САМОБЛОКИРУЮЩИЙСЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2008 года по МПК B60K17/16 F16H48/20 

Изобретение относится к трансмиссиям транспортных средств и может быть использовано в дифференциальных приводах транспортных средств, выполненных с возможностью автоматической блокировки колес.

Известен самоблокирующийся дифференциал транспортного средства, выбранный заявителем в качестве прототипа, содержащий приводной корпус, в котором соосно друг другу размещены связанные с полуосями полуосевые элементы, имеющие на внешней поверхности полукруглые в поперечном сечении винтовые канавки противоположного направления спирали, тела качения в виде шариков, заполняющие цепочками выполненные в приводном корпусе замкнутые каналы, содержащие вскрытую для погружения сегментов шариков в винтовые канавки полуосевых элементов прямолинейную рабочую канавку, продольный обводной канал и боковые торообразные возвратные каналы. Продольный обводной канал выполнен с шириной больше одного и меньше двух диаметров шарика (см. описание изобретения SU №1507603, от 7.11.87, опубл. 15.09.89, В60K 17/20, В.-О.А. Люси).

К недостаткам прототипа следует отнести низкую надежность конструкции самоблокирующегося дифференциала вследствие недостаточной площади контакта поверхности шариков с контактирующими поверхностями рабочей канавки и винтовых канавок полуосевых элементов, вызывающей большие нагрузки на шарики. В результате шарики, передавая вращающий момент от корпуса на полуосевые элементы, оказываются зажатыми между собой и передвигаются путем скольжения (юзом), что приводит к сухому трению, интенсивному износу днища канавок, увеличению зазора между шариками, что, в конечном счете, приводит к уменьшению ресурса самоблокирующегося дифференциала.

К тому же форма продольного обводного канала прототипа исключает эффективное блокирование дифференциала. В таком канале, ширина которого больше одного, но меньше двух диаметров шарика, тела качения размещены в шахматном порядке. При движении такой цепочки шариков, они (шарики) распираются (расклиниваются) в стороны, и сила трения их о стенки канала возрастает. Это приводит к увеличению нагрузки на двигатель, увеличивая расход топлива.

Технической задачей заявляемого решения является повышение надежности самоблокирующегося дифференциала транспортного средства и эффективности блокирования.

Поставленная задача решается путем выполнения известного самоблокирующегося дифференциала транспортного средства, содержащего приводной корпус, в котором соосно друг другу размещены связанные с полуосями полуосевые элементы, имеющие на внешней поверхности полукруглые в поперечном сечении винтовые канавки противоположного направления спирали, тела качения в виде шариков, заполняющие цепочкой выполненные в приводном корпусе замкнутые каналы, содержащие вскрытые для погружения сегментов шариков в винтовые канавки полуосевых элементов рабочие канавки, продольные обводные каналы и боковые возвратные каналы, согласно изобретению, внутренняя часть корпуса состоит из трех частей, при этом на крайних частях рабочие канавки выполнены винтовыми противоположного направления спирали по отношению друг другу и к винтовым канавкам полуосевых элементов и угол наклона их соответствует наклону винтовых канавок полуосевых элементов, а средняя часть выполнена с шириной, не превышающей диаметр шариков, и снабжена сквозными осевыми отверстиями по размеру диаметра шариков для передачи шариков из рабочих канавок одной крайней части в рабочие канавки другой крайней части корпуса.

Угол наклона рабочих и винтовых канавок к продольной оси составляет 74-76°.

Боковые возвратные каналы в продольном сечении выполнены с размерами, плавно увеличивающимися от диаметра шарика на концах каналов до полутора диаметра шарика в центральной части каналов.

Продольные обводные каналы в поперечном сечении выполнены по размеру диаметра шариков, а внутренняя сторона их выполнена под уклоном 1-2° к центру обводного канала с плавным переходом в месте соединения.

Выполнение внутренней части корпуса из трех частей, при выполнении на крайних частях рабочих канавок винтовыми противоположного направления спирали по отношению друг другу и к винтовым канавкам полуосевых элементов с углом наклона к продольной оси, соответствующему углу наклона винтовых канавок полуосевых элементов, а средней части со сквозными осевыми отверстиями по размеру диаметра шариков обеспечивает при повороте транспортного средства или при наличии неровностей дорожного покрытия параллельное перемещение шариков по винтовым рабочим канавкам посредством винтовых канавок полуосевых элементов с перемещением их через сквозные отверстия средней части корпуса канавок из одной крайней части в другую крайнюю часть корпуса. При этом шарики по винтовым рабочим канавкам и по винтовым канавкам полуосевых элементов проходят равные расстояния, не препятствуя друг другу. В результате усилие на шарики уменьшается и шарики уже не скользят по канавкам, а катятся. Это улучшает условия смазки самоблокирующегося дифференциала, уменьшает износ шариков и износ днища замкнутого канала по всей его длине, что повышает надежность и срок службы самоблокирующего дифференциала. Кроме того, количество шариков в рабочих канавках увеличивается, что повышает эффективность блокирования и при той же мощности двигателя транспортного средства можно уменьшить габариты шариков и дифференциала в целом.

Выполнение внутренней стороны обводных каналов под уклоном 1-2° к центру канала с плавным переходом в месте соединения, а боковых возвратных каналов в продольном сечении с размерами, плавно увеличивающимися от диаметра шарика на концах боковых возвратных каналов до полутора диаметра в центральной части их, обеспечивает беззазорное движение шариков и всей шариковой цепочки по замкнутому каналу устройства, что повышает его надежность и обеспечивает стабильную, бесперебойную работу самоблокирующего дифференциала. Самоблокирующийся дифференциал работает в неблагоприятных дорожных условиях при любых скоростях движения транспортного средства и при движении как вперед, так и назад. При этом управляемость и безопасность улучшаются. Это делает автомобиль устойчивым и проходимым по любым сложным дорогам.

Кроме того, при торможении самоблокирование устройства повышает эффективность безопасного торможения транспортного средства.

Проведенные патентные исследования не выявили сходных технических решений, что позволяет сделать вывод о новизне и изобретательском уровне заявляемого технического решения.

Отечественная промышленность располагает всеми средствами (материалами, оборудованием и технологией), необходимыми для изготовления заявляемого самоблокирующегося дифференциала и широкого использования его в транспортных средствах.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 - самоблокирующийся дифференциал транспортного средства в продольном разрезе;

на фиг.2 - развертка схемы расположения шариков в зоне между рабочими канавками (сплошные линии) и винтовыми канавками (пунктирные линии) полуосевых элементов;

на фиг 3 - развертка схемы расположения шариков в зоне между винтовыми рабочими канавками и винтовыми канавками полуосевых элементов (при движении цепочки шариков слева направа на размер одного шарика).

Самоблокирующийся дифференциал 1 транспортного средства содержит приводной корпус 2 с крышками 3 и 4, в котором соосно друг другу размещены связанные с полуосями 5 и 6 полуосевые элементы 7 и 8, имеющие на внешней поверхности, например, по три винтовые канавки 9 и 10 противоположного направления спирали, тела качения в виде шариков 11 размером, например, 20 мм, заполняющие цепочками 12 выполненные в приводном корпусе 2 три замкнутых канала 13. Замкнутые каналы 13 содержат вскрытые для погружения сегментов шариков 11 в винтовые канавки 9 и 10 полуосевых элементов 7 и 8 рабочие канавки 14, продольные обводные каналы 15 и боковые возвратные каналы 16, выполненные в крышках 3 и 4 корпуса 2. Внутренняя часть корпуса 2 состоит из трех частей, при этом на крайних частях 17 и 18 рабочие канавки 14 выполнены винтовыми противоположного направления спирали по отношению друг другу и к винтовым канавкам 9 и 10 полуосевых элементов 7 и 8 с углом наклона 74-76° к продольной оси, соответствующим углу наклона винтовых канавок 9 и 10 полуосевых элементов 7 и 8, а средняя часть 20 выполнена с шириной, не превышающей диаметр шариков 11, и снабжена сквозными осевыми отверстиями 20 по размеру диаметра шариков 11 для передачи их (шариков 11) из рабочих канавок 14 одной крайней части, например, 17 в рабочие канавки 14 другой крайней части, например 18 корпуса 2. Боковые возвратные каналы 16 в продольном сечении выполнены с размерами, плавно увеличивающимися от диаметра шарика 11 на концах возвратных каналов 16 до полутора диаметра шариков 11 в центральной части возвратных каналов 16. Поперечное сечение продольных обводных каналов 15 выполнено по размеру диаметра шарика 11, а внутренняя сторона их (обводных каналов 15) выполнена под уклоном 1-2° к центру обводного канала 15 с плавным переходом в месте соединения.

Самоблокирующийся дифференциал 1 работает следующим образом. При прямолинейном движении транспортного средства по хорошей дороге вращающий момент от карданного вала через главную передачу передается на корпус 2 самоблокирующегося дифференциала 1. Далее вращающий момент через шарики 11, контактирующие с винтовыми рабочими канавками 14 корпуса 2 и винтовыми канавками 9 и 10 полуосевых элементов 7 и 8, передается на полуоси 5 и 6 транспортного средства и затем на ведущие колеса, обеспечивая им одинаковую угловую скорость.

При повороте транспортного средства или попадании одного из ведущих колес транспортного средства на неровности дороги (ямка или бугор) колеса, следовательно, и полуоси 5 и 6 с полуосевыми элементами 7 и 8 начинают вращаться с разными угловыми скоростями. При этом шарики 11 начинают перемещаться в зависимости от направления поворота в одну или другую сторону по замкнутому каналу 13: по рабочим канавкам 14 от одной внутренней крайней части 17 корпуса 2 к другой крайней части 18, проходя через сквозные отверстия 20 в средней части 19 корпуса 2 и далее по возвратным 16 и обводным 15 каналам корпуса 2. В результате возникает блокирующий эффект, при котором вращающий момент через полуоси 5 и 6 передается на оба колеса равномерно, не препятствуя повороту транспортного средства. При движении цепочки шариков, состоящей из шариков 21-41, слева направо (при повороте транспортного средства налево) шарики 21-41 при перемещении (перекатывании) их на шаг (на величину диаметра шарика) совершают следующие передвижения:

- шарики 21, 22, 23, 24 и 42, 43, 44, 45, находящиеся в крайней левой части корпуса, посредством винтовых канавок 10 левого полуосевого элемента 8 осуществляют перемещение (перекатывание) по рабочим канавкам вниз по стрелке на фиг.2,

- шарики 27, 28, 29, 30 и 47 48 49 50, находящиеся в крайней правой части корпуса 17, посредством винтовых канавок 9 правого полуосевого элемента 7 осуществляют перемещение (перекатывание) по рабочим канавкам вверх;

- при этом шарик 25 из левой части 18 корпуса 2 переместится в среднюю часть 19 корпуса 2 на место шарика 26 (см. фиг.3),

- а шарик 26 из средней части 19 корпуса 2 переместится в крайнюю правую часть 17 корпуса 2 на место шарика 27,

- шарик 31 войдет в правый возвратный канал 16,

- а шарик 41 выйдет из левого возвратного канала 16 и займет положение (место) шарика 21 в крайней левой части 18 корпуса 2.

При этом в движущейся цепочке шариков:21, 43, 52, 53, 54, 49, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 произойдет замена шариков:

вместо шарика 21 встанет шарик 41, вместо шарика 43 встанет шарик 42,

вместо шарика 52 встанет шарик 51, вместо шарика 53 встанет шарик 52,

вместо шарика 54 встанет шарик 53, вместо шарика 49 встанет шарик 48,

вместо шарика 31 встанет шарик 30, вместо шарика 32 встанет шарик 31,

вместо шарика 33 встанет шарик 32, вместо шарика 34 встанет шарик 33,

вместо шарика 35 встанет шарик 34, вместо шарика 36 встанет шарик 35,

вместо шарика 37 встанет шарик 36, вместо шарика 38 встанет шарик 37,

вместо шарика 39 встанет шарик 38, вместо шарика 40 встанет шарик 39,

вместо шарика 41 встанет шарик 40.

Шарики, проходя по возвратным каналам 16, с размерами, плавно увеличивающимися от диаметра шарика на концах возвратных каналов 16 до полутора диаметра шарика в центральной части возвратного канала 16, свободно перекатываются по ним, попадая в обводные каналы 15, где наличие на внутренней стороне 56 обводного канала 15 уклона 1-2° к центру обводного канала 15 с плавным переходом в месте соединения обеспечивает беззазорное движение шариков и всей шариковой цепочки по замкнутому каналу устройства.

При попадании какого-либо ведущего колеса транспортного средства на скользкий участок дороги происходит резкое снижение сцепления колеса с дорогой. Полуосевой элемент 7 или 8, связанный с колесом, находящимся в хорошем контакте с дорогой, старается перемещать шарики 11 в замкнутом канале корпуса 12, заставляя вращаться другой полуосевой элемент, а через него и колесо, находящееся на скользком участке. И оба колеса начинают вращаться с одинаковой скоростью. Автомобиль продолжает движение без пробуксовывания.

Заявителем изготовлен опытный образец, который в ближайшее время должен пройти испытания.

Изобретение относится к трансмиссиям транспортных средств и может быть использовано в дифференциальных приводах транспортных средств с возможностью автоматической блокировки колес. Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства содержит приводной корпус, в котором соосно друг другу размещены связанные с полуосями полуосевые элементы, имеющие на внешней поверхности полукруглые в поперечном сечении винтовые канавки противоположного направления спирали, тела качения в виде шариков, заполняющие цепочкой выполненные в приводном корпусе замкнутые каналы, содержащие вскрытые для погружения сегментов шариков в винтовые канавки полуосевых элементов рабочие канавки, продольные обводные каналы и боковые возвратные каналы, внутренняя часть корпуса состоит из трех частей. На крайних частях рабочие канавки выполнены винтовыми противоположного направления спирали по отношению друг другу и к винтовым канавкам полуосевых элементов. Средняя часть выполнена с шириной, не превышающей диаметр шариков, и снабжена сквозными осевыми отверстиями по размеру диаметра шариков. Угол наклона рабочих и винтовых канавок к продольной оси составляет 74-76°. Боковые возвратные каналы в продольном сечении выполнены с размерами, плавно увеличивающимися от диаметра шарика на концах каналов до полутора диаметра шарика в центральной части каналов. Продольные обводные каналы в поперечном сечении выполнены по размеру диаметра шариков, а внутренняя сторона их выполнена под уклоном 1-2° к центру обводного канала с плавным переходом в месте соединения. Это позволяет повысить надежность и эффективность блокирования. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства, содержащий приводной корпус, в котором соосно друг другу размещены связанные с полуосями полуосевые элементы, имеющие на внешней поверхности полукруглые в поперечном сечении винтовые канавки противоположного направления спирали, тела качения в виде шариков, заполняющие цепочкой выполненные в приводном корпусе замкнутые каналы, содержащие вскрытые для погружения сегментов шариков в винтовые канавки полуосевых элементов рабочие канавки, продольные обводные каналы и боковые возвратные каналы, отличающийся тем, что внутренняя часть корпуса состоит из трех частей, при этом на крайних частях рабочие канавки выполнены винтовыми противоположного направления спирали по отношению друг другу и к винтовым канавкам полуосевых элементов и угол наклона их соответствует углу наклона винтовых канавок полуосевых элементов, а средняя часть выполнена с шириной, не превышающей диаметр шариков, и снабжена сквозными осевыми отверстиями по размеру диаметра шариков для передачи шариков из рабочих канавок одной крайней части в рабочие канавки другой крайней части корпуса.2. Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства по п.1, отличающийся тем, что угол наклона рабочих и винтовых канавок к продольной оси составляет 74-76°.3. Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства по п.1 или 2, отличающийся тем, что боковые возвратные каналы в продольном сечении выполнены с размерами, плавно увеличивающимися от диаметра шарика на концах каналов до полутора диаметра шарика в центральной части каналов.4. Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства по п.1 или 2, отличающийся тем, что продольные обводные каналы в поперечном сечении выполнены по размеру диаметра шариков, а внутренняя сторона их выполнена под уклоном 1-2° к центру обводного канала с плавным переходом в месте соединения.