САМОБЛОКИРУЮЩИЙСЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛ КОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2001 года по МПК F16H48/30 B60K17/16 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, для использования в колесных тракторах, автогрейдерах и автомобилях повышенной проходимости.

Известен самоблокирующийся дифференциал повышенного трения автомобиля ГАЗ-66 /Технический паспорт автомобиля ГАЗ-66/, призванный блокировать привод колес ведущего моста при буксовании за счет использования момента трения между полуосевыми шестернями, компенсирующего разность крутящих моментов на полуосях, возникающую за счет разности моментов сил сцепления колес с дорожным покрытием (грунтом). Недостатком этого дифференциала является то, что, по причине неизбежного межколесного кинематического рассогласования, привод оказывается заблокированным практически в течение всего периода движения машины. Последнее обстоятельство приводит к непроизводительным затратам энергии на износ ходовой части и привода.

Известен также самоблокирующийся дифференциал колесного транспортного средства (патент РФ N 2089409 от 10.9.97 г.), содержащий дифференциальную передачу, включающую водило, сателлиты, центральные колеса, соединенные жестко с полуосями ведущих колес, и блокирующее устройство, выполненное в виде пары обгонных муфт двустороннего действия, каждая из которых дополнительно снабжена инерционным диском с фрикционными элементами и поводками тел качения, ведущие полумуфты которых связаны жестко между собой и с водилом, причем каждая из ведомых полумуфт - с соответствующим центральным колесом, диски установлены на полуосях свободно, тела качения размещены в поводках, а фрикционные элементы установлены с возможностью взаимодействия диска с ведомой полумуфтой с моментом сил трения между ними менее момента сил инерции диска относительно полумуфты в режиме буксования колеса и более этого момента в режимах маневрирования и трогания с места транспортного средства. Низкие эксплуатационные качества объясняются низкой эксплуатационной надежностью из-за сложности конструкции (пружинные элементы, тела качения, наличие точно подсчитанной и реализованной инерционности подвижных деталей, малым дорожным пролетом из-за больших габаритов муфты). К недостаткам этого дифференциала следует отнести также ограниченность диапазона применения, которая объясняется сравнительно низкими (до 500 об/мин) допустимыми угловыми скоростями нормализованных роликовых обгонных муфт /В.И. Анурьев "Справочник конструктора-машиностроителя" т. 2, М., 1980 г/.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение быстродействия, а следовательно, повышение эскплуатационных качеств и расширение диапазонов применения.

Поставленная цель достигается тем, что в самоблокирующемся дифференциале колесного транспортного средства, содержащем дифференциальную передачу, центральные колеса которой жестко соединены с полуосями ведущих колес, и блокирующее устройство, которое выполнено в виде сцепной муфты и управляющего органа, содержащего датчики угловой скорости колес, кинематически связанные с полуосями и электрически - со схемой измерения и сравнения частного от деления скоростей, выход которой через выпрямитель подключен к сервоприводу, при этом ведущая полумуфта сцепной муфты жестко соединена с водилом, ведомая полумуфта установлена на шлицах одной из полуосей с возможностью осевого перемещения и кинематически связана с сервоприводом, а величина заданного критического значения частного подсчитывается по формуле
,
где R_min - минимально возможный радиус внешней траектории, описываемой ведущим колесом при маневрировании машины;
r_min - минимально возможный радиус внутренней траектории, описываемой ведущим колесом при маневрировании машины.

На чертеже схематично показан самоблокирующийся дифференциал.

Самоблокирующийся дифференциал содержит главную 1,2 и дифференциальную 3, 4 передачи и блокирующее устройство, выполненное в виде сцепной муфты, ведущая полумуфта 5 которой жестко связана с водилом 6, а ведомая полумуфта 7 с помощью подвижного шлицевого соединения 8 - с полуосью 9 или 10 /по выбору/.

Управляющий орган содержит датчики угловой скорости колес в виде тахометров 11 и 12, кинематически связанных с полуосями 9 и 10, схему измерения частного от деления угловых скоростей колес и сравнения его с заданным критическим значением, включающую звено деления 13, и сумматор 14, выпрямитель /диод/ 15, усилитель 16 и реле времени 17, а также сервопривод 18. Последний при помощи вилки 19 кинематически связан с ведомой полумуфтой 7. Вилка 19 снабжена пружиной 20, обеспечивающей нормально разомкнутое состояние муфты 5, 7 при отсутствии управляющего сигнала на сервоприводе 18.

Самоблокирующийся дифференциал работает следующим образом.

Ситуация 1. Маневрирование без буксования.

Кинематические и геометрические свойства машины таковы, что

При всех видах движения без буксования значения угловых скоростей ω₁,ω₂ таковы, что
Следовательно, сигнал рассогласования Δα = α-α_крит< 0, и благодаря наличию диода 15 на сервопривод 18 не поступает напряжение. Благодаря действию пружины 20 полумуфты 5, 7 разомкнуты и дифференциал разблокирован. Привод работает в дифференциальном режиме.

Ситуация 2. Сложные дорожные условия движения.

Буксование, например, привода колеса. Допустим, что фактически сложившаяся скорость водила /чашки дифференциала ω = 20 c^-1, угловая скорость буксующего колеса и соответствующего центрального колеса увеличилась на 20% и стала равной ω₁= ω_max= ω·1,2 = 20·1,2 = 24 c^-1 Благодаря дифференциальным свойствам привода скорость небуксующего колеса при этом снижается на 20% до величины
ω₂= ω_min= 20-0,2·20 = 16 c^-1
Частное
Положительный сигнал рассогласования Δα = α-α_кр= 1,5-1,4>0 пройдет через диод 15 на усилитель 16, а затем через реле времени 17 на сервопривод 18. Последний, преодолевая сопротивление пружины 20, перемещает полумуфту 7 по шлицам 8, и полумуфты 5, 7, сцепляясь, блокируют водило 6 с центральным колесом 4, т.е. блокируют дифференциал. При этом сигнал рассогласования Δα становится равным нулю. Во избежание "звонкового" эффекта работы блокирующего устройства реле времени "запоминает" на некоторое (заданное) время управляющий сигнал "U". По истечении заданного времени управляющий сигнал становится равным нулю (U=0). Сервопривод 18 обесточивается, под действием пружины 20 полумуфты 5, 7 расцепляются, дифференциал разблокируется. Он заблокируется вновь, если произойдет пробуксовка любого из ведущих колес.

Ситуация 3. Задний ход.

При движении задним ходом работа блокирующего устройства ничем не отличается от работы при движении "вперед", поскольку датчики 11, 12 не реагируют на реверс, а реагируют лишь на частоту импульсов.

Достаточно значительное различие скоростей при движении без буксования и при буксовании объясняется тем, что в дифференциальном приводе при буксовании скорость небуксующего колеса снижается по сравнению со скоростью водила настолько, насколько повышается скорость буксирующего колеса. При остановившемся небуксующем колесе скорость буксующего выше скорости водила в два раза, а частное от деления
Поэтому всегда можно получить требуемое вышеупомянутое критическое значение частного и сформировать управляющий сигнал для включения сервопривода сцепной муфты при буксовании колеса.

При сцеплении полумуфт прекращается вращение центрального колеса относительно водила и прекращается относительное вращение ведущих колес, т.е. дифференциал блокируется.

Реле времени "запоминает" управляющий сигнал на заданное время, по истечении которого управляющий сигнал становится равным нулю, и вновь воспроизводится лишь при буксовании любого ведущего колеса (борта).

Действительно, заявляемый дифференциал по сравнению с прототипом конструктивно проще, поскольку не содержит подпружиненные тела качения и фрикционные элементы, а обычная сцепная муфта, например, зубчатая или фрикционная многодисковая, проще обгонной в изготовлении, допускает большие угловые скорости и имеет сравнительно малые радиальные размеры. Максимальный нормализованный типоразмер обгонной муфты D=200 мм допускает максимальную частоту вращения n = 500 об/мин и передает сравнительно малый крутящий момент T = 770 Нм. Для реализации самоблокирующегося дифференциала ведущего места автомобиля ЗИЛ-130 необходимо спроектировать обгонную муфту большего типоразмера, передающую крутящий момент T = 1500 Нм. Такая муфта допускает еще более низкую частоту вращения, чем нормализованная D = 200 мм/л /n < 500 об/мин).

Изобретение относится к машиностроению, в частности, для использования в колесных тракторах, автогрейдерах и автомобилях повышенной проходимости. Самоблокирующийся дифференциал содержит дифференциальную передачу и блокирующее устройство. Блокирующее устройство включает сцепную муфту и управляющий орган. Управляющий орган состоит из датчиков угловой скорости и схемы измерения частного от деления угловых скоростей и сравнения его с заданным критическим значением, которое подсчитывается по формуле. Выход упомянутой схемы через выпрямитель подключен к сервоприводу. Ведущая полумуфта сцепной муфты соединена с водилом дифференциальной передачи. Ее ведомая полумуфта установлена на шлицах одной из полуосей с возможностью осевого перемещения и кинематически связана с сервоприводом. Упрощена конструкция и повышено быстродействие дифференциала. 1 ил.

Самоблокирующийся дифференциал колесного транспортного средства, содержащий дифференциальную передачу, центральные колеса которой жестко соединены с полуосями ведущих колес, и блокирующее устройство, отличающийся тем, что блокирующее устройство выполнено в виде сцепной муфты и управляющего органа, содержащего датчики угловой скорости колес, кинематически связанные с полуосями и электрически со схемой измерения и сравнения частного от деления скоростей, выход которой через выпрямитель подключен к сервоприводу, при этом ведущая полумуфта сцепной муфты жестко соединена с водилом, ведомая полумуфта установлена на шлицах одной из полуосей с возможностью осевого перемещения и кинематически связана с сервоприводом, величина заданного критического значения частного подсчитывается по формуле

где R_min - минимально возможный радиус внешней траектории, описываемой ведущим колесом при маневрировании машины;
r_min - минимально возможный радиус внутренней траектории, описываемой ведущим колесом при маневрировании машины.