圆柱行星齿轮差速器的制作方法

本发明涉及差速器技术领域，尤其涉及一种圆柱行星齿轮差速器。

背景技术：

最早的汽车为单轮驱动，其它轮子为自由转动的轮子，这种汽车不需要差速器，但其牵引力和路面适应能力有局限性，随着技术的发展这种单轮驱动已被淘汰，发展到双轮驱动甚至四轮驱动，于是科学家便设计出了差速器。

汽车在转弯时，车轮做的是圆弧的运动，那么外侧车轮的转速必然要高于内侧车轮的转速，存在一定的速度差，在驱动轮上会造成相互干涉的现象。由于非驱动轮左右两侧的轮子是相互独立的，互不干涉。

驱动轮如果直接通过一根轴刚性连接的话，两侧轮子的转速必然会相同。那么在过弯时，内外两侧车轮就会发生干涉的现象，会导致汽车转弯困难，所以现在汽车的驱动桥上都会安装差速器。布置在前驱动桥(前驱汽车)和后驱动桥(后驱汽车)的差速器，可分别称为前差速器和后差速器，如安装在四驱汽车的中间传动轴上，来调节前后轮的转速，则称为中央差速器。

差速器的发明人是法国雷诺汽车公司的创始人雷诺。汽车差速器能够使左、右(或前、后)驱动轮实现以不同转速转动的机构。主要由左右半轴齿轮、两个行星齿轮及齿轮架组成。功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右车轮以不同转速滚动，即保证两侧驱动车轮作纯滚动运动。差速器是为了调整左右轮的转速差而装置的。在四轮驱动时，为了驱动四个车轮，必须将所有的车轮连接起来，如果将四个车轮机械连接在一起，汽车在曲线行驶的时候就不能以相同的速度旋转，为了能让汽车曲线行驶旋转速度基本一致性，这时需要加入中间差速器用以调整前后轮的转速差。

作为汽车驱动桥的重要组成部件,差速器主要服务于汽车行驶在非直线和非平整路面,其功能是将汽车前部左右驱动轮以不同的旋转速度滚动,以保证在转弯或者起伏路面汽车轮胎与地面摩擦力为滑动摩擦力,合理的分配左右驱动轮的动力,提高汽车性能。

目前，差速器的使用十分广泛，尤其是在交通工具方面，在汽车上差速器起着至关重要的作用。

汽车差速器能够使左、右(或前、后)驱动轮实现以不同转速转动的机构。主要由左右半轴齿轮、两个行星齿轮及齿轮架组成。功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右车轮以不同转速滚动，即保证两侧驱动车轮作纯滚动运动。差速器是为了调整左右轮的转速差而装置的。在四轮驱动时，为了驱动四个车轮，必须将所有的车轮连接起来，如果将四个车轮机械连接在一起，汽车在曲线行驶的时候就不能以相同的速度旋转，为了能让汽车曲线行驶旋转速度基本一致性，这时需要加入中间差速器用以调整前后轮的转速差。

而差速器分类和功能应用方面又分了许许多多，传统的普通行星齿轮差速器都为圆锥齿轮差速器，如图14所示。

对称式锥齿轮差速器是差速器最原始的模型,并且仍然有着广泛的市场,差速器也一度被称之为“小零件大作用”。差速器产生于上个世纪工业革命时期,在战争时期发展到了最高峰。对称式锥齿轮差速器由锥齿轮、行星齿轮、行星齿轮轴和差速器外壳组成,差速器工作的基本原理也是基于行星齿轮结构。行星齿轮为了保证其稳定性,将行星齿轮的主轴与差速器外壳通连接成为紧密整体,组成了行星结构的行星架,行星结构上的锥齿轮转动方向和转速就是不确定的,在有些情况下两个锥齿轮的转向是完全相反的。在车辆直线并且在平整路面的形式状态时,两个半轴传递的扭矩是相同的。在一个驱动轮悬空情况下,如果传动轴是匀速转动,有附着力的驱动轮是没有驱动力的；如果传动轴是加速转动,有附着力的驱动轮的驱动力等于悬空车轮的角加速度和转动惯量的乘积。

防滑差速器用于部分弥补对称式锥齿轮差速器越野路面的传动缺陷,它是在对称式锥齿轮差速器的基础上改进,在差速器壳的边齿轮之间增加摩擦片。对应干行星齿轮组来讲,就是在行星架和太阳轮之间增加了摩擦片,增加太阳轮与行星架自由转动的阻力。防滑差速器是为了解决汽车驶向路况复杂时汽车容易陷入泥泞、深坑的情况下而诞生的,最初使用在越野汽车和大型工程机械上,但是,随着人们对汽车性能要求的提高,防滑差速器也运用到了当前大众性的汽车当中。防滑差速器类型也多种,分为自锁和强制止锁两种,而自锁式又分为高摩擦、自由轮和变传动比的自锁式防滑差速器。

与国外相比,国内的防滑差速器研究起步较晚,尚无自主产品问世。应用比较广泛的都是一些机械式的,比如用于大众高尔夫轿车上的摩擦片式自锁差速器、用于中型和重型汽车上的牙嵌式自由轮差速器、用于奥迪80和奥迪90轿车上的托森差速器、用于高尔夫—辛克罗型轿车上的粘性联轴差速器等等。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种结构设计新颖、紧凑、能提高传动效率，提高载荷能力圆柱行星齿轮差速器。

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：

设计一种圆柱行星齿轮差速器，包括输入轴、左半轴、右半轴，输入轴前端安装有输入锥齿轮、右半轴上安装有传动锥齿轮，传动锥齿轮通过轴承转动安装在右半轴上，所述输入锥齿轮与传动锥齿轮啮合传动；左半轴、右半轴同轴设置，右半轴的前端固定安装有太阳轮，太阳轮与位于右半轴的轴线上；太阳轮位于传动锥齿轮内侧；

左半轴端部固定安装有行星齿轮架，行星齿轮架上安装有至少两个对称设置的行星轮，行星轮的轴线与左半轴轴线平行，所述行星轮上同轴固定有传动轮，行星轮与传动轮同步转动；

传动锥齿轮的内侧面上安装有驱动轮，传动锥齿轮与传动锥齿轮相对固定，且驱动轮与传动锥齿轮同步转动并位于右半轴的轴线上；

所述太阳轮位于对称设置的行星轮之间并与所有的行星轮啮合传动，所述驱动轮位于对称设置的传动轮之间并与所有的传动轮啮合传动。

所述驱动轮与传动轮上的传动齿为直齿或螺旋齿，驱动轮与传动轮的传动为直齿啮合传动或螺旋齿啮合传动。

所述行星轮与太阳轮的传动齿为直齿或螺旋齿，行星轮与太阳轮的传动为直齿啮合传动或螺旋齿啮合传动。

所述驱动轮与传动轮上的传动齿为螺旋齿，驱动轮与传动轮的传动为螺旋齿啮合传动；所述行星轮与太阳轮的传动齿为螺旋齿，行星轮与太阳轮的传动为螺旋齿啮合传动；行星轮与传动轮上的螺旋齿绕制方向相反。

所述驱动轮与传动轮上的传动齿为螺旋齿，驱动轮与传动轮的传动为螺旋齿啮合传动；所述行星轮与太阳轮的传动齿为人字齿，所述行星轮与太阳轮的传动为人字齿啮合传动。

所述驱动轮上同轴固定有套筒，所述传动锥齿轮上设有与所述套筒匹配的套管，套筒的外壁与所述套筒的内壁上分别设有相互匹配的直齿，套筒插入至套管内并通过直齿啮合，且所述套筒可相对传动锥齿轮在轴向方向上移动，传动锥齿轮通过所述直齿驱动所述驱动轮转动。

所述驱动轮与太阳轮之间设有摩擦片，摩擦片套在右半轴上，所述摩擦片固定在太阳轮或驱动轮的侧壁上。

所述太阳轮与行星齿轮架之间设有推力滚子轴承，推力滚子轴承固定在行星齿轮架或太阳轮侧壁上。

所述行星轮为四个并对称分布；所述行星齿轮架上固定有安装轴，所述行星轮及传动轮通过安装轴承转动安装在所述安装轴上。

所述行星轮的直径大于所述传动轮的直径。

本发明的有益效果在于：

1、本设计的圆柱行星齿轮差速器采用斜齿轮传动，能提高传动效率，提高载荷能力，相对于传统的对称锥齿轮行星差速器相比而言，本设计具有传动效率更高的优势特点。

2、本设计的差速器除输入轴锥齿轮传动以外均采用圆柱齿轮(斜齿轮、人字齿轮)，本设计在实际工作中可减小转动噪音，提高传动效率，减少加工成本。

3、本设计的太阳轮、驱动轮与行星轮、传动轮采用四点对称受力方式，与现有技术中两点受力方式相比，本设计受力更加均匀，在实际的工作中可提高驱动桥差速器的传动效率。

附图说明

图1为本设计的差速器整体结构示意图；

图2为本设计的差速器内部结构示意图；

图3为图2所示结构另一视角示意图；

图4为本设计的差速器内部结构分体状态各主要部件结构示意图；

图5为本设计的差速器中的左半轴、行星轮、传动轮、驱动轮、太阳轮及右半轴连接关系示意图；

图6为本设计的差速器中的行星齿轮架、行星轮、传动轮、太阳轮及右半轴连接关系俯视状态结构示意图；

图7为本设计的差速器实施例2所述结构示意图；

图8为图7所示结构另一视角结构示意图；

图9为图7所示结构中的主要结构分体状态示意图；

图10为图7所示结构中的行星轮、传动轮、驱动轮、太阳轮及右半轴连接关系示意图；

图11为图7所示结构中的行星轮、传动轮、驱动轮、太阳轮连接关系俯视结构示意图；

图12为图7所示结构中的各结构分体状态示意图；

图13为图7所示结构的轴向剖面结构示意图；

图14为现有差速器及两点受力分析图；

图15为本设计的差速器四点受力分析图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

实施例1：一种圆柱行星齿轮差速器，参见图1至图7、图14、图15；

包括输入轴100、左半轴300、右半轴200，输入轴100前端安装有输入锥齿轮101、右半轴200上安装有传动锥齿轮102，传动锥齿轮102通过轴承104转动安装在右半轴200上，所述输入锥齿轮101与传动锥齿轮102啮合传动；左半轴300、右半轴200同轴设置，右半轴200的前端固定安装有太阳轮201，太阳轮201与位于右半轴200的轴线上；太阳轮201位于传动锥齿轮102内侧。

本设计中，所述左半轴300端部固定安装有行星齿轮架301，行星齿轮架301上安装有四对称设置的行星轮302，行星轮302的轴线与左半轴300轴线平行，所述行星轮302上同轴固定有传动轮303，行星轮302与传动轮303同步转动，其所述行星轮302的直径大于所述传动轮303的直径，且行星轮302与传动轮303两者固定且一体成型，其所述行星齿轮架301上固定有安装轴305，其行星轮302与传动轮303通过安装轴承310转动安装在所述安装轴305上。

进一步的，传动锥齿轮102的内侧面上安装有驱动轮103，传动锥齿轮102与传动锥齿轮103两者相对固定，且驱动轮103与传动锥齿轮102同步转动并位于右半轴200的轴线上。

在对上述部件安装中，所述太阳轮201位于对称设置的行星轮302之间并与所有的行星轮302啮合传动，所述驱动轮103位于对称设置的传动轮303之间并与所有的传动轮303啮合传动，本设计采用四个对称设置的行星轮302和四个对称的传动轮303，其在与太阳轮201、驱动轮103啮合传动时可以实现四点受力传动，甚至更多可达六个切相受力点，相对与现有技术中两点受力传动(可参见图14、15)，本设计传动效率更高，且结构更加稳定。

进一步的，在上述各部件啮合传动时，所述驱动轮103与传动轮303上的传动齿为直齿或螺旋齿(又称为斜齿，螺旋齿轮又称为斜齿轮)，驱动轮103与传动轮303的传动为直齿啮合传动或螺旋齿啮合传动；而所述行星轮302与太阳轮201的传动齿为直齿或螺旋齿，行星轮302与太阳轮201的传动为直齿啮合传动或螺旋齿啮合传动。

在实际的验证中，直齿轮啮合传动时其噪音较大，因此，本设计优选的，其所述驱动轮103与传动轮303上的传动齿为螺旋齿，驱动轮103与传动轮303的传动为螺旋齿啮合传动；所述行星轮302与太阳轮201的传动齿为螺旋齿，行星轮302与太阳轮201的传动为螺旋齿啮合传动，此时，行星轮302与传动轮303上的螺旋齿绕制方向相反，此时，其驱动轮103与太阳轮201的绕制方向也相反。

通过研究发现，两个相互啮合的螺旋齿轮在相互传动时，螺旋齿轮会给彼此一个轴向推力f1和一个与圆周方向相切的推力f2，推力f1促使彼此在轴向方向上相向或反向移动，而推力f2促使两者转动。因此，本设计采用上述行星轮302与传动轮303上的螺旋齿绕制方向相反设计，当整个差速器工作时，其驱动轮103与传动轮303之间、行星轮302与太阳轮201之间所产生的轴向推力f1始终相反，两者可相互抵消，通过此设计在降低本设计差速器运行噪音同时又避免了各部件之间因轴向推力产生磨损、碰撞等问题发生。

本设计的差速器在运行时，其左半轴300、右半轴200与车辆左右轮连接，输入轴100为动力输入轴与发动机连接，整个差速器内部核心部件通过外壳400封装；工作时，输入轴100转动后驱动传动锥齿轮102转动，而后传动锥齿轮102驱动驱动轮103转动，驱动轮103转动时的动力通过传动轮303传递到四个行星轮302上，而左半轴300、右半轴200受到阻力相同时，也即在直线行驶时，四个行星轮302相对驱动轮103保持不动，其动力传输到左半轴上并带动左半轴转动，此时，四个行星轮302在太阳轮201外表面绕太阳轮201转动，此时，太阳轮201转动、右半轴200同样跟随太阳轮201发生转动，此时，左半轴300、右半轴200转速相同车辆保持直线行驶状态。

当左半轴300受到大阻力保持不动或因阻力转速降低时，即车辆在原地转圈或转弯时，驱动轮103保持原来的转速不便，此时，驱动轮103与左半轴发生转速差，此时，行星轮302及其上的传动轮303在安装轴305上转动，而右半轴继续保持原来的转速，此时，行星轮302及其上的传动轮303将多余的动力抵消，实现差速的目的。

同理，当右半轴200受到大阻力保持不动或因阻力转速降低时，即车辆在原地转圈或转弯时，驱动轮103保持原来的转速不便，此时，驱动轮103与右半轴发生转速差，此时，行星轮302及其上的传动轮303在安装轴305上转动，而左半轴继续保持原来的转速，此时，行星轮302及其上的传动轮303将多余的动力抵消，实现差速的目的。

实施例2，参见图7至图13，与实施例相同之处不再赘述，不同之处在于：

差速器在使用中，若其中一个输出轴(左右轴或右半轴)出现车辆打滑时，也即其中一个输出轴的阻力降低时，此时，通过输入轴输入的动力将更多的输入到阻力降低的那个输出轴上，此时，车辆发生打滑的轮将持续保持打滑状态，而未发生打滑的另一次的输出轴上的动力将降低，此时，车辆将不能从打滑状态脱困，而如需改变此种状态则需要将输入轴的动力更多的分配到未发生打滑的输出轴上去，因为未发生打滑的输出轴车辆车轮附着力好，可以提供车辆前进动力，实现轻松脱困(以上为本领域公知常识)，为解决上述问题，本实施例通过下述方案予以实现。

本设计中，所述驱动轮103上的传动齿1031、传动轮303上的传动齿3031为螺旋齿，驱动轮303与传动轮的传动为螺旋齿啮合传动；所述行星轮302上的传动齿3021、太阳轮的传动齿2011为人字齿，所述行星轮与太阳轮的传动为人字齿啮合传动。

进一步的，所述驱动轮103上同轴固定有套筒105，所述传动锥齿轮上设有与所述套筒匹配的套管，套筒的外壁与所述套筒的内壁上分别设有相互匹配的直齿106，套筒插入至套管内并通过直齿啮合，且所述套筒105可相对传动锥齿轮在轴向方向上移动，传动锥齿轮102通过所述直齿驱动所述驱动轮103转动。

同时，所述驱动轮103与太阳轮201之间设有摩擦片500，摩擦片500套在右半轴上，所述摩擦片500固定在太阳轮201或驱动轮103的侧壁上，同理，也可以在行星轮302与太阳轮201相对侧的侧壁上设有摩擦片。

同时，所述太阳轮201与行星齿轮架301之间设有推力滚子轴承501，推力滚子轴承固定套在在行星齿轮架301上圆形凸起306上，此推力滚子轴承可以实现将太阳轮201与行星齿轮架301隔离，避免太阳轮201直接与行星齿轮架301侧壁接触发生磨损现象发生。

实施例1中已经陈述两个相互啮合的螺旋齿轮在相互传动时，螺旋齿轮会给彼此一个轴向推力f1促使两者发生轴向移动，而两个相互啮合的人字齿啮轮在相互啮合传动时，由于人字齿的结构时相互对称的，两者在相互传动时并不会给彼此一个轴向推力f1，而是能够更好的提高传动效率，再者由于人字齿啮合传动时的接触面大，因此，人字齿在传动时的噪音更加小。

在解决上述打滑问题时，当直线行驶时，当各行星轮302与太阳轮201之间不发生相对转动，此时各摩擦片表面微微压紧(斜齿轮轴向作用力)，当车辆转弯时，行星轮302与太阳轮201、驱动轮103与传动轮303能发生相对转动，此时，各摩擦片不影响车辆正常行驶。而当面对泥坑坎坷路面，当汽车一侧车轮空转打滑时，此时太阳轮201与行星轮302啮合压力增大，此时，驱动轮103与传动轮303啮合压力增大，此时，导致驱动轮103与传动轮303两者之间的轴向力增大，使驱动轮103发生微微的轴向运动，使得驱动轮103与太阳轮201、太阳轮201与行星轮302表面压力增大，此时，在摩擦力作用下，使各个齿轮的转速差减小，最终趋于相对静止状态(驱动轮103与传动轮303、太阳轮201与行星轮302)最终一起整体转动，此时，发动机的动力便可均匀地传输到两个输出轴，而后再通过轮胎作用到地面，使汽车能够顺利通过湿滑坎坷路段。

该限滑方式采用传统的摩擦片摩擦式限制滑动，在四个小行星轮的环形表面，以及两个太阳轮接触表面，进行淬火，热加工处理，增强其表面的硬度及摩擦系数，此外，与两半轴相连的半轴齿轮，接触表面贴加摩擦片，增加各表面之间的耐磨系数。利用斜齿轮(带有螺旋角)相互啮合所产生的轴向推力来迫太阳轮与太阳轮、太阳轮与行星齿轮摩擦表面压紧，在摩擦力的作用下，(一侧轮子打滑发生空转状态)各个行星齿轮与太阳轮之间的转速趋于一致最终保持相对静止，从而减少汽车两半轴的转速差，使发动机的动力均匀分配到两半轴，达到限滑的目的。

通过上文可知，本设计差速器限滑方式采用传统的摩擦片摩擦式限制滑动，其在具体的实现中可在四个行星轮的环形表面，以及太阳轮与驱动轮接触表面进行淬火、热加工处理，增强其接触表面的硬度及摩擦系数，此外，还可以在相互接触的表面贴加摩擦片，增加各表面之间的耐磨系数；其原理是利用斜齿轮(带有螺旋角)相互啮合所产生的轴向推力来迫太阳轮与驱动轮、太阳轮与行星轮表面压紧，在摩擦力的作用下，(一侧轮子打滑发生空转状态)各个行星轮与太阳轮之间的转速趋于一致最终保持相对静止，从而减少汽车两半轴的转速差，使发动机的动力均匀分配到两半轴，达到限滑的目的。当然，除了本文所述的结构以外，亦可采用目前较为成熟的限滑方式，即与目前的机械式的限滑装置或电子机械式限滑装置结合使用，也可采取强制锁止方式进行限滑，同样也可通过目前熟知的abs等电子设备来解决，使整车保持正常行驶。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。