Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства Советский патент 1989 года по МПК B60K17/16 F16H48/20 

/

Фиг.1

31507603

находящейся между полуосевыми шестернями, причем самоблокирование достигается уменьшением передаваемой силы от одной полуосевой шестерни к другой ; через РЯД шариков, находившихся в бесконечном канале. Для улучшения управляемости быстроходных транспортных средств рабочая часть бесконечного канала, где шарики прижаты друг к другу при ускорении -- увеличении скорости - транспортного средства, выполнена с большей кривизной, чем рабочая часть бесконечного канала, где шарики прижаты друг к другу при торможении транспортного средства двигателем. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению , в частности, к трансмиссиям транспортных средств, и может быть применено на всех транспортных средствах, где требуется дифференциал, преимущественно на гоночных машинах, на вездеходах и тракторах. Цель изобретения - упрощение конструкции. Самоблокирующийся дифференциал состоит из корпуса 1 и полуосевых шестерен 5, 6 в нем, которые профилированы по шарикам 3, и шариков 3 в бесконечном(ых) канале (ах) 2 корпуса 1. С целью самораспределения силы между полуосевыми шестернями 5, 6 пропорционально передаваемому силовому моменту корпус дифференциала имеет минимум один бесконечный канал 2, заполненный рядом с минимальным суммарным зазором шариков 3, имеющих возможность перемещения в бесконечном канале и которые введены в зацепление в полуоткрытой параллельно оси части канала с соответствующими полуосевыми шестернями 5, 6. Шарики 3, которые передают силовой момент от корпуса дифференциала к полуосевым шестерням и одновременно от одной полуосевой шестерни к другой, прижаты друг к другу в одной из зон, находящейся между полуосевыми шестернями, причем самоблокирование достигается уменьшением передаваемой силы от одной полуосевой шестерни к другой через ряд шариков, находившихся в бесконечном канале. Для улучшения управляемости быстроходных транспортных средств рабочая часть бесконечного канала, где шарики прижаты друг к другу при ускорении - увеличении скорости - транспортного средства, выполнена с большей кривизной, чем рабочая часть бесконечного канала, где шарики прижаты друг к другу при торможении транспортного средства двигателем. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к трансмиссиям транспортных средств, и может быть применено во всех трансмиссиях транспортных средств, где требуется дифференциал, преимущественно на гоночных машинах,вездеходах и тракторах.

Цель изобретения - упрощение конструкции.

На фиг, .изображен дифференциал, разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З аксиометрическое изображение сил, возникающих при передаче силы от полуосевой шестерни ,к шарику, находящемуся в полуоткрытой части бесконечного канала;на фиг.4 - изображена часть торообразного канала; на фиг„5 часть, канала шириной 1-2 диаметра шарика.

Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства (фиг.1, 2) со- держит корпус 1, внутри которого в бесконечном(ых) канале(ах) 2 расположены шарики 3} имеющие возможность передвижения в канале(ах) 2 и введение в зацепление в полуоткрытой час- ти канала k с полуосевыми шестернями 5 и 6, имеюш.ими винтовые пазы 7 противоположного направления спиралей, профилированные по шарикам.

Дифференциал работает следующим образом.

При вращении корпуса 1 дифференциала силы} воздействующие на шарики 3 и возникающие в зацеплении шариков 3 с соответствующими полуосевыми винтовыми шестернями 5 и 6, держат шарики в части Б или Б бесконечного канала 2 прижатом друг к другу состоянии и заставляют вращаться шестерни 5 и 6 с угловой скоростью, среднее значение которой равно угловой скорости корпуса 1 дифференциала.

При неравных угловых скоростях полуосевых шестерен 5 и 6, что обус5

5 0

0

5 0

5

ловлено изменением направления транспортного средства или неровностью дорожного покрытия, шарики 3 в канале 2 перемещаются, потому что связанная с отстающим колесом полуосевая шестерня при вращении корпуса 1 освобождает шарики в зоне Б, в то же время толкая шарики в зоне В канала 2 к другой шестерне и ликвидируя уравновешивающую силу совершающейся блокировки,

При увеличении скорости в случае попадания одного из колес транспортного средства на скользкую поверхность полуосевая шестерня, связанная с колесом, находящимся в хорошем контакте с дорожным покрытием, старается перемещать шарики в бесконечном канале корпуса дифференциала, тем самым заставляя вращаться другую полуосевую шестерню, а через нее и колесо на скользкой поверхности. Но сила, переданная шариками к другой полуосевой шестерне, уменьшается в основном в зЬне Б (фиг,1), где прижатие шариков 3 друг к- другу зависит от сил трения шариков о полуосевые шестерни Б, 6 и стенки канала 2, а также о шарики 3..

При торможении двигателем и использовании заднего хода полуОсевые винтовые шестерни прижимают шарики друг к другу на прямом участке, канала, отмеченном буквой В (фиг.1). Сила, передаваемая шариками от одной полуосевой шестерни к другой, уменьшается практически лишь за счет сил трения шариков в зацеплении с полуосевыми шестернями,

Для обоснования положительного эффекта от использования предлагаемой конструкции дифференциала приведем следующие расчеты.

На фиг.1 и 2 видно, что в данной конструкции бесконечный канал 2 состоит из двух участков торообразного

канала 180 и двух участков прямого канала, соединяющих торообразные участки канала, причем диаметр прямого полуоткрытого участка канала, где шарики введены в зацепление с полуосевыми шестернями, выполнен близким к диаметру шарика, обеспечивающая хорошее зацепление шариков с полуосевыми шестернями. Ширина (диаметр, овальность) остальной части канала больше одного и меньше двух диаметров шарика (в зависимости от нужного коэффициента блокировки).

Рассмотрим крайний случай, когда одно колесо, связанное с полуосевой шестерней дифференциала, находится в хорошем контакте с дорогой, а другое - в плохом, на грани буксования. В этом случае момент, приложенный к второму колесу, зависит от механического КПД п. передачи момента дифференциалом

мин мдкс 7т

КзОУбОЗ

Из отношения большего момента к меньшему, которое назыпают коэффициентом блокировки, получим связь между коэффициентом блокировки и КПД передачи дифференциалом силы:

К L -atfМмич

М,.

М КС

к -

1™

,.;

(М

к -. .-;

1- , ,в

Мм.

,„

:5)

где М

Мин

М

Считается,что применение диффе- 15 ренциалов с Kj- 2,5- рационально.

На фиг.З для определения КПД передачи силы РШ, влияющей на шарик(и) полуосевой шестерни к силе Р, передаваемой шарикам в зацеплении про- 20 продольно оси канала, с целью упрощения расчетов предположим, что компонент N силы FUJ перпендикулярен стенке канала и из-за конструктивных особенностей полуосевых шестерен момент, приложенный к по- 25 равен силе Р, действующей на шарики луосевой шестерне, свя- продольно оси канала, В этом случае

угол if между силой и его компонентом Р равен 5

Предположим также, что угол J луосевой шестерне, свя- о между силой N и его компонентом F,v, занной с колесом в хоро- равен 45. В этом случае , - КПД

при передаче силы от полуосевой шестерни к шарикам - практически равен 2„ - КПД при передаче силы от шариков к полуосевым шестерням

занной с колесом на скользкой дороге; д - момент, приложенный к пошем зацеплении с дорогой, причем суммарный момент, передаваемый дифференциалом

Mj- M,дкc + М мин (2)

Механический КПД 1 в предлагаемой конструкции зависит от раздельно взятых КПД составляющих элементов шариковой передачи:

1 , -li f i- (3) где 7i КПД при передаче силы от полуосевой шестерни к шарикам; Ч КПД при передаче силы шарикам в торообразной части

канала

Ч, - КПД при передаче силы шарикам в прямой части канала с шириной 1-2 диаметра шарика ;

1 - КПД при передаче силы шарикам во второй торообразной части канала 180 ; - КПД при передаче силы от шариков к полуосевой шестерне.

В формуле (3) не учтены потери трения в подшипниках и потери при изменении направления движения шариков в канале.

35

40

45

50

55

Ь .- (6) Равны также 7 ., + , - КПД при передаче силы шарикам в двух полуторо- идах 18С° и / - КПД передачи шариками силы в тороиде ЗЬП°;

Чг гr ,(7)

Заменяя и 7.2. +1 из (6) и (7) соответственно в выражении (3) с if и f получим:

, (8) где 1 - КПД передачи силы от одной полуосевой шестерни к другой;

Ч - КПД передачи силы от полуосевой шестерни к шарикам и от шариков к шестерне; - КПД передачи силы шарикам в ториде 7 - КПД передаче силы шариками в прямой части канала с шириной 1-2 диаметра шарика.

, ух

КзОУбОЗ

Из отношения большего момента к меньшему, которое назыпают коэффициентом блокировки, получим связь между коэффициентом блокировки и КПД передачи дифференциалом силы:

К L -atfМмич

(М

М,.

М КС

,.;

к -. .-;

1- , ,в

Мм.

,„

к -

1™

:5)

35

0

5

0

5

Ь .- (6) Равны также 7 ., + , - КПД при передаче силы шарикам в двух полуторо- идах 18С° и / - КПД передачи шариками силы в тороиде ЗЬП°;

Чг гr ,(7)

Заменяя и 7.2. +1 из (6) и (7) соответственно в выражении (3) с if и f получим:

, (8) где 1 - КПД передачи силы от одной полуосевой шестерни к другой;

Ч - КПД передачи силы от полуосевой шестерни к шарикам и от шариков к шестерне; - КПД передачи силы шарикам в ториде 7 - КПД передаче силы шариками в прямой части канала с шириной 1-2 диаметра шарика.

Сила трения Н в точке контакта шарика с каналом (фиг.З)

Н f-N,

где f - коэффициент трения N РЯ, sinf; Н f . sin/ . В точке контакта шарика с шестерней действует сила, равная и противоположная силе N.

Исходя из этого суммарные потери Н на трение в зацеплении практически равны двукратной потере трения в точке контакта шарика с каналом Н 2f-N

и

Р 1

р

- 2-f-N „

- 2f

Р N I

N() N

(9)

Для определения определим КПД передачи шарикам силы в торооб- разном канале, изображенном .на фиг,4 кривизну которого характеризует отношение

2 tgoin

(10)

D - диаметр тороида по оси; d - диаметр шарика;

360

2п

80 п

(11)

п число шариков, вмещаемых в торо- ид 360

На фиг.А видно, что половина угла между двумя лучами, выходящими .из , центра тороида О и проходящими через центр находящихся рядом шариков, а также угол между силами , и Р, , Р и F|2. равны о/„ , как углы между пе- рекрещивающимися прямыми.

Найдем силу PIJ, , передаваемую шариком 1 к шарику 2, через заданную ;Силу F, , приложенную к шарику 1 и совпадающую с направлением возмож-

F,,,(1 f .) f .tg./,) F,,,, (1

ТГ P ( 1

W(K)1 + -() . (,vl--| J l-n

где m - порядковый номер шарика, считая по направлению передаваемой силы Phi, приложенной к первому шарику.

НОИ силы, передаваемой шариком п к шарику 1 , и через заданный угол «f, .

Исходя из суммирования сил фиг, 1, где указана сила Р , ее компоненты N и Р, сила трения Н, суммарная сила RI от сил Н и N и суммарная сила R 2 от сил R( и Р, проекция которой перпендикулярна силе Р, укажем на прямой, проходящей через центры шариков 1 и 2, величину силы F/j

Р - Н

F,, Р - Н; Р

II

где Н - сила трения;

Р - компонент силы F,,

cos dy

(г2),

направлен в сторону движения шарика перпендикулярен силе Nj

1 и

Р Р,

П.(

COSD,

20

, 180

«л

где п - число шариков в тороиде

Н f N ; где f коэффициент трения;

збо

5

N компонент силы , перпен0 N

дикулярен стенке торообраз- ного канала и направлению прямой, проходящей через центр О торообразного канала и центр шарика 1 , sin « ; Н f sin с-, Подставляя в формулу (12) найденные значения Р и Hf получим

E«t..Z n

F,t

(1з;

Р„.(1 - f. tgo,,);

17 - Si

Ч1

I iJ- ). Fni ij 1 - f. tgo(,, ,

(й

где , КПД передачи силы от первого шарика к второму. При помощи выражения (13) найдем силы, которые передаются вторым шариком третьему, третьим шарикрм четвертому и т.д., с соответствующими индексами через заданные величины

f- tg,)2 ; ,

f-tgc J ;

tgb n)

55

- f-tg.r, (15)

Уравновешивающая сила к силе Pj,, , приложенная к шарику т, шариком (т + + 1) уменьшается согласно формуле (15).

Найдем КПД передачи шариками силы F| к шарику (п + 1) в тороиде 360°.

п

Тп

FuLll : f tS n). F.,

. (1 - f.tgc(j

(16)

где п - число шариков, помещенные в тороид ЗбО ,

180

п --- ;

f - коэффициент трения.

Определим - КПД передачи силы F, шариками в прямой части канала с шириной 1-2 диаметра.

Исходя из фиг.З и 4 можно сделать вывод, что сложение и обозначение си на них совпадает, кроме , который по фиг, определяется из соотноше- .Ния:

sinc -т , откуда ( d-sino, (17)

где сГ В - d (где В - ширина канала и d - диаметр шарика),

Совмещая в формуле (16) л с «с , п , получим

., (1 - f tg() , (18) где m - число шариков в прямой части канала,

Для конкретного примера найдем ширину В части канала, где В ( i-2) в конструктивном варианте предлагаемого дифференциала с корпусом, диаметр которого 0 95 мм, а длина 95 мм дающая возможность использовать в корпусе четыре замкнутых канала, состоящих из двух полутороидов 180 вместимостью 5 шариков в тороид ЗбО и прямых участков канала, соединяющи полутороиды, причем общая вместимост одного бесконечного канала составляет 11 шариков с диаметром .16 мм, где 6 шариков находятся в части канала шириной 1-2 диаметра шарика (плавный переход ширины выполнен в торо- образной части канала).

Желаемый коэффициент блокировки КсГ 3,5 при ускорении (увеличении скорости двигателем). Дифференциал изготовлен из закаленной стали и работает в масле, причем коэффициент трения равен 0,08.

Ширина части канала равна

В d + сГ,

где d - диаме.тр шарика и сГ d-sin Б d + d (19)

Неизвестный угол найдем из выражения (18) через заданные величины ,. и f:

507603

где и где

10

К

(5)

Подставляя цифровые величины в приведенные выражения (9), (16), (5), (В), (20) и (19), найдем ширину части канала: ( 1 - 20,08 0,84;

20

5

0

5

3,5 0,842 0,741

«« --о%----- .

50,

В 16 + 16 sin50,14 28,28 мм Из выражений (5) и (6) найдем коэффициент блокировки Kj-, обуслоБ ленный зацеплением шариков с двумя полуосевыми шестернями, который покажет отношение моментов большего к меньшему при торможении двигателем и использовании заднего хода:

1

г

1

к т

0,84

К42

0

5

В случае, когда диаметр бесконечного канала близко к диаметру шарика и перпендикулярной силой к стенке канала N в прямых участках канала можно пренебречь, коэффициент блокировки при ускорении KJ7,- равен :

ins

Krf-,

, 1

ITf

к,

1

1,91.

0,842,о7741 0 Самоблокирование дифференциалом осуществляется в основном при ускорении (увеличении скорости) транспортного средства, причем силы, передаваемые шарикам от одной полуосевой г шестерни к другой, уменьшаются на участке бесконечного канала, имеющего конструктивно выбираемые кривизну и ширину части канала в зависимости от нужного коэффициента блокировки, a при торможении двигателем и движении назад самоблокирование меньше и зависит практически от КПД передачи силы от одной полуосевой шестерни к шарикам и от КПД передачи силы от шариков к полуосевой шестерне.

Формула изобретения ю ментов и корпусом, а другая, также

что ширина второй ветви больше одного диаметра шарика и меньше двух диаметров шарика.

Фи&.2

р

Фыг.З

f F

Редактор А.Маковская

Составитель С.Белоусько

Техред М.Моргентал Корректор Б.Кабаций

Заказ 5501/20

Тираж 528

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Подписное