内齿轮驱动式双相外凸轮激波汽车差速器的制造方法
【专利摘要】内齿轮驱动式双相外凸轮激波汽车差速器，属于机械传动技术领域，本实用新型提供一种新型汽车差速器，其外齿内中心轮的外部是直齿圆锥齿轮、内部是内齿轮，动力由外齿内中心轮外部的锥齿轮输入，经外齿内中心轮的内齿轮传给滚柱，滚柱再将动力传给与左车轮固联的左半轴架和与右车轮固联的右半轴两相外凸轮，从而使左、右车轮实现差速，该汽车差速器省去了传统汽车差速器中的行星齿轮系统，且其滚柱与左半轴架、外齿内中心轮及右半轴两相外凸轮均为滚动接触联接，故结构更加紧凑，体积小，重量轻，多齿啮合、重合度最高达到50％，可广泛应用于需要差速器的各种轮式车辆，如一般的汽车、工程车辆等。
【专利说明】
内齿轮驱动式双相外凸轮激波汽车差速器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种内齿轮驱动式双相外凸轮激波汽车差速器，用于轮式车辆的差 速，属于机械传动技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前常用的汽车差速器均采用由多个直齿圆锥齿轮组成的行星齿轮系统来实现 差速的目的，虽然该系统能够实现汽车左、右半轴差速的功能，但该系统构件较多，轴向及 径向尺寸都大、体积大、重量较重，特别是对于重型汽车而言，为了能实现差速并传递足够 的动力，则体积和重量会进一步增加;直齿圆锥齿轮传动还具有重合度低，故承载能力低， 传动效率不高，直齿圆锥齿轮加工困难，工艺性较差等缺点。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是:为克服现有汽车差速器存在的上述缺点，本发明提供一种结构 简单紧凑、轴向和径向尺寸小、重量轻、重合度高达50%、承载能力大、传动效率高的新型差 速器一一内齿轮驱动式滚柱活齿双相外凸轮激波汽车差速器。
[0004] 本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：1.内齿轮驱动式滚柱活齿双相外 凸轮激波汽车差速器，主要由外齿内中心轮（1)、左半轴架（2)、圆锥滚子轴承（3)、右半壳 (4)、滚柱(5)、右半轴两相外凸轮(6)、深沟球轴承(7)、螺钉(8)、深沟球轴承(9)、活齿套筒 (10)、小轴（12)、圆柱滚子轴承（13)、深沟球轴承（14)、套筒垫片（17)组成，其特征在于:摒 弃了传统汽车差速器的行星齿轮系统，代之以"外齿内中心轮一一滚柱一一两相外凸轮"系 统，该系统主要包括外齿内中心轮（1)、左半轴架(2)、滚柱(5)、右半轴两相外凸轮(6)，以此 系统实现差速，构成了差速器机构；外齿内中心轮（1)的外部是直齿圆锥齿轮、内部是具有 多个凸出部分的内齿轮，其凸出部分的个数即为外齿内中心轮（1)的齿数，记为Ζ:，故外齿 内中心轮（1)既是主减速器的一个锥齿轮，又是差速器机构中的内齿轮，外齿内中心轮（1) 将主减速器和差速器有机地合为一体，外齿内中心轮（1)与右半壳(4)通过螺钉(8)固定联 接成一个整体并由一对圆锥滚子轴承(3)支撑在机架上；左半轴架(2)的左端为左半轴，左 半轴架(2)的左端与左边车轮（15)相固联、右端装于外齿内中心轮（1)的内齿轮中，左半轴 架(2)的右端为套筒结构，沿该套筒周向开有Z 2个径向导槽，该导槽内装有滚柱(5)，左半轴 架(2)由一对深沟球轴承（14)支撑在外齿内中心轮（1)中；外齿内中心轮（1)的内齿轮齿廓 曲线是滚柱(5)-方面随左半轴架(2)转动，另一方面又在左半轴架(2)的径向导槽中移动 的过程中所处一系列位置的包络线;右半轴两相外凸轮(6)的左端为两相外凸轮，该两相外 凸轮自身形状呈180°中心对称，自身质量完全平衡，其轮廓曲线为标准椭圆曲线，或为双相 余弦曲线，或为双偏心圆弧曲线，右半轴两相外凸轮(6)内嵌于左半轴架(2)的右端套筒结 构内，右半轴两相外凸轮(6)的右端为右半轴，右半轴两相外凸轮(6)通过右半轴与右边车 轮（16)固联在一起，右半轴两相外凸轮(6)的左端通过深沟球轴承(9)支承于左半轴架(2) 之内，右端通过深沟球轴承(7)支承于右半壳(4)之内；上述滚柱由活齿套筒（10)、圆柱滚子 轴承（13)、小轴（12)组成，小轴（12)上一部分装有圆柱滚子轴承（13)，圆柱滚子轴承（13)上 与活齿套筒过盈配合。小轴（12)，活齿套筒（10)都具有局部自由度，使得小轴（12)与左半轴 架(2)形成的高副为纯滚动，同样使得活齿套筒与外齿内中心轮(1)的内齿廓和右半轴两相 外凸轮(6)形成的高副为纯滚动，在左半轴架(2)的右端套筒结构上沿径向开有沟槽，滚柱 (5)装在左半轴架(2)的右端径向导槽内，其小轴（12)与左半轴架(2)的径向导槽组成滚动 联接关系，使滚柱(5)与左半轴架(2)之间的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦;滚柱(5)的活齿 套筒（10)的外圆柱表面与外齿内中心轮（1)的内齿轮齿廓和右半轴两相外凸轮(6)的外轮 廓分别相啮合各组成一个滚动高副；外齿内中心轮（1)的齿数Zi和滚柱(5)的数目Z 2相差为 2〇
[0005] 本发明差速器其它未提及的地方，如左半轴架（2)、右半轴两相外凸轮(6)与车辆 车轮的联接等均采用现有技术。
[0006] 与已有技术相比本发明的主要发明点在于：
[0007] ①本发明用"外齿内中心轮--滚柱--两相外凸轮"系统代替传统汽车差速器 的行星齿轮系统，该系统主要包括外齿内中心轮、左半轴架、滚柱、右半轴两相外凸轮，以此 系统实现差速。
[0008] ②外齿内中心轮的外部是直齿圆锥齿轮、内部是具有多个凸出部分的内齿轮，故 外齿内中心轮既是主减速器的一个锥齿轮，又是差速器机构中的内齿轮，外齿内中心轮将 主减速器和差速器有机地合为一体，外齿内中心轮与右半壳通过螺钉固定联接成一个整体 并由一对圆锥滚子轴承支撑在机架上；左半轴架的左端为左半轴，左半轴架的左端与左边 车轮相固联、右端装于外齿内中心轮的内齿轮中，左半轴架的右端为套筒结构，沿该套筒结 构周向开有Z2个径向导槽，该导槽内装有滚柱，左半轴架由一对深沟球轴承支撑在外齿内 中心轮中；外齿内中心轮的内齿轮齿廓曲线是滚柱一方面随左半轴架转动，另一方面又在 左半轴架的径向导槽中移动的过程中所处一系列位置的包络线;右半轴两相外凸轮的左端 为两相外凸轮，该两相外凸轮自身形状呈180°中心对称，自身质量完全平衡，其轮廓曲线为 标准椭圆曲线，或为双相余弦曲线，或为双偏心圆弧曲线，右半轴两相外凸轮内嵌于左半轴 架的右端导槽结构内，右半轴两相外凸轮的右端为右半轴，右半轴两相外凸轮通过右半轴 与右边车轮固联在一起，右半轴两相外凸轮的左端通过深沟球轴承支承于左半轴架之内， 右端通过深沟球轴承支承于右半壳之内，滚柱由活齿套筒（10)、圆柱滚子轴承（13)、小轴 (12)组成，小轴（12)上一部分装有圆柱滚子轴承（13)，圆柱滚子轴承（13)上与活齿套筒过 盈配合，小轴（12)，活齿套筒（10)都具有局部自由度，使得小轴（12)与左半轴架(2)形成的 高副为纯滚动，同样使得活齿套筒与外齿内中心轮(1)的内齿廓和右半轴两相外凸轮(6)形 成的高副为纯滚动，在左半轴架(2)的右端套筒结构上沿径向开有沟槽，滚柱(5)装在左半 轴架(2)的右端径向导槽内，其小轴（12)与左半轴架(2)的径向导槽组成滚动联接关系，使 滚柱(5)与左半轴架(2)之间的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦;滚柱(5)的活齿套筒（10)的 外圆柱表面与外齿内中心轮（1)的内齿轮齿廓和右半轴两相外凸轮(6)的外轮廓分别相嗤 合各组成一个滚动高副;外齿内中心轮(1)的齿数Zi和滚柱(5)的数目Z 2相差为2。
[0009] ④驱动力传递给外齿内中心轮后经滚柱传给左半轴架和右半轴两相外凸轮，从而 传递给左、右车轮，而滚柱与外齿内中心轮、左半轴架及右半轴两相外凸轮之间均为滚动摩 擦联接。
[0010] ⑤滚柱与外齿内中心轮、左半轴架及右半轴两相外凸轮之间均为多齿啮合。
[0011] ⑥右半轴两相外凸轮的自身形状呈180°中心对称，自身质量完全平衡，受外力也 平衡，故差速器受力自动平衡。
[0012] 本发明与现有常用汽车差速器相比，具有以下有益的技术效果：
[0013 ] 1.结构紧凑，轴向和径向尺寸小，体积小，重量更轻
[0014]本发明米用"外齿内中心轮--滚柱--两相外凸轮"系统代替传统差速器的行 星齿轮系统，传动装置的轴向和径向尺寸都更小，因而本发明差速器的结构紧凑、体积更 小，减轻了重量。
[0015] 2.最大达到50%重合度，承载能力高
[0016] 本发明中移动式套筒滚柱与右半轴两相外凸轮的外轮廓和外齿内中心轮的内齿 轮齿廓同时实现多对齿啮合，最多可以有50%的滚柱同时参与啮合工作，重合度高，承载能 力高，可实现大功率、大扭矩差速传动。
[0017] 3.传动效率高
[0018]滚柱与外齿内中心轮、与右半轴两相外凸轮、与左半轴架形成的三啮合副均为纯 滚动啮合，即本发明差速器中，所有接触处的相对运动均为纯滚动，故本发明差速器传动效 率高。
[0019] 4.工艺性好、生产成本低
[0020] 本发明差速器中的零件多为圆形，形状简单，比行星齿轮系统中的锥齿轮更容易 加工，工艺性好，生产成本低。
[0021] 5.受力均衡，运转平稳
[0022]右半轴两相外凸轮的自身形状呈180°中心对称，自身质量完全平衡，受外力也平 衡，故差速器受力自动平衡，运转平稳。
【附图说明】
[0023]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但要特别指出的是，本发明的具 体实施方式不限于下面实施例所描述的形式，所属领域的技术人员在不付出创造性劳动的 情况下，还可很容易地设计出其他的【具体实施方式】，因此不应将下面给出的【具体实施方式】 的实施例理解为本发明的保护范围，将本发明的保护范围限制在所给出的实施例。
[0024] 图1是内齿轮驱动式滚柱活齿双相外凸轮激波汽车差速器结构示意图
[0025] 图2是图1的A-A剖视图 [0026]图3是左半轴架结构示意图
[0027]图4、图5是外齿内中心轮的结构示意图 [0028]图6、图7是滚柱的结构示意图
[0029] 图8、图9是右半轴两相外凸轮的结构示意图
[0030] 图10是内齿轮驱动式滚柱活齿双相外凸轮激波汽车差速器的差动传动原理图
[0031] 图11是汽车左转弯时各车轮及差速器的相对位置关系示意图
[0032] 上述各附图中图识标号的标识对象是：1外齿内中心轮;2左半轴架;3圆锥滚子轴 承;4右半壳;5滚柱;6右半轴两相外凸轮;7深沟球轴承;8螺钉;9深沟球轴承；10活齿套筒； 11主减速器的主动直齿圆锥齿轮；12小轴、13圆柱滚子轴承、14深沟球轴承、15左车轮、16右 车轮、17套筒垫片。 具体实施例
[0033]图1至图6所示内齿轮驱动式滚柱活齿双相外凸轮激波汽车差速器，主要由外齿内 中心轮（1)、左半轴架(2)、圆锥滚子轴承(3)、右半壳(4)、滚柱(5)、右半轴两相外凸轮(6)、 深沟球轴承(7)、螺钉(8)、深沟球轴承(9)、套筒（10)、小轴（12)、圆柱滚子轴承（13)、深沟球 轴承（14)、套筒垫片（17)组成，其特征在于:摒弃了传统汽车差速器的行星齿轮系统，代之 以"外齿内中心轮-滚柱-两相外凸轮"系统，该系统主要包括外齿内中心轮(1 )、左半 轴架(2)、滚柱(5)、右半轴两相外凸轮(6)，以此系统实现差速，构成了差速器机构;外齿内 中心轮（1)的外部是直齿圆锥齿轮、内部是具有多个凸出部分的内齿轮，其凸出部分的个数 即为外齿内中心轮（1)的齿数，记为Zi，故外齿内中心轮(1)既是主减速器的一个锥齿轮，又 是差速器机构中的内齿轮，外齿内中心轮(1)将主减速器和差速器有机地合为一体，外齿内 中心轮（1)与右半壳(4)通过螺钉(8)固定联接成一个整体并由一对圆锥滚子轴承(3)支撑 在机架上;左半轴架(2)的左端为左半轴，左半轴架(2)的左端与左边车轮(15)相固联、右端 装于外齿内中心轮（1)的内齿轮中，左半轴架(2)的右端为套筒结构，沿该套筒周向开有Z 2 个径向导槽，该导槽内装有滚柱(5)，左半轴架(2)由一对深沟球轴承（14)支撑在外齿内中 心轮（1)中；外齿内中心轮（1)的内齿轮齿廓曲线是滚柱(5)-方面随左半轴架(2)转动，另 一方面又在左半轴架(2)的径向导槽中移动的过程中所处一系列位置的包络线；右半轴两 相外凸轮(6)的左端为两相外凸轮，该两相外凸轮自身形状呈180°中心对称，自身质量完全 平衡，其轮廓曲线为标准椭圆曲线，或为双相余弦曲线，或为双偏心圆弧曲线，右半轴两相 外凸轮(6)内嵌于左半轴架(2)的右端沟槽结构内，右半轴两相外凸轮(6)的右端为右半轴， 右半轴两相外凸轮(6)通过右半轴与右边车轮（16)固联在一起，右半轴两相外凸轮(6)的左 端通过深沟球轴承(9)支承于左半轴架(2)之内，右端通过深沟球轴承(7)支承于右半壳(4) 之内；上述滚柱由活齿套筒（10)、圆柱滚子轴承（13)、小轴（12)组成，小轴（12)上一部分装 有圆柱滚子轴承（13)，圆柱滚子轴承（13)上与活齿套筒过盈配合，小轴（12)，活齿套筒（10) 都具有局部自由度，使得小轴（12)与左半轴架(2)形成的高副为纯滚动，同样使得活齿套筒 与外齿内中心轮（1)的内齿廓和右半轴两相外凸轮(6)形成的高副为纯滚动，在左半轴架 (2)的右端套筒结构上沿径向开有沟槽，滚柱(5)装在左半轴架(2)的右端径向导槽内，其小 轴（12)与左半轴架(2)的径向导槽组成滚动联接关系，使滚柱(5)与左半轴架(2)之间的接 触由滑动摩擦变为滚动摩擦;滚柱(5)的活齿套筒（10)的外圆柱表面与外齿内中心轮(1)的 内齿轮齿廓和右半轴两相外凸轮(6)的外轮廓分别相嗤合各组成一个滚动高副；外齿内中 心轮(1)的齿数Zi和滚柱(5)的数目Z 2相差为2。
[0034]本发明所述差速器的工作原理是：当主减速器的从动锥齿轮即外齿内中心轮（1) 被驱动并以等角速度转动时，由于外齿内中心轮(1)的内齿轮对移动式套筒滚柱(5)产生推 力，迫使滚柱(5)在左半轴架(2)的径向导槽中移动并推动左半轴架(2)转动，与此同时通过 滚柱(5)与右半轴两相外凸轮(6)的高副接触也推动右半轴两相外凸轮(6)转动，从而构成 一个二自由度差速系统，左半轴架(2)和右半轴两相外凸轮(6)上的运动和动力则分别传给 与其相固联的左、右车轮，右半轴两相外凸轮(6)和左半轴架(2)在驱动力的作用下分别转 动，但各自的运动状态是不确定的，由左右车轮不同的路面、弯道情况决定，当汽车在平直 路上直线行驶，左半轴架（2)上的车轮和右半轴两相外凸轮(6)上的车轮无转速差时，左半 轴架(2)和右半轴两相外凸轮(6)的转速相同，即差速器没有差速作用，此时，差速器中各部 件保持相对静止，转矩由外齿内中心轮(1)输入，经滚柱(5)平均传给左半轴架(2)和右半轴 两相外凸轮(6)，当汽车转弯或在不平道路上行驶，后面左右两轮出现转速差时，移动式套 筒滚柱(5)受外齿内中心轮(1)的驱使，一方面驱动左半轴架(2)和右半轴两相外凸轮(6)转 动，另一方面在随左半轴架(2)转动的同时在左半轴架(2)的径向导槽中做径向移动，保证 左半轴架(2)和右半轴两相外凸轮(6)得以在不脱离传动的情况下实现差速，而且由于滚柱 (5)对左半轴架(2)和右半轴两相外凸轮(6)的作用力产生的力矩的作用，使转速慢的驱动 轮上可以得到比转速快的驱动轮更大的转矩。
[0035]为说明本发明差速器的差速特性，设汽车后面左、右轮转速分别为n2、n6,外齿内中 心轮(1)的转速为m，则由图7可得
[0037]式中，Z2-滚柱(5)的个数;Ζι-外齿内中心轮（1)的齿数。
[0038]如设汽车要左转弯，汽车的两前轮在转向机构（图8)的作用下，其轴线与汽车两后 轮的轴线汇交于P点，此时可视为整个汽车是绕P点回转，在车轮与地面不打滑的情况下，两 后轮的转速应与弯道半径成正比，由图8可得
[0040] 式中，r 一弯道平均半径;L 一后轮距之半 [0041] 联立求解式（1)、式⑵，得
[0044]在确定的车辆参数及行驶条件下，111、21、22丄均为已知，因此，11 2与116只随转弯半径 r而变，故本发明差速器具备差速功能，装备该差速器的车辆能够通过任意半径弯道。
[0045]本发明可广泛适用于所有需要差速器的轮式车辆，如汽车、工程车辆等。
【主权项】
1. 内齿轮驱动式双相外凸轮激波汽车差速器，主要由外齿内中心轮（1)、左半轴架(2)、 圆锥滚子轴承(3)、右半壳(4)、滚柱(5)、右半轴两相外凸轮(6)、深沟球轴承(7)、螺钉(8)、 深沟球轴承(9)、套筒（10)、小轴（12)、圆柱滚子轴承（13)、深沟球轴承（14)、套筒垫片（17) 组成，其特征在于:摒弃了传统汽车差速器的行星齿轮系统，代之以"外齿内中心轮一一滚 柱--两相外凸轮"系统，该系统主要包括外齿内中心轮（1)、左半轴架(2)、滚柱(5)、右半 轴两相外凸轮(6)，以此系统实现差速，构成了差速器机构;外齿内中心轮(1)的外部是直齿 圆锥齿轮、内部是具有多个凸出部分的内齿轮，其凸出部分的个数即为外齿内中心轮(1)的 齿数，记为Zi，故外齿内中心轮（1)既是主减速器的一个锥齿轮，又是差速器机构中的内齿 轮，外齿内中心轮(1)将主减速器和差速器有机地合为一体，外齿内中心轮(1)与右半壳(4) 通过螺钉(8)固定联接成一个整体并由一对圆锥滚子轴承(3)支撑在机架上;左半轴架(2) 的左端为左半轴，左半轴架(2)的左端与左边车轮（15)相固联、右端装于外齿内中心轮（1) 的内齿轮中，左半轴架(2)的右端为套筒结构，沿该套筒周向开有Z 2个径向导槽，该导槽内 装有滚柱(5)，左半轴架(2)由一对深沟球轴承（14)支撑在外齿内中心轮(1)中；外齿内中心 轮(1)的内齿轮齿廓曲线是滚柱(5)-方面随左半轴架(2)转动，另一方面又在左半轴架(2) 的径向导槽中移动的过程中所处一系列位置的包络线；右半轴两相外凸轮(6)的左端为两 相外凸轮，该两相外凸轮自身形状呈180°中心对称，自身质量完全平衡，其轮廓曲线为标准 椭圆曲线，或为双相余弦曲线，或为双偏心圆弧曲线，右半轴两相外凸轮(6)内嵌于左半轴 架(2)的右端套筒结构内，右半轴两相外凸轮(6)的右端为右半轴，右半轴两相外凸轮(6)通 过右半轴与右边车轮(16)固联在一起，右半轴两相外凸轮(6)的左端通过深沟球轴承(9)支 承于左半轴架(2)之内，右端通过深沟球轴承(7)支承于右半壳(4)之内；上述滚柱由活齿套 筒（10)、圆柱滚子轴承（13)、小轴（12)组成，小轴（12)上一部分装有圆柱滚子轴承（13)，圆 柱滚子轴承（13)上与活齿套筒过盈配合，小轴（12)，活齿套筒（10)都具有局部自由度，使得 小轴（12)与左半轴架(2)形成的高副为纯滚动，同样使得活齿套筒与外齿内中心轮（1)的内 齿廓和右半轴两相外凸轮(6)形成的高副为纯滚动，在左半轴架(2)的右端套筒结构上沿径 向开有沟槽，滚柱(5)装在此径向导槽内，其小轴（12)与左半轴架(2)的径向导槽组成滚动 联接关系，使滚柱(5)与左半轴架(2)之间的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦;滚柱(5)的活齿 套筒（10)的外圆柱表面与外齿内中心轮（1)的内齿轮齿廓和右半轴两相外凸轮(6)的外轮 廓分别相啮合各组成一个滚动高副；外齿内中心轮（1)的齿数Zi和滚柱(5)的数目Z 2相差为 2〇2. 根据权利要求1所述的内齿轮驱动式双相外凸轮激波汽车差速器，其特征在于:外齿 内中心轮与滚柱(5)、滚柱(5)与右半轴两相外凸轮均为多齿嗤合。3. 根据权利要求1所述的内齿轮驱动式双相外凸轮激波汽车差速器，其特征在于:滚柱 (5)与外齿内中心轮(1)、左半轴架(2)及右半轴两相外凸轮(6)之间均为滚动摩擦联接。
【文档编号】F16H49/00GK205678088SQ201620203621
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年3月16日 公开号201620203621.4, CN 201620203621, CN 205678088 U, CN 205678088U, CN-U-205678088, CN201620203621, CN201620203621.4, CN205678088 U, CN205678088U
【发明人】邹精龙, 梁尚明, 陈飞宇, 徐毅, 张舜宇
【申请人】四川大学