CN102829152B - 一种回流式液压限滑差速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回流式液压限滑差速器，包括壳体、差速机构和限滑摩擦副，差速机构和限滑摩擦副位于壳体内，且还包括环形活塞和输油盘，壳体内设有环形凹槽，环形活塞置于环形凹槽内；输油盘安装在壳体上，壳体相对输油盘能同轴转动；输油盘设有环形进油槽；壳体内开设有能将环形凹槽与环形进油槽连通的进油道，以使来自液压系统的高压油能够经由环形进油槽和进油道进入环形凹槽内而推动环形活塞压紧限滑摩擦副；输油盘还设有环形回油槽，高压油在输油盘与壳体的间隙处泄露的部分能够经由环形回油槽回到液压系统中。本发明的限滑摩擦副的压紧力控制可调，差速器自身的液压操纵机构体积小，并且泄漏的压力油可回收，避免压力油泄漏到差速器外部。

Description

一种回流式液压限滑差速器

技术领域

本发明涉及一种回流片式液压限滑差速器，主要用于车辆、轮式工程机械、轮式军用装备上，属于机械工程领域。

背景技术

差速器是车辆动力传动系统中的重要组成部分，在车辆上扮演着非常重要的角色。普通差速器最初的作用是当车辆在转弯等工况下，左右驱动轮转速不一致时，满足两边车轮尽可能做纯滚动行驶，减少行驶阻力和轮胎的磨损。普通差速器主要由壳体，行星齿轮轴，行星齿轮和半轴齿轮构成。其特性是差速不差扭，也就是说如果不考虑内部摩擦力的影响，车辆行驶时差速器左右半轴齿轮平分由主减速器传递来的扭矩，这在路面良好的情况下，保证了车辆在转弯等因素造成左右驱动轮行驶距离不等时，驱动轮以不同的转速相适应却不改变原有的驱动力。但普通差速器的差速不差扭特性也给车辆在非对称路面上行驶时造成驱动力降低甚至无法驱动。因为车辆的驱动力除了取决于车轮驱动力外还取决于路面的附着情况，若车辆左右驱动轮分别处在不同的附着路面上时，整车的驱动力就被附着系数小的一侧路面所限制而减小，极限状态时还会导致附着系数小的一侧驱动轮原地打滑，而另一侧驱动轮虽然处在良好路面上却原地停止不动，发动机的牵引力无法正常发挥，车辆无法起步和行驶。

目前车辆驱动防滑的主要手段有三种：1.降低发动机功率；2.对滑转一侧的车轮施加制动力；3.采用限滑差速器。三种手段都能在特定场合抑制车轮的打滑，提高动力性和安全性，但每种手段都不能胜任所有情况，因此在车辆上常采用两两组合的方式。对于提高车辆在非对称路面上的动力性和通过性最好的办法是采用限滑差速器。

限滑差速器（limited-slip diffrential），简称LSD，用于弥补普通差速器在非对称路面上差速不差扭的传动缺陷，它是在普通差速器的结构基础上加以改进，结构形式较多，但依工作原理不同主要有高摩擦自锁式限滑差速器和牙嵌式自由轮差速器。限滑差速器的应用，提高了车辆的驱动能力和通过性，从发展趋势看，会有越来越多的车辆采用。但两者的缺点也是相当显著的，对于摩擦自锁式限滑差速器，依靠增加内部部件的摩擦力改变两侧车轮的驱动力分配，提高非滑转车轮的驱动力，在两侧路面附着系数有差异的情况下在一定程度上提高了整车的驱动力，缺点是当车辆正常转弯而不是出现打滑时，差速器内部的摩擦副依然起到限滑作用，此时由于两侧驱动轮的驱动力不等而产生一个阻碍车轮转向的阻力矩，不利于转向操纵的灵活性，这就缩短了轮胎和零件的寿命，无益地消耗功率和燃料，这种在驱动过程中不能主动地适应外界条件的变化，是其自身结构不可克服的缺点；对于牙嵌式自由轮差速器，只要两侧车轮有转速差，转速快的车轮就脱离传动，驱动完全靠另一侧非滑转车轮完成，在非对称路面上一定程度地提高了驱动力，缺点是左右车辆传递扭矩时断时续，另一侧路面的附着条件不能加以利用，而且，该差速器结构复杂，噪声大，制造精度要求高。因此，到目前为止上述两种差速器在车辆上的应用还没有普及。

为了克服机械式限滑差速器的上述缺点，目前，国外开始采用液压限滑差速器，是对高摩擦自锁式限滑差速器进行技术创新，在差速器内部装有摩擦副，摩擦副的主动盘与差速器壳体装配在一起，摩擦副的从动盘与行星齿轮装配在一起，在外力的作用下将主动盘和从动盘压紧产生摩擦力矩，从而改变差速器原来差速不差扭的传递特性，将发动机传来的扭矩在两侧驱动轮间进行重新分配，充分发挥轮胎与良好路面的附着潜力，提高了整车的驱动力和通过性。而将上述主动盘和从动盘压紧的方法，目前国内外主要有：1）将主动盘和从动盘之间充满硅油，依靠硅油的粘度在主动盘和从动盘之间产生剪切力；2）在差速器壳体内设置一个油缸，在油缸旁侧的差速器壳体上装配一个齿轮泵，齿轮泵的转子和定子分别装配在差速器的半轴齿轮和壳体上，当半轴齿轮和壳体产生转速差，齿轮泵便开始工作，将高压油送入油缸压紧摩擦副。3）在差速器的一端装配一个电机，通过计算机对电机的控制产生压紧摩擦副的压力。这三种方法均有研究，但第一种结构不能实现主动控制，只要两侧车轮有转速差，差速器就产生限滑作用，对车辆的转弯带来不利影响，后两种方法能实现主动控制，但结构复杂，不论是油泵还是电机都使差速器体积增大，不便于安装，因而应用也较少。

发明内容

本发明针对现有差速器的不足，提出了一种回流式液压限滑差速器，该限滑差速器只有在两侧驱动轮处于非对称路面出现一侧驱动轮打滑时才产生限滑作用，转矩输出特性能够实现主动控制，锁紧系数可以采用外部液压控制系统进行调整，并解决了液压油泄漏回收的问题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

本发明回流式液压限滑差速器包括壳体、差速机构和限滑摩擦副，差速机构和限滑摩擦副位于壳体内，并且还包括环形活塞和输油盘，所述壳体内设有环形凹槽，环形活塞置于环形凹槽内；所述输油盘安装在壳体上，所述壳体相对输油盘能同轴转动；输油盘设有环形进油槽；所述壳体内开设有能将所述环形凹槽与环形进油槽连通的进油道，以使来自液压系统的高压油能够经由环形进油槽和进油道进入所述环形凹槽内而推动环形活塞压紧限滑摩擦副；所述输油盘还设有环形回油槽，高压油在所述输油盘与壳体的间隙处泄漏的部分能够经由所述环形回油槽回到液压系统中。

进一步地，本发明在所述环形进油槽的两侧分别设有所述环形回油槽。

进一步地，本发明在所述输油盘与壳体之间安装有转动密封件。

进一步地，本发明在所述环形进油槽的两侧分别安装有所述转动密封件。

进一步地，本发明所述转动密封件安装于所述环形进油槽与所述环形回油槽之间。

进一步地，本发明在所述输油盘与壳体之间设有第二密封件，用以防止所述环形回油槽中的液压油从输油盘和壳体之间的间隙渗漏到差速器外部。

进一步地，本发明所述输油盘上设有将所述环形进油槽与液压系统连通的进油孔。

进一步地，本发明所述输油盘上设有将所述环形回油槽与液压系统连通的回油孔。

进一步地，本发明所述输油盘为环形。

进一步地，本发明所述输油盘与壳体通过轴承安装在一起。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）差速器锁紧系数可控，可以通过外部液压控制系统按照轮胎与地面的附着状态对限滑摩擦副的压紧力进行控制，既不影响车辆在良好的路面上转向特性，又能满足非对称路面条件下的驱动力分配需求，提高车辆的动力性和通过性。

（2）限滑摩擦副的压紧动作采用液压控制，摩擦片结合连续平稳，输油盘设有环形回油槽，可以使高压油在输油盘与壳体的间隙处泄漏的部分能够经由环形回油槽回到液压系统中；并且，环形回油槽可以收集在转动密封处泄漏的液压油，并送回液压系统。

（3）本发明结构紧凑，差速器自身的液压操纵机构体积小、重量轻，性能优于现有的限滑差速器，适合在各种车辆、轮式工程机械以及军事装备上使用。

（4）车辆在良好路面上正常运行时，外部液压系统不对该限滑差速器提供高压油，限滑摩擦副处于放松状态，此时，该限滑差速器只起到普通差速器差速不差扭的作用；当两侧路面附着状态不对称，发生某侧车轮打滑时，外部液压系统就会将高压油从输油盘输送到差速器内部，通过环形活塞压紧限滑摩擦副，并通过控制限滑摩擦副的压紧力，调整差速器半轴齿轮输出的扭矩分配，充分发挥轮胎与良好路面的附着潜力，提高车辆的动力性和通过性。

附图说明

图1是本发明差速器的总装图；

图2是图1中右部的局部放大图；

图3是图1中左壳体的结构示意图；

图4是图3的A-A剖视图 ；

图5是图1中的中间壳体的结构示意图；

图6是图5的B-B剖视图；

图7是图1中的右壳体的结构示意图；

图8是图1中的右半轴齿轮的结构示意图；

图9是本发明壳体内的环形活塞的结构示意图；

图10是图9的C-C剖视图；

图11是本发明的输油盘的结构示意图；

图12是本发明限滑摩擦副的主动摩擦片的结构示意图；

图13是本发明限滑摩擦副的从动摩擦片的结构示意图；

图中，1-左半轴齿轮，2-左壳体，3、21-联接螺栓，4-行星齿轮，5-行星齿轮轴，6-行星齿轮垫片，7-中间壳体，8-右半轴齿轮，9、22-半轴齿轮垫片，10-联接螺栓，11、17-密封圈，12-滚动轴承,13-输油盘，14右壳体延伸轴颈，15-右壳体，16-环形活塞，18-径向通孔， 19-从动摩擦片，20-主动摩擦片，23-径向通孔，24、25-环形回油槽,26-回油孔，27-轴向通道，28-进油道，29-环形进油槽，30、31-转动密封件，32、33-第二密封件，34、35-卡环，36-定位凹槽，37-进油孔，38-螺栓孔，39-中心孔，40-螺栓孔，41-轴向凹槽，42-腹板，43-定位凹槽，44-中心孔，45-中心孔，46-环形凹槽，47、48-环形凹槽，49-花键，50-环形平面、51-中心孔，52、53-卡环槽，54-凸耳，55-花键，56-右半轴齿轮的轴颈。

具体实施方式

本发明回流式液压限滑差速器主要包括壳体、差速机构、限滑摩擦副以及环形活塞、输油盘等部分。图1至图13示出了本发明的一种实施方式的结构，以下进行具体的描述。

在图1至图13所示的结构中，本发明回流式液压限滑差速器的壳体由左壳体2、中间壳体7、右壳体15构成。其中，左壳体2设有中心孔39和半圆形定位凹槽36；中间壳体7呈两侧凹进，内部设有带中心孔44的腹板42，中间壳体7的左侧设有定位凹槽43，中间壳体7的右侧周缘内侧设有若干轴向凹槽41及若干径向通孔18；右壳体15亦有中心孔45，右壳体15左侧设环形凹槽46，右壳体15另一侧是延长轴颈14，在延长轴颈14内部设有若干进油道28与上述环形凹槽46相通，在进油道28两侧设有另两道环形凹槽47、48。左壳体2、中间壳体7、右壳体15分别通过螺栓组3、21和螺栓组10联接形成左右两个腔。其中，差速机构置于壳体的左腔内，限滑摩擦副置于壳体的右腔内。差速机构由左半轴齿轮1、右半轴齿轮8、一组行星齿轮4和行星齿轮轴5构成，行星齿轮4安装在行星齿轮轴5上，行星齿轮轴5定位于左壳体2的定位凹槽36和中间壳体7的定位凹槽43中；左半轴齿轮1和右半轴齿轮8分别与行星齿轮组4啮合，并通过壳体的中心孔39、44定位。限滑摩擦副由一组主动限滑摩擦片20、一组从动限滑摩擦片19相间布置构成，置于壳体的右腔内，限滑摩擦副的主动摩擦片20上的凸耳54装配到中间壳体7的轴向凹槽41内，使主动摩擦片20随着壳体同向转动，从动摩擦片19与右半轴齿轮8的轴颈56通过花键副49、55联接，是从动摩擦片随着半轴齿轮同向转动。环形活塞16与限滑摩擦副同在壳体的一个腔内（即上述的壳体的右腔内）。如图1和图7所示，环形活塞16被装配在右壳体15左侧的环形凹槽46内并可轴向移动构成环形油缸，环形活塞16的环形平面50与限滑摩擦副相邻并能相对接触，环形活塞16与环形凹槽46之间靠密封圈11和17密封。输油盘13依靠轴承12安装并定位在右壳体15的延伸轴颈14上，轴承12的安装形式可以采用一端支撑，也可采用两端支撑。输油盘13与右壳体15的延伸轴颈14之间采用间隙配合，壳体能相对于输油盘13同轴转动。

输油盘13设有进油孔37和一道环形进油槽29，进油孔37和环形进油槽29连通。

输油盘13还设有回油孔26和环形回油槽24、25，环形回油槽24、25分别设置在环形进油槽29的两侧，环形回油槽24和25可通过若干轴向通道27相通且与回油孔26相通。液压油在壳体与输油盘间隙处泄漏的部分能够经输油盘与壳体之间的间隙进入到环形回油槽中，并经由回油孔回到液压系统中。

在将输油盘13装配到右壳体15的延伸轴颈14上时，要保证环形进油槽29与右壳体15的延伸轴颈14上的进油道28相连通，以使将环形凹槽46通过进油道28与环形进油槽29连通，从而使来自液压系统的高压油能够经由环形进油槽29和进油道28进入环形凹槽46内而推动环形活塞16压紧限滑摩擦副。

环形活塞16对限滑摩擦副的压紧力取决于环形进油槽29内的液压油压力，而环形进油槽29内的压力由外部液压系统控制，并能根据驱动轮的滑转状态进行调整，从而改变差速器的锁紧系数，实现限滑差速器的主动控制。

为了最大限度地减少液压油的泄漏，可在输油盘13与壳体之间的空隙处安装有转动密封件。转动密封件一般设置在环形进油槽的两侧。此外，转动密封件的使用还有利于在环形进油槽内形成高压。

作为优选方案，如图2所示，具体可在环形进油槽29与环形回油槽24之间安装有一道转动密封件30，环形进油槽29与环形回油槽25之间安装有另一道转动密封件31，转动密封件30和31分别对应安装在延伸轴颈14外侧的环形凹槽47和48内。转动密封件30和31可采用但不限于胀圈型密封环，以利于在环形进油槽29内建立需要的油压并最大限度地减少高压油从环形进油槽29内沿着输油盘13与右壳体15的延伸轴颈14之间的间隙泄漏。

为防止环形回油槽中的液压油从输油盘和壳体之间的间隙渗漏到差速器外部，可在输油盘与壳体之间增设第二密封件。尤其是当输油盘与壳体之间采用转动密封件进行转动密封时，要使该转动密封在环形进油槽内处于高压状态时无泄漏一般要付出较高的成本代价，而为了降低成本，本发明允许在转动密封处存在一定量的液压油泄漏，通过在输油盘与壳体之间设置第二密封件的方式，同样能够在环形进油槽内处于高压状态时，防止环形回油槽中的液压油进一步从输油盘和壳体的间隙处渗漏到差速器外部。

可在输油盘13的环形回油槽24的外侧安装第二密封件32、在输油盘13的环形回油槽25的外侧安装有第二密封件33。优选地，环形回油槽位于第二密封件和环形进油槽之间。第二密封件32和33可采用但不限于油封，以保证环形回油槽24、25内的压力油不能从输油盘13与右壳体15的延伸轴颈14之间的间隙进一步泄漏到差速器的外部。第二密封件可使用卡环34和35定位, 卡环34和35分别安装在输油盘13的卡环槽52和53内，第二密封件也可采用挡板等其它方式定位。在输油盘13与轴承12的配合部位可以设有若干径向通孔23,以使驱动桥壳体内的润滑油能通过径向通孔23进入轴承12进行润滑。

本发明进行差速和限滑控制的工作过程是：当外部的控制系统检测和判断出车辆是在良好路面上正常行驶时，通过控制阀控制液压系统的供油通道处于低压状态，此时，该限滑差速器只起到普通差速器的作用，差速器差速不差扭，保证车辆在转弯等两侧车轮行驶距离不等时，两侧车轮能以不等的转速行驶而不发生拖滑现象；当电脑系统检测到两侧车轮转速不等并判断出是两侧路面附着不对称导致一侧车轮打滑时，就会控制液压系统的供油通道处于高压状态，高压油从输油盘13的进油孔37进入环形进油槽29，然后经右壳体15内部的进油道28，再进入到环形凹槽46内，推动环形活塞16压紧限滑摩擦副的主动摩擦片20，从而在限滑摩擦副内产生摩擦转矩，调整差速器半轴齿轮1和半轴齿轮8输出的扭矩分配，达到充分利用两侧驱动轮与地面的附着潜力、提高车辆的动力性和通过性的目的。差速器的锁紧系数可由电脑控制外部液压系统供油通道的压力即控制环形活塞16与限滑摩擦副的压紧力进行调节，以适应不同的路面状况。当电脑系统判断出路面已恢复正常，车轮的驱动力小于路面附着力，不在出现打滑状态时，即控制液压系统的供油通道内压力为低压状态，从而释放环形液压缸内的压力，环形活塞16不再压紧主动摩擦片20，差速器恢复到差速不差扭的工作状态。在液压控制系统工作过程中，当高压油进入环形进油槽29时，从输油盘与壳体的间隙处泄漏的液压油由环形回油槽24、25进行收集，环形回油槽25内的液压油沿通道27进入环形回油槽24，最后泄漏的液压油从回油孔26回到外部液压系统。

应该说明的是，本具体实施例只是对本发明所做的示例性说明而不限于它的保护范围，任何非实质性的改变或改进都在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种回流式液压限滑差速器，包括壳体、差速机构和限滑摩擦副，差速机构和限滑摩擦副位于壳体内，其特征是：还包括环形活塞和输油盘，所述壳体内设有环形凹槽，环形活塞置于环形凹槽内；所述输油盘安装在壳体上，所述壳体相对输油盘能同轴转动；输油盘设有环形进油槽；所述壳体内开设有能将所述环形凹槽与环形进油槽连通的进油道，当一侧车轮出现打滑状态时，液压系统的供油通道处于高压状态，来自液压系统的高压油能够经由环形进油槽和进油道进入所述环形凹槽内而推动环形活塞压紧限滑摩擦副；当车轮打滑状态消失时，液压系统的供油通道处于低压状态，环形活塞不再压紧限滑摩擦副；所述输油盘还设有环形回油槽，高压油在所述输油盘与壳体的间隙处泄漏的部分能够经由所述环形回油槽回到液压系统中；在所述输油盘与壳体之间安装有转动密封件，所述转动密封件位于所述环形进油槽的两侧并且在所述环形进油槽与所述环形回油槽之间。

2.根据权利要求1所述的回流式液压限滑差速器，其特征是：在所述环形进油槽的两侧分别设有所述环形回油槽。

3.根据权利要求1或2所述的回流式液压限滑差速器，其特征是：在所述输油盘与壳体之间设有第二密封件，用以防止所述环形回油槽中的液压油从输油盘和壳体之间的间隙渗漏到差速器外部。

4.根据权利要求1或2所述的回流式液压限滑差速器，其特征是：所述输油盘上设有将所述环形进油槽与液压系统连通的进油孔。

5.根据权利要求1或2所述的回流式液压限滑差速器，其特征是：所述输油盘上设有将所述环形回油槽与液压系统连通的回油孔。

6.根据权利要求1或2所述的回流式液压限滑差速器，其特征是：所述输油盘为环形。

7.根据权利要求1或2所述的回流式液压限滑差速器，其特征是：所述输油盘与壳体通过轴承安装在一起。