DE3840956C2

DE3840956C2 -

Info

Publication number: DE3840956C2
Application number: DE3840956A
Authority: DE
Inventors: Yasui Toyota Aichi Jp Yasuyoshi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-12-08
Filing date: 1988-12-05
Publication date: 1991-05-02
Also published as: US4939953A; DE3840956A1; JPH0191153U

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sperrdifferential und ins besondere auf ein derartiges Sperrdifferential, das zum Ein bau in einen Kraftübertragungsstrang eines Kraftfahrzeugs geeig net ist.

Ein herkömmliches Sperrdifferential, bei dem in einem Diffe rentialgehäuse oder -korb eine Mehrzahl von Ritzeln oder Pla netenrädern, die aus Geradzahnkegelrädern bestehen, und ein Paar von Achswellenrädern, die aus Geradzahnkegelrädern be stehen, welche mit den Planetenrädern kämmen, angeordnet sind, hat eine Reibung erzeugende Einrichtung (Reibglieder), die die Differentialbewegung begrenzen, welche zwischen den je weils mit den Achswellenrädern verbundenen Achswellen erzeugt wird. Bei diesem Sperrdifferential wird auf eine Mehrschei ben- oder Lamellenkupplung von einer durch die Achswellenrä der erzeugten axialen Druckkraft ein Preßdruck aufgebracht, um die Reibungskraft zu erhalten. Jedoch hat diese Reibungs kraft die gleiche Größe sowohl zur Zeit des Antreibens wie auch zur Zeit des beispielsweise bei einem Motorbremsvorgang erzeugten Getriebenwerdens. Infolgedessen sind die Differen tialsperrkräfte, die zur Zeit des Antreibens und des Getrie benwerdens erzeugt werden, von gleicher Größenordnung.

Es ist ein ursprüngliches Ziel eines Sperrdifferentials, lei stungsfähig eine Kraft auf Antriebsräder zur Zeit eines An treibens (einer Vorwärtsfahrt) zu übertragen. Aus diesem Ge sichtspunkt heraus wird vorzugsweise eine große Differential sperrkraft zur Zeit des Antreibens erzeugt, während bevorzug terweise eine kleine Differentialsperrkraft zur Zeit des Ge triebenwerdens hervorgerufen wird. Insbesondere tritt bei einem Fahrzeug, das ein ABS-Bremssystem oder eine ähnliche Einrichtung enthält, um ein Blockieren der Räder bei einem Bremsvorgang zu verhindern, ein Unterschied in der Bremskraft zwischen den linken und rechten Rädern auf, wenn die große Differentialsperrkraft zur Zeit einer Motorbremsung oder eines Bremsvorgangs wirkt. Als Ergebnis dessen wird ein Gier moment (eine seitliche Abweichung) um eine vertikale Achse, die sich durch den Schwerpunkt des Fahrzeugs erstreckt, er zeugt, womit die Bremsstabilität verschlechtert wird.

Die JP-Patent-OS Nr. 61 - 41 038 offenbart ein Differential getriebe, bei dem ein Paar von Sonnen- oder Achswellenrädern und eine Mehrzahl von Planetenrädern oder Ritzeln, die mit den Achswellenrädern kämmen, in einem Differentialkorb ange ordnet sind, wobei diese Räder aus Spiralkegelrädern beste hen, deren jeweilige Zähne in entgegengesetzter Richtung ge krümmt sind. Bei diesem Differentialgetriebe haben die Zahn flächen oder -flanken, an denen die Planetenräder mit dem lin ken und rechten Achswellenrad kämmen, eine konkave Ausgestal tung mit Bezug zum Achswellenrad auf der einen Seite und eine konvexe Gestaltung mit Bezug zum Achswellenrad auf der ande ren Seite. Demzufolge kann die axiale Schubbelastung verän dert werden, um eine Vergrößerung der Differentialsperrkraft zur Zeit eines Antreibens zu ermöglichen.

Aus der DE-OS 32 04 385 ist ein weiteres gattungsgemäßes Differentialgetriebe bekannt dessen Planeten- und dessen diesen zugeordnetete Achswellen-Kegelräder über Zähne verfügen, deren Flankenflächen einander mit gleich großen Eingriffswinkeln berühren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sperrdifferential zu schaffen, das Achswellen- und Planetenräder umfaßt, welche aus Geradzahnkegelrädern gebildet sind, wobei eine große Differenztialsperrkraft zur Zeit des Antreibens erzeugt werden kann.

Erfindungsgemäß wird ein Sperrdifferential mit einem Differen tialgehäuse, mit einer Mehrzahl von in diesem Gehäuse angeord neten Planeten-Geradzahnkegelrädern, mit einem Paar von mit den Planeten-Kegelrädern kämmenden, in dem Differentialgehäu se angeordneten Achswellen-Geradzahnkegelrädern und mit eine Reibungskraft erzeugenden Einrichtung, die eine zwischen den mit den Achswellen-Kegelrädern verbundenen Achswellen erzeugte Differentialbewegung begrenzen, geschaffen, wobei ein Eingriffswinkel einer ersten Flankenfläche eines jeden der an den in einer Mehrzahl vorhandenen Planeten-Kegelrädern ausgebildeten Zähne größer ist als ein Eingriffswinkel deren zweiter Flankenfläche, die Eingriffswinkel der dritten und vierten Flankenflächen der an den jeweiligen Achswellen-Kegel rädern ausgebildeten Zähne jeweils gleich den Eingriffswin keln der ersten sowie zweiten Flankenflächen sind und die beiden Achswellen-Kegelräder derart angeordnet sind, daß die erste Flankenfläche eines jeden Planeten-Kegelrades mit der dritten Flankenfläche des Achswellen-Kegelrades auf der einen Seite in Anlage ist, während die zweite Flankenfläche eines jeden Planeten-Kegelrades mit der vierten Flankenfläche des Achswellen-Kegelrades auf der anderen Seite in Anlage ist, wenn die Planeten-Kegelräder und die Achswellen-Kegelräder durch das Differentialgehäuse eine Drehung in einer einzigen Richtung ausführen.

Wenn die Planeten- und die Achswellenräder durch das Diffe rentialgehäuse in einer Richtung gedreht werden, so kämmt die zweite Flankenfläche eines jeden Planetenrades mit der vierten Flankenfläche des rechten Achswellenrades, wenn die erste Flankenfläche eines jeden Planetenrades mit der dritten Flan kenfläche des linken Achswellenrades kämmt. Da die an der Zahnflanke oder -fläche erzeugte Eingriffsreaktion der Tangen te des Eingriffswinkels proportional ist, unterscheiden sich die am linken und rechten Achswellenrad erzeugten axialen Schubkräfte voneinander.

Die Größen der Eingriffswinkel der ersten und zweiten Flan kenfläche der Planetenräder und der Eingriffswinkel der drit ten und vierten Flankenflächen der Achswellenräder werden lediglich verändert, um die linke und rechte axiale Schubkraft unterschiedlich zueinander zu machen. Auf diese Weise kann die Differentialsperrkraft zur Zeit eines Antreibens, ohne den Aufbau zu komplizieren, vergrößert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Bereichs 1 in Fig. 3 zur Erläuterung der miteinander kämmenden Flanken zwi schen einem Planeten- und einem linken Achswellenrad;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Bereichs 2 in der Fig. 3 zur Erläuterung der miteinander kämmenden Flan ken zwischen einem Planetenrad und einem rechten Achs wellenrad;

Fig. 3 eine Ansicht eines Planetenrades, wobei die Pfeilrichtung A die Bewegungsrichtung des Planetenrades bei Vorwärtsfahrt vom Zentrum des Differentials aus gesehen angibt.

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Sperrdifferential;

Fig. 5 einen Teilschnitt nach der Linie 5-5 in der Fig. 4.

Das Sperrdifferential 10 umfaßt ein Differentialgehäuse 12 aus zwei Teilen, die miteinander durch Schraubenbolzen 11 verbunden sind, eine Mehrzahl von Planetenrädern oder Ritzeln 14 und ein Paar von Achswellenrädern 16, die jeweils in dem Differentialgehäuse 12 angeordnet sind, wobei eine zwischen einer Achswelle 18, die mit dem einen Achswellenrad 16 ver bunden ist, und einer Achswelle 20, die mit dem anderen Achs wellenrad 16 verbunden ist, erzeugte Differentialbewegung durch eine Reibung hervorrufende Einrichtung (Reibglieder) 22 begrenzt wird.

Sowohl die in Mehrzahl vorhandenen Planetenräder 14 wie auch das Paar von Achswellenrädern 16 sind als Geradzahnkegelräder ausgebildet. Eine Vielzahl von an jedem Planetenrad 14 ausge stalteten Zähnen 24 ist, wie in den Fig. 1-3 gezeigt ist, so ausgebildet, daß ein Eingriffswinkel Φ₁ einer ersten Flan kenfläche 25a eines jeden Zahnes 24 größer ist als ein Eingriffs winkel Φ₂ einer zweiten Flankenfläche 25b eines jeden Zahnes 24. Andererseits sind die an jedem Achswellenrad 16 in Mehr zahl vorhandenen Zähne 26 so ausgebildet, daß ein Eingriffs winkel Φ₁ einer dritten Flankenfläche 27a eines jeden Zahnes 26 gleich dem Eingriffswinkel der ersten Flankenfläche 25a ist und ein Eingriffswinkel Φ₂ einer vierten Flankenfläche 27b eines jeden Zahnes 26 gleich dem Eingriffswinkel der zwei ten Flankenfläche 25b ist.

Die beiden Achswellenräder 16 sind so ausgebildet und ange ordnet, daß die erste Flankenfläche 25a des Zahnes 24 eines jeden Planetenrades 14 mit der dritten Flankenfläche 27a des Zahnes 26 des Achswellenrades 16 auf der einen Seite in Anla ge ist, während die zweite Flankenfläche 25b des Zahnes 24 eines jeden Planetenrades 14 mit der vierten Flankenfläche 27b des Zahnes 26 des Achswellenrades 16 auf der anderen Seite in Berührung ist, wenn die Planetenräder 14 und die Achswel lenräder 16 durch das Differentialgehäuse 12 in einer Rich tung gedreht werden.

Wenn im gezeigten Beispiel die Planetenräder 14 in der Rich tung eines Pfeils A in Fig. 3 zur Zeit einer Vorwärtsfahrt durch den Differentialkorb gedreht werden, ist die erste Flankenfläche 25a des Zahnes 24 eines jeden Planetenrades mit der dritten Flankenfläche 27a des Zahnes 26 des linken Achswellenrades 16 in Berührung, während die zweite Flankenfläche 25b des Zahnes 24 eines je den Planetenrades mit der vierten Flankenfläche 27b des Zah nes 26 des rechten Achswellenrades 16 in Berührung ist.

Die in Mehrzahl vorhandenen Planetenräder 14 - im gezeigten Beispiel sind es vier - werden durch Sternkreuzwellen 31, die mit 90° Abstand in der Umfangsrichtung angeordnet sind und sich rechtwinklig zu den Achsen der Wellen 18 sowie 20 er strecken, drehbar gelagert. Die beiden Achswellenräder 16 sind mit den Achswellen 18 und 20 jeweils undrehbar sowie axial bewegbar verbunden und kämmen mit den Plane tenrädern 14.

Die Reibglieder 22 bestehen aus einer Mehrzahl von Kupplungs lamellen 32, die auf der linken Seite des linken Achswellenra des 16 angeordnet und undrehbar sowie axial bewegbar mit einem äußeren Keil am Achswellenrad 16 in Eingriff sind, sowie aus einer Mehrzahl von an der linken Seite des linken Achswel lenrades 16 angeordneten Druckscheiben 34, die eine Mehrzahl von Vorsprüngen 34a aufweisen, welche undrehbar und axial be wegbar mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen 12a, die im Dif ferentialgehäuse 12 vorgesehen sind, in Eingriff sind. Ferner gehört zu den Reibgliedern 22 eine Druckscheibe 36, die an der rechten Seite des Achswellenrades 16 angeordnet ist und undrehbar sowie axial bewegbar mit Ausnehmungen 12a im Diffe rentialgehäuse 12 in Eingriff ist. Eine Schraubenfeder 38 ist in einer Nabe oder einem Rotorstern 30 angeordnet und vermit telt den Lamellen 32 sowie den Druckscheiben 34 durch das lin ke Achswellenrad 16 einerseits und der Druckscheibe 36 durch das rechte Achswellenrad 16 andererseits eine Vorspannung.

Da bei der dargestellten Ausführungsform die Anzahl der durch die Kupplungslamellen 32 und Druckscheiben 34 auf der linken Seite gebildeten Reibflächen größer ist als diejenige auf der rechten Seite, ist die Reibungskraft, die die Differentialbe wegung begrenzt, zur Zeit eines Vorwärtsfahrens sehr viel grö ßer als die Reibungskraft zur Zeit einer Motorbremsung, wie aus der folgenden Beschreibung deutlich wird.

Da die Zahnflanken der Planetenräder 14 sowie des linken und rechten Achswellenrades 16, die mit den Planetenrädern 14 kämmen, in den Eingriffswinkeln sich voneinander unterschei den, wirkt eine große Reaktionskraft auf das Planetenrad 14 vom Achswellenrad 16 in einer Eingriffsposition mit dem gro ßen Eingriffswinkel, während eine kleine Reaktionskraft auf das Planetenrad 14 vom Achswellenrad 16 in einer Eingriffs position mit dem kleinen Eingriffswinkel wirkt. Durch diesen Unterschied zwischen den Reaktionskräften wird ein solches Moment erzeugt, das ein Drehen des Planetenrades 14 in einer Ebene, die die Eingriffspunkte des Planetenrades 14 sowie des linken und rechten Achswellenrades 16 und die Achsen der Achs wellenräder 16 einschließt, hervorgerufen. Eine Drehung ver hindernde Einrichtungen (Drehsperrglieder) sind dazu vorge sehen, dieses Moment zu bewältigen.

Die Drehsperrglieder 40 sind zwischen jedem Planetenrad 14 und dem Differentialgehäuse 12 angeordnet. Bei der dargestell ten Ausführungsform wird als Drehsperrglied 40 eine Druck scheibe verwendet, die eine als ebene Fläche ausgebildete Innenfläche 40a, die dem Planetenrad 14 gegenüberliegt, und eine dem Differentialgehäuse 12 gegenüberliegende Außenfläche 40b besitzt. Die Außenfläche 40b ist als ein Bogen mit den Achsen der Wellen 18 und 20 als Mitte ausgebildet, wobei sich die Bogenfläche axial erstreckt. Andererseits ist die dem Drehsperrglied 40 gegenüberliegende Fläche des Planetenra des 14 als eine ebene Fläche ausgebildet, während die dem Drehsperrglied 40 gegenüberliegende Fläche des Differential gehäuses 12 als Bogen mit den Achsen der Wellen 18 und 20 als Mitte ausgebildet ist, welcher sich in einer axialen Richtung erstreckt.

Wenn das Drehsperrglied 40 zwischen dem Planetenrad 14 und dem Differentialgehäuse 12 angeordnet ist, dann ist die In nenfläche 40a in enger Anlage mit der gegenüberliegenden Flä che des Planetenrades 14, während die äußere Fläche 40b in enger Anlage mit der gegenüberliegenden Fläche des Differen tialgehäuses 12 ist. Als Ergebnis dessen wird, wenn das Dreh moment am Planetenrad 14 wirkt, dieses Moment durch das Dreh sperrglied 40 auf das Differentialgehäuse 12 übertragen und von diesem aufgenommen. Auf diese Weise ist es möglich, ein Klemmen des Planetenrades 14 an der Sternkreuzwelle 31 oder das Einwirken einer Kantenpressung auf einen Teil, an dem die Sternkreuzwelle 31 in das Differentialgehäuse 12 fest einge setzt ist, zu verhindern.

Wenn die Außenfläche 40b des Drehsperrglieds 40 als eine bo genförmige Fläche und die gegenüberliegende Fläche des Dif ferentialgehäuses 12 ebenfalls bogenförmig ausgebildet ist, dann kann diese gegenüberliegende Fläche des Differentialge häuses 12 als Teil einer Durchgangsbohrung ausgearbeitet wer den, die zentrisch zu den Achsen der Wellen 18 und 20 liegt, womit die Bearbeitung erleichtert wird.

Wenn angenommen wird, daß der Eingriffswinkel Φ₁ gleich 35°, der Eingriffswinkel Φ₂ gleich 10°, der Kegelwinkel γ des Achswellenrades gleich 58° und die Tangentialbelastung W_o am Achswellenrad gleich 1000 kg sind, dann ist die auf das Achs wellenrad einwirkende axiale Schubkraft durch die folgende Formel gegeben:

W₁ = W_o × tgΦ × sinγ.

Wenn die numerischen Werte für W_o, Φ und γ für eine Berech nung eingesetzt werden, dann beträgt die axiale Schubbela stung, die auf das Achswellenrad in der Position mit dem Ein griffswinkel ϕ₁ von 35° einwirkt, 593 kg, während die auf das Achswellenrad in der Position mit dem Eingriffswinkel Φ₂ von 10° einwirkende Schubbelastung 150 kg beträgt.

Wenn, wie für die Ausführungsform beschrieben wurde, die An zahl der Reibflächen der Reibglieder auf der linken und rech ten Seite zueinander unterschiedlich ist, beispielsweise die Zahl der linken Reibflächen mit 17 und die der rechten Reib flächen mit 1 angenommen wird, und wenn die Differentialsperr kraft durch das Produkt der axialen Schublast und der Anzahl der Reibflächen gegeben ist, so ergibt sich eine Differential- Sperrkraft von 10 231 kg zur Zeit einer Vorwärtsfahrt, während sich eine Sperrkraft von 3143 kg zur Zeit einer Rückwärts fahrt oder eines Getriebenwerdens ergibt.

Zusammenfassend umfaßt ein Sperrdifferential vier Planetenrä der und ein Paar von Achswellenrädern, die alle als Geradzahn kegelräder ausgebildet sind. Ein Eingriffswinkel einer ersten Flankenfläche eines jeden aus einer Mehrzahl von Zähnen, die an jedem Planetenrad vorhanden sind, wird größer ausgebildet als derjenige der zweiten Flankenfläche des Planetenrades. Die Eingriffswinkel der dritten und vierten Flankenflächen eines jeden der in Mehrzahl an jedem Achswellenrad vorhande nen Zähne sind jeweils gleich dem Eingriffswinkel der ersten und zweiten Flankenflächen.

Claims

1. Sperrdifferential mit einem Differentialgehäuse (12), mit einer Mehrzahl von in dem Differentialgehäuse angeord neten Planeten-Geradzahnkegelrädern (14), mit einem Paar von mit den Planeten-Kegelrädern kämmenden, in dem Diffe rentialgehäuse angeordneten Achswellen-Geradzahnkegelrä dern (16) und mit eine Reibungskraft erzeugenden Einrich tung (22), die eine zwischen den mit den Achswellen-Ke gelrädern verbundenen Achswellen (18, 20) erzeugte Diffe rentialbewegung begrenzen, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein Eingriffswinkel (Φ₁) einer ersten Flankenfläche (25a) eines jeden der an den in einer Mehrzahl vorhande nen Planeten-Kegelrädern (14) ausgebildeten Zähne (24) größer ist als ein Eingriffswinkel (Φ₂) deren zweiter Flankenfläche (25b),
- daß die Eingriffswinkel (Φ₁, Φ₂) der dritten und vierten Flankenflächen (27a, 27b) der an den jeweiligen Achswel len-Kegelrädern (16) ausgebildeten Zähne (26) jeweils gleich den Eingriffswinkeln (Φ₁, Φ₂) der ersten sowie zweiten Flankenflächen (25a, 25b) sind und
- daß die beiden Achswellen-Kegelräder (16) derart angeord net sind, daß die erste Flankenfläche (25a) eines jeden Planeten-Kegelrades (14) mit der dritten Flankenfläche (27a) des Achswellen-Kegelrades (16) auf der einen Seite in Anlage ist, während die zweite Flankenfläche (25b) eines jeden Planeten-Kegelrades (14) mit der vierten Flankenfläche (27b) des Achswellen-Kegelrades (16) auf der anderen Seite in Anlage ist, wenn die Planeten-Ke gelräder (14) und die Achswellen-Kegelräder (16) durch das Differentialgehäuse (12) eine Drehung in einer ein zigen Richtung ausführen.

2. Sperrdifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Reibungskraft erzeugenden Einrichtung (22) eine Mehrzahl von Kupplungslamellen (32) sowie eine Mehr zahl von Druckscheiben (34, 36) zur Ausbildung von Reib flächen umfassen, daß die Reibflächen in eine Gruppe zwi schen einem Achswellenrad (16) sowie dem Differentialge häuse (12) und eine Gruppe zwischen dem anderen Achswellen rad (16) sowie dem Differentialgehäuse (12) geteilt sind und daß die Anzahl der Reibflächen (32, 34) in der einen Gruppe unterschiedlich zur Anzahl der Reibflächen in der anderen Gruppe ist.

3. Sperrdifferential nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Reibflächen in der Gruppe, bei der am Achswellenrad zur Zeit einer Vorwärtsfahrt eine große Schubkraft auftritt, größer ist als die Anzahl der Reib flächen in der Gruppe, bei der am Achswellenrad zur Zeit einer Vorwärtsfahrt eine geringe Schubbelastung auftritt.

4. Sperrdifferential nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine eine Drehung verhindernde Einrichtung (40), die zwi schen jedem der Planetenräder (14) und dem Differential gehäuse (12) angeordnet ist.

5. Sperrdifferential nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Drehung verhindernde Einrichtung aus einer Scheibe (40) besteht, die eine ebene Innenfläche (40a) so wie eine als ein Bogen mit den Achsen der Achswellen (18, 20) ausgebildete Außenfläche (40b), die sich axial er streckt, aufweist und daß eine Innenfläche des Differen tialgehäuses (12) genau an die Außenfläche (40b) der Druck scheibe (40) angepaßt ausgebildet ist.