专利名称：使差速器自锁的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车传动部件自锁的方法及装置，特别是使差速器自锁的方法及装置。
背景技术：
从汽车驱动类型上分，主要有部分车轮驱动车型和全部车轮驱动车型，从安全性角度出发，全部车轮驱动车型具有更高的安全性；以我们常见的四轮车辆为例，可分为两轮驱动车，简称为两驱车，全轮驱动车，简称为全驱车，当条件相同的情况下，如车重、路面情况、以及轮胎类型、行驶状态等，两驱车的驱动轮需要两倍于全驱车的摩擦力，用于驱动车辆行驶，而车轮与地面的最大摩擦力是相等的，因此当两驱车轮胎与地面的摩擦力达到最大摩擦力并出现甩尾、侧滑、转向不足、转向过度等危险情况时，全驱车仍能正常行驶；但车辆行驶时会面临另外一个问题，当驱动轮打滑，比如冰雪路面、沙地、驱动轮悬空等情况时，车辆将无法将驱动力传递给有附着力的驱动轮上，而造成车辆无法行驶，这在比较差的道路状况或野外时经常发生，而此时，全驱车的四个驱动轮中的任何一个出现打滑现象，车辆都无法正常行驶，而两驱车在两个驱动轮中的任何一个出现打滑时，车辆也无法正常行驶，但两驱车的两个随动轮打滑却并不影响车辆的正常行驶，这样看来，全驱车出现车辆打滑的机率是两驱车的一倍，因此考虑给车辆配置差速锁，将打滑的驱动轮锁止，防止其空转，将动力传递到有附着力的驱动轮上，使车辆摆脱困境，所以，当全驱车配置有差速锁时，相对于两驱车，将具有最大的安全性和通过性。现在的差速锁主要分为纯机械结构的机械差速锁和利用电子设备监控车轮转速差，并利用机械结构锁止打滑驱动轮的电子差速锁，纯机械结构的机械差速锁中比较有代表性的是Tosen差速器和粘性耦合差速器，Tosen差速器即是一个差速器，同时又是一个差速锁，其具有线性锁止，反应灵敏，燃油经济性高等特点，但生产成本太高，主要应用于高档车辆；粘性耦合差速器，具有生产成本低、燃油经济性高等特点，但反应迟钝。电子差速锁通过摩擦片锁止打滑车轮，具有生产成本低、线性锁止等优点，但燃油经济性差，并电子设备不可靠。
后轮驱动的汽车，其差速器左右半轴的转速在正常路面直线行驶的情况下与差速器壳体的转速是一致的，但当汽车转弯行驶、在不平路面行驶或在不平路面行驶时，驱动轮在附着力不足，两侧车轮在同一时间内移动的距离不同，出现单边打滑，使汽车行驶及转向困难，动力消耗增加，增大了传动系统中一些零件及车轮的磨损。该问题现在是通过差速分别驱动汽车的两个半轴及车轮而解决的，现有的差速器具种类很多，如传统的行星锥齿轮和直齿轮式，扭矩感应差速器反应快，可实现真正的全时四驱，但成本高，扭矩分配不能改变。黏性耦合式差速器成本低，体积小，但是分时四驱，平时和两驱一样。黏性耦合式差速器锁止，价格较高。主动式差速器的4WD是当今最成熟的四驱技术，是一个多片式离合器通过电脑探测到轮胎打滑及抓地的情况将扭矩分配到前后轴上。
发明内容
本发明的目的是提出一种使差速器自锁的方法及装置的技术方案，本发明为纯机械式的差速器，通过推杆与凸轮感应驱动轮附着力的变化，将驱动力传递给有附着力的驱动轮上，能对失去附着力的车轮有效锁止。
本发明的技术方案为，一种使差速器自锁的方法，其特征在于，通过凸轮和推杆感应驱动轮附着力的变化并调节运动的传递，将驱动力传递给有附着力的驱动轮上，能对失去附着力的车轮锁止，具体的是以推杆为动力源，左半轴和右半轴上的半轴凸轮为从动件实现车辆差速器自锁。推杆只作往复滑动，不转动。
一种使差速器自锁的装置，外壳内为左半轴和右半轴，其特征在于，外壳左端不可转动的连接有左端盖，外壳右端不可转动的连接有右端盖，右端盖端固定连接有与传动轴相啮合的传动齿轮，左半轴和右半轴分别设在外壳内腔两端，分别与左、右端盖内孔可转动连连，左半轴和右半轴上设有半轴凸轮，凸轮曲面为波形曲线，凸轮面上至少两个完整波形，两半轴之间为与外壳内腔中间固定连接的推杆导向板，推杆导向板上有导向孔，导向孔内设有分别与两半轴端面相对、可往复运动的推杆，推杆两端面为弧面，横截面为非圆形。
所述的半轴凸轮设在半轴的内端面，呈同圆心、不同直径的两个环状，外环凸轮和套在其中的半轴内环凸轮，两凸轮在相同角度范围内波形一至，两波形起点相隔距离为L，0＜L＜1/2个波长，一个凸轮上至少包括2个完整的波形。
本发明的着眼点在于设计一款纯机械式的差速器，通过凸轮和推杆感应驱动轮附着力的变化并调节运动的传递，将驱动力传递给有附着力的驱动轮上，能对失去附着力的车轮锁止。
由于推杆横截面不是圆形，推杆在导向孔中只可以滑动，不能转动，且推杆圆弧端面始终与凸轮端面相切。当作用力来自于推杆，力的方向是垂直于推杆时，一般情况下推杆与凸轮的压力角小于30°～40°，该值由材质的摩擦系数决定，推杆将沿垂直方向移动，压力角大于其临界值时，推杆将与凸轮锁止，即凸轮无法推动推杆，本案中，推杆与凸轮的压力角小于此临界值，此时，凸轮可以推动推杆滑动，推杆无法推动凸轮转动；推杆可以在导向孔内自由滑动，此时两个凸轮以相同的速度，相反的方向运动时，且不大于临界压力角时，推杆将滑动。由于每个半轴上设有两个凸轮，推杆均固定在同一导向板内，各推杆对应各自的凸轮，都可以往复滑动，此时半轴无法自由转动，只有在两个凸轮作等速，反方向运动时，两推杆才能往复滑动。当左、右两个凸轮以相同的速度，相反的方向运动时，推杆将作往复运动。此时需注意，由于圆环的外径大于内径，此时内径的曲线与外径的曲线是不同的，即振幅相等，但波长小于外径的波长，造成内径的切线夹角大于外径的切线夹角。所以，只要内径的切线夹角不大于临界压力角，外径的切线夹角一定小于临界压力角。因此，将推杆作为动力源，凸轮作为从动件时，正好满足车辆差速器的要求，即两车轮角速度之和，除以2，正好等于传动轴的角速度。但此时有一个问题，正如我们前面分析的，当一个凸轮的波峰正对另一个凸轮的波谷时，推杆将可以在两凸轮之间自由滑动，所以每个半轴再增加一个凸轮。本实用新型的半轴凸轮呈同圆心、不同直径的两个环状，两凸轮的波形起点相隔距离为L，0＜L＜1/2个波长，一个凸轮上至少包括2个完整的波形。
以此原理作为车辆的差速器，可满足车辆正常行驶的需要，即实现车辆两半轴以不同转速输出动力。同时还由于凸轮与推杆之间的自锁关系，当车辆某一个驱动轮失去附着力，而其它驱动轮有附着力的情况下，此差速器可以自动锁止，而不需要增加其它装置，即可实现差速锁的功能。
汽车上安装差速器的空间位置很小，要求差速器的结构非常紧凑，而又能适应汽车驱动轮的各种要求。本发明的特点为，充分利用机械传动的各种特性，构思巧妙、设计合理、结构简单、安全可靠、适应性强，造价低廉，能广泛适用于各种类型的车辆，特别适用于四驱汽车，是一种新型的汽车用扭力感应锁止行星差速器。
图1为本发明的结构示意图，图2为本发明的A_A剖视图，图3为本发明的推杆主视图，图4为本发明的推杆仰视图，图5为本发明的推杆右视图，图6为本发明的半轴凸轮主视图，图7为本发明的半轴凸轮俯视图，图8为本发明的半轴凸轮右视图，
图9为本发明的平面展开后的凸轮端面曲线图，图中(13)为外环凸轮曲线，图中(14)为内环凸轮曲线，实线推杆(4)为外环推杆，虚线推杆(4)为内环推杆；图10为本发明的推杆运行轨迹图，图11为本发明的推杆与凸轮运动轨迹图。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明，但不限于本实施例。
外壳(6)内为左半轴(1)和右半轴(8)，外壳左端和右端动配合连接有左端盖(2)和右端盖(7)，并用螺栓固定连接。与传动轴相啮合的传动齿轮(9)与右端盖的端部制为一体，左半轴和右半轴分别设在外壳内腔两端，分别与左、右端盖内孔可转动连连，左半轴和右半轴上均设有半轴凸轮，半轴凸轮处与外壳间隙配合，凸轮曲面为波形曲线，半轴凸轮设在半轴的内端面，呈同圆心、不同直径的两个环状，外环凸轮(3)和套在其中的半轴内环凸轮(5)，两凸轮在相同角度范围内波形一至，两波形起点相隔距离L0＜L＜1/2个波长，一个凸轮上至少包括2个完整的波形。两半轴之间为与外壳内腔中间固定连接的推杆导向板(10)，推杆导向板上导向孔(11)数量与推杆数量相等、导向孔内设有分别与两半轴端面相对、可往复运动的推杆(4)，推杆两端面为弧面(12)，导向孔横截面与推杆横截面相一致，形状为椭圆形、矩形、多边形及由直线、曲线或直线和曲线组成的其它形状，本实施例的推杆横截面为一段圆弧；推杆(4)的数量设凸轮的端面有N个完整波长的曲面，每个凸轮上所设推杆的数量等于N×2，推杆长度等于两个相对凸轮之间波峰到波谷的垂直距离。
如图10所示推杆端面为圆弧，其半径为r，当两圆弧的圆心分别沿a->b，c->d运动，运动的轨迹是两个相切的半圆，半径为R，如图中虚线所示的运动轨迹；此时推杆圆弧切过的轨迹为A->B，C->D，分别是两个不同半径的半圆，半径分别是R1、R2，其中R1＝R+r，R2＝R-r。如图可知，当以A->B，C->D作为凸轮曲线时，推杆在垂直方向可以滑动，但不能转动时，推杆可以在水平方向上自由移动，且其圆弧端面始终与凸轮端面相切。当作用力来至于推杆，力的方向是垂直于推杆时，在推杆与凸轮的压力角这一定范围内时，一般情况为30°～40°时，推杆将沿垂直方向移动，超过时，推杆将与凸轮锁止，并试图推动凸轮在水平方向上移动；在另一情况下，在水平方向上固定推杆，推杆可以在垂直方向上滑动，此时上、下两个凸轮以相同的速度，相反的方向运动时，且不大于临界压力角时，推杆将上、下滑动。因此设计图11所示的曲线图，图中凸轮两半圆被一与水平夹角为θ的直线相切时，θ小于最大临界压力角，推杆的圆弧端面为中间是一个2×θ角度的圆弧，两端为与圆弧相切的直面。此进，当上、下两个凸轮以相同的速度，相反的方向运动时，推杆将上、下作往复运动，而此时给推杆一个垂直相上的力或一个垂直相下的力，推杆将无法推动凸轮在水平方向上移动，即凸轮可以推动推杆，但推杆无法推动凸轮。当凸轮两端曲线是闭合的，即是一个圆柱的端面时，推杆将一直作上下滑动的往复运动，此时需注意，由于圆环的外径大于内径，此时内径的曲线与外径的曲线是不同的，即振幅相等，但波长小于外径的波长，造成内径的切线夹角大于外径的切线夹角。所以，只要内径的切线夹角不大于临界压力角，外径的切线夹角一定小于临界压力角。
因此，将推杆作为动力源，凸轮作为从动件时，正好满足车辆差速器的要求，即两车轮角速度之和，除以2，正好等于传动轴的角速度。但此时有一个问题，正如我们前面分析的，当一个凸轮的波峰正对另一个凸轮的波谷时，推杆将可以在两凸轮之间自由滑动，所以再增加一条曲线，如图9，图中，上凸轮增加的曲线，相对原来曲线，相右有1/4波长的偏移量，下凸轮增加的曲线，相对原来的曲线，相左有1/4的偏移量，此时当两原有的曲线出现波峰对波谷时，新增曲线正好是波峰对波峰，波谷对波谷。两推杆固定在一个套件内，各自对应一条曲线，都可以上下滑动，此时推动件将无法自由移动，只有在两个凸轮作等速，反方向运动时，两推杆才能上下滑动。当这两条曲线闭合成一个圆柱的端面时，即作为图9所示以此原理作为车辆的差速器，可满足车辆正常行驶的需要，即实现车辆两半轴以不同转速输出动力。同时还由于凸轮与推杆之间的自锁关系，当车辆某一个驱动轮失去附着力，而其它驱动轮有附着力的情况下，此差速器可以自动锁止，而不需要增加其它装置，即可实现差速锁的功能。
权利要求
1.一种使差速器自锁的方法，其特征在于，通过凸轮和推杆感应驱动轮附着力的变化并调节运动的传递，将驱动力传递给有附着力的驱动轮上，能对失去附着力的车轮锁止，具体的是以推杆为动力源，左半轴和右半轴上的半轴凸轮为从动件实现车辆差速器自锁。
2.根据权利要求1所述的使差速器自锁的装置，其特征在于推杆只作往复滑动，不转动。
3.一种使差速器自锁的装置，外壳(6)内为左半轴(1)和右半轴(8)，其特征在于，外壳左端不可转动的连接有左端盖(2)，外壳右端不可转动的连接有右端盖(7)，右端盖端固定连接有与传动轴相啮合的传动齿轮(9)，左半轴和右半轴分别设在外壳内腔两端，分别与左、右端盖内孔可转动连连，左半轴和右半轴上设有半轴凸轮，凸轮曲面为波形曲线，凸轮面上至少两个完整波形，两半轴之间为与外壳内腔中间固定连接的推杆导向板(10)，推杆导向板上有导向孔(11)，导向孔内设有分别与两半轴端面相对、可往复运动的推杆(4)，推杆两端面为弧面(12)，横截面为非圆形。
4.根据权利要求3所述的使差速器自锁的装置，其特征在于所述的半轴凸轮设在半轴的内端面，呈同圆心、不同直径的两个环状，外环凸轮(3)和套在其中的半轴内环凸轮(5)，两凸轮在相同角度范围内波形一至，两波形起点相隔距离为L，0＜L＜1/2个波长，一个凸轮上至少包括2个完整的波形。
5.根据权利要求3所述的使差速器自锁的装置，其特征在于所述半轴凸轮的曲面是波形曲线。
6.根据权利要求3所述的使差速器自锁的装置，其特征在于，设凸轮的端面有N个完整波长的曲面，每个凸轮上所设推杆(4)的数量等于N×2，推杆长度等于两个相对凸轮之间波峰到波谷的垂直距离。
7.根据权利要求3所述的使差速器自锁的装置，其特征在于所述的活动推杆横截面为椭圆形、矩形、多边形及由直线、曲线或直线和曲线组成的形状。
全文摘要
一种使差速器自锁的方法，通过凸轮和推杆感应驱动轮附着力的变化并调节运动的传递，将驱动力传递给有附着力的驱动轮上，能对失去附着力的车轮锁止。其装置为外壳内为左右半轴，外壳两端连接有左右端盖，右端盖端固定连接有传动齿轮，左右半轴分别与端盖内孔可转动连接，左右半轴上设有半轴凸轮，其曲面为波形曲线，两半轴之间为推杆导向板，其上有导向孔，导向孔内设有推杆，推杆两端面为弧面，横截面为非圆形。本发明的特点为，充分利用机械传动的各种特性，构思巧妙、设计合理、结构简单、安全可靠、适应性强，造价低廉，能广泛适用于各种类型的车辆，特别适用于四驱汽车，是一种新型的汽车用扭力感应锁止行星差速器。
文档编号F16H48/30GK1975207SQ20061016381
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月13日 优先权日2006年12月13日
发明者黄炜 申请人:黄炜