CN105402355A - 任意齿差外凸轮激波滚移块式汽车差速器 - Google Patents

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梁尚明
徐毅
陈飞宇
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Abstract

任意齿差外凸轮激波滚移块式汽车差速器，属于机械传动技术领域。本发明提供一种新型汽车差速器，其外齿内保持架的外部是锥齿轮，内部是套筒结构，滚移块与外齿内保持架、左半轴多相外凸轮及右半轴内齿轮之间均为多齿啮合。动力由外齿内保持架外部的锥齿轮输入，经外齿内保持架的套筒结构传给滚移块，滚移块再将动力传给与左车轮固连的左半轴多相外凸轮和与右车轮固连的右半轴内齿轮，从而使左、右车轮实现差速。该差速器省去了传统汽车差速器中的行星齿轮系统，且其滚移块与外齿内保持架之间为滚动接触连接，故该差速器结构紧凑，体积小，多齿啮合，重合度大，承载能力强，传动效率高，可广泛用于需要差速器的各种轮式车辆，如汽车、工程车辆等。

Description

任意齿差外凸轮激波滚移块式汽车差速器
技术领域
本发明涉及一种任意齿差外凸轮激波滚移块式汽车差速器，用于轮式车辆的差速，属于机械传动技术领域。
背景技术
目前常用的汽车差速器均采用由多个直齿圆锥齿轮组成的行星齿轮系统来实现差速的目的，虽然该系统能够实现汽车左、右半轴差速的功能，但该系统构件较多，轴向及径向尺寸都大、体积大、重量较重，特别是对于重型汽车而言，为了能实现差速并传递足够的动力，则体积和重量会进一步增加；直齿圆锥齿轮传动重合度低，故承载能力低，传动效率不高。
发明内容
本发明的目的是：为克服现有汽车差速器存在的上述缺点，本发明提供一种结构简单紧凑、轴向和径向尺寸小、重量轻、重合度高、承载能力大、传动效率高的新型汽车差速器一一任意齿差外凸轮激波滚移块式汽车差速器。
本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：一种任意齿差外凸轮激波滚移块式汽车差速器，主要由外齿内保持架(1)、左半轴多相外凸轮(2)、圆锥滚子轴承(3)、右半壳(4)、滚移块(5)、右半轴内齿轮(6)、深沟球轴承(7)、螺钉(8)、深沟球轴承(9)、滚针(10)、套筒垫片(12)、深沟球轴承(13)组成，其特征在于：摒弃了传统汽车差速器的行星齿轮系统，代之以“外齿内保持架一滚移块一左半轴多相外凸轮一右半轴内齿轮”系统，该系统主要包括外齿内保持架(1)、滚移块(5)、左半轴多相外凸轮(2)、右半轴内齿轮(6)，以此系统实现差速，构成差速器；外齿内保持架(1)的外部是主减速器的从动直齿圆锥齿轮、内部是套筒结构，沿该套筒结构周向开有Z1个径向导槽，该导槽内装有滚移块(5)，故称该套筒结构为保持架，所以外齿内保持架(1)既是主减速器的一个锥齿轮，又是差速器机构中的保持架，外齿内保持架(1)将主减速器和差速器有机地合为一体，外齿内保持架(1)与右半壳(4)通过螺钉(8)固定连接成一个整体并由一对圆锥滚子轴承(3)支撑在机架上；左半轴多相外凸轮(2)为多相外凸轮，该多相外凸轮是具有三个互成120°夹角且轴心对称的凸出部分的三相外凸轮，其自身质量完全平衡，其轮廓曲线为余弦曲线，左半轴多相外凸轮(2)内嵌于外齿内保持架(1)的套筒结构内，左半轴多相外凸轮(2)的左端为左半轴，左半轴多相外凸轮(2)通过左半轴与左边车轮(14)相固连，左半轴多相外凸轮(2)的右端通过深沟球轴承(9)支承于右半轴内齿轮(6)之内，左端通过深沟球轴承(13)支承于外齿内保持架(1)之内；右半轴内齿轮(6)是内部具有多个凸出部分的内齿轮，其凸出部分的个数称为右半轴内齿轮(6)的齿数，记为Z6，右半轴内齿轮(6)的内齿轮齿廓曲线是滚移块(5)一方面随外齿内保持架(1)转动，另一方面又在外齿内保持架(1)的径向导槽中移动的过程中，滚移块(5)的上端弧形曲线所处一系列位置的包络线，外齿内保持架(1)的套筒结构装于右半轴内齿轮(6)的内齿轮中，右半轴内齿轮(6)的右端为右半轴，右半轴内齿轮(6)通过右半轴与右边车轮(15)固连在一起，右半轴内齿轮(6)由一对深沟球轴承(7)支撑在右半壳(4)中；在外齿内保持架(1)的套筒结构的径向导槽内壁上沿径向开有用以装滚针(10)的沟槽，在该沟槽内装有若干根滚针(10)，滚移块(5)装在外齿内保持架(1)的套筒结构的径向导槽内，其可在外齿内保持架(1)的径向导槽中径向移动并通过导槽内的若干根滚针(10)与外齿内保持架(1)的径向导槽组成滚动连接关系，使滚移块(5)与外齿内保持架(1)之间的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦；上述滚移块(5)为长方体结构，其上、下端可以是半圆柱面或椭圆形曲面；滚移块(5)的上下外表面与右半轴内齿轮(6)的内齿轮轮廓和左半轴多相外凸轮(2)的外凸轮轮廓分别相啮合各组成一个高副；右半轴内齿轮(6)的齿数Z6和滚移块(5)的数目Z1相差为3。
本发明差速器其它未提及的地方，如左半轴多相外凸轮(2)、右半轴内齿轮(6)与车辆车轮的联接等均采用现有技术。
与已有技术相比本发明的主要发明点在于：
①本发明用“外齿内保持架一滚移块一左半轴多相外凸轮一右半轴内齿轮”系统代替传统汽车差速器的行星齿轮系统，该系统主要包括外齿内保持架、滚移块、左半轴多相外凸轮、右半轴内齿轮，以此系统实现差速，构成差速器。
②外齿内保持架的外部是主减速器的从动直齿圆锥齿轮、内部是套筒结构，沿该套筒结构周向开有Z1个径向导槽，该导槽内装有滚移块，故称该套筒结构为保持架，所以外齿内保持架既是主减速器的一个锥齿轮，又是差速器机构中的保持架，外齿内保持架将主减速器和差速器有机地合为一体，外齿内保持架与右半壳通过螺钉固定连接成一个整体并由一对圆锥滚子轴承支撑在机架上；左半轴多相外凸轮为多相外凸轮，该多相外凸轮是具有三个互成120°夹角且轴心对称的凸出部分的三相外凸轮，其自身质量完全平衡，其轮廓曲线为余弦曲线，左半轴多相外凸轮内嵌于外齿内保持架的套筒结构内，左半轴多相外凸轮的左端为左半轴，左半轴多相外凸轮通过左半轴与左边车轮相固连，左半轴多相外凸轮的右端通过深沟球轴承支承于右半轴内齿轮之内，左端通过深沟球轴承支承于外齿内保持架之内；右半轴内齿轮是内部具有多个凸出部分的内齿轮，右半轴内齿轮的内齿轮齿廓曲线是滚移块一方面随外齿内保持架转动，另一方面又在外齿内保持架的径向导槽中移动的过程中，滚移块的上端弧形曲线所处一系列位置的包络线，外齿内保持架的套筒结构装于右半轴内齿轮的内齿轮中，右半轴内齿轮的右端为右半轴，右半轴内齿轮通过右半轴与右边车轮固连在一起，右半轴内齿轮由一对深沟球轴承支撑在右半壳中。
③在外齿内保持架的套筒结构的径向导槽内壁上沿径向开有用以装滚针的沟槽，在该沟槽内装有若干根滚针，滚移块装在外齿内保持架的套筒结构的径向导槽内，其可在外齿内保持架的径向导槽中径向移动并通过导槽内的若干根滚针与外齿内保持架的径向导槽组成滚动连接关系，使滚移块与外齿内保持架之间的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦；上述滚移块为长方体结构，其上、下端可以是半圆柱面或椭圆形曲面；滚移块的上下外表面与右半轴内齿轮的内齿轮轮廓和左半轴多相外凸轮的外凸轮轮廓分别相啮合各组成一个高副；右半轴内齿轮的齿数Z6和滚移块的数目Z1相差为3。
④驱动力传递给外齿内保持架后经滚移块传给左半轴多相外凸轮和右半轴内齿轮，从而传递给左、右车轮，而滚移块与外齿内保持架之间为滚动摩擦联接，故本发明差速器的传动效率高。
⑤滚移块与左半轴多相外凸轮、外齿内保持架及右半轴内齿轮之间均为多齿啮合，故重合度大，承载能力大，可实现大功率、大扭矩差速传动。
本发明与现有常用汽车差速器相比，具有以下有益的技术效果：
1.结构紧凑，轴向和径向尺寸小，体积小，重量更轻
本发明采用“外齿内保持架一滚移块一左半轴多相外凸轮一右半轴内齿轮”系统代替传统汽车差速器的行星齿轮系统，传动装置的轴向和径向尺寸都更小，因而本发明差速器的结构紧凑、体积更小，减轻了重量。
2.重合度大，承载能力高
本发明中滚移块与左半轴多相外凸轮的外凸轮轮廓、外齿内保持架及右半轴内齿轮的内轮廓之间均为多齿啮合，最多可以有50％的滚移块同时参与啮合工作，重合度高，承载能力高，可实现大功率、大扭矩差速传动。
3.传动效率高
滚移块与外齿内保持架之间为滚动摩擦联接，故本发明差速器传动效率较高。
4.工艺性好、生产成本低
本发明差速器中的零件多为圆形，形状简单，比行星齿轮系统中的锥齿轮更容易加工，工艺性好，生产成本低。
5.受力均衡，运转平稳
左半轴多相外凸轮是具有三个互成120°夹角且轴心对称的凸出部分的三相外凸轮，其自身质量完全平衡，受力对称，故差速器受力自动平衡,运转平稳。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但要特别指出的是，本发明的具体实施方式不限于下面实施例所描述的形式，所属领域的技术人员在不付出创造性劳动的情况下，还可很容易地设计出其他的具体实施方式，因此不应将下面给出的具体实施方式的实施例理解为本发明的保护范围，将本发明的保护范围限制在所给出的实施例。
图1是任意齿差外凸轮激波滚移块式汽车差速器的结构示意图
图2是图1的A-A剖视图
图3是右半轴内齿轮的结构示意图
图4是外齿内保持架的结构示意图
图5是滚移块的结构示意图
图6是左半轴多相外凸轮的结构示意图
图7是任意齿差外凸轮激波滚移块式汽车差速器的差动传动原理图
图8是汽车左转弯时各车轮及差速器的相对位置关系示意图
上述各附图中图识标号的标识对象是：1外齿内保持架；2左半轴多相外凸轮；3圆锥滚子轴承；4右半壳；5滚移块；6右半轴内齿轮；7深沟球轴承；8螺钉；9深沟球轴承；10滚针；11主减速器的主动直齿圆锥齿轮；12套筒垫片；13深沟球轴承；14左边车轮；15右边车轮。
具体实施例
图1至图6所示任意齿差外凸轮激波滚移块式汽车差速器，主要由外齿内保持架(1)、左半轴多相外凸轮(2)、圆锥滚子轴承(3)、右半壳(4)、滚移块(5)、右半轴内齿轮(6)、深沟球轴承(7)、螺钉(8)、深沟球轴承(9)、滚针(10)、套筒垫片(12)、深沟球轴承(13)组成，其特征在于：摒弃了传统汽车差速器的行星齿轮系统，代之以“外齿内保持架一滚移块一左半轴多相外凸轮一右半轴内齿轮”系统，该系统主要包括外齿内保持架(1)、滚移块(5)、左半轴多相外凸轮(2)、右半轴内齿轮(6)，以此系统实现差速，构成差速器；外齿内保持架(1)的外部是主减速器的从动直齿圆锥齿轮、内部是套筒结构，沿该套筒结构周向开有Z1个径向导槽，该导槽内装有滚移块(5)，故称该套筒结构为保持架，所以外齿内保持架(1)既是主减速器的一个锥齿轮，又是差速器机构中的保持架，外齿内保持架(1)将主减速器和差速器有机地合为一体，外齿内保持架(1)与右半壳(4)通过螺钉(8)固定连接成一个整体并由一对圆锥滚子轴承(3)支撑在机架上；左半轴多相外凸轮(2)为多相外凸轮，该多相外凸轮是具有三个互成120°夹角且轴心对称的凸出部分的三相外凸轮，其自身质量完全平衡，其轮廓曲线为余弦曲线，左半轴多相外凸轮(2)内嵌于外齿内保持架(1)的套筒结构内，左半轴多相外凸轮(2)的左端为左半轴，左半轴多相外凸轮(2)通过左半轴与左边车轮(14)相固连，左半轴多相外凸轮(2)的右端通过深沟球轴承(9)支承于右半轴内齿轮(6)之内，左端通过深沟球轴承(13)支承于外齿内保持架(1)之内；右半轴内齿轮(6)是内部具有多个凸出部分的内齿轮，其凸出部分的个数称为右半轴内齿轮(6)的齿数，记为Z6，右半轴内齿轮(6)的内齿轮齿廓曲线是滚移块(5)一方面随外齿内保持架(1)转动，另一方面又在外齿内保持架(1)的径向导槽中移动的过程中，滚移块(5)的上端弧形曲线所处一系列位置的包络线，外齿内保持架(1)的套筒结构装于右半轴内齿轮(6)的内齿轮中，右半轴内齿轮(6)的右端为右半轴，右半轴内齿轮(6)通过右半轴与右边车轮(15)固连在一起，右半轴内齿轮(6)由一对深沟球轴承(7)支撑在右半壳(4)中；在外齿内保持架(1)的套筒结构的径向导槽内壁上沿径向开有用以装滚针(10)的沟槽，在该沟槽内装有若干根滚针(10)，滚移块(5)装在外齿内保持架(1)的套筒结构的径向导槽内，其可在外齿内保持架(1)的径向导槽中径向移动并通过导槽内的若干根滚针(10)与外齿内保持架(1)的径向导槽组成滚动连接关系，使滚移块(5)与外齿内保持架(1)之间的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦；上述滚移块(5)为长方体结构，其上、下端可以是半圆柱面或椭圆形曲面；滚移块(5)的上下外表面与右半轴内齿轮(6)的内齿轮轮廓和左半轴多相外凸轮(2)的外凸轮轮廓分别相啮合各组成一个高副；右半轴内齿轮(6)的齿数Z6和滚移块(5)的数目Z1相差为3。
本发明所述差速器的工作原理是：
当主减速器的从动锥齿轮即外齿内保持架(1)被驱动并以等角速度转动时，外齿内保持架(1)的径向导槽对滚移块(5)产生推力，滚移块(5)同时与左半轴多相外凸轮(2)和右半轴内齿轮(6)高副接触啮合并推动它们转动，与此同时滚移块(5)还在外齿内保持架(1)的径向导槽中移动，从而构成一个二自由度差速系统，左半轴多相外凸轮(2)和右半轴内齿轮(6)上的运动和动力则分别传给与其相固连的左、右车轮。右半轴内齿轮(6)和左半轴多相外凸轮(2)在驱动力的作用下分别转动，但各自的运动状态是不确定的，由左右车轮不同的路面、弯道情况决定。当汽车在平直路上直线行驶，左半轴多相外凸轮(2)上的车轮和右半轴内齿轮(6)上的车轮无转速差时，左半轴多相外凸轮(2)和右半轴内齿轮(6)的转速相同，即差速器没有差速作用。此时，差速器中各部件保持相对静止，转矩由外齿内保持架(1)输入，经滚移块(5)平均传给左半轴多相外凸轮(2)和右半轴内齿轮(6)。当汽车转弯或在不平道路上行驶，后面左右两轮出现转速差时，滚移块(5)受外齿内保持架(1)的驱使，一方面驱动左半轴多相外凸轮(2)和右半轴内齿轮(6)转动，另一方面在随外齿内保持架(1)转动的同时在外齿内保持架(1)的径向导槽中做径向移动，保证左半轴多相外凸轮(2)和右半轴内齿轮(6)得以在不脱离传动的情况下实现差速。而且由于滚移块(5)对左半轴多相外凸轮(2)和右半轴内齿轮(6)的作用力产生的力矩的作用，使转速慢的驱动轮上可以得到比转速快的驱动轮更大的转矩。
为说明本发明差速器的差速特性，设汽车后面左、右轮转速分别为n2、n6，外齿内保持架(1)的转速为n1，则由图7可得：
n 1 - n 2 n 6 - n 2 = Z 6 Z 1 - - - ( 1 )
式中，Z1一为滚移块的个数；Z6一为右半轴内齿轮的齿数。
如设汽车要左转弯，汽车的两前轮在转向机构(图8)的作用下，其轴线与汽车两后轮的轴线汇交于P点，此时可视为整个汽车是绕P点回转。在车轮与地面不打滑的情况下，两后轮的转速应与弯道半径成正比，由图8可得：
n 2 n 6 = ( r - L ) ( r + L ) - - - ( 2 )
式中，r一弯道平均半径；L一后轮距之半。
联立求解式(1)、式(2)，得：
n 2 = ( r - L ) Z 1 Z 1 r + ( 2 Z 6 - Z 1 ) L n 1 - - - ( 3 )
n 6 = ( r + L ) Z 1 Z 1 r + ( 2 Z 6 - Z 1 ) L n 1 - - - ( 4 )
在确定的车辆参数及行驶条件下，n1、Z1、Z6、L均为已知。因此，n2与n6只随转弯半径r而变。故本发明差速器具备差速功能，装备该差速器的车辆能够通过任意半径弯道。本发明可广泛适用于所有需要差速器的轮式车辆，如汽车、工程车辆等。

Claims (2)

1.任意齿差外凸轮激波滚移块式汽车差速器，主要由外齿内保持架(1)、左半轴多相外凸轮(2)、圆锥滚子轴承(3)、右半壳(4)、滚移块(5)、右半轴内齿轮(6)、深沟球轴承(7)、螺钉(8)、深沟球轴承(9)、滚针(10)、套筒垫片(12)、深沟球轴承(13)组成，其特征在于：摒弃了传统汽车差速器的行星齿轮系统，代之以“外齿内保持架-滚移块-左半轴多相外凸轮-右半轴内齿轮”系统，该系统主要包括外齿内保持架(1)、滚移块(5)、左半轴多相外凸轮(2)、右半轴内齿轮(6)，以此系统实现差速，构成差速器；外齿内保持架(1)的外部是主减速器的从动直齿圆锥齿轮、内部是套筒结构，沿该套筒结构周向开有Z1个径向导槽，该导槽内装有滚移块(5)，故称该套筒结构为保持架，所以外齿内保持架(1)既是主减速器的一个锥齿轮，又是差速器机构中的保持架，外齿内保持架(1)将主减速器和差速器有机地合为一体，外齿内保持架(1)与右半壳(4)通过螺钉(8)固定连接成一个整体并由一对圆锥滚子轴承(3)支撑在机架上；左半轴多相外凸轮(2)为多相外凸轮，该多相外凸轮是具有三个互成120°夹角且轴心对称的凸出部分的三相外凸轮，其自身质量完全平衡，其轮廓曲线为余弦曲线，左半轴多相外凸轮(2)内嵌于外齿内保持架(1)的套筒结构内，左半轴多相外凸轮(2)的左端为左半轴，左半轴多相外凸轮(2)通过左半轴与左边车轮(14)相固连，左半轴多相外凸轮(2)的右端通过深沟球轴承(9)支承于右半轴内齿轮(6)之内，左端通过深沟球轴承(13)支承于外齿内保持架(1)之内；右半轴内齿轮(6)是内部具有多个凸出部分的内齿轮，其凸出部分的个数称为右半轴内齿轮(6)的齿数，记为Z6，右半轴内齿轮(6)的内齿轮齿廓曲线是滚移块(5)一方面随外齿内保持架(1)转动，另一方面又在外齿内保持架(1)的径向导槽中移动的过程中，滚移块(5)的上端弧形曲线所处一系列位置的包络线，外齿内保持架(1)的套筒结构装于右半轴内齿轮(6)的内齿轮中，右半轴内齿轮(6)的右端为右半轴，右半轴内齿轮(6)通过右半轴与右边车轮(15)固连在一起，右半轴内齿轮(6)由一对深沟球轴承(7)支撑在右半壳(4)中；在外齿内保持架(1)的套筒结构的径向导槽内壁上沿径向开有用以装滚针(10)的沟槽，在该沟槽内装有若干根滚针(10)，滚移块(5)装在外齿内保持架(1)的套筒结构的径向导槽内，其可在外齿内保持架(1)的径向导槽中径向移动并通过导槽内的若干根滚针(10)与外齿内保持架(1)的径向导槽组成滚动连接关系，使滚移块(5)与外齿内保持架(1)之间的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦；上述滚移块(5)为长方体结构，其上、下端可以是半圆柱面或椭圆形曲面；滚移块(5)的上下外表面与右半轴内齿轮(6)的内齿轮轮廓和左半轴多相外凸轮(2)的外凸轮轮廓分别相啮合各组成一个高副；右半轴内齿轮(6)的齿数Z6和滚移块(5)的数目Z1相差为3。
2.根据权利要求1所述的任意齿差外凸轮激波滚移块式汽车差速器，其特征在于：左半轴多相外凸轮与滚移块、滚移块与右半轴内齿轮均为多齿啮合，故重合度大，承载能力大，可实现大功率、大扭矩差速传动。
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