專利名稱：帶有混合齒輪裝置的全牽引差速器的制作方法
技術領域：
本發(fā)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(fā)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(yè)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Torsen⑧-Type 1差速器。在第 6783476號美國專利(與本發(fā)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(xiàn)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i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(tǒng)Gleasman交叉軸(crossed-axis)差速器都包括成對 的非常規(guī)平衡齒輪(齒輪組)一例如圖IA和圖IB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(guī)的差速器中，當車輛的其中一個驅動輪喪失牽引時，發(fā)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(fā)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(fā)生變化。
為使齒輪實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(tài)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(xiàn)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(qū)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(xiàn)在車輪速度上的差異通常僅落在0
—20rpm的范圍內。
在上述的專利文件US 6783476中公開了對傳統(tǒng)螺旋形結構的局部 改進。該專利公開了具有"s叩raenveloping"接觸模式的螺旋形蝸桿 /蝸輪齒。也就是說，平衡齒輪的蝸輪部分仍然為傳統(tǒng)的斜齒輪形狀(被 常規(guī)的直邊滾刀切削出的漸開線螺旋面形式)，同時，相嚙合的蝸桿(即 半軸齒輪)具有由漸開線滾刀切需出的"逆漸開線"輪齒。該專利以 及其它的現(xiàn)有技術還建議采用"封閉端"的半軸齒輪。
普通的交叉軸斜齒輪是由直邊齒的滾刀切削而成的，對轉動著的 滾刀組合地執(zhí)行橫向進給和軸向進刀。普通的蝸輪也是由帶有直邊齒 的滾刀切削而成的，但滾刀在轉動時只有橫向進給，而沒有軸向進給。
如上文提到的那樣，全齒輪式交叉軸差速器包括非常規(guī)的平衡齒
輪，其(a)通過制在兩端的直齒相互嚙合；以及(b)通過制在兩直 齒端之間的螺旋齒與半軸齒輪嚙合。在組裝過程中，非常規(guī)齒必須要 被定位在正確的嚙合關系和定向上，以確保分擔相同的載荷。該定向 正過程被稱為"正時"。
在所有的現(xiàn)有設計中，齒輪的齒數都是奇數與偶數的混合形式。 下面是一種典型的現(xiàn)有實例在平衡齒輪的兩端上的直齒的數目是18， 各個平衡齒輪上蝸輪齒的數目是7，且各個半軸齒輪的齒數是13。這 些奇異的現(xiàn)有齒數并不是隨意確定的，而是特別選定的，以便于部分 地克服齒輪副特定的磨損問題，其中，該磨損問題與交叉軸齒輪副的 點接觸特性或線接觸特性有關。但是，這些不同的齒輪構件帶來了復 雜的正時問題。例如，現(xiàn)有技術中的所有設計都需要在各個齒輪組合 體上設置正時標記，并在組裝過程中小心地留意指令流程。對于每個 齒輪，齒輪組裝的次序都要被指明，且還要指明在組裝時必須要將標 記轉過的各個不同的距離，如此等等。現(xiàn)有技術中的提示例如是這樣 的"……[T]內部載荷將不會在齒輪之間均勻地實現(xiàn)平衡，某些齒輪將 嚴重過載。這將導致最終的失效，這將是災難性的"，這樣的提示警告 了不正確的正時可能帶來的危險結果。

發(fā)明內容
緊湊的全齒輪式全牽引差速器包括配對嚙合的半軸蝸桿和蝸輪平 衡齒輪，它們采用了 "混合"型的設計，這使得半軸齒輪與平衡齒輪 的中間部分之間的輪齒接觸模式得以改善，從而更為接近真正的蝸桿/ 蝸輪的特性，這必然會增大向大牽引力的車輪傳送扭矩的效率、增大 抗沖擊能力，并使得差速器所有齒輪之間的正時關系能顯著地簡化組
裝操作。優(yōu)選地是，各個半軸蝸桿的輪齒采用漸開線的型廓，但僅是 由橫向進刀的方式切削成的，而平衡齒輪的蝸輪部分的輪齒是螺旋蝸 桿，其頂部和根部被凹形刀具進行了改造。半軸蝸桿齒的螺旋角等于
或大于45°，且具有大倒角的端部，齒輪被設計成提供了在1.5:1— 2.5:1之間的大齒比。各個平衡齒輪的直齒部分(a)的齒數和蝸輪部 分(b)的齒數、以及各個半軸蝸桿(c)上的齒數都可被2或3整除， 優(yōu)選地是都可被2和3整除。另外，任何定位不正的平衡齒輪都將無 法對正殼體上的對應孔洞，僅通過將對位不正的平衡齒輪在任一方向 上轉過一個齒，就能實現(xiàn)正確的對位和齒輪正時。


圖1A中的示意性局部剖視圖表示了一種現(xiàn)有的緊湊型全牽引差 速器，本發(fā)明對這種類型的差速器進行了改進；
圖1B是圖1A所示差速器的示意性局部剖視圖，該視圖是沿圖1A 中的1B—1B平面作出的；
圖2是與圖1A類似的示意性局部剖視圖，但轉過了90。，其表示 了根據本發(fā)明的雙組式差速器，圖中為了清楚起見，去掉了某些部分 和某些交叉陰影線；
圖3是與圖1B類似的示意性局部剖視圖，其表示了根據本發(fā)明的 三組式差速器，同樣，圖中為了清楚起見而去掉了某些部分和某些交 叉陰影線；
圖4中的局部示意圖表示了根據本發(fā)明的平衡齒輪上蝸輪部分的 輪齒，該輪齒是由改造后的滾刀刀具切削而成的；
圖5是圖4所示蝸輪輪齒以及改型滾刀刀具上某些部分的放大示 意圖； 圖6中的局部示意圖表示了根據本發(fā)明的半軸蝸桿，該蝸桿是由 普通的滾刀按照制造普通蝸輪輪齒的方式切削而成的；以及
圖7中的透視圖表示了根據本發(fā)明的平衡齒輪和半軸齒輪，且在 執(zhí)行圖6所示的滾銑過程之前，對半軸齒輪的坯件執(zhí)行了大倒角處理。
具體實施例方式
優(yōu)選地是，各個半軸蝸桿的輪齒采用了漸開線的型廓，但僅是由 橫向進給的方式切削成的，而平衡齒輪上蝸輪部分的輪齒是是螺旋蝸 輪，其頂部和根部被凹形銑刀進行了改造。半軸蝸桿輪齒的螺旋角等
于或大于45°,且具有大倒角的端部，齒輪被設計成實現(xiàn)了 1.5:1— 2.5:1的大齒比。各個平衡齒輪上的直齒部分(a)的齒數和蝸輪部分
(b)的齒數、以及各個半軸蝸桿(c)上的齒數都可被2或3整除， 優(yōu)選地是都可被2和3整除。另外，任何定位不正的平衡齒輪都將無 法對正殼體上的對應安裝孔洞，僅通過將對位不正的平衡齒輪在任一 方向上轉過一個齒，就能實現(xiàn)正確的對位和齒輪正時。
本發(fā)明中所公開的新型輪齒設計最好被看作是標準蝸桿/蝸輪齒 輪機構與形成"框形"寬齒接觸模式(即不同于點接觸模式或線接觸 模式)的螺旋齒輪機構之間的"混合"類型。這種新的半軸蝸桿不再 被切削成普通的交叉軸螺旋齒輪。而是被按照與普通蝸輪一樣的方式 進行切削，也就是說，只有橫向進給，而沒有軸向進給。另外，半軸 蝸桿的徑向螺旋角被設置成大于45°，從而在與平衡齒輪蝸輪的關系方 面，其實質上起到了蝸桿的作用。與現(xiàn)有技術中交叉軸斜齒輪副相比， 本發(fā)明中描述的混合型蝸桿/蝸輪副具有如下的優(yōu)點顯著增寬并加長 了輪齒的接觸模式，這能減小嚙合輪齒上某些特定部分的單位載荷。 由于半軸蝸桿具有真正的沙漏形幾何結構(橫向進給法制成)，所以，
這些新型半軸輪齒兩端部處的齒橫截面(beam section)也變厚了， 從而相比于現(xiàn)有的半軸交叉軸斜齒輪設計更為堅強。
就其本質而言，處于嚙合動作中的蝸桿/蝸輪副比螺旋齒輪副具有 更高的滑動分量，這對應著在嚙合時具有更大的摩擦力分量。如果平 衡齒輪蝸輪試圖反向驅動半軸蝸桿，則真正的蝸桿/蝸輪副會造成更大 的機械缺陷。因而，對于真正的蝸桿/蝸輪副，交叉軸差速器在向大牽 引力的車輪傳遞扭矩的效率固有地高于通常基于交叉斜齒輪嚙合原理 的現(xiàn)有差速器。
與現(xiàn)有技術相反，本發(fā)明各個平衡齒輪的中間蝸輪部分是被按照 與普通斜齒輪相同的方式切割制成的，也就是說既軸向進給又存在 轉動。但是，被用于切削斜齒輪齒的普通直邊滾刀刀具被改造成具有 略微的"凹入"形式，從而使得各個蝸輪輪齒的型廓相比于普通的漸 開線形狀具有特別的改變，以避免齒頂干涉和齒根干涉，所以，在齒
比異常低的蝸輪/蝸桿副中，其實際上起到了蝸輪的作用。
如上所述，普通的蝸輪/蝸桿設計需要齒比至少必須為3.5:l，而 現(xiàn)有Gleasman型差速器的設計已小于1. 5:1。在這些現(xiàn)有設計的另一 種主要改型中，本發(fā)明各個混合型齒輪副中半軸蝸桿和平衡齒輪蝸輪 構件的齒比僅是在1. 5:1 — 2. 5:1之間。
這種新的混合型蝸桿/蝸輪設計所帶來的顯著改進在于不論是兩 齒輪組式差速器，還是三齒輪組式差速器，對載荷的承載特性和扭矩 的傳遞效率都得到了改善。寬且較長的齒接觸模式帶來了平穩(wěn)的操作， 且具有優(yōu)異的抗沖擊特性。
相比于現(xiàn)有技術中的交叉軸斜齒輪副，本發(fā)明的這種新混合型蝸 桿/蝸輪設計在嚙合時具有更高的滑動分量，該滑動發(fā)生在更大的接觸 面積內，而在現(xiàn)有設計中則主要是在非常有限的區(qū)域內滾動接觸。因 而，本發(fā)明中的混合型齒輪副從根本上增大了向大牽引力車輪傳遞扭 矩的效率。對于平衡齒輪與半軸齒輪之間任何給定的螺旋角組合形式， 與該摩擦力分量的增加成比例，平衡齒輪對半軸齒輪的反向驅動變得 更為困難。但是，齒輪嚙合摩擦的增加對驅動系效率的影響是非常小 的，原因在于半軸齒輪/平衡齒輪副非常低的典型旋轉速度只等于從 動車輪的差動旋轉速度。類似地，齒輪副磨損量的增加也非常小，這 不僅是由于很低的工作速度，而且由于磨損被平攤在嚙合構件之間很 大的接觸面積內。
另外，差速器中齒輪之間的比值已被在整體上進行了有理化處理， 以便于顯著地優(yōu)化組裝過程?，F(xiàn)有設計中采用了奇數比值，以部分地 消除與交叉軸斜齒輪組的點接觸或線接觸特性相關的、特別的齒輪副 磨損問題。本發(fā)明簡化了相關的齒數比，從而解決了上述的"正時" 問題，在組裝過程中，在對各個齒輪進行正確定向方面，上述的"正 時"問題一直困擾著現(xiàn)有的差速器。本發(fā)明中各個相關的齒輪是簡單 的，且能被快速地組裝起來，在所有的工況下，它們都能正確地嚙合， 并均衡地分擔載荷。
在本發(fā)明公開的優(yōu)選的平衡齒輪上，兩端處各組直齒的齒數是平 衡齒輪中間部分的齒數精確的兩倍。因而，無需在齒輪上作任何的正 時標記，半軸齒輪與平衡齒輪之間不正確的定向就將使得平衡齒輪明 顯不適配于殼體上為其設置的安裝孔，且在任何情況下，僅通過將平 衡齒輪的直齒在任意方向上轉動一個齒就能實現(xiàn)正確的組裝。
在一種優(yōu)選的實施方式中，半軸齒輪與平衡齒輪的直齒部分具有 相同的齒數(例如，直齒數二12;蝸輪齒數=6;半軸蝸桿齒數二12)。 如上文討論的那樣，由于所有的齒數都可以被2和3整除，所以通過 將直齒轉過一個齒就能完成正確的組裝，這與上文描述的具有兩組或
三組平衡齒輪的差速器的工作情況相同。通過與上文提到的現(xiàn)有齒輪 齒數(例如，直齒數=18;蝸輪齒數=7;半軸蝸桿齒數=13)進行比 較，就能理解在正時調整方面的該顯著簡化。
最后，在所有齒輪上都使用偶數齒的設計實現(xiàn)了如下結果能以 任何次序將任何平衡齒輪組裝到兩組式差速器或三組式差速器中。
本發(fā)明對第6783476號美國專利中所公開的緊湊型全牽引差速器 進行了改進，并與這種現(xiàn)有的差速器具有類似的基本結構。因而，首 先應參見圖1A和圖1B，這兩個視圖表示了作為現(xiàn)有差速器一種實例 的、只采用了兩組平衡齒輪的完整的蝸桿/蝸輪組合齒輪。
殼體120優(yōu)選地是用成型金屬或鑄造金屬制成的，且只具有三個 開孔。也就是說，第一組合適的開孔121、 122是沿著第一軸線125對 齊的，它們用于接納輸出軸(圖中未視出)的內側端；另外一個單獨 的開孔126是矩形的，其直接延伸穿透殼體120，該開孔以軸線125 為中心并與其垂直。
兩對聯(lián)合齒輪131、 132和131a、 132a都具有各自的直齒輪部分 133，這些直齒輪部分被沙漏形的蝸輪部分134分隔開。每對齒輪的直 齒輪部分133相互嚙合，且所有這些聯(lián)合齒輪都可轉動地支撐在各組 成對的轂心136、 137上，這些轂心與一對相對的安裝板138、 139制 成一體。聯(lián)合齒輪對131、 132中的相應蝸輪部分134與一對半軸蝸桿 141、 142中的對應一個蝸桿相嚙合，同時聯(lián)合齒輪對131a、 132a中 的相應蝸輪部分134分別與同一對半軸蝸桿141、 142類似地嚙合。
在半軸蝸桿141、 142內側端的中間設置了止推板150，其具有對 應的支承表面152和153、安裝凸片156和157、以及可減輕重量的潤 滑孔。安裝凸片156、 157被設計用來與制在兩相同安裝板138、 139 中間部分的槽口 160、 161相配接。槽口 160、 161不僅將止推板150
定位在半軸蝸桿141、 142內側端的中間，而且可防止止推板150產生 橫向運動。因而，具體參見圖1A，當施加到半軸蝸桿141、 142上的驅 動扭矩帶來向左的推力時，蝸桿142將運動而抵住止推板150的固定 支承表面152，而蝸桿141的運動將遠離止推板150的固定支承表面 153，并抵壓到殼體120上(或者抵壓到通常位于蝸桿141和殼體120 之間的合適墊圈上)。所產生的、阻礙蝸桿141轉動的摩擦力不會受到 作用在蝸桿142上的推力的影響。類似地，當施加到半軸蝸桿141、 142 上的驅動扭矩帶來向右的推力時，蝸桿141將運動而抵住止推板150 的固定支承表面153，而蝸桿142的運動將遠離止推板150的固定支承 表面152，并抵壓到殼體120上(同樣，或者抵壓到通常位于蝸桿142 和殼體120之間的合適墊圈上)。類似地，所產生的、阻礙蝸桿142轉 動的摩擦力不會受到作用在蝸桿141上的推力的影響。因而，不論驅 動扭矩是在何方向上，阻礙各半軸蝸桿轉動的摩擦力都不會受到作用 在另一半軸蝸輪上的推力的影響。由于差速器的扭矩偏差受到摩擦力 的影響，所以，這種阻止附加推力的設計有助于減小車輛在不同轉向 方向時的扭矩不平衡一即不同轉向時的扭矩差異。
基本結構
圖2表示了一種根據本發(fā)明的緊湊型全牽引差速器。但是，該視 圖是繞軸線25轉過90。后的情形。殼體20是用類似的方式制成的，優(yōu) 選地是用成型金屬或鑄造金屬制成的，且僅具有三個開孔。也就是說， 第一組合適的開孔沿著第一軸線25對齊，它們用于接納輸出軸21、 22 的內側端。另外一個單獨的開孔26是矩形的，其直接延伸穿透殼體20， 該開孔以軸線25為中心并與其垂直。
兩對平衡齒輪31、 32 (圖中只表示出了其中的一對)都具有各自 的直齒輪部分33，這些直齒輪部分被蝸輪部分34分隔開。應當指出的
是對于本發(fā)明公開的混合型齒輪機構設計，各個平衡齒輪的該中間
部分并不是現(xiàn)有技術中的沙漏形。盡管各對齒輪的相應直齒輪部分33 相互嚙合著，但現(xiàn)有技術中安裝板被制在殼體20上的通孔38取代， 且各個平衡齒輪都可轉動地支撐在各個軸頸銷36上，這些軸頸銷裝配 到對應的合適安裝通孔39中，這些通孔在軸向上對準各個平衡齒輪的 中心。在最初的組裝之后，將各個止動銷44壓裝到對應的止動銷孔46 中，這些孔46也被制在殼體20上，并與對應的通孔38垂直，以保持 各對平衡齒輪31、 32的軸頸銷36的位置。
圖3表示了根據本發(fā)明另一實施方式的三齒輪組式的差速器，該 示意性的剖視圖是沿著與軸線25'垂直的方向作出的。本領域技術人員 將能理解到這種三齒輪組式差速器將被用在高性能車輛上應對額外 的扭矩需求。該實施方式包括三對平衡齒輪，但在該圖中只能看到每 組齒輪中的一個平衡齒輪31'。殼體20'包括三個相對的安裝部分27'、 28'、 29'，每個安裝部分的形狀都被設計成扇形段的形式，其具有兩個 構成安裝表面的內表面，它們之間的角度為240°，且各個內表面都具 有安裝通孔38'。為了向各個平衡齒輪31'提供可轉動的支撐作用，將 多個軸頸銷36'配接安裝到對應的軸頸孔39'中，這些軸頸孔被制成穿 過各個平衡齒輪31'，且各個軸頸銷36'反過來被容納在對應的一組對 正通孔38'中，通孔38'被制在殼體20'各對安裝部分27'、 28'、 29'相對 的安裝表面上。
與圖2所示差速器的設計類似，優(yōu)選地是，使用了多個止動銷44' 來防止任意一個軸頸銷36'出現(xiàn)意外移位。各個止動銷被壓裝到各個尺 寸合適的止動銷孔46'中，這些孔46'被制在對應的安裝部分26'、 28'、 29'上，并與對應的通孔38'垂直。
混合型齒輪機構
本發(fā)明的主要特征在于對半軸蝸桿與各個平衡齒輪蝸輪部分之間 齒輪結構的設計。如上文提到的那樣，現(xiàn)有技術中的全牽引交叉軸齒 輪差速器將兩半軸蝸桿上的輪齒、以及平衡齒輪上蝸輪部分的輪齒設 計成圓柱螺旋齒輪的傳統(tǒng)漸開螺旋面齒形式。本發(fā)明對兩類輪齒的設 計進行了改進，以形成一種混合型的齒輪機構，其更接近普通蝸輪/蝸 桿組合體的特性，同時實現(xiàn)了 "框形"的寬齒接觸模式(即不同于點 接觸模式或線接觸模式)。優(yōu)選地是，這樣的混合型輪齒特性被按照如 下的方式應用到每對齒輪的各個齒輪上。
針對平衡齒輪上蝸輪部分輪齒的改動，圖4表示了在切削平衡齒
輪55上蝸輪部分56的輪齒的過程中、滾刀54的相對運動。滾刀54 的初始運動是向深度方向的橫向進刀(PF) 92，隨后是相對于平衡齒 輪55的軸向進給(AF) 94，與此同時，滾刀和齒輪都在旋轉。本領域 技術人員將認識到該方式與切削普通斜齒輪所用的工藝是相同的。 但是，對于普通的工藝，滾刀切削刀具是直邊的，所形成的螺旋齒為 漸開線的型廓。
本發(fā)明通過改變齒輪滾刀的形狀而對傳統(tǒng)工藝進行了改動。圖5 示意性地表示了該改動方案，其放大地表示了滾刀54的切削刀具57 以及平衡齒輪55上蝸輪部分56的兩個混合型齒58、 59。滾刀的切削 刀具57并不是直邊形的(如圖中的虛線所示)，而是如實線所示的略 微凹形。凹形的刀具改變了輪齒58、 59的漸開線形狀(如圖中虛線放 大地表示)，以便于如實線所示那樣增大了各個輪齒頂部62和根部63 的切削深度。
如上文指出的那樣，半軸蝸桿的設計也經過了改進。這種新的半
軸蝸桿不再被切削成普通橫軸螺旋齒的形式。而是按照與普通蝸輪相 同的切削方式進行制造，也就是說，按照圖6示意性表示的方式來制
造。半軸蝸桿65的輪齒66是由普通的漸開線螺旋面滾刀67切削而成 的，該滾刀67是普通的直邊形切削刀具。但是，隨著半軸蝸桿65和 滾刀67的轉動，滾刀67并未采用通常切削圓柱螺旋齒所采用的常規(guī) 橫向進給和軸向進給的方式(如圖4所示)，而是只向深度方向作橫向 進給(PF) 92。如上文指出的那樣，輪齒66被設置成具有一定的徑向 螺旋角(即大于45。)，且半軸齒輪的坯件在被滾切加工之前，被設置 了大的倒角，從而使得半軸齒輪的輪齒不會被切削成具有"封閉"端。 本文所稱的倒角是通過切去半軸蝸桿的邊緣而形成的平直面。在本文 的環(huán)境中，大的倒角是指這樣的倒角其寬度至少是半軸蝸桿半徑的5 %，以區(qū)別于常規(guī)的倒角，其中，常規(guī)的倒角僅被用來形成平直的非 常尖銳的邊緣。優(yōu)選地是，大倒角的寬度至少為半軸蝸桿半徑的10%。
盡管半軸齒輪的輪齒優(yōu)選地是僅由橫向進給所形成的漸開線型 廓，但蝸桿的輪齒優(yōu)選地是頂部和根部經過改進的螺旋形蝸桿，該蝸 桿是由凹形刀具制成的一就如上文介紹的那樣，在一種備選實施方式 中蝸輪輪齒的漸開線型廓僅是由橫向進給形成，且蝸輪的輪齒是螺 旋形的蝸桿，其頂部和根部由具有類似形狀的凹形刀具作了改型。
上述的改動方案形成了圖7所示的半軸蝸桿65和平衡齒輪55的 優(yōu)選形式。從該最后一個視圖可最為清楚地看出，對半軸蝸桿65的倒 角處理使得半軸蝸桿65的輪齒就有大的倒角70，其通過防止了齒輪對 的各個輪齒之間發(fā)生擠夾而改善了機構的工作。這種經過改進的齒輪 對的工作特性更為接近真正的蝸桿/蝸輪副，并在嚙合動作中所產生的 滑動分量遠大于普通的斜齒輪組結構?；瑒臃至康脑黾訉е聡Ш蠒r的 摩擦力分量增大。如上文指出的那樣，增大的摩擦力分量將導致差動
蝸輪試圖反向驅動半軸蝸桿時的機械缺陷加劇，從而提高了本發(fā)明的 交叉軸差速器向大牽引力的車輪傳遞扭矩時的效率。
另外，本發(fā)明齒輪之間的嚙合在更寬大的半軸齒輪齒面上實現(xiàn)了 寬大的"框形"接觸模式，從而可避免齒頂干涉和根部干涉，使得每 對齒輪實際上都能按照蝸輪/蝸桿組合體的形式工作，并實現(xiàn)了特別低
的齒數比1.5:1—2.5:1。本發(fā)明的新蝸桿/蝸輪組在不損失效率的情 況下實現(xiàn)了所有這些優(yōu)點。
對齒輪機構的正時調校
這種有效的新型設計帶來了另外一個重要優(yōu)點。這樣的齒輪設計 確保了每個齒輪組在任何時候都有多于一個輪齒在嚙合，且所有的齒 輪組始終處于嚙合狀態(tài)。在圖7所示的優(yōu)選設計中，各個平衡齒輪上 的直齒輪組68具有十二 (12)個齒，而蝸輪部分56只具有六個齒， 它們與工作蝸桿65的十二個齒66相嚙合。
由于這些齒數都能被2或3整除，所以，在任何時候，所有的輪 齒都等量地負擔著載荷。另外，將齒輪以錯誤的正時關系組裝起來是 不可能的。也就是說，任何一個定位不正確的平衡齒輪都將無法正確 地對正相應殼體20、 20'上的安裝孔38、 38'。另外，只需要將該定位 不正的平衡齒輪在任一方向上轉過一個齒，就能實現(xiàn)正確的對位和齒 輪正時。
另外，在圖7所采用的12 — 6_12的優(yōu)選設計的情況下，任何平 衡齒輪都可被用在任意兩齒輪組差速器(例如圖2所示的設計)的嚙 合機構中，或者該平衡齒輪可被應用在例如如圖3所示高性能車輛的 三齒輪組式差速器的嚙合機構中。這一重要的特性確保了組裝工作的 工時和成本有了顯著的減少，并減少了零部件的備貨庫存。 ^
因此，應當理解文中介紹的本發(fā)明實施方式僅是本發(fā)明原理應 用的示例。此處對圖示實施方式中細節(jié)內容的參考并不對權利要求的 范圍造成限定，權利要求本身陳述了那些被認為是本發(fā)明必需的技術 特征。
權利要求
1、一種全牽引差速器，其將旋轉力從外部動力源傳遞給齒輪組合體中的一對半軸蝸桿，其中的齒輪組合體被支撐在由外部動力源驅動而轉動的殼體中，每一半軸蝸桿都包括多個半軸齒輪輪齒，且齒輪組合體包括繞第一軸線轉動的半軸蝸桿，每個半軸蝸桿都被固定到兩輸出軸的對應一個軸上，兩輸出軸被安裝在殼體中；至少兩組成對的平衡齒輪，每組中的每個平衡齒輪都被安裝成繞基本上垂直于第一軸線的軸線轉動，每個平衡齒輪都具有一對包括多個直齒的直齒輪部分，兩直齒輪部分被蝸輪部分分隔開，蝸輪部分包括多個蝸輪輪齒，每對平衡齒輪中的每個平衡齒輪都通過直齒輪部分與另一個平衡齒輪進行嚙合，且通過蝸輪部分與半軸蝸桿的對應一個相嚙合，其中的改進包括對于每一對具有嚙合關系的半軸齒輪輪齒和蝸輪輪齒，半軸齒輪的輪齒或蝸輪輪齒是漸開線的型廓，但僅是由橫向進刀的方式切削成的，而半軸齒輪的輪齒或蝸輪輪齒的另一輪齒是螺旋蝸桿，其被凹形刀具作了多處頂部和根部改造；其中，半軸蝸桿的螺旋角等于或大于45°；以及半軸蝸桿和蝸輪部分提供在1.5∶1-2.5∶1之間的齒比。
2、 根據權利要求1所述的全牽引差速器，其特征在于半軸齒輪 輪齒具有僅由橫向進給所形成的漸開線型廓，而蝸輪輪齒是具有頂部 和根部改造的螺旋蝸桿。
3、 根據權利要求2所述的全牽引差速器，其特征在于半軸蝸桿和平衡齒輪的蝸輪部分在嚙合時產生的滑動分量將降低從外部動力源 向對應輸出軸傳送扭矩時的效率，但增大了從輸出軸向外部動力源傳 遞扭矩的效率。
4、 根據權利要求2所述的全牽引差速器，其特征在于半軸蝸桿 的每個漸開線輪齒的兩端被進行了大倒角處理。
5、 根據權利要求l所述的全牽引差速器，其特征在于蝸輪輪齒 具有僅由橫向進給所形成的漸開線型廓，而半軸齒輪輪齒是具有頂部 和根部改造的螺旋蝸桿。
6、 根據權利要求1所述的全牽引差速器，其特征在于直齒輪的 齒數、蝸輪的齒數、以及半軸齒輪的齒數都可被2整除。
7、 根據權利要求1所述的全牽引差速器，其特征在于直齒輪的 齒數、蝸輪的齒數、以及半軸齒輪的齒數都可被3整除。
8、 根據權利要求7所述的全牽引差速器，其特征在于直齒輪的 齒數、蝸輪的齒數、以及半軸齒輪的齒數都可被2整除。
9、 根據權利要求l所述的全牽引差速器，其特征在于各個平衡 齒輪的直齒輪的齒數是同一平衡齒輪的蝸輪齒數的兩倍。
10、 根據權利要求9所述的全牽引差速器，其特征在于每個直齒輪部分具有十二個直齒輪齒，每個蝸輪部分具有六個蝸輪輪齒，每 個半軸蝸桿具有十二個半軸齒輪輪齒。
全文摘要
緊湊的全齒輪式全牽引差速器包括配對嚙合的半軸蝸桿和蝸輪平衡齒輪，它們采用了“混合”型的設計。優(yōu)選地是，各個半軸蝸桿的輪齒采用漸開線的型廓，但僅是由橫向進刀的方式切削成的，而平衡齒輪的蝸輪部分的輪齒是螺旋蝸桿，其頂部和根部被凹形銑刀進行了改造。半軸蝸桿齒的螺旋角等于或大于45°，且具有大倒角的端部，齒輪被設計成提供了在1.5∶1-2.5∶1之間的大齒比。各個平衡齒輪上直齒部分的齒數和蝸輪部分的齒數、以及各個半軸蝸桿上的齒數都可被2或3整除，優(yōu)選地是都可被2和3整除。
文檔編號F16H48/12GK101169181SQ200710088728
公開日2008年4月30日 申請日期2007年3月20日 優(yōu)先權日2006年10月27日
發(fā)明者保羅·W.·蘇維金, 基思·E.·格里斯曼, 詹姆斯·Y.·格里斯曼 申請人:托維克公司