用于机械锁式差速器的凸轮齿轮.pdf

一种改进的差速器齿轮机构，其特征在于凸轮机构(41)包括被固定以随输出齿轮(23，25)之一旋转的第一凸轮构件(42)以及相对于第一凸轮构件(42)和输出齿轮(23，25)自由旋转的第二凸轮构件(43)。第一凸轮构件(42)限定第一凸轮面(45)，第二凸轮构件(43)限定第二凸轮面(47)，第二凸轮面(47)能够与第一凸轮面接合以使得第二凸轮构件(43)沿轴线(A-A)运动。第一凸轮构件(42)包括粉末金属部件，其提供了凸轮面外廓的一致性并且消除了加工凸轮面(45)所需的大量固定设备。

1.  一种差速器齿轮机构，其包括限定齿轮室(13)的齿轮箱(11)，在所述齿轮室(13)中设置有差速器齿轮组，并包括至少一个输入齿轮(15)和一对限定旋转轴线(A-A)的输出齿轮(23，25)；锁止离合器(35)能够操作以抑制差速作用，并且致动装置用于致动所述锁止离合器(35)；所述锁止离合器能够在接合状态和脱开状态之间操作，所述接合状态起作用以抑制所述齿轮箱(11)和所述输出齿轮(23，25)之间的相对旋转；所述致动装置包括能够操作以实现所述锁止离合器(35)的所述接合状态的凸轮机构(41)、以及能够操作以接合所述凸轮机构(41)并抑制所述凸轮机构(41)的一个构件的旋转的抑制机构(51)；其特征在于：
所述凸轮机构(41)包括被固定以随所述输出齿轮(23，25)之一旋转的第一凸轮构件(42)以及相对于所述第一凸轮构件(42)和所述输出齿轮(23，25)自由旋转的第二凸轮构件(43)，所述第一凸轮构件(42)限定第一凸轮面(45)，所述第二凸轮构件(43)限定第二凸轮面(47)，所述第二凸轮面(47)能够与所述第一凸轮面接合以使得所述第二凸轮构件(43)沿轴线(A-A)运动，所述第一凸轮构件(42)包括一粉末金属部件，该粉末金属部件具有非机加工的第一凸轮面(45)。

2.  如权利要求1所述的差速器齿轮机构，其特征在于，所述第一凸轮构件(42)花键连接到所述输出齿轮(23，25)。

3.  如权利要求1所述的差速器齿轮机构，其特征在于，所述抑制机构包括飞块机构(53)，所述飞块机构(53)能够以大致代表所述差速作用的程度的速度绕大致平行于所述旋转轴线(A-A)的轴线(a-a)旋转，并且限定能够响应于预定程度的差速作用从收起位置运动到展开位置的止动面(57)；所述致动机构进一步包括闩锁面(61)，所述闩锁面(61)设置成当所述止动面处于所述展开位置时接合所述止动面(57)。

4.  如权利要求3所述的差速器齿轮机构，其特征在于，所述飞块机构(53)包括限定所述止动面(57)的飞块构件(56)，所述飞块构件限定枢转部分(59)，所述枢转部分(59)限定一枢转轴线，该枢转轴线平行于所述飞块机构(53)的所述轴线(a)并且与飞块机构(53)的轴线(a)隔开，所述止动面与所述枢转轴线大致相对地设置。

用于机械锁式差速器的凸轮齿轮
技术领域
本发明涉及差速器齿轮机构，更具体地说，本发明涉及的这种机构包括用于限制差速的凸轮机构。更具体地说，本发明涉及的机构属于也称作“机械锁止”的类型，即锁式差速器，其中响应于机械设备的操作而不是液压致动或电磁致动来实现锁止功能。
背景技术
本发明的受让人所制造的传统锁式差速器使用飞块机构来启动差速器离合器的锁止，然后，该飞块机构抑制凸轮盘相对于差速器输入装置(即齿圈和差速器箱)的旋转。目前，使用飞块机构来启动离合器接合的类型的锁式差速器是熟知的，并且根据美国专利No.3,606,803、5,484,347及No.6,319,166中的任一或多个的教示可以制造这种差速器，所有这些专利均被转让至本发明的受让人，并且在此在参引的方式结合入本申请。
本发明的受让人所制造并且商业售出的这种锁式差速器在商业上已经广泛应用了多年，并且其性能令人极为满意。但是，目前在接合凸轮盘的半轴齿轮中加工出凸轮面的工艺导致部件凸轮面的不理想的尺寸变化——这是差速器的差速极限操作的主要因素。这进而又产生了接合质量和差速器耐用性之间的不一致。
发明内容
本发明提供了一种改进的差速器齿轮机构，其包括限定齿轮室的齿轮箱，在所述齿轮室中设置有差速器齿轮组，并包括至少一个输入齿轮和一对限定旋转轴线的输出齿轮。锁止离合器能够操作以抑制差速作用，并且包括有用于致动锁止离合器的致动装置。锁止离合器能够在接合状态和脱开状态之间操作，接合状态起作用以抑制齿轮箱和输出齿轮之间的相对旋转。致动装置包括能够操作以实现锁止离合器的接合状态的凸轮装置，以及能够操作以接合凸轮装置并抑制凸轮装置的一个构件的旋转的抑制装置。
该改进的差速器齿轮机构的特征在于，凸轮机构包括被固定以随所述输出齿轮之一旋转的第一凸轮构件以及能够相对于所述第一凸轮构件和所述输出齿轮自由旋转的第二凸轮构件。所述第一凸轮构件限定第一凸轮面，所述第二凸轮构件限定能够与所述第一凸轮面接合以使得所述第二凸轮构件沿差速器齿轮机构轴线的运动的第二凸轮面。所述第一凸轮构件包括粉末金属部件，其提供了凸轮面外廓的一致性并且消除了加工传统锁式差速器中的凸轮面所需的大量固定设备。
附图说明
图1是根据本发明实施方式的锁式差速器机构的轴向剖视图；
图2是图1的锁式差速器机构的第一凸轮构件和半轴齿轮的立体图；
图3是图1的锁式差速器机构的第一凸轮构件和半轴齿轮的另一立体图；
图4是图1的锁式差速器机构的第一凸轮构件和半轴齿轮的分解立体图；
图5是图1的差速器的剖视图，其更详细地示出了飞块机构；以及
图6是飞块机构和锁止机构的详细视图。
具体实施方式
现在参照附图——其并非意在限制本发明，图1是可以有利地使用本发明的类型的锁式差速器齿轮机构的轴向剖视图。如图1中所示的差速器齿轮机构包括齿轮箱11，在齿轮箱11中限定一整体上以13标示的齿轮室。扭矩通常借助于输入齿轮15(在图1中仅以部分示出)输入到该锁式差速器。输入齿轮15(也称为“齿圈”)设计成与接收来自车辆传动系统的输入传动力矩的输入小齿轮(在图1中未示出)啮合。输入齿轮15可以借助于多个螺栓17附接到齿轮箱11。
在所述齿轮室13内设置有差速器齿轮组，所述差速器齿轮组包括多个小齿轮19(在图1中仅示出其中一个小齿轮)，其以可旋转方式安装在小齿轮轴21(在图1中仅示出该小齿轮轴的一部分)上。小齿轮轴21通过在此未示出的任何适当的装置紧固到齿轮箱11。小齿轮包括差速器齿轮组的输入齿轮，并且与成对的半轴齿轮23和25相啮合，该成对半轴齿轮包括差速器齿轮组的输出齿轮。半轴齿轮23和25分别与成对的半轴27和29花键连接。齿轮箱11包括分别环绕半轴27和29的环状轮毂部分31和33。通常，轴承组(未图示)安装在轮毂部分31和33上，从而为差速器齿轮机构提供相对于外部主差速器壳体(在此也未图示)的旋转支撑。
在车辆的正常直行期间，在左侧半轴27和右侧半轴29之间不发生差速作用，并且小齿轮19不相对于小齿轮轴21旋转。因此，齿轮箱11、小齿轮19、半轴齿轮23和25以及半轴27和29作为一个整体单元全部绕半轴27和29的旋转轴线(A-A)旋转。
在特定的操作情况下——例如当车辆转弯时、或者与半轴27和29相关的轮胎的尺寸稍有不同时，可允许在半轴齿轮23和25之间发生特定量的差速作用，直到达到预定等级的速度差为止。在高于该预定等级时(例如半轴齿轮23和25之间的差高于约100rpm时)，说明车轮马上要发生回形滑行，则期望抑制各半轴齿轮23和25与齿轮箱11之间的相对旋转，以防止半轴27和29之间过度的差速作用。
为了抑制差速作用，该差速器齿轮装置设置有用于锁止该差速器齿轮组的锁止装置以及用于致动该锁止装置的致动装置。现在，锁止装置和致动装置的整体构造和运转在所属技术领域中是熟知的，所以在此将仅对其进行简述。关于锁止装置和致动装置的详细说明，请参照上述结合入本申请的专利，并且进一步参照美国专利No.RE 28,004和美国专利No.3,831,462，这两个专利也均已转让给本发明的受让人，并且在此通过参引的方式结合入本申请中。
在本发明的实施方式中，锁止装置包括离合器组件，其整体上标示为35。正如所属领域中的技术人员所熟知，离合器组件35包括多个花键连接到齿轮箱11的外离合器盘以及多个花键连接到半轴齿轮23的内离合器盘。仍参照图1，锁止装置进一步包括一整体上标示为41的凸轮机构。正如锁式差速器领域中的技术人员所熟知，凸轮机构41的主要功能是实现离合器组件35从如图1中所示的脱开状态到接合的“加载”状态(在此未具体示出)的运动。在接合状态下，离合器组件35有效地抑制齿轮箱11和半轴齿轮23之间的相对旋转，从而抑制和减小半轴齿轮23和25之间的差速作用。
在本发明的实施方式中，凸轮机构41包括例如借助于花键界面固定以随半轴齿轮23旋转的第一凸轮构件42、以及相对于第一凸轮构件42和半轴齿轮23自由地旋转的第二凸轮构件43。第一凸轮构件42限定了第一凸轮面45，第二凸轮构件43限定了第二凸轮面47。第二凸轮构件43还限定了一组外齿49，下面将对其功能进行描述。
在车辆的正常直行期间、不发生或几乎不发生差速作用时，凸轮面45和47保持在如图1中所示的空档位置，并且第二凸轮构件43以相同的旋转速度随第一凸轮构件42和半轴齿轮23旋转。离合器组件35往接合状态的运动通过相对于第一凸轮构件42抑制第二凸轮构件43的旋转、从而使得凸轮面45和47“碰撞(ramping)”来实现。这种碰撞导致了第二凸轮构件43向图1中左侧的轴向运动，从而启动离合器组件35的接合。
美国专利No.RE 28,004和美国专利No.3,831,462的带凸轮面的半轴齿轮的凸轮外廓通常通过机加工成形或铣削操作来加工。如上所述，这样导致从一种工艺到另一种工艺、以及从一种加工操作到另一种加工操作时在加工一致性方面的变化。这进而产生了接合质量和最终产品的耐用性方面的不一致。
在本发明中，相反地，半轴齿轮23、25包括例如机加工锻造部件，并且第一凸轮构件42包括粉末金属部件。由于这些部件在最终尺寸处或接近于最终尺寸处制造，所以使用粉末冶金制造的第一凸轮构件42消除或减小了现有技术半轴齿轮凸轮面所需的机加工。此特征提供了凸轮面外廓的一致性，并且消除了加工凸轮面45所需的大量的固定设备，使得制造成本显著降低。
为了相对于半轴齿轮23抑制第二凸轮构件43的旋转，锁式差速器齿轮机构包括整体上用51标出的抑制机构，其包括用于致动锁止装置的致动装置。对于所属领域的技术人员来说，显然地，可以使用多种不同配置和类型的抑制机构。在本发明的实施方式中，通过示例的方式并且仅仅是示例的，抑制机构51是飞块式的，这在上述结合入的专利或以下专利中被更详细地图示或描述。抑制机构51安装在齿轮箱11内、用于绕其自身轴线旋转，并且包括柱形的飞块部分53。抑制机构51进一步包括外齿轮部分55，其与凸轮构件43的外齿轮齿49接合。
如图6中所示，飞块部分53能够以大致代表差速作用的程度的速度绕轴线(a-a)旋转，并且基本上平行于旋转轴线(A-A)朝向。飞块部分53包括一对飞块构件56，每个飞块构件56都限定一止动面57。止动面57能够响应于一预定程度的差速作用从收起位置(图2)运动到展开位置(未图示)。飞块构件还限定一枢转部分59，其限定一枢转轴线，该枢转轴线大致平行于飞块部分53的轴线并且与飞块部分53的轴线隔开。止动面57大致与枢转轴线相对地设置。致动装置包括闩锁面61，该闩锁面61的位置设置成当止动面处于展开位置时接合止动面57。
在运转期间，如果在半轴27和29之间开始发生差速作用，则半轴齿轮23、第一凸轮构件42和第二凸轮构件43将开始以与齿轮箱11不同的速度一体旋转，使得抑制机构51开始以一旋转速度绕其轴线(a-a)旋转，该旋转速度是差速作用的程度的函数。当抑制机构51的旋转速度增加时，离心力使得飞块56向外运动，直到飞块止动面57中的一个接合闩锁面61，阻止抑制机构51的进一步旋转。当抑制机构51停止旋转时，齿轮部分55和齿轮齿49的接合使得第二凸轮构件43以与齿轮箱11相同的速度(其不同于半轴齿轮23和第一凸轮构件42的旋转速度)旋转，导致碰撞并启动离合器组件35的接合。
在前述说明中非常详细地描述了本发明，相信对所属领域的技术人员来说通过阅读和理解该描述，本发明的改型和变型将很明显。在所有这些变型和改型均落入所附权利要求的范围的情况下，意在将这些变型和改型都包括在本发明内。