一種商用車橋整體式結構差速器設計

童寧娟 王宇鵬

摘 要：文章介紹了一種商用車橋差速器新結構，該差速器行星輪在一個整體式的差速器殼體內，十字軸為分體式結構。實際工作時，四根分體式軸組合形成一個完整的差速器十字軸，與傳統(tǒng)的差速器十字軸相比，這種分體式十字軸相對應的整體式差速器殼也不須再采用總成加工，減少了加工、轉運、裝配的費用;這種十字軸的差速器殼在售后更換時，無須成套更換，這大大減少了用戶的維修成本;再一方面，這種分體式十字軸結構簡單易于加工，不需要定制模具，直接采用圓柱形棒料加工即可。通過采用這種新結構差速器及分體式十字軸，為生產制造、裝配及用戶使用維修帶來方便，為現(xiàn)有商用車的差速器結構優(yōu)化改進帶來可借鑒的思路。

關鍵詞：商用車;差速器;分體式;十字軸

中圖分類號：U463.218+.3 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）16-72-03

Abstract： This paper introduces a new structure of commercial vehicle axle differential. The planet wheels of the differential are in an integral differential housing， and the cross shaft is of split structure. In actual work， four split shafts are combined to form a complete differential cross shaft. Compared with the traditional differential cross shaft， the integral differential housing corresponding to this split cross shaft does not need to be processed by assembly， which reduces the cost of processing， transportation and assembly. When the differential case of this cross shaft is replaced after sale， it does not need to be replaced in a complete set， which greatly reduces the maintenance cost of users. On the other hand， the split cross shaft is simple in structure and easy to process， and can be directly processed by cylindrical bar materials without customized dies. By adopting this new structure differential and split cross shaft， it brings convenience for production， assembly and user's use and maintenance， and brings reference ideas for optimizing and improving the differential structure of existing commercial vehicles.

Keywords： Commercial vehicle; Differential device; Split type; Cross shaft

CLC NO.： U463.218+.3 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-72-03

1 引言

汽車行駛過程中，車輪對路面的相對運動有兩種狀態(tài)—滾動和滑動。在車輛轉彎時，只要兩邊車輪角速度相等，車輪與路面之間就總存在著一定程度的滑動。車輪對路面的滑動不僅會加速輪胎磨損，增加汽車的動力消耗，而且可能導致轉向和制動性能的惡化。所以，在正常行駛條件下，應使車輪盡可能不發(fā)生滑動。為此在汽車結構上必須采用一定的裝置，來保證各個驅動車輪能以不同的角速度旋轉，這種裝置就是差速器。

2 差速器簡介

2.1 差速器構造及作用

汽車差速器能夠使左、右驅動輪實現(xiàn)以不同轉速轉動的機構。主要由半軸齒輪、行星齒輪、十字軸及差速器殼等組成。功能是當汽車轉彎行駛或在不平路面上行駛時，使左右車輪以不同轉速滾動，即保證兩側驅動車輪作純滾動運動。差速器是為了調整左右輪的轉速差而設計的，汽車在轉彎時，車輪做的是圓弧的運動，那么外側車輪的轉速必然要高于內側車輪的轉速，存在一定的速度差，在驅動輪上會造成相互干涉的現(xiàn)象。驅動輪如果直接通過一根軸剛性連接的話，兩側輪子的轉速必然會相同。那么在過彎時，內外兩側車輪就會發(fā)生干涉的現(xiàn)象，會導致汽車轉彎困難，所以現(xiàn)在汽車的驅動橋上都會安裝差速器。

2.2 差速器工作原理

汽車行駛時，傳動軸傳過來的動力通過主動齒輪傳遞到被動齒輪上，被動齒輪帶動行星齒輪軸一起旋轉，同時帶動半軸齒輪轉動，從而推動驅動輪前進。

當車輛直線行駛時，左右兩個輪受到的阻力一樣，行星齒輪不自轉，把動力傳遞到兩個半軸上，這時左右車輪轉速一樣（相當于剛性連接）;當車輛轉彎時，左右車輪受到的阻力不一樣，行星齒輪繞著半軸轉動并同時自轉，從而吸收阻力差，使車輪能夠與不同的速度旋轉，保證汽車順利過彎。

2.3 差速器分類

在汽車中，齒輪差速器得到廣泛的應用。根據齒輪形狀的不同，主要有圓錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種類型，其中圓錐齒輪式差速器憑借其結構簡單、性能可靠、成本低廉等優(yōu)勢而在汽車中被廣泛應用。按照兩側轉矩是否相等，圓錐齒輪式差速器又可分為不對稱式和對稱式兩種。在此僅以對稱式圓錐齒輪差速器為例，一般由半軸齒輪、行星齒輪、整體式十字軸、分體式差速器殼等組成，其中行星齒輪與差速器殼之間通過十字軸（采用四個行星輪）相連接。

3 主流商用車差速器結構

常用的對稱式圓錐齒輪差速器主要包括半軸齒輪、行星齒輪、一體式十字軸、行星齒輪球面墊片、半軸齒輪墊片，差速器左殼和差速器右殼等元件。差速器左殼和右殼通過螺栓連接組成完整的差速器殼，主減速器的從動輪用螺栓固定在差速器殼上。裝配時，十字軸的四個軸頸嵌在差速器兩半殼端面上相應的凹槽所形成的孔內，差速器殼的剖分面通過行星齒輪軸各軸頸的中心線。每個軸頸上浮套著一個直齒圓錐行星齒輪，他們均與兩個直齒圓錐半軸齒輪嚙合。而半軸齒輪的軸頸分別支撐在差速器殼相應的左右座孔中，并通過內花鍵與半軸相連。動力依次經過主減速器從動齒輪—差速器殼—十字軸—行星齒輪—半軸齒輪—半軸輸出給驅動車輪。當兩側車輪以相同的轉速轉動時，行星齒輪繞半軸軸線轉動——公轉;若兩側車輪阻力不同，則行星齒輪在作上述公轉運動的同時，還繞自身軸線轉動——自轉。這樣，兩個半軸齒輪帶動兩側車輪能夠以不同轉速轉動，從而實現(xiàn)差速。

現(xiàn)有的分體式差速器的最大缺點在于行星輪的球面位于左右兩個差殼上，在加工制造過程中只能用螺栓聯(lián)接起來整體加工，待裝配時做好標記，先拆開，再配對進行裝配，大大降低了自動化加工和裝配過程的效率，與制造業(yè)特別是汽車工業(yè)的發(fā)展方向——自動化顯得格格不入。同時在售后維修市場上如果出現(xiàn)故障要維修時，因為差速器殼是配對加工，只能整體更換，大大提高了維修成本。

4 新結構差速器

針對目前的差速器的結構缺點，本文提出一種新結構差速器結構及十字軸結構，即分體式的十字軸結構，如圖1所示，通過四個短軸組合形成的分體式十字軸的應用，可以將現(xiàn)有分體式差速器殼做成整體式結構，易于加工、裝配和維修。

如圖2所示，現(xiàn)有技術中的差速器十字軸結構都為整體式十字軸5。這樣的整體式十字軸5在裝配時，只能采用以具有相對應的十字軸孔31、41的左、右差速器殼3、4夾住整體十字軸5的方式，十字軸孔在左右差速器殼上各占一半。由此，在加工左、右差速器殼3、4的十字軸孔31、41以及行星齒輪在所述差速器殼里面的安裝球面時，必須將左、右差速器殼用螺栓連接到總成上進行加工，加工完成后還需要打刻配對標記，從而保證裝配時左、右差速器殼上的十字軸孔相對應，并且保證所加工出來的行星齒輪安裝球面合在一起的同心度。這種方式造成了加工、轉運、裝配不便，降低生產效率，且售后維修保障困難。

整體式差速器結構針對上述缺陷，對差速器殼的結構進行了改進，如圖3所示，該差速器殼同樣是由兩個差速器半殼3'、4'構成的，與圖1中所述的差速器殼不同的是：在改進的差速器殼中，用于裝配十字軸的十字軸孔41'是設置于其中一個整體差速器殼上的完整的圓形通孔，而在另一個差速器殼上則并不設置十字軸孔。這樣一來，現(xiàn)有的如圖所示的整體式十字軸5已經無法再整體地被安裝到改進的差速器殼中。

新結構差速器使用的分體式十字軸，旨在提出一種加工、安裝簡單，適用范圍廣泛，生產、維修成本低的差速器十字軸。

下面，將結合各附圖對本文所述新結構差速器及其分體式十字軸進行說明。

本文所述差速器十字軸為分體式結構，如圖1所示，由四根軸組合而成，且該四根軸長度、直徑相等。所述每根軸一端設計有一半圓形凸臺結構，并且四根軸的凸臺結構及尺寸相同。實際工作時，如圖4所示，四根軸組合形成一個完整的差速器十字軸。實際裝配時，如圖3所示，組成十字軸的每根軸可分別從差速器殼4'上加工的四個完整十字軸孔41'穿過。為了更為清楚的描述四根軸的組裝關系，將其中兩根軸分別標記為1、2，如附圖1所示，軸1的凸臺側面標記為11，軸1的半圓形端面標記為12，軸2伸出的凸臺半圓形端面標記為21，軸2伸出的凸臺處圓弧側面標記為22。裝配時，使軸2的21面與軸1的11面相接觸，同時使軸2的22圓弧面與軸1的12面相接觸。按照此裝配關系，依次裝好其余兩根軸，最終四根軸組成完整十字軸，如圖4所示。

本文所述差速器十字軸為分體式設計，使得該十字軸具有較強的適應性，裝配過程及其便捷，只需要將十字軸四根短軸分別穿過差速器殼上相對應的十字軸孔;相對應的差速器殼也不須再采用總成加工，不需要配套標記，減少了加工、轉運、裝配的費用;另外，裝配分體式十字軸的差速器殼在更換時，無須成套更換，這大大減少了用戶的維修成本;再一方面，本文所述十字軸結構簡單易于加工，不需要定制模具，直接采用圓柱形棒料加工即可。

5 總結

本文設計了一種新型的對稱式圓錐齒輪差速器十字軸結構，通過該結構的應用可以將現(xiàn)有的分體式差速器做成整體式，大大提高了重型商用汽車車橋差速器的加工制造、包裝運輸、裝配以及售后維修的便捷性。該結構經過詳細的設計計算、試驗驗證及整車驗證，其可靠、簡潔的特點被大量的升級換代車橋產品所應用，批量裝配于現(xiàn)有的重型商用車車橋系統(tǒng)中。

參考文獻

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