ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ПРОТИВОБУКСУЮЩАЯ ПЕРЕДАЧА 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]
Указанные 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, сравнимых с коэффициентом трения скольжения колес автомобиля на скользкой дороге, автомобиль подвержен заносу на поворотах.

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, то задние ведущие колеса станут пробуксовывать и потеряют сцепление с дорогой: соковая 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 повышенного трения редко используются на легковых автомобилях[2]
Известен американский конической дифференциал с фрикционными муфтами повышенного трения, у которого для повышения внутреннего трения между полуосевыми шестернями и корпусом размещены фрикционные муфты [3]
Отличительной особенностью американского дифференциала является то, что в его корпусе вместо обычной крестовины установлены две взаимно перпендикулярные оси, которые могут поворачиваться одна относительно другой на некоторый угол, на концах цапф каждой оси выполнены две лыски, образующие тупой угол. Концы осей размещены в гнездах коробки дифференциала, две стороны которых образуют такой же угол, как и лыски концов осей.

При передаче крутящего момента конусные муфты прижимаются к коробке дифференциала осевыми усилиями, создаваемыми вследствие взаимодействия между наклонными плоскостями лысок цапф осей и гнезд коробки дифференциала, что обеспечивает движение автомобиля без буксования одного из колес практически во всех случаях, когда оба колеса опираются на дорогу,
К недостаткам американского дифференциала следует отнести то, что он постоянно блокируется (затормаживается) при движении автомобиля по криволинейному пути, независимо от качества дороги и надобности в этом, что приводит к повышенному его износу, а на скользких дорогах и при повышенной скорости движения автомобиля к его заносу.

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.

Данный дифференциал описан в Европейском патенте ЕР/А, N 0420681 А2, кл, F 16 H 1/45, 1991, фиг. 5 и 6 (прототип).

К недостаткам данной дифференциальной передачи следует отнести следующее:
каждая из полуосевых шестерен с сателлитами образуют обратимые передачи, то есть при вращении сателлита вращающий момент будет передаваться и на скрепленную с ним полуосевую шестерню и наоборот, что не исключает пробуксовку колес автомобиля на скользких дорогах;
в дифференциальной передаче отсутствует устройство, ликвидирующее люфт между контактирующими поверхностями зубчатых колес, что ведет к недолговечности работы передачи и нарушению плавности работы дифференциала.

Цель данного технического решения дифференциальная противобуксующая передача транспортного средства, выполненная с самотормозящейся передачей в виде полуосевых шестерен и сателлитов, имеющая повышенную надежность и долговечность ее работы при безопасном скоростном движении транспортного средства на скользких дорогах.

Эта цель достигается за счет того, что в дифференциальной противобуксующей передаче транспортного средства, содержащей полый корпус, внутри которого соосно друг другу установлены полуосевые шестерни с косыми зубьями и установленные параллельно им с возможностью вращения в корпусе на осях сателлиты с косыми зубьями, введенные в зацепление с соответствующими полуосевыми шестернями с образованием зубчатых передач с одной из них отрицательным и с другой с положительным передаточными отношениями. При этом зубчатые передачи выполнены самотормозящимися, причем диаметры сателлитов выбраны не менее 0,25 диаметров полуосевых шестерен.

С целью повышения надежности и долговечности работы передачи, путем уменьшения люфта между контактирующими поверхностями зубчатых шестерен, цапфы осей сателлитов размещены в скользящих эксцентриковых втулках, укрепленных в шлицевых пазах корпуса.

На фиг. 1 представлен продольный разрез общего вида дифференциальной противобуксующей передачи транспортного средства; на фиг. 2 тоже, разрез А-А на фиг. 1 (поперечный разрез корпуса дифференциальной противобуксующей передачи).

Дифференциальная противобуксующая передача содержит водило 1, выполненное в виде шестерни, скрепленной с полым корпусом, выполненным в виде левой 2 и правой 3 крышек ее корпуса, внутри которого соосно друг другу установлены полуосевые зубчатые шестерни 4 и 5 с косыми зубьями, которые входят в зацепление с сателлитами 6 8 и 9, имеющие также косые зубья, цапфы валов которых размещены в скользящих эксцентриковых втулках 10 и 11, укрепленных в шлицевых пазах 12 и 13, выполненных в крышках 2 и 3 корпуса дифференциальной противобуксующей передачи.

Дифференциальная противобуксующая передача работает следующим образом.

При движении транспортного средства, например автомобиля, вперед или назад по прямой линии вращение от водила 1 передается на скрепленные с ним крышки 2 и 3 полого корпуса дифференциальной противобуксующей передачи.

От крышек 2 и 3 вращающий момент передается на цапфы валов сателлитов 6
8 и 9 и на зубчатые шестерни 4 и 5, находящиеся в зацеплении с косыми зубьями сателлитов и далее на полуоси ведущих колес автомобиля (не указаны). При этом все подвижные элементы внутри корпуса дифференциальной противобуксующей передачи вращаться не будут, и они работают как одно целое с корпусом передачи, то есть дифференциал будет находиться в заблокированном состоянии, даже если одно из ведущих колес автомобиля зависнет над дорогой. Это происходит ввиду того, что свойства цилиндрических самотормозящихся зубчатых передач таковы, что они автоматически блокируются, когда вращающий момент от ведомых шестерен, сателлитов 6 8 и 9, будет передаваться к ведущим полуосевым зубчатым шестерням 4 и 5 (за счет соответствующего выбора наклона, зубьев у контактирующих колес).

Данные зубчатые передачи описаны в авт. св. N 804953 и N 1083015. F 16 H 1/18 за 1981 и 1984 Изобретатель и рационализатор N 3, 1992, с. 16. "Только вперед".

При движении автомобиля по криволинейному пути, например при повороте в правую сторону, колеса автомобиля будут вращаться с различной частотой: левое колесо получает обгонное вращение на какую-то величину и на ту же величину правое колесо получает отстающее вращение. Скрепленные с колесами полуосевые валы и, соответственно, полуосевые зубчатые шестерни 4 и 5 с косыми зубьями также будут вращаться с различной частотой: полуосевая зубчатая шестерня 4, находящаяся в зацеплении с косозубыми колесами сателлитов 6 8 и 9, образуют между собой самотормозящуюся передачу с отрицательным передаточным отношением и при обгонном вращении полуосевой шестерни 4, сателлиты будут вращаться в обратную сторону относительно зубчатой шестерни 4, а полуосевая зубчатая шестерня 5, находящаяся в зацеплении с косозубыми колесами сателлитов 6 8 и 9, также образуют между собой самотормозящуюся передачу, но с положительным передаточным отношением. При отстающем вращении полуосевой шестерни 5 вращающий момент от нее будет передаваться сателлитам, которые будут вращаться в ту же сторону, относительно ее, и в ту же сторону и с той же частотой, что и сателлиты левой полуоси, находящиеся на общем жестком валу.

Таким образом, дифференциальная, противобуксующая передача в этот период будет находиться в режиме, оттормаживания, разблокировки, то есть в основном своем рабочем режиме и она получает дифференциальный эффект.

При движении автомобиля с поворотом в левую сторону, соответственно, обгонное вращение получает правая полуосевая зубчатая шестерня 5, а левая зубчатая шестерня 4 получает отстающее вращение на ту же величину, что и зубчатая шестерня 5, относительно водила 1. При этом полуосевая зубчатая шестерня 5 будет передавать вращающий момент сателлитам 6 8 и 9, которые будут вращаться в том же направлении что и шестерня 5, а отстающая полуосевая зубчатая шестерня 4 будет также передавать вращающий момент сателлитам 6 8 и 9, которые будут вращаться в противоположную сторону, но в том же направлении, что и вращающий момент, образующийся на косозубых сателлитах 6 8 и 9 от вращения полуосевой зубчатой шестерни 5.

Таким образом, дифференциальная противобуксующая передача в этот период будет находиться в режиме разблокировки и передача получает дифференциальный эффект.

При торможении автомобиля двигателем крутящий момент от ведущих колес автомобиля передается в обратном направлении и дифференциальная противобуксующая передача при этом блокируется, а на криволинейных участках пути работает в дифференциальном режиме.

Из технической литературы известно, что самотормозящиеся зубчатые передачи впервые был разработаны для практических целей, испытаны и внедрены в производство Владимирским политехническим институтом в 1986 году. Испытания подтвердили, что самотормозящуюся зубчатую передачу нельзя привести в движение со стороны ведомого звена, самоторможение обеспечивается даже при малых передаточных отношениях, недоступных для других видов передач.

Эти свойства определяют целесообразность применения передач в приводах, где требуется самоторможение и основной рабочий режим, это режим оттормаживания, например, как в данной предлагаемой дифференциальной противобуксующей передаче. Число зубьев в самотормозящейся передаче может быть 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 ( журнал ИР N 8, 1992, с. 16 "Только вперед").

В период эксплуатации дифференциальной противобуксующей передачи возможен износ зубьев полуосевых муфт передачи и образование люфта между контактирующими поверхностями полуосевых зубчатых шестерен и косыми зубьями сателлитов.

Для устранения люфта между самотормозящимися зубчатыми передачами в противобуксующей передаче предусмотрены эксцентриковые втулки 10 и 11, укрепленные в шлицевых пазах 12 и 13 крышек 2 и 3 корпуса передачи. Повернув все эксцентриковые втулки на некоторый угол, можно сместить оси валов сателлитов к центру оси корпуса противобуксующей передачи и устранить люфт, при этом параллельность валов сателлитов 6 8 и 9 полуосевых колес 4 и 5 не нарушится.

Отсутствие в дифференциальной противобуксующей передаче дополнительных фрикционных элементов его блокировки обеспечивает технологичность ее изготовления на обычном токарно-фрезерном оборудовании, снижаются осевые габариты передачи, повышается надежность и долговечность ее работы при безопасном, скоростном движении транспортного средства на скользких дорогах, так как основной рабочий режим самотормозящейся передачи режим ее оттормаживания. Это положительное свойство дифференциальной противобуксующей передачи позволяет ее использовать па любых видах транспортных средств: тракторах и мотоциклах с коляской, самосвалах и легковых автомобилях.

Выполнение цапф валов сателлитов в скользящих эксцентриковых втулках позволяет уменьшать люфт между контактирующими зубчатыми передачами, в результате чего повышается ее долговечность, надежность и плавность работы.

Экономия от использования дифференциальной противобуксующей передачи получается за счет снижения трудоемкости ее изготовления, надежности и долговечности работы, плавности и безопасности скоростного движения транспортных средств на скользких дорогах при снижении расхода горюче-смазочных материалов.

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: дифференциальная противобуксующая передача содержит корпус, полуосевые шестерни с косыми зубьями, сателлиты с косыми зубьями. Сателлиты установлены параллельно шестерням и образуют с соответствующими из них зубчатые передачи с отрицательным и положительным передаточными отношениями. Образованные таким образом передачи выполнены самотормозящимися. При этом диаметры сателлитов выбирают не менее 0,25 диаметра полуосевых шестерен. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Дифференциальная противобуксующая передача транспортного средства, содержащая полый корпус, внутри которого соосно друг другу установлены полуосевые шестерни с косыми зубьями и установленные параллельно им с возможностью вращения в корпусе на осях сателлиты с косыми зубьями, введенные в зацепление с полуосевыми шестернями с образованием зубчатых передач с одной из них с отрицательным, и с другой с положительным передаточными отношениями, отличающаяся тем, что зубчатые передачи выполнены самотормозящимися. 2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что диаметры сателлитов выбраны не менее 0,25 диаметра полуосевых шестерен. 3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что цапфы осей сателлитов размещены в скользящих эксцентриковых втулках, укрепленных в шлицевых пазах корпуса.