Блок привода дифференциала с принудительным сцеплением Советский патент 1986 года по МПК B60K17/16 F16H48/22 

f

Изобретение относится к машино- строению, преимущественно к транспортным средствам.

Целью изобретения является повышение срока службы.

На фиг. 1 представлена конструкция дифференциала, поперечное сечение (первый вариант); на фиг. 2 - центральное приводное кольцо дифференциала и два нажимных кольца в процессе нормальной работы привода, т.е. когда обе оси приводятся в движение с одной и той же скоростью; на фиг. 3- стопорное кольцо и два нажимньга: кольца, соответствующие относительному расположению находящихся в зацеплении зубьев в ходе условий нормального привода; на фиг. /-i - то же, что на фиг. 2, но нажимное кольцо отцеплено от центрального приводного кольца, причем его муфта отсоединена для обеспечения свободного вращения колеса расположенной с правой стороны оси; на фиг. 5 - то же, что на фиг, 3, но показьгоающее относительное размещение сцепленных зубьев стопорного кольца и двух нажимных колец в ходе условий работы, представленных на фиг. 4; на фиг. 6 - частичное поперечное сечение, соответствующее случаю, когда отсоединен ряд частей, которые образуют дифференциал; на фиг. 7 - поперечное сечение дифференциала, имеющего сцепление дискового типа (второй вариант); на фиг. 8 - частичное поперечное сечение, изображающее некоторые части, которые образуют сцепление дискового типа в дифференциале, показанном на фиг. 7,

На фиг. 1 показан дифференциал в соответствии с предлагаемым изобретением, в котором используется муфта конического типа. Дифференциал содержит вращаемый внешний кожух или корпус 1. Корпус образован частью 2, имеющей фланец, и противоположной частью 3, между которыми расположен ПЛОСКИЙ кольцеобразный элемент 4. Две части корпуса скреплены вместе болтами 5, которые проходят через находящиеся на одной оси отверстия в каждой из частей, а также через отверстия 6, проделанные в плоском кольце. Отверстия в противоположной части 3 снабже- .вы винтовой нарезкой, так что болты могут механически соединять две части вместе, Ьбразуя при этом полый корпус

Каждая из частей снабжена с выполненным в форме рукава концевым эле-

5

10

37072

ментом для подшипника 7, вокруг которого установлен подшипник 8, Подшипник 8 закреплен внутри внешней конструкции дифференциала или внешнего корпуса, которьй является неподвижным, так что корпус 3 может вращаться внутри него на подшипниках 8. Неподвижный корпус имеет стандартную конструкцию.

Стандартная коническая зубчатая передача 9 прикреплена к фланцу 10, , который выполнен как единое целое с имеющей фланец частью 1 корпуса. Для прикрепления зубчатой конической передачи к фланцу используются болты 11 . Зубчатая коническая передача сцепляется с приводньп зубчатым колесом 12, закрепленным на конце приводного вала 13, который может соответствовать карданному или приводному валу двигателя, которые имеют стандартную конструкцию.

Пара осей или валов 14 выступает внутрь корпуса через концы для установки подшипников 7, Внутренние кон- 25 мр1 осей снабжены шлицами 15, Ступицы или кольца осей 16, имеющие выполненные в форме шлиц зубья 17, выступают и сцепляются с имеющими шлицы внутренними концами 15 осей так, что ступицы могут скользить в осевом направлении по осям.

15

20

30

Центральное приводное кольцо или нажимной элемент 18 выполнены как единое целое с плоским кольцеобразным элементом, который разделяет две части корпуса. Таким образом, центральное приводное .кольцо вращается вместе d корпусом как с его частью. Противоположные поверхности центрального приводного кольца снабжены клинообразными зубьями 19, которые в поперечном сечении имеют V-образную форму.

Центральное приводное кольцо рас- 1:оложено между парой на кимных колец 20, каждое из которых имеет клинообразные зубья 21, предназначенные для зацепления или соединения с зубьями 19 центрального приводного кольца.

К.аждое из нажимных колец также снабжено внутренним шлицем 22,

Стопорное кольцо или так называемое поперечное кольцо 23 расположено внутри корпуса соосно и с высту- пающим черрз центры нажимных колец и центральное приводное кольцо, Шли- цевые зубья 24, выполненные на стопорном кольце., на его противоположных кромках, свободна сцепляются с

зубьями шлиц 22 нажимных колец 20. Шлицевые зубья 24 стопорного кольца могут быть выполнены в виде пары пространственно разнесенных друг от друга образований, напоминающих зубья шестерни, или в другом вариан те в качестве образования соответствующего одному зубу, выступающему полностью по поверхности кольца.

Ободы 25 нажимных колец 20 значи тельно расширены и каждый из них снабжен внутренней конической сцепляющей поверхностью 26, которая контактирует с внешней конической сцепляющей поверхностью 27, предусмотрен ной на сцепляющей втулке соседней оси 16. Каждая втулка выполнена таким образом, что в ней имеется внешняя коническая часть 28, которая входит в коническое гнездо 29, выполненное внутри частей корпуса 2 и 3 (фиг. I) .

Спиральная пружина 30 охватывает стопорное кольцо, а ее противоположные концы упираются в противоположно расположенные нажимные кольца. Спиральная пружина обеспечивает небольшое, действующее в осевом направлении и направленное во внешнее пространство, давление, оказываемое на нажимные кольца, так что они в нормальных условиях имеют тенденцию фактически мгновенно двигаться во внеш- нее пространство для сцепления муфт.

Работа дифференциала схематически иллюстрируется на фиг. 2-5. Центральное приводное кольцо или нажимной элемент 18 приводится во вращательно движение вращающимся корпусом, как показано большой стрелкой. По мере вращения центрального приводного кольца его клинообразные зубья 19 зацепляются и заклиниваются с соседними клинообразными зубьями 21 каждого из соседних нажимных колец 20. Обеспечивающее заклинивание усилие показано маленькими стрелами, изображенными на сцепляюищхся зубьях. Таким образом, вращательное движение центрального приводного зубчатого механизма приводит к тому, что нажим ные кольца начинают вращаться аналогичным образом. Прижимные конические поверхности сцепления или сцепляемой поверхности 26 обеспечивают контакт с соответствующими коническими поверхностями 27 сцепления на втулках сцепления с двойным конусом. Поэтому

to

20

25

5

0

0

5

0

5

втулки вращаются вместе р нажимными кольцами, вследствие того, что они со- соединены с помощью шлиц с осями, причем оси вращаются с той же самой скоростью, которая соответствует скорости перемещения транспортного средства по прямолинейной траектории.

Величина смещения в осевом направлении во внешнее пространство, совершаемого прижимными кольцами под воздействием заклинивающего воздействия, обуславливаемого сцеплением клинообразных зубьев, может быть порядка 20- 30 тысячных Дюйма. Чем меньше величина этого перемещения, тем короче время сцепления. Обычно время сцепления является очень малым, так что фактически обеспечивается мгновенное сцепление, что фактически увеличивгет время во всех практически наблюдаемых,- случаях, в течение которого обе ведущих оси получают крутящий момент с выхода дифференциала.

В ходе условий привода (фиг. 2) стопорное кольцо или поперечное кольцо 23 находится в положении, когда его шлицевые зубья 24 находятся по центру относительно зубьев шлиц 24 нажимных колец. Сцепленные зубья шлиц 22 и шлицы стопорного кольца- имеют некоторую слабину, так что обеспечивается мертвый ход достаточной величины, чтобы обеспечить центрирование зубьев (фиг. 3) .

На фиг. 4 показано правое нажимное кольцо 20, показанное в отсоединенном положении от соединения его в сцеплении с втулкой оси. Условие, подобное этому, возникает в том случае, когда транспортное средство делает поворот налево или перемещается по направленной влево криволинейной траектории, так что располо женное справа колесо должно вращаться с большей ск(ростью по сравнению с левым колесом. В течение периода времени существования этой большей скорости вал расположенного справа колеса вращается с большей скоростью, чем центральное приводное кольцо и корпус 1 дифференциала.

Когда вал вращается быстрее, чем приводное кольцо, то вследствие соединения сцепления между втулкой оси 16 и соседним нажимным кольцом, это нажимное кольцо приобретает тенденцш к вращению с большей скоростью по сравнению с центральным приводным

кольцом. Это приводит к тому, что про исходит разъединение сцепленных зубьев (фиг, 4) вследствие того, что зубья нажимного кольца перемещаются вперед быстрее, чем клинообразные зубья центрального приводного кольца. Таким образом, задняя поверхность зубьев нажимного кольца отходит в сторону от передней поверхности зубьев центрального приводного кольца, Это перемещение могло бы привести к продолжению контактирования зубьев до тех пор, пока они не придут в контакт своими противоположными поверхности- ми. т,е. непрерывное перемещение могло бы привести к тому, что передние поверхности зубьев налсимного кольид будут контактировать с задними поверх ностями зубьев центрального кольца.

Однако для того, чтобы предотвра тить мгновенно.отделяющиеся клинообразные зубья от поворотного контактирования своими противоположньми поверхностями, стопорное кольцо 23 размещается таким образом, что его зубья контактируют с поверхностями зубьев двух нажимных колец. Как можно видеть на фиг. 5, задние поверхности зубьев на правом нажимном коль- це контактируют с передними поверхностями зубьев шлиц .стопорного кольца. Обратный процесс про исходит на зубьях расположенных с левой стороны. Другими словами, преодолевается мертвый ход, и зубья входят в контакт таким образом, что они образуют стопор и в результате этого удерживают клинообразные зубья в положении, показанном на фиг. 4.

Вследствие того, что клинообразные зубья (фиг, 4) не контактируют на правой от них стороне, расположенное справа нажимное кольцо имеет тенденцию перемещаться во внутрь в осевом направлении, т„е, влево, и центрировать себя в ненагруженном положении. Следовательно, происходит разделение взаимодействующих между собой сцепляющихся поверхностей. Теперь втулка оси отсоединяется от нажимного кольца, в результате чего оно приобретает возможность вращаться свободно и независимо от центрального приводного кольца, В результате этого расположенная справа ось вращается свободно, т.е. на нее не передается крутящий момент. Однако ось находящаяся о. правой стороны, по-преж

п

5 ,,

5

0

нему остается под воздействием крутящего момента двигателя, при этом левое нажимное кольцо контактирует своими зубьями с клинообразными зубьями центрального приводного кольца и действует обычным образом.

Взаимодействующие друг с другом, но свободно сцепленные зубья стопор- иого кольца и 1алицы нажимного кольца образуют вместе стопор. В одном положении этот стопор обеспечивает воз можность для клинообразных зубьев центр-зльного кольца входить в зацепление с зубьями нажимного кольца, в другом положении, т,е, когда одна из осей вращается с большей, чем корпус, скоростью, этот стопор обеспечивает возможность отсоединения клинообразных зубьев и удерживания их в этом состоянии,,

В течение промежутка времени, когда клинообразные зубья находятся в . зацсшшнии, силы, обуславливающие заклинивающее воздействие, принуждают соответствующие нажимные кольца перемещаться во внешнее пространство. Однако, когда они не взаимодействуют друг с другом, имеется присущая нажимным кольцам тенденция двигаться вовнутрь. Для того, чтобы обеспечить возможность немедленного реагирования контактного сцепления, спиральная пру- пружина 30 обеспечивает небольшое пружинное воздействие, которое в обыч нык условиях. вын гждает оба нажимных кольца разделиться и двигаться в осевом направлении во внешнее пространство для того, чтобы занять положения, обеспечивающие сцепление при контакте,

Относительные пропорциональные раз- размеры, которые необходимо придать элементам-дифференциала для того, чтобы обеспечить самоблокирование сцеплений дифференциала конической ч формы, могут быть выражены следующим математическим соотношением:

ТагВ (tarA) г/4 RV, где Б - угол нажима, кулачковый угол; г - средний радиус кулачкового сцепления; R - средний радиус поверхлости сцепления; V коэффициент трения; А - угол конуса.

Угол нажима В соответствует углу поверхности клииообразного зуба относительно высо-1 fjj или линии, которая делит пополам треугольник, образован-

ный противоположными поверхностями ;соседних зубьев. Другими словами эт соответствует углу между гипотенузой (поверхности зуба) и высотой равност роннего треугольника, образованного соседними поверхностями клинообразного зуба.

Хотя сцепление относится к устройствам конического типа, могут также использоваться сцепления дискового типа, что зависит от требований, предъявляемых к дифференциалу. Таким образом, на фиг. 7 и 8 представлена модификация предлагаемого устройства которая подобная по типу действия и конструкции той, которая показана на фиг. , но в которой используются сцепления дискового типа вместо . конических сцеплений. На фиг. 7 показана конструкция дифференциала, которая включает корпус 1, выполненный из противоположных по виду частей 2 и 3, подобный корпусу, показанному на фиг. 1. Противоположные оси или валы 14 входят внутрь корпуса таким же образом, как это было описано выше, причем каждая из осей включает втулку оси 16j в которой имеются внутренние шлицы, приходящие в зацепление с внутренними шлицами, образо- ванными на внутренних концах валов 14

Внутренние или торцовые концы втулки оси 31 имеют уменьшенный диаметр и окружены стопорным кольцом 32 которое имеет внешний шлицевой зуб 33. Спиральная пружина 34 окружает снабженное шлицем стопорное кольцо и закрепляется внутри открытого центра центрального приводного кольца 18, которое подобно центральному привод- ному кольцу.

Нажимные кольца 20 имеют клинообразные зубья 21, которые сцепляются с имеющими соответствующую форму клинообразными зубьями 19, расположен- ными на центральном приводном кольце 18.

Нажимное кольцо 20 включает зуб, имеющий конфигурацию внутреннего шли ца 22, который сцепляется с шлицевыми зубьями стопорного кольца точно таким же образом, как показано на фиг. 3 и 4 при рассмотрении варианта практического осздцествления, показанного на фиг. 1. Однако второй зуб 35, имеющий конфигурацию шлица выполнен на внешней поверхности на- ядамных колец. Эти зубья 35 сцепля10

t5

20

25

о о- , 30.

35 40

2370728

ются с внутренними шлицами 36,-вы-, подненными на кольцах 37 сцепления, которые окружают нажимные кольца.

Множество плоских пластин 38 сцепления окружают каждую втулку 31 и зажаты между контактирующей поверхностью 39 внешней пластины нажимного кольца и кольцевым образов анием 40, имеющим форму наковальни или ребра, выполненным внутри корпуса (фиг..7) .

Пластины 38 сцепления перемежаются пластинами, имеющими внешние выемки, в которые входят зубья шлица 36 внешнего кольца 32 сцепления, и пластинами уменьшенного диаметра, которые имеют внутренние выемки, в которые входят зубья 41 шлицевого типа втулг- ки 31. Таким образом, пластины 39 сцепления попеременно располага отся между пластинами увеличенного диаметра 42 и уменьшенного диаметра 43, которые сжимаются вместе под давлени ем поверхности 39 нажимного кольца, направленным в сторону кольцевого образования 40. Это давление возникает в том случае, когда зубья нажимного кольца 21 входят в контакт и приводятся в движение клинообразными зубьями 19 центрального приводного кольца, как показано на фиг. 2..

Когда ось начинает вращаться с превышением скорости, связанная с ней нажимная пластина перемещается в .образованное зазором пространственное

фиг. 4, т.е. где происходит отсоединение клинообразных зубьев, и плоская, передающая давление поверхность, или поверхность 39 сцепления движет- ся в осевом направлении вовнутрь в сторону центрального приводного кольца таким образом, чтобы снять давление, прикладываемое к пластинам сцепления, и разомкнуть сцепление.

Внутренний шлиц 22 нажимного кольца 20 находится в контакте и скользит в осевом направлении относительно шлица 33 стопорного кольца 32 для того, чтобы-обеспечить возможность стопорного и отделяющего действия, которое представлено на фиг. 5.

Как и в случае сцепления конического типа, обеспечение небольшого перемещения в осевом направлении нажимного кольца, величина которого находится в пределах нескольких тысячных дюйма, оказывается достаточным для ;того, чтобы обеспечить сцепление или

расцепление системы сцепления для этой конкретной оси. Таким образом, обеспечивается минимальный износ по- верхностей сцепления, а сам процесс сцепления и .отсоединения осуществляется практически мгновенно. В сцеплении дискового типа,равно как и в сцеплении. конического типа,поверхности сцепления находятся в контакте,когда скорости элементов одинаковы,что фактически исключает износ, связанньй с введением в контакт или размыканием контакта.

Относительные пропорции элементов необходимых для обеспечения дифферен-

3707210

циала дисков.ого типа (фиг. 7 и 8), который обеспечивал бы самоблокирование элементов сцепления такого дифференциала, несколько отличаются от пропорций,, выраженных математическим- соотношением, приведенным вьппе в связи со сцеплением конического типа. Это соотношение имеет следующий вид: ТагВ r/RNVj где В угол нагрузки, кулачковый угол; г - средний радиус иалшмного сцепления; R - средний радиус поверхности сцепления; N - число фрикционных поверхностей; V - коэффициент трения.

iO

7

фиг. 1

ГГ

74

19

2027

22

11

.4

4

J

f

20

фиг. 2

фиг.4

в

фиг.З

3

T-l

3

т

п

/

23

фиг. 5

26

2S

J7

22

JJ,

J

фиг. 8

Составитель С, Панкратов Редактор В. Иванова Техред л„Сердюкова Корректор Г, Решетник

Заказ 3 100/59 Тираж 647Подписное

ВНИИПИ Государе ТВ euHoi o комитета СССР

по делам изобретений и открытиз 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производствечио-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4