导向式牙嵌自锁差速器的制作方法

专利名称：导向式牙嵌自锁差速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械传动领域中的一种差速传动装置，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。
背景技术：
根据本申请人提出的中国专利申请200710152155. 7的基本型牙嵌式自锁差速 器，很好地解决了其之前的现有技术的结构复杂、对弹簧和装配要求过于严苛、可靠性不足 以及寿命不够长等问题。然而，其仍然存在可改进之处，也就是仍部分地存在着与其之前的 现有技术一样的共有缺点。例如，具有嵌合弹簧和正比于该弹簧弹性嵌合力的轴向机械磨 损，以及与之相应的滑转摩擦阻力转矩。当分离齿/导出齿的齿顶被磨损到一定程度后，其 从动环将无法可靠地分离或阻挡环无法建立起阻挡关系，该类差速器将因此而报废。另外，该类自锁差速器的从动环相对主动环嵌合时，也就是反超越转动开始时，其 阻挡环相对该环轴向支撑环的止转位置具有随机性和任意性，必然导致从动环相对主动环 开始嵌合时的圆周起始位置的随机性和任意性，从而不能保证双方于最佳的起始区间内开 始嵌合。同时，其嵌合双方在嵌合过程中的相对运动轨迹线又是一条不规则螺旋线。因此， 该类自锁差速器存在轴向上不完全嵌合的情况。而这种在嵌合双方相互间还未达到轴向嵌 合深度，双方传力齿的齿侧面就已经相互接触/啮合并开始传递转矩的情况，很可能导致 双方传力齿因接触强度超限而崩损。此种不足对于双方传力齿从齿顶边缘零接触位置开始 嵌合的极端情况尤为严重和有害。因此，为适应嵌合过程中嵌合双方的这种相对螺旋运动的特点，提高嵌合过程的 可靠性，保证轴向完全接合/嵌合和防止崩齿，嵌合双方传力齿的齿侧面必需呈内缩状(齿 根内缩)。倒梯形的横/圆周向截面形状就是适应该需要的最简单的选择。但这不仅加大 了加工难度和成本，而且更直接降低了传力齿的承载能力。虽然增大轴向弹性嵌合压力可 降低传力齿齿根内缩的程度，但却不能消除内缩的需要(内缩程度还与从动环的质量、反 超越转动速度等有关，并且，弹性力更不可能无穷大)，而且还要因此付出增加滑转摩擦阻 力转矩和磨损的代价。例如，现有技术中的由两个压合式牙嵌超越离合器双联而成的3MJI-164型牙嵌 自由轮式差速器(《汽车车桥设计》刘惟信，清华大学出版社2004年4月，p273 277)，就 是依据此设计思想将其弹性嵌合力设计在470. 4牛的水平上，同时以约6. 4度的倾斜角内 缩传力齿齿根，以求嵌合时能令其从动环上传力齿的螺旋型运动轨迹尽可能地平行于其回 转轴线(6.4度以内)，消除崩损传力齿的可能。但过大的弹性嵌合力加大了其控制阻挡环 的难度以及其嵌合时的轴向冲击力度，反过来该控制难度又加大了其对弹性元件参数稳定性和精度的要求，从而增加了制作、装配的难度和成本，降低了工作可靠性。再有，由于阻挡环的存在和轴向阻挡，嵌合过程中的从动环并不是在其反超越转 动的起始时刻就开始轴向移动/嵌合运动的，其必需首先相对阻挡环周向转动一个脱离角 度，以摆脱阻挡环对其的轴向对顶式阻挡约束，之后才能开始轴向移动。因此，该类差速器 嵌合运动中从动环所必需的反超越转动的平均圆周角/溜滑角，就是在必需的传力齿的半 个周节 角例如18个传力齿时的10度的基础上再额外地加上上述脱离角度。显然，该平均 圆周角/溜滑角将显著地大于上述半个周节角，所对应的转速之差也显著为大。作为结果， 从动环与主动环完满嵌合/接合/啮合时的平均的周向撞击/冲击力度也随之增大，包括 与差速器耦合的传动系统的刚性冲击。而且，上述脱离角度和溜滑角还将随着阻挡环的轴 向磨损而不断增大。

发明内容
本发明致力于解决或至少减轻现有技术存在的上述问题。本发明的目的是提供一种不具有阻挡环和嵌合弹簧，从动环与主动环之间的轴向 嵌合与分离运动均由转动导向机构自动完成的导向式牙嵌自锁差速器。为达成上述发明目的，本发明之导向式牙嵌自锁差速器，包括在两个圆周方向上 均可传递转矩的两个传力嵌合机构，该机构分别具有绕一轴线回转的至少具有组合构件形 式的同一个主动环，以及轴向上位于该主动环两端的各一个从动环，该各环的相对的端面 上均设置有传力齿；至少一个且至少具有一个从动环的转动导向式导出机构，以使该一个 从动环在相对另一个从动环转动时可以被该机构转动导出并轴向远离主动环，从而致使对 应的传力嵌合机构分离；对应于每个传力嵌合机构的分别对应于不同圆周方向的两个转动 导向式导入机构和两个定点致动机构，前者分别包括对应的从动环，以使该环在相对主动 环反超越转动时轴向移向该主动环，从而致使对应的传力嵌合机构嵌合，后者用于反超越 转动过程中，在对应的从动环相对主动环转动至特定的圆周位置时致动对应的导入机构， 以使该导入机构完成导入运动；以及，对应于定点致动机构的致动选择机构，该机构用于可 选择地致使对应于同一圆周方向的定点致动机构失效。需要特别说明的是，本申请文件所用的相关概念或名词的含义如下转动导向机构将圆周相对转动转换为至少具有轴向相对移动的机构。包括螺旋 升角严格一致和不严格一致的螺旋或部分螺旋机构、径向销槽机构、端面楔形机构、端面嵌 合机构、端面棘轮机构及圆柱凸轮机构等。失效与有效相反，指机构或构件由于人为或客观原因不能正常工作，丧失其基本 功能之含义。超越转动和反超越转动都是转矩传递路径下游一方的转动构件相对转矩传递路 径上游一方的转动构件的转动，只是前者的相对转动方向与所要传递的圆周力方向一致， 而后者的相对转动方向却与之正好相反。依据本发明的导向式牙嵌自锁差速器，因取消了现有技术中的嵌合弹簧和阻挡环 而不再需要内缩传力齿齿根，不再具有与其相应的机械磨损和阻力转矩，延长了差速器的 工作寿命并增大了其承载能力。同时，更减少了嵌合时的转速差，降低了嵌合时的撞击/冲 击强度。借助下述实施例的说明和附图，本发明的目的和优点将显得更为清楚和明了。


图1是依 据本发明的实施例一的示意图，其中，(a)是两半边分别处于嵌合和分离 状态的轴向剖面图，(b)和(c)分别是对应于(a)中标记为H和T的局部部位的放大图。图2是以图1中的视角表现的该图中的从动环的轴向半剖图。图3是图1中的左旋导入棘爪和右旋导入棘爪的示意图，(a)和(c)分别是二者 的主视图，(b)和(d)分别是二者的左视图。图4是以图1中的视角表现的该图中的控制环的轴向半剖图。图5是图1中的传力嵌合机构(2)和(6)、导入机构(3)和(5)、导出机构(4)三 者的齿廓，在同一外圆柱面上的径向投影的局部系列展开图，以及定点导入机构(1)和(7) 在棘爪所处轴截面的对应轮廓的假想轴向投影的局部展开图，(a)对应于车辆直线驱动行 驶工况中的齿形关系示意图，(b)对应于车辆左转向驱动行驶工况中的齿形关系示意图； 图中箭头表示主动环的转动方向，为便于表现和说明，特意将周向上本来不相邻的左、右旋 导入棘爪画在了一起。图6是依据本发明的实施例二的两半边分别处于嵌合和分离状态的未画出差速 器壳和大齿圈等的简化的轴向剖面图。图7是图6中的导入环的示意图，(a)是右视图的轴向半剖图，(b)是主视图。图8是以图4的左视图形式表现的图6中的控制环的简化的局部示意图。图9是图6中的顺时针棘爪和逆时针棘爪的示意图，(a)和(d)分别是二者的右 视图，(b)和(e)分别是二者的主视图，(c)和(f)分别是二者的左视图。图10是图6中的传力嵌合机构⑵和(6)、导入机构(3)和(5)、导出机构⑷三者 的齿廓，在同一外圆柱面上的径向投影的局部系列展开图，以及定点致动机构⑴和(7)的 对应轮廓的假想轴向投影的局部展开图，(a)对应于车辆直线驱动行驶工况中的齿形关系 示意图，(b)对应于车辆左转向驱动行驶工况中的齿形关系示意图；图中箭头表示主动环 的转动方向，为便于表现和说明，特意将周向上本来不相邻的顺、逆时针棘爪画在了一起。图11是依据本发明的不具有导出环的实施例三的传力嵌合机构(2)和(6)、导入 机构(3)和(5)、导出机构(4)三者的齿廓，在同一外圆柱面上的径向投影的局部系列展开 图，以及定点导入机构(1)和(7)在棘爪所处轴截面的对应轮廓的假想轴向投影的局部展 开图，(a)对应于车辆直线驱动行驶工况中的齿形关系示意图，(b)对应于车辆左转向驱动 行驶工况中的齿形关系示意图；为便于表现和说明，特意将周向上本来不相邻的顺、逆时针 棘爪画在了一起。
具体实施例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必要说明。同样，也不重复说明相同或类似 机构的工作机理或过程。为区别设置在对称或对应位置上的相同的构件或特征部位，本说 明书在其编号后面附加了字母，而在泛指说明或无需区分时，则不作区分也不附加任何字母。实施例一具有导向棘轮的导向式牙嵌自锁差速器Dl
图1给出了具有最普通结构形式的差速器Dl的示意图。借助一组螺栓226，其两 个差速器壳220从左右两侧将用于输入驱动转矩的大齿圈222和用于分配该驱动转矩的具 有十字轴的主动环50紧固成一体，并限定了回转轴线X。在两个差速器壳220内端的绕轴 线X设置的阶梯孔中，分别可转动地设置有两个花键毂190a和190b，其内周面上分别设置 有花键齿，用以与插装于其内的具有互补式构造的花键齿的两个半轴分别耦合并向其输出 驱动转矩。在两个花键毂190a和190b的外周面上分别套装有可轴向移动的两个从动环 60a和60b，其间分别通过双方内外周面上的具有互补式构造的直花键齿实现周向固定。而 且，通过外花键齿端面，两个花键毂190a和190b分别支撑在两个差速器壳220的对应的内 端面上。 两个从动环60a和60b借助其内端外环侧的一组传力齿62a和62b，与端面上同样 设置有对应的一组传力齿52a和52b的主动环50分别构成传力嵌合机构。同时，两个从动 环60a和60b还借助其内端内环侧的导出齿66a和66b，与端面上同样设置有对应的一组导 出齿82a和82b的控制环100分别构成转动导向式导出机构，参见图2、4。该控制环100可 转动地安装在主动环50的内周面上。显然，为保证传力嵌合机构的可靠分离，该导出机构 应最佳地具有相较传力嵌合机构为大的全齿嵌合深度/轴向分离距离。另外，两个从动环 60a和60b还借助其上的导入啮合面74a和74b，各与一组左/右旋导入棘爪140/150分别 构成既是定点致动机构又是导入机构的导向棘轮式定点导入机构。借助定位销轴144，该一 组中的各至少一个左、右旋导入棘爪140a和150a或140b和150b，以圆周朝向互反的方式 分别铰接在主动环50的内周面两侧的相应棘爪座槽中。其中，如图2所示。从动环60总体上是一个具有内端面凸缘64的“L”形盘状环 形构件。在盘状端面的外环侧和端面凸缘64的端面上，分别呈周向地均布有例如18个的 同等数量的一组径向型传力齿62和导出齿66。为便于加工制作，传力齿62最佳地具有矩 形横截面，导出齿66最佳地具有等腰梯形横截面。同等数量的一组导入齿凹槽72周向均 布在端面凸缘64的外周面上，其各具有倾斜角同为γ的两个螺旋型的导入啮合面74，该倾 斜角不应小大到致使从动环60楔合在花键毂190的外花键齿与左/右旋导入棘爪140/150 的导入啮合面146所构成的空间楔形面之间的程度。如图3(a) (d)所示，左旋导入棘爪140和右旋导入棘爪150均设置有自转销孔 142，以及可最佳地贴合于控制环100外周面的内径向停止弧面148。二者唯一的不同在于 分别设置有旋向正好相反的与导入啮合面74具有互补式构造的导入啮合面146。因此，当 左/右旋导入棘爪140/150被成对地设置到每一个传力嵌合机构中时，该机构的从动环60 在相对主动环50的两个圆周转动方向上便具有了转动导入能力，也就是轴向嵌合能力。而 且，左/右旋导入棘爪140/150在主动环50上的铰接位置具有这样的设置效果，即，当它们 与导入啮合面74a或74b啮合时，双方间的螺旋导向运动，将致使从动环60正好到达与主 动环50实现完满嵌合/啮合的传力工位上，如图5所示。另外，如本领域普通技术人员所公知，对左/右旋导入棘爪140/150，应最佳地设 置有可持续地致使它们径向内转的偏压弹簧或磁性构件(未示出)，而且，该偏压弹簧可以 具有任何合适的形式和安装位置。比如，弹簧丝或弹簧片制成的扭簧，或者置于棘爪径向外 侧槽底面的相应径向孔中的螺旋压簧或弧形钢丝/片弹簧等。但是，如上述所结合的中国 专利申请200810161306. X和200820119499. 8所述，该偏压弹簧和磁性构件都不是必需的，其功用完全可以借助对重力或离心力的利用来达到。
再如图4所示，控制环100实际上是内径处的导出环80与外径处的管形致动选择 环90刚性组合成的构件。实际上，二者还可以借助诸如焊接、径向铆接、径向螺钉、过盈配 合等方式构成一体。为降低轴向尺寸，与导出齿66具有互补式构造的例如18个的两组导 出齿82a和82b，以周向相互交错的方式均布在导出环80的两端。设置在导出环80的内 周面上的内径向凸缘86，可滑动地支撑在作为定位构件的两个花键毂190a与190b的花键 齿之间，从而令控制环100相对主动环50轴向固定，参见图1(b) (C)。因此，具体设置 在致动选择环90外周面上的各一组沿周向延伸的第一棘爪窗口 96a、96b和第二棘爪窗口 98a、98b，轴向上可以分别对准左、右旋导入棘爪140a、150a和140b、150b，并构成致动选择 机构。实际上，确保控制环100相对主动环50轴向固定的定位构件，也可以是径向上直 接嵌合于两者相对圆周面之间的公知的卡环或径向销。上述致动选择机构，更确切地说是其中的两组第一棘爪窗口 96a、96b和第二棘爪 窗口 98a、98b，相对控制环100具有这样互反的设置效果。即，当控制环100相对主动环50 转动一定角度并定位在对应于例如第一圆周方向的位置时，也就是两个从动环60均具有 在该第一圆周方向上被主动环50驱动转动以及相对主动环50超越转动即可被控制环100 轴向导出的能力时，左旋导入棘爪140b和右旋导入棘爪150a将正好分别位于第一棘爪窗 口 96b和96a中，可不受妨碍地自由摆动，而左旋导入棘爪140a和右旋导入棘爪150b则正 好于周向换向转动中分别错过第二棘爪窗口 98a和98b，从而分别被其具体为致动边沿99a 和99b的作用部位径向压迫绕自转轴转动一定角度至完全没入各自的棘爪座槽中，因各自 的停止弧面148贴合于控制环100外周面而失去自摆动和转动导向的可能，处于失效状态， 参见图1、4和5(a)。当控制环100相对主动环50回转一个换向圆周角ε并定位在对应于 第二圆周方向的位置时，也就是两个从动环60均具有在该第二圆周方向上被主动环50驱 动转动以及相对主动环50超越转动即可被控制环100轴向导出的能力时，上述状态将正好 互反。左旋导入棘爪140a和右旋导入棘爪150b将正好分别位于第二棘爪窗口 98a和98b 中，可不受妨碍地自由摆动，而左旋导入棘爪140b和右旋导入棘爪150a则正好于周向换向 转动中分别错过第一棘爪窗口 96b和96a，从而分别被其致动边沿97b和97a径向压迫绕 自转轴转动一定角度至完全没入各自的棘爪座槽中，因各自的停止弧面148贴合于控制环 100外周面而失去自摆动和转动导向的可能，处于失效状态。应顺便指出的是，左/右旋导入棘爪140/150也可以相互作为对方延伸至自转销 孔142相反一侧的棘爪尾部的形式刚性为一个双联导入棘爪。相应地，第一和第二棘爪窗 口 96和98变形为棘爪缺口，双方致动边沿97与99之间的如图4所示的T部分则被设置成 周向宽度相对较小的具有径向弹性的凸部，比如，通过诸如焊接、铆接或镶嵌等方式将诸如 弹簧丝/片的弹性构件安装在该部位以充当该弹性凸部。于是，当控制环100相对主动环 50定位在对应于第一或第二圆周方向的位置时，用作作用部位的该弹性凸部周向上可正好 处于上述双联导入棘爪中的左/右旋导入棘爪140/150中的一个之经向内侧，在将对应于 第二或第一圆周方向的那一组棘爪径向顶起的同时，还为对应于第一或第二圆周方向的那 一组棘爪提供弹性偏压力，使其持续地具有与对应的导入啮合面74相啮合的能力。不难理解，左/右旋导入棘爪140/150还可以铰接在控制环100上，此时，只要将其延伸至自转轴孔另一侧的棘爪尾部分别设置在位于主动环50内周面上的相应凹槽中， 即可利用控制环100的圆周换向转动实现同样的致动选择。更进一步地，将整个棘轮式的 定点导入机构和致动选择环90设置在从动环60与差速器壳220的径向相对的圆周面之 间，同样可以实现所需的致动选择。 另外，为确保控制环100相对主动环50不可能稳定地停留在非上述第一和第二圆 周方向的任何位置上，以最佳地避免导入机构工作状态的紊乱，在两者的相对周面之间径 向地设置有至少一个(本实施例中为三个)具体为凹槽式弹簧定位机构的周向定位机构。 该机构的分别对应于第一和第二圆周方向的凹槽92和94均设置在控制环100也就是致动 选择环90的外周面上，其滚珠-弹簧200则设置在位于主动环50内周面上的相应径向凹 槽内。其中，凹槽92和94上界边缘之间的周向间距最佳地应设置成等于零，以使上述滚珠 不可能停留于二者之间的过渡性位置上。当然，也可以锥形体替代滚珠。为确保分离状态中的从动环60轴向位置的稳定以避免碰撞，在从动环60与花键 毂190之间还最佳地设置有至少一个具体为凹槽式弹簧定位机构的轴向定位机构。该机构 的分别对应于嵌合和分离位置的凹槽76a、76b和78a、78b，分别设置在从动环60a和60b的 内花键齿齿顶面上，其滚珠_弹簧210a和210b则分别设置在位于花键毂190a和190b的 外花键齿齿槽底面处的相应径向凹槽内，参见图1(b)和图2。图1(a) (b)示出了左侧处 于嵌合状态，右侧处于分离状态的轴向定位机构的工作示意图。此时，处于分离状态中的从 动环60b仍未抵触到差速器壳220的内端面。也就是说，基于正常差速的分离要求，从动环 60的轴向自由度最佳地大于对应导出机构的全齿嵌合深度。在从动环60驱动控制环100相对主动环50转动的过程中，应该确保差速器Dl优 先换向而不是优先分离从动环60，为此，差速器Dl通过诸如控制弹簧参数或凹槽92、94、 76和78与滚珠接触部位的接触倾角的措施，将上述两个定位机构设置成具有这样的效果， 艮口，当任意一个嵌合状态中的从动环例如从动环60a单独驱动控制环100相对主动环50转 动时，该从动环60a所对应的左侧轴向定位机构不可以先于周向定位机构动作/解除定位 限制。由上述说明可见，差速器Dl相比现有技术的最大区别在于，其取消了偏压从动环 60以使其持续性地力图与主动环50轴向嵌合的嵌合弹簧，并因此而取消了可阻挡该嵌合 的阻挡环，取而代之的是以导向棘轮式的定点导入机构来自然地完成该轴向嵌合。因此，除 了从动环60的嵌合过程之外，差速器Dl相比现有技术的工作过程几乎没有不同。工作时， 两半轴通常由大齿圈222经主动环50、从动环60和花键毂190分别以相同的转速驱动。图 1和图5(a)所示工作状态即对应于沿第一圆周方向的驱动传动，也就是由左侧观看图1时 的逆时针方向，以及图5(a)中纸面上由下至上的运动方向。此时，差速器Dl工作在第一圆 周方向上，其控制环100被定位在相对主动环50的对应于第一圆周方向的位置上，对应于 该方向的左旋导入棘爪140b和右旋导入棘爪150a可不受妨碍地自由摆动，而对应于第二 圆周方向的左旋导入棘爪140a和右旋导入棘爪150b则处于失效状态，等同于不存在，参见 图1和图5。于是，例如转向开始后，当一侧例如与右侧半轴耦合的从动环60b的转速超过 主动环50时，由于控制环100被正在传递驱动转矩的从动环60a周向固定而不可能相对主 动环50转动的缘故，从动环60b必然同步地相对控制环100超越转动，并通过该侧导出机 构的导出齿66b与82b之间的转动导向运动，克服该侧轴向定位机构的弹性阻力，相对主动环50轴向分离并被右侧的轴向定位机构稳定在如图1和图5(b)所示的超越转动位置上， 同时切断该侧传力嵌合机构的传递路径。显然，上述分离和超越转动过程中，不存在现有技术中的导出齿66b与82b之间的 齿顶摩擦和磨损，也没有对应的滑转摩擦阻力转矩。自然地，发热量将大为减少，寿命更得 以显著延长。参见图5(b)，当上述转向过程结束后，更准确地说就是当从动环60b的转速开始 慢于主动环50的零时刻，嵌合过程/反超越转动开始。即，从动环60b开始相对主动环50 由图5(b)中的纸面上方向纸面下方运动，于是，左旋导入棘爪140b即刻可以与其遇到的第 一个导入啮合面74b啮合，以将传力齿62b由H点导向到Y点，从而实现并保持住从动环 60b与主动环50的完满嵌合，恢复该侧的驱动转矩的传递路径。其间，不存在轴向接合冲击 现象。由此可见，由于嵌合运动的轨迹具有最佳的相对固定的起始点，因此，传力齿52 和62不再需要内缩其齿根，不存在非完全嵌合以及因此产生的崩齿可能，当然也就增加了 其承载能力(约11% )和降低了其制作难度。另外，由H点到Y点所对应的圆周角显著小 于本申请背景技术中所述的现有技术中为摆脱阻挡环的阻挡而必需事先转过的脱离角度， 因此，差速器Dl嵌合时传力齿52与62之间的转速差以及相关的刚性冲击相较现有技术显 著为小。而在换向过程和滑行过程中，当从动环60a和60b相对主动环50按例如图5中所 示的纸面下方向纸面上方运动时，由于左右两侧的轴向定位机构均不可能先于周向定位机 构动作/解除定位限制，因此，从动环60a和60b —般不会同时轴向分离，并至少由从动环 60a驱动控制环100克服周向定位机构的弹性阻力矩到达其对应于第二圆周方向的工作位 置，从而致使差速器Dl工作在第二圆周方向上。于是，差速器Dl成功换向或者进入发动机 制动状态。即使两个从动环60a和60b于弯道滑行中同时分离了，其相对主动环50的转动 也必定是一个较快而另一个较慢，而鉴于控制环100只可能相对主动环50稳定地停留在将 差速器Dl定向于第一或第二圆周方向的位置上的设置，因此，最多相对转过一个传力齿周 节的圆周角之后，两个从动环60a和60b中的一个便必然在对应的定点导入机构作用下立 即恢复与主动环50的嵌合。差速器Dl中，尽管定点导入机构具体为导向棘轮机构，但不难理解，这并不是必 需的。比如，尽管不是最佳，但借鉴电控燃油喷射发动机等的检测技术，使用传感装置实时 检测从动环60相对主动环50的相对转动角度，或者检测与它们相耦合的诸如半轴或差速 器壳之类的转动构件的转角来得到上述相对转动角度，再由微处理器进行分析和判断，并 在双方到达预设的相对圆周位置时发出指令，通过电磁或液压机构致动例如径向嵌合式的 转动导入机构，同样可以实现本发明的目的。实际上，本发明中的主动环50可以是由单端面设置有传力齿52的两个独立环以 背靠背的形式组合成的组合构件，而且，其中的导向式牙嵌超越离合器完全可被本申请人 的名称为自支撑压合式牙嵌超越离合器的中国专利申请200920149869. 7所替换，本申请 仅将该专利申请的全部内容以参引方式合并于此，不作具体说明。实施例二 具有导入环的导向式牙嵌自锁差速器D2 参见图6和图1，差速器D2相对差速器Dl的改进首先在于，通过增加两个如图7所示的导入环110，将差速器Dl中的定点导入机构拆分成导入和棘轮式定点致动两个独立 机构。即，其导入机构设置在导入环110与从动环60之间，其定点致动机构设置在导入环 110与主动环50之间。其中，设置在导入环110内周面上的一组至少一个(本实施例中为 三个)导入齿112，通过凹槽入口 70径向深入各自对应的导入齿凹槽72中，借助设置于双 方各自周向两侧的具有互补式构造的螺旋型导入啮合面114和74的相互对应配合，构成上 述导入机构，参见图7、10。而周向均布在导入环110外周面上的双向棘齿122，则与设置在 主动环50内周面上的相应棘爪座槽中的顺/逆时针棘爪160/170配合，构成分别对应于两 个圆周方向的上述定点致动机构。相应地，为轴向限定该两个导入环IlOa和110b，两环的环状基体116 —端均分别 置入如图4、8所示的控制环100的两个端面周向凹槽88a和88b中，并各被该周向凹槽88 的内周面上的至少一个凸起134轴向限定得只能相对转动而不能向外移动，以形成滑环机 构。用作支撑构件的该凸起134最佳地是一个镶嵌在控制环100的相应径向通孔中的圆柱 销。当然，该凸起134也可以通过诸如焊接或铆接等方式形成，参见图6、7。其次，差速器D2还将差速器Dl的棘爪变形为轴向定位能力稍弱的如图9所示的 非铰接式棘爪。其顺时针棘爪160与逆时针棘爪170同样具有互反的结构设置。两棘爪的 爪体166头部的啮合面平行于轴线X，仅具有分别与对应的双向棘齿122的同样平行于轴 线X的逆时针啮合面124或顺时针啮合面126啮合的作用，而不再具有转动导向作用。该 棘爪的基体162的背面设置为半圆柱形回转面164，正面设置有定位周向槽174。对应地， 主动环50内周面上的用于安装该顺/逆时针棘爪160/170的棘爪座槽具有互补式构造的 半圆柱形回转面，座槽中容纳爪体166的凹槽底部设置有容纳偏压弹簧的径向凹槽(未示 出)。在主动环50内周面上的贯穿该棘爪座槽的相应周向凹槽中，设置有开口环式定位弹 簧176a和176b。该两个弹簧分别穿过周向槽174a和174b，将主动环50两侧的各一组顺 /逆时针棘爪160a和170a以及160b和170b，定位在各自的棘爪座槽中。参见图6、9。当 顺/逆时针棘爪160/170绕自转轴分别转动至两个极限位置时，定位周向槽174a和174b 将分别与环形定位弹簧176a或176b贴合。再其次，为增加致动选择机构的动作灵敏性，如图8 9所示，该机构的附加于顺 /逆时针棘爪160/170的副棘爪168上均设置有弧状避让缺口 172。对应地，该机构的设置 于控制环100上的棘爪窗口分别变形为第二棘爪凹槽102和第一棘爪凹槽106。实际上，该 两个凹槽也可以是两个缺口。该两个凹槽102和106分别具有圆周朝向互反的第二凸轮面 104和第一凸轮面108。该两个用作作用部位的凸轮面104和108分别具有差速器Dl中的 致动边沿97和99的相同作用。图8中的圆周角ε，对应于差速器D2工作在第一和第二圆 周方向时，控制环100相对主动环50所需转过的换向圆周角。有必要说明的是，控制环100应该在附装完两个导入环110后，再从轴向一侧推入 附装完顺/逆时针棘爪160/170和滚珠-弹簧200等的主动环50的内孔中。过程中，应借 助工具将相关棘爪按入各自的棘爪座槽中。另外，与导入机构的固定配合以及导出机构作用力度的弱小相对应，从动环60上 仅保留有对应于导入齿凹槽72的一组导出齿66(本实施例中为三个)，而无需足数布置，以 减少不必要的制作成本。参见图6、10。显然地，差速器D2有着与差速器Dl完全相同的工作过程，因此，本申请不再重复
11说明。可参见图6、10。不难理解，差速器D2中导入环110隔绝了对顺/逆时针棘爪160/170的轴向冲 击，这显然优于差速器Dl中的情况。但即便如此，由于相对转速的较低，作用于棘爪上的轴 向力也不大，而且还可通过对棘爪采取如上述所结合的中国专利申请200810161306. X和 200820119499.8中所述的轴向支撑的保护措施，因此，差速器Dl中采用导入式棘爪也不存 在不妥。因此，顺/逆时针棘爪160/170也可以通过设置自转销孔142的方式铰接于主动 环50上。明显地，对导入环110的轴向支撑构件不止凸起134—种形式。比如，该支撑构件 还可具体为上述所结合的两项专利申请中的轴向定位环。即，该定位环以其环形端面上设 置的一组端面销，由内向外可滑动地穿过从动环60上位于其传力齿62径向内侧周向槽底 面的相应轴向通孔，分别可滑动地支撑在同侧的差速器壳220的内端面上，其另一端的环 形端面则可滑动地支撑在同侧导入环110的外端面上。相应地，控制环100应该不再具有 如图4、6所示的内径向凸缘86。于是，上述支撑的结果是，两个导入环100和一个控制环 100被两个定位环从轴向两侧完全固定。这种定为方式不仅与从动环60的轴向位置无关， 而且具有相对前述实施例更大的抗冲击能力。当然，上述支撑面之间可以设置有垫片。而 且，该垫片，或者，定位环的一组端面销等再具有弹性，那么，将会显著降低导入机构和定点 致动机构受到的机械冲击。当然，该支撑构件也不是必需的。因为，完全可以将导入环110设置成弹性开口 环，参见图6、7，利用其周向槽118内端一侧的周向凸缘卡入设置在控制环100的周向凹槽 88的内周面上的相应周向凹槽中，达成其轴向相对固定的目的。应顺便指出的是，控制环 100本身也可以是弹性开口环。实施例三无控制环的导向式牙嵌自锁差速器本实施例具有本发明的最简单的实施形式。其不再具有花键毂190和控制环100， 不再具有周向和轴向定位机构，也没有任何支撑构件。对比图1，本实施例的主动环50借助其外周面上的花键齿，直接与诸如中间差速 器的转矩输入齿环的内周面耦合以接受其驱动转矩，从动环60a和60b通过各自的导出齿 66a和66b之间的直接嵌合构成导出机构，并通过两个从动环60a和60b分别直接驱动以花 键形式耦合于各自内孔中的两个未示出的半轴旋转，参见图11。在驱动状态中，上述导出机 构不存在任何问题。继续参见图11，对应于没有控制环100的情况，本实施例的设置在主动环50内周 面上相应棘爪座槽中的左/右旋导入棘爪140/150，具有大致如图9所示的结构形式和如图 6所示的安装形式。相应地，其致动选择机构的第一和第二棘爪凹槽均由导入齿凹槽72的 凹槽入口 70充当。图11完全对应于图5、10，也就是根据本实施例的差速器工作在第一圆周方向的 驱动状态中。此时，对应于该方向的一组各至少一个左、右旋导入棘爪140b、150a均处于自 由状态，各自相应的副棘爪168b和168a正好分别位于凹槽入口 70b和70a中。而对应于 第二圆周方向的一组各至少一个左、右旋导入棘爪140a、150b均处于失效状态，各自相应 的副棘爪的径向内表面则最佳地正好同时抵触在凹槽入口 70a和70b周向两侧槽顶的相应 外周面上，也就是端面凸缘64的外周面上，参见图2。显然，当根据本实施例的差速器工作在第二圆周方向的驱动状态中，也就是主动环50纸面上由上向下相对从动环60转动一个 换向圆周角ε后，上述两组左/右旋导入棘爪140/150的工作状态将正好互换。当一侧例如与右侧半轴耦合的从动环60b的转速因为诸如转向的原因而超过主 动环50时，如实施例一中所述，根据本实施例的差速器将处于如图11(b)所示的单侧驱动 工作状态，其左旋导入棘爪140b仍于自由状态。而在上述转向过程结束后的嵌合过程/反超越转动中，即，从动环60b相对主动环 50由图11(b)中的纸面上方向纸面下方运动时，由于凹槽入口 70b的周向侧边设置有相较 导入啮合面74最佳地为大的倾斜角，因此左旋导入棘爪140b与其遇到的第一个导入啮合 面74b啮合，以将传力齿62b由H点导向到Y点的过程中，凹槽入口 70b的纸面下方一侧的 槽顶外周面部位，将正好进入副棘爪168b的类似图9中所示的避让缺口 172的避让缺口， 而不会与副棘爪168b发生抵触而影响左旋导入棘爪140b的导入啮合。如上所述，在驱动状态中，根据本实施例的差速器的工作不存在问题，但在滑行状 态中，其可靠性将有所降低。不过，这可以通过下述方法克服，即，将导出机构也就是导出齿 66a和66b之间的全齿嵌合深度/轴向分离距离，设置成大于等于两个传力嵌合机构也就是 传力齿52和62之间的全齿嵌合深度/轴向分离距离的代数和。或者，还可以通过下述方 法克服，即，引入花键毂190并设置凹槽式弹簧定位的轴向定位机构，并通过将其动作所需 的轴向分力设置成与轴向移动量相关的形式，以制止两个从动环60的同时分离。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，所提及的实施例和附图都仅仅用于说明的目的，而不用于限制本发明 及其保护范围，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
1.一种导向式牙嵌自锁差速器，包括在两个圆周方向上均可传递转矩的两个传力嵌合机构，其分别具有绕一轴线回转的至 少具有组合构件形式的同一个主动环，以及轴向上位于该主动环两端的各一个从动环，所 述各环的相对的端面上均设置有传力齿；其特征在于，还包括至少一个转动导向式导出机构，其至少具有一个所述从动环，以使该一个所述从动环 在相对另一个所述从动环转动时可以被转动导出，并轴向远离所述主动环，从而致使对应 的所述传力嵌合机构分离；对应于每个所述传力嵌合机构的分别对应于不同圆周方向的两个转动导向式导入机 构，其分别包括对应的所述从动环，以使该环在相对所述主动环反超越转动时轴向移向该 主动环，从而致使对应的所述传力嵌合机构嵌合；对应于每个所述传力嵌合机构的分别对应于不同圆周方向的两个定点致动机构，其用 于所述反超越转动过程中，在对应的所述从动环相对所述主动环转动至特定的圆周位置时 致动对应的所述导入机构，以使该导入机构完成所述导入运动；以及对应于所述定点致动机构的致动选择机构，其用于可选择地致使对应于同一圆周方向 的所述定点致动机构失效。
2.按权利要求1所述的自锁差速器，其特征在于(a)还包括可转动地位于所述主动环内孔中和两个所述从动环之间的控制环；(b)所述导出机构是还具有所述控制环的嵌合机构，该控制环与所述从动环双方的相 对端面上都设置有相对转动可致使双方相互分离的端面齿；(c)所述定点致动机构是棘轮机构，其棘齿和棘爪分别设置在所述从动环与所述控制 环、所述主动环或和该主动环固定相连的转动件双方的相对的内外周面上；(d)所述导入机构与所述定点致动机构刚性地结合成一个导向棘轮式定点导入机构， 即，所述棘爪和所述棘齿的啮合面与所述轴线不平行，且具有转动导向功能；(e)所述致动选择机构包括所述控制环，其上设置有可致使所述棘爪自转一定角度以 使该所述棘爪失去与对应的所述棘齿相啮合的能力的作用部位，该作用部位是棘爪窗口 / 凹槽/缺口的致动边沿或其凸轮面。
3.按权利要求1所述的自锁差速器，其特征在于(a)还包括可转动地位于所述主动环的内孔中的控制环；(b)还包括两个导入环，其径向上分别位于两个所述从动环与所述主动环或和该主动 环固定相连的转动件之间；(c)还包括至少两个支撑构件，其分别用于至少单方向地可滑转地将两个所述导入环 支撑在各自的轴向位置上；(d)所述导出机构是还具有所述控制环的嵌合机构，该控制环与所述从动环双方的相 对端面上都设置有相对转动可致使双方相互分离的端面齿；(e)所述导入机构还具有所述导入环，在所述导入环与所述从动环上，分别设置有导入 齿和导入齿凹槽，在两个圆周方向上，该导入齿和导入齿凹槽均具有可滑动地啮合的与所 述轴线不平行的导入啮合面；(f)所述定点致动机构是棘轮机构，其棘齿和棘爪分别设置在所述导入环与所述控制环、所述主动环或和该主动环固定相连的转动件双方的相对的表面上；(g)所述致动选择机构包括所述控制环，其上设置有可致使所述棘爪自转一定角度以 使该所述棘爪失去与对应的所述棘齿相啮合的能力的作用部位，该作用部位是棘爪窗口 / 凹槽/缺口的致动边沿或其凸轮面。
4.按权利要求3所述的自锁差速器，其特征在于所述支撑构件是设置在所述控制环 上的径向凸起，该凸起的头部径向伸入/位于设置在所述导入环外周面上的相应周向槽 中，以构成滑环机构。
5.按权利要求3所述的自锁差速器，其特征在于(a)所述支撑构件是绕所述轴线旋转的环形端面上设置有端面销的定位环，该端面销 可滑动地穿过所述从动环上位于其所述传力齿径向内侧的相应轴向通孔，可滑动地至少间 接地支撑在对应的差速器壳的内端面上，所述差速器壳与所述主动环固定相连；(b)所述导入环轴向上可转动地支撑在所述定位环和所述控制环的相应端面上。
6.按权利要求2 3，4 5任一项所述的自锁差速器，其特征在于还包括至少一个 定位构件，其用于致使所述控制环与所述主动环轴向上至少相对固定。
7.按权利要求6所述的自锁差速器，其特征在于所述定位构件是卡环或径向销，其可 转动地将所述控制环的外周面固定在所述主动环的内周面上。
8.按权利要求6所述的自锁差速器，其特征在于所述定位构件是与所述主动环轴向 相对固定的两个花键毂，该两个所述花键毂从两端可转动地支撑在设置于所述控制环内孔 中的相应凸缘的相应端面上，致使所述控制环与所述主动环可转动地轴向相对固定。
9.按权利要求7 8任一项所述的自锁差速器，其特征在于(a)还包括绕所述轴线转动的两个花键毂，其分别不可旋转地安装在一个所述从动环 的内周面上，并与所述主动环轴向相对固定；(b)还包括周向定位机构，其用于自由状态中，致使所述控制环相对所述主动环只能稳 定地停留在将所述自锁差速器的工作方向规定为两个不同圆周方向之一的位置上，而不能 稳定地处于其间的任何过渡性位置上；(c)还包括轴向定位机构，其用于将所述从动环弹性地/暂时性地轴向约束在其与所 述主动环轴向分离或嵌合的位置上；(d)当任意一个嵌合状态中的所述从动环单独驱动所述控制环相对所述主动环转动 时，对应的所述轴向定位机构不得先于所述周向定位机构动作。
10.按权利要求9所述的自锁差速器，其特征在于(a)所述周向定位机构是分别设置在所述控制环和所述主动环双方相对的内外周面上 的凹槽式弹簧定位机构；(b)所述轴向定位机构是分别设置在所述从动环和所述花键毂双方相对的内外周面上 的凹槽式弹簧定位机构。
全文摘要
本发明之导向式牙嵌自锁差速器，取消了现有技术中的嵌合弹簧和阻挡/消声环这两个增加制作和装配难度的关键构件，代之以设置于从动环与主动环之间的转动导入机构和用于致动它的定点致动机构，而最佳地具体为导入式棘轮机构的该两机构，可以致使从动环相对主动环的嵌合运动恒定地具有高度一致且相对固定的起始点和轨迹，消除了差速状态中导出齿齿顶之间的机械磨损和摩擦阻力转矩，显著提升了差速器的工作寿命和承载能力，此外，还设置有可选择地致使对应于同一圆周方向的定点致动机构失效的致动选择机构。以上所有机构均为自适应的机械机构。
文档编号F16H48/12GK102086927SQ20091026149
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月8日 优先权日2009年12月8日
发明者洪涛 申请人:洪涛