差速齿轮组件及其组装方法与流程

1.本公开涉及一种差速齿轮组件，其例如用于连接到小汽车或卡车的轮轴，所述差速齿轮组件包括壳体，用于将第一对齿轮和第二对齿轮容纳其中，第一对齿轮可围绕第一公共旋转轴线相对于所述壳体旋转，第二对齿轮与第一对齿轮啮合并且可围绕第二公共旋转轴线相对于所述壳体旋转，其中所述壳体包括第一壳体构件和第二壳体构件，并且其中所述差速齿轮组件还包括具有横向齿面(transverse gear plane)的螺旋环齿轮(helical ring gear)。所述第一对齿轮通常是侧面齿轮(side gears)，所述第二对齿轮通常是直径小于所述侧面齿轮的小齿轮。
2.螺旋齿轮的例子包括单螺旋齿轮、双螺旋齿轮和人字齿轮(herringbone gear)。本公开还涉及一种组装差速齿轮组件的方法。


背景技术：

3.已知包括壳体的差速齿轮组件，其中壳体包括以抵接方式彼此附接的两个壳体构件，其中所述组件还设置有外环齿轮，该外环齿轮焊接到所述壳体构件中的一个或两个的外侧。已知的差速齿轮组件的缺点是将环齿轮附接到壳体构件是复杂的并且因此相对昂贵。
4.本发明的一个目的是提供一种能够更容易制造的差速齿轮组件，以及一种更容易制造差速环齿轮组件的方法。


技术实现要素：

5.根据第一方面，本公开提供了一种差速齿轮组件，所述差速齿轮组件包括：壳体，其包括第一壳体板(housing plate)和第二壳体板；第一对齿轮，其中的每个齿轮围绕第一旋转轴线可旋转地安装并位于所述壳体内；第二对齿轮，其中的每个齿轮围绕第二旋转轴线可旋转地安装并位于所述壳体内，同时与所述第一对齿轮的齿轮啮合，其中，所述第二旋转轴线正交于所述第一旋转轴线；其中，所述第一壳体板和所述第二壳体板具有基本相同的形状和尺寸，每个所述壳体板包括具有基本相同外直径的外法兰；所述差速齿轮组件还包括被固定到所述壳体的外螺旋环齿轮，其中，所述外螺旋环齿轮包括用于安装到所述第一和/或第二壳体板的外法兰的内法兰，其中，所述内法兰的内直径小于所述壳体板的外直径。
6.由于所述壳体板的形状基本相同，所以简化了所述齿轮组件的壳体的制造。所述螺旋环齿轮与所述壳体板分开形成，因此能够容易地机加工到高精度的制造公差范围内，同时所述壳体板可以由与所述环齿轮不同的材料制成和/或可以制造成不太高的制造公差。与所述壳体板分开制造的所述环齿轮还允许所述环齿轮和壳体板由不容易彼此焊接的不同材料制成。例如，所述壳体板可包括铸造金属合金、陶瓷材料或甚至碳纤维材料或由其制成，而所述螺旋环齿轮可包括例如在din en 10083-2:2006的表3中定义的钢合金或由其制成。通过将一个或两个所述壳体板例如使用螺栓夹紧在所述螺旋环齿轮的法兰上，所述
螺旋环齿轮的旋转轴线自动对准以平行于所述壳体的旋转轴线，以这种方式进一步促进所述差速齿轮组件的组装。
7.本发明允许所述环齿轮的齿能够完全独立于所述第一或第二壳体板而经受热处理和/或涂有硬化层。
8.如果所述螺旋环齿轮的内法兰被保持在所述第一壳体板与所述第二壳体板之间，则所述环齿轮可以相对于所述壳体固定而无需焊接等。
9.另一个优点是具有不同外直径的螺旋环齿轮能够与相同的壳体板一起使用，只要这些螺旋环齿轮的内法兰能够被附接到所述壳体上。以此方式，可以使用相同的壳体板构造包括具有不同外直径的螺旋环齿轮的差速齿轮组件。
10.此外，由于所述板是这种类似的结构，得到的壳体可具有基本对称的重量分布，并且，包括外螺旋环齿轮的整个组件的质心可与所述第一和第二旋转轴线的交叉点基本重合。优选地，每个壳体板在平行于并穿过第一旋转轴线的平面中基本上是镜像对称的。更优选地，所述第一壳体板和所述第二壳体板是可互换的，即所述第一壳体板可以代替所述差速齿轮组件中的所述第二壳体板，反之亦然。
11.在一个示例中，所述第二对齿轮的齿轮可旋转地安装在齿轮轴上，其中，所述齿轮轴包括具有非圆形横截面的轴部，并且其中，所述第一和/或第二壳体板包括接收部，用于以使得所述齿轮轴相对于所述壳体的旋转基本上被阻止的方式具有一些游隙地接收所述轴部。因此，所述齿轮轴相对于所述壳体的旋转借助于所述轴的轴部与所述壳体板的相应接收部的配合形状而基本上被阻止。因此，当所述壳体板被朝向彼此夹紧时，基本上没有夹紧力施加在所述齿轮轴上，因此所述齿轮轴不会阻挡所述壳体板的正确对准。所述齿轮轴可以例如布置在所述壳体中，使得所述齿轮轴在正交于所述第二旋转轴线的平面中的小的(例如小于1mm)平移运动仍然是可能的。
12.优选地，所述齿轮轴完全布置在所述壳体的内部处于所述第一和第二壳体板的面对侧之间，例如，以便所述轴的任何部分都不延伸穿过所述壳体板的外表面。由于所述齿轮轴相对于所述壳体的旋转被基本上阻止，因此不需要从所述壳体的外部接近所述齿轮轴。特别地，不必在所述壳体中设置从所述壳体的外部到所述轴的贯通开口以允许锁定销或类似物附接到轴上来防止所述轴旋转。此外，当所述轴被完全容纳在所述壳体中时，所述螺旋齿轮的内法兰能延伸到靠近所述轴的位置，允许所述差速齿轮组件的结构更紧凑。
13.在一个示例中，所述第二旋转轴线与所述螺旋环齿轮的外齿轮啮合部相交。施加在所述螺旋环齿轮上的力因此能在与所述第二对齿轮的旋转轴线布置在其中的基本相同的平面中从所述环齿轮传递，使得在所述平面外部的所述壳体上的力矩减小。优选地，通过所述第二旋转轴线并正交于所述第一旋转轴线的平面将所述螺旋齿轮的齿轮啮合部分成沿第一旋转轴线具有基本相等高度的两个啮合部。
14.在替代示例中，所述齿轮啮合部被完全布置在通过所述第二旋转轴线并正交于所述第一旋转轴线的平面的一侧上。在这种情况下，一个壳体板的一部分可例如被夹紧在所述环齿轮与另一所述壳体板的一部分之间。
15.在一个示例中，所述内法兰可设置有开口，并且每个所述外法兰可设置有用于将所述壳体板连接在一起的螺栓的多个贯通开口，其中所述壳体板的贯通开口与所述螺旋环齿轮的法兰中的开口对准。螺栓连接提供了一种简单的方法将所述内法兰夹紧在所述壳体
板之间。
16.在一个示例中，每个所述壳体板的外法兰设置有圆周脊，所述圆周脊具有用于将所述螺旋环的内法兰与所述壳体板对准的圆周侧表面。当所述组件处于组装状态时，所述第一和第二安装板的圆周脊保持间隔开。在组装期间，所述脊有助于围绕所述第一旋转轴线相对于所述内法兰径向对准所述一个或两个壳体板。
17.在一个示例中，所述第一和第二壳体板的面对侧通过所述螺旋环齿轮的内法兰彼此隔开一距离。所述板之间的距离因此由所述内法兰的厚度确定，确保所述螺旋环齿轮的内法兰能被紧紧地夹紧在所述壳体板之间。
18.在一个实施例中，每个所述壳体板限定了用于轴的通道的第一贯通开口，所述轴用于旋转固定地连接到所述第一对齿轮中的一个齿轮，以及并且限定相对的第二贯通开口，所述第一开口包括具有第一直径的周向边缘，所述第二开口包括具有第二直径的周向边缘，所述第二直径大于所述第一直径，其中所述壳体在组装时包括面向外的侧和相反的面向内的侧，所述面向内的侧面向所述第一和第二对齿轮，其中，除了所述第二贯通开口之外，没有其他贯通开口具有允许所述第一齿轮和第二齿轮从所述面向外的侧到面向内的侧通过的尺寸。
19.因此，所述壳体在组装时结构上能够是坚固的，除了所述第一贯通开口和第二贯通开口外，所述壳体板没有从外部到内部的大开口。在所述壳体板中可设置相对较小的贯通开口，即具有小于所述第一和第二齿轮的最大尺寸的开口表面，例如，以允许诸如油之类的润滑剂在所述壳体的内部和所述壳体的外部之间通过。但是，除了在所述开口处，所述内表面优选没有从所述面向内的侧延伸到所述面向外的侧的贯通孔。这里贯通孔是指从所述面向内的侧到所述面向外的侧延伸穿过所述壳体板的厚度并具有周向边缘的孔。
20.在一个示例中，所述第一和第二壳体板和所述螺旋环齿轮的内法兰一起基本上密封所述壳体的内部，但除了在贯通开口处。例如，当所述内法兰具有圆周内壁时，该壁与所述壳体板的外法兰可以密封地抵接。
21.在一个示例中，所述外螺旋环齿轮包括具有齿的外齿轮啮合部，优选地，其中所述齿具有从所述第一旋转轴线径向向外指向的梢端。
22.在一个示例中，所述壳体板由第一材料铸造，并且所述螺旋环齿轮的内法兰和/或齿包括比所述第一材料更硬的第二材料。所述壳体板因此能够使用铸造或冲压成型，其中可选地，所述壳体板的外法兰的表面被机加工成光滑平坦的。以这种方式，所述外法兰可以平滑地抵接所述螺旋环齿轮的内法兰。优选地，所述螺旋环齿轮的内法兰和/或齿由整体材料块(例如金属合金)经机加工而成。所述壳体板的硬度以及所述螺旋环齿轮的内法兰和齿的硬度可以例如根据iso 6507-1：2018中描述的维氏硬度测试(vickers hardness test)来确定。
23.在一个示例中，所述螺旋环齿轮的内法兰被夹紧在所述壳体板的外法兰之间。优选地，所述外法兰的外直径大于所述第二对齿轮可旋转地安装在其上的齿轮轴的长度。
24.在一个实施例中，每个所述壳体板在其内侧包括靠近其用于轮轴的贯通开口的圆筒形部分，并且从所述圆筒形部分朝向其外法兰加宽，其中，所述第一对齿轮的齿轮具有大于所述圆形部分的内直径的最大外直径。因此，当所述环齿轮的内法兰被夹紧在所述壳体板之间时，所述第一对齿轮的齿轮不能移出所述壳体。优选地，每个壳体板的圆筒形部分经
由基本上平行于外法兰延伸的环形表面过渡到球形部，其中，所述球形部融合入到所述外法兰中。以这种方式可以构建特别紧凑的壳体。
25.在一个示例中，所述螺旋环齿轮是单体式螺旋环齿轮(unitary helical ring gear)，优选地由单块材料经机加工而成。这种单体齿轮可以不采用焊接等制造，而焊接等改变了所述齿轮的强度特性，尽管在一些情况下，所述螺旋齿轮可以焊接到所述壳体上。
26.根据第二方面，本公开提供一种用于组装差速齿轮组件的方法，包括：-提供具有基本相同形状和尺寸的第一壳体板和第二壳体板，每个所述壳体板包括具有基本相同的外直径的外法兰；-提供包括内法兰的螺旋齿轮，所述内法兰的直径小于所述壳体板的外法兰的外直径；-将第一对齿轮和第二对齿轮布置在所述第一和/或第二壳体板中，使得所述第一对齿轮的每个齿轮与所述第二对齿轮的每个齿轮啮合；-将第一和第二壳体板的外法兰相对于所述螺旋环齿轮的内法兰固定以形成所述差速齿轮组件的壳体。优选地，执行该方法以制造根据本发明的第一方面的差速器壳体。
27.当所述内法兰被夹紧在所述壳体板的外法兰之间时，通常所述第一对齿轮中的第一齿轮布置在第一壳体板中，然后第二齿轮布置成支撑在所述第一壳体板上，随后所述第一对齿轮中的第二齿轮被布置成与第二对齿轮啮合。在将所述齿轮布置在所述第一壳体板中之前、期间或之后，所述螺旋环齿轮能够布置成其内法兰抵靠所述第一壳体板的外法兰。最后，所述第二壳体板布置成其外法兰抵靠所述内法兰，并且例如使用螺栓和螺母将所述壳体板夹紧在一起。
28.如果将所述壳体板中的一个壳体板的外法兰夹紧在所述环齿轮的内法兰和另一壳体板的外法兰之间，则可以将所述齿轮布置在所述壳体中，然后所述螺旋环齿轮布置成其内法兰抵靠所述壳体板中的一个壳体板的外法兰，同时所述外法兰将所述内法兰与另一壳体板的外法兰隔开。然后可以例如使用螺栓或螺母将所述壳体板和环齿轮夹紧在一起。
29.在任一情况下，所述第二对齿轮的齿轮可旋转地安装在齿轮轴上，其中，所述齿轮轴包括具有非圆形横截面的轴部，其中，布置第二对齿轮的步骤包括以所述轴部具有一些游隙地容纳在所述第一和/或第二壳体板中的方式并且以基本上阻止所述齿轮轴相对于所述壳体旋转的方式布置所述齿轮轴。
附图说明
30.下面将参照附图更详细地讨论本发明，在附图中：
31.图1a示出了根据本公开的齿轮组件的等距视图；
32.图1b是沿图1a的ib一ib平面的横截面侧视图，显示所述螺旋齿轮被夹紧在形成所述组件的壳体的两个壳体板之间；
33.图1c显示图1b的部分ic的细节；
34.图1d示出了图1a-1c的齿轮轴的等距视图；
35.图2a和2b分别示出了图1a的齿轮组件的壳体板的内侧视图和外侧视图；
36.图3示出了图1a的齿轮组件的壳体板的横截面图；
37.图4a-4c示出了组装本公开的差速齿轮组件的步骤；
38.图5示出了根据本公开的齿轮组件的另一实施例。
具体实施方式
39.图1a和1b示出了根据本公开的差速齿轮组件1的等距视图及其横截面侧视图。组件1包括壳体100，壳体100具有两个壳体板110、120，壳体板110、120通过铸造形成并且形状基本相同，二者例如可以使用相同的模具形成。壳体板110、120设有贯通开口114、124，用于车辆的各个轮轴通过以连接到被布置在所述壳体中的齿轮11、12，使得轮轴能够旋转固定地(rotation fixedly，即不可旋转地)连接到这些齿轮11、12。齿轮11和12各自围绕第一旋转轴线a1相对于壳体100可旋转。
40.图1b示出齿轮11、12均设有用于在其中接收这种轮轴的开口，花键布置在开口的内圆周上以确保齿轮旋转固定地保持于其轮轴。齿轮11、12与被支撑在齿轮轴23上的齿轮21、22啮合，齿轮轴23布置在壳体100内。齿轮21、22各自可旋转地安装在齿轮轴23上，即，每个齿轮21、22能相对于轴23旋转，并且每个都能相对于壳体100围绕垂直于第一旋转轴线a1的第二旋转轴线a2旋转。
41.差速齿轮组件1还包括外螺旋环齿轮50，其包括具有齿51的外齿轮啮合部，齿51从第一旋转轴线a1径向向外指向。在延伸穿过第二旋转轴线a2并正交于第一旋转轴线a1的平面p的两侧上，齿轮包括啮合部50a、50b，啮合部50a、50b沿着第一旋转轴线具有基本相等的高度。差速齿轮组件1因此具有基本对称的结构和重量分布。
42.螺旋环齿轮50固定到壳体100并且夹紧在壳体板110、120之间。壳体板110、120可以例如使用穿过壳体板中的贯通开口116、126的螺栓夹紧在一起。为清楚起见，这种螺栓未在图1a和1b中示出，但通常使用的螺栓-螺母连接的示例在图1c中示出。
43.在图1c中，示出了图1b的部分ic的细节，可以更清楚地看到螺旋齿圈50的内法兰55被夹紧在壳体板110、120的外法兰115与125之间。为了将螺旋齿圈50夹紧在壳体板之间，提供了螺栓4和螺母5连接，螺栓4穿过壳体板110、120的外法兰115、125中和螺旋环齿轮的内法兰55中的对准的贯通开口，螺栓4的头部和螺母5在外法兰115、125和内法兰55上施加夹紧力。壳体板110、120和螺旋环齿轮的内法兰55成形为使得内法兰55与壳体板隔开距离h。这确保内法兰能够被足够紧地夹紧。
44.其上可旋转地安装有所述齿轮21、22的内齿轮轴23被容纳在壳体100的内侧上在第一和第二壳体板110、120的接收部113a、123a和113b、123b中。距离h还确定了接收部113a和123a和接收部113b之间的距离，从而确定所述轴23被保持在壳体中的紧的程度。齿轮轴23包括具有非圆形横截面的端部24，从而当端部24保持在接收部113、123a之间时，基本上防止齿轮轴相对于壳体的壳体板围绕轴线a2旋转。齿轮轴23的两端以一些游隙容纳在相应的接收部中，使得螺旋齿圈的内法兰55能够被紧紧地夹紧在壳体板的外法兰115和125之间，而夹紧力不施加在齿轮轴23上。
45.图1d示出了齿轮轴23细节的等距视图，齿轮轴23的端部24具有两个平的平坦表面24a、24b，用于防止轴在壳体中旋转。齿轮轴23因此能够完全放置在壳体内，并且不需要用于将轴相对于壳体固定的锁定销等。特别地，壳体板能够保持没有用于轴23通过或用于将轴23相对于壳体板锁定的锁定销等的通过的贯通开口。
46.图2a和2b示出了壳体板120的等距外视图和内视图，其中可以分别看到外表面121和内表面122。除了在开口124及其靠近法兰55的开口侧，内表面122是实心的，即没有使灰尘或污物可能通过壳体板120从壳体板120的外部进入其内部的贯通开口。因此，当组装差
速齿轮组件1时，壳体板120、形状基本相同的壳体板110、和被保持在它们之间的齿圈的圆周内法兰一起基本上密封壳体的内部，除了在开口114、124处之外。以这种方式基本上防止灰尘从壳体的外部进入其内部，并且基本上防止被设置在壳体中润滑齿轮的任意润滑剂(例如油)从壳体中泄漏出来。
47.图3示出了壳体板120的横截面侧视图，其更清楚地示出了法兰125设置有圆周脊127。该脊127的圆周外表面布置成用于抵接螺旋环齿轮的内法兰的圆周内表面，以便于将所述环齿轮与壳体板对准。返回参考图1c，当壳体板将所述环齿轮夹紧在其间时，壳体板的脊保持彼此竖直地间隔开。
48.图4a、4b和4c示出了可以如何组装本公开的差速齿轮组件。首先，如图4a所示，将齿轮12布置在第二安装板中，然后，其上可旋转地支撑齿轮21、22的轴23以使得齿轮12与齿轮21、22彼此啮合的方式布置在第一壳体板的接收部123a，123b中。接着，将齿轮11放置在齿轮21、22的顶部，使得齿轮11和齿轮21、22彼此啮合并且齿轮11的旋转轴线a1与齿轮12的旋转轴线基本上重合。图4b示出了接下来放置螺旋环齿轮50使得其内法兰55放置在壳体板120的外法兰125上。在所述放置期间，内法兰55的内圆周侧表面与脊127的圆周侧表面接触，使得螺旋环齿轮50的旋转轴线与第一旋转轴线a1对准。接下来，所述环齿轮围绕第一轴线相对于壳体板120旋转，直到内法兰55中的贯通开口56与壳体板120的外法兰中的贯通开口126对准。
49.在图4c中，第一壳体板被放置为其外法兰115在螺旋环齿轮的内法兰上。类似于第二壳体板120与环齿轮50对准的方式，第一壳体板通过第一壳体板的外法兰上的圆周脊相对于环齿轮50径向对准，之后第一壳体板相对于环齿轮50旋转，直到贯通开口116与内法兰55中的对应贯通开口56对准。作为最后一步(未示出)，通过将螺栓插入穿过开口116、56、126并拧紧螺母而将壳体板夹紧在一起，以将内法兰55夹紧在壳体板的外法兰之间。
50.图5示出了根据本发明的差速齿轮组件200的替代实施例的横截面细节。尽管在图5中为了清楚起见省略了齿轮和齿轮轴，但是应当理解组件200将具有类似于图1b中所示的齿轮和齿轮轴。组件200包括两个壳体板210、220，它们具有基本相同的形状并且彼此抵接。该组件还包括被安装于其中一个壳体板的外螺旋齿圈250，使得一个壳体板210的外法兰215保持在螺旋齿圈250的内法兰255与另一壳体板220的外法兰225之间。穿过内法兰255和外法兰215、225中的贯通开口延伸的螺栓204与螺母205一起确保壳体板和螺旋环齿轮夹紧在一起。
51.总之，本公开提供了一种差速齿轮组件，以及用于组装这种组件的方法。提供了一种差速齿轮组件和用于组装这种组件的方法。差速齿轮组件包括由基本上相同形状和尺寸的壳体板构成的壳体，每个壳体板具有相同直径的外法兰。该组件还包括被固定到壳体的外螺旋环齿轮，其中外螺旋环齿轮包括用于安装到第一和/或第二壳体板的外法兰的内法兰，其中内法兰的内直径小于壳体板的外直径。螺旋环齿轮的内法兰因此能够被保持，例如夹紧，在壳体板的外法兰之间。在替代实施例中，其中一个壳体板的外法兰被保持在环齿轮的内法兰与另一个壳体板的外法兰之间。壳体板和环齿轮优选地设置有用于将环齿轮与壳体板夹紧在一起的螺栓通过的贯通开口。但是，也可以设想将环齿轮焊接到壳体板中的一个或两个上。