专利名称：基本型牙嵌式自锁差速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械式差速传动装置，特别涉及但不仅仅涉及一种轮式 车辆使用的牙嵌式自锁差速器，属于机械传动领域。技术背景牙嵌式自锁差速器自1930年代发明以来，经itA/f门的不断改进，已经具 备良好的使用性能，并成为自锁式差速器的一种主要形式。如图1所示，其 主要组成部分是主动环、中心环、从动环、阻挡环、弹簧、弹簧座、花键 毂、卡环。中心环嵌于主动环内孔中并被卡环轴向固定，弹簧安装在从动环 与弹簧座之间，花键毂与从动环内孔周向固定，其上形成有传递转矩用的特 征曲面。主动环的轴向两端各有四个嵌合机构由主动环与从动环构成的传 力嵌合机构，由中心环与从动分离环构成的分离嵌合机构，由开口阻挡环与 附属阻挡环构成的阻挡嵌合机构，以及由阻挡环和附属限位环构成的限位嵌 合机构。轴向上，分离嵌合机构、传力嵌合机构及阻挡嵌合机构三者固定， 同步分离或嵌合；径向上，分离嵌合机构位于传力嵌合机构之内，阻挡嵌合 机构位于该两嵌合机构之间，径向型的限位嵌合机构位于阻挡环与主动环之 间。其中，从动分离环与从动环制成一体，附属阻挡环与中心环制成一体， 仅有一个径向齿的附属限位环与主动环刚性一体，该径向齿与一个主动环传 力齿合并成一加长传力齿，嵌于阻挡环的周向凹槽内或开口断面174之间。 带内轴肩的开口阻挡环轴向固定在从动环嵌合端面上的环状沟槽中，与该沟 槽的相应表面构成周向滑动摩擦副。工作中，阻挡环以螺旋运动的方式主动 进入或退出阻挡工作状态。其旋转的驱动力是作用在其内环面和滑动端面上 的摩擦力，其旋转的阻力是作用在其齿顶面的摩擦力，其轴向移动的驱动力 是作用在其内环面上的摩擦力及轴肩上的压力。差速器寿命周期内，随着磨 损的增加，摩擦面光滑度的增加，阻挡环径向弹性力的变化，工作温度的变 化以及从动环压紧弹簧性能的变化，上述所有摩擦力都会发生不同程度的改 变。因此，理论上和现实中阻挡嵌合机构都存在失效机会。清华大学出版社2004年4月出版的刘惟信先生编著的《汽车车桥^L计》 (p261 p282)—书详细叙述了其工作原理、结构和特点。美国牵引技术公司在 1990年代改进了上述阻挡环的结构，开发出了新型的牙嵌式自锁差速器(《工 程机械》，1999年11期，p6~p7)，阻挡环和附属阻挡环的阻挡齿齿形和齿数 都不再等同于中心环或从动环的分离齿，从而提高了阻挡环复位的可靠性， 降低了阻挡环和从动环的加工难度。
然而，上述改进并未改变阻挡环的周向限位模式，仍然沿袭了并不合理 的将附属阻挡环单一地附属在主动环上的传统的径向销槽式限位模式，单一 的阻挡环布局方式和单一的开口环结构形式没有发生任何改变，许多与此布 局或结构有关的使用性能和制造工艺等相关问题没有得到提升或解决。发明内容本发明的目的是提供一种不同于现有阻挡环周向限位模式的，同时阻挡 环又具有多种布局方式或结构的基本型牙嵌式自锁差速器，它们均不同程度 地使其具有更合理更筒单的结构和装配工艺，更强的耐磨损能力，更加稳定、 优异的工作性能和可靠性，更长的寿命以及更低廉的制造成本的特点。并且 从广义上令到现有技术的牙嵌式自锁差速器成为它的一个特例。记述技术方案之前先对相关名词或概念说明如下 属主环被附属阻挡环或附属限位环所依附的回转构件。 基准环嵌合工作状态下，作为阻挡环相对静止的参照对象的回转构件； 其轴向上直接面对阻挡环的端面被称为基准端面，径向上直接面对阻挡环的 圆柱面被称为基准圆柱面。阻挡工作面阻挡嵌合机构轴向分离后，组成该机构的齿环双方的径向 齿之间用来进行对顶接触的齿顶面部分，其升角用入表示。阻挡工况阻挡嵌合机构的组成双方的阻挡齿相互对顶接触，阻止轴向 上位于其之外的其它轴向嵌合机构嵌合的工作状况。5角和p角阻挡工况中，阻挡环一方面由其滑动端面或圆柱面与基准 环的基准端面或基准圆柱面形成滑动摩擦副，另一方面由其阻挡齿的阻挡工 作面与附属阻挡齿的阻挡工作面轴向接触形成静摩擦副，在仅靠该静摩擦副 来限定阻挡环相对附属阻挡环的周向位置时，该静摩擦副必需是自锁的，其 中，能够确保该静摩擦副自锁的阻挡工作面的最小升角就定义为5，而最大 升角就定义为P。限位工作面对阻挡环的周向相对位置给与限制的表面。对控制嵌合机 构，当入<5时，因双方阻挡齿之间的对顶接触不能自锁，所以，只有阻挡 齿的侧面和阻挡齿齿顶中部限位凸起的侧面是限位工作面；当5 <入< p时， 因双方阻挡齿之间的对顶接触能可靠自锁，所以，阻挡齿的所有側面及阻挡 工作面都是限位工作面。全齿嵌合深度轴向嵌合机构完全嵌合时，由一方嵌合齿的最高齿顶点 到另 一方嵌合齿的最高齿顶点之间的轴向距离。最小阻挡高度由非阻挡工况(即，稳定的嵌合状态)过渡到阻挡工况， 阻挡嵌合机构所必需分开的最小轴向距离。
最大P艮位嵌合深度保证限位嵌合机构的周向约束作用得以存在的，阻 挡嵌合机构轴向上可以分离的最大距离。当限位嵌合机构的组成双方轴向上 跟随阻挡嵌合机构一起运动时，该深度为完全嵌合状态下，嵌合双方的限位 工作面的上边界中的最高点之间的轴向距离；当限位嵌合机构的组成双方轴 向上不跟随阻挡嵌合机构一起运动时，该深度为无穷大。阻挡嵌合机构的入口裕度K:在不考虑其它嵌合机构的影响以及阻挡环 周向自由时，从最小阻挡高度上，组成阻挡嵌合机构的齿环双方在不影响该 机构轴向嵌合的前提下相互间可以连续错开的最大圆周角度。在牙嵌式差速 器中，K必需满足下述不等式K〉ec + ef +Y + ri (端面齿周向均布时)， 相关参数定义如下ec:中心环分离齿齿顶面所对应的圆周夹角；ef :从动分离环分离齿齿顶面所对应的圓周夹角；Y :分离嵌合机构由嵌合状态过渡到嵌合状态与分离对顶状态二者之间 的临界状态，其所属两齿环间必需相对转动的最小圆周角；Ti:工艺修正量，即，因导角、传力齿齿根收缩、分离嵌合机构的周向 间隙以及传力与分离两嵌合机构的全齿嵌合深度不相等所带来的修正量。本发明中，当一嵌合机构的组成双方分别以另一嵌合机构的组成双方为 轴向支撑根基时，就称前一嵌合机构轴向上位于后一嵌合机构之内，反之为 之外。另外，本发明所称的"阻挡环"均为独立阻挡环的简称。达成本发明目的基本技术构思是通过形成为一体或周向固定的方式令 阻挡嵌合机构与限位嵌合机构的周向关系完全固定。具体技术方案如下一种基本型牙嵌式自锁差速器，包括主动环、中心环、从动环、阻挡环、 弹簧、弹簧座、花键毂、卡环、附属阻挡环以及附属限位环，中心环嵌于主 动环内孔中并被卡环轴向固定，弹簧安装在从动环与弹簧座之间，花键毂与 从动环周向固定；主动环的轴向两端都布置有由主动环与从动环轴向嵌合 而成的传力嵌合机构；由中心环与从动分离环轴向嵌合而成的分离嵌合机构， 轴向上径向上均位于传力嵌合机构之内，其从动分离环与从动环形成为一体； 以及阻止超越分离状态下的分离嵌合机构嵌合的阻挡嵌合机构，由阻挡环和 附属阻挡环轴向嵌合而成，该两个环上都形成有一圈具有轴向阻挡作用的径 向型阻挡齿；所述阻挡嵌合机构的最小阻挡高度，大于所述传力嵌合机构的 全齿嵌合深度，小于所述分离嵌合机构的全齿嵌合深度；其特征在于还布 置有对所述阻挡嵌合机构中阻挡环的周向相对位置实施限制的限位嵌合机 构，由阻挡环和附属限位环组成；附属限位环与其属主环形成为一体，且附 属限位环与附属阻挡环周向固定；所述阻挡嵌合机构的轴向分离距离大于最
小阻挡高度时，所述限位嵌合机构的周向自由度X，大于所述阻挡嵌合机构 的入口裕度K ，即，X>K。上述阻挡嵌合机构，轴向上位于所述分离嵌合机构之内或所述传力嵌合 机构之内，径向上位于所述传力嵌合机构和所述分离嵌合机构二者之内、之 间或之外；而且，所述附属阻挡环与其属主环形成为一体，该属主环是组成 所述分离嵌合机构或所述传力嵌合机构的任一一方的构件；所述阻挡环受基 准环基准端面的单向支撑，其滑动端面与该基准端面构成周向自由滑动摩擦 副；所述基准环是所述分离嵌合机构中或所述传力嵌合机构中与附属阻挡环 的属主环轴向相对的另一方构件。作为一种周向固定的径向限位模式，可以将阻挡环安装在中心环的端面 圆形凹槽内，以中心环为基准环，将附属限位环附属在花键毂上，直接面对 阻挡环内孔面，再将销槽式径向嵌合机构布置在该两环之间。而阻挡和限位的最优方案是，阻挡齿和附属阻挡齿二者齿顶的阻挡工作 面是升角不大于P的螺旋面，且至少在其中一个齿顶面的中部形成有限位凸 起，客观上起到令阻挡齿充当限位齿、附属阻挡齿充当附属限位齿的作用。 同时，令附属限位环与附属阻挡环形成为同一个环，令限位嵌合机构与阻挡 嵌合机构重合成一个控制嵌合机构，从而最终实现阻挡嵌合机构自限位以及 轴向阻挡高度可无级变化和自适应的目的，同时，必须保证限位嵌合机构的 最大限位嵌合深度，大于分离嵌合机构的全齿嵌合深度。更为简捷地，最好将控制嵌合机构中限位凸起的侧面做成升角为P的螺 旋面，I 5 I < P < 180° 。另外，从动环分离齿和从动环传力齿直接相邻时，或者从动环分离齿和 与从动环传力齿连成径向一体的附属阻挡齿直接相邻时，从动环分离齿与上 述的直接相邻齿以这样的效果在径向上连成完整的一体，即，在以从动环传 力齿齿槽轮廓面的径向延伸面为界切削掉从动环分离齿的部分齿体后，所述 分离嵌合机构的周向自由度保持不变；同样，附属阻挡齿与附属阻挡环的属 主环上的径向型端面齿或与该端面齿连成径向一体的其它径向型端面齿，以 所述属主环上的径向型端面齿的齿槽轮廓面的径向延伸面为界切削掉附属阻 挡齿的部分齿体的形式，在径向上连成完全的一体；所述属主环上的径向型 端面齿是主动环传力齿、从动环传力齿或中心环分离齿。为达成上述效果，在保持分离嵌合机构周向自由度不变的前提下，可以 减小从动环分离齿的齿厚，同时相应对等地增大中心环分离齿的齿厚。为使阻挡嵌合机构工作得完美和可靠，最好对阻挡环施以约束，以迫使 其在嵌合状态中相对静止在基准环的相应基准面上。为优化设计提供更多选择，阻挡环上的端面径向齿可以形成在阻挡环环
状基体的内或外圆柱面上。另外，为提升差速器性能和可靠性，在主动环或中心环上的中心环拆卸 孔中，安装有被径向P艮位的限位销钉，该限位销钉的头部径向嵌入中心环或 主动环上对应圆柱面上的凹槽中，周向上位于所述卡环的缺口内，构成对主 动环与中心环之间的周向相对位置予以限定的中心环限位机构，该机构的周 向自由度不小于所述传力嵌合机构的周向自由度。作为简化应用，从动环与花键毂可以制成刚性一体，并在其内或外圆柱 面上形成可传递转矩的特征曲面。在本发明中，作为限位嵌合机构核心部件的附属限位环，其属主环已不 再限于主动环一个，还可以是花键毂、从动环或中心环，同时，阻挡环限位 模式也不再限于径向销槽式一种，还可以是阻挡齿之间的嵌合式或齿顶间的 摩擦自锁阻挡式，另外还实现了限位嵌合机构与阻挡嵌合机构的周向固定。 而且，阻挡环的安装位置也遍布到了主动环、中心环、从动环三者之间的所 有六个部位，并且阻挡环更可以是无需开口的完整环，从而实现了本发明的 目的。即，在附属限位环与附属阻挡环形成为一体时，利用阻挡齿顶中部的 限位凸起或可自锁的阻挡工作面，在附属限位环与附属阻挡环仅仅周向固定 时，利用阻挡上单独形成的限位工作面，也就是分别利用控制嵌合机构和单 独的径向型销槽式限位嵌合机构，或予以综合利用，均很好地维持住了阻挡 工况下阻挡嵌合机构内部的周向相对位置，很好地达成了维持住阻挡关系，阻止超越状态中的分离嵌合机构嵌合复位以及消除碰撞的目的；实现了阻挡 工况下以不同模式和不同的布局方式限制阻挡嵌合机构中阻挡环的周向相对 位置的目的。所有方案均直接降低了整个差速器的加工难度、装配难度，提 高了可靠性。另外，对于权利要求4包含的具有摩擦自锁功能的阻挡工作面的技术方 案，还有更好的效果 一是阻挡嵌合机构具有理想的阻挡性能，其分离阻挡 和嵌合复位二过程简单且非常可靠，更重要的一点是，中心环与从动分离环 双方分离齿之间的相对运动可于第一时间内达到零接触的纯滑动状态，消除 了分离齿之间的碰撞式磨损现象，显著地降低了它们的磨损速度和延长了差 速器的使用寿命。二是阻挡嵌合机构在一定范围内具备自适应轴向分离距离 的能力和自动补偿各种轴向磨损的能力，阻挡工况中，所述分离齿齿顶间可 以恒久地保持零碰撞滑动模式，从而消除从动环轴向压紧弹簧的高频微压缩 现象，增强全系统的工作稳定性和可靠性，令差速其长期保持最佳工作状态。 三是阻挡嵌合机构的分离阻挡和嵌合复位二过程与从动环轴向压紧弹簧的性 能稳定与否没有任何关系，不具有任何的敏感性，所以，对该压紧弹簧性能 的要求不再苛刻，与该压紧弹簧有关的差速器故障将大幅减少，更降低了装 配工艺的要求和相关成本。四是差速器的装配、维修装配均变得相对简单， 类似于组装，且保证质量，所有零部件，只要合格，无论新旧，均不存在兼 容性或选配性问题，更不存在影响装配质量和使用性能的问题。五是可以将 阻挡环制作成非开口环形式，制造工艺、装配工艺均得以简化，装配要求、 精度要求以及生产成本相对降低。六是即使差速器的两个从动环都处于分离 阻挡的异常状态，也不可能出现任何反复分离和嵌合的现象。七是差速器具 备处理双侧从动环同时处于分离阻挡状态的异常情况的非常简单、快捷和可靠的主动能力，尤其是对于权利要求10的布置有中心环限位机构的方案；相 应地，中心环和从动分离环双方分离齿也因此可以全部制作成普通廉价的梯 形齿，并可减小传力齿齿槽的宽度而提高差速器传递转矩的能力，同时，中 心环P艮位机构还具有结构简单，易于加工制作，成本低廉的优点。相比之下，权利要求1 ~ 4中所包含的阻挡工作面不具备摩擦自锁功能的 实施例，其中心环与从动分离环双方分离齿齿顶之间的相对运动仍可能具有 轻微碰撞。尽管如此，对应的实施例的阻挡嵌合机构仍具备分离阻挡和嵌合 复位二过程简单可靠的优点，并且完全具备了上述的可以将阻挡环制作成一 个完整的环的全部益处。另外，在花键毂与阻挡环内孔圆柱面之间设置限位 嵌合机构，其制造工艺和装配工艺均优于现有技术。另外，采用本发明的权利要求6的一体齿结构后，还会有这样的益处， 就是优化了从动环的结构和力学性能，令结构更趋合理，显著地改善了从动 环的加工工艺性，降低了加工难度和生产成本，产品质量和生产效率得到明 显提高。 一体齿结构对于阻挡嵌合机构不位于传力嵌合机构与分离嵌合机构 之间的布局方式的益处最为明显，在径向方向上，传力齿和分离齿或者还有 附属阻挡齿连成一个完整体，它们的齿侧可以一次加工成形；同时，分离齿 的抗弯曲性能没有降低，反而因齿体相连的互助特性而得到提高，并允许减 小其齿厚，以达到所述分离嵌合机构的周向间隙保持不变，以及仍具有足够 齿侧面积以提升其抗磨损性能的要求。因为连体的传力齿大大增强了从动环 分离齿的抗弯能力，而它们两者又不会同时承受弯矩的作用。而且，增大的 分离齿环半径更降低了作用于其上的分离力和分离齿齿根上的转矩。在嵌合工况中，阻挡环通it^L利要求8所述的约束将阻挡环相对静止在 基准环的基准端面或基准圆柱面上，将显著提高阻挡嵌合机构的分离阻挡和 嵌合复位二过程的准确性和可靠性。特别是对于限位嵌合机构采用摩擦自锁 限位模式、而附属阻挡环又与从动环形成为一体的技术方案，由于其中的阻 挡环于上述二过程中无需周向加速更无需轴向移动，所以，其阻挡嵌合机构 的性能将几近理想或完美彻底取消了阻挡环的质量惯性在阻挡嵌合机构的 分离阻挡和嵌合复位二过程中的作用资格，阻挡环本身在上述二过程中无需
作任何动作，所有必需动作的完成皆由从动环这个导致分离阻挡和嵌合复位 动作的原动件自己来执行，从而将同步性、 一致性、从动环压紧弹簧的性能二过程之外，消除了结构隐患，显著提升了差速器的可靠性和稳定性。另外，在阻挡环上的端面径向齿可以形成在阻挡环环状基体的内或外圆 柱面上后，阻挡环的轴向和径向尺寸便可在较大的范围内变化，必将为阻挡 嵌合机构乃至整个差速器的优化设计提供更多选择。
图l是现有技术的一种牙嵌式自锁差速器的轴向剖面图。图2是本发明的第一实施例的轴向剖面图。图3是图2中从动环的示意图，(a)是右视图的轴向剖面图，(b)是主视图， (c)是放大的(b)中T方向局部齿廓径向投影的展开示意图。图4是图2中阻挡环的示意图，(a)是放大的(c)中T方向局部齿廓径向投 影的展开示意图，(b)是(c)的右视图的轴向剖面图，(c)是主视图。图5是图2中的差速器左半侧处于嵌合传力、右半侧处于分离阻挡工况 时各组齿廓的相对关系在同一外圆柱面上的径向投影的局部展开图，(a)是对 应控制嵌合机构的齿形关系示意图，(b)是对应传力嵌合机构的齿形关系示意 图，(c)是对应分离嵌合机构的齿形关系示意图，(d)是嵌合状态下传力齿的参 数示意图，(e)是嵌合状态下分离齿的参数示意图。图6是用径向投影展开图形式表示的、具有各种齿形的阻挡嵌合机构在 阻挡工况中所有可能的对顶接触关系示意图，所有图中的左侧轮廓线都属于 阻挡环，所有右側轮廓线都属于附属阻挡环；(a) (i)表示的是控制嵌合机构 的各种情形，其中(a) (c)表示的是三种特殊齿形，(d) (i)表示的是l51〈入 < p时的全部齿形，而(e) (i)则是其中P = A且共面的特殊齿形；(j)表示的 是适用于径向型限位嵌合机构的齿形。图7是图2中阻挡环的约束形式之一的简化示意图。图8是图2中阻挡环的约束形式之二的简化示意图。图9是图2中阻挡环的约束形式之三的简化示意图。图IO是图2中阻挡环的约束形式之四的简化示意图，(a)是(b)中定位环 有齿端的结构示意图，(b)是轴向剖面图。图11是图2中阻挡环的约束形式之五的筒化示意图。图12是本发明的第二实施例的轴向剖面图。图13是图12中从动环的示意图，(a)是主视图，(b)是(a)中T一T截面的 剖面图。
图14是替代图12中阻挡环约束形式的方案示意图。 图15是本发明的第三实施例的轴向剖面图。图16是图15中中心环的示意图，(a)是主视图，(b)是左视图的轴向剖面 图，(c)是放大的(a)中T方向局部齿廓径向投影的展开示意图。 图17是本发明的第四实施例的轴向剖面图。图18是图17中中心环的示意图，(a)是主视图，(b)是左视图的半剖图。 图19是本发明的第五实施例的剖面图。图20是图19中轴向基体阻挡环的示意图，(a)是主视图，(b)是左视图的 剖面图。图21是本发明的一种简化结构应用实例的轴向剖面图示意图。 图22是本发明在拖扭bL差速器中应用实例的轴向剖面图示意图。
具体实施方式
必要说明本说明书的正文及所有附图中，相同或相似的构件及其特征 部位均采用相同的标记符号，并只在它们第一次出现时给予详细说明，其后 再次出现时将不再给予重复的详细阐述。图2~图5示出了本发明的第一实施例，即本发明的最佳实施例。中心环 150嵌于主动环110内孔中并净皮卡环56轴向固定，两个从动环120安装在主 动环110的两端，四环的嵌合端面两两相对组成两个传力嵌合机构和两个分 离嵌合机构。两个弹簧54从两端分别压住从动环120以保证嵌合压力的持续 存在，两个弹簧54的外端受到两个弹簧座50的支撑。而两个弹簧座50则分 别受到套装在其内孔中的两个花键毂60的外轴肩的轴向限位。该两个花键毂 60分别以花键^:接的方式与两个从动环120内孔周向固定，花键毂60内孔中 加工有传递转矩到输出半轴(未示出)用的花键齿。两个阻挡环170分别以嵌合 端面朝向从动环120的形式安装在中心环110的端面圆形凹槽内，以该凹槽 内壁为基准端面，以中心环110为基准环。两个约束弹簧192分别安装在阻 挡环170与花键毂60的外花键齿的内端面之间，将阻挡环170压紧在基准端 面上 主动环110的四个径向凸耳内呈径向地加工有中心环拆卸孔160,中心 环限位销钉162安装在其中的一个孔中，其销钉头部嵌于中心环150外圆柱 面上的相应凹槽164以及卡环56的轴向缺口内，参见图5(c)。整个差速器轴 向上具有完全对称的布局和结构，所有构件上的传力齿、分离齿数量完全同 一，并且周向均布，同时，主动环110及中心环150两端的端面齿周向上严 格同位。如图3所示，从动环120嵌合端面上的三个环形区域内，由外到内依次 均布有横截面为倒梯形的从动环传力齿122、横截面为梯形的从动环分离齿
142及附属阻挡齿202。径向上，上述三齿连成完整的一体，图3(a)和图3(b) 给出了三者的径向关系，图3(c)给出了三者之间的齿面关系。从动环传力齿齿 顶面124,从动环分离齿齿顶面144很容易一次准确成型；为结构简单和利于 加工，从动环传力齿齿根面128，从动环分离齿齿才艮面148，附属阻挡齿齿相^ 面210三者共面；在以从动环传力齿齿側面126的径向延伸面为界切削掉从 动环分离齿142及附属阻挡齿202的部分齿体后，从动环分离齿齿侧面146 部分保留，附属阻挡齿一分为二，各保有一个阻挡工作面204，其齿顶面206 不复存在，其齿侧面208与从动环传力齿齿侧面126共面。这里，所有附属 阻挡齿202的阻挡工作面204均为升角为X的螺旋面，|5|<入< p。对应;也， 主动环传力齿112的齿形完全同一于从动环传力齿122,中心环分离齿152为 鼓腰梯形，参见图5(d)和图5(e)。相比现有技术，以上从动环120结构上更为筒单，力学上更为合理，并 显著改善了工艺性，降低了加工难度和成本，更使缩小从动环分离齿142的 齿厚，适当增加其齿侧工作面积，降低其接触强度成为可能。加厚的中心环 分离齿152与减薄的从动环分离齿142的嵌合情形如图5(e)所示。阻挡环170的结构如图4所示。该环具有径向型基体。三个阻挡齿172 周向均匀地形成在环状基体188的外环侧，齿顶中部形成有P艮位凸起182，其 齿面分别由限位凸起182的顶面184,该凸起的升角为P的螺旋面型限位侧面 186，升角为入的螺旋面型阻挡工作面176,以及齿侧面178组成，其中，|5 |《P<180° 。阻挡环170的底部端面是其周向滑动端面190，顶部端面是其 嵌合端面。环状基体188具有承受约束弹簧192压力的功能。相比现有技术，没有了径向弹性要求的阻挡环170将更易于制造和装配。 另外，为利于加工制造和缩小轴向尺寸，可以"隐没"阻挡齿齿顶中部的限 位凸起182。即，令该凸起的齿侧面186的升角P等于阻挡工作面176的升角 入，并且与相应的阻挡工作面176完全连续地同一。参见图6(e)。如图2、图5(c)和图5(d)所示，中心环限位销钉162与中心环150外圆面 上的限位凹槽164组成中心环限位机构，该机构的周向自由度为Sp。嵌合状 态下，该周向自由度Sp不小于传力嵌合机构的周向自由度et，即8p〉8t。且 二嵌合机构同时居于各自周向自由度的中间值。限位销钉162的尾部螺紋与 中心环拆卸孔160配合，起方便拆卸的功能。相对现有技术，该机构结构更 简单，制造、装配更容易，借用了中心环拆卸孔160,更是降低了制作成本。 其装配工艺也较筒单，即，将一个工艺小销钉嵌入中心环限位凹槽164中心 处的径向通孔内，然后将卡环56的缺口周向对准该工艺小销钉套装进中心环 150外圆面上的卡环槽并将二者一并完全压没入该槽内，再将带有已周向定位 的卡环56的中心环150装入主动环110的中心孔内，卡环,皮推入到中心环150 的卡环槽处便会自动张开。周向调整中心环150以令卡环56的缺口对准一个 主动环上的中心环拆卸孔160，再装配中心环限位销钉162到该中心环拆卸孔 160中并深入到卡环56缺口中，最后退出工艺小销钉即告完成。差速器中所有嵌合关系如图5所示。主动环110各与一个从动环120组 成一个传力嵌合机构，该机构的全齿嵌合深度和周向自由度分别为Dt和6t ， St的数值足以保证两端从动环120在不同方向上能够同时实现差速分离。中 心环150与从动分离环组成分离嵌合机构，该机构的全齿嵌合深度为D"阻机构、，该机构的入口裕丄K为K-Z節-Z^=Z^f-Z^7(相关符号表 示对应点间的圆周角)，而且，K> ec + ef + y + ti ,其中，A与D、 B与C、 E与J、 G与H分别是成组的轴向等高点或线。在差速器嵌合状态下， Dt<x^<De<e,其中，e代表控制嵌合机构的最小阻挡高度(横线符号表 示轴向距离，下同)，丽代表限位嵌合机构的最大限位嵌合深度。在控制嵌合 机构的轴向分离距离大于最小阻挡高度x^时，限位嵌合机构的限位工作面将 由阻挡齿齿侧面178和208转换为摩擦自锁阻挡工作面176和204，因此，限 位嵌合机构此时的周向自由度X，天然地大于K。参见图3(c)、图4(a)和图 5(a)。图5(a) (c)的右半边给出了阻挡工况下嵌合机构的相互关系。具有各种 齿形的阻挡嵌合机构在阻挡工况中所有可能的对顶接触情形可参见图6。不难理解，阻挡环170和附属阻挡环各有三个均布的完全一致的径向齿， 以及附属阻挡齿202周向上正好跨越两个从动环分离齿142的安排都不是必 需的，而纯粹是出于简化结构和工艺等的需要。对于附属阻挡环无法与其属 主环一体形成的特殊情况，可以采用事先将它单独制作出来，再事后把它与 其属主环以或焊接或过盈配合等的方式加以刚性组合的方法来处理。另外， 弹簧54或弹簧座50的最终的轴向支撑可以由差速器壳体提供，也可以由所 在机箱的壳体或壳体与转轴之间的轴承提供，还可以由其它的轴向固定部件 提供(如卡环)。然而必须指出的是，虽然弹簧座50形式上可以取消，但弹 簧54不能没有支点，只是由比如花键毂60外圆面上的轴肩之类的替代构件 充当了该支点而已，所以，仍然是弹簧座50实质意义上的等同方案。 下面结合工作过程并参照图2和图5对本实施例作进一步的说明。 本实施例在置入公知技术的差速器壳体组件的状态下使用。在差速器内 部无差速转动工况下，或简单对应为车辆直线行驶时，差速器将处于完全嵌 合状态。此时，输入差速器的转矩经两端的传力嵌合机构由主动环110分别 传给两端的从动环120，再各经两个花键啮合副由两端的花键毂60传给两端 的输出半轴再最终传递到两侧驱动轮上。而在差速器内部有差速转动工况下， 或简单对应为车辆转向行驶时，差速器就将处于超越分离状态。因为对称性
缘故，这里只说明对应于车辆左转向行驶的右端从动环120超越主动环110 转动的情况。而此种超越转动的结果只能是右端从动环分离或左端从动环分 离但另一端动力无中断的第一或第二种情况，以及左右两端从动环同时分离 成为自由环的第三种情况中的一种。下面先iJL明第一种情况。在左端从动环不分离的假设下，即左端所有嵌合机构完全嵌合的情况下， 右端从动环120相对主动环110的转动等同于相对中心环150的转动。这种 持续的转动必然导致右端从动环分离齿142与中心环分离齿152接触面之间 产生的轴向分离力大于弹簧54的嵌合压力，以及两分离齿克服所述的嵌合压 力而相互滑转爬升，直至从动环120相对中心环150的轴向分离距离达到Dc， 令右端分离嵌合机构和传力嵌合机构彻底分离。由于参数E〈D。的制约，因 此，控制嵌合机构中附属阻挡齿阻挡工作面204的最低点A此时早已轴向越 过阻挡齿阻挡工作面176的最低点G。又由于阻挡环170被约束弹簧192静 止在中心环150上，因此，只要阻挡嵌合机构的入口裕度K不远离其下限值， 上述超越分离的过程就足以确保在控制嵌合机构的轴向分离距离第一次同步 达到Dc时，附属阻挡齿阻挡工作面204就已经可靠地跃上阻挡齿阻挡工作面 176，相互抵触并建立起稳定的自锁静摩擦关系，进而带动阻挡环170在中心 环150的基准端面上圆周滑转，并在轴向分离距离第一或第二次达到A时(设 计的极端情况下)便将上述分离嵌合机构的轴向分离过程停止在最大分离距 离A上。所以，右端从动环120与中心环150之间的轴向间距恒定为零，两 环处于无任何冲击和碰撞的零接触滑动摩擦工况，从而消除了现有技术中分 离齿的碰撞式磨损现象及对弹簧54的高频微压缩现象，显著地降低它们的磨 损速度，增强差速器的稳定性、可靠性并延长差速器的使用寿命。对于右端从动环超越转动造成左端从动环分离的第二种结果，其过程的 机理完全同上，也就是等同于左端从动环相对主动环反向超越转动的分离过 程；而对于左右两端从动环同时一个正向超越分离一个反向M分离的情况， 由于分离过程中中心环150相对主动环100实质上的静止，所以其分离机理 就是前两种分离情况的同时发生而已，因此后两种情况的分离过程说明完全 等同于第一种情况，无需重复。应该强调的是，本实施例的控制嵌合机构中，阻挡工作面的螺旋升面特 点是保证阻挡工况中传力齿零碰撞的前提条件，即，必需要求入>0。而|5| <入《p既是阻挡工况中阻挡工作面之间摩擦自锁的必要条件，也是阻挡嵌 合机构在一定范围内具备自适应轴向分离距离的能力和自动补偿各种轴向磨 损的能力，提升差速器的总体性能、可靠性和使用寿命的必要条件，而且， 可补偿的量还可于制作时按需给定。特别地，当5>0且0<入<5时，附属 阻挡齿202将因对顶接触的两阻挡工作面不能自锁而相对滑转爬升，令阻挡
嵌合机构的轴向分离距离大于Dc，直至遇到限位凸起182。也就是说，经过适 当的设计，我们可以得到令从动环120与中心环150之间无接触的超越转动 工况。另外，阻挡工作面之间的自锁关系只存在于对应的超越转动中，即， 存在于令对顶接触中的阻挡工作面的升角为正的相对转动中，而绝不存在于 令其为负的相对转动中，因为后一转动中的升角人，=-入< -|5|，入，完全 落在了自锁必要条件入，> 5的下限之外。因此，改变阻挡工况中两分离齿之 间的相对转动方向，阻挡工作面之间原有的自锁关系将立即消失，阻挡环170 将不再跟随附属阻挡齿202—体转动，而是静止在基准环的基准端面上，即， 静止在中心环150的端面圓形凹槽的内壁上。所以，本实施例的嵌合复位非常简单，反向超越即可，对应于车辆由左 转向行驶恢复到直线行驶的过程。即，只要右端从动环120的超越转速开始 小于零，该端各嵌合机构便马上嵌合复位。或者说，无论出现何种极端情况，只要有k〉 et + ef + y + n的参数保证，而且K不远离其下限值，就最多只需在反向超越转动方向上转过一个齿位，即，令从动环120相对主动环110 最多反向转过一个齿位，附属阻挡齿202便都能滑离阻挡齿阻挡工作面176， 与从动环分离齿142以及从动环传力齿122 —起同步嵌合复位，参看图5。只 有在附属阻挡齿阻挡工作面204的最低点A点还未滑离阻挡齿阻挡工作面176 的最低点G点之前，从动环传力齿122已经周向错过了主动环传力齿齿槽口 的情况下，嵌合复位过程才需要转过一个齿，但却不会出现反向分离阻挡的 情况。对于上述的第二种分离情况，只要左端从动环120的反向超越开始转为 正向超越，该端各嵌合机构便马上嵌合复位，过程同上，不再重复说明。而 对于上述的左右两端同时分离阻挡的第三种情况，恢复嵌合复位的解困方法 也非常简单和快捷，只要一个加速或者减速即可。其指导思想就是，改变造成这种异常分离的即有超越状态，破坏掉阻挡嵌合机构内部即有的摩擦自锁 关系，因此，只要令中心环150的转速不再处于左右两个从动环的转速之间， 就必将改变其中之一端从动环的相对超越方向，从而立即恢复该端的嵌合传 力。该过程说明完全同上，也不再重复。但应该指出的是，主动环110与中 心环150间的中心环限位机构是实施上述解困方法的最佳选择，但却不是必 需的。没有了该机构的自由轮差速器，同样可以做到这一点，只是处理速度 稍有降低而已。解困的指导思想完全同上，具体做法就是令行驶中的车辆向 右转弯一次便可。上述解困的指导思想也可以用在其它双端嵌合机构同时分离的异常情况 的解困中，比如，双端阻挡嵌合机构在相对中心环150的同一方向上分离阻 挡的异常情况。只是具体方法的优先顺序上稍有不同而已，但同样最多不过
两次尝试即可。即，无论车速是否为零以及无论何种形式的异常分离，如果 知道原来的行驶方向，那么只要一个加速或一个转向即可，如果不知道，则 最多需要加速和减速或左右各一次转向即可。可见，对于本发明，现有技术 中双侧从动环同时分离的异常情况已不再是一个问题，甚至于在车辆行驶中 不会察觉到它曾出现过。因此，差速器性能和车辆弯道操纵性能将得到明显 提升。而且由于阻挡工作面之间的摩擦自锁，即便不强制其嵌合复位，也不 会出现现有技术中的分离嵌合机构反复嵌合与分离的撞击现象。其实，从可操纵性的角度讲，弯道滑行时产生的从动环异常分离应该是 我们所需要的。因为分离后，本实施例只要一个加速动作就可令差速器立即 工作，不存在动力中断的情况，而且得到的还是有利于车辆转向和控制的驱 动模式，即弯道外侧而非内侧车轮得到驱动转矩。而进入直道后，仍会自动恢复到双侧驱动的工况。所以，分离齿152再无必要〗故^^腰形的，应将分 离嵌合机构的所有分离齿都做成普通的梯形齿。这样除了还可筒化工艺，降 低成本外，更可因减小传力齿齿槽的宽度而增大差速器传递转一矩的能力。明显地，本发明之差速器中阻挡嵌合机构分离阻挡和嵌合复位两过程， 机理简单，过程可靠，效果理想，差速器整体性能和寿命得到显著提升。另外，对于控制嵌合机构中阻挡工作面摩擦副自锁的最小升角5和最大 升角p,本说明书已经给出了清晰的定义，由此定义可轻易推导出其函数关 系式，该函数关系式仅与基本几何尺寸、轴向压力、周向摩擦力及相关摩擦 系数有关(对如图19所示的锥孔形滑动端面，则为当量摩擦系数)。弹簧54 、 约束弹簧192和周向约束摩擦力对5和p没有影响或影响甚微，摩擦系数对 5与p之间自锁区间的大小影响甚小。在整个差速器寿命周期内，入在5与 p所界定的自锁区间内的相对位置几乎不发生改变(假定摩擦系数为0.1且无 约束力，区间大小约11度)。所以，只要将阻挡嵌合机构中阻挡工作面的升 角入取在该区间的中间，就能确保阻挡嵌合机构在差速器的全寿命周期内恒 久地拥有摩擦自锁能力，都能可靠又有效地工作。因此，相对现有技术，阻 挡嵌合机构的可靠性与弹簧54的性能稳定与否无关，与其相关的故障必将大 幅减少。不仅可以撤销对它的苛刻要求，降低差速器装配工艺的要求和难度， 而且差速器的装配、维修装配均变得相对筒单，类似于组装，且保证质量， 所有零部件，只要合格，无论新旧，均不存在兼容性或选配性问题，更不存 在影响装配质量和使用性能的问题。图6示出了具有各种齿形的阻挡嵌合机构在阻挡工况中所有可能的对顶 接触情形。图6(d)~(i)t|5|<入< p ,表示的是可以实现分离齿齿顶零接触 摩擦，并具有磨损补偿功能的控制嵌合机构的所有齿形关系。图6(d)表示的 是P *入的情况；图6(e)-(i)表示的全是P =入且阻挡齿齿顶中部限位凸起的
齿侧面118与阻挡工作面176共面的特殊情形，该情形有利于加工制造。图 6(a)、图6(b)和图6(j)对应于过载分离后有碰撞式磨损的各种齿形关系。需要指出的是，本实施例中通过约束将阻挡环170静止在基准端面上只 是为了得到理想的性能和可靠性，并不是必需的。而约束的方式，也不限于 弹簧压缩一种，还可以是用磁性材料制作中心环150或阻挡环170的全部或 局部以造成二者磁性吸合的方式；还可以是将阻挡环170制成带定位轴肩的 弹性开口环，或制成带锥形回转面的弹性开口环，而该锥形回转面的弹性反 力的轴向分力又迫使其贴紧基准端面的自约束方式；还可以是径向弹性力作 用在阻挡环局部锥形回转面上以迫使其贴紧基准端面，比如弹簧滚珠或弹性 卡环等的径向压迫方式；或者还可以是如图7 -图11所示的方式等。如图7所示，V形槽卡环80的外圆面上开有截面为"V"型的周向凹槽， 该凹槽的两个侧面与阻挡环的相应锥形端面配合，卡环80的径向膨胀力会迫 使两端的阻挡环170始终贴紧在位于中心环150内的基准端面78上。图8所示的是以定位弹簧92将两端阻挡环170直接拉紧在中心环150的 基准端面78上的方式。在定位弹簧92和两阻挡环170的内轴肩端面之间隔 以垫圏86、垫圈90和滚珠88，以防止两端阻挡环周向联动。垫圏卯的内侧 均布有四个径向凸起104。定位拉簧92的相应端均布四个用最外圏弹簧钢丝 弯成的环形轴向凸起106，另一端则制成喇p八口形。装配的最后一步是，将垫 圏90的四个径向凸起104,由定位拉簧92凸起端的弹簧钢丝开头处，依次旋 转到弹簧的最外二圏之间，并到达各自对应的轴向凸起106所围成的通孔中。 也可以做这样的变型，即，取消垫圏86和该端的滚珠88;或者将定位拉簧 92制成双端都布有凸起106的对称形式，并以垫圈卯将取代垫圏86。如图9所示，定位环94的一端布置有外轴肩，另一端布置有内轴肩，该 内轴肩的内端面的全部或部分为锥孔面。滚珠88被分别布置在定位环94的 外轴肩与阻挡环170的内轴肩之间。两对称定位环94从两端分别压紧阻挡环 170后，其间间距仍大于零。卡环80外圆面上"V"型周向凹槽的侧面与定 位环94的相应锥孔面配合，并通过卡环80径向膨胀力的作用迫使两定位环 94将两阻挡环170拉紧在中心环150的基准端面78上。本方式也可以这样用波形弹簧代替一端的滚珠88，并把卡环80的V 形槽改成矩形槽；或用定位拉簧92代替卡环80,同时用若干个径向凸齿代替 定位环94的内轴肩；或直接将定位环94与阻挡环170做成刚性一体；或去 掉滚珠88和定位环94,加大卡环80的轴向尺寸，变成图7所示的形式。如图10所示，定位环108的一端布置有外轴肩100，另一端均布四个轴 向凸齿，该四个凸齿的顶端的内环侧均形成有径向凸齿96，两定位环108分 别从左右两端以交错嵌合的方式压紧相应端的阻挡环170， 一组滚珠88布置
在左端定位环108外轴肩100与阻挡环170的内轴肩之间，波形约束弹簧192 安装在右端定位环108的外轴肩100与阻挡环170的内轴肩之间，锁紧卡环 102安装在两交错嵌合的径向凸齿96之间，轴向限制住两定位环108，以确 保对约束弹簧192的压缩，从而确保两阻挡环170紧贴在基准端面78上。当然，也可以取消约束弹簧192或代之以滚珠88,并适当加深定位环108 的轴向齿槽98，同时用螺旋压簧代替锁紧卡环102，以该弹簧的轴向力来压 紧两端的阻挡环170。该螺旋压簧以上述的旋转方式ii^到位。图11所示的结构也是牙嵌差速器的典型形式，主要区别仅在于弹簧54 的作用形式有所改变，实质上与图2所示布局没有差别，在此不做重复叙述。 本方式中阻挡环170的定位方式与图2所示完全相同，只是阻挡环170的内 环轴肩径向上延伸了许多，以及约束弹簧192的轴向支撑面由花键毂60外花 键的端面换成为花键敎60的环状基体的端面。应该指出的是，本发明的约束弹簧192并不限于螺旋弹簧和波形弹簧二 种，膜片弹簧、碟形弹簧、弹性橡胶、弹性塑料等也都是等同者；而且约束 弹簧192的支撑环可以是花键毂、从动环、中心环、主动环及阻挡环自己。 在对阻挡环170实施约束之后，阻挡嵌合机构的分离阻挡和嵌合复位二过程 的准确性、可靠性和时效都得到可靠保障，其阻挡嵌合机构的性能几近理想 或完美。在阻挡嵌合机构的分离阻挡和嵌合复位二过程中，阻挡环170无需 作任何动作，所有必需的动作皆由从动环120这个导致分离阻挡和嵌合复位 动作的原动件自己来完成，从而将现有技术中:的同、步性、 一致性、弹簧54的上述二过程之外，消除了结构隐患，显著提升了差速器的可靠性和稳定性。需要说明的是，由于阻挡嵌合机构等的工作原理、关系和过程完全相同， 所以以下实施例中将不再给于重复说明，而只对具体结构进行必要解释。第二实施例如图12 ~图13所示。它是在径向上将第一实施例的控制嵌合 机构从分离嵌合机构与传力嵌合机构二者之内移动到二者之间所得到的方 案。因此该实施例几乎具有第一实施例的全部特点。具体区别在于，弹簧54 由周向上的多个组成，阻挡环170是一具有轴向基体的弹性开口环，该环与 中心环150间的回转摩擦面呈锥孔形，锥顶在阻挡环滑动端面190—端。从动环120的结构如图13所示。附属阻挡环径向上处于从动环传力齿环 与从动环分离齿环之间，直接割裂了部分从动环传力齿122与从动环分离齿 142的实体联系，从动环分离齿142齿宽减小的潜力明显小于第一实施例。如第一实施例所述，阻挡环170也可以是纯圆柱形的完整环，且无需给 予强制的轴向定位，代价是不能保证第一时间建立起零碰撞阻挡模式。或者， 将阻挡环170与中心环150之间的回转摩擦面制成轴肩定位的圓柱面形式，
也可以实现阻挡环170的轴向定位。或者，如图14所示，将阻挡环170制成 完整环，用不少于一个的轴向定位销82限制其轴向位置。定位销82轴向自 由地布置在位于附属阻挡齿齿根面210上的通孔中，其一端顶在独立阻挡齿 齿顶中部限位凸起的齿顶面184上，参见图4，另一端的端头小径上则套有外 径不大于定位销82外径的定位销压簧84，定位销压簧84再压在弹簧座50上。 从动环120轴向移动时，定位销82是不动的，相对阻挡环170,从动环120 的周向转动量不足以导致定位销82的端头脱离阻挡齿齿顶中部限位凸起的齿 顶面184。为减少摩擦力，可以在定位销82的头部钻孔以嵌入滚珠。图15~图16示出的是本发明的第三实施例。它是轴向上互换了第一实施 例中阻挡嵌合机构组成双方的位置所得到的方案。即，阻挡环170以从动环 120为其基准环，以从动环分离齿142的内环侧端面为基准端面，附属阻挡环 以中心环150为其属主环，附属阻挡齿202在内径端与中心环分离齿152连 成一体，参看图16。而且，约束弹簧192直接安装在两阻挡环170之间，两 花键毂60之间布置有隔套62。本实施例几乎具有第一实施例的全部特性。在从动环120做轴向分离移动时，约束弹簧192的压力会保证阻挡环170 同步跟随从动环120做轴向移动。以中心环150相对从动环120转动的^ 方式来理解阻挡嵌合机构的分离阻挡和嵌合复位过程，该二过程完全同于第 一实施例中所述过程，因此这里不做重复说明。很明显地，在本实施例中， 阻挡环170在阻挡嵌合机构分离阻挡过程中是加速转动和轴向移动的，而在 第一实施例中却是惰性的和静止的，因此，本实施例显然存在惯性问题和同 步性问题。而为了确保动作的同步性，约束弹簧192的刚度应显著加大，因 此，磨损也将相对加大。所以，本实施例稍逊于第一实施例。需要指出的是，为减少磨损和相互干涉，可以用垫團和一组滚珠来间隔 开阻挡环170与约束弹簧192。或者，取消约束弹簧192，直接将阻挡环170 做成弹性开口环，令其外圆面带有锥度或定位轴肩。另外，如图16(c)所示， 附属阻挡齿202的齿根面210低于中心环分离齿齿根面158,其齿侧面与中心 环分离齿齿側面156共面，其齿顶面206与中心环分离齿齿顶面154共面， 其中简化结构的考虑与图3中的一样，这里不再重复。更自由地，附属阻挡 齿阻挡工作面204可以高于也可以低于中心环分离齿202的齿顶面154,甚至 可以低于中心环分离齿202的齿根面158，参看图18。本发明的第四实施例如图17~图18所示。它是轴向上互换了第二实施例 中阻挡嵌合机构组成双方的位置所得到的方案。即，带定位轴肩或锥形回转 面的弹性开口阻挡环170以从动环120为其基准环，嵌装在从动环传力齿122 与从动环分离齿142之间的环状凹槽内，以该凹槽内壁为基准端面，附属阻 挡环以中心环150为其属主环，附属阻挡齿202在外径端与中心环分离齿152
连成一体。附属阻挡齿齿顶面206与中心环分离齿齿^f艮面158同高，这将有 利于加工，而且附属阻挡齿齿側面208与附属阻挡齿齿根面210的夹角可以 带有一定的过渡圆。所以，本实施例几乎具有第二实施例的全部特性。与第三实施例一样，本实施例中阻挡环170也是轴向移动的，不如以中 心环150为基准环的方案那样可靠和简单。容易理解，本实施例缩小从动环 分离齿142齿宽的能力要小于第一、第三实施例，力学性能和制作工艺也相 对较差，虽不是好选择，但在所述的其它方面仍优于现有技术方案。图19~图20示出的是本发明中唯一具有径向型P艮位嵌合机构的实施例。 与图1所示实施例相比，其关键不同在于，附属阻挡环与附属限位环之间是 周向固定而不是刚性一体的，它们一个附属在从动环120上， 一个附属在花 键毂60上，而且所有阻挡工作面的升角为零度。另外，阻挡环170的内环面 上形成有三个径向凸起129，与花键毂60相应位置上形成的限位凹槽222构 成径向限位嵌合机构。该机构的周向自由度X大于阻挡嵌合机构的入口裕度 K,且该两个嵌合机构周向上可同步居中嵌合。阻挡嵌合机构进入阻挡工况之 后，在键毂60将通过径向凸起194驱动阻挡环170—体转动，并保持住阻挡 嵌合机构的阻挡工况。另外，阻挡环170的滑动端面l卯是一个与回转轴线 的夹角不等于卯度的锥形孔面，有助于提升5值，对阻挡环170的约束能力， 以及阻挡嵌合机构的可靠性。明显地，也可以将径向型P艮位嵌合机构的限位凹槽222布置到阻挡环170 的内环面上，而将径向凸起129布置到花键毂60上。两种布置方式，其制造 工艺和装配工艺均优于现有技术的。另外，如果将本实施例中的阻挡嵌合机 构径向上上升到分离嵌合机构与传力嵌合机构之间，相应地，仅有一个径向 齿的附属限位环与主动环110刚性一体，所述两附属环之间的周向固定关系 就变成了周向限定关系，这就是现有技术方案，本发明广义上的特例。参见图20,阻挡嵌合机构中所有阻挡工作面的升角均为零。因此，受参 数^〈Dc的限制，分离嵌合机构与阻挡嵌合机构不可能同时对顶接触，即， 阻挡工况中分离齿齿顶之间的摩擦是碰撞式的，参看图6(j)。阻挡嵌合机构也 不具备补偿摩损的能力。除此之外，本实施例几乎具有第一实施例的全部特 性，包括嵌合复位时由非自锁特性带来的嵌合可靠性。因为，阻挡环170至 少在分离齿相互碰撞时可暂此脱离与附属阻挡齿202的接触，而被约束弹簧 192静止在中心环150的基准端面上，等同于阻挡嵌合;f几构不能自锁。当然，也可以将本实施例中阻挡嵌合机构的阻挡工作面的升角取在摩擦 角区间内，即，|5|<X《p，这样就可以实现分离齿间的零碰撞滑动摩擦的 工作模式，但这就是第一而非本实施例了。即便是只追加有限位凸起182，也 还存在这种可能，因为两种限位嵌合机构不可能同时发挥作用。在图21所示的简化结构的应用实例中，轮齿58直接形成在主动环110 的外圆柱面上，两侧从动环120与花键毂60分别制成一体，且花键内孔是一 密封盲孔，密封圏66布置在差速器壳体与花键毂60之间，阻挡环l罚为锥 孔形弹性开口环。另外，中心环拆卸孔160^i殳置在中心环150上。本最简结构形式可传递大转矩，非常适用于各种自动推进机器以及轻载 车辆的差速系统，如扫雪机、剪草机、修剪机、混凝土切割机、沥青切割机、 高尔夫球车、手扶拖拉机、各种微小型农机具等。图22示出的是本发明的又一种筒化结构的应用实例，即拖拉机差速器应 用形式。对比图21，图22所示相当于将其花键毂60上的传力齿130由内圆 柱面上改到了外圆柱面上，而无传递转矩和转动任务的两半轴则合并为一根 仅起径向定位作用的转向通轴68,主动环110等等所有构件轴向浮动于其上。该实施例适用于手扶拖拉机的转向系统，特别是有导向轮或导向作用的 方向盘的使用场合，可减轻驾驶者的劳动强度，提升车辆安全和操作性能。理解了本发明的思想后，很容易想到将阻挡嵌合机构布置到传力嵌合机 构径向之外的结构形式，只是那不是好的选择，不仅残余转矩过大，而且也 不太好装配。另外，弹簧54也可以是膜片弹簧等其它任何的压缩弹簧。以上仅仅是本发明针对其有限实施例给予的描述和图示，具有 一定程度 的特殊性，但应该理解的是，所提及的实施例都是用来进行说明的，其各种 变化、等同、互换以及更动结构或各构件的布置，都将被认为未脱离开本发 明构思的精神和范围。
权利要求
1.一种基本型牙嵌式自锁差速器，包括主动环、中心环、从动环、阻挡环、弹簧、弹簧座、花键毂、卡环、附属阻挡环以及附属限位环，中心环嵌于主动环内孔中并被卡环轴向固定，弹簧安装在从动环与弹簧座之间，花键毂与从动环周向固定；主动环的轴向两端都布置有在两个方向上相对转动均可传递转矩的传力嵌合机构，由主动环与从动环轴向嵌合而成，该两个环的嵌合端面上都布置有径向型传力齿；在两个方向上相对转动均可导致自身分离的分离嵌合机构，轴向上径向上均位于传力嵌合机构之内，由中心环与从动分离环轴向嵌合而成，该两个环的嵌合端面上都布置有径向型分离齿；所述从动分离环与从动环形成为一体；以及阻止超越分离状态下的分离嵌合机构嵌合的阻挡嵌合机构，由所述阻挡环和附属阻挡环轴向嵌合而成，该两个环上都形成有具有轴向阻挡作用的径向型阻挡齿；所述阻挡嵌合机构的最小阻挡高度，大于所述传力嵌合机构的全齿嵌合深度，小于所述分离嵌合机构的全齿嵌合深度；其特征在于还布置有对所述阻挡嵌合机构中阻挡环的周向相对位置实施限制的限位嵌合机构，由所述阻挡环和所述附属限位环组成；所述附属限位环与其属主环形成为一体，且所述附属限位环与所述附属阻挡环周向固定；所述阻挡嵌合机构的轴向分离距离大于所述最小阻挡高度时，所述限位嵌合机构的周向自由度，大于所述阻挡嵌合机构的入口裕度。
2. 按权利要求1所述的自锁差速器，其特征在于所述阻挡嵌合机构， 轴向上位于所述分离嵌合机构之内或所述传力嵌合机构之内，径向上位于所 述传力嵌合机构和所述分离嵌合机构二者之内、之间或之外；所述附属阻挡 环与其属主环形成为一体，该属主环是组成所述分离嵌合机构或所述传力嵌 合机构的任一一方构件；所述阻挡环受基准环基准端面的单向支撑，其滑动 端面与该基准端面构成周向自由滑动摩擦副；所述基准环是所述分离嵌合机 构中或所述传力嵌合机构中与所述附属阻挡环的属主环轴向相对的一方构 件。
3. 按权利要求l所述的自锁差速器，其特征在于(a) 所述阻挡环安装在中心环的端面圆形凹槽内，所述附属阻挡环的属 主环是从动环，所述附属限位环的属主环是花键毂，所述附属限位环直接面 对所述阻挡环的内圆柱面；(b) 所述限位嵌合机构，是一个布置在所述附属限位环与所述阻挡环的 内圆柱面之间的销槽式径向嵌合机构。
4. 按权利要求l所述的自锁差速器，其特征在于(a) 所述附属限位环与所述附属阻挡环为同一个环，所述限位嵌合机构 与所述阻挡嵌合机构重合后构成一控制嵌合机构，该控制嵌合机构中，所述 阻挡齿同时也是P艮位齿，其附属阻挡齿同时也是附属限位齿；(b) 所述控制嵌合机构中，阻挡齿和附属阻挡齿双方每个齿顶面的两側 分别对应地形成有两个阻挡工作面，该两个阻挡工作面是升角不大于p的螺 旋面，且至少在其中一个齿顶面的中部形成有限位凸起，这里，p是能够令 阻挡工况中由双方阻挡工作面轴向接触所形成的静摩擦副成功自锁的阻挡工 作面的最大升角；(c) 所述限位嵌合机构的最大限位嵌合深度，大于所述分离嵌合机构的 全齿嵌合深度。
5. 按权利要求4所述的自锁差速器，其特征在于所述控制嵌合机构中 限位凸起的两个侧面，是升角为P的螺旋面，|5|<P<180° ,其中，|5|是 能够令阻挡工况中由阻挡齿阻挡工作面和附属阻挡齿阻挡工作面轴向接触所 形成的静摩擦副成功自锁的阻挡工作面的最小升角的绝对值。
6. 按权利要求1~5任一项所述的自锁差速器，其特征在于(a) 所述从动环分离齿与从动环传力齿或者与该从动环传力齿连成径向 一体的附属阻挡齿径向上直接相邻时，所述从动环分离齿与该直接相邻齿以 这样的效果在径向上连成完整的一体，即，在以从动环传力齿齿槽轮廓面的 径向延伸面为界切削掉从动环分离齿的部分齿体后，所述分离嵌合机构的周 向自由度保持不变；(b) 所述附属阻挡齿与附属阻挡环的属主环上的径向端面齿或与该端面 齿连成径向一体的其它径向端面齿，以所述属主环上的径向端面齿的齿槽轮 廓面的径向延伸面为界切削掉附属阻挡齿的部分齿体的形式，在径向上连成 完全的一体；所述属主环上的径向端面齿是主动环传力齿、从动环传力齿或 中心环分离齿。
7. 按权利要求6所述的自锁差速器，其特征在于在保持所述分离嵌合 机构周向自由度不变的前提下，可以减小从动环分离齿的齿厚，同时相应对 等地增大中心环分离齿的齿厚。
8. 按权利要求1~5任一项所述的自锁差速器，其特征在于通过约束可 将嵌合状态中的阻挡环相对静止在基准环的基准端面或基准圆柱面上。
9. 按权利要求1~5任一项所述的自锁差速器，其特征在于将阻挡环视 为环状基体和端面径向齿两部分组成的环状构件，所述端面径向齿形成在所 述环状基体的内或外圆柱面上。
10. 按权利要求1~5任一项所述的自锁差速器，其特征在于在主动环 或中心环上的中心环拆卸孔中，安装有被径向限位的限位销钉，该限位销钉 的头部径向嵌入中心环或主动环上对应圆柱面上的凹槽中，周向上位于所述 卡环的缺口内，构成对主动环与中心环之间的周向相对位置予以限定的中心 环限位机构，该机构的周向自由度不小于所述传力嵌合机构的周向自由度。
全文摘要
一种基本型牙嵌式自锁差速器，具有零碰撞、高可靠性、高寿命的特点。其特征在于，从动环上传力齿、分离齿和附属阻挡齿连成一体；阻止差速状态下的传力和分离两嵌合机构嵌合的自限位型阻挡嵌合机构，轴向上位于两机构之内，径向上位于两机构之内、之间或之外，其组成双方的阻挡工作面的升角足以确保双方抵触的摩擦自锁及稳定，令其具备自适应分离轴距变化和自动补偿磨损的能力，令差速工况中分离齿间恒久地保持零碰撞的滑转模式，令其自身的分离阻挡和嵌合复位二过程绝对可靠，与从动环压紧弹簧参数的稳定性毫无关系，双侧从动环同时分离从此再也不是个问题。差速器制造工艺明显改善，装配难度大幅降低，性能、寿命、互换性等显著提升。
文档编号F16H48/20GK101118005SQ20071015215
公开日2008年2月6日 申请日期2007年9月18日 优先权日2007年9月18日
发明者涛 洪 申请人:涛 洪