一種差速器的製作方法

2023-06-01 18:23:26

本發明涉及一種差速器，特別涉及一種可用於汽車的差速器，屬於機械傳動部件技術領域。

背景技術：

差速器是一種機械傳動部件，多用於將汽車變速箱輸出的動力傳動給兩個或四個驅動車輪，由於路面不平和車輛轉彎等原因造成驅動車輪壓過的軌跡不同，如果保持同速旋轉就會造成車輪與路面的摩擦增大，增加車輛行駛阻力，所以差速器需要根據每個驅動車輪的不同運轉情況向車輪輸出轉速，傳統的差速器多為斜齒輪或冠狀齒輪結構。

限滑差速器，英文名為Limited Slip Differential，簡稱LSD。限滑差速器，顧名思義就是限制車輪滑動的一種改進型差速器，指驅動輪轉速差值被允許在一定範圍內，以保證正常的轉彎等行駛性能的類差速器，但當某一驅動輪打滑或懸空時又能限制差速器不將全部動力輸出給打滑或懸空車輪，有助於車輛脫困和激烈駕駛時的操控。譬如說當車輛一輪掉入坑洞中，此車輪就毫無任何摩擦力可言，著地車輪相對卻有著極大的阻力，此時普通的差速器的作用會讓所有動力回饋到低摩擦的輪子。掉入坑洞的車輪會不停轉動，而著地輪反而完全無動作，如此車輪就無法行駛，這時如果車輛裝配的是限滑差速器就不會出現這種情況。目前的限滑差速器有使用電控多片離合器來實現鎖定的，但反應速度相對較慢，也有通過純機械式的蝸輪蝸杆來實現的，造價成本相對較高，作為中央差速器時也不便於設定前後輪的輸出扭矩分配。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提出了一種差速器，具體技術方案如下。

一種差速器，由殼體、擺動齒輪A和輸出齒輪A組成的內齒輪副、擺動齒輪B和輸出齒輪B組成的內齒輪副、至少兩個A型中間齒輪、至少兩個B型中間齒輪組成；每個A型中間齒輪的徑向與殼體固定並且自轉軸線與殼體自轉軸線平行，每個A型中間齒輪至少與一個B型中間齒輪嚙合，且每個由A型中間齒輪和B型中間齒輪組成的齒輪副齒輪比相同，每個A型中間齒輪上設有軸線與其自轉軸線平行的偏心軸，每個A型中間齒輪上的偏心軸相對齒輪自轉軸距離相同，所有A型中間齒輪上的偏心軸相位相同，每個A型中間齒輪上的偏心軸徑向分別與擺動齒輪A固定，輸出齒輪A與殼體自轉轉軸同軸；每個B型中間齒輪的徑向與殼體固定並且自轉軸線與殼體自轉軸線平行，每個B型中間齒輪至少與一個A型中間齒輪嚙合，每個B型中間齒輪上設有軸線與其自轉軸線平行的偏心軸，每個B型中間齒輪上的偏心軸相對其自轉軸距離相同，所有B型中間齒輪上的偏心軸相位相同，每個B型中間齒輪上的偏心軸徑向分別與擺動齒輪B固定，輸出齒輪B與殼體自轉轉軸同軸。上述空間位置關係限定的描述是限定零件之間直接或間接的連接和接觸的一種更為嚴謹的描述方法，本領域一般技術人員可以根據上述空間位置關係的描述理解零件之間的連接關係和本發明技術方案的整體結構；殼體可以是一個零件也可以是由多個零件組成的一個構件，該殼體構件不一定要完全包裹所有零件，只需要使上述零件滿足空間位置關係和力學連接關係； A型中間齒輪和B型中間齒輪相對於殼體的徑向固定更確切的空間關係的解釋就是每個中間齒輪的自轉軸線都被固定在通過殼體徑向截面上的一個點上，或因為中間齒輪與殼體之間要有軸承或者油潤滑需要給自轉留有間隙自轉軸線被限制在通過一個殼體徑向截面上很小的固定區域內，殼體與所有中間齒輪的關係可以理解為行星架與行星齒輪的關係，擺動齒輪A和所有A型中間齒輪的偏心軸之間的徑向固定關係也符合上述描述，擺動齒輪B和所有B型中間齒輪的偏心軸之間的徑向固定關係也符合上述描述；A型中間齒輪和B型中間齒輪可以是同樣的齒輪，也可以是齒數不同但能組成外齒輪副的齒輪; 上述的所有A型中間齒輪上的偏心軸相位相同的空間位置關係可以理解為任何兩個A型中間齒輪的每個A型中間齒輪的偏心軸的軸心線與齒輪自轉軸心線確定的平面始終保持平行;差速時擺動齒輪A以殼體自轉軸線為軸與每個A型中間齒輪的自轉同步公轉，擺動齒輪B以殼體自轉軸線為軸與每個B型中間齒輪的自轉同步公轉，差速器運轉時扭矩從殼體輸入，分別從輸出齒輪A和輸出齒輪B輸出，外力通過何種結構輸入又通過何種結構輸出並不需要包含在差速器的技術方案內，但通常是通常齒輪或者轉軸輸出的，差速器的零件或構件上可以再加工有齒輪或加工有連接軸的花鍵。

上述的差速器，殼體受外力自轉帶動每個A型中間齒輪和每個B型中間齒輪隨著殼體繞殼體自轉軸公轉，每個A型中間齒輪上的偏心軸帶動擺動齒輪A隨殼體轉動，擺動齒輪A帶動輸出齒輪A轉動，每個B型中間齒輪上的偏心軸帶動擺動齒輪B隨殼體轉動，擺動齒輪B帶動輸出齒輪B轉動，輸出齒輪A和輸出齒輪B分別輸出轉動；當輸出齒輪A和輸出齒輪B轉速相同時差速器內所有零件相對殼體靜止不動；當輸出齒輪A和輸出齒輪B的輸出負載不同造成轉速不同時，輸出齒輪A和輸出齒輪B發生相對轉動，既輸出齒輪A和輸出齒輪B分別與殼體發生方向相反的相對轉動，造成擺動齒輪A和擺動齒輪B都與殼體發生相對於殼體自轉軸線的方向相反的公轉，擺動齒輪A和擺動齒輪B相對於殼體自轉軸線的公轉通過偏心軸帶動每個A型中間齒輪和每個B型中間齒輪向相反方向自轉，受限於A型中間齒輪和B型中間齒輪的嚙合，輸出齒輪A和輸出齒輪B只能以一個固定的轉速比關係相對於殼體發生方向相反的相對旋轉。上述是本發明的差速器轉動運動的傳遞關係或者說扭矩的傳遞關係和差速輸出的實現原理；進一步解釋本發明的差速器潛在的限滑機制的實現原理是:輸出齒輪A和擺動齒輪A的齒數決定輸出齒輪A相對殼體自轉帶動的擺動齒輪A以殼體自轉軸線為軸相對於殼體公轉與輸出齒輪A相對殼體自轉的轉速比，擺動齒輪A的公轉轉速與每個A型中間齒輪的自轉轉速相同，輸出齒輪B和擺動齒輪B的齒數決定輸出齒輪B相對殼體自轉帶動的擺動齒輪B以殼體自轉軸線為軸相對於殼體公轉與輸出齒輪B相對殼體自轉的轉速比，擺動齒輪B的公轉轉速與每個B型中間齒輪的自轉轉速相同，當這兩個轉速比較高時，由於摩擦力和潤滑油流體阻力的存在，輸出齒輪A和輸出齒輪B的相對旋轉時的差速器內部負載會根據相對旋轉轉速成比例放大，同時這個差速器內部負載也在造成輸出齒輪A與擺動齒輪A之間和輸出齒輪B與擺動齒輪B之間的嚙合面壓力增大，造成輸出齒輪A與擺動齒輪A之間和輸出齒輪B與擺動齒輪B之間齒輪副傳動阻力增大，進一步加大輸出齒輪A和輸出齒輪B相對轉動的負載，這些負載的增大都在平衡造成輸出齒輪A和輸出齒輪B轉速差異的外界輸出負載差異，使輸出齒輪A和輸出齒輪B趨於同速輸出，也就是起到限滑作用；具體能否在打滑時實現鎖定，取決於差速器內部負載增大的最大值，理論上當輸出齒輪A和輸出齒輪B的相對扭矩或相對轉速造成的差速器內部負載大於等於輸入到殼體的扭矩時可以實現輸出齒輪A和輸出齒輪B之間的相對鎖定。

上述擺動齒輪A和輸出齒輪A組成的齒輪副或擺動齒輪B和輸出齒輪B組成的齒輪副為擺線齒輪副。擺線齒輪副包括擺線針輪齒輪副，當擺線齒輪副較少齒差時，兩個齒輪相對自轉一周會對應一個齒輪繞另外一個齒輪的自轉軸心線公轉多周，可以放大自轉時的阻力，而且擺線齒輪可以選擇齒數較少的齒輪，在有限的空間內增大齒輪承受力，另外通過調整擺線齒輪的齒形還可以調節齒輪嚙合的轉動阻力和扭矩負載之間的關係，更有利於實施出不同限滑能力的差速器。

上述的一種差速器，其特徵是包括至少3個A型中間齒輪和至少3個B型中間齒輪。3個以上A型中間齒輪和3個以上B型中間齒輪就有3個偏心軸與擺動齒輪A和擺動齒輪B連接，更有利於擺動齒輪繞殼體自轉軸心線公轉的穩定性，3個偏心軸也更有利於殼體旋轉帶動擺動齒輪與殼體同步旋轉的扭矩載荷能力。

上述輸出齒輪A和輸出齒輪B為外齒齒輪。這時輸出齒輪的自轉帶動齒輪副中的擺動齒輪向與輸出齒輪自轉方向相反的方向公轉，這是輸出齒輪與擺動齒輪之間的齒輪傳動阻力更大，更有利於應用於限滑差速器，或在傳動扭矩增大到某個固定值後造成轉動阻力大於輸入扭矩，造成齒輪鎖定實現差速鎖的效果。

上述輸出齒輪A和輸出齒輪B為內齒齒輪。這時輸出齒輪的自轉帶動齒輪副中的擺動齒輪向與輸出齒輪自轉方向相同的方向公轉，這時輸出齒輪與擺動齒輪之間的齒輪傳動阻力較小，更有利於差速器差速輸出時減少阻力和扭矩損耗。

上述A型中間齒輪和B型中間齒輪均為斜齒輪或蝸杆。斜齒輪組成的齒輪副在相對旋轉時能夠產生軸向應力，這個軸向應力有利於增大齒輪與軸向其他零件的摩擦壓力，也就是增大齒輪的自轉阻力；蝸杆屬於一種齒輪，蝸杆和蝸杆組成的齒輪副在相對旋轉時產生軸向應力，這個軸向應力增大蝸杆齒輪副中蝸杆和蝸杆之間的摩擦力，增加蝸杆自轉阻力，同時這個軸向應力有利於增大蝸杆與軸向其他零件的摩擦壓力，也增大蝸杆的自轉阻力；在中間齒輪自轉的阻力增加到某個固定值後會造成中間齒輪A和中間齒輪B的嚙合轉動阻力超過造成中間齒輪A和中間齒輪B相對轉動的扭矩，實現差速器的鎖定。

上述輸出齒輪A、輸出齒輪B、擺動齒輪A和擺動齒輪B分別相對於殼體軸向固定。相對於殼體軸向固定的空間關係進一步解釋就是與殼體空間位置關係中沿殼體軸向的分量保持不變，或因需要有相對殼體的徑向或周向運動與殼體之間要有軸承或者油潤滑需要留有間隙，轉動零件與殼體空間位置關係中沿殼體軸向的分量被限制在一個相對小的固定範圍內也算是一種固定形式，比如附圖中所示，殼體從兩端限制了輸出齒輪A和輸出齒輪B的遠離殼體的軸向運動，其他零件在殼體內的空間佔位又限制了輸出齒輪A和輸出齒輪B向殼體中心的移動，擺動齒輪A和擺動齒輪B同理，無論哪種軸向固定方式都要保留其他方向可以移動受工藝的影響會有一定的間隙，但是在空間的位置描述上使用「固定」一詞是可以補充說明本發明的技術方案供本領域一般技術人員理解的，因為只要滿足本發明內容第一段描述的技術方案而且所有零件在軸向不可能是無限長的，就必須把齒輪限制在一個一定量的相對軸向移動範圍內，才能滿足所述的空間位置關係的連接，這個限制是第一段描述的技術方案已經作為充要條件的隱含限定，本段的技術方案中更進一步添加以固定為限制的條件。

上述的A型中間齒輪和B型中間齒輪軸向相對於殼體固定。相對於殼體軸向固定的空間關係進一步解釋就是與殼體空間位置關係中沿殼體軸向的分量保持不變，或因需要有相對殼體的周向運動與殼體之間要有軸承或者油潤滑需要給自轉留有間隙，轉動零件與殼體空間位置關係中沿殼體軸向的分量被限制在一個相對小的固定範圍內也算是一種固定形式，無論哪種軸向固定方式都是受工藝的影響會有一定的可移動範圍，但是在空間的位置描述上使用「固定」一詞是可以補充說明本發明的技術方案供本領域一般技術人員理解的，因為只要滿足本發明內容第一段描述的技術方案而且所有零件在軸向不可能是無限長的，就必須把齒輪限制在一個一定量的相對軸向移動範圍內，才能滿足所述的連接關係，這個限制是第一段描述的技術方案已經作為充要條件的隱含限定，而且第一段描述的技術方案實施時可以為中間齒輪留有相對較大的軸向移動空間以滿足中間齒輪選用斜齒輪和蝸杆時嚙合的軸向應力造成軸向位移並增加限滑阻力的技術方案，本段特別強調的技術方案中更進一步添加以固定為限制條件的技術方案。

上述的差速器的殼體還包含有用於與扭矩輸入零件力學連接的齒輪或花鍵或螺絲孔；所述輸出齒輪A和輸出齒輪B分別還包含有用於與扭矩輸出負載力學連接的齒輪或花鍵。在本發明以上技術方案的描述中旨在於描述差速器本身的結構和力學傳遞關係，差速器與外界零件的力學連接結構並不是差速器實現差數效果的結構的一部分所以並沒有在上述技術方案中熬述，但是顯然在差速器工作時差速器和所有的自身沒有動力源的部件一樣需要與外界力學連接，本發明提出的差速器應用於設備時差速器的扭矩的輸入可以是在殼體外部設有與殼體周向固定的齒輪，齒輪與扭矩輸入齒輪嚙合，也可以是殼體通過花鍵與輸入軸連接並同軸同步旋轉；扭矩的輸出可以選用輸出齒輪A和輸出齒輪B通過花鍵分別與兩個輸出軸連接並同軸同步旋轉，也可以選用在輸出齒輪A和輸出齒輪B上設置與外部扭矩負載相嚙合的齒輪來實現輸出。

本發明的差速器可以通過設置A型中間齒輪和B型中間齒輪的齒輪比例實現扭矩輸出的分配設置；還可以通過擺動齒輪A和輸出齒輪A的齒輪比與擺動齒輪B和輸出齒輪B齒輪比的差異來實現扭矩輸出的分配設置，這是本發明的差數器的一個重要進步優點，通過設置上述兩處可調節輸出扭矩分配的齒輪比，解決了現有技術中各種差速器調節扭矩分配的範圍局限性，相比現有技術也降低了差速器為調節扭矩分配而設計的造型的加工難度和加工成本，相比於現有技術的某些差速器更提高了同樣尺寸下的扭矩承載能力。

本發明的差速器主要用於車輛的發動機動力經過變速箱之後向車輪輸出，作為中央差速器時，變速箱將扭矩輸出給差速器殼體，輸出齒輪A和輸出齒輪B分別將扭矩輸出給前後差速器，作為前差速器或後差速器時，中央差速器輸出的扭矩通過轉軸或齒輪輸出到差速器殼體，差速器的輸出齒輪A和輸出齒輪B分別將扭矩輸出到左右車輪。

本發明技術方案中提到的負載是機械負載，指轉動時需要帶動的零件或因需要帶動其他零件轉動產生的阻力，當應用於汽車時，負載就是指差速器需要帶動轉動車軸和車輪，和帶動車輪轉動承受的阻力；扭矩有時在轉動零件傳遞轉動時也稱為轉矩，本發明技術方案描述中使用的或為邏輯或關係描述。

附圖說明

圖1實施例1的差速器結構示意圖（剖視圖）。

圖2實施例1的差速器零件爆炸圖。

圖3實施例1的差速器立體圖。

圖4實施例2的差速器結構示意圖（剖視圖，圖中隱藏螺絲）。

圖5實施例2的差速器中間齒輪特寫圖（圖中隱藏其他零件）。

圖6實施例3的差速器結構示意圖（剖視圖）。

圖7實施例4的差速器結構示意圖（剖視圖）。

圖8實施例4的差速器中間齒輪特寫圖（圖中隱藏其他零件保留部分殼體）。

圖中：1，殼體；2，A型中間齒輪；3，B型中間齒輪；4，擺動齒輪A；5，擺動齒輪B；6，輸出齒輪A；7，輸出齒輪B。

具體實施方式

實施例1，如圖1~圖3所示，本實施例中選用的A型中間齒輪為3個相同的漸開線直齒輪，B型中間齒輪也是3個相同的漸開線直齒輪，A型中間齒輪和B型中間齒輪的齒數都相等，3個A型中間齒輪和與3個B型中間齒輪相互嚙合組成3個齒輪副，擺動齒輪A和輸出齒輪A選用了一對齒差為2的擺線內齒輪副，其中輸出齒輪A為外齒輪，A型中間齒輪兩端加工有軸並在一端上加工有軸向伸出的偏心軸，3個A型中間齒輪上的偏心軸分別插入擺動齒輪A端面上的軸孔，擺動齒輪B和輸出齒輪B選用一對與擺動齒輪A和輸出齒輪A齒形和齒數完全相同的擺線內齒輪副，其中輸出齒輪B為外齒輪，B型中間齒輪兩端加工有軸並在一端上加工有軸向伸出的偏心軸，3個B型中間齒輪上的偏心軸分別插入擺動齒輪B端面上的軸孔，輸出齒輪A和輸出齒輪B的中心設有帶花鍵的軸孔，殼體如圖所示選用了一個由4個零件組成的構件並用螺絲組裝固定，殼體上加工有連接中間齒輪兩端軸的軸孔，殼體上還設有用於安裝外接齒輪的安裝孔。

實施例2，如圖4和圖5所示，本實施例中選用的A型中間齒輪為3個相同的漸開線直齒輪，B型中間齒輪也是3個相同的漸開線直齒輪，A型中間齒輪和B型中間齒輪的齒數都相等，每個A型中間齒輪與相鄰的兩個B型中間齒輪相互嚙合，每個B型中間齒輪與相鄰的兩個A型中間齒輪相互嚙合，6個中間齒輪組成一組，這樣能夠更好的提高齒輪的扭矩承受能力，也加大中間齒輪的嚙合摩擦面積增大轉動阻力，擺動齒輪A和輸出齒輪A選用了一對齒差為2的擺線內齒輪副，其中輸出齒輪A為內齒輪，A型中間齒輪兩端加工有軸並在一端上加工有軸向伸出的偏心軸，3個A型中間齒輪上的偏心軸分別插入擺動齒輪A端面上的軸孔，擺動齒輪B和輸出齒輪B選用一對與擺動齒輪A和輸出齒輪A齒形和齒數完全相同的擺線內齒輪副，其中輸出齒輪B為內齒輪，B型中間齒輪兩端加工有軸並在一端上加工有軸向伸出的偏心軸，3個B型中間齒輪上的偏心軸分別插入擺動齒輪B端面上的軸孔，輸出齒輪A和輸出齒輪B上加工有帶花鍵的軸孔，殼體如圖所示選用了一個由4個零件組成的構件並用螺絲組裝固定，殼體上加工有連接中間齒輪兩端軸的軸孔，殼體上還設有用於安裝外接齒輪的安裝孔。

實施例3，如圖6所示，本實施例中選用的A型中間齒輪為3個相同的漸開線直齒輪，B型中間齒輪也是3個相同的漸開線直齒輪，A型中間齒輪和B型中間齒輪的齒數都相等，3個A型中間齒輪和與3個B型中間齒輪相互嚙合組成3個齒輪副，擺動齒輪A和輸出齒輪A選用了一對齒差為2的擺線內齒輪副，其中輸出齒輪A為外齒輪，A型中間齒輪兩端加工有軸並在一端上加工有軸向伸出的偏心軸，3個A型中間齒輪上的偏心軸分別插入擺動齒輪A端面上的軸孔，擺動齒輪B和輸出齒輪B選用一對與擺動齒輪A和輸出齒輪A齒形和齒數完全相同的擺線內齒輪副，其中輸出齒輪B為外齒輪，B型中間齒輪兩端加工有軸並在一端上加工有軸向伸出的偏心軸，3個B型中間齒輪上的偏心軸分別插入擺動齒輪B端面上的軸孔，輸出齒輪A和輸出齒輪B的中心設有帶花鍵的軸孔，殼體如圖所示選用了一個由4個零件組成的構件並用螺絲組裝固定，殼體上加工有連接中間齒輪兩端軸的軸孔，殼體中心還加工有同軸花鍵孔用於通過軸連接輸入扭矩。

實施例4，如圖7和圖8所示，本實施例中選用的A型中間齒輪為3個相同的漸開線直齒輪，B型中間齒輪也是3個相同的漸開線直齒輪，A型中間齒輪和B型中間齒輪的齒數都相等，3個A型中間齒輪和與3個B型中間齒輪相互嚙合組成3個齒輪副，三個齒輪副鑲嵌在殼體的三個與齒輪副外輪廓相對應的缺口內，擺動齒輪A和輸出齒輪A選用了一對齒差為2的擺線內齒輪副，其中輸出齒輪A為外齒輪，A型中間齒輪一端上加工有軸向伸出的偏心軸，3個A型中間齒輪上的偏心軸分別插入擺動齒輪A端面上的軸孔，擺動齒輪B和輸出齒輪B選用一對與擺動齒輪A和輸出齒輪A齒形和齒數完全相同的擺線內齒輪副，其中輸出齒輪B為外齒輪，B型中間齒輪一端上加工有軸向伸出的偏心軸，3個B型中間齒輪上的偏心軸分別插入擺動齒輪B端面上的軸孔，輸出齒輪A和輸出齒輪B的中心設有帶花鍵的軸孔，殼體如圖所示選用了一個由3個零件組成的構件並用螺絲組裝固定，殼體上還設有用於安裝外接齒輪的安裝孔。

實施例5，本實施考慮到當差速器作為中央差速器負責扭矩以不等比例輸出到前後軸時，通過選擇不同的擺線齒輪副齒差來實現扭矩的不平等分配，例中選用的A型中間齒輪為3個相同的漸開線直齒輪，B型中間齒輪也是3個相同的漸開線直齒輪，A型中間齒輪和B型中間齒輪的齒數都相等，3個A型中間齒輪和與3個B型中間齒輪相互嚙合組成3個齒輪副，擺動齒輪A和輸出齒輪A選用了一對齒差為2的擺線內齒輪副，其中輸出齒輪A為外齒輪，A型中間齒輪兩端加工有軸並在一端上加工有軸向伸出的偏心軸，3個A型中間齒輪上的偏心軸分別插入擺動齒輪A端面上的軸孔，擺動齒輪B和輸出齒輪B選用了一對齒差為3的擺線內齒輪副，其中輸出齒輪B為外齒輪，B型中間齒輪兩端加工有軸並在一端上加工有軸向伸出的偏心軸，3個B型中間齒輪上的偏心軸分別插入擺動齒輪B端面上的軸孔，輸出齒輪A和輸出齒輪B的中心設有帶花鍵的軸孔，殼體選用了一個由4個零件組成的構件並用螺絲組裝固定，殼體上加工有連接中間齒輪兩端軸的軸孔，殼體中心還加工有同軸花鍵孔用於通過軸連接輸入扭矩(本實施例的差速器結構與實施例3基本一致唯一區別在擺動齒輪B和輸出齒輪B之間的齒差設置為3)。