本發(fā)明涉及一種二齒差擺盤驅(qū)動式汽車差速器，用于輪式車輛的差速，屬于機(jī)械傳動技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前常用的汽車差速器均采用由多個直齒圓錐齒輪組成的行星齒輪系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)差速的目的，雖然該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車左、右半軸差速的功能，但該系統(tǒng)構(gòu)件較多、軸向及徑向尺寸都大、體積大、重量較重，特別是對于重型汽車而言，為了能實(shí)現(xiàn)差速并傳遞足夠的動力，則體積和重量會進(jìn)一步增加；直齒圓錐齒輪傳動還具有重合度低，故承載能力低，傳動效率不高，直齒圓錐齒輪加工困難，工藝性較差等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：為克服現(xiàn)有汽車差速器存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、軸向和徑向尺寸小、重量輕、重合度高、承載能力大、傳動效率高的新型差速器——二齒差擺盤驅(qū)動式汽車差速器。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種二齒差擺盤驅(qū)動式汽車差速器，主要由端齒輪(1)、槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)、保持架(3)、球形活齒(4)、左半軸(5)、右半軸(6)、左半殼(7)、套筒(8)、圓錐滾子軸承(9、18)、螺釘(10)、深溝球軸承(11、19)、鍵(12、17)組成，其特征在于：摒棄了傳統(tǒng)汽車差速器的行星齒輪系統(tǒng)，代之以“槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪——球形活齒——端齒輪”系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括端齒輪(1)、槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)、保持架(3)、球形活齒(4)，以此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)差速，構(gòu)成差速器；槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)的外部是主減速器的從動直齒圓錐齒輪，內(nèi)部是槽式二齒差軸向激波擺盤，故槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)既是主減速器的一個錐齒輪，又是“槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪——球形活齒——端齒輪”系統(tǒng)差速器機(jī)構(gòu)中的槽式二齒差軸向激波擺盤，槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)將主減速器和“槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪——球形活齒——端齒輪”系統(tǒng)差速器有機(jī)的合為一體，槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)與左半殼(7)通過螺釘(10)固定連接成一個整體并由一對圓錐滾子軸承(18)支撐在機(jī)架上；在保持架(3)周向等距開有Z₃個半徑與球形活齒(4)的半徑相同的軸向通孔，Z₃個球形活齒(4)放在保持架(3)的軸向通孔內(nèi)并可沿軸向左、右運(yùn)動，在二齒差擺盤驅(qū)動式汽車差速器中，球形活齒(4)幾何中心的軌跡是一圓柱面曲線，該曲線所在的圓柱稱為二齒差擺盤驅(qū)動式汽車差速器的分度圓柱，球形活齒(4)同時與保持架(3)、端齒輪(1)和槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)相嚙合接觸而傳遞運(yùn)動和動力，端齒輪(1)與槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)均在其端面沿周向開有導(dǎo)槽，端齒輪(1)和槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)兩者端部的周向?qū)Р凼乔蛐位铨X(4)在保持架(3)的軸向通孔中沿軸向運(yùn)動并隨保持架(3)轉(zhuǎn)動時所處一系列位置的包絡(luò)曲面，這些導(dǎo)槽在軸截面內(nèi)的形狀是圓弧，圓弧的半徑與球形活齒(4)的半徑相同，這些導(dǎo)槽的軌跡是余弦函數(shù)曲線沿圓柱面的分布，其中槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)的導(dǎo)槽軌跡的余弦函數(shù)周期數(shù)等于槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)的波幅數(shù)，記為Z₂，且Z₂＝2，而端齒輪(1)的導(dǎo)槽軌跡的余弦函數(shù)周期數(shù)等于端齒輪(1)的齒數(shù)，記為Z₁，端齒輪(1)通過鍵(17)與左半軸(5)固聯(lián)，保持架(3)通過鍵(12)與右半軸(6)固聯(lián)；左半軸(5)通過一對圓錐滾子軸承(9)支撐于左半殼(7)中，左半軸(5)的左端與左邊車輪(13)相固聯(lián)；右半軸(6)的兩端通過一對深溝球軸承(11、19)分別支撐于左半軸(5)內(nèi)和槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)中，右半軸(6)的右端與右邊車輪(14)相固聯(lián)；端齒輪(1)的導(dǎo)槽軌跡的余弦函數(shù)周期數(shù)Z₁與保持架(3)的軸向通孔數(shù)Z₃相差2，槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪實(shí)現(xiàn)軸向激波。端齒輪(1)、槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)、保持架(3)、左半軸(5)、右半軸(6)五者的回轉(zhuǎn)軸線重合。

本發(fā)明差速器其他未提及的地方均采用現(xiàn)有技術(shù)。

與已有技術(shù)相比本發(fā)明的主要發(fā)明點(diǎn)在于：

①本發(fā)明用“槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪——球形活齒——端齒輪”系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車差速器的行星齒輪系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括端齒輪、槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪、保持架、球形活齒，以此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)差速，構(gòu)成差速器。

②槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪的外部是主減速器的從動直齒圓錐齒輪，內(nèi)部是槽式二齒差軸向激波擺盤，故槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪既是主減速器的一個錐齒輪，又是“槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪——球形活齒——端齒輪”系統(tǒng)差速器機(jī)構(gòu)中的槽式二齒差軸向激波擺盤，槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪將主減速器和“槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪——球形活齒——端齒輪”系統(tǒng)差速器有機(jī)的合為一體，槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪與左半殼通過螺釘固定連接成一個整體并由一對圓錐滾子軸承支撐在機(jī)架上。

③在保持架周向等距開有Z₃個半徑與球形活齒的半徑相同的軸向通孔，Z₃個球形活齒放在保持架的軸向通孔內(nèi)并可沿軸向左、右運(yùn)動，在二齒差擺盤驅(qū)動式汽車差速器中，球形活齒幾何中心的軌跡是一圓柱面曲線，該曲線所在的圓柱稱為二齒差擺盤驅(qū)動式汽車差速器的分度圓柱，球形活齒同時與保持架、端齒輪和槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪相嚙合接觸而傳遞運(yùn)動和動力，端齒輪與槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪均在其端面沿周向開有導(dǎo)槽，端齒輪和槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪兩者端部的周向?qū)Р凼乔蛐位铨X在保持架的軸向通孔中沿軸向運(yùn)動并隨保持架轉(zhuǎn)動時所處一系列位置的包絡(luò)曲面，這些導(dǎo)槽在軸截面內(nèi)的形狀是圓弧，圓弧的半徑與球形活齒的半徑相同，這些導(dǎo)槽的軌跡是余弦函數(shù)曲線沿圓柱面的分布，其中槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪的導(dǎo)槽軌跡的余弦函數(shù)周期數(shù)等于槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪的波幅數(shù)Z₂，且Z₂＝2，而端齒輪的導(dǎo)槽軌跡的余弦函數(shù)周期數(shù)等于端齒輪的齒數(shù)Z₁，端齒輪通過鍵與左半軸固聯(lián)，保持架通過鍵與右半軸固聯(lián)；左半軸通過一對圓錐滾子軸承支撐于左半殼中，左半軸的左端與左邊車輪相固聯(lián)；右半軸的兩端通過一對深溝球軸承分別支撐于左半軸內(nèi)和槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪中，右半軸的右端與右邊車輪相固聯(lián)；端齒輪的導(dǎo)槽軌跡的余弦函數(shù)周期數(shù)Z₁與保持架的軸向通孔數(shù)Z₃相差2。槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪實(shí)現(xiàn)軸向激波。端齒輪、槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪、保持架、左半軸、右半軸五者的回轉(zhuǎn)軸線重合。

④端齒輪、槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪、保持架均為軸對稱結(jié)構(gòu)，慣性力及所受徑向、周向外力都自動平衡，故差速器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

⑤球形活齒與端齒輪、保持架及槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪均為多齒嚙合，故重合度大，承載能力大，可實(shí)現(xiàn)大功率、大扭矩差速傳動。

⑥端齒輪與槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪兩者端部導(dǎo)槽的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別僅在于端部導(dǎo)槽的軌跡方程的參數(shù)不同，此特點(diǎn)可降低差速器的加工制造成本。

⑦端齒輪的齒數(shù)Z₁與保持架的軸向通孔數(shù)即球形活齒的齒數(shù)Z₃相差為2，槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪實(shí)現(xiàn)了軸向激波。

本發(fā)明與現(xiàn)有常用汽車差速器相比，具有以下有益的技術(shù)效果：

1.尺寸大幅減小，重量更輕

本發(fā)明采用“槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪——球形活齒——端齒輪”系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車差速器的行星齒輪系統(tǒng)，以槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪實(shí)現(xiàn)軸向激波，而且槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪將主減速器和“槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪——球形活齒——端齒輪”系統(tǒng)差速器有機(jī)的合為一體，使傳動裝置的軸向和徑向尺寸都更小，因而本發(fā)明差速器的結(jié)構(gòu)緊湊，體積更小，減輕了重量。

2.重合度大，承載能力高

本發(fā)明中球形活齒與端齒輪、保持架及槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪均為多齒嚙合，最多可以有50％的球形活齒同時參與嚙合工作，故重合度高，承載能力高，可實(shí)現(xiàn)大功率、大扭矩差速傳動。

3.工藝性好，生產(chǎn)成本低

本發(fā)明差速器中的零件較少，結(jié)構(gòu)簡單，且端齒輪與槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪兩者端部導(dǎo)槽的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別僅在于端部導(dǎo)槽的軌跡方程的參數(shù)不同，易于加工，工藝性好，生產(chǎn)成本低。

4.受力均衡，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)

本發(fā)明差速器中的端齒輪、槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪、保持架均為軸對稱結(jié)構(gòu)，慣性力及所受徑向、周向外力都自動平衡，故差速器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。但要特別指出的是，本發(fā)明的具體實(shí)施方式不限于下面實(shí)施例所描述的形式，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，還可很容易地設(shè)計出其他的具體實(shí)施方式，因此不應(yīng)將下面給出的具體實(shí)施方式的實(shí)施例理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍，將本發(fā)明的保護(hù)范圍限制在所給出的實(shí)施例。

圖1是二齒差擺盤驅(qū)動式汽車差速器的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是二齒差擺盤驅(qū)動式汽車差速器的沿分度圓柱面的截面展開示意圖

圖3是端齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4是槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖

圖5是保持架的結(jié)構(gòu)示意圖

圖6是二齒差擺盤驅(qū)動式汽車差速器的差動傳動原理圖

圖7是汽車左轉(zhuǎn)彎時各車輪與二齒差擺盤驅(qū)動式汽車差速器的相對位置關(guān)系示意圖

圖8是端齒輪的三維模型及導(dǎo)槽軌跡曲線圖

圖9是槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪的三維模型及導(dǎo)槽軌跡曲線圖

上述各附圖中圖識標(biāo)號的標(biāo)識對象是：1端齒輪；2槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪；3保持架；4球形活齒；5左半軸；6右半軸；7左半殼；8套筒；9圓錐滾子軸承；10螺釘；11深溝球軸承；12鍵；13左邊車輪；14右邊車輪；15主減速器的主動直齒圓錐齒輪；16二齒差擺盤驅(qū)動式汽車差速器；17鍵；18圓錐滾子軸承；19深溝球軸承。

具體實(shí)施例

圖1至圖5及圖8和圖9所示二齒差擺盤驅(qū)動式汽車差速器，主要由端齒輪(1)、槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)、保持架(3)、球形活齒(4)、左半軸(5)、右半軸(6)、左半殼(7)、套筒(8)、圓錐滾子軸承(9、18)、螺釘(10)、深溝球軸承(11、19)、鍵(12、17)組成，其特征在于：摒棄了傳統(tǒng)汽車差速器的行星齒輪系統(tǒng)，代之以“槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪——球形活齒——端齒輪”系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括端齒輪(1)、槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)、保持架(3)、球形活齒(4)，以此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)差速，構(gòu)成差速器；槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)的外部是主減速器的從動直齒圓錐齒輪，內(nèi)部是槽式二齒差軸向激波擺盤，故槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)既是主減速器的一個錐齒輪，又是“槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪——球形活齒——端齒輪”系統(tǒng)差速器機(jī)構(gòu)中的槽式二齒差軸向激波擺盤，槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)將主減速器和“槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪——球形活齒——端齒輪”系統(tǒng)差速器有機(jī)的合為一體，槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)與左半殼(7)通過螺釘(10)固定連接成一個整體并由一對圓錐滾子軸承(18)支撐在機(jī)架上；在保持架(3)周向等距開有Z₃個半徑與球形活齒(4)的半徑相同的軸向通孔，Z₃個球形活齒(4)放在保持架(3)的軸向通孔內(nèi)并可沿軸向左、右運(yùn)動，在二齒差擺盤驅(qū)動式汽車差速器中，球形活齒(4)幾何中心的軌跡是一圓柱面曲線，該曲線所在的圓柱稱為二齒差擺盤驅(qū)動式汽車差速器的分度圓柱，球形活齒(4)同時與保持架(3)、端齒輪(1)和槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)相嚙合接觸而傳遞運(yùn)動和動力，端齒輪(1)與槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)均在其端面沿周向開有導(dǎo)槽，端齒輪(1)和槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)兩者端部的周向?qū)Р凼乔蛐位铨X(4)在保持架(3)的軸向通孔中沿軸向運(yùn)動并隨保持架(3)轉(zhuǎn)動時所處一系列位置的包絡(luò)曲面，這些導(dǎo)槽在軸截面內(nèi)的形狀是圓弧，圓弧的半徑與球形活齒(4)的半徑相同，這些導(dǎo)槽的軌跡是余弦函數(shù)曲線沿圓柱面的分布，其中槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)的導(dǎo)槽軌跡的余弦函數(shù)周期數(shù)等于槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)的波幅數(shù)，記為Z₂，且Z₂＝2，而端齒輪(1)的導(dǎo)槽軌跡的余弦函數(shù)周期數(shù)等于端齒輪(1)的齒數(shù)，記為Z₁，端齒輪(1)通過鍵(17)與左半軸(5)固聯(lián)，保持架(3)通過鍵(12)與右半軸(6)固聯(lián)；左半軸(5)通過一對圓錐滾子軸承(9)支撐于左半殼(7)中，左半軸(5)的左端與左邊車輪(13)相固聯(lián)；右半軸(6)的兩端通過一對深溝球軸承(11、19)分別支撐于左半軸(5)內(nèi)和槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)中，右半軸(6)的右端與右邊車輪(14)相固聯(lián)；端齒輪(1)的導(dǎo)槽軌跡的余弦函數(shù)周期數(shù)Z₁與保持架(3)的軸向通孔數(shù)Z₃相差2，槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪實(shí)現(xiàn)軸向激波。端齒輪(1)、槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)、保持架(3)、左半軸(5)、右半軸(6)五者的回轉(zhuǎn)軸線重合。圖8中的黑色曲線為球形活齒(4)的幾何中心在端齒輪(1)的分度圓柱面上的軌跡，圖9中的黑色曲線為球形活齒(4)的幾何中心在槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)的分度圓柱面上的軌跡。二齒差擺盤驅(qū)動式汽車差速器的分度圓柱面與端齒輪(1)的分度圓柱面、槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)的分度圓柱面是重合的。

本發(fā)明所述差速器的工作原理是：

當(dāng)主減速器的從動錐齒輪即槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)被驅(qū)動并以等角速度n₂轉(zhuǎn)動時(參見圖1、圖2)，槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)的導(dǎo)槽產(chǎn)生軸向機(jī)械波推動球形活齒(4)按槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)的導(dǎo)槽的激波規(guī)律沿軸向運(yùn)動，球形活齒(4)同時還與端齒輪(1)和保持架(3)接觸嚙合并推動它們分別以轉(zhuǎn)速n₁、n₃轉(zhuǎn)動，從而構(gòu)成一個二自由度差速系統(tǒng)，端齒輪(1)和保持架(3)上的運(yùn)動和動力則分別傳給與其相固聯(lián)的左半軸(5)、右半軸(6)，并最終傳遞至左邊車輪(13)、右邊車輪(14)。端齒輪(1)和保持架(3)在驅(qū)動力的作用下分別轉(zhuǎn)動，但各自的運(yùn)動狀態(tài)是不確定的，由左右后車輪不同的路面、彎道情況決定。當(dāng)汽車在平直路上直線行駛，左邊車輪(13)與右邊車輪(14)無轉(zhuǎn)速差時，端齒輪(1)和保持架(3)的轉(zhuǎn)速相同，即差速器沒有差速作用。此時，差速系統(tǒng)中各部件保持相對靜止，轉(zhuǎn)矩由槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)輸入，經(jīng)球形活齒(4)平均傳給端齒輪(1)和保持架(3)。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或在不平道路上行駛，后面左邊車輪(13)與右邊車輪(14)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差時，球形活齒(4)受槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)的驅(qū)使，一方面驅(qū)動端齒輪(1)和保持架(3)轉(zhuǎn)動，另一方面在隨保持架(3)轉(zhuǎn)動的同時在保持架(3)的軸向?qū)Р壑凶鲚S向移動，保證端齒輪(1)和保持架(3)得以在不脫離傳動的情況下實(shí)現(xiàn)差速。而且由于球形活齒(4)對端齒輪(1)和保持架(3)的作用力產(chǎn)生的力矩的作用，使轉(zhuǎn)速慢的驅(qū)動輪上可以得到比轉(zhuǎn)速快的驅(qū)動輪更大的轉(zhuǎn)矩。

為說明本發(fā)明差速器的差速特性，設(shè)汽車后面左、右輪轉(zhuǎn)速分別為n₅(n₅＝n₁)、n₆(n₆＝n₃)，槽式二齒差軸向激波擺盤錐齒輪(2)的轉(zhuǎn)速為n₂，則由圖6可得：

式中，Z₁——端齒輪的齒數(shù)；Z₃——球形活齒的齒數(shù)。

設(shè)汽車要左轉(zhuǎn)彎，汽車的兩前輪在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(圖7)的作用下，其軸線與汽車兩后輪的軸線匯交于P點(diǎn)，此時可視為整個汽車是繞P點(diǎn)回轉(zhuǎn)。在車輪與地面不打滑的情況下，兩后輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)與彎道半徑成正比，由圖7可得：

式中，r——彎道平均半徑；L——后輪距之半。

聯(lián)立求解式(1)、式(2)，并令則可得：

在確定的車輛參數(shù)及行駛條件下，n₂、Z₁、Z₃、L均為已知。因此，n₅與n₆只隨轉(zhuǎn)彎半徑r而變。故本發(fā)明差速器具備差速功能，裝備該差速器的車輛能夠通過任意半徑彎道。

本發(fā)明可廣泛適用于所有需要差速器的輪式車輛，如汽車、工程車輛等。