[发明专利]带有混合齿轮装置的全牵引差速器

说明书

技术领域

本发明涉及一种全齿轮式的差速器，这种类型的差速器通常被称为“限滑式”差速器，这种设计主要被用在汽车上，更具体来讲，本发明涉及被用在对效率、空间、成本、以及重量等指标看重的车辆上的此类差速器。

背景技术

尽管目前有很多种限滑式差速器，但其中在商业上最为成功的那些差速器都是基于Vernon E.Gleasman设计的全齿轮差速器，且其中效率最高的那些差速器是基于Vernon E.Gleasman的交叉轴设计形式，在市场上，这种差速器被称为Torsen-Type 1差速器。在第6783476号美国专利(与本发明具有相同的受让人，且名称为“紧凑的全牵引差速器”，商标“IsoTorque”代表了该专利的技术)中公开了关于这种采用交叉轴行星齿轮系的现有限滑差速器的最近的改进方案，该专利被结合到文中作为参考。上述专利中公开的这种改进型差速器无论在尺寸方面、还是在重量方面都小于交叉轴差速器其它已有的早先设计方案，且制造成本更低，同时还满足同等的载荷承载指标。

所有的传统Gleasman交叉轴(crossed-axis)差速器都包括成对的非常规平衡齿轮(齿轮组)-例如图1A和图1B中的齿轮131、132和131a、132a，它们(a)通过制在两端的直齿轮部分133相互啮合；以及(b)并通过制在沙漏形蜗轮部分134处的螺旋齿与半轴蜗杆141、142相啮合，其中，蜗轮部分134被制在两直齿轮端之间。Gleasman型全齿式交叉轴差速器(包括旧款设计，例如Torsen-Type 1)的关键特征是起到“蜗杆”作用的各个半轴齿轮与各个差速器的平衡齿轮中间部分上的“蜗轮”齿之间的关系。

“蜗杆”通常是圆柱形的齿轮，且其轮齿为螺纹的形式，其与通常被称为“蜗齿轮”或“蜗轮”的较大齿轮相啮合，文中使用了后一名称。但是，当使用在Gleasman型差速器中时，半轴蜗杆是两齿轮中的大者。在普通的蜗轮/蜗杆齿轮机构中，能量从蜗杆传递给蜗轮在机械上是有利的，而与此伴随的是，当能量从蜗轮传递给蜗杆时在机械上则是不利的。对于上文讨论的差速器、以及文中公开的Gleasman型差速器，在半轴蜗杆与平衡齿轮蜗轮之间传递能量的方面同样存在相同的机械有利/不利关系。

在常规的差速器中，当车辆的其中一个驱动轮丧失牵引时，发动机的大部分扭矩将立即输送给该打滑车辆。对于Gleasman型差速器，发动机与车轮之间蜗轮/蜗杆的连接关系所带来的机械缺点可限制低牵引力车轮的过度滑转。同样是该连接结构，当其工作在蜗杆/蜗轮方向上时，可增强差速器对驱动轮速度改变的响应性，其中，当车辆转弯时，在相同的时间内，外侧车轮所行经的距离要大于内侧车轮所行经的距离，从而在此时使驱动轮的速度发生变化。

为使齿轮实现平滑滚动啮合所需的几何关系通常会限制实际蜗杆/蜗轮副的齿比(即齿轮副中一个构件上的齿数与另一构件上齿数的比值)，该比值被限制到至少为3.5∶1，且通常为这种类型的齿轮副设计了很高的齿数比。对于齿侧面为直线的螺纹型蜗杆、以及的母线型(generated)的渐开线螺旋面蜗杆，该齿比限制条件是正确的。任何试图将蜗杆/蜗轮副的齿比设计为小于3.5∶1的努力通常都会带来很多几何上的干涉。

但是，考虑到交叉轴差速器中齿轮构件相对较小的尺寸以及对强度的较高要求，最佳的蜗杆/蜗轮齿比最好能落在1.5∶1到2.5∶1的范围内，但现有技术中没有一种齿轮机构能满足这样的齿比。因而，在实际工作中，现有交叉轴差速器中半轴“蜗杆”的轮齿和“蜗轮”的轮齿并未采用真正蜗杆/蜗轮的设计形式，而是被设计成交叉轴斜齿轮组的形式，且两个元件都采用简单斜齿轮的几何结构。这种方案的诸多限制条件在于：交叉轴斜齿轮副为瞬态的“点”接触模式，而不是宽广的面接触模式，因而易于受到载荷限制，且会使磨损加速。

现有技术中交叉轴斜齿轮的几何结构还在摩擦作用分量方面受到很大的限制，原因在于它们在工作时主要是在非常有限的接触区域内滚动接触。由于向大牵引力的车轮传递扭矩的效率取决于该摩擦分量，所以希望能增大半轴齿轮/平衡齿轮这种关键啮合关系中的摩擦力。该摩擦力的增大对传动系总效率的影响很小，原因在于：在实际工作中，该齿轮组相对较低的旋转速度表现在车轮速度上的差异通常仅落在0-20rpm的范围内。