CN101871529B - 牙嵌式自动防滑圆锥齿轮差速器 - Google Patents

Abstract

一种牙嵌式自动防滑圆锥齿轮差速器，属于齿轮差速器技术领域，其构造特征是车辆的左右半轴通过壳体上的轴承孔安装在同一水平线上，左右半轴通过轴端台阶上的花键分别与左右半轴齿轮和左右离合器相连接，左右半轴齿轮与左右从动锁止器通过半轴齿轮筒体上的花键相连接，十字轴圆环体内圆周位置上安装有主动锁止器，主动锁止器上的导向孔内安装有导向柱，主动锁止器的内圆处安装有中心环，中心环与左右离合器通过牙形齿相啮合，主动锁止器通过两端面上的梯形齿分别于左右从动锁止器相啮合，要求满足Δ₂＞Δ₁，Δ₄＞Δ₂-Δ₁+Δ₃。其中Δ₁为主从动锁止器的齿侧间隙，Δ₂、Δ₃为左右离合器上齿侧间隙及齿形斜面的啮合长度，Δ₄为左右半轴与左右离合器齿轮连接的花键的齿侧间隙。

Description

牙嵌式自动防滑圆锥齿轮差速器

技术领域

本发明属于齿轮差速器技术领域，具体涉及一种牙嵌式自动防滑圆锥齿轮差速器。

背景技术

目前，车辆使用的防滑差速器有以下几种类型：①强制锁止式差速器，其锁止与差速状态的切换是通过人工操作来实现的，一般要在停车时进行，这种操作会因为操作不当带来不利的后果；②牙嵌式自由轮差速器，它是当车辆在行驶中处于正常转向行驶状态出现左右车轮差速转动，或某侧车轮陷入泥泞中打滑时，动力会全部传给慢速侧车轮，而快速侧车轮不传递任何动力，造成左、右车轮传递扭矩时断时续，使轮胎磨损加剧；③摩擦片式自锁差速器，其锁紧力矩与锁紧系数的大小有关，而过大的锁紧力矩会影响差速器的性能，导致轮胎磨损加剧，燃油消耗增大，转向沉重等不利后果。

发明内容

本发明的目的是提供一种新结构的圆锥齿轮差速器，可有效地克服现有技术存在的缺点。

 本发明是这样实现的：它是用于载重汽车或工程车辆上的一种可自动防滑的圆锥齿轮差速机构。如图1~图17所示，它包括左右半轴11、11＇、左右半轴齿轮1、1＇、左右离合器2、2＇、左右压紧弹簧3、3＇、左右从动锁止器4、4＇、左右壳体5、5＇、主动锁止器6、十字轴7、导向柱8、中心环9、行星齿轮10、从动大齿轮12、盖板13、螺钉14。其构造特征是分别与车辆的车轮相连接的左右半轴11、11＇通过差速器壳体上的轴孔17对称地安装在同一水平线上，左右壳体5、5＇与左右半轴11、11＇之间为滑动配合，左右半轴11、11＇通过其轴端的台阶上制有的花键15、15＇和16、16＇分别与左右半轴齿轮1、1＇和左右离合器2、2＇上的花键22、22＇相连接，在左右半轴齿轮1、1＇上的筒体21上制有的花键18、18＇与左右从动锁止器4、4＇上的花键相连接，在左右半轴齿轮1、1＇与左右从动锁止器4、4＇之间安装有左右压紧弹簧3、3＇，在左壳体5的外圆周上安装有与主传动小齿轮相啮合的从动大齿轮12，在差速器壳体内部中心位置上安装有中间为一圆环体27、内圆周面上制有沟槽29、四周有放射状、对称的四根柱轴28的十字轴7（见图10），在十字轴7的四根柱轴28上安装有圆弧形盘状的、与左右半轴齿轮1、1＇相啮合的行星齿轮10，并穿过行星齿轮10与差速器左壳体固定连接在一起，在十字轴7的圆环体27内圆周位置上安装有环形状的、在其圆周上四个对称位置上的导向孔33、两端面上制有梯形齿32的主动锁止器6（见图12），在导向孔33内安装有导向柱8，在主动锁止器6的内圆处安装有一圆环形、外圆周面上制有导向槽的中心环9（见图14），中心环9的两端面上制有牙形齿34与左右离合器2、2＇上的牙形齿23、23＇相啮合，中心环9上的牙形齿34和左右离合器2、2＇上的牙形齿23、23＇的齿形角β必须大于其啮合面的摩擦角（见图16（a）），主动锁止器6两端面上的梯形齿32分别与左右从动锁止器4、4＇上的梯形齿25、25＇相啮合，主动锁止器6两端面上的梯形齿32和左右从动锁止器4、4＇上的梯形齿25、25＇的齿形角α必须大于相互啮合面之间的摩擦角（见图15（a）），导向柱8上端与十字轴7上的沟槽29相配合、并与通过螺钉14与十字轴连接的盖板13相抵触，下端与中心环9外圆周上的导向槽35相配合（见图2）。

 左右从动锁止器4、4＇与主动锁止器6两端面上的齿形均为梯形齿，且齿数相同，齿侧间隙为△ ₁，（如图15中（a）（b）所示），左右离合器2、2＇端面上的齿形为不对称的牙形齿，其齿形与齿数与中心环9两端面的齿形和齿数完全相同，齿侧间隙为△ ₂，左右离合器与中心环啮合齿两斜面上的啮合长度为△ ₃（如图16中（a）所示），左右半轴11,11＇与左右半轴齿轮1,1＇之间花键连接的齿侧间隙为△ ₄（如图17（a）所示），上述齿侧间隙要满足：

△ ₂>△ ₁；

△ ₄>△ ₂-△ ₁+△ ₃。

本发明的优点及积极效果

①本发明实现了差速和锁止状态的自动切换，提高了切换的智能和可靠性，省去了人工操作的专门锁止机构。

②改善了防滑性能和差速性能，提高了车辆的通过性和经济性，拓宽了应用范围。

附图说明

图1为本发明构造剖视图

图2为图1中C的局部放大

图3为左半轴形状示意图

图4为左壳体形状示意图

图5为右半轴齿轮形状示意图

图6为左离合器形状示意图

图7为右从动锁止器形状示意图

图8为压紧弹簧形状示意图

图9为从动大齿轮形状示意图

图10为十字轴形状示意图

图11为行星齿轮形状示意图

图12为主动锁止器形状示意图

图13为导向柱形状示意图

图14为中心环形状示意图

图15为主动锁止器6与左右从动锁止器4、4’啮合关系变化图（图示为圆周面的展直图）

（a）为车辆正常直线行驶时二者的啮合关系图

（b）为车辆正常右转向出现左右车轮差速运转的瞬间锁止状态或因左侧车轮打滑时的最终锁止状态的啮合关系图

（c）为车辆正常右转向行驶时主从动锁止器处于打开状态的啮合关系图

图16为中心环9与左右离合器2、2＇啮合关系变化图（图示为圆周面的展直图）

（a）为车辆正常直线行驶时二者的啮合关系图

（b）为车辆正常右转向出现左右车轮差速运转直至主从动锁止器处于瞬间锁止状态前二者的啮合关系，或因左侧车轮打滑时的最终啮合状态图

（c）为车辆右转向时中心环与左侧离合器处于打开状态的啮合关系图

图17为左半轴11与左半轴齿轮1花键之间的啮合关系变化图

（a）为车辆正常直线行驶时或正常右转向时主从动锁止器的“瞬间锁止”状态被打开以后的左右车轮均处于牵引驱动状态时二者的啮合关系，或左侧车轮打滑时的主从动锁止器处于“最终锁止”状态下的右侧车轮处于牵引驱动状态时的牵引驱动状态时的啮合关系和左半轴与左半轴齿轮花键之间的虚接触啮合关系（因此时左侧车轮与地面的粘着力很小而传递很小的牵引力）

（b）为车辆正常右转向时主从动锁止器从“瞬间锁止”状态到该状态被打开过程中的左侧车轮处于非传递牵引驱动力状态下的左半轴与左半轴齿轮花键的啮合关系。

 图中： 1、1＇—左右半轴齿轮     2、2＇—左右离合器     3、3＇—左右压紧弹簧     4、4＇—左右从动锁止器      5、5＇—左右差速器壳体  

6—主动锁止器     7—十字轴     8—导向柱    9—中心环    10—行星齿轮     11、11＇—左右半轴    12—从动大齿轮    13—盖板    14—螺钉    15、16、18、19、22、24—花键    17—轴孔    20、31、26—圆锥齿  

21—筒体    23、34—牙型齿     25、32—梯型齿    27—圆环体     

 28—柱轴    29—沟槽    30—盖板槽    33—导向孔    35—导向槽  

△ ₁—主、从动锁止器啮合齿间的齿侧间隙；

△ ₂—中心环与左、右离合器啮合齿间的齿侧间隙；

△ ₃—左、右离合器与中心环啮合齿两斜面上的啮合长度；

△ ₄—左、右半轴齿轮与左、右半轴之间花键联接的齿侧间隙。

β—中心环9两端面上的牙形齿的齿形角

α—主动锁止器6和从动锁止器4、4＇上梯形齿的齿形角

C—局部放大

K—左右从动锁止器4、4＇的运动方向

J—左右离合器2、2＇的运动方向

M—左半轴齿轮1的运动方向

N—左半轴11的运动方向。

具体实施方式

如图1所示，为某工程车辆上安装的牙嵌式自动防滑圆锥齿轮差速器，从动大齿轮12与车辆主传动的小齿轮相啮合，左右半轴11、11＇分别与车辆的左右车轮相连接。当车辆行驶过程中左、右车轮转速相同（例如直线行驶）时，左、右从动锁止器4、4＇与主动锁止器6之间，左、右离合器2、2＇与中心环9之间在左右压紧弹簧3、3＇的作用下均处于非传力啮合状态，此时，由主传动传来的动力，通过主减速器的主动小齿轮传给从动大齿轮12、再通过壳体5、5＇、行星轮10、左、右半轴齿轮1、1＇传给左、右半轴11、11＇及左、右车轮。此时，该差速器具有普通圆锥齿轮差速器的性能，不起防滑作用。

 当车轮在行驶中由于某种原因（如正常转向行驶或某侧车轮陷入泥泞中打滑）出现左、右车轮差速运转（现假定左侧车轮转动较快，右侧车轮转动较慢）时，首先使左、右从动锁止器4、4＇与主动锁止器6的啮合状态由图15（a）所示的非传力啮合状态变为图15（b）所示的啮合锁止状态，从而使左、右半轴齿轮1、1＇处于锁止状态，而不能继续作差速转动。而左、右离合器2、2＇与中心环的啮合关系由图16（a）变为图16（b）状态。由于存在△ ₂＞△ ₁的关系，从而使右离合器2＇与中心环9的啮合齿的两垂直齿面之间存在一间隙△ ₂-△ ₁处于非接触状态，左半轴齿轮1与左半轴11花键之间处于将要脱离接触的非传力邻界状态，右半轴齿轮1＇与右半轴11＇花键联接的相对关系处于如图17（a）所示传力状态。

 在此之后，若造成左、右车轮差速运转的原因是由于左侧车轮陷入泥泞产生滑转而引起的，则由于此时左、右从动锁止器4、4＇及左、右半轴齿轮1、1＇已处于锁止状态，故左、右车轮将同步运转，由主传动传来的动力将全部（当陷入泥泞的车轮与地面间的粘着力等于零时）或绝大部分传给未陷入泥泞的右侧车轮，这就起到了自动防滑的作用，从而提高了车辆的通过性能。若此时造成左、右车轮差速运转的原因不是由于左侧车轮陷入泥泞中引起的，而是由于车辆正常的右转弯所引起的，这样，在左、右从动锁止器4、4’及左、右半轴齿轮1、1＇刚被锁止后，由于右转弯时左侧车轮走过的路面比右侧车轮走过的路面长，又由于左右半轴11、11＇与左右半轴齿轮1、1＇之间采用大齿侧间隙△ ₄花键联接，且齿侧间隙满足关系△ ₄≥△ ₂-△ ₁+△ ₃，因此，左侧车轮在路面的作用下将带动左半轴11、11＇超前于左半轴齿轮1、1＇而加速转动(因为此时处于锁止状态的左、右从动锁止器4、4＇及左、右半轴齿轮1、1＇与转动较慢的右侧车轮同步运转），从而带动左离合器2与中心环超前于右离合器2＇快速转动，使图16（b）所示右离合器2＇啮合齿的垂直齿面与中心环9啮合齿的垂直齿面很快处于接触状态。若转向继续进行，当左侧快速车轮传递的扭矩在中心环9与左离合器啮合面间产生的轴向分力大于两啮合齿间的接合力时，左离合器将沿轴向向外移动与中心环脱离啮合，从而推动左从动锁止器4沿轴向向外移动，最终使左从动锁止器4与主动锁止器6脱开（此时，左、右从动锁止器4、4＇与主动锁止器6的啮合关系如图15（c）所示，左、右离合器2、2＇与中心环9的啮合关系如图16（c）所示，左半轴齿轮1与左半轴11花键的瞬间联接处于图17（b）所示的非传力状态，右半轴齿轮1＇与右半轴11＇花键联接的相对关系仍处于图17（a）所示的传力状态。但由于此时左、右半轴齿轮11、11＇的锁止状态已被打开，车辆又恢复到差速器状态下运行，故左半轴齿轮1,1＇与左半轴11、11＇花键的联接很快恢复到图17（a）所示的传力状态，从而使车辆在差速器状态下继续转向，此时差速器具有普通圆锥齿轮差速器的性能，由主传动传来的动力又近乎相等地传给左、右车轮。这就使该差速器既具有打滑保护性能，又具有一般差速器的性能，且差速器的锁止与差速状态的切换是自动实现的，无需人工操作。这就避免了目前使用的牙嵌自由轮式差速器在车辆转向时，动力全部传给慢速侧车轮，而快速侧车轮不传递任何动力，造成左、右车轮传递扭矩时断时续，使轮胎磨损加剧的缺点。避免了目前使用差速器在必要时需要人工操作的缺点。克服了摩擦片式自锁差速器增大传给慢侧半轴的扭矩有限，且过大的摩擦转矩将影响其差速性能，导致轮胎磨损加剧等缺点。

当转向结束又恢复到直线行驶时，由于左、右车轮又具有相同的转速，因此，左、右从动锁止器4、4＇及左、右离合器2、2＇在压紧弹簧3、3＇的作用下，将又恢复到如图15（a）、16（a）所示的状态，左、右半轴齿轮1、1＇与左、右半轴11、11＇花键的联接如图17（a）所示的状态。

以上即为本发明牙嵌式自动防滑圆锥齿轮差速器的工作过程，反之，若以右侧车轮转动较快，左侧车轮转动较慢分析，其分析过程完全相似，这里不再赘述。 

Claims (1)

1.一种牙嵌式自动防滑圆锥齿轮差速器，包括有左右半轴齿轮（1、1＇）、左右离合器（2、2＇）、左右压紧弹簧（3、3＇）、左右从动锁止器（4、4＇）、左右壳体（5、5＇）、主动锁止器（6）、十字轴（7）、导向柱（8）、中心环（9）、行星齿轮（10）、左右半轴（11、11＇）、从动大齿轮（12）、盖板（13）、螺钉（14），其构造特征是分别与车辆的车轮相连接的左右半轴（11、11＇）通过差速器壳体上的轴孔（17）对称地安装在同一水平线上，左右壳体（5、5＇）与左右半轴（11、11＇）之间为滑动配合，左右半轴（11、11＇）通过其轴端台阶上制有的花键（15、15＇；16、16＇）分别与左右半轴齿轮（1、1＇）和左右离合器（2、2＇）上的花键相连接，在左右半轴齿轮的筒体（21）上制有花键（18、18＇）与左右从动锁止器（4、4＇）上的花键（24、24＇）相连接，在左右半轴齿轮(1、1＇)与左右从动锁止器(4、4＇)之间安装有左右压紧弹簧(3、3＇)，在左壳体(5)的外圆周上安装有与主传动小齿轮相啮合的从动大齿轮(12)，在差速器壳体内部中心位置上安装有中间为一圆环体(27)、内圆周面上制有沟槽(29)、四周有放射状、对称的四根柱轴（28）的十字轴（7），在十字轴（7）的四根柱轴（28）上安装有圆弧盘状的、与左右半轴齿轮（1、1＇）相啮合的行星齿轮（10）并穿过行星齿轮（10）的中心轴孔与壳体固定连接在一起，在十字轴（7）的圆环体（27）内圆周位置上安装有环形状的、在其圆周上四个对称位置上制有四个导向孔（33）、在其两端面上制有梯形齿（32）的主动锁止器（6），在导向孔（33）内安装有导向柱（8），在主动锁止器（6）的内圆处安装有一圆环形的、外圆周面上制有导向槽（35）的中心环（9），中心环（9）两端面上制有牙形齿（34）与左右离合器（2、2＇）上的牙形齿（23、23＇）相啮合，中心环（9）上的牙形齿（34）和左右离合器（2、2＇）上的牙形齿（23、23＇）的齿形角β必须大于其啮合面之间的摩擦角，主动锁止器（6）两端面上的梯形齿(32)分别与左右从动锁止器(4、4＇)上的梯形齿(25、25＇)相啮合，主动锁止器（6）两端面上的梯形齿和左右从动锁止器(4、4＇)上的梯形齿（32；25、25＇)的齿形角α必须大于相互摩擦面之间的摩擦角，导向柱（8）的上端与十字轴（7）内圆周面上的沟槽（29）相配合，下端与中心环（9）外圆周上的导向槽（35）相配合，左右从动锁止器(4、4＇)与主动锁止器(6)上的梯形齿齿数相同，齿侧间隙为△ ₁，左右离合器（2、2＇）与中心环（9）上为不对称的牙形齿，其齿形与齿数完全相同，齿侧间隙为△ ₂，左右离合器与中心环啮合齿两斜面上的啮合长度为△ ₃，左右半轴（11、11＇）与左右半轴齿轮（1、1＇）之间花键连接的齿侧间隙为△ ₄，上述各齿侧间隙必须满足：

△ ₂>△ ₁及△ ₄>△ ₂-△ ₁+△ ₃。

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