ПРОТИВОБУКСУЮЩИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛ Российский патент 1997 года по МПК F16H48/28 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве дифференциала, устанавливаемого в ведущих мостах транспортных средств.

Известны автомобильные межосевые и межколесные самоблокирующиеся конические дифференциалы, дифференциалы с повышенным внутренним трением, червячно-винтовые, кулачковые и другие. [1]
Дифференциалы выполнены с блокирующими устройствами, содержащими ведущие полумуфты с пружинами, разрезные и стопорные кольца, зубья специального профиля, которые обеспечивают блокировку полуосей и не дают возможности пробуксовывать одному из ведущих колес транспортного средства.

Однако наличие таких элементов, как полумуфт с пружинами разрезных и стопорных колец и других деталей приводит к усложнению конструкции дифференциалов, снижению их надежности и технологичности.

Кроме того, из-за значительных коэффициентов оттормаживания (разблокировки) самоблокирующихся дифференциалов, сравниваемых с коэффициентом трения скольжения колес автомобиля, на скользких дорогах и на больших скоростях автомобиль на поворотах подвержен заносу.

Из технической литературы известно, что при движении автомобиля на поворотах, на его колеса будет действовать сила, направленная в сторону поворота автомобиля. Если дорога окажется скользкой, задние ведущие колеса станут пробуксовывать и потеряют сцепление с дорогой; боковая сила, действующая на задние колеса, тоже пропадает. Останется сила, действующая на передние колеса. Она стремится развернуть автомобиль еще дальше, в ту же сторону. Автомобиль теряет устойчивость и его заносит.

По этой причине, в основном, самоблокирующиеся дифференциалы из-за большого коэффициента оттормаживания не получили большого распространения на легковых автомобилях (см. журнал Наука и жизнь, N 3, 1966 г. стр. 148, Азбука устойчивости)
Известна также дифференциальная передача, содержащая корпус, соосные полуосевые шестерни с косыми зубьями, водило, несущее на общей оси сателлиты также с косыми зубьями, установленные в водиле с возможностью вращения параллельно полуосевым шестерням для зацепления и образования с каждой из них зубчатой передачи с отрицательным и положительным передаточными отношениями [2]
К недостаткам данной дифференциальной передачи следует отнести следующее:
Каждая из полуосевых шестерен с сателлитами образуют обратимые, не самотормозящиеся передачи, что не исключает пробуксовку колес автомобиля на скользких дорогах.

В дифференциальной передаче нет устройства? ликвидирующего люфт между контактирующими поверхностями зубчатых передач, что ведет к нарушению плавности передачи и ее недолговечности.

В заявленном изобретении, по сравнению с прототипом, полуосевые передачи шестерни и сателлиты могут быть выполнены с шевронными зубьями, что способствует снижению осевых нагрузок на крышки корпуса дифференциала.

Задачей данного изобретения является, "противобуксующий дифференциал" транспортного средства, обеспечивающий повышенную надежность его работы в режиме оттормаживания, в периоды обгонного (отстающего) движения ведущих колес автомобиля и на скользких дорогах.

Это достигается за счет того, что в противобуксующем дифференциале, содержащем полый корпус, внутри которого соосно друг другу установлены полуосевые шестерни и установленные параллельно последним на осях в корпусе сателлиты, введенные в зацепление с полуосевыми шестернями для образования зубчатых передач с одной из них с отрицательным, с другой с положительным передаточными отношениями, согласно изобретению зубчатые передачи выполнены самотормозящимися, а сателлиты и полуосевые шестерни выполнены с косыми или шевронными зубьями. При этом диаметры зубчатых колес сателлитов выбраны не менее 0,25 диаметра полуосевых шестерен.

Для повышения надежности, плавности работы противобуксующего дифференциала и уменьшения люфта между контактирующимися поверхностями зубчатых шестерен путем радиального перемещения осей валов сателлитов цапфы осей сателлитов размещены в скользящих опорах эксцентриковых втулок, укрепленных в продольных шлицевых пазах корпуса.

На фиг. 1 изображен продольный разрез общего вида "противобуксующего дифференциала" транспортного средства.

На фиг. 2 то же, разрез A-A на фиг. 1 (поперечный разрез корпуса дифференциала).

Противобуксующий дифференциал транспортного средства содержит: ведомую шестерню 1 главной передачи и полый корпус, выполненный в виде левой 2 и правой 3 крышек корпуса дифференциала, внутри которого соосно друг другу установлены полуосевые шестерни 4 и 5, зубья которых входят в зацепление с сателлитами 6, 7, 8 и 9, цапфы валов которых размещены в скользящих опорах эксцентриковых втулок 10 и 11. На внешней поверхности эксцентриковых втулок 10 и 11 выполнены продольные шлицы 12 и 13, которые укрепляются в продольных шлицевых пазах левой 2 и правой 3 крышек корпуса дифференциала.

Противобуксующий дифференциал транспортного средства работает следующим образом:
При движении транспортного средства, например, автомобиля вперед или назад по прямой линии, вращения от ведомой шестерни 1 главной передачи передается на скрепленные с нею полый корпус противобуксующегося дифференциала транспортного средства и, соответственно на левую 2 и правую 3 крышки корпуса дифференциала. От крышек 2 и 3 корпуса дифференциала вращение передается на цапфы сателлитов 6, 7, 8 и 9, зубья которых входят в зацепление с зубьями полуосевых шестерен 4 и 5. Полуосевые шестерни 4 и 5 скреплены валами с ведущими колесами автомобиля (показаны). При этом все подвижные элементы внутри корпуса противобуксующего дифференциала вращаться не будут и они работают как одно целое с корпусом дифференциала, так как полуосевые шестерни 4 и 5 сателлиты 6, 7, 8 и 9 выполнены в виде цилиндрических самотормозящихся зубчатых передач, не допускающих обратного движения шестерен 4 и 5 со стороны ведомых сателлитов 6, 7, 8 и 9.

Для левой полуоси, состоящей из полуосевой шестерни 4 и левой половины сателлитов 6, 7, 8 и 9 самотормозящая зубчатая передача снабжена отрицательным передаточным отношением, в которой ведущим звеном является полуосевая шестерня 4, а сателлиты ведомыми. Одной из особенностей самотормозящейся зубчатой передачи является то, что для обеспечения ее самоторможения необходимо, чтобы углы наклона контактирующих поверхностей зубьев между собой составляли угол, меньший угла трения.

Из технической литературы известно, что самотормозящиеся зубчатые передачи впервые были разработаны, испытаны и внедрены в производство Владимирским политехническим институтом. Испытания подтвердили, что самотормозящуюся передачу нельзя привести в движение со стороны выходного звена, самоторможение обеспечивается при малых передаточных отношениях, недоступных для других видов передач. Эти свойства определяют целесообразность применения передачи в приводах, где требуется самоторможение и основной рабочий режим режим оттормаживания, например, как в предлагаемом противобуксующем дифференциале. Число зубьев в самотормозящейся передаче сведено к минимуму: у ведущей шестерни может быть даже один зуб (виток), а у ведомого колеса число зубьев равно передаточному отношению. Оптимальный диапазон передаточных отношений 0,25 12. (см. журнал "ИР" N 3, 1992 г. с. 16 "Только вперед").

При движении автомобиля по криволинейному пути, например в правую сторону, левая и правая полуоси автомобиля и, соответственно, скрепленные с ними полуосевые шестерни 4 и 5 будут вращаться с различной частотой: левая полуосевая шестерня 4 получает обгонное вращение на какую-то величину и на ту же величину правая полуосевая шестерня 5 получает отстающее вращение. При этом зубья левой полуосевой шестерни 4 находятся в зацеплении с зубьями сателлитов 6. 7, 8 и 9 и заставляют их вращаться вокруг своих осей в противоположную сторону, а зубья правой полуосевой шестерни 5 также находятся в зацеплении с зубьями сателлитов 6, 7, 8 и 9, самотормозящаяся зубчатая передача которых имеет положительное передаточное отношение. Поэтому валы сателлитов 6, 7, 8 и 9 будут вращаться вокруг своих осей в ту же сторону и с той же частотой, что и сателлиты левой полуоси, находящиеся на общем жестком валу, что и сателлиты правой полуоси.

Таким образом, самотормозящая передача противобуксующего дифференциала будет в этот период находится в режиме оттормаживания основном своем рабочем режиме и противобуксующий дифференциал получает дифференциальный эффект.

При движении автомобиля с поворотом в левую сторону соответственно обгонное вращение получает правая полуосевая зубчатая шестерня 5, а левая ведущая полуосевая шестерня 4 получает отстающее вращение на ту же величину. При этом полуосевая шестерня 4 находится в зацеплении с зубьями сателлитов 6, 7, 8 и 9, и способствует процессу оттормаживания зубчатой передачи и заставляет вращаться вал сателлитов в ту же сторону, что и полуосевая шестерня 5. Одновременно с этим полуосевая шестерня 4 получает отстающее вращение, входит в режим оттормаживания с зубьями сателлитов 6, 7, 8 и 9 и заставляет вал сателлитов вращаться в ту же сторону и на ту же величину, что и зубчатая передача правой полуоси.

При движении автомобиля вперед или назад и, если происходит торможение автомобиля двигателем, то крутящий момент от ведущих колес автомобиля передается в обратном направлении и корпус противобуксующего дифференциала в этом случае и полуосевые шестерни 4 и 5 вращаются как одно целое.

При движении автомобиля вперед или назад и при попадании одного из ведущих его колес на скользкий грунт, например правого колеса, или зависании его в воздухе, из-за большего сопротивления, возникшего на полуосевой шестерне 4, зубья сателлитов левой полуоси 6, 7, 8 и 9 будут стремиться обкатываться вокруг полуосевой шестерни 4 и, вращение вала сателлитов будет соответственно передаваться на сателлиты 6, 7, 8 и 9 правой полуоси и на находящуюся с ними в зацеплении полуосевую шестерню 5. Но так как сателлиты 6, 7, 8 и 9 являются ведомыми по отношению к ведущей полуосевой шестерне 5, то зубчатая передача будет находиться в режиме самоторможения (блокировки) и корпус дифференциала, и все подвижные элементы будут заблокированы и вращаться как одно целое.

В период эксплуатации противобуксующего дифференциала, при обнаружении люфта между полуосевыми шестернями 4, 5 и сателлитами 6, 7, 8 и 9 следует крышки корпуса дифференциала 1 и 2 разъединить, извлечь валы сателлитов, а также вынуть из шлицевых пазов 12 и 13 эксцентриковые втулки 10 и 11 и повернуть их на некоторый угол. Тем самым за счет эксцентриситета втулок 10 и 11 центры осей валов сателлитов 6, 7, 8 и 9 будут смещены к центру оси корпуса дифференциала, при этом параллельность валов не будет нарушена.

Отсутствие в противобуксующем дифференциале транспортного средства дополнительных фрикционных элементов его блокировки повышает плавность и безопасность движения легкового транспорта на дорогах с малым коэффициентом сцепления, а наличие в противобуксующем дифференциале самотормозящейся передачи в виде ведущих полуосевых шестерен и ведомых сателлитов, позволяет использовать противобуксующий дифференциал на любых видах транспорта: тракторах и мотоциклах с коляской, самосвалах и легковых автомобилях.

Выполнение диаметров зубчатых колес сателлитов не менее 0,25 диаметра ведущих полуосевых шестерен повышает надежность работы противобуксующего дифференциала и технологичность его изготовления.

Выполнение цапф валов сателлитов в скользких опорах эксцентриковых втулок позволяет уменьшить люфт между контактирующими зубчатыми колесами противобуксующего дифференциала, что повышает надежность и плавность его работы, повышается срок службы дифференциала.

Экономия от использования противобуксующего дифференциала получается за счет снижения трудоемкости ее изготовления, надежности и долговечности работы, плавности и безопасности скоростного движения автомобиля на скользких дорогах при снижении расхода горючесмазочных материалов.

Использование: транспортное машиностроение. Сущность изобретения: дифференциал содержит полый корпус, соосные полуосевые шестерни, сателлиты. Последние установлены на общей оси параллельно полуосевым шестерням. Полуосевые шестерни со введенными с ними в зацепление сателлитами образуют зубчатые передачи соответственно с положительным и отрицательным передаточными отношениями. Зубчатые передачи выполнены самотормозящимися. Полуосевые шестерни и сателлиты имеют косые или шевронные зубья. Диаметры сателлитов составляют не менее 0,25 диаметра полуосевых шестерен. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Противобуксующий дифференциал транспортного средства, содержащий полый корпус, внутри которого соосно друг другу установлены полуосевые шестерни и установленные параллельно последним на осях сателлиты, введенные в зацепление с полуосевыми шестернями для образования зубчатых передач с одной из них с отрицательным, с другой с положительным передаточными отношениями, отличающийся тем, что зубчатые передачи выполнены самотормозящимися, а сателлиты и полуосевые шестерни выполнены с косыми или шевронными зубьями. 2. Дифференциал по п.1, отличающийся тем, что диаметры зубчатых колес сателлитов составляют не менее 0,25 диаметра полуосевых шестерен. 3. Дифференциал по пп.1 и 2, отличающийся тем, что цапфы осей сателлитов размещены в скользящих опорах эксцентриковых втулок, на всей внешней поверхности которых выполнены параллельные шлицы, укрепленные в продольных шлицевых пазах корпуса дифференциала.