CN1066716A - 采用小锥齿轮的限止滑动差速器 - Google Patents

Abstract

一种差速机构包括一受驱动可绕纵轴转动的后 轴壳。一对独立且共轴平行的侧齿轮受支承可以绕 轴旋转。后轴座包括两个构成各自向内壳体推力表 面的沿内周缘间隔开的部分球面形的凹入小齿轮外 及内空腔。各自与侧齿轮啮合的两个浮动小锥齿轮 有各自的小齿轮外及内推力表面。外推力表面适于 在凹入空腔内作摩擦转动。一立方体推力块由一横 轴支承在后轴壳内并构成了四个向外的推力表面。

Description

本发明涉及差速机构，更具体地涉及一种具有固有摩擦扭矩比率（rorque  bias）的扭矩成比例的或“限止滑动”的差速器。

本发明主要应用于汽车，后面将针对这类应用进行描述。然而，可以理解本发明不只限于这个具体的应用领域。

汽车在转弯时，外轮旋转的角速度大于内轮。传统的差速机构能容纳这种角速度的差异，在差速效率为100%的情况下，可以传送相等的扭矩给所有的两个驱动轮。

然而，如果一个驱动轮比如在一光滑的表面上失去了牵引力，此轮将空转而只支承很小的扭矩或不支承扭矩，因此传统的差速机构传递到牵引轮子上的驱动扭矩很小或没有，因而汽车保持不动。

解决这个问题的一种方案是提供一种扭矩成比例的或“限止滑动”的差速器，依靠它，扭矩以最大的牵引力被偏压或传递到此轮子上以控制驱动力的损失。产生的扭矩比即大家知道的扭矩比率如下式定义：

扭矩比率＝ (高扭矩侧的扭矩)/(低扭矩侧的扭矩)

扭矩成比例的差速器是大家知道的。然而，很多这些已知的差速器没有足够范围的扭矩比率以满足所有应用。在重型汽车中，这种局限性尤为明显。其他已知的扭矩成比例的差速器采用了预负荷弹簧和摩擦离合器作为增加扭矩比率的手段。然而，这些设计因离合器过度磨损而工作寿命有限，由于离合器上加有固有的摩擦预负荷，只要存在差速运动时，就会发生离合器的这种过度磨损。而且，离合器内的固有摩擦预负荷在正常转向操纵期间抵抗轮子的相对转动，从而对正常驱动情况下的汽车操纵有不利影响，并且还带来使轮胎磨损增加的问题。在前轮驱动的汽车应用中，这些问题尤为突出。

本发明的一个目的是提供一种相对来说比较简单的扭矩成比例的差速器，它克服或大大改善了已有技术中的至少一部分上述缺点。

本发明的一个方面提供了一种具有固有摩擦扭矩比率的扭矩成比例的差速机构，所述差速机构包括一受驱动可绕一纵轴旋转的后轴壳，且有多个沿内周缘间隔开的小齿轮定位结构，这些定位结构形成了向内的壳体推力表面，一对独立且共轴的锥形侧齿轮受支承而可以绕相对于所述后轴壳固定的轴旋转，多个浮动的小锥齿轮与所述侧齿轮啮合，还有互补的小齿轮外推力表面，这些外推力表面各自适合于相对于所述定位结构作摩擦旋转并设置成当不相等的单向扭矩被施加到所述侧齿轮时，一沿径向的分离力趋向于使所述小齿轮相对于所述小齿轮定位结构而移动，从而产生了使每个侧齿轮承受不等扭矩的摩擦阻力。

最好这些小齿轮定位结构是凹入的空腔。

在一较佳实施例中，差速机构包括一由壳体支承的中心间隔开的推力块，推力块具有向外的大致平的推力块表面。

浮动的小锥齿轮有利地形成了大致平的小齿轮内推力表面，这些内推力表面各自适合于相对于所述推力块表面作摩擦旋转，这样当不相等的单向扭矩施加到侧齿轮时，小齿轮相对于壳体的相对转动产生了推力块表面和小齿轮内推力表面之间的支承摩擦。

在一个实施例中，向内的壳体推力表面和互补的小齿轮外推力表面是球面形的。

在另一个实施例中，差速机构包括一位于中心处的星轮，星轮有凹入的锥形承窝以可旋转地容纳互补的小齿轮的锥形凸出部分并使之定位。在此实施例中，最好三个浮动的小锥齿轮绕侧齿轮沿周缘均匀间隔开，每个小锥齿轮都有互相相对的向外悬垂的锥形凸出部分，这些凸出部分形成了小齿轮内外推力表面。

下面作为举例说明，结合附图对本发明的较佳实施例进行描述。图中：

图1是本发明第一实施例的具有中心间隔开的推力块的两个小齿轮的扭矩成比例的差速机构的部分剖示的正视图;

图2是本发明第二实施例的具有刚性安装在壳体上的中心设置的星轮的三个小齿轮的扭矩成比例的差速机构的部分剖示的侧视图;

图3为本发明的第三实施例，它与图2类似但其中心星轮为自由浮动的三个小齿轮的扭矩成比例的差速机构的部分剖示的侧视图;

图4为与图2类似且具有球面形推力表面的三个小齿轮的扭矩比例的差速机构的部分剖示的侧视图;

图5为与图4类似但中心星轮为自由浮动的三个小齿轮的扭矩成比例的差速机构的部分剖示的侧视图。

请参看图1。图中差速机构1包括一个受驱动可绕纵轴线3旋转的后轴壳2。一对独立且共轴平行的侧齿轮4和5受支承而可以绕轴线3旋转。后轴壳2包括两个沿内缘间隔开的部分球面形的凹入的小齿轮空腔6，空腔6形成了各自向内的壳体推力表面7。

各自与侧齿轮4和5啮合的两个浮动小锥齿轮8有各自的小齿轮外和内的推力表面9和10。外推力表面9适合在凹入空腔6内作摩擦旋转。

一立方体推力块12由横轴11中心地支承在后轴壳2内并有四个向外的推力表面。

两个小齿轮8的内推力表面10适于分别相对于两个推力块表面13作摩擦转动。推力块表面16使侧齿轮相对于壳体定位。

现请参看示出本发明其他实施例的图2和图3。图中相同的特征用相同的编号表示。差速机构1包括一中心间隔开的星轮20。星轮20可由径向臂21（如图2所示）固定在后轴壳上，或者如图3所示在壳体内可自由浮动，并且在作用于位于各自空腔内的小齿轮上的推力作用下定位并保持在位。

三个浮动的小锥齿轮22都有相互对向设置的锥形凸起部分23和24，凸起部分23和24分别形成了小齿轮内外推力表面25和26。

壳体2包括三个沿周缘均匀间隔开的锥形承窝27以容纳互补的锥形小齿轮凸起部分24，从而使小齿轮相对于壳体定位。锥形承窝27形成了各自向内的壳体推力表面28以与各个互补的小齿轮外推力表面26以摩擦滑动相啮合。

类似地，星轮20包括三个均匀间隔开并沿径向向外发散的锥形承窝29以容纳互补的锥形小齿轮凸起部分23。锥形承窝29形成了各处向外的星轮推力表面30以与各个互补的小齿轮内推力表面25以摩擦滑动相配合。

参看图4和5，其中相同特征用相同编号表示。三个浮动的小锥齿轮31都有相互对向的球形凸起部分32和33，凸起部分32和33分别形成了小齿轮内外推力表面34和35。

壳体2包括三个沿图缘均匀间隔开的球形承窝36以容纳互补的球形小齿轮凸起部分33，从而使小齿轮相对于壳体定位。球形承窝36形成了分别向内的壳体推力表面37以与各个互补的小齿轮外推力表面35以摩擦滑动相配合。

类似地，星轮20包括三个均匀间隔开并沿径向向外发散的球形承窝38以容纳互补的球形小齿轮凸起部分32。球形承窝36形成了各自向外的星轮推力表面39以与各个互补的小齿轮内推力表面34以摩擦滑动相配合。

这些实施例在正常转向操作期间，或者在当一个轮子失去牵引力自转而轮子打滑的情况下，都能允许侧齿轮间发生相对运动。小齿轮设置成侧齿轮的相对转动能产生小齿轮的相应转动。

在转向操纵期间，相反方向的扭矩施加在每个侧齿轮上，而在当一个轮子失去牵引力而轮子打滑的情况下，单向扭矩（同方向的扭矩）施加在每个侧齿轮上。

当转向期间相反扭矩作用在侧齿轮上时，浮动的小齿轮自由转动而不会产生相对的反作用力。在这些条件下使小齿轮转动的力的幅度很小，接触点的反作用力也相应较小，产生的摩擦力很小或没有，这样，小齿轮就能在其各自空腔内自由转动。

在轮子打滑的情况下，径向力促使小齿轮与其各自空腔发生摩擦配合。由于较高的内部反作用力产生的支承摩擦力造成了呈高摩擦阻力形式的“无效力”，从而使不相等的单向扭矩施加到各个侧齿轮上。

可以理解这种差速机构允许小齿轮以较小阻力在转向操作时作相对运动，或在轮子打滑的情况下以高阻力作相对运动。这是本发明超过已有技术的预负荷离合器类型的扭矩成比例的差速器的一个显著优点，已有技术的差速器在所有工作情况下都阻止齿轮的相对运动，从而对正常驱动状态下的汽车操作产生不利影响，缩短了差速器的工作寿命，产生了不必要的轮胎磨损。而且，有时发现，这些离合器类型或其他已知的差速器实际能达到的扭矩比率是不够的。

容易明白，图2和图3所示实施例中的中心星轮使小齿轮的定位比图1中的实施例更可靠，从而使机构的差速器间隙较小。

而且，图3所示的具有自由浮动的星轮的构造将比图2实施例具有更大程度的差速器间隙，其中星轮由壳体刚性支承。

图3中的构造成本较低，可有效地应用于对差动器间隙不太敏感的应用场合。

下面将描述差速器在汽车应用中的工作情况，后轴壳2由输入驱动轴（图中未画出）驱动而绕轴线3旋转。接着，输入驱动轴由一小锥齿轮转动90°，小锥齿轮与一与差速器壳相对固定的互补的锥形冠轮啮合。侧齿轮4和5与一对共轴相对且向外悬垂的半轴17和18制成一体或与之相固定，而半轴17和18本身与汽车的驱动轮相连。

在正常驱动情况下，所有两个轮子（从而两个侧齿轮也）以近似相等的角速度旋转，并支承基本相等的扭矩。当汽车转向时，每个侧齿轮上的扭矩沿相反方向施加，并且在这些情况下，小齿轮就象在传统的差速器齿轮机构中那样自由旋转。

然而，如果一个轮子没有了牵引力，当径向分离力的分量趋于使小齿轮相对于小齿轮空腔作径向移动时，不相等的力矩（同方向）施加在每个侧齿轮上从而产生了大的内部反作用力，此反作用力由差速器齿轮系承受。小齿轮趋向于挤入各自空腔里从而产生了摩擦阻力以提供锁定作用，此锁定作用阻碍了侧齿轮的差速转动，并使不相等的单向扭矩传递到驱动轮上。

可以理解，任何数目的小齿轮都可以围绕着侧齿轮4和5沿周缘均匀地间隔开以改善动力平衡并提供更均匀的轮齿负荷的传递，在这种情况下推力块或星轮将具有互补的构造。这些其他形式的构造为设计具有大范围的扭矩比率以适合不同用途的扭矩成比例的差速器提供了较大的灵活性。

也可以理解，小齿轮的推力表面的几何形状不必是球面形的、锥形的或平的，而可以是任何其他适当的几何形状，比如圆柱形或一组同心槽和脊以使接触表面最大。

本发明差速机构的扭矩比率是由下列因素决定的：

1.所采用的锥齿轮的类型（比如直齿的还是螺旋齿的）。

2.影响齿轮间径向分离力的齿轮压力角。

3.小齿轮的节圆直径。

4.小齿轮和壳体推力表面的几何形状。

5.小齿轮和壳体间的摩擦系数，它与推力表面的表面抛光度以及所使用的润滑油特性有关。

6.所采用的小齿轮数目。

7.中心推力块或星轮的结构。

附图中所示的小齿轮构造使扭矩比率达到6.0左右，这特别适用于公路汽车。

本发明提供了一种改进的相对来说较简单的扭矩成比例的差速机构，它有大范围的扭矩比率以适合多种设计应用的需要而不需要弹簧或离合器。而且，本发明的差速器在正常转向操作期间不会抵抗侧齿轮的差速转动，因此增加了差速器工作寿命，在车辆应用中，操作和轮胎磨损方面都有改进。

尽管上面针对特定实施例对本发明进行了描述，本技术领域熟练人员可以理解，本发明可以以许多其他形式加以实施。

Claims (9)

1、一种具有固有摩擦扭矩比率的扭矩成比例的差速机构，其特征在于，所述差速机构包括一受驱动可绕一纵轴旋转的后轴壳，具有多个沿内周缘间隔开的小齿轮定位结构，这些定位结构形成了各个向内的壳体推力表面，一对独立且共轴的锥形侧齿轮受支承而可以绕相对于所述后轴壳固定的轴旋转，多个浮动的小锥齿轮与所述侧齿轮啮合，还有互补的小齿轮外推力表面，这些外推力表面各自适合于相对于所述定位结构作摩擦旋转并设置成当不相等的单向扭矩被施加到所述侧齿轮时，一沿径向的分离力趋向于使所述小齿轮相对于所述小齿轮定位结构移动，从而产生了使每个侧齿轮承受不等扭矩的摩擦阻力。

2、如权利要求1所述的差速机构，其特征在于，所述小齿轮定位结构是凹入的空腔。

3、如权利要求1所述的差速机构，其特征在于，它包括一由所述壳体支承的中心间隔开的推力块，推力块具有向外的大致平的推力块表面。

4、如权利要求1所述的差速机构，其特征在于，所述浮动的小锥齿轮形成了大致平的小齿轮内推力表面，这些内推力表面各自适合于相对于所述推力块表面作摩擦旋转，这样当不相等的单向扭矩施加到侧齿轮时，所述小齿轮相对于所述壳体的相对转动产生了所述推力块表面和所述小齿轮内推力表面之间的支承摩擦。

5、如权利要求1所述的差速机构，其特征在于，所述向内的壳体推力表面和所述互补的小齿轮外推力表面是球面形的。

6、如权利要求1所述的差速机构，其特征在于，它包括一位于中心处的星轮，星轮有凹入的承窝以可旋转地容纳互补的小齿轮凸出部分并使之定位。

7、如权利要求6所述的差速机构，其特征在于，所述的凹入承窝为锥形的。

8、如权利要求6所述的差速机构，其特征在于，所述的凹入承窝为球面形。

9、如权利要求6所述的差速机构，其特征在于，它包括三个浮动的并绕所述侧齿轮沿周缘均匀间隔开的小锥齿轮，每个小锥齿轮都有互相相对的向外悬垂的凸出部分，这些凸出部分形成了小齿轮内外推力表面。

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