一种可自动锁止的差速器的制造方法
一种可自动锁止的差速器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可自锁中央差速器，具体说是一种电子控制、机械响应，利用摩擦达到硬连接锁止的中央差速器。
【背景技术】
[0002]中央差速器的种类主要有普通开放式中央差速器、多片离合器式中央差速器、托森式中央差速器、粘性联轴节式中央差速器。
[0003]普通式中央差速器就(opendifferential)就是采用普通对称圆锥齿轮结构、可以在汽车转弯时正常工作的差速器，在其行星齿轮组没有设置任何锁止装置。假如一辆四驱车配备了前中后三个开放式差速器，那么如果其中一个轮子打滑，那么这个车的全部动力都会浪费在这个车轮上，而其余三个车轮则无法到的动力。在越野车领域，开放式差速器会影响非铺装路面的脱困性。
[0004]多片离合器式差速器依靠湿式多片离合器产生差动转矩。这种系统多用作适时四驱系统的中央差速器使用。其内部有两组摩擦盘，一组为主动盘，一组为从动盘。主动盘与前轴连接，从动盘与后轴连接。两组盘片被浸泡在专用油中，二者的结合和分离依靠电子系统控制。
[0005]在直线行驶时，其前后轴的转速相同，主动盘与从动盘之间没有转速差，此时盘片分离，车辆基本处于前驱或后驱状态，可达到节省燃油的目的。在转弯过程中，前后轴出现转速差，主、从动盘片之间也产生转速差。但由于转速差没有达到电子系统预设的要求，因而两组盘片依然处于分离状态，此时车辆转向不受影响。
[0006]当前后轴的转速差超过一定限度，例如前轮开始打滑，电控系统会控制液压机构将多片离合器压紧，此时主动盘与从动盘开始发生接触，类似离合器的结合，扭矩从主动盘传递到从动盘上从而实现四驱。多片摩擦式限滑差速器的接通条件和扭矩分配比例由电子系统控制，反应速度快，部分车型还具备手动控制的“LOCK”功能，即主、从动盘片可保持全时结合状态，功能接近专业越野车的四驱锁止状态。但摩擦片最多只能传递50%的扭矩给后轮，并且高强度的使用会时摩擦片过热而失效。
[0007]托森中央差速器(Torsen differential)的核心是蜗轮、蜗杆传动系统，如图2所示。正是它们的相互啮合互锁以及扭矩单向地从蜗轮传送到蜗杆齿轮的构造实现了差速器锁止功能，这一特性限制了滑动。在在弯道正常行驶时，前、后差速器的作用是传统差速器，蜗杆齿轮不影响输出轴输出速度的不同，如车向左转时，右侧车轮比差速器快，而左侧速度低，左右速度不同的蜗轮能够严密地匹配同步啮合齿轮。此时蜗轮蜗杆并没有锁止，因为扭矩是从蜗轮到蜗杆齿轮。而当一侧车轮打滑时，蜗轮蜗杆组件发挥作用，通过托森差速器或液压式多盘离合器，极为迅速地自动调整动力分配。
[0008]粘性联轴节的工作原理，有点类似于多片离合器。在输入轴上装有许多内板，插在输出轴壳体内的许多外板当中，并充入高粘度的硅油，如图3所示。输入轴与前置发动机上的变速分动装置相连，输出轴与后驱动桥相连。在正常行驶时，前后车轮没有转速差，粘性联轴节不起作用，动力不分配给后轮，汽车仍然相当于一辆前轮驱动汽车。
[0009]当汽车前后车轮出现较大的转速差。粘性联轴节的内、外板之间的硅油受到搅动开始受热膨胀，产生极大的粘性阻力，阻止内外板间的相对运动，产生了较大的扭矩。这样，就自动地把动力传送给后轮，汽车就转变成全轮驱动汽车。
[0010]锁止中央差速器(分时四驱)的危险性
[0011]四轮驱动车在锁止中央差速器处于分时四驱状态时，在干燥路面行驶车辆会倾向于直行，因左右车轮此时均具有大的附着力，从而使转弯过程中左右车轮行驶路程不同产生转速差，通过前后桥上的差速器将这个转速差传入前后传动轴，此时前后传动轴因没有中央差速器将这个转速差化解掉，这个差力将限制车轮随地面转动，从而引起转向困难，如车速过快时易引起翻车。而在湿滑路面上，由于车轮可以在地面滑动将这个转速差力释放掉，便不会出现转向困难。所以分时四驱只适合在附着力小的沙地、雪地或泥地等路面上使用，如在干燥路面上使用，只能进行直线行驶。
[0012]锁止前后差速器后的问题
[0013]上面说到分时四驱在公路上的危险性，如果我们在分时四驱状态下进一步锁止了前后桥的差速器，那么车辆在公路上实现转向几乎不可能。在正常行驶过程中前后桥差速器的突然锁止，将极易引起车辆的颠覆。
[0014]锁止差速器对四驱系统的损坏
[0015]锁止中央差速器和前后桥差速器后，发动机的动力很可能会从打滑的车轮上集中到仍有附着力的车轮，但是，车辆传动系的设计是让引擎的扭矩平分给四个车轮，假如只有一、两车轮有附着力，它们获得的扭矩将可能超过传动系所能承受的范围。举例来讲，一辆挂入分时四驱并锁止前后桥差速器的越野车，三个轮子因为地面的泥泞而失去附着力，那么这时发动机100%的动力便加在有附着力车轮的那根输出轴上，如果附着力和车辆行驶阻力都很大时，发动机的巨大扭力将足以扭断这个车轮相关的输出轴。所以在使用差速器锁时，对车辆的控制将变得非常重要。
【发明内容】
[0016]为了克服上述内容的不足，本发明提供了一种可自动锁止的中央差速器。
[0017]本发明采取的技术方案是:
[0018]一种可自动锁止的差速器，包括开放差速器机构、中央锁止轴(1)、锁止机构、扭矩反应机构和控制力预加机构；中央锁止轴(1)是一个十字轴结构，十字轴的竖直轴与开放式差速器的行星齿轮通过轴承连接，十字轴的水平轴与开放式差速器的左右齿轮通过轴承连接，中央锁止轴(1)整体相对开放式差速器不可旋转，中央锁止轴(1)通过花键与锁止机构内壳(3)的一端连接，提供锁止时的着力点；控制力预加机构用于施加预加控制力，扭矩反应机构用于响应于所述预加控制力和输出轴上的扭矩，进而启动或者停止所述锁止机构。
[0019]所述的可自动锁止的差速器，所述锁止机构包括锁止机构外壳(2)、锁止机构内壳
(3)、第一摆臂(5)、第二摆臂(23)、摩擦块(4)、摆臂推进弹簧(21)、摆臂回归弹簧(19)、斜面体(22)、楔形块(6);锁止机构外壳(2)和开放式差速器的左右齿轮固定连接，能够跟随开放式差速器的左右齿轮一起转动，扭矩反应机构外壳(9)和锁止机构外壳(2)通过螺栓固定连接在一起，动力可以通过锁止机构外壳(2)、扭矩反应机构外壳(9)、推力轴(15)输送至输出轴(10)。
[0020]所述的可自动锁止的差速器，第一摆臂(5)、第二摆臂(23)同轴安装在锁止机构内壳(3)内部的中心轴(7)上，第一摆臂(5)、第二摆臂(23)正常情况下相互垂直，形成四个摆臂，四个摆臂之间的四个象限空间分别安装两对摆臂推进弹簧(21)和两对摆臂回归弹簧
(19)，摆臂推进弹簧(21)的一端固定在摆臂上，另一端紧靠在斜面体(22)的斜面上，摆臂回归弹簧(19)的一端固定在弹簧固定板(18)，另一端固定在摆臂上。
[0021]所述的可自动锁止的差速器，所述摩擦块(4)为四个，四个摩擦块(4)铰接在第一摆臂(5)、第二摆臂(23)的两端，并设置在锁止机构外壳(2)和楔形块(6)上部的空间内；四个摩擦块和第一摆臂(5)、第二摆臂(23)之间设置摩擦块回归弹簧(20)。
[0022]所述的可自动锁止的差速器，锁止机构内壳(3)圆周上设置与所述楔形块(6)位置对应的可以容纳楔形块(6)和摩擦块(4)的空腔;楔形块(6)截面逐渐变厚，其与摩擦块(4)之间形成楔形机构。
[0023]所述的可自动锁止的差速器，四个楔形块(6)两两一组分布在圆盘直径的两端，两组之间夹角为10-30°。
[0024]所述的可自动锁止的差速器，扭矩反应机构包括扭矩反应机构托盘(8)、扭矩反应机构外壳(9)、推力轴(15)，所述扭矩反应机构托盘(8)为圆盘状，距离圆盘边缘一定距离固定四个楔形块(6);在该圆盘上，楔形块(6)所在圆周的内部沿径向固定两个斜面体(22);斜面体(22)的自由端设置两个对称的斜面(22A)、斜面(22B)，两个斜面(22A)、斜面(22B)紧靠在第一摆臂(5)、第二摆臂(23)之间的摆臂推进弹簧(21)的一端，摆臂推进弹簧(21)另一端固定在第一摆臂(5)、第二摆臂(23)上；
[0025]所述的可自动锁止的差速器，扭矩反应机构托盘(8)和推力轴(15)之间通过推力轴承连接，托盘拉板(13)通过螺栓将扭矩反应机构托盘(8)固定在推力轴(15)内部的推力轴承上，扭矩反应机构托盘(8)和推力轴(15)可做圆周方向相对运动。
[0026]所述的可自动锁止的差速器，若干条推力轴导向轨道(16)阵列分布在扭矩反应机构外壳(9)内圆周面上，其由一段与扭矩反应机构外壳(9)主轴平行的直线轨道和呈V字形的异形轨道连接而成，与所述推力轴导向轨道(16)—一对应的推力轴导柱(17)阵列分布在推力轴(15)圆周上，推力轴导柱(17)与推力轴导向轨道(16)配合，并被限定在推力轴导向轨道(16)的V字形的异形轨道中，当输出轴(10)上扭矩较小，预加控制力通过推力轴导柱
(17)产生的扭矩相对较大时， 推力轴导柱(17)及推力轴(15)相对扭矩反应机构外壳(9)轴向运动，推动扭矩反应机构托盘(8)向内运动;相反的，当输出轴(10)上扭矩较大，预加控制力通过推力轴导柱(17)产生的扭矩相对较小时，推力轴导柱(17)及推力轴(15)相对扭矩反应机构外壳(9)轴向运动，拉动扭矩反应机构托盘(8)向外运动。
[0027]所述的可自动锁止的差速器，锁止机构内壳(3)与中央锁止轴(1)通过花键链接，扭矩反应机构直接参与锁止机构的动作;扭矩反应机构的推力轴(15)与输出轴(10)通过一种带滚珠的花键链接，输出轴(10)和推力轴(15)之间轴向可相对运动，而圆周方向不可相对运动，当输出轴(10)上扭矩较小，推力轴(15)开始相对扭矩反应机构外壳(9)作轴向运动，推动扭矩反应机构托盘(8)向内运动，推动楔形块(6)，楔形块(6)插入摩擦块(4)下部的空间，由于楔形块(6)截面逐渐变厚，因此其与摩擦块(4)之间形成楔形机构，之后斜面体
(22)的两个斜面(22A、22B)推动两个摆臂(5、23)之间的摆臂推进弹簧(21)，进而推动第一摆臂(5)、第二摆臂(23)旋转，摆臂末端推动四个摩擦块(4)，使其挤入楔形机构中，在如图3所不结构中，锁止机构外壳(2)相对锁止机构内壳(3)逆时针旋转时，第一摆臂(5)以及与其连接的楔形机构发挥锁止作用，产生阻碍内外壳相对运动的、较大的摩擦力，使输出轴(10)与中央锁止轴(1)锁止;锁止机构外壳(2)相对锁止机构内壳(3)顺时针旋转时，第二摆臂
(23)以及与其连接的楔形机构发挥锁止作用，产生阻碍内外壳相对运动的、较大的摩擦力，使输出轴(10)与中央锁止轴(1)锁止，形成硬连接，动力直接传达输出轴;而当输出轴(10)上扭矩再次变大，扭矩反应机构托盘(8)会向外运动，抽出楔形体(6)，使楔形机构失效，锁止机构中第一摆臂、第二摆臂在摆臂回归弹簧(19)、摩擦块在摩擦块回归弹簧(20)的作用下返回到初始位置，差速器也回到开放状态，中央的差速齿轮恢复正常工作状态，从而差速功能恢复，动力通过锁止机构外壳(2)、扭矩反应机构外壳(9)、推力轴(15)到达输出轴。
[0028]本发明与现有技术相比有一下优点:
[0029]1、本发明未单独使用高摩擦机构进行锁止控制，在差速过程中没有能量损耗，节能减排，不易过热。
[0030]2、本发明使用电子控制、机械响应的方法，使控制更智能、响应更迅速，而且需要锁止时的扭矩值可有电子设备进行实时调整。安装此装置的车辆有更好的通过性和道路适应性。
[0031]3、对工艺要求低于托森差速器。
【附图说明】
[0032]图1为本发明整体结构示意图；
[0033]图2为推力轴15表面A向的360°展开图；
[0034]图3为图1的B-B截面视图；
[0035]图4为图1的C-C截面视图；
[0036]图5为图3的D-D截面视图；
[0037]图6为图3的E-E截面视图；
[0038]图7为图6的F向视图；
[0039]图8为图6的G向视图；
[0040]图9为推力轴导柱17受力示意图；
[0041 ] 1中央锁止轴;2锁止机构外壳;3锁止机构内壳;4摩擦块;5第一摆臂;6楔形块;7中心轴;8扭矩反应机构托盘;9扭矩反应机构外壳；10输出轴；11控制力预加推板;12中心轴端挡板；13托盘拉板；14滚珠；15推力轴；16推力轴导向轨道；17推力轴导柱；18弹簧固定板；19摆臂回归弹簧;20摩擦块回归弹簧;21摆臂推进弹簧；22斜面体;23第二摆臂，24行星齿轮，25右齿轮；
【具体实施方式】
[0042]以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
[0043]参考图1，一种可自动锁止的差速器，包括开放差速器机构、中央锁止轴1、锁止机构、扭矩反应机构和控制力预加机构。开放差速器机构是普通的开放式差速器，中央锁止轴1是一个十字轴结构，十字轴的竖直轴与开放式差速器的行星齿轮通过轴承连接，十字轴的水平轴与开放式差速器的左右齿轮通过轴承连接，中央锁止轴1整体相对开放式差速器不可旋转(正常行驶过程中，中央锁止轴跟随差速器行星齿轮绕水平轴旋转)，中央锁止轴1通过花键与锁止机构内壳3的一端连接，提供锁止时的着力点;控制力预加机构可以通过任何能够提供一定压力的装置施加，扭矩反应机构用于响应于所述预加控制力和输出轴上的扭矩，进而启动或者停止所述锁止机构。
[0044]所述锁止机构包括锁止机构外壳2、锁止机构内壳3、第一摆臂5、第二摆臂23、摩擦块4、摆臂推进弹簧21、摆臂回归弹簧19、、斜面体22、楔形块6;锁止机构外壳2和开放式差速器的左右齿轮固定连接，能够跟随开放式差速器的左右齿轮一起转动，扭矩反应机构外壳9和锁止机构外壳2通过螺栓固定连接在一起，动力可以通过锁止机构外壳2、扭矩反应机构外壳9、推力轴15输送至输出轴10。
[0045]第一摆臂5、第二摆臂23同轴安装在锁止机构内壳3内部的中心轴7上，第一摆臂5、第二摆臂23正常情况下相互垂直，形成四个摆臂，四个摆臂之间的四个象限空间分别安装两对摆臂推进弹簧21和两对摆臂回归弹簧19，摆臂推进弹簧21的一端固定在摆臂上，另一端紧靠在斜面体22的斜面上，摆臂回归弹簧19的一端固定在弹簧固定板18，另一端固定在摆臂上。
[0046]所述摩擦块4为四个，四个摩擦块4铰接在第一摆臂5、第二摆臂23的两端，并设置在锁止机构外壳2和楔形块6上部的空间内；四个摩擦块和第一摆臂5、第二摆臂23之间设置摩擦块回归弹簧20;
[0047]锁止机构内壳3圆周上设置与上述楔形块6位置对应的可以容纳楔形块6和摩擦块4的空腔;楔形块6截面逐渐变厚，其与摩擦块4之间形成楔形机构。
[0048]四个楔形块6两两一组分布在圆盘直径的两端，两组之间夹角为10-30°。
[0049]扭矩反应机构包括扭矩反应机构托盘8、扭矩反应机构外壳9、推力轴15，所述扭矩反应机构托盘8为圆盘状，距离圆盘边缘一定距离固定四个楔形块6;在该圆盘上，楔形块6所在圆周的内部沿径向固定两个斜面体22;斜面体22的自由端设置两个对称的斜面22A、斜面22B，两个斜面22A、斜面22B紧靠在第一摆臂5、第二摆臂23之间的摆臂推进弹簧21的一端，摆臂推进弹簧21另一端固定在第一摆臂5、第二摆臂23上；
[0050]扭矩反应机构托盘8和推力轴15之间通过推力轴承连接，托盘拉板13通过螺栓将扭矩反应机构托盘8固定在推力轴15内部的推力轴承上，扭矩反应机构托盘8和推力轴15可做圆周方向相对运动。
[0051 ]若干条推力轴导向轨道16阵列分布在扭矩反应机构外壳9内圆周面上，其由一段与扭矩反应机构外壳9主轴平行的直线轨道和呈V字形的异形轨道连接而成，与上述推力轴导向轨道16—一对应的推力轴导柱17阵列分布在推力轴15圆周上，推力轴导柱17与推力轴导向轨道16配合，并被限定在推力轴导向轨道16的V字形的异形轨道中(直线轨道仅是为了方便推力轴导柱17与推力轴导向轨道16的装配，由于控制力预加推板11的限位作用，推力轴导柱17不会进入直线轨道中)，参考图9，预加控制力施加在控制力预加推板11上，该预加控制力在推力轴导柱17上产生的作用力为F2，输出轴10扭矩在在推力轴导柱17上产生的作用力为Fi，两者合力为F，F与V字形轨道夹角为α，当输出轴10上扭矩较小，预加控制力通过推力轴导柱17产生的扭矩相对较大时，合力F与V字形轨道夹角α大于90°，在合力F作用下，推力轴导柱17及推力轴15相对扭矩反应机构外壳9向左运动，推动扭矩反应机构托盘8向内运动;相反的，当输出轴10上扭矩较大，预加控制力通过推力轴导柱17产生的扭矩相对较小时，而合力F与V字形轨道夹角α小于90°，在合力F作用下，推力轴导柱17及推力轴15相对扭矩反应机构外壳9向右运动，拉动扭矩反应机构托盘8向外运动。
[0052]预加控制力是可以通过常规试验获得的非线性数值。本发明的预加控制力可以通过任何能够提供一定压力的装置施加在控制力预加推板11上，本发明的预加控制力根据行驶速度、道路状况、驾驶员预设模式、驾驶员操作意图判断、行驶坡度、驾驶员强制干预等因素，结合试验数据由ECU进行控制，可以实时调整。
[0053]锁止机构内壳3与中央锁止轴1通过花键链接，扭矩反应机构直接参与锁止机构的动作。扭矩反应机构的推力轴15与输出轴10通过一种带滚珠的花键链接，输出轴10和推力轴15之间轴向可相对运动，而圆周方向不可相对运动，正常行驶状态下，输出轴10上扭矩较大，合力F与V字形轨道夹角α小于90°，此时开放式差速器正常作用，动力按照上述路径顺利传输至输出轴；当输出轴10上扭矩较小(例如轮胎悬空、打滑)，推力轴15开始相对扭矩反应机构外壳9作轴向运动，推动扭矩反应机构托盘8向内运动，推动楔形块6，楔形块6插入摩擦块4下部的空间，参考图3，由于楔形块6截面逐渐变厚(第二摆臂23及其摩擦块4所在位置处的楔形块6是沿顺时针方向变厚，第一摆臂5及其摩擦块所在位 置处的楔形块6是沿逆时针方向变厚)，因此其与摩擦块4之间形成楔形机构，之后斜面体22的两个斜面(斜面22Α、斜面22Β)推动两个摆臂5、23之间的摆臂推进弹簧21，进而推动第一摆臂5、第二摆臂23旋转，摆臂末端推动四个摩擦块4，使其挤入楔形机构中，在如图3所示结构中，锁止机构外壳2相对锁止机构内壳3逆时针旋转时，第一摆臂5以及与其连接的楔形机构发挥锁止作用，产生阻碍内外壳相对运动的、较大的摩擦力，使输出轴10与中央锁止轴1锁止;锁止机构外壳2相对锁止机构内壳3顺时针旋转时，第二摆臂23以及与其连接的楔形机构发挥锁止作用，产生阻碍内外壳相对运动的、较大的摩擦力，使输出轴10与中央锁止轴1锁止，形成硬连接，动力直接传达输出轴。
[0054]而当输出轴10上扭矩再次变大(例如轮胎着地、不再打滑)，扭矩反应机构托盘8会向外运动，抽出楔形体6 (楔形体表面光滑，摩擦块内表面光滑，摩擦块外表面与锁止机构外壳体内表面粗糙，具有摩擦锁止效果)，使楔形机构失效，锁止机构中第一摆臂、第二摆臂在摆臂回归弹簧19、摩擦块在摩擦块回归弹簧20的作用下返回到初始位置，差速器也回到开放状态，中央的差速齿轮恢复正常工作状态，从而差速功能恢复，动力通过锁止机构外壳
2、扭矩反应机构外壳9、推力轴15到达输出轴。
[0055]本发明的推力轴15相对差速器壳体的位置会时常变化，但是由于滚珠花键的作用，可以使输出轴的位置保持不变，并且可以传递扭矩。
[0056]本发明可用做车辆的中央差速器以及前、后桥差速器，使车辆在正常行驶时起到正常的差速作用，且没有附加的摩擦力或能量损耗。当车辆轮胎在开始打滑(路面与轮胎的摩擦力低于预设值，轮胎与地面发生较小的相对转动)时，差速器立刻锁止，另外一个输出轴的动力输出不会受到影响。使车辆的越野通过性和在湿滑路面行驶的平稳性明显提升，并且几乎没有附加的能量损耗。
[0057]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种可自动锁止的差速器，其特征在于，包括开放差速器机构、中央锁止轴(1)、锁止机构、扭矩反应机构和控制力预加机构；中央锁止轴(1)是一个十字轴结构，十字轴的竖直轴与开放式差速器的行星齿轮通过轴承连接，十字轴的水平轴与开放式差速器的左右齿轮通过轴承连接，中央锁止轴(1)整体相对开放式差速器不可旋转，中央锁止轴(1)通过花键与锁止机构内壳(3)的一端连接，提供锁止时的着力点;控制力预加机构用于施加预加控制力，扭矩反应机构用于响应于所述预加控制力和输出轴上的扭矩，进而启动或者停止所述锁止机构。2.根据权利要求1所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，所述锁止机构包括锁止机构外壳(2)、锁止机构内壳(3)、第一摆臂(5)、第二摆臂(23)、摩擦块(4)、摆臂推进弹簧(21)、摆臂回归弹簧(19)、斜面体(22)、楔形块(6);锁止机构外壳(2)和开放式差速器的左右齿轮固定连接，能够跟随开放式差速器的左右齿轮一起转动，扭矩反应机构外壳(9)和锁止机构外壳(2)通过螺栓固定连接在一起，动力可以通过锁止机构外壳(2)、扭矩反应机构外壳(9)、推力轴(15)输送至输出轴(10)。3.根据权利要求2所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，第一摆臂(5)、第二摆臂(23)同轴安装在锁止机构内壳(3)内部的中心轴(7)上，第一摆臂(5)、第二摆臂(23)正常情况下相互垂直，形成四个摆臂，四个摆臂之间的四个象限空间分别安装两对摆臂推进弹簧(21)和两对摆臂回归弹簧(19)，摆臂推进弹簧(21)的一端固定在摆臂上，另一端紧靠在斜面体(22)的斜面上，摆臂回归弹簧(19)的一端固定在弹簧固定板(18)，另一端固定在摆臂上。4.根据权利要求3所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，所述摩擦块(4)为四个，四个摩擦块(4)铰接在第一摆臂(5)、第二摆臂(23)的两端，并设置在锁止机构外壳(2)和楔形块(6)上部的空间内；四个摩擦块和第一摆臂(5)、第二摆臂(23)之间设置摩擦块回归弹簧(20)。5.根据权利要求2所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，锁止机构内壳(3)圆周上设置与所述楔形块(6)位置对应的可以容纳楔形块(6)和摩擦块(4)的空腔;楔形块(6)截面逐渐变厚，其与摩擦块(4)之间形成楔形机构。6.根据权利要求3所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，四个楔形块(6)两两一组分布在圆盘直径的两端，两组之间夹角为10-30°。7.根据权利要求2所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，扭矩反应机构包括扭矩反应机构托盘(8)、扭矩反应机构外壳(9)、推力轴(15)，所述扭矩反应机构托盘(8)为圆盘状，距离圆盘边缘一定距离固定四个楔形块(6);在该圆盘上，楔形块(6)所在圆周的内部沿径向固定两个斜面体(22);斜面体(22)的自由端设置两个对称的斜面(22A)、斜面(22B)，两个斜面(22A)、斜面(22B)紧靠在第一摆臂(5)、第二摆臂(23)之间的摆臂推进弹簧(21)的一端，摆臂推进弹簧(21)另一端固定在第一摆臂(5)、第二摆臂(23)上。8.根据权利要求7所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，扭矩反应机构托盘(8)和推力轴(15)之间通过推力轴承连接，托盘拉板(13)通过螺栓将扭矩反应机构托盘(8)固定在推力轴(15)内部的推力轴承上，扭矩反应机构托盘(8)和推力轴(15)可做圆周方向相对运动。9.根据权利要求7所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，若干条推力轴导向轨道(16)阵列分布在扭矩反应机构外壳(9)内圆周面上，其由一段与扭矩反应机构外壳(9)主轴平行的直线轨道和呈V字形的异形轨道连接而成，与上述推力轴导向轨道(16)—一对应的推力轴导柱(17)阵列分布在推力轴(15)圆周上，推力轴导柱(17)与推力轴导向轨道(16)配合，并被限定在推力轴导向轨道(16)的V字形的异形轨道中，当输出轴(10)上扭矩较小，预加控制力通过推力轴导柱(17)产生的扭矩相对较大时，推力轴导柱(17)及推力轴(15)相对扭矩反应机构外壳(9)轴向运动，推动扭矩反应机构托盘(8)向内运动；相反的，当输出轴(10)上扭矩较大，预加控制力通过推力轴导柱(17)产生的扭矩相对较小时，推力轴导柱(17)及推力轴(15)相对扭矩反应机构外壳(9)轴向运动，拉动扭矩反应机构托盘(8)向外运动。10.根据权利要求2所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，锁止机构内壳(3)与中央锁止轴(1)通过花键链接，扭矩反应机构直接参与锁止机构的动作;扭矩反应机构的推力轴(15)与输出轴(10)通过一种带滚珠的花键链接，输出轴(10)和推力轴(15)之间轴向可相对运动，而圆周方向不可相对运动，当输出轴(10)上扭矩较小，推力轴(15)开始相对扭矩反应机构外壳(9)作轴向运动，推动扭矩反应机构托盘(8)向内运动，推动楔形块(6)，楔形块(6)插入摩擦块(4)下部的空间，由于楔形块(6)截面逐渐变厚，因此其与摩擦块(4)之间形成楔形机构，之后斜面体(22)的两个斜面(22A、22B)推动两个摆臂(5、23)之间的摆臂推进弹簧(21)，进而推动第一摆臂(5)、第二摆臂(23)旋转，摆臂末端推动四个摩擦块(4)，使其挤入楔形机构中；锁止机构外壳(2)相对锁止机构内壳(3)逆时针旋转时，第一摆臂(5)以及与其连接的楔形机构发挥锁止作用，产生阻碍内外壳相对运动的、较大的摩擦力，使输出轴(10)与中央锁止轴(1)锁止;锁止机构外壳(2)相对锁止机构内壳(3)顺时针旋转时，第二摆臂(23)以及与其连接的楔形机构发挥锁止作用，产生阻碍内外壳相对运动的、较大的摩擦力，使输出轴(10)与中央锁止轴(1)锁止，形成硬连接，动力直接传达输出轴；而当输出轴(10)上扭矩再次变大，扭矩反应机构托盘(8)会向外运动，抽出楔形体(6)，使楔形机构失效，锁止机构中第一摆臂、第二摆臂在摆臂回归弹簧(19)、摩擦块在摩擦块回归弹簧(20)的作用下返回到初始位置，差速器也回到开放状态，中央的差速齿轮恢复正常工作状态，从而差速功能恢复，动力通过锁止机构外壳(2)、扭矩反应机构外壳(9)、推力轴(15)到达输出轴。
【专利摘要】本发明公开了一种可自动锁止的差速器，包括开放差速器机构、中央锁止轴(1)、锁止机构、扭矩反应机构和控制力预加机构；中央锁止轴(1)通过花键与锁止机构内壳(3)的一端连接，提供锁止时的着力点；控制力预加机构用于施加预加控制力，扭矩反应机构用于响应于所述预加控制力和输出轴上的扭矩，进而启动或者停止所述锁止机构。本发明未单独使用高摩擦机构进行锁止控制，在差速过程中没有能量损耗。使用电子控制、机械响应的方法，使控制更智能、响应更迅速，而且需要锁止时的扭矩值可由电子设备进行实时调整。
【IPC分类】F16H48/22
【公开号】CN105485297
【申请号】CN201510900992
【发明人】佟梦晗, 彭玉兴, 史志远
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月10日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可自锁中央差速器，具体说是一种电子控制、机械响应，利用摩擦达到硬连接锁止的中央差速器。
【背景技术】
[0002]中央差速器的种类主要有普通开放式中央差速器、多片离合器式中央差速器、托森式中央差速器、粘性联轴节式中央差速器。
[0003]普通式中央差速器就(opendifferential)就是采用普通对称圆锥齿轮结构、可以在汽车转弯时正常工作的差速器，在其行星齿轮组没有设置任何锁止装置。假如一辆四驱车配备了前中后三个开放式差速器，那么如果其中一个轮子打滑，那么这个车的全部动力都会浪费在这个车轮上，而其余三个车轮则无法到的动力。在越野车领域，开放式差速器会影响非铺装路面的脱困性。
[0004]多片离合器式差速器依靠湿式多片离合器产生差动转矩。这种系统多用作适时四驱系统的中央差速器使用。其内部有两组摩擦盘，一组为主动盘，一组为从动盘。主动盘与前轴连接，从动盘与后轴连接。两组盘片被浸泡在专用油中，二者的结合和分离依靠电子系统控制。
[0005]在直线行驶时，其前后轴的转速相同，主动盘与从动盘之间没有转速差，此时盘片分离，车辆基本处于前驱或后驱状态，可达到节省燃油的目的。在转弯过程中，前后轴出现转速差，主、从动盘片之间也产生转速差。但由于转速差没有达到电子系统预设的要求，因而两组盘片依然处于分离状态，此时车辆转向不受影响。
[0006]当前后轴的转速差超过一定限度，例如前轮开始打滑，电控系统会控制液压机构将多片离合器压紧，此时主动盘与从动盘开始发生接触，类似离合器的结合，扭矩从主动盘传递到从动盘上从而实现四驱。多片摩擦式限滑差速器的接通条件和扭矩分配比例由电子系统控制，反应速度快，部分车型还具备手动控制的“LOCK”功能，即主、从动盘片可保持全时结合状态，功能接近专业越野车的四驱锁止状态。但摩擦片最多只能传递50%的扭矩给后轮，并且高强度的使用会时摩擦片过热而失效。
[0007]托森中央差速器(Torsen differential)的核心是蜗轮、蜗杆传动系统，如图2所示。正是它们的相互啮合互锁以及扭矩单向地从蜗轮传送到蜗杆齿轮的构造实现了差速器锁止功能，这一特性限制了滑动。在在弯道正常行驶时，前、后差速器的作用是传统差速器，蜗杆齿轮不影响输出轴输出速度的不同，如车向左转时，右侧车轮比差速器快，而左侧速度低，左右速度不同的蜗轮能够严密地匹配同步啮合齿轮。此时蜗轮蜗杆并没有锁止，因为扭矩是从蜗轮到蜗杆齿轮。而当一侧车轮打滑时，蜗轮蜗杆组件发挥作用，通过托森差速器或液压式多盘离合器，极为迅速地自动调整动力分配。
[0008]粘性联轴节的工作原理，有点类似于多片离合器。在输入轴上装有许多内板，插在输出轴壳体内的许多外板当中，并充入高粘度的硅油，如图3所示。输入轴与前置发动机上的变速分动装置相连，输出轴与后驱动桥相连。在正常行驶时，前后车轮没有转速差，粘性联轴节不起作用，动力不分配给后轮，汽车仍然相当于一辆前轮驱动汽车。
[0009]当汽车前后车轮出现较大的转速差。粘性联轴节的内、外板之间的硅油受到搅动开始受热膨胀，产生极大的粘性阻力，阻止内外板间的相对运动，产生了较大的扭矩。这样，就自动地把动力传送给后轮，汽车就转变成全轮驱动汽车。
[0010]锁止中央差速器(分时四驱)的危险性
[0011]四轮驱动车在锁止中央差速器处于分时四驱状态时，在干燥路面行驶车辆会倾向于直行，因左右车轮此时均具有大的附着力，从而使转弯过程中左右车轮行驶路程不同产生转速差，通过前后桥上的差速器将这个转速差传入前后传动轴，此时前后传动轴因没有中央差速器将这个转速差化解掉，这个差力将限制车轮随地面转动，从而引起转向困难，如车速过快时易引起翻车。而在湿滑路面上，由于车轮可以在地面滑动将这个转速差力释放掉，便不会出现转向困难。所以分时四驱只适合在附着力小的沙地、雪地或泥地等路面上使用，如在干燥路面上使用，只能进行直线行驶。
[0012]锁止前后差速器后的问题
[0013]上面说到分时四驱在公路上的危险性，如果我们在分时四驱状态下进一步锁止了前后桥的差速器，那么车辆在公路上实现转向几乎不可能。在正常行驶过程中前后桥差速器的突然锁止，将极易引起车辆的颠覆。
[0014]锁止差速器对四驱系统的损坏
[0015]锁止中央差速器和前后桥差速器后，发动机的动力很可能会从打滑的车轮上集中到仍有附着力的车轮，但是，车辆传动系的设计是让引擎的扭矩平分给四个车轮，假如只有一、两车轮有附着力，它们获得的扭矩将可能超过传动系所能承受的范围。举例来讲，一辆挂入分时四驱并锁止前后桥差速器的越野车，三个轮子因为地面的泥泞而失去附着力，那么这时发动机100%的动力便加在有附着力车轮的那根输出轴上，如果附着力和车辆行驶阻力都很大时，发动机的巨大扭力将足以扭断这个车轮相关的输出轴。所以在使用差速器锁时，对车辆的控制将变得非常重要。
【发明内容】
[0016]为了克服上述内容的不足，本发明提供了一种可自动锁止的中央差速器。
[0017]本发明采取的技术方案是:
[0018]一种可自动锁止的差速器，包括开放差速器机构、中央锁止轴(1)、锁止机构、扭矩反应机构和控制力预加机构；中央锁止轴(1)是一个十字轴结构，十字轴的竖直轴与开放式差速器的行星齿轮通过轴承连接，十字轴的水平轴与开放式差速器的左右齿轮通过轴承连接，中央锁止轴(1)整体相对开放式差速器不可旋转，中央锁止轴(1)通过花键与锁止机构内壳(3)的一端连接，提供锁止时的着力点；控制力预加机构用于施加预加控制力，扭矩反应机构用于响应于所述预加控制力和输出轴上的扭矩，进而启动或者停止所述锁止机构。
[0019]所述的可自动锁止的差速器，所述锁止机构包括锁止机构外壳(2)、锁止机构内壳
(3)、第一摆臂(5)、第二摆臂(23)、摩擦块(4)、摆臂推进弹簧(21)、摆臂回归弹簧(19)、斜面体(22)、楔形块(6);锁止机构外壳(2)和开放式差速器的左右齿轮固定连接，能够跟随开放式差速器的左右齿轮一起转动，扭矩反应机构外壳(9)和锁止机构外壳(2)通过螺栓固定连接在一起，动力可以通过锁止机构外壳(2)、扭矩反应机构外壳(9)、推力轴(15)输送至输出轴(10)。
[0020]所述的可自动锁止的差速器，第一摆臂(5)、第二摆臂(23)同轴安装在锁止机构内壳(3)内部的中心轴(7)上，第一摆臂(5)、第二摆臂(23)正常情况下相互垂直，形成四个摆臂，四个摆臂之间的四个象限空间分别安装两对摆臂推进弹簧(21)和两对摆臂回归弹簧
(19)，摆臂推进弹簧(21)的一端固定在摆臂上，另一端紧靠在斜面体(22)的斜面上，摆臂回归弹簧(19)的一端固定在弹簧固定板(18)，另一端固定在摆臂上。
[0021]所述的可自动锁止的差速器，所述摩擦块(4)为四个，四个摩擦块(4)铰接在第一摆臂(5)、第二摆臂(23)的两端，并设置在锁止机构外壳(2)和楔形块(6)上部的空间内；四个摩擦块和第一摆臂(5)、第二摆臂(23)之间设置摩擦块回归弹簧(20)。
[0022]所述的可自动锁止的差速器，锁止机构内壳(3)圆周上设置与所述楔形块(6)位置对应的可以容纳楔形块(6)和摩擦块(4)的空腔;楔形块(6)截面逐渐变厚，其与摩擦块(4)之间形成楔形机构。
[0023]所述的可自动锁止的差速器，四个楔形块(6)两两一组分布在圆盘直径的两端，两组之间夹角为10-30°。
[0024]所述的可自动锁止的差速器，扭矩反应机构包括扭矩反应机构托盘(8)、扭矩反应机构外壳(9)、推力轴(15)，所述扭矩反应机构托盘(8)为圆盘状，距离圆盘边缘一定距离固定四个楔形块(6);在该圆盘上，楔形块(6)所在圆周的内部沿径向固定两个斜面体(22);斜面体(22)的自由端设置两个对称的斜面(22A)、斜面(22B)，两个斜面(22A)、斜面(22B)紧靠在第一摆臂(5)、第二摆臂(23)之间的摆臂推进弹簧(21)的一端，摆臂推进弹簧(21)另一端固定在第一摆臂(5)、第二摆臂(23)上；
[0025]所述的可自动锁止的差速器，扭矩反应机构托盘(8)和推力轴(15)之间通过推力轴承连接，托盘拉板(13)通过螺栓将扭矩反应机构托盘(8)固定在推力轴(15)内部的推力轴承上，扭矩反应机构托盘(8)和推力轴(15)可做圆周方向相对运动。
[0026]所述的可自动锁止的差速器，若干条推力轴导向轨道(16)阵列分布在扭矩反应机构外壳(9)内圆周面上，其由一段与扭矩反应机构外壳(9)主轴平行的直线轨道和呈V字形的异形轨道连接而成，与所述推力轴导向轨道(16)—一对应的推力轴导柱(17)阵列分布在推力轴(15)圆周上，推力轴导柱(17)与推力轴导向轨道(16)配合，并被限定在推力轴导向轨道(16)的V字形的异形轨道中，当输出轴(10)上扭矩较小，预加控制力通过推力轴导柱
(17)产生的扭矩相对较大时， 推力轴导柱(17)及推力轴(15)相对扭矩反应机构外壳(9)轴向运动，推动扭矩反应机构托盘(8)向内运动;相反的，当输出轴(10)上扭矩较大，预加控制力通过推力轴导柱(17)产生的扭矩相对较小时，推力轴导柱(17)及推力轴(15)相对扭矩反应机构外壳(9)轴向运动，拉动扭矩反应机构托盘(8)向外运动。
[0027]所述的可自动锁止的差速器，锁止机构内壳(3)与中央锁止轴(1)通过花键链接，扭矩反应机构直接参与锁止机构的动作;扭矩反应机构的推力轴(15)与输出轴(10)通过一种带滚珠的花键链接，输出轴(10)和推力轴(15)之间轴向可相对运动，而圆周方向不可相对运动，当输出轴(10)上扭矩较小，推力轴(15)开始相对扭矩反应机构外壳(9)作轴向运动，推动扭矩反应机构托盘(8)向内运动，推动楔形块(6)，楔形块(6)插入摩擦块(4)下部的空间，由于楔形块(6)截面逐渐变厚，因此其与摩擦块(4)之间形成楔形机构，之后斜面体
(22)的两个斜面(22A、22B)推动两个摆臂(5、23)之间的摆臂推进弹簧(21)，进而推动第一摆臂(5)、第二摆臂(23)旋转，摆臂末端推动四个摩擦块(4)，使其挤入楔形机构中，在如图3所不结构中，锁止机构外壳(2)相对锁止机构内壳(3)逆时针旋转时，第一摆臂(5)以及与其连接的楔形机构发挥锁止作用，产生阻碍内外壳相对运动的、较大的摩擦力，使输出轴(10)与中央锁止轴(1)锁止;锁止机构外壳(2)相对锁止机构内壳(3)顺时针旋转时，第二摆臂
(23)以及与其连接的楔形机构发挥锁止作用，产生阻碍内外壳相对运动的、较大的摩擦力，使输出轴(10)与中央锁止轴(1)锁止，形成硬连接，动力直接传达输出轴;而当输出轴(10)上扭矩再次变大，扭矩反应机构托盘(8)会向外运动，抽出楔形体(6)，使楔形机构失效，锁止机构中第一摆臂、第二摆臂在摆臂回归弹簧(19)、摩擦块在摩擦块回归弹簧(20)的作用下返回到初始位置，差速器也回到开放状态，中央的差速齿轮恢复正常工作状态，从而差速功能恢复，动力通过锁止机构外壳(2)、扭矩反应机构外壳(9)、推力轴(15)到达输出轴。
[0028]本发明与现有技术相比有一下优点:
[0029]1、本发明未单独使用高摩擦机构进行锁止控制，在差速过程中没有能量损耗，节能减排，不易过热。
[0030]2、本发明使用电子控制、机械响应的方法，使控制更智能、响应更迅速，而且需要锁止时的扭矩值可有电子设备进行实时调整。安装此装置的车辆有更好的通过性和道路适应性。
[0031]3、对工艺要求低于托森差速器。
【附图说明】
[0032]图1为本发明整体结构示意图；
[0033]图2为推力轴15表面A向的360°展开图；
[0034]图3为图1的B-B截面视图；
[0035]图4为图1的C-C截面视图；
[0036]图5为图3的D-D截面视图；
[0037]图6为图3的E-E截面视图；
[0038]图7为图6的F向视图；
[0039]图8为图6的G向视图；
[0040]图9为推力轴导柱17受力示意图；
[0041 ] 1中央锁止轴;2锁止机构外壳;3锁止机构内壳;4摩擦块;5第一摆臂;6楔形块;7中心轴;8扭矩反应机构托盘;9扭矩反应机构外壳；10输出轴；11控制力预加推板;12中心轴端挡板；13托盘拉板；14滚珠；15推力轴；16推力轴导向轨道；17推力轴导柱；18弹簧固定板；19摆臂回归弹簧;20摩擦块回归弹簧;21摆臂推进弹簧；22斜面体;23第二摆臂，24行星齿轮，25右齿轮；
【具体实施方式】
[0042]以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
[0043]参考图1，一种可自动锁止的差速器，包括开放差速器机构、中央锁止轴1、锁止机构、扭矩反应机构和控制力预加机构。开放差速器机构是普通的开放式差速器，中央锁止轴1是一个十字轴结构，十字轴的竖直轴与开放式差速器的行星齿轮通过轴承连接，十字轴的水平轴与开放式差速器的左右齿轮通过轴承连接，中央锁止轴1整体相对开放式差速器不可旋转(正常行驶过程中，中央锁止轴跟随差速器行星齿轮绕水平轴旋转)，中央锁止轴1通过花键与锁止机构内壳3的一端连接，提供锁止时的着力点;控制力预加机构可以通过任何能够提供一定压力的装置施加，扭矩反应机构用于响应于所述预加控制力和输出轴上的扭矩，进而启动或者停止所述锁止机构。
[0044]所述锁止机构包括锁止机构外壳2、锁止机构内壳3、第一摆臂5、第二摆臂23、摩擦块4、摆臂推进弹簧21、摆臂回归弹簧19、、斜面体22、楔形块6;锁止机构外壳2和开放式差速器的左右齿轮固定连接，能够跟随开放式差速器的左右齿轮一起转动，扭矩反应机构外壳9和锁止机构外壳2通过螺栓固定连接在一起，动力可以通过锁止机构外壳2、扭矩反应机构外壳9、推力轴15输送至输出轴10。
[0045]第一摆臂5、第二摆臂23同轴安装在锁止机构内壳3内部的中心轴7上，第一摆臂5、第二摆臂23正常情况下相互垂直，形成四个摆臂，四个摆臂之间的四个象限空间分别安装两对摆臂推进弹簧21和两对摆臂回归弹簧19，摆臂推进弹簧21的一端固定在摆臂上，另一端紧靠在斜面体22的斜面上，摆臂回归弹簧19的一端固定在弹簧固定板18，另一端固定在摆臂上。
[0046]所述摩擦块4为四个，四个摩擦块4铰接在第一摆臂5、第二摆臂23的两端，并设置在锁止机构外壳2和楔形块6上部的空间内；四个摩擦块和第一摆臂5、第二摆臂23之间设置摩擦块回归弹簧20;
[0047]锁止机构内壳3圆周上设置与上述楔形块6位置对应的可以容纳楔形块6和摩擦块4的空腔;楔形块6截面逐渐变厚，其与摩擦块4之间形成楔形机构。
[0048]四个楔形块6两两一组分布在圆盘直径的两端，两组之间夹角为10-30°。
[0049]扭矩反应机构包括扭矩反应机构托盘8、扭矩反应机构外壳9、推力轴15，所述扭矩反应机构托盘8为圆盘状，距离圆盘边缘一定距离固定四个楔形块6;在该圆盘上，楔形块6所在圆周的内部沿径向固定两个斜面体22;斜面体22的自由端设置两个对称的斜面22A、斜面22B，两个斜面22A、斜面22B紧靠在第一摆臂5、第二摆臂23之间的摆臂推进弹簧21的一端，摆臂推进弹簧21另一端固定在第一摆臂5、第二摆臂23上；
[0050]扭矩反应机构托盘8和推力轴15之间通过推力轴承连接，托盘拉板13通过螺栓将扭矩反应机构托盘8固定在推力轴15内部的推力轴承上，扭矩反应机构托盘8和推力轴15可做圆周方向相对运动。
[0051 ]若干条推力轴导向轨道16阵列分布在扭矩反应机构外壳9内圆周面上，其由一段与扭矩反应机构外壳9主轴平行的直线轨道和呈V字形的异形轨道连接而成，与上述推力轴导向轨道16—一对应的推力轴导柱17阵列分布在推力轴15圆周上，推力轴导柱17与推力轴导向轨道16配合，并被限定在推力轴导向轨道16的V字形的异形轨道中(直线轨道仅是为了方便推力轴导柱17与推力轴导向轨道16的装配，由于控制力预加推板11的限位作用，推力轴导柱17不会进入直线轨道中)，参考图9，预加控制力施加在控制力预加推板11上，该预加控制力在推力轴导柱17上产生的作用力为F2，输出轴10扭矩在在推力轴导柱17上产生的作用力为Fi，两者合力为F，F与V字形轨道夹角为α，当输出轴10上扭矩较小，预加控制力通过推力轴导柱17产生的扭矩相对较大时，合力F与V字形轨道夹角α大于90°，在合力F作用下，推力轴导柱17及推力轴15相对扭矩反应机构外壳9向左运动，推动扭矩反应机构托盘8向内运动;相反的，当输出轴10上扭矩较大，预加控制力通过推力轴导柱17产生的扭矩相对较小时，而合力F与V字形轨道夹角α小于90°，在合力F作用下，推力轴导柱17及推力轴15相对扭矩反应机构外壳9向右运动，拉动扭矩反应机构托盘8向外运动。
[0052]预加控制力是可以通过常规试验获得的非线性数值。本发明的预加控制力可以通过任何能够提供一定压力的装置施加在控制力预加推板11上，本发明的预加控制力根据行驶速度、道路状况、驾驶员预设模式、驾驶员操作意图判断、行驶坡度、驾驶员强制干预等因素，结合试验数据由ECU进行控制，可以实时调整。
[0053]锁止机构内壳3与中央锁止轴1通过花键链接，扭矩反应机构直接参与锁止机构的动作。扭矩反应机构的推力轴15与输出轴10通过一种带滚珠的花键链接，输出轴10和推力轴15之间轴向可相对运动，而圆周方向不可相对运动，正常行驶状态下，输出轴10上扭矩较大，合力F与V字形轨道夹角α小于90°，此时开放式差速器正常作用，动力按照上述路径顺利传输至输出轴；当输出轴10上扭矩较小(例如轮胎悬空、打滑)，推力轴15开始相对扭矩反应机构外壳9作轴向运动，推动扭矩反应机构托盘8向内运动，推动楔形块6，楔形块6插入摩擦块4下部的空间，参考图3，由于楔形块6截面逐渐变厚(第二摆臂23及其摩擦块4所在位置处的楔形块6是沿顺时针方向变厚，第一摆臂5及其摩擦块所在位 置处的楔形块6是沿逆时针方向变厚)，因此其与摩擦块4之间形成楔形机构，之后斜面体22的两个斜面(斜面22Α、斜面22Β)推动两个摆臂5、23之间的摆臂推进弹簧21，进而推动第一摆臂5、第二摆臂23旋转，摆臂末端推动四个摩擦块4，使其挤入楔形机构中，在如图3所示结构中，锁止机构外壳2相对锁止机构内壳3逆时针旋转时，第一摆臂5以及与其连接的楔形机构发挥锁止作用，产生阻碍内外壳相对运动的、较大的摩擦力，使输出轴10与中央锁止轴1锁止;锁止机构外壳2相对锁止机构内壳3顺时针旋转时，第二摆臂23以及与其连接的楔形机构发挥锁止作用，产生阻碍内外壳相对运动的、较大的摩擦力，使输出轴10与中央锁止轴1锁止，形成硬连接，动力直接传达输出轴。
[0054]而当输出轴10上扭矩再次变大(例如轮胎着地、不再打滑)，扭矩反应机构托盘8会向外运动，抽出楔形体6 (楔形体表面光滑，摩擦块内表面光滑，摩擦块外表面与锁止机构外壳体内表面粗糙，具有摩擦锁止效果)，使楔形机构失效，锁止机构中第一摆臂、第二摆臂在摆臂回归弹簧19、摩擦块在摩擦块回归弹簧20的作用下返回到初始位置，差速器也回到开放状态，中央的差速齿轮恢复正常工作状态，从而差速功能恢复，动力通过锁止机构外壳
2、扭矩反应机构外壳9、推力轴15到达输出轴。
[0055]本发明的推力轴15相对差速器壳体的位置会时常变化，但是由于滚珠花键的作用，可以使输出轴的位置保持不变，并且可以传递扭矩。
[0056]本发明可用做车辆的中央差速器以及前、后桥差速器，使车辆在正常行驶时起到正常的差速作用，且没有附加的摩擦力或能量损耗。当车辆轮胎在开始打滑(路面与轮胎的摩擦力低于预设值，轮胎与地面发生较小的相对转动)时，差速器立刻锁止，另外一个输出轴的动力输出不会受到影响。使车辆的越野通过性和在湿滑路面行驶的平稳性明显提升，并且几乎没有附加的能量损耗。
[0057]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种可自动锁止的差速器，其特征在于，包括开放差速器机构、中央锁止轴(1)、锁止机构、扭矩反应机构和控制力预加机构；中央锁止轴(1)是一个十字轴结构，十字轴的竖直轴与开放式差速器的行星齿轮通过轴承连接，十字轴的水平轴与开放式差速器的左右齿轮通过轴承连接，中央锁止轴(1)整体相对开放式差速器不可旋转，中央锁止轴(1)通过花键与锁止机构内壳(3)的一端连接，提供锁止时的着力点;控制力预加机构用于施加预加控制力，扭矩反应机构用于响应于所述预加控制力和输出轴上的扭矩，进而启动或者停止所述锁止机构。2.根据权利要求1所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，所述锁止机构包括锁止机构外壳(2)、锁止机构内壳(3)、第一摆臂(5)、第二摆臂(23)、摩擦块(4)、摆臂推进弹簧(21)、摆臂回归弹簧(19)、斜面体(22)、楔形块(6);锁止机构外壳(2)和开放式差速器的左右齿轮固定连接，能够跟随开放式差速器的左右齿轮一起转动，扭矩反应机构外壳(9)和锁止机构外壳(2)通过螺栓固定连接在一起，动力可以通过锁止机构外壳(2)、扭矩反应机构外壳(9)、推力轴(15)输送至输出轴(10)。3.根据权利要求2所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，第一摆臂(5)、第二摆臂(23)同轴安装在锁止机构内壳(3)内部的中心轴(7)上，第一摆臂(5)、第二摆臂(23)正常情况下相互垂直，形成四个摆臂，四个摆臂之间的四个象限空间分别安装两对摆臂推进弹簧(21)和两对摆臂回归弹簧(19)，摆臂推进弹簧(21)的一端固定在摆臂上，另一端紧靠在斜面体(22)的斜面上，摆臂回归弹簧(19)的一端固定在弹簧固定板(18)，另一端固定在摆臂上。4.根据权利要求3所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，所述摩擦块(4)为四个，四个摩擦块(4)铰接在第一摆臂(5)、第二摆臂(23)的两端，并设置在锁止机构外壳(2)和楔形块(6)上部的空间内；四个摩擦块和第一摆臂(5)、第二摆臂(23)之间设置摩擦块回归弹簧(20)。5.根据权利要求2所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，锁止机构内壳(3)圆周上设置与所述楔形块(6)位置对应的可以容纳楔形块(6)和摩擦块(4)的空腔;楔形块(6)截面逐渐变厚，其与摩擦块(4)之间形成楔形机构。6.根据权利要求3所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，四个楔形块(6)两两一组分布在圆盘直径的两端，两组之间夹角为10-30°。7.根据权利要求2所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，扭矩反应机构包括扭矩反应机构托盘(8)、扭矩反应机构外壳(9)、推力轴(15)，所述扭矩反应机构托盘(8)为圆盘状，距离圆盘边缘一定距离固定四个楔形块(6);在该圆盘上，楔形块(6)所在圆周的内部沿径向固定两个斜面体(22);斜面体(22)的自由端设置两个对称的斜面(22A)、斜面(22B)，两个斜面(22A)、斜面(22B)紧靠在第一摆臂(5)、第二摆臂(23)之间的摆臂推进弹簧(21)的一端，摆臂推进弹簧(21)另一端固定在第一摆臂(5)、第二摆臂(23)上。8.根据权利要求7所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，扭矩反应机构托盘(8)和推力轴(15)之间通过推力轴承连接，托盘拉板(13)通过螺栓将扭矩反应机构托盘(8)固定在推力轴(15)内部的推力轴承上，扭矩反应机构托盘(8)和推力轴(15)可做圆周方向相对运动。9.根据权利要求7所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，若干条推力轴导向轨道(16)阵列分布在扭矩反应机构外壳(9)内圆周面上，其由一段与扭矩反应机构外壳(9)主轴平行的直线轨道和呈V字形的异形轨道连接而成，与上述推力轴导向轨道(16)—一对应的推力轴导柱(17)阵列分布在推力轴(15)圆周上，推力轴导柱(17)与推力轴导向轨道(16)配合，并被限定在推力轴导向轨道(16)的V字形的异形轨道中，当输出轴(10)上扭矩较小，预加控制力通过推力轴导柱(17)产生的扭矩相对较大时，推力轴导柱(17)及推力轴(15)相对扭矩反应机构外壳(9)轴向运动，推动扭矩反应机构托盘(8)向内运动；相反的，当输出轴(10)上扭矩较大，预加控制力通过推力轴导柱(17)产生的扭矩相对较小时，推力轴导柱(17)及推力轴(15)相对扭矩反应机构外壳(9)轴向运动，拉动扭矩反应机构托盘(8)向外运动。10.根据权利要求2所述的可自动锁止的差速器，其特征在于，锁止机构内壳(3)与中央锁止轴(1)通过花键链接，扭矩反应机构直接参与锁止机构的动作;扭矩反应机构的推力轴(15)与输出轴(10)通过一种带滚珠的花键链接，输出轴(10)和推力轴(15)之间轴向可相对运动，而圆周方向不可相对运动，当输出轴(10)上扭矩较小，推力轴(15)开始相对扭矩反应机构外壳(9)作轴向运动，推动扭矩反应机构托盘(8)向内运动，推动楔形块(6)，楔形块(6)插入摩擦块(4)下部的空间，由于楔形块(6)截面逐渐变厚，因此其与摩擦块(4)之间形成楔形机构，之后斜面体(22)的两个斜面(22A、22B)推动两个摆臂(5、23)之间的摆臂推进弹簧(21)，进而推动第一摆臂(5)、第二摆臂(23)旋转，摆臂末端推动四个摩擦块(4)，使其挤入楔形机构中；锁止机构外壳(2)相对锁止机构内壳(3)逆时针旋转时，第一摆臂(5)以及与其连接的楔形机构发挥锁止作用，产生阻碍内外壳相对运动的、较大的摩擦力，使输出轴(10)与中央锁止轴(1)锁止;锁止机构外壳(2)相对锁止机构内壳(3)顺时针旋转时，第二摆臂(23)以及与其连接的楔形机构发挥锁止作用，产生阻碍内外壳相对运动的、较大的摩擦力，使输出轴(10)与中央锁止轴(1)锁止，形成硬连接，动力直接传达输出轴；而当输出轴(10)上扭矩再次变大，扭矩反应机构托盘(8)会向外运动，抽出楔形体(6)，使楔形机构失效，锁止机构中第一摆臂、第二摆臂在摆臂回归弹簧(19)、摩擦块在摩擦块回归弹簧(20)的作用下返回到初始位置，差速器也回到开放状态，中央的差速齿轮恢复正常工作状态，从而差速功能恢复，动力通过锁止机构外壳(2)、扭矩反应机构外壳(9)、推力轴(15)到达输出轴。
【专利摘要】本发明公开了一种可自动锁止的差速器，包括开放差速器机构、中央锁止轴(1)、锁止机构、扭矩反应机构和控制力预加机构；中央锁止轴(1)通过花键与锁止机构内壳(3)的一端连接，提供锁止时的着力点；控制力预加机构用于施加预加控制力，扭矩反应机构用于响应于所述预加控制力和输出轴上的扭矩，进而启动或者停止所述锁止机构。本发明未单独使用高摩擦机构进行锁止控制，在差速过程中没有能量损耗。使用电子控制、机械响应的方法，使控制更智能、响应更迅速，而且需要锁止时的扭矩值可由电子设备进行实时调整。
【IPC分类】F16H48/22
【公开号】CN105485297
【申请号】CN201510900992
【发明人】佟梦晗, 彭玉兴, 史志远
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月10日
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