CN112984073B - 一种基于磁流变液的行星齿轮式差速器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于磁流变液的行星齿轮式差速器，由差速器组和磁流变器组构成，差速器组包括差速器左右壳、半轴齿轮、行星齿轮和主减速器从动齿轮，差速器左壳与磁流变器组中的主减速器从动齿轮和磁流变器外壳固定，差速器左右壳的套筒内套有半轴齿轮和与其啮合的行星齿轮，磁流变器组，包括磁流变器壳、磁流变器格栅、线圈、电刷和电刷盒，磁流变器壳内设有磁流变器格栅，其外部缠绕线圈，线圈的引线与电刷连接，电刷和电刷盒连接通电，电流通过电刷盒经过电刷传递至引线。本发明避开了摩擦形式差速器锁的高损耗缺点、粘连形式差速器锁对环境温度条件依赖较大的缺点，且可根据实际需要控制差速器的内摩擦力矩的大小，拓宽了差速器的使用工况。
Description
技术领域
本发明属于车辆传动系统的差速器技术领域，具体涉及一种基于磁流变液的行星齿轮式差速器，适用于汽车、拖拉机等双轮或多轮需要差速器自锁的机械结构。
背景技术
当汽车在过弯或行驶在左右高低起伏不同的路面时，汽车的左右主动轮行驶过的路程不同，其驱动轮需要差速器进行差速，同时传递扭矩，保证两侧的驱动轮是纯滚动，从而减少轮胎磨损、提高传动效率和零部件寿命。
普通的行星齿轮式差速器通过左右两轮之间的扭矩差进行差速，在一些特殊情况下，需要差速器自锁以脱离困境。通常采用的自锁原理是：通过锁合半轴齿轮，使半轴齿轮不能相对于差速器壳旋转，进而达到差速目的。
现常用的具有限滑功能的差速器常为粘性耦合式与机械摩擦片式，其中粘性耦合式差速器利用液体的粘性或油膜的剪切作用来自锁，其机械性能受其油液的温度影响较大，机械摩擦片式差速器利用摩擦片之间相对滑转时产生的摩擦力来自锁，其工作过程会产生大量的磨损以及摩擦热，上述均会对差速器的工作稳定性造成影响，且上述差速器的自锁力矩是固定的，不能结合环境及自锁需求智能调节自锁力矩的大小，不具备智能性。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种可差速及差速器自锁的基于磁流变液的行星齿轮式差速器，以解决现有技术中差速器存在过分依赖外界环境温度、磨损高以及不能调节差速力矩的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于磁流变液的行星齿轮式差速器，由差速器组和磁流变器组构成；
所述差速器组，主要由差速器左壳25、差速器右壳2、半轴齿轮5、行星齿轮1以及主减速器从动齿轮9组成；所述差速器左壳25包括法兰盘和位于法兰盘右侧的套筒，所述法兰盘的内外两端分别与主减速器从动齿轮9和磁流变器组中的磁流变器外壳22固定；所述差速器右壳2包括套筒，差速器左壳25和差速器右壳2的套筒内套有半轴齿轮5和与其啮合的行星齿轮1；还包括半轴3、花键半轴16和十字轴26，所述半轴3穿过差速器右壳2与其内半轴齿轮5配合；所述花键半轴16右侧与差速器左壳25内半轴齿轮5配合；所述两个行星齿轮1套接在十字轴26上，十字轴26套接在差速器左壳25和差速器右壳2连接时形成的四个圆形通孔内；
所述磁流变器组，还包括两个磁流变器壳19、磁流变器格栅15、线圈21、电刷20和电刷盒12；所述两个磁流变器壳19固定于磁流变器外壳22内，能够拼接成六个圆形板状格栅与内腔，其内设有与花键半轴16配合的磁流变器格栅15，其两侧设有轴承17，左右两个轴承17分别与磁流变器外壳22左侧的台肩和差速器左壳25法兰盘颈部相连；所述磁流变器壳19外部缠绕线圈21，且线圈21的引线经磁流变器外壳22侧壁的小通孔与电刷20连接，电刷20和电刷盒12连接通电，电流通过电刷盒12经过电刷20传递至引线，引线通电产生磁场，磁流变液在该磁场的作用下由液体变为类固体。
进一步地，所述差速器左壳25的法兰盘与套筒一体成型，法兰盘上开有八个用于连接主减速器从动齿轮9和磁流变器外壳22圆形通孔，套筒上开有四个用于连接差速器右壳2的圆形通孔，套筒内部设有球形环槽，差速器左壳25通过螺栓和螺母与主减速器从动齿轮9、磁流变器外壳22和差速器右壳2连接。
进一步地，所述差速器右壳2壳体上开有四个用于连接差速器左壳25圆形通孔，套筒内设有镂空结构和球形环槽，差速器右壳2侧翼设有加强肋，差速器右壳2最右侧设有一台肩，用于安装差速器轴承。
进一步地，所述半轴3穿过差速器右壳2通过花键与半轴齿轮5配合，所述花键半轴16最右侧的花键与半轴齿轮5配合，其中间的花键与磁流变器格栅15的花键配合，半轴齿轮5通过花键套接在半轴3、花键半轴16上并套设于差速器右壳2、差速器左壳25的圆形平面内。
进一步地，所述十字轴26是一根十字形的光轴，所述行星齿轮1通过内部圆孔套接在十字轴26上。
进一步地，所述磁流变器外壳22是一筒状结构，其最外侧筒壁设有八个用于连接差速器左壳25和主减速器从动齿轮9圆形通槽，磁流变器外壳22最外侧筒壁中部有四个用于固定磁流变器壳19的圆形通孔，磁流变器外壳22最左侧设有一台肩，用于安装差速器轴承。
进一步地，所述两个磁流变器壳19为对称筒状结构，两个磁流变器壳19通过外侧四个方形凸台的通孔与螺栓螺母固定，两个磁流变器壳19通过最左侧的螺纹孔固定在磁流变器外壳22的筒状内腔，其左右两侧拼接形成的环形凹台用于容纳固定轴承17，两个磁流变器壳19内腔两侧分别安装密封圈Ⅰ18，磁流变器壳19的右侧还装有一个密封圈Ⅱ23。
进一步地，所述磁流变器格栅15为盘状结构，其内部的花键与花键半轴16的花键配合，其外部错开设置七个圆形板装格栅，该格栅与磁流变器壳19的六个圆形板状格栅平行交错，磁流变液在线圈21通电形成的磁场的作用下变为类固体，在磁流变器格栅15与磁流变器壳19之间形成阻力矩，该阻力矩经花键半轴16传递至半轴齿轮5。
进一步地，还包括内密封圈11，所述内密封圈11为环状结构，中间的筒状部分套接在磁流变器外壳22的外侧，筒状部分有和磁流变器外壳22对应的通孔，内密封圈11两侧的环形部分和外密封圈10配合形成密封腔体。
更进一步地，所述外密封圈10为环状结构，中间的筒状部分和电刷盒安装在桥壳内侧，两侧的环形部分套接内密封圈11两侧的环形部分，外密封圈10能够相对内密封圈11转动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明基于磁流变液的行星齿轮式差速器，通过控制线圈内电流的大小来控制磁流变液的力学状态，进而控制差速器的工作方式，避开了摩擦形式差速器锁的高损耗缺点、粘连形式差速器锁对环境温度条件依赖较大的缺点，且可根据实际需要控制差速器的内摩擦力矩的大小，拓宽了差速器的使用工况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1本发明基于磁流变液的行星齿轮式差速器的结构示意图；
图2-图3行星齿轮轴测图；
图4-图6差速器右壳轴测图；
图7-图8半轴齿轮轴测图；
图9-图10外密封圈结构示意图；
图11内密封圈结构示意图；
图12电刷盒结构示意图；
图13-图15磁流变器格栅轴测图；
图16花键半轴结构示意图；
图17-图19磁流变器壳轴测图；
图20-图22磁流变器外壳轴测图；
图23-图25差速器左壳轴测图；
图26十字轴结构示意图；
图27-图32磁流变器壳与磁流变器格栅装配示意图。
图中，1.行星齿轮2.差速器右壳3.半轴4.半轴垫片5.半轴齿轮6.行星齿轮垫片7.螺母Ⅰ8.弹性垫圈9.主减速器从动齿轮10.外密封圈11.内密封圈12.电刷盒13.螺栓Ⅰ14.螺钉15.磁流变器格栅16.花键半轴17.轴承18.密封圈Ⅰ19.磁流变器壳20.电刷21.线圈22.磁流变器外壳23.密封圈Ⅱ24.螺栓Ⅱ25.差速器左壳26.十字轴27.弹性垫圈28.螺母Ⅱ。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1-图32所示，本发明基于磁流变液的行星齿轮式差速器，由差速器组和磁流变器组构成。
所述差速器组，主要由差速器左壳25、差速器右壳2、半轴齿轮5、行星齿轮1以及主减速器从动齿轮9组成。差速器组起到轴间差速、降速增扭、改变扭矩方向等作用。
其中，所述差速器左壳25为差速器内部齿轮的安装基体。差速器左壳25左侧为法兰结构，其颈部内侧与位于磁流变器组中磁流变器格栅15右侧的轴承17相连，对其进行限位。所述法兰的法兰盘上开有八个圆形通孔，八个通孔分别对应主减速器从动齿轮9和磁流变器外壳22上的通孔，采用螺栓穿过上述通孔与螺母连接的方式将主减速器从动齿轮9和磁流变器外壳22与固定差速器左壳25连接。所述磁流变器外壳22固定在法兰盘外侧，所述主减速器从动齿轮9通过螺栓设置在差速器左壳25的法兰盘内侧，起改变转矩方向、降速增扭的作用。差速器左壳25壳体设有四个圆形通孔，通过螺栓穿过圆形通孔与螺母紧固将差速器右壳2与差速器左壳25相连。差速器左壳25螺纹法兰右侧为套筒内部设有球形环槽，用于容纳行星齿轮1，圆形平面用于容纳半轴齿轮5。所述法兰与套筒一体成型。
所述差速器右壳2壳体上开有四个圆形通孔，对应差速器左壳25的四个圆形通孔。差速器右壳2套筒内设有镂空结构，用于差速器内部行星齿轮1、半轴齿轮5等零部件的润滑。差速器右壳2侧翼设有加强肋，用于增加差速器右壳2的强度，差速器右壳2套筒内部的球形环槽部位用于容纳行星齿轮1，圆形平面用于容纳半轴齿轮5。差速器右壳2最右侧设有一台肩，用于安装差速器轴承，该差速器轴承用于差速器的安装与旋转运动。
所述半轴3穿过差速器右壳2通过花键与半轴齿轮5配合，将扭矩传递至右侧驱动轮。
所述花键半轴16最右侧的花键与半轴齿轮5配合，用于传递扭矩至左侧驱动轮，其中间的花键和磁流变器格栅15的花键配合，当磁流变器的线圈通电时，磁流变液由液体变为类固体，磁流变器内部产生较大阻力扭矩，该扭矩通过磁流变器格栅15与花键半轴16之间的花键传递至半轴齿轮5，达到差速的效果。所述半轴齿轮5通过花键套接在半轴3、花键半轴16上并套设于差速器右壳2、差速器左壳25的圆形平面内。
所述行星齿轮1与半轴齿轮5啮合，行星齿轮1通过内部圆孔套接在十字轴26上。行星齿轮1相对十字轴26旋转时，左右车轮轮速不等，汽车差速。
所述十字轴26是一根十字形的光轴，套接差速器左壳25、差速器右壳2固定连接时形成的四个圆形通孔内，起固定行星齿轮1的作用。
所述磁流变器组，主要由磁流变器外壳22、磁流变器壳19、磁流变器格栅15、线圈21、电刷20、电刷盒12、外密封圈10以及内密封圈11组成。所述磁流变器组的线圈21不通电时，磁流变液为液体性质，磁流变器壳19与磁流变器格栅15之间不产生阻力矩，差速器不发生自锁。磁流变器组励磁线圈21通电时，磁流变液在磁场的作用下变为类固体，液体的力学性质发生改变，剪切扭矩变大，磁流变器壳19与磁流变器格栅15之间产生阻力矩，该阻力矩通过磁流变器格栅15经过花键半轴16传递至半轴齿轮5，增大差速器内阻，使差速器自锁。
所述磁流变器外壳22是一筒状结构，其最外侧筒壁设有八个圆形通槽，对应差速器左壳25、主减速器从动齿轮9的圆形通槽，采用螺栓穿过圆形通槽与螺母固定的方式将磁流变器外壳22分别与差速器左壳25和主减速器从动齿轮9相连。所述磁流变器外壳22的筒壁处有一小通孔，用于容纳线圈21的引线。磁流变器外壳22最外侧筒壁中部有四个圆形通孔，用于固定磁流变器壳19。磁流变器外壳22最左侧的台肩用于安装差速器轴承。所述差速器轴承内圈安装在磁流变器外壳22最左侧、差速器右壳2最右侧的台肩上，外圈安装在驱动桥桥壳内，用于整个模型的旋转。
所述磁流变器壳19是一个对称筒状结构，两个磁流变器壳19通过外侧四个方形凸台的通孔与螺栓螺母进行固定。两个磁流变器壳19通过最左侧的螺纹孔固定在磁流变器外壳22的筒状内腔，其左右两侧拼接形成的环形凹台用于容纳固定轴承17。两个磁流变器壳19拼接形成六个圆形板状格栅与内腔，内腔里容纳磁流变液与磁流变器格栅15，内腔两侧分别安装密封圈Ⅰ18，防止泄露磁流变液。
所述线圈21缠绕在磁流变器壳19外端，用来产生磁场，线圈21的引线经磁流变器外壳22侧壁的小通孔和电刷20连接，电刷20和电刷盒12连接通电，电流通过电刷盒12经过电刷20传递至引线，引线通电产生磁场，磁流变液在该磁场的作用下由液体变为类固体。
所述磁流变器壳19的右侧设置一密封圈Ⅱ23，用于隔离差速器的油液，防止线圈21漏电。
所述磁流变器格栅15是一盘状结构，其内部的花键与花键半轴16的花键配合，用于传递磁流变器的自锁力矩。其外部错开设置七个圆形板装格栅，该格栅与磁流变器壳19的六个圆形板状格栅平行交错，磁流变液在线圈21通电形成的磁场的作用下变为类固体，在磁流变器格栅15与磁流变器壳19之间形成阻力矩，该阻力矩经花键半轴16传递至半轴齿轮5，差速器内阻增加，产生自锁效应。
所述内密封圈11是一环状结构，中间的筒状部分套接在磁流变器外壳22的外侧，筒状部分有和磁流变器外壳22对应的通孔，用于导出线圈21的引线。内密封圈11两侧的环形部分和外密封圈10配合形成密封腔体，阻隔桥壳内部的润滑油液。
所述外密封圈10是一环状结构，中间的筒状部分和电刷盒安装在桥壳内侧，两侧的环形部分套接内密封圈11两侧的环形部分。外密封圈10可相对内密封圈11转动。
不需要差速器自锁时，外部电源不供电，线圈21不形成磁场，磁流变液在为液体性质，磁流变器壳19与磁流变器格栅15之间无剪切阻尼力矩，差速器内阻忽略不计，此时左右车轮转速不同时，左车轮的转速经花键半轴16、右车轮的转速经半轴传递至差速器内部的一对半轴齿轮5，两个半轴齿轮5存在转速差，导致行星齿轮1相对于十字轴26自转，差速器产生差速效应。
需要差速器自锁时，由外部提供电源，电流经电刷盒和电刷20至线圈21。线圈21通电形成磁场，磁流变液在磁场作用下由液体变为类固体，磁流变器壳19与磁流变器格栅15之间形成剪切阻尼力矩，该力矩经磁流变器格栅15、花键半轴16传递至半轴齿轮5，增大差速器内阻，当电流强度足够时，磁流变器格栅15不能相对磁流变器壳19旋转，半轴齿轮5不再相对于差速器壳旋转，此时差速器形成自锁效应，且可通过控制线圈21内电流的强弱来控制该阻力矩的大小。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种基于磁流变液的行星齿轮式差速器，其特征在于：由差速器组和磁流变器组构成；
所述差速器组，主要由差速器左壳(25)、差速器右壳(2)、半轴齿轮(5)、行星齿轮(1)以及主减速器从动齿轮(9)组成；所述差速器左壳(25)包括法兰盘和位于法兰盘右侧的套筒，所述法兰盘的内外两端分别与主减速器从动齿轮(9)和磁流变器组中的磁流变器外壳(22)固定；所述差速器右壳(2)包括套筒，差速器左壳(25)和差速器右壳(2)的套筒内套有半轴齿轮(5)和与其啮合的行星齿轮(1)；还包括半轴(3)、花键半轴(16)和十字轴(26)，所述半轴(3)穿过差速器右壳(2)与其内半轴齿轮(5)配合；所述花键半轴(16)右侧与差速器左壳(25)内半轴齿轮(5)配合；所述两个行星齿轮(1)套接在十字轴(26)上，十字轴(26)套接在差速器左壳(25)和差速器右壳(2)连接时形成的四个圆形通孔内；
所述磁流变器组，还包括两个磁流变器壳(19)、磁流变器格栅(15)、线圈(21)、电刷(20)和电刷盒；所述两个磁流变器壳(19)固定于磁流变器外壳(22)内，能够拼接成六个圆形板状格栅与内腔，其内设有与花键半轴(16)配合的磁流变器格栅(15)，其两侧设有轴承(17)，左右两个轴承(17)分别与磁流变器外壳(22)左侧的台肩和差速器左壳(25)法兰盘颈部相连；所述磁流变器壳(19)外部缠绕线圈(21)，且线圈(21)的引线经磁流变器外壳(22)侧壁的小通孔与电刷(20)连接，电刷(20)和电刷盒连接通电，电流通过电刷盒经过电刷(20)传递至引线，引线通电产生磁场，磁流变液在该磁场的作用下由液体变为类固体；
所述磁流变器格栅(15)为盘状结构，其内部的花键与花键半轴(16)的花键配合，其外部错开设置七个圆形板装格栅，该格栅与磁流变器壳(19)的六个圆形板状格栅平行交错，磁流变液在线圈(21)通电形成的磁场的作用下变为类固体，在磁流变器格栅(15)与磁流变器壳(19)之间形成阻力矩，该阻力矩经花键半轴(16)传递至半轴齿轮(5)。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的行星齿轮式差速器，其特征在于：所述差速器左壳(25)的法兰盘与套筒一体成型，法兰盘上开有八个用于连接主减速器从动齿轮(9)和磁流变器外壳(22)圆形通孔，套筒上开有四个用于连接差速器右壳(2)的圆形通孔，套筒内部设有球形环槽，差速器左壳(25)通过螺栓和螺母分别与主减速器从动齿轮(9)、磁流变器外壳(22)和差速器右壳(2)连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的行星齿轮式差速器，其特征在于：所述差速器右壳(2)壳体上开有四个用于连接差速器左壳(25)圆形通孔，套筒内设有镂空结构和球形环槽，差速器右壳(2)侧翼设有加强肋，差速器右壳(2)最右侧设有一台肩，用于安装差速器轴承。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的行星齿轮式差速器，其特征在于：所述半轴(3)穿过差速器右壳(2)通过花键与半轴齿轮(5)配合，所述花键半轴(16)最右侧的花键与半轴齿轮(5)配合，其中间的花键与磁流变器格栅(15)的花键配合，半轴齿轮(5)通过花键套接在半轴(3)、花键半轴(16)上并套设于差速器右壳(2)、差速器左壳(25)的圆形平面内。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的行星齿轮式差速器，其特征在于：所述十字轴(26)是一根十字形的光轴，所述行星齿轮(1)通过内部圆孔套接在十字轴(26)上。
6.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的行星齿轮式差速器，其特征在于：所述磁流变器外壳(22)是一筒状结构，其最外侧筒壁设有八个用于连接差速器左壳(25)和主减速器从动齿轮(9)圆形通槽，磁流变器外壳(22)最外侧筒壁中部有四个用于固定磁流变器壳(19)的圆形通孔，磁流变器外壳(22)最左侧设有一台肩，用于安装差速器轴承。
7.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的行星齿轮式差速器，其特征在于：所述两个磁流变器壳(19)为对称筒状结构，两个磁流变器壳(19)通过螺栓穿过外侧四个方形凸台的通孔与螺母固定，两个磁流变器壳(19)通过最左侧的螺纹孔固定在磁流变器外壳(22)的筒状内腔，其左右两侧拼接形成的环形凹台用于容纳固定轴承(17)，两个磁流变器壳(19)内腔两侧分别安装密封圈Ⅰ(18)和磁流变器壳(19)的右侧还装有一个密封圈Ⅱ(23)。
8.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的行星齿轮式差速器，其特征在于：还包括内密封圈(11)，所述内密封圈(11)为环状结构，中间的筒状部分套接在磁流变器外壳(22)的外侧，筒状部分有和磁流变器外壳(22)对应的通孔，内密封圈(11)两侧的环形部分和外密封圈(10)配合形成密封腔体。
9.根据权利要求8所述的一种基于磁流变液的行星齿轮式差速器，其特征在于：所述外密封圈(10)为环状结构，中间的筒状部分和电刷盒安装在桥壳内侧，两侧的环形部分套接内密封圈(11)两侧的环形部分，外密封圈(10)能够相对内密封圈(11)转动。
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