一种商用车桥整体式结构差速器设计

童宁娟 王宇鹏

摘 要：文章介绍了一种商用车桥差速器新结构，该差速器行星轮在一个整体式的差速器壳体内，十字轴为分体式结构。实际工作时，四根分体式轴组合形成一个完整的差速器十字轴，与传统的差速器十字轴相比，这种分体式十字轴相对应的整体式差速器壳也不须再采用总成加工，减少了加工、转运、装配的费用;这种十字轴的差速器壳在售后更换时，无须成套更换，这大大减少了用户的维修成本;再一方面，这种分体式十字轴结构简单易于加工，不需要定制模具，直接采用圆柱形棒料加工即可。通过采用这种新结构差速器及分体式十字轴，为生产制造、装配及用户使用维修带来方便，为现有商用车的差速器结构优化改进带来可借鉴的思路。

关键词：商用车;差速器;分体式;十字轴

中图分类号：U463.218+.3  文献标识码：A  文章编号：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

汽車行驶过程中，车轮对路面的相对运动有两种状态—滚动和滑动。在车辆转弯时，只要两边车轮角速度相等，车轮与路面之间就总存在着一定程度的滑动。车轮对路面的滑动不仅会加速轮胎磨损，增加汽车的动力消耗，而且可能导致转向和制动性能的恶化。所以，在正常行驶条件下，应使车轮尽可能不发生滑动。为此在汽车结构上必须采用一定的装置，来保证各个驱动车轮能以不同的角速度旋转，这种装置就是差速器。

2 差速器简介

2.1 差速器构造及作用

汽车差速器能够使左、右驱动轮实现以不同转速转动的机构。主要由半轴齿轮、行星齿轮、十字轴及差速器壳等组成。功能是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右车轮以不同转速滚动，即保证两侧驱动车轮作纯滚动运动。差速器是为了调整左右轮的转速差而设计的，汽车在转弯时，车轮做的是圆弧的运动，那么外侧车轮的转速必然要高于内侧车轮的转速，存在一定的速度差，在驱动轮上会造成相互干涉的现象。驱动轮如果直接通过一根轴刚性连接的话，两侧轮子的转速必然会相同。那么在过弯时，内外两侧车轮就会发生干涉的现象，会导致汽车转弯困难，所以现在汽车的驱动桥上都会安装差速器。

2.2 差速器工作原理

汽车行驶时，传动轴传过来的动力通过主动齿轮传递到被动齿轮上，被动齿轮带动行星齿轮轴一起旋转，同时带动半轴齿轮转动，从而推动驱动轮前进。

当车辆直线行驶时，左右两个轮受到的阻力一样，行星齿轮不自转，把动力传递到两个半轴上，这时左右车轮转速一样（相当于刚性连接）;当车辆转弯时，左右车轮受到的阻力不一样，行星齿轮绕着半轴转动并同时自转，从而吸收阻力差，使车轮能够与不同的速度旋转，保证汽车顺利过弯。

2.3 差速器分类

在汽车中，齿轮差速器得到广泛的应用。根据齿轮形状的不同，主要有圆锥齿轮式和圆柱齿轮式两种类型，其中圆锥齿轮式差速器凭借其结构简单、性能可靠、成本低廉等优势而在汽车中被广泛应用。按照两侧转矩是否相等，圆锥齿轮式差速器又可分为不对称式和对称式两种。在此仅以对称式圆锥齿轮差速器为例，一般由半轴齿轮、行星齿轮、整体式十字轴、分体式差速器壳等组成，其中行星齿轮与差速器壳之间通过十字轴（采用四个行星轮）相连接。

3 主流商用车差速器结构

常用的对称式圆锥齿轮差速器主要包括半轴齿轮、行星齿轮、一体式十字轴、行星齿轮球面垫片、半轴齿轮垫片，差速器左壳和差速器右壳等元件。差速器左壳和右壳通过螺栓连接组成完整的差速器壳，主减速器的从动轮用螺栓固定在差速器壳上。装配时，十字轴的四个轴颈嵌在差速器两半壳端面上相应的凹槽所形成的孔内，差速器壳的剖分面通过行星齿轮轴各轴颈的中心线。每个轴颈上浮套着一个直齿圆锥行星齿轮，他们均与两个直齿圆锥半轴齿轮啮合。而半轴齿轮的轴颈分别支撑在差速器壳相应的左右座孔中，并通过内花键与半轴相连。动力依次经过主减速器从动齿轮—差速器壳—十字轴—行星齿轮—半轴齿轮—半轴输出给驱动车轮。当两侧车轮以相同的转速转动时，行星齿轮绕半轴轴线转动——公转;若两侧车轮阻力不同，则行星齿轮在作上述公转运动的同时，还绕自身轴线转动——自转。这样，两个半轴齿轮带动两侧车轮能够以不同转速转动，从而实现差速。

现有的分体式差速器的最大缺点在于行星轮的球面位于左右两个差壳上，在加工制造过程中只能用螺栓联接起来整体加工，待装配时做好标记，先拆开，再配对进行装配，大大降低了自动化加工和装配过程的效率，与制造业特别是汽车工业的发展方向——自动化显得格格不入。同时在售后维修市场上如果出现故障要维修时，因为差速器壳是配对加工，只能整体更换，大大提高了维修成本。

4 新结构差速器

针对目前的差速器的结构缺点，本文提出一种新结构差速器结构及十字轴结构，即分体式的十字轴结构，如图1所示，通过四个短轴组合形成的分体式十字轴的应用，可以将现有分体式差速器壳做成整体式结构，易于加工、装配和维修。

如图2所示，现有技术中的差速器十字轴结构都为整体式十字轴5。这样的整体式十字轴5在装配时，只能采用以具有相对应的十字轴孔31、41的左、右差速器壳3、4夹住整体十字轴5的方式，十字轴孔在左右差速器壳上各占一半。由此，在加工左、右差速器壳3、4的十字轴孔31、41以及行星齿轮在所述差速器壳里面的安装球面时，必须将左、右差速器壳用螺栓连接到总成上进行加工，加工完成后还需要打刻配对标记，从而保证装配时左、右差速器壳上的十字轴孔相对应，并且保证所加工出来的行星齿轮安装球面合在一起的同心度。这种方式造成了加工、转运、装配不便，降低生产效率，且售后维修保障困难。

整体式差速器结构针对上述缺陷，对差速器壳的结构进行了改进，如图3所示，该差速器壳同样是由两个差速器半壳3'、4'构成的，与图1中所述的差速器壳不同的是：在改进的差速器壳中，用于装配十字轴的十字轴孔41'是设置于其中一个整体差速器壳上的完整的圆形通孔，而在另一個差速器壳上则并不设置十字轴孔。这样一来，现有的如图所示的整体式十字轴5已经无法再整体地被安装到改进的差速器壳中。

新结构差速器使用的分体式十字轴，旨在提出一种加工、安装简单，适用范围广泛，生产、维修成本低的差速器十字轴。

下面，将结合各附图对本文所述新结构差速器及其分体式十字轴进行说明。

本文所述差速器十字轴为分体式结构，如图1所示，由四根轴组合而成，且该四根轴长度、直径相等。所述每根轴一端设计有一半圆形凸台结构，并且四根轴的凸台结构及尺寸相同。实际工作时，如图4所示，四根轴组合形成一个完整的差速器十字轴。实际装配时，如图3所示，组成十字轴的每根轴可分别从差速器壳4'上加工的四个完整十字轴孔41'穿过。为了更为清楚的描述四根轴的组装关系，将其中两根轴分别标记为1、2，如附图1所示，轴1的凸台侧面标记为11，轴1的半圆形端面标记为12，轴2伸出的凸台半圆形端面标记为21，轴2伸出的凸台处圆弧侧面标记为22。装配时，使轴2的21面与轴1的11面相接触，同时使轴2的22圆弧面与轴1的12面相接触。按照此装配关系，依次装好其余两根轴，最终四根轴组成完整十字轴，如图4所示。

本文所述差速器十字轴为分体式设计，使得该十字轴具有较强的适应性，装配过程及其便捷，只需要将十字轴四根短轴分别穿过差速器壳上相对应的十字轴孔;相对应的差速器壳也不须再采用总成加工，不需要配套标记，减少了加工、转运、装配的费用;另外，装配分体式十字轴的差速器壳在更换时，无须成套更换，这大大减少了用户的维修成本;再一方面，本文所述十字轴结构简单易于加工，不需要定制模具，直接采用圆柱形棒料加工即可。

5 总结

本文设计了一种新型的对称式圆锥齿轮差速器十字轴结构，通过该结构的应用可以将现有的分体式差速器做成整体式，大大提高了重型商用汽车车桥差速器的加工制造、包装运输、装配以及售后维修的便捷性。该结构经过详细的设计计算、试验验证及整车验证，其可靠、简洁的特点被大量的升级换代车桥产品所应用，批量装配于现有的重型商用车车桥系统中。

参考文献

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