ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 1997 года по МПК B60K17/16 

Техническое решение относится к машиностроению и касается усовершенствования дифференциального механизма, используемого в трансмиссиях транспортных средств для распределения крутящего момента между колесами.

В ведущих мостах транспортных средств обычно используются конические дифференциальные механизмы (авт. св. N 1016596, кл. F 16 H 1/40, патенты США N 3365984, 3470768, 4289047, 4577530, 4733578, кл. 74-713 от 1978).

Одной из проблем, возникших при использовании подобных дифференциальных механизмов, является ограничение их дифференциального действия при неодинаковом сцеплении колес транспортного средства, с опорной поверхностью при движении по обледенелой дороге или бездорожье.

Известен блокирующийся дифференциальный механизм, содержащий корпус, в котором расположены конические зубчатые колеса и конические сателлиты, при этом на зубьях сателлитов выполнены цилиндрические поверхности, сопряженные с двумя выполненными в корпусе выступами, равноудаленными от плоскости симметрии механизма, перпендикулярной оси вращения зубчатых колес, причем сателлиты установлены на плавающей оси (авт. св. N 1604639, кл. B 60 K 17/16 1983).

В этом дифференциальном механизме при возникновении разницы в частоте вращения зубчатых колес происходит поворот сателлитов относительно корпуса, сопровождающийся значительным трением их зубьев о корпус, благодаря чему крутящий момент, действующий на ведомые валы механизма, существенно перераспределяется между ними.

Однако этот дифференциальный механизм имеет большие радиальные размеры из-за сравнительно большой длины сателлитов, поскольку на них, помимо участка, имеющего зацепление с зубчатыми колесами, имеется участок, сопряженный с корпусом и расположенный на большем радиусе по сравнению с первым упомянутым участком.

Известен также дифференциальный механизм, содержащий корпус, в котором расположены конические зубчатые колеса и сателлит, снабженный опорными элементами, сопряженными с торцевой поверхностью зубьев сателлитов.

Указанный дифференциальный механизм (патент N 3964346 F 16 H 1/44, 1986) имеет небольшие радиальные габаритные размеры, но, так как силы трения возникают только в контакте поверхностей сателлита со впадинами одного сухаря, передающего рабочее усилие, то есть расположенного позади сателлита, с которым сопрягается его впадина, при вращении корпуса дифференциала в любом направлении, и недостаточны для достижения надлежащих блокировочных свойств, в его конструкции предусмотрено дополнительно применение пакета (пакетов) фрикционных дисков, установленных между полуосевыми шестернями и корпусом дифференциала, что увеличивает его осевой габаритный размер.

Конструкция такого механизма не позволяет варьировать блокирующие свойства дифференциала при адаптации механизма к тем или иным условиям его применения.

Задачей изобретения является создание компактного надежного дифференциального механизма, конструкция которого позволяла бы оптимизировать его блокирующие свойства, адаптируя их к тем или иным дорожным условиям.

Для решения указанной задачи в дифференциальном механизме, содержащем корпус, в котором расположены зубчатые колеса и сателлит, снабженный опорными элементами, выполненными в виде сухарей, имеющих впадину, образованную коническими поверхностями, сопряженными с коническими наружной и торцевой поверхностями зубьев сателлита, и тыльной своей поверхностью обращенной в противоположную сторону от зубьев сателлита, сопряженных с выступом, выполненным внутри корпуса, сухари установлены в корпусе дифференциала подвижно в направлении, параллельном оси дифференциала, диаметр окружности пересечения конических поверхностей впадины сухарей больше диаметра окружности пересечения наружной и торцевой поверхности зубьев сателлита, и по меньшей мере один из сухарей снабжен пружиной, прижимающей его к сателлиту.

Пружины преимущественно имеют форму пластин и один из концов взаимодействуют с сухарями, расположенными впереди сателлитов по направлению вращения дифференциала при переднем ходе автомобиля через толкатели или непосредственно, а другими концами с корпусом дифференциала. Пластинчатые пружины имеют отверстия в средней части, а корпус дифференциала пару отверстий, расположенных на оси, перпендикулярной оси дифференциала, а также стяжной болт, размещенный в этих отверстиях, снабженный гайкой, при этом опорные поверхности головки стяжного болта и гайки контактируют с поверхностями пластинчатых пружин.

Гайка стяжного болта преимущественно имеет продольные пазы, а в корпусе дифференциала может быть установлен фиксатор, входящий в сопряжение с продольными пазами гайки.

Преимущественное выполнение дифференциального механизма позволяет изменять предварительную затяжку пружин и тем самым адаптировать блокирующие свойства дифференциала к условиям движения.

В другом варианте исполнения пружины имеют С-образную форму и охватывают своими концами сухари, сопряженные с одним сателлитом.

В этом случае адаптация дифференциала к условиям достигается за счет замены пружин на оптимальные по характеристике применительно к конкретным условиям.

На фиг. 1 представлен блокирующий дифференциальный механизм по осям сателлитов, продольный разрез; на фиг. 2 то же, по оси стяжного болта; на фиг. 3 дан разрез по А-А фиг. 1; на фиг. 4 разрез по Б-Б фиг. 3; на фиг. 5 представлен вариант дифференциального механизма с С-образными пружинами, поперечный разрез по сателлиту; на фиг. 6 изображена С-образная пружина блокирующегося дифференциала.

Дифференциальный механизм, показанный на фиг. 1 4, содержит корпус 1, в котором соосно расположены одинаковые конические зубчатые колеса 2 и 3, а также конические сателлиты 4, которые закрепляются одновременно с обоими зубчатыми колесами 2 и 3. Оси сателлитов 4 расположены перпендикулярно осям зубчатых колес 2 и 3.

Наружная 5 и торцевая 6 поверхности сателлитов 4 представляют собой пересекающиеся конические поверхности.

Каждый сателлит 4 снабжен двумя сухарями 7 и 8. Сухари 7 и 8 представляют собой стержни, имеющие впадины 9 и 10, образованные коническими поверхностями, сопряженные с коническими поверхностями 5 и 6 сателлитов 4. Тыльные поверхности 11 и 12 сухарей 7 и 8 обращены в противоположную от зубьев сателлитов сторону, выполнены цилиндрическими и сопряжены с цилиндрической поверхностью выступов 13 и 14 корпуса 1.

Сухари 7 и 8 установлены в корпусе 1 с возможностью перемещения вдоль оси дифференциала до упора поверхностями впадин 9 и 10 в конические поверхности 5 и 6 сателлитов 4. Такое осевое перемещение в ограниченных пределах возможно, так как диаметр окружности пересечения конических поверхностей, образующих впадины 9 и 10, больше, чем диаметр окружности пересечения конических поверхностей 5 и 6, а также в результате наличия зазоров в сопряжении сателлита 4 и впадин 9 и 10 сухарей 7 и 8. Каждый сателлит 4 снабжен опорным грибком 15, который фиксирует сателлит 4 в направлении вдоль его оси от центра дифференциала, опираясь на поверхности 16 корпуса дифференциала.

Сухари 8, расположенные впереди сателлита при переднем ходе автомобиля, взаимодействуют тыльной стороной с концом пластинчатой пружины 17 через шарики 18, которые размещены в отверстиях 19 корпуса 1 и выполняют функцию толкателей. В исполнении без толкателей в отверстиях 19 размещены раздвоенные и отогнутые концы пружины 17. Пластинчатые пружины 17, а также корпус 1 имеют отверстия 20, 21, 22 и 23, общая ось которых перпендикулярна оси дифференциала и проходит приблизительно через вершину делительного конуса зубчатых колес 2, 3 и 4. В отверстиях 20, 21, 22 и 23 установлен стяжной болт 24 с гайкой 25.

Опорная поверхность 26 болта 24 и опорная поверхность 27 гайки 25 контактируют с поверхностями пластинчатых пружин 17.

В корпусе 1 установлен шариковый фиксатор, включающий в себя шарик 28 и пружину 29. Головка стяжного болта 24 имеет паз, в который входит установленный в отверстии корпуса 1 стопор 30. Гайка 25 имеет продольные пазы 31, с одним из которых сопряжен шарик 28 фиксатора.

В конструкции дифференциала с С-образной пружиной 32 сателлита 4 так же, как в вышеописанной конструкции, своими коническими поверхностями 5 и 6 сопряжен со впадинами 9 и 10 сухарей 7 и 8, установленных в корпусе 1 дифференциала параллельно его оси.

С-образная пружина 32 охватывает своими загнутыми концами 33 оба сухаря 7 и 8. В загнутых концах 33 пружины 32 выполнены пазы 34, в которых размещены выступы 13 и 14 корпуса 1, контактирующие с тыльной стороной 11 сухаря, 7 и тыльной стороной 12 сухаря 8.

Каждый сателлит 4 снабжен подпятником 35, установленным в корпусе 1, который фиксирует сателлит 4 в направлении вдоль его оси от центра дифференциала.

При вращении корпуса 1, являющегося ведущим звеном дифференциала, усилие от корпуса 1 передается сухарям 7, расположенным позади сателлита, а от них
к сопряженным сателлитам 4, от которых усилия передаются к зацепленным с ними зубчатым колесам 2 и 3 и создают крутящие моменты, действующие на ведомые валы (не показаны), которые могут быть связаны с зубчатыми колесами 2 и 3 шлицевыми соединениями.

Если при движении транспортного средства по дороге с низкими сцепными качествами одно колесо начинает буксовать, например колесо, имеющее привод от зубчатого колеса 2, то зубчатое колесо 2 при его вращении опережает корпус 1, и тогда сателлит 4 поворачивается и трется своими коническими поверхностями о поверхности впадины 9 сухаря 7, расположенного позади сателлита 4 и передающего рабочее усилие, при этом в контакте впадины 9 сухаря 7 и конических поверхностей сателлитов возникает сила трения, создающая момент трения, препятствующий вращению сателлита, то есть частично блокирующий дифференциал, а также передвигающая сухарь 7 в осевом направлении.

Так как сухарь 8, не передающий рабочего усилия, прижимается к сателлиту 4 пружиной 17 через шарики 18, причем усилие прижатия передается через сателлит на сухарь 7 и далее на корпус 1, то в контакте впадин сухарей 7 и 8 с коническими поверхностями 5 и 6 сателлита 4 возникают дополнительные силы трения, создающие дополнительный момент, препятствующий вращению сателлита и одновременно передвигающий сухарь 8 в осевом направлении, противоположном осевому перемещению сухаря 7.

В результате осевого перемещения сухарей 7 и 8 в противоположных направлениях происходит дополнительное подклинивание сателлитов в сухарях, что еще больше увеличивает момент, препятствующий вращению сателлита. Эффект подклинивания тем больше, чем больше разница между величинами окружностей пересечения конических поверхностей 5 и 6 сателлита 4 и конических поверхностей впадин 9 и 10 сухарей 7 и 8.

Момент, препятствующий вращению сателлита, тем больше, чем выше усилие прижатия сухаря 8, не передающего рабочего усилия его впадиной 10 к сателлиту 4.

Регулировка производится поворотом гайки 25, при этом шарик 28 фиксатора переходит из одного продольного паза 31 гайки 25 в другой, при этом шарик 28 фиксатора переходит из одного продольного паза 31 и гайки 25 в другой, при этом шарик фиксирует гайку 25 относительно корпуса 1, а следовательно, относительно болта 24, головка которого посредством паза и стопора 30, установленного в корпусе 1, также зафиксирована от проворота относительно корпуса 1.

В результате поворота гайки 25 изменяется прогиб пластинчатых пружин 17, усилие, с которым пружина 17 через шарик 18 действует на сухарь 8, расположенный впереди сателлита, при переднем ходе автомобиля, момент трения, воздействующий на сателлит, а следовательно, блокирующие свойства дифференциала.

В дифференциальном механизме согласно фиг. 5 прижатие к сателлиту 4 сухаря 8, расположенного впереди сателлита 4, осуществляется С-образной пружиной 32.

Сила прижатия сухаря 8 к сателлиту 4, а следовательно, блокирующие свойства дифференциала зависят от параметров пружины, поэтому для их изменения с целью адаптации к условиям движения следует установить пружины с измененными параметрами, то есть адаптация возможна путем замены пружин.

Применение предлагаемого технического решения позволяет за счет осевой подвижности сухарей, разности диаметров пересечения конических поверхностей зубьев сателлитов и конических поверхностей впадин сухаря, установки пружин, прижимающих сухарь, не передающий рабочего усилия, к сателлиту увеличить внутреннее трение в дифференциале, обеспечив тем самым более благоприятное распределение крутящих моментов между входными валами дифференциала без увеличения его габаритных размеров.

Изобретение позволит также за счет изменения усилия пружины варьировать блокирующие свойства дифференциального механизма, адаптируя их к тем или иным условиям движения.

Использование: в транспортных средствах и касается дифференциального привода его колес. Сущность изобретения: дифференциальный механизм содержит корпус, в котором расположены конические зубчатые колеса и сателлиты, который снабжен опорными элементами, выполненными в виде сухарей. Сухари выполнены в виде стержней, имеющих впадины, с которыми сопряжены конические поверхности сателлитов, и установлены в корпусе с возможностью осевого перемещения. Тыльные поверхности сухарей сопряжены с выступами корпуса. Диаметр окружности пересечения конических поверхностей впадин сухарей больше диаметра окружности пересечения конических поверхностей сателлитов. Сухари, расположенные впереди сателлита, при переднем ходе автомобиля контактируют с пластинчатыми пружинами через шарики. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Дифференциальный механизм, содержащий корпус, в котором расположены конические зубчатые колеса и сателлит с зубьями и опорными элементами, зубья сателлита сопряжены с одной торцевой поверхностью опорных элементов, отличающийся тем, что опорные элементы выполнены в виде сухарей, имеющих впадину, образованную коническими поверхностями, сопряженными с конической наружной и торцевой поверхностями зубьев сателлита, и тыльной своей поверхностью обращенной в противоположную сторону от зуба сателлита, сопряженных с выступом, выполненным внутри корпуса, сухари установлены в корпусе дифференциала подвижно в направлении, параллельном оси дифференциала, диаметр окружности пересечения конических поверхностей впадин сухарей больше диаметра окружности пересечения наружной и торцевой поверхностей зубьев сателлита, и по меньшей мере один из сухарей снабжен пружиной, поджимающей его к сателлиту. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что пружины имеют форму пластин и один из концов выполнен с возможностью взаимодействия с сухарями, расположенными впереди сателлитов по направлению вращения дифференциала при переднем ходе автомобиля через толкатели или непосредственно, а другими концами с корпусом дифференциала. 3. Механизм по пп.1 и 2, отличающийся тем, что пластинчатые пружины имеют отверстия в средней части, а корпус дифференциала пару отверстий, расположенных на оси, перпендикулярной оси дифференциала, а также стяжной болт, размещенный в этих отверстиях, снабженный гайкой, при этом опорные поверхности головки стяжного болта и гайки контактируют с поверхностями пластинчатых пружин. 4. Механизм по пп.1 3, отличающийся тем, что гайка стяжного болта имеет продольные пазы, а в корпусе дифференциала установлен фиксатор для входа в сопряжение с продольными пазами гайки. 5. Механизм по п.1, отличающийся тем, что пружины имеют С-образную форму и охватывают своими концами сухари, сопряженные с одним сателлитом.