САМОБЛОКИРУЮЩИЙСЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛ АВТОМОБИЛЯ Российский патент 2008 года по МПК F16H48/22 F16D41/07 

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в автомобилях и колесных тракторах.

Известен дифференциал транспортного средства, содержащий дифференциальную передачу от двигателя к полуосям ведущих колес, в которой блокировка дифференциала осуществляется моментом от сил трения, возникающим между колесами дифференциала и водилом [1]. Недостатком известного устройства является неполная блокировка, а также снижается КПД трансмиссии, из-за наличия трения.

Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату самоблокирующийся дифференциал колесного транспортного средства [2]. Он содержит две полуоси, дифференциальную передачу, включающую водило, сателлиты, закрепленные на полуосях пару центральных колес и две обгонные муфты двухстороннего действия, в каждой из которых ведомая полумуфта выполнена с жестко смонтированным на водиле стаканом с сосной полуоси цилиндрической поверхностью, а ведущая полумуфта жестко закреплена на полуоси с посаженной на нее с возможностью вращения инерционным диском, фрикционно связанным с полуосью, при этом на инерционном диске подвижно в тангенциальном направлении установлены контактирующие со стаканом подпружиненные относительно инерционного диска заклинивающиеся тела.

Признаки известного устройства (прототипа), совпадающие с заявляемым, следующие. Оно содержит две полуоси, дифференциальную передачу, включающую водило, сателлиты, закрепленные на полуосях пару центральных колес и две обгонные муфты двухстороннего действия, в каждой из которых ведомая полумуфта выполнена с жестко смонтированным на водиле стаканом, а ведущая полумуфта жестко закреплена на полуоси с посаженной на нее с возможностью вращения инерционным диском, при этом на инерционном диске установлены контактирующие со стаканом заклинивающиеся тела.

В прототипе из-за наличия фрикционной связи между полумуфтами саморазблокирование дифференциала невозможно, т.к. для этого необходим автоматический возврат полумуфт в первоначальное положение, которому препятствует момент трения между полумуфтами. Кроме этого при езде по неровностям дороги ввиду наличия ударов и толчков на ведущий мост автомобиля возможно самопроизвольная блокировка дифференциала, т.к. заклинивающие тела имеют возможность перемещения в тангенциальном направлении под действием сил инерции.

Цель предлагаемого изобретения - повышение эксплутационных характеристик автомобиля.

Предлагаемый самоблокирующийся дифференциал автомобиля имеет следующие существенные признаки. Он содержит две полуоси, дифференциальную передачу, включающую водило, сателлиты, закрепленные на полуосях пару центральных колес и две обгонные муфты двухстороннего действия, в каждой из которых ведомая полумуфта выполнена с жестко смонтированным на водиле с эксцентричной полуоси цилиндрической поверхностью стаканом, а ведущая полумуфта жестко закреплена на полуоси с посаженной на нее с возможностью вращения и подпружиненным в тангенциальном направлении относительно полуоси инерционным диском, при этом на инерционном диске жестко закреплены контактирующие со стаканом заклинивающиеся тела.

Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. У предлагаемого устройства в тангенциальном направлении инерционный диск относительно полуоси подпружинен, заклинивающиеся элементы жестко закреплены на инерционном диске, а цилиндрическая поверхность стакана эксцентрична полуоси.

Конструкция самоблокирующегося дифференциала автомобиля дана на фиг.1-3.

Предлагаемая конструкция (фиг.1-3) содержит две полуоси 1, связанные с ведущими колесами автомобиля (не показаны), дифференциальную передачу, включающую кинематически связанное с двигателем (не показан) водило 2, сателлиты 3, закрепленные на полуосях пару центральных колес 4 и две обгонные муфты двустороннего действия. Каждая муфта состоит из ведомой полумуфты с жестко смонтированным на водиле цилиндрическим стаканом 5 с эксцентричной полуоси цилиндрической поверхностью 6, е - эксцентриситет. На полуось посажен с возможностью вращения инерционный диск 7, подпружиненный в тангенциальном направлении двумя пружинами 8. На инерционном диске жестко закреплены контактирующие с внутренней цилиндрической поверхностью стакана заклинивающиеся тела 9, α - угол заклинивания, 10 - регулировочный винт пружины 8а.

Дифференциал работает следующим образом. При неподвижной полуоси 1 или при равномерном ее вращении инерционный диск 7 занимает среднее положение под действием пружин 8 (фиг.2), при котором между заклинивающимися телами 9 и цилиндрической поверхностью стакана имеются зазоры δ₁ и δ₂. При возникновении углового ускорения ε ведущего колеса, посаженного на полуось 1, инерционный диск 7, преодолевая усилия пружин 8, поворачивается относительно полуоси под действием сил инерции М_ИН. При этом зазор δ₁ или δ₂, в зависимости от направления ускорения, выбирается, заклинивающееся тело 9а контактирует с поверхностью 6 цилиндрического стакана 5 в точке К (фиг.3). При этом возможны два варианта:

а) если полуось опережает водило, то происходит сцепление полумуфт заклинивающимся телом и дифференциал блокируется;

б) если полуось отстает от водила, то блокирование дифференциала не происходит.

Для автомобиля или трактора с дизельным двигателем, снабженным топливным насосом высокого давления (ТНВД), имеем следующие параметры.

Параметры дизельного двигателя:

ω_н - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя;

δ_р - степень неравномерности регулятора ТНВД (δ_р≅0,03...0,07);

ε - коэффициент загрузки двигателя по моменту (ε≅0,80);

М_Н - момент на валу двигателя при номинальной частоте вращения;

I - приведенный к коленчатому валу двигателя момент инерции системы: двигатель - трансмиссия - колесо:

,

где I_д - момент инерции двигателя;

I_ТР - приведенный к валу двигателя момент инерции трансмиссии;

I_К - момент инерции проскальзывающего колеса относительно оси колеса.

Параметры самоблокирующегося дифференциала:

f - коэффициент трения скольжения,

П - суммарная тангенциальная сила, действующая на инерционный диск от пружин,

Ψ - угол поворота диска, при котором происходит блокировка дифференциала,

I_o - момент инерции инерционного диска относительно его оси вращения,

R - внутренний радиус инерционного диска;

R_п - радиус приложения усилия пружины.

Эксплуатационные параметры:

ρ - коэффициент, характеризующий интенсивность снижения сцепных свойств почвы (ρ≅2,74);

γ_сц - коэффициент относительного снижения сцепления: , где ϕ_n и ϕ_х - коэффициенты сцепления колес соответственно в плохих и хороших условиях (γ_сц≅0,20...0,50);

λ - коэффициент распределения веса автомобиля на ведущую ось,

G - вес автомобиля,

R_K - радиус качения ведущих колес,

i_д - передаточное отношение дифференциала; в данном случае при проскальзывании одного из колес ;

i - передаточное отношение трансмиссии автомобиля;

η - КПД трансмиссии.

Для выбора жесткости пружины g_п необходимо определить частоту собственных колебаний р инерционного диска. Вышеперечисленные параметры связаны с параметром р следующими соотношениями:

p=u+ν,

где , ,

D=q²+μ³>0,

,

,

, ,

.

Жесткость пружины

.

Разблокирование дифференциала происходит автоматически при заданной разнице моментов сцепления ведущих колес с дорогой, при этом усилие от пружин преодолевает касательные силы трения на поверхностях заклинивающих тел. Для обеспечения самовыключения блокировки дифференциала при заданной разнице моментов сцепления ведущих колес, зависящей от γ_сц, угол заклинивания муфты

,

где .

В процессе движения автомобиля ускорение полуосей возникает при трогании-разгоне, проскальзывании ведущих колес, маневрировании и торможении, при этом параметры самоблокирующегося дифференциала следует выбирать из условия блокировки дифференциала при проскальзывании ведущих колес. Это достигается подбором пружин при заданном значении момента инерции I_о инерционного диска, а регулировочный винт 10 используется для установки оптимального соотношения зазоров δ₁ и δ₂.

Данное устройство можно использовать в различных устройствах как автоматическую муфту для сцепления или рассоединения двух валов при предельных угловых ускорениях.

Источники информации

1. Крайнев А.Ф. Механика машин. Фундаментальный справочник. - 2-е изд. М.: Машиностроение, 2001 (стр.175, рис. в).

2. Пат. РФ №2089409, В60К 17/16 (26.10.94).

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в автомобилях и колесных тракторах. Механизм содержит две полуоси, дифференциальную передачу, включающую водило, сателлиты, закрепленные на полуосях пару центральных колес и две обгонные муфты двухстороннего действия. В каждой из двух обгонных муфт ведомая полумуфта выполнена с жестко смонтированным на водиле с эксцентричной полуоси цилиндрической поверхностью стаканом. Ведущая полумуфта каждой из двух обгонных муфт жестко закреплена на полуоси с посаженным на нее с возможностью вращения и подпружиненным в тангенциальном направлении относительно полуоси инерционным диском. На инерционном диске жестко закреплены контактирующие со стаканом заклинивающиеся тела. Это позволяет повысить эксплуатационные характеристики автомобиля. 3 ил.

Самоблокирующийся дифференциал автомобиля, содержащий две полуоси, дифференциальную передачу, включающую водило, сателлиты, закрепленные на полуосях пару центральных колес и две обгонные муфты двухстороннего действия, в каждой из которых ведомая полумуфта выполнена с жестко смонтированным на водиле стаканом, а ведущая полумуфта жестко закреплена на полуоси с посаженным на нее с возможностью вращения инерционным диском, при этом на инерционном диске установлены контактирующие со стаканом заклинивающиеся тела, отличающийся тем, что в тангенциальном направлении инерционный диск относительно полуоси подпружинен, заклинивающиеся элементы жестко закреплены на инерционном диске, а цилиндрическая поверхность стакана эксцентрична полуоси.