一种变距式限滑差速器及其设计方法

摘要

本发明是一种变距式限滑差速器，其特色是在行星齿轮的轮身向轮齿架的外部延伸出一圈摩擦环，轮齿架在其与摩擦环相对应处设有一圈摩擦凸台，当所述行星齿轮受到径向力推压时、所摩擦环和摩擦凸台相互抵触、行星齿轮传递力点发生偏移，这样就能够起到差速器限滑的功能，而且锁紧系数可以通过改变摩擦环半径，行星齿轮压力角，行星齿轮半径，在较大范围内改变。

说明书

技术领域

本发明涉及一种差速器，具体来讲是一种变距式限滑差速器，特别设计前后桥或 前后轮间带限滑的多轮驱动车辆，属于机械传动技术领域。

背景技术

在适时四轮驱动或多轮驱动的车辆中，为保证车辆在正常行驶与脱困状态切换之 要求，常使用带限滑或锁止功能的差速器来实现，市场上的限滑差速器多以机械摩擦片式， 粘性耦合式为主，而机械摩擦片式，粘性耦合式限滑差速器在工作过程中会产生大量的摩 擦热，摩擦件的自身磨损，以及粘性液体的工作温度，失效温度等，都会对差速器的可靠性 带来很大影响，增加维护费用。

发明内容

本发明针对。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种变距式限滑差速器，包括一对半轴伞齿轮、一对行星齿轮、一个从动齿轮和一个齿 轮架，每个行星齿轮同时啮合两个半轴伞齿轮，所述从动齿轮活动套接一个半轴伞齿轮的 半轴上，所述从动齿轮的轮齿啮合动力输入轴，所述齿轮架固定连接在从动齿轮的轮身上， 一对行星齿轮同轴对称分布在齿轮架上，其特征在于，所述行星齿轮的轮身向轮齿架的外 部延伸出一圈摩擦环，所述轮齿架在其与摩擦环相对应处设有一圈摩擦凸台，当所述行星 齿轮受到径向力推压时、所述摩擦环和摩擦凸台相互抵触、所述行星齿轮与壳体凸台接触 点发生偏移，引起力矩发生变化，从而起到限滑作用。

一种利用如权利要求1所述的变距差速器设计的设计方法，其特征在于，锁紧系数 k与摩擦环的半径R、行星轮半径r、行星轮的压力角α关系为：

k=R*sinβ/r，tanβ=(Ft’-Ft’’)*tanα/(Ft’+Ft’’),

其中，Ft’和Ft’’分别为行星轮两边对称径向力，β为摩擦环、摩擦凸台相互受力的传递 力点偏移角度。

进一步的，行星齿轮与轮齿架间的扭矩传递通过摩擦环与摩擦凸台进行传递，在 传递扭矩过程中正压力可分解成圆周切力Ft与径向力Fr，Fr与Ft关系为：

Fr=Ft*tanα，α为齿轮压力角，

由该式可知：径向力Fr随压力角的增大而增大。

进一步的，行星齿轮两边对称径向力差值如下：

f’=Fr’-Fr’’=(Ft’-Ft’’)*tanα，

由该式可知：f’直接影响摩擦环与摩擦凸台进行传递的传递力点的偏移量，其偏移角 度β与齿轮压力角α之间的关系为：tanβ=(Ft’-Ft’’)*tanα/F,由此式可知接触点偏移 角度β和压力角α大小成正比关系。

进一步的，行星轮左右力处于平衡状态，在不考虑摩擦力的情况下，力偶矩平衡可 知：

F=Ft’+Ft’’，Ft’*(r-Rsinβ)=Ft’’*(r+R*sinβ)，

由此可知锁紧系数为：k=R*sinβ/r，由此式可知：锁紧系数k与摩擦环的半径R成正 比，与行星轮半径r成反比，本专利锁紧系数k与压力角α成正比，因此可以在改变R，r，α三个 参数的情况下在较大范围内改变锁紧系数。

本发明由于采取以上技术方案，具有如下优点：其在工作过程中，通过改变行星齿 轮与壳体间的受力点偏移来改变两半轴齿轮的力矩大小，使附着力较好的半轴轮产生更大 的力矩，进而脱困。本发明在限滑过程中不是通过高摩擦来实现的，所以不会产生高的摩擦 热，成为解决技术背景中存在问题的一种有效方法。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是行星齿轮与齿轮架的装配示意图；

图3是行星齿轮受力平衡时力学分析图；

图4是行星齿轮受理补平衡时力学示意图；

图5是行星齿轮受理补平衡时力学示意图；

图6是行星轮压力角α的受力示意图

1.行星齿轮，2.右半轴齿轮，3.齿轮架，4.限位销，5.限位环，6.左半轴齿轮，7.端盖， 8.限位轴，9.摩擦环，10.摩擦凸台，11.从动齿轮。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图 详细地说明本发明的技术方案。

一种变距式限滑差速器，如图1所示，包括右半轴齿轮2、左半轴齿轮6、行星齿轮1、 从动齿轮11和齿轮架3，行星齿轮1同时啮合右半轴齿轮2、左半轴齿轮6，从动齿轮11通过端 盖7活动套接左半轴齿轮6的半轴上，从动齿轮11的轮齿啮合动力输入轴，齿轮架3固定连接 在从动齿轮11的轮身上，一对行星齿轮1同轴对称分布在齿轮架3上，行星齿轮1的轮身向轮 齿架3的外部延伸出一圈摩擦环9，轮齿架3在其与摩擦环9相对应处设有一圈摩擦凸台10， 当行星齿轮1受到径向力推压时、摩擦环9和摩擦凸台10相互抵触、行星齿轮1与壳体凸台10 接触点发生偏移，引起力矩发生变化，从而起到限滑作用。

下面结合附图对该差速器的设计方法做详细说明，摩擦环9和摩擦凸台10间的扭 矩传递通过如图2所示行星轮上A面与齿轮架上B面进行传递，如图6所示，渐开线齿轮在传 递扭矩过程中正压力可分解成圆周切力Ft与径向力Fr，Fr与Ft关系为：

Fr?Ft*tanα，式（1），α：齿轮压力角。

由式（1），图4可知：径向力Fr随压力角的增大而增大，行星轮两边对称径向力差值 如下：

f’?Fr’-Fr’’?(Ft’-Ft’’)*tanα，式(2)。

由式（2）可知：f’直接影响行星轮上A面与壳体上B面间的传递力点的偏移量,如图 4所示f为f’（Ft’,Ft’’的力差）的反作用力，其偏移角度β与齿轮压力角α之间的关系为：

tanβ?f/F?(Ft’-Ft’’)*tanα/F，式(3)。

由式（3）可知接触点偏移角度和压力角大小成正比关系。

摩擦环9和摩擦凸台10间的扭矩传递通过如图2所示行星轮上A面与齿轮架上B面 进行传递。压力角一定的情况下，当左半轴齿轮产生滑动时，受力点变化可简化为由图3变 为图4所示，行星齿轮在这时不发生左右位移，所以可认定为行星轮左右力处于平衡状态， 在不考虑摩擦力的情况下，如图5所示以A点计算力，力偶矩平衡可知：

F?Ft’+Ft’’，式(4)。

Ft’*(r-Rsinβ)?Ft’’*(r+Rsinβ)，式(5)。

由式（4）式（5）可知锁紧系数为：

k?R*sinβ/r，式(6)。

由式（6）可知：本专利锁紧系数k与接触面A的半径R成正比，与行星轮半径r成反 比，结合式（3），式（6）可知：本专利锁紧系数k与压力角α成正比。本专利可以在改变R，r，α三 个参数的情况下在较大范围内改变本专利的锁紧系数。

当左右半轴齿轮产生转速差或一侧打滑时时，可视为左右半轴齿轮所受阻力差发 生变化，由于直齿伞齿轮在传动过程中会产生径向推力，所以行星齿轮在左右径向力差的 作用下会向径向力小的一方位移，这样行星齿轮的工作面和外壳工作面着力点会从平衡状 态下的中点向附着力较大的一边偏移，从而让左右半轴在传动过程中力臂发生变化，所以 在力臂小的一半轴会获得相对更大的推力。从而可以起到限滑的作用。

具体锁紧系数k的数值，举例如下说明：

已知Ft’=30N,Ft’’=10N,α=30°,R=28,r=17.5（在不考虑摩擦力的前提下进行计算）

f’=(Ft’-Ft’’)*tanα=（30-10）*tan30=20*0.577

F=Ft’+Ft’’=30+10=40

Tanβ=f/F=20*0.577/40=0.2887

β=16.1°

k=R*sinβ/r=28*sin16.1/17.5=0.4437

本专利通过改变工作面半径，伞齿轮压力角，行星齿轮半径，在较大范围内改变差速器 的锁紧系数，以达到不同车辆的限滑要求，当锁紧系数为1时可作为自由轮差速器使用。

本专利安装于前后桥轮间或前后轮间可表现为：当其中一侧出现打滑时，另一侧 可以获得比打滑轮更大的扭矩输出，这样就解决了普通差速器在出现一侧打滑时另一侧输 出扭矩同时变小的情况。

本专利的限滑作用主要通过变矩实现，不通过摩擦实现，所以解决了现有限滑差 速器摩擦热，和摩擦件的易损失效问题，使后期维护成本大幅度减低。