CN109723792A

CN109723792A - 非锥齿轮差速器

Info

Publication number: CN109723792A
Application number: CN201711051121.9A
Authority: CN
Inventors: 罗灿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2019-05-07
Also published as: CN109891130B; CN109891130A; WO2019085882A1

Abstract

本发明非锥齿轮差速器，可以按速度比值b、转矩比值1/b向两个输出端输出动力，其传动机械是二自由度决定系统的行星排结构，其行星排结构方程简化后的形式为N1‑k1*N2‑k2*N3＝0，k1、k2为正数，采用转速项N1对应的旋转构件作动力输入端，采用转速项N2与N3对应的两个旋转构件作动力输出端，设两个输出端的转速比N2/N3＝b，转矩比为1/b。该行星排结构作为本发明差速器传动机械的条件一是调节k1、k2取值使k2/k1＝b。该行星排结构作为本发明差速器传动机械的条件二是其行星排结构为非锥齿轮结构，行星排结构中的齿轮采用平行齿轮齿形等非锥齿轮齿形。

Description

非锥齿轮差速器

技术领域

本发明涉及一种行星齿轮差速器，具体为二自由度决定系统行星排结构的非锥齿轮结构的差速器。

背景技术

机动车辆在行驶过程中，由于转弯的原因、由于路面的差异、由于车辆各车轮的差异，各驱动路径的转速不会完全相同。各驱动路径转速完全相同反而会引起车轮滑移、滑转，使车辆操控失灵。传统机动车辆通过安装差速器来适应这种转速的不同，通过差速器形成速度差，避免车轮滑移、滑转。传统的轮间差速器常为行星齿轮差速器，采用锥齿轮行星排的行星架作动力输入端，采用锥齿轮行星排的两个中心轮作动力分配输出端，利用行星架公转传递动力，利用行星轮自转形成输出端之间的速度差。锥齿轮行星排的行星齿轮差速器体积较大、制造困难。机动车辆需要新的行星齿轮差速器。

发明内容

本发明提出一种二自由度决定系统的行星排结构的非锥齿轮行星排的行星齿轮差速器，称为非锥齿轮差速器。

行星排由两个中心轮(太阳轮或内齿圈)与带行星轮的行星架三个部件组成，三个部件的啮合排列关系决定行星排种类。现有行星排按行星架上行星轮层级数的单与双可分为单层星行星排、双层星行星排。设Zt为太阳轮齿数，Zq为内齿圈齿数，Nt为太阳轮转速,Nq为内齿圈转速,Nj为行星架转速，定义行星排特性参数a,单层星行星排的运动特性方程为：Nt+a*Nq-(1+a)*Nj＝0，双层星行星排的运动特性方程为：Nt-a*Nq-(1-a)*Nj＝0。多个行星排可以组成行星排结构，其运动规律服从其行星排结构方程。行星排结构中的几个部件连接并拥有一个确定的转速，形成一个旋转构件，每一个旋转构件具有一个转速。传统观点认为，多排行星排组成的行星排结构的自由度，等于行星排结构中所有旋转构件数减去行星排数，即：行星排结构自由度＝旋转构件数-行星排数。本发明提出，二自由度决定系统的行星排结构就是行星排中两个旋转构件的转速确定后，所有旋转构件的转速被决定。二自由度决定系统的行星排结构，其行星排结构方程简化后是具有三个独立转速项的等式，其普遍形式为：+d*N1+e*N2+f*N3＝0，其中N1、N2、N3分别为行星排结构中不特定的两个转速确定的旋转构件以及它们决定的不特定第三个旋转构件的转速项，d、e、f分别为三个独立转速项的绝对值系数，可以是数值或代数式，各独立转速项绝对值系数前的各符号分别可以是正是负。“不特定”指行星排结构的任意旋转构件的转速都可以有相应的各绝对值系数与各符号来形成等式。单排行星排是二自由度决定系统，单排行星排具有三个旋转构件，就是行星排的三个部件，单排行星排结构有一个行星排结构方程，就是其行星排运动方程；多排行星排结构可以有多个行星排结构方程。

本发明非锥齿轮差速器采用二自由度决定系统的行星排结构作为传动机械，其行星排结构方程简化后的形式为N1-k1*N2-k2*N3＝0，k1、k2为正数，其中N1、N2、N3分别为行星排结构中不特定的三个旋转构件的转速项，三个独立转速项的绝对值系数依次分别为1.0、k1、k2，正负符号依次分别为正、负、负。本发明非锥齿轮差速器采用行星排结构中转速为N1对应的旋转构件作动力输入端，采用转速为N2与N3对应的两个旋转构件作动力分配输出端。

本发明非锥齿轮差速器可以按速度比值b、转矩比值1/b向两个输出端输出动力，两个输出端转速可以相同也可以不同，两个输出端的转矩可以相同也可以不同。设两个输出端需要的转速比为N2/N3＝b,对应的转矩比为1/b,b为比值，可以是1.0也可以是其他数。使k2/k1＝b，这就是选择该行星排结构作为本发明非锥齿轮差速器传动机械的条件一。本发明非锥齿轮差速器传动机械的条件二是其行星排结构为非锥齿轮结构，行星排结构中的齿轮采用平行齿轮齿形。例如普通平行齿轮齿形或平行斜齿轮齿形等。这样的非锥齿轮行星排结构体积较小、便于加工。

先说b＝1.0的情况，当本发明差速器向两个转速相同的输出端输出动力时，使k2/k1＝1.0，转速项N2与N3的系数平衡相等，条件一成立，两个输出端转速比为1、转矩比为1。按照行星排结构方程，如果输入端转速确定，当N2对应的旋转构件多转(或少转)一个角度后，N3对应的旋转构件就会按一比一的比例少转(或多转)同样角度，形成两个输出端之间的转速差。把N2与N3对换，当N3对应的旋转构件多转(或少转)一个角度后，N2对应的旋转构件就会按一比一的比例少转(或多转)同样角度，形成两个输出端之间的转速差。二自由度决定系统的行星排结构的行星排数量可以调节，行星排种类顺序可以调节，行星排间连接可以调节，行星排各特性参数可以调节，所以有无数种形式可以调节k1、k2的取值，实现k2/k1＝1.0。

再说b不等于1.0的情况，当本发明差速器向两个转速不同的输出端分配动力时，设两个输出端需要的转速比为N2/N3＝b,转矩比为1/b，使k2/k1＝b，条件一成立，两个输出端转速比为b，转矩比为1/b。本发明差速器传动机械的条件二同样是其行星排结构为非锥齿轮结构，行星排结构中的齿轮采用平行齿轮齿形。在本发明差速器按转速比值b向两个输出端分配输出动力时，两个输出端的转速比值为b，转矩比值为1/b，这是本发明差速器的适用特性。本发明差速器差速工作时，N2对应的旋转构件少转(或多转)一个角度，N3对应的旋转构件就会多转(或少转)1/b个角度；N3对应的旋转构件少转(或多转)一个角度，N2对应的旋转构件就会多转(或少转)b个角度。二自由度决定系统的行星排结构的行星排数量可以调节，行星排种类顺序可以调节，行星排间连接可以调节，行星排各特性参数可以调节，所以有无数种形式可以调节k1、k2的取值，实现k2/k1＝b。

与传统锥齿轮行星排的行星齿轮差速器相比，本发明非锥齿轮差速器在分配动力时的转速特性、转矩特性是类似的，但本发明具有更宽输出的转速比值适用范围。另一主要差别是本发明非锥齿轮差速器的齿轮齿形为非锥齿轮，非锥齿轮行星排结构体积较小、易于制造。

本发明非锥齿轮差速器的有益之处在于，提出了非锥齿轮结构的二自由度决定系统的行星排结构作为本发明的传动机械，提出了传动机械中输入端、输出端的设置方法。提出了按转速比值b向两个输出端输出动力的差速传动方法，扩大了输出的转速比值适用范围。改进了差速器的齿轮齿形，扩大了传动机械齿轮齿形的选择范围。

本发明提出，只要在行星齿轮差速器的传动机械中采用了二自由度决定系统的行星排结构，其齿轮齿形为非锥齿轮结构。就属于非锥齿轮差速器，均应属于本发明的保护范围。

附图说明

图1为本发明非锥齿轮差速器的例一单排变线速行星排结构形式六非锥齿轮差速器，也是本发明实施例1示意图。图中带外接齿轮环的中心轮输入端为1，输出端之一行星架为2，输出端之二另一中心轮为3。

图2为本发明非锥齿轮差速器的例二单排变线速行星排结构形式二非锥齿轮差速器，也是本发明实施例2。图中行星架输入端为1，输出端之一中心轮为2，输出端之二另一中心轮为3。

图3为本发明非锥齿轮差速器的例三单排普通双层星行星排非锥齿轮差速器，也是本发明实施例3。图中内齿圈输入端为1，输出端之一行星架为2，输出端之二太阳轮为3。

图中行星排按行业惯例以半幅行星排齿轮结构表示，输入输出以箭头标示。图中各旋转构件只示意结构关系，未反映真实尺寸。

具体实施方式

实施例1：本发明非锥齿轮差速器的例一单排变线速行星排结构形式六非锥齿轮差速器，也是本发明实施例1。设两个输出端所需要的转速比与转矩比比值均为1.0。实施例1传动机械的行星排结构为变线速行星排的结构形式六单排行星排，行星排中全采用平行齿形的齿轮，非锥齿轮结构。设变线速行星轮的右侧一套齿轮齿数为Xy，左侧另一套齿轮齿数为Xz，左侧中心轮z齿数为Zz，右侧中心轮y齿数为Zy，则定义该变线速行星排的特性参数为a，a＝(Zy*Xz)/(Zz*Xy)，该单排变线速行星排服从其行星排运动方程也是其行星排结构方程Nz-a*Ny-(1-a)*Nj＝0。转速项Ny与Nj的系数为a与(1-a)，通过调节行星排各部件的齿轮数，这种形式的变线速行星排的特性参数a的值可以取0.5，当该行星排特性参数a的值为0.5时，a＝1-a＝0.5，其行星排结构方程为Nz-0.5*Ny-0.5*Nj＝0，转速项Nz与Nj的系数平衡相等。取输入端为带外接齿轮环的左侧中心轮z转速Nz(作N1)，输出端之一为带变线速行星轮的行星架j转速Nj(作N2)，输出端之二为右侧中心轮y转速Ny(作N3)。参见图1。该单排变线速行星排有无数种各部件齿轮组合方式可以形成行星排特性参数a＝0.5。例如：使Zy＝30、Zz＝40、Xz＝20、Xy＝30，即可使a＝(Zy*Xz)/(Zz*Xy)＝(30*20)/(40*30)＝0.5，使转速项Nj与Ny对应的两个输出端的转速比与转矩比比值均为1.0。按照其行星排结构方程，如果输入端转速确定，当Ny对应的旋转构件多转(或少转)一个角度后，Nj对应的旋转构件就会按一比一的比例少转(或多转)同样角度，形成两个输出端之间的转速差。把Ny与Nj对换，当Nj对应的旋转构件多转(或少转)一个角度后，Ny对应的旋转构件就会按一比一的比例少转(或多转)同样角度，形成两个输出端之间的转速差。这就是本实施例1差速器的工作过程。

实施例2：本发明非锥齿轮差速器的例二单排变线速行星排结构形式二非锥齿轮差速器，也是本发明实施例2。设两个输出端所需要的转速比与转矩比比值均为1.0。实施例2传动机械的行星排结构为变线速行星排的结构形式二单排行星排，行星排中全采用平行齿形的齿轮，非锥齿轮结构。该变线速行星排行星架上的外层行星轮为变线速行星轮，设变线速行星轮的右侧一套齿轮齿数为Xy，左侧另一套齿轮齿数为Xz，左侧中心轮z齿数为Zz，右侧中心轮y齿数为Zy。则定义该变线速行星排的特性参数为a，a＝(Zy*Xz)/(Zz*Xy)，该单排变线速行星排服从其行星排运动方程也是其行星排结构方程Nz+a*Ny-(1+a)*Nj＝0，简化后为Nj-(1/(1+a))*Nz-(a/(1+a))*Ny＝0。转速项Nz与Ny的系数分别为1/(1+a)与a/(1+a)，通过调节该行星排各部件的齿轮数，这种形式的变线速行星排的特性参数a的值可以取1.0，当该行星排特性参数a的值为1.0时，1/(1+a)＝a/(1+a)＝0.5，其行星排结构方程为Nj-0.5*Nz-0.5*Ny＝0，转速项Nz与Ny的系数平衡相等。取输入端为行星架j转速Nj(作N1)，输出端之一为左侧中心轮z转速Nz(作N2)，输出端之二为右侧中心轮y转速Ny(作N3)。参见图2。该单排变线速行星排有无数种各部件齿轮组合方式可以形成行星排特性参数a＝1.0。例如：使Zy＝30、Zz＝18、Xz＝18、Xy＝30，使行星架上的内层行星轮齿数为18，即可使a＝(Zy*Xz)/(Zz*Xy)＝(30*18)/(18*30)＝1.0，使转速项Nz与Ny对应的两个输出端的转速比与转矩比比值均为1.0。按照其行星排结构方程，如果输入端转速确定，当Ny对应的旋转构件多转(或少转)一个角度后，Nz对应的旋转构件就会按一比一的比例少转(或多转)同样角度，形成两个输出端之间的转速差。把Ny与Nz对换，当Nz对应的旋转构件多转(或少转)一个角度后，Ny对应的旋转构件就会按一比一的比例少转(或多转)同样角度，形成两个输出端之间的转速差。这就是本实施例2差速器的工作过程。

实施例3：本发明非锥齿轮差速器的例三单排普通双层星行星排非锥齿轮差速器，也是本发明实施例3。设两个输出端所需要的转速比与转矩比比值均为1.0。实施例3传动机械的行星排结构为普通双层星行星排，行星排中全采用平行齿形的齿轮，非锥齿轮结构。设内齿圈q齿数为Zq，太阳轮齿数为Zt。则定义该变线速行星排的特性参数为a，a＝Zq/Zt，该单排普通双层星行星排服从其行星排运动方程也是其行星排结构方程Nt-a*Nq-(1-a)*Nj＝0，简化后为Nq-((a-1)/a)*Nj-(1/a)*Nt＝0。转速项Nj与Nt的系数分别为(a-1)/a与1/a，通过调节该行星排各部件的齿轮数，这种形式的变线速行星排的特性参数a的值可以取2.0，当该行星排特性参数a的值为2.0时，(a-1)/a＝1/a＝0.5，其行星排结构方程为Nq-0.5*Nj-0.5*Nt＝0，转速项Nj与Nt的系数平衡相等。取输入端为内齿圈q转速Nq(作N1)，输出端之一为行星架j转速Nj(作N2)，输出端之二为太阳轮t转速Nt(作N3)。参见图3。该单排双层星行星排有无数种各部件齿轮组合方式可以形成行星排特性参数a＝2.0。例如：使Zq＝112、Zt＝56、使行星架上的内外层行星轮齿数均为18，即可使a＝Zq/Zt＝112/56＝2.0，使转速项Nj与Nt对应的两个输出端的转速比与转矩比比值均为1.0。按照其行星排结构方程，如果输入端转速确定，当Nj对应的旋转构件多转(或少转)一个角度后，Nt对应的旋转构件就会按一比一的比例少转(或多转)同样角度，形成两个输出端之间的转速差。把Nj与Nt对换，当Nt对应的旋转构件多转(或少转)一个角度后，Nj对应的旋转构件就会按一比一的比例少转(或多转)同样角度，形成两个输出端之间的转速差。这就是本实施例3差速器的工作过程。

上述各实施例仅为本发明的部分实施方式。

Claims

1.非锥齿轮差速器，可以按速度比值b、转矩比值1/b向两个输出端输出动力，其传动机械是二自由度决定系统的行星排结构，其行星排结构方程简化后的形式为N1-k1*N2-k2*N3＝0，k1、k2为正数，采用转速项N1对应的旋转构件作动力输入端，采用转速项N2与N3对应的两个旋转构件作动力输出端，设两个输出端的转速比N2/N3＝b，转矩比为1/b，其特征在于：该行星排结构作为本发明差速器传动机械的条件一是调节k1、k2取值使k2/k1＝b。

2.如权利要求1所述的非锥齿轮差速器，其特征还在于：该行星排结构作为本发明差速器传动机械的条件二是其行星排结构为非锥齿轮结构，行星排结构中的齿轮采用平行齿轮齿形等非锥齿轮齿形。