CN101649901A - 差速器润滑剂温度控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及差速器润滑剂温度控制器。本发明是用于控制后轴或差速器中润滑流体的温度从而控制粘度的装置。所述装置的第一实施例包括弯曲双金属条或板，所述弯曲双金属条或板靠近齿圈设置且与齿圈精密相符。所述条围绕齿圈的***以车辆向前运动时的齿轮旋转方向延伸。当润滑流体的温度升高或降低时，所述双金属条或板移动，以将更大或更小流量的润滑流体朝壳体引导，热通过壳体传递给大气。在另一实施例中，设置成靠近齿圈的双金属挡板包括多个片状物，在润滑流体温度升高时所述片状物开启，且将更多流体引向壳体，以帮助散热。

Description

差速器润滑剂温度控制器

技术领域

[0001]本发明涉及后轴或差速器，且更具体地涉及用于控制或稳定后轴或差速器中的润滑流体的温度的装置。

背景技术

[0002]该部分的内容仅仅提供与本发明有关的背景信息，且可能会或可能不会构成现有技术。

[0003]常规后轮驱动车辆中的动力***包括具有齿轮组和四个带架的锥齿轮的后轴或差速器，所述齿轮组将功率流旋转轴线从纵向变为横向，所述锥齿轮在例如车辆转弯时允许车轮和车轴以不同速度旋转。许多四轮驱动车辆也在前轴中采用差速器用于相同目的。

[0004]在后轴或差速器中尤其是准双曲面齿轮组中保持恰当的润滑是重要的和有挑战性的。准双曲面齿轮组的润滑基本上借助于使得齿圈旋转通过润滑流体而实现，所述润滑流体填充差速器壳体的下部。润滑流体在齿轮齿之间由齿轮齿携载到与小齿轮或蜗轮啮合的区域。齿圈的速度和润滑流体的粘度确定多少润滑流体由齿圈携载从而可用于润滑啮合部，以及流体将以多大力度在轴壳体内循环。

[0005]由于旋转速度与车辆速度直接相关，因而它基本上是不可控变量。润滑流体的粘度与其温度相关，且在车辆操作过程中可以显著地变化。润滑流体的粘度应该足够高，以在啮合部处形成足够厚的膜，以使得匹配表面分开，从而避免划痕或研磨磨损。因而较高的流体粘度是优选的，因为它们确保更多流体由齿圈齿携载给啮合部。然而，过高的粘度将造成摩擦和搅拌损失，这可以占据差速器能量损失的显著部分。由于高粘度引起的能量损伤问题在冷环境中启动期间尤其严重。

[0006]从前文可以看出，希望后轴和差速器的改进，以通过改进的粘度控制来提供改进的齿轮润滑和减小的摩擦损伤。

发明内容

[0007]本发明是用于控制后轴或差速器中润滑流体的温度从而控制粘度的装置。所述装置的第一实施例包括弯曲双金属元件，如条或板，所述元件靠近齿圈设置且与齿圈精密相符。所述条或板紧固到后轴或差速器的壳体，且围绕齿圈的***以车辆向前运动时的齿轮旋转方向延伸。在较低温度或从冷启动时，所述双金属条与齿圈的***精密地相符，从而使得齿圈携载的润滑流体返回至槽。该直接再循环尽可能快地升高流体温度。当润滑流体温度升高时，所述双金属条变直且移动远离齿圈，从而允许由齿圈携载的流体散开且喷洒到差速器壳体的内壁上，并通过将热传递给大气而冷却。该作用在温度升高且齿圈速度增加时更明显，这两种情况都需要将增加的热通过差速器壳体的壁而驱散，以降低润滑流体的温度。

[0008]在另一实施例中，该实施例可以与上述第一实施例一起使用或单独使用，弯曲双金属条或挡板设置在齿圈和差速器壳体的后盖之间。所述挡板包括多个双金属百叶窗或片状物(flap)，所述双金属百叶窗或片状物在所述差速器润滑流体的温度增加时从第一关闭位置移动到第二开启位置。在关闭位置中，润滑流体随齿圈循环，使得旋转运动和摩擦加热流体。在第二位置中，所述百叶窗或片状物开启窗口或孔，这允许润滑流体与壳体的后盖的内壁接触，并将热驱散到大气。

[0009]因而，应当理解的是，根据本发明的差速器润滑温度稳定器或控制器提供大致被动的装置，促进润滑流体的升温并调节通过差速器壳体的散热，以稳定润滑流体的温度及其粘度。

[0010]因而，本发明的目的在于提供用于稳定机动车辆的后轴或差速器中的润滑流体的温度的装置。

[0011]本发明的另一目的在于提供用于稳定机动车辆的后轴或差速器中的润滑流体的粘度的装置。

[0012]本发明的又一目的在于提供用于控制机动车辆的后轴或差速器中的润滑流体的温度的双金属装置。

[0013]本发明的又一目的在于提供用于控制机动车辆的后轴或差速器中的润滑流体的粘度的双金属装置。

[0014]本发明的又一目的在于提供用于控制机动车辆的后轴或差速器中的润滑流体的温度的大致被动装置。

[0015]本发明的又一目的在于提供用于控制机动车辆的后轴或差速器中的润滑流体的粘度的大致被动装置。

[0016]本发明的又一目的在于提供包括弯曲条的双金属装置，所述弯曲条在其温度增加时移动远离差速器的齿圈。

[0017]本发明的又一目的在于提供包括弯曲挡板的双金属装置，所述弯曲挡板具有多个片状物，所述片状物在其温度增加时移动以开启多个相同的孔。

[0018]进一步的目的和应用范围从本文提供的说明显而易见。应当理解的是，所述说明和具体示例仅仅旨在描述目的，而不旨在限制本发明的范围。

附图说明

[0019]本文所述的附图仅仅用于说明目的，而不旨在以任何方式限制本发明的范围。

[0020]图1是机动车辆的后轴或差速器的示意图，部分剖切以显示本发明；

[0021]图2是后轴或差速器的准双曲面齿轮组的侧视图，包括在低温时的本发明温度控制器；

[0022]图3是后轴或差速器的准双曲面齿轮组的侧视图，包括在高温时的本发明温度控制器；

[0023]图4是机动车辆的后轴或差速器的全截面图，图示了本发明的另一实施例；

[0024]图5是在低温时本发明的另一实施例的放大局部截面图；

[0025]图6是在高温时本发明的另一实施例的放大局部截面图；

[0026]图7是沿图6的线7-7截取的本发明的另一实施例的百叶窗或片状物的放大局部截面图。

具体实施方式

[0027]以下说明本质上仅为示例性的，且不旨在限制本发明、应用或使用。

[0028]现在参考图1和2，示出了机动车辆传动***的后轴的一部分且由附图标记10表示。后轴组件10包括细长壳体12，壳体12包括一对相对地延伸的同轴轴壳体14，所述壳体14接收并支撑一对相同的后轴或半轴16。后轴组件10也包括容纳后差速器组件20的球形中心壳体18。应当理解的是，虽然本文描述为后差速器，因为这将是更常用的应用，但是本发明同样适合、适合于且可用于机动车辆的前轴或差速器。

[0029]后差速器组件20包括准双曲面齿轮组22，准双曲面齿轮组22具有蜗轮或驱动齿轮24，蜗轮或驱动齿轮24围绕车辆纵轴线旋转。虽然本文结合准双曲面齿轮组22进行描述，但是应当理解，本发明同样适合于且可用于锥齿轮组。蜗轮或驱动齿轮24连接到短轴26，短轴26延伸到中心壳体18之外且终止于联接器、凸缘或万向接头28的一部分。蜗轮或驱动齿轮24与准双曲面齿圈30持续啮合并驱动准双曲面齿圈30，准双曲面齿圈30围绕车辆的横轴线旋转。准双曲面齿圈30连接到差速器架32并驱动差速器架32，差速器架32支撑并定位四个锥齿轮。在准双曲面齿圈30的轴线上旋转的第一对相对的锥齿轮34A紧固到后轴或半轴16中的相应一个并驱动后轴或半轴16中的相应一个。第二对相对的锥齿轮34B是空转齿轮且均与所述第一对锥齿轮34A中的两者啮合。差速器架32以及第一和第二对锥齿轮34A和34B以常规方式操作，以允许在机动车辆转弯或拐角时，后轴或半轴16(以及未示出的有关轮胎和车轮组件)的差速旋转。接收刚才所述部件的中心壳体18用作槽，且通常大约一半地填充有齿轮润滑流体36。

[0030]现在参考图2，润滑流体温度控制或稳定组件40也设置在中心壳体18内。润滑剂温度控制或稳定组件40包括弯曲双金属或双金属元件，如条或板42。元件42也可以称为双热力性质元件(bi-thermal)，因为它包括具有两种不同热膨胀系数的材料。双金属条或板42包括由不同材料(优选是金属)制成的两个相对薄的条，所述材料具有不同的热膨胀系数。通常，采用钢和铜，但是其它金属、合金和材料是合适的。两个金属条通过例如钎焊或焊接或粘合剂而紧密地结合在一起。具有较高热膨胀系数的金属或材料形成或构成所述条或板42的凹侧或内部部件42A，具有较低热膨胀系数的金属或材料形成或构成所述条或板42的凸侧或外部部件42B。因而，内部部件42A优选为铜，且外部部件42B优选为钢。

[0031]双金属条或板42通过紧固件46(如，铆钉、螺纹紧固件或桩)紧固到中心壳体18的内表面44或内表面44上的合适凸台或凸起。优选地，紧固件46和双金属条或板42的紧固端大致设置在润滑流体36的上液面处。在静止大气温度状况，例如，68°F(20℃)，双金属条或板将定形和设置为与齿圈30的***精密地相符。取决于润滑流体36的特性，如粘度和粘度随温度的变化，用来形成双金属条或板42的材料的热膨胀系数和其它设计和性能参数，双金属条42与齿圈30***相符时的温度可能在显著范围内变化，例如，从32°F(0℃)或更低至100°F(38℃)或更高。

[0032]从通过紧固件46附接的方面来看，双金属条42在车辆向前运动时以齿圈30的旋转方向围绕齿圈30弯曲。因而，如图2所示，轴16和齿圈30在车辆向前运动时从左侧看顺时针旋转，如箭头所示。因而，双金属条或板42围绕齿圈30从与蜗轮或驱动齿轮24相对的侧面朝中心壳体18前面弯曲。

[0033]双金属条或板42包括挡块或缓冲器48，挡块或缓冲器48与从中心壳体18的内表面44延伸的凸缘或凸起52接合。挡块或缓冲器48和凸起52之间的接触限制双金属条或板42的向内平移，即，朝齿圈30移动，以防止条或板42与齿圈30之间的接触。挡块或缓冲器48影响并有助于双金属条42的操作，因为它建立了最小低温位置，在该位置下，不会发生朝齿圈30的附加运动。从与操作透视图相对的方向看，挡块或缓冲器48和凸起52之间的接触可以被调节，以确保不会发生双金属条或板42远离齿圈30的运动，直到润滑流体36的温度已经增加至特定温度。双金属条或板42的宽度至少和齿圈30的公称宽度一样宽，优选比齿圈30的公称宽度更宽。如果希望，双金属条或板42可以包括薄的朝内侧壁(未示出)，所述侧壁朝齿圈30延伸且限定浅槽道或凹槽，所述槽道或凹槽接收齿圈30。这种槽道或凹槽提高了齿圈30在旋转时收集和携载润滑流体36的能力。

[0034]操作中，如果从冷或大气温度启动开始，润滑剂温度稳定或控制组件40将处于图2所示的位置，即，与齿圈30的***精密地相符。在该位置和温度状态，挡块或缓冲器48可以接合凸缘或凸起52，以防止双金属条或板42由于低温而移动与齿圈30接触。如此设置，当齿圈30在车辆移动时开始旋转时，由齿圈30的齿轮齿携载且在齿圈30的齿轮齿之间的润滑流体36将引导回到中心壳体18的槽中，且在可能的范围内通过蜗轮26和齿圈30的机械运动、摩擦和啮合被加热。

[0035]现在参考图3，在差速器组件20已经操作一段时间且润滑流体36的温度已经升高之后，双金属条或板42将开始变直，且移动离开齿圈30。此时，随着齿圈30速度增加且随着润滑流体36的粘度降低，增加流量的润滑流体36朝中心壳体18的内表面44引导。该改向润滑流体36流将热从润滑流体36传递给中心壳体18，从而传递给大气。

[0036]从前文应当理解，如果润滑流体36的温度开始下降，例如由于天气或车辆动作改变，双金属条或板42将开始朝齿圈30往回弯曲，因而减少引导给中心壳体18的内表面44的润滑流体36流，且减少到中心壳体18和大气的热传递。由此，通过将散热速率与润滑流体36的温度关联，润滑流体36的温度被稳定，即被致使更恒定。

[0037]当车辆已经不动作一段时间且中心壳体18中的润滑流体36已经被冷却时，双金属条或板42返回至图2所示的位置。

[0038]现在参考图4，示出了根据本发明的润滑流体温度控制或稳定组件的另一实施例且由附图标记60表示。应当理解的是，也采用具有差速器组件(如后差速器组件20)的壳体18的组件60，所述后差速器组件20具有准双曲面齿轮组22，准双曲面齿轮组22包括安装在短轴26上的蜗轮或驱动齿轮24，短轴26终止于凸缘或万向接头28。齿圈30与蜗轮24持续啮合，且通过常规带架的锥齿轮组(未示出)驱动一对轴或半轴16(示出了其中之一)。

[0039]壳体18包括后盖或板58，后盖或板58通过多个螺纹紧固件(如螺栓(未示出))紧固到壳体18。润滑流体温度控制或稳定组件60包括弯曲条或挡板62，条或挡板62设置在齿圈30和差速器组件20的后盖58之间且优选与齿圈30的曲率相符。挡板62由双热力性质材料制成，优选为具有不同热膨胀系数的两种金属，通常为铜和钢。

[0040]现在参考图5，弯曲条或挡板62包括由具有较高热膨胀系数的材料(通常为金属)制成的第一或外层62A和由具有较低热膨胀系数的材料(通常为金属)制成的第二或内层62B。两层62A和62B通过焊接、钎焊或其它紧固方法紧密地结合。外层62A优选是铜，且内层62B优选是钢，但是可以采用具有必要的热力特性的许多其它金属和合金。

[0041]弯曲条或挡板62限定多个百叶窗或片状物64。所述百叶窗或片状物是由三面或U形切口限定的小面板，所述切口释放百叶窗或片状物64的底部和两个侧面，所述百叶窗或片状物64沿一边66紧固到挡板62。百叶窗或片状物64可以包括与边缘66相对的倾斜或斜切边缘68，边缘68上的流体流成流线。在图5中，百叶窗或片状物64显示为处于冷或低温状况。因而，百叶窗或片状物64大体与条或挡板62的总体弧度相符，且防止润滑流体36流经挡板62。在这里和图6中，“R”和箭头均表示齿圈30的旋转方向。

[0042]在图6中，百叶窗或片状物64显示为处于热或工作温度状况。在此，百叶窗或片状物64已经向内弯曲，且开启多个孔或窗口72，润滑流体36可以流经所述孔或窗口72，从而接触壳体18的后盖58并将热传递给大气。应当理解的是，可以通过试验和经验研究建立特定的温度与百叶窗或片状物移动的关系，以最佳地匹配性能、润滑和能量效率的目标。

[0043]图7总体上图示了条或挡板62与齿圈30的对齐及其相对宽度。应当注意，条或挡板62大体在齿圈30上对中，且比齿圈30显著更宽，百叶窗或片状物64比齿圈30宽一些。

[0044]本发明的描述本质上仅仅是示范性的，且不偏离本发明实质的变型旨在本发明的范围内。这种变型不认为是偏离本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种被动流体温度控制器，包括以下部件的组合：

壳体；

在所述壳体中的槽，用于接收流体；

齿轮，所述齿轮被支撑成在所述壳体内旋转且与所述槽中的所述流体接触；

靠近所述齿轮设置的双热力性质元件，所述双热力性质元件包括由具有较高热膨胀系数的材料制成的第一层和由具有较低热膨胀系数的材料制成的第二层。

2.根据权利要求1所述的被动流体温度控制器，还包括挡块，用于限制所述元件朝所述齿轮移动。

3.根据权利要求1所述的被动流体温度控制器，其中，所述双热力性质元件包括多个百叶窗。

4.根据权利要求1所述的被动流体温度控制器，其中，所述流体是齿轮润滑剂。

5.根据权利要求1所述的被动流体温度控制器，其中，所述第一和第二材料是金属。

6.根据权利要求1所述的被动流体温度控制器，其中，所述第一材料是铜，所述第二材料是钢。

7.根据权利要求1所述的被动流体温度控制器，其中，所述热力性质元件以与所述齿轮的更常用旋转方向相对应的方向围绕所述齿轮从紧固点延伸到所述壳体。

8.一种润滑剂温度稳定装置，包括以下部件的组合：

限定润滑剂槽的壳体；

齿轮，所述齿轮被设置成在所述壳体内旋转且由所述槽中的流体润滑；

靠近所述齿轮设置的双金属元件，所述双金属元件包括具有第一热膨胀系数且更靠近所述齿轮的第一金属层和具有第二热膨胀系数且更远离所述齿轮的第二金属层，

从而，当所述润滑剂的温度升高时，所述元件将更多润滑剂引向所述壳体的内壁。

9.根据权利要求8所述的润滑剂温度稳定装置，其中，所述第一金属是铜，所述第二金属是钢。

10.根据权利要求8所述的润滑剂温度稳定装置，其中，所述第一金属是钢，所述第二金属是铜。

11.根据权利要求8所述的润滑剂温度稳定装置，还包括挡块，用于限制所述元件朝所述齿轮移动。

12.根据权利要求11所述的润滑剂温度稳定装置，其中，所述挡块包括从所述壳体的凸起。

13.根据权利要求8所述的润滑剂温度稳定装置，其中，所述双金属元件是弯曲的。

14.一种差速器润滑流体温度稳定器，包括以下部件的组合：

差速器壳体；

在所述壳体中的润滑流体槽；

齿轮，所述齿轮设置成在所述壳体和所述槽中旋转；

围绕所述齿轮的一部分延伸的双金属元件，所述元件包括由具有较高热膨胀系数的第一金属制成的第一层和由具有较低热膨胀系数的第二金属制成的第二层；

从而，所述双金属元件在其温度增加时移动。

15.根据权利要求14所述的差速器润滑流体温度稳定器，其中，所述第一金属是钢，所述第二金属是铜。

16.根据权利要求14所述的差速器润滑流体温度稳定器，其中，所述第一金属是铜，所述第二金属是钢。

17.根据权利要求14所述的差速器润滑流体温度稳定器，其中，还包括挡块，用于限制所述双金属元件朝所述齿轮移动。

18.根据权利要求14所述的差速器润滑流体温度稳定器，其中，所述双金属元件以与车辆向前运动相关的所述齿轮旋转相对应的方向围绕所述齿轮从紧固点延伸到所述壳体。

19.根据权利要求14所述的差速器润滑流体温度稳定器，其中，所述双金属元件包括多个片状物。

20.根据权利要求14所述的差速器润滑流体温度稳定器，其中，所述双金属元件是弯曲的。

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