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CN105209282A - 车桥总成 - Google Patents

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CN105209282A
CN105209282A CN201480019703.7A CN201480019703A CN105209282A CN 105209282 A CN105209282 A CN 105209282A CN 201480019703 A CN201480019703 A CN 201480019703A CN 105209282 A CN105209282 A CN 105209282A
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布莱尔·J·斯旺森
格利高里·E·伍德赛德
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利布·M·萨马拉帕尔利尔
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Abstract

一种车桥总成，其被配置为具有减轻的重量，并具有内部配置，与目前生产的配置为具有相似的总体齿轮齿数比和容量的汽车车桥总成相比，该内部配置被配置为通过例如更高效的传动装置、低粘度的润滑剂和降低的润滑剂液面来减少损耗。

Description

车桥总成
相关申请的交叉引用
该申请要求2013年4月5日递交的美国临时专利申请No.61/808945和2013年5月6日递交的美国临时专利申请No.61/819892的权益，它们的公开内容通过引用如同详细地充分陈述的那样被合并于此。
技术领域
本公开涉及车桥总成。
背景技术
本部分提供与本公开有关的背景信息，其未必是现有技术。
现代商用汽车车桥总成往往利用标准效率的齿轮组和大重量的润滑剂以非常坚固的方式设计。虽然这种车桥总成已经被证明对于它们的预期用途而言是令人满意的，不过它们仍有待改进。
发明内容
本部分提供本公开的概述，而不是本公开的全部范围或其所有特征的全面公开。
在一种形式中，本教导提供一种车桥总成，其包括载架外壳、具有多个小齿轮齿的输入小齿轮、第一对轴承、差速器总成、第二对轴承、环形齿轮和润滑剂。第一对轴承相对于载架外壳支撑输入小齿轮以便围绕第一轴线旋转。第一对轴承为角接触轴承或低摩擦圆锥轴承。差速器总成具有差速器壳和安装到该差速器壳的差速器齿轮组。第二对轴承相对于载架外壳支撑输入小齿轮以便围绕横向于第一轴线的第二轴线旋转。第二对轴承为角接触轴承或低摩擦圆锥轴承。环形齿轮被安装到差速器壳以便围绕第二轴线共同旋转。环形齿轮具有与小齿轮齿啮合的多个环形齿轮齿。环形齿轮齿限定节圆直径。润滑剂被接收在载架外壳中，并且根据ASTM测试标准D445-12，当润滑剂的温度是100摄氏度时润滑剂具有小于或等于12cSt的运动粘度。载架外壳限定第一集油槽、第二集油槽和第一储存器。第一集油槽被配置为保持润滑剂的第一部分，以便环形齿轮在车桥总成运行期间旋转通过润滑剂的第一部分。第二集油槽接收当环形齿轮沿预定旋转方向高于预定旋转速度旋转时从环形齿轮抛出的润滑剂。第二集油槽具有第一排出部，该第一排出部被配置为将接收在第二集油槽中的润滑剂排出到第一储存器中。第一储存器在环形齿轮沿预定的第一方向旋转时将润滑剂提供到第一轴承中的第一个。环形齿轮和输入小齿轮为具有偏置距的准双曲面齿轮系统，该偏置距小于环形齿轮齿的节圆直径的10％。环形齿轮齿和小齿轮齿中的至少一个具有在0.4μmRa和0.01μmRa之间的无方向性的表面粗糙度。
进一步的应用领域由在此所提供的说明将变得明显。在该概述中的说明和特定示例仅用于例示的目的，并非旨在限制本公开的范围。
附图说明
在此描述的附图仅用于所选实施例而非所有可能的实施方式的例示目的，并且不旨在限制本公开的范围。
图1是具有根据本公开的教导构造的示例性车桥总成(例如，后桥总成)的车辆的示意图；
图2是图1的车辆的一部分的分解透视图，更详细地例示后桥总成；和
图3是贯穿图2的车桥总成的一部分的截面图。
相应的附图标记在附图的若干视图中始终指示相应的部分。
具体实施方式
参考附图的图1，具有根据本公开的教导构造的车桥总成(例如，后桥总成)的示例性车辆总体由附图标记10指示。车辆10可具有动力系统12和传动系或传动系统14。动力系统12可以常规方式构造，并且可包括动力源16和变速器18。动力源16可被配置成提供推进动力，并且可例如包括内燃机和/或电动机。变速器18可从动力源16接收推进动力，并且可将动力输出到传动系统14。变速器18可具有多个自动地或者手动地选择的齿轮齿数比。在提供的特定示例中，传动系统14具有双轮后轮驱动配置，但本领域技术人员将理解本公开教导适用于其它传动系统配置，包括四轮驱动配置、全轮驱动配置以及前轮驱动配置。传动系统14可包括传动轴20和后桥总成22。传动轴20可将变速器18联接到后桥总成22，以便后桥总成22接收变速器18的旋转动力输出。后桥总成22可将旋转动力分配到后车轮26。
参考图2，后桥总成22可包括外壳30、输入小齿轮32、环形齿轮34、差速器总成36和一对半轴38(仅示出一个)。输入小齿轮32能围绕第一轴线40旋转，而环形齿轮34和差速器总成36能围绕第二轴线42旋转，第二轴线42可横向(例如，垂直)于第一轴线40。
外壳30可包括载架外壳50、一对车桥管52和盖54。载架外壳50可由任何期望的材料形成，诸如铝，并且可限定中央室56、盖法兰58和一对管支架60。每个车桥管52可被接收在管支架60中相应的一个中，并被固定地联接到载架外壳50。例如，每个车桥管52可被压配合到管支架60之一中，并且一个或多个传统的塞焊部(未具体示出)可被用于将每个车桥管52轴向和旋转固定到其管支架60。盖54可被安装到盖法兰58以闭合通向中央室56的通路。衬垫62可被设置在盖54和盖法兰58之间。
输入小齿轮32可被接收在中央室56中，并被安装在一组小齿轮轴承64上以便围绕第一轴线40旋转。小齿轮轴承64可为任何合适类型的轴承，诸如角接触球轴承和/或低摩擦圆锥轴承。将理解，小齿轮轴承64可作为输入小齿轮32的安装的一部分被预加载。任何手段或方法可被用于预加载小齿轮轴承64，诸如将螺母70拧到输入小齿轮32的螺纹部分72上以产生夹紧力，该夹紧力通过配对法兰74被传递到小齿轮轴承64之一的内座圈。螺母70和螺纹部分72可具有相对小节距的螺纹。配对法兰74以滑动配合方式被安装到输入小齿轮32的轴部78上。轴部78上的一系列周向间隔开的定心突起(未示出)与配对法兰74协作，以将配对法兰74围绕轴部78同心地定位。以这种方式构造允许施加到螺母70(将配对法兰74拧紧以抵靠内轴承座圈)的扭矩的量更精确地反映小齿轮轴承64上的预加载荷。
差速器总成36可包括能被接收在中央室56中的差速器壳84。差速器壳84可被安装在一组差速器轴承86上，以围绕第二轴线42旋转。差速器轴承86可为角接触球轴承或低摩擦圆锥轴承。环形齿轮34可被固定地联接到差速器壳84，并啮合到输入小齿轮32。在所提供的特定示例中，环形齿轮34被焊接(例如，激光焊接)到差速器壳，但是可替代地可采用其它联接手段，诸如螺纹紧固件。输入小齿轮32和环形齿轮34可被配置为准双曲面伞齿轮组，并可具有相对小的准双曲面齿轮偏置距，诸如比环形齿轮34的节圆直径的10％小并且优选比环形齿轮34的节圆直径的8％小的准双曲面齿轮偏置距。在提供的特定示例中，环形齿轮34具有218mm的节圆直径，准双曲面齿轮偏置距为15mm，使得准双曲面齿轮偏置距是环形齿轮34的节圆直径的6.9％。
输入小齿轮32可具有相对小的齿，以便在输入小齿轮32和环形齿轮34之间传递的载荷可被分散在若干齿上。在提供的特定示例中，输入小齿轮32具有14个齿，环形齿轮34具有43个齿，使得环形齿轮的齿与小齿轮的齿的比率为3.07。
输入小齿轮32和/或环形齿轮34上的齿可具有相对高或光滑的表面光洁度。在提供的特定示例中，康涅狄格州索辛顿的REM化学公司的各向同性超精加工工艺被用于为输入小齿轮32和环形齿轮34的齿提供无方向性的低表面粗糙度(Ra)的光洁度，其在大约0.4μm(16μin)至大约0.01μm(0.5μin)之间，诸如具有小于或等于大约0.2μm(8μin)的表面粗糙度的光洁度，优选地具有小于或等于大约0.05μm(2μin)的表面粗糙度的光洁度，并且更优选地具有小于或等于大约0.025μm(1μin)的表面粗糙度的光洁度。然而，将理解，可替代地采用诸如研磨、抛光或磨削之类的其它工艺，尤其是当期望其它表面光洁度时。
参考图3，合适的润滑剂被设置在由外壳30限定的第一集油槽100中。在车辆10(图1)沿向前的方向运行期间，第一集油槽100中的润滑剂在环形齿轮34旋转通过第一集油槽100中的润滑剂时依附于环形齿轮34；润滑剂中依附于环形齿轮34的部分可从环形齿轮34抛到第二集油槽104上，第二集油槽104被竖向设置在第一集油槽100上方并在输入小齿轮32的顶部正上方。第二集油槽104可包括第一集油槽排出部110和第二集油槽排出部112，第一集油槽排出部110和第二集油槽排出部112能分别以流体连接方式被联接到第一润滑剂储存器120和第二润滑剂储存器122。第一润滑剂储存器120可被用于保持期望量的润滑剂以润滑小齿轮轴承64中的一个(即，尾轴承)和油封(未示出)，而第二润滑剂储存器122可被用于保持期望量的润滑剂以润滑小齿轮轴承64中的另一个(即，头轴承)。第一储存器排出部130和第二储存器排出部132可分别与第一润滑剂储存器120和第二润滑剂储存器122流体连通地联接，这允许第一润滑剂储存器120和第二润滑剂储存器122中过量的润滑剂被排放到第一集油槽100。可选地，第一储存器排出部130可被流体连通地联接到第二润滑剂储存器122。
第一集油槽排出部110和第二集油槽排出部112可被定尺寸为使得，当车辆10(图1)沿给定的方向以预定速度运行时，诸如当向前以15英里每小时运行时，润滑剂(经由环形齿轮34)被引导到第二集油槽104中，这与第二集油槽104中的润滑剂可从第一集油槽排出部110和第二集油槽排出部112排出相比更快。第二集油槽104中过量的润滑剂可(例如，经由如在共同转让的美国专利No.8512193中所述的载架外壳上或中的过道，该美国专利通过引用如同详细地充分陈述那样合并于此)被引导到差速器轴承86中的一个或两个和/或引导到小齿轮32和/或环形齿轮34的齿。在提供的示例中，第二集油槽104中超过第一量的润滑剂经由通道或肋140(仅示出一个)被引导到差速器轴承86(图2)，第二集油槽104中超过第二量的润滑剂经由喷口150在刚好在输入小齿轮32和环形齿轮34的齿啮合在一起的地方之前的点处被引导到输入小齿轮32的齿上。在提供的特定示例中，第二集油槽104部分由倾斜底板154限定，倾斜底板154在第二集油槽排出部112、通向肋140的入口和喷口150之间成锥形，使得通向肋140的入口在竖向上被设置在喷口150和第二集油槽排出部112之间。第二集油槽104的各个出口(即，第一集油槽排出部110和第二集油槽排出部112，通向肋140的入口和喷口150)的尺寸和定位被配置为以可控的方式将润滑剂供给到小齿轮轴承64(图2)、差速器轴承86(图2)以及输入小齿轮32和环形齿轮34的齿轮齿，这确保适当的润滑同时减少或最小化与环形齿轮34通过第一集油槽100中的润滑剂的旋转关联的“搅油损失”，并减少或最小化小齿轮轴承64中的“搅油损失”。例如，第一储存器排出部130和第二储存器排出部132确保小齿轮轴承64不被润滑剂淹没，从而“搅油损失”被减少或最小化，但是小齿轮轴承64被良好地润滑。与现代市场上可买到的汽车车桥总成相比，对各个轴承和啮合齿提供更直接润滑的这种方式的构造允许相对较少量的润滑剂被用在车桥总成中。
润滑剂可为任何合适的润滑剂，其被配置用于利用准双曲面小齿轮的最终传动中。我们目前更喜欢适合于准双曲面螺旋伞齿轮布置的具有小于或等于大约12cSt的相对低的运动粘度的润滑剂，诸如具有小于或等于大约10cSt的运动粘度的润滑剂，优选地具有小于或等于大约8cSt的运动粘度的润滑剂，更优选地具有小于或等于大约6cSt的运动粘度的润滑剂，并且进一步更优选地具有小于或等于大约5.7cSt的运动粘度的润滑剂。在此提供的所有运动粘度根据ASTM测试标准D445-12在100摄氏度取得。
将理解，根据本公开的教导构造的车桥总成可具有减轻的重量并具有下述内部配置，与目前生产的具有铸铁载架外壳的汽车车桥总成相比，该内部配置提供更低的损失。例如，该更低的损失可通过更高效的传动装置、低粘度润滑剂的使用以及由车桥总成保持的润滑剂的量的减少而被提供。
实施例的前述描述已经被提供用于例示和说明的目的。其并非旨在穷尽或限制本公开。特定实施例的各个元件或特征通常不限制于该特定实施例，而是，在适用的场合，能互换并可被用于所选择的实施例，即使未明确显示或描述。各个元件或特征也可以许多方式被改变。这种改变不被认为偏离本公开，并且所有这种更改旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (24)

1.一种车桥总成，包括：
载架外壳；
具有多个小齿轮齿的输入小齿轮；
第一对轴承，相对于所述载架外壳支撑所述输入小齿轮以便围绕第一轴线旋转，所述第一对轴承选自由角接触轴承和低摩擦圆锥轴承组成的组；
差速器总成，具有差速器壳和安装到所述差速器壳的差速器齿轮组；
第二对轴承，相对于所述载架外壳支撑所述输入小齿轮以便围绕横向于所述第一轴线的第二轴线旋转，所述第二对轴承选自由角接触轴承和低摩擦圆锥轴承组成的组；
环形齿轮，被安装到所述差速器壳以便围绕所述第二轴线共同旋转，所述环形齿轮具有与所述小齿轮齿啮合的多个环形齿轮齿，所述环形齿轮齿限定节圆直径；以及
接收在所述载架外壳中的润滑剂，根据ASTM测试标准D445-12，当所述润滑剂的温度是100摄氏度时，所述润滑剂具有小于或等于12cSt的运动粘度；
其中所述载架外壳限定第一集油槽、第二集油槽和第一储存器，所述第一集油槽被配置为保持所述润滑剂的第一部分，以便所述环形齿轮在所述车桥总成运行期间旋转通过所述润滑剂的第一部分，所述第二集油槽接收当所述环形齿轮沿预定旋转方向高于预定旋转速度旋转时从所述环形齿轮抛出的润滑剂，所述第二集油槽具有第一排出部，该第一排出部被配置为将接收在所述第二集油槽中的润滑剂排出到所述第一储存器中，所述第一储存器在所述环形齿轮沿预定的第一方向旋转时将润滑剂提供到第一轴承中的第一个；
其中所述环形齿轮和所述输入小齿轮为具有偏置距的准双曲面齿轮系统，并且所述偏置距小于所述环形齿轮齿的节圆直径的10％；并且
其中所述环形齿轮齿和所述小齿轮齿中的至少一个具有在0.4μmRa和0.01μmRa之间的无方向性的表面粗糙度。
2.根据权利要求1所述的车桥总成，其中所述无方向性的表面粗糙度在0.2μmRa和0.01μmRa之间。
3.根据权利要求2所述的车桥总成，其中所述无方向性的表面粗糙度在0.05μmRa和0.01μmRa之间。
4.根据权利要求3所述的车桥总成，其中所述无方向性的表面粗糙度在0.025μmRa和0.01μmRa之间。
5.根据权利要求1所述的车桥总成，其中所述偏置距小于所述环形齿轮齿的节圆直径的8％。
6.根据权利要求5所述的车桥总成，其中所述偏置距为所述环形齿轮齿的节圆直径的6.9％。
7.根据权利要求1所述的车桥总成，其中所述载架外壳由铝形成。
8.根据权利要求7所述的车桥总成，进一步包括一对管，该一对管被接收在所述载架外壳的相反的端部，每个所述管同心地围绕所述第二轴线。
9.根据权利要求1所述的车桥总成，其中所述第二集油槽进一步包括第二排出部，并且其中从所述第二排出部排出的所述第二集油槽中的润滑剂润滑第二轴承中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的车桥总成，其中所述第二集油槽被配置为将所述第二集油槽中过量的润滑剂排放到所述小齿轮齿和所述环形齿轮齿中的至少一个上。
11.根据权利要求1所述的车桥总成，其中所述第二集油槽被配置为将所述第二集油槽中的过量的润滑剂排放到所述小齿轮齿和所述环形齿轮齿中的至少一个上。
12.根据权利要求1所述的车桥总成，其中所述第二集油槽被配置为将所述第二集油槽中的过量的润滑剂排放到第二轴承中的至少一个上。
13.根据权利要求1所述的车桥总成，其中根据ASTM测试标准D445-12，当所述润滑剂的温度是100摄氏度时，所述运动粘度小于或等于10cSt。
14.根据权利要求13所述的车桥总成，其中根据ASTM测试标准D445-12，当所述润滑剂的温度是100摄氏度时，所述运动粘度小于或等于8cSt。
15.根据权利要求14所述的车桥总成，其中根据ASTM测试标准D445-12，当所述润滑剂的温度是100摄氏度时，所述运动粘度小于或等于6cSt。
16.根据权利要求15所述的车桥总成，其中根据ASTM测试标准D445-12，当所述润滑剂的温度是100摄氏度时，所述运动粘度小于或等于5.7cSt。
17.根据权利要求1所述的车桥总成，其中所述第一储存器包括第一储存器排出部，该第一储存器排出部被配置为允许将所述第一储存器中过量的润滑剂排放到所述第一集油槽。
18.一种车桥总成，包括：
由铝形成的载架外壳；
具有多个小齿轮齿的输入小齿轮；
第一对轴承，相对于所述载架外壳支撑所述输入小齿轮以便围绕第一轴线旋转，所述第一对轴承选自由角接触轴承和低摩擦圆锥轴承组成的组；
差速器总成，具有差速器壳和安装到所述差速器壳的差速器齿轮组；
第二对轴承，相对于所述载架外壳支撑所述输入小齿轮以便围绕横向于所述第一轴线的第二轴线旋转，所述第二对轴承选自由角接触轴承和低摩擦圆锥轴承组成的组；
一对管，被接收在所述载架外壳的相反的端部中，每个所述管同心地围绕所述第二轴线；
环形齿轮，被安装到所述差速器壳以便围绕所述第二轴线共同旋转，所述环形齿轮具有与所述小齿轮齿啮合的多个环形齿轮齿，所述环形齿轮齿限定节圆直径；和
接收在所述载架外壳中的润滑剂，根据ASTM测试标准D445-12，当所述润滑剂的温度是100摄氏度时，所述润滑剂具有小于或等于10cSt的运动粘度；
其中所述载架外壳限定第一集油槽、第二集油槽和第一储存器，所述第一集油槽被配置为保持所述润滑剂的第一部分，以便在所述车桥总成运行期间，所述环形齿轮旋转通过所述润滑剂的第一部分，所述第二集油槽接收当所述环形齿轮沿预定旋转方向高于预定旋转速度旋转时从所述环形齿轮抛出的润滑剂，所述第二集油槽具有第一排出部和第二排出部，所述第一排出部被配置为将接收在所述第二集油槽中的润滑剂排出到所述第一储存器中，所述第二排出部被配置为将润滑剂从所述第二集油槽排出以润滑第二轴承中的至少一个，所述第一储存器在所述环形齿轮沿预定的第一方向旋转时将润滑剂提供到第一轴承中的第一个；
其中所述环形齿轮和所述输入小齿轮为具有偏置距的准双曲面齿轮系统，并且所述偏置距小于所述环形齿轮齿的节圆直径的8％；
其中所述第二集油槽被配置为将所述第二集油槽中过量的润滑剂排放到所述小齿轮齿和所述环形齿轮齿中的至少一个上；
其中所述输入小齿轮的小齿轮齿与至少三个所述环形齿轮齿啮合；并且
其中所述环形齿轮齿和所述小齿轮齿中的至少一个具有在0.05μmRa至0.01μmRa之间的无方向性的表面粗糙度。
19.根据权利要求18所述的车桥总成，其中所述无方向性的表面粗糙度在0.025μmRa至0.01μmRa之间。
20.根据权利要求18所述的车桥总成，其中所述偏置距为所述环形齿轮齿的节圆直径的6.9％。
21.根据权利要求18所述的车桥总成，其中根据ASTM测试标准D445-12，当所述润滑剂的温度是100摄氏度时，所述运动粘度小于或等于8cSt。
22.根据权利要求21所述的车桥总成，其中根据ASTM测试标准D445-12，当所述润滑剂的温度是100摄氏度时，所述运动粘度小于或等于6cSt。
23.根据权利要求22所述的车桥总成，其中根据ASTM测试标准D445-12，当所述润滑剂的温度是100摄氏度时，所述运动粘度小于或等于5.7cSt。
24.根据权利要求18所述的车桥总成，其中所述第一储存器包括第一储存器排出部，该第一储存器排出部被配置为允许将所述第一储存器中过量的润滑剂排放到所述第一集油槽。
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