CN111059249A - 液力差速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液力差速器，包括差速器壳体及两个控速轮，差速器壳体的内壁面分别与控速轮的外轮面之间形成环形密封的储油腔；控速轮的外轮面上具有朝向差速器壳体的内壁面延伸的推油段，差速器壳体的内壁面上活动设置有抵顶至推油段所在的面或推油段上而将储油腔分隔成两部分的滑动体，所述差速器壳体转动使滑动体挤压推油段与滑动体之间的液压油进而推动控速轮转动；中间隔板上开设有将中间隔板两侧的储油腔连通的限流孔，当左控速轮与右控速轮发生相对转动时，滑动体挤压油压较大的储油腔内的液压油通过所述限流孔流向中间隔板另一侧的油压较小的储油腔内，该液力差速器结构新颖，利用液压原理代替齿轮传动，稳定性好，可有效防止车辆打滑。

Description

液力差速器

技术领域

本发明涉及差速器技术领域，尤其涉及一种液力差速器。

背景技术

目前，行星锥齿轮差速器结构由于其结构紧凑、扭矩大及力矩分配均匀的优点，被广泛应用于各种轮式车辆上，当车辆转弯时，行星锥齿轮差速器允许左、右半轴以不同的转速旋转，从而减少轮胎与地面的摩擦，保护轮胎。但当两侧驱动轮的摩擦力相差较大，比如车辆陷入泥坑时，由于陷入泥坑的一侧驱动轮的附着力不够，导致发生驱动轮打滑，这时另一驱动轮的驱动力不但不会增加，反而会减少到与打滑驱动轮一样，致使整机的牵引力大大减少。如果牵引力不能克服行驶阻力，打滑的驱动轮将以两倍于差速器壳的转速在原地空转，另一侧驱动轮则不转动，此时整机将停留在原地无法前进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液力差速器，以解决现有技术中两侧驱动轮的摩擦力矩差别较大使驱动轮打滑不能前进的问题，该液力差速器通过限流孔对液压油的限流作用将液压油被允许流通的速度控制在一定范围内，从而反作用将控速轮转速与差速器壳体的转速差控制在一定范围内，进而保证输出半轴不会静止或高速空转，这样当两侧驱动轮的摩擦力相差较大时，摩擦力较大的驱动轮能够获得一定的转速，为驱动轮提供牵引力使车辆顺利行驶。

为了解决上述问题，本发明所涉及的液力差速器采用以下技术方案：

一种液力差速器，包括差速器壳体以及设置于差速器壳体中的两个控速轮，中间隔板将差速器壳体的内腔分隔为两个腔体，两个控速轮对称设置于中间隔板两侧的腔体中，控速轮的轮轴分别与左、右驱动轮的轮轴传动连接，并且差速器壳体的内壁面分别和控速轮的外轮面之间形成环形密封的储油腔；控速轮的外轮面上具有朝向差速器壳体的内壁面延伸的推油段，差速器壳体的内壁面上活动设置有抵顶至推油段所在的面或推油段上而将储油腔分隔成两部分的滑动体，所述差速器壳体转动使滑动体沿推油段所在的面或推油段滑移，以挤压推油段与滑动体之间的液压油推动控速轮转动；所述中间隔板上开设有将中间隔板两侧的储油腔连通的限流孔，所述限流孔分别位于滑动体的两侧且靠近滑动体设置，当左控速轮与右控速轮发生相对转动时，所述滑动体沿推油段所在的面或推油段滑移，以挤压油压较大的储油腔内的液压油通过所述限流孔流向中间隔板另一侧的油压较小的储油腔内；所述滑动体后端设有弹性件，所述弹性件具有使滑动体前端始终抵顶至推油段所在的面或推油段上的弹力。

优选的，所述控速轮具有三个凸轮齿，三个凸轮齿沿环形均匀分布于控速轮的外轮面，各个凸轮齿的齿面与控速轮的外轮面之间为柱面一体式连接，各个凸轮齿分别为所述的推油段，凸轮齿的齿宽与储油腔的宽度相等；在控速轮与差速器壳体相对转动时，各个凸轮齿的齿面沿差速器壳体的内壁面滑移，同时所述滑动体沿控速轮的外轮面或凸轮齿的齿面向反方向滑移。

优选的，所述限流孔开设于中间隔板上靠近差速器壳体的内壁面的位置。

优选的，在所述中间隔板上位于限流孔的外缘开设有卸油槽，所述卸油槽的弧长大于凸轮齿的宽度。

优选的，在所述控速轮的两侧面上分别开有密封环槽，且密封环槽的位置靠近凸轮齿，所述密封环槽内套固有密封圈。

优选的，所述差速器壳体内设置有滑道，所述滑动体沿环形均匀设置于差速器壳体内，并且滑动体为卡装于差速器壳体内壁的滑道中可沿滑道移动的滑块，滑块的宽度与储油腔的宽度相等，所述弹性件为与滑块连接的弹簧，弹簧的另一端与滑道内底固定连接，所述弹簧具有使滑块外端始终与控速轮的外轮面或凸轮齿的齿面保持密封压触的弹力。

优选的，所述滑道沿控速轮的径向设置，滑块在滑道内沿控速轮的径向滑动；并且所述滑块的长度小于滑道的滑程。

优选的，所述滑块上开设有弹簧限位槽，弹簧限位槽与滑道平行，所述弹簧的一端固设于弹簧限位槽的槽底，弹簧的另一端与滑道内底固定连接。

优选的，所述滑块的下端面为外凸的柱面，柱面的中间线与控速轮的外轮面或凸轮齿的齿面压触实现线密封。

优选的，所述弹簧限位槽的槽底开设有将储油腔与滑道连通的油孔，所述油孔开设于滑块上靠近两侧、非柱面的中间线的位置，在弹簧伸长时，液压油从储油腔流入至滑道中，在弹簧压缩时，液压油从滑道流入至储油腔中。

本发明的有益效果如下：本发明的液力差速器，车辆发动机的动力传递至差速器壳体使其转动，滑块挤压液压油进而推动凸轮齿使控速轮随差速器壳体转动。同时利用限流孔对液压油的限流作用，将左控速轮转速与右控速轮转速差控制在一定范围以内，在两侧驱动轮的摩擦力相差较大时，能够防止摩擦力较小一侧的驱动轮出现高速空转，同时保证摩擦力较大一侧的驱动轮具有相应的转速，为整车提供前进驱动力，顺利向前行驶。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为图1中沿A-A’的剖视图。

图3为左储油腔、右储油腔内的液压油流通的原理示意图。、

图4为卸油槽的结构示意图。

图5为油孔的结构示意图。

图中附图标记说明：1-差速器壳体，2-控速轮，201-左控速轮，202-右控速轮，3-中间隔板，4-储油腔，5-限流孔，6-凸轮齿，7-卸油槽，8-密封环槽，9-密封圈，10-滑道，11-滑块，12-弹簧，13-弹簧限位槽，14-油孔，15-滑块盖板。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明。

实施例1：

一种液力差速器，如图1-5所示，包括差速器壳体1，车辆发动机的动力经离合器、变速箱驱动差速器壳体旋转。差速器壳体1的内腔为圆柱腔体，在差速器壳体的中间安装有中间隔板3，中间隔板3将差速器壳体的圆柱形腔体分隔为两个圆柱形的腔体，分别为左腔体和右腔体。左控速轮201安装于左腔体中，右控速轮202安装于右腔体中，两个控速轮2的轮轴与差速器壳体1的中心轴共轴，并且两个控速轮2关于中间隔板3对称，左控速轮的轮轴通过差速器壳体左侧侧板上的轴孔左驱动轮的轮轴花键连接，右控速轮的轮轴通过差速器壳体右侧侧板上的轴孔与右驱动轮的轮轴花键连接，控速轮可将扭矩传递给驱动轮分别驱动左、右车轮转动。

左控速轮的两侧面分别与左侧侧板、中间隔板密封接触，右控速轮的两侧面分别与右侧侧板、中间隔板密封接触，差速器壳体1的内壁面分别和控速轮2的外轮面之间形成环形密封的储油腔，储油腔4内充满液压油（或者润滑油）。为了保证密封性，在控速轮2的两侧面上分别开有密封环槽8，且密封环槽的位置靠近控速轮外侧的凸轮齿，在密封环槽内套固密封圈9，保证储油腔良好的密封性。

本实施例中，控速轮2为具有三个凸轮齿6的凸轮，三个凸轮齿沿环形均匀分布于控速轮2的外轮面，凸轮齿6的齿顶圆直径与差速器壳体的内壁面直径相等，即当控速轮2与差速器壳体1发生相对转动时，凸轮齿6的外端沿差速器壳体1的内壁面滑移。相邻两凸轮齿6之间的控速轮外轮面与凸轮齿齿面之间均采用平滑的柱面一体式连接，平滑的柱面是为了保证滑块11在其上能够实现平稳滑移，同时滑块的末端也设计为柱面，保证滑块11在控速轮2的外轮面、凸轮齿6的齿面以及二者的连接处滑移时，滑块11末端能够抵顶在相应的柱面上，确保抵顶面无漏缝，保证控速轮2与差速器壳体1发生相对转动时，滑块11挤压液压油进而推动凸轮齿6使控速轮2被差速器壳体1驱动进行转动。另外，凸轮齿6的齿宽、滑块11的宽度均与差速器壳体1内储油腔的宽度相等，即凸轮齿6、滑块11的两侧面与差速器壳体1的两侧内壁密封贴触，同样是保证滑块挤压液压油进而能够推动凸轮齿6使控速轮被差速器壳体1驱动进行转动。

在差速器壳体1的左腔体和右腔体中分别沿直径方向开设有两个滑道10，滑道一上一下对称设置，两个滑道10的开口端均位于差速器壳体1的内壁面上，即开口方向朝向控速轮2，滑块11卡装在滑道内可沿滑道移动；其中，滑道10的滑行路线可设计为任一方向的，本实施例中，滑道10沿控速轮2的径向设置，即滑块11在滑道10内沿控速轮2的径向滑动；并且滑块11的长度小于滑道10的滑程，以保证在凸轮齿6沿差速器壳体1的内壁面滑移并触碰到滑块11时，滑块11能够被顶推至完全收回滑道10内，不影响凸轮齿6的转动。同时凸轮齿6的齿顶厚度大于滑道的宽度，以防止凸轮齿6的轮齿嵌入滑道中而影响凸轮工作。在每个滑块11的后端分别连接有两个弹簧12，弹簧的另一端与滑块盖板15固定连接，弹簧12具有使滑块11外端始终与控速轮2的外轮面或凸轮齿6的齿面保持密封压触的弹力，即弹簧12始终处于被压缩状态，但当凸轮齿6顶推滑块11时，弹簧12被进一步压缩，以保证滑块11始终与控速轮2的外轮面压触保证二者压触面的密封性。

在中间隔板3上开设有将中间隔板两侧的储油腔4连通的两对限流孔5，两对限流孔5一上一下设置，每一对限流孔5包括孔a和孔b，孔a和孔b分别对称开设于滑块11的两侧，并且孔a和孔b均靠近滑块11，当车辆转向时，左控速轮201与右控速轮202出现转速差，根据差速器机构原理，一个控速轮的转速大于差速器外壳的转速，另一个控速轮的转速小于差速器外壳的转速，差速器外壳与两个控速轮之间分别产生相对转动；此时，滑块11将沿凸轮齿6齿面或控速轮2轮面滑移，此时，限流孔5两侧的储油腔4的压力必定一个大一个小，滑块11挤压油压较大的储油腔4内的液压油通过限流孔流向中间隔板另一侧的油压较小的储油腔4内。

但是当凸轮齿转到覆盖住限流孔5的位置，而此时车辆又需要转向，限流孔5被封堵，左储油腔与右储油腔的液压油不能流通，会导致某一侧的油压过高。同时由于本实施例中，由于两凸轮齿6之间的控速轮2外轮面与凸轮齿6齿面之间均采用平滑的柱面一体式连接，即凸轮齿6的宽度由圆心向外周逐渐减，为了尽量降低凸轮齿转动时限流孔5被覆盖的时间（左储油腔与右储油腔之间的液压油不能流通的时间），避免某一侧储油腔4内的油压过高，将限流孔5开设于中间隔板3上靠近差速器壳体1的内壁面的位置，即凸轮齿6转动时，凸轮齿6外端最窄的齿端将从限流孔5上滑过，使得限流孔5被凸轮齿6覆盖的时间非常短，保护差速器的部件。另外，为了进一步防止中间隔板3某一侧储油腔内的油压过高损坏零部件，如图4所示，在中间隔板3上位于限流孔5的外缘还开设有长弧形的卸油槽7，储油腔内的液压油进入卸油槽7，从而缓解储油腔内的油压，避免储油腔油压过高。并且卸油槽7的宽度大于凸轮齿6的宽度，防止当卸油槽7完全被凸轮齿6覆盖。

通过控制限流孔5的孔径以及凸轮齿6的齿高、齿宽来控制左控速轮201与右控速轮202的最大相对转速，即控制差速器外壳1与控速轮2的最大相对转速，由于差速器外壳1的转速能够控制，因此能够防止控速轮2高速空转或不转，有效避免在两侧驱动轮的摩擦力相差较大时，车轮出现一侧打滑现象。

下面结合车辆的行驶状态对本实施例的工作原理进行说明：

发动机工作后，动力通过离合器、变速箱驱动差速器壳体1旋转，差速器壳体内的滑块11挤压液压油进而推动控速轮2转动。

其中：差速器壳体的转速为ω；左控速轮的角速度记为 ω_左；右控速轮的角速度记为 ω_右；

并且在现有技术中，差速器结构设计要求始终满足：ω_左+ω_右=2ω。

如图3所示，当车辆直线行驶时，由于是直线行驶，ω_左=ω_右=ω，左控速轮、右控速轮与差速器外壳同步转动，A区、B区、A₁区、B₁区的油压始终不变保持相等，限流孔内无液压油通过。

车辆在转弯时，外侧车轮比内侧车轮行迹长，内侧车轮的转速小于外侧车轮的转速，即左、右车轮存在转速差。实际车辆在转弯时，车速不可能很高，转弯半径不可能很小，所以左右车轮的转速差被限定在一定范围内。根据车辆转弯时的安全限制，结合实际中转弯半径及转弯速度进行分析，通常左、右车轮的转速差被限定在60r/min以下，可以顺利完成转弯动作，即左控速轮、右控速轮分别相对于差速器壳体的转速差被限定在30r/min以下，车辆便可以正常转弯。

在本发明中，左控速轮201与右控速轮202的最大转速差取决于液压油通过限流孔5的速度，而液压油通过限流孔5的速度由限流孔5的截面积、凸轮齿的截面积（轮宽、轮高）和转速决定，因此，设计时通过力学计算及试验验证来确定限流孔5的直径、凸轮齿6的轮宽、轮高，使差速器壳体1与控速轮2的最大转速差达到30rpm即可。在试验时，由于液压油种类不同，其浓稠度不同，流动性不同，因此在凸轮齿6的轮宽、轮高不变的条件下，通常以1kg·m的扭矩旋转控速轮，去调整限流孔5的直径，直到差速器壳体1与控速轮2的最大转速差达到30rpm即可。

本实施例中，以差速器壳体1与控速轮2的最大转速差为30rpm为例进行说明。

当车辆正常左转时，左侧车轮的转速小于右侧车轮的转速，反应在控速轮2上，即ω_左＜ω＜ω_右，如图3所示，即左控速轮201相对于差速器壳体1右转，右控速轮202相对于差速器壳体1左转，滑块与其一侧凸轮齿之间A区的、B₁区的液压油受挤压，即A区、B₁区的油压增大，液压油从限流孔中流向中间隔板另一侧的储油腔中，即A区的液压油通过孔a流向A₁区，B₁区的液压油通过孔b流向B区中；由于正常转弯时控速轮2与差速器壳体1的转速差不超过30rpm，而本发明中差速器壳体与控速轮被允许的最大转速差为30rpm，所以 A区与A₁区之间虽然有油液流通，但两区的油压始终相等，即使转弯时，也在推动左、右控速轮转动进而驱动左、右车轮行走。因此，在车辆正常转弯时，从限流孔5中通过的液压油的体积足以保证限流孔5两侧的油压一致，即液压油的通过速度足以使控速轮2与液压油之间维持动态平衡的状态，控速轮2的转速不受油压的影响。右转与左转的情况一致，不再赘述。

上面讨论了正常转弯时控速轮与差速器壳体的工作情况，下面来讨论当车轮打滑时，控速轮与差速器壳体配合使车轮不再打滑的工作原理。

以右轮打滑为例，当车辆右轮经过油污地面或陷入泥坑时，右轮与地面的摩擦力小，需要驱动右轮旋转的扭矩就小，当驱动扭矩大于湿滑地面的阻扭矩时，右轮就会打滑。即右轮位于低摩擦路面，左轮位于高摩擦地面，即ω_左=0,ω_右=2ω，打滑后，控速轮2与差速器壳体1发生相对转动， A区、B₁区的液压油受挤压，A₁区、B区的容积变大，即A区、B₁区的油压增大，A区的液压油通过孔a补充到A₁区，B₁区的液压油通过孔b补充到B区中。由于孔a、孔b的孔径的限制（保证差速器壳体与控速轮被允许的最大转速差为30rpm）， A区仍存在较大的压力，左控速轮的扭矩依旧很大，从而左控速轮的转速不会为0，根据差速器原理ω_左+ω_右=2ω，此时，左轮的转速为ω-30，ω_右=ω+30，这时左控速轮顺利驱动车辆左轮行走。

同理，若左轮打滑，即左轮位于低摩擦路面，右轮位于高摩擦地面，即ω_左=2ω,ω_右=0，那么左轮的转速为ω+30，根据差速器原理ω_左+ω_右=2ω，ω_右=ω-30，即保证了右轮的转速为不会为0，这时右轮顺利驱动车辆行走。

实施例2：

如图5所示，本实施例中，在滑块上开设有弹簧限位槽13，弹簧限位槽与滑道10平行，弹簧12的一端置于弹簧限位槽中，弹簧的另一端在弹簧限位槽的压力作用下被压设于滑道10内底，保证弹簧12沿弹簧限位槽13进行伸缩，防止弹簧12发生扭曲，保证滑块11能够被快速弹出滑道10。

滑块11的下端面为外凸的柱面，柱面的中间线与控速轮2的外轮面或凸轮齿的齿面压触实现线密封。在弹簧限位槽13的槽底开设有将储油腔4与滑道10连通的油孔14，油孔14开设于滑块11上靠近两侧、非柱面的中间线的位置。在弹簧12伸长时，液压油从储油腔4流入至滑道10中，在弹簧12压缩时，液压油从滑道10流入至储油腔4中。液压油的流动有利于平衡油孔14两侧的压强，保证滑块11能够轻松被推回或推出滑道10。

最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种液力差速器，其特征在于：包括差速器壳体以及设置于差速器壳体中的两个控速轮，中间隔板将差速器壳体的内腔分隔为两个腔体，两个控速轮对称设置于中间隔板两侧的腔体中，控速轮的轮轴分别与左、右驱动轮的轮轴传动连接，并且差速器壳体的内壁面分别与控速轮的外轮面之间形成环形密封的储油腔；控速轮的外轮面上具有朝向差速器壳体的内壁面延伸的推油段，差速器壳体的内壁面上活动设置有抵顶至推油段所在的面或推油段上而将储油腔分隔成两部分的滑动体，所述差速器壳体转动使滑动体沿推油段所在的面或推油段滑移，以挤压推油段与滑动体之间的液压油进而推动控速轮转动；所述中间隔板上开设有将中间隔板两侧的储油腔连通的限流孔，所述限流孔分别位于滑动体的两侧且靠近滑动体设置，当左控速轮与右控速轮发生相对转动时，所述滑动体沿推油段所在的面或推油段滑移，以挤压油压较大的储油腔内的液压油通过所述限流孔流向中间隔板另一侧的油压较小的储油腔内；所述滑动体后端设有弹性件，所述弹性件具有使滑动体前端始终抵顶至推油段所在的面或推油段上的弹力。

2.根据权利要求1所述的液力差速器，其特征在于：所述控速轮具有三个凸轮齿，三个凸轮齿沿环形均匀分布于控速轮的外轮面，各个凸轮齿的齿面与控速轮的外轮面之间为柱面一体式连接，各个凸轮齿分别为所述的推油段，凸轮齿的齿宽与储油腔的宽度相等；在控速轮与差速器壳体相对转动时，各个凸轮齿的齿面沿差速器壳体的内壁面滑移，同时所述滑动体沿控速轮的外轮面或凸轮齿的齿面向反方向滑移。

3.根据权利要求2所述的液力差速器，其特征在于：所述限流孔开设于中间隔板上靠近差速器壳体的内壁面的位置。

4.根据权利要求1或3所述的液力差速器，其特征在于：在所述中间隔板上位于限流孔的外缘开设有卸油槽，所述卸油槽的弧长大于凸轮齿的宽度。

5.根据权利要求4所述的液力差速器，其特征在于：在所述控速轮的两侧面上分别开有密封环槽，且密封环槽的位置靠近凸轮齿，所述密封环槽内套固有密封圈。

6.根据权利要求2或5所述的液力差速器，其特征在于：所述滑动体沿环形均匀设置于差速器壳体内，并且滑动体为卡装于差速器壳体内壁的滑道中可沿滑道移动的滑块，滑块的宽度与储油腔的宽度相等，所述弹性件为与滑块连接的弹簧，弹簧的另一端与滑道内底固定连接，所述弹簧具有使滑块外端始终与控速轮的外轮面或凸轮齿的齿面保持密封压触的弹力。

7.根据权利要求6所述的液力差速器，其特征在于：所述滑道沿控速轮的径向设置，滑块在滑道内沿控速轮的径向滑动；并且所述滑块的长度小于滑道的滑程。

8.根据权利要求7所述的液力差速器，其特征在于：所述滑块上开设有弹簧限位槽，弹簧限位槽与滑道平行，所述弹簧的一端固设于弹簧限位槽的槽底，弹簧的另一端与滑道内底固定连接。

9.根据权利要求8所述的液力差速器，其特征在于：所述滑块的下端面为外凸的柱面，柱面的中间线与控速轮的外轮面或凸轮齿的齿面压触实现线密封。

10.根据权利要求9所述的液力差速器，其特征在于：所述弹簧限位槽的槽底开设有将储油腔与滑道连通的油孔，所述油孔开设于滑块上靠近两侧、非柱面的中间线的位置，在弹簧伸长时，液压油从储油腔流入至滑道中，在弹簧压缩时，液压油从滑道流入至储油腔中。

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