CN108691981A - 双摆线差速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可用于汽车的双摆线差速器，差速器是一种机械传动部件，多用于将汽车变速箱输出的动力传动给两个或四个驱动车轮。双摆线差速器，由行星架、至少两个一端带有曲柄轴的A型行星齿轮、至少两个一端带有曲柄轴的B型行星齿轮、两个A型摆动齿轮、输出齿轮A、两个B型摆动齿轮、输出齿轮B和至少两片摩擦片组成；每个A型行星齿轮的自转轴心固定在行星架上，每个A型行星齿轮的自转轴心线与行星架自转轴心线平行，每个A型行星齿轮至少与一个B型行星齿轮啮合，每个A型行星齿轮上的曲柄轴带有两级偏心轴且两级偏心轴相位相差180度，所有A型行星齿轮的曲柄轴上的偏心轴轴心都与行星齿轮自转轴心平行且偏心距相同。

Description

双摆线差速器

技术领域

本发明涉及差速器，属于车用传动部件技术领域，特别涉及一种可用于汽车的双摆线差速器。

背景技术

差速器是一种机械传动部件，多用于将汽车变速箱输出的动力传动给两个或四个驱动车轮，由于路面不平和车辆转弯等原因造成驱动车轮压过的轨迹不同，如果保持同速旋转就会造成车轮与路面的摩擦增大，增加车辆行驶阻力，所以差速器需要根据每个驱动车轮的不同运转情况向车轮输出转速，传统的差速器多为斜齿轮或冠状齿轮结构。

限滑差速器，英文名为Limited Slip Differential，简称LSD。限滑差速器，顾名思义就是限制车轮滑动的一种改进型差速器，指驱动轮转速差值被允许在一定范围内，以保证正常的转弯等行驶性能的类差速器，但当某一驱动轮打滑或悬空时又能限制差速器不将全部动力输出给打滑或悬空车轮，有助于车辆脱困和激烈驾驶时的操控，譬如说当车辆一轮掉入坑洞中，此车轮就毫无任何摩擦力可言，着地车轮相对却有着极大的阻力，此时普通的差速器的作用会让所有动力回馈到低摩擦的轮子。掉入坑洞的车轮会不停转动，而着地轮反而完全无动作，如此车轮就无法行驶，这时如果车辆装配的是限滑差速器就不会出现这种情况。目前的限滑差速器有使用电控多片离合器来实现锁定的，但反应速度相对较慢，也有通过纯机械式的蜗轮蜗杆来实现的，造价成本相对较高，作为中央差速器时也不便于设定前后轮的输出扭矩不等比分配。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了双摆线差速器，具体技术方案如下。

双摆线差速器，由行星架、至少两个一端带有曲柄轴的A型行星齿轮、至少两个一端带有曲柄轴的B型行星齿轮、两个A型摆动齿轮、输出齿轮A、两个B型摆动齿轮、输出齿轮B组成；每个A型行星齿轮的自转轴心固定在行星架上，每个A型行星齿轮的自转轴心线与行星架自转轴心线平行，每个A型行星齿轮至少与一个B型行星齿轮啮合，每个A型行星齿轮上的曲柄轴带有两级偏心轴且两级偏心轴相位相差180度，所有A型行星齿轮的曲柄轴上的偏心轴轴心都与行星齿轮自转轴心平行且偏心距相同，所有A型行星齿轮上的曲柄轴相位相同，每个A型行星齿轮上的两级偏心轴分别穿过两个A型摆动齿轮上对应的轴孔，输出齿轮A自转转轴与行星架自转转轴同轴，输出齿轮A同时分别与两个A型摆动齿轮啮合组成内齿轮副，两个A型摆动齿轮齿廓相同齿数相等，在A型摆动齿轮与其他零件之间设有摩擦片；每个B型行星齿轮的自转轴心固定在行星架上，每个B型行星齿轮的自转轴心线与行星架自转轴心线平行，每个B型行星齿轮至少与一个A型行星齿轮啮合，每个B型行星齿轮上的曲柄轴带有两级偏心轴且两级偏心轴相位相差180度，所有B型行星齿轮的曲柄轴上的偏心轴轴心都与行星齿轮自转轴心平行且偏心距相同，所有B型行星齿轮上的曲柄轴相位相同，每个B型行星齿轮上的两级偏心轴分别穿过两个B型摆动齿轮上对应的轴孔，输出齿轮B自转转轴与行星架自转转轴同轴，输出齿轮B同时分别与两个B型摆动齿轮啮合组成内齿轮副，两个B型摆动齿轮齿廓相同齿数相等，在B型摆动齿轮与其他零件之间设有摩擦片；每个A型行星齿轮和B型行星齿轮啮合的齿轮比相同，行星架、输出齿轮A和输出齿轮B分别设有用于与差速器外界零件连接的齿形结构或孔形结构。本技术方案选用行星架和行星齿轮的描述方法进行描述，主要是为了更准确的描述零件间的连接关系，因为本发明的技术方案中并没传统的太阳轮结构且有行星齿轮之间的相互啮合，所以不属于传统的行星齿轮传动机构，用行星齿轮和行星架的零件或构件命名方法只是便于更形象的阐述零件或构件之间的关系；还要强调上述组成双摆线差速器的零件或构件可以选用一体加工成型的零件或一体运动的构件，本文中将“一端带有曲柄轴的A行星齿轮”简称为“A型行星齿轮”,将“一端带有曲柄轴的B行星齿轮”简称为“B型行星齿轮”，将“一端带有曲柄轴的行星齿轮”简称为“行星齿轮”；上述的所有A型行星齿轮上的曲柄轴相位相同的空间位置关系可以理解为任何两个A型行星齿轮的曲柄轴的相同级偏心轴的轴心线与齿轮自转轴心线确定的平面始终保持平行；行星齿轮上的两级偏心轴相位相差180度造成其穿过的两个摆动齿轮的公转相位差相差180度，两个摆动齿轮与同一个输出齿轮啮合时180度的相位差保证了两个摆动齿轮对输出齿轮造成的径向压力抵消，降低输出齿轮的径向负荷，同理也降低行星齿轮和行星齿轮曲柄轴的径向负荷，同时还保证了差速器整体转动的重心居中；A型行星齿轮和B型行星齿轮可以是同样的齿轮，也可以是齿数不同但能组成外齿轮副的齿轮；所述摩擦片用于增大零件间的摩擦力；齿形结构有很多种形式，差速器上常用的是花键结构，行星架上的齿形结构可以是任何便于对行星架施加扭矩的单齿或多齿的齿形结构，而用于与外界零件连接的孔形结构通常是将零件用螺丝或销钉与差速器外界零件连接固定的螺丝孔或销钉孔。

上述的双摆线差速器，所述行星架通过所述齿形结构或孔形结构受外力自转带动每个A型行星齿轮和每个B型行星齿轮随着行星架的自传进行公转，每个A型行星齿轮上的曲柄轴带动两个A型摆动齿轮随行星架转动，两个A型摆动齿轮带动输出齿轮A转动，每个B型行星齿轮上的曲柄轴带动两个B型摆动齿轮随行星架转动，两个B型摆动齿轮带动输出齿轮B转动，输出齿轮A和输出齿轮B分别通过齿形结构或形结构输出转动；当输出齿轮A和输出齿轮B转速相同时差速器内所有零件相对行星架静止不动；当输出齿轮A和输出齿轮B的输出负载不同造成转速不同时，输出齿轮A和输出齿轮B发生相对转动，既输出齿轮A和输出齿轮B分别与行星架发生方向相反的相对转动，造成所有A型摆动齿轮和所有B型摆动齿轮分别与行星架发生相对于行星架自转轴线的方向相反的公转，每个A型摆动齿轮和每个B型摆动齿轮相对于行星架自转轴线的公转通过曲柄轴带动每个A型行星齿轮和每个B型行星齿轮向相反方向自转，受限于A型行星齿轮和B型行星齿轮的啮合，输出齿轮A和输出齿轮B只能以一个固定的转速比关系相对于行星架发生方向相反的相对旋转。上述是本发明的双摆线差速器转动运动的传递关系或者说扭矩的传递关系和差速输出的实现原理；进一步解释本发明的差速器潜在的限滑机制的实现原理是:输出齿轮A和A型摆动齿轮的齿数决定输出齿轮A相对行星架自转一周带动的每个A型摆动齿轮以行星架自转轴线为轴相对于行星架公转的圈数，A型摆动齿轮的公转圈数与每个A型行星齿轮的自转圈数相同，输出齿轮B和B型摆动齿轮的齿数决定输出齿轮B相对行星架自转一周带动的每个B型摆动齿轮以行星架自转轴线为轴相对于行星架公转的圈数，B型摆动齿轮的公转圈数与每个B型行星齿轮的自转圈数相同，当输出齿轮自转与齿轮副内的摆动齿轮公转的转速比较高时，尤其是输出齿轮和摆动齿轮组成少齿差内齿轮副时，由于摩擦力和润滑油流体阻力的存在，输出齿轮A和输出齿轮B的相对旋转时的差速器内部差数转动阻力会根据相对旋转转速成比例放大，同时这个差速器内部的差数转动阻力也在造成输出齿轮与啮合的摆动齿轮之间啮合面压力增大，造成输出齿轮与啮合的摆动齿轮之间齿轮副传动阻力增大，进一步加大输出齿轮A和输出齿轮B相对转动的差速器内部差数转动阻力，这些阻力的增大都在平衡造成输出齿轮A和输出齿轮B转速差异的外界输出阻力的差异，使输出齿轮A和输出齿轮B趋于同速输出，也就是起到限滑作用；具体能否在打滑时实现锁定，取决于差速器内部差数转动阻力增大的最大值，理论上当输出齿轮A和输出齿轮B的相对扭矩或相对转速造成的差速器内部差数转动阻力大于等于输入到行星架的扭矩时可以实现输出齿轮A和输出齿轮B之间的相对锁定，输出负载指的是输出齿轮通过齿形结构或孔形结构与外界零件周向连接后需要带动的外界零件转动时的阻力。

上述A型摆动齿轮和输出齿轮A组成的齿轮副或B型摆动齿轮和输出齿轮B组成的齿轮副为摆线齿轮副。摆线齿轮副包括摆线针轮副，当摆线齿轮副较少齿差时，两个齿轮相对自转一周会对应一个齿轮绕另外一个齿轮的自转轴心线公转多周，可以放大自转时的阻力，而且摆线齿轮可以选择齿数较少的齿轮，在有限的空间内增大齿轮承受力，另外通过调整摆线齿轮的齿形还可以调节齿轮啮合的转动阻力和啮合扭矩之间的关系，更有利于实施出不同限滑能力的差速器。

上述A型行星齿轮和B型行星齿轮均为斜齿轮或蜗杆。斜齿轮组成的齿轮副在相对旋转时能够产生轴向应力，这个轴向应力有利于增大齿轮与轴向其他零件的摩擦压力，也就是增大齿轮的自转阻力；蜗杆属于一种齿轮，蜗杆和蜗杆组成的齿轮副在相对旋转时产生轴向应力，这个轴向应力增大蜗杆齿轮副中蜗杆和蜗杆之间的摩擦力，增加蜗杆自转阻力，同时这个轴向应力有利于增大蜗杆与轴向其他零件的摩擦压力，也增大蜗杆的自转阻力，在蜗杆的导程角小于一定角度之后蜗杆和蜗杆组成的齿轮副会在一定的相对扭矩时自锁；在行星齿轮自转的阻力增加到某个固定值后会造成行星齿轮A和行星齿轮B的啮合转动阻力超过造成行星齿轮A和行星齿轮B相对转动的扭矩，可以实现差速器的锁定。

上述的双摆线差速器，其特征是包括至少3个A型行星齿轮和至少3个B型行星齿轮。3个以上A型行星齿轮和3个以上B型行星齿轮就分别至少有3个曲柄轴与A型摆动齿轮和B型摆动齿轮连接，更有利于摆动齿轮绕行星架自转轴心线公转的稳定性，3个曲柄轴也更有利于行星架旋转带动摆动齿轮与行星架同步旋转的扭矩载荷能力。

上述的双摆线差速器，所述一端带有曲柄轴的A型行星齿轮或一端带有曲柄轴的B型行星齿轮由一端伸出的非圆轴的齿轮零件和套在非圆轴上的偏心轴套组成。当行星齿轮的曲柄轴有两级偏心轴时，采用偏心轴套和非圆轴的形式组成带有曲柄轴的行星齿轮构件为常用方法，并且可以在差速器装配过程中配合其他零件的安装顺序逐级安装偏心轴套。

上述的双摆线差速器，所述行星架上设有至少一处限位结构，限位结构对输出齿轮A和输出齿轮B径向限位，限位结构对输出齿轮A和输出齿轮B轴向限位，限位结构对A型行星齿轮和B型行星齿轮轴向限位。在差速器中不需要精密的输出精度，而更需要在不同的差数条件下表现出不同的差数器差数转动内部阻力，那么相对位置有一定松动量的零件布局有利于减少正常行驶过程中的差数转动内部阻力，又能保证在出现较大差数需要线滑时，差速器内部齿轮之间的啮合造成的轴向应力时零件之间压紧增大差速器差数转动内部阻力。

上述的双摆线差速器，所述差速器还包括壳体，该壳体上设有至少一处限位结构，限位结构对行星架、输出齿轮A和输出齿轮B径向限位，限位结构对输出齿轮A和输出齿轮B轴向限位。有些情况下需要给差速器增加独立的壳体，壳体和行星架之间不一定有周向的固定关系，甚至壳体可以是变速箱壳体的一部分，壳体可以有效的提供一些必要的零件限位同时壳体还可以承载润滑油给润滑油的流动提供更好的控制。

上述的双摆线差速器，所述差速器还包括壳体，该壳体与行星架周向固定，壳体上设有用于与差速器外界零件连接的键槽或孔，或设有与差速器外界零件啮合的齿轮。在有些情况下，尤其是差速器作为后差速器的情况，差速器的行星架需要通过壳体与扭矩输入零件连接或连动，这时壳体就必须与行星架周向固定。

上述的双摆线差速器，所述行星架由两个径向相对固定，周向相对固定的零件或构件组成。两片行星架分别设置在行星齿轮轴向的两端，轴向上这两片行星架在相互限位或受其他零件限位下允许有一定的移动间隙，这并不影响行星架带动行星齿轮公转，尤其是选用斜齿轮或蜗杆作为行星齿轮时，行星架可以在行星齿轮的轴向应力推动下轴向移动，这有利于在差速器打滑时行星齿轮啮合力矩较大的时候增加差速器内部行星架与摆动齿轮之间的摩擦，甚至进一步增加摆动齿轮与其他零件的摩擦，可以增大差速器内部差数转动阻力，提高限滑效果。

本发明的双摆线差速器可以通过设置A型行星齿轮和B型行星齿轮的齿轮比例实现扭矩输出的分配设置；还可以通过A型摆动齿轮和输出齿轮A的齿轮比与B型摆动齿轮和输出齿轮B齿轮比的差异来实现扭矩输出的分配设置，这是本发明的差数器的一个重要进步优点，通过设置上述两处可调节输出扭矩分配的齿轮比，解决了现有技术中各种差速器调节扭矩分配的范围局限性，相比现有技术也降低了差速器为调节扭矩分配而设计的造型的加工难度和加工成本，相比于现有技术的某些差速器更提高了同样尺寸下的扭矩承载能力，或者说减小相同载荷能力下的差速器体积，降低传动机构的转动惯量能够有效提升传动效率。

本发明的双摆线差速器主要用于车辆的发动机动力经过变速箱之后向车轮输出，作为中央差速器时，通常是变速箱将扭矩输出给差速器行星架，输出齿轮A和输出齿轮B分别将扭矩输出给前后差速器，作为前差速器或后差速器时，通常中央差速器输出的扭矩通过转轴或齿轮输出到差速器壳体，差速器壳体带动行星架，差速器的输出齿轮A和输出齿轮B分别将扭矩输出到左右车轮。

附图说明

图1实施例1的差速器结构示意图（剖视图）。

图2实施例1的差速器零件爆炸图。

图3实施例1的差速器立体图。

图中：1，行星架；2，A型行星齿轮的一端带有非圆轴的齿轮零件；3，A型行星齿轮包含的偏心轴套零件；4，B型行星齿轮的一端带有非圆轴的齿轮零件；5，B型行星齿轮包含的偏心轴套零件；6，A型摆动齿轮；7，B型摆动齿轮；8，输出齿轮A；9，输出齿轮B；10，壳体；11，摩擦片。

具体实施方式

实施例1，如图1~图3所示，本实施例中行星架选用了两片带有外花键的行星架零件组成，A型行星齿轮为3个相同的渐开线直齿轮，B型行星齿轮也是3个相同的渐开线直齿轮，A型行星齿轮和B型行星齿轮的齿数都相等，3个A型行星齿轮分别与3个B型行星齿轮相互啮合组成3个齿轮副，A型行星齿轮和B型行星齿轮都是含有两级偏心轴的曲柄轴的行星齿轮，实现方法是在每个行星齿轮构件的齿轮零件的扁形出轴上装上相位相差180度的偏心轴套形成了曲柄轴的两级偏心轴，偏心轴套和齿轮装在一起组成了行星齿轮构件，本实施例选用了两个32齿的A型摆动齿轮和34齿的输出齿轮A分别组成了齿差为2的摆线内齿轮副，其中输出齿轮A为内齿齿轮，每个A型行星齿轮上的偏心轴套形成的两级偏心轴分别嵌入两个A型摆动齿轮的对应轴孔，在A型摆动齿轮与行星架之间设有摩擦片；本实施例选用了两个32齿的B型摆动齿轮和34齿的输出齿轮B分别组成了齿差为2的摆线内齿轮副，其中输出齿轮B为内齿齿轮，每个B型行星齿轮上的偏心轴套形成的两级偏心轴分别嵌入两个B型摆动齿轮的对应轴孔，在B型摆动齿轮与行星架之间设有摩擦片；输出齿轮A和输出齿轮B的中心设有带花键的轴孔，壳体带有内花键与行星架的花键对应，壳体主体零件两端有限位零件通过螺纹和固定螺丝组成壳体构件，差速器壳体内的零件被壳体限制在相应位置，壳体上加工有连接扭矩输入齿轮的螺丝孔；本实施例中除偏心轴套选用锡青铜合金为材料制成，摩擦片使用铜基摩擦片专用材料制成，其他零件均选用铬钼钢为材料加工而成。

Claims (10)

1.双摆线差速器，其特征是：由行星架、至少两个一端带有曲柄轴的A型行星齿轮、至少两个一端带有曲柄轴的B型行星齿轮、两个A型摆动齿轮、输出齿轮A、两个B型摆动齿轮、输出齿轮B组成和至少两片摩擦片组成；每个A型行星齿轮的自转轴心固定在行星架上，每个A型行星齿轮的自转轴心线与行星架自转轴心线平行，每个A型行星齿轮至少与一个B型行星齿轮啮合，每个A型行星齿轮上的曲柄轴带有两级偏心轴且两级偏心轴相位相差180度，所有A型行星齿轮的曲柄轴上的偏心轴轴心都与行星齿轮自转轴心平行且偏心距相同，所有A型行星齿轮上的曲柄轴相位相同，每个A型行星齿轮上的两级偏心轴分别穿过两个A型摆动齿轮上对应的轴孔，输出齿轮A自转转轴与行星架自转转轴同轴，输出齿轮A同时分别与两个A型摆动齿轮啮合组成内齿轮副，两个A型摆动齿轮齿廓相同齿数相等，在A型摆动齿轮与其他零件之间设有摩擦片；每个B型行星齿轮的自转轴心固定在行星架上，每个B型行星齿轮的自转轴心线与行星架自转轴心线平行，每个B型行星齿轮至少与一个A型行星齿轮啮合，每个B型行星齿轮上的曲柄轴带有两级偏心轴且两级偏心轴相位相差180度，所有B型行星齿轮的曲柄轴上的偏心轴轴心都与行星齿轮自转轴心平行且偏心距相同，所有B型行星齿轮上的曲柄轴相位相同，每个B型行星齿轮上的两级偏心轴分别穿过两个B型摆动齿轮上对应的轴孔，输出齿轮B自转转轴与行星架自转转轴同轴，输出齿轮B同时分别与两个B型摆动齿轮啮合组成内齿轮副，两个B型摆动齿轮齿廓相同齿数相等，在B型摆动齿轮与其他零件之间设有摩擦片；每个A型行星齿轮和B型行星齿轮啮合的齿轮比相同，行星架、输出齿轮A和输出齿轮B分别设有用于与差速器外界零件连接的齿形结构或孔形结构。

2.根据权利要求1所述的双摆线差速器，其特征是：所述行星架通过所述键槽或孔受外力自转带动每个A型行星齿轮和每个B型行星齿轮随着行星架的自传进行公转，每个A型行星齿轮上的曲柄轴带动两个A型摆动齿轮随行星架转动，两个A型摆动齿轮带动输出齿轮A转动，每个B型行星齿轮上的曲柄轴带动两个B型摆动齿轮随行星架转动，两个B型摆动齿轮带动输出齿轮B转动，输出齿轮A和输出齿轮B分别通过键槽或孔输出转动；当输出齿轮A和输出齿轮B转速相同时差速器内所有零件相对行星架静止不动；当输出齿轮A和输出齿轮B的输出负载不同造成转速不同时，输出齿轮A和输出齿轮B发生相对转动，既输出齿轮A和输出齿轮B分别与行星架发生方向相反的相对转动，造成所有A型摆动齿轮和所有B型摆动齿轮分别与行星架发生相对于行星架自转轴线的方向相反的公转，每个A型摆动齿轮和每个B型摆动齿轮相对于行星架自转轴线的公转通过曲柄轴带动每个A型行星齿轮和每个B型行星齿轮向相反方向自转，受限于A型行星齿轮和B型行星齿轮的啮合，输出齿轮A和输出齿轮B只能以一个固定的转速比关系相对于行星架发生方向相反的相对旋转。

3.根据权利要求1所述的双摆线差速器，其特征是：所述A型摆动齿轮和输出齿轮A组成的齿轮副或B型摆动齿轮和输出齿轮B组成的齿轮副为摆线齿轮副。

4.根据权利要求1所述的双摆线差速器，其特征是：所述A型行星齿轮和B型行星齿轮均为斜齿轮或蜗杆。

5.根据权利要求1所述的双摆线差速器，其特征是：所述差速器包括至少3个A型行星齿轮和至少3个B型行星齿轮。

6.根据权利要求1所述的双摆线差速器，其特征是：所述一端带有曲柄轴的A型行星齿轮或一端带有曲柄轴的B型行星齿轮由一端伸出的非圆轴的齿轮零件和套在非圆轴上的偏心轴套组成。

7.根据权利要求1所述的双摆线差速器，其特征是：所述行星架上设有至少一处限位结构，限位结构对输出齿轮A和输出齿轮B径向限位，限位结构对输出齿轮A和输出齿轮B轴向限位，限位结构对A型行星齿轮和B型行星齿轮轴向限位。

8.根据权利要求1所述的双摆线差速器，其特征是：所述差速器还包括壳体，该壳体上设有至少一处限位结构，限位结构对行星架、输出齿轮A和输出齿轮B径向限位，限位结构对输出齿轮A和输出齿轮B轴向限位。

9.根据权利要求1所述的双摆线差速器，其特征是：所述差速器还包括壳体，该壳体与行星架周向固定，壳体上设有用于与差速器外界零件连接的键槽或孔，或设有与差速器外界零件啮合的齿轮。

10.根据权利要求1所述的双摆线差速器，其特征是：所述行星架由两个径向相对固定，周向相对固定的零件或构件组成。