锁止式差速器组件的制作方法

本申请要求于2016年9月20日提交的美国临时专利申请序列号62/397,205的权益，其内容以引用方式并入本文。

背景技术：

与传统的“开放式”汽车差速器相比，锁止式差速器可以具有附加能力。与具有“开放式”差速器的车辆相比，具有锁止式差速器的车辆在驱动轮处的牵引力的使用可能会增加。牵引力的使用可以通过将轮轴上的两个驱动轮中的每个驱动轮限制在相同的旋转速度来增加，而不考虑可用的牵引力或在每个车轮上采用的道路路径。锁止式差速器使在轮轴上的两个车轮一起转动，就像在一个共同的车轴上一样。

开放式差速器或解锁锁止式差速器允许在轮轴上的每个车轮以不同的速度旋转。当车辆通过弯道时，在较小(内)半径上的车轮比在较大(外)半径上的车轮更慢地旋转。在没有解锁或开放式差速器的情况下，轮胎中的一个轮胎可能会在转弯时磨损。在具有开放式差速器的情况下，当轮轴的一个车轮在光滑的路面上时，在光滑表面上的车轮可能趋向于自旋，而另一个车轮可能没有足够的扭矩施加到该车轮上来移动车辆。例如，具有开放式差速器的一些车辆可能无法在车轮中的一个车轮下有湿冰的情况下爬上山坡，不管另一个车轮下的道路多干燥(这可能被称为对开路面)。

相比之下，锁定的差速器迫使在同一轮轴的两侧上的车轮以相同的速度一起旋转。因此，每个车轮可以施加与车轮/道路牵引力和动力系容量所允许的扭矩一样大的扭矩。在具有对开路面的山坡上的车辆的示例中，锁定的差速器可以允许车辆爬上具有开放式差速器的其他方面相同的车辆不可能爬上的山坡。锁止式差速器还可以提供更好的牵引力，这导致在某些条件下，例如在直线加速赛或雪犁操作中，提高的车辆性能。

一些车辆具有可以从解锁状态重新配置到锁定状态的差速器。此类车辆可以在正常条件下在差速器处于解锁状态的情况下操作，例如，以防止轮胎在转弯时磨损，并且当遇到车轮打滑时，可以被重新配置为用锁定的差速器操作。

技术实现要素：

锁止式差速器组件包括限定旋转轴线的差速器壳体。第一侧齿轮位于差速器壳体的第一端处。第二侧齿轮位于差速器壳体的第二端处。定子被设置在第一端处。螺线管固定地附接到定子。定子能够可选择地磁性致动以通过螺线管平移轴向平移距离。锁环能够可选择地与第一侧齿轮接合以防止第一侧齿轮相对于差速器壳体旋转。至少两个中继销连接到锁环并与定子接触以将锁环与定子隔开至少预定距离。

附图说明

通过参考以下详细描述和附图，本公开的示例的特征将变得显而易见，其中类似的附图标号对应于相同或类似的但可能不相同的部件。为了简洁起见，具有先前描述的功能的附图标号或特征可以结合或可以不结合它们出现的其他附图来描述。

图1是根据本公开的示例的具有锁止式差速器系统的车辆的示意图；

图2是根据本公开的示例的锁止式差速器的透视图；

图3是图2中描绘的锁止式差速器的分解图；

图4a是图2中描绘的锁止式差速器的横截面侧视图；

图4b是图4a所示的锁止式差速器的部分锁止式差速器的详细横截面侧视图；

图4c是图4a所示的锁止式差速器的部分锁止式差速器的详细横截面侧视图，除了定子位置传感器是图4c中的接触开关之外，与图4b类似；

图5a是根据本公开的具有中继销的锁环的示例的右透视图；

图5b是描绘接合在差速器壳体中的锁环的示例的横截面端视图；

图5c是图5a中描绘的具有中继销的锁环的示例的左透视图；

图5d是图5a中描绘的锁环的端视图；

图5e是锁环和中继销的示例的横截面分解图，其中中继销通过压配合固定在锁环中；

图5f是锁环和中继销的示例的横截面分解图，其中中继销通过螺纹固定在锁环中；

图6是图2中描绘的示例的锁定部件的透视横截面分解图；并且

图7是根据本公开的单件式十字轴的示例的透视图。

具体实施方式

本公开整体涉及锁止式差速器，并且更具体地涉及车辆驱动轮轴中使用的电控锁止式差速器。如本文所用，电控锁止式差速器意味着响应于电子信号在解锁状态和锁定状态之间变化的差速器。在锁定状态下，连接到差速器的两个车轴以相同的速度在相同的方向上一起旋转。电子信号可以响应于车辆状况(例如检测到车轮打滑)自动产生。电子信号也可以响应于来自操作者的需求而产生，例如，操作者可以按下车辆的控制面板上的按钮。

本公开的示例可以允许差速器以高于类似尺寸的现有锁止式差速器的扭矩来操作。与现有的电子锁止式差速器相比，致动锁定机构的时间也可以减少。此外，状态指示器可以通过提供关于本公开的电控锁止式差速器系统的操作的更详细和准确的信息来提供更令人满意的用户体验。

参考图1，车辆70的动力系5包括马达6、连接到马达的传动轴7，和轮轴组件8。传动轴7例如通过传动装置(未示出)连接，以旋转地驱动轮轴外壳9内的车轴13、13’。轮轴组件8包括轮轴外壳9、支撑在轮轴外壳9中的锁止式差速器组件10，以及分别连接到第一驱动轮98和第二驱动轮98’的车轴13、13’。设置在差速器壳体12内的齿轮组97将旋转动力从差速器壳体12传递到车轴13、13’，并且可选择地允许车轴13和13’之间的相对旋转。尽管图1中描绘的锁止式差速器组件10应用于后轮驱动车辆，但是本公开可以用于前轮驱动车辆中使用的变速驱动桥、四轮驱动车辆中使用的分动箱或任何车辆动力系中。

一起参考图2、图3、图4a和图4b，描绘了包括锁止式差速器组件10的本公开的一个示例。锁止式差速器组件10具有限定旋转轴线14和齿轮室16的差速器壳体12。差速器壳体12在轮轴外壳9(参见图1)中围绕旋转轴线14旋转。第一侧齿轮18被设置在差速器壳体12的第一端19处，用于相对于差速器壳体12可选择性地旋转。第二侧齿轮20被设置在差速器壳体12的与第一端19相对的第二端21处，用于相对于差速器壳体12可选择地旋转。

第一侧齿轮18具有限定在第一侧齿轮18的背面24上的侧齿轮卡爪22。第一侧齿轮18的背面24与第一侧齿轮18的齿轮齿面66相对。至少两个小齿轮26可旋转地支撑在齿轮室16中。至少两个小齿轮26中的每个小齿轮与第一侧齿轮18和第二侧齿轮20啮合接合。

锁止式差速器组件10包括设置在差速器壳体12的第一端19处的定子32。螺线管28保持在由定子32限定的环形螺线管腔体60中。螺线管28可以通过例如粘合剂或紧固件固定地附接到定子32。定子32由铁磁材料形成。差速器壳体12可相对于定子32围绕旋转轴线14旋转。如图4a和图4b所描绘，定子32具有环形壁33，该环形壁33具有与旋转轴线14同轴的纵向壁轴线35。第一定子环形凸缘36在第一定子环形凸缘36的第一内径38处平行于纵向壁轴线35从环形壁33延伸。第一定子环形凸缘36、环形壁33和第二定子环形凸缘37限定环形螺线管腔体60。环形螺线管腔体60具有在环形壁33远侧的开口端63。

尽管图4a和图4b描绘了平行于纵向壁轴线35延伸的第一定子环形凸缘36，但是环形凸缘36与环形壁33形成的角度可以偏离90度。例如，该角度可以是45度，使得环形螺线管腔体60在开口端63处比在环形壁33处宽。在第一定子环形凸缘36和环形壁33之间的角度可以是任何角度，只要环形螺线管腔体60由第一定子环形凸缘36、环形壁33和第二定子环形凸缘37限定即可。

第二定子环形凸缘37从环形壁33延伸比第一定子环形凸缘36远大于轴向平移距离82的圆柱形延伸长度83。第二定子环形凸缘37与第一定子环形凸缘36径向向外间隔开，并且可以平行于第一定子环形凸缘36。尽管图4a和图4b将环形螺线管腔体60描绘为具有大致矩形的横截面，但是在本公开的示例中，表面可以是倒圆的或倾斜的。在一个示例中，螺线管28可以缠绕在单独的线轴(未示出)上，并经由开口端63放置到环形螺线管腔体60中。在另一个示例中，可以使用无线轴螺线管。

图3和图6描绘了设置在第一侧齿轮18和锁环40之间的弹簧34，以朝向图4a和图4b的上半部分所示的脱离位置44偏置锁环40。图4a和图4b的下半部分描绘了处于接合位置45的锁环40。在图3所描绘的示例中，差速器壳体12包括两件，在十字轴中心52处具有分型线51。差速器壳体12的两件中的一件是具有用于附接齿圈(未示出)的附接凸缘105的带凸缘件100。差速器壳体12的两件中的另一件是第二件106，定子32和锁环40安装在该第二件上。侧齿轮止推垫圈101被设置在带凸缘件100和第二侧齿轮20之间。止推垫圈104被设置在小齿轮26、26’和差速器壳体12之间。

参考图4a、图4b和图6，在本公开的示例中，定子32通过螺线管28的激活可选择地磁性致动以平移轴向平移距离82。定子中心环形凸缘62从第一定子环形凸缘36径向向内延伸。

第二定子环形凸缘37从环形壁33延伸比第一定子环形凸缘36远大于轴向平移距离82的圆柱形延伸长度83。(参见例如图4b。)差速器壳体12具有环形端面86。环形端面86是磁响应的。定子接收凹槽89被限定在差速器壳体12的环形端面86中以接收第二定子环形凸缘37的穿透部分90。定子接收凹槽89和第二定子环形凸缘37之间的间隙47防止在处于定子接合位置67和定子脱离位置102时在差速器壳体12和第二定子环形凸缘37之间接触。定子接收凹槽89和第二定子环形凸缘37之间的间隙47足够小以提供机械间隙，但是允许磁通量有效地穿过间隙47流过第二定子环形凸缘37并通过定子接收凹槽89进入定子32。在第二定子环形凸缘37穿透定子接收凹槽89的本公开的示例中，定子32对差速器壳体12的磁引力强于环形凸缘37没有穿透定子接收凹槽89时的磁引力。更强的磁引力允许更有效地利用用于使螺线管28通电的电能。作为更有效地利用电能的一个示例，需要更少的电流来产生足够强的磁引力以克服弹簧34的偏置力，从而致动定子32以沿旋转轴线14平移轴向平移距离82(图4b)。换句话讲，使锁止式差速器组件锁定所需的电能更少。更有效地利用电能的另一个方面是，相同量的电流产生更强的磁引力以使止式差速器组件10更快锁住。

定子接合位置67是定子32的对应于锁环40的接合位置45的第一轴向位置。定子脱离位置102是定子32的对应于锁环40的脱离位置44的第二轴向位置。当定子32处于定子接合位置67时，第一定子环形凸缘36接触差速器壳体12的环形端面86。在图4a的下半部分和图4b的下半部分中，定子32被描绘为处于定子接合位置67。在图4a的上半部分和图4b的上半部分中，定子32被描绘为处于定子脱离位置102。

在一个示例中，当螺线管28通电时，至少两个中继销50接触定子中心环形凸缘62以驱动锁环40与第一侧齿轮18接合。如本文所用，术语“通电”意味着电流流过螺线管28。至少两个中继销50可以连接到锁环40并与定子32接触以将锁环40与定子32隔开至少预定距离。因此，锁环40和定子32刚性地附接在一起以作为单个刚性体一起移动。在示例中，锁环40和定子32之间的预定距离可以为从约15mm到约100mm。

在本公开的示例中，定子32能够可选择地磁性致动以沿旋转轴线14平移轴向平移距离82(图4b)。在一个示例中，轴向平移距离82可以为从约1mm到约12mm的。轴向平移距离82可以尺寸设计成将锁环40的互补卡爪42从与侧齿轮卡爪22完全脱离移动到互补卡爪42和侧齿轮卡爪22之间的完全接合。当互补卡爪42和侧齿轮卡爪22完全脱离时，互补卡爪42和侧齿轮卡爪22之间没有接触。当螺线管28通电时，螺线管28致动定子32。弹簧34朝向脱离位置44偏置锁环40；然而，当通电时，由螺线管28引起的定子32对差速器壳体12的环形端面86的磁引力强于弹簧34的偏置力。当螺线管28通电时，定子32对差速器壳体12的环形端面86的磁引力克服弹簧的偏置力，并致动定子32以沿旋转轴线14平移轴向平移距离82(图4b)。

在一些现有的锁止式差速器系统中，定子沿旋转轴线保持在距差速器壳体固定的距离处。柱塞由连接到定子的螺线管致动以相对于差速器壳体(和定子，因为差速器壳体和定子具有固定的轴向关系)沿旋转轴线轴向地移动柱塞。柱塞可选择地经由连接到柱塞的锁环、摩擦离合器组件或通过将侧齿轮与柱塞直接接合来接合锁定机构。

本公开的示例没有此类柱塞。当螺线管28通电时，本公开的定子32被直接磁性地吸引到差速器壳体12。定子32沿旋转轴线14轴向地平移。

如图4b、图5a、图5c和图6所描绘，至少两个中继销50各自包括具有柱端77和与柱端77相对的定子端79的圆柱形杆部分74，圆柱形杆部分74在圆柱形杆部分74的中心处限定纵向杆轴线75。圆柱形杆部分74的中心是圆柱形杆部分74的轴向中心。中继销50各自具有限定在圆柱形杆部分74上的肩部91以支撑定子中心环形凸缘62。每个中继销50具有中继销颈部93，该中继销颈部的颈部直径68小于限定在定子端79处的圆柱形杆部分74的杆部分直径94。保持环凹槽73被限定在中继销颈部93中。保持环凹槽73与肩部91间隔约定子中心环形凸缘62的凸缘厚度30。中继销50各自具有柱78，该柱的柱直径80小于在柱端77处限定的圆柱形杆部分74的杆部分直径94。柱78与圆柱形杆部分74同心。柱78从圆柱形杆部分74的柱端77延伸以接合限定在锁环40中的相应的中继销附接孔84。

现在一起参考图4a、图4b、图5a、图5b、图5c和图6，在本公开的示例中，锁止式差速器组件10具有锁环40。锁环40包括围绕锁环40的接合面43限定的互补卡爪42。通过沿着旋转轴线14将锁环40从脱离位置44平移到接合位置45，互补卡爪42能够可选择地与侧齿轮卡爪22接合。锁环40具有限定在锁环40的外表面110上的多个凸耳46。每个凸耳48用于在差速器壳体12中限定的相应的互补狭槽49中滑动，以引导锁环40在接合位置45和脱离位置44之间平移。(参见图5b。)多个凸耳46在相应的互补狭槽49中的配合也防止锁环40相对于差速器壳体12旋转。

图4a的上半部分和图4b的上半部分描绘了本公开的一个示例，其中锁环40处于脱离位置44。图4a的下半部分和图4b的下半部分描绘了处于接合位置45的锁环40。在本公开的示例中，当锁环40处于接合位置45时，基本上防止第一侧齿轮18相对于差速器壳体12旋转。当锁环40处于脱离位置44时，第一侧齿轮18相对于差速器壳体12自由旋转。锁环40具有平行于旋转轴线14的锁环厚度41(图5a)。

锁环40限定了与中继销50的数量相等的中继销附接孔84的数量。中继销附接孔84在从旋转轴线14穿过相应的凸耳48的中心的预定半径31处的径向线上居中定位(图5d)。每个中继销50保持在相应的中继销附接孔84中。在一个示例中，多个凸耳46具有六个凸耳48的数量，并且中继销50的数量是三个。应当理解，如本文所用，词语“数量”是指类似对象的总数，而不是总数的子集。例如，图5d中的多个凸耳46具有六个凸耳48的数量。

如图5e所描绘，在一个示例中，每个中继销50的柱78的柱直径80大于每个中继销附接孔84的孔直径39，以在每个中继销50的柱78和相应的中继销附接孔84之间形成压配合。在一个示例中，在每个中继销50的柱78和相应的中继销附接孔84之间存在ansib4.2-1978h7/s6介质驱动配合。

如图5f所描绘，在一个示例中，每个中继销50的柱78具有限定在该柱上的第一螺纹87。每个中继销附接孔84可以具有与限定在该中继销附接孔中的第一螺纹87互补的第二螺纹85。每个中继销50可以经由第一螺纹87与第二螺纹85的接合来螺纹紧固到锁环40。

每个凸耳48可以具有两个相对的面107，这两个面围绕与旋转轴线14垂直的径向线81对称地布置。两个相对的面可以各自是圆的弧，该圆具有在从旋转轴线14穿过相应的凸耳48的中心的径向线81上的中心72。在示例中，两个相对的面之间的角度99可以为从约28度到约32度。在具有作为圆的弧的两个相对的面107的示例中，两个相对的面之间的角度99在此被定义为在弧的相应的中点处的弧的切线之间的角度。

锁止式差速器系统11可以包括定子位置传感器15，以通过检测定子32的位置来确定锁环40的状态。如图4b所示，在一个示例中，定子位置传感器15可以是非接触式位置传感器15’，该非接触式位置传感器设置在连接到差速器壳体12的防旋转支架95上。在本公开的示例中，非接触式位置传感器15’可以使用任何非接触式位置传感器技术。例如，基于磁致伸缩、磁阻、霍尔效应或其他磁感测技术的非接触式位置传感器可以包括在根据本公开的锁止式差速器系统11中。此外，根据本公开，也可以使用基于光学、红外或流体压力感测的非接触式位置传感器。在该示例中，非接触式位置传感器15’检测定子32或附连到定子32的目标96的轴向位置。如果传感器使用磁感测技术，则目标96可以是磁响应的，以便可由非接触式位置传感器15’检测。

在图4c中描绘的示例中，定子位置传感器15可以是设置在连接到差速器壳体12的防旋转支架95上的接触开关15”。接触开关15”用于检测定子32或附连到定子32的目标96’的轴向位置。由于定子位置传感器15是接触开关15”，所以目标96’不需要是磁响应的。目标96’可以是磁响应的或者不是磁响应的。接触开关15”具有断开状态和闭合状态。接触开关15”在断开状态下断开电路；并且接触开关15”在闭合状态下闭合电路。接触开关15”通过与定子32或附接到定子32的目标96’接触而从断开状态机械地切换到闭合状态。在一个示例中，目标96’可以是机械致动特征，例如凸轮表面、凹口、杠杆、凸起或能够机械地致动接触开关15”的任何其他结构特征。

本公开的示例可以具有与差速器壳体12的旋转轴线14垂直设置的十字轴108，以支撑至少两个小齿轮26的相对的对27，用于至少两个小齿轮26的相对的对27在十字轴108上的旋转。参考图3和图7，在本公开的具有4小齿轮差速器的示例中，差速器组件10可以包括多个短轴92。每个短轴92可以围绕环形轭109等距地间隔开。多个短轴92可以被设置成与差速器壳体12的旋转轴线14垂直。轭109和多个短轴92可以构成单个锻件。多个短轴92支撑至少两个小齿轮26的相对的对27和至少两个小齿轮26的另一相对的对27’，用于四个小齿轮26在相应的短轴92上的旋转。

回到图1，电气开关17可以被设置在车辆70上，以可选择地闭合电路23，从而向螺线管28提供电力。图1所示的开关17是摇臂开关，然而，可以使用能够控制通过螺线管28的功率流的任何开关。开关17可以是控制继电器或晶体管的低电流开关，该继电器或晶体管直接控制通过螺线管28的功率。电子状态指示器29可以被设置在车辆70中。电子驱动电路25可以被设置在车辆70上，以向电子状态指示器29供电，从而指示锁止式差速器系统11的状态。在一个示例中，状态可以包括至少三个状态。例如，电子状态指示器29可以是可选择地点亮的指示器88，并且状态可以由闪光代码来指示。为了说明，可选择地点亮的指示器88可以包括发光二极管、白炽灯、荧光灯或其他能够可选择地点亮的光源。

应当理解，术语“连接/连接的/连接部”等在本文中被广泛地定义为涵盖各种不同的连接的布置和组装技术。这些布置和技术包括但不限于：(1)一个部件和另一个部件之间的直接连通，其间没有插入部件；以及(2)一个部件和另一个部件之间在两者间具有一个或多个部件的情况下的连通，前提是“连接到”另一个部件的一个部件以某种方式与另一个部件进行操作连通(尽管在两者间存在一个或多个附加部件)。

在描述和要求保护本文公开的示例时，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代物，除非上下文清楚地另有说明。

应当理解，本文提供的范围包括所述范围和所述范围内的任何值或子范围。例如，从约28度到约32度的范围应该被解释为不仅包括从约28度到约32度的明确叙述的极限，还包括各个值，诸如29度、30.4度、31度等，以及子范围，诸如从约29度到约31度等。此外，当利用“约”来描述值时，这意味着包含与所述值的微小变化(高达+/-10％)。

此外，在整个说明书中对“一个示例”、“另一个示例”、“示例”等的引用意味着结合该示例描述的特定元素(例如，特征、结构和/或特性)包括在本文描述的至少一个示例中，并且可以存在于或可以不存在于其他示例中。此外，应该理解，用于任何示例的所描述的元素可以在各种示例中以任何合适的方式组合，除非上下文清楚地另有说明。

虽然已经详细描述了若干个示例，但是应当理解，可以修改所公开的示例。因此，上述描述应被视为非限制性的。