕小齿轮轴18转动，因此另一半轴齿轮21不能以与第一半轴齿轮不同的速率转动，该另一半轴齿轮21以与齿轮箱体相同的速率转动。
[0019]现在主要参照图1，锁止式差速器包括总体标号为31的转动阻止机构(防转机构)，该转动阻止机构全部设置于齿轮箱体11内并且可操作地与半轴齿轮19关联。锁止式差速器还包括总体标号为33的致动机构,该致动机构在本例中位于齿轮箱体以外。
[0020]转动阻止机构31包括大体环形的轴环35，该轴环在其外圆周包括多个耳状部37，如图2和4所示。仅作为示例，设有六个耳状部37。每个耳状部37都容纳在由齿轮箱体11限定的相配合的、轴向延伸的凹部39内，从而阻止轴环35相对于齿轮箱体11转动，但允许轴环35在图6A和6B示出的锁止位置和图3、4和5示出的解锁位置之间进行轴向移动。
[0021]围绕轴环35的内圆周设置有多个轴环锁止构件41。与所述轴环锁止构件指形交叉地设有多个围绕半轴齿轮19外圆周设置的半轴齿轮锁止构件43。仅作为示例，设有九个轴环锁止构件41和九个半轴齿轮锁止构件43。每个轴环锁止构件41都与下一个之间具有圆周间隙，每个半轴齿轮锁止构件43都与下一个之间具有圆周间隙。这些间隙足以使轴环锁止构件41沿图2的页面向外的方向在半轴齿轮锁止构件43之间滑动。也就是说，轴环35能沿着其方向为从图2的页面向外的轴线滑动，从而轴环锁止构件41在半轴齿轮锁止构件43之间通过。所述间隙可以调节以便在锁止构件之间提供最小空隙。或者，所述间隙和所述锁止构件的数目可以调节从而在锁止构件之间具有更大的空隙，以便具有最小数目的锁止构件，仅足以提供足够的カ使轴环35和半轴齿轮19相接合。然而，锁止构件的空隙必须足以使轴环构件35能从其解锁位置(如图3、4和5所示)运动到其锁止位置(如图6A和6B所示)。
[0022]此外，每个锁止构件通过在其中设有槽而分成多个段。也就是说，轴环锁止构件41包括六个段72，半轴齿轮19包括六个段71。段和槽使得即使当轴环锁止构件41保持与半轴齿轮锁止构件43接近时该半轴齿轮19也能相对于轴环35转动。当差速器解锁时半轴齿轮段71从轴环段72之间通过，但当差速器锁定时半轴齿轮段71与轴环段72面-面接
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[0023]尽管段和槽被示为具有正方形边缘，但所述段和槽也可具有倒圆的或斜切的边缘，或者所述段可沿其长度或宽度呈锥形并且具有或不具有倒圆的或斜切的边缘。另外，各轴环段72可与其余各个轴环段72平行。轴环段72可为多面体，每个都具有沿其最长长度的中心轴线，并且每个轴环段72的最长中心轴线可以与其余轴环段平行。这对于半轴齿轮段71同样适用，因此每个半轴齿轮段71都可与其余半轴齿轮段平行。每个半轴齿轮段71都可以是具有最长中心轴线的多面体，最长中心轴线可与其余各个半轴齿轮段的最长中心轴线平行。为使轴环能相对于半轴齿轮平滑地转动，每个半轴齿轮段的最长中心轴线可与每个轴环段的最长中心轴线平行。
[0024]图1示出转动阻止机构31的“解锁”状态。图2、6A和6B示出“锁止”状态。在图2中，锁止构件41和43相互对中从而示出其中轴环35能相对半轴齿轮19滑动的位置。图6A和6B示出，各轴环锁止构件41能与相邻的半轴齿轮锁止构件43面-面接合从而锁止该差速器。每个半轴齿轮段71与一轴环段72对接，以便不允许半轴齿轮19相对于轴环35转动。也就是说，轴环35滑动以使该轴环35中的槽不再与半轴齿轮段71对齐并且半轴齿轮19中的槽不再与轴环段72对齐。半轴齿轮段71上的窄面抵靠轴环段72上的窄面。当半轴齿轮19的转动方向如图6A和6B所示相对于图2为顺时针方向时，反方向的转动同样是可能的。
[0025]所公开的锁止构件和段的组合极大地减小了锁止和解锁差速器所需的位移。轴环仅需轴向移动ー个段的宽度来与锁止构件接合或分离。空隙距离可被包括在内以适应轴环段72与半轴段71之间的空隙长度。
[0026]如图5所示，半轴齿轮19也可包括唇状部62。该唇状部62的尺寸设计成防止轴环朝向端盖12移动通过半轴齿轮段71。唇状部62与半轴齿轮段71之间可具有空隙，从而允许轴环段72在空隙中自由转动。
[0027]相较于现有的直接作用式线圈，所公开的差速器具有低的行程长度和高的锁止接合长度。也就是说，具有直接作用式线圈的现有差速器具有低的力和低的位移长度，这限制了总的接合长度。现有的接合长度等于线圈位移减去空隙。
[0028]现有的接合长度=(线圈位移-空隙) 等式I[0029]通过经由段创造多个接合重叠，新的锁止机构的总接合长度不受限于线圈位移的位移长度。取而代之，接合长度可由线圈位移减去空隙并乘以重叠的数目来确定。
[0030]新的接合长度=(线圈位移-空隙)X (重叠数目) 等式2
[0031]再次参见图1，并结合图3，齿轮箱体11限定多个柱形开口 45。每个开口 45中可滑动地设置有大致为柱状的细长致动构件47。仅作为示例，设有三个致动构件47。每个致动构件47均具有与轴环构件35相接合的第一端49，以及略微延伸出齿轮箱体11的第二端51。每个端51都构造成基本为半球形，以使该端51可在斜坡面55上滑动。三个致动构件47可与图2中位于2点钟、6点钟以及10点钟位置的耳状部37相接合。
[0032]在邻近半轴齿轮21的端部处围绕齿轮箱体11设有致动器33，该致动器包括单个斜板53，该斜板53限定多个斜坡面55以及其间的谷部。每个致动构件47对应一个具有顶点的斜坡面55以及一个谷部。这是“销和斜坡”式装置，它具有一个斜板和一组“销”(即致动构件47)，以用于制动构件47的轴向位移。“内”斜板是具有“位移”的构件。
[0033]由于段之间的间距，“位移”较之现有技术明显缩短。例如，段的尺寸可用于1.5mm的行程长度。但是，接合长度为6mm。这与其中行程长度大致等于接合长度的现有技术不同。
[0034]致动器33进一步包括总体标号为57的电磁线圈。该电磁线圈的功能是在斜板53上施加需要的阻滞转矩，因此起动致动构件47的斜坡上升。此处使用的关于致动构件47的术语“斜坡上升”包括构件47从图3和4所示的完全收回位置移动到完全伸出位置，在该完全收回位置中线圈57未通电(对应于未致动、解锁状态)，在该完全伸出位置中线圈57通电(对应于致动、锁定状态)。电磁线圈57可使斜板53转动以便斜坡的峰部将致动构件(销)推向轴环35。轴环的耳状部37在齿轮箱体11的对应凹部39中滑动，使得轴环35朝向端盖12并远离斜板53移动到锁定状态。
[0035]轴环构件35通过波形弹簧61被偏压向未致动、解锁状态，如图3和4所示。可使用一定数量的不同偏压装置，但波形弹簧61有利于转动阻止机构31的紧凑封装。当电磁线圈57断电时，斜板53可转动以使斜板53的谷部与致动构件47对齐。接着波形弹簧61推动轴环35远离端盖12并朝向斜板53以解锁该差速器。因此，基于致动器33是否斜坡上升，轴环35能够沿着图1中的轴线A-A双向移动。
[0036]如图1中示意性示出的，电磁线圈57通过一对电导线59通电，附图标记“59”在后面还被用于描述致动器33的电输入信号。
[0037]尽管示出了斜坡和线圈致动器，但也可使用其它致动装置，例如球体和斜坡。所使用的致动器装置必须能使轴环相对于半轴齿轮移动。
[0038]该锁止式差速器可被以双模式中的任一种模式控制。该差速器可被手动地控制，即，其中驾驶员手动地选择锁止模式(而不是解锁模式)。在模式被手动选择后，差速器可在锁止模式下运行。或者，该锁止式差速器可被允许以自动模式运行，其中，仅作为示例，车辆微处理器感测运行状态、例如初期的车轮打滑，并传递一适当的电信号到锁止式差速器，从而相对于齿轮箱体11锁止半轴齿轮19，以便防止其间的任何进一步的差速。
[0039]在锁止式差速器的自动致动的情况下，在某些运行状态下，例如当车辆转向时，或者轮胎尺寸存在微小差异时，允许半轴齿轮19和21之间存在一定量的差速动作。然而，图1的例子并未包括对离合器组件或其它用于阻滞或限制差速动作的机构的说明。该例子反而如同“开式差速器”般在未致动、解锁模式或在致动、锁定模式下运行。
[0040]该差速器可包括足够的输入、例如电导线59，以便能手动或自动运行。如果需要，差速器可包括附属机构，例如CAN、总线、运算(储存、处理以及编程)等从而实现手动或自动运行，并且可进ー步包括输出以及其它硬件和软件以便发送表示锁止或解锁状态的信号。
[0041]图5示出轴环构件35的位移“T”，它在锁止(图6A和6B)和解锁(图3、4和5)状态之间移动。位移T等于段的宽度加上空隙。在本例中，位移等于约1.5mm。行程长度或致动构件使轴环35与半轴齿轮接合必须移动的距离在本例中同样约为1.5mm。因此，与移动整个接合长度来解锁或锁定差速器相反，位移被显著缩短为接合长度的一部分。
[0042]锁止构件41和43之间的接合长度(即，接合的轴向长度)在本例中约为6mm。这是因为轴环锁止构件41上的ー个段提供约Imm的宽度,该宽度与半轴齿轮锁止构件43上的ー个段的约Imm的宽度相接合。由于每个锁止构件上有六个段，所以锁止构件加起来具有约6mm的接合长度。
[0043]图6A示出锁止状态的ー个例子。轴环35与半轴齿轮19对齐，从而轴环段72不再与半轴齿轮锁止构件43中的槽对齐。半轴齿轮锁止构件43与轴环锁止构件41面-面接合，并且半轴齿轮锁止构件43的段71不再与轴环锁止构件41中的槽对齐。如图6B所示，半轴齿轮锁止构件43中的槽与轴环锁止构件41中的槽对齐。
[0044]段和锁止构件的数目、宽度、长度以及间隔可以与示出的不同，并且半轴齿轮19的转动方向可以是顺时针(如图所示)或逆时针。此外，由于附图并非确切按比例绘制，因此轴环的宽度以及半轴齿轮19上的段的展开可以不同。半轴齿轮19上的段的位置可向左-如图1、向右-如图3、或者所示段可从左跨到右或约为图1和2所示的中间长度。
[0045]在前面的说明中，各种描述參照附图得以说明。然而，很显然，在不背离所附权利要求的最宽范围的情况下，可以实施各种其它变型和改变，并且可以添加附加的方面。因此说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的。
【权利要求】
1.一种差速器，包括: 齿轮箱体，该齿轮箱体具有中心轴线和凹部； 半轴齿轮，该半轴齿轮构造成围绕该中心轴线转动，该半轴齿轮包括多个径向向外延伸的、由间隙分隔的锁止构件，每个径向向外延伸的锁止构件都进一步包括由对应的槽分隔的多个半轴齿轮段； 致动器，该致动器包围中心轴线的至少一部分；以及 轴环，该轴环构造成沿中心轴线的一部分双向平移，该轴环包括向外延伸的耳状部和多个径向向内延伸的锁止构件，各径向向内延伸的锁止构件由间隙分隔，每个径向向内延伸的锁止构件都进一步包括由对应的槽分隔开的多个轴环段， 其中: 该致动器构造成使轴环相对于半轴齿轮移动，从而使耳状部在凹部中轴向移动， 当致动器使轴环移动到锁止位置时，轴环段构造成与半轴齿轮段接合， 当致动器使轴环移动到解 锁位置时，半轴齿轮段构造成穿过所述径向向内延伸的锁止构件的槽。
2.如权利要求1所述的差速器，其特征在于，所述齿轮箱体至少部分地包围所述轴环、所述半轴齿轮和所述致动器。
3.如权利要求2所述的差速器，其特征在于，该齿轮箱体构造成使得轴环的一部分嵌入在齿轮箱体中以及使致动器的一部分嵌入在齿轮箱体中，该齿轮箱体还包括用于与齿轮箱体配合的端盖，其中半轴齿轮的一部分嵌入在该端盖中。
4.如权利要求1所述的差速器，其特征在于，该致动器包括斜板和至少一个致动销；该斜板构造成选择性地移动所述至少一个致动销以便移动该轴环。
5.如权利要求4所述的差速器，还包括波形弹簧和端盖，其特征在于，该波形弹簧压靠该轴环和该端盖，以便偏压该轴环以使之远离该端盖。
6.如权利要求1所述的差速器，其特征在于，每个径向向外延伸的锁止构件包括六个半轴齿轮段，每个径向向内延伸的锁止构件包括六个轴环段。
7.如权利要求1所述的差速器，其特征在于，半轴齿轮还包括邻近所述多个径向向外延伸的锁止构件的唇状部。
8.如权利要求1所述的差速器，其特征在于，每个半轴齿轮段都是多面体，每个半轴齿轮段都与其余半轴齿轮段基本相同；以及，每个轴环段都是多面体，每个轴环段都与其余轴环段基本相同。
9.如权利要求1所述的差速器，其特征在于，每个半轴齿轮段都包括与其余各半轴齿轮段的最长中心轴线基本平行的最长中心轴线；每个轴环段都包括与其余各轴环段的最长中心轴线基本平行的最长中心轴线。
10.如权利要求1所述的差速器，其特征在于，半轴齿轮包括九个径向向外延伸的锁止构件，每个径向向外延伸的锁止构件包括六个半轴齿轮段；轴环包括九个径向向内延伸的锁止构件，每个径向向内延伸的锁止构件包括六个轴环段。
11.如权利要求1所述的差速器，其特征在于，每个轴环段都具有厚度，轴环仅需移动一个轴环段厚度的距离就能到达锁止位置和解锁位置之间。
12.如权利要求1所述的差速器，其特征在于，每个半轴齿轮段都具有厚度，轴环仅需移动ー个半轴齿轮段厚度的距离就能到达锁止位置和解锁位置之间。
13.如权利要求1所述的差速器，其特征在于，每个轴环段都具有段厚度；每个轴环槽都具有槽厚度；每个径向向内延伸的锁止构件的厚度是它所对应的段厚度与它所对应的轴环槽厚度之和。
14.如权利要求13所述的差速器，其特征在于，为了在锁止位置和解锁位置之间移动，轴环必须移动一与一个段厚度或一个槽厚度相等的距离。
15.如权利要求1所述的差速器，其特征在于，每个半轴齿轮段都具有段厚度；每个半轴齿轮槽都具有槽厚度；每个径向向外延伸的锁止构件的厚度是它所对应的段厚度与它所对应的半轴齿轮槽厚度之和。
16.如权利要求15所述的差速器，其特征在于，为了在锁止位置和解锁位置之间移动，轴环必须移动一与 一个段厚度或一个槽厚度相等的距离。
【文档编号】F16H48/28GK103591249SQ201310166007
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2012年8月15日
【发明者】P·J·麦克米伦, D·P·菲舍尔 申请人:伊顿公司