內齒輪驅動的擺齒式汽車差速器的制造方法
【專利摘要】內齒輪驅動的擺齒式汽車差速器，屬于機械傳動技術領域。本實用新型提供一種新型汽車差速器，其外齒內中心輪的外部是直齒圓錐齒輪、內部是內齒輪，動力由外齒內中心輪外部的錐齒輪輸入，經外齒內中心輪的內齒輪傳給擺動活齒，擺動活齒再將動力傳給與左車輪固聯的左半軸架和與右車輪固聯的右半軸兩相外凸輪，從而使左、右車輪實現差速。該汽車差速器省去了傳統汽車差速器中的行星齒輪系統，結構更加緊湊，體積小，重量輕，多齒嚙合，重合度大，承載能力強，傳動效率高，可廣泛應用于需要差速器的各種輪式車輛，如一般的汽車、工程車輛等。
【專利說明】
內齒輪驅動的擺齒式汽車差速器
技術領域
[0001] 本發明設及一種內齒輪驅動的擺齒式汽車差速器，用于輪式車輛的差速，屬于機 械傳動技術領域。
【背景技術】
[0002] 目前常用的汽車差速器均采用由多個直齒圓錐齒輪組成的行星齒輪系統來實現 差速的目的，雖然該系統能夠實現汽車左、右半軸差速的功能，但該系統構件較多，軸向及 徑向尺寸都大、體積大、重量較重，特別是對于重型汽車而言，為了能實現差速并傳遞足夠 的動力，則體積和重量會進一步增加;直齒圓錐齒輪傳動還具有重合度低，故承載能力低， 傳動效率不高，直齒圓錐齒輪加工困難，工藝性較差等缺點。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是:為克服現有汽車差速器存在的上述缺點，本發明提供一種結構 簡單緊湊、軸向和徑向尺寸小、重量輕、重合度高、承載能力大、傳動效率高的新型差速 器一一內齒輪驅動的擺齒式汽車差速器。
[0004] 本發明為解決其技術問題所采取的技術方案是:一種內齒輪驅動的擺齒式汽車差 速器，主要由外齒內中屯、輪（1)、左半軸架(2)、圓錐滾子軸承(3)、右半殼(4)、擺動活齒巧）、 右半軸兩相外凸輪(6)、深溝球軸承(7)、螺釘(8)、深溝球軸承(9)、活齒柱銷（11)、深溝球軸 承（12)組成，其特征在于：擬棄了傳統汽車差速器的行星齒輪系統，代之W "外齒內中屯、 輪一一擺動活齒一一兩相外凸輪"系統，該系統主要包括外齒內中屯、輪（1)、左半軸架(2)、 擺動活齒(5)、右半軸兩相外凸輪(6)，W此系統實現差速，構成了差速器機構;外齒內中屯、 輪(1)的外部是直齒圓錐齒輪、內部是具有多個凸出部分的內齒輪，其凸出部分的個數即為 外齒內中屯、輪（1)的齒數，記為Zi,故外齒內中屯、輪（1)既是主減速器的一個錐齒輪，又是差 速器機構中的內齒輪，外齒內中屯、輪(1)將主減速器和差速器有機地合為一體，外齒內中屯、 輪（1)與右半殼(4)通過螺釘(8)固定聯接成一個整體并由一對圓錐滾子軸承(3)支撐在機 架上;左半軸架(2)的左端為左半軸，左半軸架(2)的左端與左邊車輪（13)相固聯、右端裝于 外齒內中屯、輪（1)的內齒輪中，左半軸架（2)的右端為套筒結構，沿該套筒周向開有Z2個徑 向導槽，并在右側端面上開有Z2個軸向通孔。導槽內裝有擺動活齒(5)。左半軸架(2)由一對 深溝球軸承（12)支撐在外齒內中屯、輪(1)中；外齒內中屯、輪(1)的內齒輪齒廓曲線是擺動活 齒巧)一方面隨左半軸架(2)轉動，另一方面又繞活齒柱銷（11)偏屯、轉動的過程中所處一系 列位置的包絡線；右半軸兩相外凸輪(6)的左端為兩相外凸輪，該兩相外凸輪自身形狀呈 180°中屯、對稱，自身質量完全平衡，其輪廓曲線為標準楠圓曲線，或為雙相余弦曲線，或為 雙偏屯、圓弧曲線，右半軸兩相外凸輪(6)內嵌于左半軸架(2)的右端內，右半軸兩相外凸輪 (6)的右端為右半軸，右半軸兩相外凸輪(6)通過右半軸與右邊車輪（14)固聯在一起，右半 軸兩相外凸輪(6)的左端通過深溝球軸承(9)支承于左半軸架(2)之內，右端通過深溝球軸 承(7)支承于右半殼(4)之內；上述擺動活齒(5)通過活齒柱銷（11)固定在左半軸架（2)上。 左半軸架(2)上開有軸向通孔，活齒柱銷（11)穿過擺動活齒(5)插裝在該通孔上，從而將擺 動活齒(5)與左半軸架(2)相聯接。擺動活齒(5)與活齒柱銷（11)組成轉動副;擺動活齒(5) 的外圓柱表面與外齒內中屯、輪（1)的內齒輪齒廓和右半軸兩相外凸輪(6)的外輪廓分別相 曬合各組成一個滑動副;外齒內中屯、輪(1)的齒數Zi和擺動活齒巧)的齒數Z2相差為2。
[0005] 本發明差速器其它未提及的地方，如左半軸架（2)、右半軸兩相外凸輪(6)與車輛 車輪的聯接等均采用現有技術。
[0006] 與已有技術相比本發明的主要發明點在于：
[0007] ①本發明用"外齒內中屯、輪一一擺動活齒一一兩相外凸輪"系統代替傳統汽車差 速器的行星齒輪系統，該系統主要包括外齒內中屯、輪、左半軸架、擺動活齒、右半軸兩相外 凸輪，W此系統實現差速。
[0008] ②外齒內中屯、輪的外部是直齒圓錐齒輪、內部是具有多個凸出部分的內齒輪，故 外齒內中屯、輪既是主減速器的一個錐齒輪，又是差速器機構中的內齒輪，外齒內中屯、輪將 主減速器和差速器有機地合為一體，外齒內中屯、輪與右半殼通過螺釘固定聯接成一個整體 并由一對圓錐滾子軸承支撐在機架上左半軸架的左端為左半軸，左半軸架的左端與左邊車 輪相固聯、右端裝于外齒內中屯、輪的內齒輪中，左半軸架的右端為套筒結構，沿該套筒周向 開有Z2個徑向導槽，并在右側端面上開有Z2個軸向通孔。導槽內裝有擺動活齒。左半軸架由 一對深溝球軸承支撐在外齒內中屯、輪中；外齒內中屯、輪的內齒輪齒廓曲線是擺動活齒一方 面隨左半軸架轉動，另一方面又繞活齒柱銷偏屯、轉動的過程中所處一系列位置的包絡線； 右半軸兩相外凸輪的左端為兩相外凸輪，該兩相外凸輪自身形狀呈180°中屯、對稱，自身質 量完全平衡，其輪廓曲線為標準楠圓曲線，或為雙相余弦曲線，或為雙偏屯、圓弧曲線，右半 軸兩相外凸輪內嵌于左半軸架的右端內，右半軸兩相外凸輪的右端為右半軸，右半軸兩相 外凸輪通過右半軸與右邊車輪固聯在一起，右半軸兩相外凸輪的左端通過深溝球軸承支承 于左半軸架之內，右端通過深溝球軸承支承于右半殼之內。
[0009] ③擺動活齒通過活齒柱銷固定在左半軸架上。左半軸架上開有軸向通孔，活齒柱 銷穿過擺動活齒插裝在該圓孔上，從而將擺動活齒與左半軸架相聯接。擺動活齒與活齒柱 銷組成轉動副;擺動活齒的外圓柱表面與外齒內中屯、輪的內齒輪齒廓和右半軸兩相外凸輪 的外輪廓分別相曬合各組成一個滑動副；
[0010] ④擺動活齒與外齒內中屯、輪、左半軸架及右半軸兩相外凸輪之間均為多齒曬合， 故重合度大，承載能力大，可實現大功率、大扭矩差速傳動。
[0011] ⑤右半軸兩相外凸輪的自身形狀呈180°中屯、對稱，自身質量完全平衡，受外力也 平衡，故差速器受力自動平衡。
[0012] 本發明與現有常用汽車差速器相比，具有W下有益的技術效果：
[001 ：3 ] 1.結構緊湊，軸向和徑向尺寸小，體積小，重量更輕
[0014]本發明采用"外齒內中屯、輪一一擺動活齒一一兩相外凸輪"系統代替傳統差速器 的行星齒輪系統，傳動裝置的軸向和徑向尺寸都更小，因而本發明差速器的結構緊湊、體積 更小，減輕了重量。
[00巧]2.重合度大，承載能力高
[0016]本發明中擺動活齒與右半軸兩相外凸輪的外輪廓和外齒內中屯、輪的內齒輪齒廓 同時實現多對齒曬合，最多可W有50%的擺動活齒同時參與曬合工作，重合度高，承載能力 高，可實現大功率、大扭矩差速傳動。
[0017] 3.工藝性好、生產成本低
[0018] 本發明差速器中的零件多為圓形，形狀簡單，比行星齒輪系統中的錐齒輪更容易 加工，工藝性好，生產成本低。
[0019] 4.受力均衡，運轉平穩
[0020] 右半軸兩相外凸輪的自身形狀呈180°中屯、對稱，自身質量完全平衡，受外力也平 衡，故差速器受力自動平衡，運轉平穩。
【附圖說明】
[0021] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。但要特別指出的是，本發明的具 體實施方式不限于下面實施例所描述的形式，所屬領域的技術人員在不付出創造性勞動的 情況下，還可很容易地設計出其他的【具體實施方式】，因此不應將下面給出的【具體實施方式】 的實施例理解為本發明的保護范圍，將本發明的保護范圍限制在所給出的實施例。
[0022] 圖1是內齒輪驅動的擺齒式汽車差速器結構示意圖
[0023] 圖2是圖1的A-A剖視圖
[0024] 圖3是外齒內中屯、輪的結構示意圖
[0025] 圖4是左半軸架結構示意圖
[0026] 圖5是擺動活齒的結構示意圖
[0027] 圖6是右半軸兩相外凸輪的結構示意圖
[0028] 圖7是內齒輪驅動的擺齒式汽車差速器的差動傳動原理圖
[0029] 圖8是汽車左轉彎時各車輪及差速器的相對位置關系示意圖
[0030] 上述各附圖中圖識標號的標識對象是：1外齒內中屯、輪;2左半軸架;3圓錐滾子軸 承;4右半殼;5擺動活齒;6右半軸兩相外凸輪;7深溝球軸承;8螺釘;9深溝球軸承；10主減速 器的主動直齒圓錐齒輪;11活齒柱銷；12深溝球軸承;13左車輪;14右車輪;15套筒墊片。 具體實施例
[0031] 圖1至圖6所示內齒輪驅動的擺齒式汽車差速器，主要由外齒內中屯、輪（1)、左半軸 架（2)、圓錐滾子軸承（3)、右半殼（4)、擺動活齒（5)、右半軸兩相外凸輪(6)、深溝球軸承 (7)、螺釘(8)、深溝球軸承(9)、活齒柱銷（11)、深溝球軸承（12)組成，其特征在于:擬棄了傳 統汽車差速器的行星齒輪系統，代之W "外齒內中屯、輪一一擺動活齒一一兩相外凸輪"系 統，該系統主要包括外齒內中屯、輪（1)、左半軸架(2)、擺動活齒(5)、右半軸兩相外凸輪(6)， W此系統實現差速，構成了差速器機構；外齒內中屯、輪（1)的外部是直齒圓錐齒輪、內部是 具有多個凸出部分的內齒輪，其凸出部分的個數即為外齒內中屯、輪（1)的齒數，記為Zi,故 外齒內中屯、輪(1)既是主減速器的一個錐齒輪，又是差速器機構中的內齒輪，外齒內中屯、輪 (1)將主減速器和差速器有機地合為一體，外齒內中屯、輪（1)與右半殼(4)通過螺釘(8)固定 聯接成一個整體并由一對圓錐滾子軸承(3)支撐在機架上；左半軸架(2)的左端為左半軸， 左半軸架(2)的左端與左邊車輪（13)相固聯、右端裝于外齒內中屯、輪（1)的內齒輪中，左半 軸架(2)的右端為套筒結構，沿該套筒周向開有Z2個徑向導槽，并在右側端面上開有Z2個軸 向通孔。導槽內裝有擺動活齒(5)。左半軸架(2)由一對深溝球軸承（12)支撐在外齒內中屯、 輪（I)中；外齒內中屯、輪（I)的內齒輪齒廓曲線是擺動活齒(5)-方面隨左半軸架(2)轉動， 另一方面又繞活齒柱銷（11)偏屯、轉動的過程中所處一系列位置的包絡線;右半軸兩相外凸 輪(6)的左端為兩相外凸輪，該兩相外凸輪自身形狀呈180°中屯、對稱，自身質量完全平衡， 其輪廓曲線為標準楠圓曲線，或為雙相余弦曲線，或為雙偏屯、圓弧曲線，右半軸兩相外凸輪 (6)內嵌于左半軸架(2)的右端內，右半軸兩相外凸輪(6)的右端為右半軸，右半軸兩相外凸 輪(6)通過右半軸與右邊車輪（14)固聯在一起，右半軸兩相外凸輪(6)的左端通過深溝球軸 承(9)支承于左半軸架（2)之內，右端通過深溝球軸承(7)支承于右半殼(4)之內；上述擺動 活齒(5)通過活齒柱銷（11)固定在左半軸架(2)上。左半軸架(2)上開有軸向通孔，活齒柱銷 (11)穿過擺動活齒(5)插裝在該通孔上，從而將擺動活齒(5)與左半軸架(2)相聯接。擺動活 齒(5)與活齒柱銷（11)組成轉動副;擺動活齒(5)的外圓柱表面與外齒內中屯、輪（1)的內齒 輪齒廓和右半軸兩相外凸輪(6)的外輪廓分別相曬合各組成一個滑動副；外齒內中屯、輪(1) 的齒數Zi和擺動活齒巧)的齒數Z2相差為2。
[0032] 本發明所述差速器的工作原理是：當主減速器的從動錐齒輪即外齒內中屯、輪（1) 被驅動并W等角速度轉動時，由于外齒內中屯、輪（1)的內齒輪對擺動活齒(5)產生推力，迫 使擺動活齒(5)繞活齒柱銷（11)轉動并推動左半軸架(2)轉動，與此同時通過擺動活齒(5) 與右半軸兩相外凸輪(6)的高副接觸也推動右半軸兩相外凸輪(6)轉動，從而構成一個二自 由度差速系統，左半軸架(2)和右半軸兩相外凸輪(6)上的運動和動力則分別傳給與其相固 聯的左、右車輪。右半軸兩相外凸輪(6)和左半軸架(2)在驅動力的作用下分別轉動，但各自 的運動狀態是不確定的，由左右車輪不同的路面、彎道情況決定。當汽車在平直路上直線行 駛，左半軸架(2)上的車輪和右半軸兩相外凸輪(6)上的車輪無轉速差時，左半軸架(2)和右 半軸兩相外凸輪(6)的轉速相同，即差速器沒有差速作用。此時，差速器中各部件保持相對 靜止，轉矩由外齒內中屯、輪(1)輸入，經擺動活齒巧)平均傳給左半軸架(2)和右半軸兩相外 凸輪(6)。當汽車轉彎或在不平道路上行駛，后面左右兩輪出現轉速差時，擺動活齒(5)受外 齒內中屯、輪(1)的驅使，一方面驅動左半軸架(2)和右半軸兩相外凸輪(6)轉動，另一方面在 隨左半軸架(2)轉動的同時繞插裝在左半軸架(2)右端上的活齒柱銷（11)轉動，保證左半軸 架（2)和右半軸兩相外凸輪（6)得W在不脫離傳動的情況下實現差速。而且由于擺動活齒 (5)對左半軸架(2)和右半軸兩相外凸輪(6)的作用力產生的力矩的作用，使轉速慢的驅動 輪上可W得到比轉速快的驅動輪更大的轉矩。
[0033] 為說明本發明差速器的差速特性，設汽車后面左、右輪轉速分別為n2、ns，外齒內中 屯、輪(1)的轉速為m，則由圖7可得：
[0034]
U)
[0035] 式中，Z2-擺動活齒巧)的齒數;外齒內中屯、輪(1)的齒數。
[0036] 如設汽車要左轉彎，汽車的兩前輪在轉向機構（圖8)的作用下，其軸線與汽車兩后 輪的軸線匯交于P點，此時可視為整個汽車是繞P點回轉。在車輪與地面不打滑的情況下，兩 后輪的按雨獻占蠻帯化徑成正比，由圖8可得：
[0037]
樹
[0038] 式中，r-彎道平均半徑;L 一后輪距之半。
[0040] 貸）
[0039] 聯立求解式（1)、式(2)，得：
[0041] (4)
[0042] 在確定的車輛參數及行駛條件下，m、Zi、Z2、L均為已知。因此，恥與ns只隨轉彎半徑 r而變。故本發明差速器具備差速功能，裝備該差速器的車輛能夠通過任意半徑彎道。
[0043] 本發明可廣泛適用于所有需要差速器的輪式車輛，如汽車、工程車輛等。
【主權項】
1. 內齒輪驅動的擺齒式汽車差速器，主要由外齒內中心輪（1)、左半軸架(2)、圓錐滾子 軸承(3)、右半殼(4)、擺動活齒(5)、右半軸兩相外凸輪(6)、深溝球軸承(7)、螺釘(8)、深溝 球軸承(9)、活齒柱銷（11)、深溝球軸承（12)組成，其特征在于:摒棄了傳統汽車差速器的行 星齒輪系統，代之以"外齒內中心輪一一擺動活齒一一兩相外凸輪"系統，該系統主要包括 外齒內中心輪(1)、左半軸架(2)、擺動活齒(5)、右半軸兩相外凸輪(6)，以此系統實現差速， 構成了差速器機構;外齒內中心輪(1)的外部是直齒圓錐齒輪、內部是具有多個凸出部分的 內齒輪，其凸出部分的個數即為外齒內中心輪(1)的齒數，記為Zi，故外齒內中心輪（1)既是 主減速器的一個錐齒輪，又是差速器機構中的內齒輪，外齒內中心輪（1)將主減速器和差速 器有機地合為一體，外齒內中心輪（1)與右半殼(4)通過螺釘(8)固定聯接成一個整體并由 一對圓錐滾子軸承(3)支撐在機架上;左半軸架(2)的左端為左半軸，左半軸架(2)的左端與 左邊車輪（13)相固聯、右端裝于外齒內中心輪（1)的內齒輪中，左半軸架(2)的右端為套筒 結構，沿該套筒周向開有Z 2個徑向導槽，并在右側端面上開有22個軸向通孔;導槽內裝有擺 動活齒(5);左半軸架(2)由一對深溝球軸承（12)支撐在外齒內中心輪(1)中；外齒內中心輪 (1) 的內齒輪齒廓曲線是擺動活齒(5)-方面隨左半軸架(2)轉動，另一方面又繞活齒柱銷 (11)偏心轉動的過程中所處一系列位置的包絡線；右半軸兩相外凸輪(6)的左端為兩相外 凸輪，該兩相外凸輪自身形狀呈180°中心對稱，自身質量完全平衡，其輪廓曲線為標準橢圓 曲線，或為雙相余弦曲線，或為雙偏心圓弧曲線，右半軸兩相外凸輪(6)內嵌于左半軸架(2) 的右端內，右半軸兩相外凸輪(6)的右端為右半軸，右半軸兩相外凸輪(6)通過右半軸與右 邊車輪(14)固聯在一起，右半軸兩相外凸輪(6)的左端通過深溝球軸承(9)支承于左半軸架 (2) 之內，右端通過深溝球軸承(7)支承于右半殼(4)之內；上述擺動活齒（5)通過活齒柱銷 (11)固定在左半軸架(2)上;左半軸架(2)上開有軸向通孔，活齒柱銷（11)穿過擺動活齒(5) 插裝在該通孔上，從而將擺動活齒(5)與左半軸架(2)相聯接;擺動活齒(5)與活齒柱銷（11) 組成轉動副;擺動活齒(5)的外圓柱表面與外齒內中心輪(1)的內齒輪齒廓和右半軸兩相外 凸輪(6)的外輪廓分別相嚙合各組成一個滑動副；外齒內中心輪（1)的齒數Zi和擺動活齒 (5)的齒數Z 2相差為2。2. 根據權利要求1所述的內齒輪驅動的擺齒式汽車差速器，其特征在于:外齒內中心輪 與擺動活齒、擺動活齒與右半軸兩相外凸輪均為多齒嚙合，故重合度大，承載能力大，可實 現大功率、大扭矩差速傳動。
【文檔編號】F16H48/38GK205423738SQ201620202651
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月16日
【發明人】張舜宇, 梁尚明, 徐毅, 陳飛宇, 鄒精龍
【申請人】四川大學