CN101905651A - 差扭传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种差扭传动装置，由主减速器、轴间差速器A、前差速器B、后差速器C、中介差速器D和一个防滑复合差速器E、离合器H组成的，通过多个差速器互连，分别动力分配单独驱动每个车轮；离合器H的作用：通过外力作用，达到强制咬合(锁止)或分离的目的。所述差扭传动装置通过多个差速器互连，分别动力分配单独驱动每个车轮，根据地面的附着变化解决车辆前、后车轮的扭矩、转速不等分配并能自动调整，能实现前、后桥间差速，轮间差速，对角轮差速；前、后桥间防滑，对角轮之间防滑、轮间防滑。适用于各种大、小吨位全驱全时车辆。

Description

差扭传动装置

技术领域

本发明涉及一种差扭传动装置，是用纯机械的手段完成车辆行走，根据地面状况所需的驱动力和车辆转弯时的速差完成差速、差扭、防滑的一种传动领域。

背景技术

到目前为止，汽车通常采用在前桥或后桥上加装差速器的方式进行扭力和差速传动，此类汽车在泥泞道路、冰雪道路、高低不平的地段，车轮很容易打滑，无法行走。为此，出现了多桥多轮驱动，但也只能是多个与地面的附着条件，同样没有解决车轮之间在道路条件很差的条件下产生的动力分配失效问题，即差速器的性质2n＝n₁+n₂，当有一侧n₁或n₂为零时有附着力无转速，另一侧的n₁或n₂高速空转无附着力，汽车就无法行走。

授权公告号为CN 1225374C的发明专利公开了一种常互锁万能差速传动装置，它主要是由四个差速器构成：中间一个中央复合差速器，其两端各与一个差速器串联；差速器的两个半轴一个为实心半轴，另一个为空心半轴，其中空心半轴和空心半轴，实心半轴和实心半轴分别与对角线上的车轮相连；两个差速器的实心半轴各自一端通过中央内差速的两半轴齿轮连在一起；中央外差速器半轴齿轮与两端串联的差速器壳体啮合，其特征在于：所述装置还包括两个动力分配器，两端差速器通过所述动力分配器与车轮相连，中央复合差速器由共用一销轴的一个外差速和一个内差速套装在一起构成，两个半轴分别与两个半轴齿轮相连，实心半轴和实心半轴齿轮连接，空心半轴和空心半轴齿轮连接后，由实心半轴穿过实心半轴齿轮套在一起，并分别从两端外侧引出。该装置无功率循环，在沙漠、沼泽地段行驶，车轮滑转的机遇少，可明显提高车辆的通过性。但是在最极端的无路地段行走时，仍然存在车轮打滑的问题。

发明内容

为了解决现有的常互锁万能差速传动装置前、后轮与单边车轮在其一侧附着条件极小时汽车有打滑问题，本发明提出差扭传动装置。

本发明的技术方案为：差扭传动装置，其特征是：由主减速器、轴间差速器A、前差速器B、后差速器C、中介差速器D和一个防滑复合差速器E、离合器H组成的；

主减速器的主动齿轮与被动齿轮啮合传力给轴间差速器A，该轴间差速器A由壳体、行星齿轮、十字轴、前半轴齿轮环、后半轴齿轮环组成；前差速器B的壳体与轴间差速器A中的前半轴齿轮环共用，前差速器B的十字支架固定在前半轴齿轮环上，前十字支架上套装前行星锥齿轮，并与前空心驱动轴齿轮和前实心驱动轴齿轮同时常啮合，前实心驱动轴固连前实心驱动轴齿轮、驱动汽车的一个前轮行走，空心驱动轴齿轮驱动另一个前轮行走；

前差速器B中的实心驱动轴齿轮的尾端环形槽内设有内花键和外圆花键，在环形槽内的内花键和外圆花键处分别套装有外超越离合器环、内超越离合器环，在外超越离合器环、内超越离合器环的一端设有压缩弹簧I、压缩弹簧II，压缩弹簧I、压缩弹簧II装在实心驱动轴齿轮的尾端环形槽内；在外超越离合器环、内超越离合器环的另一端设有单向传力牙齿，分别与防滑复合差速器E中的复合传力齿轮环及复合外传力齿轮一端的单向传力牙齿咬合；后差速器C的壳体与轴间差速器A中的后半轴齿轮环共用，后十字支架固定在后半轴齿轮环上，后十字支架上套装后行星锥齿轮并与双面锥齿轮和后空心驱动轴齿轮同时啮合，双面锥齿轮固连后实心驱动轴，驱动汽车的一侧后轮行走；后空心驱动轴齿轮驱动汽车的另一侧后轮行走；轴间差速器A内包容的防滑复合差速器E由内环套、外环套、销轴构成复合十字架，防滑复合差速器E中的内行星锥齿轮与外行星锥齿轮固连为一刚体，套装在复合十字架上，复合十字架的内孔花键与后实心驱动轴的一端固连；复合外传力齿轮的一端为锥型齿轮与外行星锥齿轮常啮合，其另一端为单向传力牙齿与内超越离合器环咬合，复合传力齿轮环的一端为锥型齿轮与外行星锥齿轮常啮合，其另一端为单向传力牙齿与外超越离合器环咬合；内行星锥齿轮与复合内传力齿轮常啮合，复合内传力齿轮与中介半轴齿轮通过花键空心轴固连为一刚体；中介半轴齿轮与中介差速器D中的中差行星锥齿轮常啮合，中介差速器D中的中差行星锥齿轮与双面锥齿轮常啮合；双面锥齿轮又与后差速器C中的后行星锥齿轮常啮合，后差速器C中的后行星锥齿轮又与后空心半轴齿轮啮合；

中介差速器D由中差十字支架和套装在中差十字支架上的中差行星锥齿轮、并与中差行星锥齿轮常啮合的中介半轴齿轮和双面锥齿轮所构成，中差十字支架固定在轴间差速器A中的后半轴齿轮环上，与后差速器C共用一个壳体；双面锥齿轮即是中介差速器D的一端半轴齿轮，又是后差速器C的一个半轴齿轮，并与后实心驱动轴固连在一起；而后实心驱动轴的一端与防滑复合差速器E中的复合十字架固接为一刚体；

离合器H位于轴间差速器A的前部，并在轴间差速器A的壳体的前端设有离合方形牙齿，在轴间差速器A中的前半轴齿轮环的尾端设有花键，离合器H套装在花键上，离合器H与轴间差速器A中的壳体的前端设置的离合方形牙齿由外力作用分离或咬合。

控滑机理：防滑复合差速器E的一个复合外传力齿轮一端的单向传力牙齿与前差速器B中的实心半轴齿轮的单向传力牙齿咬合控制前轮打滑，而其另一个复合内传力齿轮与中介差速中D的中介半轴齿轮相连，通过双面锥齿轮控制后差速器C的后空心驱动轴齿轮，控制一后轮打滑；双面锥齿轮、复合十字架与后实心半轴相连，控制汽车的另一个后轮打滑。

有益效果：所述差扭传动装置通过多个差速器互连，分别动力分配单独驱动每个车轮，根据地面的附着变化解决车辆前、后车轮的扭矩、转速不等分配并能自动调整，能实现前、后桥间差速，轮间差速，对角轮差速；前、后桥间防滑，对角轮之间防滑、轮间防滑。本差扭传动装置在多种复杂地形，如高速公路及冰、雪、泥水地面直线或转弯行走都能充分发挥各轮驱动力并转向自如，适用于各种大、小吨位全驱全时车辆。

附图说明

图1是差扭传动装置的结构剖视图。

图2是图1中J处所指方框内的局部放大图。

图3是图1中K处所指方框内的局部放大图。

图4是图1的差扭传动装置沿A-A的剖视图。

图5是差扭传动装置的传动关系简图。

具体实施方式

结合图1、2、3、4所示，描述本发明如下：差扭传动装置，其特征是：由主减速器、轴间差速器A、前差速器B、后差速器C、中介差速器D和一个防滑复合差速器E、离合器H几部分组成的；

主减速器的主动齿轮1与被动齿轮2啮合传力给轴间差速器A，该轴间差速器A由壳体3、行星齿轮4、十字轴5、前半轴齿轮环6、后半轴齿轮环7组成；前差速器B的壳体与轴间差速器A中的前半轴齿轮环6共用，前差速器B中的前十字支架8固定在前半轴齿轮环6上，前十字支架8上套装前行星锥齿轮9，并与前空心驱动轴齿轮10和前实心驱动轴齿轮11同时常啮合，前实心驱动轴12固连前实心驱动轴齿轮11、驱动汽车的一个前轮行走，空心驱动轴齿轮10驱动另一个前轮行走；前差速器B中的实心驱动轴齿轮11的尾端环形槽内设有内花键F和外圆花键G，在环形槽内的内花键F处和外圆花键G处分别套装有外超越离合器环13、内超越离合器环14，在外超越离合器环13、内超越离合器环14的一端设有压缩弹簧I 15、压缩弹簧II 16，压缩弹簧I 15、压缩弹簧II16装在实心驱动轴齿轮11的尾端环形槽内；在外超越离合器环13、内超越离合器环14的另一端设有单向传力牙齿，分别与防滑复合差速器E中的复合传力齿轮环29及复合外传力齿轮27一端的单向传力牙齿咬合；后差速器C的壳体与轴间差速器A中的后半轴齿轮环7共用，后十字支架17固定在半轴齿轮环7上，后十字支架17上套装后行星锥齿轮18并与双面锥齿轮19和后空心驱动轴齿轮20同时常啮合，双面锥齿轮19固连后实心驱动轴21，驱动汽车的一侧后轮行走，后空心驱动轴齿轮20，驱动汽车另一侧的后轮行走；轴间差速器A内包容的防滑复合差速器E由内环套22、外环套23、销轴24构成复合十字架，防滑复合差速器E中的内行星锥齿轮25与外行星锥齿轮26固连为一刚体，套装在复合十字架上，复合十字架的内孔花键与后实心驱动轴21的一端固连；复合外传力齿轮27的一端为锥型齿轮与外行星锥齿轮26常啮合，复合外传力齿轮27的另一端为单向传力牙齿与内超越离合器环咬合；复合传力齿轮环29的一端为锥型齿轮与外行星锥齿轮26常啮合，复合传力齿轮环29的另一端为单向传力牙齿与外超越离合器环咬合；内行星锥齿轮与25复合内传力齿轮28常啮合，复合内半传力齿轮28与中介半轴齿轮31通过花键空心轴30固连为一刚体，中介半轴齿轮31与中介差速器D中的行星锥齿轮常啮合；中介差速器D中的行星锥齿轮与双面锥齿轮19常啮合，双面锥齿轮19又与后差速器C中的后行星锥齿轮18常啮合，后差速器C中的后行星锥齿轮18又与后空心半轴齿轮20啮合；

中介差速器D由中差十字支架32和套装在中差十字支架32上的中差行星锥齿轮33、并与中差行星锥齿轮33常啮合的中介半轴齿轮31和双面锥齿轮19所构成，中差十字架固定在轴间差速器A中的后半轴齿轮环7上；双面锥齿轮19即是中介差速器D的一端半轴齿轮，又是后差速器C的一个半轴齿轮，并与后实心驱动轴21固连在一起，而后实心驱动轴21的一端与防滑复合差速器E的复合十字支架固接为一刚体，在轴间差速器A的壳体3的前端设有离合器方形牙齿，在轴间差速器A中的前半轴齿轮环6的尾端设有花键，离合器H34套装在花键上，离合器H34与轴间差速器A中的壳体的前端设置的离合方形牙齿由外力作用分离或咬合；

防滑复合差速器E的一个复合外传力齿轮27一端的单向传力牙齿与前差速器B中的实心驱动轴齿轮11一端的单向传力牙齿咬合控制前轮打滑，而其另一个复合内传力齿轮28与中介差速D中的中介半轴齿轮31相连，通过双面锥齿轮19控制后差速器C中的后空心驱动轴齿轮20，控制一后轮打滑；而双面锥齿轮19、复合十字架与后实心驱动轴21相连，控制汽车的另一个后轮打滑。

结合图5所示，描述差扭传动装置的防滑工作原理：

1、设汽车左侧车轮空滑转为例：

右前轮的转速n₃＝0，右后轮的转速n₄＝0；

左前轮的转速n₇＝2n，左后轮的转速n₈＝2n。

由图3可知，由防滑复合差速器E的工作原理就能证明是否汽车单侧空滑转问题。由于设定条件是n₄＝0，n₃＝0，n₄又是防滑复合差速器中的公转速度，则有：

n₄/n₆＝k(k＞1)，2n₄＝n₈+kn₅，2n₄＝2n+kn₅，由于n₄＝0，则有：

n₅＝-2n/k与右前轮旋转方向相反，使内超越离合器环与其咬合的单向传力牙齿的转速差压迫压缩弹簧II使复合外传力齿轮与内超越离合器环的咬合脱离，不产生转速干涉。因n₈与n₆位于同一方向，故二者转速同向，它们之间的转速差是倍数关系，即n₈/n₆＝k(k＞1)，由于n₈＝2n，则：n₆＝n₈/k＝2n/k；n₆大于设定的n₃＝0，因复合传力齿轮环与前实心半轴齿轮结合为一体，要迫使n₆＝n₃，它们是由压缩弹簧I压紧外超越离合器环与其咬合的前实心半轴齿轮来完成的，n₃≠0使右前轮产生驱动力。

由n₆＝n₃＝2n/k，代入前差速器B的差速关系，则有：

2n₆＝n₃+n₇，把n₂＝n代入：

2n＝2n/k+n₇，n₇＝2n-2n/k，

由汽车四个轮子转速平衡条件有：

(n₃+n₇+n₄+n₈)/4＝n，(2n/k+2n-2n/k+0+2n)/4＝4n/4＝n，由计算证明：

右前轮的转速n₃＝2n/k，右后轮的转速n₄＝0；

左前轮的转速n₇＝2n-2n/k，左后轮的转速n₈＝2n，

发生了n₃与n₇、n₈的互相控制，在同一硬质路面上一个轮子的转速n₃＝2n/k、另一个轮子n₄＝0的情况不成立，故有各车轮对地面之间的相互作用，控制各车轮正常转动，汽车正常行走。

2、设汽车右侧车轮空转为例：

右前轮的转速n₃＝2n，右后轮的转速n₄＝2n；

左前轮的转速n₇＝0，左后轮的转速n₈＝0。

证明汽车是否单侧空滑转问题，如下：

由于设定条件是n₇＝0，n₄＝2n，对防滑复合差速器E中的一组差速关系n₈、n₄、n₅分析，则有：

由于n₈/n₅＝k(k＞1)，故：

2n₄＝n₈+kn₅，

4n＝0+kn₅，

n₅＝4n/k，n₅≥n₃时起控制四个车轮空滑转的作用，则有：

n₅＝n₃＝n₇＝4n/k＞设定条件n₇＝0，

由防滑复合差速器E中的另一组差速关系n₈、n₄、n₆，且n₈、n₆是同向，则有：

kn₆＝n₈，kn₆＝0＜设定条件n₃＝2n，kn₆等于设定条件n₇＝0，不起控制四个车轮的空滑转作用，n₈与n₆不发生干涉，有n₅＝4n/k，代入前差速器B中的差速关系，则有：

2n₂＝n₃+n₇，由n₂＝n，n₃＝n₅＝4n/k，代入得：

2n＝4n/k+n₇，n₇＝2n-4n/k。

计算证明：

右前轮的转速n₃＝2n/k，右后轮的转速n₄＝2n；

左前轮的转速n₇＝2n-4n/k，左后轮的转速n₈＝0，三个车轮有驱动力，

由汽车行走四轮转速平衡条件有：

(n₃+n₇+n₄+n₈)/4＝n，代入计算值：

(4n/k+2n+2n-4n/k+0)/4＝4n/4＝n，满足平衡条件，

由(n₃+n₇+n₄)/3＝4n/3＞n，三个有驱动力的车轮转速各自不同，产生内干涉，故有互控功能，由地面对车轮的作用，产生平衡，使n₃＝n₇＝n₄＝n₈＝n，汽车正常行走，单侧车轮不打滑。

3、设汽车前、后车轮空滑转分析：

(1)、设定：

右前轮的转速n₃＝0，右后轮的转速n₄＝2n；

左前轮的转速n₇＝0，左后轮的转速n₈＝2n。

由图3防滑复合差速器E分析如下：

由于n₈＝2n，n₈/n₅＝k(k＞1)，故：

2n₄＝n₈+kn₅，2(2n)＝2n+kn₅，

n₅＝2n/k，因n₅与n₇是相关的，n₅＞n₇＝0，再由n₅＝n₃＝2n/k＞设定条件n₃＝0，由防滑复合差速器E中另一组差速关系n₆＝n₈/k＞设定条件n₃＝0，n₆、n₅都比设定的n₃大，这是由防滑复合差速器中的复合外传力齿轮、复合传力齿轮环的单向传力牙齿分别与内、外超越离合器环咬合，由压缩弹簧的回弹作用完成咬合，产生前轮的驱动力。故当前轮附着力大，后轮附着力很小时，前、后轮能正常行走。

(2)、设定：

右前轮的转速n₃＝2n，右后轮的转速n₄＝0；

左前轮的转速n₇＝2n，左后轮的转速n₈＝0。

在此路况下，防滑复合差速器的公转、自传为零，这时的前轮转速高于后轮，防滑复合差速器中的复合外传力齿轮、复合传力齿轮环将分别与内、外超越离合器环脱离，不能带动后轮驱动，产生了打滑。由图1所示，由离合器H将轴间差速器A的壳体和轴间差速器A的前半轴齿轮环结合在一起，使n₁＝n₂，汽车正常行走。

4、轴间锁止后，汽车转弯时，运动干涉分析：

设汽车左转弯，n₁＝n₂时：

右前轮的转速n₃＝n+Δn，右后轮的转速n₄＝n+Δn，

左前轮的转速n₇＝n-Δn，左前轮的转速n₈＝n-Δn。

由防滑复合差速器可知：

2n₄＝n₈+kn₅；则2(n+Δn)＝(n-Δn)+kn₅，

n₅＝(n+3Δn)/k＜n₇＝n-Δn。

由上述分析，当n₅＜n₇时，内、外超越离合器环自动脱离，不产生运动干涉，转弯时前轮为自由从动状态，转向自如。

5、由图3所示，描述汽车转弯时运动干涉分析：

(1)、轴间无锁止、自由前后差速n₁≠n₂时，设汽车左转弯：

右前轮的转速n₃＝n+Δn+Δn′，右后轮的转速n₄＝n+Δn-Δn′，

左前轮的转速n₇＝n-Δn+Δn′，左前轮的转速n₈＝n-Δn-Δn′。

由防滑复合差速器分析：

2n₄＝n₈+kn₅，则2(n+Δn-Δn′)＝(n-Δn-Δn′)+kn₅，

其中Δn＞Δn′，则：

n₅＝(n+Δn-Δn′)/k＜n₃＝n+Δn+Δn′，

n₅＜n₃时，转弯时前轮为自由从动状态，转向自如。

(2)、设汽车右转弯，n₁≠n₂：

右前轮的转速n₃＝n-Δn+Δn′，右后轮的转速n₄＝n-Δn-Δn′，

左前轮的转速n₇＝n+Δn+Δn′，左前轮的转速n₈＝n+Δn-Δn′。

由防滑复合差速器分析：

2n₄＝n8₄+kn₅，则2(n-Δn-Δn′)＝(n+Δn-Δn′)+kn₅，

其中Δn＞Δn′，则：

n₅＝(n-3Δn-Δn′)/k＜n₇。

根据(1)、(2)的计算证明，汽车左、右转弯时，汽车的四个车轮由轴间差速器A、前差速器B、后差速器C的作用能实现理想的无功率循环运动，而防滑复合差速器E内的差速不干涉四个车轮的转速。

当n₅＞n₇时，由防滑复合差速器E中的复合外传力齿轮、复合传力齿轮环一端的单向传力牙齿分别与内、外超越离合器环的单向传力牙齿自动脱离，由压缩弹簧的压缩完成这一动作。当某个车轮不转时，压缩弹簧回弹，内、外超越离合器环的单向传力牙齿分别与复合外传力齿轮、复合传力齿轮环的单向传力牙齿咬合，强迫车轮得到驱动力。

Claims (1)

1.差扭传动装置，其特征是：由主减速器、轴间差速器A、前差速器B、后差速器C、中介差速器D和一个防滑复合差速器E、离合器H组成的；

主减速器的主动齿轮与被动齿轮啮合传力给轴间差速器A，该轴间差速器A由壳体、行星齿轮、十字轴、前半轴齿轮环、后半轴齿轮环组成；前差速器B的壳体与轴间差速器A中的前半轴齿轮环共用，前差速器B的十字支架固定在前半轴齿轮环上，前十字支架上套装前行星锥齿轮，并与前空心驱动轴齿轮和前实心驱动轴齿轮同时常啮合，前实心驱动轴固连前实心驱动轴齿轮、驱动汽车的一个前轮行走，空心驱动轴齿轮驱动另一个前轮行走；

前差速器B中的实心驱动轴齿轮的尾端环形槽内设有内花键和外圆花键，在环形槽内的内花键和外圆花键处分别套装有外超越离合器环、内超越离合器环，在外超越离合器环、内超越离合器环的一端设有压缩弹簧I、压缩弹簧II，压缩弹簧I、压缩弹簧II装在实心驱动轴齿轮的尾端环形槽内；在外超越离合器环、内超越离合器环的另一端设有单向传力牙齿，分别与防滑复合差速器E中的复合传力齿轮环及复合外传力齿轮一端的单向传力牙齿咬合；后差速器C的壳体与轴间差速器A中的后半轴齿轮环共用，后十字支架固定在后半轴齿轮环上，后十字支架上套装后行星锥齿轮并与双面锥齿轮和后空心驱动轴齿轮同时啮合，双面锥齿轮固连后实心驱动轴，驱动汽车的一侧后轮行走；后空心驱动轴齿轮驱动汽车的另一侧后轮行走；轴间差速器A内包容的防滑复合差速器E由内环套、外环套、销轴构成复合十字架，防滑复合差速器E中的内行星锥齿轮与外行星锥齿轮固连为一刚体，套装在复合十字架上，复合十字架的内孔花键与后实心驱动轴的一端固连；复合外传力齿轮的一端为锥型齿轮与外行星锥齿轮常啮合，其另一端为单向传力牙齿与内超越离合器环咬合，复合传力齿轮环的一端为锥型齿轮与外行星锥齿轮常啮合，其另一端为单向传力牙齿与外超越离合器环咬合；内行星锥齿轮与复合内传力齿轮常啮合，复合内传力齿轮与中介半轴齿轮通过花键空心轴固连为一刚体；中介半轴齿轮与中介差速器D中的中差行星锥齿轮常啮合，中介差速器D中的中差行星锥齿轮与双面锥齿轮常啮合；双面锥齿轮又与后差速器C中的后行星锥齿轮常啮合，后差速器C中的后行星锥齿轮又与后空心半轴齿轮啮合；

中介差速器D由中差十字支架和套装在中差十字支架上的中差行星锥齿轮、并与中差行星锥齿轮常啮合的中介半轴齿轮和双面锥齿轮所构成，中差十字支架固定在轴间差速器A中的后半轴齿轮环上，与后差速器C共用一个壳体；双面锥齿轮即是中介差速器D的一端半轴齿轮，又是后差速器C的一个半轴齿轮，并与后实心驱动轴固连在一起；而后实心驱动轴的一端与防滑复合差速器E中的复合十字架固接为一刚体；

离合器H位于轴间差速器A的前部，并在轴间差速器A的壳体的前端设有离合方形牙齿，在轴间差速器A中的前半轴齿轮环的尾端设有花键，离合器H套装在花键上，离合器H与轴间差速器A中的壳体的前端设置的离合方形牙齿由外力作用分离或咬合。

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