Крестовина дифференциала транспортного средства (два варианта) Российский патент 2020 года по МПК F16H48/38 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к межколесным дифференциалам ведущих мостов транспортных средств.

Известна крестовина дифференциала транспортного средства, которая состоит из четырех коротких стержней, внутренние концы которых имеют клиновидную форму с углом переднего края 90° между поверхностями передней кромки, образующими наконечник клина, причем внутренние концы втулок клиновидной формы контактируют друг с другом (WO 0188414 (А1), МПК F16H 48/08, опубл. 2001-11-22).

К недостаткам конструкции можно отнести необходимость высокой точности изготовления стержней, т.к. необходимо обеспечить точные линейные размеры и угол переднего края для плотного прилегания друг с другом клиновидных кромок, для того чтобы исключить проворачивание стержней и их смещение в отверстиях чашки дифференциала. Это приводит к износу отверстия чашки дифференциала и самих стержней, и как следствие, к нарушению зубчатого зацепления в шестернях с последующей их поломкой.

Известна крестовина дифференциала, содержащая длинный стержень и два коротких стержня, имеющих форму цилиндра, на одном конце каждого из упомянутых коротких стержней расположена контактная часть, а по центру упомянутого длинного стержня выполнены два паза, которые используются для вставки в них отдельно контактной части каждого короткого стержня, причем форма сечения контактной части совпадает с формой выреза пазов, и когда две контактных части по отдельности плотно вставлены в два паза длинного стержня, два коротких стержня по отдельности перпендикулярны к длинному стержню и коллинеарны по отношению друг к другу, при этом один из них имеет сквозное отверстие вдоль его оси, а другой - глухое резьбовое отверстие, соединительный элемент в виде болта, вставленный в сквозное отверстие короткого стержня, в сквозное отверстие длинного стержня и вкрученное в глухое отверстие другого короткого стержня (RU №142136 U1, МПК F16H 48/38 (2012.01), опубл. 20.06.2014).

Недостатками данной конструкции является низкая надежность конструкции, т.к. соединительный элемент в виде болта, ввернутый в резьбовое отверстие короткого стержня, постепенно выкручивается из-за того, что при работе дифференциала имеют место значительные вибраций деталей и широкие перепады температур от - 20°С при ночной стоянке до 130°С при установившемся движении автомобиля. После выкручивания соединительный элемент (болт) за счет центробежных сил от вращения дифференциала попадает в картер главной передачи, тем самым разрушая ее.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является крестовина межколесного дифференциала, содержащая выполненный в форме цилиндра длинный стержень, по центру которого имеется два паза и сквозное отверстие перпендикулярное к ним, два коротких стержня, каждый из которых имеет сквозное отверстие вдоль его оси, внутренние торцы, которые плотно соприкасаются с поверхностью пазов длинного стержня, таким образом, что два коротких стержня перпендикулярны к длинному стержню и коллинеарны по отношению друг к другу, наружные торцы и соединительный элемент в виде стержня, вставленного в сквозные отверстия длинного и обоих коротких стержней, имеющий головку в виде головки болта, которая соприкасается с наружным торцом одного из коротких стержней, и резьбовой конец с навинченной на него гайкой, соприкасающейся с наружной торцевой поверхностью другого короткого стержня (US 005647814 (А), МПК F16H 48/08, опубл. 1997-07-15).

Недостатком конструкции является увеличенный осевой и радиальный размер крестовины, что также влияет на габарит дифференциала, т.к. для того, чтобы расположить гайку и головку болта соединительного элемента крестовины снаружи чашки дифференциала, необходимо сместить в осевом направлении соединительные фланцы чашки дифференциала и ведомой шестерни, а это значительно увеличивает осевой габарит всего дифференциала.

Была поставлена задача, не снижая надежности крестовины, обеспечить крепление ее стержней соединительным элементом таким образом, чтобы в итоге уменьшить осевые и радиальные размеры крестовины и дифференциала в целом.

В ходе решения задачи прорабатывались следующие варианты:

- для уменьшения осевых и радиальных размеров можно поместить головку болта и гайку внутрь коротких стержней, выполнив в них дополнительные внутренние отверстия диаметром больше, чем диаметр соединительного элемента, тем самым уменьшая толщину их стенок. Но это значительно уменьшает прочность коротких стержней, что под нагрузкой может привести к их поломке;

- для уменьшения осевых и радиальных размеров можно соединить короткие стержни с чашкой дифференциала при помощи сварки. Но это ведет к значительному короблению деталей дифференциала из-за высокой температуры сварки. Также возможно попадание сварочных брызг в полость дифференциала, что приводит к поломке деталей во время работы дифференциала.

Для решения поставленной задачи в крестовине дифференциала транспортного средства, содержащей длинный стержень, по центру которого выполнено два паза и сквозное отверстие, перпендикулярное к ним, два коротких стержня, каждый из которых имеет сквозное отверстие, выполненное вдоль его оси, установленные в пазы длинного стержня перпендикулярно к длинному стержню и коллинеарно по отношению друг к другу таким образом, что их внутренние торцы плотно соприкасаются с поверхностью пазов длинного стержня, соединительный элемент, вставленный в сквозные отверстия длинного и обоих коротких стержней, по первому варианту исполнения длинный стержень имеет одинаковый диаметр по всей длине, внутренние торцы коротких стержней выполнены с двумя внешними пазами, образующими контактную часть, предназначенную для установки в пазы длинного стержня, соединительный элемент выполнен в виде оси, имеет гладкую наружную поверхность и размещенные на концах кольцевые проточки, в которые установлены стопорные кольца, контактирующие с внешней торцевой частью коротких стержней.

По второму варианту исполнения в крестовине дифференциала транспортного средства, содержащей длинный стержень, по центру которого выполнено два паза и сквозное отверстие, перпендикулярное к ним, два коротких стержня, каждый из которых имеет сквозное отверстие, выполненное вдоль его оси, установленные в пазы длинного стержня перпендикулярно к длинному стержню и коллинеарно по отношению друг к другу таким образом, что их внутренние торцы плотно соприкасаются с поверхностью пазов длинного стержня, соединительный элемент, вставленный в сквозные отверстия длинного и обоих коротких стержней, длинный стержень имеет одинаковый диаметр по всей длине, внутренние торцы коротких стержней выполнены с двумя внешними пазами, образующими контактную часть, предназначенную для установки в пазы длинного стержня, соединительный элемент выполнен в виде оси, имеет гладкую наружную поверхность, на одном конце которого имеется кольцевая проточка, куда установлено стопорное кольцо, контактирующее с внешней торцевой частью короткого стержня, а другой конец имеет цилиндрический участок, диаметром большим, чем диаметр оси, также контактирующий с внешней торцевой частью второго короткого стержня.

По обоим вариантам фиксаторы могут быть помещены внутри отверстий, выполненных цекованием на внешних торцах коротких стержней.

Отличительные признаки по первому варианту, заключающаяся в том, что длинный стержень имеет одинаковый диаметр по всей длине, внутренние торцы коротких стержней выполнены с двумя внешними пазами, образующими контактную часть, предназначенную для установки в пазы длинного стержня, соединительный элемент выполнен в виде оси, имеет гладкую наружную поверхность и размещенные на концах кольцевые проточки, в которые установлены стопорные кольца, контактирующие с внешней торцевой частью коротких стержней, по отдельности и в совокупности позволяют уменьшить осевые и радиальные размеры крестовины и дифференциала в целом, добиться высоких показателей по надежности узла.

Отличительные признаки по второму варианту, заключающиеся в том, что соединительный элемент выполнен в виде оси, имеет гладкую наружную поверхность, на одном конце которого имеется кольцевая проточка, куда установлено стопорное кольцо, контактирующее с внешней торцевой частью короткого стержня, а другой конец имеет цилиндрический участок, диаметром большим, чем диаметр оси, также контактирующий с внешней торцевой частью второго короткого стержня, по отдельности и в совокупности также позволяют уменьшить осевые и радиальные размеры крестовины и дифференциала в целом, добиться высоких показателей по надежности узла.

Заявителю не известны крестовины дифференциалов транспортного средства, обладающие указанной совокупностью существенных признаков, и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:

фиг. 1 - крестовина дифференциала транспортного средства в изометрии (вариант 1);

фиг. 2 - то же в разобранном виде;

фиг. 3 - пример установки в дифференциал, вид в разрезе;

фиг. 4 - то же, разрез А-А на фиг. 3;

фиг. 5 - то же, вид на торец короткого стержня с фиксатором в изометрии;

фиг. 6-9 - примеры исполнения фиксаторов.

Крестовина дифференциала содержит выполненные в виде цилиндров длинный стержень 1, два коротких стержня 2, соединительный элемент 3 в виде оси.

Длинный стержень 1 имеет одинаковый диаметр по всей длине, по центру стержня выполнены два паза 4 и сквозное отверстие 5, перпендикулярное к ним. Два коротких стержня 2 имеют сквозное отверстие 6 вдоль оси. Внутренние торцы коротких стержней 2 выполнены с двумя внешними пазами 7, образующими выступы 8 (контактную часть), которыми стержни плотно вставлены в пазы 4 длинного стержня 1 до соприкосновения с его поверхностью. Таким образом короткие стержни 2 перпендикулярны к длинному стержню 1 и коллинеарны по отношению друг к другу, а их выступы 8 соприкасаются с нижней поверхностью пазов 4 длинного стержня 1.

В сквозное отверстие 6 коротких стержней 2 и в сквозное отверстие 5 длинного стержня 1 вставлен соединительный элемент 3, имеющий гладкую наружную поверхность. На его концах имеются проточки 9, в которых установлены фиксаторы, выполненные в виде стопорных колец 10 (вариант 1, фиг. 2, 7 и 9). По второму варианту исполнения в проточке 9, выполненной на одном конце соединительного элемента 3, также установлен фиксатор в виде стопорного кольца 10. Другой конец соединительного элемента 3 имеет фиксатор в виде цилиндрического участка 11, диаметром большим, чем диаметр оси, с образованием буртика 12 (вариант 2, фиг 6, 8.). Стопорные кольца 10 и цилиндрическая часть 11 соприкасаются с внешней поверхностью торцевой части коротких стержней 2. Для еще большего уменьшения радиальных габаритов крестовины фиксаторы 10 и 11 могут быть помещены внутри отверстий 13, выполненных цекованием на внешних торцах коротких стержней 2.

Длинный стержень 1 и внешняя цилиндрическая часть коротких стержней 2 имеют одинаковый диаметр в диапазоне 28-40 мм.

На длинном стержне 1 и коротких стержнях 2 установлены сателлиты 14, взаимодействующие зубчатым зацеплением с полуосевыми шестернями, одна из которых 15 помещена в отверстие чашки 16 дифференциала, а другая 17 - в отверстие ведущей шестерни 18. Ведущая шестерня 18 и чашка 16 дифференциала соединены между собой крепежными элементами 19.

Сборка крестовины и самого дифференциала происходит следующим образом.

В чашку 16 дифференциала сначала помещается полуосевая шестерня 15. Затем в отверстие чашки 16 вставляется длинный стержень 1, на который последовательно надеваются сателлиты 14. Далее в каждый из оставшихся отверстий в чашке 16 дифференциала запрессовываются короткие стержни 2, с надетыми на них сателлитами 14, причем так, что выступы 8 коротких стержней 2 входят в пазы 4 длинного стержня 1 до упора. Затем в сквозные отверстия 6 коротких стержней 2 и сквозное отверстие 5 длинного стержня 1 устанавливается соединительный элемент 3. Далее в проточки 9 соединительного элемента 3 устанавливаются фиксаторы в виде стопорных колец 10 (первый вариант). По второму варианту исполнения одно из стопорных колец 10 заменено на фиксатор в виде цилиндрической части 11, диаметром большим, чем диаметр оси, с образованием буртика 12. После этого к чашке 16 с установленными деталями 15, 1, 14, 2, 3, 10 (или 10 и 11) и другой полуосевой шестерне 17 присоединяется шестерня 18 при помощи крепежных болтов 19. Крестовина дифференциала транспортного средства имеет уменьшенные габариты, надежную конструкцию, а также обеспечивает простоту сборки дифференциала.

Предложенная крестовина может быть изготовлена на стандартном оборудовании с применением освоенных ранее технологий.

Группа изобретений относится к области машиностроения. Крестовина дифференциала транспортного средства содержит выполненные в виде цилиндров длинный стержень, два коротких стержня, соединительный элемент в виде оси. Длинный стержень имеет одинаковый диаметр по всей длине, по центру стержня выполнены два паза и сквозное отверстие, перпендикулярное к ним. Два коротких стержня имеют сквозное отверстие вдоль оси. Внутренние торцы коротких стержней выполнены с двумя внешними пазами, образующими выступы, которыми стержни плотно вставлены в пазы длинного стержня до соприкосновения с его поверхностью. В сквозное отверстие коротких стержней и в сквозное отверстие длинного стержня вставлен соединительный элемент, имеющий гладкую наружную поверхность. На его концах имеются проточки, в которых установлены фиксаторы, выполненные в виде стопорных колец. По второму варианту исполнения в проточке, выполненной на одном конце соединительного элемента, также установлен фиксатор в виде стопорного кольца. Другой конец соединительного элемента имеет фиксатор в виде цилиндрического участка, диаметром большим, чем диаметр оси, с образованием буртика. Обеспечивается уменьшение размеров крестовины при сохранении надежности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Крестовина дифференциала транспортного средства, содержащая длинный стержень, по центру которого выполнено два паза и сквозное отверстие, перпендикулярное к ним, два коротких стержня, каждый из которых имеет сквозное отверстие, выполненное вдоль его оси, установленные в пазы длинного стержня перпендикулярно к длинному стержню и коллинеарно по отношению друг к другу таким образом, что их внутренние торцы плотно соприкасаются с поверхностью пазов длинного стержня, соединительный элемент, вставленный в сквозные отверстия длинного и обоих коротких стержней, фиксаторы, отличающая тем, что длинный стержень имеет одинаковый диаметр по всей длине, внутренние торцы коротких стержней выполнены с двумя внешними пазами, образующими контактную часть, предназначенную для установки в пазы длинного стержня, соединительный элемент выполнен в виде оси, имеет гладкую наружную поверхность и размещенные на концах кольцевые проточки, в которые установлены фиксаторы в виде стопорных колец, контактирующие с внешней торцевой частью коротких стержней.

2. Крестовина по п. 1, отличающаяся тем, что фиксаторы помещены внутри отверстий, выполненных цекованием на внешних торцах коротких стержней.

3. Крестовина дифференциала транспортного средства, содержащая длинный стержень, по центру которого выполнено два паза и сквозное отверстие, перпендикулярное к ним, два коротких стержня, каждый из которых имеет сквозное отверстие вдоль его оси, установленные в пазы длинного стержня перпендикулярно к длинному стержню и коллинеарно по отношению друг к другу таким образом, что их внутренние торцы плотно соприкасаются с поверхностью пазов длинного стержня, соединительный элемент, вставленный в сквозные отверстия длинного и обоих коротких стержней, фиксаторы, отличающая тем, что длинный стержень имеет одинаковый диаметр по всей длине, внутренние торцы коротких стержней выполнены с двумя внешними пазами, образующими контактную часть, предназначенную для установки в пазы длинного стержня, соединительный элемент выполнен в виде оси, имеет гладкую наружную поверхность, на одном конце которой имеется кольцевая проточка, куда установлено стопорное кольцо, контактирующее с внешней торцевой частью короткого стержня, а другой конец имеет цилиндрический участок, диаметром большим, чем диаметр оси, также контактирующий с внешней торцевой частью второго короткого стержня.

4. Крестовина по п. 3, отличающаяся тем, что фиксаторы помещены внутри отверстий, выполненных цекованием на внешних торцах коротких стержней.