阅读说明：本技术 一种超越差速器 (Overrunning differential mechanism ) 是由 周殿玺 鞠传喜 于 2020-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种超越差速器,由主差速传力器、差速控制器、离合器、左驱动轴、右驱动轴五部分组成,本发明中的超越差速器的主差速传力器与现有技术中的对称式圆锥行星齿轮差速器原理相同而结构不同,在此基础上设置了差速控制器、离合器,达到了车辆在光滑路面行驶时驱动力无滑转损失,在泥泞、冰雪无路条件下行走,或车轮单侧空滑转无附着力时也只有20%的速度损失,仍有公转的80%转速驱动前行,最低能保持80%的驱力效率。(The invention provides an overrunning differential, which consists of five parts, namely a main differential power transmission, a differential controller, a clutch, a left driving shaft and a right driving shaft, wherein the main differential power transmission of the overrunning differential has the same principle and different structure with a symmetrical conical planetary gear differential in the prior art, and the differential controller and the clutch are arranged on the basis, so that the purposes that the driving force of a vehicle does not have slip loss when the vehicle runs on a smooth road surface, the vehicle runs under the muddy and ice-snow non-road condition, or the vehicle only has 20% speed loss when the wheel slides in a single-side idle mode and has no adhesive force, the vehicle still drives the vehicle to run at the revolving speed of 80%, and the driving force efficiency of 80% can be kept at the lowest.)

一种超越差速器

技术领域

本发明属于车辆差速器领域，涉及一种超越差速器，保证车辆在行驶正常差速的状态下，具有刚性控制各车轮在全地形、全天候工况下驱动扭力全时达到最大值，它适用于所有需要差速的传动车辆。

背景技术

普通汽车对称式圆锥行星齿轮差速器由行星齿轮、行星架、差速器壳、半轴齿轮等零件组成。发动机的动力经传动轴进入差速器，直接驱动行星架，再由行星轮带动左、右两半轴齿轮，分别驱动左、右车轮。差速器的设计要求满足：（左半轴转速n₁）+（右半轴转速n₂）=（两倍行星轮架转速2n）。当汽车直行时，左、右车轮与行星架三者的转速相等处于平衡状态，这时的驱动力达到最大值。而在汽车转弯时三者平衡状态被破坏，导致内侧轮转速减小，外侧轮转速增加在需求范围内为正常工作，在泥泞、冰雪地面上当一侧车轮转速下降超过正常差速时，其另一侧车轮升高相同超出需求转速，由于差速器对左、右车轮是个平衡器，对车辆行驶距离而言，它对车的行驶做功效率有直接关系，当一侧轮子减速到n/2时驱动做功效率下降一半，当转速降到零时不产生驱动力，另一侧转速2n时,车轮空转驱动力同样失效。现有轮式车辆应用最广泛的是对称式圆锥行星齿轮差速器，它具有结构简单、工作平稳、造价低等优点，但它存在着缺点，即当一个驱动轮打滑空转时，另一驱动轮的转速为零，车辆便停止前进，驱动力为零，故它必在良好的环境条件下工作才能保持工作效率最大，如果在正常差速到转速变化为零这个过程中驱动效率随机变化、驱动力由最大到零，极大影响燃油利用率和适应工况。

目前已出现自锁式差速器虽都有较好的自动抗滑能力，但一般都存在锁止无转向，只能用高摩擦扭力有限控制，一般控制力在25%—30%之内，故它的适应条件有限，更不能全地形工作；电子技术锁控力也只能在30%左右起作用，不能用于大车，只能用于小车上，即使在小车上应用也不能达到全地形、全天候的适应条件和驱动效率。

发明内容

为了解决车辆差速上述缺点，为提高动力利用效率、节油，提高适应环境，对民用车、军车、特种车辆、工程机械都有极大好处，本发明提出一种超越差速器，具有刚性常时控制各车轮，无论大车、小车全能在全地形、全天候工况下驱动扭力达到最大值，并确保正常转向的机械控制器，即是在泥泞、冰雪无路的条件下行走，或在行驶中车轮单侧无附着力时也只有20%的速度损失，最低能保持有80%驱力效率。

为此，本发明的技术方案为：一种超越差速器，其特征在于：由主差速传力器、差速控制器、离合器、左驱动轴、右驱动轴五部分组成；

主差速传力器由差速器左壳体、圆盘内锥齿行星架、差速器右壳体销轴、行星齿轮、左传力齿轮、右传力齿轮组成；

差速控制器布置在主差速传力器的圆盘内锥齿行星架的内腔中；差速控制器是由控制器行星架、外搭行星齿轮、主搭行星齿轮、塔轴行星齿轮、外齿环、减速超越离合牙环、外牙环、弹簧Ⅰ构成的汽车转弯的内圈轮子转速控制单元；由主塔齿轮、塔轴行星齿轮、塔环齿轮、塔轴传力牙盘、内牙环、弹簧Ⅱ构成的汽车转弯外轮转速控制单元；

控制器行星架的内花键与主差速传力器中的左驱动轴的外花键固连在一起为一刚体，完成差速控制器的公转速；由主差速传力器中的圆盘内锥齿行星架中的内锥齿轮与主塔行星齿轮常啮合，完成差速控制器的传力主转速；

差速控制器中的塔轴行星齿轮的轴花键上套装外塔行星齿轮和主塔行星齿轮，它们三者固定成一个刚性整体构成塔轮，并装在控制器行星架的扇形通孔内；塔轮中三个行星齿轮的转速角度相同；主塔行星齿轮的转速由主差速传力器的公转速确定；外塔行星齿轮与外齿环常啮合，外齿环转速低于主差速传力器的公转速；塔轴行星齿轮与塔轴环齿轮常啮合，塔轴行星齿轮的设计转速比主差速传力器的公转速快；外齿环滑动的套装在控制器行星架的外圆上，外齿环的内花键和减速超越离合牙环的外花键固连在一起成为一刚性整体；减速超越离合牙环的一端牙齿形状为锯齿形，咬合外牙环；咬合后保证减速超越离合牙环的牙形的受力平面旋转方向是公转的同向，在外牙环的外圆上设有外花键，在其外圆花键上径向设有对称长条形通孔，它的外花键与主差速传力器中的右传力齿轮大孔内花键滑动套在一起，在外牙环的另一端平面上顶压有弹簧Ⅰ，右传力齿轮的小孔内花键与右驱动轴外花键固定为一刚体，构成的汽车右转弯时内圈右驱动轴的轮子转速控制单元；

差速控制器中的塔轴行星齿轮与塔轴环齿轮常啮合，塔轴环齿轮的内花键与塔轴传力牙盘的外花键固连在一起成为一个刚性整体；塔轴传力牙盘的一端面上设计有形状为锯形离合牙齿，咬合内牙环，塔轴传力牙盘的锯形牙齿的承力平面方向为公转方向的反向，内牙环的外圆上对称径向开有长条通孔，在内牙环的腔环内设有内花键与主差速传力器中的右驱动轴外花键滑动套装在一起，主差速传力器中的右传力齿轮的小孔内花键与右驱动轴的外花键固连为一整体；在内牙环的一端平面上顶压有弹簧Ⅱ，构成的汽车左转弯时外圈右驱动轴的轮子转速控制单元；

离合器，由滑动环、销柱、螺栓轴、拨叉环构成，滑动环套装在外牙环的内孔和内牙环的外圆之间，滑动环外圆上设有对称销孔，并将销柱紧固装进销孔内，销柱凸出的两端分别滑动***外牙环条形通孔和内牙环条形通孔内，滑动环的另一端面圆周上设有对称均布螺栓孔，在螺栓孔中安装螺栓轴，螺栓轴从右传力齿轮尾部均布孔中滑动穿出，并与拨叉环固定在一起构成的离合器。

本发明的有益效果是：本发明中的超越差速器的主差速传力器与现有技术中的对称式圆锥行星齿轮差速器原理相同而结构不同，在此基础上设置了差速控制器、离合装置，达到了车辆在光滑路面行驶时驱动力无滑转损失，在泥泞、冰雪无路条件下行走，或车轮单侧空滑转无附着力时也只有20%的速度损失，仍有公转的80%转速驱动前行，最低能保持80%的驱力效率。

附图说明

图1是本发明一种超越差速器的结构示意图。

图2是本发明一种超越差速器的工作原理简图。

图3是本发明中圆盘内锥齿行星架的结构图。

图4是本发明中控制器行星架的结构图。

图5本发明中离合装置的滑动环、销柱、螺栓轴配合的三维结构图。

图6是本发明中外牙环、减速超越离合牙环咬合的三维结构图。

图7本发明中塔轴传力牙盘、内牙环咬合的三维结构图。

图8是本发明中塔轴传力牙盘、内牙环咬合的传动原理图。

图9是本发明中减速超越离合牙环、外牙环的传动原理图。

图10是主差速传力器中右传力齿轮的第一方向三维结构图。

图11是主差速传力器中右传力齿轮的第二方向三维结构图。

图12是控制器中的左、右轮子无功率损失控制曲线图。

具体实施方式

下面，结合附图进一步描述本发明。

结合图1-图11所示，一种超越差速器，由主差速传力器1、差速控制器2、离合器3、左驱动轴4、右驱动轴5五部分组成，它适应于所有带差速器的车辆和工程机械；

所述主差速传力器1，与现有技术中的对称式圆锥行星齿轮差速器的工作原理相同结构不同，由差速器左壳体1-1、圆盘内锥齿轮行星架1-2、差速器右壳体1-5、销轴1-3、行星齿轮1-4、左传力齿轮1-7、右传力齿轮1-6组成的；差速器左壳体1-1、圆盘内锥齿轮行星架1-2、差速器右壳体1-5用螺栓固定为一体，圆盘内锥齿行星架1-2的内部为空腔，在空腔内设计有锥齿轮见图3中的标记N'，在其端平面上圆周均布开有多个行星齿轮扇形通孔，见图3中的标记N，在其孔内装有多个销轴1-3，在多个销轴1-3上套装有各自行星齿轮1-4、并与左传力齿轮1-7右传力齿轮1-6对称常啮合，左传力齿轮1-7在其内孔中设计有内花键，与左驱动轴4外花键相连；右传力齿轮1-6在它本身心部设计有大孔花键和内小孔花键，分别见图1、图11中的标记B₃、B'₃，并在其大孔花键和内小孔花键之间的圆环底平面上设环槽形平面见图1、图11标记W，并在环槽形平面周向均布钻有多个圆通孔见图1、图10中标记Z；

差速控制器2是由控制器行星架2-1、塔轮中的外塔行星齿轮2-2、主塔行星齿轮2-3、塔轴行星齿轮2-11组成一刚体，外齿环2-12、减速超越离合牙环2-4、外牙环2-5、弹簧Ⅰ2-6组成的汽车转弯的内圈轮子速度控制单元，由塔轴行星齿轮2-11，塔环齿轮2-10，塔轴传力牙盘2-9，内牙环2-8、弹簧Ⅱ2-7构成的汽车转弯外轮速度控制单元。差速控制器2布置在主差速传力器1的圆盘内锥齿轮行星架1-2的内腔中；差速控制器2中的控制器行星架2-1内花键，与主差速传力器1中的左传力齿轮1-7的内花键与左驱动传力轴4的外花键二者固连在一起成为一刚体，完成差速控制器2的公转速见图1标记F、图2中标记n₁；

主差速传力器1中的圆盘内锥齿轮行星架1-2中的内锥齿轮见图1、图3标记N'，与主塔行星齿轮2-3常啮合，完成差速控制器2的传力主转速n_k，即主差速传力器1的公转速n代表为差速控制器2的n_k左驱动轴4的转速n₁和差速控制器2中的传力主转速n=n_k成为差速控制器2的外力条件见（图2所示）；

差速控制器2中的塔轴行星齿轮2-11的轴花键上套装外塔行星轮2-2。和主塔轮行星齿轮2-3，它们三者固定成一个刚性整体，装在控制器行星架2-1的扇形通孔内，图4标记K；塔轮中的三个行星齿轮的角速度相同，主塔行星齿轮2-3的转速n_k由主差速传力器1的公转速n确定，外塔行星齿轮2-2与外齿环2-12常啮合，它的转速设计为n₃表示，它低于主差速传力器1的公转n，即n₃＜n=n_k（图2所示）；在正常差速中n₃＜n₂不影响差速见图9，当右侧轮子转速下降到n₂=n₃=n-Δn时，由n₃挑动右轮迫使其在n₂=n₃的范围内正常行走；外齿环2-12滑动的套装在控制器行星架2-1的外圆上，外齿环2-12的内花键和减速超越离合牙环2-4外花键固连在一起成为一刚性整体图1标记D；减速超越离合牙环2-4咬合外牙环2-5；减速超越离合牙环2-4的一端牙齿形状为锯齿形，它的受力牙平面是公转速的同向，见图6中的标记H'₁，斜面为反方向，见图6标记G₁，外牙环2-5的一端牙形为锯齿形，它的受力牙平面是公转速的反向见图6中标记H₁，斜平面与公转相同，图6中的标记G₁，它的另一端为平面，在它的外圆上设有外花键见图6标记B'₃，在其外圆花键的径向设有对称长条形通孔见图1、图6标记B₁，在外牙环2-5外花键与主差速传力器1中的右传力齿轮1-6的大孔内花键滑动套在一起见图1中标记B₃，在外牙环2-5的端平面上与右传力齿轮1-6内端平面之间顶压有弹簧Ⅰ2-6构成的减速超越离合牙环转速n_3，右传力齿轮1-6内小孔花键与右驱动轴5外花键固连一刚体，构成的汽车右转弯时内圈右驱动轴5的轮子转速n₃=n₂=n-Δn控制单元。当转速n₃＜n₂时正常差速，当右驱动轴5转速下降到n₃=n₂时右驱动轮被控制超出正常差速之外的空转，完成正常差速并获最大驱动效率。n₃＞n₂的情况对本技术而言不成立；

在左转弯汽车的右侧轮子转速n₂，n₂₌n+Δn，在差速控制器2中的n₃转速小于右驱动轴n₂，即n₃＜n＜n₂，这时的减速超越离合牙环2-4斜面见图6、图9标记G₁挤压外牙环2-5的斜面见图9标记G'迫使后移，压簧Ⅰ2-6变短，完成的差速功能；

差速控制器2中的塔轴行星齿轮2-11，塔轴环齿轮2-10常啮合，塔轴环齿轮2-10的内花键见与塔轴传力牙盘2-9的外花键固连在一起成为一个刚性整体图1标记E；塔轴传力牙盘2-9咬合内牙环2-8，塔轴传力牙盘2-9的一端面上设计有形状为锯形离合牙齿，它的端牙平面承力方向为公转方向的反向，见图7标记H'₂；内牙环2-8内环齿牙形为锯齿形，其受力平面与公转n方向相同，见图7标记H₂，相互咬合在一起，内牙环2-8的圆外上对称开有长条通孔见图7标记B₂，在内牙环2-8的腔环内设有内花键和主差速传力器1中的右驱动轴5的外花键滑动套装在一起，右传力齿轮1-6小孔内花键与右驱动轴5的外花键固连为一整体。在内牙环2-8的一端平面上与右传力齿轮1-6内端平面之间顶压有弹簧Ⅱ2-7，当右侧轮子转速n₂上升到塔轴传力齿盘2-9转速n₄见图2、7、8即n₂=n₄时完全控制了n₂的轮子超出正常差速之外的不做功转速，由n₄=n₂=n+Δn,同时既能满足差速功能又能满足控制功能，构成的汽车左转弯时外圈右驱动轴5的轮子转速控制单元；不存在n₂=n+Δn＞n₄情况出现，实现最大驱动效率。

汽车右转弯时，左轮n₁=n+Δn，右侧轮子驱动轴5转速n₂，

n₂=n-Δn比塔轴传力牙盘2-9n₄低，即n₄＞n₂=n-Δn。这时的塔轴传力牙盘2-9的转速n₄比内牙环2-8的转速n2大，它们相互之间的斜面挤压弹簧Ⅱ变短，使内牙环后移，见图8、7标记G'₂与G₂之关系，脱离咬合完成的差速功能；

离合装置3它们是由滑动环3-1、销柱3-2、螺栓柱3-3、拨叉环3-4构成，滑动环3-1套装在外牙环2-5的内孔和内牙环2-8的外圆之间，它的圆上对称设有对称销孔，并将销钉3-2紧固装进销孔内，销钉3-2凸出的两端分别滑动***内外牙环2-8、2-5的长孔内，见图6、图7标记B₂、B₁，滑动环3-1的另一端平面的圆周上设有周向均布螺栓孔，在螺栓孔中安装螺栓轴3-3，螺栓轴3-3各自从主差速传力器1中的右传力齿轮1-6尾部均布孔中滑动穿出见图10标记Z，并与拨叉环3-4固定在一起构成的离合装置。完成在汽车倒车转急转弯时的减速超越离合牙环2-4与外牙环2-5和塔轴传力牙盘2-9与内牙环2-8的脱离咬合，在前行差速和倒车转大圈时不脱离咬合。

它们的工作原理：

1、本发明中主差速传力器1的工作原理与常规式差速器的工作原理相同，结构不同。

2、本发明中差速控制2的工作原理是：

由差速控制器2中的控制器行星架2-1内花键，与主差速传力器1中的左传力齿轮17内花键、左驱动轴4的外花键三者固连在一起成为一刚体，完成差速控制器2的公转速，见图1中标记F，见图2中示n_1，即左驱动轴4的转速n₁就是差速控制器2中的公转；

由主差速传力器1中的圆盘内锥齿轮行星架1-2中的内锥齿轮图3标记N'与主塔行星齿轮2-3常啮合，完成差速控制器2的传力主转速，即主差速传力器1的公转速n代表差速控制器2的n_k即n=n_k。左驱动轴4的转速n₁和传力主转速n=n_k，成为差速控制器2的外力条件见图2示；

设汽车右转弯时由右侧驱动轴5转速为n₂=n-Δn差速控制器2中的塔轴行星齿轮2-11的轴花键上套装外塔行星轮2-2和主塔轮行星齿轮2-3它们三者固定成一个刚性整体，装在控制器行星架2-1的扇形通孔内见图4标记K，由主差速传力器1的公转速n=n_k带动差速控制器2的主塔行星齿轮2-3，带动外塔行星齿轮2-2转动，带动减速超越离合牙齿旋转，其转速为n₃=n-Δn，当右驱动轴与转速n₂从n下降到n₂=n₃时，减速离合牙齿2-4与外环牙齿2-12的牙受力平面相咬合见图1标记H₂，图6、图9标记H'₁、H₁，使右驱动轴5的转速在正常差速的范围内驱动力达到最大值。

设向左转弯汽车的右侧轮子n₂，n₂=n+Δn速度时，差速控制器2中的减速超越离合器牙齿2-4转速n₃小于外牙环2-5也小于右驱动轴5连为一起的转速n₂，即n₃＜n＜n₂，这时的减速超越离合牙环2-4斜面与外牙环2-5的斜面相互挤压迫使后移见图9标记G₁，压簧Ⅰ2-6变短，完成的差速无干扰。左转弯右侧驱动轴5的转速n₂=n+Δn的控制功能是由差速控制器2中的塔轴行星齿轮2-11，塔轴环齿轮2-10常啮合，塔轴环齿轮2-10的内花键见图1标记E与塔轴传力牙盘2-9的外花键固连在一起成为一个刚性整体，塔轴传力牙盘2-9咬合内牙环2-8见图1标记H₁，这时的塔轴传力牙盘2-9转速为n₄控制内牙环2-8和右驱动轴5为一体的转速为n₂=n+Δn，见图7、图8标记H'₂、H₂示，控制器塔轴传力牙盘2-9的设计转速为n₄，即n₂=n₄=n+Δn，当n₂转速从n上升到n₂=n₄时由塔轴传力牙盘2-9咬合内牙环2-8控制了n₂＞n₄的状况，固在汽车左转弯时右驱动轴5只能在n₂=n₄的条件下工作，达到驱动效率最大化。使它们在左转弯n₄和右转弯n₃分别控制右侧驱动轴5在正常差速中无轮子的空滑转，由差速器性质2n=n₁+n₂，得出本技术达到了右侧驱动轴5的驱动效率最大化，同理左侧驱动轴4的驱动效率最大化，实时达到全车驱动效率的最大值。

本发明中离合装置3的工作原理是：

在汽车向前行驶和转大弯或直线倒车时离合器不脱离，在倒车转小弯时，将离合器牙齿脱离，它们是由拨叉环3-4受外力所用拉动螺栓柱3-3，由螺栓柱3-3的螺纹连接的滑动环3-1自身固定的销钉轴3-2凸出部分拉动内、外牙环2-5、2-8压缩弹簧Ⅰ2-6、Ⅱ2-7变短来完成牙齿脱离完成倒车转小弯的差速。当车辆前进行驶时，将拨叉环3-4外力取消，牙齿自动回位，达到车辆前进时任意差速行驶和直线倒车的常咬合常差速。

本发明中主差速传力器工作顺序：差速器左壳体——圆盘内锥齿行星架——差速器右壳体——销轴——行星齿轮——左传力齿轮轴——右传力齿轮——左驱动轴——右驱动轴。

本发明中差速控制器的工作顺序：

a、构成控制器公转速n₁，传力主转速n=n_k的工作顺序:

圆盘内锥齿轮行星架——主塔行星齿轮——控制器行星架——左传力齿轮——右驱动轴；

b、右转弯右驱动轴转速控制单元工作顺序：

外塔行星齿轮——外齿环——减速超越离合器牙环——外牙环——弹簧Ⅰ——右驱动轴；

c、左转弯右驱动轴转速控制单元工作顺序：

塔轴行星齿轮——塔环齿轮——塔轴传力牙盘——内牙环——弹簧Ⅱ——右驱动轴；

本发明中的离合器工作顺序：拨叉环——螺栓柱——滑动环——销柱——外牙环——内牙环——弹簧Ⅰ——弹簧Ⅱ。

本发明一种超越差速器的功能分析：验证转向灵活性同时保持全地形全天候时的最大驱动效率：

本发明超越差速器中差速控制器的减速超越离合牙环与主差速传力器的公转速n（n=n_k）之间有个减速倍数关系K₁，主差速传力器的公转n（n=n_k）与塔轴传力牙盘转速n₄之间，有个增速倍数关系K₂，来确定的n₃、n₄的各自转动参数，由差速器性质2n=n₁+ n₂的理论，见图2推导出K₁、K₂计算公式：

例：某种汽车在轮、轴距参数一定和左、右转弯时它的最小转弯直径限定下，转弯时的后内、外轮转速为n₁、n₂，n₁ =n±Δn，n₂=n±Δn计算出最大增减量Δn=±200，求得：K₁=1.143、K₂=1.5，由直线行驶到转弯极限Δn=200的过程中，设

Δn=50、Δn=100、Δn=150、Δn=200为依据计算出左、右转弯时控制器差速转速n_3、n₄和主差速器差速转速n_1、n₂的差速与驱动能力的效率关系见图12，

图中A代表汽车左转弯右外轮驱动轴转速曲线，

A'—代表控制器K₂=1.5的n₄转速曲线，

图中B—代表汽车右转弯时右内轮驱动轴转速曲线，

B'—代表控制器K₁=1.143的n₃转速曲线，

从汽车驱动力利用率控制图12中说明：汽车左转弯时，汽车的工作效率是n₄的A'线控制正常行驶转弯差速n₂=n+Δn，A'线控制A线不能超出不需要的高转速，达到最大的工作效率；

汽车右转弯时n₂=n-Δn，汽车工作效率是n₃的B'曲线控制n₂的B线，只能正常差速工作，达到n₂=n-Δn工作效率最大化；

由此可见汽车左、右转弯n₄、n₃分别控制了n₂使n₂=n₄或n₂=n₃，永不会超出n₁=n±Δn或n₂=n±Δn的转速范围，从而保证了单侧轮子左、右差速行驶的机动性和最大驱动力。由差速器2n=n₁+n₂的性质所定，本发明技术完全控制了汽车左、右转弯时n₁和n₂满足正常差速范围且获得了最大驱动效率。