CN109826930A - 齿圈输入中央摆线差速器 - Google Patents

Abstract

齿圈输入中央摆线差速器，由壳体、曲轴A、曲轴B、至少一个A型摆动齿轮、输入轮A、至少一个B型摆动齿轮、输出轮B、曲轴齿轮A、曲轴齿轮B和至少一个联动齿轮组成；所述曲轴A、曲轴B、输入轮A、输出轮B、曲轴齿轮A、曲轴齿轮B和壳体的自转轴心同轴，曲轴A和曲轴齿轮A周向固定，曲轴B和曲轴齿轮B周向固定，曲轴齿轮A和曲轴齿轮B分别与联动齿轮啮合；所述壳体包括与壳体周向固定的分别穿过每个A型摆动齿轮上相应的销轴孔的销轴，所述壳体还包括与壳体周向固定的分别穿过每个B型摆动齿轮上相应的销轴孔的销轴。

Description

齿圈输入中央摆线差速器

技术领域

本发明涉及一种差速器，属于机械传动部件技术领域，特别涉及一种可用于汽车的齿圈输入中央摆线差速器。

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，如此车辆就无法行驶，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，本发明提出了齿圈输入中央摆线差速器，具体技术方案如下。

齿圈输入中央摆线差速器，由壳体、曲轴A、曲轴B、至少一个A型摆动齿轮、输入轮A、至少一个B型摆动齿轮、输出轮B、曲轴齿轮A、曲轴齿轮B和至少一个联动齿轮组成；所述曲轴A、曲轴B、输入轮A、输出轮B、曲轴齿轮A、曲轴齿轮B和壳体的自转轴心同轴，曲轴A和曲轴齿轮A周向固定，曲轴B和曲轴齿轮B周向固定，曲轴齿轮A和曲轴齿轮B分别与联动齿轮啮合；所述壳体包括与壳体周向固定的分别穿过每个A型摆动齿轮上相应的销轴孔的销轴，所述壳体还包括与壳体周向固定的分别穿过每个B型摆动齿轮上相应的销轴孔的销轴；曲轴A的每级曲拐分别穿过每个A型摆动齿轮的中心轴孔，输入轮A包括有与输入轮A周向固定的与每个A型摆动齿轮啮合的内齿圈；曲轴B的每级曲拐分别穿过每个B型摆动齿轮的中心轴孔，输出轮B包括有与输入轮A周向固定的与每个B型摆动齿轮啮合的内齿圈；所述联动齿轮与输入轮A的传动比绝对值大于联动齿轮与输出轮B的传动比绝对值；壳体、输入轮A和输出轮B分别设有用于与差速器外界零件传递扭矩的齿形结构或孔形结构。本发明的齿圈输入中央摆线差速器的扭矩通常状态通过输入轮A输入，从壳体和输出轮B输出；输入轮A相对于壳体自转一周带动输出轮B相对于壳体自转超过一周，这样才能保证输出轮B与壳体相对于输入轮A只能向相反方向按一定转速比自转，这由A型摆动齿轮和B型摆动齿轮分别与输入轮A和输出轮B上对应的内齿圈的啮合齿比以及曲轴齿轮A和曲轴齿轮B分别与联动齿轮的齿轮比决定的，所以所述联动齿轮与输入轮A的传动比绝对值大于联动齿轮与输出轮B的传动比绝对值，曲轴A与输入轮A的传动比为少齿差摆线齿轮传动的摆线齿轮公转与内齿圈自转的转速比，曲轴B与输入轮B的传动比为少齿差摆线齿轮传动的摆线齿轮公转与内齿圈自转的转速比，联动齿轮与输入轮A的传动比等于联动齿轮与曲轴齿轮A的传动比和曲轴A与输入轮A的传动比的乘积，联动齿轮与输出轮B的传动比等于联动齿轮与曲轴齿轮B的传动比和曲轴B与输出轮B的传动比的乘积；本发明的结构目的是为了实现转速的差速输出，差速输出情况与壳体和输出轮B的阻转负载情况有关，当然也可以既然是差速传动机构其本质是可以实现扭矩从壳体、输入轮A和输出轮B的任何一处或两处输入，然后从没有输入处输出的机械传动机构；虽然一个A型摆动齿轮也可以实现差速器的功能，但其力学平衡不够好，只使用一个销轴的限位也可能有一定的回差，所述销轴可以直接加工在壳体零件上，也可以加工在其他零件上，然后该零件与壳体周向固定，这样销轴自然就是在径向上也是与壳体固定的；当采用多个A型摆动齿轮时所有A型摆动齿轮与输入轮A上的齿圈组成的齿轮副齿比相同，当采用多个B型摆动齿轮时所有B型摆动齿轮与输出轮B上的齿圈组成的齿轮副齿比相同；曲轴A设有与A型摆动齿轮数相同的曲拐，曲轴B设有与B型摆动齿轮数相同的曲拐;A型摆动齿轮受限于壳体上周向固定的销轴相对于壳体公转，其与输入轮A上的内齿圈之间的齿比决定了输入轮A相对于壳体自转一定角度A型摆动齿轮向相同方向的公转角度，A型摆动齿轮的公转角度和方向等于曲轴A的自转角度和方向，B型摆动齿轮受限于壳体上的销轴只能相对于壳体公转，其与输出轮B上的内齿圈之间的齿比决定了输出轮B相对于壳体自转一定角度B型摆动齿轮相对于壳体向相同方向的公转角度，B型摆动齿轮相对于壳体的公转角度和方向等于曲轴B的自转角度和方向，所述曲轴A和曲轴B通过曲轴齿轮A和曲轴齿轮B同时与联动齿轮啮合实现联动，使得输入轮A和输出轮B只能相对于壳体向相同方向转动，且其相对于壳体的转动角度比例固定，限定输入轮A与输出轮B相对于壳体的转动角度比小于1,壳体与输出轮B相对于输入轮A只能以一定转速比向相反方向转动；所述齿轮或齿圈可以是由针齿壳和针齿组成的针轮,所述针齿还可以包括针齿套，所述销轴也可以包括轴套，曲拐是指曲轴的一级偏心轴，其连杆轴颈较粗时可以在主轴颈上直接加工出偏心轴省略曲柄，也可以通过在主轴颈上周向固定偏心轴套实现，曲轴的轴颈上可以包括轴承或轴套，所述销轴的直径等于摆动齿轮上销轴孔的直径减去摆动齿轮的摆动直径；差速器的壳体通过齿或孔与外界零件传递扭矩，在作为中央差速器时壳体通常通过周向面的齿与前轮传动轴啮合或通过链条与前轴差速器传动轴联动，输入轮A通过齿形结构与变速箱输出轴上的齿啮合或牙嵌连接输入扭矩，输出轮B通常通过周向面的齿形结构形成花键与后轴差速器传动轴连接；上述组成齿圈输入中央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。

所述曲轴齿轮A或曲轴齿轮B为斜齿轮。所述联动齿轮与曲轴齿轮A或曲轴齿轮B啮合的齿轮也为斜齿轮，斜齿轮副传递扭矩时可以产生有轴向分量的应力，该应力可以加大齿轮间的摩擦力或加大齿轮轴向压紧的其他零件间的摩擦力，从而增大齿轮和其他转动零件的转动阻力，这个转动阻力会形成差速器的差速传动阻力，产生差速器限滑效果；在输入轮A和输出轮B没有被外界零件轴向限位固定的时候，所述壳体结构要对差速器内部零件有轴向限位，所述轴向限位保证差速器内部零件在被斜齿轮传递扭矩时产生的轴向分量力向轴向两侧压紧时的向内支撑力。

所述差速器包括至少两个以壳体自转轴心均匀圆周阵列分布的联动齿轮。由于曲轴齿轮A和曲轴齿轮B的自转轴心与壳体自转轴心同轴，所以联动齿轮只能设置在非壳体轴心同轴的位置，这时选用中心均匀圆周阵列分布，有利于更好的平衡差速器整体的重心，也有利于曲轴齿轮的径向受力更平衡，所述均匀圆周阵列分布是指联动齿轮的分布状态以壳体自转轴心为圆心每间隔一定的圆周等分角度重复设置。

所述差速器壳体包括与差速器壳体周向固定的联动齿轮架，所述联动齿轮的轴固定在联动齿轮架上。所述联动齿轮架还可以在轴向力的作用下做微量移动，并传动轴向力给差速器其他零件，这样在差速器曲轴齿轮和联动齿轮之间因扭矩传递产生啮合力的轴向分量时，轴向力首先推动联动齿轮架，联动齿轮架再压向差速器其他零件，使差速器内部零件间压力加大，摩擦力加大，差速器的差速转动阻力加大；而且可以将曲轴自转主轴固定在联动齿轮架上，增加曲轴自转的稳定性。

所述联动齿轮为双联齿轮。曲轴齿轮A和曲轴齿轮B并不需要相同，只需要分别能与组成联动齿轮的双联齿轮的两个齿轮啮合皆可实现联动效果，联动齿轮的两级使用两种不同的齿轮比与曲轴齿轮A和曲轴齿轮B啮合时其可以使曲轴A和曲轴B的转速比不等于1，从而实现差速器的转速设置和扭矩分配设置。

所述的齿圈输入中央摆线差速器包含两个A型摆动齿轮，曲轴A带有两级曲拐且两级曲拐相位相差180度，曲轴A的两级曲拐分别穿过两个A型摆动齿轮的中心轴孔，输入轮A包括同时分别与两个A型摆动齿轮啮合组成内齿轮副的内齿圈，两个A型摆动齿轮齿数相等，壳体上设有至少2个同时穿过两个A型摆动齿轮上相应的销轴孔的销轴；所述的齿圈输入中央摆线差速器包含两个B型摆动齿轮，曲轴B带有两级曲拐且两级曲拐相位相差180度，曲轴B的两级曲拐分别穿过两个B型摆动齿轮的中心轴孔，输出轮B包括同时分别与两个B型摆动齿轮啮合组成内齿轮副的内齿圈，两个B型摆动齿轮齿数相等，壳体上设有至少2个同时穿过两个B型摆动齿轮上相应的销轴孔的销轴。虽然一个A型摆动齿轮也可以实现差速器的功能，但其力学平衡不够好，销轴的限位额可能有一定的回差；更为优选的可以选用两个A型摆动齿轮和两级曲拐相位相差180度的曲轴A配合，同时选用两个B型摆动齿轮和两级曲拐相位相差180度的曲轴B配合，曲轴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相差180度，这两个摆动齿轮与同一个内齿圈啮合时180度的相位差保证了这两个摆动齿轮对内齿圈造成的径向压力抵消，同时两个摆动齿轮上的销轴孔重叠区域刚好穿过销轴，圆周阵列设置2个以上销轴有利于更好的传递扭矩以及消除传动回差，销轴通过这两个摆动齿轮上的销轴孔的侧壁与摆动齿轮传递扭矩，这两个摆动齿轮同时还保证了其相对差速器自转轴心的公转不会影响差速器整体转动的重心。

所述差速器内还设有至少一片摩擦片。摩擦片可以选用摩擦系数较高的材料或表面工艺制成，所述摩擦片可以加在摆动齿轮与其他零件之间，也可以加在曲轴齿轮A或曲轴齿轮B与其他零件之间，为了进一步增加摩擦阻力，摩擦片可以通过内齿与曲轴A或曲轴B周向固定，摩擦片还可以通过外齿与壳体周向固定，并将与不同转动状态的零件周向固定的多片摩擦片穿插设置。

所述差速器在曲轴A和曲轴齿轮A或曲轴B和曲轴齿轮B之间设有联轴器，所述联轴器在传递扭矩时可以产生轴向分量的力。在曲轴A和曲轴B之间传递扭矩的联动路径上设置联轴器，并通过联轴器传递扭矩时产生轴向分量的力，并以此轴向分量的力向两边压紧差速器差速传动时的运动零件，产生限滑效果，这样就可以不使用斜齿轮实现差速器的限滑效果；在输入轮A和输出轮B没有被外界零件轴向限位固定的时候，所述壳体结构要对差速器内部零件有轴向限位，所述轴向限位保证差速器内部零件在被斜齿轮传递扭矩时产生的轴向分量力向轴向两侧压紧时的向内支撑力。

所述联轴器为包含压力角大于0度的接触面的牙嵌式联轴器。所述牙嵌式联轴器的形式包括端面牙嵌式联轴器、周面牙嵌式联轴器和锥面牙嵌式联轴器，所述牙嵌式联轴器至少包括联轴器零件A和联轴器零件B，所述联轴器零件A和联轴器零件B通过所述凸凹造型结构相互周向限位实现牙嵌式扭矩传递，所述周面牙嵌式联轴器可以理解成外齿轮和同齿数的内齿圈嵌套，为了实现限滑效果所述联轴器零件A和联轴器零件B可以在传递扭矩时的轴向分量应力作用下相对轴向少量移动；所述联轴器零件A与曲轴A或联轴器零件B与曲轴B可以是一体加工的零件或一体移动的构件。

所述联轴器为滚珠坡道或滑块坡道式联轴器；所述联轴器为具有滚珠坡道或滑块坡道联动机构的联轴器，滚珠坡道或滑块坡道联动机构是通过滚珠或滑块在扭矩传递零件两端凹槽中的限位来实现扭矩传递的同时可产生轴向力的分量的传动机构，其本质是通过一侧带有可容纳部分滚珠或滑块的凹槽的零件将扭矩传递给滚珠或滑块，然后滚珠或滑块将扭矩传递到另一侧带有可容纳部分滚珠或滑块的凹槽的零件，使用滚珠坡道或滑块坡道的机构传递扭矩的好处是零件便于加工出设定的压力角。

本发明的齿圈输入中央摆线差速器可以通过设置A型摆动齿轮与输入轮A上内齿圈的齿比和B型摆动齿轮与输出轮B上的内齿圈的齿比的差异来实现扭矩输出的分配趋势差异，在联动齿轮选用双联齿轮时还可以通过调整曲轴齿轮A和曲轴齿轮B分别与联动齿轮啮合的齿轮比，这是本发明的差速器的一个重要进步优点，通过设置上述可调节输出扭矩分配趋势的齿轮比，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。

本发明的齿圈输入中央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输入轮A，壳体和输出轮B分别将扭矩通过传动轴输出给前后轴差速器。

附图说明

图1实施例1的齿圈输入中央摆线差速器结构示意图（剖视图）。

图2实施例1的齿圈输入中央摆线差速器零件爆炸图。

图3实施例1的齿圈输入中央摆线差速器立体图。

图中：1，壳体；2，曲轴A；3，曲轴B ； 4，输入轮A；5，输出轮B；6，壳体上的联动齿轮架；7，A型摆动齿轮；8,B型摆动齿轮；9，曲轴齿轮A，10曲轴齿轮B；11，联动齿轮。

具体实施方式

实施例1，如图1~图3所示，齿圈输入中央摆线差速器，由壳体、曲轴A、曲轴B、两个A型摆动齿轮、输入轮A、两个B型摆动齿轮、输出轮B、曲轴齿轮A、曲轴齿轮B和4个行星分布的联动齿轮组成；所述曲轴A、曲轴B、输入轮A、输出轮B、曲轴齿轮A、曲轴齿轮B和壳体的自转轴心同轴，曲轴A和曲轴B通过扁圆轴分别穿过曲轴齿轮A和曲轴齿轮B的中心轴孔实现同轴和周向固定；曲轴齿轮A、曲轴齿轮B和4个行星分布都选用相同模数的渐开线外齿直齿轮，曲轴齿轮A和曲轴齿轮B同时分别与4个联动齿轮啮合；所述壳体包括加工有分别穿过每个A型摆动齿轮上相应的销轴孔的8个销轴的联动齿轮架和加工有分别穿过每个B型摆动齿轮上相应的销轴孔的8个销轴的联动齿轮架，两个联动齿轮架通过花键与壳体周向固定；曲轴A带有两级曲拐且两级曲拐相位相差180度，曲轴A的两级曲拐分别穿过两个A型摆动齿轮的中心轴孔，输入轮A上加工有同时与两个A型摆动齿轮啮合的内齿圈，两个A型摆动齿轮齿数相等都是17齿，输入轮A上与A型摆动齿轮啮合的齿圈为18齿；曲轴B带有两级曲拐且两级曲拐相位相差180度，曲轴B的两级曲拐分别穿过两个B型摆动齿轮的中心轴孔，输出轮B上加工有同时与两个B型摆动齿轮啮合的内齿圈，两个B型摆动齿轮齿数相等都是11齿，输出轮B上与B型摆动齿轮啮合的内齿圈为12齿；壳体加工有齿形结构用于与前轴差速器传动轴联动，输入轮A设有内花键用于连接变速箱输出轴，输出轮B设有内花键用于连接后轴差速器传动轴；本实施例摆动齿轮和与之相啮合的齿圈都选用了圆摆线齿廓，本实施例中零件均选用铬钼钢为材料加工而成。

Claims (10)

1.齿圈输入中央摆线差速器，其特征是：由壳体、曲轴A、曲轴B、至少一个A型摆动齿轮、输入轮A、至少一个B型摆动齿轮、输出轮B、曲轴齿轮A、曲轴齿轮B和至少一个联动齿轮组成；所述曲轴A、曲轴B、输入轮A、输出轮B、曲轴齿轮A、曲轴齿轮B和壳体的自转轴心同轴，曲轴A和曲轴齿轮A周向固定，曲轴B和曲轴齿轮B周向固定，曲轴齿轮A和曲轴齿轮B分别与联动齿轮啮合；所述壳体包括与壳体周向固定的分别穿过每个A型摆动齿轮上相应的销轴孔的销轴，所述壳体还包括与壳体周向固定的分别穿过每个B型摆动齿轮上相应的销轴孔的销轴；曲轴A的每级曲拐分别穿过每个A型摆动齿轮的中心轴孔，输入轮A包括有与输入轮A周向固定的与每个A型摆动齿轮啮合的内齿圈；曲轴B的每级曲拐分别穿过每个B型摆动齿轮的中心轴孔，输出轮B包括有与输入轮A周向固定的与每个B型摆动齿轮啮合的内齿圈；所述联动齿轮与输入轮A的传动比绝对值大于联动齿轮与输出轮B的传动比绝对值；壳体、输入轮A和输出轮B分别设有用于与差速器外界零件传递扭矩的齿形结构或孔形结构。

2.根据权利要求1所述的齿圈输入中央摆线差速器，其特征是：所述曲轴齿轮A或曲轴齿轮B为斜齿轮。

3.根据权利要求1所述的齿圈输入中央摆线差速器，其特征是：所述差速器包括至少两个以壳体自转轴心均匀圆周阵列分布的联动齿轮。

4.根据权利要求1所述的齿圈输入中央摆线差速器，其特征是：所述差速器壳体包括与差速器壳体周向固定的联动齿轮架，所述联动齿轮的轴固定在联动齿轮架上。

5.根据权利要求1所述的齿圈输入中央摆线差速器，其特征是：所述联动齿轮为双联齿轮。

6.根据权利要求1所述的齿圈输入中央摆线差速器，其特征是：所述的齿圈输入中央摆线差速器包含两个A型摆动齿轮，曲轴A带有两级曲拐且两级曲拐相位相差180度，曲轴A的两级曲拐分别穿过两个A型摆动齿轮的中心轴孔，输入轮A包括同时分别与两个A型摆动齿轮啮合组成内齿轮副的内齿圈，两个A型摆动齿轮齿数相等，壳体上设有至少2个同时穿过两个A型摆动齿轮上相应的销轴孔的销轴；所述的齿圈输入中央摆线差速器包含两个B型摆动齿轮，曲轴B带有两级曲拐且两级曲拐相位相差180度，曲轴B的两级曲拐分别穿过两个B型摆动齿轮的中心轴孔，输出轮B包括同时分别与两个B型摆动齿轮啮合组成内齿轮副的内齿圈，两个B型摆动齿轮齿数相等，壳体上设有至少2个同时穿过两个B型摆动齿轮上相应的销轴孔的销轴。

7.根据权利要求1所述的齿圈输入中央摆线差速器，其特征是：所述差速器内还设有至少一片摩擦片。

8.根据权利要求1所述的齿圈输入中央摆线差速器，其特征是：所述差速器在曲轴A和曲轴齿轮A或曲轴B和曲轴齿轮B之间设有联轴器，所述联轴器在传递扭矩时可以产生轴向分量的力。

9.根据权利要求8所述的齿圈输入中央摆线差速器，其特征是：所述联轴器为包含压力角大于0度的接触面的牙嵌式联轴器。

10.根据权利要求8所述的齿圈输入中央摆线差速器，其特征是：所述联轴器为滚珠坡道或滑块坡道式联轴器。