一种基于面齿轮副的限滑式差速器

1.本发明属于汽车传动技术领域，具体涉及一种限滑式差速器。


背景技术：

2.差速器几乎是所有汽车中必备的零部件，广泛适用于后桥中，差速器的使用是为了满足汽车转弯时，内外侧轮子不同转速的要求。目前常用的差速器有传统的开式差速器和限滑式差速器。开式差速器左右侧轮胎可以100％速度差旋转，即一侧轮胎分配了100％的动力，另一侧轮胎因为没有动力而停止不动。限滑式差速器则解决了这一问题，只允许内外侧轮胎以一个特定的速度差旋转，不会出现一侧轮胎分配了100％动力而另一侧轮胎不动的情况。这个特性很好的解决了汽车一侧轮胎打滑的进而导致车辆没有足够的抓地力而无法前进的问题。
3.目前几乎所有的差速器都是基于直齿锥齿轮的差速器，安装调试困难，强度低，承载能力弱，只适用于轻型汽车，尤其是在安装不正确的情况下，轮齿受载情况差。汽车后桥中的动力传递与换向功能使用的大多都是弧齿锥齿轮，将发动机输出的动力转换方向以后输入到差速器中，弧齿锥齿轮安装调试更为复杂，且对安装误差非常敏感，容易造成轮齿载荷不均等问题。
4.面齿轮传动技术是近几年才兴起的一种传动形式，与其他传动形式不同的是，与面齿轮相啮合的齿轮为标准渐开线圆柱齿轮。这种传动方式具有传动比大、结构简单、传递载荷大、重合度大、对小齿轮轴向安装误差不敏感等优势。但是目前差速器的应用中尚未见到采用面齿轮传动的限滑差速器以及后桥减速器，采用面齿轮传动技术设计而成的差速器，齿轮承载强度高，安装简单，对圆柱齿轮轴向安装精度要求不高，可传递更大的动力，圆柱齿轮不受轴向力的作用，因此对提高圆柱齿轮轴的强度、简化圆柱齿轮轴的设计都是有益的。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于面齿轮副的限滑式差速器，包括输入轴、输入圆柱齿轮、从动面齿轮、差速器壳体、左半轴面齿轮、右半轴面齿轮、十字轴、行星圆柱齿轮组、限滑摩擦片组、左输出半轴和右输出半轴。发动机产生的动力通过输入轴输入到输入圆柱齿轮上，输入圆柱齿轮再传递给从动面齿轮上，从动面齿轮再将动力传递至差速器壳体上。行星圆柱齿轮组与十字轴相连接，行星圆柱齿轮组分别与左半轴面齿轮和右半轴面齿轮相啮合，限滑摩擦片组中的主动摩擦片与套筒之间通过花键连接，半轴面齿轮与限滑摩擦片组中的从动摩擦片通过花键连接，输出半轴与半轴面齿轮之间通过花键连接。本发明是一种结构紧凑、易于制造、尺寸小、强度高和寿命长的一种限滑差速器。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
7.一种基于面齿轮副的限滑式差速器，包括输入轴、输入圆柱齿轮、从动面齿轮、差速器壳体、左半轴面齿轮、右半轴面齿轮、十字轴、行星圆柱齿轮组、限滑摩擦片组、左输出
半轴和右输出半轴；
8.所述输入轴与输入圆柱齿轮固定连接；所述输入圆柱齿轮与从动面齿轮啮合；所述差速器壳体为圆柱形，所述从动面齿轮与差速器壳体固定连接；所述十字轴设置在差速器壳体内部轴向中间部位，且十字轴四端分别固定在差速器壳体上，能随着差速器壳体转动；所述差速器壳体两端面上设置有通孔；
9.所述行星圆柱齿轮组包含4个圆柱齿轮，4个圆柱齿轮分别安装在十字轴的四个轴上；所述十字轴两侧对称设置左半轴面齿轮和右半轴面齿轮，且行星圆柱齿轮组同时与左半轴面齿轮和右半轴面齿轮相啮合；所述限滑摩擦片组有两组，对称设置在左半轴面齿轮的左侧和右半轴面齿轮的右侧；左侧限滑摩擦片组的左侧设置有左输出半轴，右侧限滑摩擦片组的右侧设置有右输出半轴；
10.所述左半轴面齿轮和右半轴面齿轮上都设置有花键轴，且花键轴外侧设置有外花键，内侧设置有内花键；
11.所述限滑摩擦片组包括套筒、弹簧、弹簧压板、主动摩擦片、从动摩擦片和弹簧片；所述套筒内部设置有内花键，且端面上设置有孔，通过孔与差速器壳体固定连接；所述弹簧压板上设置有多个弹簧定位轴，弹簧定位轴的高度小于单个弹簧长度，多个弹簧分别安装在弹簧定位轴上；所述弹簧压板中间部位设有通孔；所述主动摩擦片外侧设置有外花键，与套筒内侧的内花键相啮合，且中间部位设有通孔；所述从动摩擦片内侧设置有内花键，外侧最大直径小于套筒内径；所述弹簧、弹簧压板、主动摩擦片、从动摩擦片和弹簧片依次设置在套筒内部，弹簧与套筒端面接触，弹簧片位于最外侧，表面突出于套筒；所述弹簧片在外力压缩下会产生变形，总厚度减小，外力消失后能自行恢复原厚度；所述弹簧片中间部位设有通孔；
12.所述右半轴面齿轮通过外花键与右边限滑摩擦片组的从动摩擦片上的内花键相连接，由从动摩擦片带动旋转；所述左半轴面齿轮通过外花键与左边限滑摩擦片组的从动摩擦片上的内花键相连接，由从动摩擦片带动旋转；
13.所述左输出半轴一端设有外花键，与左半轴面齿轮的内花键连接；所述右输出半轴一端设有外花键，与右半轴面齿轮的内花键连接；
14.发动机输出的旋转动力通过输入轴和与其连接的输入圆柱齿轮上，通过啮合关系，动力传输至与输入圆柱齿轮啮合的从动面齿轮上，从动面齿轮驱动差速器壳体旋转；差速器壳体旋转带动十字轴旋转，同时差速器壳体带动左右两侧套筒旋转，动力传输至十字轴和套筒；行星圆柱齿轮组跟随十字轴绕差速器壳体轴线旋转，套筒带动主动摩擦片旋转，动力传输至行星圆柱齿轮组和主动摩擦片上；主动摩擦片和从动摩擦片之间通过摩擦力，将动力传输至从动摩擦片上；左右两侧的从动摩擦片通过内花键，将动力分别传输至左半轴面齿轮和右半轴面齿轮上，从而带动左半轴面齿轮和右半轴面齿轮旋转；弹簧片、弹簧和弹簧压板起到压紧主动摩擦片和从动摩擦片的作用；左半轴面齿轮通过花键轴将旋转动力传输至左输出半轴上，右半轴面齿轮通过花键轴将旋转动力传输至右输出半轴上；左输出半轴再将动力输出至左侧轮胎，右输出半轴将动力输出至右侧轮胎，进而驱动车辆前进。
15.优选地，所述主动摩擦片和从动摩擦片各一个组成一组，在套筒内设置多组主动摩擦片和从动摩擦片。
16.优选地，所述行星圆柱齿轮组包括2个圆柱齿轮，十字轴变为一字轴。
17.优选地，所述套筒与差速器壳体通过螺栓连接或焊接。
18.优选地，所述从动面齿轮为直齿面齿轮或斜齿面齿轮或弧齿面齿轮，分别对应的输入圆柱齿轮为直齿圆柱齿轮或斜齿圆柱齿轮或弧齿圆柱齿轮。
19.优选地，所述左半轴面齿轮和右半轴面齿轮为直齿面齿轮或斜齿面齿轮或弧齿面齿轮，分别对应的行星圆柱齿轮组为直齿圆柱齿轮组或斜齿圆柱齿轮组或弧齿圆柱齿轮组。
20.本发明的有益效果如下：
21.(1)本发明装置结构简单，易于加工制造。零件数量少，加工方便，成本低，便于维护。
22.(2)本发明结构尺寸小，重量轻。相比于传统基于弧齿锥齿轮和直齿锥齿轮的差速器，采用面齿轮传动可减小齿轮占用空间。
23.(3)本发明传递动力大。由于面齿轮传动重合度大，承载能力强，强度高。
24.(4)本发明便于设计与装配。由于面齿轮传动对圆柱齿轮不产生附加轴向力，因此圆柱齿轮的轴向支撑可不进行特殊设计。并且圆柱齿轮的轴向安装误差对于啮合性能影响极小，因此安装调试难度小，对轴向安装精度要求低。
附图说明
25.图1是本发明的总体结构三维剖视图。
26.图2是本发明输入圆柱齿轮和从动面齿轮结构示意图。
27.图3是本发明半轴面齿轮第一等轴测视图。
28.图4是本发明半轴面齿轮第二等轴测视图。
29.图5是本发明限滑摩擦片组的装配体爆炸图。
30.图6是本发明限滑摩擦片组剖切示意图。
31.图7是本发明半轴面齿轮和限滑摩擦片组的安装示意图。
32.图8是本发明十字轴结构示意图。
33.图9是本发明弹簧压板和弹簧安装示意图。
34.图10是本发明弹簧片示意图。
35.图11是本发明输出半轴示意图。
36.图12是本发明主动摩擦片示意图。
37.图13是本发明从动摩擦片示意图。
38.图14是本发明套筒示意图。
39.附图说明：1-输入轴、2-输入圆柱齿轮、3-从动面齿轮、4-差速器壳体、5-左半轴面齿轮、6-右半轴面齿轮、7-十字轴、8-行星圆柱齿轮组、9-限滑摩擦片组、10-左输出半轴、11-右输出半轴、901-套筒、902-弹簧、903-弹簧压板、904-主动摩擦片、905-从动摩擦片、906-弹簧片。
具体实施方式
40.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
41.为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于面齿轮副的限滑式差速器，包括
输入轴、输入圆柱齿轮、从动面齿轮、差速器壳体、左半轴面齿轮、右半轴面齿轮、十字轴、行星圆柱齿轮组、限滑摩擦片组、左输出半轴和右输出半轴。发动机产生的动力通过输入轴输入到输入圆柱齿轮上，输入圆柱齿轮再传递给与之啮合的从动面齿轮上，从动面齿轮再将动力传递至与之固连的差速器壳体上。十字轴与差速器壳体相连接，行星圆柱齿轮组与十字轴相连接，行星圆柱齿轮组与左半轴面齿轮和右半轴面齿轮相啮合，限滑摩擦片组中的套筒与差速器壳体之间螺栓连接，限滑摩擦片组中的主动摩擦片与套筒之间通过花键连接，半轴面齿轮与限滑摩擦片组中的从动摩擦片通过花键连接，输出半轴与半轴面齿轮之间通过花键连接。
42.当汽车正常直线行驶时，左右侧轮子转速相同，不存在转速差与相对转动。动力通过输入圆柱齿轮传递至从动面齿轮，再传递至差速器壳体上，差速器壳体带动十字轴和限滑摩擦片组中的套筒旋转，其中十字轴带动行星圆柱齿轮组旋转，套筒带动限滑摩擦片组中的主动摩擦片转动，此时因为两侧轮子不存在相对转动，因此两侧半轴面齿轮转速相同，圆柱齿轮不自转，并且两侧主动摩擦片和从动摩擦片之间不存在相对滑动，因此主动摩擦片将动力全部传递给从动摩擦片，从动摩擦片带动面齿轮转动，面齿轮通过花键将动力输出至输出半轴，半轴将动力传递至两侧轮子，实现正常行驶。
43.当汽车一侧轮胎陷入泥泞，轮胎打滑空转时，普通开式差速器会将绝大部分动力传递至空转轮胎上，进而导致另一侧抓地力良好的轮胎缺乏足够的动力而导致车辆无法脱困。本发明提供的基于面齿轮副的限滑式差速器，当车辆一侧轮胎空转时，转速较高，根据转速和扭矩的关系可知，此时该侧半轴传递的扭矩较小，该侧半轴面齿轮与行星圆柱齿轮组之间的啮合力较小，并且主动摩擦片和从动摩擦片相对静止，处于一种“锁止”状态。然而另一侧轮胎传动速度低，此时该侧半轴传递的扭矩较大，该侧半轴面齿轮与行星圆柱齿轮组之间的啮合力较大，并且主动摩擦片和从动摩擦片之间存在相对滑动。由齿轮传动特点可知，面齿轮副啮合传动时，圆柱齿轮对面齿轮会产生沿面齿轮切向的切向力和沿面齿轮轴向的轴向力，轴向力会推动面齿轮向“脱离”啮合的方向运动。因为半轴面齿轮可沿轴向进行微小滑动，因此轴向力的大小会导致半轴面齿轮的移动量的不同。半轴面齿轮因为轴向力而导致向外的移动会压缩弹簧片，进而压缩从动摩擦片和主动摩擦片，增加摩擦片之间的压力，进而产生更大的摩擦力，因此摩擦片之间可传递更大的扭矩。
44.上述例子中汽车一侧轮胎陷入泥泞，打滑空转时，因为传递的扭矩较小，啮合力较小，因此产生的半轴面齿轮轴向力也较小，面齿轮向外产生的移动量也较小，对摩擦片之间的压力也较小，故摩擦片之间的摩擦力较小。而另一侧因为转速低，转递扭矩大，因此产生的半轴面齿轮轴向力较大，将半轴面齿轮推向分离的位移也较大，进而半轴面齿轮推动弹簧片移动，对主动摩擦片和从动摩擦片之间产生较大的压力，因此摩擦力也相应增大，因此一部分动力会从空转一侧“转移”至另一侧，进而抓地力好的一侧轮胎可分配到更到的动力，从而轮胎产生更大的牵引力，帮助车辆“脱困”。
45.本发明提供的一种基于面齿轮副的限滑式差速器，是一种结构紧凑、易于加工制造、尺寸小、强度高和寿命长的一种限滑差速器。
46.本实施例以车辆正常直行与一侧轮胎陷入水中或泥潭中，打滑空转为例进行说明。
47.如图1和图2所示，一种基于面齿轮副的限滑式差速器，包括输入轴1、输入圆柱齿
轮2、从动面齿轮3、差速器壳体4、左半轴面齿轮5、右半轴面齿轮6、十字轴7、行星圆柱齿轮组8、限滑摩擦片组9、左输出半轴10和右输出半轴11；
48.所述输入轴1与输入圆柱齿轮2固定连接；所述输入圆柱齿轮2与从动面齿轮3啮合；所述差速器壳体4为圆柱形，所述从动面齿轮3与差速器壳体4固定连接；如图8所示，所述十字轴7设置在差速器壳体4内部轴向中间部位，且十字轴7四端分别固定在差速器壳体4上，能随着差速器壳体4转动；所述差速器壳体4两端面上设置有通孔；
49.所述行星圆柱齿轮组8包含4个圆柱齿轮，4个圆柱齿轮分别安装在十字轴7的四个轴上；所述十字轴7两侧对称设置左半轴面齿轮5和右半轴面齿轮6，且行星圆柱齿轮组8同时与左半轴面齿轮5和右半轴面齿轮6相啮合；所述限滑摩擦片组9有两组，对称设置在左半轴面齿轮5的左侧和右半轴面齿轮6的右侧；左侧限滑摩擦片组9的左侧设置有左输出半轴10，右侧限滑摩擦片组9的右侧设置有右输出半轴11；
50.如图3和图4所示，所述左半轴面齿轮5和右半轴面齿轮6上都设置有花键轴，且花键轴外侧设置有外花键，内侧设置有内花键；
51.如图5、图6、图9、图10、图12、图13和图14所示，所述限滑摩擦片组9包括套筒901、弹簧902、弹簧压板903、主动摩擦片904、从动摩擦片905和弹簧片906；所述套筒901内部设置有内花键，且端面上设置有孔，通过孔与差速器壳体4固定连接；所述弹簧压板903上设置有多个弹簧定位轴，弹簧定位轴的高度小于单个弹簧902长度，多个弹簧902分别安装在弹簧定位轴上；所述主动摩擦片904外侧设置有外花键；所述弹簧压板903和主动摩擦片904中间部位设有孔；所述从动摩擦片905内侧设置有内花键，外侧最大直径小于套筒901内径；所述弹簧压板903、主动摩擦片904和从动摩擦片905设置在套筒901内部，弹簧902与套筒901端面接触；所述弹簧片906位于套筒901外侧，表面突出于套筒901，并与从动摩擦片905接触；所述弹簧片906在外力压缩下会产生变形，总厚度减小，外力消失后能自行恢复原厚度；所述弹簧压板903、主动摩擦片904和弹簧片906中间部位均设有孔；
52.如图7所示，所述右半轴面齿轮6通过外花键与右边限滑摩擦片组9的从动摩擦片905上的内花键相连接，由从动摩擦片905带动旋转；所述左半轴面齿轮5通过外花键与左边限滑摩擦片组9的从动摩擦片905上的内花键相连接，由从动摩擦片905带动旋转；
53.如图11所示，所述左输出半轴10一端设有外花键，与左半轴面齿轮5的内花键连接；所述右输出半轴11一端设有外花键，与右半轴面齿轮6的内花键连接；
54.发动机输出的旋转动力通过输入轴1和与其连接的输入圆柱齿轮2上，通过啮合关系，动力传输至与输入圆柱齿轮2啮合的从动面齿轮3上，从动面齿轮3驱动差速器壳体4旋转；差速器壳体4旋转带动十字轴7旋转，同时差速器壳体4带动左右两侧套筒901旋转，动力传输至十字轴7和套筒901；行星圆柱齿轮组8跟随十字轴7绕差速器壳体4轴线旋转，套筒901带动主动摩擦片904旋转，动力传输至行星圆柱齿轮组8和主动摩擦片904上；主动摩擦片904和从动摩擦片905之间通过摩擦力，将动力传输至从动摩擦片905上；左右两侧的从动摩擦片905通过内花键，将动力分别传输至左半轴面齿轮5和右半轴面齿轮6上，从而带动左半轴面齿轮5和右半轴面齿轮6旋转；弹簧片906、弹簧902和弹簧压板903起到压紧主动摩擦片904和从动摩擦片905的作用；左半轴面齿轮5通过花键轴将旋转动力传输至左输出半轴10上，右半轴面齿轮6通过花键轴将旋转动力传输至右输出半轴11上；左输出半轴10再将动力输出至左侧轮胎，右输出半轴11将动力输出至右侧轮胎，进而驱动车辆前进。
55.左半轴面齿轮5和右半轴面齿轮6可沿轴向进行微小移动，面齿轮与圆柱齿轮啮合时存在啮合力，啮合力可产生面齿轮轴向分量，轴向力可推动面齿轮运动。利用这一特性，可实现差速器的限滑锁止。
56.当汽车正常直行时，两侧轮胎转速相同，转递的扭矩相等，此时行星圆柱齿轮组8和左半轴面齿轮5、右半轴面齿轮6的啮合力相等。则左半轴面齿轮5被轴向力推动向左移动的距离和右半轴面齿轮6被轴向力推动向右移动的距离相等；则半轴面齿轮5和6对弹簧902、弹簧压板903、主动摩擦片904、从动摩擦片905和弹簧片906的压力相等，主动摩擦片904和从动摩擦片905之间的摩擦力相等，则动力通过主动摩擦片904传递至从动摩擦片905之间的动力相等，从动摩擦片905传递至左半轴面齿轮5和右半轴面齿轮6上的动力相等，则输出至左输出半轴10和右输出半轴11的动力相等，进而传递至两侧轮胎的动力相等，汽车正常直线行驶。
57.当汽车右侧轮胎陷入水中或泥潭中，打滑空转时；空转右侧轮胎转速高，传递的扭矩小，则行星圆柱齿轮组8与右半轴面齿轮6之间的啮合力较小，右半轴面齿轮6受到的轴向力较小，则向右移动的距离较小，对弹簧902、弹簧压板903、主动摩擦片904、从动摩擦片905和弹簧片906产生的压力较小，主动摩擦片904和从动摩擦片905之间的摩擦力较小；左侧轮胎抓地力好，转速较低，传递的扭矩大，则行星圆柱齿轮组8与左半轴面齿轮5之间的啮合力较大，左半轴面齿轮5受到的轴向力较大，则向左移动的距离较大，对弹簧902、弹簧压板903、主动摩擦片904、从动摩擦片905和弹簧片906产生的压力较大，主动摩擦片904和从动摩擦片905之间的摩擦力较大；根据这一特性，摩擦力小的一侧将只能传递较小的动力，摩擦力大的一侧将可传递较大的动力，动力从转速高的右侧被分配至转速低的左侧；此时左侧轮胎被分配到足够的动力，产生足够的牵引力，进而驱动车辆前进，帮助车辆脱困。