КУЛАЧКОВО-КОНИЧЕСКИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛ Российский патент 2006 года по МПК F16H48/24 B60K17/16 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к механическим трансмиссиям автомобилей.

Известен симметричный конический дифференциал (Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль. Анализ конструкций, элементы расчета: Учебн. пособие для студентов вузов по специальности "Автомобили и автомобильное хозяйство". - М.: Машиностроение, 1989. - С.151), представляющий собой планетарный механизм с двумя степенями свободы и содержащий корпус, шестерню дифференциала, водило с установленными на него коническими сателлитами и две конические полуосевые шестерни.

Недостаток известного дифференциала состоит в том, что при движении автомобиля по дороге с разными коэффициентами сцепления ведущих колес с дорогой не обеспечивается возможность полной реализации на ведущих колесах вращающего момента, подводимого от двигателя к дифференциалу, происходит значительное снижение проходимости автомобиля, его динамичности вплоть до полной остановки автомобиля при одном вращающемся (буксующем) и втором остановленном колесах. Это происходит вследствие того, что при попадании одного колеса на поверхность с низкими сцепными свойствами, например лед, оно начинает буксовать, а кинематически связанное с ним другое колесо останавливается, так как конструктивной особенностью конического дифференциала является то, что на обоих колесах реализуется равный момент, причем он пропорционален по величине силе сцепления колеса с дорогой, находящегося в худших по сцеплению дорожных условиях, то есть буксующего.

Технический результат направлен на расширение функциональных возможностей дифференциала, автоматическое изменение коэффициента блокировки дифференциала в пределах (0<К_б<1), а соответственно, и коэффициента перераспределения момента от 1 до ∞, вплоть до полной блокировки дифференциала в зависимости от дорожных условий и сцепных характеристик опорной поверхности, и, как следствие, повышение проходимости и динамичности автомобиля при сохранении положительных свойств простого конического дифференциала, таких как высокая устойчивость, управляемость и возможность безопасного торможения "двигателем" в условиях гололеда.

Технический результат достигается тем, что дифференциал содержит корпус, шестерню дифференциала, водило с установленными на него коническими сателлитами, две конические полуосевые шестерни, два тормозных механизма, состоящих из двух цилиндров, одна торцевая сторона которых имеет три разжимных кулачка, имеющих синусоидальный профиль кольцевого сечения, а вторая торцевая сторона - плоская, при этом по периферии цилиндров тормозных механизмов выполнены по три упорных выступа, ограничивающих угловой поворот и расположенных под углом 120° по окружности цилиндра, причем один цилиндр каждого тормозного механизма жестко связан с корпусом дифференциала, а второй цилиндр гладкой торцевой поверхностью с нанесенным на нее фрикционным покрытием скользит по ободу полуосевой шестерни, разжимными кулачками цилиндры тормозного механизма обращены друг к другу, причем вершины разжимных кулачков одного цилиндра входят во впадины разжимных кулачков другого цилиндра тормозного механизма.

Отличительным признаком от прототипа является то, что он дополнительно снабжен двумя тормозными механизмами, состоящими из двух цилиндров, одна торцевая сторона которых имеет три разжимных кулачка, имеющих синусоидальный профиль кольцевого сечения, а вторая торцевая сторона - плоская, при этом по периферии цилиндров тормозных механизмов выполнены по три упорных выступа, ограничивающих угловой поворот и расположенных под углом 120° по окружности цилиндра, причем один цилиндр каждого тормозного механизма жестко связан с корпусом дифференциала, а второй цилиндр гладкой торцевой поверхностью с нанесенным на нее фрикционным покрытием скользит по ободу полуосевой шестерни, разжимными кулачками цилиндры тормозного механизма обращены друг к другу, причем вершины разжимных кулачков одного цилиндра входят во впадины разжимных кулачков другого цилиндра тормозного механизма.

На фиг.1 показана кинематическая схема заявляемого дифференциала, на фиг.2 - форма цилиндров тормозных механизмов.

Дифференциал содержит корпус 1, шестерню дифференциала 2, водило 3 с установленными на него коническими сателлитами 4, две конические полуосевые шестерни 5, два тормозных механизма 6, состоящих из двух цилиндров 7 и 6, одна торцевая сторона которых имеет три разжимных кулачка 9, имеющих синусоидальный профиль кольцевого сечения, а вторая торцевая сторона - плоская, при этом по периферии цилиндров 7 и 8 тормозных механизмов б выполнены по три упорных выступа 10, ограничивающих угловой поворот и расположенных под углом 120° по окружности цилиндров 7 и 8, причем один цилиндр 7 каждого тормозного механизма 6 жестко связан с корпусом 1 дифференциала, а второй цилиндр 6 гладкой торцевой поверхностью с нанесенным на нее фрикционным покрытием 11 скользит по ободу полуосевой шестерни 5, разжимными кулачками 9 цилиндры 7 и 8 тормозного механизма 6 обращены друг к другу, причем вершины разжимных кулачков 9 одного цилиндра входят во впадины 12 разжимных кулачков 9 другого цилиндра тормозного механизма 6.

Далее индексом "1" помечаются детали левой ветви мощности дифференциала и соответственно индексом "2" - правой ветви мощности дифференциала.

Кулачково-конический дифференциал работает следующим образом.

Первый рабочий режим (исходное положение).

При равных значениях сцепления правого и левого колес с грунтом как при прямолинейном движении, так и при криволинейном движении с учетом неровностей дороги при чистом качении ведущих колес по дороге обеспечивается высокая проходимость, топливная экономичность как при использовании обычного конического дифференциала малого трения /1/, так как относительная скорость вращения полуосевых шестерен 5₁ и 5₂ сравнительно небольшая, при этом коэффициент перераспределения моментов очень мал и близок по величине к единице. Тормозные механизмы при этом режиме в работу не вступают.

Второй рабочий режим (блокировка дифференциала).

При разных значениях сцепления правого и левого колес с грунтом колесо, попадающее на поверхность с меньшим коэффициентом сцепления, например левое на лед, оно начинает буксовать, а скорость вращения противоположного колеса соответственно уменьшается, при этом относительная скорость вращения кинематически связанных с ведущими колесами полуосевых шестерен 5₁ и 5₂ возрастает, а вместе с ней и скорость вращения полуосевой шестерни 5₁ "буксующего" колеса относительно корпуса дифференциала 1. Сила трения, возникающая при вращении полуосевой шестерни 5₁ относительно цилиндра 8₁ тормозного механизма 6₁, увлекает за собой в сторону вращения полуосевой шестерни 5₁ цилиндр 8₁, который, смещаясь по синусоидальному профилю разжимных кулачков 9₁ и заклинивая между полуосевой шестерней 5₁ и цилиндром 7₁, жестко связанной с корпусом дифференциала 1, затормаживает полуосевую шестерню 5₁ относительно корпуса дифференциала 1, таким образом осуществляется автоматическая блокировка кулачково-конического дифференциала. При этом вращающий момент, подводимый к корпусу дифференциала 1 и передаваемый через полуосевую шестерню 5₁ к правому ведущему колесу, в полном объеме реализуется на правом колесе при буксующем левом.

Третий режим (разблокировка дифференциала).

Преодолев труднопроходимый участок дороги, буксующее колесо попадает на участок дороги с хорошими сцепными свойствами, момент сопротивления на полуосевой шестерне 5₁ возрастает, что приводит к проворачиванию полуосевой шестерни 5₁ относительно корпуса 1 в обратную сторону по отношению к вращению корпуса дифференциала 1, при этом цилиндр 8₁ тормозного механизма 6₁, увлекаемый за собой полуосевой шестерней 5₁, возвращается в исходное положение (первый рабочий режим), дифференциал разблокирован.

Упорные выступы 10, выполненные на цилиндрах 7 и 8, ограничивают их угловой поворот, исключая поворачивание цилиндров 7 и 8 относительно друг друга на угол, больший 120°.

При движении автомобиля не требуется вмешательства водителя в работу самоблокирующегося кулачково-конического дифференциала, блокировка и разблокировка дифференциала производится тормозными механизмами автоматически в зависимости от дорожных условий и коэффициента сцепления ведущих колес с дорогой, определяя тем самым оптимальные характеристики кулачково-конического дифференциала. Величина коэффициента блокировки дифференциала при этом изменяется в пределах, соответствующих режиму движения автомобиля в зависимости от дорожных условий, а именно от 0 до 1, а соответственно, и значения коэффициента перераспределения моментов также изменяются в широких пределах от 1 до ∞. Тормозной момент, развиваемый тормозными механизмами 6, находится в пределах от нуля до величины, позволяющей остановить полуосевую шестерню 5₁ буксующего колеса относительно корпуса дифференциала 1 и заблокировать дифференциал. При этом тормозной момент пропорционален угловой скорости вращения полуосевой шестерни 5₁ буксующего колеса относительно корпуса дифференциала 1 и силе прижатия фрикционной поверхности 11 разжимной чашки 8₁ к полуосевой шестерне 5₁, которая также является функцией относительной угловой скорости, суммируемой с осевой силой, возникающей в зацеплении конических полуосевых шестерен 5 и сателлитов 4.

Таким образом, при эксплуатации автомобиля, снабженного кулачково-коническим дифференциалом по дорогам с твердым покрытием, тормозные механизмы бездействуют, выполняя роль лишь опорных шайб полуосевых шестерен, а дифференциал работает как простой конический малого трения. Тормозные механизмы включаются в работу при буксовании одного из ведущих колес и автоматически блокируют дифференциал. Разблокировка дифференциала происходит также автоматически при попадании "буксующего" колеса на поверхность с удовлетворительными свойствами сцепления ведущего колеса с дорогой.

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в механических трансмиссиях автомобилей. Дифференциал содержит корпус 1, шестерню 2 дифференциала, водило 3 с коническими сателлитами 4, две конические полуосевые шестерни 5 и два тормозных механизма 6. Тормозные механизмы 6 состоят из двух цилиндров 7 и 8. Одна торцевая сторона цилидров 7, 8 имеет три разжимных кулачка 9, вторая торцевая сторона - плоская. По периферии цилиндров тормозных механизмов 6 выполнены по три упорных выступа 10, ограничивающих угловой поворот и расположенных под углом 120° по окружности цилиндра. Цилиндр 7 каждого тормозного механизма 6 жестко связан с корпусом 1 дифференциала, а второй цилиндр 8 имеет на гладкой торцевой поверхности фрикционное покрытие 11, которым скользит по ободу полуосевой шестерни. Разжимными кулачками цилиндры тормозного механизма обращены друг к другу. Технический результат - расширение функциональных возможностей, повышение проходимости и динамичности автомобиля. 2 ил.

Кулачково-конический дифференциал, содержащий корпус, шестерню дифференциала, водило с установленными на нем коническими сателлитами и две конические полуосевые шестерни, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен двумя тормозными механизмами, состоящими из двух цилиндров, торцевая сторона которых имеет три разжимных кулачка, имеющих синусоидальный профиль кольцевого сечения, а вторая торцевая сторона - плоская, при этом по периферии цилиндров тормозных механизмов выполнены по три упорных выступа, ограничивающих угловой поворот и расположенных под углом 120° по окружности цилиндра, причем один цилиндр каждого тормозного механизма жестко связан с корпусом дифференциала, а второй цилиндр гладкой торцевой поверхностью с нанесенным на нее фрикционным покрытием скользит по ободу полуосевой шестерни, разжимными кулачками цилиндры тормозного механизма обращены друг к другу, причем вершины разжимных кулачков одного цилиндра входят во впадины разжимных кулачков другого цилиндра тормозного механизма.