專利名稱：具有自鎖功能的變傳動比限滑差速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種限滑差速器，具體涉及一種具有自鎖功能的變傳動比限滑 差速器。
背景技術(shù)：
為了克服汽車在不良路面上個別驅(qū)動輪出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象，限滑差速器應(yīng)運 而生。按工作原理可將限滑差速器歸納為內(nèi)摩擦式、超越式、電子自動差速鎖及與ABS剎車系統(tǒng)相結(jié)合的電子制動限滑差速系統(tǒng)和變傳動比式等幾種。其中， 變傳動比限滑差速器具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠并且不會產(chǎn)生負牽引力的優(yōu)點， 因此得到了廣泛的應(yīng)用。然而，變傳動比限滑差速器卻存在鎖緊系數(shù)受速比變 化范圍限制的缺點。具體來說，變傳動比限滑差速器的工作原理為行星齒輪與半軸齒輪作周 期性的變速比傳動，并且行星齒輪上的速比變化周期為奇數(shù)次，故當行星齒輪 與一側(cè)半軸輪的傳動比達到最大值時，與另一側(cè)半軸齒輪的傳動比達到最小值， 從而實現(xiàn)兩側(cè)半軸齒輪上不相等的扭矩分配。行星齒輪轉(zhuǎn)過半個速比周期后兩 側(cè)半軸齒輪上的扭矩分配將對調(diào)過來，這種周期性的扭矩分配變化形成了兩個 勢壘。如果兩側(cè)半軸輪上的扭矩之比不超過差速器的最大扭矩分配，差速器就 不能連續(xù)差動，限制了車輪滑轉(zhuǎn)，然而如果反之，則還會出現(xiàn)車輪打滑現(xiàn)象。 可見，變傳動比限滑差速器的鎖緊性能受到了速比變化范圍的限制。在公告號 為CN1418784的專利中，提出了三周節(jié)變傳動比限滑差速器。相比于以往的單 周節(jié)變傳動比限滑差速器，這種三周節(jié)的變傳動比限滑差速器提高了差速器的鎖緊性能，但依然沒有從根本上擺脫鎖緊性能受到速比變化范圍限制的缺點。 因而面對極端的路面情況時，三周節(jié)變傳動比限滑差速器的鎖緊性能還是顯得 比較有限。如何在繼承現(xiàn)有變傳動比限滑差速器結(jié)構(gòu)筒單、制造成本低等優(yōu)點 的同時，獲得更好的限滑效果和更高的可靠性能，從而徹底擺脫變傳動比限滑 差速器受到速比變化范圍限制的缺點，已經(jīng)成為變傳動比限滑差速器發(fā)展的一 個重要方向。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種具有自鎖功能的變傳動比限滑差速器，該差速器 是在變傳動比差速器基礎(chǔ)上，通過增加一些簡單的機械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)在極端情況 下差速器自鎖的功能，以才是高車輛的通過性和安全性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種具有自鎖功能的變傳動比限滑差速器，包括差速器殼，其內(nèi)設(shè)置的變 傳動比行星齒輪和半軸齒輪，半軸齒輪后端面外有凸輪環(huán)，凸輪環(huán)與差速器殼 后端面間有鎖止環(huán)和復(fù)位彈簧及彈簧罩，半軸齒輪外設(shè)有摩4寮片，差速器中間設(shè) 有一個中央方塊及十字軸。與一般變傳動比差速器相比，本發(fā)明的特殊之處在于所述的半軸齒輪后端面是一個周期性波動曲面；所述的半軸齒輪后端面外有凸輪環(huán)，半軸齒輪和凸輪環(huán)組成一個凸輪運動 機構(gòu)；所述的凸輪環(huán)與差速器殼后端面間有鎖止環(huán)和復(fù)位彈簧及彈簧罩；所述的凸輪環(huán)的一個端面均勻分布著圓柱面凸臺，凸輪環(huán)的另 一個端面由鋸齒形內(nèi)環(huán)面和平面外環(huán)面兩部分組成，凸輪環(huán)的圓柱面凸臺與半軸齒輪后端面接觸；所述的鎖止環(huán)的一個端面由鋸齒形內(nèi)環(huán)面和平面外環(huán)面兩部分組成，另一 個端面為平面，在外環(huán)面周向均勻分布著定位孔和彈簧罩孔，并用螺栓通過定 位孔將鎖止環(huán)固定在差速器殼的后端面上，鎖止環(huán)的平面端面與差速器殼的后 端面接觸，鎖止環(huán)的鋸齒內(nèi)環(huán)面和凸輪環(huán)的鋸齒內(nèi)環(huán)面相對放置，凸輪環(huán)與半 軸齒輪處于軸向尺寸之和最小的相對相位角時，凸輪環(huán)的鋸齒形內(nèi)環(huán)面的齒槽底面和鎖止環(huán)鋸齒形內(nèi)環(huán)面的齒槽底面間有間隙；所述的復(fù)位彈簧放置在彈簧罩中，并且彈簧罩的開口端放置在差速器殼后 端面均勻分布的盲孔內(nèi)，彈簧罩另一端通過鎖止環(huán)外環(huán)面的彈簧罩孔與凸輪環(huán) 的外環(huán)面接觸。本發(fā)明的優(yōu)點在于一、 結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。實現(xiàn)自鎖功能的機械結(jié)構(gòu)十分簡單，僅僅由一 個凸輪環(huán)、 一個鎖止環(huán)和若干個復(fù)位彈簧及彈簧罩等組成。這些零件一些可以 是標準件， 一些通過簡單加工便可得到，因此制造成本較低。安裝也很方便， 只需安裝差速器殼前將凸輪環(huán)等零件依次裝入即可。二、 效果明顯，性能可靠。由于半軸齒輪的角加速度正比于半軸齒輪轉(zhuǎn)速 的平方，當車輪一側(cè)發(fā)生打滑現(xiàn)象時，半軸齒輪即可獲得足夠大的角加速度， 從而產(chǎn)生足夠大的軸向推力，使凸輪環(huán)處于自鎖狀態(tài)。本發(fā)明的鎖緊系數(shù)可達 到無窮大，所以可以徹底擺脫變傳動比限滑差速器自鎖性能受到速比變化范圍 限制的致命缺點。


圖l是具有自鎖功能的變傳動比限滑差速器的結(jié)構(gòu)圖； 圖2是圖1的局部一見圖A的放大圖； 圖3是半軸齒輪結(jié)構(gòu)圖；圖4是凸輪環(huán)一般視圖；圖5是凸輪環(huán)的主視圖；圖6是圖5的局部視圖B的放大圖；圖7是圖5的仰視圖；圖8是圖5的俯-見圖；圖9是鎖止環(huán)一般視圖；圖IO是鎖止環(huán)的主視圖；圖11是圖10的A-A剖i見圖；圖12是圖11的局部視圖D的放大圖。附圖中l(wèi)-差速器殼，2-行星齒輪，3-半軸齒輪，4-半軸齒輪后端 面，5-凸輪環(huán)，6-差速器殼后端面，7-鎖止環(huán)，8-復(fù)位彈簧，9-彈簧罩， 10-摩擦片，11-中央方塊，12-十字軸，13-凸輪環(huán)圓柱凸臺，14-凸輪環(huán) 內(nèi)環(huán)面，15-凸輪環(huán)外環(huán)面，16-鎖止環(huán)內(nèi)環(huán)面，17-鎖止環(huán)外環(huán)面，18-鎖 止環(huán)定位孔，19-鎖止環(huán)彈簧罩孔，20-凸輪環(huán)內(nèi)環(huán)面槽底平面，21-鎖止環(huán) 內(nèi)環(huán)面槽底平面，22 -差速器殼后端面的盲孔。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳述一種具有自鎖功能的變傳動比限滑差速器，見圖l。它包括差速器殼l，其 內(nèi)設(shè)置變傳動比行星齒輪2和半軸齒輪3，差速器殼后端面6與半軸齒輪3后端 面4之間安裝凸輪環(huán)5、鎖止環(huán)7、復(fù)位彈簧8和彈簧罩9，半軸齒輪3外設(shè)有 摩擦片IO，差速器中間設(shè)有一個中央方塊ll及十字軸12。所述的半軸齒輪3后端面4是一個周期性波動曲面，見圖3。 所述的凸輪環(huán)5，見圖4-8。凸輪環(huán)5的一個端面均勻分布著圓柱面凸臺13，凸輪環(huán)5的另一個端面由鋸齒形內(nèi)環(huán)面14和平面外環(huán)面15兩部分組成，凸輪 環(huán)5的圓柱面凸臺13與半軸齒輪3后端面4接觸。凸輪環(huán)5的圓柱面凸臺13 的個數(shù)為大于等于2的正整數(shù)，凸輪環(huán)5的外環(huán)面15低于內(nèi)環(huán)面14鋸齒槽底 平面20，凸輪環(huán)5的圓柱凸臺13的半徑R大于等于凸輪環(huán)5在凸輪機構(gòu)中相對 半軸齒輪3的最大行程L，即R > L。所述的半軸齒輪3后端面4外有凸輪環(huán)5，半軸齒輪3和凸輪環(huán)5組成一個 凸輪運動才幾構(gòu)。為了提高半軸齒輪3后端面4和凸輪環(huán)5的圓柱凸臺13的耐磨性，必須保 證半軸齒輪3的后端面4和凸輪環(huán)5的圓柱凸臺13之間為線接觸。同時考慮到 半軸齒輪3的后端面4的加工可能性，希望凸輪環(huán)5的圓柱凸臺13在有效工作 區(qū)域上的幾何形狀與加工所釆用的刀具形狀一致。取形狀為圓柱面的刀具，則 后端面4的形狀是由刀具半徑和刀具與半軸齒輪3之間的相對運動決定的，是 刀具圓柱面的一個單參數(shù)包絡(luò)面。因此，各種對稱的周期性函數(shù)Z=f (n6)都可 以作為由半軸齒輪3和凸輪環(huán)5組成的凸輪機構(gòu)的相對運動曲線，式中Z表示 凸輪環(huán)5沿差速器軸線方向的移動距離，n為一個正整數(shù)，表示半軸齒輪3相對 于差速器殼1旋轉(zhuǎn)一周中所包含的凸輪環(huán)5往復(fù)行程次數(shù)，6為半軸齒輪3相 對于差速器殼1的轉(zhuǎn)角，即相位角。考慮到運動的平穩(wěn)性，本實施例中，以正 弦曲線作為凸4侖^/L構(gòu)的運動曲線，即Z=Z0+l72*sin(ne) n>=2 上式中，Z。為一個結(jié)構(gòu)常數(shù)，L表示凸輪環(huán)5的最大行程。 其中，Z。由凸輪環(huán)5初始移動距離和初始相位角來確定，假設(shè)凸輪環(huán)5初始 移動距離和初始相位分別為-L/2和0 ，可以得到ZQ= - L/2;考慮到半軸齒輪 3后端面4的加工效率，采用刀具的半徑取0. 9倍的運動曲線的最小曲率半徑。所述的鎖止環(huán)7，見圖9-12。鎖止環(huán)7的一個端面由鋸齒形內(nèi)環(huán)面16和平 面外環(huán)面17兩部分組成，另一個端面為平面，在外環(huán)面17周向均勻分布著定 位孔18和彈簧罩孔19,并用螺栓通過定位孔18將鎖止環(huán)7固定在差速器殼1 的后端面6上，鎖止環(huán)7的平面端面與差速器殼1的后端面6接觸，鎖止環(huán)7 的鋸齒內(nèi)環(huán)面16和凸輪環(huán)5的鋸齒內(nèi)環(huán)面14相對放置，鎖止環(huán)7的鋸齒形內(nèi) 環(huán)面16與凸輪環(huán)5的鋸齒形內(nèi)環(huán)面14為共軛齒形結(jié)構(gòu)，且鎖止環(huán)7的外環(huán)面 17低于其內(nèi)環(huán)面16鋸齒槽底平面21。凸輪環(huán)5與半軸齒輪3處于軸向尺寸之 和最小的相對相位角時，凸輪環(huán)5的鋸齒形內(nèi)環(huán)面14的齒槽底面20和鎖止環(huán)7 鋸齒形內(nèi)環(huán)面16的齒槽底面21間有間隙C。所述的復(fù)位彈簧8放置在彈簧罩9中，見圖2。彈簧罩9的開口端放置在差 速器殼1后端面6均勻分布的盲孔22內(nèi)，彈簧罩9另一端通過鎖止環(huán)7外環(huán)面 17的彈簧罩孔19與凸^^環(huán)5的外環(huán)面15接觸。所述的差速器殼1后端面6均勻分布的盲孔22,其數(shù)目、孔徑大小和分布位 置均與鎖止環(huán)7外環(huán)面17上的彈簧罩孔19相同，彈簧罩9與盲孔22內(nèi)壁之間 為滑動配合。所述凸輪環(huán)5的鋸齒形內(nèi)環(huán)面14的齒槽底面20和鎖止環(huán)7鋸齒形內(nèi)環(huán)面 16的齒槽底面21間的間隙C是在凸輪環(huán)5處于最小行程時設(shè)置的，間隙C的值 小于凸輪環(huán)5在凸輪機構(gòu)中相對半軸齒輪3的最大行程L，即C〈L。結(jié)合本實例說明本發(fā)明具體的工作原理如下對于大多數(shù)情況下車輛以直 線行駛或者在正常路面上轉(zhuǎn)彎時，由于復(fù)位彈簧8的彈力作用使得凸輪環(huán)5與 半軸齒輪3緊密配合，并一起繞半軸轉(zhuǎn)動。然而，當車輛一側(cè)車輪發(fā)生打滑現(xiàn) 象，并且其滑轉(zhuǎn)速度超過一定的閾值時，由于本發(fā)明應(yīng)用了變傳動比齒輪副結(jié) 構(gòu)，所以兩個半軸齒輪3之間傳動比的周期性波動會導(dǎo)致空轉(zhuǎn)一側(cè)的半軸齒輪3產(chǎn)生相對角加速度。又因為半軸齒輪3的后端面為周期性的波動曲面4，因此空 轉(zhuǎn)一側(cè)的半軸齒輪3后端面4會頻繁與凸輪環(huán)5的圓柱凸臺13發(fā)生相對滑動， 從而對凸輪環(huán)5產(chǎn)生一個軸向推力，這個軸向推力會克服復(fù)位彈簧8的壓力， 使凸輪環(huán)5向鎖止環(huán)7移動，并最終使得凸輪環(huán)5的鋸齒形內(nèi)環(huán)面14與鎖止環(huán) 7的鋸齒形內(nèi)環(huán)面16緊密配合，由于鎖止環(huán)7是固定在差速器殼1后端面6上 的，所以使得凸輪環(huán)5與差速器殼1鎖止。凸輪環(huán)5與差速器殼1后端面6之 間的間隙C是在凸輪環(huán)5處于最小行程時設(shè)置的，其值小于凸輪環(huán)5在凸輪機 構(gòu)中相對半軸齒輪3的最大行程L,因此當凸輪環(huán)5與差速器殼1鎖止后，半軸 齒輪3后端面4的最高點不能越過凸輪環(huán)5圓柱凸臺13的最高點，半軸齒輪3 與差速器殼1發(fā)生單向鎖止，限制了打滑一側(cè)驅(qū)動^H々滑轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了差速器的 自動鎖止，從而提高車輛通過性和安全性的效果。當打滑一側(cè)的驅(qū)動輪觸地并擺脫滑轉(zhuǎn)趨勢后，原打滑一側(cè)的半軸齒輪3相 對角加速度消失，即半軸齒輪3脫離與凸輪環(huán)5之間的鎖止狀態(tài)，它凸輪環(huán)5 的軸向推力也隨之消失，復(fù)位彈簧8將迅速地將凸輪環(huán)5推回到最小軸向距離 的位置，差速器即回復(fù)開鎖狀態(tài)。
權(quán)利要求
1. 一種具有自鎖功能的變傳動比限滑差速器，包括差速器殼(1)，其內(nèi)設(shè)置的變傳動比行星齒輪(2)和半軸齒輪(3)，半軸齒輪(3)外設(shè)有摩擦片(10)，差速器中間設(shè)有一個中央方塊(11)及十字軸(12)，其特征在于所述的半軸齒輪(3)后端面(4)是一個周期性波動曲面；所述的半軸齒輪(3)后端面(4)外有凸輪環(huán)(5)，半軸齒輪(3)和凸輪環(huán)(5)組成一個凸輪運動機構(gòu)；所述的凸輪環(huán)(5)與差速器殼(1)后端面(6)間有鎖止環(huán)(7)和復(fù)位彈簧(8)及彈簧罩(9)；所述的凸輪環(huán)(5)的一個端面均勻分布著圓柱面凸臺(13)，凸輪環(huán)(5)的另一個端面由鋸齒形內(nèi)環(huán)面(14)和平面外環(huán)面(15)兩部分組成，凸輪環(huán)(5)的圓柱面凸臺(13)與半軸齒輪(3)后端面(4)接觸；所述的鎖止環(huán)(7)的一個端面由鋸齒形內(nèi)環(huán)面(16)和平面外環(huán)面(17)兩部分組成，另一個端面為平面，在外環(huán)面(17)周向均勻分布著定位孔(18)和彈簧罩孔(19)，并用螺栓通過定位孔(18)將鎖止環(huán)(7)固定在差速器殼(1)的后端面(6)上，鎖止環(huán)(7)的平面端面與差速器殼(1)的后端面(6)接觸，鎖止環(huán)(7)的鋸齒內(nèi)環(huán)面(16)和凸輪環(huán)(5)的鋸齒內(nèi)環(huán)面(14)相對放置，凸輪環(huán)(5)與半軸齒輪(3)處于軸向尺寸之和最小的相對相位角時，凸輪環(huán)(5)的鋸齒形內(nèi)環(huán)面(14)的齒槽底面(20)和鎖止環(huán)(7)鋸齒形內(nèi)環(huán)面(16)的齒槽底面(21)間有間隙(C)；所述的復(fù)位彈簧(8)放置在彈簧罩(9)中，并且彈簧罩(9)的開口端放置在差速器殼(1)后端面(6)均勻分布的盲孔(22)內(nèi)，彈簧罩(9)另一端通過鎖止環(huán)(7)外環(huán)面(17)的彈簧罩孔(19)與凸輪環(huán)(5)的外環(huán)面(15)接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有自鎖功能的變傳動比限滑差速器，其特征在 于所述的半軸齒輪(3)的周期性波動曲面是一個圓柱面的單參數(shù)包絡(luò)面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有自鎖功能的變傳動比限滑差速器，其特征在 于所述的半軸齒輪(3)和凸輪環(huán)(5)組成的一個凸輪運動機構(gòu)的運動曲線為周 期性函數(shù)Z-f(n6),式中Z表示凸輪環(huán)(5)沿其軸線方向的移動距離，n為一個 正整數(shù)，表示半軸齒輪(3)相對于差速器殼(1)旋轉(zhuǎn)一周中所包含的凸輪環(huán)(5)往 復(fù)行程次數(shù)，6為半軸齒輪(3)相對于差速器殼(1)的轉(zhuǎn)角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自鎖功能的變傳動比限滑差速器，其特征在 于所述的凸輪環(huán)(5)的圓柱面凸臺(13)的個數(shù)為大于等于2的正整數(shù)，凸輪環(huán) (5)的外環(huán)面(15)低于內(nèi)環(huán)面(14)鋸齒槽底平面(20)，凸輪環(huán)(5)的圓柱凸臺 (13)的半徑(R)大于等于凸輪環(huán)(5)在凸輪機構(gòu)中相對半軸齒輪(3)的最大行程 (L)，即R > L。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有自鎖功能的變傳動比限滑差速器，其特征在 于所述的鎖止環(huán)(7)的鋸齒形內(nèi)環(huán)面(16)與凸輪環(huán)(5)的鋸齒形內(nèi)環(huán)面(14)為(21) 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有自鎖功能的變傳動比限滑差速器，其特征在 于所述的差速器殼(1)后端面(6)均勻分布的盲孔(22)，其數(shù)目、孔徑大小和 分布位置均與鎖止環(huán)(7)外環(huán)面(17)上的彈簧罩孔(19)相同，彈簧罩(9)與盲孔(22) 內(nèi)壁之間為滑動配合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有自鎖功能的變傳動比限滑差速器，其特征在 于所述凸輪環(huán)(5)的鋸齒形內(nèi)環(huán)面(14)的齒槽底面(20)和鎖止環(huán)(7)鋸齒形內(nèi) 環(huán)面(16)的齒槽底面(21)間的間隙(C)是在凸輪環(huán)(5)處于最小行程時設(shè)置的， 間隙(C)的值小于凸輪環(huán)(5)在凸輪機構(gòu)中相對半軸齒輪(3)的最大行程(L),即 C〈L。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有自鎖功能的變傳動比限滑差速器。包括差速器殼(1)，其內(nèi)設(shè)置的變傳動比行星齒輪(2)和半軸齒輪(3)，半軸齒輪后端面(4)與差速器殼后端面(6)間有凸輪環(huán)(5)、鎖止環(huán)(7)、復(fù)位彈簧(8)及彈簧罩(9)，半軸齒輪(3)外設(shè)有摩擦片(10)，差速器中間設(shè)有一個中央方塊(11)及十字軸(12)，它們組成一個自鎖機構(gòu)。本發(fā)明提供了一種在極端的路面情況下實現(xiàn)自鎖，在脫離極端路面時迅速自動解鎖的限滑差速器，提高了車輛的通過性和安全性。本發(fā)明特別適用于越野汽車及自卸汽車、輪式裝載機、推土機等各種輪式工程機械。
文檔編號F16H48/20GK101265965SQ20081010469
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月23日
發(fā)明者王小椿, 黃澤華 申請人:北京交通大學