CN202531772U

CN202531772U - 斜键套式自锁差速器

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Publication number: CN202531772U
Application number: CN2012200079310U
Authority: CN
Inventors: 邱杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2022-01-10

Abstract

一种能够自锁的差速器。它是在差速器壳中，筒体内键套(或差速器壳)、左右内斜键套(分左旋和右旋各一件)、左右外斜键轴(分左旋和右旋各一件)、滚珠隔离板组件、左右半轴，除左右外斜键轴与两端联结的左右半轴和中间的滚珠隔离板组件是轴向装配属同圆外，其它都按前后顺序键(齿)套(或轴)直径大小同圆心共轴相互啮合并套装在差速器内，两端再用螺栓将差速器左、右盖联接成整体，其中左、右内斜键套分别与套在其中的左、右外斜键轴啮合，可圆周传递力矩的同时又能轴向左右滑动受左、右外斜键轴控制实现解锁、自锁，解锁满足两侧轮差速运行，自锁保证主动力有效传递给两侧轮。

Description

斜键套式自锁差速器

技术领域

本实用新型涉及一种汽车(或轮胎式机械)的传动系统中的动力传递配件，即差速器。它即能有效的给左右两侧轮传递动力，包括一侧轮因附着系数下降而滑转时另一侧仍能获得动力，还能够在左、右两侧轮转速不等时满足差速运行和主力矩传递。尤其是构造重新设计完全不同与其它所有差速器(包括自锁差速器)，结构上进一步简化经济性好，直经缩小结构更紧凑，传力零部件既简捷、合理、有效而且更可靠。

背景技术

轮胎式机械(包括汽车)两侧轮子，不管直线与曲线运行，只要有轮间距两侧轮之间或两侧轮与主传动之间转速都不会决对相同。这是由以下几种原因所造成：

1.完成弯道上运行，外侧轮与内侧轮相同时间走过的路程不同。

2.行驶路面高低不平时，走过道路的距离总是不相等的。

3.当左右驱动轮气压不等、胎面磨耗程度不同、或左右负载不均时，轮胎滚动半经总是不绝对相同。

4.左右驱动轮行驶路面附着系数不一样时，单侧轮打滑。

如果左右两侧驱动轮由一根整轴驱动时，除可以保证上面第4项两侧轮同转速外，另三种的情况就可能使轮胎在地面滚动的同时，必然还发生滑动现象，使轮胎无谓地磨损、功率消耗、燃料浪费，同时使转向困难、转向操纵性变坏。这就是轮胎式机械必须设置差速器以自动实现左右轮差速运动，以不同角速度旋转的原因。

目前，轮胎式机械所设置的差速器，普遍采用对称式圆锥星行齿轮差速器，它主要由：差速器壳、圆锥形星齿轮、左(或右)锥齿轮、圆锥形星齿轮轴组成。但这种差速器最大问题就是出现以上第4种状况时就无能为力。由于动力不停的只传给附着系数小一侧的车轮，使其不停的打滑空转，而另一侧却没法获取动力，车辆就动弹不了。这些都是由该差速器的构造所造成的，主力矩通过大锥齿轮盘传动差速器壳，壳上径向开有成对的圆孔安装有圆锥形星齿轮轴(有单轴的也有“十”字轴的)，而圆锥形星齿轮就套装在壳内的轴上随轴和壳体公转。左(或右)半轴锥齿轮对称的两个齿分别与两个圆锥形星齿轮的单齿啮合并与壳同轴安装在壳内两端盖孔内，它在圆锥形星齿轮的传动下随差速器壳一起公转，同时左(或右)锥齿轮传动和它联接的左(或右)半轴及两侧轮转动。所以当一侧轮滑转对称安装的圆锥星行齿轮由于不能自锁在公转的同时自转，而另侧轮就没法获得动力了。由于横置安装在壳体内的圆锥行星齿轮轴(单轴或十字轴)以及圆锥行星齿轮轴线是径向垂直于差速器壳和左、右锥齿轮的轴线的，圆锥行星齿轮与左、右锥齿轮啮合即公转又能自转为保证传递主力矩的同时又能满足差速运行，就为了达到这些使用性能而创造的这种构造已不能再简化、尺寸已不能再缩小，而且不可能再有差速锁功能，力也只能常期固定靠两至三个齿啮合传递，动力传递的工况是较恶劣的。为此差速器发展到现在，圆锥星行齿轮差速器由于构造不能再有多大改动，所以为克服其不足目前已出现了大量各种自锁式差速器。

自锁式差速器功能是：即要保证自动实现左右轮差速运动，以不同角速度旋转，又要保证随时随地在一侧车轮打滑时将主力矩有效的传递到另一侧车轮，使车辆在以上四种情况下都能正常行驶。现有的自锁式差速器大部分都是在对称式圆锥星行齿轮差速器的构造上加装一套差速锁机构。该机构主要解决一侧车轮因附着系数下降而打滑空转时，锁住(即自锁)另一侧不滑转的车轮，让主动力传递到另侧车轮，使两侧车轮都能同时获取动力，提高车辆通过能力。车辆通过后又能自动解锁，实现左右轮差速运动，保证车辆正常运行。这些自锁差速器最典型的构造特点就是：不同的差速锁机构与相同(或相似)的对称式圆锥行星齿轮差速器配套制造在一起，这样就不从原结构本身就具有的力的传递和构造复杂以及加工等诸多存在的问题不说(上面已提过)，就说硬加上一套机构，这不论从使用的可靠性还是制造工艺上又多增加了复杂性和难度；当然也有很少一部分自锁式差速器构造上另辟蹊径，完全重新设计。发明了象牙嵌式自锁差速器等一系列自锁式差速器，它能自动将力矩全部传到不滑转的车轮，无需手动操作，但牙嵌式自锁差速器结构仍是“十”字轴加差速器壳的装配型式，尺寸太大结构很复杂，而且制造时对零件尺寸、材料、热处理、加工精度、光洁度等要求严，所以汽车较少使用大量使用于工程机械中。

发明内容

斜键套式自锁差速器，为了克服现所有自锁(或不自锁)差速器构造和动力传递上的缺点，在必须保证轮式机械(或汽车)在所有工况下正常运行的前题下，重新设计的结构可以说应该是颠复性的，它要摒弃几乎所有差速器传统结构，既横置(成径向)安装在壳体上公转的圆锥行星齿轮及轴(或十字轴)的主结构加上附属差速锁结构的型式。斜键套式自锁差速器构造是各传递力矩的零部件(即六键套或六键轴)都按同心圆的形式共轴线装配，这样就使构造得到整体简化，使力的传递更加有效可靠，使维修制造相对更容易。这种构思是长期学习和吸取了大量的现有自锁式差速器的共同规律性和使用经验的基础上，通过反复探索、设计、调整、找到斜键(或斜齿)传动副规侓后再设计推出的创新，结构上也经历了从复杂到简化的过程。它是在保证使用性能的基础上，力求结构简单可靠，加工制造容易，更具经济性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：斜键套式自锁差速器壳(即筒体内键套)内是6键内直花键套，它与左右内斜键套的6键外直花键啮合，而左右内斜键套的6键内斜键分别与左右外斜键轴的6键外斜键啮合，左右外斜键轴中孔带直花键联接带直花键轴的左右半轴(如果大型车辆将半轴外直花键部分直接改造成外斜花键功能是相同的可直接用半轴替代，这样差速器又可减少2个零部件截面半径也将更小)，套与轴、轴与套都按同心圆共轴线套装在一起，而它们的两端，即差速器左盖和差速器右盖分别用12颗内六方螺钉与差速器壳联接封装成整体。差速器左、右盖外面各还有带孔的安装轴承的轴台肩用以安装轴承，装在驱动桥轴承孔中后可定位和支承差速器，孔中间可穿过左、右半轴与壳内的外斜花键轴的内直花键孔相联。在左和右内斜键套之间的端面上成圆周均匀分别加工有4个螺孔(也可以是3个)用以安装回位碰珠，使内斜花键套在解锁状态时，始终处在与同侧外斜键啮合的轴向推力下(受力行程1毫米)，弯道结束两侧轮转速相同时可迅速与外斜键轴外斜键啮合(既可离开中间位恢复自锁)。差速器左盖在差速器壳半径圆以外的圆周上均匀的钻有12个圆孔用以安装大锥齿轮。左、右外斜花键轴之间轴向装入同轴的滚珠隔离板组件，作用是轴向隔离左、右两外斜花键轴，定位不让其轴向串动并可承载推力，所以只能让左右内斜键套沿差速器壳的内直花键轴向左右滑动并圆周传递动力矩。

差速器关键就在于两个同轴成左右分布可横向移动又能圆周旋转的内斜花键套，它们就象自锁和解锁的钥匙，在保证给两车轮同时传递动力时，移动到左、右两端(或同时靠拢移到中间)进行自锁；而需要差速运行给单侧轮传递动力时，其中一个移动到中间进行解锁，而这把钥匙的操作确要靠左(或右)外斜键轴以及通过半轴联结的左右车轮。自锁时左、右车轮是在无差速或者一侧轮滑转的情况下将主力矩可靠的传递给两侧车轮。这就要求左、右内斜键套的内斜键分别处在与左、右外斜键轴的外斜键同时相互啮合的状态，才能将主力矩有效的同时传递到两侧车轮。本实用新型自锁过程是，当主动力传递左、右外斜键轴时转速都处在同时滞后(而无动力惯性的情况下同时超越)左、右内斜键套，由于左、右外斜键轴是轴向定位的不能轴向移动，只能是左、右内斜键套在外斜键轴向分力的推动下(或者说操作下)移动，使左、右内斜键套都处在同时左右分开至两端或左右靠拢在中间(这是在倒车行驶的情况下)的位置，两个位置都能保证内斜键与左、右外斜键轴的外斜键始终都处在啮合楔紧的状态，即达到自锁，使左、右车轮在无差速或一侧轮滑转的情况下能持续的获得动力。

解锁是车辆在弯道或曲线运行时，在转弯力矩的作用下使车轮差速运转，并通过半轴传动外斜键轴在转速超越(或滞后)主动力传动的内斜键套的转速时，实现外斜键推动(或操作)啮合的内斜键轴向左移(或右移)。左右内斜键轴是与筒体内键套成同心轴装配在筒体内键套内的，筒体内键套的内直花键和内斜花键套的外直花键相互啮合。由于都是直花键，所以内斜花键套在套入筒体内键套体内后，可以沿外直花键轴向滑动并传递力矩，筒体内花键套的内直花键轴向长度有三个内斜花键套宽的位置，所以始终留有一个左(或右)内斜花键套宽的空位。如其中一个在外斜键轴的外斜键轴向分力推动下移到中间空位，因中间空位将同轴装在左、右内斜花键套里面的左、右外斜花键轴已设计成无斜键啮合部分，所以当移动到此位置的内斜键套的内斜键就与左(或右)外斜花键轴就会脱离键啮合状态。此时如果那侧内斜花键套从同侧的外斜花键轴的斜键部分滑出到该空位，外斜花键轴将失去力矩传递(或者可以说去掉了拘束)，外斜花键轴以及插入其直花键孔内的半轴同传动的车轮也都成了无动力的随动轮。而此时动力传递，却通过另侧内斜花键套传递给装配在套内的同侧转速单侧滞后的外斜花键轴，再通过联接的半轴传动轮子成为驱动轮。这种单侧轮驱动运行状态既为解锁状态。解锁状态主要是左、右动力轮在弯道或曲线运行时满足其差速旋转。如果该单侧驱动轮滑转(即打滑)，另侧轮和与其联接的外斜键轴同样也会滞后同侧的内斜键套，当左、右外斜键轴转速相同并同时滞后时，同侧处于中间空位(即解锁)的内斜键套在回位碰珠的推动下，内、外斜键一旦相互啮合就获得圆周力而它的轴向分力将其推至自锁，使两侧轮获得动力成为驱动轮(与弯道结束两侧轮转速趋近一致时实现自锁的原理相同)。

本实用新型的有益效果是，构造简单，主要由三种不同直径的轴或套的零部件成同圆心共轴线套装成一体(如果可能将半轴直花键部分直接改造成外斜花键功能相同可用半轴替代，差速器截面半径将更小更简单)；力的传递更合理，都是6键的内外直花键(或6键的内外斜花键，而且斜键接触冲击力可得以分解)同时啮合传递动力；经济性好，结构简单的同时差速器不加差速锁机构本身就带有差速锁功能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型(即斜键套式自锁差速器)立体分解图。

图2车辆弯道向前运行左转弯受力分析图。L.轴距，B.轮距，r.转弯半径，P.弯道前行合力(驱动力)，P₁.左、右向前分力，P₂.左、右转弯分力，F₁.动力传动时左、右轮胎面与地面的附着阻力，F₂.无动力惯性滑行时地面对左、右轮的附着阻力(或圆周力)，F₃.转弯力矩(M＝2P₂*L)作用下，地面对左、右胎面产生的大、小相等，方向相反的转弯附着阻力。

图3斜键套式自锁差速器在直行向前动力传递运行或直行向后无动力滑行状态图。

图4-1是图3的A-A剖面视面、

图4-2是图3的B-B剖面视面、

图4-3是图3的C-C剖面视图。

图5斜键套式自锁差速器在向前动力传递或无动力滑行弯道运行状态图。

图6斜键套式自锁差速器在直行向后动力传递运行或直行向前无动力滑行状态图。

图7斜键套式自锁差速器在向后动力传递或无动力滑行弯道运行状态图。

图中1.差速器左盖(即左盖或大锥齿轮盘联结法兰盘)，2.筒体内键套。(或差速器壳)，3.左、右内斜键套，(分左旋和右旋各一件)，4.左、右外斜键轴，(分左旋和右旋各一件)，5.差速器右盖(即右盖)，6.回位碰珠，(在左和右内斜键套之间的端面成圆周均布4件或3键)，7.圆锥滚柱轴承，(分左右各一件)，8.滚珠隔离板组件，9.左、右半轴，10.左、右转向轮，11.左、右驱动轮，12.车体。

具体实施方式

弯道运行具体实施方式按图2所示以左转弯为例，

在图1中，筒体内键套(或差速器壳)(2)、左右内斜键套(3)(分左旋和右旋各一件)、左右外斜键轴(4)(分左旋和右旋各一件)、滚珠隔离板组件(8)，这几种主要零部件除滚珠隔离板组件(8)按轴向装在左和右外斜键轴(4)之间属共轴同半径的圆外，其它都按前后顺序和直径大小和内外直键(或斜键)啮合套装在一体内，筒体内键套(或差速器壳)(2)的两端有12个螺孔，用12粒内六方螺栓(图中只画了左右各一粒)将差速器左盖(1)和差速器右盖(5)封装在两端组合为差速器总成。圆锥滚柱轴承(7)(分左右各一件)分别装在左盖(1)和右盖(5)的带孔的轴承轴上，差速器安装在驱动桥中起支承和定位用。左、右半轴(9)的花键轴端分别从左盖(1)和右盖(5)轴承轴的中孔穿过与左、右外斜键轴(4)的内花键孔相联接。回位碰珠(6)分别装在左右内斜键套(3)之间的端面4个(或3个)安装孔内，对左右内斜键套(3)起轴向推动作用使其容易进入自锁。左右内斜键套(3)同左右外斜键轴(4)相互啮合的内、外斜键斜角(即左、右旋螺旋角)初选为20°，在保证自锁和解锁的转变过程中左右内斜键套(3)能顺利的入键槽或轴向移动的情况下，该角的选择应该是越小越好以尽量减小轴向分力避免承载过大造成侧面冲击和向后动力传递运行中单侧轮滑转差速锁容易失效。左右外斜键轴(4)靠中间空位端的外斜键110°钝角都倒成0.2X0.2X键高(mm)的斜面(即要求钝角处倒角)其作用有两个，一是解锁保持，二是自锁容易。

在图2所示的实施中，车体(12)及左右转向轮(10)在左右驱动轮(11)的驱动力(P)作用下行驶，正常行驶时，驱动轮胎面与地面在动力传动时的左右附着阻力(F₁)和惯性滑行时的附着阻力(F₂)，弯道行驶左右转向轮(10)偏转驱动力(P)(即成为弯道前行合力)，它的两分力为，左、右向前分力(P₁)和左、右转弯分力(P₂)，车辆左右转向轮(10)随着弯道和曲线运行偏转时，产生左、右转弯分力(P₂)与轴距的乘积，即转弯力矩：M＝2P₂*L，在它作用下地面对左、右驱动轮胎面产生的大、小相等，方向相反的转弯附着阻力(F₃)，

如动力驱动时：外侧轮F₁-F₃(前进方向为“+”)，阻力减小：转速超越主动力转速。

内侧轮F₁+F₃，阻力增大：转速滞后主动力转速。

无动力惯性滑行时：外侧轮F₂+F₃(前进方向为“+”)，惯性力增大：转速超越主传动转速。

内侧轮F₂-F₃，惯性力减小：转速滞后主传动转速。

由图中所示的实施的受力分析说明：这是附合两侧轮弯道差速运行规侓，但这与一侧轮滑转两侧轮出现差速是完全不同的概念，因为侧滑轮的旋转始终靠主动力传递，转速必然大于车轮(即内斜键套转速始终是大于外斜键轴转速)。

在图3的所示的实施中，斜键套式自锁差速器在直行向前动力传递运行两侧轮转速相同时，左右内斜键套(3)同时超前左右外斜键轴(4)，而向后无动力滑行时左右内键套(3)同时滞后左右外斜键轴，在这两种情况下左和右内斜键套(3)都受到左和右外斜键轴(4)的外斜键大小相等方向相反都向外的轴向力，在此轴向力的作用下左和右内斜键套(3)左、右分开运动至两端，楔紧在左、右外斜键轴(4)的外斜键面分别与左盖(1)、右盖(5)两内平面形成的三角槽内，即自锁。所以向前动力传递运行过程中不会受单侧轮滑转的影响，主动力都能有效的传递到两侧轮。

在图5的所示的实施中，斜键套式自锁差速器在向前动力传递或无动力滑行弯道运行时，根据图2分析外侧轮转速大于主动力传动的转速，内侧轮转速小于主动力传动的转速，通过左右半轴(9)联接的左右外斜键轴(4)，右外斜键轴(4)因转速超前右内斜键套(3)并将其推出斜键啮合段进入中间位置，如图4-2的B-B剖面所示中间位是无斜键啮合部分，进入此位的右内斜键套(3)解锁，右外斜键轴脱离主动力传递，通过右半轴(9)联接的外侧轮成为随动轮；而左外斜键轴(4)因转速滞后左内斜键套(3)仍保持在自锁位置并继续给内侧轮传递动力，保证动力传递差速运行。无动力惯性滑行弯道运行时，左外斜键轴(4)转速虽有超越左右内斜键套(3)的可能并传动其以相同转速一起旋转但始终滞后于右外斜键轴(4)如图2所示，因此，右内斜键套(3)的内斜键就无法进入右外斜键轴(4)的外斜键槽而与外斜键啮合只能在右外斜键轴(4)的端面支承下仍保持在原位(中间解锁位)维持原差速运行。

在图6的所示的实施中，斜键套式自锁差速器在直行向后动力传递运行时，左右内斜键套(3)同时超前左右外斜键轴(4)，而直行向前无动力滑行时左右内键套(3)同时滞后左右外斜键轴，在这两种情况下左和右内斜键套(3)都受到左和右外斜键轴(4)的外斜键大小相等方向相反都向内的轴向力，在此轴向力的作用下左和右内斜键套(3)左、右合拢运动至中间靠在一起，楔紧在左、右外斜键轴(4)的相对的斜键面所形成的三角槽内，左、右内外斜键啮合而自锁，保证主动力有效的传递到两侧轮。

在图7的所示的实施中，斜键套式自锁差速器在向后的动力传递或无动力滑行弯道运行时，根据图2所示的实施中的分析，弯道外侧轮转速大于主动力传递的转速(或者主传动惯性力惯量传递的转速)，而主动力转速(或者主传动惯性力惯量传递的转速)却大于内侧轮转速，这两侧轮通过左右半轴(9)与左右外斜键轴(4)联接并传动其旋速变化；而主动力转速通过左右内斜键套(3)也传动左右外斜键轴(4)，左右内斜键套(3)在传动原主动力转速的情况下，左外斜键轴(4)转速滞后此基础转速(即原主动力转速)，右外斜键轴(4)的转速超前此基础转速，左右内斜键套(3)处在这种条件下，左右外斜键轴(4)的左、右外斜键面对啮合的左、右内斜键面上的两个轴向分力是一致的都向右，所以左右内斜键套(3)在此轴向力的推动下右移并靠上右盖(5)内端面，左内斜键套(3)从左外斜键轴(4)滑出而脱离啮合，置于中间位解锁，虽然同时也承载右内斜键套(3)向左的轴向分力，但由于左内斜键套(3)转速与主动力转速相同始终超前于左外斜键轴(4)如图2所示分析的，所以左内斜键套(3)的内斜键就无法进入左外斜键轴(4)的外斜键槽而与外斜键啮合只能在左外斜键轴(4)的端面支承下仍保持在原位(即中间解锁位)，左外斜键轴(4)因此失去主动力的传递同左半轴(9)和与其联接的左侧轮就成为随动轮；主动力通过右内斜键套(3)传递给与其啮合的右外斜键轴(4)传动半轴(9)和与其相联接的外侧轮，从而外侧轮作为驱动轮保证了向后弯道差速运行。无动力惯性滑行外侧轮通过半轴联接的右外斜键轴(4)转速仍将超越右内斜键套(3)转速，右外斜键轴(4)的外键面正好把右内斜键楔紧在右外斜键轴(4)的外斜键面与右盖(5)内平面形成的三角槽内，并传动左右内斜键套(3)一起转动，使的由于左内斜键套(3)转速超前左外斜键轴(4)而仍保持在中间空位上，处于解锁的状态，所以仍能使左、右侧轮保持弯道无动力惯性滑行情况下差速运行。以上弯道运行具体实施方式以左转弯为例右转弯亦然。

Claims

1.一种斜键套式自锁差速器，在驱动桥中，差速器壳左、右两端各有带中孔的轴承轴台肩，用以安装轴承，在驱动桥内的轴承孔中起差速器定位和支承作用，中孔内可穿过左、右半轴与左右外斜键轴的轴中孔直花键相联，其特征是：差速器壳内是6键内直花键套与左右内斜键套的6键外直花键啮合，而左右内斜键套的6键内斜键分别与左右外斜键轴的6键外斜键啮合，左右外斜键轴中孔带直花键联结带直花键轴的左右半轴，通过左右半轴传动车轮。

2.根据权利要求1所述的差速器，其特征是：左与右外斜花键轴之间轴向装了个同轴的滚珠隔离板组件，作用是轴向隔离左、右两外斜花键轴，定位不让其轴向串动并承载推力，只能让左右内斜键套在圆周转动的同时还能沿差速器壳的内直花键轴向左右滑动，在左、右两外斜花键轴的控制下实现自锁或解锁，其中回位碰珠起自锁推动作用。

3.根据权利要求1所述的差速器，其特征是左右内斜键套同左右外斜键轴相互啮合的内、外斜螺旋角初选为20°，在保证自锁和解锁的转变过程中左右内斜键套能顺利的轴向移动的情况下，该角的选择20°可尽量减小轴向分力避免承载过大造成侧面冲击和向后动力传递运行中单侧轮滑转差速锁失效，左右外斜键轴靠中间空位端的外斜键110°钝角都倒成0.2毫米X0.2毫米X键高的斜面，即要求钝角处倒角，其作用，一是维持解锁，二是容易自锁。