CN1056222C - 差速传动装置 - Google Patents
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Abstract
一可获得可靠转差限制作用的差速传动装置，当一壳体和一保持件绕它们的轴转动时，转矩经滚动件被传递到每一转动件的槽，该对转动件与壳体一起转动。当转动差发生在该对转动件之间时，保持在该对保持件内的导向槽孔中的滚动件沿该对转动件的槽滚动，从而在该导向槽孔形成往复运动。当引起转差的力施加在其中一个转动件时，处于从动侧的滚珠使处于主动侧的槽跟随运动。所以，在此发生的反作用力作为阻力限制该对转动件之间的转动差。
Description
本发明涉及一种允许车辆左、右驱动轮之间或前后驱动轮之间存在转速差的差速传动装置，尤其是有关一种具备转速差限制功能的差速传动装置。
车辆的差速传动装置是一种允许四轮驱动车辆的左、右驱动轮或前、后驱动轮间具有转速差的机构，它是一个由啮合在与输出轴相连接的一对伞齿轮间的一个小齿轮组成的齿轮系，转矩从外侧传给小齿轮，当存在转速差时，所述小齿轮就开始自动转动因而允许一根输出轴转得比另一根快。
然而，当只有驱动轮中的一个进入摩擦系数非常小的表面区域，例如在积雪的地面或砂质路面上时，由于差速传动装置的功能失掉了整个驱动力该驱动轮只会打滑，因而车辆很可能是陷在该地点不能前进。
当车辆以高速在一弯曲的曲线道路上行驶时，如果内轮上的负荷被离心力大大减小时，以高速通过该曲线的驱动力由于所述内轮空转而趋于丧失。
为了弥补这样一个缺点，一些车辆装有一个如离合器盘啮合型式那样的转速差限制机构。但是，采用这种机构，即使当驱动轮中的一个未抓住路面(与路面腾空)时，为了得到必需的驱动力通常要将预压力施加到离合器盘上，因而采用这种型式，即使在驱动力未从发动机中传出的发动机空转阶段时或者车辆速度减速时，两个驱动轮也相互受约束，因此要与一个要求各车轮独立转动的一个装置，例如防锁制动系统，组合使用就变得十分困难。
目前，采用粘滞联轴器的对旋转敏感的转速差限制机构也被广泛地使用。这种粘滞联轴器是一种借助一种粘性流体(如硅酮油)的剪切阻力传递转矩的粘滞离合器。因此，采用这种型式可相应于出现转速差的程度获得平滑的转速差限制效果。然而，由于粘性流体具有初始阻力，在两个驱动轮之间的制约成为不可避免，尽管不象采用离合器盘啮合型式时那样显著。
为了大家所知的能够只在驱动阶段限制转速差而在发动机空转阶段或当起动刹车时对各驱动轮较少限制的一种差速传动装置包括象公开号为271926/1992的已公告日本专利中所揭示的、结合有蜗轮组件的那种转矩反应式的差速传动装置。
采用这种型式，可独立地同轴线转动的一对螺杆形蜗杆与多个蜗轮啮合，后者的旋转轴线垂直于所述一对蜗杆的转动轴线，并且，当蜗杆被驱动旋转时，蜗轮平稳地转动，而如果使它们从蜗轮侧被驱动时，则它们就阻止转动。蜗轮的这种性能特点被利用于上述型式中从而提供满足要求的旋转偏置作用或转速差限制作用。
然而，以采用粘滞联轴器的转速差限制机构为代表的上述对旋转敏感的转速差限制机构有一个缺点，即它的转矩传递能力只依赖流体粘度，当由于温度的不同流体粘度改变时，转矩传递能力本身发生变化，从而要始终得到稳定的转速差限制效果是困难的。
这种型式的另一个问题是在转速差出现和转速差限制之间存在时间延迟从而难以对车辆运动的变化作出迅速的反应。
至于带蜗轮的差速传动装置，虽然差速传动装置使用了以机械方式完成转速差限制的蜗轮结构后其转速差限制的效果是稳定的，但由于它需要很多零件，结构比较复杂，这些零件的加工和装配必需非常高的精度而且就其所允许获得的扭矩来说，其整体尺寸是显得太大。
鉴于上面所述，本发明的目的是提供具有较简单的结构并由此可以获得更为稳定的转速差限制效果的一种差速传动装置。
为了实现上述目的，本发明的差速传动装置包括一种差速传动装置，它包括：一对同轴地在轴线方向相互面对面设置的转动件；一容纳该转动件的壳体；数个置于该对转动件中在轴线方向上相互面对面的两个表面之间的滚动件；一个将位于该两个转动件之间的该滚动件保持在位的保持件；该保持件上设置有数个其纵向朝半径方向的导向槽孔，槽孔在该转动件的轴线方向穿通整个保持件的厚度，所述滚动件可在该保持件的槽孔中自由滚动；在转动件轴线方向上相互面对面的表面的周边方向上连续设置有接合该滚动件的槽，该槽设计得当转差发生在该两个转动件之间时，该滚动件沿该导向槽孔作往复运动；其中：该转动件的槽由第一导向和第二导向区域所组成，第一导向区域设置得使该滚动件从该导向槽孔的一侧运动到它的另一侧，第二导向区域设置得使该滚动件从该导向槽孔的另一侧运动到其在周边方向交替连续的相对侧，该对转动件之一个的第一导向区域比其第二导向区域长，另一个转动件的第二导向区域比其第一导向区域长。
采用这种结构，当壳体和保持件绕着轴线旋转时，旋转力或转矩可以通过多个滚动件传向两个旋转件的槽，因而允许一对旋转件随壳体整体地旋转。当在两旋转件间出现一转速差时，设置在所述保持件上的各个导向槽中的各个滚动件便沿着设在所述旋转件上的槽滚动以在所述导向槽中作往复移动。此时，当使在两旋转件间产生一转速差的力施加到两旋转件之一上时，当一转速差出现时来到从动侧的滚动件便工作使当转速差出现在它们本身的运动上而来到引导侧或主动侧的槽跟随，而此时发生的反作用力便成为对发生在两旋转件间的转速差进行限制的阻力。在所述情况中，发生在槽和滚动件之间的反作用力的大小是由在槽和滚动件间接触角的角度大小确定的。
因此，采用本发明的差速传动装置，不需要为获得转速差限制效果而用一个专门的机构，而可以得到稳定的对转矩敏感的转速差限制效果，这样就可以提供一个具有意想不到的优点的尺寸非常小的和价格便宜的差速传动装置。另外，采用本发明的这种差速传动装置由于可以选择所需要的转速差限制效果，因此可期望获得广泛的应用范围。
下面通过本发明一些较佳实施例并结合附图具体说明其目的和特点。
图1是本发明第一实施例的差速传动装置的纵剖视图；
图2是为图1中的“A-A”横剖视图；
图3是该差速传动装置的分解的立体视图；
图4是示出在该差速传动装置中的移动情况的一个说明示意图；
图5是示出在该差速传动装置中的移动情况的一个说明示意图；
图6是示出在该差速传动装置中的移动情况的一个说明示意图；
图7是对在该差速传动装置中发生的反作用力的一个说明图；
图8是对在该差速传动装置中发生的反作用力的一个说明图；
图9是对在该差速传动装置中发生的反作用力的一个说明图；
图10是对在该差速传动装置中发生的反作用力的一个说明图；
图11是本发明的第二实施例的圆盘板的前视图；
图12是槽的一个放大视图；
图13是在一平面上的槽的分解说明视图；
图14是本发明第三实施例的圆盘板的前视图；
图15是一个带有另外一些组合槽的圆盘板的前视图；
图16是该差速传动装置的重要部分的分解立体视图；
图17是本发明第四实施例的差速传动装置的重要部分的分解立体视图；
图18是本发明第五实施例的差速传动装置的重要部分的分解立体视图；
图19是本发明第六实施例的差速传动装置的纵剖视图；
图20是为图19中的“A-A”横剖视图；
图21是该差速传动装置的一个分解立体视图；
图22是该差速传动装置的一个分解立体视图；
图23是本发明第七实施例的差速传动装置的纵剖视图；
图24是图23中的“A-A”横剖视图；
图25是该差速传动装置的分解立体视图；
图26是在一平面上的槽的分解说明视图；
图27是本发明第八实施例的差速传动装置的纵剖视图；
图28为图27中的“A-A”横剖视图；
图29是该差速传动装置的分解立体视图；
图30是在一平面上的槽的分解立体视图。
现请更详细地参照本发明的实施例，图1到图10示出其第一实施例，图1是该第一实施例的差速传动装置的纵剖视图，而图2为图1的“A-A”横剖视图以及图3是所述差速传动装置的分解立体视图。
所述的差速传动装置包括一传动装置壳体1，一闭合所述装置壳体1的一端的壳体盖2，一对同轴线地彼此相对的圆盘板3，一位于该两圆盘板3之间的中央板4和多个被该中央板4保持但能自由滚动的球，所述盘板3构成侧向旋转件，所述中央板4构成保持所述滚动件的一个保持件结构以及所述球组成所述的滚动件。
所述壳体1具有一圆筒形结构，它带有一开口端和一支承被安装在中央的盘板3之一的轴承1a。围绕壳体1的圆周设有法兰1b，其上开设有多个螺栓孔1c。另外在壳体1内还设有槽1d，用于固定中央板4。
所述装置的壳体盖2具有圆盘形状，在其中央设有支承所述圆盘板3之一的一个轴承2a。围绕所述装置的壳体盖2的圆周设有法兰2b，其上开设多个螺栓孔2c。这就是说通过螺栓2d将所述法兰1b和2b拧紧一体而把装置的壳体盖2连结到所述装置的壳体1上。
各个盘板3的相对表面形成平面，各盘板3的另侧形成用于与轮侧驱动轴6连接的一个联轴器结构。在所述盘板3的相对表面上各形成槽3b，在各表面上保持有多个可自由滚动的球5，所述槽3b是沿着圆周方向连续地形成的。如图2所示，各槽3b包括球5可沿着径向方向上从内侧向外侧移动的第一引导区3b-1和球5可沿着它交替连续地在径向上从外侧向内侧移动的第二引导区3b-2，并且在一对盘3之一上。所述第一引导区3b-2，并且在一对盘3之一上，所述第一引导区3b-1在圆周方向上的距离要比所述第二区3b-2的长，而在另一个盘板3上，所述第二引导区3b-2在圆周方向上的距离，要比所述第一区3b-1的长。即是说，在各盘板3的相对面上当两面对的槽3b中的球正要从那里改变方向的各转向点彼此重迭(在图4的外端上)时，转向点的另端在圆周方向上彼此错位(在图4的内端上)。另外，各有一推力垫圈3c插置在盘板3之一和装置的壳体1之间以及在另一盘板3和装置壳体盖2之间。
中央板4的两表面为平面并且中央板通过与设在其圆周上的槽4a和在装置壳体1内侧形成的配合槽1d相啮合的销4b而被安置在装置壳体内。在所述中央板4上在圆周方向上等间距地开设有分别容置所述球5的槽孔4c，球可自由滚动，槽孔4c的纵向处在半径方向上并在轴线方向上形成穿孔。即是说，所述槽孔4c构成引导空间。
各个球5容置在所述中央板4上形成的各槽孔4c中，并与设在各盘板上的各槽3b相接触。
采用上述结构的差速传动装置，用于传递从发动机输出的驱动力的一个齿圈(在图中省略)连接于装置壳体1的法兰1b，整个机构围绕所述壳体1的轴线旋转。这就是说，当一驱动力被传到所述装置壳体1上时，中央板4与装置的壳体1整体一起转动并通过球5将此转矩传动各盘板3的槽3b上，随后再将转矩传到连接于各盘板3的左、右驱动轴6上。
下面来分别说明在于各驱动轴6间不发生转速差时、在各驱动轴6间发生转速差时以及一根或两根驱动轴6在路滑环境中转动时各种情况下所述差速传动装置中的运动情况。
首先，在各驱动轴6间不发生转速差的情况时，例如当车辆直线行驶在具有足够摩擦系数的路面上时，在各盘板3之间就不存在转速差并且球5在各处上不滚动以及所述盘板3与中央板4一起整体旋转。
其次，例如当车辆在具有足够摩擦系数的路面上转弯驱动力的转矩被传到各驱动轮上时在各驱动轴6间产生转速差，此转速差是通过下面的运动和特性在各驱动轴6间产生的。
这就是，当各盘板3在它们间在相反方向上作相对转动以补偿在各驱动轴6间的转速差时，设置在各槽孔4c中的球5沿着在各盘板3上的槽3b滚动以在各槽孔4c内作往复移动。
这即是说，处在槽径向的外端上的球5开始沿着各槽的第一引导区3b-1在径向上向内移动，在它达到在改变其方向之前的内端位置后，球开始沿着各槽3b的第二引导区3b-2在径向上向外移动。
此时，如图4所示，虽然全部球的一半或球一个每隔一个地到达在各槽3b的外端位置上的方向改变点上，一个槽3b的方向改变点遇到在内端或外端上的相对槽的方向改变点，但在两槽的另一外端或内端的相应位置被设计得彼此偏离，例如球的一半不能到达在内端上的方向改变点上。换言之，如果全部球都来到各槽3b的方向改变点，则不能通过球5和槽3b传递动力，因此，就要使所有球5布置得在同一时刻不可能都来到各个槽3b的方向改变点。
接着，在只有一根驱动轴6处在路滑环境下旋转时，例如当一个驱动轮与路面的摩擦不足而腾空时的情况，在各驱动轴间的转速差是由下面的运动和动作加以限制的。
这就是，当由于均匀力在各盘板3间存在转速差时，各槽3b可使球5顺滑地向前滚动。然而当只有两个盘板3中的一个被它的驱动轴6转动时，只是两面的对的槽中的该盘板3的槽3b起作用而使球5滚动并且在槽3b和球5间的接触平面上产生反作用力。该反作用力阻止另一个盘板3跟从上述的两盘板之一，因而就限制在两驱动轴间的转速差。
现通过图7和图8来看所述转速差限制作用的原理，图7表示当从差速传动装置的轴线方向被看到的球5和槽3b的状态，如图7所示，主轴的转矩A施加到所述球5的中心上。其中，
A＝A＇-------------(1)
此时，与球5接触表面相垂直的力C在槽3b上产生而其分力为A＇和B，分力A＇与转矩A平行而B与A＇垂直。由于力C与球5的接触面相垂直，力C与通过球5的中心的直线部分相重合，假定在A＇和C之间所形成的角为α，则力C的大小就是：
C＝A＇×1/Cosα---------(2)
如图8所示，当从图7的Z向看球5和槽3b时，垂直于所述槽3b和所述球5间接触表面产生的实际反作用力是D而其分力是E和C，该分力E平行于装置壳体1的轴线方向而C则垂直于E。
由于球5在与槽3b接触的一条对角线上向前滚动，C和E作为由滚动摩擦和滑动摩擦产生的力起作用，但E被具体称为推力。由于D与球5的接触面相垂直，它与通过球5的中心的直线部分相重合，假定由D和C形成的角为β，则支承压力的大小为：
D＝C×1/Cosβ----------(3)
还有，推力E的大小可表示为：
E＝C×tanβ------------(4)
利用上面的等式(1)、(2)和(3)，该反作用力D可由下式计算得出：
D＝A×1/Cosα×1/Cosβ----------(5)
根据等式(1)和(2)，一个分量可由下式计算得：
C＝A×1/Cosα-------------(6)
根据等式(1)、(2)和(4)，另一个分量或推力E可由下式得到：
E＝A×1/Cosα×tanβ------------(7)
即是说，反作用力D可分解成分力C和E，而这些分力是作为滚动摩擦和滑动摩擦而起作用，并且此时，各推力垫圈3C被推力E压向轴线方向，然后产生对主轴旋转的滑动摩擦，由此提供一个转速差限制作用力。此时，通过任意调定在球5和槽3b之间的接触角α和β，便可获得所需要的转速差限制作用力。同时，还可通过用除推力垫圈3C外的另外一些构件如轴承所产生的推力E来任意地调节转速差限制作用的程度。当所述球5沿着所述槽3b滚动时所产生的滚动摩擦或当所述球5在接触对角线上沿着所述槽3b滚动所产生的滑动摩擦也构成所述转速差限制作用力的一个因素。
顺便提一下，如图9所示，由于当球5在由槽3b引导的各槽孔4C中移动时所述球5和主轴S(装置的壳体1的轴)之间的距离在变化，被施加在球5和槽3b间接触表面上的所述主轴S的转矩A便变化。因而通过使接触角α或β根据按不同的转矩A在球5和槽3b间的接触点连续变化以保持所述摩擦力C和推力E不变，可使转速差限制作用力在盘板3所处的转动位置上的始终保持恒定水平。
首先，当改变接触角α，假定在球5和主轴S间的距离为L1和L2，由于被传递的转矩T始终不变，被作用于处在各个位置上的球5上的转矩A1和A2可以表示为：
A1＝T/L1
A2＝T/L2----------------(8)
因此，假定在各位置上的接触角为α1和α2并利用等式(6)和(8)，则有：
C＝T/L1×1/Cosα1
＝T/L2×1/Cosα2------------(9)
同样，利用等式(7)可得：
E＝T/L1×1/Cosα1×tanβ
＝T/L2×1/Cosα2×tanβ------------(10)
因此，接触角α1和α2应设定得满足以下等式。
其次，当改变接触角β时，假定在各位置上的接触角为β1和β2，利用上述公式(6)和(8)：
C＝T/L1×1/Cosα
＝T/L2×1/Cosα-------------(11)
同样，利用公式(7)可得：
E＝T/L1×1/Cosα×tanβ1
＝T/L2×1/Cosα×tanβ2--------(12)
因此，该接触角β1和β2应设定得满足上面公式。同时，此时虽然由于α不变公式(11)不能被用作得出保持摩擦力不变的条件，但由于摩擦力C的大小与推力E相比其影响小得多，因此如果推力E不变的话则转速差限制作用力可以保持几乎不变。
同时，某一球5相对各槽3b的接触位置偏向在两个槽3b之一上的外侧以及偏向在另一个槽3b上的内侧，如图10所示。因此，由于在球和各槽3b间的接触面与主轴S间的距离Lo和Li即使对一个球5也是不同的，在各个槽(3b)侧上产生的推力E因而也是不同的。因此，通过调节球相对各槽3b的接触角βo和βi按各距离Lo和Li使推力保持不变，就可使向着各个盘板3的转速差限制作用力保持不变。
如上所述，由于当转矩只从两盘板3之一作用时，转速差是使球5沿各槽3b的引导路径在槽孔4c内往复移动，而由球5和槽3b间的接触面所产生的反作用力(摩擦力)限制的，本实施例的转速差传动装置可以采用较简单的结构和以较小尺寸提供具有可靠性能的对转矩敏感的转速差限制作用力(效果)。此外，通过适当调节在各球5和各槽3b间的接触角α和β，还可任意获得特定的转速差限制作用力。
现请看本发明的另一实施例，图11至图13示出本发明的第二实施例，该实施例在槽的形状方面不同于上述第一实施例。在这些附图中，标号10代表盘板，标号10a和11分别代表槽和球。所述槽10a包括球5可沿着它在径向上从内向外移动的第一引导区10a-1，球可沿着它在径向上从外向内移动的第二引导区10a-2以及第三引导区，该第三引导区用于沿着周向反复地使球5保持在所述盘板10的径向的规定范围(在本图情况中是在径向上的一个固定位置)内，而第一引导区10a-1和第二引导区10a-2具有相等的与球11的接触角。另外，在两盘板10之一上，该第三引导区10a-3位于第一引导区10a-1的范围内，而在另一盘板10上，所述第三引导区10a-3是位于第二引导区10a-2的范围内。采用这样的布置方式，在一对所述的盘板10，类似于上述第一实施例情况那样面对面地设置时，当一对盘板10的一组方向改变点(从内或从外)相遇在一起，所述两盘板10的另一组方向改变点便错位。另外，所述槽10形成得可使球11在盘板10旋转90°转角时在径向上走一个回程(可在如图13所示的平面上看到)。虽然由于与球11的接触角在传递动力的另一范围内始终相等从而在径向及在第三引导区内的改变点上的球11和槽10a之间不产生动力转移，产生的推力也是不变。即是说，在图13中，只要使所述槽10a的整体结构形成得当任何球11处在动力转移不发生的位置上时，另外的球11始终处在动力转移有效进行的位置上而满足a≤a＇，b≤b＇，c≤c＇以及d＝d″，盘板10的转角在任何位置上都可以获得始终不变的推力。同样，由于槽10a的结构设计得使与球11的接触角在第一引导区10a-1和第二引导区10a-2内保持相等，所述槽10a的横截面形状在整个周向上可以保持相等从而使加工过程更简单。
现请看本发明另一些实施例，图14至图16示出第三实施例，图14和图15是盘板的前视图，而图16是第三实施例的差速传动装置的重要部分的分解立体视图。
在这些图中，标号20代表中央板，标号21代表两盘板之一，标号22代表另一盘板而标号23代表球，与上述第一实施例不同处在于设在各盘板21和22中的槽21a和槽22a的形状是明显不同的。
设在两盘板21之一中的槽21a在图14中是用连续的实线表示，它包括球23可沿着它在盘板21的径向上从内向外地移动的第一引导区21a-1和球23可沿着它在盘板21的径向上从外向内地移动的第二导向区21a-2，所述移动是在圆周方向上反复地进行，并且各个引导区21a-1和21a-2具有与球23的相等的接触角。就是说，与上述第一实施例和第二实施例不同，引导区21a-1和21a-2是相互对称的，并且在两盘板21之一上四个第一引导区21a-1和四个第二引导区22交替地形成。另外，设在另一盘板22上用图14中的虚线表示的槽22a，类似于盘板21，它包括相互对称地形成的三个第一引导区22a1和第二引导区22a-2。该中央板20总共设有七个槽孔20a，而球23的数目也是七个。
当引导区的数目在槽21a和槽22a之间不相同时，由于球方向改变点的数目在槽21a和22a之间不相同，盘板21和22以不同转速旋转，而两种不同转速之比等于引导区数目的倒数。即是说，在本实施例的情况中，在两盘板之一21与另一盘板间的该比值为4∶3。因此，本实施例的差速传动装置是用在对前轮和后轮的各驱动轴具有不同的固定分配比的情况下传递转矩的四轮驱动的中央差速传动装置上，而不是用在如同上述第一或第二实施例那样安装在左、右驱动轮间的那种差速传动装置上。
此外，通过使在两盘板之一21上的第一引导区21a-1或第二引导区21a-2以及另一盘板22的第一引导区22a-1或第二引导区22a2的数目与球23的总数目匹配，可使转矩传递损失限制到最低程度。这就是说，如果盘板21的第一或第二引导区的数目为4以及另一盘板22的第一或第二引导区为3，则球23的数目即为7。这样，槽21a和22a的方向改变点的重合(在此重合位置，球23不能传递驱动力)在任何转角时都始终为一处，并且至少其它6个球23始终保持在它们相对转矩作用方向成一个倾斜角地接触槽21a和22a的位置上。此外，当由总数为4个的第一引导区21b-1或第二引导区21b2组成的一个槽21b以及由总数为7个的第一引导区22b-1或第二引导区22b-2组成槽的22b组合时，则球23的数目和在中央板20上形成的槽孔20b的数目分别为11，如图15中所示。
同时，当各盘板的第一或第二引导区数目互为偶数时，则方向改变点的同时重合的出现机会将是最多两个点。
现进一步参看本发明的另一些实施例，图17示出第四实施例，它是用滚柱，而不是用球作为滚动件。在此图中，标号30代表中央板，标号31代表两盘板之一，标号32代表另一个盘板以及标号33代表滚柱。
这就是说，类似于上述实施例，槽孔30a在中央板30上形成而在各槽孔30a中，各滚柱33设置得使其滚动轴线指向两个盘板31的和32的转动轴线的方向。另外，在各盘板31和32上，槽例如槽31a(由于在图中只有1个盘板31是这样面对着的)，类似于上述别的实施例那样设置并且槽31a形成得合适地匹配滚珠33的端部。
采用这种结构，施加在各滚柱33上的力始终是在与各盘板31和32转动轴线相垂直的方向上，在转动轴线的方向上的反作用力即推力，不会发生。
请再参看本发明的其它实施例，图18示出了装配有总共三个中心板和四个圆盘板的第五个实施例。在此图中，40、41和42各自表示中心板，43、44、45和46各自代表圆盘板，47、48和49各自代表滚珠。
连接在一侧输出轴上的第一圆盘板43面向第一中心板40对面的第二圆盘板44，并且在该第一圆盘板43面向第二圆盘板44的表面形成一个由总数各为六个的第一导向和第二导向区域组成的槽43a，在该第二圆盘板44面向该第一圆盘板的表面形成一个由总数各为四个的第一导向和第二导向区域组成的槽(图中省略)。第一中心板具有总数为十的槽孔40a，在该十个槽孔40a容纳相同数量的滚珠，一个滚珠对应一个槽孔。
第二圆盘板44面向第二中心板41对面的第三圆盘板45，并且在该第二圆盘板44面向第三圆盘板45的表面形成一个由总数各为五个的第一导向和第二导向区域所组成的槽44a，在该第三圆盘板45面向该第二圆盘板44的表面形成一个由总数各为六个的第一导向和第二导向区域所组成的槽(图中省略)。在该第二中心板41具有总数为十一的槽孔41a，在该十一个槽孔41a容纳相同数量的滚珠，一个滚珠对应一个槽孔。
第三圆盘板45面向第三中心板42对面的连接在另一侧输出轴上的第四圆盘板46，并且在面向该第四圆盘板46的该第三圆盘板45的表面形成一个由总数各为四个的第一导向和第二导向区域所组成的槽45a，在该第四圆盘板46的表面形成一个由总数各为五的第一导向和第二导向区域所组成的槽(图中省略)。第三中心板具有总数为九的槽孔42a，在该九个槽孔容纳相同数量的滚珠，每一个滚珠对应一个槽孔。
有了这个结构，当第一圆盘板43以正向旋转、第二圆盘板44以反向旋转、第三圆盘板45以正向旋转、第四圆盘板46以反向旋转时，在两端的圆盘板43和46以相反的方向旋转。这些圆盘板之间的转速比可通过每一个圆盘板的第一导向或第二导向区域的数目来计算。依次从第一圆盘板43开始，速比是：
1∶(-6/4)∶(5/6)∶(-4/5)
因此，假定第一圆盘板43的旋转速度为1，那么，第四圆盘板46的旋转速度为：
1×(-6/4)×(5/6)×(-4/5)＝-1
即：两端的圆盘板43和46之间的转速比为1∶1。
当使用形状对称的第一导向和第二导向区域的槽时，就可得到1∶1的转速比。如果由二个以上的圆盘板和几个中心板来组合，那么，就可用作车辆左、右方驱动轮的差速传动装置。
请再参看本发明的其它实施例，图19-22示出了第六个实施例。图19是此实施例差速传动装置的侧面剖视图；图20是图19的A-A截面的剖视图；图21和22是该差速传动装置的部件分解立体图。
同时，图21和图22中的长短划交替的线在标记有标记“※”的一侧应被认为是连续的。
本实施例的差速传动装置包括：一个传动装置壳体50，一个覆盖在该传动装置壳体一端的传动装置壳体盖51，一对相互同轴面对面设置的圆盘板52和53，一个位于该两个圆盘板52和53之间的中心板54，几个可自由滚动地保持在中心板54内的滚珠，滚珠55在传动装置壳体50内滚动的空间充满着粘性流体56。即，该圆盘板52和53构成转动件，该中心板54构成保持件，滚珠55构成滚动件。
该传动装置壳体50呈一个其一端敞开的圆筒状，一个支承圆盘板52a的轴承件50a绕其中心轴线安装。沿该传动装置壳体50的周边设有一法兰盘50b，其中开有几个螺栓孔50c。为紧固中心板54，在传动装置壳体50的内部设置了槽50d。在该传动装置壳体50的外周面，设置总数为2个的用以供应粘性流体56的灌注孔50e。当充流体结束后，每一个灌注孔由圆球50f密封，并且该圆球50f通过把螺旋塞50g拧进灌注孔50e中来紧固。该传动装置壳体上也设置了数个用以供外界供应的润滑油通过的孔50h。
该传动装置壳体盖51呈圆盘形，一个支承另一个圆盘板53的轴承件51a设置在其中心。沿该传动装置壳体盖51的周边设有一法兰盘51b，其中开有几个螺栓孔51c。即，该传动装置壳体盖51是通过用螺栓把该法兰盘50b和51b夹紧在一起并通过用O型环51e密封而安装于该传动装置壳体50上的。在该传动装置壳体盖51也开有数个让外界供应的润滑油通孔的孔51f。
该对圆盘板52和53面对面的表面呈平面状，并且该对圆盘板52和53另一侧的表面上形成连接轮子驱动轴的联轴结构52a和53a。该联轴器52a和53a是一个轴向敞开的空心结构，并且二个联轴器中的一个52a轴向长度比另一个联轴器53a长。在该对圆盘板52和53面对面的表面上设置有能让滚珠55自由滚动的槽52b和槽53b，并且该槽52b和53b各自在其周边方向连续。该槽52b和53b可以是上述第一、第二或第三实施例所使用的形状，并且它们的特性和作用与此实施例一样，所以，不在此重复说明。同时，有止推垫圈52c和53c设置在两个圆盘板之一的52和该传动装置壳体50之间以及在另一圆盘板53和传动装置壳体盖51之间。盘盖52d和53d各自覆盖在圆盘板52和53相互面对面的中心开口处，并且O形密封环52e和53e设置在该盘盖52d和53d的圆周表面和该圆盘板52和53膛孔表面之间。另外，在圆盘板52和53各自的联轴部份52a和53a与相应的轴承件50a和51a之间的间隙封有油封52f和53f。
中心板54的两个表面各自面向两个圆盘板52和53的表面，该中心板54通过分布在该中心板54圆周面的槽54a及分布在该传动装置壳体50内的槽50d和接合销54b而与该传动装置壳体50相连。在该中心板54上，总数为十的槽孔54c以相等间隔设置在周边内，这些槽孔容纳能自由滚动的滚珠55，一个滚珠对应一个槽孔，该槽孔的纵向指向该中心板54的径向，且该槽孔在差速传动装置的轴线方向打通，换句话说，该槽孔起导向功能。
滚珠55各自容纳在分布于该中心板54的槽孔54c内且一个滚珠对应一个槽，每一个滚珠都接合在两个圆盘板52和53的槽52b和53b内。设置在该中心板54两侧的数个滚珠支架55a支承着滚珠55，并在每一个滚球支架55a上开有一个容纳滚珠55的孔55b。换句话说，这些滚珠支架55a覆盖住中心板54上的槽孔54c，该滚珠支架55a被设计成能与其滚珠55一起在该中心板54的径向运动。
由硅油等等组成的粘性流体56填充在圆盘板52和53各自的槽52b和53b内侧的空间以及该中心板54的槽孔54c内侧空间，即传动装置壳体50内侧的所有空间用油封52f和53f封闭。
有了上述结构的差速传动装置，当转差发生在圆盘板52和53之间时，滚珠55沿分别设置在圆盘板52和53上的槽52b和53b滚动，以在中心板54中的槽孔54c内形成往复运动。此时，仅二个圆盘板52和53中的一个在驱动轴57侧被驱动运转，类似于第一实施例的情况，该滚珠从该槽52b和53b接受到的反作用力对限制转动差起作用。当两个圆盘板52和53之间的转动差变大时，粘性流体56对相应滚珠55的阻力加大，这个阻力也起限制转差的作用。即，当滚珠在被相应的滚珠支架55a密封的槽孔54c内运动时，该粘性流体56从该槽孔54c的内壁与该滚珠55的表面之间的小间隙流过，此时产生的阻力对限制转差起作用。此时，随着圆盘板52和53之间的旋转差的变大而旋转差限制作用也变大。
因此，有了此实施例的差速传动装置，除了对转矩敏感的转动差限制作用可以从滚珠55从槽52b和53b按受到的反作用力而获得之外，还可以从粘性流体51对滚珠55的阻力得到对旋转敏感的转动差的限制作用。对任一辆车的所有的运行方式，都能得到可靠的转动差限制。同时，除硅油之外的其它粘性液体也可被用作该粘性流体56。
再请参阅本发明的另一个实施例。图23到图26示出了第六实施例，图23是本实施例的侧面剖视图，图24是图23的A-A截面剖视图，图25是该差速传动装置的部件分解立体图。
本实施例的差速传动装置包括：一个传动装置壳体60，一个覆盖该传动装置壳体60一端的传动装置壳体盖61，一对同轴安装的滚珠圆盘62和63，一个介于该滚珠圆盘62和63之间的滚珠支架64，数个可自由滚动地容纳在该滚珠支架64上的滚珠65。即：滚珠圆盘62和63各自构成转动件，该滚珠支架构成保持件，该滚珠65构成滚动件。
该传动装置壳体60呈其一端敞开的圆筒形，一个支承滚珠圆盘之一62的轴承件60a沿其中心轴线安装。沿该传动装置壳体60的周边设置有一个法兰盘60b，其中开有数个螺栓孔60c。
该传动装置壳体盖61呈圆盘形，并且一个悬挂着另一个滚珠圆盘63的支承件61a安装于它的中心。沿该传动装置壳体盖61的圆周边设置一法兰盘61b，其中开有数个螺栓孔61c。即，通过用螺栓61d夹紧该法兰盘60b和61b而把该传动装置壳体盖61与该齿轮箱60连在一起。
两个滚珠圆盘之一个62呈圆筒形，该滚珠圆盘62的一侧形成一个连接轮子驱动轴的联轴结构62a。一个接合可自由滚动的滚珠65的槽62b以连续绕周边的方式设置于该滚珠圆盘62的外周表面上。图26是该滚珠圆盘62和63在平面上的部件分解图，其中角度刻度0°到360°代表周边坐标。即，如图26所示，槽62b由第一导向区域62b-1和第二导向区域62b-2所组成，该第一导向区域的功能是使滚珠65从该滚珠圆盘62轴线方向一侧运动到另一侧，该第二导向区域的作用是使滚珠65从该滚珠圆盘62轴线方向的该另一侧运动到该滚珠圆盘62交替连续的相对侧，该第二导向区域62b-2在周边方向上的长度比该第一导向区域62b-1长。一个止推垫圈62c也嵌于该滚珠圆盘62的端平面和该传动装置壳体60之间。
另一个滚珠圆盘63也呈圆筒状，并且该滚珠圆盘63的一侧形成一个连接轮子驱动轴66的联轴结构63a。该滚珠圆盘63的内孔直径比另一个滚珠圆盘62的外径大，并且该另一个滚珠圆盘62插入该滚珠圆盘63的内孔。在该滚珠圆盘63的内孔表面，沿圆周方向连续分布滚珠65能自由滚动地接合于其中的槽63b。类似于另一个滚珠圆盘62的槽，该槽63b由第一导向和第二导向区域63b-1和63b-2所组成，第一导向区域63b-1的作用是使滚珠从该滚珠圆盘63的轴线方向一侧运动到另一侧，第二导向区域63b-2的作用是使滚珠65从该滚珠圆盘的该另一侧运动到该滚珠圆盘63交替连续的轴线方向相对侧，该第一导向区域63b-1在圆周方向的长度比该第二导向区域63b-2的长。即，在该滚珠圆盘62的外周表面和该滚珠圆盘63的内周表面上，当一组槽62b和槽63b的方向变换点(轴线方向的左边或右边)在径向相遇，则另一组的方向变换点在圆周方向的位置错开。同时，在这实施例中，尽管槽62b和63b在径向是面对面的，但它们的特性和作用是与上述第一实施例中的在轴线方向相互面对面的相应槽相同的。一止推垫圈63c也介于该滚珠圆盘63的端平面和传动装置壳体60之间。另外，该滚珠圆盘63的一部份可在轴线方向分离，附件63d用数个销子63e固定于该滚珠圆盘63，使用这种结构是为了方便该滚珠圆盘63内孔表面的槽63b的机械加工，并在装配它们的同时，把滚珠圆盘置于槽62b和63b之间。
滚珠支架64呈圆筒状，它被置于两个滚珠圆盘62和63之间。数个能容纳可自由滚动的该滚珠65的槽孔64a以圆周方向相等的间隔分布在该滚珠支架64的圆周表面，且该槽孔64a的纵向指向该滚珠支架64的轴线方向，该槽孔64a在该滚珠支架64的径向打通。即，该槽孔64a构成导向件。一法兰盘64b设置于该滚珠支架64的圆周面上，且用数个接合于分布在该法兰盘64b周围上的槽64c内的销子64d把该滚珠支架64连接在传动装置壳体60的内侧。同时，接合该销钉64d的接合槽60e也分布在传动装置壳体60的内侧。
滚珠65被容纳在分布于该滚珠支架64中的槽孔64a内并分别与滚珠圆盘62和63的槽62b和63b接合。
有了上述结构的差速传动装置，当转动差发生在滚珠圆盘62和63之间时，滚珠65沿各自的滚珠圆盘62和63的槽62b和63b滚动，从而在分布于滚珠支架64上的槽孔64a内作往复运动。同时，虽然滚珠一个隔一个或滚珠总数的一半到达各自槽62b和63b的轴线方向的左端或右端的方向变换点，它被设计成所有的滚珠65不可能同时到达各自的槽62b和63b的方向变换点。因为当槽62b的在轴线方向一端的方向变换点与槽63b的那些变换点相遇时，槽62b的在轴线方向另一端的方向变换点与槽63b的那些变换点设计成相互偏离或错开。当只有该滚珠圆盘62和63中的一个在驱动轴66侧被驱动旋转时，类似于上述第一实施例的情况，该滚珠65从该槽62b和63b接受到的反作用力对限制转动差起作用。
同时，尽管此实施例采用与上述第一实施例的结构相似的结构的槽62b和63b，但是，当使用相似于上述第二或第三实施例的结构的结构的槽时，也可以获得与第二或第三实施例一样的特性和作用。
请再参看本发明的另一个实施例，图27到图30示出了第八个实施例。图27是本实施例的差速传动装置的侧面剖视图，图28是图27的AA截面剖视图，图29是该差速传动装置的部件分解立体图。
此实施例的差速传动装置包括：一传动装置壳体70，一盖在该传动装置壳体70一端的传动装置壳体盖71，一对同轴安装的滚珠圆盘72，一个置于该对滚珠圆盘72之间的滚珠支架，数个横跨两个滚珠圆盘72的滚珠支架73和数个可自由滚动地容纳于该滚珠支架73中的滚珠74，该滚珠74在该传动装置壳体70内运动的空间充满粘性流体75。
即，该对滚珠圆盘72构成转动件，该滚珠支架73构成保持件，该滚珠74构成滚动件。
该传动装置壳体70呈其一端敞开的圆筒状，一个支承该对滚珠圆盘72之一的轴承件70a沿其中心轴线设置。一其中开有数个螺栓孔70c的法兰盘70b沿该传动装置壳体70圆周边设置。接合该滚珠74的数个槽70d分布在该传动装置壳体70的内孔表面，该槽70d的纵向指向该传动装置壳体70的轴线方向并以相等间隔分布在圆周上。即，该槽70d构成导向件。在该槽70d的底部形成能让粘性流体75通过的流体输送道70e。
该传动装置壳体盖71呈圆盘状，一个支承另一个滚珠圆盘72的支承件71a沿该传动装置壳体盖71的中心轴线设置。一个其中开有数个螺栓孔71c的法兰盘71b设置于该传动装置壳体盖71的周边。即，用螺栓夹紧该法兰盘70b和71b、通过一O型密封环71d使得该传动装置壳体盖71连接于传动装置壳体70。该传动装置壳体盖71也设置有能让供应的粘性流体75通过的灌注孔71e，粘性流体75填充好后，每一个灌注孔71e用球密封，该球靠挤压该灌注孔71e的周围部份而被夹紧。同时，可在两处或更多处设置用于流体供应和放气的该灌注孔71e。围该传动装置壳体盖71的内表面设置有一圆环槽71g，此圆环槽的功能是分散供应的粘性流体使遍布在该传动装置壳体70的内孔圆周面，该圆环槽71g与该灌注孔71e相连。
两个滚珠圆盘72是空心结构，该滚珠圆盘的一侧形成一与轮子驱动轴连接的联轴结构72a。两个滚珠圆盘72有相同的外径，它们的配合面可单独自由转动地配合在一起。一个滚珠74可自由滚动地接合于其中的槽72b在周围方向连续分布在每一个滚珠圆盘72的圆周表面上。图30示出了该滚珠圆盘72在一个平面上的部件分解图，其中角度刻度0°到360°代表圆周座标。即，每一个槽72b由第一导向区域72b-1和第二导向区域72b-1所组成，第一导向区域的作用是使滚珠74从该滚珠圆盘72的轴线方向一侧运动到另一侧，第二导向区域的作用是使滚珠74从该滚珠圆盘72的另一侧运动到该滚珠圆盘72的在轴线方向交替连续的相对侧。在两个滚珠圆盘72中的一个的该第一导向区域72b-1的长度比该第二导向区域72b-2长，在另一个滚珠圆盘72中的第二导向区域72b-2的长度比第一导向区域72b-1长。即，与上述第七实施例相似，当该在两个槽72b的轴线方向一端的方向变换点的圆周方向相遇时，则在相应槽72b的另端的方向变换点被设计成在两个槽72b之间偏离。在该槽72b的底端也形成能让粘性流体75通过的流体输送道72c。两个滚珠圆盘72相互面对面的表面设置有封闭其空间的圆盘盖72d，并且在该圆盘盖72d和该滚珠圆盘72的圆周表面之间嵌有O型密封环72e。在两个滚珠圆盘72之一个的端表面与传动装置壳体70之间及在另一个的端表面与传动装置壳体盖71之间也装有止推垫圈72f，而在两个滚珠圆盘的联轴结构72a与支承件70a和71a之间嵌有用于密封的油封72g。另外，多个与槽72b连接的流体输送道72h分布在每一个滚珠圆盘72的圆周表面，并在该滚珠圆盘72的两端开通，以便让供应的粘性流体75通过安置在传动装置壳体盖71中的灌注孔71e进入并充满该槽72b的空间。
滚珠支架73位于每一个滚珠圆盘72和传动装置壳体70之间，并横跨两个滚珠圆盘72的圆周表面。每一个滚珠支架73设置有两个可容纳两个滚珠圆盘72之一个的一滚珠74和另一滚珠圆盘72的一滚珠74的孔73a，使得与二个滚珠圆盘72的两个槽72b接合的两个滚珠74保持该两个滚珠74间的规定距离而在每一个滚珠支架73的轴线方向往复运动。一隔离件73b置于每二个支架73之间，并用该滚珠支架73和该隔离件73b把在该传动装置壳体70内侧的槽70d和两个该滚珠圆盘的槽72b全部覆盖。
滚珠74容纳于该滚珠支架73的孔73a并接合于该传动装置壳体70的槽70d和两个滚珠圆盘72的槽72b。
该粘性流体75由硅油或类似物质组成，它充满包括两个滚珠圆盘72的槽72b的空间在内的该传动装置壳体70内侧的空间。即，空间被油封72g所封住。
有了上述结构的差速传动装置，当转差发生在两上滚珠圆盘72间时，滚珠74沿该滚珠圆盘72的槽72b滚动，并与它们的滚珠支架73一起在该滚珠圆盘72的轴线方向作往复运动。
此时，当仅两个滚珠圆盘72中的一个在驱动轴侧被驱动旋转时，类似于上述第一实施例的情况，滚珠74从该槽72b接受到的反作用力起限制转差作用。当两个滚珠圆盘72之间的转差变大时，该粘性流体75对该滚珠74的阻力也增加，该阻力也起限制转差的作用。即，当滚珠74沿该被所有的滚珠支架73和隔离件73b封住的槽70d和72b滚动时，该粘性流体75流过设置在该槽70d和72b中的流体输送道70e和72c流动，该粘性流体75流动时的流动阻力也对转差起限制作用。在这种情况下，随着两个滚珠圆盘72之间的转差的增大，转动差的限制作用也变大。
因此，有了此实施例的差速传动装置，除了从滚珠74从槽72b接受到的反作用力获得对转矩敏感的转动差限制作用之外，还能得到产生于粘性流体75对滚珠74的阻力的、对转动敏感的转差限制作用。类似于上述本发明第二实施例的情况，对于车辆的所有运行方式，总能得到可靠的对转动差的限制，
同时，尽管本实施例采用与上述第一实施例的结构相似的槽72b，但是，当采用与上述第二或第三实施例的结构相似的槽时，也能得到与第二或第三实施例相似的特性和作用。
与此实施例结构相似的用粘性流体充满密封空间的上述结构也可用于第七实施例。
同时，尽管上述所有实施例的描述都是针对车辆的差速传动装置的，但是，本发明也可被广泛应用于其他许多机器，例如作为它们的转矩传送设备。特别是，第三实施例具有简单结构的有效减速齿轮的功能，它不仅可用作种种减速器，而且也很适用于工业机器人的机械手关节的转动机构。
Claims (9)
1.一种差速传动装置，它包括：
一对同轴地在轴线方向相互面对面设置的转动件；一容纳该转动件的壳体；数个置于该对转动件中在轴线方向上相互面对面的两个表面之间的滚动件；一个将位于该两个转动件之间的该滚动件保持在位的保持件；该保持件上设置有数个其纵向朝半径方向的导向槽孔，槽孔在该转动件的轴线方向穿通整个保持件的厚度，所述滚动件可在该保持件的槽孔中自由滚动；在转动件轴线方向上相互面对面的表面的周边方向上连续设置有接合该滚动件的槽，该槽设计得当转差发生在该两个转动件之间时，该滚动件沿该导向槽孔作往复运动；其特征在于：
该转动件的槽由第一导向和第二导向区域所组成，第一导向区域设置得使该滚动件从该导向槽孔的一侧运动到它的另一侧，第二导向区域设置得使该滚动件从该导向槽孔的另一侧运动到其在周边方向交替连续的相对侧，该对转动件之一个的第一导向区域比其第二导向区域长，另一个转动件的第二导向区域比其第一导向区域长。
2.如权利要求1所述的差速传动装置，其特征在于：
该槽与在该转动件的径向方向的该滚动件之间的接触角设计得即使相应转动件的轴线与相应滚动件之间的距离变化，该槽从该滚动件接受到的反作用力始终保持不变。
3.如权利要求1所述的差速传动装置，其特征在于：
该槽与在该转动件的轴线方向的该滚动件之间的接触角的设计得即使相应转动件的轴线与相应滚动件之间的距离变化，该槽从该滚动件接受到的反作用力也始终保持不变。
4.如权利要求1所述的差速传动装置，其特征在于：
该转动件的槽还包括一第三导向区域，第三导向区域设置得使该滚动件保持在交替连续周边方向的该导向槽孔的规定范围内，并与在该第一导向区域的该滚动件的接触角度和与在该第二导向区域的滚动件的接触角度保持相同，而把该第三导向区域设置在转动件之一的第一导向区域的范围内，且把该第三导向区域设置在另一转动件的第二导向区域的范围内。
5.如权利要求1所述的差速传动装置，其特征在于：
该对转动件中之一个的第一导向区域或第二导向区域的数目不同于另一个转动件的第一导向区域或第二导向区域的数目。
6.如权利要求5所述的差速传动装置，其特征在于：
该对转动件之一个的第一导向区域或第二导向区域的数目和另一个转动件的第一导向区域或第二导向区域数目的总和与滚动件的总数相同。
7.如权利要求6所述的差速传动装置，其特征在于，它包括：
至少三个同轴安装的转动件，和至少两个保持件，保持件各置于两个相邻转动件之间。
8.如权利要求1所述的差速传动装置，其特征在于：
该壳体内侧的空间或至少是该滚动件滚动的周围空间充满粘性流体。
9.如权利要求1所述的差速传动装置，其特征在于：
该导向槽孔及导向槽中的任何一个置有允许该粘性流体从该滚动件旁流过的间隙。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |