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技术领域

本发明涉及一种内齿轮驱动的摆齿式汽车差速器，用于轮式车辆的差速，属于机械传 动技术领域。

背景技术

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

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、承载能力大、传动效率高的新型差速器—— 内齿轮驱动的摆齿式汽车差速器。

本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：一种内齿轮驱动的摆齿式汽车差速器， 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)、摆动活齿(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)、活齿柱销(11)、深 沟球轴承(12)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——摆动活齿——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)、摆动活齿(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Z₁，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 (13)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Z₂个径向导槽，并在右侧端面上开有Z₂个轴向通孔。导槽内装有摆动活 齿(5)。左半轴架(2)由一对深沟球轴承(12)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摆动活齿(5)一方面随左半轴架(2)转动，另一方面又绕活齿 柱销(11)偏心转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(14)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；上述摆动活 齿(5)通过活齿柱销(11)固定在左半轴架(2)上。左半轴架(2)上开有轴向通孔，活齿 柱销(11)穿过摆动活齿(5)插装在该通孔上，从而将摆动活齿(5)与左半轴架(2)相联 接。摆动活齿(5)与活齿柱销(11)组成转动副；摆动活齿(5)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滑动副； 外齿内中心轮(1)的齿数Z₁和摆动活齿(5)的齿数Z₂相差为2。

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。

与已有技术相比本发明的主要发明点在于：

①本发明用“外齿内中心轮——摆动活齿——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、摆动活齿、右半轴两相外凸轮， 以此系统实现差速。

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，沿该套筒周向开有Z₂个径 向导槽，并在右侧端面上开有Z₂个轴向通孔。导槽内装有摆动活齿。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摆动活齿一方面随左半轴架 转动，另一方面又绕活齿柱销偏心转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。

③摆动活齿通过活齿柱销固定在左半轴架上。左半轴架上开有轴向通孔，活齿柱销穿 过摆动活齿插装在该圆孔上，从而将摆动活齿与左半轴架相联接。摆动活齿与活齿柱销组成 转动副；摆动活齿的外圆柱表面与外齿内中心轮的内齿轮齿廓和右半轴两相外凸轮的外轮廓 分别相啮合各组成一个滑动副；

④摆动活齿与外齿内中心轮、左半轴架及右半轴两相外凸轮之间均为多齿啮合，故重 合度大，承载能力大，可实现大功率、大扭矩差速传动。

⑤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。

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：

1.结构紧凑，轴向和径向尺寸小，体积小，重量更轻

本发明采用“外齿内中心轮——摆动活齿——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。

2.重合度大，承载能力高

本发明中摆动活齿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％的摆动活齿同时参与啮合工作，重合度高，承载能力高，可实现大 功率、大扭矩差速传动。

3.工艺性好、生产成本低

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。

4.受力均衡，运转平稳

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

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。

图1是内齿轮驱动的摆齿式汽车差速器结构示意图

图2是图1的A-A剖视图

图3是外齿内中心轮的结构示意图

图4是左半轴架结构示意图

图5是摆动活齿的结构示意图

图6是右半轴两相外凸轮的结构示意图

图7是内齿轮驱动的摆齿式汽车差速器的差动传动原理图

图8是汽车左转弯时各车轮及差速器的相对位置关系示意图

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摆动活齿；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主 减速器的主动直齿圆锥齿轮；11活齿柱销；12深沟球轴承；13左车轮；14右车轮；15套筒 垫片。

具体实施例

图1至图6所示内齿轮驱动的摆齿式汽车差速器，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)、摆动活齿(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)、活齿柱销(11)、深沟球轴承(12)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——摆动活齿——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)、摆动活齿(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Z₁，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(13)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Z₂个径向 导槽，并在右侧端面上开有Z₂个轴向通孔。导槽内装有摆动活齿(5)。左半轴架(2)由一 对深沟球轴承(12)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 摆动活齿(5)一方面随左半轴架(2)转动，另一方面又绕活齿柱销(11)偏心转动的过程 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(14) 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；上述摆动活齿(5)通过活齿柱销(11) 固定在左半轴架(2)上。左半轴架(2)上开有轴向通孔，活齿柱销(11)穿过摆动活齿(5) 插装在该通孔上，从而将摆动活齿(5)与左半轴架(2)相联接。摆动活齿(5)与活齿柱销 (11)组成转动副；摆动活齿(5)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滑动副；外齿内中心轮(1)的齿数Z₁和 摆动活齿(5)的齿数Z₂相差为2。

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)的内齿轮对摆动活齿(5)产生推力，迫使 摆动活齿(5)绕活齿柱销(11)转动并推动左半轴架(2)转动，与此同时通过摆动活齿(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，经摆动活齿(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， 摆动活齿(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)转动的同时绕插装在左半轴架(2)右端上的活齿柱 销(11)转动，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。而且由于摆动活齿(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。

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n₁，则由图7可得：

n 2 - n 6 n 1 - n 6 = Z 1 Z 2 - - - ( 1 ) ]]>

式中，Z₂—摆动活齿(5)的齿数；Z₁—外齿内中心轮(1)的齿数。

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：

n 2 n 6 = ( r - L ) ( r + L ) - - - ( 2 ) ]]>

式中，r—弯道平均半径；L—后轮距之半。

联立求解式(1)、式(2)，得：

n 2 = ( r - L ) Z 1 Z 1 r + ( Z 1 - 2 Z 2 ) L n 1 - - - ( 3 ) ]]>

n 6 = ( r + L ) Z 1 Z 1 r + ( Z 1 - 2 Z 2 ) L n 1 - - - ( 4 ) ]]>

在确定的车辆参数及行驶条件下，n₁、Z₁、Z₂、L均为已知。因此，n₂与n₆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。

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。