Дифференциал свободного хода Советский патент 1992 года по МПК B60K17/20 

I}

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях транспортных машин преимущественно с шарнирно-сочленен- ной рамой.

Известны устройства, в которых для повышения экономичности за счет уменьшения потерь на трение в дифференциале сателлиты при буксовании колес заклиниваются на корпус, обеспечивая блокировку дифференциала (см.авт.св. N; 1288404, 1987).

Известен также самоблокирующийся дифференциал, который содержит корпус с размещенными в нем пальцами, фрикционные муфты, ведущие и ведомые диски и другие элементы, в котором для повышения долговечности каждая шайба имеет внешнюю цилиндрическую и плоские боковые поверхности, взаимодействующие с сопряженными поверхностями внутренних чашек (см.авт.св. № 1120132. 1985).

Перечисленные устройства сложны конструктивно, кроме того эти устройства не позволяют увеличить прочность, износ и долговечность трапецеидальных зубьев центрального кольца ведущей муфты и трапецеидальных зубьев запорного кольца ведомой полумуфты дифференциала свободного хода без замены отдельных ее элементов, а замена вышедших из строя деталей является дорогостоящей и трудоемкой операцией.

Целью изобретения является создание простой и более надежной в эксплуатации конструкции дифференциала с увеличенным сроком службы трапецеидальных зубь- ев и более плавном разворотом на радиусных участках работы трактора.

Эта цель достигается тем, что в дифференциале свободного хода вершины трапецеидальных зубьев ведомой полумуфты выполнены с радиусным закруглением. Величина радиуса закругления будет зависеть от угла наклона боковой поверхности зуба (см.фиг.6, где показано сечение трапецеидального зуба запорного кольца с разным наклоном боковой поверхности и различным радиусом закругления вершины зуба).

Из подобия треугольников ABC и AiBtCt (см.фиг.6) определяем эту зависимость

RiR

sin (/ft + «1) sin (Ј-fa) откУда

R Rising +«)-до1п(-д+0л K sln(p,+ «$ ,

где Ri - радиус закругления трапецеидального зуба с углом наклона см;

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

R - радиус закругления трапецеидального зуба с углом наклона о..

Параметры, входящие в зависимость, представленную в формуле изобретения, отражают изменения радиуса закругления вершины зуба и изменения угла между наклоном боковой поверхности зуба и линией, соединяющей вершину зуба с центром радиуса кривизны, в зависимости от изменения угла наклона боковой поверхности зуба а , а сам угол а является функцией бокового зазора Д между силовыми зубьями ведущей муфты и ведомой полумуфты.

Таким образом, если угол а выбран для одного какого-то определенного зазора А то оэдля AI, но как в том, так и в другом случае, должно выполняться условие hc tg a Д и hci tg a Д1,иначе не будет обеспечен свободный выход силовых зубьев ведомой полумуфты из зацепления.

Следовательно, параметры, входящие в зависимость, взяты для 2-х зазоров Д и Дуюказано как влияет увеличение угла наклона боковой поверхности зуба на радиус закругления.

В треугольнике ABC:

АС - линия, соединяющая центр радиуса R и точку сопряжения радиуса R с боковой поверхностью зуба;

АВ -линия, соединяющая вершину зуба с центром радиуса R;

ВС-линия, соединяющая вершину зуба с точкой сопряжения радиуса и боковой поверхностью зуба;

/3 + а - угол между линиями АВ и ВС.

Треугольники ABC и AiBiCi являются подобными потому, что с увеличением угла наклона боковой поверхности зуба пропорционально увеличиваются стороны АВ, ВС и АС, т.е. получается равенство отношений сторон

Вт

Ai Bi Bi Ci Ai Ci

Поэтому по теореме синусов мы можем записать для подобных треугольников ра- .венство

RR/

sin (/ +«) (p, + a)

На основании вышеизложенного видно, что с увеличением угла наклона боковой поверхности зуба растет радиус закругления, уменьшается сила трения, а следовательно, и уменьшается износ, а также улучшается плавность разворота трактора на радиусном участке его работы. Численные значения сил сопротивления и трения подсчитываются по формуле:

const.

Fconp. - MSЈQP COS2 a МЕ2ПР s)n a cos a +

cp

Гер

+ f Pnp sin a cos a + Pnp cos a, где Мсопр. момент сопротивления, приведенный к ведущей муфте дифференциала;

Рпр- усилие пружины;

Гер средний радиус трапецеидального зуба;

f - коэффициент трения скольжения.

Величина радиуса закругления вершины трапецеидального зуба запорного кольца находится в прямой зависимости с возникающей на наклонной поверхности выталкивающей силой Т, т.е. Т R stna (см.фиг.7). Следовательно, чем больше радиус закругления, тем больше будет сила Т, тем меньше будет сила трения, меньше износ и более плавным поворот на радиусном участке движения трактора или автомобиля.

На фиг, 1 представлен вертикальный разрез дифференциала: на фиг. 2 - внешний виддифференциала: на фиг. 3- изображены силы, возникающие на трапецеидальных зубьях запорного кольца ведомой полумуфты; на фиг. 4 - ведущая муфта с закрепленным кольцом; на фиг. 5-ведомая полумуфта с запорным кольцом; на фиг. 6 - сечение трапецеидального зуба запорного кольца с разным наклоном боковой поверхности и различным радиусом закругления вершины зуба; на фиг. 7 - изменение выталкивающей силы Т в зависимости от радиуса закругления.

Устройство включает корпус дифференциала 1, ведущую муфту 2, ведомую полумуфту 3, пружину ведомой полумуфты 4, опорную шайбу полумуфты 5, ступицу 6, запорное кольцо ведомой полумуфты 7, центральное кольцо ведущей муфты 8.

Функция дифференциала свободного хода заключается в обеспечении автоматического отключения забегающего колеса трактора на повороте. В этом случае происходит передача крутящего момента на отстающую полуось. Ведущим элементом дифференциала является муфта 2. Для передачи крутящего момента от корпуса дифференциала полуосям служат силовые зубья по обеим торцовым поверхностям ведущей муфты 2, которые зацепляются с такими же зубьями на ведомых полумуфтах 3.

Зубья полумуфты нарезаны таким образом, чтобы был обеспечен боковой зазор Д между силовыми зубьями ведущей муф- ты и ведомой полумуфтой, обеспечивающий выход ведомой полумуфты из зацепления.

На запорном кольце 7 ведомой полу- муфты 3 и центральном кольце 8 ведущей

0

5

0

5

5

0

5

0

муфты 2 нарезаны трапецеидальные зубья с углом наклона к вершине а ,

Величина угла а выбирается из условия

Д

arctga - ,

где h - высота трапецеидального зуба.

Во время прямолинейного движения транспортного средства дифференциал свободного хода передает крутящий момент на обе полуоси ведущего моста с помощью силовых зубьев ведущей и ведомых муфт. При повороте наружная полумуфта ведущего моста начинает вращаться быстрее ведущей муфты, т.е. опережает ее и тем самым разгружает силовые зубья ведущей муфты. Но, так как трапецеидальные зубья подвижного запорного кольца полумуфты находятся в постоянном контакте с трапецеидальными зубьями центрального кольца, то после про- ворота и посадки подвижного запорного кольца на упорный палец ведущей муфты на контактирующей поверхности трапецеидальных зубьев запорного и центрального колец появится переменная составляющая реакции сила Т, которая будет выталкивать ведомую полумуфту 3 из зацепления, сжимая тем самым пружины 4 ведомой полумуфты (см.фиг.3). Трапецеидальные зубья ведущей муфты и ведомой полумуфты выводят из зоны зацепления силовые зубья ведущей и ведомой муфт. Одновременно с отключением ведомой полумуфты ее запорное кольцо после некоторого проворота бу- дет остановлено боковым выступом упорного пальца. Это произойдет тогда, когда вершина трапецеидального зуба запорного кольца установится против вершины трапецеидального зуба центрального кольца.

Это затормаживание запорного кольца не дает ему возможности снова войти в зацепление с последующим зубом центрального кольца. При отсутствии в конструкции такого упора включение и выключение полумуфты продолжалось бы постоянно, вызывая при этом дополнительный износ трапецеидальных зубьев.

При выходе из поворота и небольшом радиусе поворота в обратную сторону, т.е. торможении, полумуфта силой трения увлекает за собой запорное кольцо, которое при этом сходит с зубьев центрального кольца и вместе с полумуфтой вновь включается в работу с центральным кольцом и ведущей муфтой. Вершина трапецеидальных зубьев запорного кольца выполнена по радиусу, благодаря которому на радиусном участке работы зуба появляется переменная составляющая реакции сила Т, которая улучшает

сжатие пружин на конечном участке ее работы и тем самым уменьшает силу трения, что ведет к резкому уменьшению износа вершин трапецеидальных зубьев и более плавному развороту трактора.

Для определения эффективности предлагаемого технического решения на предприятии изготовлен стенд, на котором имитируются нагрузки и определяется износ контактирующих поверхностей с радиусным закруглением вершин зубьев и без радиуса.

Формула изобретения Дифференциал свободного хода преимущественно для тракторов с шарнирно сочлененной рамой, содержащий ведущую муфту с радиально направленными силовыми зубьями на торцах, центральное кольцо с трапецеидальными зубьями, две ведомые полумуфты с радиально направленными силовыми зубьями и запорное кольцо с трапецеидальными зубьями, отличающийся

тем, что, с целью уменьшения износа и улучшения плавности разворота трактора на радиусных участках его работы, вершины трапецеидальных зубьев запорного кольца ведомых полумуфт дифференциала выполнены по радиусу, величина которого является функцией угла наклона боковых поверхностей зуба и определяется соотношением

10

R1

R

sin (01 +01) sin ()

где а - угол наклона боковой поверхности трапецеидального зуба запорного кольца;

а +$ угол между линиями, соединяющими вершину зуба с центром R и с точкой сопряжения радиуса и боковой поверхностью зуба;

RI - радиус закругления трапецеидального зуба с углом наклона i ,

R - радиус закругления трапецеидального зуба с углом наклона ,

Изобретение относится к автомобилестроению. Цель изобретения - уменьшение износа и улучшение плавности разворота трактора на радиусных участках его работы. Дифференциал свободного хода состоит из ведущей муфты 2, ведомой полу муфты 3, пружин ведомой полумуфты 4, запорного кольца 7, вершины зубьев которого выполнены по радиусу, и центрального кольца 8. Устройство позволяет значительно уменьшить износ контактирующих поверхностей трапецеидальных зубьев дифференциала и повысить плавность работы механизма при повороте транспортного средства за счет образования переменных составляющих сил реакции на элементах зубьев. 7 ил.

WI

$

Фиг, 2

ФигЬ

mm

I

(Риг. J

Фие.5

Зу5 центрального кольца

Лоб,

Фиг. 6

JyJ валорного кольца