差速器及其工作方法、车辆与流程

[0001]
本发明涉及车辆的差速领域，具体地涉及一种车辆用差速器、该差速器的工作方法以及包括上述差速器并且采用上述工作方法的车辆。


背景技术：

[0002]
在现有技术中，差速器通常使用在车辆的传动机构中，在具有四驱功能(包括适时四驱和全时四驱)的车辆中，需要中央差速器在车辆的前轴和后轴(简称前后轴)之间分配扭矩。冠齿轮差速器是一种常用的中央差速器，冠齿轮差速器的冠齿轮分别与车辆的前后轴传动联接，通过调节冠齿轮的啮合部位，可以在车辆的前轴和后轴之间实现固定比例的扭矩分配。
[0003]
虽然这种冠齿轮差速器与其它类型的中央差速器相比扩大了车辆的前后轴之间的扭矩分配范围，但是当前后轴的牵引力损失超过扭矩分配极限时，动力会从打滑的车轴损失掉。因此，本领域技术人员期望扩大车辆的前后轴之间的扭矩分配范围，从而减少由于打滑导致车辆动力损失的情况。


技术实现要素：

[0004]
基于上述现有技术的缺陷而做出了本发明。本发明的发明目的在于提供一种新型的差速器及其工作方法，该差速器与现有的冠齿轮差速器相比能够扩大车辆的第一轴和第二轴(例如，前轴和后轴)之间的扭矩分配范围，从而减少由于打滑导致车辆动力损失的情况。本发明的另一发明目的在于提供包括该差速器并且采用其工作方法的车辆。
[0005]
为了实现上述的发明目的，本发明可以采用如下的技术方案。
[0006]
本发明提供了一种如下的差速器，所述差速器具有轴向、径向和周向并且包括：
[0007]
支架，所述支架能够绕着其中心轴线进行周向转动；
[0008]
两个冠齿轮，所述两个冠齿轮以与所述支架同轴的方式分别设置于所述支架的轴向两侧且能够绕着所述中心轴线相对于所述支架自由转动，所述两个冠齿轮分别用于与车辆的第一轴和第二轴传动联接；
[0009]
多个差速轮轴，所述多个差速轮轴设置于所述支架，使得，各所述差速轮轴能够随着所述支架一起进行所述周向转动并且各所述差速轮轴能够相对于所述支架进行预定范围的摆动；以及
[0010]
多个差速齿轮，所述多个差速齿轮与所述两个冠齿轮始终处于啮合状态，所述多个差速齿轮分别安装于所述多个差速轮轴使得，各所述差速齿轮能够随着对应的所述差速轮轴一起进行所述周向转动，同时各所述差速齿轮能够绕着对应的所述差速轮轴转动，并且各所述差速齿轮能够随着对应的所述差速轮轴相对于所述支架的摆动而摆动，使得所述差速齿轮能够与所述两个冠齿轮的不同径向部位啮合以在所述第一轴和所述第二轴之间分配扭矩。
[0011]
优选地，所述支架包括支架主体以及与所述支架主体固定且从该支架主体朝向径
向外侧延伸的多个轮轴安装部，并且
[0012]
各所述差速轮轴安装于对应的所述轮轴安装部的自由端部，并且能够绕着沿与所述轴向正交的方向延伸的摆动轴线进行所述摆动。
[0013]
更优选地，所述差速齿轮的中心部位形成有孔部，
[0014]
所述孔部的径向外侧部分形成为对应安装于所述差速轮轴的安装部分，并且
[0015]
所述孔部的径向内侧部分形成为与所述轮轴安装部对应且朝向径向外侧渐缩的避让部分，使得所述差速齿轮随着所述差速轮轴的摆动而摆动的过程中不与所述轮轴安装部发生干涉。
[0016]
更优选地，在所述差速器的沿着所述轴向和所述径向截取的截面图中，所述两个冠齿轮和所述差速齿轮彼此接合的接合部位形成为弧形形状，所述弧形形状的圆心位于所述摆动轴线上。
[0017]
更优选地，所述支架还包括与所述支架主体固定且从所述支架主体朝向径向外侧延伸的主驱动销，所述主驱动销与所述轮轴安装部在所述周向上间隔开地分布，所述主驱动销用于接收来自差速器壳体的扭矩以驱动所述支架进行所述周向转动。
[0018]
更优选地，所述主驱动销和所述轮轴安装部以沿着所述周向交替设置的方式在整周上均匀分布。
[0019]
本发明还提供了一种以上技术方案中任意一项技术方案所述的差速器的工作方法，在所述工作方法中，所述差速齿轮随着对应的所述差速轮轴的摆动而摆动，
[0020]
当所述多个差速齿轮与所述两个冠齿轮的相同径向部位啮合时，经由所述差速器传递到所述第一轴的扭矩与经由所述差速器传递到所述第二轴的扭矩相同；并且
[0021]
当所述多个差速齿轮与所述两个冠齿轮的不同径向部位啮合时，经由所述差速器传递到所述第一轴的扭矩与经由所述差速器传递到所述第二轴的扭矩不同。
[0022]
优选地，在所述工作方法中，
[0023]
当所述两个冠齿轮中的第一冠齿轮与所述多个差速齿轮啮合的径向部位比所述两个冠齿轮中的第二冠齿轮与所述多个差速齿轮啮合的径向部位靠径向外侧时，经由所述差速器传递到所述第一轴的扭矩大于经由所述差速器传递到所述第二轴的扭矩；并且
[0024]
当所述第一冠齿轮与所述多个差速齿轮啮合的径向部位比所述第二冠齿轮与所述多个差速齿轮啮合的径向部位靠径向内侧时，经由所述差速器传递到所述第一轴的扭矩小于经由所述差速器传递到所述第二轴的扭矩。
[0025]
本发明还提供了一种如下的车辆，其包括以上技术方案中任意一项技术方案所述的差速器并且采用以上技术方案中任意一项技术方案所述的工作方法。
[0026]
优选地，所述差速器为中央差速器，所述第一轴为前轴，所述第二轴为后轴。
[0027]
通过采用上述的技术方案，本发明提供了一种新型的差速器、该差速器的工作方法以及包括这种差速器并且采用其工作方法的车辆。在该差速器中，支架能够接收外部扭矩以进行周向转动，两个冠齿轮用于分别与车辆的第一轴和第二轴(例如，前轴和后轴)传动联接并且能够相对于支架自由转动；多个差速轮轴以能够随着支架一起进行周向转动的方式设置于支架并且能够相对于支架进行预定范围的摆动；多个差速齿轮与两个冠齿轮始终处于啮合状态，各差速齿轮能够随着对应的差速轮轴一起进行周向转动的同时还能够绕着该差速轮轴转动的方式设置于该差速轮轴，而且各差速齿轮能够随着对应的差速轮轴的
摆动而摆动，使得差速齿轮能够与两个冠齿轮的不同径向部位啮合，从而实现在车辆的第一轴和第二轴之间进行扭矩分配。
[0028]
这样，通过差速齿轮随着差速轮轴的摆动使得差速齿轮能够与两个冠齿轮的不同径向部位啮合，从而以相对简单的结构改进大幅扩大了经由包括差速齿轮和两个冠齿轮的传动机构在车辆第一轴和第二轴之间的扭矩分配范围，并且还能够使得在车辆第一轴和第二轴之间的扭矩分配方式更灵活，从而减少由于打滑导致车辆动力损失的情况。
附图说明
[0029]
图1是示出了根据本发明的一实施方式的差速器的立体结构示意图。
[0030]
图2a是示出了图1中的差速器的第一工作状态的示意图；图2b是示出了图1中的差速器的第二工作状态的示意图；图2c是示出了图1中的差速器的第三工作状态的示意图。
[0031]
附图标记说明
[0032]
1支架 11支架主体 12轮轴安装部 13主驱动销
[0033]
21第一冠齿轮 21s第一接合面 22第二冠齿轮 22s第二接合面
[0034]
3差速轮轴
[0035]
4差速齿轮 4s差速齿轮接合面 4h1安装部分 4h2避让部分
[0036]
a轴向 r径向。
具体实施方式
[0037]
以下将对本发明的具体实施方式进行说明。
[0038]
根据本发明的差速器(下述支架主体)具有中心轴线并且整体能够绕着该中心轴线转动，如无特殊说明，本发明的“轴向”、“径向”和“周向”分别是指沿下述支架主体的中心轴线的方向以及支架主体的径向和周向，“轴向一侧”是指图2a至图2c中的左侧，“轴向另一侧”是指图2a至图2c中的右侧。另外，在本发明中，“传动联接”是指两个部件之间能够传递驱动力/扭矩地直接连接或者间接连接。
[0039]
以下结合说明书附图对本发明的一实施方式的差速器的结构进行说明。
[0040]
如图1和图2a至图2c所示，根据本发明的一实施方式的差速器包括组装在一起的差速器壳体(未示出)、支架1、两个冠齿轮21和22、两个差速轮轴3以及两个差速齿轮4。
[0041]
在本实施方式中，支架1安装于差速器壳体的内部并且能够在差速器壳体的带动下绕着其中心轴线(支架主体11的中心轴线)沿着周向进行周向转动。支架1包括固定在一起的支架主体11、轮轴安装部12和主驱动销13，轮轴安装部12用于供差速轮轴3安装并支撑差速轮轴3，主驱动销13用于接收来自差速器壳体的扭矩以驱动支架1进行周向转动。
[0042]
具体地，支架主体11具有大致圆柱形状并且支架主体11的中心轴线与差速器的中心轴线一致。两个轮轴安装部12和两个主驱动销13以沿着周向交替设置的方式在整周上均匀分布，使得主驱动销13与轮轴安装部12在周向上间隔开地均匀分布。在本实施方式中，两个轮轴安装部12在周向上间隔180度且与支架主体11形成为一体，使得两个轮轴安装部12从该支架主体11的侧壁的在轴向a上的中央部位朝向径向外侧直线状地延伸。在本实施方式中，两个主驱动销13在周向上间隔180度，两个主驱动销13由单一杆状件插入穿过形成于支架主体11形成的通孔而形成，使得两个主驱动销13从支架主体11的侧壁的在轴向a上的
中央部位朝向径向外侧直线状地延伸。
[0043]
在本实施方式中，两个冠齿轮21、22安装于差速器壳体的内部，并且两个冠齿轮21、22以与支架1同轴的方式分别设置于支架1的轴向两侧且能够绕着各自的中心轴线相对于支架1沿着周向自由转动。
[0044]
具体地，两个冠齿轮21、22中的第一冠齿轮21位于支架1的轴向一侧位置，第一冠齿轮21用于与车辆的前轴传动联接。两个冠齿轮21、22中的第二冠齿轮22位于支架1的轴向另一侧位置，第二冠齿轮22用于与车辆的后轴传动联接。这样，根据本发明的差速器能够经由两个冠齿轮21、22将扭矩传递到车辆的前后轴。另外，在本实施方式中，第一冠齿轮21和第二冠齿轮22具有相同的尺寸和结构，第一冠齿轮21的形成有轮齿的第一接合面21s与第二冠齿轮22的形成有轮齿的第二接合面22s在轴向a上相对，使得位于两个冠齿轮21、22之间的差速齿轮4能够同时与两个冠齿轮21、22始终处于啮合状态。
[0045]
在本实施方式中，各差速轮轴3为直线状延伸的轴，各差速轮轴3的一端部安装于对应的轮轴安装部12，具体地通过例如销轴安装于对应的轮轴安装部12的远离支架主体11的自由端部，使得差速轮轴3不仅能够随着支架1一起进行周向转动，而且各差速轮轴3能够绕着沿与轴向a正交的方向延伸的摆动轴线相对于轮轴安装部12进行预定范围的摆动，该摆动轴线还可以与轮轴安装部12的延伸方向正交。差速轮轴3的摆动可以由图中未示出的致动机构(例如步进电机等)实现。
[0046]
在本实施方式中，两个差速齿轮4分别安装于对应的差速轮轴3并且均与两个冠齿轮21、22始终处于啮合状态。这样，在车辆的前后轴不存在转速差的情况下，两个差速齿轮4与两个冠齿轮21、22保持相对静止并且一起随着支架1进行周向转动；当车辆的前后轴存在转速差的情况下，两个差速齿轮4与两个冠齿轮21、22以保持彼此啮合的状态下相应地转动，从而实现差速功能。
[0047]
各差速齿轮4的中心部位形成有沿着差速齿轮4的轴向a贯通的孔部。一方面，该孔部的径向外侧部分形成为对应安装于差速轮轴3的安装部分4h1，从而能够将差速齿轮4套装于对应的差速轮轴3，使得各差速齿轮4不仅能够在随着对应的差速轮轴3一起进行周向转动的同时绕着该差速轮轴3转动，而且各差速齿轮4能够随着对应的差速轮轴3的摆动进行摆动。另一方面，孔部的径向内侧部分形成为与轮轴安装部12对应且朝向径向外侧渐缩的避让部分4h2，使得差速齿轮4随着差速轮轴3的摆动进行摆动的过程中不与轮轴安装部12发生干涉(如图2b和图2c所示)，从而差速齿轮4能够与两个冠齿轮21、22的不同径向部位啮合，以向车辆的前后轴传递不同的扭矩来进行扭矩分配。
[0048]
为了在差速齿轮4与两个冠齿轮21、22始终处于啮合状态的情况下使差速齿轮4随着差速轮轴3的摆动不受到妨碍，在本实施方式中，在沿着轴向a和径向r截取的截面图中(如图2a至图2c所示)，两个冠齿轮21、22和差速齿轮4接合的接合部形成为圆心位于摆动轴线上的弧形形状，也就是说两个冠齿轮21、22的第一接合面21s和第二接合面22s以及差速齿轮4的差速齿轮接合面4s均形成为圆心位于摆动轴线上的弧形形状。
[0049]
以上说明了根据本发明的一实施方式的差速器的结构，以下将说明该差速器的用于在车辆的前后轴进行扭矩分配的工作方法。
[0050]
在该工作方法中，通过利用例如步进电机等的致动机构(未示出)能够实现差速轮轴3和差速齿轮4一起摆动，从而使得差速齿轮4与两个冠齿轮21、22的期望的径向部位啮
合，以实现如下的扭矩分配功能。
[0051]
a.如图2a所示，差速器处于第一工作状态，当利用致动机构使两个差速齿轮4与两个冠齿轮21、22的相同径向部位啮合时，由于两个差速齿轮4向两个冠齿轮21、22提供的啮合力的大小相同，而且作用于两个冠齿轮21、22的啮合力距离中心轴线的力臂相同，由此两个差速齿轮4向两个冠齿轮21、22传递的扭矩相同，从而经由差速器传递到前轴的扭矩与经由差速器传递到后轴的扭矩相同。
[0052]
b.如图2b和图2c所示，差速器处于第二工作状态和第三工作状态，当利用致动机构使两个差速齿轮4与两个冠齿轮21、22的不同径向部位啮合时，由于两个差速齿轮4向两个冠齿轮21、22提供的啮合力的大小相同，但是作用于两个冠齿轮21、22的啮合力距离中心轴线的力臂不同，由此两个差速齿轮4向两个冠齿轮21、22传递的扭矩不同，从而经由差速器传递到前轴的扭矩与经由差速器传递到后轴的扭矩不同。
[0053]
更具体地，在经由差速器传递到前轴的扭矩与经由差速器传递到后轴的扭矩不同的情况下，如图2b所示，当第一冠齿轮21与两个差速齿轮4啮合的径向部位比第二冠齿轮22与两个差速齿轮4啮合的径向部位靠径向外侧时，经由差速器传递到前轴的扭矩大于经由差速器传递到后轴的扭矩；如图2c所示，当第一冠齿轮21与两个差速齿轮4啮合的径向部位比第二冠齿轮22与两个差速齿轮4啮合的径向部位靠径向内侧时，能够使得经由差速器传递到前轴的扭矩小于经由差速器传递到后轴的扭矩。
[0054]
这样，在根据本发明的差速器中，通过差速齿轮4随着差速轮轴3的摆动进行摆动，与差速齿轮位置/姿势固定的冠齿轮差速器相比，不仅能够扩大经由差速齿轮4与两个冠齿轮21、22构成的齿轮副传递到车辆的前后轴的扭矩分配范围，而且能够更灵活地对车辆的前后轴进行扭矩分配。
[0055]
此外，本发明还提供了优选具有四驱功能的车辆，该车辆以具有如上结构的差速器作为中央差速器，并且采用上述差速器的工作方法，从而根据需要在车辆的前后轴之间分配扭矩。
[0056]
在以上的内容中对本发明的技术方案进行了详细的阐述，以下进行补充说明。
[0057]
i.虽然在以上的具体实施方式中未明确说明，但是应当理解，根据本发明的差速器在现有的冠齿轮差速器的基础上进行较小的结构变化就能够实现大幅扩大车辆的前后轴之间的扭矩分配范围的效果。由此，该差速器的整体结构紧凑并且成本较低。
[0058]
另外，当进行扭矩分配时，当车辆行驶在冰雪路面上时可以将大部分扭矩分配至车辆的前轴，当车辆行驶在坡道路面上时可以将大部分扭矩分配至车辆的后轴。
[0059]
ii.虽然在以上的具体实施方式中说明了根据本发明的差速器用作中央差速器，但是本发明不限于此，该差速器还可以用作前轴差速器或后轴差速器。在本发明中，前轴是指车辆前桥的两根半轴，后轴是指车辆后桥的两根半轴。这样，在本发明中，可是采用如下的方案：前轴对应于第一轴且后轴对应于第二轴；或者前桥的一根半轴对应于第一轴且前桥的另一根半轴对应于第二轴；或者后桥的一根半轴对应于第一轴且后桥的另一根半轴对应于第二轴。
[0060]
iii.虽然在以上的具体实施方式中没有明确说明，但是应当理解，差速轮轴3和差速齿轮4的数量不限于上述具体实施方式的技术方案，而是可以根据需要设置任意数量。另外，为了保证作用于第一冠齿轮21的啮合力平衡，可以使所有差速齿轮4与第一冠齿轮21的
相同的径向部位啮合，这也适用于所有差速齿轮4与第二冠齿轮22的啮合关系。