可控盘片移动方向之四轮驱动汽车用液体粘性联轴器

技术领域：

本实用新型属于车辆传动技术领域，主要应用于常时四轮驱动汽车。

背景技术：

传统的四轮驱动，大部分采用挂挡式的分动箱，只在必要时，采用四轮 驱动，而在通常情况下，只采用常规的两轮驱动，故称之为短时四轮驱动。 这种驱动形式除存在驾驶员负担较重，必须随时根据路面情况确定采用何种 驱动形式的缺点外，当汽车为四轮驱动时，还会出现有害的功率循环。

随着液体粘性传动技术的发展，汽车四轮驱动技术取得了突破性进展， 即在两轴间采用液体粘性联轴器。它一方面利用油膜剪切传动原理，解决了 四轮驱动中的功率循环问题；另一方面，当一轮打滑失去牵引力时，因主被 动盘之间的滑差而产生的热量又会促使其内部的油气两相工质产生特殊的流 动，最后在主被动盘间形成准刚性连接，液体粘性联轴器将动力传递给其余 车轮，从而实现驱动能力。

目前在国际汽车制造业中，正试图利用液体粘性传动技术大力发展常时 四轮驱动系统，并将其应用范围逐渐扩大到一般用途的车辆，如高性能的轿 车。

作为汽车常时四轮驱动系统的重要部件液体粘性联轴器，包括有通过轴 承2与壳体3联接的被动轴1和主动毂11，主动毂11上加工有内齿形6，被 动轴1上加工有外齿形8，工作腔7内设置有交错布置的外盘片4与内盘片5， 外盘片4通过内齿形6与主动毂11联接，内盘片5通过外齿形8与被动轴1 相连，相邻外盘片4之间通过挡圈9轴向定位，使相邻外盘片4间保持相等 的间隙，内盘片5可以沿轴向运动，工作腔7内注有含有一定比例空气的高粘 度的液体硅油，被动轴1与主动毂11通过内盘片5、外盘片4以及工作腔7 内的硅油软联接实现粘性传动。

在这种结构的联轴器内，如果内盘片两侧结构完全对称，且液体粘性联 轴器工作腔内流体流动状态也完全对称，则作用在内盘片两侧的压力将处于 平衡状态，每片内盘应该保持在与相邻两外盘片等距离的位置旋转，因此， 驼峰现象将无法发生。

但是，在粘性联轴器由粘性剪切工作阶段转向驼峰工作阶段的过程中， 联轴器内部温度压力逐渐升高，内部油气两相流体的流动情况也会发生变化， 作用在内盘片两侧的压力将失去平衡，从而导致内盘片沿轴向向左(或向右) 移动，进而与其左侧(或右侧)外盘片发生准刚性的摩擦，发生驼峰现象。 由于内盘片的移动方向无法控制，所以驼峰现象发生时内外盘片之间将会形 成两种接合方式：一种是两相邻内盘片共同夹紧同一外盘的结构形式；另一种 是一个内盘片与一个外盘片形成准刚性接合的“搭接”式。显然，由于液体 粘性联轴器内地摩擦片很薄，前一种接合方式可有利于摩擦面的充分接合， 而后者由于受力不均，容易导致盘片翘曲而使局部区域出现严重磨损。因此， 两个内盘片双面夹持一个外盘片的接合方式明显优于“搭接”式。

研究发现，这种结构的液体粘性联轴器工作一段时间后，内、外盘片的 局部区域会出现严重磨损的痕迹，这将影响液体粘性联轴器在驼峰工作阶段 所能传递的转矩。同时由此产生“接合不良-磨损-严重接合不良-进一步磨损” 的恶性循环也会影响液体粘性联轴器的使用寿命。但由于液体粘性联轴器是 使用于汽车上的，所以要求其结构尺寸在满足扭矩传递要求的前提下尽可能 小。考虑到主被动摩擦片在普通工作情况下，靠硅油传递扭矩；而在发生驼 峰现象时，主被动摩擦片直接刚性联接传递动力，此时壳体内的压力、温度 都非常高，传递的扭矩也较大，不得已必须要求主被动摩擦片要有好的强度、 刚度和耐磨性，这种要求势必增加制造联轴器的成本和难度。

发明内容：

为了克服上述传统液体粘性联轴器的设计缺陷，本实用新型在原有液体 粘性联轴器的基础上，设计了一种新型的内盘片结构，并重新设计了内、外 盘片的排列方式，其目的在于：当工作腔内发生驼峰现象时，控制内盘片的 移动方向，使其仅形成一系列两个内盘片双面夹持一个外盘片的内外盘片接 合方式。液体粘性联轴器的结构见图1，现有技术中液体粘性联轴器的对称型 内盘片5结构见图2。本实用新型的内盘片5结构示意见图3，其内圆上开有 与被动轴1上的外齿形8相配合的齿形，沿周向均匀开有数个呈辐射状的窄 槽，同时盘片一面的各个窄槽边缘均开30度至75度的倒角；内、外盘片的 排列方式见图4(b)。本实用新型的可控盘片移动方向之四轮驱动汽车用液体 粘性联轴器，包括有通过轴承2与壳体3联接的被动轴1和主动毂11，主动 毂11上加工有内齿形6，被动轴1上加工有外齿形8，工作腔7内设置有交 错布置的外盘片4与内盘片5，外盘片4通过内齿形6与主动毂11联接，内 盘片5通过外齿形8与被动轴1相连，相邻外盘片4之间通过挡圈9轴向定 位，使相邻外盘片4间保持相等的间隙，内盘片5可以沿轴向运动。特征在于， 所述的内盘片5与外盘片4依次排列，内盘片5内圆上开有与被动轴1上的 外齿形8相配合的齿形，沿周向均匀开有数个呈辐射状的窄槽，同时内盘片5 一面的各个窄槽边缘均开30度至75度的倒角，在依次布置的外盘片4与内 盘片5中，以有倒角面为正，在外盘片4两边的内盘片5的排列方式为一正 一反，如图4(b)所示。当工作腔内发生驼峰现象时，内盘片5的移动方向是背 向外盘片4，并形成两个内盘片5的背面包夹一个外盘片4，每两个内盘片5 与外盘片4构成一个单元，每相邻两个单元之间再包夹一个外盘片4的结构 状态，见图4(c)。其原理是粘性流体相对非对称的内盘片运动时，内盘片正 反两面将形成非对称的压力分布，两侧的压力差将促使盘片向预定的方向运 动，进而形成两个内盘片双面夹持一个外盘片的结构。

并且在工作腔7内，两个内盘片5与外盘片4构成的单元数量为内盘片 数的1/2，当内盘片数量为2n时，外盘片数量为2n+1。

本实用新型的技术方案有效保证了在粘性联轴器由粘性剪切工作阶段转 向驼峰工作阶段的过程中，内盘片5与外盘片4之间的充分接触。确保设计 要求的驼峰转矩传递，减小局部磨损，延长液体粘性联轴器使用寿命。采用 这种结构后，一部分外盘片在驼峰阶段为非工作盘片，对其表面处理工艺要 求较低，这在一定程度上可以降低液体粘性联轴器的制造成本。

本实用新型通过合理的盘片结构设计来控制盘片移动方向，从而形成对 液体粘性联轴器驼峰工作特性有利的内外盘片接合方式，降低磨损，保证其 在长期工作过程中转矩传递特性的稳定，延长液体粘性联轴器的使用寿命。

附图说明：

图1：液体粘性联轴器的结构示意

图中：被动轴1、轴承2、壳体3、外盘片4、内盘片5、内齿形6、工作腔7、 外齿形8、挡圈9、密封件10、主动毂11；

图2：现有技术中液体粘性联轴器的对称型内盘片结构

图中所示为内盘片的主、侧视图，盘片厚度为1mm，沿周向开有16个呈辐射 状的窄槽；

图3：本实用新型的非对称型内盘片结构

内盘窄槽12；

图4：展示本实用新型的非对称内盘片的窄槽、排列方式、及驼峰现象时状态 结构；

图4(a)窄槽局部侧视图；(b)非对称内盘片的排列方式(局部侧视图)；(c) 驼峰现象时状态结构(局部侧视图)，其中13为两个相邻内盘片双面包夹一个 外盘片的结构。

具体实施方式：

图1为液体粘性联轴器的结构示意图，图2所示为现有技术中液体粘性 联轴器的对称型内盘片结构。在现有的液体粘性联轴器的结构基础上进行本 实用新型的设计。图3所示为非对称结构设计的内盘片5的主、侧视图，内 盘片厚度为1mm，沿周向开有16个呈辐射状的窄槽，在内盘片5的一面的16 个呈辐射状的窄槽边缘均开45度的倒角，开45度的倒角的面为正面。本方 案中也分别将内盘片5的一面的16个呈辐射状的窄槽边缘均开成30度至75 度的倒角进行实施，均可实现本实用新型的目的，但以45度的倒角为最佳选 择。

图4(b)所示为液体粘性联轴器工作腔内内外盘片布置方式的示意图， 在互相交错布置的外盘片4与内盘片5中，内盘片5的排列方向为一正一反。 当工作腔内发生驼峰现象时，内盘片5的移动方向是背向外盘片4，并形成两 个内盘片5的背面包夹一个外盘片4，每两个内盘片5与外盘片4构成一个单 元，每相邻两个单元之间再包夹一个外盘片4的结构状态。并在内盘片5与 外盘片4之间形成一系列两个相邻内盘片包夹一个外盘片的结构，内盘片的运 动趋势如图4(c)所示。

在液体粘性联轴器工作腔内，在工作腔7内两个内盘片5与外盘片4构 成的单元数量为内盘片数的1/2，内盘片数为2n，外盘片数量为2n+1，内外 盘片间形成的准刚性摩擦面的数量等于内盘数。本实施例中内外盘片的数量 分别为14和15。

由于液体粘性联轴器在工作过程会产生大量的热，特别是在出现驼峰现 象时，工作腔内的油温很高，造成硅油压力急剧增加，此时温度可高达100℃ 以上，压力可高达10MPa。通常的密封圈密封因为油压超出其工作范围，而不 能达到要求，故本设计采用骨架式氟胶密封圈10进行密封。