CN101782130B - 非正交斜齿圆锥齿轮副及非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非正交斜齿圆锥齿轮副及其制造方法和由该齿轮副构成的非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器，属于机械传动技术领域；技术方案包括斜齿圆锥齿轮(1)、大齿轮(2)，斜齿圆锥齿轮轴线(3)与大齿轮轴线(4)空间交错，两轴线固定夹角∑、0＜∑＜90°，两轴线距离为啮合传动的中心距a，由满足两轴线空间位置关系和安装距R₁、R₂啮合传动的斜齿圆锥齿轮(1)和大齿轮(2)构成非正交斜齿圆锥齿轮副；非正交斜齿圆锥齿轮副应用于非90°空间交错轴线的运动和动力传动，非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器应用于车辆轴间或轮间扭矩感应自锁式差速器。

Description

非正交斜齿圆锥齿轮副及非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器

技术领域

本发明涉及一种非正交斜齿圆锥齿轮副及其制造方法和由该齿轮副构成的非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器，属于机械传动技术领域。

技术背景

交错轴斜齿圆柱齿轮副可以用于两轴线夹角∑＝0～90°之间的运动和动力传递，∑＝0时为线接触，∑≠0时为点接触。斜齿圆锥齿轮副用来传递空间两垂直交错轴线之间的运动和动力，斜齿圆锥齿轮在啮合时，轮齿啮合线是变化的，载荷逐渐加上，再逐渐卸掉，故传动较平稳，冲击、振动和噪声较小，适宜于高速、重载传动，由于斜齿圆锥齿轮有这些优点，在机械传动技术领域占有重要地位，但是由于斜齿圆锥齿轮结构的复杂性和独特性，给设计与加工带来一定的困难，因而在工业上始终得不到广泛的应用。

根据GB/T 12369-1990斜齿圆锥齿轮基本齿廓标准，斜齿圆锥齿轮齿廓常用曲线为渐开线，齿面为渐开螺旋面；齿廓曲线也可以设计为圆弧、摆线或其它曲线，其齿面通称为螺旋面。斜齿圆锥齿轮齿面的常用加工方法主要有展成法和成型法，展成法是用产形面为平面的刀具切削或磨削加工出斜齿圆锥齿轮的螺旋面，成型法是用成形铣刀加工出斜齿圆锥齿轮的螺旋面。取产形面与斜齿圆锥齿轮螺旋面相同的锥面滚刀在滚齿机上加工出大锥齿轮，亦可得到斜齿圆锥齿轮副。斜齿圆锥齿轮副的特点为接触齿数多、润滑条件好、承载能力大，可以实现硬齿面传动。

发明内容

本发明的目的是要提供一种非正交斜齿圆锥齿轮副及其制造方法和由该齿轮副构成的非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器；非正交斜齿圆锥齿轮副应用于非90°空间交错轴线的运动和动力传动，非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器应用于车辆轴间或轮间扭矩感应自锁式差速器。

为了达到本发明的目的所采取的技术方案如下：

非正交斜齿圆锥齿轮副包括斜齿圆锥齿轮1、大齿轮2，斜齿圆锥齿轮轴线3与大齿轮轴线4空间交错，两轴线固定夹角∑、0＜∑＜90°，两轴线距离为啮合传动中心距a，由满足两轴线空间位置关系和安装距R₁、R₂啮合传动的斜齿圆锥齿轮1和大齿轮2构成非正交斜齿圆锥齿轮副(如图1、2)。

非正交斜齿圆锥齿轮副制造方法包括：斜齿圆锥齿轮1由常规已有加工技术制成，取产形面与斜齿圆锥齿轮1螺旋面相同的锥面滚刀8在滚齿机上加工大齿轮毛坯9，加工过程中锥面滚刀轴线10与大齿轮毛坯轴线11夹角为∑、0＜∑＜90°，两轴线距离为啮合传动中心距a及满足安装距R₁、R₂，按斜齿圆锥齿轮1和大齿轮2的传动比i₁₂滚切，将大齿轮毛坯9加工成大齿轮2(如图3)，由加工出的大齿轮2与斜齿圆锥齿轮1保持轴交角∑、中心距a及安装距R₁、R₂啮合传动得到非正交斜齿圆锥齿轮副。

非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器包括：差速器壳体7上设置有空间交错的斜齿圆锥齿轮轴线3和大齿轮轴线4，两轴线夹角为∑、β₁＜∑＜90°并且90°-β₁＜∑＜90°，两轴线距离为啮合传动中心距a，右旋斜齿圆锥齿轮1的螺旋角β₁，右旋斜齿圆锥齿轮1和与右旋斜齿圆锥齿轮1旋向不同其它几何参数和结构完全相同的左旋斜齿圆锥齿轮5同轴线固连构成一个行星齿轮，行星齿轮在差速器壳体7上绕斜齿圆锥齿轮轴线3转动联接，右旋大齿轮2和左旋大齿轮6分别与差速器壳体7同轴线4转动联接，具有同一转动轴线4的右旋大齿轮2和左旋大齿轮6分别与右旋斜齿圆锥齿轮1和左旋斜齿圆锥齿轮5啮合传动，形成两组具有斜齿圆锥齿轮同速、同向、同轴线3转动的定传动比i₁₂＝i₅₆非正交斜齿圆锥齿轮副，由差速器壳体7输入动力并由右旋大齿轮2、左旋大齿轮6分别输出动力构成非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器(如图4)。

上述的非正交斜齿圆锥齿轮副中，改变斜齿圆锥齿轮1的齿数z₁或螺旋角β₁和非正交斜齿圆锥齿轮副的传动比i₁₂＝z₂/z₁或轴交角∑，可以改变非正交斜齿圆锥齿轮副的正反向传动效率，当传动效率η＝0时机构自锁。

上述的非正交斜齿圆锥齿轮副制造方法中，斜齿圆锥齿轮1的齿廓曲线可以是渐开线、圆弧、摆线或其它曲线，由产形面与斜齿圆锥齿轮1螺旋面相同的锥面滚刀8在滚齿机上保持轴交角为∑、中心距为a及安装距R₁、R₂，加工出的大齿轮2与斜齿圆锥齿轮1啮合传动均可得到非正交斜齿圆锥齿轮副。

上述的非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器中，改变轴交角∑，或者改变右旋斜齿圆锥齿轮1的齿数z₁或螺旋角β₁和传动比i₁₂＝z₂/z₁、左旋斜齿圆锥齿轮5的齿数z₅＝z₁或螺旋角β₅＝β₁和传动比i₅₆＝z₆/z₅＝i₁₂亦随着相应变化时，可以改变轮系的传动效率，进而改变非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器的理论锁紧系数K，以便满足车辆对差速器性能的要求。

上述的非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器中，为了提高承载能力和转动平稳性在差速器壳体7上绕大齿轮轴线4均布p个行星齿轮，p＝2、3、4、5、6，如图5所示p＝3。

上述的非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器中，为了提高承载能力，行星齿轮的右旋斜齿圆锥齿轮1和左旋斜齿圆锥齿轮5为硬齿面，与其对应啮合传动的右旋大齿轮2和左旋大齿轮6亦为硬齿面，由两对硬齿面非正交斜齿圆锥齿轮副构成非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器，以便提高车辆的牵引力和驱动功率。

附图说明

图1为非正交斜齿圆锥齿轮副原理图；

图2为非正交斜齿圆锥齿轮副俯视原理图；

图3为非正交斜齿圆锥齿轮副的大齿轮加工原理图；

图4为非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器原理图；

图5为非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器的行星齿轮配置原理图。

具体实施方案

下面根据附图对本发明的实施例进行描述。

图1所示的非正交斜齿圆锥齿轮副由斜齿圆锥齿轮1、大齿轮2构成，斜齿圆锥齿轮轴线3与大齿轮轴线4空间交错，两轴线固定夹角∑、0＜∑＜90°，两轴线距离为啮合传动中心距a，由满足两轴线空间位置关系和安装距R₁、R₂相互啮合传动的斜齿圆锥齿轮1和大齿轮2构成非正交斜齿圆锥齿轮副(如图2)；斜齿圆锥齿轮1的齿数z₁、螺旋角β₁、锥角δ，大齿轮2的齿数z₂，通过改变斜齿圆锥齿轮1的齿数z₁或螺旋角β₁和非正交斜齿圆锥齿轮副的传动比i₁₂＝z₂/z₁或轴交角∑，可以改变非正交斜齿圆锥齿轮副的正反向传动效率，当传动效率η＝0时机构自锁。斜齿圆锥齿轮1为右旋时，取β₁＜∑、大齿轮2为右旋，斜齿圆锥齿轮1可以设计为左旋，与其啮合的大齿轮2亦为左旋。

非正交斜齿圆锥齿轮副的制造方法包括：①.斜齿圆锥齿轮1的制造：斜齿圆锥齿轮1由常规已有加工技术制成，斜齿圆锥齿轮1的齿廓曲线可以是渐开线、圆弧、摆线或其它曲线；②.大齿轮2的制造：如图3所示，取产形面与斜齿圆锥齿轮1螺旋面相同的锥面滚刀8安装在滚刀架上，大齿轮毛坯9安装在滚齿机工作转台上，调节滚刀架倾角为90°-∑，即满足锥面滚刀轴线10与大齿轮毛坯轴线11夹角为∑、0＜∑＜90°，由安装距R₁、R₂分别确定锥面滚刀8和大齿轮毛坯9的轴向位置，调整两轴线中心距O₁O₂等于啮合传动中心距a，按斜齿圆锥齿轮1和大齿轮2的传动比i₁₂计算挂轮滚比，锥面滚刀8在滚齿机上将大齿轮毛坯9加工成大齿轮2，由加工出的大齿轮2与斜齿圆锥齿轮1保持轴交角为∑、中心距为a及安装距R₁、R₂啮合传动得到非正交斜齿圆锥齿轮副。加工过程中滚刀架倾角为0°时，即锥面滚刀轴线10与大齿轮毛坯轴线11夹角∑＝90°时，可得到正交斜齿圆锥齿轮副。

图4所示的非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器原理图中，差速器壳体7上设置有空间交错的斜齿圆锥齿轮轴线3和大齿轮轴线4，两轴线夹角为∑、β₁＜∑＜90°并且90°-β₁＜∑＜90°，两轴线距离为啮合传动中心距a，右旋斜齿圆锥齿轮1的螺旋角β₁，右旋斜齿圆锥齿轮1和与右旋斜齿圆锥齿轮1旋向不同其它几何参数和结构完全相同的左旋斜齿圆锥齿轮5同轴线固连构成一个行星齿轮，行星齿轮在差速器壳体7上绕斜齿圆锥齿轮轴线3转动联接，右旋大齿轮2和左旋大齿轮6分别与差速器壳体7同轴线4转动联接，具有同一转动轴线4的右旋大齿轮2和左旋大齿轮6分别与右旋斜齿圆锥齿轮1和左旋斜齿圆锥齿轮5啮合传动，形成两组具有斜齿圆锥齿轮同速、同向、同轴线3转动的定传动比i₁₂＝i₅₆非正交斜齿圆锥齿轮副；由右旋大齿轮2、左旋大齿轮6两同轴线4独立转动的‘中心轮’和绕轴线4转动的差速器壳体7为‘系杆’以及相对差速器壳体7绕轴线3自转并与差速器壳体7一起绕轴线4公转的行星齿轮构成双自由度差动轮系，其转速关系为n₇＝(n₂+n₆)/2，由差速器壳体7输入动力并由右旋大齿轮2、左旋大齿轮6分别输出动力构成非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器。当车辆直线行驶时，n₂＝n₆＝n₇，右旋斜齿圆锥齿轮1和右旋大齿轮2、左旋斜齿圆锥齿轮5和左旋大齿轮6没有相对转动，即行星齿轮没有自转只有公转；当车辆转弯时，n₂＝n₇+Δn，n₆＝n₇-Δn，Δn＞0左转弯，Δn＜0右转弯，Δn≠0时右旋斜齿圆锥齿轮1和右旋大齿轮2、左旋斜齿圆锥齿轮5和左旋大齿轮6产生相对转动，行星齿轮自转同时公转；当一个驱动轮打滑时，差速器将限制该轮单边速度突变。改变轴交角∑，或者改变右旋斜齿圆锥齿轮1的齿数z₁或螺旋角β₁和右旋大齿轮2的齿数z₂、左旋斜齿圆锥齿轮5的齿数z₅＝z₁或螺旋角β₅＝β₁和左旋大齿轮6的齿数z₆＝z₂亦随着相应变化时，可以改变轮系的传动效率，进而改变非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器的理论锁紧系数K，以便满足车辆对差速器性能的要求；考虑到差速器壳体7受力平衡、差速器转动平稳性以及为了提高承载能力在差速器壳体7上绕轴线4均布p个行星齿轮，p＝2、3、4、5、6，本实施例p＝3(如图5)；为了提高承载能力，行星齿轮的右旋斜齿圆锥齿轮1和左旋斜齿圆锥齿轮5为硬齿面，与其对应啮合传动的右旋大齿轮2和左旋大齿轮6亦为硬齿面，由两对硬齿面非正交斜齿圆锥齿轮副构成非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器，以便提高车辆的牵引力和驱动功率。

Claims (6)

1.非正交斜齿圆锥齿轮副制造方法，包括：斜齿圆锥齿轮(1)由常规已有加工技术制成，其特征在于，取产形面与斜齿圆锥齿轮(1)螺旋面相同的锥面滚刀(8)在滚齿机上加工大齿轮毛坯(9)，加工过程中锥面滚刀轴线(10)与大齿轮毛坯轴线(11)夹角为∑、0＜∑＜90°，两轴线距离为啮合传动中心距a及满足安装距R₁、R₂，按斜齿圆锥齿轮(1)和大齿轮(2)的传动比i₁₂滚切，将大齿轮毛坯(9)加工成大齿轮(2)，由加工出的大齿轮(2)与斜齿圆锥齿轮(1)实现轴交角∑、中心距a、安装距R₁、R₂啮合传动。

2.非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器，其特征在于，差速器壳体(7)上设置有空间交错的斜齿圆锥齿(1、5)和大齿轮(2、6)，轴交角∑、β₁＜∑＜90°并且90°-β₁＜∑＜90°，两轴线距离为啮合传动中心距a，右旋斜齿圆锥齿轮(1)的螺旋角β₁，右旋斜齿圆锥齿轮(1)和与右旋斜齿圆锥齿轮(1)旋向不同其它几何参数和结构完全相同的左旋斜齿圆锥齿轮(5)同轴线固连构成一个行星齿轮，行星齿轮在差速器壳体(7)上绕斜齿圆锥齿轮轴线(3)转动联接，右旋大齿轮(2)和左旋大齿轮(6)分别与差速器壳体(7)同轴线(4)转动联接，具有同一转动轴线(4)的右旋大齿轮(2)和左旋大齿轮(6)分别与右旋斜齿圆锥齿轮(1)和左旋斜齿圆锥齿轮(5)定传动比i₁₂＝i₅₆啮合传动，由差速器壳体(7)输入动力并由右旋大齿轮(2)、左旋大齿轮(6)分别输出动力。

3.根据权利要求1所述的非正交斜齿圆锥齿轮副制造方法，斜齿圆锥齿轮(1)的齿廓曲线可以是渐开线、圆弧、摆线，其特征在于，由产形面与斜齿圆锥齿轮(1)螺旋面相同的锥面滚刀(8)在滚齿机上保持轴交角∑、中心距a及安装距R₁、R₂，加工出的大齿轮(2)与斜齿圆锥齿轮(1)均可实现非正交啮合传动。

4.根据权利要求2所述的非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器，其特征在于，改变轴交角∑，或改变右旋斜齿圆锥齿轮(1)的齿数z₁或螺旋角β₁或传动比i₁₂＝z₂/z₁、左旋斜齿圆锥齿轮(5)的齿数z₅＝z₁或螺旋角β₅＝β₁或传动比i₅₆＝z₆/z₅＝i₁₂亦随着相应变化时，可以改变非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器的理论锁紧系数K。

5.根据权利要求2所述的非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器，其特征在于，在差速器壳体(7)上绕大齿轮轴线(4)均布p个行星齿轮，p＝2、3、4、5、6。

6.根据权利要求2所述的非正交斜齿圆锥齿轮限滑差速器，其特征在于，行星齿轮的右旋斜齿圆锥齿轮(1)和左旋斜齿圆锥齿轮(5)为硬齿面，与其对应啮合传动的右旋大齿轮(2)和左旋大齿轮(6)亦为硬齿面。 

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