ДИФФЕРЕНЦИАЛ Российский патент 2024 года по МПК F16H48/08 

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к конструкции дифференциалов, используемых для привода ведущих колес автомобиля.

Из патента Российской Федерации №2076964 на изобретение (публ. 10.04.1997 г.) известен дифференциал для привода ведущих колес автомобиля.

Дифференциал содержит корпус, выполненный в виде правой и левой коробок, установленные в нем две полуосевые конические шестерни и конические сателлиты, приводящие указанные полуосевые шестерни с размещенными в них полуосями. Зацепленные с полу осевыми шестернями сателлиты расположены на отдельных одинаковых осях сателлитов, закрепленных в отверстиях правой коробки и корпуса крестовины, в центральном отверстии которой установлена стопорная втулка, перекрывающая торцы осей сателлитов. Таким образом, втулка предохраняет оси сателлитов от смещения их внутрь корпуса крестовины.

Крутящий момент с правой коробки сателлитов через одинаковые оси сателлитов передается на сателлиты и зацепленные с ними полуосевые шестерни.

В описанном дифференциале отсутствует какая-либо оптимизация зацепления сателлитов с полуосевыми шестернями, в результате нагрузка на сателлиты неравномерна, что может привести к преждевременному разрушению перенагруженных сателлитов.

В заявке ЕПВ на изобретение №0864779 (публ. 16.09.1998 г.) описан дифференциал для главной передачи автомобиля.

Корпус дифференциала состоит из чашеобразной части корпуса и крышки корпуса, которые определяют продольную геометрическую ось корпуса, вдоль которой проходят приводные валы полуосей. На них с возможностью вращения установлены полуосевые шестерни, выполненные коническими, которые опираются на сферические поверхности частей корпуса в направлении продольной геометрической оси.

Перпендикулярно продольной геометрической оси корпуса расположена крестовина, которая поддерживает с возможностью вращения четыре конических сателлита, находящихся в зацеплении с полуосевыми шестернями. Свободные наружные торцевые области физических осей крестовины, на каждой из которых расположено по сателлиту, входят в продольные пазы части корпуса и защищены от проворачивания уплощенными участками, так что они зафиксированы от вращательных движений корпуса, вызванных приложением усилий к приводному зубчатому колесу, расположенному концетрично продольной геометрической оси корпуса. Пазы открыты в направлении другой части корпуса.

Согласно изобретению сателлиты и крестовина объединены в сборочный узел, в котором четыре сателлита окружены кольцевой обоймой, которая имеет проходные отверстия для осей, на которых установлены сателлиты, или их торцевых участков. В результате части крестовины можно ввести радиально снаружи в обойму вместе с сателлитами перед вставкой обоймы в корпус.Затем этот узел предварительной сборки вводят в корпусную часть. В этом примерном варианте осуществления обойма поддерживается в радиальном и осевом направлении после того, как крышка корпуса помещается в корпус дифференциала.

В указанной заявке отмечено, что обойма также может быть установлена плавающим образом в корпусе с помощью зазоров, однако в этой части техническое решение не конкретизировано.

Наиболее близким по технической сущности является дифференциал, описанный в патенте США на изобретение №7244211 (публ. 17.07.2007 г.), взятый за прототип.

Дифференциал содержит корпус, состоящий из соединенных между собой первой и второй частей. Во внутренней полости, образованной первой и второй частями корпуса установлены две полуосевые шестерни, два сателлита, два антифрикционных тарельчатых элемента, расположенных напротив друг друга, два скользящих тарельчатых ползуна, также расположенных друг напротив друга, и ось сателлитов, которая входит в зацепление со скользящими тарельчатыми ползунами и несет сателлиты.

Первая часть корпуса образована по существу телом вращения, которое в качестве оси вращения имеет ось А вращения дифференциала. Внутреннюю полость корпуса определяет в основном первая часть корпуса, содержащая отверстие для доступа к этой полости. За пределами внутренней полости первая часть корпуса переходит в трубчатую часть, расположенную и направленную напротив отверстия для доступа к этой полости и предназначенную для прохождения полуоси, соединяемой с одной из полуосевых шестерен.

Внутренняя полость первой части корпуса включает по существу цилиндрическую часть, примыкающую к концевой части отверстия для доступа к этой полости, затем она заканчивается нижней поверхностью, которая, со своей стороны, является вогнутой и по существу сферической. В цилиндрической части предусмотрены две внутренние канавки, расположенные противоположно и по существу аксиально. Каждая из этих канавок, дно и стороны которых являются плоскими, образует направляющую, в которой установлен с возможностью скольжения один из двух тарельчатых ползунов. Канавки проходят между двумя точками В и С, которые смещены друг от друга в направлении, параллельном оси А вращения или входной и выходной оси дифференциала.

Рядом с отверстием для доступа первая часть корпуса содержит внешнее радиальное кольцо, которое образует фланец для фиксации коронной шестерни, предназначенной для привода дифференциала. Радиальное кольцо пронизано отверстиями для прохода винтов, фиксирующих коронную шестерню.

Первая часть корпуса представляет собой цельную кованую деталь. Предпочтительно она изготовлена из легкого сплава, такого как алюминиевый сплав. За исключением концевой части, ее внутренняя поверхность не подвергается механической обработке, что компенсирует, по крайней мере частично, дополнительные затраты, связанные с использованием ковки, по сравнению с методом формования.

Вторая часть корпуса также по существу имеет форму тела вращения, осью которого является ось А вращения дифференциала. Она содержит трубчатую часть, предназначенную для прохождения другой полуоси, предназначенной для соединения с другой полуосевой шестерней. Эта трубчатая часть расширяется, а затем переходит в толстую радиальную кольцевую крышку, стенка которой частично определяет внутреннюю полость корпуса. В своей центральной части она также является вогнутой и по существу сферической.

Два тарельчатых ползуна идентичны и имеют по существу кольцеобразную форму. Каждый ползун содержит трубчатое основание, внутреннее сечение которого является сферическим, а внешнее сечение является цилиндрическим, за исключением уровня двух прямолинейных лысок, параллельных друг другу и оси цилиндрической поверхности и расположенных друг напротив друга. Боковые поверхности этих двух лысок предназначены для взаимодействия со сторонами канавок, чтобы обеспечить, с одной стороны, направление соответствующего элемента ползуна, в частности, во время его сборки, а с другой стороны, передачу усилий между первой частью корпуса и осью сателлитов. Внутренняя поверхность трубчатого основания каждого ползуна образует гнездо для одного из концов оси сателлитов. От трубчатого основания расширяется тарельчатое гнездо для одного из сателлитов. Внутренняя поверхность этого гнезда представляет собой вогнутую и, по существу сферическую поверхность вращения и отделена от внутренней поверхности основания кольцевым фланцем, направленным вдоль оси тарельчатого ползуна и предназначенным для центрирования одного из сателлитов.

Каждый тарельчатый ползун представляет собой цельную деталь, изготовленную методом холодной штамповки из металла.

Каждый антифрикционный тарельчатый элемент представляет собой пластину небольшой толщины с центральным отверстием для прохода полуоси и выпуклую в виде сферического купола.

Ось сателлитов образована цилиндрическим стержнем круглого сечения.

Чтобы собрать дифференциал внутрь первой части корпуса сначала вводят тарельчатый антифрикционный элемент, затем полу осевую шестерню. Затем, после установки двух сателлитов и двух тарельчатых ползунов на оси сателлитов, образованный таким образом узел вставляется в первую часть корпуса, при этом основания тарельчатых ползунов располагаются во внутренних канавках цилиндрической части внутренней полости первой части корпуса. Далее, другая полуосевая шестерня и другой тарельчатый антифрикционный элемент также размещаются внутри первой части корпуса, а вторая часть корпуса предварительно устанавливается на уровне отверстия для доступа к полости корпуса.

Затем осуществляется регулировка крутящего момента дифференциала или зазора вдоль оси А механизма внутри корпуса. При этом процессе вторая часть корпуса завинчивается в первую части корпуса при одновременном измерении крутящего момента. В результате первая часть корпуса и вторая часть корпуса удерживают между собой весь механизм и, в частности, полуосевые шестерни, с уменьшенным люфтом в направлении, определяемом осью А.

Хотя дифференциал, описанный в патенте США на изобретение №7244211 в качестве примера содержит только два сателлита, их может быть больше, например три или четыре, что не выходит за рамки изобретения.

Технической проблемой описанного дифференциала является недостаточная равномерность зацепления внутренних связанных между собой шестерен - сателлитов и полуосевых шестерен, поскольку из-за совокупности всех допусков, неточностей изготовления и сборки дифференциала зацепление полуосевых шестерен и сателлитов различаются, что в конечном итоге приводит к перегрузке одних пар зацепления и недогрузке других пар. Ресурс такого дифференциала ограничен возможностью разрушения перегруженных пар зацепления. Частично эта проблема решается наличием возможности осевого смещения оси сателлитов с установленными на нем сателлитами. В то же время, для передающего большие нагрузки дифференциала с четырьмя сателлитами проблема равномерности зацепления зубчатых пар является актуальной.

Указанная техническая проблема в дифференциале, содержащем корпус, состоящий из соединенных между собой первой и второй частей с полуосевой шестерней в каждой из них, между которыми расположены четыре сателлита на крестообразном узле осей, связанных своими концами с ползунами, размещенными в гнездах корпуса с возможностью осевого смещения между полуосевыми шестернями, при этом сателлиты установлены с возможностью углового смещения вместе с крестообразным узлом осей сателлитов и ползунами при взаимодействии с полуосевыми шестернями, решается тем, что каждый ползун выполнен в виде тела с цилиндрической наружной поверхностью, сферической внутренней поверхностью и двумя боковыми поверхностями, взаимодействующими с поверхностями гнезда корпуса.

Полуосевые шестерни и сателлиты выполнены преимущественно коническими.

При этом две боковые поверхности каждого ползуна расположены предпочтительно во взаимно параллельных плоскостях, параллельных геометрической оси дифференциала, проходящей через геометрические оси полуосевых шестерен. Длина каждого ползуна вдоль боковых поверхностей, взаимодействующих с поверхностями гнезда корпуса, преимущественно меньше длины гнезда корпуса.

Гнезда корпуса образованы предпочтительно чередующимися вырезами на его боковой поверхности и могут быть закрыты наружной ограничительной втулкой. Между наружной втулкой и каждым ползуном с установленным в нем концом оси сателлита крестообразного узла осей сателлитов, как правило, сформирован зазор. Крестообразный узел осей сателлитов выполнен предпочтительно составным, а торцы осей сателлитов снабжены выступами, ограничивающими проворот осей сателлитов при сопряжении с соответствующими пазами на ограничительной втулке.

Вырезы, образующие гнезда под установку ползунов могут быть сформированы в первой части корпуса или выступами на первой части корпуса, замкнутыми второй частью корпуса.

Корпус, как правило, снабжен фланцем с отверстиями для крепления ведомой шестерни главной передачи.

Оси сателлитов и ползуны предпочтительно ограничены в радиальном направлении нависающей над ними ведомой шестерней главной передачи, закрепленной на фланце корпуса. При этом между ведомой шестерней главной передачи и каждым ползуном с установленным в нем концом оси сателлита крестообразного узла осей сателлитов может быть сформирован зазор.

Технический результат выражается в разработке дифференциала с четырьмя сателлитами, установленными с возможностью углового смещения при взаимодействии с полуосевыми шестернями с обеспечением равномерности зацепления зубчатых пар.

Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности «новизна». Совокупность отличительных признаков, приводящая к решению поставленной задачи, явным образом не следует из уровня техники, поэтому заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень». В то же время, заявляемое техническое решение применимо в автомобилестроении, поэтому оно соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Заявляемое изобретение представлено на следующих рисунках.

На фиг. 1 приведена взрыв-схема дифференциала с ограничительной втулкой, с пазами для ползунов, выполненными только в одной из частей корпуса.

На фиг. 2 показан общий вид дифференциала с ограничительной втулкой, имеющей специальные пазы для ограничения проворота осей сателлитов, имеющих, в свою очередь, соответствующие выступы на торцах, с пазами для ползунов, выполненными только в одной из частей корпуса, взрыв-схема с ведомой шестерней и крепежными болтами.

На фиг. 3а изображен разрез по оси дифференциала с ограничительной втулкой, с пазами для ползунов, выполненными только в одной из частей корпуса, с соединением частей корпуса болтами крепления ведомой шестерни и радиальными зазорами между ползунами и ограничительной втулкой, образуемыми за счет уменьшения зазора в зацеплении одной из пар сателлитов с полуосевой шестерней.

На фиг. 3б представлен разрез А-А на фиг. 3а.

На фиг. 4а приведен разрез по оси дифференциала с ограничительной втулкой и возможными продольными перекосами крестообразного узла осей сателлитов за счет радиальных зазоров между ползунами и ограничительной втулкой.

На фиг. 4б изображен разрез В-В на фиг. 4а с уменьшением зазора в зацеплении одной из пар сателлитов с полуосевой шестерней.

На фиг. 5 приведена взрыв-схема дифференциала с ограничительной втулкой, установленной между частями корпуса дифференциала, соединенными специальными болтами, с открытыми с одного края пазами для ползунов, выполненными только в одной из частей корпуса.

На фиг. 6 показан общий вид дифференциала с ограничительной втулкой, установленной между частями корпуса дифференциала, соединенными специальными болтами.

На фиг. 7 изображен общий вид дифференциала без ограничительной втулки, с пазами для ползунов, выполненными только в одной из частей корпуса, взрыв-схема с ведомой шестерней и крепежными болтами.

На фиг. 8 показан разрез по оси дифференциала без ограничительной втулки, с пазами для ползунов, выполненными только в одной из частей корпуса, с соединением частей корпуса болтами крепления ведомой шестерни и радиальными зазорами между ползунами и ведомой шестерней.

На фиг. 9 приведен разрез по оси дифференциала без ограничительной втулки, с пазами для ползунов, выполненными только в одной из частей корпуса, и возможными продольными перекосами крестообразного узла осей сателлитов за счет радиальных зазоров между ползунами и ведомой шестерней.

Дифференциал содержит корпус, состоящий из соединенных между собой первой части 1 и второй части 2 с полуосевой шестерней 3 в каждой из них, между которыми расположены четыре сателлита 4 с возможностью вращения на осях 5, объединенных в крестообразный узел 6 осей 5 сателлитов 4. Полуосевые шестерни 3 и сателлиты 4 выполнены преимущественно коническими. Оси 5 сателлитов связаны своими концами с ползунами 7, размещенными в гнездах 8 корпуса с возможностью осевого смещения между полуосевыми шестернями 3. Кроме того, сателлиты 4 установлены с возможностью углового отклонения от перпендикуляра к геометрической оси 13 дифференциала вместе с крестообразным узлом 6 осей 5 сателлитов 4 и ползунами 7 при взаимодействии с полуосевыми шестернями 3.

Каждый ползун 7 выполнен в виде тела с цилиндрической наружной поверхностью 9, сферической внутренней поверхностью 10 и двумя боковыми поверхностями 11, взаимодействующими с поверхностями 12 гнезда 8 корпуса. Две боковые поверхности 11 каждого ползуна 7 расположены предпочтительно во взаимно параллельных плоскостях, параллельных геометрической оси 13 дифференциала, проходящей через геометрические оси полуосевых шестерен 3. Длина каждого ползуна 7 вдоль боковых поверхностей 11, взаимодействующих с поверхностями 12 гнезда 8 корпуса, как правило, меньше длины гнезда 8 корпуса.

Гнезда 8 корпуса образованы предпочтительно чередующимися вырезами на его боковой поверхности, при этом гнезда 8 корпуса могут быть закрыты наружной втулкой 14, ограничивающей перемещение ползунов 7 и осей 5 сателлитов 4 в радиальном направлении (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3а, фиг. 4а). Для предотвращения осевого смещения ограничительной втулки 14 на корпусе может быть установлен и закреплен фиксатор 15, например, в виде пружинного кольца. Между ограничительной втулкой 14 и каждым ползуном 7 с установленным в нем концом оси 5 сателлита 4 крестообразного узла 6 осей 5 сателлитов 4 предпочтительно сформирован зазор 16. Вырезы, формирующие гнезда 8, могут быть сформированы замкнутыми в первой части 1 корпуса. В другом случае (фиг. 5) вырезы могут быть сформированы выступами 17 на первой части 1 корпуса, замкнутыми второй частью 2 корпуса.

Корпус дифференциала, например, первая часть 1 корпуса, или первая и вторая части 1, 2, предпочтительно снабжен фланцем 18 с отверстиями 19 для крепления ведомой шестерни 20 главной передачи. При этом оси 5 сателлитов 4 и ползуны 7 могут быть ограничены в радиальном направлении нависающей над ними ведомой шестерней 20 главной передачи, закрепленной на фланце 18 корпуса (фиг. 7, фиг. 8, фиг. 9). Между ведомой шестерней 20 главной передачи и каждым ползуном 7 с установленным в нем концом оси 5 сателлита 4 крестообразного узла 6 осей 5 сателлитов 4, как правило, сформирован зазор 21.

При сборке дифференциала в первую часть 1 его корпуса через регулировочную шайбу 22 устанавливают первую полуосевую шестерню 3. Затем, в случае выполнения вырезов корпуса выступами 17 на первой части 1 корпуса, замыкаемыми в дальнейшем второй частью 2 корпуса, осуществляют сборку крестообразного узла 6 осей 5 сателлитов 4 с сателлитами 4 и ползунами 7. После этого устанавливают собранный узел в первую часть 1 корпуса дифференциала, размещая при этом ползуны 7 в гнездах 8 корпуса, а точнее между выступами 17 первой части 1 корпуса, организуя зацепление сателлитов 4 с первой полуосевой шестерней 3. Над выступами 17 первой части 1 корпуса располагают наружную втулку 14, ограничивающую перемещение ползунов 7 и осей 5 сателлитов 4 в радиальном направлении. Далее, на первую часть 1 корпуса устанавливают вторую часть 2 корпуса с размещенной в ней через регулировочную шайбу 22 второй полуосевой шестерней 3, также организуя зацепление с ней сателлитов 4, при этом в начальном положении в зоне контакта между зубьями полуосевой шестерни 3 и сателлитов 4 формируется зазор Б. В варианте исполнения сборки дифференциала функцию наружной ограничительной втулки 14 выполняет ведомая шестерня 20 главной передачи, закрепляемая на фланце 18 корпуса и ограничивающая радиальное перемещение ползунов 7 и осей 5 сателлитов 4.

В случае организации гнезд 8 замкнутыми в первой части 1 корпуса (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3а, фиг. 4а), крестообразный узел 6 осей 5 сателлитов 4 выполняется составным, при этом внутри первой части 1 корпуса располагают ползуны 7 и сателлиты 4, а затем вводят составные элементы крестообразного узла 6, например, двойную ось 23 в виде штифта для противоположно устанавливаемых сателлитов 4 и с двух сторон две перпендикулярные одинарные оси 24, которые могут быть ограничены от проворота посредством выступов 25 на торцах, сопрягаемых с соответствующими пазами 26 на ограничительной втулке 14.

При стягивании болтами 27 первой части 1 корпуса и второй части 2 корпуса крестообразный узел 6 осей 5 сателлитов 4 вместе с сателлитами 4 и ползунами 7 при воздействии на них полуосевых шестерен 3 смещается как вдоль общей геометрической оси 13 между полу осевыми шестернями 3, так и на некоторый угол 28 относительно осей 23 и 24 сателлитов 4, обеспечивая большую равномерность зацепления зубчатых пар.

Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области техники будут способны разработать множество альтернативных вариантов осуществления без отступления от объема приложенной формулы изобретения. Сам по себе тот факт, что определенные критерии перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что комбинация этих критериев не может быть использована для получения положительного эффекта.

Изобретение относится к области машиностроения. Дифференциал содержит корпус, состоящий из соединенных между собой первой и второй частей с полуосевой шестерней в каждой из них, между которыми расположены четыре сателлита на осях, объединенных в крестообразный узел осей сателлитов. Оси сателлитов связаны своими концами с ползунами, размещенными в гнездах корпуса с возможностью осевого смещения между полуосевыми шестернями. Кроме того, сателлиты установлены с возможностью углового смещения вместе с крестообразным узлом осей сателлитов и ползунами при взаимодействии с полуосевыми шестернями. Каждый ползун выполнен в виде тела с цилиндрической наружной поверхностью, сферической внутренней поверхностью и двумя боковыми поверхностями, взаимодействующими с поверхностями гнезда корпуса. Обеспечивается равномерность зацепления зубчатых пар. 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Дифференциал, содержащий корпус, состоящий из соединенных между собой первой и второй частей с полуосевой шестерней в каждой из них, между которыми расположены четыре сателлита на крестообразном узле осей, связанных своими концами с ползунами, размещенными в гнездах корпуса с возможностью осевого смещения между полуосевыми шестернями, при этом сателлиты установлены с возможностью углового смещения вместе с крестообразным узлом осей сателлитов и ползунами при взаимодействии с полуосевыми шестернями, отличающийся тем, что каждый ползун выполнен в виде тела с цилиндрической наружной поверхностью, сферической внутренней поверхностью и двумя боковыми поверхностями, взаимодействующими с поверхностями гнезда корпуса.

2. Дифференциал по п. 1, отличающийся тем, что полуосевые шестерни и сателлиты выполнены коническими.

3. Дифференциал по п. 1, отличающийся тем, что две боковые поверхности каждого ползуна расположены во взаимно параллельных плоскостях, параллельных геометрической оси дифференциала, проходящей через геометрические оси полуосевых шестерен.

4. Дифференциал по п. 1, отличающийся тем, что длина каждого ползуна вдоль боковых поверхностей, взаимодействующих с поверхностями гнезда корпуса, меньше длины гнезда корпуса.

5. Дифференциал по п. 1, отличающийся тем, что гнезда корпуса образованы чередующимися вырезами на его боковой поверхности.

6. Дифференциал по п. 5, отличающийся тем, что гнезда корпуса закрыты наружной ограничительной втулкой.

7. Дифференциал по п. 6, отличающийся тем, что между наружной втулкой и каждым ползуном с установленным в нем концом оси сателлита крестообразного узла осей сателлитов сформирован зазор.

8. Дифференциал по п. 6, отличающийся тем, что крестообразный узел осей сателлитов выполнен составным, а торцы осей сателлитов снабжены выступами, ограничивающими проворот осей сателлитов при сопряжении с соответствующими пазами на ограничительной втулке.

9. Дифференциал по п. 5, отличающийся тем, что вырезы сформированы в первой части корпуса.

10. Дифференциал по п. 5, отличающийся тем, что вырезы сформированы выступами на первой части корпуса, замкнутыми второй частью корпуса.

11. Дифференциал по п. 1, отличающийся тем, что корпус снабжен фланцем с отверстиями для крепления ведомой шестерни главной передачи.

12. Дифференциал по п. 11, отличающийся тем, что оси сателлитов и ползуны ограничены в радиальном направлении нависающей над ними ведомой шестерней главной передачи, закрепленной на фланце корпуса.

13. Дифференциал по п. 12, отличающийся тем, что между ведомой шестерней главной передачи и каждым ползуном с установленным в нем концом оси сателлита крестообразного узла осей сателлитов сформирован зазор.