Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства Российский патент 2024 года по МПК B60K17/16 F16H48/20 

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

Известен самоблокирующийся дифференциал транспортного средства по патенту на изобретение № 2324606, содержащий приводной корпус с крышками, в котором соосно друг другу размещены связанные с полуосями полуосевые элементы. Полуосевые элементы имеют на внешней поверхности винтовые канавки противоположного направления спирали, нечетное количество тел качения в виде шариков, один замкнутый канал, содержащий вскрытую для погружения сегментов шариков в винтовые канавки полуосевых элементов рабочую канавку, выполненный в размер диаметра шарика продольный возвратный канал, соединенные переходными каналами, выполненными в крышках приводного корпуса. Внешняя сторона переходных каналов в продольном сечении выполнена с радиусом 1,25 диаметра шарика, а стенка их на выходе в зону соединения с возвратным каналом содержит прямолинейный участок. В крышках выполнена проточка в размер рабочей канавки и для расположения винтовых канавок полуосевых элементов в зоне переходных каналов. Данный дифференциал выбран заявителем в качестве прототипа.

Недостатки прототипа проявляются при установке дифференциала на автомобили, эксплуатируемые на бездорожье или при эксплуатации с повышенными нагрузками, например спортивная езда. При возникновении предельных нагрузок во время эксплуатации возможно разрушение всего узла, так как полуосевые элементы имеют узкие перегородки между винтовыми канавками из-за большого числа рабочих каналов, заполненных цепочками шариков. Большое число цепочек шариков приводит к увеличению винтового шага, и, как следствие к уменьшению диаметра шарика, это приводит к уменьшению перегородки между винтовыми канавками полуосевых элементов. Помимо этого, увеличенный винтовой шаг и большое число цепочек шариков не позволяет увеличить штифты и крепежные элементы, из-за недостатка места в корпусе дифференциала, так как каждый дифференциал имеет определенные габаритные размеры, которые зависят от марки автомобиля, для которого он предназначен. Так же недостатком можно назвать выполнение прямолинейной части в переходном канале, которая вызывает повышенное трение шариков: с внешней стороной замкнутого канала: дна переходных каналов и стенок в местах сопряжения крышек и корпуса (в зоне соединения переходных каналов с возвратным каналом), а с внутренней стороной замкнутого канала в углах перегородки между возвратным каналом и рабочей канавкой, что приводит к износу шариков, истиранию стенок переходных каналов, вызывающих удлинение цепочки шариков, и возникновению зазора между шариками. Кроме того, при выходе из обводных каналов в полость между рабочей канавкой и винтовыми канавками шарики ударяются в торец полуосевых элементов, что приводит к износу и разрушению механизма дифференциала в целом.

Для транспортных средств, которые эксплуатируются в экстремальных условиях, дифференциал которых испытывает постоянные повышенные нагрузки, например при движении по пересеченной местности, бездорожью, снегу, важно чтобы дифференциал обладал повышенной надежностью и улучшенной способностью к дифференцированию.

Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение является повышение надежности конструкции, устранение недостатка прототипа, заключающегося в торможении движения шариков по замкнутому рабочему каналу и, как следствие, снижении дифференцирующей способности.

Техническим результатом является создание самоблокирующегося дифференциала обладающего повышенной надежностью за счет увеличения прочностных свойств конструктивных элементов, а так же обладающего улучшенной дифференцирующей способностью

Технический результат достигается за счет того, что в самоблокирующемся дифференциале транспортного средства, содержащем приводной корпус с крышками, в котором соосно друг другу размещены связанные с полуосями полуосевые элементы, имеющие на внешней поверхности винтовые канавки противоположного направления спирали, нечетное количество тел качения в виде шариков, заполняющих цепочкой выполненный в приводном корпусе с крышками, по меньшей мере, один замкнутый канал, состоящий из рабочего канала, содержащего вскрытую для погружения сегментов шариков в винтовые канавки полуосевых элементов рабочую канавку, выполненного в размер диаметра шарика продольного возвратного канала, соединенных обводными каналами, выполненными в крышках приводного корпуса, а в крышках выполнена проточка в размер рабочей канавки и для расположения винтовых канавок полуосевых элементов в зоне обводных каналов, согласно изобретению, внешняя сторона обводных каналов в продольном сечении выполнена в форме полукруга, а угол подъема винтовых канавок полуосевых элементов относительно их торца составляет 20-50°.

Ось симметрии полукруга, представляющего собой внешнюю сторону обводных каналов в продольном сечении, проходит вдоль линии перехода рабочего канала в обводной канал и в возвратный канал.

Проточки в крышках выполнены шириной, не превышающей 0,75 диаметра шарика.

На корпусе и крышках выполнены сквозные продольные отверстия под сборочные болты, а на торцах корпуса установлены фиксирующие штифты под установочные отверстия, выполненные на торцах крышек.

Одна из крышек корпуса выполнена с фланцем для крепления дифференциала на транспортном средстве.

Выполнение полуосевых элементов, угол подъема винтовых канавок которых относительно их торца составляет 20-50°, позволяет увеличить толщину перегородок между винтовыми канавками полуосевых элементов, что повышает надежность и значительно снижает нагрузку на трение на этих перегородках и приводит к улучшению дифференцирующей способности, а, следовательно, и к улучшению управляемости автомобиля. Кроме того, такой угол подъема винтовых канавок относительно их торца, позволяет применять шарики бóльшего диаметра, вследствие чего уменьшается количество замкнутых каналов, расположенных в корпусе, что приводит к повышению прочностных характеристик корпуса и позволяет использовать крепежные элементы большего диаметра.

Выполнение внешней стороны обводных каналов в форме полукруга в продольном сечении, обеспечивает плавное, без торможения, продвижение цепочки шариков по замкнутому рабочему каналу, а выполнение проточки в крышках в размер рабочей канавки и шириной, не превышающей 0,75 диаметра шарика, обеспечивает возможность удлинения полуосевых элементов с винтовыми канавками и попадания шариков непосредственно из обводных каналов в винтовые канавки полуосевых элементов с последующим попаданием в рабочую канавку корпуса, что исключает износ элементов дифференциала, повышает его надежность, а также обеспечивает увеличение количества шариков, находящихся в зацеплении, для передачи крутящегося момента, что увеличивает коэффициент блокирования.

Совокупность существенных признаков приводит к достижению технического результата - создание самоблокирующегося дифференциала обладающего повышенной надежностью за счет увеличения прочностных свойств конструктивных элементов, а так же обладающего улучшенной дифференцирующей способностью.

В результате проведенных патентных исследований не выявлено известных из уровня техники аналогичных решений, характеризуемых заявляемой совокупностью признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» и «изобретательский уровень», самоблокирующийся дифференциал транспортного средства так же соответствует критерию «промышленная применимость» так как может быть изготовлен в промышленных масштабах с использованием стандартного оборудования.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 - самоблокирующийся дифференциал, сборочный чертеж в продольном разрезе;

на фиг. 2 - самоблокирующийся дифференциал, сборочный чертеж в поперечном разрезе;

на. фиг. 3 - корпус самоблокирующегося дифференциала;

на фиг. 4 - крышка левая самоблокирующегося дифференциала в продольном разрезе;

на фиг. 5 - крышка левая самоблокирующегося дифференциала в продольном разрезе;

на фиг. 6 - крышка правая самоблокирующегося дифференциала в продольном разрезе;

на фиг. 7 - крышка правая самоблокирующегося дифференциала в продольном разрезе;

на фиг. 8 - полуосевой элемент самоблокирующегося дифференциала вид сверху и вид сбоку;

на фиг. 9 - замкнутый канал в продольном разрезе;

на фиг. 10 - показан угол подъема винтовых канавок полуосевого элемента самоблокирующегося дифференциала вид сверху и вид сбоку;

Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства содержит приводной корпус 1 с крышками 2 и 3. В приводном корпусе 1 размещены соосно друг другу связанные с полуосями полуосевые элементы 4 и 5, имеющие на внешней поверхности винтовые канавки 6 и 7 противоположного направления спирали. Винтовая линия канавок 6 и 7 представляет собой пространственную кривую линию одинакового уклона. Крутизна подъема винтовой линии выражается формулой: tanϕ1=h/πd, где h - шаг винтовой линии, a d - диаметр цилиндра. Угол ϕ1, называется углом подъема винтовой линии, то есть винтовых канавок и указан на фиг. 10. В приводном корпусе 1 с крышками 2 и 3 выполнен, по меньшей мере, один замкнутый канал 8 для тел качения в виде шариков 9, заполняющих его цепочкой из нечетного количества шариков 9. Для повышения надежности предпочтительно выполнять три или четыре замкнутых канала. В приведенном случае исполнения, в дифференциале выполнено четыре замкнутых канала 8. Следует отметить, что изготовление трех рабочих каналов позволяет снизить трудозатраты на изготовление и себестоимость. Диаметр шарика 9 зависит от размеров стандартного дифференциала, устанавливаемого на автомобиль в данный момент. Каждый замкнутый канал 8 состоит из рабочего канала 10, содержащего вскрытую для погружения сегментов шариков 9 в винтовые канавки 6 и 7 полуосевых элементов 4 и 5 рабочую канавку 11, и, выполненного в размер диаметра шарика 9 продольного возвратного канала 12, соединенных обводными каналами 13, выполненными в крышках 2 и 3 приводного корпуса 1. Внешняя сторона 14 обводных каналов 13 в продольном сечении выполнена в форме полукруга. Центр, вокруг которого описан полукруг, расположен в крайней точке перегородки между рабочим каналом 10 и возвратным каналом 12. В крышках 2 и 3 выполнена проточка 15 в размер рабочей канавки 11 для расположения винтовых канавок 6 и 7 полуосевых элементов 4 и 5 в зоне обводных каналов 13. Проточки 15 в крышках 2 и 3 выполнены шириной, не превышающей 0,75 диаметра шарика 9. В результате количество шариков 9, передающих крутящий момент на колеса, в одной цепочке увеличивается на два шарика 9 и составляет уже, например, не четыре шарика 9, а шесть. И если учесть, что количество цепочек шариков 9 в дифференциале четыре (по количеству замкнутых каналов 8), то количество шариков 9, передающих крутящий момент на колеса, увеличивается на восемь штук. На приводном корпусе 1 и крышках 2 и 3 выполнены сквозные продольные отверстия 16 и 17 под сборочные болты 18, а на торцах приводного корпуса 1 установлены фиксирующие штифты 19, выполненные на торцах крышек 2 и 3, что значительно упрощает и облегчает сборку дифференциала. За счет уменьшения количества цепочек шариков 9 появляется возможность увеличить диаметр штифтов 19 и диаметр сборочных болтов 18, это предотвращает самопроизвольный поворот крышек 2 и 3 относительно корпуса 1 при повышенных нагрузках.

Кроме того, одна из крышек 2 или 3 приводного корпуса 1 выполнена с фланцем 20 для крепления дифференциала на транспортном средстве, что значительно снижает трудоемкость изготовления дифференциала. В посадочных отверстиях 21 под полуоси, расположенных в крышках 2 и 3, выполнены продольные проточки 22 для лучшего наполнения полостей дифференциала маслом.

Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства работает следующим образом.

При прямолинейном движении транспортного средства по хорошей дороге вращение от приводного корпуса 1 через шарики 9, контактирующие с винтовыми канавками 6 и 7 полуосевых элементов 4 и 5, передается на полуоси транспортного средства и далее на ведущие колеса, обеспечивая им одинаковую угловую скорость.

При повороте транспортного средства или попадании одного из ведущих колес на неровности дороги (ямка или бугор) колеса, а, следовательно, и полуоси полуосевыми элементами 4 и 5 стремятся вращаться с разными угловыми скоростями. При этом шарики 9 начинают перемещаться по замкнутому каналу 8, не препятствуя повороту транспортного средства. Нечетное количество шариков 9 в замкнутом канале 8 обеспечивает свободное движение цепочки шариков 9 с неизменяющимся, минимальным зазором между шариками 9. Шарики 9 в обводных каналах 13 передвигаются без торможения с минимальным трением. В зоне сопряжения обводных каналов 13 и возвратного канала 12 шарики 9, плавно без подклинивания входят в возвратный канал 12. В зоне перехода шариков 9 из обводных каналов 13 в полости между винтовыми 6 и 7 и рабочими 11 канавками шарики 9 первоначально беспрепятственно попадают в винтовые канавки 6 или 7, которые при вращении плавно вводят шарики 9 в рабочие канавки 11.

При попадании какого-либо ведущего колеса транспортного средства на скользкий участок дороги происходит резкое снижение сцепления колеса с дорогой. Полуосевой элемент 4 или 5, связанный с колесом, находящимся в хорошем контакте с дорогой, старается перемещать шарики 9 в замкнутом канале 8 корпуса 1, заставляя вращаться другой полуосевой элемент 4 или 5, а через него и колесо, находящееся на скользком участке. Оба колеса начинают вращаться с одинаковой скоростью и транспортное средства продолжает движение без пробуксовывания.

При движении транспортного средства как вперед, так и назад, устройство безупречно работает как обычный дифференциал классической схемы, не мешающий управлению транспортным средством.

В результате реализации настоящего технического решения улучшается проходимость в бездорожье и надежность при езде в непогоду. Повышается устойчивость движения автомобиля в гололедицу, особенно на поворотах. Испытания предлагаемого самоблокирующегося дифференциала на разных моделях автомобилей в различных климатических условиях показали хорошие результаты.

Изобретение относится к области машиностроения. Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства содержит приводной корпус с крышками, в котором соосно друг другу размещены связанные с полуосями полуосевые элементы, имеющие на внешней поверхности винтовые канавки противоположного направления спирали, нечетное количество тел качения в виде шариков, заполняющих цепочкой выполненный в приводном корпусе с крышками по меньшей мере один замкнутый канал, состоящий из рабочего канала, содержащего вскрытую для погружения сегментов шариков в винтовые канавки полуосевых элементов рабочую канавку, выполненного в размер диаметра шарика продольного возвратного канала, соединенных обводными каналами, выполненными в крышках приводного корпуса. В крышках выполнена проточка в размер рабочей канавки и для расположения винтовых канавок полуосевых элементов в зоне обводных каналов, отличающийся тем, что внешняя сторона обводных каналов в продольном сечении выполнена в форме полукруга, а угол подъема винтовых канавок полуосевых элементов относительно их торца составляет 20-50°. Обеспечивается повышение надежности и улучшение дифференцирующей способности устройства. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства, содержащий приводной корпус с крышками, в котором соосно друг другу размещены связанные с полуосями полуосевые элементы, имеющие на внешней поверхности винтовые канавки противоположного направления спирали, нечетное количество тел качения в виде шариков, заполняющих цепочкой выполненный в приводном корпусе с крышками по меньшей мере один замкнутый канал, состоящий из рабочего канала, содержащего вскрытую для погружения сегментов шариков в винтовые канавки полуосевых элементов рабочую канавку, выполненного в размер диаметра шарика продольного возвратного канала, соединенных обводными каналами, выполненными в крышках приводного корпуса, а в крышках выполнена проточка в размер рабочей канавки и для расположения винтовых канавок полуосевых элементов в зоне обводных каналов, отличающийся тем, что внешняя сторона обводных каналов в продольном сечении выполнена в форме полукруга, а угол подъема винтовых канавок полуосевых элементов относительно их торца составляет 20-50°.

2. Самоблокирующийся дифференциал по п.1, отличающийся тем, что ось симметрии полукруга, представляющего собой внешнюю сторону обводных каналов в продольном сечении, проходит вдоль линии перехода рабочего канала в обводной канал и в возвратный канал.

3. Самоблокирующийся дифференциал по п.1, отличающийся тем, что проточки в крышках выполнены шириной, не превышающей 0,75 диаметра шарика.

4. Самоблокирующийся дифференциал по п.1, отличающийся тем, что на корпусе и крышках выполнены сквозные продольные отверстия под сборочные болты, а на торцах корпуса установлены фиксирующие штифты под установочные отверстия, выполненные на торцах крышек.

5. Самоблокирующийся дифференциал по п.1, отличающийся тем, что одна из крышек корпуса выполнена с фланцем для крепления дифференциала на транспортном средстве.