一种液压锁式差速器

技术领域

本发明涉及一种汽车差速器，尤其涉及一种可以限滑锁止的差速器。

背景技术

汽车差速器是能够使左、右或者前、后驱动轮实现以不同转速转动的机构，主要由左右半轴齿轮、行星齿轮、差速器壳体等组成，其功能是当汽车在转弯行驶或者在高低不平路面上行驶时，使左右车轮能以不同转速滚动，而在直线行驶时，差速器并不起作用；在四轮驱动中，必须将所有的车轮机械连接在一起，当汽车曲线行驶时，各个车轮的转速都是不同的，这时还需加入中央差速器，用以调整前后轮的转速差。

差速器很好的解决了汽车在不平路面和转向时左右驱动轮转速不同的要求；但差速器的存在也使得汽车在一侧驱动轮打滑时动力无法有效传递，即动力会从打滑的车轮处消耗掉，而不打滑车轮却得不到足够的动力脱困。

为了解决此类问题，目前常用的差速器主要有以下几类：电子限滑、限滑差速器、差速锁。

电子限滑。电子限滑原理结构都很简单，电脑检测到车轮打滑时自动控制刹车，单独制动打滑或者悬空的车轮给其提供阻力。因为有差速器的存在，同一根轴上两侧车轮受力不等时谁受到的阻力小谁得到的扭矩就越多。所以控制刹车制动空转车轮，使动力不全部作用在打滑车轮上，能有部分输出给接地车轮实现脱困。电子限滑的特点就是结构简单，因为基于原有的刹车系统所以不需要额外的机械部件，缺点就是其是以制动打滑轮牺牲部分动力为基础，不适应高强度越野且介入较慢，限滑力度一般，适合轻度越野。

限滑差速器。限滑差速器有很多种类型，如著名的托森式，还有多片离合器式，粘性耦合式，螺旋齿轮式等等，类型虽然多但他们的作用相同，都是在一定范围内限制两侧车轮转速差，且不影响正常转弯行驶动作。限制了车轮间的转速差就解决了打滑时车轮一侧空转一侧完全不转的问题，在左右车轮转速相差过大时，强制减少两侧车轮的转速差，让接地车轮得到一部分动力。还有一种电控多片离合器式限滑差速器可以通过电控机构调节离合器片的压紧力度，实现左右车轮不等扭矩分配，最高可将100％的动力传递给单侧车轮，既实现了差速锁的功能又满足了日常行驶的需求，而且不需要驾驶员控制。

限滑差速器较电子限滑更为稳定可靠，发展而来的电控限滑差速器能自主调节两侧车轮扭矩分配，更为智能有效，缺点就是在高强度的越野中仍然有可靠性的短板。综合来说限滑差速器效果好于电子限滑，适合中度越野。

差速锁。差速锁是三者之间最简单粗暴的，工作时硬结合左右半轴，将两侧车轮硬连接到一起，完全实现了同步，缺点就是在轮间差速锁接合的时候不能在硬质路面大角度转向，否则容易损坏差速器及差速锁。常见的差速锁有两类，伊顿式和牙嵌式，伊顿式不需要人控制开关，在两侧车轮存在一定的转速差时自动结合，但是结合冲击很大，结合瞬间接地车轮突然得到巨大的扭矩，在越野行驶时比较危险，所以在极端环境行驶的车辆一般不采用伊顿式。

还有一种就是牙嵌式，专业越野车基本后桥都采用牙嵌式差速锁，牙嵌式差速锁需要手动控制开关，必须停车才能打开差速锁，然后再行驶。优点是可控性强，遇到恶劣路况可能遭遇交叉轴等状况时可提前打开，不会像伊顿式瞬间自行结合带来巨大的冲击，产生不可控性，牙嵌式差速锁掌握正确使用方法后是高强度越野的一把利器。

上述各类差速器各有其优缺点。

发明内容

本发明的目的是将伊顿式和牙嵌式差速器的优势相结合，解决伊顿差速器瞬间结合巨大的冲击和牙嵌式差速器需停车手动操作的问题。

为了解决以上问题，本发明提供一种液压锁式差速器，包括差速器、离合摩擦片、液压系统组件、阀芯控制件等，在差速器的一个半轴上设置一个液压齿轮并用键与该半轴联结，设置两个液压副齿轮与液压齿轮啮合，液压副齿轮作为液压齿轮的行星齿轮与差速器壳体一起转动；液压齿轮、液压副齿轮与端盖内板、端盖中板、端盖外板组成一个液压齿轮泵，而齿轮泵的泵体板（即端盖内板、中板、外板）与差速器壳体联结在一起，当两侧半轴出现转速差时，液压齿轮泵便开始工作；两半轴转速差越大，齿轮泵转数越快，输出液压油流量就越大。

在组成齿轮泵的端盖内板、端盖中板、端盖外板的对应位置，采用相应形状的孔组合在一起，形成所需阀门的腔体及油液通道。端盖内板一侧与压紧活塞组成一个工作油缸，端盖外板一侧与储油箱活塞组成一个密封储油箱，再通过各个阀门和油液通道及齿轮泵组成一个密封循环的液压系统。储油箱活塞外加有一个预紧弹簧，可避免出现油液气泡，而储油箱使用活塞式结构，既可以补偿摩擦片的磨损也可以消除油液温度变化带来的一些影响。

液压齿轮泵的各进、出油口位置上，端盖外板一侧为进油口，单向阀设置为只进不出；端盖内板一侧为出油口，单向阀设置为只出不进，无论液压泵齿轮朝哪个方向转动，都能保证液压油自储油箱处吸入，供向工作油缸。

工作油缸和密封储油箱都为环形，在工作油缸和储油箱之间的回油通道上设置一个限流阀，当两个半轴的转速差在设定范围之内时，齿轮泵的相对转数较慢，液压油流量也较小，此时的液压油经限流阀芯的阻尼孔流回储油箱，压紧活塞不工作，离合内、外摩擦片自由转动，差速器为开放转态；当车轮打滑时，半轴转速差超过设定值，齿轮泵输出流量增大，液压油推动限流阀芯克服弹簧力使限流阀关闭，此时回油通道关闭，液压油做功，推动工作油缸的压紧活塞将内、外摩擦片压紧，使差速器锁止。此时只要有一侧半轴仍有打滑的趋势，差速器便会一直锁止。

在限流阀芯上设置有一个卸压小孔。当车辆行驶到平直路面或停止时，此时齿轮泵不工作，工作油缸内液压油经卸压小孔流出卸压，限流阀芯在弹簧力的作用下恢复开启状态，差速器便解除锁止。

在工作油缸到储油箱之间的回油通道上设置一个安全阀。当限流阀关闭瞬间，液压油冲击压力过大时，安全阀即打开缓冲，同时保护液压系统组件和差速器。

在限流阀芯位置处设置有一个可沿径向滑动的限锁挡块，当差速器转速达到一定值时，限锁挡块被离心力向外甩出，卡住限流阀芯，阻止限流阀芯的关闭，避免车辆高速行驶时差速器锁死。

在差速器中限流阀芯处设置有一个可外部操纵限流阀芯开、关的控制钩杆，控制钩杆与控制环联接，在极端路况下，可以通过操纵控制环使限流阀芯一直处于关闭状态。此时只要差速器半轴有转速差，齿轮泵便有转动，工作油缸便会做功，压紧活塞便会使摩擦片时刻处于压紧状态，等于给差速器上了一把差速锁。

本发明的有益效果

（1）本发明采用差速反馈自动锁止，不需人为操作。

（2）本发明液压组件采用模板组合方式，便于加工。

（3）本发明采用液压锁止，相比机械锁止冲击较小，更加安全。

（4）本发明可通过控制环操控限流阀芯闭合，与机械差速锁相比，更加方便快捷。

与现有机械锁式差速器相比，本发明在满足极端路面越野性能要求的同时，操作更加安全便捷。

附图说明

图1 是根据本发明实施的差速器结构半剖三维示意图。

图2 是根据本发明实施的差速器液压系统工作原理示意图。

图3 是根据本发明实施的差速器液压系统中单向阀在轴向布置的结构示意图。

图4 是根据本发明实施的差速器液压系统中各个阀门件在圆周方向的布置示意图。

图5 是根据本发明实施的差速器液压系统中限流阀和安全阀轴向布置结构示意图。

图6 是根据本发明实施的差速器液压系统中限流阀、控制钩杆及限锁挡块布置结构局部放大示意图。

图7 是根据本发明实施的差速器液压系统中限流阀芯关闭时的位置示意图。

图8 是根据本发明实施的差速器液压系统中限锁挡块阻止限流阀芯关闭时的位置示意图。

图9 是根据本发明实施的差速器液压系统中控制环带动控制钩杆关闭限流阀芯时的位置示意图。

图10 是根据本发明实施的差速器中端盖内板零件草图。

图11 是根据本发明实施的差速器中端盖中板零件草图。

图12 是根据本发明实施的差速器中端盖外板零件草图。

图13 是根据本发明实施的差速器中限锁挡块在圆周位置上的布置示意图。

图14 是根据本发明实施的差速器中限流阀芯的零件草图。

图15 是根据本发明实施的差速器中单向阀螺钉的零件草图。

图16是离合内摩擦片草图。

图17是离合外摩擦片草图。

附图中所述零件标号：1、差速器壳体；2、右半轴；3、左半轴；4、半轴齿轮；5、行星齿轮；6、行星齿轮轴；7、止推挡板；8、离合内摩擦片；9、离合外摩擦片；10、压紧活塞；11、密封圈；12、端盖内板；13、端盖中板；14、端盖外板；15、液压齿轮；16、液压副齿轮；17、液压副齿轮轴；18限流阀芯；19、安全阀芯；20、单向阀芯；21、单向阀螺钉；22、弹簧；23、限锁挡块；24、控制钩杆；25、控制环；26、螺栓；27、键；28 、卡簧；29、储油箱活塞；30、预紧弹簧；31、锁紧盖；32、33、34、35、36、37、38、39、单向阀；40、安全阀；41、工作油缸。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的示例性实施例。在整个说明书中相同的标号表示同类同名称的零部件，对称或阵列的同类零件将省去重复的标号和描述。附图只是为更好的描述本发明的概念，对本发明概念的理解不受限于附图。

1、差速器中液压齿轮泵的构成及工作原理。

如图1、图4、所示，在本发明中，差速器右半轴2上设置一个液压齿轮15，通过键27与右半轴2联结在一起，两个液压副齿轮16与液压齿轮15 啮合并对称布置在其两侧；端盖内板12、端盖中板13、端盖外板14和液压齿轮15、液压副齿轮16、液压副齿轮轴17组合成一个液压齿轮泵，由螺栓26紧固并与差速器壳体1联结在一起；如此液压齿轮15便随右半轴2一起转动，液压副齿轮16作为液压齿轮15的行星齿轮随差速器壳体1一起转动；当车辆在平直路面行驶时，右半轴2、左半轴3与差速器壳体1同步转动，相对静止，此时液压齿轮泵不工作；当车辆转弯或一侧车轮打滑时，左、右半轴相对于差速器壳体1便会一正一反转动，此时液压齿轮泵便开始工作；液压泵输出流量随左、右半轴转速差的增大而增大。

2、液压系统的构成和工作原理。

如图1、图3、所示，压紧活塞10与端盖内板12一侧组成一个工作油缸，工作油缸为环形；储油箱活塞29与端盖外板14一侧组成一个密封的储油箱，储油箱也为环形；端盖内板12、端盖中板13、端盖外板14在相应的位置上有相应形状的孔和内腔（如图10、图11、图12所示），组合在一起形成齿轮泵和各个阀门所需的腔体（如图3、图4、图5所示）；在液压齿轮泵的各进、出油口位置上，端盖外板14一侧为进油口，单向阀芯20、单向阀螺钉21、弹簧22、与端盖外板14上的孔组合成4个只进不出的吸油单向阀，端盖内板12一侧为出油口，单向阀芯20、单向阀螺钉21、弹簧22、与端盖内板12上的孔组合成4个只出不进的出油单向阀（如图3、图4所示），无论液压泵齿轮15朝哪个方向转动，液压油都是从储油箱处吸入，供向工作油缸。安全阀芯19、限流阀芯18、弹簧22分别与端盖内板12、端盖中板13、端盖外板14的对应孔组合成安全阀和限流阀（如图5所示）。

图2所示为液压系统工作原理图，单向阀32、33、34、35为进油阀，单向阀36、37、38、39为出油阀，当液压齿轮15如图中箭头所示方向转动时，单向阀33、34、36、39打开，单向阀32、35、37、38关闭，液压油流向如图2中箭头所示方向流动；当液压齿轮15转向改变时，吸油和做功油腔也随之改变，单向阀开、闭关系也随之改变，但流向安全阀40、工作油缸41及限流阀芯18的油液方向始终不变。

3、差速器的锁止及解锁。

如图1、图3、图5、图16、图17所示，内摩擦片8通过花键与右半轴2联结并随之一起转动，外摩擦片9通过其外凸部分与差速器壳体1联结并随之一起转动，内、外摩擦片交替布置；当车辆正常转弯时，两半轴的转速差较小，液压泵输出流量也较小，此时液压油通过限流阀芯18的阻尼孔流回储油箱（如图2、图6所示），此时工作油缸无压力，差速器为开放状态；当一侧车轮打滑或空转时，两半轴的转速差增大，液压齿轮泵输出流量增大，当到达设定值时，如图7所示，限流阀芯18所受压力克服弹簧力向右移动将限流阀关闭，此时工作油缸做功，压紧活塞10将离合内、外摩擦片8、9压向止推挡板7，使右半轴2与差速器壳体1之间锁死，此时差速器锁止，只要两半轴2、3之间有转动趋势，液压齿轮泵便有压力输出，差速器便会锁止。

如图14所示，在限流阀芯18上设置有一个卸压小孔，当车辆行驶至平直路面上或停止时，液压齿轮泵便不工作，液压油经卸压小孔流出卸压，限流阀芯18在弹簧22的作用下恢复开启状态，差速器也解除锁止状态。

4、控制机构对差速器的闭锁控制。

如图9所示，控制钩杆24的一端可以勾住限流阀芯18，另一端通过卡簧28与控制环25联结，当需要外部控制限流阀芯18关闭时，将控制环25沿轴向向右侧移动即可；此时差速器便一直处于锁止状态。

5、差速器的安全限锁。

如图8、图13所示，在限流阀芯18的轴向中间槽部位设置有限锁挡块23，限锁挡块23套在限流阀芯18的外围，当车速达到设定速度时，限锁挡块23 在离心力的作用下克服弹簧22的弹力被向外甩出，此时限锁挡块23的底边便卡进限流阀芯18 的槽内，限流阀芯18便无法关闭，差速器也不会被锁止，保证了车辆高速行驶时的安全性。

限流阀芯18的自动锁止和外部操控可以组合使用，也可以只选其一，当采用控制机构外部操纵液压系统开关的形式时，可省去限锁挡块机构，限流阀也可改为开关阀。

以上所述仅为本发明的实施例，故不能以此限定本发明的实施范围。