CN105221700A - 纯机械式行星轮同向转速差感应锁止差速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纯机械式行星轮同向转速差感应锁止差速器，包括差速器壳和差速器壳盖以及传动机构、差速机构和锁止机构。其中，锁止机构结合运用了托森式差速器的蜗杆锁止原理和伊顿式差速器的卡锁原理，可保证100％锁止和零时间解锁，并且具有能实现先扭矩补偿后迅速锁死的线性锁止的优点。总之，本发明设计布局合理、结构紧凑简单、安全可靠高效，可以提高行车通过性能和安全性能，主要适用于汽车桥间差速和汽车轴间差速。

Description

纯机械式行星轮同向转速差感应锁止差速器
技术领域
本发明属于汽车传动装置中的差速器机构，尤其涉及一种纯机械式行星轮同向转速差感应锁止差速器。
背景技术
差速器是汽车上的关键部件之一，尤其是防滑差速器的性能好坏直接关系到汽车越野性能的高低。随着汽车工业地不断发展，特别是越野型汽车，其锁止防滑差速器的作用显得愈发重要。当前应用在汽车上的锁止差速器主要包括摩擦片式防滑差速器、电子感应防滑差速器、纯机械式托森差速器和伊顿差速器，而其中性能较好的托森差速器和伊顿差速器仍存在有一些使用缺陷。如：托森差速器的结构复杂、体积大、分量重、价格高，并且不能百分之百地锁止，只有在电子锁止器的辅助下才能完成锁止动作，如此就增加了差速机构工作的繁琐性。伊顿机械锁止差速器是在车轮和离心轮达到一定转速的情况下，锁止机构才投入工作，并且在车速超过一定限值后，锁止机构自行退出工作。因而，伊顿机械锁止差速器的锁止作用实际上只在一定车速范围内有效。另外，这种差速锁止器还存在反应速度慢和容易造成轮胎磨损大等缺陷，且在锁止时，离心轮的碰撞动作还会产生较大的工作噪音。
为了改善车辆的行驶性能，在普通开式差速器的基础上，国外陆续出现了各种结构类型的防滑差速器(LSD)和锁止式差速器(LLD)，但它们大多需要额外辅助功能且价格比较昂贵。目前，国内也研发了一些机械式锁止差速器，如：
“自动锁止式防滑汽车差速器”(专利号99210242.1公开日20000607)，其原理是在普通汽车行星齿轮减速器的行星轮和差速器壳之间，增加一种钢球楔形自锁装置，汽车一侧车轮打滑时，差速器行星齿轮自转，使楔形槽的上下部件相对运动，由于钢球的作用迫使二者同步，进而实现差速器的自动锁止，其缺点在于差速限值小、高速行驶转弯时，可能突然自锁，安全系数不高。
“纯机械锁止防滑差速器”(专利号201320476732.9公开日20140205)结构复杂、差速效果不明显，锁止功能依靠摩擦盘作用，部件使用寿命短，可靠性不高。
唐山爱特公司生产的“自动机械锁止式螺旋齿限滑差速器”结合了托森差速器的锅杆差速原理和伊顿差速器的锁止原理，但还是存在差速不及时和解锁有过度期的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种设计布局合理、结构紧凑简单、安全可靠高效的纯机械式行星轮同向转速差感应锁止差速器，可以提高行车通过性能和安全性能。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：纯机械式行星轮同向转速差感应锁止差速器，包括差速器壳和差速器壳盖以及传动机构、差速机构和锁止机构，差速器壳和差速器壳盖结合成整体，差速器壳盖上固定从动齿轮；传动机构主要由与汽车驱动轮轴连接的输出轴、左半轴齿轮、右半轴齿轮组成，输出轴通过差速器壳及壳盖上的轴承位内匹配轴孔安装在差速器壳内；差速机构主要由分别安装在差速器壳内左右两侧中心点对称的一个行星轮和四个小行星轮组成，行星轮、小行星轮分别与左半轴齿轮、右半轴齿轮啮合；锁止机构主要由锁止轴、锁止轴轴销、锁止卡轮组成，锁止轴由锁止轴直齿轮与锁止轮结合成一体，锁止卡轮安装在锁止卡轮支架内；四个小行星轮在锁止轴直齿轮周围成对称梅花形分布，并通过小行星轮直齿轮与锁止轴直齿轮互相啮合；锁止卡轮支架由锁止卡轮支架盖和锁止卡轮支架底座构成，锁止卡轮支架底座底部有一正方形孔与行星轮上的正方形柱匹配套接；锁止卡轮两端轴销与锁止卡轮支架盖、锁止卡轮支架底座上的椭圆销位匹配套接；锁止轴尾部有一小圆柱与行星轮凸起的正方形柱中心内孔匹配套接。
行星轮外圆齿数与小行星轮外圆齿数比例为4∶1，小行星轮直齿轮与锁止轴直齿轮外圆齿数比例为1∶2。
针对目前锁止差速器存在的问题，发明人以开放式差速器为基础，设计制作了一种纯机械式行星轮同向转速差感应锁止差速器，包括差速器壳和差速器壳盖以及传动机构、差速机构和锁止机构。其中，锁止机构结合运用了托森式差速器的蜗杆锁止原理和伊顿式差速器的卡锁原理，可保证100％锁止和零时间解锁，并且具有能实现先扭矩补偿后迅速锁死的线性锁止的优点。总之，本发明设计布局合理、结构紧凑简单、安全可靠高效，可以提高行车通过性能和安全性能，主要适用于汽车桥间差速和汽车轴间差速。
附图说明
图1是本发明纯机械式行星轮同向转速差感应锁止差速器的侧面示意图。
图2是本发明纯机械式行星轮同向转速差感应锁止差速器的剖视示意图。
图3是本发明纯机械式行星轮同向转速差感应锁止差速器的拆装示意图。
图4是本发明感应锁止差速器中锁止机构部件的结构示意图之一。
图5是本发明感应锁止差速器中锁止机构部件的结构示意图之二。
图6是本发明感应锁止差速器中锁止机构的组成和工作原理图之一。
图7是本发明感应锁止差速器中锁止机构的组成和工作原理图之二。
图8是本发明感应锁止差速器中各轴的转向示意图。
图9是本发明感应锁止差速器的安装工作状态示意图。
图中：1差速器壳盖，2差速器壳，3左半轴齿轮，4右半轴齿轮，5行星轮，6小行星轮，7锁止轴直齿轮，8锁止卡轮支架，9锁止轮，10锁止卡轮，11输出轴，12小行星轮直齿轮，13行星轮轴销，14小行星轮轴销，15锁止轴轴销，16锁止卡轮支架盖，17锁止卡轮支架底座，18从动齿轮，19主动齿轮，20传动轴，21从动齿轮安装盘锁紧螺钉，22轴承位，23差速器壳对称窗，24从动齿轮固定螺钉；图5中a为盖面，b为盖内面，c为底座内正视图，d为底座剖视图，e为侧面立体图。
具体实施方式
组成结构
如图1至9所示，本发明纯机械式行星轮同向转速差感应锁止差速器，包括差速器壳2和差速器壳盖1以及传动机构、差速机构和锁止机构。其中，
差速器壳和差速器壳盖结合成整体，差速器壳两侧设对称窗23，差速器壳盖上通过从动齿轮安装盘锁紧螺钉21和从动齿轮固定螺钉24固定从动齿轮18，从动齿轮与汽车传动轴20的主动齿轮19啮合。
传动机构主要由与汽车驱动轮轴连接的输出轴、左半轴齿轮3、右半轴齿轮4组成，输出轴11通过差速器壳及壳盖上的轴承位22内匹配轴孔安装在差速器壳内。
差速机构主要由分别安装在差速器壳内左右两侧中心点对称的一个行星轮5和四个小行星轮6组成并形成差速作用，行星轮、小行星轮分别与左半轴齿轮、右半轴齿轮啮合；
锁止机构主要由锁止轴、锁止轴轴销、锁止卡轮组成并形成锁止作用，锁止轴由锁止轴直齿轮7与锁止轮9结合成一体，锁止卡轮10安装在锁止卡轮支架8内；四个小行星轮在锁止轴直齿轮周围成对称梅花形分布，并通过小行星轮直齿轮12与锁止轴直齿轮互相啮合；锁止卡轮支架由锁止卡轮支架盖16和锁止卡轮支架底座17构成，锁止卡轮支架底座底部有一正方形孔与行星轮上的正方形柱匹配套接；锁止卡轮两端轴销与锁止卡轮支架盖、锁止卡轮支架底座上的椭圆销位匹配套接；锁止轴尾部有一小圆柱与行星轮凸起的正方形柱中心内孔匹配套接。
制作安装
如图3所示，先把右半轴齿轮插入差速器壳内的右端，然后把两个小行星轮安装到差速器壳内相应位置插上小行星轮轴销14固定；接着把事先组装好的锁止机构整体推入差速器壳内对应位置，行星轮与右半轴齿轮啮合、锁止轴直齿轮与小行星轮直齿轮啮合后插上对应的锁止轴轴销15和行星轮轴销13固定；把剩下的两小行星轮安装到差速器壳内相应位置，小行星轮直齿轮与锁止轴直齿轮啮合后插上小行星轮轴销固定，接着把左半轴齿轮插到安装好的行星轮与小行星轮之间，上下对应轮齿啮合后套上差速器壳盖拧上螺钉锁紧形成整体。
组装锁止机构时，先把锁止卡轮装入锁止卡轮支架底座相应位置，然后把锁止轴上锁止轮一端插进已安装好锁止卡轮的锁止卡轮支架底座，盖上锁止卡轮支架盖、拧上螺钉锁紧，最后套进行星轮的正方形柱上形成一整体。
工作原理
当行星轮与锁止轴直齿轮形成一定转速差时，锁止卡轮上的蜗齿与锁止轮上的蜗齿互相啮合收紧锁死达到锁止目的；当行星轮与锁止轴直齿轮之间的转速差没达到一定值时，锁止卡轮的自转消化了行星轮与锁止轴直齿轮之间的低转速差。
如图2和图8，其中，初定设计锁止机构各齿轮之间的大小比例关系为：行星轮外圆齿数与小行星轮外圆齿数比例为4∶1，小行星轮直齿轮与锁止轴直齿轮外圆齿数比例为1∶2。也就是说，当行星轮转一圈时小行星轮转四圈、锁止轴直齿轮转二圈，因为锁止轮支架与行星轮连接，所以锁止轮与锁止卡轮支架形成的转速差是2∶1，正因为他们之间存在转速差才能形成锁止功能。
工作过程
如图8和图9所述，本发明纯机械式行星轮同向转速差感应锁止差速器的整体机构是由两端轴承位安装的匹配轴承托起定位只能作旋转转动，当传动轴转动主动齿轮啮合从动齿轮旋转，差速器整体同步同向与从动齿轮旋转，此时当汽车没有转向或驱动轮没有打滑时，差速器壳内的各行星轮处于自止状态、左右输出轴跟差速器壳同向旋转、汽车直线行走；当汽车转弯时，左右驱动轮弯向内轮滚动直径小、弯向外轮滚动直径大形成转速差时，各行星轮转动，但此时转速差不达到一定数值，其差速器壳内锁止机构的锁止轮与锁止卡轮同样没有达到一定差速数值，锁止机构没有发生锁止作用，所产生的转速差由锁止卡轮自转消化；当汽车驱动轮有一侧打滑或空转时，转速差直线增大，锁止轮与锁止轮支架的转速差无法通过锁止卡轮自转消化，锁止卡轮卡死锁止轮、各行星轮不能自转、左右半轴齿轮卡死，只能同差速器壳作同向旋转、汽车左右驱动轮受力相同、附着路面强的驱动轮驱动汽车行走，因而大大提了汽车通过能力。
综上工作原理和工作过程可见，在汽车遇到湿滑路面或结冰路面突然有一侧驱动轮打滑时，锁止机构会迅速作反应先是做驱动轮轴间扭矩补偿，如果瞬间的扭矩补偿还不能弥补两驱动轮之间的转速差，锁止机构直至锁止通过打滑路段后会在驱动轮没有打滑这一刻立马解锁恢复差速功能，因为其锁止机构锁止轮与锁止卡轮支架有同向旋转的特性、固然形成解锁的迅速。其锁止机构中与螺旋齿锁止轮匹配的螺旋齿锁止卡轮可根据前、后、中差速器的差速系数不同调整增加锁止卡轮数，以及可以根据系数不同调整设定锁止轮与锁止卡轮的螺旋齿的螺旋度，同样其锁止卡轮支架上的椭圆形锁止卡轮轴销位也是可以根据前、后、中差速器的差速系数不同调整设定其椭圆销位的椭圆弧度。在差速机构方面，一侧半轴齿轮啮合的是三个行星轮，这比普通啮合两个行星轮的差速器的安全可靠性更高。因此，本发明无论作为前桥差速器还是作为后桥差速器或者作为中央差速器，都可获得安全可靠的性能，达到与之位置差速系数匹配的锁止功能和解锁效果，大大提高了行车通过性能和安全性能。

Claims (2)

1.一种纯机械式行星轮同向转速差感应锁止差速器，包括差速器壳和差速器壳盖以及传动机构、差速机构和锁止机构，其特征在于：
所述差速器壳和差速器壳盖结合成整体，差速器壳盖上固定从动齿轮；
所述传动机构主要由与汽车驱动轮轴连接的输出轴、左半轴齿轮、右半轴齿轮组成，输出轴通过差速器壳及壳盖上的轴承位内匹配轴孔安装在差速器壳内；
所述差速机构主要由分别安装在差速器壳内左右两侧中心点对称的一个行星轮和四个小行星轮组成，行星轮、小行星轮分别与左半轴齿轮、右半轴齿轮啮合；
所述锁止机构主要由锁止轴、锁止轴轴销、锁止卡轮组成，锁止轴由锁止轴直齿轮与锁止轮结合成一体，锁止卡轮安装在锁止卡轮支架内；四个小行星轮在锁止轴直齿轮周围成对称梅花形分布，并通过小行星轮直齿轮与锁止轴直齿轮互相啮合；锁止卡轮支架由锁止卡轮支架盖和锁止卡轮支架底座构成，锁止卡轮支架底座底部有一正方形孔与行星轮上的正方形柱匹配套接；锁止卡轮两端轴销与锁止卡轮支架盖、锁止卡轮支架底座上的椭圆销位匹配套接；锁止轴尾部有一小圆柱与行星轮凸起的正方形柱中心内孔匹配套接。
2.根据权利要求1所述的同向转速差感应锁止差速器，其特征在于：所述行星轮外圆齿数与小行星轮外圆齿数比例为4∶1，小行星轮直齿轮与锁止轴直齿轮外圆齿数比例为1∶2。
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