導向式牙嵌自鎖差速器的制作方法

專利名稱：導向式牙嵌自鎖差速器的制作方法
技術領域：
本發明涉及機械傳動領域中的一種差速傳動裝置，特別涉及但不僅僅涉及一種輪 式車輛使用的牙嵌式自鎖差速器。
背景技術：
根據本申請人提出的中國專利申請200710152155. 7的基本型牙嵌式自鎖差速 器，很好地解決了其之前的現有技術的結構復雜、對彈簧和裝配要求過于嚴苛、可靠性不足 以及壽命不夠長等問題。然而，其仍然存在可改進之處，也就是仍部分地存在著與其之前的 現有技術一樣的共有缺點。例如，具有嵌合彈簧和正比于該彈簧彈性嵌合力的軸向機械磨 損，以及與之相應的滑轉摩擦阻力轉矩。當分離齒/導出齒的齒頂被磨損到一定程度后，其 從動環將無法可靠地分離或阻擋環無法建立起阻擋關系，該類差速器將因此而報廢。另外，該類自鎖差速器的從動環相對主動環嵌合時，也就是反超越轉動開始時，其 阻擋環相對該環軸向支撐環的止轉位置具有隨機性和任意性，必然導致從動環相對主動環 開始嵌合時的圓周起始位置的隨機性和任意性，從而不能保證雙方于最佳的起始區間內開 始嵌合。同時，其嵌合雙方在嵌合過程中的相對運動軌跡線又是一條不規則螺旋線。因此， 該類自鎖差速器存在軸向上不完全嵌合的情況。而這種在嵌合雙方相互間還未達到軸向嵌 合深度，雙方傳力齒的齒側面就已經相互接觸/嚙合并開始傳遞轉矩的情況，很可能導致 雙方傳力齒因接觸強度超限而崩損。此種不足對于雙方傳力齒從齒頂邊緣零接觸位置開始 嵌合的極端情況尤為嚴重和有害。因此，為適應嵌合過程中嵌合雙方的這種相對螺旋運動的特點，提高嵌合過程的 可靠性，保證軸向完全接合/嵌合和防止崩齒，嵌合雙方傳力齒的齒側面必需呈內縮狀(齒 根內縮)。倒梯形的橫/圓周向截面形狀就是適應該需要的最簡單的選擇。但這不僅加大 了加工難度和成本，而且更直接降低了傳力齒的承載能力。雖然增大軸向彈性嵌合壓力可 降低傳力齒齒根內縮的程度，但卻不能消除內縮的需要(內縮程度還與從動環的質量、反 超越轉動速度等有關，并且，彈性力更不可能無窮大)，而且還要因此付出增加滑轉摩擦阻 力轉矩和磨損的代價。例如，現有技術中的由兩個壓合式牙嵌超越離合器雙聯而成的3MJI-164型牙嵌 自由輪式差速器(《汽車車橋設計》劉惟信，清華大學出版社2004年4月，p273 277)，就 是依據此設計思想將其彈性嵌合力設計在470. 4牛的水平上，同時以約6. 4度的傾斜角內 縮傳力齒齒根，以求嵌合時能令其從動環上傳力齒的螺旋型運動軌跡盡可能地平行于其回 轉軸線(6.4度以內)，消除崩損傳力齒的可能。但過大的彈性嵌合力加大了其控制阻擋環 的難度以及其嵌合時的軸向沖擊力度，反過來該控制難度又加大了其對彈性元件參數穩定性和精度的要求，從而增加了制作、裝配的難度和成本，降低了工作可靠性。再有，由于阻擋環的存在和軸向阻擋，嵌合過程中的從動環并不是在其反超越轉 動的起始時刻就開始軸向移動/嵌合運動的，其必需首先相對阻擋環周向轉動一個脫離角 度，以擺脫阻擋環對其的軸向對頂式阻擋約束，之后才能開始軸向移動。因此，該類差速器 嵌合運動中從動環所必需的反超越轉動的平均圓周角/溜滑角，就是在必需的傳力齒的半 個周節 角例如18個傳力齒時的10度的基礎上再額外地加上上述脫離角度。顯然，該平均 圓周角/溜滑角將顯著地大于上述半個周節角，所對應的轉速之差也顯著為大。作為結果， 從動環與主動環完滿嵌合/接合/嚙合時的平均的周向撞擊/沖擊力度也隨之增大，包括 與差速器耦合的傳動系統的剛性沖擊。而且，上述脫離角度和溜滑角還將隨著阻擋環的軸 向磨損而不斷增大。

發明內容
本發明致力于解決或至少減輕現有技術存在的上述問題。本發明的目的是提供一種不具有阻擋環和嵌合彈簧，從動環與主動環之間的軸向 嵌合與分離運動均由轉動導向機構自動完成的導向式牙嵌自鎖差速器。為達成上述發明目的，本發明之導向式牙嵌自鎖差速器，包括在兩個圓周方向上 均可傳遞轉矩的兩個傳力嵌合機構，該機構分別具有繞一軸線回轉的至少具有組合構件形 式的同一個主動環，以及軸向上位于該主動環兩端的各一個從動環，該各環的相對的端面 上均設置有傳力齒；至少一個且至少具有一個從動環的轉動導向式導出機構，以使該一個 從動環在相對另一個從動環轉動時可以被該機構轉動導出并軸向遠離主動環，從而致使對 應的傳力嵌合機構分離；對應于每個傳力嵌合機構的分別對應于不同圓周方向的兩個轉動 導向式導入機構和兩個定點致動機構，前者分別包括對應的從動環，以使該環在相對主動 環反超越轉動時軸向移向該主動環，從而致使對應的傳力嵌合機構嵌合，后者用于反超越 轉動過程中，在對應的從動環相對主動環轉動至特定的圓周位置時致動對應的導入機構， 以使該導入機構完成導入運動；以及，對應于定點致動機構的致動選擇機構，該機構用于可 選擇地致使對應于同一圓周方向的定點致動機構失效。需要特別說明的是，本申請文件所用的相關概念或名詞的含義如下轉動導向機構將圓周相對轉動轉換為至少具有軸向相對移動的機構。包括螺旋 升角嚴格一致和不嚴格一致的螺旋或部分螺旋機構、徑向銷槽機構、端面楔形機構、端面嵌 合機構、端面棘輪機構及圓柱凸輪機構等。失效與有效相反，指機構或構件由于人為或客觀原因不能正常工作，喪失其基本 功能之含義。超越轉動和反超越轉動都是轉矩傳遞路徑下游一方的轉動構件相對轉矩傳遞路 徑上游一方的轉動構件的轉動，只是前者的相對轉動方向與所要傳遞的圓周力方向一致， 而后者的相對轉動方向卻與之正好相反。依據本發明的導向式牙嵌自鎖差速器，因取消了現有技術中的嵌合彈簧和阻擋環 而不再需要內縮傳力齒齒根，不再具有與其相應的機械磨損和阻力轉矩，延長了差速器的 工作壽命并增大了其承載能力。同時，更減少了嵌合時的轉速差，降低了嵌合時的撞擊/沖 擊強度。借助下述實施例的說明和附圖，本發明的目的和優點將顯得更為清楚和明了。


圖1是依 據本發明的實施例一的示意圖，其中，(a)是兩半邊分別處于嵌合和分離 狀態的軸向剖面圖，(b)和(c)分別是對應于(a)中標記為H和T的局部部位的放大圖。圖2是以圖1中的視角表現的該圖中的從動環的軸向半剖圖。圖3是圖1中的左旋導入棘爪和右旋導入棘爪的示意圖，(a)和(c)分別是二者 的主視圖，(b)和(d)分別是二者的左視圖。圖4是以圖1中的視角表現的該圖中的控制環的軸向半剖圖。圖5是圖1中的傳力嵌合機構(2)和(6)、導入機構(3)和(5)、導出機構(4)三 者的齒廓，在同一外圓柱面上的徑向投影的局部系列展開圖，以及定點導入機構(1)和(7) 在棘爪所處軸截面的對應輪廓的假想軸向投影的局部展開圖，(a)對應于車輛直線驅動行 駛工況中的齒形關系示意圖，(b)對應于車輛左轉向驅動行駛工況中的齒形關系示意圖； 圖中箭頭表示主動環的轉動方向，為便于表現和說明，特意將周向上本來不相鄰的左、右旋 導入棘爪畫在了一起。圖6是依據本發明的實施例二的兩半邊分別處于嵌合和分離狀態的未畫出差速 器殼和大齒圈等的簡化的軸向剖面圖。圖7是圖6中的導入環的示意圖，(a)是右視圖的軸向半剖圖，(b)是主視圖。圖8是以圖4的左視圖形式表現的圖6中的控制環的簡化的局部示意圖。圖9是圖6中的順時針棘爪和逆時針棘爪的示意圖，(a)和(d)分別是二者的右 視圖，(b)和(e)分別是二者的主視圖，(c)和(f)分別是二者的左視圖。圖10是圖6中的傳力嵌合機構⑵和(6)、導入機構(3)和(5)、導出機構⑷三者 的齒廓，在同一外圓柱面上的徑向投影的局部系列展開圖，以及定點致動機構⑴和(7)的 對應輪廓的假想軸向投影的局部展開圖，(a)對應于車輛直線驅動行駛工況中的齒形關系 示意圖，(b)對應于車輛左轉向驅動行駛工況中的齒形關系示意圖；圖中箭頭表示主動環 的轉動方向，為便于表現和說明，特意將周向上本來不相鄰的順、逆時針棘爪畫在了一起。圖11是依據本發明的不具有導出環的實施例三的傳力嵌合機構(2)和(6)、導入 機構(3)和(5)、導出機構(4)三者的齒廓，在同一外圓柱面上的徑向投影的局部系列展開 圖，以及定點導入機構(1)和(7)在棘爪所處軸截面的對應輪廓的假想軸向投影的局部展 開圖，(a)對應于車輛直線驅動行駛工況中的齒形關系示意圖，(b)對應于車輛左轉向驅動 行駛工況中的齒形關系示意圖；為便于表現和說明，特意將周向上本來不相鄰的順、逆時針 棘爪畫在了一起。
具體實施例方式必要說明本說明書的正文及所有附圖中，相同或相似的構件及特征部位均采用 相同的標記符號，并只在它們第一次出現時給予必要說明。同樣，也不重復說明相同或類似 機構的工作機理或過程。為區別設置在對稱或對應位置上的相同的構件或特征部位，本說 明書在其編號后面附加了字母，而在泛指說明或無需區分時，則不作區分也不附加任何字母。實施例一具有導向棘輪的導向式牙嵌自鎖差速器Dl
圖1給出了具有最普通結構形式的差速器Dl的示意圖。借助一組螺栓226，其兩 個差速器殼220從左右兩側將用于輸入驅動轉矩的大齒圈222和用于分配該驅動轉矩的具 有十字軸的主動環50緊固成一體，并限定了回轉軸線X。在兩個差速器殼220內端的繞軸 線X設置的階梯孔中，分別可轉動地設置有兩個花鍵轂190a和190b，其內周面上分別設置 有花鍵齒，用以與插裝于其內的具有互補式構造的花鍵齒的兩個半軸分別耦合并向其輸出 驅動轉矩。在兩個花鍵轂190a和190b的外周面上分別套裝有可軸向移動的兩個從動環 60a和60b，其間分別通過雙方內外周面上的具有互補式構造的直花鍵齒實現周向固定。而 且，通過外花鍵齒端面，兩個花鍵轂190a和190b分別支撐在兩個差速器殼220的對應的內 端面上。 兩個從動環60a和60b借助其內端外環側的一組傳力齒62a和62b，與端面上同樣 設置有對應的一組傳力齒52a和52b的主動環50分別構成傳力嵌合機構。同時，兩個從動 環60a和60b還借助其內端內環側的導出齒66a和66b，與端面上同樣設置有對應的一組導 出齒82a和82b的控制環100分別構成轉動導向式導出機構，參見圖2、4。該控制環100可 轉動地安裝在主動環50的內周面上。顯然，為保證傳力嵌合機構的可靠分離，該導出機構 應最佳地具有相較傳力嵌合機構為大的全齒嵌合深度/軸向分離距離。另外，兩個從動環 60a和60b還借助其上的導入嚙合面74a和74b，各與一組左/右旋導入棘爪140/150分別 構成既是定點致動機構又是導入機構的導向棘輪式定點導入機構。借助定位銷軸144，該一 組中的各至少一個左、右旋導入棘爪140a和150a或140b和150b，以圓周朝向互反的方式 分別鉸接在主動環50的內周面兩側的相應棘爪座槽中。其中，如圖2所示。從動環60總體上是一個具有內端面凸緣64的“L”形盤狀環 形構件。在盤狀端面的外環側和端面凸緣64的端面上，分別呈周向地均布有例如18個的 同等數量的一組徑向型傳力齒62和導出齒66。為便于加工制作，傳力齒62最佳地具有矩 形橫截面，導出齒66最佳地具有等腰梯形橫截面。同等數量的一組導入齒凹槽72周向均 布在端面凸緣64的外周面上，其各具有傾斜角同為γ的兩個螺旋型的導入嚙合面74，該傾 斜角不應小大到致使從動環60楔合在花鍵轂190的外花鍵齒與左/右旋導入棘爪140/150 的導入嚙合面146所構成的空間楔形面之間的程度。如圖3(a) (d)所示，左旋導入棘爪140和右旋導入棘爪150均設置有自轉銷孔 142，以及可最佳地貼合于控制環100外周面的內徑向停止弧面148。二者唯一的不同在于 分別設置有旋向正好相反的與導入嚙合面74具有互補式構造的導入嚙合面146。因此，當 左/右旋導入棘爪140/150被成對地設置到每一個傳力嵌合機構中時，該機構的從動環60 在相對主動環50的兩個圓周轉動方向上便具有了轉動導入能力，也就是軸向嵌合能力。而 且，左/右旋導入棘爪140/150在主動環50上的鉸接位置具有這樣的設置效果，即，當它們 與導入嚙合面74a或74b嚙合時，雙方間的螺旋導向運動，將致使從動環60正好到達與主 動環50實現完滿嵌合/嚙合的傳力工位上，如圖5所示。另外，如本領域普通技術人員所公知，對左/右旋導入棘爪140/150，應最佳地設 置有可持續地致使它們徑向內轉的偏壓彈簧或磁性構件(未示出)，而且，該偏壓彈簧可以 具有任何合適的形式和安裝位置。比如，彈簧絲或彈簧片制成的扭簧，或者置于棘爪徑向外 側槽底面的相應徑向孔中的螺旋壓簧或弧形鋼絲/片彈簧等。但是，如上述所結合的中國 專利申請200810161306. X和200820119499. 8所述，該偏壓彈簧和磁性構件都不是必需的，其功用完全可以借助對重力或離心力的利用來達到。
再如圖4所示，控制環100實際上是內徑處的導出環80與外徑處的管形致動選擇 環90剛性組合成的構件。實際上，二者還可以借助諸如焊接、徑向鉚接、徑向螺釘、過盈配 合等方式構成一體。為降低軸向尺寸，與導出齒66具有互補式構造的例如18個的兩組導 出齒82a和82b，以周向相互交錯的方式均布在導出環80的兩端。設置在導出環80的內 周面上的內徑向凸緣86，可滑動地支撐在作為定位構件的兩個花鍵轂190a與190b的花鍵 齒之間，從而令控制環100相對主動環50軸向固定，參見圖1(b) (C)。因此，具體設置 在致動選擇環90外周面上的各一組沿周向延伸的第一棘爪窗口 96a、96b和第二棘爪窗口 98a、98b，軸向上可以分別對準左、右旋導入棘爪140a、150a和140b、150b，并構成致動選擇 機構。實際上，確保控制環100相對主動環50軸向固定的定位構件，也可以是徑向上直 接嵌合于兩者相對圓周面之間的公知的卡環或徑向銷。上述致動選擇機構，更確切地說是其中的兩組第一棘爪窗口 96a、96b和第二棘爪 窗口 98a、98b，相對控制環100具有這樣互反的設置效果。即，當控制環100相對主動環50 轉動一定角度并定位在對應于例如第一圓周方向的位置時，也就是兩個從動環60均具有 在該第一圓周方向上被主動環50驅動轉動以及相對主動環50超越轉動即可被控制環100 軸向導出的能力時，左旋導入棘爪140b和右旋導入棘爪150a將正好分別位于第一棘爪窗 口 96b和96a中，可不受妨礙地自由擺動，而左旋導入棘爪140a和右旋導入棘爪150b則正 好于周向換向轉動中分別錯過第二棘爪窗口 98a和98b，從而分別被其具體為致動邊沿99a 和99b的作用部位徑向壓迫繞自轉軸轉動一定角度至完全沒入各自的棘爪座槽中，因各自 的停止弧面148貼合于控制環100外周面而失去自擺動和轉動導向的可能，處于失效狀態， 參見圖1、4和5(a)。當控制環100相對主動環50回轉一個換向圓周角ε并定位在對應于 第二圓周方向的位置時，也就是兩個從動環60均具有在該第二圓周方向上被主動環50驅 動轉動以及相對主動環50超越轉動即可被控制環100軸向導出的能力時，上述狀態將正好 互反。左旋導入棘爪140a和右旋導入棘爪150b將正好分別位于第二棘爪窗口 98a和98b 中，可不受妨礙地自由擺動，而左旋導入棘爪140b和右旋導入棘爪150a則正好于周向換向 轉動中分別錯過第一棘爪窗口 96b和96a，從而分別被其致動邊沿97b和97a徑向壓迫繞 自轉軸轉動一定角度至完全沒入各自的棘爪座槽中，因各自的停止弧面148貼合于控制環 100外周面而失去自擺動和轉動導向的可能，處于失效狀態。應順便指出的是，左/右旋導入棘爪140/150也可以相互作為對方延伸至自轉銷 孔142相反一側的棘爪尾部的形式剛性為一個雙聯導入棘爪。相應地，第一和第二棘爪窗 口 96和98變形為棘爪缺口，雙方致動邊沿97與99之間的如圖4所示的T部分則被設置成 周向寬度相對較小的具有徑向彈性的凸部，比如，通過諸如焊接、鉚接或鑲嵌等方式將諸如 彈簧絲/片的彈性構件安裝在該部位以充當該彈性凸部。于是，當控制環100相對主動環 50定位在對應于第一或第二圓周方向的位置時，用作作用部位的該彈性凸部周向上可正好 處于上述雙聯導入棘爪中的左/右旋導入棘爪140/150中的一個之經向內側，在將對應于 第二或第一圓周方向的那一組棘爪徑向頂起的同時，還為對應于第一或第二圓周方向的那 一組棘爪提供彈性偏壓力，使其持續地具有與對應的導入嚙合面74相嚙合的能力。不難理解，左/右旋導入棘爪140/150還可以鉸接在控制環100上，此時，只要將其延伸至自轉軸孔另一側的棘爪尾部分別設置在位于主動環50內周面上的相應凹槽中， 即可利用控制環100的圓周換向轉動實現同樣的致動選擇。更進一步地，將整個棘輪式的 定點導入機構和致動選擇環90設置在從動環60與差速器殼220的徑向相對的圓周面之 間，同樣可以實現所需的致動選擇。 另外，為確保控制環100相對主動環50不可能穩定地停留在非上述第一和第二圓 周方向的任何位置上，以最佳地避免導入機構工作狀態的紊亂，在兩者的相對周面之間徑 向地設置有至少一個(本實施例中為三個)具體為凹槽式彈簧定位機構的周向定位機構。 該機構的分別對應于第一和第二圓周方向的凹槽92和94均設置在控制環100也就是致動 選擇環90的外周面上，其滾珠-彈簧200則設置在位于主動環50內周面上的相應徑向凹 槽內。其中，凹槽92和94上界邊緣之間的周向間距最佳地應設置成等于零，以使上述滾珠 不可能停留于二者之間的過渡性位置上。當然，也可以錐形體替代滾珠。為確保分離狀態中的從動環60軸向位置的穩定以避免碰撞，在從動環60與花鍵 轂190之間還最佳地設置有至少一個具體為凹槽式彈簧定位機構的軸向定位機構。該機構 的分別對應于嵌合和分離位置的凹槽76a、76b和78a、78b，分別設置在從動環60a和60b的 內花鍵齒齒頂面上，其滾珠_彈簧210a和210b則分別設置在位于花鍵轂190a和190b的 外花鍵齒齒槽底面處的相應徑向凹槽內，參見圖1(b)和圖2。圖1(a) (b)示出了左側處 于嵌合狀態，右側處于分離狀態的軸向定位機構的工作示意圖。此時，處于分離狀態中的從 動環60b仍未抵觸到差速器殼220的內端面。也就是說，基于正常差速的分離要求，從動環 60的軸向自由度最佳地大于對應導出機構的全齒嵌合深度。在從動環60驅動控制環100相對主動環50轉動的過程中，應該確保差速器Dl優 先換向而不是優先分離從動環60，為此，差速器Dl通過諸如控制彈簧參數或凹槽92、94、 76和78與滾珠接觸部位的接觸傾角的措施，將上述兩個定位機構設置成具有這樣的效果， 艮口，當任意一個嵌合狀態中的從動環例如從動環60a單獨驅動控制環100相對主動環50轉 動時，該從動環60a所對應的左側軸向定位機構不可以先于周向定位機構動作/解除定位 限制。由上述說明可見，差速器Dl相比現有技術的最大區別在于，其取消了偏壓從動環 60以使其持續性地力圖與主動環50軸向嵌合的嵌合彈簧，并因此而取消了可阻擋該嵌合 的阻擋環，取而代之的是以導向棘輪式的定點導入機構來自然地完成該軸向嵌合。因此，除 了從動環60的嵌合過程之外，差速器Dl相比現有技術的工作過程幾乎沒有不同。工作時， 兩半軸通常由大齒圈222經主動環50、從動環60和花鍵轂190分別以相同的轉速驅動。圖 1和圖5(a)所示工作狀態即對應于沿第一圓周方向的驅動傳動，也就是由左側觀看圖1時 的逆時針方向，以及圖5(a)中紙面上由下至上的運動方向。此時，差速器Dl工作在第一圓 周方向上，其控制環100被定位在相對主動環50的對應于第一圓周方向的位置上，對應于 該方向的左旋導入棘爪140b和右旋導入棘爪150a可不受妨礙地自由擺動，而對應于第二 圓周方向的左旋導入棘爪140a和右旋導入棘爪150b則處于失效狀態，等同于不存在，參見 圖1和圖5。于是，例如轉向開始后，當一側例如與右側半軸耦合的從動環60b的轉速超過 主動環50時，由于控制環100被正在傳遞驅動轉矩的從動環60a周向固定而不可能相對主 動環50轉動的緣故，從動環60b必然同步地相對控制環100超越轉動，并通過該側導出機 構的導出齒66b與82b之間的轉動導向運動，克服該側軸向定位機構的彈性阻力，相對主動環50軸向分離并被右側的軸向定位機構穩定在如圖1和圖5(b)所示的超越轉動位置上， 同時切斷該側傳力嵌合機構的傳遞路徑。顯然，上述分離和超越轉動過程中，不存在現有技術中的導出齒66b與82b之間的 齒頂摩擦和磨損，也沒有對應的滑轉摩擦阻力轉矩。自然地，發熱量將大為減少，壽命更得 以顯著延長。參見圖5(b)，當上述轉向過程結束后，更準確地說就是當從動環60b的轉速開始 慢于主動環50的零時刻，嵌合過程/反超越轉動開始。即，從動環60b開始相對主動環50 由圖5(b)中的紙面上方向紙面下方運動，于是，左旋導入棘爪140b即刻可以與其遇到的第 一個導入嚙合面74b嚙合，以將傳力齒62b由H點導向到Y點，從而實現并保持住從動環 60b與主動環50的完滿嵌合，恢復該側的驅動轉矩的傳遞路徑。其間，不存在軸向接合沖擊 現象。由此可見，由于嵌合運動的軌跡具有最佳的相對固定的起始點，因此，傳力齒52 和62不再需要內縮其齒根，不存在非完全嵌合以及因此產生的崩齒可能，當然也就增加了 其承載能力(約11% )和降低了其制作難度。另外，由H點到Y點所對應的圓周角顯著小 于本申請背景技術中所述的現有技術中為擺脫阻擋環的阻擋而必需事先轉過的脫離角度， 因此，差速器Dl嵌合時傳力齒52與62之間的轉速差以及相關的剛性沖擊相較現有技術顯 著為小。而在換向過程和滑行過程中，當從動環60a和60b相對主動環50按例如圖5中所 示的紙面下方向紙面上方運動時，由于左右兩側的軸向定位機構均不可能先于周向定位機 構動作/解除定位限制，因此，從動環60a和60b —般不會同時軸向分離，并至少由從動環 60a驅動控制環100克服周向定位機構的彈性阻力矩到達其對應于第二圓周方向的工作位 置，從而致使差速器Dl工作在第二圓周方向上。于是，差速器Dl成功換向或者進入發動機 制動狀態。即使兩個從動環60a和60b于彎道滑行中同時分離了，其相對主動環50的轉動 也必定是一個較快而另一個較慢，而鑒于控制環100只可能相對主動環50穩定地停留在將 差速器Dl定向于第一或第二圓周方向的位置上的設置，因此，最多相對轉過一個傳力齒周 節的圓周角之后，兩個從動環60a和60b中的一個便必然在對應的定點導入機構作用下立 即恢復與主動環50的嵌合。差速器Dl中，盡管定點導入機構具體為導向棘輪機構，但不難理解，這并不是必 需的。比如，盡管不是最佳，但借鑒電控燃油噴射發動機等的檢測技術，使用傳感裝置實時 檢測從動環60相對主動環50的相對轉動角度，或者檢測與它們相耦合的諸如半軸或差速 器殼之類的轉動構件的轉角來得到上述相對轉動角度，再由微處理器進行分析和判斷，并 在雙方到達預設的相對圓周位置時發出指令，通過電磁或液壓機構致動例如徑向嵌合式的 轉動導入機構，同樣可以實現本發明的目的。實際上，本發明中的主動環50可以是由單端面設置有傳力齒52的兩個獨立環以 背靠背的形式組合成的組合構件，而且，其中的導向式牙嵌超越離合器完全可被本申請人 的名稱為自支撐壓合式牙嵌超越離合器的中國專利申請200920149869. 7所替換，本申請 僅將該專利申請的全部內容以參引方式合并于此，不作具體說明。實施例二 具有導入環的導向式牙嵌自鎖差速器D2 參見圖6和圖1，差速器D2相對差速器Dl的改進首先在于，通過增加兩個如圖7所示的導入環110，將差速器Dl中的定點導入機構拆分成導入和棘輪式定點致動兩個獨立 機構。即，其導入機構設置在導入環110與從動環60之間，其定點致動機構設置在導入環 110與主動環50之間。其中，設置在導入環110內周面上的一組至少一個(本實施例中為 三個)導入齒112，通過凹槽入口 70徑向深入各自對應的導入齒凹槽72中，借助設置于雙 方各自周向兩側的具有互補式構造的螺旋型導入嚙合面114和74的相互對應配合，構成上 述導入機構，參見圖7、10。而周向均布在導入環110外周面上的雙向棘齒122，則與設置在 主動環50內周面上的相應棘爪座槽中的順/逆時針棘爪160/170配合，構成分別對應于兩 個圓周方向的上述定點致動機構。相應地，為軸向限定該兩個導入環IlOa和110b，兩環的環狀基體116 —端均分別 置入如圖4、8所示的控制環100的兩個端面周向凹槽88a和88b中，并各被該周向凹槽88 的內周面上的至少一個凸起134軸向限定得只能相對轉動而不能向外移動，以形成滑環機 構。用作支撐構件的該凸起134最佳地是一個鑲嵌在控制環100的相應徑向通孔中的圓柱 銷。當然，該凸起134也可以通過諸如焊接或鉚接等方式形成，參見圖6、7。其次，差速器D2還將差速器Dl的棘爪變形為軸向定位能力稍弱的如圖9所示的 非鉸接式棘爪。其順時針棘爪160與逆時針棘爪170同樣具有互反的結構設置。兩棘爪的 爪體166頭部的嚙合面平行于軸線X，僅具有分別與對應的雙向棘齒122的同樣平行于軸 線X的逆時針嚙合面124或順時針嚙合面126嚙合的作用，而不再具有轉動導向作用。該 棘爪的基體162的背面設置為半圓柱形回轉面164，正面設置有定位周向槽174。對應地， 主動環50內周面上的用于安裝該順/逆時針棘爪160/170的棘爪座槽具有互補式構造的 半圓柱形回轉面，座槽中容納爪體166的凹槽底部設置有容納偏壓彈簧的徑向凹槽(未示 出)。在主動環50內周面上的貫穿該棘爪座槽的相應周向凹槽中，設置有開口環式定位彈 簧176a和176b。該兩個彈簧分別穿過周向槽174a和174b，將主動環50兩側的各一組順 /逆時針棘爪160a和170a以及160b和170b，定位在各自的棘爪座槽中。參見圖6、9。當 順/逆時針棘爪160/170繞自轉軸分別轉動至兩個極限位置時，定位周向槽174a和174b 將分別與環形定位彈簧176a或176b貼合。再其次，為增加致動選擇機構的動作靈敏性，如圖8 9所示，該機構的附加于順 /逆時針棘爪160/170的副棘爪168上均設置有弧狀避讓缺口 172。對應地，該機構的設置 于控制環100上的棘爪窗口分別變形為第二棘爪凹槽102和第一棘爪凹槽106。實際上，該 兩個凹槽也可以是兩個缺口。該兩個凹槽102和106分別具有圓周朝向互反的第二凸輪面 104和第一凸輪面108。該兩個用作作用部位的凸輪面104和108分別具有差速器Dl中的 致動邊沿97和99的相同作用。圖8中的圓周角ε，對應于差速器D2工作在第一和第二圓 周方向時，控制環100相對主動環50所需轉過的換向圓周角。有必要說明的是，控制環100應該在附裝完兩個導入環110后，再從軸向一側推入 附裝完順/逆時針棘爪160/170和滾珠-彈簧200等的主動環50的內孔中。過程中，應借 助工具將相關棘爪按入各自的棘爪座槽中。另外，與導入機構的固定配合以及導出機構作用力度的弱小相對應，從動環60上 僅保留有對應于導入齒凹槽72的一組導出齒66(本實施例中為三個)，而無需足數布置，以 減少不必要的制作成本。參見圖6、10。顯然地，差速器D2有著與差速器Dl完全相同的工作過程，因此，本申請不再重復
11說明。可參見圖6、10。不難理解，差速器D2中導入環110隔絕了對順/逆時針棘爪160/170的軸向沖 擊，這顯然優于差速器Dl中的情況。但即便如此，由于相對轉速的較低，作用于棘爪上的軸 向力也不大，而且還可通過對棘爪采取如上述所結合的中國專利申請200810161306. X和 200820119499.8中所述的軸向支撐的保護措施，因此，差速器Dl中采用導入式棘爪也不存 在不妥。因此，順/逆時針棘爪160/170也可以通過設置自轉銷孔142的方式鉸接于主動 環50上。明顯地，對導入環110的軸向支撐構件不止凸起134—種形式。比如，該支撐構件 還可具體為上述所結合的兩項專利申請中的軸向定位環。即，該定位環以其環形端面上設 置的一組端面銷，由內向外可滑動地穿過從動環60上位于其傳力齒62徑向內側周向槽底 面的相應軸向通孔，分別可滑動地支撐在同側的差速器殼220的內端面上，其另一端的環 形端面則可滑動地支撐在同側導入環110的外端面上。相應地，控制環100應該不再具有 如圖4、6所示的內徑向凸緣86。于是，上述支撐的結果是，兩個導入環100和一個控制環 100被兩個定位環從軸向兩側完全固定。這種定為方式不僅與從動環60的軸向位置無關， 而且具有相對前述實施例更大的抗沖擊能力。當然，上述支撐面之間可以設置有墊片。而 且，該墊片，或者，定位環的一組端面銷等再具有彈性，那么，將會顯著降低導入機構和定點 致動機構受到的機械沖擊。當然，該支撐構件也不是必需的。因為，完全可以將導入環110設置成彈性開口 環，參見圖6、7，利用其周向槽118內端一側的周向凸緣卡入設置在控制環100的周向凹槽 88的內周面上的相應周向凹槽中，達成其軸向相對固定的目的。應順便指出的是，控制環 100本身也可以是彈性開口環。實施例三無控制環的導向式牙嵌自鎖差速器本實施例具有本發明的最簡單的實施形式。其不再具有花鍵轂190和控制環100， 不再具有周向和軸向定位機構，也沒有任何支撐構件。對比圖1，本實施例的主動環50借助其外周面上的花鍵齒，直接與諸如中間差速 器的轉矩輸入齒環的內周面耦合以接受其驅動轉矩，從動環60a和60b通過各自的導出齒 66a和66b之間的直接嵌合構成導出機構，并通過兩個從動環60a和60b分別直接驅動以花 鍵形式耦合于各自內孔中的兩個未示出的半軸旋轉，參見圖11。在驅動狀態中，上述導出機 構不存在任何問題。繼續參見圖11，對應于沒有控制環100的情況，本實施例的設置在主動環50內周 面上相應棘爪座槽中的左/右旋導入棘爪140/150，具有大致如圖9所示的結構形式和如圖 6所示的安裝形式。相應地，其致動選擇機構的第一和第二棘爪凹槽均由導入齒凹槽72的 凹槽入口 70充當。圖11完全對應于圖5、10，也就是根據本實施例的差速器工作在第一圓周方向的 驅動狀態中。此時，對應于該方向的一組各至少一個左、右旋導入棘爪140b、150a均處于自 由狀態，各自相應的副棘爪168b和168a正好分別位于凹槽入口 70b和70a中。而對應于 第二圓周方向的一組各至少一個左、右旋導入棘爪140a、150b均處于失效狀態，各自相應 的副棘爪的徑向內表面則最佳地正好同時抵觸在凹槽入口 70a和70b周向兩側槽頂的相應 外周面上，也就是端面凸緣64的外周面上，參見圖2。顯然，當根據本實施例的差速器工作在第二圓周方向的驅動狀態中，也就是主動環50紙面上由上向下相對從動環60轉動一個 換向圓周角ε后，上述兩組左/右旋導入棘爪140/150的工作狀態將正好互換。當一側例如與右側半軸耦合的從動環60b的轉速因為諸如轉向的原因而超過主 動環50時，如實施例一中所述，根據本實施例的差速器將處于如圖11(b)所示的單側驅動 工作狀態，其左旋導入棘爪140b仍于自由狀態。而在上述轉向過程結束后的嵌合過程/反超越轉動中，即，從動環60b相對主動環 50由圖11(b)中的紙面上方向紙面下方運動時，由于凹槽入口 70b的周向側邊設置有相較 導入嚙合面74最佳地為大的傾斜角，因此左旋導入棘爪140b與其遇到的第一個導入嚙合 面74b嚙合，以將傳力齒62b由H點導向到Y點的過程中，凹槽入口 70b的紙面下方一側的 槽頂外周面部位，將正好進入副棘爪168b的類似圖9中所示的避讓缺口 172的避讓缺口， 而不會與副棘爪168b發生抵觸而影響左旋導入棘爪140b的導入嚙合。如上所述，在驅動狀態中，根據本實施例的差速器的工作不存在問題，但在滑行狀 態中，其可靠性將有所降低。不過，這可以通過下述方法克服，即，將導出機構也就是導出齒 66a和66b之間的全齒嵌合深度/軸向分離距離，設置成大于等于兩個傳力嵌合機構也就是 傳力齒52和62之間的全齒嵌合深度/軸向分離距離的代數和。或者，還可以通過下述方 法克服，即，引入花鍵轂190并設置凹槽式彈簧定位的軸向定位機構，并通過將其動作所需 的軸向分力設置成與軸向移動量相關的形式，以制止兩個從動環60的同時分離。以上僅僅是本發明針對其有限實施例給予的描述和圖示，具有一定程度的特殊 性，但應該理解的是，所提及的實施例和附圖都僅僅用于說明的目的，而不用于限制本發明 及其保護范圍，其各種變化、等同、互換以及更動結構或各構件的布置，都將被認為未脫離 開本發明構思的精神和范圍。
權利要求
1.一種導向式牙嵌自鎖差速器，包括在兩個圓周方向上均可傳遞轉矩的兩個傳力嵌合機構，其分別具有繞一軸線回轉的至 少具有組合構件形式的同一個主動環，以及軸向上位于該主動環兩端的各一個從動環，所 述各環的相對的端面上均設置有傳力齒；其特征在于，還包括至少一個轉動導向式導出機構，其至少具有一個所述從動環，以使該一個所述從動環 在相對另一個所述從動環轉動時可以被轉動導出，并軸向遠離所述主動環，從而致使對應 的所述傳力嵌合機構分離；對應于每個所述傳力嵌合機構的分別對應于不同圓周方向的兩個轉動導向式導入機 構，其分別包括對應的所述從動環，以使該環在相對所述主動環反超越轉動時軸向移向該 主動環，從而致使對應的所述傳力嵌合機構嵌合；對應于每個所述傳力嵌合機構的分別對應于不同圓周方向的兩個定點致動機構，其用 于所述反超越轉動過程中，在對應的所述從動環相對所述主動環轉動至特定的圓周位置時 致動對應的所述導入機構，以使該導入機構完成所述導入運動；以及對應于所述定點致動機構的致動選擇機構，其用于可選擇地致使對應于同一圓周方向 的所述定點致動機構失效。
2.按權利要求1所述的自鎖差速器，其特征在于(a)還包括可轉動地位于所述主動環內孔中和兩個所述從動環之間的控制環；(b)所述導出機構是還具有所述控制環的嵌合機構，該控制環與所述從動環雙方的相 對端面上都設置有相對轉動可致使雙方相互分離的端面齒；(c)所述定點致動機構是棘輪機構，其棘齒和棘爪分別設置在所述從動環與所述控制 環、所述主動環或和該主動環固定相連的轉動件雙方的相對的內外周面上；(d)所述導入機構與所述定點致動機構剛性地結合成一個導向棘輪式定點導入機構， 即，所述棘爪和所述棘齒的嚙合面與所述軸線不平行，且具有轉動導向功能；(e)所述致動選擇機構包括所述控制環，其上設置有可致使所述棘爪自轉一定角度以 使該所述棘爪失去與對應的所述棘齒相嚙合的能力的作用部位，該作用部位是棘爪窗口 / 凹槽/缺口的致動邊沿或其凸輪面。
3.按權利要求1所述的自鎖差速器，其特征在于(a)還包括可轉動地位于所述主動環的內孔中的控制環；(b)還包括兩個導入環，其徑向上分別位于兩個所述從動環與所述主動環或和該主動 環固定相連的轉動件之間；(c)還包括至少兩個支撐構件，其分別用于至少單方向地可滑轉地將兩個所述導入環 支撐在各自的軸向位置上；(d)所述導出機構是還具有所述控制環的嵌合機構，該控制環與所述從動環雙方的相 對端面上都設置有相對轉動可致使雙方相互分離的端面齒；(e)所述導入機構還具有所述導入環，在所述導入環與所述從動環上，分別設置有導入 齒和導入齒凹槽，在兩個圓周方向上，該導入齒和導入齒凹槽均具有可滑動地嚙合的與所 述軸線不平行的導入嚙合面；(f)所述定點致動機構是棘輪機構，其棘齒和棘爪分別設置在所述導入環與所述控制環、所述主動環或和該主動環固定相連的轉動件雙方的相對的表面上；(g)所述致動選擇機構包括所述控制環，其上設置有可致使所述棘爪自轉一定角度以 使該所述棘爪失去與對應的所述棘齒相嚙合的能力的作用部位，該作用部位是棘爪窗口 / 凹槽/缺口的致動邊沿或其凸輪面。
4.按權利要求3所述的自鎖差速器，其特征在于所述支撐構件是設置在所述控制環 上的徑向凸起，該凸起的頭部徑向伸入/位于設置在所述導入環外周面上的相應周向槽 中，以構成滑環機構。
5.按權利要求3所述的自鎖差速器，其特征在于(a)所述支撐構件是繞所述軸線旋轉的環形端面上設置有端面銷的定位環，該端面銷 可滑動地穿過所述從動環上位于其所述傳力齒徑向內側的相應軸向通孔，可滑動地至少間 接地支撐在對應的差速器殼的內端面上，所述差速器殼與所述主動環固定相連；(b)所述導入環軸向上可轉動地支撐在所述定位環和所述控制環的相應端面上。
6.按權利要求2 3，4 5任一項所述的自鎖差速器，其特征在于還包括至少一個 定位構件，其用于致使所述控制環與所述主動環軸向上至少相對固定。
7.按權利要求6所述的自鎖差速器，其特征在于所述定位構件是卡環或徑向銷，其可 轉動地將所述控制環的外周面固定在所述主動環的內周面上。
8.按權利要求6所述的自鎖差速器，其特征在于所述定位構件是與所述主動環軸向 相對固定的兩個花鍵轂，該兩個所述花鍵轂從兩端可轉動地支撐在設置于所述控制環內孔 中的相應凸緣的相應端面上，致使所述控制環與所述主動環可轉動地軸向相對固定。
9.按權利要求7 8任一項所述的自鎖差速器，其特征在于(a)還包括繞所述軸線轉動的兩個花鍵轂，其分別不可旋轉地安裝在一個所述從動環 的內周面上，并與所述主動環軸向相對固定；(b)還包括周向定位機構，其用于自由狀態中，致使所述控制環相對所述主動環只能穩 定地停留在將所述自鎖差速器的工作方向規定為兩個不同圓周方向之一的位置上，而不能 穩定地處于其間的任何過渡性位置上；(c)還包括軸向定位機構，其用于將所述從動環彈性地/暫時性地軸向約束在其與所 述主動環軸向分離或嵌合的位置上；(d)當任意一個嵌合狀態中的所述從動環單獨驅動所述控制環相對所述主動環轉動 時，對應的所述軸向定位機構不得先于所述周向定位機構動作。
10.按權利要求9所述的自鎖差速器，其特征在于(a)所述周向定位機構是分別設置在所述控制環和所述主動環雙方相對的內外周面上 的凹槽式彈簧定位機構；(b)所述軸向定位機構是分別設置在所述從動環和所述花鍵轂雙方相對的內外周面上 的凹槽式彈簧定位機構。
全文摘要
本發明之導向式牙嵌自鎖差速器，取消了現有技術中的嵌合彈簧和阻擋/消聲環這兩個增加制作和裝配難度的關鍵構件，代之以設置于從動環與主動環之間的轉動導入機構和用于致動它的定點致動機構，而最佳地具體為導入式棘輪機構的該兩機構，可以致使從動環相對主動環的嵌合運動恒定地具有高度一致且相對固定的起始點和軌跡，消除了差速狀態中導出齒齒頂之間的機械磨損和摩擦阻力轉矩，顯著提升了差速器的工作壽命和承載能力，此外，還設置有可選擇地致使對應于同一圓周方向的定點致動機構失效的致動選擇機構。以上所有機構均為自適應的機械機構。
文檔編號F16H48/12GK102086927SQ20091026149
公開日2011年6月8日 申請日期2009年12月8日 優先權日2009年12月8日
發明者洪濤 申請人:洪濤