CN112943889A - 一种凸轮差速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种凸轮差速器，属于差速器领域。差速器采用外壳支撑下同轴回转的左、右半轴轮、动力轮和凸轮从动杆组成，其中半轴轮为凸轮，实现左、右半轴轮间反向等速转动的传动机构为凸轮机构，当两侧半轴轮无转速差时半轴轮、动力轮和凸轮从动杆同步回转，若两半轴轮有转速差时凸轮从动杆受一侧凸轮施加的附加力将在动力轮的导向槽中滑动并驱动另一侧凸轮等速反向转动，从而实现差速功能。本发明提出的新型差速器结构简单，无需齿轮，降低了制造成本；同时按圆周分布并做轴向滑动的凸轮从动杆结构能够显著减小差速器径向尺寸，从而提高机动车的通过性，也有利于降低底盘高度。

Description

一种凸轮差速器

技术领域

本发明属于差速器领域，具体涉及一种无齿轮传动的凸轮差速器。

背景技术

差速器主要应用于机动车的传动中，以使左、右(或前、后)驱动轮在需要时以不同的转速运动，保证两侧驱动轮能作纯滚动运动。目前，差速器主要有经典的圆锥齿轮差速器和利用蜗轮杆传动实现的托森差速器，都是有齿轮的差速器。

现有差速器都包含在外壳支撑下同轴转动的左、右半轴齿轮，实现左、右半轴齿轮差速功能的核心是还包含一套存在于左右半轴齿轮之间的传动机构，该传动机构的功能是在无动力输入时可以使左、右半轴齿轮间保持等速反向的转动关系。

尽管有齿轮的差速器应用广泛，但因其结构复杂，制造成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明利用凸轮机构原理，提出一种用凸轮代替齿轮的差速器。

本发明的设计原理为：

本发明同样采用外壳支撑下同轴回转的左、右半轴轮，所不同的是左右半轴轮为凸轮，实现左、右半轴轮间反向等速转动的传动机构为凸轮机构。所述凸轮是指具有一个整个完整连续的工作轮廓表面，该轮廓表面一般可具有数学意义上二阶及以上可导的特点。该凸轮轮廓面有相同数量的凸起部和凹陷部，凸起部和凹陷部间隔出现。将一个凸起部称为一个凸齿，相应地将凹陷部称为凹槽。

本发明的技术方案为：

一种凸轮差速器，所述凸轮差速器包括差速器壳体1、左半轴轮2、右半轴轮3、动力轮4和凸轮从动杆5。

所述的左、右半轴轮1、2为凸轮结构，其凸轮轮廓形状是相同的圆柱端面凸轮或圆柱面槽型凸轮；左、右半轴轮1、2的轮廓面相对，凸轮轮廓上设有凸齿。所述左、右半轴轮1、2同轴可转动地安装在差速器壳体1内的两端。

所述的动力轮4安装在差速器壳体1内、位于两个左右半轴轮1、2之间，且与两半轴轮同轴、可转动。所述动力轮4上回转轴线周围均匀地设置多个导向槽，导向槽贯穿动力轮且导向方向与回转轴线平行，导向槽的横截面形状与凸轮从动杆5的横截面形状配合，两者横截面形状可以相同也可以不相同，只需保证凸轮从动杆5只能在导向槽中沿回转轴线方向移动，因此具有多种组合形式，例如导向槽和凸轮从动杆5均选用三角形截面，或导向槽选用三角形截面而凸轮从动杆5选用矩形截面。所述导向槽的数量为两个左、右半轴轮1、2轮廓上的凸齿数之和。

所述的凸轮从动杆5安装在动力轮4的导向槽上(每个导向槽中安装一根凸轮从动杆5)，导向槽形状使凸轮从动杆仅可沿轴向滑动，且凸轮从动杆5穿过动力轮的导向槽后两侧分别与左、右半轴轮的凸齿升程轮廓和回程轮廓啮合(即凸轮从动杆5两侧分别与左、右半轴轮的凸齿最高点与凹槽最低点接触)，使每个凸轮从动杆5总是与左、右半轴轮1、2同时构成凸轮机构。所述凸轮从动杆5的长度等于在左、右半轴轮1、2的凸齿最高点与凹槽最低点对正时两者之间的距离。

进一步的，为了使左右半轴轮1、2运转时易于保持动平衡，左、右半轴轮上设有的凸齿数量应不小于2个。比如可选齿数为2,3,4,5,6,7,8,9,10个。

进一步的，为避免工作中出现同步磨损或凸轮从动杆瞬时同步的不确定状态，所述左右半轴轮1、2的凸齿最高点两侧所对应的运动角有差值，称此差值为齿侧角差值，所述齿侧角差值控制在凸齿所对应运动角的1/20-1/10之间，或在5-20°之间。比如6,8,9,10,12,15,18°等。

进一步的，所述左、右半轴轮1、2上凸轮的推程和回程轮廓设计最好选择实现凸轮从动杆匀速运动，并且在左、右半轴轮1、2的起始处和结尾处设置光顺过渡段，过渡段所对应的运动角小于所述齿侧角差值的一半。所述左、右半轴轮上凸轮的推程和回程轮廓实现凸轮从动杆前半程和后半程的速度曲线刚好对称，以使左右半轴轮在工作过程中能稳定啮合。

进一步的，所述左、右半轴轮1、2上凸轮齿的轮廓面的切平面与半轴轮轴线垂直面所夹的最大角在15-75°之间，以便获得适当的传动性能。比如该夹角为45°时，半轴轮与凸轮从动杆间作用力的轴向分量等与切向分量基本相等，性能适中；该夹角为30°以下时，半轴轮与凸轮从动杆间作用力的轴向分量显著大于切向分量，输出同样扭矩时接触应力较高，但传动效率较高；相反该夹角在50°以上时，半轴轮与凸轮从动杆间作用力的轴向分量显著小于切向分量，输出同样扭矩时接触应力小，虽然传动效率较低，但可在差速的同时允许两侧半轴轮输出扭矩有一定差值，即带有差速锁的部分功能。

进一步的，所述凸轮从动杆5与凸轮的轮齿啮合的两端可以为尖顶形、圆顶形、圆锥形或将尖顶形切除部分尖顶后形成的小平底形。

进一步的，所述凸轮从动杆5的横截面可以为三角形、矩形、正方向、梯形、其他多边形或不规则形状。

本发明提供的凸轮差速器应用时，同其他差速器一样，动力轮输入转动，通过动力轮上的凸轮从动杆同时拨动左右半轴轮随动力轮转动，当不需差速时，左右半轴轮同步输出；当需要差速时，凸轮从动杆能够使左右半轴轮在原相等的转速上分别叠加一大小相等方向相反的转速，即实现差速。

差速过程可在动力轮相对不动时清楚地解读。由于所有凸轮从动杆同时与左右凸轮构成凸轮机构关系且凸轮从动杆数量等于左右半轴轮凸齿数之和，满足活齿传动反向传动的条件，同时两半轴轮的凸齿数相同，据此可计算左右半轴轮间的传传动比为-1，即能实现等速反向的传动关系。也即一侧半轴轮向一给定方向转速增加量等于另一侧半轴轮转速减小量，从而实现差速。

本发明公开一种新型差速器结构，其有益效果是：结构简单，无需齿轮，降低制造成本；按圆周分布并做轴向滑动的凸轮从动杆结构可显著减小差速器径向尺寸，从而提高机动车的通过性，也有利于降低底盘高度。

附图说明

图1为本发明所述的凸轮差速器的结构示意图。

图2为动力轮的导向槽布置示意图。

图3为左半轴轮的结构示意图；图3(b)为沿图3(a)中A方向的示意图。

图4为凸轮从动杆的结构示意图。

图5为凸轮与凸轮从动杆啮合的展开示意图。

图中：1差速器壳体；2左半轴轮；3右半轴轮；4动力轮；5凸轮从动杆。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实例对本发明进一步阐述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释说明作用，并非对本发明的具体限定。还需说明的是，为了便于描述，附图中仅绘制了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”、“固接”应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸连接或成为一体；可以是直接连接也可以是通过中间件连接。

如图1-5示，一种凸轮差速器，包括差速器壳体1、左半轴轮2、右半轴轮3、动力轮4和凸轮从动杆5。左、右半轴轮的凸轮是轮廓形状相同的圆柱端面凸轮，左、右半轴轮的轮廓面相对，凸轮轮廓的凸齿数量为3个。在动力轮4上轴线周围均布地设置导向槽，导向方向与回转轴线平行，导向槽的数量为6个。凸轮从动杆5横截面和导向槽形状为矩形，且两端为圆弧面。其安装关系为：左、右半轴轮同轴可转动地安装在差速器壳体1内的两端，动力轮4安装在差速器壳体1内且位于两左右半轴轮之间、与两半轴轮同轴、且可转动，在动力轮4上固定齿轮来输入动力，凸轮从动杆5安装在动力凸轮4的导向槽中，且凸轮从动杆5两侧刚好分别与左、右半轴轮的凸齿最高点与凹槽最低点接触，使凸轮从动杆5总是与左、右半轴轮同时构成凸轮机构。

本发明所述差速器的工作原理：

根据上述说明，凸轮从动杆5总是与左、右半轴轮同时构成凸轮机构，假设左半轴轮2的凸轮的升程对应右半轴轮3的凸轮的回程，则相应的左半轴轮2的凸轮的回程对应右半轴轮3的凸轮的升程，凸轮的升程轮廓将凸轮从动杆5的啮合端从凸齿的谷底推向峰顶，同时凸轮从动杆5另一侧啮合端从凸轮的凸齿的峰顶落回到谷底，通过多个凸轮从动杆5可以满足总存在凸轮从动杆5处于升程或回程的状态，从而实现左半轴轮2、右半轴轮3的间接连续传动。当动力输入后，动力轮4在差速器壳体1中回转，带动安装在导向槽中的凸轮从动杆5同速回转，同时左、右半轴轮将受到凸轮从动杆5施加的驱动力而转动，从而构成了一个二自由度差速系统，两半轴轮再带动车轮转动实现汽车的运动。当两侧车轮的运动状态变化时凸轮从动杆5也作相应的调整从而实现差速器功能。

当汽车直线运动时，两侧车轮同速转动，左半轴轮2和右半轴轮3相对静止，凸轮从动杆5通过与两半轴轮上的凸轮啮合传递动力，三者处于平衡状态，凸轮从动杆5只起到传递扭矩的作用，此时处于非差速状态。

当汽车转弯时，两侧车轮的转速出现转速差，左半轴轮2和右半轴轮3开始相对运动，假设转动快的一侧凸轮作为主动轮，与之啮合的凸轮从动杆5一侧受到凸轮施加的附加力的轴向分量将沿导向槽运动，而另一侧的凸轮又受到凸轮从动杆5施加的力而反向转动，通过对两侧凸轮和凸轮从动杆5的设计使左半轴轮2和右半轴轮3的传动比为-1，从而实现左半轴轮2、右半轴轮3的差速转动。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种凸轮差速器，其特征在于，所述凸轮差速器包括差速器壳体(1)、左半轴轮(2)、右半轴轮(3)、动力轮(4)和凸轮从动杆(5)；

所述的左、右半轴轮(1)、(2)为凸轮结构，其凸轮轮廓形状是相同的圆柱端面凸轮或圆柱面槽型凸轮；左、右半轴轮(1)、(2)的轮廓面相对，凸轮轮廓上设有凸齿；所述左、右半轴轮(1)、(2)同轴可转动地安装在差速器壳体(1)内的两端；

所述的动力轮(4)安装在差速器壳体(1)内、位于两个左右半轴轮(1)、(2)之间，且与两半轴轮同轴、可转动；所述动力轮(4)上回转轴线周围均匀地设置多个导向槽，导向槽贯穿动力轮且导向方向与回转轴线平行，导向槽的横截面形状与凸轮从动杆(5)的横截面形状配合；所述导向槽的数量为两个左、右半轴轮(1)、(2)轮廓上的凸齿数之和；

所述的凸轮从动杆(5)安装在动力轮(4)的导向槽上，导向槽形状使凸轮从动杆仅可沿轴向滑动，且凸轮从动杆(5)穿过动力轮的导向槽后两侧分别与左、右半轴轮的凸齿升程轮廓和回程轮廓啮合，使每个凸轮从动杆(5)总是与左、右半轴轮(1)、(2)同时构成凸轮机构；所述凸轮从动杆(5)的长度等于在左、右半轴轮(1)、(2)的凸齿最高点与凹槽最低点对正时两者之间的距离。

2.根据权利要求1所述的一种凸轮差速器，其特征在于，所述左、右半轴轮上设有的凸齿数量应不小于2个。

3.根据权利要求1所述的一种凸轮差速器，其特征在于，所述左右半轴轮(1)、(2)的凸齿最高点两侧所对应的运动角之间存在的差值为齿侧角差值，所述齿侧角差值控制在凸齿所对应运动角的1/20-1/10之间。

4.根据权利要求1所述的一种凸轮差速器，其特征在于，所述齿侧角差值在5-20°之间。

5.根据权利要求1所述的一种凸轮差速器，其特征在于，所述左、右半轴轮(1)、(2)的起始处和结尾处设置光顺过渡段，过渡段所对应的运动角小于齿侧角差值的一半。

6.根据权利要求1所述的一种凸轮差速器，其特征在于，所述左、右半轴轮(1)、(2)上凸轮齿的轮廓面的切平面与半轴轮轴线垂直面所夹的最大角在15-75°之间。

7.根据权利要求1所述的一种凸轮差速器，其特征在于，所述凸轮从动杆(5)与凸轮的轮齿啮合的两端可以为尖顶形、圆顶形、圆锥形或将尖顶形切除部分尖顶后形成的小平底形。

8.根据权利要求1所述的一种凸轮差速器，其特征在于，所述凸轮从动杆(5)的横截面可以为三角形、矩形、正方向、梯形、其他多边形或不规则形状。

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