CN1311174C - 电激励锁闭差速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电激励锁闭差速器，它包括一种差速齿轮机构，该机构包括一第一输出齿轮(25)，和一包括第一(59)和第二(63)致动板的凸轮倾斜致动器(55)，它们的相对旋转导致所述第一板(59)朝向第一输出齿轮(25)轴向移动。该机构包括一电磁致动器(57)，该电磁致动器可操作地使第二致动板(63)相对于一齿轮箱(11)旋转。两致动板(59，63)都设置在齿轮箱端壁(53)的外部，第一致动板(59)具有多个致动元件(85)，其通过端壁(53)中的孔(81)轴向延伸。一锁闭板(41)设置得靠近第一输出齿轮(25)，并被固定得相对于齿轮箱不可转动，但可轴向移动。输出齿轮(25)形成有一圈齿(39)，锁闭板(41)形成有多个容纳该齿的凹槽(43)，当凸轮倾斜致动器(55)和致动元件(85)使锁闭板移向锁闭位置(图4)时，使锁闭板(41)相对于输出齿轮锁闭。

Description

电激励锁闭差速器

相关申请

本申请是美国系列申请号09/484160的后续申请，申请日是2000年1月18日，申请人是Ross K.Cheadle和Joseph F.Rosiek，发明名称为“电激励锁闭差速器”。

技术领域

本发明涉及一种牵引修正差速器，特别涉及这样一种型式的差速器，即其中的差速传动机构可以响应一电输入信号而被锁闭。

本发明特别涉及的这种牵引修正差速器，包括一形成有齿轮腔的齿轮箱，其中设置有差速齿轮装置，该装置至少包括一个输入小齿轮，和一副输出侧齿轮。在至少一个侧齿轮和临近的齿轮箱表面之间特别设置有离合器组件，以便可操作离合器组件而限制齿轮箱和一个侧齿轮之间的相对旋转。

背景技术

在所述的大多数差速器中，离合器组件的接合是通过几种不同的方法之一达到的。

在一种方法中，在这里可参考转让给本发明受让人的，在美国专利№.Re28004中描述说明的一种“锁闭差速器”，其离合器组件是以通常方式离合的。当一个轮子开始相对于另一个轮子空转时，一个速度传感机构通过一倾斜机构感应速度的差别，牢固地锁闭该离合器组件。所以，不同旋转的输出都呈同一速度。

也转让给本发明受让人的美国专利№.5019021，在这里仅供参考，公开了另一种方法，即一种“受限滑动差速器”，其中离合器组件的加载可以响应于一外部输入的电信号而变化，所以，总偏置扭矩被从一个侧齿轮传输到另一个。正如本领域的普通技术人员所公知的，特别地，在受限滑动差速器中，当车辆处于非最佳牵引条件时，在两个侧齿轮之间存在一定量的“滑动”或速差。

一般来讲，尽管上述所及专利所示的受限滑动和锁闭差速器的性能令人满意，但对用于车辆的一些情况，每种特殊设计还存在一定的缺点。至少一个，典型情况下是两个，离合器组件的使用，结果增加了差速器总的成本，特别是在至少设置一些单独的离合器片的情况下，这些离合器片具有相对比较复杂的摩擦材料，能够经受连续滑动情况下温度的升高。

另外，许多应用于车辆的场合，希望提供一种牵引修正差速器，以代替现有的开式差速器，但是这种牵引修正差速器必须安装在现有开式差速器占据的相同空间中，以避免全部重新设计其周围结构。在这种情况下，不重新设计小齿轮和侧齿轮，并减小它们的尺寸，在一个现有的差速器箱中加装一个或两个离合器组件是不可能的，这很不可行。

作为一种克服上述差速装置缺点的尝试，本发明的受让人已经研制了一种改进的锁闭差速器，这种差速器在一较早的申请中有描述，这个较早的申请与本发明的父申请属于系列申请，现在已被公开出版为发明名称是“电激励锁闭差速器”的美国专利6083134，该专利已转让给本发明的受让人，在这里仅供参考。在该专利声明的装置中，一电磁线圈启动滚珠倾斜致动器的倾斜动作，该致动器的一个倾斜板设置在差速器之外，而另一个倾斜板设置在差速器之内。一系列滚珠与该两倾斜板配合，这些滚珠被设置在差速器箱体端壁稍大一点的孔中。该设置在差速箱内的倾斜板构成有一系列的齿，当滚珠倾斜致动器从其通常的对中位置位移到倾斜位置时，这些齿与其临近的侧齿轮上构成的一系列齿啮合。

尽管该专利声明的差速装置提供了一种改进的锁闭差速器，其可以响应于一外部的电信号而被启动，并可以很快地离合，而且结构很紧凑，然而，在一些应用于车辆的场合，这种差速器，主要指箱体，没有足够的强度，特别是端壁上为安装滚珠致动器的滚珠而切掉的部分。

锁闭差速器通常涉及的一个问题是，当不再需要时，差速器从锁闭状态脱离的能力。特别地，锁闭差速器应具有响应于诸如扭矩反转而解锁的能力。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种对上述专利中描述的普通型差速器作进一步改进的锁闭差速器，但其具有经改进的总体强度和扭矩传输能力。

本发明的一个比较特殊的目的是提供这样的一种锁闭差速器，其基本上通过减小箱体端壁上安装滚珠倾斜致动器所必须切掉部分的尺寸，来达到上述发明目的。

本发明的一个相关目的是提供这样一种差速器，其能够响应于一电输入信号而被锁闭。

根据本发明，提供了一种差速齿轮机构，包括形成一旋转轴线和一齿轮腔的一齿轮箱；设置在所述齿轮腔中的差速齿轮机构至少包括一个输入齿轮和第一及第二输出齿轮；可操作地限制所述第一输出齿轮与所述齿轮箱相对旋转而使两者共同旋转的机构；所述旋转限制机构的致动机构，包括第一和第二致动板的所述致动机构由一凸轮和倾斜式致动器组成，其中，所述第一和第二致动板从其非致动状态到致动状态的相对旋转，有效地使所述旋转限制机构向啮合状态移动；所述第二致动板在所述非致动状态被设置得与所述齿轮箱一起旋转；靠近所述第二致动板设置一电磁致动器，该电磁致动器响应一电输入信号可操作，使所述第二致动板与所述齿轮箱之间存在相对旋转；其特征在于：(a)所述第一和第二致动板被设置在齿轮箱端壁的外部，所述第一致动板可朝向端壁轴向移动，并具有相随的多个致动元件，所述致动元件在轴向延伸而穿过所述端壁上的相应孔；(b)所述旋转限制机构由一锁闭部分组成，并被固定得随第一输出齿轮旋转；(c)所述锁闭部分和所述多个致动元件配合，当所述第一致动板移向所述端壁，使所述致动元件相对于第一输出齿轮朝向锁闭位置移动时，使第一输出齿轮锁闭在相对于所述齿轮箱不旋转的锁闭位置，所述第一和第二致动板形成复合的倾斜表面，每个倾斜表面包括初始的较陡斜面和端部的较平缓斜面，所述较平缓斜面的角度是这样选择的，即相对于所述啮合表面形成的所述角度，当在较平缓的斜面上出现啮合时，能施加足够的轴向力，把所述锁闭板保持在相对于所述第一齿轮的所述锁闭位置。

附图说明

图1是根据本发明示教制成的锁闭差速器在非致动、非锁闭情况下的轴向横截面。

图2是类似于图1的局部放大轴向横截面，但取自不同于图1中的平面。

图3是本发明锁闭板的透视图，说明本发明的一个特殊方面。

图4是另一个局部放大示意横截面，说明在致动、锁闭条件下的滚珠斜面致动器、侧齿轮和锁紧板。

图5是类似于图2的局部放大轴向横截面，但是说明本发明的选择实施例。

图6是图5所示选择实施例的局部放大轴向横截面，但取自不同于图5中的平面。

具体实施方式

现参考附图，其用意并非限制本发明，图1是根据本发明的锁闭差速器的一轴向横截面。图1所示的普通型差速器的结构和操作，通过参考上述专利更易理解。

图1中所示的差速齿轮机构(锁闭差速器)包括一齿轮箱11，其形成一齿轮腔，总体上用13表示。在第一实施例中，仅限于举例，该齿轮箱实际上包括两分离的箱体元件，典型地，这两个元件用螺栓连接在一起(未示出)。典型地，扭矩是通过一环形输入齿轮(这里也未示出)输入的，其可用合适的机构，如多个螺栓(这里也未示出)，连接到齿轮箱11的法兰15。

差速齿轮装置设置在齿轮腔13中，包括一副输入小齿轮17，转动地安装在小齿轮轴19上。典型地，小齿轮轴19通过任意合适的装置，如锁紧销(这里未示出)或开口环(见图2)，相对固定到齿轮箱11。小齿轮17构成差速齿轮装置的输入齿轮，与一副侧齿轮23和25啮合。侧齿轮23和25分别在其内部形成直线形花键27和29，这些花键用来与一副轮轴(未示出)的外花键配合。齿轮箱包括环形的轮毂部分31和33，其上可安装一副轴承装置(这里未示出)，用来提供差速机构相对于差速机构座(这里也未示出)的旋转支撑。

正如本领域普通技术人员所熟知的，在正常期间，车辆向前直行，在左右侧齿轮23和25之间没有速差出现，所以，小齿轮17相对于小齿轮轴19不转动。齿轮箱11，小齿轮17，以及侧齿轮23和25作为一个整体围绕旋转轴A旋转。

应该理解，本发明的锁闭差速器可在两种模式下工作。一是手动操作，亦即驾驶者手动选择锁闭模式，使差速器在车辆一开始移动，就立即在锁闭模式下工作。二是选择在自动模式下工作，仅作为举例，车辆微处理器感应工作条件，例如车轮的初始滑动，并向锁闭差速器传输一合适的电输入信号，使侧齿轮25和齿轮箱11相对锁闭，以阻止进一步的速差。

将要理解的是，在锁闭差速器的自动致动情况下，在一定工作条件下，如车辆转弯，或轮胎大小存在轻微差异，在侧齿轮23和25之间出现一定量的速差是允许的。然而，根据本发明的一个重要方面，图1所示的锁闭差速器不包括任何离合器组件或其它仅阻止或限制速差作用的机构，而代之在非致动的“开式差速”模式或致动的、锁闭模式下工作。

仍主要参见附图1，但现结合附图2，本发明的锁闭差速器包括一旋转限制机构，总体上用35表示，被全部设置在齿轮箱11中。该锁闭差速器还包括一致动机构，总体上用37表示，它们被设置在齿轮箱11的外部，如后面所详细描述的。

仍主要参考附图2，该旋转限制机构35包括侧齿轮25，其包括一圈环绕旋转轴A的轮齿39。应该理解，尽管齿轮齿是最佳的，但齿的特殊构造不是本发明的基本特征，事实上，正如随后在本发明的选择实施例中详细描述的，在本发明的范围内可以使用非齿的结构。紧靠轮齿39并以面对面方式设置的，是一环形锁闭板41(亦见图3)，在图1和图2中所示的是锁闭板与轮齿39脱离啮合的情况。正如在图3中最佳示出的，该环形锁闭板41包括多个凹槽43，其在板41的轴向厚度上仅部分地延伸。

锁闭板41包括一系列的凸耳45(仅在图1和3中示出)。最佳地，该凸耳容纳在齿轮箱上形成的切掉的配合部分47中(见图1)，以使锁闭板41相对于齿轮箱不转动，但可在其中轴向移动。

再主要参见附图1，齿轮箱支撑着多个弹簧支撑件49(图1示出其中的两个)。最佳地，相应锁闭板41上的4个凸耳，设置4个构件49。在每个弹簧支撑构件49的右端(图1中)，设置有压缩盘簧51。在锁闭板41处于非致动、图1的非锁闭位置时，每个弹簧51有些轴向延伸，超出各自的支撑构件49的端部，把锁闭板41偏置贴着相临的齿轮箱11的端壁53。

再主要参见附图2，致动机构37包括两个部件，一个滚珠倾斜致动器，总体上用55表示，和一个电磁致动器，总体上用57表示。滚珠倾斜致动器55包括一环形内致动板59，设置在齿轮箱11上形成的环形腔61中。临近致动板59，但在腔61外部设置的，是一外致动板63，其受到保持部件65相对于齿轮箱11的轴向约束。如本领域普通技术人员所公知的，致动板59和63形成了斜面，随后将详细描述，其间设置有多个凸轮构件，这里表示的是由凸轮滚珠组成凸轮构件，然而应该理解，可以使用凸轮构件的其它各种形式。在一些场合，“倾斜”动作可仅由相配合的倾斜表面完成，其间没有设置任何凸轮构件。

电磁致动器57最好由一电磁线圈组成，该线圈总体上用71表示，其作用是在外致动板63上施加需要的减速扭矩，以启动滚珠倾斜致动器。电磁线圈71最好是环形的，与旋转轴线A同心，并相对于其周围的差速壳座(未示出)固定安装，，以使齿轮箱11相对于线圈71旋转。线圈71包括一环形的线圈座73，其在三个侧面包围着线圈71，线圈71通过电线接头75接受电输入信号，示意在图2中。电磁线圈最好根据美国专利5911643的示教制成，该专利已转让给本发明的受让人，在这里仅供参考。

与线圈71相临，设置在图2中线圈71左边的是一环形隔板77，设置在线圈71和隔板77之间的是一层环形的合适的摩擦材料，总体上用79表示，例如是根据美国专利4700823(已转让给本发明的受让人，这里仅供参考)的示教制成的热解碳。隔板77由磁性材料组成，以便线圈71被激励时，包围线圈71的磁通路线穿过隔板77，并拉动隔板77，使其与摩擦材料79摩擦接合。作为选择，代替隔板77与一层摩擦材料79配合，隔板77也可与环形线圈座73的相临端面配合，亦即，或是径向的外端面，或是径向的内端面，或是二者。隔板77在其径向内表面与外致动板63的外表面配合。于是，当线圈取消激励时，隔板77随致动板63旋转，于是随齿轮箱、并相对于线圈71旋转。

现参考附图4，结合附图2，将描述旋转限制机构、滚珠倾斜致动器和本发明的其余部分的操作。根据本发明的一个重要方面，齿轮箱的端壁53形成三个较小的圆孔81，与其相临的内致动板59形成三个小圆孔83。在每个孔81中设置的是用作往复运动的致动销85，每个销85在图2和图4中的右端具有减小的直径部分87，该部分压入相临的孔83中。于是，在滚珠致动器的致动或倾斜期间，内致动板59从图2所示的非致动位置(与端壁53隔开)，朝向图4示意的致动位置(靠近端壁53)移动。

然而，正如在公开的背景技术中提到的，本发明的目的之一是提供比引述的专利中的装置强度更高的齿轮箱，该齿轮箱在端壁的孔中设置有凸轮滚珠。在图4中可以看到，端壁53上为安装三个凸轮滚珠67而切掉的部分要比三个致动销85所需的部分大。这是因为，销85与锁闭板41接合成，使凹槽43在板41的轴向厚度上只延伸一部分。在凹槽43之后的锁闭板的其余厚度，必须足以承受滚珠倾斜致动器55倾斜时致动销85施加的轴向力。

当内致动板59向图2和图4中的左边移动时，如上所述，这种向左的运动通过致动销85被传递到锁闭板41，于是使锁闭板41从非锁闭位置(图2中表示的是靠近端壁53)向锁闭位置(图4中表示的是与端壁53隔开)移动。更重要的是，当锁闭板41朝其锁闭位置移动时，每个凹槽43开始与侧齿轮上的齿39啮合，齿轮箱11和锁闭板41的持续旋转(假设在图4中“向下”)使扭矩直接传输给侧齿轮25，以与齿轮箱相同的方向和速度驱动侧齿轮23和25。

再主要参考附图4，可以看到，每个凹槽43在圆周方向被表面89和91所限定，每个表面都设置得与旋转轴线A呈一精确的角度。在主实施例中，仅作为举例，表面89和91相对于旋转轴线A形成大约5度的角度，当按照图4中表示的方向驱动侧齿轮时，以使表面89和相临的齿廓面对面地配合。

根据本发明的另一方面，每个致动板59和63最好包括复合的倾斜表面。所以，每个板59和63的一半表面包括初始的较陡的倾斜表面93和端部较平缓倾斜表面95。在主实施例中，仅作为举例，较陡倾斜表面(在图4中用角度X表示)在大约12到14度的范围，而较平缓的倾斜表面95(在图4中用角度Y表示)在大约3到5度的范围。

根据本发明的另一方面，表面89和91的角度和齿39的轮廓选择得与较平缓倾斜表面95的角度“Y”相应，以使滚珠倾斜致动器在线圈71被激励时施加足够的轴向力，以保持锁闭板41和侧齿轮的齿39啮合。换句话说，如果从选定的角度增加角度“Y”，就减小了产生的轴向力，在弹簧51偏置力的作用下，该力与滚珠倾斜致动器55的力相反，锁闭板41将可能从齿39脱离。所以，当差速器的锁闭条件不再需要时，线圈71被取消激励，滚珠倾斜致动器将从图4所示的倾斜极限位置，向图2所示的中间、对中位置移动。于是，滚珠倾斜致动器55施加的轴向力解除了，表面89和齿39的轮廓角度促使齿39从凹槽43中脱离，锁闭板41从图4所示的锁闭位置朝向图2中所示的非锁闭位置轴向移动。于是，当电输入信号75响应于线圈71激励条件的取消时，本发明的锁闭差速器自动解锁(亦即从锁闭到非锁闭状态运动)。

现主要参考附图5和6，将描述本发明的选择实施例，其中相同或相似的部件用相同的附图标记表示，新元件将用超过“100”的附图标记表示。电磁线圈71周围设置一衬套元件101，与临近轮毂部分33的齿轮箱直径处结合。正如在图5中清楚地看到的，齿轮箱11形成有多个弹簧孔103，在每个孔103中设置压缩弹簧51，其作用是使滚珠倾斜致动器55返回到图5和6所示的之间位置。该实施例的差速器没有锁闭板41，所以，弹簧51直接与内致动板59配合。内致动板59形成有一“内”表面105(图5中的左侧)，其作用将在随后描述。

现主要参考附图6，侧齿轮25包括，朝向其外表面的法兰状锁闭部分107，在其面对齿轮箱11的端壁53的侧面上形成有多个锁闭凹槽109。在该选择实施例中，但仅限于举例，有6个凹槽109，每一个可以具有一种结构形状。当从图6的右侧看时，当然只是举例，凹槽109具有的形状是圆形或长圆形，每一个都比相临的致动销85稍大。在该实施例的差速器中，代替与锁闭板41配合，每个销85通过锁闭部分107直接与侧齿轮25配合，而且特别地，销85通过其内端(图6中的左端)移入各个凹槽109中。

在操作时，除以上提到的差别外，第二实施例基本上与第一实施例相同。在正常工作时，线圈71不被激励，滚珠倾斜致动器55偏置到它的中心位置，销85位于所示的收缩位置，以使该装置作为开式差速器工作。当希望锁闭差速器时，线圈71被激励，使滚珠倾斜致动器55致动，如前所述，使内致动板59向着端壁53朝图5和6中的左侧移动。该板59的运动克服弹簧51的偏置力，使销85向左移入各自的凹槽109中，于是把锁闭部分107和侧齿轮25锁紧在固定状态，相对于齿轮箱11不旋转。

当在锁闭模式下的操作不再需要时，例如当车辆又被良好地牵引时，线圈71再次不被激励，从而使内和外致动板59和63又以相同的速度旋转。弹簧51使板59回到其图5中所示的位置，使销回到其图6中所示的位置，其从凹槽109中收缩，再次允许该装置作为开式差速器工作。

本发明在前面的说明书中已得到了详细的描述，并且相信，在阅读和理解本说明书后，本发明的各种改变和改进，对本领域的普通技术人员都是显而易见的。亦即这样的改变和改进都包括在本发明内，所以它们都落在所附的权利要求的范围内。

Claims (5)

1、一种差速齿轮机构，包括形成一旋转轴线(A)和一齿轮腔(13)的一齿轮箱(11)；设置在所述齿轮腔(13)中的差速齿轮机构至少包括一个输入齿轮(17)和第一(25)及第二(23)输出齿轮；可操作地限制所述第一输出齿轮(25)与所述齿轮箱(11)相对旋转而使两者共同旋转的机构；所述旋转限制机构的致动机构，包括第一(59)和第二(63)致动板的所述致动机构由一凸轮和倾斜式致动器(55)组成，其中，所述第一(59)和第二(63)致动板从其非致动状态到致动状态的相对旋转，有效地使所述旋转限制机构向啮合状态移动；所述第二致动板(63)在所述非致动状态被设置得与所述齿轮箱(11)一起旋转；靠近所述第二致动板(63)设置一电磁致动器(57)，该电磁致动器响应一电输入信号(75)可操作，使所述第二致动板(63)与所述齿轮箱(11)之间存在相对旋转；其特征在于：

(a)所述第一(59)和第二(63)致动板被设置在齿轮箱端壁(53)的外部，所述第一致动板(59)可朝向端壁(53)轴向移动，并具有相随的多个致动元件(85)，所述致动元件(85)在轴向延伸而穿过所述端壁(53)上的相应孔(81)；

(b)所述旋转限制机构(35)由一锁闭部分(107)组成，并被固定得随第一输出齿轮(25)旋转；

(c)所述锁闭部分(107)和所述多个致动元件(85)配合，当所述第一致动板(59)移向所述端壁(53)，使所述致动元件(85)相对于第一输出齿轮(25)朝向锁闭位置移动时，使第一输出齿轮(25)锁闭在相对于所述齿轮箱(11)不旋转的锁闭位置，

所述第一(59)和第二(63)致动板形成复合的倾斜表面，每个倾斜表面包括初始的较陡斜面(93)和端部的较平缓斜面(95)，所述较平缓斜面的角度是这样选择的，即相对于所述啮合表面(89，91)形成的所述角度，当在较平缓的斜面(95)上出现啮合时，能施加足够的轴向力，把所述锁闭板(41)保持在相对于所述第一齿轮(25)的所述锁闭位置。

2、如权利要求1的差速齿轮机构，其特征在于，当所述第一(59)和第二(63)致动板处于所述非致动状态时，一弹簧机构(51)使所述第一致动板(59)偏置，从所述锁闭位置离开所述齿轮箱端壁(53)。

3、如权利要求1的差速齿轮机构，其特征在于，所述锁闭部分(107)环绕旋转轴线(A)成环形，所述多个致动元件(85)围绕所述旋转轴线(A)成环形设置，并与所述锁闭部分(107)轴向对中。

4、如权利要求1的差速齿轮机构，其特征在于，所述致动机构还包括多个凸轮元件(67)，其与所述第一(59)和第二(63)致动板可操作地配合。

5、如权利要求1的差速齿轮机构，其特征在于，所述电磁致动器(57)由一固定的、一般是环形的电磁线圈(71)组成，该电磁线圈的设置使其对所述第二致动板(63)成包围关系，所述致动器包括一元件(77)，该元件被固定得随所述第二致动板(63)旋转。

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