ДИФФЕРЕНЦИАЛ В.П.ДЕМИНА Российский патент 1999 года по МПК F16H48/28 

Изобретение относится к транспортному 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, например, описанные в книге А.Х.Лефарова "Дифференциалы автомобилей и тягачей", изд. "Машиностроение", М., 1972 г.

Указанные дифференциалы выполнены с блокирующими устройствами, содержащими ведущие полумуфты с пружинами, разрезные и стопорные кольца, зубья специального профиля, которые обеспечивают блокировку полуосей колес 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.

Известен дифференциал с коническими шестернями (см. книгу В.И.Анохина "Отечественные автомобили", "Машиностроение", М., 1977 г., стр. 381, 382), содержащий ведомую шестерню, внутри которой свободно посажены на пальцах сателлиты в виде малых конических шестерен. Сателлиты входят в зацепление с полуосевыми шестернями, закрепленными на внутренних концах полуосей. На наружных концах полуосей закреплены ведущие колеса транспортного средства.

Дифференциал указанной конструкции передает на каждое колесо одинаковый момент при всех условиях движения. Но это свойство дифференциала является отрицательным, если в период движения одно из колес находится на дороге с малым коэффициентом сцепления (лед, грязь и т.д.), так как возрастание усилия на одном колесе ограничено буксованием первого. При этом сумма оборотов буксующего колеса всегда равна удвоенному числу оборотов дифференциальной коробки.

Таким образом, известный в настоящее время конический дифференциал ухудшает работу двигателя в период его буксования, а также не устраняет возможный занос транспортного средства на изгибах дороги, когда при пробуксовки колес трение качения переходит в трение скольжения.

Известен американский конический дифференциал с фрикционными муфтами, у которого для повышения внутреннего трения между полуосевыми шестернями и коробкой дифференциала или между сателлитами и коробкой дифференциала размещены конусные или дисковые фрикционные муфты (см. книгу А.С.Литвинов. Шасси автомобиля. М. 1963, стр. 249, 250, фиг. 197 А и Б).

Отличительной особенностью американского дифференциала является то, что в нем вместо обычной крестовины имеются две взаимно перпендикулярные оси, которые могут поворачиваться одна относительно другой на некоторый угол. Концы осей входят в гнезда коробки дифференциала, имеющие форму пятиугольника, две стороны которого образуют такой же угол, как и лыски концов осей.

При передаче крутящего момента конусные муфты прижимаются к коробке дифференциала осевыми усилиями, создаваемые вследствие взаимодействия между наклонными плоскостями лысок осей и гнезд коробки дифференциала, что обеспечивает движение автомобиля без буксования одного из его колес практически во всех случаях, когда оба колеса опираются на дорогу.

К недостаткам американского дифференциала следует отнести следующее:
1. В период движения автомобиля не по прямой линии фрикционные муфты дифференциала будут периодически включаться (блокироваться), независимо от качества дороги, что приводит к его повышенному износу, а при гололеде автомобиль будет подвержен заносу, особенно на поворотах, из-за инерционности работы блокирующего устройства.

2. Подобные дифференциалы конструируются с незначительным коэффициентом блокировки, в пределах трех для легковых автомашина и около шести для грузовых, так как при больших коэффициентах блокировки легковые автомобили на высоких скоростях будут подвержены заносу, а при нахождении одного из ведущих колес в воздухе автомобиль подвержен буксованию.

3. Кинематическая схема американского дифференциала работает по позитивной программе, то есть в нормальном режиме работы он находится в разблокированном состоянии, а при пробуксовке одного из колес включается механизм блокировки. Все это связано со значительной инерционностью его работы и, как следствие, с его некоторым запаздыванием по устранению возникшей причины буксования, что является его отрицательным качеством (свойством), и при скоростном движении автомобиля, особенно на скользкой дороге, он будет постоянно подвержен заносу.

Известен кулачковый дифференциал повышенного трения, устанавливаемый на автомобилях ГАЗ-66, содержащий корпус, выполненный в виде чашки дифференциала и сепаратора. Внутри корпуса дифференциала размещена внутренняя звездочка одной полуоси и наружная звездочка другой полуоси. В сепараторе дифференциала имеются два ряда радиальных отверстий, расположенных в шахматном порядке, в которых установлены "сухари".

При вращении сепаратора сухари своими концами упираются в кулачки звездочек и передают им вращение и, соответственно, вращение передается на ведущие колеса автомобиля. Его коэффициент блокировки, то есть отношение усилия тяги небуксующего колеса к суммарному усилию на буксующем и небуксующем колесах равен 0,8.

Кинематическая схема кулачкового дифференциала автомобиля ГАЗ-66 работает по негативной программе, то есть данный дифференциал в нормальном режиме работы постоянно находится в заблокированном состоянии, и при движении автомобиля по прямолинейному пути он не реагирует на качество дорожного полотна, и в этом случае исключена пробуксовка одного из его ведущих колес - это одно из его положительных качеств. А при движении автомобиля по криволинейному пути дифференциал будет работать только в том случае, если одно из его колес получит обгонное, а другое - отстающее вращение. И если в этот момент начнется пробуксовка одного из его колес, то дифференциал мгновенно блокируется до момента устранения пробуксовки.

Это положительное качество дифференциала будет отрицательным для легковых автомобилей, так как внутреннее трение в кулачках дифференциала будет выше трения скольжения колес легкового автомобиля на скользких дорогах и автомобиль будет постоянно 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 пропадет. 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 не получили большого распространения на легковых автомобилях (см. журнал "Наука и жизнь" N 3, 1966 г., стр. 148, "Азбука устойчивости").

Из уровня техники известен самоблокирующийся дифференциал транспортного средства, содержащий полый корпус, в котором размещены пальцы с имеющими возможность вращения на них коническими зубчатыми сателлитами, находящиеся в зацеплении с коническими зубчатыми сателлитами полуосевые конические шестерни, при этом зубчатые передачи, образованные полуосевыми коническими шестернями и коническими зубчатыми сателлитами, выполнены самотормозящимися.

Данный дифференциал описан в заявке 92005833/28, которая опубликована в БИ N 9506 от 27.02.95 г., по кл. F 16 H 48/20.

Кинематическая схема данного дифференциала работает по негативной программе, и в нормальном режиме все его элементы находятся в заблокированном состоянии. Разблокировка дифференциала наступает только в периоды обгонного вращения одной из полуосей и отстающего вращения другой полуоси.

К недостаткам данной дифференциальной передачи следует отнести следующее:
повышенная трудоемкость изготовления зубьев у конических зубчатых сателлитов и полуосевых конических шестерен.

Целью данного изобретения является "Дифференциал В.П.Демина", то есть дифференциальная самоблокирующая передача транспортного средства, обеспечивающая повышенную надежность ее работы и автоматическую разблокировку в режиме оттормаживания, в периоды обгонного или отстающего движения ведущих колес автомобиля на нормальных или скользких дорогах.

Эта цель достигается за счет того, что дифференциал - самоблокирующая передача транспортного средства, содержащий полый корпус, размещенные в нем пальцы с имеющими возможность вращения коническими зубчатыми сателлитами, полуосевые конические шестерни, находящиеся в зацеплении с коническими зубчатыми сателлитами, при этом конические зубчатые передачи, образованные полуосевыми коническими шестернями и коническими зубчатыми сателлитами, выполнены самотормозящимися и винтовыми, а оси конических зубчатых сателлитов радиально смещены относительно оси, проходящей через центр полуосевых конических шестерен, причем это смещение составляет величину от 0,05 до 0,4 диаметра полуосевой конической шестерни (см. чертеж фиг. 2 и 3).

Для обеспечения нормальной работы "Дифференциала В.П.Демина" самоблокирующейся передачи транспортного средства и обеспечения ее самоторможения и разблокировки необходимо, чтобы углы наклона контактирующих поверхностей зубьев винтовых конических передач, их ведущих полуосевых конических шестерен и ведомых конических зубчатых сателлитов образовывали между собой угол, меньший угла трения.

На фиг. 1 изображен продольный разрез общего вида "Дифференциала В.П.Демина".

На фиг. 2 изображен разрез 1-1 на фиг. 1 (поперечный разрез корпуса дифференциала.

На фиг. 3 изображен вариант (разрез) выполнения трехсателлитного дифференциала с крестовиной.

"Дифференциал В. П.Демина" содержит полый корпус 1, в котором размещены "пальцы" 2, 3 и 4 с коническими зубчатыми сателлитами 5, имеющими возможность свободного вращения вокруг осей пальцев 2, 3 и 4. Наружные концы пальцев закреплены в гнездах корпуса 1 и жестко зафиксированы шплинтами 6, причем внутренние концы пальцев 4 (фиг. 3) входят в гнезда крестовины 7 и зафиксированы в них. Конические зубчатые сателлиты 5 входят в зацепление с полуосевыми коническими шестернями 8 и 9, которые соединены с полуосями и ведущими колесами транспортного средства (на чертеже не указаны), при этом оси конических зубчатых сателлитов 5 радиально смещены на величину "E" (см. фиг. 2 и 3) относительно оси, проходящей через центр полуосевых конических шестерен 8 и 9.

"Дифференциал В.П.Демина" работает следующим образом. При движении транспортного средства, например автомобиля вперед или назад по прямой линии, крутящий момент от полого корпуса 1 дифференциальной самоблокирующейся передачи будет передаваться на закрепленные в корпусе 1 пальцы 2, 3 и 4 и на свободно посаженные на них конические зубчатые сателлиты 5, находящиеся в зацеплении с полуосевыми коническими шестернями 8 и 9, от которых вращающийся момент будет передаваться на наружные концы полуосей, к закрепленным на них ведущим колесам транспортного средства (на чертеже не показаны). При этом на каждое ведущее колесо автомобиля будет передаваться одинаковый вращающийся момент, если оба колеса будут опираться на дорогу с нормальным сцеплением.

При движении автомобиля вперед или назад и при попадании одного из ведущих колес автомобиля на скользкий грунт, например правого колеса или зависании его в воздухе, крутящий момент от корпуса 1 дифференциальной передачи будет передаваться на пальцы 2, 3 и на конические зубчатые сателлиты 5, находящиеся в зацеплении с полуосевыми коническими шестернями 8 и 9.

Ввиду того, что сопротивление на левом колесе автомобиля в данном примере и соответственно на полуосевой конической шестерне 8 будет в несколько раз больше, чем на правой полуосевой конической шестерне 9, то конические зубчатые сателлиты 5 будут стремиться обкатываться вокруг полуосевой конической шестерни 8. Но так как данные зубчатые передачи, образованные находящимися во взаимодействии полуосевыми шестернями и сателлитами, выполнены самотормозящимися, в виде винтовых конических передач, недопускающих обратного движения ведомых конических зубчатых сателлитов 5, то передача будет самотормозиться и блокироваться.

Таким образом, дифференциальная самоблокирующаяся передача будет заблокирована, и все ее элементы будут работать как одно целое с его корпусом 1.

Одной из особенностей самотормозящихся зубчатых передач является то, что зубья их шестерен выполняются в форме витков, а угол наклона β₂ зуба ведомой шестерни на цилиндре его вершин и угол наклона β₁ зуба ведущей шестерни на цилиндре, касающихся вышеуказанного в точках контакта, определяется в зависимости от нормального угла α_n зацепления и величин минимального f_min и максимального f_max значений коэффициента трения в зацеплении и определяется выражениями
cosα = sinβ₁•cosα_n = sinβ₂•cosα_n;


где α - угол профилей зубьев в плоскости, касательной к основным цилиндрам.

Данная самотормозящаяся передача описана в авторском свидетельстве N 804953, кл. F 16 H 1/16, 1981 г. и в журнале "Изобретатель и рационализатор" N 3, 1992 г., стр. 16 "Только вперед", авторы В.Панюхин, О.Ерин.

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 даже при малых передаточных отношениях, недоступных для других видов передач. Эти свойства определяют целесообразность применения передачи в приводах, где требуется самоторможение и основной рабочий режим, это - режим оттормаживания, как, например, в предлагаемом дифференциале (см. журнал "ИР" N 3, 1992 г., стр. 16 "Только вперед").

Аналогичное явление будет происходить в корпусе 1 дифференциала и при попадании левого ведущего колеса автомобиля на скользкий грунт или его зависании в воздухе.

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 1 самоблокирующейся передачи и все его элементы вращаются как одно целое.

Кинематическая схема "Дифференциала В.П.Демина" работает по негативной программе и в периоды движения автомобиля по прямой линии дифференциал постоянно находится в заблокированном состоянии, при котором исключается пробуксовка одного из ведущих колес автомобиля, независимо от того на каком грунте находятся его колеса: жестком, скользком или одно из его колес зависнет в воздухе. Разблокировка дифференциала наступает лишь в тот момент, когда одно из его ведущих колес получает обгонное движение, а другое - отстающее, при движении автомобиля по криволинейному пути или на поворотах. И если в этот период движения автомобиля его колесо, движущееся по внутреннему кругу (отстающее) попадет на скользкий грунт или зависнет в воздухе, то отстающее вращение колеса сразу же пропадает и дифференциальная передача мгновенно блокируется до момента, пока не восстановится его отстающее вращение, то есть до момента нормального сцепления колеса автомобиля с дорогой.

При движении автомобиля по криволинейному пути, например в правую сторону, левая и правая полуоси автомобиля и соответственно скрепленные с ним полуосевые конические шестерни 8 и 9 будут вращаться с различной частотой и в разных направлениях: левая коническая шестерня 8 получает обгонное вращение на какую-то величину, и на ту же величину правая коническая шестерня 9 получает отстающее вращение.

При этом полуосевые конические шестерни 8 и 9, по отношению к коническим зубчатым сателлитам 5, являются ведущими шестернями, не допускающими обратного движения от ведомых конических зубчатых сателлитов 5, то есть данные винтовые конические передачи выполнены в виде самоторомозящихся зубчатых передач, которые постоянно находятся в заблокированном состоянии, и разблокировка самоблокирующейся передачи наступает лишь при одновременном обгонном и отстающим вращении полуосевых конических шестерен 8 и 9.

Отсутствие в дифференциале каких-либо фрикционных элементов его блокировки повышает плавность и безопасность скоростного движения легкового транспорта на скользких дорогах и бездорожье.

Выполнение дифференциала в виде зубчатых самотормозящихся винтовых конических передач позволяет ее использовать на любых видах транспорта: тракторах, мотоциклах с коляской, самосвалах и легковых автомобилях.

Выполнение "Дифференциала В.П.Демина" в виде полого корпуса с размещением внутри него полуосевых конических шестерен и конических зубчатых сателлитов повышает технологичность его производства, позволяет использовать на производстве существующую технологическую цепочку без ее реконструкции и использовать существующие заготовки и детали для его изготовления.

Экономия от использования "Дифференциала В.П.Демина" получается за счет технологичности и снижения трудоемкости его изготовления, надежности и долговечности работы, плавности и безопасности скоростного движения автомобиля на скользких дорогах и бездорожье при снижении расхода горюче-смазочных материалов.

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в качестве самоблокирующегося дифференциала. Конические зубчатые передачи самоблокирующегося дифференциала, образованные полуосевыми коническими шестернями и коническими зубчатыми сателлитами, выполнены винтовыми, самотормозящимися. Оси конических зубчатых сателлитов радиально смещены относительно оси, проходящей через центр полуосевых конических шестерен. Такое выполнение самоблокируюегося дифференциала обеспечивает повышенную надежность его работы и автоматическую разблокировку в режиме оттормаживания, в периоды обгонного и отстающего движения ведущих колес автомобиля на нормальных и скользких дорогах. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Дифференциал - самоблокирующаяся передача транспортного средства, содержащий полый корпус, размещенные в нем пальцы с имеющими возможность вращения коническими зубчатыми сателлитами, полуосевые конические шестерни, находящиеся в зацеплении с коническими зубчатыми сателлитами, при этом конические зубчатые передачи, образованные полуосевыми коническими шестернями и коническими зубчатыми сателлитами, выполнены самотормозящимися, отличающийся тем, что самотормозящиеся конические зубчатые передачи выполнены винтовыми, а оси конических зубчатых сателлитов радиально смещены относительно оси, проходящей через центр полуосевых конических шестерен. 2. Дифференциал по п.1, отличающийся тем, что смещение каждой из осей конических зубчатых сателлитов относительно оси, проходящей через центр полуосевых конических шестерен, составляет от 0,05 до 0,4 диаметра полуосевой конической шестерни.