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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um die Verbesserung eines Differenzialgetriebes, das insbesondere mit einem Differenzialgehäuse und einem Differenzialmechanismus, der in dem Differenzialgehäuse untergebracht ist und das Drehmoment des Differenzialgehäuses auf ein Paar voneinander unabhängiger Abtriebswellen verteilt, versehen ist.
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Erläuterung der relevanten Technik
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Herkömmlich ist ein Differenzialgetriebe bekannt, wie es sich z. B. in der
japanischen Patentveröffentlichung Nr. 5509910 findet, bei dem ein Differenzialgehäuse mit einem zylinderförmigen Antriebselement, das einen Aufnahmeteil, über den ein Drehmoment übertragen wird, besitzt und das mindestens an einer Seite in Achsenrichtung am Ende offen ist, und mit mindestens einem Abdeckungsteil, der das offene Ende des Antriebselements verschließt, versehen ist. Bei dem herkömmlichen Differenzialgetriebe werden der Innenmantel des angetriebenen Zahnrads, das den Aufnahmeteil bildet, und der Außenmantel des Differentialgehäuses durch Schweißen zu einer Einheit verbunden, wobei die zusammengefügten Flächen einen Stumpfstoß bilden.
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Nun entstehen aber, wenn wie bei dem oben genannten herkömmlichen Differenzialgetriebe der Aufnahmeteil und das Differenzialgehäuse mit einem Stumpfstoß verschweißt werden, in der Umgebung der verschweißten Teile leicht thermische Verzüge mit der sich daraus ergebenden Gefahr, dass sich die Montagegenauigkeit des Aufnahmeteils und des Differenzialgehäuses und darüber hinaus des gesamten Differenzialgetriebes verschlechtert. Außerdem gibt es vor allem dann, wenn wie bei dem herkömmlichen Differenzialgetriebe am Außenmantel eine Verzahnung als Aufnahmeteil ausgebildet wird, das Problem, dass sich der durch das Schweißen verursachte thermische Verzug leicht auch auf die Verzahnung auswirkt.
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Und die oben beschriebenen Probleme stellen sich auch, wenn das zylinderförmige Antriebselement und der Abdeckungsteil, der das offene Ende des ersteren verschließt, – beide zusammen bilden das Differenzialgehause – miteinander verschweißt werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Situation gemacht mit dem Ziel, ein Differenzialgetriebe, mit dem die oben aufgeführten Probleme gelöst werden können, zur Verfügung zu stellen.
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Um das genannte Ziel zu erreichen, ist ein Differenzialgetriebe der vorliegenden Erfindung mit einem Differenzialgehäuse und einem Differenzialmechanismus, der in dem genannten Differenzialgehäuse untergebracht ist und das Drehmoment des Differenzialgehäuses auf ein Paar voneinander unabhängiger Abtriebswellen verteilt, ausgestattet, wobei das genannte Differenzialgehäuse mit einem Antriebselement, das einen Aufnahmeteil, über den ein Drehmoment übertragen wird, besitzt und mindestens an einer Seite in Achsenrichtung am Ende offen ist, und mit mindestens einem Abdeckungsteil, der den offenen Teil am Ende der einen Seite in der genannten Achsenrichtung des genannten Antriebselements verschließt, versehen ist und das genannte Antriebselement Einpassausbohrungen, die an den Außenflächen des genannten Antriebselements geöffnet sind und in die die genannten Abdeckungsteile mit ihrem äußeren Umfangsteil eingefügt werden, und einen Trägerwandteil, der den Innenflächen der genannten Abdeckungsteile, wenn diese in die genannten Einpassausbohrungen eingefügt sind, gegenüberliegt, besitzt und die genannten Abdeckungsteile und der genannte Trägerwandteil an Positionen, die sich in Radialrichtung des genannten Antriebselements weiter innen als die Stellen befinden, an denen die genannten Abdeckungsteile in die Einpassausbohrungen Ih eingefügt sind, von der Außenseite der Abdeckungsteile aus durch Überlappstoß miteinander verschweißt werden. (Dies ist das erste Merkmal.)
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Weiter ist, um das oben genannte Ziel zu erreichen, ein Differenzialgetriebe der vorliegenden Erfindung, das das Drehmoment eines Antriebselements, das einen Trägerwandteil, der Ritzel tragende Ritzelträgerteile hält, besitzt und sich zusammen mit den Ritzelträgerteilen drehen kann, auf ein Paar voneinander unabhängiger Abtriebswellen verteilt,
mit einem Paar seitlicher Räder, die am äußeren Umfang eine Verzahnung besitzen, die in die genannten Ritzel greift, und jeweils mit einer Abtriebswelle des genannten Paars von Abtriebswellen verbunden sind, und mindestens mit einem Abdeckungsteil, der an das genannte Antriebselement geschweißt ist und die Außenseite mindestens eines der beiden seitlichen Räder abdeckt, ausgestattet, wobei das genannte Antriebselement Einpassausbohrungen, die an den Außenflächen des genannten Antriebselements geöffnet sind und in die die genannten Abdeckungsteile an Positionen in Nachbarschaft zu dem genannten Trägerwandteill eingefügt werden, besitzt und die genannten Abdeckungsteile und der genannte Trägerwandteil an Positionen, die sich in Radialrichtung des genannten Antriebselements weiter innen als die Stellen befinden, an denen die genannten Abdeckungsteile in die genannten Einpassausbohrungen eingefügt sind, von der Außenseite der Abdeckungsteile aus durch Überlappstoß miteinander verschweißt werden. (Dies ist das zweite Merkmal.)
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Weiter ist, um das oben genannte Ziel zu erreichen, ein Differenzialgetriebe der vorliegenden Erfindung, das das Drehmoment eines Antriebselements, das einen Trägerwandteill, der Umlaufräder tragende Umlaufradträgerteile hält, besitzt und sich zusammen mit diesen Umlaufradträgerteilen drehen kann, auf ein Paar voneinander unabhängiger Abtriebswellen verteilt, mit einem Paar Abtriebsräder, die am äußeren Umfang eine Verzahnung besitzen, die in die genannten Umlaufräder greift, und jeweils mit einer Abtriebswelle des genannten Paars von Abtriebswellen verbunden sind, und mindestens mit einem Abdeckungsteil, der an das genannte Antriebselement geschweißt ist und die Außenseite mindestens eines der beiden Abtriebsräder abdeckt, ausgestattet, wobei das genannte Antriebselement Einpassausbohrungen, die an den Außenflächen des genannten Antriebselements geöffnet sind und in die die genannten Abdeckungsteile an Positionen in Nachbarschaft zu dem genannten Trägerwandteill eingefügt werden, besitzt und die genannten Abdeckungsteile und der genannte Trägerwandteil an Positionen, die sich in Radialrichtung des genannten Antriebselements weiter innen als die Stellen befinden, an denen die genannten Abdeckungsteile in die genannten Einpassausbohrungen eingefügt sind, von der Außenseite der Abdeckungsteile aus durch Überlappstoß miteinander verschweißt werden und wobei
und Z1/Z2 > 2 erfüllt sind, wenn Z1 die Zähnezahl eines genannten Abtriebsrads, Z2 die Zähnezahl eines genannten Umlaufrads, d2 der Durchmesser eines genannten Umlaufradträgerteils und PCD der Teilkegelabstand ist. (Dies ist das dritte Merkmal.)
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Da das Antriebselement des Differenzialgehäuses sowohl mit dem genannten ersten als auch mit dem genannten zweiten als auch mit dem genannten dritten Merkmal mit Einpassausbohrungen, die an den Außenflächen des Antriebselements geöffnet sind und in die die Abdeckungsteile mit ihrem äußeren Umfangsteil eingefügt werden, ausgestattet ist und die in die Einpassausbohrungen eingefügten Abdeckungsteile und der Trägerwandteil des Antriebselements an Positionen, die sich in Radialrichtung des Antriebselements weiter innen als die Stellen befinden, an denen die Abdeckungsteile in die Einpassausbohrungen eingefügt sind, von der Außenseite der Abdeckungsteile aus durch Überlappstoß miteinander verschweißt werden, kann die Entstehung von thermischem Verzug besser als im Fall, wenn das Antriebselement und die Abdeckungsteile bloß durch Stumpfstoß verschweißt werden, unterdrückt und somit effektiv verhindert werden, dass sich die Montagegenauigkeit des Antriebselements und der Abdeckungsteile oder sogar des gesamten Differenzialgetriebes durch die Auswirkung des thermischen Verzugs verschlechtert. Da sich außerdem die durch Überlappstoß miteinander verschweißten Teile in Radialrichtung weiter innen befinden als die Stellen, an denen die Abdeckungsteile in die Einpassausbohrungen eingefügt werden, und so in Radialrichtung vom äußeren Umfang des Antriebselements entfernt sind, wird in Verbindung mit dem Effekt, dass der thermische Verzug unterdrückt wird, weil mit Überlappstoß geschweißt wird, die leichte Ausdehnung der Auswirkung des durch das Schweißen bedingten thermischen Verzugs auf die Verzahnung und somit die Abnahme der Effizienz der Übertragung z. B. auch dann verhindert, wenn am äußeren Umfang des Antriebselements eine Antriebsverzahnung angelegt wird.
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Ferner kann mit dem genannten dritten Merkmal das Differenzialgetriebe insgesamt ausreichend schmal in Achsenrichtung der Abtriebswellen gemacht und gleichzeitig eine mit konventionellen Differenzialgetrieben vergleichbare Festigkeit (z. B. Festigkeit gegenüber einer statischen Torsionslast) und ein vergleichbarer Maximalwert der Drehmomentübertragung sichergestellt werden, so dass das Differenzialgetriebe auch in ein Übertragungssystem, bei dem es viele Layout-Einschränkungen in der Umgebung des Differenzialgetriebes gibt, mit großer Freiheit und ohne Schwierigkeit eingebaut werden kann und das Differenzialgetriebe sehr vorteilhaft für eine kompaktere Gestaltung des Übertragungssystems ist.
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Ferner wird bei einem Differenzialgetriebe der vorliegenden Erfindung vorzugsweise in der Außenfläche der genannten Abdeckungsteile eine Vertiefung ausgebildet, die den überlappt zu schweißenden Teilen entspricht und von deren Boden aus das genannte Schweißen mit Überlappstoß erfolgt. (Dies ist das vierte Merkmal.)
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Da mit dem genannten vierten Merkmal in der Außenfläche der Abdeckungsteile eine Vertiefung ausgebildet wird, die den überlappt zu schweißenden Teilen entspricht und von deren Boden aus das Schweißen mit Überlappstoß erfolgt, kann die Schweißtiefe der durch Überlappstoß miteinander verschweißten Teile möglichst gering gehalten werden, während die für die Abdeckungsteile notwendige Wandstärke sichergestellt wird, und so die Entstehung von thermischem Verzug durch das Schweißen effektiver unterdrückt werden.
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Ferner werden bei einem Differenzialgetriebe der vorliegenden Erfindung an den einander gegenüberliegenden Flächen des genannten Trägerwandteils und der genannten Abdeckungsteile vorzugsweise als integrale Teile hervorstehende Teile, die aufeinander gerichtet sind und mit ihren Enden aneinander stoßen, ausgebildet und durch Überlappstoß wie genannt miteinander verschweißt. (Dies ist das fünfte Merkmal.)
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Da mit dem genannten fünften Merkmal an den einander gegenüberliegenden Flächen des Trägerwandteils und der Abdeckungsteile als integrale Teile hervorstehende Teile, die aufeinander gerichtet sind und mit ihren Enden aneinander stoßen, ausgebildet und durch Überlappstoß miteinander verschweißt werden, neigen Spannungen dazu, sich bei einer Lastübertragung zwischen einem Paar der hervorstehenden Teile auf die jeweilige Basis dieser beiden hervorstehenden Teile zu verteilen, wodurch Spannungskonzentrationen an den geschweißten Teil gemildert werden können und ein Beitrag zur Steigerung der Lebensdauer geleistet werden kann.
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Ferner erfüllt das Differenzialgetriebe der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Z1/Z2 ≧ 4. (Dies ist das sechste Merkmal.)
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Ferner erfüllt das Differenzialgetriebe der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Z1/Z2 ≧ 5,8. (Dies ist das siebte Merkmal.)
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Mit dem genannten sechsten und dem genannten siebten Merkmal kann das Differenzialgetriebe insgesamt ausreichend schmal in Achsenrichtung der Abtriebswellen gemacht und gleichzeitig eine mit konventionellen Differenzialgetrieben vergleichbare Festigkeit (z. B. Festigkeit gegenüber einer statischen Torsionslast) und ein vergleichbarer Maximalwert der Drehmomentübertragung sichergestellt werden.
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Die oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung dürften durch die ausführliche Erläuterung von geeigneten Ausführungsbeispielen klar werden, die im Folgenden anhand der beigefügten Figuren gegeben wird.
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Vereinfachte Erläuterung der Figuren
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1 ist ein Längsschnitt (Schnitt entlang der Linie 1-1 in 2) durch ein Differenzialgetriebe und seine Umgebung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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2 ist eine Seitenansicht, von einer Seite in Achsenrichtung gesehen und teilweise weggebrochen, (Schnitt entlang der Linie 2-2 in 1) eines Differenzialgetriebes nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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3 ist eine Seitenansicht, von der anderen Seite in Achsenrichtung gesehen, (Schnitt entlang der Linie 3-3 in 1) des wesentlichen Teils eines Differenzialgetriebes nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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4A ist eine Vergrößerung des Teils, auf den der Pfeil 4 in 1 zeigt, und 4B ist ein Schnitt entlang der Linie B-B in 4A,
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5 ist ein Teilschnitt entsprechend 4A und zeigt den Ritzelträgerteil eines Differenzialgetriebes nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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6 ist ein Längsschnitt (Darstellung entsprechend 1) durch ein Differenzialgetriebe und seine Umgebung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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7 ist die isometrische Darstellung eines zerlegten Differenzialgetriebes nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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8 ist ein Längsschnitt, der ein Beispiel für ein herkömmliches Differenzialgetriebe zeigt,
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9 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Veränderungsrate der Zahnradfestigkeit und dem Übersetzungsverhältnis bei einer Zähnezahl der Ritzel von 10 zeigt,
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10 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen den Veränderungsraten von Zahnradfestigkeit und Teilkegelabstand zeigt,
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11 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Veränderungsrate des Teilkegelabstands und dem Übersetzungsverhältnis, um die Zahnradfestigkeit bei einer Zähnezahl der Ritzel von 10 zu 100% aufrechtzuerhalten, zeigt,
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12 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis von Schaftdurchmesser zu Teilkegelabstand und dem Übersetzungsverhältnis bei einer Zähnezahl der Ritzel von 10 zeigt,
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13 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis von Schaftdurchmesser zu Teilkegelabstand und dem Übersetzungsverhältnis bei einer Zähnezahl der Ritzel von 6 zeigt,
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14 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis von Schaftdurchmesser zu Teilkegelabstand und dem Übersetzungsverhältnis bei einer Zähnezahl der Ritzel von 12 zeigt,
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15 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis von Schaftdurchmesser zu Teilkegelabstand und dem Übersetzungsverhältnis bei einer Zähnezahl der Ritzel von 20 zeigt.
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Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert unter Benutzung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, die in den beigefügten Figuren gezeigt werden.
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Zunächst wird mit den 1 bis 4B eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Ein Differenzialgetriebe D dient dazu, das von einem in einem Fahrzeug eingebauten (und in den Figuren nicht gezeigten) Motor gelieferte Antriebsdrehmoment auf ein Paar Abtriebswellen A, A' zu verteilen, die jeweils rechts und links mit einer Achse eines Achsenpaars in Reihe verbunden sind, und dadurch eine rechte und eine linke Achse so anzutreiben, dass an ihnen voneinander verschiedene Drehungen möglich sind, und wird von einem Getriebegehäuse 1 umschlossen und getragen, das z. B. neben dem Motor im vorderen Fahrzeugteil angeordnet ist.
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Das Differenzialgetriebe D ist ausgestattet mit einer Antriebsverzahnung Ig, auf die als letztes angetriebenes Zahnrad ein Drehmoment vom Motor übertragen wird, einem Differenzialgehäuse DC, das sich zusammen mit der Antriebsverzahnung Ig dreht, und einem Differenzialmechanismus DM, der im Differenzialgehäuse DC untergebracht ist und das Drehmoment, das über die Antriebsverzahnung Ig auf Differenzialgehäuse DC übertragen wird, auf ein Paar Abtriebswellen A, A' rechts und links verteilt.
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Der Differenzialmechanismus DM ist ausgestattet mit mehreren Ritzeln (Umlaufrädern) P, einem Ritzelschaft PS als Ritzelträgerteil (Umlaufradträgerteil), der die Ritzel P frei drehbar trägt, einem Antriebselement I in Form eines kurzen Zylinders, das den Ritzelschaft PS so hält, dass es sich zusammen mit diesem Ritzelschaft PS drehen kann, einem Paar Seitenräder (Abtriebsräder) S rechts und links davon, die jeweils von rechts und links in die Ritzel P greifen und jeweils rechts und links mit einer Abtriebswelle des Abtriebswellenpaars A, A' verbunden sind. Dabei ist in Achsenrichtung mindestens das eine Ende (im in der Figur gezeigten Beispiel sind es die beiden Enden) des Antriebselements I offen und ein Paar Abdeckungsteile C, C' rechts und links, die den jeweiligen offenen Teil verschließen und die Außenseiten der beiden Seitenräder S verdecken, ist mit dem Antriebselement I so verbunden, dass es sich zusammen mit diesem drehen kann. Damit besteht der Aufbau des Differenzialgehäuses DC aus dem Antriebselement I und den Abdeckungsteilen C, C'.
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Im Übrigen wird mit der vorliegenden Ausführungsform der Fall eines Differenzialgetriebes mit zwei Ritzeln P gezeigt, bei dem der als Ritzelträgerteil verwendete Ritzelschaft PS als geradeliniger Stab, der sich entlang eines Durchmessers des Antriebselements I erstreckt, ausgebildet ist und an jedem der beiden Enden ein Ritzel P trägt, es können aber auch drei oder mehr Ritzel angebracht werden. In diesem Fall wird der Ritzelschaft PS so gebildet, dass entsprechend zu den drei oder mehr Ritzeln P drei oder mehr radiale Abgezweigungen von der Rotationsachse L des Antriebselements I gebildet werden, so dass sich eine Form sich schneidender Stäbe (bei vier Ritzeln P z. B. ein Kreuz) ergibt, die an den Enden des Ritzelschafts Ps jeweils ein Ritzel P halten.
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Ferner können die Ritzel P direkt auf den Ritzelschaft PS gesteckt oder mit einem zwischen beiden eingefügten Lagermittel (nicht in den Figuren gezeigt) wie einer Lagerbuchse angebracht werden. Ferner kann der Ritzelschaft PS stabförmig mit einem auf der ganzen Länge gleichen Durchmesser oder stabförmig mit Abstufungen ausgebildet werden. Ferner können am Mantel des Ritzelschafts PS, wo die Ritzel P angefügt sind, konkave Teile gebildet und als Ölkanäle verwendet werden.
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Das Differenzialgehäuse DC wird mit Hilfe von Lagern 2 rechts und links frei drehbar vom Getriebegehäuse 1 gehalten. Ferner gibt es im Getriebegehäuse 1 Durchbohrungen 1a, in die jeweils eine der Abtriebswellen A, A' eingesetzt wird, wobei ein ringförmiges Dichtungselement 3, das zwischen dem inneren Umfang einer Durchbohrung und dem äußeren Umfang der jeweiligen Abtriebswelle A, A' angebracht wird, den Zwischenraum abdichtet. Ferner ist am Boden des Getriebegehäuses 1 eine Ölwanne (nicht in der Figur gezeigt) angebracht, die mit einer bestimmten Menge Schmieröl gefüllt wird; dadurch, dass das Schmieröl im Getriebegehäuse 1 durch die Rotation des Differenzialgehäuses DC und anderer rotierender Elemente im Umfeld des Differenzialgetriebes D herumgeschleudert wird, werden die gekoppelten mechanischen Teile, die sich inner- und außerhalb des Differenzialgehäuses DC befinden, geschmiert.
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Am äußeren Umfang des Antriebselements I ist eine Antriebsverzahnung Ig als letztes angetriebenes Zahnrad angebracht, in die ein Antriebsrad (nicht in der Figur gezeigt) greift, das von der Antriebskraft des Motors zur Rotation gebracht wird. Im Übrigen ist die Antriebsverzahnung Ig in der vorliegenden Ausführungsform direkt am Antriebselement I am äußeren Umfang in voller Breite (d. h. der vollen Breite in Achsenrichtung) ausgebildet, aber die Antriebsverzahnung Ig kann auch mit einer geringeren Breite als der des Antriebselements I gebildet werden.
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Die Ritzel P und die Seitenräder S in der vorliegenden Ausführungsform sind ferner als Kegelräder ausgebildet und werden jeweils in Gänze einschließlich der Verzahnung durch umformende Verarbeitung wie Schmieden usw. hergestellt. Deswegen kann die Verzahnung der Ritzel P und der Seitenräder S anders, als wenn sie spanend hergestellt wird, ohne durch die Bearbeitung bedingte Beschränkung mit einem beliebigen Übersetzungsverhältnis und hoher Präzision gebildet werden. Im Übrigen können anstelle der Kegelräder andere Räder verwendet werden, z. B. können die Seitenräder S mit einer Planarverzahnung versehen und die Ritzel P als Stirn- oder Schrägstirnräder ausgebildet werden.
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Ferner bestehen die Räder des genannten Seitenräderpaars S jeweils aus einem zylindrischen Wellenteil Sj, in den das innere Ende der jeweiligen Abtriebswelle A, A' mit einer Kerbverzahnung 4 eingepasst ist, einer ringförmigen Verzahnung Sg, die in die Ritzel P greift und sich an einer von diesem Wellenteil Sj nach außen in Radialrichtung des Antriebselements I entfernten Position befindet, und einem als flache ringförmige Platte ausgebildeten Mittelwandteil Sw, der orthogonal zur Achse L der Abtriebswellen A, A' ist und den Raum zwischen dem Wellenteil Sj und der Verzahnung Sg schließt und mit diesen eine Einheit bildet.
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Ferner wird der Mittelwandteil Sw eines Seitenrads S so gestaltet, dass seine Breite t1 in Radialrichtung größer ist als der größte Durchmesser d1 eines Ritzels P und seine größte Wandstärke t2 in Richtung der Abtriebswellen A, A' kleiner ist als der effektive Durchmesser d2 des Ritzelschafts PS ist (siehe 1). Der Durchmesser der Seitenräder S kann dadurch wie später beschrieben groß genug ausgelegt werden, um die Zähnezahl Z1 der Seitenräder S ausreichend größer als die Zähnezahl Z2 der Ritzel P zu machen, und die Seitenräder S können in der Achsenrichtung der Abtriebswellen A, A' ausreichend dünnwandig ausgebildet werden. Im Übrigen ist in der vorliegenden ausführlichen Beschreibung ”der effektive Durchmesser d2” der Außendurchmesser d2 des Schafts, der von dem Ritzel getrennt oder mit ihm zusammen in Einheit gebildet wird und als Ritzelträgerteil am Antriebselement I angebracht wird (d. h. des Ritzelschafts PS oder eines später erläuterten Trägerwellenteils PS').
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Ferner werden die Abdeckungsteile des Abdeckungsteilepaars C, C' getrennt vom Antriebselement I gebildet und dann wie später beschrieben mit dem Antriebselement I verschweißt. Die Abdeckungsteile C, C' sind jeweils mit einer zylinderförmigen Nabenbuchse Cb, die den Wellenteil Sj der Seitenräder S konzentrisch umgibt und frei drehbar trägt, und einem plattenförmigen Seitenwandteil Cs, dessen Außenseite eine ebene Fläche ist, die orthogonal zur Drehachse L des Antriebselement I ist, und der mit dem in Achsenrichtung inneren Ende der Nabenbuchse Cb zu einer Einheit verbunden ist, ausgestattet.
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Als Nächstes wird unter Bezug auf die 4A und 4B erläutert, wie die Montage des Ritzelschafts PS an dem Antriebselement I aufgebaut ist. Aus dem Antriebselement I ragt am inneren Umfang als integraler Teil über den ganzen Umfang ein ringförmiger Trägerwandteil Is zum Tragen des als Ritzelträgerteil dienenden Ritzelschafts PS, wobei die Breite dieses Trägerwandteils Is in Achsenrichtung der Abtriebswellen A, A' kleiner ist als die Gesamtbreite des Antriebselements I. Weiter ist bei dem Antriebselement I ein Paar Einpassausbohrungen Ih angelegt, die sich jeweils in Nachbarschaft zu einer der beiden Außenflächen des Trägerwandteils Is befinden, als kreisförmige Ausbohrungen ausgebildet sind und an der jeweiligen Außenfläche des Antriebselements I geöffnet sind; die Abdeckungsteile C, C' werden mit ihrem äußeren Umfangsteil in die beiden Einpassausbohrungen Ih eingefügt.
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Die beiden Enden des Ritzelschafts PS werden jeweils mittels eines Montagekörpers T mit dem Trägerwandteil Is des Antriebselements I verbunden und von diesem gehalten, wobei der Montagekörper T mit einer Aufnahmebohrung Th versehen ist, die ein Ende des Ritzelschafts PS mit seinem ganzen Umfang passend aufnehmen und halten kann (Siehe 1). Ferner sind an der inneren Mantelfläche des Trägerwandteils Is Montagenuten Ia mit einem Querschnitt in rechteckiger U-form angelegt, die eine Öffnung in der Seitenfläche des Trägerwandteils Is auf der Seite des einen Abdeckungsteils C haben und sich in Achsenrichtung der Abtriebswellen A, A' erstrecken; in die Montagenuten Ia wird von der oben genannten Öffnung aus ein quaderförmiger Montagekörper T geschoben.
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Die Befestigung der Montagekörper T am Antriebselement I erfolgt dadurch, dass der eine Abdeckungsteil C wie später beschrieben an den Trägerwandteil Is und die Montagekörper T geschweißt wird, während die Montagekörper T in die Montagenuten Ia des Trägerwandteils Is eingeschoben sind. Ferner wird zwischen einen Montagekörper T und das Ende eines Ritzels P auf der Seite mit dem großen Durchmesser eine Anlaufscheibe 25 gelegt.
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Mit dem oben aufgeführten Aufbau der Montage des Ritzelschafts PS am Antriebselement I ist es möglich, den Ritzelschaft PS einfach und stark mit Hilfe der blockförmigen Montagekörper T, die die Enden des Ritzelschafts PS mit dem ganzen Umfang passend aufnehmen und halten können, mit den Montagenuten Ia des Antriebselements I zu verbinden und dort zu befestigen, so dass der Ritzelschaft PS mit hoher Festigkeit mit dem Antriebselement I verbunden und von diesem gehalten werden kann, ohne dass für die Unterstützung des Ritzelschafts Durchbohrungen im Antriebselement I gebildet werden müssen und die Effizienz der Montagearbeit leidet. Außerdem ermöglicht die vorliegende Ausführungsform eine Vereinfachung des Aufbaus, da der Abdeckungsteil C die Außenseite des einen Seitenrads S abdeckt und gleichzeitig als Mittel zur Befestigung der Montagekörper T dient, indem er verhindert, dass diese herausfallen.
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Somit entsteht in dem Zustand, in dem die beiden Enden des Ritzelschafts PS mittels der Montagekörper T mit dem Antriebselement I verbunden sind und von diesem gehalten werden, zwischen dem äußeren Ende auf der Seite mit dem großen Durchmesser eines vom Ritzelschaft PS frei drehbar unterstützten Ritzels P und der inneren Mantelfläche des Antriebselements I ein Spalt 10 in radialer Richtung. Da sich in dem Spalt 10 leicht Schmieröl ansammeln kann, wirkt dies dahin, ein Festfressen des am Spalt 10 liegenden Endes des Ritzels P und der Umgebung zu verhindern.
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Im Übrigen ist der Seitenwandteil Cs des einen Abdeckungsteils C so aufgebaut, dass er in ersten bestimmten Bereichen, die Bereiche einschließen, die sich in der Seitenansicht von außen in Achsenrichtung der Abtriebswellen A, A' (d. h. wie in 2) gesehen mit den Ritzeln P überlappen, mit Ölrückhalteteilen 7, die die Rückseite des Seitenrads S verdecken, und in zweiten bestimmten Bereichen, die sich in der Seitenansicht nicht mit den Ritzeln P überlappen, mit Aussparungen 8, die die Rückseite des Seitenrads S zum Außenbereich des Differenzialgehäuses DC hin offen legen, und mit Verbindungsarmen 9, die von den Ölrückhalteteilen 7 in der Umfangsrichtung des Antriebselements I abgesetzt sind und sich in die Radialrichtung des Antriebselements I erstrecken und den Nabenbuchsenteil Cb mit dem Antriebselement I verbinden, ausgestattet ist. In anderen Worten ist die Form des Aufbaus so, dass dadurch, dass der im Wesentlichen scheibenförmige Seitenwandteil Cs des Abdeckungsteils C in Umfangsrichtung in Abständen mit mehreren der Aussparungen 8 in der Art von Nuten versehen wird, auf der einen Seite von jeder Aussparung 8 in Umfangsrichtung ein Ölrückhalteteil 7 und auf anderen Seite ein Verbindungsarm 9 ausgebildet ist.
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Mit dieser Form des Aufbaus des Seitenwandteils Cs des Abdeckungsteils C, insbesondere mit den Ölrückhalteteilen 7, kann das Schmieröl, das dazu tendiert, unter der Fliehkraft aufgrund der Rotation des Antriebselements I in Radialrichtung nach außen zu wandern, leichter dazu gebracht werden, sich in den von den Ölrückhalteteilen 7 und dem Antriebselement I begrenzten Räumen aufzuhalten und an den Ritzeln P und ihrem Umfeld zu bleiben. Da außerdem der Abdeckungsteil C mit den Aussparungen 8 ausgestattet ist, kann das Schmieröl durch die Aussparungen 8 in das Differenzialgehäuse DC hinein und aus dem Differenzialgehäuse DC heraus fließen, so dass das Schmieröl angemessen ausgetauscht/gekühlt und eine Verschlechterung des Öls wirksam verhindert werden kann. Da außerdem keine größere Menge Schmieröl in dem Differenzialgehäuse DC eingeschlossen werden muss und der Abdeckungsteil C selber um die Aussparungen 8 erleichtert ist, wird ein entsprechender Beitrag zur Gewichtsreduzierung des Differenzialgetriebes D geleistet.
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Im Übrigen sind die Aussparungen 8 in der vorliegenden Ausführungsform so nutenartig ausgebildet, dass das jeweilige Ende am Außenumfang des Seitenwandteils Cs offen ist, sie können aber auch als Durchbohrungen ausgebildet werden, bei denen das Ende am Außenumfang nicht offen ist.
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Ferner werden bei der vorliegenden Ausführungsform, wie aus 3 ersichtlich ist, bei dem anderen Abdeckungsteil C' genauso wie bei dem einen Abdeckungsteil C Aussparungen 8 im Seitenwandteil Cs ausgebildet. Im Übrigen sind für die Form der Aussparungen 8 (und so der Ölrückhalteteile 7 und der Verbindungsarme 9) in den Abdeckungsteilen C, C' verschiedene Varianten vorstellbar, sie ist nicht auf die der Ausführungsform in 2 und 3 beschränkt.
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Als Nächstes wird unter Bezug auf die 4A und 4B erläutert, wie die Befestigung der Abdeckungsteile C, C' an dem Antriebselement I aufgebaut ist.
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Die Einpassausbohrungen Ih werden in dem Antriebselement I ausgebildet, damit die Abdeckungsteile C, C' wie zuvor beschrieben so montiert werden können, dass sie neben den Außenflächen des Trägerwandteils Is anliegen (d. h. an zu dem Trägerwandteil Is benachbarten Positionen). Damit werden jeweils ein in die jeweilige Einpassausbohrung Ih eingefügter Seitenwandteil Cs (d. h. die Ölrückhalteteile 7 und die Verbindungsarme 9) der Abdeckungsteile C, C' und der Trägerwandteil Is des Antriebselements I an einer Position, die sich in Radialrichtung weiter innen als die Stelle befindet, an der der Abdeckungsteil C, C' in die Einpassausbohrung Ih eingefügt ist, von der Außenseite des Abdeckungsteils C, C' aus durch Überlappstoß miteinander verschweißt (w).
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In der Außenfläche der Abdeckungsteile C, C' ist eine Schweißvertiefung 20 ausgebildet, die den überlappt zu schweißenden (w) Teilen entspricht und von deren Boden aus das Schweißen w mit Überlappstoß erfolgt. Dabei sind die Vertiefungen 20 als kreisbogenförmige Nuten ausgebildet, die sich mit dem Mittelpunkt auf der Rotationsachsenlinie L des Antriebselements 1 in Umfangsrichtung erstrecken; der Trägerwandteil Is und die Abdeckungsteile C, C' (d. h. die Ölrückhalteteile 7 und die Verbindungsarme 9) werden in Kreisbogenform entlang der Vertiefung 20 mit Laserenergie durch Überlappstoß miteinander verschweißt (w), indem ein Laserschweißbrenner G, der außen an der Vertiefung 20 angeordnet wird, den Boden der Vertiefung 20 mit Laser bestrahlt, während das Antriebselement I langsam um seine Rotationsachsenlinie L gedreht wird. Da in dieser Situation die Ölrückhalteteile 7 insbesondere des einen Abdeckungsteils C jeweils dem Trägerwandteil Is an zwei Seiten gegenüberliegen, erfolgt die Verschweißung (w) durch Überlappstoß so, dass ein Ölrückhalteteil 7 den Montagekörper T und den Trägerwandteil Is an zwei Seiten überspannt.
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Im Übrigen wenn an den Außenseiten der beiden Abdeckungsteile C, C' jeweils ein Laserschweißbrenner G eines Laserschweißbrennerpaars aufgestellt und das Antriebselement I zum Rotieren gebracht wird, können der Trägerwandteil Is des Antriebselements I und die beiden Abdeckungsteile C, C' gleichzeitig durch Überlappstoß miteinander verschweißt (w) werden, so dass die Effizienz der Schweißarbeit erhöht werden kann.
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Ferner wird jeweils an einer Außenfläche des Trägerwandteils Is und der gegenüberliegenden Innenfläche eines Seitenwandteils Cs (d. h. der Ölrückhalteteile 7 und der Verbindungsarme 9) der Abdeckungsteile C, C' als integraler Teil ein hervorstehender Teil 21 bzw. 22 ausgebildet; diese Teile sind aufeinander gerichtet und stoßen mit ihren Enden aneinander. Die hervorstehenden Teile 21, 22 befinden sich an entsprechenden Positionen zu der genannten jeweiligen Vertiefung 20, haben ungefähr die Kreisbogenform einer Vertiefung 20 und werden durch Überlappstoß miteinander verschweißt (w). In dieser Situation sind die hervorstehenden Teile 21, die an der Außenfläche des Trägerwandteils Is, die den Ölrückhalteteilen 7 insbesondere des einen Abdeckungsteils C gegenüberliegt, ausgebildet sind, so geformt, dass sie mit den hervorstehenden Teilen 21', die an der Außenfläche der Montagekörper T, die den Ölrückhalteteilen 7 gegenüberliegt, ausgebildet sind, jeweils einen kontinuierlichen Kreisbogen bilden; die Verschweißung (w) durch Überlappstoß erfolgt so, dass der hervorstehende Teil 22 eines Ölrückhalteteils 7 des einen Abdeckungsteils C beide hervorstehenden Teile 21, 21' überspannt.
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Wenn somit der Trägerwandteil Is des Antriebselements I und die beiden Abdeckungsteile C, C' dadurch verbunden sind, dass die hervorstehenden Teile 21, 21' und 22 auf diese Weise durch Überlappstoß miteinander verschweißt (w) sind, neigen Spannungen dazu, sich auf die jeweilige Basis der hervorstehenden Teile 21, 21' und 22 zu verteilen, wenn durch plötzliche Drehungen des Antriebselements I, relative Drehungen zwischen den Abdeckungsteilen C, C' und den Seitenrädern S usw. verursacht eine Lastübertragung zwischen den hervorstehenden Teilen 21, 21' und 22 stattfindet. Dadurch ist es möglich, Spannungskonzentrationen an den durch Überlappstoß miteinander verschweißten Stellen zu mildern und die Lebensdauer der Schweißstellen zu erhöhen.
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Als Nächstes wird die Wirkung der ersten Ausführungsform erläutert. Wenn auf das Antriebselement I des Differenzialgetriebes D der vorliegenden Ausführungsform ein Drehmoment vom Motor übertragen wird, werden, falls sich die Ritzel P dann nicht um den Ritzelschaft PS drehen, sondern mit dem Antriebselement I um die Achsenlinie L des Antriebselements I umlaufen, das linke und das rechte Seitenrad S mit der gleichen Drehzahl bewegt und die linke und die rechte Abtriebswelle A, A' mit der gleichen Antriebskraft versorgt. Wenn es dann bei der Fahrt durch einen Schwenk usw. des Fahrzeugs zu einer Differenz zwischen den Drehzahlen der linken und der rechten Abtriebswelle A, A' kommt, drehen sich die Ritzel P, während sie umlaufen, auch um die eigene Achse, wodurch bei der Übertragung des Drehmoments von den Ritzeln P auf das linke und das rechte Seitenrad S ein Drehzahlunterschied zugelassen wird. Das Obige ist gleich wie bei den bekannten herkömmlichen Differenzialgetrieben.
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Dabei wird das Schmieröl, wenn die Antriebskraft des Motors während der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs mittels des Differenzialgetriebes D auf die rechte und linke Abtriebswelle A, A' übertragen wird, durch die Rotation des Differenzialgehäuses DC in normaler Richtung (der Richtung des fetten Pfeils in den 2 und 3) überall im Getriebegehäuse 1 kräftig herumgeschleudert und ein Teil dieses herumgeschleuderten Schmieröls bewegt sich von den Aussparungen 8 ins Innere der Abdeckungsteile C, C', so dass die Teile der Ritzel P, in die die Seitenräder S greifen, und die gleitenden Teile der Ritzel P effektiv geschmiert werden können.
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Im Übrigen werden bei der vorliegenden Ausführungsform im Antriebselement I, das als integralen Teil am inneren Umfang einen Trägerwandteil Is zum Halten des Ritzelschafts PS besitzt, Einpassausbohrungen Ih gebildet, in die die Abdeckungsteile C, C' so eingefügt werden, dass sie an den benachbarten Außenflächen des Trägerwandteils Is anliegen, und an Positionen, die sich in Radialrichtung weiter innen als die Stellen befinden, an denen die Abdeckungsteile C, C' in die Einpassausbohrungen Ih eingefügt sind, werden die Seitenwandteile Cs (d. h. die Ölrückhalteteile 7 und die Verbindungsarme 9) der Abdeckungsteile C, C', die in die Einpassausbohrungen Ih eingefügt sind, und der Trägerwandteil Is von den Außenseiten der Abdeckungsteile C, C' aus durch Überlappstoß miteinander verschweißt (w). Dadurch kann die Entstehung von thermischem Verzug besser als im Fall, wenn das Antriebselement I und die Abdeckungsteile C, C' bloß durch Stumpfstoß verschweißt werden, unterdrückt und somit effektiv verhindert werden, dass sich die Montagegenauigkeit des Antriebselements I und der Abdeckungsteile C, C' oder sogar des gesamten Differenzialgetriebes D durch die Auswirkung des thermischen Verzugs verschlechtert.
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Da sich außerdem die durch Überlappstoß miteinander verschweißten (w) Teile in Radialrichtung weiter innen befinden als die Stellen, an denen die Abdeckungsteile C, C' in die Einpassausbohrungen Ih eingefügt werden, und so in Radialrichtung von der Antriebsverzahnung Ig am äußeren Umfang des Antriebselements I entfernt sind, kann in Verbindung mit dem Effekt, dass der thermische Verzug unterdrückt wird, weil mit Überlappstoß geschweißt (w) wird, die leichte Ausdehnung der Auswirkung des durch das Schweißen bedingten thermischen Verzugs auf die Antriebsverzahnung Ig und somit effektiv die Abnahme der Effizienz der Übertragung durch das Differenzialgetriebe D aufgrund des thermischen Verzugs verhindert werden.
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Außerdem ist in der Außenfläche der Abdeckungsteile C, C' eine Schweißvertiefung 20 ausgebildet, die den überlappt zu verschweißenden (w) Teilen entspricht und von deren Boden aus das Schweißen w mit Überlappstoß mit Hilfe eines an der Außenseite der jeweiligen Vertiefung 20 angeordneten Laser-Brenners G erfolgt. Dadurch kann die Schweißtiefe der durch Überlappstoß miteinander verschweißten Teile möglichst gering gehalten werden, während die für die Abdeckungsteile C, C' notwendige Wandstärke sichergestellt wird, und so die Entstehung von thermischem Verzug durch das Schweißen effektiver unterdrückt werden.
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Weiter sind bei dem Differenzialgetriebe D der vorliegenden Ausführungsform die Seitenräder S jeweils mit einem Wellenteil Sj, der mit einer Abtriebswelle A, A' verbunden wird, und einem Mittelwandteil Sw, der in Form einer flachen Ringplatte ausgebildet ist, orthogonal zur Achsenlinie L der Abtriebswellen A, A' ist und den Wellenteil Sj und die Verzahnung Sg, die von dem Wellenteil Sj nach außen in der Radialrichtung des Antriebselements I entfernt ist, zu einer Einheit verbindet, ausgestattet, wobei der Mittelwandteil Sw so ausgelegt ist, dass seine Breite t1 in Radialrichtung größer als der größte Durchmesser d1 eines Ritzels P ist. Da deswegen der Durchmesser der Seitenräder S relativ zu den Ritzeln groß genug gewählt werden kann, um die Zähnezahl Z1 eines Seitenrads S ausreichend größer als die Zähnezahl Z2 eines Ritzels P zu machen, kann die Belastung des Ritzelschafts PS bei der Drehmomentübertragung von einem Ritzel P auf die Seitenräder S reduziert und so der effektive Durchmesser d2 des Ritzelschafts PS und folglich die Breite der Ritzel P in Achsenrichtung der Abtriebswellen A, A' verkleinert werden.
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Da ferner die auf die Seitenräder S wirkende Gegenkraft sinkt, wenn die Belastung des Ritzelschafts P wie oben aufgeführt reduziert wird, und außerdem der Mittelwandteil Sw oder der Rücken der Verzahnung Sg auf der Abdeckungsseite an dem Wandteil Cs gestützt wird, kann auch dann, wenn der Mittelwandteil Sw der Seitenräder S dünnwandig ausgebildet wird, auf einfache Weise sichergestellt werden, dass die Festigkeit der Seitenräder S die erforderliche Stärke besitzt, d. h. der Mittelwandteil Sw der Seitenräder S kann ausreichend dünnwandig ausgebildet werden, während die Festigkeit, mit der das Seitenrad S gestützt wird, sichergestellt wird. Da ferner bei der vorliegenden Ausführungsform die maximale Wandstärke t2 des Mittelwandteils Sw der Seitenräder S noch kleiner als der effektive Durchmesser d2 des Ritzelschafts PS, dessen Durchmesser wie oben ausgeführt verkleinert werden kann, gebildet wird, kann eine weitere Reduzierung der Wandstärke des Mittelwandteils Sw der Seitenräder erreicht werden. Da außerdem der Abdeckungsseitenwandteil Cs so in Plattenform ausgebildet ist, dass seine Außenseite als ebene Fläche orthogonal zur Achsenlinie L der Abtriebswellen A, A' ist, kann auch eine Verdünnung des Abdeckungsseitenwandteils Cs selber erreicht werden.
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Daraus ergibt sich, dass das Differenzialgetriebe D insgesamt in Achsenrichtung der Abtriebswellen A, A' ausreichend schmal gemacht werden kann, während eine mit konventionellen Differenzialgetrieben vergleichbare Festigkeit (z. B. Festigkeit gegenüber einer statischen Torsionslast) und ein vergleichbarer Maximalwert der Drehmomentübertragung sichergestellt wird. Dadurch kann das Differenzialgetriebe D auch in ein Übertragungssystem, bei dem es viele Layout-Einschränkungen im Umfeld des Differenzialgetriebes D gibt, mit großer Freiheit und ohne Schwierigkeit eingebaut werden und dadurch ist das Differenzialgetriebe D sehr vorteilhaft für die kompaktere Gestaltung eines Übertragungssystems.
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Im Übrigen wurde in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform eine Variante gezeigt, bei der als Ritzelträgerteil (Umlaufradträgerteil) ein langer Ritzelschaft PS verwendet wird, aber in der in 5 gezeigten zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Ritzelträgerteil (Umlaufradtragerteil) mit einem Trägerwellenteil PS', der mit dem Ende des Ritzels P auf der Seite des großen Durchmessers koaxial zu einer Einheit verbunden ist, aufgebaut. Mit diesem Aufbau braucht in einem Ritzel P keine Durchbohrung zur Einfügung des Ritzelschafts PS gebildet zu werden, so dass ein Ritzel P einen kleineren Durchmesser erhalten (Reduzierung der Breite in Achsenrichtung) und das Differenzialgetriebe D in Achsenrichtung der Abtriebswellen A, A' flacher gestaltet werden kann. D. h. für einen Ritzelschaft PS, der durch ein Ritzel P läuft, muss in einem Ritzel P eine Durchbohrung mit einer dem Durchmesser des Ritzelschafts entsprechenden Größe gebildet werden, aber mit einem Trägerwellenteil PS' als integralem Bestandteil am Ende eines Ritzels P kann der Durchmesser eines Ritzels P unabhängig vom Durchmesser des Trägerwellenteils PS verkleinert (Reduzierung der Breite in Achsenrichtung) werden.
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Außerdem wird bei der vorliegenden zweiten Ausführungsform zwischen der äußeren Mantelfläche des Trägerwellenteils PS' und der inneren Mantelfläche der Haltebohrung Th des Montagekörpers T, in die dieser eingesetzt wird, eine Lagerbuchse 12 als Lager, das die relative Drehung zwischen ihnen zulässt, eingefügt. Im Übrigen kann für das genannte Lager auch ein Nadellager usw. benutzt werden. Ferner kann das Lager weggelassen werden und der Trägerwellenteil PS' direkt in die Haltebohrung Th des Montagekörpers T eingefügt werden.
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Als Nächstes wird mit den 6 und 7 eine dritte Ausführungsform der vorlegenden Erfindung erläutert. Bei der dritten Ausführungsform haben das Differenzialgehäuse DCX und der im Differenzialgehäuse DCX untergebrachte Differenzialmechanismus DMX einen anderen konkreten Aufbau und eine andere Funktion als das Differenzialgehäuse DC und der Differenzialmechanismus DM der ersten und zweiten Ausführungsform.
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Hier ist das Differenzialgetriebe D ausgestattet mit einem Antriebselement IX (einem ersten Rotationselement) in Form eines kurzen Zylinders, in das am äußeren Umfang ein angetriebenes Riemenrad Ip als Aufnahmeteil integriert ist, einem Differenzialmechanismus DMX, der ein Drehmoment, das vom Motor über das angetriebene Riemenrad Ip auf das Antriebselement IX übertragen wird, auf ein Paar Abtriebswellen A, A' rechts und links verteilt, und einem Paar scheibenförmiger Abdeckungsteile C, C' rechts und links, die mit dem Antriebselement IX verbunden sind und die beiden offenen Enden in Achsenrichtung des Antriebselements IX verschließen. Das Differenzialgehäuse DCX, in dem der Differenzialmechanismus DMX untergebracht ist, setzt sich somit aus dem Antriebselement IX und den Abdeckungsteilen C, C' zusammen. Die Montage des Differenzialgehäuses DCX im Getriebegehäuse 1 ist gleich aufgebaut wie bei der ersten Ausführungsform. Im Übrigen kann anstelle des angetriebenen Riemenrads Ip als Aufnahmeteil eine Antriebsverzahnung Ig wie bei der ersten Ausführungsform am äußeren Umfang des Antriebselements IX angebracht werden.
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Weiter ist die Verbindung der Abdeckungsteile C, C' mit dem Antriebselement IX im Prinzip gleich aufgebaut wie die Verbindung der Abdeckungsteile C, C' mit dem Antriebselement I der ersten und der zweiten Ausführungsform, d. h. die Abdeckungsteile C, C' und der Trägerwandteil Is des Antriebselements I werden an Positionen, die sich in Radialrichtung weiter innen als die Stellen befinden, an denen die Abdeckungsteile C, C' in die Einpassausbohrungen Ih eingefügt sind, von der Außenseite der Abdeckungsteile C, C' aus durch Überlappstoß miteinander verschweißt (w). Deshalb werden, was den konkreten Aufbau der Verbindung der Abdeckungsteile C, C' mit dem Antriebselement IX angeht, lediglich die gleichen Zeichen für den Bezug auf die einzelnen Komponenten wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform verwendet; auf die Erläuterung des Aufbaus wird verzichtet. Im Übrigen sind bei der vorliegenden Ausführungsform am inneren Umfang des Antriebselements IX rechts und links in einem bestimmten Abstand voneinander Trägerwandteile eines Trägerwandteilepaars Is, Is über den gesamten Umfang hervorstehend angebracht und an den Außenflächen dieser Trägerwandteile Is, Is liegen jeweils die Innenflächen der Abdeckungsteile C, C' an.
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Weiter ist der Differenzialmechanismus DMX ausgestattet mit einem Exzenterschaft 105, der einen Hauptwellenteil 105a auf einer ersten Rotationsachsenlinie X1, einen ersten exzentrisch angeordneten Wellenteil 105b auf einer zweiten Rotationsachsenlinie X2, die exzentrisch zur ersten Rotationsachsenlinie X1 ist, und einen zweiten exzentrisch angeordneten Wellenteil 105c auf einer dritten Rotationsachsenlinie X3, die exzentrisch zur ersten Rotationsachsenlinie X1 ist und sich dabei auf der Gegenseite der zweiten Rotationsachsenlinie X2 befindet, besitzt und bewirkt, dass der erste und der zweite exzentrisch angeordnete Wellenteil 105b und 105c um die erste Rotationsachsenlinie X1 mit einer Phasenverschiebung von 180° umlaufen, mit einem zweiten Rotationselement 106, das einen kleineren Durchmesser als das Antriebselement I und eine äußere Verzahnung 106a, die in eine innere Verzahnung Ib greift, die ganz innen am inneren Umfangs von einem der Trägerwandteile Is des Antriebselements IX ausgebildet ist, besitzt und um die erste Rotationsachsenlinie X1 umlaufen kann, während es sich auf dem ersten exzentrisch angeordneten Wellenteil 105b um die eigene Achse dreht, mit einem dritten Rotationselement 107, das eine äußere Verzahnung 107a mit dem gleichen Modul wie dem der äußeren Verzahnung 106a des zweiten Rotationselements 106 besitzt, an einer Seite des zweiten Rotationselements 106 angeordnet ist und um die erste Rotationsachsenlinie X1 umlaufen kann, während es sich auf dem zweiten exzentrisch angeordneten Wellenteil 105c um die eigene Achse dreht, mit einem vierten Rotationselement 108, das einen größeren Durchmesser als das zweite und dritte Rotationselement 106 und 107 besitzt, sich um die erste Rotationsachsenlinie X1 dreht und am äußeren Umfang sowohl des zweiten als auch des dritten Rotationselements 106 und 107 angeordnet durch eine innere Verzahnung 108a, die an seinem inneren Umfang ausgebildet ist und in äußere Verzahnungen 106a und 107a des zweiten und dritten Rotationselements 106 und 107 greift, bewirkt, dass die Rotation des zweiten Rotationselements 106 auf das dritte Rotationselement 107 übertragen wird, und mit einem fünften Rotationselement 109, das an einer Seite des dritten Rotationselements 107 angeordnet ist und auf das die Rotation und die Umlaufbewegung des dritten Rotationselements 107 übertragen werden, damit es sich um die erste Rotationsachsenlinie X1 dreht.
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Dabei ist eine Abtriebswelle A der rechten und linken Abtriebswelle über eine Kerbverzahnung mit dem Hauptwellenteil 105a des Exzenterschafts 105 verbunden, während die andere Abtriebswelle A' der rechten und linken Abtriebswelle über eine Kerbverzahnung mit einem Wellenteil 109b am fünften Rotationselement 109 verbunden ist. Weiter ist das zweite Rotationselement 106 mittels eines ersten Lagers 111 auf dem ersten exzentrisch angeordnetenen Wellenteil 105b des Exzenterschafts 105 und das dritte Rotationselement 107 mittels eines zweiten Lagers 112 auf dem zweiten exzentrisch angeordneten Wellenteil 105c des Exzenterschafts 105 angebracht. Ferner ist ein drittes Lager 113 zwischen dem Hauptwellenteil 105a des Exzenterschafts 105 und dem Abdeckungsteil C auf der einen Seite und ein viertes Lager 114 zwischen dem Wellenteil 109b des fünften Rotationselements 109 und dem anderen Abdeckungsteil C' angebracht
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Ferner greifen bei der vorliegenden Ausführungsform das dritte Rotationselement 107 und das fünfte Rotationselement 109 mit Hilfe von 5 Kugeln 110 ineinander, die zwischen einer Trochoid-Rille 107b mit 6 Schleifen und einer Trochoid-Rille 109a mit 4 Schleifen in den einander gegenüberliegenden Flächen von jeweils dem dritten Rotationselement 107 und dem fünften Rotationselement 109 eingeschlossen sind.
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Als Nächstes wird die Operation des Differenzialmechanismus DMX des Differenzialgetriebes D der vorliegenden dritten Ausführungsform erläutert. Wenn z. B. das Antriebselement I (das erste Rotationselement) vorläufig festgehalten und die eine Abtriebswelle A in Rotation versetzt wird, dreht sich der Hauptwellenteil 105a des Exzenterschafts 105, so dass das zweite Rotationselement 106, das in die innere Verzahnung Ib des Antriebselements I greift, um die erste Rotationsachsenlinie X1 umläuft und sich gleichzeitig auf dem ersten exzentrisch angeordneten Wellenteil 105b um die eigene Achse dreht, während das zweite Rotationselement 106 und das dritte Rotationselement 107 durch den Exzenterschaft 105 vermittelt um 180° phasenverschoben zueinander umlaufen und die Rotation des zweiten Rotationselements 106 mittels des vierten Rotationselements 108 auf das dritte Rotationselement 107 übertragen wird, d. h. der Umlauf und die Rotation des zweiten Rotationselements 106 werden auf das dritte Rotationselement 107 übertragen, wobei lediglich die Umlaufphase um 180° verschoben ist. Weiter werden der Umlauf und die Rotation des dritten Rotationselements 107 auf das um die erste Rotationsachsenlinie X1 drehbare fünfte Rotationselement 109, in das das dritte Rotationselement 107 greift, übertragen, so dass sich die andere Abtriebswelle A', die mit dem fünften Rotationselement 109 verbunden ist, mit einer anderen Drehzahl dreht als die eine Abtriebswelle A. Wenn die ineinander greifenden Teile im Differenzialgetriebe D mit ihren äquivalenten Teilkreisen dargestellt werden und die Teilkreisradien der jeweiligen Rotationselemente geeignet festgelegt werden, kann bei einer Drehzahl k der einen Abtriebswelle A eine Drehzahl –k der anderen Abtriebswelle A' eingerichtet werden. Deshalb dreht sich, wenn veranlasst wird, dass sich das Antriebselement I in diesem Zustand n Mal dreht, die eine Abtriebswelle A n + k Mal und die andere Abtriebswelle A' n – k Mal, so dass eine äquivalente Differenzialdrehung und eine wie ein Differenzialgetriebe wirkende Funkton ermöglicht wird.
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Im Übrigen wird bei einem oben aufgeführten herkömmlichen Differenzialgetriebe, wie es sich z. B. in den oben genannten Veröffentlichungen des
japanischen Patents Nr. 4803871 und der
japanischen Patentoffenbarung Nr. 2002-364728 findet, (insbesondere bei einem herkömmlichen Differenzialgetriebe, das im Antriebselement mit Ritzeln (Umlaufrädern) und einem Paar Seitenräder (Abtriebsräder), die in die Ritzel (Umlaufräder) greifen, ausgestattet ist) für die Zähnezahl Z1 eines Seitenrads (Abtriebsrads) und die Zähnezahl Z2 eines Ritzels (Umlaufrads) üblicherweise, wie in der
japanischen Patentoffenbarung Nr. 2002-364728 angegeben, 14 × 10. 16 × 10 oder 13 × 9 verwendet, so dass sich in diesen Fällen für das Übersetzungverhältnis Z1/Z2 zwischen Abtriebs- und Umlaufrad 1,4 bzw. 1,6 bzw. 1,44 ergibt. Weiter sind für die herkömmlichen Differenzialgetriebe auch andere Kombinationen der Zähnezahlen Z1 und Z2 bekannt wie 15 × 10, 17 × 10, 18 × 10, 19 × 10 oder 20 × 10 mit den entsprechenden Übersetzungverhältnissen 1,5, 1,7, 1,8, 1,9 und 2,0.
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Auf der anderen Seite gibt es heute immer mehr Kraftübertragungsvorrichtungen mit vielen Layout-Einschränkungen im Umfeld des Differenzialgetriebes, so dass auf dem Markt eine ausreichende Reduzierung der Differenzialgetriebe in der Breite (d. h. Verflachung) in Achsenrichtung der Abtriebswellen bei gleichzeitiger Sicherstellung ihrer Zahnradfestigkeit gefordert wird. Dagegen haben die herkömmlich existierenden Differenzialgetriebe, wie aus den oben genannten Kombinationen der Übersetzungsverhältnisse ersichtlich ist, im Aufbau eine in Achsenrichtung der Abtriebswellen breite Form, so dass man sich in einer schwierigen Lage befindet, was die genannte Anforderung des Marktes betrifft.
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Deswegen werden im Folgenden konkret Strukturbeispiele eines Differenzialgetriebes D, das bei gleichzeitiger Sicherstellung seiner Zahnradfestigkeit in Achsenrichtung der Abtriebswellen ausreichend schmaler (d. h. flacher) ausgebildet werden kann, spezifiziert, wobei der Gesichtspunkt ein anderer als bei den oben genannten Ausführungsformen ist. Im Übrigen ist der Aufbau der einzelnen Komponenten des Differenzialgetriebes D, das diesen Strukturbeispielen entspricht, identisch mit dem Aufbau der einzelnen Komponenten des Differenzialgetriebes D der oben genannten Ausführungsformen, die mit den 1 bis 7 (insbesondere den 1 bis 4B) erläutert wurden, so dass zur Bezeichnung der einzelnen Komponenten die gleichen Zeichen wie bei den oben genannten Ausführungsformen verwendet werden und auf die Erläuterung des Aufbaus verzichtet wird.
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Zunächst werden im Folgenden anhand von 8 die Grundgedanken erläutert, mit denen das Differenzialgetriebe D in Achsenrichtung der Abtriebswellen ausreichend schmaler (d. h. flacher) gemacht wird.
- [1] Das Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 zwischen einem Seitenrad S, d. h. Abtriebsrad, und einem Ritzel P, d. h. Umlaufrad, größer als bei einem herkömmlich existierenden Differenzialgetriebe machen. (Dadurch nimmt einerseits der Zahnrad-Modul (und folglich die Zahndicke) ab, so dass die Zahnradfestigkeit sinkt, aber da der Teilkreisdurchmesser eines Seitenrads S zunimmt, verringert sich andererseits die übertragene Last im Zahnrad-Eingriffsteil, so dass die Zahnradfestigkeit zunimmt; insgesamt nimmt die Zahnradfestigkeit aber wie später beschrieben ab.)
- [2] Den Teilkegelabstand PCD eines Ritzels P größer als bei einem herkömmlich existierenden Differenzialgetriebe machen. (Dadurch nehmen der Zahnrad-Modul und die Zahnradfestigkeit zu und, da der Teilkreisdurchmesser eines Seitenrads S zunimmt, verringert sich die übertragene Last im Zahnrad-Eingriffsteil, so dass die Zahnradfestigkeit zunimmt; insgesamt nimmt die Zahnradfestigkeit wie später beschrieben sehr stark zu.)
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Als Folge können das Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 und der Teilkegelabstand PCD so ausgelegt werden, dass sich die genannte Abnahme der Zahnradfestigkeit durch [1] und die genannte Zunahme der Zahnradfestigkeit durch [2] ausgleichen oder die genannte Zunahme der Zahnradfestigkeit durch [2] größer als die genannte Abnahme der Zahnradfestigkeit durch [1] ist, so dass eine Zahnradfestigkeit erreicht werden kann, die insgesamt genauso gut oder besser wie bei herkömmlich existierenden Differenzialgetrieben ist.
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Als Nächstes werden die Veränderungen der Zahnradfestigkeit, die sich wie genannt durch [1] und [2] ergeben, anhand von Formeln konkret festgestellt. Im Übrigen wird diese Feststellung mit der folgenden Ausführungsform erläutert. Zunächst wird ein Differenzialgetriebe D', bei dem die Zähnezahl Z1 eines Seitenrads S den Wert 14 und die Zähnezahl Z2 eines Ritzels P den Wert 10 hat, als ”Referenz-Differenzialgetriebe” festgelegt. Als ”Veränderungsrate” wird für die verschiedenen Variablen die auf den jeweiligen Wert (d. h. 100%) des Referenz-Differenzialgetriebes D' bezogene Veränderungsrate definiert.
Zu [1]
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Mit dem Modul M eines Seitenrads S, dem Teilkreisdurchmesser PD1, dem Teilkreiswinkel θ1, dem Teilkegelabstand PCD, der im Zahnrad-Eingriffsteil übertragenen Last F und dem übertragenen Drehmoment T ergeben die allgemeinen Formeln für ein Kegelrad M = PD1/Z1 PD1 = 2PCD·sinθ1 θ1 = tan–1(Z1/Z2)
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Mit diesen Formeln ergibt sich für den Zahnrad-Modul M = 2PCD·sin{tan–1(Z1/Z2)}/Z1 (1) und für den Modul des Referenz-Differenzialgetriebes D' 2PCD·sin{tan–1(7/5)}/14.
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Folglich ergibt sich durch Division der rechten Seiten der beiden Formeln die Modul-Veränderungsrate bezüglich des Referenz-Differenzialgetriebes D' gemäß der folgenden Formel (2).
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Ferner ist das Widerstandsmoment der Verzahnung, das der Zahnradfestigkeit (d. h. der Biegefestigkeit der Verzahnung) entspricht, proportional zum Quadrat der Zahndicke, während die Zahndicke in ungefähr linearer Beziehung zum Modul M steht. Folglich entspricht das Quadrat der Modul-Veränderungsrate nicht nur der Veränderungsrate des Widerstandsmoments der Verzahnung, sondern auch der Veränderungsrate der Zahnradfestigkeit. Somit lässt sich die Veränderungsrate der Zahnradfestigkeit durch Herleitung aus der Formel (2) mit der nachfolgenden Formel (3) ausdrücken. Die Formel (3) ist in 9 als L1 aufgetragen, wobei die Zähnezahl Z2 eines Ritzels P den Wert 10 hat. Man erkennt, dass durch die Abnahme des Moduls mit steigendem Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 die Zahnradfestigkeit abnimmt.
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Im Übrigen ergibt sich mit den oben genannten allgemeinen Formeln für ein Kegelrad der Drehmomentübertragungsabstand eines Seitenrads S gemäß der folgenden Formel (4) zu PD1/2 = PCD·sin{tan–1(Z1/Z2)} (4)
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Mit dem Drehmomentübertragungsabstand PD1/2 ist die übertragene Last F gegeben durch F = 2T/PD1. Folglich ist bei konstantem Drehmoment T an einem Seitenrad S des Referenz-Differenzialgetriebes D' die übertragene Last F umgekehrt proportional zum Teilkreisdurchmesser PD1. Weiter ist die Veränderungsrate der übertragenen Last F auch umgekehrt proportional zur Veränderungsrate der Zahnradfestigkeit, so dass letztere gleich groß wie die Veränderungsrate des Teilkreisdurchmessers PD1 ist.
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Dadurch ergibt sich durch Anwendung der Formel (4) für die Veränderungsrate des Teilkreisdurchmessers PD1 die folgende Formel (5).
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Die Formel (5) ist in 9 als L2 aufgetragen, wobei die Zähnezahl Z2 eines Ritzels P den Wert 10 hat. Man erkennt, dass durch den Rückgang der übertragenen Last mit steigendem Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 die Zahnradfestigkeit zunimmt.
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Schließlich lässt sich die Veränderungsrate der Zahnradfestigkeit, die sich mit der Zunahme des Übersetzungsverhältnisses Z1/Z2 ergibt, mit der nachfolgenden Formel (6) ausdrücken, indem die Abnahme-Veränderungsrate der Zahnradfestigkeit bedingt durch die Abnahme des Moduls M (die rechte Seite der oben genannten Formel (3)) mit der Zunahme-Veränderungsrate der Zahnradfestigkeit bedingt durch die Abnahme der übertragenen Last (der rechten Seite der oben genannten Formel (5)) multipliziert wird.
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Die Formel (6) ist in 9 als L3 aufgetragen, wobei die Zähnezahl Z2 eines Ritzels P den Wert 10 hat. Man erkennt, dass die Zahnradfestigkeit mit steigendem Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 insgesamt abnimmt.
Zu [2]
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Wenn der Teilkegelabstand PCD eines Ritzels P gegenüber dem Teilkegelabstand im Referenz-Differenzialgetriebes D' vergrößert wird, ergibt sich mit den oben genannten allgemeinen Formeln für ein Kegelrad bei konstanter Zähnezahl die durch die Veränderung von PCD bedingte Veränderungsrate des Moduls zu (PCD2/PCD1), wobei der Teilkegelabstand PCD vor und nach der Änderung PCD1 bzw. PCD2 ist.
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Auf der anderen Seite hat die Herleitung der Formal (3) gezeigt, dass die Veränderungsrate der Zahnradfestigkeit eines Seitenrads S dem Quadrat der Veränderungsrate des Moduls entspricht, so dass sich Zahnradfestigkeits-Veränderungsrate in Abhängigkeit von Modul-Zunahme = (PCD2/PCD1)2 (7) ergibt.
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Diese Formel (7) ist in 10 als L4 aufgetragen. Man erkennt, dass durch die Zunahme des Moduls mit wachsendem Teilkegelabstand PCD die Zahnradfestigkeit zunimmt.
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Ferner wenn der Teilkegelabstand PCD größer als der Teilkegelabstand PCD1 des Referenz-Differenzialgetriebes D' gemacht wird, nimmt die übertragene Last F ab, aber die Veränderungsrate der Zahnradfestigkeit ist dabei wie oben beschrieben gleich groß wie die Veränderungsrate des Teilkreisdurchmessers PD1. Außerdem ist der Teilkreisdurchmesser PD1 eines Seitenrads S proportional zum Teilkegelabstand PCD. Folglich erhält man Zahnradfestigkeits-Veränderungsrate in Abhängigkeit von Übertragungslast-Abnahme = PCD2/PCD1 (8)
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Die Formel (8) ist in 10 als L5 aufgetragen. Man erkennt, dass durch die Abnahme der übertragenen Last mit wachsendem Teilkegelabstand PCD die Zahnradfestigkeit zunimmt.
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Somit lässt sich die Veränderungsrate der Zahnradfestigkeit, die sich mit der Zunahme des Teilkegelabstands PCD ergibt, mit der nachfolgenden Formel (9) ausdrücken, indem die Zunahme-Veränderungsrate der Zahnradfestigkeit bedingt durch die Zunahme des Moduls M (die rechte Seite der oben genannten Formel (7)) mit der Zunahme-Veränderungsrate der Zahnradfestigkeit bedingt durch die Abnahme der übertragenen Last aufgrund der Zunahme des Teilkreisdurchmessers PD (der rechten Seite der oben genannten Formel (8)) multipliziert wird. Zahnradfestigkeits-Veränderungsrate in Abhängigkeit von Teilkegelabstand-Zunahme = (PCD2/PCD1)3 (9)
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Die Formel (9) ist in 10 als L6 aufgetragen. Man erkennt, dass mit wachsendem Teilkegelabstand PCD die Zahnradfestigkeit sehr stark zunimmt.
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Damit wird das Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 in Kombination mit dem Teilkegelabstand PCD so festgelegt, dass die Größe der Abnahme der Zahnradfestigkeit aufgrund des Verfahrens [1] (Vergrößerung des Übersetzungsverhältnisses) ausreichend durch die Größe der Zunahme der Zahnradfestigkeit aufgrund des Verfahrens [2] (Vergrößerung des Teilkegelabstands) kompensiert wird, und die Zahnradfestigkeit des Differenzialgetriebes dadurch genauso gut oder besser wie die Zahnradfestigkeit der herkömmlich existierenden Differenzialgetriebe gemacht wird.
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Z. B. behält man 100% der Zahnradfestigkeit eines Seitenrads S des Referenz-Differenzialgetriebes D', wenn die durch die Zunahme des Übersetzungsverhältnisses bedingte Veränderungsrate der Zahnradfestigkeit (die rechte Seite der oben genannten Formel (6)), die man mit dem Verfahren [1] erhält, multipliziert mit der durch die Zunahme des Teilkegelabstands bedingten Veränderungsrate der Zahnradfestigkeit (der rechten Seite der oben genannten Formel (9)), die man mit dem Verfahren [2] erhält, 100% ergibt. Dabei kann man den Zusammenhang zwischen dem Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 und der Veränderungsrate des Teilkegelabstands PCD, mit dem man 100% der Zahnradfestigkeit des Referenz-Differenzialgetriebes D' behält, der folgenden Formel (10) entnehmen. Die Formel (10) ist in 11 als L7 aufgetragen, wobei die Zähnezahl Z2 eines Ritzels P den Wert 10 hat.
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Wie oben ausgeführt gibt die Formel (10) den Zusammenhang zwischen dem Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 und der Veränderungsrate des Teilkegelabstands an, mit dem man 100% der Zahnradfestigkeit eines Referenz-Differenzialgetriebes D' behält, bei dem das Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 = 14/10 beträgt (siehe
11). Die in
11 auf der Vertikalachse aufgetragene Veränderungsrate des Teilkegelabstands kann in das Verhältnis d2/PCD umgewandelt werden, wobei d2 der Schaftdurchmesser des Ritzel P tragenden Ritzelschafts PS (d. h. des Ritzelträgerteils) ist. Tabelle 1
PCD | Schaftdurchmesser (d2) | d2/PCD |
31 | 13 | 42% |
35 | 15 | 43% |
38 | 17 | 45% |
39 | 17 | 44% |
41 | 18 | 44% |
45 | 18 | 40% |
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Denn eine Zunahme-Veränderung des Teilkegelabstands PCD ist bei den herkömmlich existierenden Differenzialgetrieben wie in der obigen Tabelle 1 gezeigt mit einer Zunahme-Veränderung von d2 verbunden und drückt sich bei konstantem d2 in einem abnehmendem Verhältnis d2/PCD aus. Da außerdem die obige Tabelle 1 zeigt, dass d2/PCD bei einem herkömmlich existierenden Differenzialgetriebe als Referenz-Differenzialgetriebe D' in einem Bereich zwischen 40 und 45% liegt, und da die Zahnradfestigkeit mit wachsendem PCD zunimmt, kann eine Zahnradfestigkeit, die genauso gut oder besser wie die Zahnradfestigkeit der herkömmlich existierenden Differenzialgetriebe ist, erreicht werden, wenn der Schaftdurchmesser d2 des Ritzelschafts PS und der Teilkegelabstand PCD im Fall des Referenz-Differenzialgetriebes D' mindestens so festgelegt werden, dass d2/PCD 45% oder kleiner ist. Das heißt, im Fall des Referenz-Differenzialgetriebes D' genügt es, d2/PCD ≦ 0,45 zu erfüllen. Das bedeutet in diesem Fall, wenn PCD2 der Teilkegelabstand ist, der sich durch Veränderung von PCD ergibt und größer oder kleiner als der Teilkegelabstand PCD1 des Referenz-Differenzialgetriebes D' ist, dass es genügt, d2/PCD2 ≦ 0,45/(PCD2/PCD1) (11) zu erfüllen. Weiter kann durch Anwendung der Formel (11) auf die oben genannte Formel (10) der Zusammenhang zwischen d2/PCD und dem Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 in die folgende Formel (12) umgewandelt werden.
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Im Fall der Gleichheit ergibt die Formel (12) bei dem Wert 10 für die Zähnezahl Z2 eines Ritzels P die Linie L8 in 12. Gleichheit in Formel (12) liefert den Zusammenhang zwischen d2/PCD und dem Übersetzungsverhältnis Z1/Z2, bei dem man 100% der Zahnradfestigkeit des Referenz-Differenzialgetriebes D' behält.
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Im Übrigen sind bei den herkömmlich existierenden Differenzialgetrieben üblicherweise nicht nur solche im Einsatz, bei denen das Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 wie oben beim Referenz-Differenzialgetriebe D' beschrieben den Wert 1,4 hat, sondern auch solche, bei denen das Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 1,6 oder 1,44 beträgt. Auf Basis dieser Tatsache und unter der Annahme, dass mit dem Referenz-Differenzialgetriebe D' (Z1/Z2 = 1,4) ein für die Anforderung ausreichendes Maß, d. h. 100%, an Zahnradfestigkeit gewonnen werden kann, lässt sich feststellen, dass bei den herkömmlich existierenden Differenzialgetrieben, bei denen das Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 den Wert 16/10 hat, die Zahnradfestigkeit wie aus 9 ersichtlich auf 87% der Zahnradfestigkeit des Referenz-Differenzialgetriebes D' sinkt. Trotzdem wird eine auf dieses Niveau gesunkene Zahnradfestigkeit in der Praxis bei herkömmlich existierenden Differenzialgetrieben als Festigkeit akzeptiert und eingesetzt. Daher ist vorstellbar, dass auch für ein in Achsenrichtung flaches Differenzialgetriebe die Zahnradfestigkeit ausreichend gesichert ist und akzeptiert wird, wenn sie im Vergleich zu dem Referenz-Differenzialgetriebe D' mindestens 87% ausmacht.
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Wenn man unter diesem Aspekt zunächst den Zusammenhang zwischen dem Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 und der Veränderungsrate des Teilkegelabstands PCD für den Fall ermittelt, dass 87% der Zahnradfestigkeit des Referenz-Differenzialgetriebes D' beibehalten werden, gelangt man mit den Schritten, mit denen die Formel (10) hergeleitet worden ist, (d. h. indem man so vorgeht, dass die Multiplikation der Veränderungsrate der Zahnradfestigkeit bedingt durch die Zunahme des Übersetzungsverhältnisses (der rechten Seite der oben genannten Formel (6)) mit der Veränderungsrate der Zahnradfestigkeit bedingt durch die Zunahme des Teilkegelabstands (der rechten Seite der oben genannten Formel (9)) 87% ergibt) für diesen Zusammenhang zu der folgenden Formel (10').
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Durch Anwendung der oben genannten Formel (11) auf diese Formel (10') kann dann der Zusammenhang zwischen d2/PCD und dem Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 für den Fall, dass 87% der Zahnradfestigkeit des Referenz-Differenzialgetriebes D' beibehalten werden, in die folgende Formel (13) umgewandelt werden. Allerdings wird hier in der Formel ein Gleichheitszeichen benutzt, obwohl bei der Berechnung für die effektiven Zahlenwerte der Faktoren, die nicht mit Variablen dargestellt werden, mit drei Stellen gearbeitet wird und die weiteren Stellen abgerundet werden, so dass sich aufgrund der Rechnungsabweichungen tatsächlich nur eine ungefähre Gleichheit ergeben kann.
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Wenn in der Formel (13) die Gleichheitsbeziehung gilt, ergibt sich bei dem Wert 10 für die Zähnezahl Z2 eines Ritzels P die Darstellung in 12 (konkreter die Linie L9 in 12); der Bereich, der Formel (13) entspricht, ist dann der Bereich auf und unter der Linie L9 in 12. Somit ist ein spezifizierter Bereich, der in 12 in dem Bereich, in dem die Formel (13) erfüllt ist, rechts von der Linie L10 liegt, wo ein Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 über 2,0 erfüllt ist, (der schraffierter Bereich in 12) genau der Bereich, in dem Z1/Z2 und d2/PCD für ein in der Achsenrichtung flaches Differenzialgetriebe mit dem Wert 10 für die Zähnezahl Z2 eines Ritzels P so eingestellt sind, dass eine Zahnradfestigkeit von mindestens 87% im Vergleich zu dem Referenz-Differenzialgetriebe D' sichergestellt ist und das Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 mehr als 2,0 beträgt. Im Übrigen werden in 12 als Referenzbeispeile mit einem rautenförmigen Punkt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 40/10 und d2/PCD 20,00% ist, und mit einem dreieckigen Punkt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 58/10 und d2/PCD 16,67% ist, gezeigt; beide Punkte liegen in dem genannten spezifizierten Bereich. In einer Festigkeitsanalyse, die durch Simulation mit diesen Ausführungsbeispielen durchgeführt wurde, wurde festgestellt, dass die erreichte Zahnradfestigkeit genauso gut oder besser wie bisher ist (konkreter 87% oder mehr der Zahnradfestigkeit des Referenz-Differenzialgetriebes D' beträgt).
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Damit kann ein flaches Differenzialgetriebe, das sich in dem oben genannten spezifizierten Bereich befindet, insgesamt in Achsenrichtung der Abtriebswellen ausreichend schmal gemacht und gleichzeitig eine mit konventionellen Differenzialgetrieben vergleichbare Festigkeit (z. B. Festigkeit gegenüber einer statischen Torsionslast) und ein vergleichbarer Maximalwert der Drehmomentübertragung sichergestellt werden, so dass das Differenzialgetriebe auch in ein Übertragungssystem, bei dem es viele Layout-Einschränkungen im Umfeld des Differenzialgetriebes gibt, mit großer Freiheit und ohne Schwierigkeit eingebaut werden kann und große Vorteile wie den bietet, dass das Übertragungssystem kompakter gestaltet werden kann.
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Ferner wenn ein flaches Differenzialgetriebe, das sich im oben genannten spezifizierten Bereich befindet, z. B. den Aufbau der oben beschriebenen Ausführungsformen (konkreter einen in den 1 bis 7 gezeigten Aufbau) hat, kann das flache Differenzialgetriebe, das sich im oben genannten spezifizierten Bereich befindet, auch die Effekte, die sich mit dem bei der oben beschriebenen Ausführungsform gezeigten Aufbau ergeben, realisieren.
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Im Übrigen wurden die obigen Erläuterungen (insbesondere die, welche die 9, 11 und 12 betreffen) für ein Differenzialgetriebe mit dem Wert 10 für die Zähnezahl Z2 eines Ritzels P gemacht, aber die vorliegende Erfindung wird nicht auf ein solches Differenzialgetriebe beschränkt. Z. B. kann auch mit den Werten 6, 12 und 20 für die Zähnezahl Z2 eines Ritzels P ein flaches Differenzialgetriebe, mit dem die oben genannten Effekte erreicht werden können, mit der Formel (13) dargestellt werden, wie die Schraffuren in den 13, 14 und 15 zeigen. Denn die Formel (13), die wie oben beschrieben hergeleitet worden ist, kann unabhängig von Änderungen der Zähnezahl Z2 eines Ritzels P angewendet werden und die oben genannten Effekte werden z. B. mit den Werten 6, 12 und 20 für die Zähnezahl Z2 eines Ritzels P genauso erreicht wie mit dem Wert 10, wenn die Zähnezahl Z1 eines Seitenrads S, die Zähnezahl Z2 eines Ritzels P, der Schaftdurchmesser d2 des Ritzelschafts PS und der Teilkegelabstand PCD so eingestellt werden, dass die Formel (13) erfüllt ist.
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Ferner werden in 14 als Referenzbeispiele für den Fall, dass die Zähnezahl Z2 eines Ritzels P den Wert 12 hat, mit einem rautenförmigen Punkt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 48/12 und d2/PCD 20,00% ist, und mit einem dreieckigen Punkt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 70/12 und d2/PCD 16,67% ist, gezeigt. In einer Festigkeitsanalyse, die durch Simulation mit diesen Ausführungsbeispielen durchgeführt wurde, wurde festgestellt, dass die erreichte Zahnradfestigkeit genauso gut oder besser wie bisher ist (konkreter 87% oder mehr der Zahnradfestigkeit des Referenz-Differenzialgetriebes D' beträgt). Wie 14 zeigt, liegen diese Ausführungsbeispiele in dem oben genannten spezifizierten Bereich.
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Zum Vergleich werden Beispiele gezeigt, die nicht in dem genannten spezifizierten Bereich liegen, und zwar in 12 für den Fall, dass die Zähnezahl Z2 eines Ritzels P den Wert 10 hat, mit einem sternförmigen Punkt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 58/10 und d2/PCD 27,50% ist, und mit einem kreisförmigen Punkt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 40/10 und d2/PCD 34,29% ist, und in 14 für den Fall, dass die Zähnezahl Z2 eines Ritzels P den Wert 12 hat, mit einem sternförmigen Punkt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 70/12 und d2/PCD 27,50% ist, und mit einem kreisförmigen Punkt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Übersetzungsverhältnis Z1/Z2 48/12 und d2/PCD 34,29% ist. In einer Festigkeitsanalyse, die durch Simulation mit diesen Ausführungsbeispielen durchgeführt wurde, wurde festgestellt, dass keine Zahnradfestigkeit erreicht wurde, die genauso gut oder besser wie bisher ist (konkreter 87% oder mehr der Zahnradfestigkeit des Referenz-Differenzialgetriebes D' beträgt). Kurzum konnte festgestellt werden, dass bei Ausführungsbeispielen, die nicht in dem oben genannten spezifizierten Bereich liegen, die oben genannten Effekte nicht gewonnen werden können.
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Obwohl die oben dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert wurden, wird die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Soweit nicht vom Wesentlichen abgewichen wird, sind verschiedene Konstruktionsänderungen möglich.
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Z. B. werden in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Abdeckungsteile des Abdeckungsteilepaars C, C', die die beiden Außenseiten des Differenzialmechanismus DM, DMX verdecken, getrennt vom Antriebselement I, IX hergestellt und mit dem Antriebselement I, IX verschweißt, aber für den Abdeckungsteil C der einen Seite können neben Schweißen auch verschiedene andere Verbindungsmethoden wie z. B. Verschrauben oder Nieten verwendet werden, außerdem kann der Abdeckungsteil C' der anderen Seite auch als integraler Teil des Antriebselements I, IX ausgebildet werden.
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Ferner werden im Fall der zuvor behandelten ersten und zweiten Ausführungsform im Seitenwandteil Cs von mindestens einem der Abdeckungsteile C, C' auf der rechten und linken Seite Aussparungen 8 gebildet, aber es ist auch möglich, bei keinem der Abdeckungsteile C, C' auf der rechten und linken Seite Aussparungen 8 im Seitenwandteil Cs zu bilden (d. h. den Seitenwandteil Cs scheibenförmig auszubilden), so dass bei jedem Seitenrad S die gesamte Rückseite von dem jeweiligen Seitenwandteil Cs verdeckt wird. Im Übrigen kann in diesem Fall der scheibenförmige Seitenwandteil Cs ohne Aussparungen 8 der Abdeckungsteile C, C' mit dem Trägerwandteil Is des Antriebselements I über den ganzen Umfang oder auch nur über Teile in Umfangsrichtung durch Überlappstoß verschweißt (w) werden.
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Ferner wurden mit den zuvor behandelten Ausführungsformen Varianten dargestellt, bei denen die Antriebsverzahnung Ig bzw. das angetriebene Riemenrad Ip als Aufnahmeteil am Antriebselements I, IX integriert ist, bei der vorliegenden Erfindung kann der Aufbau aber auch so erfolgen, dass als Aufnahmeteil ein Zahnkranz oder ein angetriebenes Riemenrad getrennt vom Antriebselement I gebildet und nachträglich am äußeren Umfang des Antriebselements I, IX befestigt wird.
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Weiter kann das Antriebselement der vorliegenden Erfindung auch ohne die Antriebsverzahnung Ig bzw. das angetriebene Riemenrad Ip der oben beschriebenen Ausführungsformen aufgebaut werden, z. B. so, dass das Antriebselement I, IX dadurch in Rotation versetzt wird, dass es mit einem Antriebselement, das ihm im Übertragungsweg der Antriebskraft vorgelagert ist, (z. B. dem Abtriebselement eines Planetenrad- oder Reduziergetriebes, dem mit einem Endlosriemen angetriebenen Rad eines Kraftübertragungsmechanismus usw.) gekoppelt wird. In diesem Fall wird der Teil, der mit dem vorgelagerten Antriebselement des Antriebselements I, IX gekoppelt wird, der Aufnahmeteil des Antriebselements.
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Ferner wurde mit der ersten und der zweiten Ausführungsform eine Variante dargestellt, bei der die Rückseite von jedem Seitenrad des Seitenräderpaars S von einem Abdeckungsteil des Abdeckungsteilepaars C, C' abgedeckt wird, aber bei der vorliegenden Erfindung kann auch für die Rückseite von nur einem Seitenrad ein Abdeckungsteil angebracht werden. In diesem Fall kann der Aufbau auch so erfolgen, dass an der Seite ohne Abdeckung das vorgelagerte Antriebselement positioniert wird und dass an der Seite ohne Abdeckung das vorgelagerte Antriebselement und das Antriebselement des Differentialgetriebes gekoppelt werden.
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Ferner wurde bei den zuvor behandelten Ausführungsformen eine Variante gezeigt, bei der durch das Differenzialgetriebe D unterschiedliche Drehungen der rechten und linken Fahrzeugachsen zugelassen werden, aber das Differenzialgetriebe der vorliegenden Erfindung kann auch als ein Mitteldifferenzial, das die Drehzahldifferenz der Vorder- und Hinterräder absorbiert, ausgeführt werden.
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Es wird verhindert, dass die Montagegenauigkeit des Differenzialgetriebes sinkt, und auch dann, wenn am äußeren Umfang des Antriebselements eine Verzahnung angelegt wird, kann verhindert werden, dass sich die Übertragungseffizienz verschlechtert. Ein Differenzialgetriebe, das mit einem Differenzialgehäuse und einem Differenzialmechanismus, der in dem Differenzialgehäuse untergebracht ist und das Drehmoment des Differenzialgehäuses auf ein Paar voneinander unabhängiger Abtriebswellen verteilt, ausgestattet ist, wobei das Differenzialgehäuse mit einem Antriebselement, das einen Aufnahmeteil, über den ein Drehmoment übertragen wird, besitzt und mindestens an einer Seite in Achsenrichtung am Ende offen ist, und mit mindestens einem Abdeckungsteil, der den offenen Teil am Ende der einen Seite in Achsenrichtung des Antriebselements verschließt, versehen ist und das Antriebselement Einpassausbohrungen, die an den Außenflächen des Antriebselements geöffnet sind und in die die Abdeckungsteile mit ihrem äußeren Umfangsteil eingefügt werden, und einen Trägerwandteil, der den Innenflächen der Abdeckungsteile, wenn diese in die Einpassausbohrungen eingefügt sind, gegenüberliegt, besitzt und die Abdeckungsteile und der Trägerwandteil an Positionen, die sich in Radialrichtung des Antriebselements weiter innen als die Stellen befinden, an denen die Abdeckungsteile in die Einpassausbohrungen eingefügt sind, von der Außenseite der Abdeckungsteile aus durch Überlappstoß miteinander verschweißt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 5509910 [0002]
- JP 4803871 [0078]
- JP 2002-364728 [0078, 0078]