[发明专利]线性响应式限制空转差速器

说明书

本发明涉及差速器机构，特别是涉及一种具有整体粘性液体耦合的限止空转差速机构。

汽车行驶时，四个车轮可能以不同的转速转动。当汽车转弯时就可以看到这种情形，但这种转速的不同还可能起因于轮胎尺寸的差异、制动的差异以及不均衡的地面条件。为了调节不同的车轮转速及直接加于两个车轮（对于四轮驱动者则加于四个车轮）上的发动机的动力，本专利提出在驱动轮之间提供一差速器作为长期解决方案。差速机构使车轮独立地以自己的转速转动，并将动力传到车轮上。这种解决方案在大多数情况下证明是令人满意的，而当其中一个驱动轮所遇到的地面摩擦阻力远低于其它一驱动轮的阻力时，其结果不令人满意。在这种情况下，遇到地面阻力较小的车轮通过差速器后将有转动倾向，而很小的扭矩将加到遇到地面阻力大的车轮上。典型的例子是当驱动轮之一遇到烂泥地或冰地时其结果是使车辆无法行驶。

在现有技术中已作出了多种尝试，即当车轮遇到上述的极端情况时通过修正其差速作用来改善这种情况。在这些方案中，有一种机构是使每一驱动轮的轮轴趋于以同一转速转动。这种机构可以采用直接机械耦合方式、摩擦耦合，或者液力耦合。

对于摩擦耦合，Von    Hiddesson等人的美国专利No.4，583，424展示出一种限止空转差速器。它采用具有由一轴向操作器操纵的一个差动锥齿轮和几个压力盘;Engle的美国专利No.3，987，689展示了一种具有限止空转差速行星运输和一个作用器，根据其转速差异将压力加于摩擦离合盘。这两种方法都有这样一种缺陷，即离合盘一开始啮合时，有一种对差速阻力的有跳跃倾向。

对于液力耦合机构而言，其中一种解决方法是采用叶轮在粘性液体中运动。其代表例子是Hanson的美国专利No.3，915，031，它公开了一个装满液体的储存器，其中有一个与驱动轮轴相联结的叶轮在其中转动。液体的粘度产生对差动的阻力并使驱动轮之间的动力趋于均匀。然而这种方案受制于在高粘度中运动的叶轮，它造成发动机能量的损失。Chocholek的美国专利No.3，534，633和Schmid的美国专利No.4，493，227与这种方法相似。

图1展示出另一种解决方案。粘性液体存于室12中，配置有布置紧密的环形多孔板14和16，各板交替地和驱动轮18和20相联结。代表性的例子是Chitelli的美国专利No.2，949，046。壳体12内有一行星齿轮和轨道齿轮差速器22，还有上面所述的板盘14和16。壳体中装有高粘度液体10。若一车轮轴以相对于另一个轮轴不同的速度转动时，板盘在液体中相对地转动，于是在板盘间产生液力耦合，同时产生一种车轮轴以相同转速转动的倾向。Rolt等的美国专利No.3，760，922和Webb等的美国专利No.3，869，940公开了一种具有交错环形齿轮的粘性液体耦合器。Rolt等的美国专利No.4，040，271和Webb的美国专利No.4，096，712公开的液力耦合器，其腔室的容积由一个弹簧偏置活塞控制。

然而当这种粘性液体和板盘式耦合器工作时出现了一个严重问题，板盘之间的相对旋转在粘性液体中产生了牛顿液体流动，各轴和能量输入/输出间的关系是由众所周知的粘性阻力方程决定，然而，盘之间的相对转动，常引起粘性流体中的非牛顿流动，因而轴之间及输入输出能量之间的实际关系不受制于上述方程。

图2所示是一幅图1所示装置的响应曲线。该响应曲线是输出扭矩对于时间的变化曲线，这里耦合变量保持恒值。耦合变量取决于板盘的数目，孔的形状及尺寸、布置，以及液体的粘度及充满其室腔的百分比。

从图2得出如下结果：在时间T₀和T₁之间，由于板盘的相对转动而输入耦合器的能量造成温度上升以及液体粘度的下降，由此通过耦合器的扭矩相应减少。在时间T₁和T₂之间，由于温度的增加，液体继续膨胀，压力继续上升，现在已超过了粘度减小的程度，从而致使改变其通过耦合器的扭矩，其结果，使通过耦合器的扭矩上升。在时间T₂和T₃之间，由于液体已完全膨胀到整个室腔，压力上升很快，扭矩增加也很快。这是由于盘中槽和沟的相互作用而产生一种“浆轮效应”的缘故。在时间T₃和T₄之间，达到了耦合极限。在某些情况下，压力和温度继续上升，一直到液体、耦合器或者两者均被破坏。

因此不希望仅仅依靠板盘在粘性液体中的运动来限止差速作用。