JP3662624B2 - 差動制限装置のギヤ諸元設定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両などに用いられる差動制限装置のギヤ諸元設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開昭６３−７６９３８号公報に図４に示すような差動制限装置が開示されている。この差動制限装置１０１はドライブギヤ１０３とリングギヤ１０５とを介してエンジンに駆動され回転する。デフケース１０７の軸心部にはこれと同軸に左右のヘリカルサイドギヤ１０９，１１１が対向配置され、また、サイドギヤ１０９，１１１の外周には回転軸に平行に２対のピニオンギヤ収納穴１１３，１１５が設けられている。そして、これらの収納穴１１３，１１５にヘリカルピニオンギヤ１１７，１１９が摺動回転自在に収納支持され、各ピニオンギヤ１１７，１１９の軸方向外側部が左右のサイドギヤ１０９，１１１とそれぞれ噛合い、軸方向内側部同士が互いに噛合っている。これにより、左右のサイドギヤ１０９，１１１が互いに連結されている。またサイドギヤ１０９，１１１同士の間にはスペーサ１２１が配置されている。スペーサ１２１の外周には弓形凹部が収納穴１１３，１１５に対向して形成されている。
【０００３】
こうして、左右のサイドギヤ１０９，１１１間に駆動抵抗差が生じると、ピニオンギヤ１１７，１１９の自転により駆動力がサイドギヤ１０９，１１１間に差動分配される。このときピニオンギヤ１１７，１１９は噛合い相手ギヤとの噛合い反力により収納穴１１３，１１５の円筒壁面やスペーサ１２１の弓形凹部に押し付けられ摩擦抵抗が発生する。同時にヘリカルギヤの噛合いスラスト力により、各ギヤ１０９，１１１，１１７，１１９の端面とデフケース１０７、スペーサ１２１との間に摩擦抵抗が発生する。これらの摩擦抵抗により差動制限力を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような差動制限装置１０１は標準的なギヤ諸元のヘリカルギヤを用い、これらの歯先円弧歯厚を有するピニオンギヤ１１７，１１９とデフケース１０７の収納穴１１３，１１５とを摺動させ差動制限力を得ているので、摺動部となるピニオンギヤ１１７，１１９の歯先面積が十分確保されていないためにこの部の面圧が高く、焼付きを生じるという問題があった。また面圧を下げるためデフケース１０７の収納穴径を拡大しピニオンギヤ１１７，１１９の歯数を増やすと装置自体が大型化してしまう。
【０００５】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、ピニオンギヤ歯先の焼付きを防止すると共に、安定した摩擦抵抗による差動制限力が得られる差動制限装置のギヤ諸元設定方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、エンジンの駆動力により回転するケースと、該ケース内に回転自在に支持された一対のヘリカルサイドギヤと、一方のサイドギヤと噛み合うヘリカルピニオンギヤと、他方のサイドギヤと噛み合うと共に前記ピニオンギヤと噛み合うヘリカルピニオンギヤと、ケースに形成され前記ヘリカルピニオンギヤを摺動回転自在に収納する収納孔とを備える差動制限装置の前記ヘリカルピニオンギヤのギヤ諸元を設定する設定方法であって、前記ピニオンギヤの少なくとも一方は、歯幅ｌとねじれ角βと歯先の周方向幅ｗと歯数ｚとから表される値（ｌ・ｔａｎβ＋ｗ）×ｚが該ギヤの歯先周長の２倍を上回る範囲にギヤ諸元を設定したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の差動制限装置のギヤ諸元設定方法であって、前記ギヤ諸元は、歯幅と、ねじれ角と、歯先の周方向幅と、歯数と、歯先径とであることを特徴とする。
【０００８】
【作用】
請求項１に記載の発明によれば、エンジンの駆動力は、各ピニオンギヤから各サイドギヤを介して各出力軸側に分配される。車両の直進走行時には、各サイドギヤ及び各ピニオンギヤは相対回転をせずにケースと一体となって回転し、差動制限作用は生じない。
【０００９】
車両旋回時や悪路走行時などで、出力軸間に駆動抵抗差が生じると各ピニオンギヤの自転によってエンジンの駆動力は各側に差動分配される。このとき、各ピニオンギヤの歯先はサイドギヤとの噛み合い反力及び互いの噛み合い反力により収納孔の壁面に押し付けられて摩擦抵抗が発生する。また、ヘリカルギヤの噛み合いスラスト力によって各ピニオンギヤの端面とケースとの間や、サイドギヤとケースとの間、また、両サイドギヤ間で摩擦抵抗が発生する。これらの摩擦抵抗により、トルク感応型の差動制限作用を行う。
【００１０】
このとき、収納孔の壁面に押し付けられて摺動するピニオンギヤは、その諸元が（ｌ・ｔａｎβ＋ｗ）×ｚ＞２×（歯先周長）を満足する範囲に設定されているので、歯先面圧の軽減されてピニオンギヤの焼き付きが防止されると共に、噛み合い反力による収納孔内での倒れが抑制される。これにより安定した摩擦抵抗が発生し差動制限特性が安定したものとなる。これにより、差動制限装置の耐久性が向上する。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、ピニオンギヤの歯幅と、ねじれ角と、歯先の周方向幅と、歯数と、歯先径とが（ｌ・ｔａｎβ＋ｗ）×ｚ＞２×（歯先周長）を満足する範囲に設定されているので、請求項１記載の発明による作用と同等の作用が得られる。
【００１２】
【実施例】
本発明の一実施例を図１〜図３により説明する。
【００１３】
図１は車両に用いられた本実施例の差動制限装置の全体断面図である。図２はピニオンギヤの諸元に関する説明図である。図３は差動制限特性の説明図である。
【００１４】
デフケース（ケース）３はケース本体５とカバー７とをボルト９で固定して構成されている。差動制限装置１全体がデフキャリア（図示省略）の内部に配置されており、デフケース３の左右のボス部１１，１３はベアリングを介してデフキャリアに支承されている。デフキャリアにはオイル溜りが設けられており、差動制限装置１は、静止状態では下部がこのオイル溜りに浸されており、回転するとオイル溜りからオイルを撥ねあげる。
【００１５】
デフケース３の内部には、それぞれヘリカルギヤで構成された左右のサイドギヤ１５，１７が配置されている。サイドギヤ１５，１７の中空ボス部１９，２１はデフケース３の支承部２３，２５によって回転自在に支承されている。ボス部１９，２１の内側に形成された大径孔部２７，２９には、これらの内周に跨がってスラストブロック３１が配置され、サイドギヤ１５，１７の各自由端を支承しセンタリングしている。
【００１６】
左右の車輪側出力軸（図示省略）はそれぞれデフケース３のボス部１１，１３を貫通し、サイドギヤ１５，１７のボス部１９，２１にスプライン連結されている。サイドギヤ１５，１７とデフケース３との間にはそれぞれスラストワッシャ３３が配置されており、サイドギヤ１５，１７の間（スラストブロック３３の外周側）にはスラストワッシャ３５が配置されている。
【００１７】
デフケース３には開口５５，５７，５９が設けられており、ボス部１１，１３の内周には螺旋状のオイル溝６１，６１が形成されている。差動制限装置１の回転時にはオイル溜りから撥ね上げられたオイルが、また、静止時にはオイル溜りのオイルが、開口５５，５７，５９とオイル溝６１，６１とからデフケース３に流出入し、後述する収納孔３７，３９や各ギヤの噛み合い部などに供給され、これらを潤滑する。
【００１８】
デフケース３には長短の収納孔３７，３９が周方向に複数組形成されている。これらの収納孔３７，３９にはそれぞれヘリカルギヤで構成された長短のピニオンギヤ４１，４３のそれぞれ第１と第２のギヤ部４５，５１，４７，５３が軸方向全長に渡り摺動回転自在に収納されている。
【００１９】
長いピニオンギヤ４１は、第１と第２のギヤ部４５，４７とこれらを連結する小径の軸部４９とからなり、第１ギヤ部４５は右のサイドギヤ１７と噛み合っている。また、短いピニオンギヤ４３は、互いの間に軸部を持たない第１と第２のギヤ部５１，５３からなり、第１ギヤ部５１は左のサイドギヤ１５と噛み合い、第２ギヤ部５３はピニオンギヤ４１の第２ギヤ部４７と噛み合っている。
【００２０】
そして、ピニオンギヤ４１，４３の各ギヤ部４５，４７，５１，５３のギヤ諸元は、すなわちギヤのねじれ角β、歯幅ｌ、歯先幅ｗ、歯数ｚ、歯先径ｄは、つぎの条件を満たすような組合せに設定してある。なお、各ピニオンギヤ４１，４３の設定歯幅ｌは各収納孔３７，３９の長手軸方向に全長摺動回転するよう接触する。
【００２１】
その設定条件を図２により説明する。図２（ａ）はピニオンギヤ４１の第１と第２のギヤ部４５，４７の正面図、図２（ｂ）は同側面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）の展開図である。ここではギヤ部４５，４７の歯先面と収納孔３７の壁面とが全周が接触しているとして説明する。なお、ここではピニオンギヤ４１の第１と第２のギヤ部４５，４７の図を用いて説明するが、ピニオンギヤ４３の第１と第２のギヤ部５１，５３のギヤ諸元は図２とはねじれ方向が異なるだけで、その他は同じである。
【００２２】
図２（ｃ）に示すギヤ部４５，４７の１枚の歯の歯先面と収納孔３７の壁面との周方向の接触長さＢと歯数ｚとを掛け合わせた全歯の接触長さ（Ｂ×ｚ）と、ギヤ部４５，４７の歯先周長Ａとの比を接触率ηと定義し、η≧２の関係を満たすことを条件としている。この関係は（１）式のように表される。なお、この条件は望ましくはη≧２．５とするのがよい。
【００２３】
（Ｂ×ｚ）／Ａ≧２ ……（１）
ここに、Ｂ：一枚の歯の周方向接触長さ（＝ｔ＋ｗ＝ｌ・ｔａｎβ＋ｗ）
ｚ：歯数
Ａ：歯先周長（＝πｄ）
ｔ：ｌ・ｔａｎβ（図２（ｃ）参照）
ｗ：歯先の周方向幅
ｌ：歯幅
β：ねじれ角
ｄ：歯先直径
η：接触率
このＡ，Ｂを（１）式に代入して（２）式が得られる。
【００２４】
【数１】
｛（ｌ・ｔａｎβ＋ｗ）×ｚ｝／πｄ≧２ ………（２）
そして、この（２）式を満足するように歯幅ｌ、ねじれ角β、歯先の周方向幅ｗ、歯数ｚ、歯先径ｄの組合せを設定してある。
【００２５】
これにより、ギヤ部４５，４７の歯幅ｌ、歯先幅ｗが十分確保され、倒れが抑制される。
【００２６】
つぎに、この差動制限装置１の作用を説明する。
【００２７】
デフケース３を回転させるエンジンの駆動力は、ピニオンギヤ４１，４３からサイドギヤ１５，１７を介して左右の出力軸側に分配される。車両の直進走行時には、サイドギヤ１５，１７及びピニオンギヤ４１，４３は相対回転をせずにデフケース３と一体となって回転し、入力トルクに応じ各ギヤ１５，１７，４１，４３間のねじれ角による噛み合いスラスト力又は噛み合い反力により後述する旋回時と同様に摩擦抵抗が得られる結果、差動制限力が適度に得られる。
【００２８】
車両旋回時や悪路走行時などで、出力軸間に駆動抵抗差が生じると各ピニオンギヤ４１，４３の自転によってエンジンの駆動力は左右各側に差動分配される。このとき、各ピニオンギヤ４１，４３の歯先はサイドギヤ１７，１５との噛み合い反力及び互いの噛み合い反力により収納孔３７，３９の壁面に押し付けられて摩擦抵抗が発生する。また、ヘリカルギヤの噛み合いスラスト力によって各ピニオンギヤ４１，４３の端面とデフケース３との間で摩擦抵抗が発生し、スラストワッシャ３３を介してサイドギヤ１５，１７とデフケース３との間で、また、スラストワッシャ３５を介してサイドギヤ１５，１７の間で摩擦抵抗が発生する。これらの摩擦抵抗によりトルク感応型の差動制限作用を行う。
【００２９】
このとき、収納孔３７，３９の壁面に押し付けられて摺動するピニオンギヤ４１，４３は上記接触率η≧２を満足するようなギヤ諸元に形成されているので、歯先面圧は軽減されてこの部の焼き付きが防止され、また噛み合い反力による収納孔３７，３９内での倒れが抑制される。
【００３０】
なお、接触率ηが２を下回るようにピニオンギヤ４１，４３のギヤ諸元を設定すると摩擦抵抗の不安定化により、例えば図３に示すように差動時の低速側出力軸トルクがη≧２の場合の一直線からそれ、変動幅が生じる。図３は接触率η＝１．０５７の場合の測定結果であり、図中のＣ，Ｄ部（斜線部）は出力軸トルクの変動幅を示す。接触率ηが例えばη＝０．５２３と小さくなるほどこの変動幅が拡大する。
【００３１】
こうして、本実施例によれば、差動制限時のピニオンギヤ４１，４３と収納孔３７，３９間の焼き付きが防止され、安定した摩擦抵抗により差動制限特性が安定したものとなり、差動制限装置１の耐久性が向上する。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、ピニオンギヤの諸元が（ｌ・ｔａｎβ＋ｗ）×ｚ＞２×（歯先周長）を満足する範囲に設定されているので、歯先面圧の軽減によりピニオンギヤの焼き付きが防止されると共に、噛み合い反力による収納孔内での倒れが抑制される。これにより安定した摩擦抵抗により差動制限特性が安定したものとなり、差動制限装置の耐久性が向上する。
【００３３】
請求項２に記載の発明によれば、ピニオンギヤの歯幅と、ねじれ角と、歯先の周方向幅と、歯数と、歯先径とが（ｌ・ｔａｎβ＋ｗ）×ｚ＞２×（歯先周長）を満足する範囲に設定されているので、請求項１記載の発明による効果と同等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の全体断面図である。
【図２】一実施例のピニオンギヤの諸元に関する説明図である。
【図３】一実施例の差動制限特性の説明図である。
【図４】従来例の全体断面図である。
【符号の説明】
３ デフケース（ケース）
１５，１７ サイドギヤ（ヘリカルサイドギヤ）
３７，３９ 収納孔
４１，４３ ピニオンギヤ（ヘリカルピニオンギヤ）
４５，５１ 第１ギヤ部
４７，５３ 第２ギヤ部
Ａ ピニオンギヤの歯先周長
Ｂ ピニオンギヤの周方向の接触長さ
β ねじれ角
ｌ 歯幅
ｗ 歯先の周方向幅
ｚ 歯数
ｄ 歯先径
η 接触率

Claims (2)

1. エンジンの駆動力により回転するケースと、該ケース内に回転自在に支持された一対のヘリカルサイドギヤと、一方のサイドギヤと噛み合うヘリカルピニオンギヤと、他方のサイドギヤと噛み合うと共に前記ピニオンギヤと噛み合うヘリカルピニオンギヤと、ケースに形成され前記ヘリカルピニオンギヤを摺動回転自在に収納する収納孔とを備える差動制限装置の前記ヘリカルピニオンギヤのギヤ諸元を設定する設定方法であって、
   前記ピニオンギヤの少なくとも一方は、歯幅ｌとねじれ角βと歯先の周方向幅ｗと歯数ｚとから表される値（ｌ・ｔａｎβ＋ｗ）×ｚが該ギヤの歯先周長の２倍を上回る範囲にギヤ諸元を設定したことを特徴とする差動制限装置のギヤ諸元設定方法。
2. 請求項１に記載の差動制限装置のギヤ諸元設定方法であって、
   前記ギヤ諸元は、歯幅と、ねじれ角と、歯先の周方向幅と、歯数と、歯先径とであることを特徴とする差動制限装置のギヤ諸元設定方法。

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