Устройство блокировки дифференциала транспортного средства (варианты)
VEHICLE DIFFERENTIAL LOCKING DEVICE (OPTIONS)

Область техники.
Заявляемое изобретение относится к автомобилестроению, а именно: к устройствам блокировки дифференциалов ведущих мостов автомобилей с принудительной блокировкой.
Уровень техники
.
Из уровня техники известен патент РФ на полезную модель №154407 Дифференциал с принудительной блокировкой для транспортного средства (заявка №2014151019; МПК F16H 48/20. Патентообладатель(и): Тобиков Александр Андреевич (RU). Опубликовано 20.08.2015) [1]. Технический результат достигается тем, что дифференциал с принудительной блокировкой для транспортного средства включает в себя корпус дифференциала, внутри которого расположена шестерня полуоси и устройство для блокировки вращения дифференциала, в котором в корпусе дифференциала выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, внутри которого расположен блокирующий элемент, а на оси шестерни полуоси выполнено, по меньшей мере, одно углубление; вокруг отверстий с блокирующими элементами расположена муфта, выполненная в виде кольца и с возможностью перемещения вдоль центральной оси корпуса дифференциала. Данная конструкция имеет преимущество перед дифференциалами с принудительной блокировкой, базирующихся на шлицевых или кулачковых муфтах.
Известен дифференциал с принудительной блокировкой для транспортного средства по патенту на изобретение РФ№2040720 (Заявка: 5028840; МПК F16H 48/20. Опубликовано: 25.07.1995) [2]. Известный дифференциал содержит размещенные в корпусе 1 полуосевые шестерни 2 и 3 с полуосями, сателлиты 6, зацепленные с полуосевыми шестернями, а также блокирующее устройство, включающее переключатель 8, установленный на чашке дифференциала с возможностью осевого перемещения, и расположенные внутри осей сателлитов 6 прижимы 7, пружины 5, прижимающие шарики 4 для блокировки. На торцовых передних поверхностях полуосевых шестерен выполнены радиальные прорези для взаимодействия с шариками, а внутренняя рабочая поверхность переключателя имеет коническую форму. Этим достигается упрощение конструкции, повышение ее долговечности, обеспечение бесступенчатого изменения коэффициента блокировки дифференциала. Недостатками данной конструкции относятся сложность конструкции и узкая область применения механизма блокирования. Данный механизм исключает возможность использования в червячных и кулачковых дифференциалах, а также мостах с маленьким картером дифференциала, например, редукторном мосте УАЗ.
,
Известен дифференциал с принудительной блокировкой для транспортного средства по патенту на изобретение РФ 2304243 (Заявка: 2006113228; МПК F16H 48/20, B60K23/04, B60K17/16. Опубликовано: 10.08.2007) [3]. Известный дифференциал содержит корпус 1, полуосевые шестерни 2 и 3, сателлиты и блокирующее устройство. Блокирующее устройство выполнено в виде кольцевого переключателя 7 связанного с приводом 8, толкателей 10, расположенных внутри осей 9 сателлитов, промежуточных элементов, блокировочных элементов. В дифференциал также введен упругий ограничитель, а между корпусом 1 и тыльными поверхностями 20 и 21 полуосевых шестерен 2 и 3 расположены пружинные вставки 17 и 18. При этом на торцевых передних поверхностях полуосевых шестерен 2 и 3 выполнены проточки, имеющие волнообразный профиль, соответствующий профилю блокировочных элементов, а число радиальных проточек четное. Передающие усилие элементы внутри осей сателлитов выполнены в виде набора шариков, пружинные вставки выполнены в виде тарельчатых пружин, упругий ограничитель блокировочных элементов выполнен в виде разрезного пружинного кольца, привод, с которым связан кольцевой переключатель, выполнен в виде шагового электродвигателя.
К недостаткам данной конструкции относится возможность заклинивания блокировочных шариков после полной блокировки дифференциала, так как отсутствует сила, возвращающая шарики. Также к недостаткам относится невозможность получить коэффициент блокировки, равный единице вследствие того, что пружины не могут передать достаточное усилие для блокировки полуосевых шестерен между собой. Механическое включение блокировки приводит к быстрому износу деталей участвующих в блокировке, снижая ресурс работы непосредственно дифференциала.
Известен механизм принудительной блокировки межколесного дифференциала транспортного средства по патенту на изобретение РФ 2165043 (заявка № 99117948/28, МПК F16H 48/20, опубликовано 10.04.2001. не действует) [4], содержащий картер моста,кулачковую муфту, выполненную из двух частей, одна из которых закреплена на чашке дифференциала, а другая расположена на полуоси и подвижна в осевом направлении при помощи двуплечего рычага, один из концов которого выполнен в виде вилки и который установлен на оси так, что одно плечо взаимодействует с поршнем приводного механизма, а другое взаимодействует с подвижной полумуфтой. Механизм снабжен кронштейном, установленным во фланце картера моста, а ось двуплечего рычага закреплена на консоли кронштейна.
Недостатками известного механизма является наличие отверстий для оси вилки в картере моста что приводит к снижению прочности и надежности картера, наличие не оригинальной полуоси сказывается отрицательно на ремонтопригодности.
Известен самоблокирующийся дифференциал транспортного средства по патенту РФ№ 2319875 (заявка № 2005137271, МПК F16H 48/20. Опубликовано 2007 г.) [5], содержащий приводной корпус, в котором соосно друг другу размещены связанные с полуосями полуосевые элементы, имеющие на внешней поверхности винтовые канавки противоположного направления спирали, тела качения в виде шариков, заполняющих цепочкой выполненный в приводном корпусе, по меньшей мере, один замкнутый канал, часть которого вскрыта для погружения сегментов шариков в винтовые канавки, замкнутый канал в продольном сечении выполнен прямоугольным со скругленными внешними углами, поперечное сечение ветвей прямоугольного замкнутого канала равно диаметру шариков, а количество шариков в канале нечетное.
К недостаткам данного дифференциала следует отнести низкую надежность конструкции, связанную с выполнением прямоугольного замкнутого канала. Прямые внутренние углы прямоугольного замкнутого канала и прямоугольный участок на внешней стенке переходного канала при движении цепочки шариков из переходных каналов в возвратный канал или в рабочую канавку приводят к торможению цепочки шариков. Это вызывает повышенное трение шариков с внешней стенкой замкнутого канала, а именно с внешней стенкой переходных каналов и стенками в местах сопряжения крышек и корпуса (в зоне соединения переходных каналов с возвратным каналом), а также с внутренней стенкой замкнутого канала в углах перегородки между возвратным каналом и рабочей канавкой, что приводит к износу шариков, истиранию стенок переходных каналов, вызывающих возникновение зазора между шариками и удлинение цепочки шариков. Кроме того, при выходе из переходных каналов в полость между рабочей канавкой и винтовыми канавками полуосевых элементов шарики ударяются друг с другом и в торец полуосевых элементов, что приводит к износу и разрушению не только шариков и полуосевых элементов, но и механизма дифференциала в целом.
Такая конструкция самоблокирующегося дифференциала сказывается на проходимости транспортного средства, значительно снижает ресурс его работы и, как следствие, сказывается на безопасности движения.
В патенте РФ на полезную модель №154407 Дифференциал с принудительной блокировкой для транспортного средства [1] описана конструкция дифференциала с возможностью принудительной блокировки.
У описанной выше конструкции имеется ряд недостатков:
1. При блокировании на ходу механизм блокировки дифференциала испытывает сильные ударные нагрузки. При этом на краях сферических углублений, расположенных на шейке шестерни полуоси, образуются деформации. Деформация приводит к локальному увеличению диаметра шейкишестерни полуоси. Это приводит к заклиниванию шестерни полуоси и выходу из строя дифференциала;
.
2. При ударной нагрузке на дифференциал в заблокированном состоянии из-за малой площади пятна контакта между блокирующимэлементоми муфтой происходит деформация внутренней поверхности муфты, что, в свою очередь, локально уменьшает внутренний диаметр муфтыЭто приводит к подклиниванию муфты на корпусе дифференциала и невозможности отключить блокировку;
3. При работе механизма блокировки имеет место проблема перекоса муфты относительно корпуса дифференциала. Это приводит к увеличению времени попадания всех блокирующих элементов в пазы шестерни полуоси, что, в свою очередь, накладывает ограничения на скорость вращения шестерни полуоси относительно корпуса дифференциала в момент срабатывания механизма блокировки.
Все эти факторы ограничивают нагрузочную способность, эксплуатационные характеристики и ресурс дифференциала с принудительной блокировкой, описанном в патенте RU 154407.
По совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом является дифференциал с принудительной блокировкой для транспортного средства по патенту на полезную модель № 154407[1].
Техническим результатом
настоящего изобретения является создание механизма блокировки дифференциала, позволяющего значительно улучшитьэксплуатационные характеристики дифференциала, в котором используется заявляемый механизм блокировки и расширить диапазон применения такого дифференциала, за счет:
повышения устойчивости дифференциала при его блокировке на ходу и при ударных нагрузках во время движения;
повышения надежности механизма блокировки дифференциала и увеличения нагрузочной способности механизма блокировки дифференциала за счет увеличения пятна контакта пары: блокирующий элемент - блокировочная муфта;
повышения надежности механизма блокировки дифференциала за счет устранения причины выхода из строя механизма при ударной нагрузке из-за возникновения наклепа на шестерне полуоси;
увеличения скорости вращения шестерни полуоси относительно корпуса дифференциала, на которой возможна блокировка дифференциала;
увеличения времени безотказной работы механизма блокировки дифференциала;
увеличения скорости срабатывания системы блокирования дифференциала, в том числе и на ходу (в варианте 1).
Заявляемое устройство блокировки дифференциала транспортного средстваможет работать в условиях ударных нагрузок. Заявляемая конструкция способна блокировать дифференциал во время вращения шестерни полуоси относительно корпуса дифференциала. Это позволяет включать и выключать блокировку дифференциала во время движения транспортного средства без повреждений механизма блокировки дифференциала, что для прототипа не допустимо.
Раскрытие изобретения
по варианту 1
Технический результат достигается тем, чтоустройство блокировки дифференциала транспортного средства, интегрированное в дифференциал, включающий в себя корпус дифференциала, шестерни полуосей, расположенные внутри корпуса, и находящееся в одном из состояний: «Заблокировано» или «Разблокировано», состоит:
из элементов блокирующих, имеющих форму тела вращения;
из сквозных блокировочных отверстий, выполненных в корпусе дифференциала, внутри которых расположены блокирующие элементы с возможностью перемещения в блокировочных отверстиях вдоль осей этих отверстий;
из углублений шестерни полуоси, расположенных на поверхности шестерни полуоси;
из кольцевой блокировочной муфты, размещенной на корпусе дифференциала вокруг блокировочных отверстий с блокирующими элементами, на внутренней поверхности которой имеются пазы блокировочной муфты для увеличения площади пятна контакта пары: блокировочная муфта - элемент блокирующий;
причем блокировочная муфта связана с приводом и имеет возможность перемещения вдоль оси вращения дифференциала.
по варианту 1
В устройстве блокировки дифференциала согласно изобретению пазы блокировочной муфты имеют участок, предназначенный для фиксации элемента блокирующего в углублении шестерни полуоси с возможностью увеличения площади пятна контакта пары: «блокировочная муфта - элемент блокирующий», когда устройство находится в состоянии «Заблокировано».
по варианту 1
В устройстве блокировки дифференциала согласно изобретению пазы блокировочной муфты имеют также участок, предназначенный для расположения в нем части объема элемента блокирующего при выходе диаметрально противоположной части элемента блокирующего из углубления шестерни полуоси, когда устройство для блокировки дифференциала переключается в состояние «Разблокировано».
по варианту 1
В устройстве блокировки дифференциала согласно изобретению пазы блокировочной муфты ориентированы вдоль оси вращения дифференциала.
по варианту 1
В устройстве блокировки дифференциала согласно изобретению кольцевая блокировочная муфта снабжена направляющими штифтами.
по варианту 2
Технический результат достигается также тем, чтоустройство блокировки дифференциала транспортного средства, , интегрированное в дифференциал, включающий в себя корпус дифференциала, шестерни полуосей, расположенные внутри корпуса, и находящееся в одном из состояний: «Заблокировано» или «Разблокировано», состоящее:
из элементов блокирующих, имеющих форму тела вращения;
из сквозных блокировочных отверстий, выполненных в корпусе дифференциала, внутри которых расположены блокирующие элементы с возможностью перемещения в блокировочных отверстиях вдоль осей этих отверстий;
из углублений шестерни полуоси, расположенных на поверхности шестерни полуоси;
из кольцевой блокировочной муфты, размещенной на корпусе дифференциала вокруг блокировочных отверстий с блокирующими элементами, на внутренней поверхности которой имеются пазы блокировочной муфты для увеличения площади пятна контакта пары: блокировочная муфта - элемент блокирующий;
при этом блокировочная муфта выполнена с возможностью поворота её относительно корпуса дифференциала вокруг его оси вращения и с возможностью останова ее поворота в положениях «Разблокировано» и «Заблокировано».
по варианту 2
В устройстве блокировки дифференциала согласно изобретению фиксирующие элементы в виде длинных штифтов выполнены с возможностью останова поворота блокировочной муфты в одном из двух фиксированных положений «Заблокировано» в зависимости от направления вращения корпуса дифференциала относительно его картера и для возврата блокировочной муфты в фиксированное положение «Разблокировано».
по варианту 2
В устройстве блокировки дифференциала согласно изобретению  блокировочная муфта содержит короткие штифты для её возврата в фиксированное положение «Разблокировано».
по варианту 2
В устройстве блокировки дифференциала согласно изобретению пазы блокировочной муфты имеют по два участка упора, предназначенные для фиксации блокировочной муфты в положениях «Заблокировано», за счет ограничения этими участками дальнейшего вращения блокировочной муфты относительно корпуса дифференциала в состоянии «Заблокировано», причем один из участков ограничивает такое вращение в одном направлении, а другой участок в другом направлении.
по варианту 2
В устройстве блокировки дифференциала согласно изобретению дифференциал содержит пружинный механизм возврата блокировочной муфты в фиксированное положение «Разблокировано».
по варианту 2
В устройстве блокировки дифференциала согласно изобретению пазы блокировочной муфты имеют участок, предназначенный для фиксации элемента блокирующего в углублении шестерни полуоси с возможностью увеличения площади пятна контакта пары: блокировочная муфта - элемент блокирующий, когда устройство находится в состоянии «Заблокировано».
по варианту 2
В устройстве блокировки дифференциала согласно изобретению пазы блокировочной муфты имеют участок, предназначенный для расположения в нем части элемента блокирующего при выходе диаметрально противоположной части элемента блокирующего из углубления шестерни полуоси, когда устройство для блокировки дифференциала переключается в состояние «Разблокировано».
по варианту 2
В устройстве блокировки дифференциала согласно изобретению пружинный механизм для возврата блокировочной муфты в фиксированное положение «Разблокировано» содержит кольцевой паз на торцевой поверхности корпуса дифференциала со стороны блокировочной муфты, при этом в кольцевом пазе расположены пары выступов для фиксации возвратных пружин, а также возвратные пружины.
по варианту 2
В устройстве блокировки дифференциала согласно изобретению на дне кольцевого паза расположены вырезы для фиксации блокировочной муфты в одном из положений «Заблокировано», при взаимодействии вырезов с длинными штифтами.
по варианту 2
В устройстве блокировки дифференциала согласно изобретению пазы блокировочной муфты имеют участок технологический для облегчения процесса сборки механизма.
по варианту 2
В устройстве блокировки дифференциала согласно изобретению привод расположен на корпусе рядом с блокировочной муфтой и выполнен со стопорным механизмом, предотвращающим его вращение относительно картера дифференциала.
В устройстве блокировки дифференциала по любому из вариантов 1 или 2 углубления на внешней поверхности шестерни полуоси:
удлинены вдоль параллелей внешней поверхности шестерни полуоси;
расширены вдоль оси вращения шестерни полуоси.
Устройство блокировки дифференциала по любому из вариантов 1 или 2 имеет кольцевую канавку, расположенную на внешней поверхности шестерни полуоси и направленную вдоль параллелей внешней поверхности шестерни полуоси.
Перечень фигур устройства.
Фиг. 1. Схема общего вида устройства с пространственно-разнесёнными элементами по варианту 1.
Фиг. 2. Схема общего вида устройства с пространственно-разнесёнными элементами по варианту 2.
Фиг. 3. Общий вид шестерни 7 полуоси.
Фиг. 4. Вид И на фиг. 3.
Фиг. 5. Разрез по Ж-Ж на фиг. 4 и Фиг. 50.
Фиг. 6. Разрез по К-К на фиг. 4.
Фиг. 7. Общий вид блокировочной муфты 3, по варианту 1.
Фиг. 8. Разрез А-А на фиг. 7.
Фиг. 9. Паз 5, вид А на фиг. 8.
Фиг. 10. Схема дифференциала с продольным разрезом в разблокированном состоянии.
Фиг. 11. Схема дифференциала с продольным разрезом в заблокированном состоянии.
Фиг. 12. Продольный разрез на фиг. 10 дифференциала в разблокированном состоянии.
Фиг. 13. Разрез по Б-Б на фиг. 12.
Фиг. 14. Продольный разрез на фиг. 11 дифференциала в заблокированном состоянии.
Фиг. 15. Разрез по В-В на фиг. 14.
Фиг. 16. Вид В на фиг. 12 -схема положения элемента 4 блокирующего в разблокированном состоянии дифференциала.
Фиг. 17. Вид Г на фиг. 14 - схема положения элемента 4 блокирующего в заблокированном состоянии дифференциала.
Фиг. 18. Вид Д (увеличено) на фиг. 13 -схема положения элемента 4 блокирующего в разблокированном состоянии дифференциала.
Фиг. 19. Вид Е (увеличено) на фиг. 15 - схема положения элемента 4 блокирующего в заблокированном состоянии дифференциала.
Фиг. 20. Вид Ж (увеличено) на фиг. 17.
Фиг. 21. Схема деформации участка 65 шестерни дифференциала прототипа.
Фиг. 22. Дифференциал по варианту 2. Общий вид.
Фиг. 23. Блокировочная муфта 3, общий вид по варианту 2, пример 1.
Фиг. 24. Блокировочная муфта 3, общий вид по варианту 2, пример 3.
Фиг. 25. Блокировочная муфта 3, вид со стороны штифтов 20 и 26.
Фиг. 26. Вид Б1 на фиг. 25.
Фиг. 27. Разрез Д-Д на фиг. 25.
Фиг. 28. Разрез Е-Е на фиг. 25 для примера 1.
Фиг. 29. Вид Б на фиг. 28.
Фиг. 30. Разрез Е-Е на фиг. 25 для примера 3.
Фиг. 31. Вид Б2 на фиг. 30.
Фиг. 32. Дифференциал по варианту 2, пример 1 и 2, в состоянии «Разблокирован». Вид сбоку.
Фиг. 33. Вид Т на фиг. 32.
Фиг. 34. Разрез И1-И1 на фиг. 32 для примера 1, вар. 2.
Фиг. 35. Вид К на фиг. 34.
Фиг. 36. Дифференциал по варианту 2, пример 1 и 2, в состоянии «Заблокирован». Вид с боку.
Фиг. 37. Вид Л (увеличено) на фиг. 36.
Фиг. 38. Разрез Л-Л на фиг. 37.
Фиг. 39. Разрез М-М на фиг. 36 для примера 1, вар. 2.
Фиг. 40. Вид М - сечение операционной плоскостью 47 на фиг. 39.
Фиг. 41. Вид Ц на фиг. 40.
Фиг. 42. Первая часть корпуса 1.1 дифференциала по варианту 2, пример 1 и 3. Вид со стороны установки блокировочной муфты 3.
Фиг. 43. Первая часть корпуса 1.1 дифференциала по варианту 2, пример 3.
Фиг. 44. Вид Н на фиг. 42.
Фиг. 45. Первая часть корпуса 1.1 дифференциала с установленными возвратными пружинами 25 по варианту 2, пример 1 и 3. Состояние дифференциала «Разблокирован». Вид со стороны установки блокировочной муфты 3. Штифты 20 и 26 показаны условно для положения блокировочной муфты в первом фиксированном положении 50.
Фиг. 46. Первая часть корпуса 1.1 дифференциала с установленными возвратными пружинами 25 по варианту 2, пример 1 и 3. Состояние дифференциала «Заблокирован». Вид со стороны установки блокировочной муфты 3. Штифты 20 и 26 показаны условно для положения блокировочной муфты в третьем фиксированном положении 52.1.
Фиг. 47. Первая часть корпуса 1.1 дифференциала с установленными возвратными пружинами 25 по варианту 2, пример 1 и 3. Состояние дифференциала «Заблокирован». Вид со стороны установки блокировочной муфты 3. Штифты 20 и 26 показаны условно для положения блокировочной муфты 3 во втором фиксированном положении 51.1.
Фиг. 48. Элемент 4.2 блокирующий в виде цилиндрического ролика.
Фиг. 49. Фрагмент шестерни 7 для примера 3 по варианту 2.
Фиг. 50. Вид И1 на фиг. 49.
Фиг. 51. Разрез по К1-К1 на фиг. 50.
Фиг. 52. Блокировочная муфта 3 по варианту 2, пример 2. Общий вид.
.
Фиг. 53. Блокировочная муфта 3 по варианту 2, пример 2. Вид со стороны штифтов 26
.
Фиг. 54. Блокировочная муфта 3 по варианту 2, пример 2. Вид П2 на фиг. 53
.
Фиг. 55. Блокировочная муфта 3 по варианту 2, пример 2. Разрез П-П на фиг. 53
.
Фиг. 56. Блокировочная муфта 3 по варианту 2, пример 2. Вид П1 на фиг. 55
.
Фиг. 57. Блокировочная муфта 3 по варианту 2, пример 2. Разрез Р-Р на фиг. 53
Фиг. 58. Блокировочная муфта 3 по варианту 2, пример 2. Вид П на фиг. 57.
Фиг. 59. Разрез И1-И1 на фиг. 32 по варианту 2, пример 2.
Фиг. 60. Вид С (увеличено) на Фиг. 59.
Фиг. 61. Разрез М-М на Фиг. 36 по варианту 2, пример 2.
Фиг. 62. Вид У (увеличено) на Фиг. 61.
Фиг. 63. Вид Ф (увеличено и повернуто на 60 градусов) на Фиг. 62.
Фиг. 64. Первая часть 1.1 корпуса 1 дифференциала по варианту 2, пример 2. Вид со стороны элементов 19 упора.
Фиг. 65. Первая часть 1.1 корпуса 1 дифференциала по варианту 2, пример 2, с уложенными в паз 23 пружинами 25, в состоянии «Разблокирован» 50. Вид со стороны элементов 19 упора. Штифты 26 показаны условно.
Фиг. 66. Первая часть 1.1 корпуса 1 дифференциала по варианту 2, пример 2, с уложенными в паз 23 пружинами 25, в состоянии «Заблокирован» 51.2. Вид со стороны элементов 19 упора. Штифты 26 показаны условно.
Фиг. 67. Первая часть 1.1 корпуса 1 дифференциала по варианту 2, пример 2, с в паз 23 пружинами 25, в состоянии «Заблокирован» 52.2. Вид со стороны элементов 19 упора. Штифты 26 показаны условно.
Фиг. 68. Блокировочная муфта 14 прототипа.
Фиг. 69. Схема сравнения пятен контактов в заявляемом устройстве и в прототипе.
Фиг. 70. Таблица данных результата моделирования характеристик заявляемого устройства и прототипа.
Фиг. 71. Траектории движения элементов 4 блокировки во время переключения дифференциала из состояния «Разблокировано» в состояние «Заблокировано» для заявляемого устройства.
Фиг. 72. Траектории движения элементов 4 блокировки во время переключения дифференциала из состояния «Разблокировано» в состояние «Заблокировано» прототипа.
Перечень позицийна фигурах чертежейприведен в Приложении 1 к настоящему описанию.
Осуществление изобретения
.
В качестве примера на фигурах, иллюстрирующих заявляемое изобретение, изображено устройство блокировки для конического дифференциала.
Специалисту в данной области из дальнейшего описания будет понятно, что заявляемое устройство блокировки возможно для применения и в других видах дифференциалов для транспортного средства.
Приведенные примеры исполнения заявляемого устройства не являются ограничивающими и исчерпывающими, они даны лишь для лучшего понимания заявляемого технического решения.
Во всех возможных случаях одинаковые ссылочные обозначения использованы в чертежах для одинаковых или аналогичных элементов. Для краткости описания ссылочные позиции или признаки, имеющие описанную ранее функцию, могут описываться или могут не описываться во взаимосвязи с другими чертежами, в которых они появляются.
Осуществление изобретения
по варианту 1.
варианту 1
Устройство блокировки дифференциала транспортного средства по (Фиг. 1) интегрировано с корпусом 1 дифференциала. Дифференциал включает в себя корпус 1 дифференциала, шестерни 7 и 7.1 полуосей (полуоси условно не показаны), расположенные внутри корпуса и взаимодействующие между собой посредством сателлитов 10, а также крестовину 9 и упорные шайбы 11. Устройство блокировки дифференциала находится в одном из состояний: «Заблокировано» или «Разблокировано».
Устройство блокировки дифференциала (на чертеже не обозначено), выполнено в виде взаимодействующих между собой:
кольцевой блокировочной муфты 3, связанной с приводом 15 и установленной на корпусе 1 дифференциала с возможностью перемещения по его внешней поверхности вдоль оси 33 вращения дифференциала;
одного или нескольких элементов 4 блокирующих, имеющих форму тела вращения;
одно или несколько сквозных радиальных (т.е. с направлением по радиусу) блокировочных отверстий 2, выполненных в корпусе 1 дифференциала и расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Внутри каждого из блокировочных отверстий 2 расположен элемент 4 блокирующий (Фиг. 1) с возможностью его перемещения в блокировочных отверстиях вдоль осей 34 (фиг.18) этих отверстий и с возможностью частичного выхода элементов 4 блокирующих за пределы блокировочных отверстий 2 (Фиг. 10, Фиг. 11, Фиг. 12, Фиг. 13, Фиг. 15);
одно или несколько, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, углублений 13 шестерни 7, расположенных на поверхности шестерни 7 полуоси (Фиг. 3).
Кольцевая блокировочная муфта 3 (Фиг. 1, Фиг. 7) размещена на корпусе 1 дифференциала вокруг блокировочных отверстий 2 с блокирующими элементами 4. На внутренней поверхности 18 блокировочной муфты 3 имеются пазы 5, позволяющие увеличить площадь пятна контакта пары: блокировочная муфта 3 - элемент 4 блокирующий. Пазы 5 блокировочной муфты 3 по варианту 1 далее по тексту обозначены как пазы 5.1 первого типа, имеют, например, три участка (Фиг.8). Каждый паз 5.1 первого типа имеет участок блокировки 6.1, предназначенный для фиксации элемента 4 блокирующего в углублении 13 шестерни 7. Форма поверхности участка 6.1 позволяет увеличить площадь пятна 29.1 контакта пары: блокировочная муфта 3 - элемент 4 блокирующий, когда устройство находится в состоянии «Заблокировано (Фиг. 9).
На внешней поверхности шестерни 7 полуоси, представляющей собой поверхность вращения, может быть выполнена кольцевая канавка 12, направленная вдоль параллелей 24 внешней поверхности шестерни 7 полуоси (фиг. 3). Кольцевая канавка 12 состоит из дна 12.1 и стенок 12.2 (Фиг. 4, Фиг. 6). Дно 12.1 канавки 12 выполнено в виде боковой поверхности цилиндра, ось которого соосна оси 33 вращения дифференциала. Канавка 12 предназначена для увеличения зазора между внутренней поверхностью корпуса 1 и границами углублений 13 шестерни 7.
На дне 12.1 канавки 12 выполнены углубления 13 шестерни 7 (Фиг. 3), каждое из которых состоит из первой 13.1 и второй 13.3 сферических поверхностей, соединяющей их тороидальной поверхности 13.2 и цилиндрических поверхностей 13.4, 13.5 и 13.6 (Фиг. 4). Форма углублений 13 шестерни 7 соответствует форме блокирующего элемента 4, с возможностью погружения в них части объема блокирующего элемента 4.
Размещение углублений 13 на дне 12.1 канавки 12 шестерни 7 исключает имеющий место в прототипе контакт выступающего деформированного участка-наклепа 46 на шестерне 7 (фиг. 19) с корпусом дифференциала, за счет зазора, который дает глубина канавки 12, что в свою очередь исключает заклинивание шестерни 7 полуоси в корпусе дифференциала 1 и что позволяет достичь заявленный технический результат.
Количество углублений 13 шестерни 7 соответствует количеству элементов 4 блокирующих. Элемент 4 блокирующий выполнен в виде тела вращения. Для описываемого примера осуществления изобретения по варианту 1, блокирующий элемент имеет форму шара с радиусом R1 и обозначен как 4.1 (Фиг. 18). При этом блокировочные отверстия 2, для описываемого примера по варианту 1 осуществления изобретения, обозначен как 2.1. Блокировочные отверстия 2.1 выполнены сквозными, цилиндрическими, диаметр каждого из них соответствует диаметру элемента 4.1 блокирующего с возможностью свободной посадки элемента 4.1 блокирующего в блокировочном отверстии 2.1. Оси 34 блокировочных отверстий 2.1, являющиеся осями образующих эти отверстия цилиндров, пересекают ось 33 вращения дифференциала, перпендикулярны ей и расположены в плоскости 47, далее называемой «операционная плоскость», совпадающей с плоскостью сечения В-В на Фиг. 14. Элементы 4.1 блокирующие могут свободно перемещаться в блокировочных отверстиях 2.1 вдоль осей 34 этих отверстий, в том числе и с возможностью частичного выхода элементов блокирующих за пределы блокировочных отверстий. Центры элементов 4.1 блокирующих всегда расположены на операционной плоскости 47.
Первая 13.1 и вторая 13.3 сферические поверхности углублений 13 шестерни 7 выполнены с радиусом, равным радиусу R1 элемента 4.1 блокирующего, а тороидальная поверхность 13.2 углубления 13 шестерни 7 представляет собой часть поверхности сектора тора, ось которого соосна оси 33 вращения дифференциала. При этом радиус образующей тор окружности равен радиусу R1 элемента 4.1 блокирующего, а угол сектора указанного тора равен β (Фиг. 5). Угол β выбирается таким образом, чтобы соседние углубления 13 не соприкасались и не перекрывали друг друга. Тороидальная поверхность 13.2 углубления 13 предназначена для удлинения углублений 13 вдоль параллели внешней поверхности шестерни 7, расположенной на линии пересечения указанной поверхности операционной плоскостью 47, благодаря чему увеличивается площадь покрытия углублением 13 шестерни 7 дна 12.1 канавки 12 шестерни 7. Это позволяет заявляемому устройству выполнять блокировку дифференциала при более высоких скоростях вращения шестерни 7 полуоси относительно корпуса дифференциала 1, чем у прототипа, что имеет место при резких поворотах транспортного средства на котором установлен дифференциал с заявляемым устройством или при пробуксовке одного из колес этого транспортного средства, что позволяет достичь заявленный технический результат (более подробно см. в описании работы заявляемого устройства по варианту 1).
1
1
1
1
Поверхности 13.4, 13.5 и 13.6 предназначены для расширения углублений 13 шестерни 7, вдоль оси вращения шестерни 7 полуоси, совпадающей с осью 33 вращения дифференциала. Первая поверхность 13.4 расширения углубления 13 шестерни 7 представляет собой сектор боковой цилиндрической поверхности с углом β, для которой ось цилиндра соосна оси 33 вращения дифференциала, а высота цилиндра равна L, где L - величина увеличения ширины углубления 13 (Фиг. 4, Фиг. 6). Вторая поверхность 13.5 расширения углубления 13 шестерни 7 представляет собой часть боковой цилиндрической поверхности, для которой ось цилиндра параллельна оси 33 вращения дифференциала и проходит через центр сферы поверхности 13.1, а высота цилиндра равна L. Третья поверхность 13.6 расширения углубления 13 шестерни 7 представляет собой часть боковой цилиндрической поверхности, для которой ось цилиндра параллельна оси 33 вращения дифференциала и проходит через центр сферы поверхности 13.3, а высота цилиндра равна L.
L
1
1
Наличие первой 13.4, второй 13.5 и третьей 13.6 поверхностей расширения углубления 13 шестерни 7 позволяет увеличить значения допустимого износа шайбы 11.1 упорной, при котором сохраняется работоспособность заявляемого устройства. Износ этой шайбы приводит к смещению шестерни 7, а значит и к смещению углублений 13 шестерни 7, вдоль оси 33 вращения дифференциала относительно операционной плоскости 47 (Фиг. 4). При отсутствии первой 13.4, второй 13.5 и третьей 13.6 поверхностей углубления 13 шестерни 7 малейший износ шайбы 11.1 упорной приводит к необходимости ее замены, т.к. указанное выше смещение приводит к невозможности полного погружения блокирующего элемента 4.1 в углубление 13 шестерни полуоси 7, что делает невозможным блокировку дифференциала. Наличие данных поверхностей позволяет компенсировать износ шайбы 11.1 упорной по толщине на величину , где L - величина увеличения ширины углубления 13 шестерни 7 (Фиг.4). При этом, наличие первой 13.4, второй 13.5 и третьей 13.6 поверхностей расширения углубления 13 шестерни 7 позволяют так же компенсировать погрешности изготовления элементов дифференциала при производстве. Таким образом, наличие первой 13.4, второй 13.5 и третьей 13.6 поверхностей приводит к увеличению времени безотказной работы дифференциала, что позволяет достичь заявленный технический результат.
Поверхности 13.1, 13.2, 13.3, 13.4, 13.5 и 13.6 углубления 13 шестерни 7 сопряжены между собой.
Согласно варианту 1 заявляемого изобретения (Фиг. 1) переключение дифференциала из одного состояния в другое происходит при перемещении элементов 4.1 блокировочных в то или иное положение в операционной плоскости 47 посредством их взаимодействия с блокировочной муфтой 3, перемещаемой вдоль оси 33 вращения дифференциала приводным механизмом 15 в том или ином направлении 35 (Фиг. 10 и Фиг. 11), из одного фиксированного положения в другое. На Фиг. 10 и Фиг. 12 показан дифференциал в состоянии «Разблокирован», а на Фиг. 11 и Фиг. 14 показан дифференциал в состоянии «Заблокирован».
1
Количество пазов блокировочной муфты, а именно пазов 5.1 первого типа, равно количеству блокировочных отверстий 2.1 и расположены они на поверхности 18 блокировочной муфты 3 на одинаковом расстоянии друг от друга (Фиг. 8). Участок 6.1 блокировки имеет форму части боковой поверхности цилиндра, ориентированного вдоль оси 33 вращения дифференциала и имеющего радиус, равный R, т.е. равный радиусу элемента 4.1 блокирующего, что позволяет значительно увеличить площадь пятна 29.1 контакта для пары: «Элемент 4.1 блокирующий - блокировочная муфта 3» (Фиг. 9, Фиг. 19, Фиг. 20), по сравнению с прототипом (Фиг. 68). Такая конструкция позволяет работать дифференциалу при значительно больших статических и ударных нагрузках без опасности возникновения механических повреждений материала блокировочной муфты 3 и материала элементов 4.1 блокирующих, что позволяет достичь заявленный технический результат.
Плоскость 42 блокировки (Фиг. 8, Фиг. 9) перпендикулярна к оси 33 вращения дифференциала и проходит через центры всех пятен 29.1 контактов. Плоскость 42 блокировки в состоянии дифференциала «Заблокирован» совмещена с операционной плоскостью 47, и центры всех элементов 4.1 блокирующих в этом случае расположены в плоскости 42.
2
2
1
Участок 6.2 разблокировки паза 5.1 первого типа блокировочной муфты 3 предназначен для размещения в нем части элемента 4.1 блокирующего при выходе диаметрально противоположной части элемента 4.1 блокирующего из углубления 13 шестерни 7, когда дифференциал переключается в состояние «Разблокировано» (Фиг. 18). Участок 6.2 разблокировки имеет форму части боковой поверхности цилиндра, ориентированного вдоль оси 33 вращения дифференциала и имеющего радиус, равный R (Фиг. 18), причем R ≥ R. Когда дифференциал находится в состоянии «Разблокирован» (Фиг. 18), плоскость 43 разблокировки совмещена с операционной плоскостью 47 и центры всех элементов 4.1 блокирующих расположены в плоскости 43, которая перпендикулярна к оси 33 вращения дифференциала и пересекает участки 6.2 разблокировки пазов 5.1 первого типа блокировочной муфты 3 (Фиг. 8, Фиг. 9)
Участок 6.3 переходный паза 5.1 первого типа блокировочной муфты 3 является переходным между участком 6.1 блокировки и участком 6.2 разблокировки и представляет собой сферическую поверхность, плавно соединяющую участки 6.1 и 6.2 (Фиг. 16).
Внутренняя поверхность 18 блокировочной муфты 3 (фиг. 7) выполнена с фаской 44 с криволинейной поверхностью (Фиг. 8, Фиг. 9) для исключения касания блокировочной муфты 3 скругления 49 на корпусе 1.
В разблокированном состоянии устройства элементы 4 блокирующие, находящиеся в отверстиях 2 корпуса 1, частично расположены в пазах 5.1 первого типа блокировочной муфты 3 на их участках 6.2 разблокировки, а их диаметрально противоположные точки касаются дна 12.1 кольцевой канавки 12 (Фиг. 16, Фиг. 18). При работе устройства элементы 4 блокирующие прижимаются за счет центробежной силы к поверхностям участков 6.2 пазов 5.1 первого типа блокировочной муфты 3 (Фиг. 12, Фиг. 13) и не препятствуют вращению шестерни 7.
Блокировочная муфта 3 по варианту 1 снабжена направляющими штифтами 30 для предотвращения её перекоса и поворота относительно корпуса дифференциала 1 (Фиг. 7), что способствует достижению заявленного технического результата.
На внешней поверхности блокировочной муфты 3 может быть выполнена кольцевая канавка 41, предназначенная для размещения вилки 40 приводного механизма 15.
Приводной механизм 15 (Фиг. 10, Фиг. 11) может быть механического или электрического действия. Пример приводного механизма 15, управляемого командами, представляющими собой электрические сигналы, показан на Фиг. 1, где: 38 - соленоид, 39 - шток, 40 - вилка, один конец которой закреплен на штоке 39, а другой, раздвоенный конец, расположен в канавке 41, выполненной на внешней поверхности блокировочной муфты 3.
Осуществление изобретения по варианту 2.
варианту 2
Устройство блокировки дифференциала транспортного средства по (Фиг. 2), интегрировано с корпусом 1 дифференциала. На схеме (Фиг. 2) общего вида устройства его элементы пространственно-разнесены. Дифференциал включает в себя корпус 1 дифференциала, шестерни 7, 7.1 полуосей (полуоси условно не показаны), расположенные внутри корпуса 1 и взаимодействующие между собой посредством сателлитов 10, а также крестовину 9 и упорные шайбы 11.1, 11.2. Устройство блокировки дифференциала находится в одном из состояний: «Заблокировано» или «Разблокировано».
Устройство блокировки дифференциала (на чертеже не обозначено), выполнено в виде взаимодействующих между собой элементов, расположенных относительно центральной оси вращения 33 дифференциала:
одного или нескольких элементов 4 блокирующих, имеющих форму тела вращения;
одного или нескольких сквозных блокировочных отверстий 2, выполненных в корпусе 1 дифференциала, радиально ориентированных по отношению к оси вращения 33 и расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Внутри каждого из блокировочных отверстий 2 расположен элемент 4 блокирующий (фиг. 2) с возможностью его перемещения в блокировочных отверстиях вдоль осей 34 этих отверстий и с возможностью частичного выхода элементов 4 блокирующих за пределы блокировочных отверстий 2 (Фиг. 34, Фиг. 35, Фиг. 39, Фиг. 40, Фиг. 43);
одного или нескольких углублений 13 шестерни 7 (Фиг. 3), расположенных на поверхности шестерни полуоси 7 с возможностью размещения в каждом из них части объема элемента 4 блокирующего;
кольцевой блокировочной муфты 3, размещенной на корпусе 1 дифференциала вокруг блокировочных отверстий 2 с блокирующими элементами 4. На внутренней поверхности 18 блокировочной муфты 3 имеется один или несколько пазов 5 блокировочной муфты 3, в дальнейшем по тексту обозначенных как пазы 5.2 второго типа для варианта 2 примера 1 и примера 3 (профиль пазов 5.2 второго типа показан на Фиг. 25) или пазов 5.3 третьего типа для варианта 2 примера 2 (профиль пазов 5.3 третьего типа показан на Фиг. 53).
Каждое углубление 13 шестерни 7 имеет переменный профиль. Форма углублений шестерни 7 соответствует форме блокирующего элемента 4. Углубление шестерни 7 выполнено с возможностью погружения в него части объема блокирующего элемента 4. Количество углублений шестерни 7 соответствует количеству элементов 4 блокирующих, соответственно, и количеству блокировочных отверстий 2 в корпусе 1 дифференциала. Форма и назначение углублений шестерни 7 детально описана в примерах 1-3 выполнения устройства по варианту 2.
На внешней поверхности шестерни 7 полуоси, представляющей собой поверхность вращения, может быть выполнена кольцевая канавка 12, направленная вдоль параллелей 24 внешней поверхности шестерни 7 полуоси (фиг. 3). Форма и назначение кольцевой канавки 12 соответствует описанию, данному в описании варианта 1 (Фиг.3).
Блокировочная муфта 3 связана с электромагнитным приводом 17 (Фиг. 2) и установлена на корпусе 1 дифференциала с возможностью ее поворота относительно него вокруг оси 33 вращения дифференциала и с возможностью останова ее поворота в первом 50 фиксированном положении «Разблокировано» (Фиг. 2), а так же во втором 51 или в третьем 52 фиксированном положении «Заблокировано» (Фиг. 2). При этом конструкция заявляемого устройства не позволяет блокировочной муфте 3 перемещаться вдоль оси 33 вращения дифференциала.
Согласно варианту 2 заявляемого изобретения (Фиг. 2) переключение дифференциала из одного состояния в другое происходит при перемещении элементов 4 блокировочных в то или иное положение в операционной плоскости 47, вдоль лежащих в ней осей 34 (Фиг. 35, 39), благодаря их взаимодействию с кольцевой блокировочной муфтой 3, поворачиваемой вокруг оси 33 вращения дифференциала относительно корпуса 1 дифференциала в направлении по часовой стрелке или против, и останова ее поворота в фиксированном положении 50 «Разблокировано» или в одном из двух фиксированных положений «Заблокировано»: 51, 52, посредством включения или выключения электромагнитного привода 17 (Фиг. 2). Например, на Фиг. 34 показан дифференциал в состоянии «Разблокирован», а на Фиг. 39 показан дифференциал в состоянии «Заблокирован».
Согласно варианту 2 электромагнитный привод 17 предназначен для управления состоянием дифференциала. В качестве электромагнитного привода 17 может быть использован электромагнит, обеспечивающий необходимое усилие для работы механизма блокировки. При подаче через разъем 53 (Фиг. 2) электрического напряжения на электромагнитный привод 17, дифференциал переключается в состояние «Заблокирован», при отключении напряжения по соответствующему алгоритму дифференциал переключается в состояние «Разблокирован». Электромагнитный привод 17 расположен на корпусе 1 рядом с блокировочной муфтой 3. Он выполнен со стопором 16, предотвращающим вращение электромагнитного привода 17 вокруг оси 33 вращения дифференциала относительно картера 55 дифференциала, которое возможно из-за вращения корпуса 1 дифференциала. Относительно картера 55 дифференциала стопор 16 (Фиг. 38) может свободно перемещаться вдоль оси 33 вращения дифференциала, а в направлениях, перпендикулярных к оси 33 вращения дифференциала, перемещение стопора 16 заблокировано фиксаторами 54 стопора, прикрепленными с помощью жесткой механической связи 56, например сварки, к картеру 55. Т.к. стопор 16 жестко закреплен на электромагнитном приводе 17, то данный электромагнитный привод 17, соответственно, может перемещаться вдоль оси 33 вращения дифференциала и не может проворачиваться вокруг этой оси 33 вращения дифференциала относительно картера 55. Перемещение электромагнитного привода 17 вдоль оси 33 вращения дифференциала ограничено с одной стороны блокировочной муфтой 3, а с другой стороны элементами 19 упора.
Ниже следуют примеры конкретного выполнения заявляемого устройства по варианту 2, которые не являются ограничивающими и исчерпывающими, они даны лишь для лучшего понимания заявляемого технического решения.
Пример 1.
Устройство блокировки дифференциала транспортного средства по примеру 1 выполнено аналогично данному выше описанию.
1
Элемент 4 блокирующий выполнен в виде тела вращения. Для описываемого примера осуществленияизобретения по варианту 2 примера 1, блокирующий элемент имеет форму шара с радиусом R и обозначен как 4.1 (Фиг. 35). При этом блокировочные отверстия 2, для описываемого примера по варианту 2 примера 1 осуществления изобретения, обозначен как 2.1.
Описание форм взаимодействующих элементов, а именно, блокировочных отверстий 2.1, а также углублений шестерни 7 подробно даны в описании устройства по варианту 1 и на Фиг. 4, Фиг. 6. В настоящем примере углубление шестерни следует понимать, как обозначенное позицией 13.
1
Блокировочные отверстия 2.1 расположены на корпусе 1 дифференциала радиально, выполнены сквозными, цилиндрическими, радиус каждого из них соответствует радиусу Rэлемента 4.1 блокирующего, с возможностью свободной посадки элемента 4.1 блокирующего в отверстии 2.1, а оси 34 блокировочных отверстий 2.1, являющиеся осями образующих эти отверстия цилиндров, пересекают ось 33 вращения дифференциала, перпендикулярны ей и расположены в плоскости 47, далее называемой: операционная плоскость, совпадающей с плоскостью сечения И1-И1 на Фиг. 32. Элементы 4.1 блокирующие могут свободно перемещаться в блокировочных отверстиях 2.1 вдоль осей 34 этих отверстий, в том числе и с возможностью частичного выхода элементов 4.1 блокирующих за пределы блокировочных отверстий 2.1. Центры элементов 4.1 блокирующих всегда расположены в операционной плоскости 47.
Блокировочная муфта 3 снабжена фиксирующими штифтами разной длины, например, двумя длинными штифтами 20 и двумя короткими штифтами 26 (Фиг. 23). Длинные штифты 20 предназначены для фиксации блокировочной муфты 3 в одном из двух фиксированных положений - во втором 51.1 или в третьем 52.1 (Фиг. 2), обеспечивающих блокировку дифференциала при включенном электромагнитном приводе 17, и для возврата блокировочной муфты 3 в первое фиксированное положение 50 (Фиг. 2) при выключении электромагнитного привода 17 для разблокировки дифференциала. Короткие штифты 26 предназначены для возврата блокировочной муфты 3 в первое фиксированное положение 50 при выключении электромагнитного привода 17 для разблокировки дифференциала.
Кольцевая блокировочная муфта 3 (Фиг. 2, Фиг. 23) размещена на корпусе 1 дифференциала вокруг блокировочных отверстий 2.1 с блокирующими элементами 4.1. На внутренней поверхности 18 блокировочной муфты 3 имеются пазы 5, позволяющие увеличить площадь пятна контакта пары: «блокировочная муфта 3 - элемент 4.1 блокирующий». Пазы 5 блокировочной муфты 3 для варианта 2 примера 1, далее по тексту пазы 5.2 второго типа имеют, например, три участка, а именно: участок 31.1 блокировки, участок 31.2 разблокировки и участок 31.3 технологический (Фиг. 23, Фиг. 25, Фиг. 26, Фиг. 27, Фиг. 28). Причем участок блокировки 31.1 предназначен для фиксации элемента 4.1 блокирующего в углублении 13 шестерни 7, когда устройство блокировки дифференциала находится в состоянии «Заблокировано» (Фиг. 37, Фиг. 40). Увеличение площади пятна 29.2 контакта пары: блокировочная муфта 3 - элемент 4.1 блокирующий, обеспечивается тем, что форма поверхности участка 31.1 соответствует форме поверхности вращения элемента 4.1 блокирующего. Количество пазов 5.2 второго типа равно количеству блокировочных отверстий 2.1 в первой части 1.1 корпуса дифференциала. Соседние пазы 5.2 соединены друг с другом. Вид на торец блокировочной муфты 3 со стороны штифтов 20 и 26 показан на Фиг. 25 и Фиг. 26, пунктиром условно показан профиль пазов 5.2 второго типа блокировочной муфты 3.
1
6
L
Для примера 1 по варианту 2, где применен элемент 4.1 блокирующий в виде шара, участок 31.1 блокировки паза 5.2 второго типа имеет форму части поверхности открытого тора, ось которого соосна оси 33 вращения дифференциала, а плоскость в которой находится направляющая окружность тора лежит на операционной плоскости 47. Причем радиус образующей окружности тора равен R, т.е. равен радиусу элемента 4.1 блокирующего (Фиг. 37), что значительно увеличивает протяженность, а следовательно и площадь пятна 29.2 контакта для пары: «элемент 4.1 блокирующий - блокировочная муфта 3» (Фиг. 29), по сравнению с прототипом (Фиг. 68). В свою очередь это позволяет работать дифференциалу при значительно больших статических и ударных нагрузках без опасности возникновения механических повреждений материала блокировочной муфты 3 и материала элементов 4.1 блокирующих, что позволяет достичь заявленный технический результат. Глубина  (Фиг. 26) участка 31.1 блокировки паза 5.2 второго типа выбирается в зависимости от требуемой площади пятна 29.2 контакта при заданной нагрузке.
3
1
1,
1
Участок 31.2 разблокировки паза второго типа имеет, например, форму части поверхности закрытого тора, ось которого параллельна оси 33 вращения дифференциала, внешний радиус тора R (Фиг. 35) больше либо равен R и радиус образующей окружности тора больше либо равен R где R радиус элемента 4.1 блокирующего. Диапазон зависит от технологического обрабатывающего инструмента и не является предметом изобретения. Направляющая окружность тора лежит в операционной плоскости 47 (Фиг. 26). При этом:
L
L
L
7
8
6
=  + , где:
L
6
- глубина участка 31.1 блокировки паза второго типа;
L
7
- глубина участка 31.2 разблокировки паза второго типа;
L
8
- глубина углубления 13 шестерни 7 (Фиг.5).
Участок 31.2 разблокировки паза 5.2 второго типа блокировочной муфты 3 предназначен для размещения в нем части элемента 4.1 блокирующего при выходе элемента 4.1 блокирующего из углубления 13 шестерни 7, когда дифференциал находится в состоянии «Разблокировано» (Фиг. 32, Фиг. 33, Фиг. 34, Фиг. 35).
1
Участок 31.3 технологический паза 5.2 второго типа блокировочной муфты 3 используется при сборке дифференциала и представляет собой часть боковой поверхности цилиндра, ориентированного вдоль оси 33 вращения дифференциала и имеющего радиус, равный R (Фиг. 27).
Внутренняя поверхность 18 блокировочной муфты 3 выполнена с фаской 44 с криволинейной поверхностью (Фиг. 28, Фиг. 30, Фиг. 33, Фиг. 37) для исключения касания блокировочной муфты 3 скругления 49 на первой части корпуса 1.1.
В разблокированном состоянии устройства элементы 4.1 блокирующие, находящиеся в блокировочных отверстиях 2.1 корпуса 1, частично расположены в пазах 5.2 второго типа блокировочной муфты 3 на участках 31.2 разблокировки, а их диаметрально противоположные точки касаются дна 12.1 кольцевой канавки 12. При работе устройства элементы 4.1 блокирующие прижимаются за счет центробежной силы к поверхностям участков 31.2 разблокировки пазов второго типа (Фиг. 34, Фиг. 35) и не препятствуют вращению шестерни 7.
В заблокированном состоянии устройства элементы 4.1 блокирующие, находящиеся в блокировочных отверстиях 2.1 корпуса 1.1, частично расположены в пазах 5.2 второго типа блокировочной муфты 3 на участках 31.1 блокировки, а их диаметрально противоположные части находятся в углублениях 13 шестерни 7 (Фиг. 39, Фиг. 40).
Торцевая поверхность корпуса 1 дифференциала со стороны блокировочной муфты 3 выполнена с кольцевым пазом 23 (Фиг. 42), содержащим вырезы 21 и расположенные попарно на разных стенках паза 23 выступы 22, причем количество вырезов 21 равно количеству длинных фиксирующих штифтов 20, а количество пар выступов равно количеству фиксирующих длинных 20 и коротких 26 штифтов (Фиг. 23, Фиг. 42, Фиг. 44). Кольцевой паз 23 предназначен для размещения в нем пружин 25 возвратных (Фиг. 45, штифты 20 и 26 показаны условно). Количество пружин 25 равно количеству фиксирующих штифтов 20 и 26. Пружины 25 предназначены для возврата блокировочной муфты 3 в исходное фиксированное положение 50 при разблокировке дифференциала. Вырезы 21 предназначены для того, чтобы, с помощью длинных штифтов 20, остановить вращение блокировочной муфты 3, в одном из двух фиксированных положений 51.1 или 52.1 (Фиг. 2, Фиг. 46, Фиг. 47), в каждом из которых происходит блокировка дифференциала при включенном электромагнитном приводе 17.
Пример 2.
1
Устройство блокировки дифференциала транспортного средства по примеру 2 выполнено аналогично примеру 1. Элемент 4 блокирующий в настоящем примере имеет форму тела вращения в виде шара с радиусом R и обозначен как 4.1 (Фиг. 35).
Описание форм взаимодействующих элементов, а именно, блокировочных отверстий 2.1, углублений шестерни 7 подробно даны в описании устройства по варианту 1 и на Фиг. 4, Фиг. 6 и в примере 1 варианта 2. В настоящем примере углубление шестерни следует понимать, как обозначенное позицией 13.
В отличии от устройства по примеру 1 блокировочная муфта 3 снабжена фиксирующими штифтами 26, например, четырьмя (Фиг. 52), предназначенными для взаимодействия блокировочной муфты 3 с возвратными пружинами 25, а именно для возврата блокировочной муфты 3 в исходное положение 50 (Фиг. 2) при выключении электромагнитного привода 17 с целью разблокировки дифференциала.
Кольцевая блокировочная муфта 3 (Фиг. 2, Фиг. 52) размещена на корпусе 1 дифференциала вокруг блокировочных отверстий 2.1 с блокирующими элементами 4.1. На внутренней поверхности 18 блокировочной муфты 3 имеются пазы 5, позволяющие увеличить площадь пятна контакта пары: «блокировочная муфта 3 - элемент 4.1 блокирующий». Пазы 5 блокировочной муфты 3 в данном примере далее по тексту обозначены как пазы 5.3 третьего типа, каждый паз 5.3 содержит, например, два участка 32.1 блокировки, участок 32.2 разблокировки, два участка 32.3 упора и участок 32.4 технологический (Фиг. 55, Фиг. 56, Фиг. 57). Причем два участка блокировки 32.1, предназначены для фиксации элемента 4.1 блокирующего в углублении 13 шестерни 7, когда устройство блокировки дифференциала находится в состоянии «Заблокировано» (Фиг. 36, Фиг. 61). Увеличение площади пятна 29.3 контакта пары: «блокировочная муфта 3 - элемент 4.1 блокирующий», обеспечивается тем, что форма поверхности каждого участка 32.1 соответствует форме поверхности вращения элемента 4.1 блокирующего.
1
Количество пазов 5.3 третьего типа блокировочной муфты 3 равно количеству блокировочных отверстий 2.1 в первой части 1.1 корпуса дифференциала и расположены они на одинаковом расстоянии друг от друга (Фиг. 52). Вид на торец блокировочной муфты 3 со стороны штифтов 26 показан на Фиг. 53 и Фиг. 54. Пунктиром условно показан профиль пазов 5.3 третьего типа блокировочной муфты 3. В примере 2 по варианту 2 пазы 5.3 третьего типа блокировочной муфты выполнены с возможностью взаимодействия с элементами блокирующими, представляющими собой шар радиусом R - элемент 4.1 блокирующий.
1
4
6
1
L
Для примера 2 участок 32.1 блокировки паза 5.3 третьего типа блокировочной муфты 3 имеет форму части поверхности сектора открытого тора, ось которого соосна оси 33 вращения дифференциала, а плоскость, в которой находится направляющая окружность тора лежит на операционной плоскости 47. Причем радиус образующей окружности тора равен R, т.е. равен радиусу элемента 4.1 блокирующего, что значительно увеличивает протяженность, а следовательно и площадь пятна 29.3 контакта для пары: «элемент 4.1 блокирующий - блокировочная муфта 3» (Фиг. 58) по сравнению с прототипом (Фиг. 68). Это в свою очередь позволяет работать дифференциалу при значительно больших статических и ударных нагрузках без опасности возникновения механических повреждений материала блокировочной муфты 3 и материала элементов 4.1 блокирующих, что позволяет достичь заявленный технический результат. Участок 32.1 расположен между участком 32.2 и участком 32.3, при чем его протяженность должна быть больше ширины расположенного на нем пятна 29.3 контакта, имеющего ширину равную L при максимальной нагрузке, для предотвращения смятия границы между участком 32.1 и участком 32.2. Глубина  участка 32.1 блокировки паза третьего типа (Фиг. 54) выбирается в зависимости от требуемой площади пятна 29.3 контакта при заданной нагрузке. При этом для надежной блокировки расстояние от поверхности 13.4, лежащей между поверхностями 13.2 углубления 13 шестерни 7 до линии пересечения участка 32.1 операционной плоскостью 47 должно быть равно 2R, т.е. диаметру элемента 4.1 блокирующего.
При этом участок 32.2 разблокировки в пазах 5.3 третьего типа предназначен для размещения в нем части элемента 4.1 блокирующего при выходе элемента 4.1 блокирующего из углубления 13, когда дифференциал находится в состоянии «Разблокировано» (Фиг. 32, Фиг. 33, Фиг. 59, Фиг. 60).
3
1
1,
1
Участок 32.2 разблокировки паза третьего типа имеет например, форму части поверхности закрытого тора, ось которого параллельна оси 33 вращения дифференциала, внешний радиус тора R (Фиг. 60) больше либо равен R и радиус образующей окружности тора больше либо равен R где R радиус элемента 4.1 блокирующего, диапазон зависит от технологического обрабатывающего инструмента и не является предметом изобретения. Причем направляющая окружность тора лежит в операционной плоскости 47. При этом (Фиг. 26):
L
L
L
7
8
6
=  + , где:
L
6
- глубина участка 32.1 блокировки паза второго типа;
L
7
- глубина участка 32.2 разблокировки паза второго типа;
L
8
- глубина углубления 13 шестерни 7 (Фиг. 5).
1,
1
7
1
L
Радиус образующей окружности тора равен R где R радиус элемента 4.1 блокирующего. Причем направляющая окружность тора лежит в операционной плоскости 47, в которой расположены оси 34 образующих отверстия цилиндрических поверхностей блокировочных отверстий 2.1. А  - глубина погружения поверхности тора под поверхность 18 блокировочной муфты 3 (Фиг. 54) выбрана таким образом, чтобы расстояние от поверхности дна 12.1 канавки шестерни 7 до линии пересечения участка 32.2 операционной плоскостью 47 центре этого участка было равно 2R, т.е. равно диаметру элемента 4.1 блокирующего.
4
1
1
1
,
Два участка 32.3 упора паза 5.3 третьего типа предназначены для останова вращения блокировочной муфты 3 относительно корпуса 1.1 при блокировке дифференциала, причем один из участков 32.3 ограничивает вращение в одном направлении, а другой участок 32.3 в другом направлении. Участки 32.3 расположены симметрично относительно участка 32.2 и выполнены, например, в форме части поверхности закрытого тора, ось которого параллельна оси 33 вращения дифференциала (Фиг. 58). Внешний радиус тора R соответствует радиусу R элемента 4 блокирующего или более, диапазон зависит от технологического обрабатывающего инструмента и не является предметом изобретения. Радиус образующей окружности тора равен R, где R радиус элемента 4 блокирующего, причем плоскость, в которой находится направляющая окружность тора лежит в операционной плоскости 47.
1
Участок 32.4 технологический паза 5.3 третьего типа блокировочной муфты 3 используется при сборке и разборке дифференциала и представляет собой, например, часть боковой поверхности цилиндра, ориентированного вдоль оси 33 вращения дифференциала и имеющего радиус равный Rили более (Фиг. 55). Глубина участка 32.4 должна позволять производить сборку и разборку дифференциала без усилий.
Торцевая поверхность корпуса 1 дифференциала со стороны блокировочной муфты 3 выполнена с кольцевым пазом 23 (Фиг. 64), содержащим парные выступы 22, причем количество пар выступов 22 равно количеству штифтов 26 (Фиг. 64). Кольцевой паз предназначен для размещения в нем пружин 25 возвратных (Фиг. 65, фиксирующие штифты 26 показаны условно). Количество пружин 25 равно количеству фиксирующих штифтов 26. Пружины 25 предназначены для возврата блокировочной муфты 3 в первое фиксированное положение 50 при разблокировке дифференциала (Фиг. 65).
Пример 3.
1
9
5
Устройство блокировки дифференциала транспортного средства по примеру 3 выполнено аналогично примеру 1, однако, элемент блокирующий выполнен в форме ролика цилиндрического, с радиусом R, обозначен далее как 4.2 (Фиг. 48). Полезная длина такого ролика цилиндрического равна L (ГОСТ 22696-2013). Ролик выполнен с фаской 28 с номинальным размером R.
Блокировочные отверстия 2, далее согласно настоящему примеру блокировочные отверстия 2.2 выполнены в корпусе 1 дифференциала (Фиг. 43) сквозными, соответствующими формеэлемента 4.2 блокирующего, имеющему прямоугольное продольное сечение, с возможностью свободной посадки в них блокирующего элемента 4.2. При этом оси 34 блокировочных отверстий 2.2, пересекают ось 33 вращения дифференциала, перпендикулярны ей и расположены в операционной плоскости 47 (Фиг. 50). Элементы 4.2 блокирующие могут свободно перемещаться в блокировочных отверстиях 2.2 вдоль осей 34 этих отверстий, в том числе и с возможностью частичного выхода элементов 4.2 блокирующих за пределы блокировочных отверстий 2.1. На Фиг. 43 в одном из блокировочных отверстий 2.2 показан элемент 4.2 блокирующий, частично выступающий над поверхностью корпуса 1, что соответствует положению элемента 4.2 блокирующего в состоянии «Заблокировано» заявляемого устройства.
10
10
9
1
9
1
В настоящем примере углубление шестерни следует понимать, как обозначенное позицией 27 на Фиг. 40.Углубления 27 шестерни 7 выполнены с возможностью взаимодействия с элементом 4.2 блокирующим, представляющим собой цилиндрический ролик. Количество, наименование и назначение поверхностей углубления 27 (Фиг. 49, 50), аналогичны ранее описанным в варианте 1 углублениям 13 (Фиг. 4), а именно: первая сферическая поверхность 27.1 углубления 27, тороидальная поверхность 27.2 углубления 27, вторая сферическая поверхность 27.3 углубления 27, первая поверхность 27.4 расширения углубления 27 вдоль оси 33 вращения, вторая поверхность 27.5 расширения углубления 27 вдоль оси 33 вращения, третья поверхность 27.6 расширения углубления 27 вдоль оси 33 вращения (Фиг. 50). При этом ширина L первой поверхности 27.4 расширения, второй поверхности 27.5 расширения и третьей поверхности 27.6 расширения углубления 27 равна сумме L = L + L, где L - полезная длина элемента 4.2 блокирующего, а L - величина увеличения ширины углубления 27 шестерни 7, определяющего допустимый износ упорной шайбы 11.1 (Фиг. 4, Фиг. 51).
Аналогично Примеру 1 блокировочная муфта 3 снабжена фиксирующими штифтами разной длины, например, двумя длинными штифтами 20 и двумя короткими штифтами 26 (Фиг. 23). Длинные штифты 20 предназначены для фиксации блокировочной муфты 3 в одном из двух фиксированных положений - во втором 51.1 или в третьем 52.1 (Фиг. 2), обеспечивающих блокировку дифференциала при включенном электромагнитном приводе 17, и для возврата блокировочной муфты 3 в первое фиксированное положение 50 (Фиг. 2) при выключении электромагнитного привода 17 для разблокировки дифференциала. Короткие штифты 26 предназначены для возврата блокировочной муфты 3 в первое фиксированное положение 50 при выключении электромагнитного привода 17 для разблокировки дифференциала.
На внутренней поверхности 18 блокировочной муфты 3 имеются пазы 5, позволяющие увеличить площадь пятна контакта пары: «блокировочная муфта 3 - элемент 4.2 блокирующий». Пазы блокировочной муфты 3, по варианту 2 в примере 3, далее по тексту обозначены как пазы 5.2 второго типа, аналогично примеру 1, состоящие, например, из участков трех типов, а именно: участок 31.1 блокировки паза 5.2 блокировочной муфты 3 второго типа, участок 31.2 разблокировки паза 5.2 блокировочной муфты 3 второго типа и участок 31.3 технологический паза 5.2 блокировочной муфты 3 второго типа (Фиг. 30).
Участок 31.1 блокировки паза 5.2 второго типа блокировочной муфты 3 предназначен для фиксации элемента 4.2 блокирующего в углублении 27 шестерни 7, когда устройство блокировки дифференциала находится в состоянии «Заблокировано» (Фиг. 40). Участок 31.1 блокировки паза 5.2 второго типа блокировочной муфты 3 соответствует форме поверхности вращения элемента 4.2 блокирующего. Участок 31.1 блокировки, участок 31.2 разблокировки и участок 31.3 технологический паза 5.2. второго типа блокировочной муфты 3 выполнены с учетом формы элемента 4.2 блокирующего в виде ролика цилиндрического (Фиг. 30). При этом пятно 29.4 контакта для пары: «элемент 4.2 блокирующий - блокировочная муфта 3» имеет вид, показанный на Фиг. 31.
Внутренняя поверхность 18 блокировочной муфты 3, как и в примере 1, выполнена с фаской 44 с криволинейной поверхностью (Фиг. 28, Фиг. 30, Фиг. 33, Фиг. 37) для исключения касания блокировочной муфты 3 скругления 49 на первой части корпуса 1.1.
В разблокированном состоянии устройства элементы 4.2 блокирующие, находящиеся в блокировочных отверстиях 2.2 корпуса 1, частично расположены в пазах 5.2 второго типа блокировочной муфты 3 на участках 31.2 разблокировки, а их диаметрально противоположные точки касаются дна 12.1 кольцевой канавки 12. При работе устройства элементы 4.2 блокирующие прижимаются за счет центробежной силы к поверхностям участков 31.2 разблокировки пазов второго типа (Фиг. 34, Фиг. 35) и не препятствуют вращению шестерни 7.
В заблокированном состоянии устройства элементы 4.2 блокирующие, находящиеся в блокировочных отверстиях 2.2 корпуса 1, частично расположены в пазах 5.2 второго типа блокировочной муфты 3 на участках 31.1 блокировки, а их диаметрально противоположные части находятся в углублениях 27 шестерни 7 (Фиг. 39, Фиг. 40).
Торцевая поверхность первой части 1.1 корпуса 1 дифференциала со стороны блокировочной муфты 3, как и в примере 1, выполнена с кольцевым пазом 23 (Фиг. 42), содержащим вырезы 21 и расположенные попарно на разных стенках паза 23 выступы 22, причем количество вырезов 21 равно количеству длинных фиксирующих штифтов 20, а количество пар выступов равно количеству фиксирующих длинных 20 и коротких 26 штифтов (Фиг. 23, Фиг. 42, Фиг. 44). Кольцевой паз 23 предназначен для размещения в нем пружин 25 возвратных (Фиг. 45, штифты 20 и 26 показаны условно). Количество пружин 25 равно количеству фиксирующих штифтов 20 и 26. Пружины 25 предназначены для возврата блокировочной муфты 3 в исходное фиксированное положение 50 при разблокировке дифференциала. Вырезы 21 предназначены для того, чтобы, с помощью длинных штифтов 20, остановить вращение блокировочной муфты 3, в одном из двух фиксированных положений 51.1 или 52.1 (Фиг. 2, Фиг. 46, Фиг. 47), в каждом из которых происходит блокировка дифференциала при включенном электромагнитном приводе 17.
Должно быть понятно, что описываемые элементы для любого примера могут комбинироваться любым подходящим образом в различных примерах, до тех пор, пока контекст не будет ясно предписывать что-либо иное. В то время как несколько примеров в данном описании были подробно раскрыты, специалистам в данной области техники будет очевидно, что раскрытые здесь примеры могут быть изменены, поэтому не являются ограничивающими.
Работа
.
Если дифференциал находится в состоянии «Разблокирован», первая 7 и вторая 7.1 шестерни могут свободно вращаться относительно корпуса 1 дифференциала в любом направлении. Если дифференциал находится в состоянии «Заблокирован», шестерни 7 и 7.1 зафиксированы относительно корпуса 1 с угловым люфтом, равным углу β (Фиг. 5), и вращаются синхронно одновременно с корпусом 1 дифференциала, т.е. относительно корпуса 1 они неподвижны, если не брать во внимание указанный выше люфт, наличие которого не сказывается на работе устройства из-за его незначительной величины.
,
Работа заявляемого устройства по любому из вариантов заключается в быстром и надежном переключении состояния дифференциала из состояния «Разблокирован» в состояние «Заблокирован» и наоборот как во время стоянки транспортного средства, так и во время его движения. Причем указанные переключения производятся за счет механического включения и выключения жесткой механической связи (механического контакта) между шестерней 7 полуоси дифференциала и корпусом 1 дифференциала. Указанная жесткая механическая связь представляет собой механические зацепления шестерни с элементами 4 блокирующими, соединенными с корпусом 1 дифференциала и имеющими возможность перемещения вдоль осей 34 блокировочных отверстий 2 как в сторону шестерни 7, так и от нее. Перемещение элементов 4 блокирующих в сторону шестерни 7 приводит к включению жесткой механической связи между шестерней 7 полуоси и корпусом 1 дифференциала за счет зацепления этих элементов за углубления шестерни 7, что приводит к переключению дифференциала в состояние «Заблокировано». Перемещение элементов 4 блокирующих вдоль осей 34 блокировочных отверстий 2 в сторону от шестерни 7 полуоси приводит к разъединению указанной жесткой механической связи, т.е. к переключению дифференциала в состояние «Разблокировано». Указанные перемещения элементов 4 блокирующих осуществляются с помощью блокировочной муфты 3 за счет ее перемещения по поверхности корпуса 1 дифференциала. Элементы 4 блокирующие частично находятся в пазах 5 блокировочной муфты 3 и, т.к. каждый паз 5 имеет участки различной глубины, то элементы 4 блокирующие, попадая на тот или иной участок, перемещаются по глубине и, следовательно, вдоль осей 34 блокировочных отверстий, что и приводит к включению и выключению жесткой механической связи между шестерней 7 полуоси и корпусом 1 дифференциала, следовательно его блокировки и разблокировки. Указанные перемещения блокировочной муфты 3 могут производиться при поступлении извне одной из двух управляющих команд: «Заблокировать», «Разблокировать». Эти команды могут поступать с помощью различных механических устройств, гидравлических приводов, в виде электрических сигналов и пр.
Работа заявляемого устройства по варианту 1.
В примере на Фиг. 1 управляющие команды поступают на приводной механизм 15. В данном примере используются команды в виде электрических сигналов, поступающих на входящий в состав приводного механизма 15 соленоид 38.
В варианте 1 настоящего изобретения перемещения блокировочной муфты 3 по корпусу 1 дифференциала при выполнении блокировки или разблокировки дифференциала заключаются в линейном перемещении блокировочной муфты 3 вдоль оси 33 вращения дифференциала.
В примере на Фиг. 1 управляющие команды поступают на приводной механизм 15. В данном примере используются команды в виде электрических сигналов, поступающих на входящий в состав приводного механизма 15 соленоид 38. При поступлении новой команды шток 39 движется в направлении 35, зависящем от команды, из одного фиксированного положения в другое фиксированное положение, на Фиг. 10, Фиг. 11, соответственно, влево/вправо. Так, если дифференциал находится в состоянии «Разблокирован», и поступает команда «Заблокировать», то шток 39, находящийся до этого в первом фиксированном положении, движется вправо до второго фиксированного положения. Если дифференциал находится в состоянии «Заблокирован», и поступает команда «Разблокировать», то шток 39, находящийся до этого во втором фиксированном положении, движется влево до первого фиксированного положения.
Если дифференциал находится в состоянии «Разблокирован», и на заявляемое устройство поступает команда «Заблокировать», блокировочная муфта 3 перемещается в крайнее правое положение, в котором ее плоскость 42 блокировкисовмещается с операционной плоскостью 47 (Фиг.11, Фиг. 17). Элементы 4 блокирующие во время перемещения блокировочной муфты 3 подталкиваются поверхностью участка 6.3 переходного паза 5.1 первого типа в углубления 13 шестерни 7. При дальнейшем перемещении блокировочной муфты 3 элементы 4 блокирующие попадают на участки 6.1 блокировки пазов 5.1 первого типа. По окончании перемещения блокировочной муфты 3 плоскость 42 блокировки (фиг. 8) и операционная плоскость 47 совмещаются, и элементы 4 блокирующие фиксируются участками 6.1 пазов 5.1 первого типа в углублениях 13 шестерни 7. Эта ситуация отображена на фигурах Фиг. 14, Фиг. 15, Фиг. 17 и Фиг. 19. В этом положении блокировочной муфты 3 у шестерни 7 ограничена возможность проворачивания относительно корпуса 1, т.к. этому будут препятствовать первая 13.1 и вторая 13.3 сферические поверхности углублений 13 шестерни 7. Таким образом дифференциал переключился в состояние «Заблокирован».
Δh
,
2
1
При этом при возникновении внешней силы, направленной на вращение шестерни 7, например, в направлении 45 (Фиг. 19), на элементы 4 блокирующие действует сила, передаваемая им поверхностью 13.1, в результате действия которой элементы 4 блокирующие будут прижаты к поверхности участка 6.1 блокировки паза 5.1 первого типа силой, вектор 48 которой направлен вдоль оси отверстий 2 (Фиг. 19). Вектор 48 является результатом действия сил, приложенных к элементу 4 блокирующему контактирующей с ним шестерни 7 при действии внешней силы, пытающейся провернуть шестерню в направлении 45. Благодаря упругости и вязкости материала блокировочной муфты элемент 4 блокирующий при этом погрузится в него на глубину , при этом ширина пятна 29.1 контакта равна L (Фиг. 20). После прекращения действия указанной силы поверхность участка 6.1, благодаря упругости материала блокировочной муфты 3, восстановится. Форма пятна 29.1 контакта при таком взаимодействии элемента 4 блокирующего с поверхностью участка 6.1 показана на Фиг. 9, а результат моделирования такой поверхности 37 при номинальной нагрузке показан на Фиг. 69. Т.к. радиусы элементов 4 блокирующих и радиус образующей окружности цилиндрических поверхностей участков 6.1 равны, то поверхность пятна 29.1 контакта будет представлять собой не окружность вокруг точки касания, как в прототипе, а поверхность, вытянутую вдоль линии пересечения участка 6.1 операционной плоскостью 47, совмещенной, как показано выше, с плоскостью 42 блокировки (фиг. 9). На Фиг. 69 для сравнения показаны при номинальной нагрузке пятно 36 контакта для прототипа и пятно 37 контакта для заявляемого устройства. Увеличенная площадь пятна 37 контакта по сравнению с пятном контакта 36 для прототипа позволяет дифференциалу с заявляемым устройством устойчиво и надежно работать со статическими и ударными нагрузками, значительно превышающими таковые для прототипа. Это подтверждают данные моделирования, приведенные в таблице на Фиг. 70. Исходные данные для моделирования: элемент 4 блокирующий R = 6 мм, материал блокировочной муфты 3 сталь AISI 4130 (модуль Юнга 207 ГПа, коэффициент Пуассона 0.33, предел текучести 778 МПа, предел прочности при растяжении 895 МПа), температура 20°С, номинальная нагрузка 3000 кг. По результатам видно, что максимальное давление в центре пятна контакта у заявляемого устройства значительно ниже, чем у прототипа. Глубина погружения элемента 4 блокирующего в материал блокировочной муфты значительно меньше у заявляемого устройства, чем у прототипа. Все это свидетельствует о том, что задача увеличения нагрузочной способности заявляемым устройством решена.
Еще одной задачей, решаемой совокупностью признаков заявляемого устройства, является возможность переключения дифференциала из состояния «Разблокирован» в состояние «Заблокирован» на более высоких скоростях вращения (ω) корпуса 1 относительно шестерни 7, чем у прототипа. Высокие скорости такого относительного вращения имеют место при резких поворотах транспортного средства или при пробуксовке одного из его колес. На схемах Фиг. 71 и Фиг. 72 показаны траектории движения элементов 4 блокировки во время выполнения операции переключения дифференциала из состояния «Разблокировано» в состояние «Заблокировано» для заявляемого устройства (Фиг. 71) и устройства прототипа (Фиг. 72). Точка наблюдения для указанных фигур зафиксирована относительно шестерни 7. Рассмотрен пример, когда корпус 1 вращается относительно шестерни 7 в направлении 64, т.е. против часовой стрелки. При этом центры элементов 4 блокирующих движутся относительно шестерни 7 по траектории 59, лежащей в операционной плоскости 47. На Фиг. 71 в позиции 57 показан элемент 4 блокировочный, когда дифференциал находится в состоянии «Разблокирован», и на него в этот момент поступает команда «Заблокировать».
max1
Рассмотрен случай, когда скорость вращения (ω) корпуса 1 относительно шестерни 7 максимально допустима (ω) для заявляемого устройства и имеет направление 64. Блокировочная блокировочной муфта 3 поверхностью участка 6.3 переходного, паза 5.1 первого типа блокировочной муфты 3 (на схеме не показано) начинает прижимать элемент 4 в позиции 57, движущийся одновременно с корпусом 1 по траектории 59, ко дну канавки 12.1. При достижении края углубления 13 шестерни 7 элемент 4 начинает движение вдоль оси отверстия 2 корпуса 1 (на схеме не показано) в направлении к оси 33 вращения дифференциала. Траектория его движения при этом проходит по линии 60 (Фиг. 71), лежащей в операционной плоскости 47. Движение элемента 4 блокировочного продолжается до достижения им положения 58, где он, достигнув дна углубления 13 шестерни 7, останавливается первой сферической поверхностью 13.1 углубления 13 шестерни 7 и второй поверхностью 13.5 расширения углубления 13 шестерни 7. Теперь шестерня 7 и корпус 1 неподвижны относительно друг друга и дифференциал находится в состоянии «Заблокирован».
max1
Если же дифференциал находится в состоянии «Разблокирован», а скорость вращения (ω) корпуса 1 относительно шестерни 7 больше (ω), то при поступлении команды «Заблокировать» элемент 4 не достигает дна углубления 13 шестерни 7, а ударяется в точку, где граничат углубление 13 шестерни 7 и дно канавки 12.1 шестерни 7. После удара произойдет отскок блокировочной муфты 3, а элемент 4 возвращается на траекторию 59 и продолжает движение до следующего углубления 13 на шестерне 7.
На Фиг. 72 приведена схема движения элемента 4 блокирующего у прототипа. Показано два случая.
max1
Первый случай. Траектория 62, когда скорость вращения корпуса 1 относительно шестерни 7 равна максимально допустимой для заявляемого устройства ω, рассмотренной в предыдущем примере, и имеет направление 64. В этом случае видно, что элемент 4 не успевает достичь дна углубления 13 шестерни 7, ударяется о его границу, положение 63, а затем возвращается на траекторию 59.
max2
Второй случай. Траектория 61, когда скорость вращения корпуса 1 относительно шестерни 7 максимально допустима для устройства прототипа ω и имеет направление 64. В этом случае элемент 4 достигает дна углубления 13 шестерни 7 и дифференциал переходит в состояние «Заблокирован».
max2
max1
max2
Проведенные эксперименты показали, что соотношение скоростей (ωmax1) и (ω), при прочих равных условиях более 5. Что подтверждает тот факт, что поставленная задача решена, т.к. максимально допустимая скорость ω для заявляемого устройства значительно выше, чем скорость ω для прототипа.
Если дифференциал находится в состоянии «Заблокирован», и на заявляемое устройство поступает команда «Разблокировать», блокировочная муфта 3 перемещается в крайнее левое положение, в котором ее плоскость 43 разблокировкисовмещена с операционной плоскостью 47 (Фиг. 12, Фиг. 16). При этом элементы 4 блокирующие под действием центробежной силы, возникающей при вращении корпуса 1, перемещаются вдоль осей отверстий 2 в сторону блокировочной муфты 3 и прижимаются к поверхностям участков 6.2 пазов 5.1 первого типа этой блокировочной муфты 3 (Фиг. 13 и Фиг. 18). Направление центробежных сил при этом показано стрелками на Фиг. 13. После такого перемещения элементов 4 блокирующих дифференциал переходит в состояние «Разблокирован», в котором у шестерни 7 появляется возможность свободно вращаться в любом направлении относительно корпуса 1. Если же скорость вращения корпуса 1 невелика и центробежной силы недостаточно для перемещения элемента 4 блокирующего к поверхности участка 6.2 паза 5.1 первого типа, то элемент 4 блокирующий легко выталкивается в направлении к поверхности участка 6.2 паза 5.1 первого типа поверхностью дна канавки 12.1 шестерни 7.
При ударных нагрузках на дифференциал, содержащий заявляемое устройство блокирования, происходит деформация границы между поверхностью 13.1 и поверхностью дна 12.1 канавки 12 шестерни 7. Деформация представляет собой наклеп, схематично показанный на Фиг. 19, позиция 46. Возникновение такого наклепа не нарушает работу заявляемого устройства, т.к. наличие канавки 12 увеличивает расстояние от наклепа 46 до корпуса 1, в результате чего вращение шестерни 7 в корпусе 1 при состоянии дифференциала «Разблокирован», осуществляется без помех, что позволяет достичь заявленный технический результат. В прототипе наличие такого наклепа приведет к заклиниванию шестерни в корпусе дифференциала.
Если команда «Заблокировать» поступает в момент, когда транспортное средство остановлено, а дифференциал находится в состоянии «Разблокирован», и положение шестерни 7 такое, как показано на Фиг. 13, Фиг. 16 и Фиг. 18, то блокировочная муфта 3 при своем движении не может в этом случае вытолкнуть элементы 4 блокирующие из участка 6.2, т.к они упираются в дно канавки 12.1 шестерни 7. Блокировочная муфта 3 будет остановлена при достижении поверхности участка 6.3 поверхности элемента 4 блокирующего. Усилие, с которым приводной механизм, например, соленоид 38 (фиг. 1), в этом случае будет пытаться переместить блокировочную муфту 3, подобрано таким образом, чтобы не произошло саморазрушения элементов заявляемого устройства и дифференциала. Такое состояние будет продолжаться и когда транспортное средство начнёт строго прямолинейное движение. Только в момент, когда транспортное средство начнет поворот или произойдет пробуксовка одного из его колёс, шестерня 7 начнет проворачиваться относительно корпуса 1, элементы 4 блокирующие будут вытолкнуты блокировочной муфтой в углубления 13 шестерни 7, и дифференциал перейдет в состояние «Заблокирован». Это не является недостатком заявляемого устройства, т.к. при останове транспортного средства блокировка дифференциала не требуется и во время строго прямолинейного движения транспортного средства без пробуксовки блокировка дифференциала тоже не требуется.
Работа заявляемого устройства по варианту 2.
Если дифференциал находится в состоянии «Разблокирован», шестерни 7 и 7.1 могут свободно вращаться вокруг оси 33 вращения дифференциала относительно корпуса 1 дифференциала в любом направлении. Если дифференциал находится в состоянии «Заблокирован», шестерни 7 и 7.1 зафиксированы относительно корпуса 1 с угловым люфтом, равным углу β (Фиг. 5) и вращаются одновременно с ним, т.е. относительно корпуса 1 они неподвижны, если не брать во внимание указанный выше люфт, наличие которого не сказывается на работе устройства из-за его незначительной величины.
Работа заявляемого устройства по варианту 2 заключается в быстром и надежном переключении состояния дифференциала из состояния «Разблокирован» в состояние «Заблокирован» и наоборот, как во время стоянки транспортного средства, так и во время его движения. Указанные переключения могут производиться при поступлении извне одной из двух управляющих команд: «Заблокировать», «Разблокировать». Эти команды поступают на заявляемое устройство, например, в виде электрических сигналов. В примере на Фиг. 2 управляющие команды поступают на электромагнитный привод 17 по кабелю через электрический разъем 53. Причем включение электрического напряжения на электромагнитный привод 17 - это команда «Заблокировать», а выключение этого напряжения по соответствующему алгоритму - это команда «Разблокировать».
Согласно варианту 2 настоящего изобретения перемещения блокировочной муфты 3 по корпусу 1 дифференциала при выполнении блокировки или разблокировки дифференциала заключаются во вращательном перемещении блокировочной муфты 3 относительно корпуса 1 вокруг оси 33 вращения дифференциала, по часовой стрелке или против.
примерам 1 и 3
Блокировка и разблокировка дифференциала устройством по  второго варианта происходит следующим образом.
При поступлении новой команды во время движения транспортного средства, электромагнитный привод 17перемещается вдоль оси 33 вращения дифференциала, в зависимости от поступившей команды, в сторону блокировочной муфты 3 или от неё.
Если напряжение не подается на электромагнит, дифференциал находится в состоянии «Разблокирован». Пружины 25 находятся в несжатом состоянии. При этом блокировочная муфта 3 находится в первом устойчивом, фиксированном положении 50 (Фиг. 32, Фиг. 33, Фиг. 34, Фиг. 35, Фиг. 45), а элементы 4 блокирующие одним участком своей поверхности прижаты центробежной силой к поверхности участка 31.2 разблокировки паза второго типа, при этом диаметрально противоположные участки элементов 4 блокирующих находятся в канавке 12 первой шестерни 7 полуоси и не препятствуют её вращению относительно корпуса 1. Пружины 25 обеспечивают устойчивое положение штифтов 20 и 26, а через них и блокировочной муфты 3 (Фиг. 45).
При поступлении команды «Заблокировать» посредством подачи на электромагнитный привод 17 электрического напряжения, создаваемое им магнитное поле взаимодействует с окружающими электромагнитный привод 17 элементами конструкции, выполненными из стали, и притягивается к ним с заданной силой. В данном случае таким элементом конструкции является блокировочная муфта 3. Под действием указанной силы электромагнитный привод 17 перемещается в сторону блокировочной муфты 3. При этом благодаря наличию стопора 16 электромагнитный привод 17 не вращается относительно оси 33 вращения дифференциала, в то же время блокировочная муфта 3 вращается вместе с корпусом относительно этой оси. Возникшая при механическом контакте блокировочной муфты 3 и электромагнитного привода 17 сила трения между ними тормозит вращение блокировочной муфты 3. При этом блокировочная муфта 3, отставая от корпуса 1, проворачивается вокруг оси 33 вращения дифференциала относительно корпуса в сторону, зависящую он направления движения транспортного средства. Это вызывает сжатие пружин 25 штифтами 20 и 26, закрепленными на блокировочной муфте 3. Проворачивание происходит до упора в торцевой край выреза 21 длинных штифтов 20. При достижении указанного упора, положение блокировочной муфты 3 соответствует второму 51.1 или третьему 52.1 фиксированному её положению. Причем, если корпус 1 вращается по часовой стрелке, вид со стороны электромагнитного привода 17 (Фиг. 2), то блокировочная муфта 3 находится во втором фиксированном положении 51.1, а если вращение корпуса 1 происходит против часовой стрелки, то блокировочная муфта 3 находится в третьем фиксированном положении 52.1. На Фиг. 46 и Фиг. 47 показано состояние пружин 25, когда блокировочная муфта 3 находится соответственно в третьем фиксированном положении 52.1 и во втором фиксированном положении 51.1. При этом длинные штифты 20 упираются в один из торцевых краев вырезов 21. Положения штифтов 20 и 26 на Фиг. 46 и Фиг. 47 показаны условно. При этом пружины 25 одной своей стороной упираются в выступы 22, а другой стороной в штифты 20 и 26. Таким образом обеспечивается стабильное положение блокировочной муфты 3 при подаче команды «Заблокировать». Сила трения между электромагнитным приводом 17 и блокировочной муфтой 3 подобрана таким образом, что ею преодолевается сопротивление пружин 25 возвратных, но разогрев от трения между электромагнитным приводом 17 и блокировочной муфтой 3 не превышает значений, приводящих к отказу работы заявляемого устройства.
h
1
Если до подачи команды «Заблокировать» дифференциал находился в состоянии «Разблокирован» (Фиг. 34, Фиг. 35), то при поступлении команды «Заблокировать» блокировочная муфта 3 начинает проворачиваться относительно первой части 1.1 корпуса. Т.к. шестерня 7 свободно вращается относительно первой части 1.1 корпуса, то при повороте блокировочной муфтой 3, в момент, когда углубление 13 для примера 1 или углубление 27 для примера 2 шестерни 7 и элемент 4 блокирующий расположены друг напротив друга, элемент 4 выталкивается блокировочной муфтой 3 вдоль отверстия 2 в указанное углубление. Это позволяет провернуться блокировочной муфте 3 до второго 51.1 или третьего 52.1 фиксированного положения. При этом элемент 4 блокирующий на блокировочной муфте 3 перемещается с участка 31.2 разблокировки паза второго типа на участок 31.1 блокировки паза второго типа. Нахождение элемента 4 блокирующего на участке 31.1 блокировки паза второго типа не позволяет шестерне 7 продолжить вращение относительно корпуса 1 (Фиг. 39, Фиг. 40) т.к. элемент 4 блокирующий упирается в поверхности 13.1 и 13.5 или 13.3 и 13.6 углублений 13 шестерни 7 для первого примера, или в поверхности 27.1 и 27.5 или 27.3 и 27.6 углублений 27 шестерни 7 для третьего примера. Таким образом дифференциал переключился в состояние «Заблокирован». В этом положении блокировочной муфты 3 у шестерни 7 отсутствует возможность проворачивания относительно корпуса 1, т.к. этому будут препятствовать элементы 4 блокирующие находящиеся в отверстиях 2 корпуса 1. При этом при возникновении внешней силы, направленной на вращение шестерни 7, например, в направлении 45 (Фиг. 40), поверхностью 13.1 углубления 13 шестерни 7 для примера 1, или поверхностью 27.1 углубления 27 шестерни 7 для примера 3, элемент 4 блокирующий выталкивается вдоль оси 34 отверстия 2 в направлении поверхности участка 31.1 блокировки паза второго типа. Благодаря упругости и вязкости материала блокировочной муфты 3 элемент 4 блокирующий при этом погрузится в него на глубину Δ (Фиг. 41). После прекращения действия указанной силы поверхность участка 31.1 блокировки паза второго типа, благодаря упругости материала блокировочной муфты 3, восстановится. Форма пятна 29.2 контакта при таком взаимодействии элемента 4 блокирующего с поверхностью участка 31.1 блокировки паза второго типа показана на Фиг. 29 для первого примера, а на Фиг. 31 показана форма пятна 29.4 для третьего примера. При этом результат моделирования такой поверхности пятна 37 контакта для первого примера и 36 пятна контакта для прототипа, при номинальной нагрузке, показан на Фиг. 69. Т.к. радиусы элементов 4 блокирующих и радиус образующей окружности тора, по которому выполнена поверхность участка 31.1 блокировки паза второго типа для первого примера равны, то поверхность, полученного при моделировании, пятна 37 контакта на поверхности участка 31.1 блокировки паза второго типа, представляет собой не окружность вокруг точки касания, как в прототипе, а поверхность, вытянутую вдоль образующей окружности указанного тора, находящейся в плоскости, в которой лежит ось 33 вращения дифференциала. Увеличенная протяженность пятна 37 контакта по сравнению с пятном 36 контакта прототипа, позволяет снизить давление на единицу площади внутри границы пятна 29.2 контакта, что позволяет дифференциалу с заявляемым устройством блокирования устойчиво и надежно работать со статическими и ударными нагрузками, значительно, превышающими таковые для прототипа. Это подтверждают данные моделирования, приведенные в таблице на Фиг. 70. Моделирование проводилось для элемента 4 блокирующего в виде шара с радиусом R = 6 мм, материал блокировочной муфты сталь AISI 4130 (модуль Юнга 207 ГПа, коэффициент Пуассона 0.33, предел текучести 778 МПа, предел прочности при растяжении 895 МПа), температура 20°С, номинальная нагрузка 3000 кг. По результатам моделирования видно, что максимальное давление в центре пятна контакта у заявляемого устройства значительно ниже, чем у прототипа. Глубина погружения элемента 4 блокирующего в материал блокировочной муфты значительно меньше у заявляемого устройства чем у прототипа. Все это говорит о том, что задача увеличения нагрузочной способности заявляемым устройством решена.
Еще одной задачей, решаемой совокупностью признаков заявляемого устройства, является возможность переключения дифференциала из состояния «Разблокирован» в состояние «Заблокирован» на более высоких скоростях вращения (ω) корпуса 1 относительно шестерни 7, чем у прототипа. Высокие скорости такого относительного вращения имеют место при резких поворотах транспортного средства или при пробуксовке одного из его колес. На схемах Фиг. 71 и Фиг. 72 показаны траектории движения элементов 4 блокировки во время выполнения операции переключения дифференциала из состояния «Разблокировано» в состояние «Заблокировано» для заявляемого устройства (Фиг. 71) и устройства прототипа (Фиг. 72). Точка наблюдения для указанных фигур зафиксирована относительно шестерни 7.
max1
max1
Рассмотрен пример, когда корпус 1 вращается относительно шестерни 7 в направлении 64, т.е. против часовой стрелки. При этом центры элементов 4 блокирующих движутся относительно шестерни 7 по траектории 59 лежащей в операционной плоскости 47. На Фиг. 71 в позиции 57 показан элемент 4 блокировочный, когда дифференциал находится в состоянии «Разблокирован», и на него в этот момент поступает команда «Заблокировать». Рассмотрен пример, когда скорость вращения (ω) корпуса 1 относительно шестерни 7 максимально допустима (ω) для заявляемого устройства и имеет направление 64. Блокировочная муфта 3, проворачиваясь, поверхностью участка 31.2 разблокировки паза второго типа (на схеме не показано), начинает прижимать элемент 4 в позиции 57, движущийся одновременно с корпусом 1 по траектории 59, ко дну канавки 12.1. При достижении края углубления 13 или углубления 27 шестерни 7 элемент 4 начинает движение вдоль отверстия 2 корпуса 1 (на схеме не показано), в направлении оси 33 вращения дифференциала. Траектория его движения при этом проходит по линии 60 (Фиг. 71), лежащей в операционной плоскости 47. Для примера 1, движение элемента 4 блокировочного продолжается до достижения им положения 58, где он, достигнув дна углубления 13 шестерни 7, останавливается первой сферической поверхностью 13.1 углубления 13 шестерни 7 и второй поверхностью 13.5 расширения углубления 13 шестерни 7. Теперь шестерня 7 и корпус 1 неподвижны относительно друг друга, и дифференциал находится в состоянии «Заблокирован». Если же дифференциал находится в состоянии «Разблокирован», а скорость вращения (ω) корпуса 1 относительно шестерни 7 больше (ω), то при поступлении команды «Заблокировать» элемент 4 не достигает дна углубления 13 шестерни 7, а ударяется в точку, где граничат углубление 13 шестерни 7 и дно канавки 12.1 шестерни. После удара произойдет отскок блокировочной муфты 3, а элемент 4 возвращается на траекторию 59 и продолжает движение до следующего углубления 13 шестерни 7. Для примера 3, всё происходит аналогично в углублениях 27.
На Фиг. 72 приведена схема движения элемента 4 блокирующего у прототипа. Там показано два случая.
max1
Первый случай. Траектория 62, когда скорость вращения корпуса 1 относительно шестерни 7 равна максимально допустимой для заявляемого устройства ω, рассмотренной в предыдущем примере, и имеет направление 64. В этом случае видно, что элемент 4 не успевает достичь дна углубления шестерни, ударяется о его границу, положение 63, а затем происходит его отскок и он возвращается на траекторию 59.
max2
Второй случай. Траектория 61, когда скорость вращения корпуса 1 относительно шестерни 7 максимально допустима для устройства прототипа ω и имеет направление 64. В этом случае элемент 4 достигает дна углубления и дифференциал переходит в состояние «Заблокирован».
max1
max2
max1
max2
Проведенные эксперименты показывают, что соотношение скоростей (ω) и (ω), при прочих равных условиях более 5, подтверждая тот факт, что поставленная задача решена, т.к. максимально допустимая скорость ω для заявляемого устройства значительно выше, чем скорость ω для прототипа.
Если дифференциал находится в состоянии «Заблокирован», и на заявляемое устройство во время движения транспортного средства поступает команда «Разблокировать», то магнитное поле, возбуждаемое электромагнитным приводом 17, исчезает и прекращается торможение блокировочной муфты 3. При этом пружины 25 через штифты 20 и 26 возвращают блокировочной муфту 3 в первое устойчивое, фиксированное положение 50. Это приводит к выталкиванию, за счет центробежной силы, элементов 4 блокирующих из углублений 13 шестерни 7 для первого примера, и углублений 27 для второго примера по цилиндрическим отверстиям 2 к поверхности участка 31.2 разблокировки паза 5.2 второго типа (Фиг. 34). Теперь шестерня 7 может без препятствий вращаться в любом направлении вокруг оси 33 вращения дифференциала относительно корпуса 1. Дифференциал переключился в состояние «Разблокирован». В том же случае если скорость вращения корпуса 1 невелика и центробежной силы недостаточно, элемент 4 блокирующий выталкивается одной из поверхностей углубления 13 или углубления 27 к поверхности участка 31.2 разблокировки паза второго типа (Фиг. 40).
При ударных нагрузках на дифференциал, содержащий заявляемое устройство блокирования, происходит деформация материала шестерни 7 на границе углубления 13 или углубления 27 и поверхности дна 12.1 канавки 12 шестерни 7. Деформация представляет собой наклеп, схематично показанный на Фиг. 40, позиция 46. Возникновение такого наклепа не нарушает работу заявляемого устройства, т.к. наличие канавки 12 увеличивает расстояние от наклепа 46 до первой части корпуса 1.1, в результате чего вращение шестерни 7 при состоянии дифференциала «Разблокирован», осуществляется без помех, что позволяет достичь заявленный технический результат. В прототипе, из-за отсутствия такого расстояния, наличие подобного наклепа приведет к заклиниванию шестерни в корпусе дифференциала.
Если транспортное средство остановлено, а дифференциал находится в состоянии «Разблокирован» (Фиг. 34) и поступает команда «Заблокировать» положение шестерни 7 такое, как показано на фиг. 34, Фиг. 35, Фиг. 36 и Фиг. 37, то, т.к. блокировочная муфта 3 в этом случае не вращается относительно электромагнитного привода 17, то она не может произвести поворот во второе 51 или в третье 52 фиксированное положение и блокировка дифференциала не произойдет. Блокировка не произойдет и когда транспортное средство начнёт при этом строго прямолинейное движение, т.к. не смотря на то что блокировочная муфта 3 начала вращаться относительно электромагнитного привода 17, она неподвижна относительно корпуса 1, поэтому она не может вытолкнуть элементы 4 блокирующие с участка 31.2 разблокировки паза второго типа, т.к они упираются в дно канавки 12.1 шестерни 7. И только в момент, когда транспортное средство начнет поворот, или произойдет пробуксовка одного из его колёс, шестерня 7 начнет проворачиваться относительно корпуса 1 и элементы 4 блокирующие будут вытолкнуты блокировочной муфтой 3 в углубления 13 или в углубления 27 шестерни 7, и дифференциал перейдет в состояние «Заблокирован». Это не является недостатком заявляемого устройства, т.к. при останове транспортного средства блокировка дифференциала не требуется и вовремя строго прямолинейного движения транспортного средства без пробуксовки блокировка дифференциала тоже не требуется.
L
1
1
1
10
10
9
1
9
1
Наличие первой 13.4, второй 13.5 и третьей 13.6 поверхностей расширения углубления 13 шестерни 7 позволяет увеличить значения допустимого износа шайбы 11.1 упорной, при котором сохраняется работоспособность заявляемого устройства. Износ этой шайбы приводит к смещению шестерни 7, а значит и к смещению углублений 13 шестерни 7, вдоль оси 33 вращения дифференциала относительно операционной плоскости 47 (Фиг. 4). При отсутствии первой 13.4, второй 13.5 и третьей 13.6 поверхностей углубления 13 шестерни 7 малейший износ шайбы 11 упорной приводит к необходимости ее замены, т.к. указанное выше смещение приводит к невозможности полного погружения блокирующего элемента 4 в углубление 13 шестерни полуоси 7, что делает невозможным блокировку дифференциала. Наличие данных поверхностей позволяет компенсировать износ шайбы 11 упорной по толщине на величину , где L - величина увеличения ширины углубления 13 шестерни 7 (Фиг.4). При этом, наличие первой 13.4, второй 13.5 и третьей 13.6 поверхностей расширения углубления 13 шестерни 7 позволяют компенсировать погрешности при производстве. Таким образом, наличие первой 13.4, второй 13.5 и третьей 13.6 поверхностей приводит к увеличению времени безотказной работы дифференциала, что позволяет достичь заявленный технический результат. Для третьего примера то же можно сказать для углублений 27, имея ввиду то, что L, в этом случае принимает участие в формировании ширины L поверхностей 27.4, 27.5 и 27.6, а именно: L = L + L, где L - полезная длина элемента 4.2 блокирующего, а L - величина увеличения ширины углубления 27 шестерни 7, определяющего допустимый износ шайбы 11 (Фиг. 50, Фиг. 51)
примеру 2
Работа по  аналогична примеру 1, отличается лишь тем, что останов блокировочной муфты 3 во втором 51 или третьем 52 фиксированном положении «Заблокировано» происходит благодаря наличию участков 32.3 упора паза 5.3 третьего типа блокировочной муфты 3, а не благодаря вырезам в кольцевом пазу, в границы которых упираются длинные штифты 20, как в примерах 1 и 3. В этом случае, если устройство находилось в состоянии «Разблокировано», то при поступлении команды «Заблокировать» посредством подачи на электромагнитный привод 17 (Фиг. 2) электрического напряжения электромагнитный привод 17 перемещается в сторону блокировочной муфты 3. При этом благодаря наличию стопора 16 (Фиг. 38) электромагнитный привод 17 не вращается относительно оси 33 вращения дифференциала, в то же время блокировочная муфта 3 вращается вместе с корпусом 1 относительно этой оси. Сила трения, возникшая при механическом контакте пары: блокировочная муфта 3 и электромагнитный привод 17, тормозит вращение блокировочной муфты 3. При этом блокировочная муфта 3, отставая от вращающегося корпуса 1, проворачивается вокруг оси 33 вращения дифференциала относительно него в сторону, зависящую он направления движения транспортного средства. Это вызывает сжатие пружин 25 штифтами 26, закрепленными на блокировочной муфте 3. Т.к. шестерня 7 свободно вращается относительно корпуса, то при повороте блокировочной муфты 3 в момент, когда углубление 13 находится под элементом 4 блокирующим, он выталкивается блокировочной муфтой 3 в указанное углубление. Достигнув дна углубления 13, элемент 4 блокирующий противоположной своей частью при дальнейшем повороте блокировочной муфты 3 относительно корпуса 1 упирается в поверхность участка 32.3 упора паза 5.3 третьего типа блокировочной муфты 3 и начинает препятствовать дальнейшему повороту блокировочной муфты 3, и она фиксируется во втором 51.2 или третьем 52.2 фиксированном положении «Заблокировано». Таким образом дифференциал переключился в состояние «Заблокирован». Положение в котором фиксируется блокировочная муфта 3, второе 51.2 или третье 52.2, зависит от направления вращения корпуса 1 дифференциала относительно его картера 55. Причем, если корпус 1 вращается по часовой стрелке (вид со стороны электромагнитного привода 17 на Фиг. 39), то блокировочная муфта 3 фиксируется во втором фиксированном положении 51.2, а если вращение корпуса 1 происходит против часовой стрелки, то блокировочная муфта 3 находится в третьем фиксированном положении 52.2 (Фиг. 61).
На Фиг. 66 показано состояние пружин 25, когда блокировочная муфта 3 находится во втором фиксированном положении 51.2. На Фиг. 67 показано состояние пружин 25, когда блокировочная муфта 3 находится в третьем фиксированном положении 52.2. Положения штифтов 26 на Фиг. 66 и Фиг. 67 показаны условно. При этом пружины 25 одной своей стороной упираются в выступы 22, а другой стороной в штифты 26. Таким образом обеспечивается стабильное положение блокировочной муфты 3 при подаче команды «Заблокировать». Сила трения между электромагнитным приводом 17 и блокировочной муфтой 3 подобрана таким образом, что этой силой преодолевается сопротивление пружин 25 возвратных, но разогрев от трения между электромагнитным приводом 17 и блокировочной муфтой 3 не превышает значений, приводящих к отказу работы заявляемого устройства.
Если дифференциал находится в состоянии «Заблокирован», и на заявляемое устройство во время движения транспортного средства поступает команда «Разблокировать», то магнитное поле, возбуждаемое электромагнитным приводом 17, исчезает и прекращается торможение блокировочной муфты 3. При этом пружины 25 через штифты 26 возвращают блокировочную муфту 3 в первое устойчивое, фиксированное положение 50. Это приводит к выталкиванию, за счет центробежной силы, элементов 4 блокирующих из углублений 13 шестерни 7 по цилиндрическим отверстиям 2.1 на участки 32.2 разблокировки пазов третьего типа (Фиг. 59, Фиг. 60). Теперь шестерня 7 может без препятствий вращаться в любом направлении вокруг оси 33 вращения дифференциала относительно первой части корпуса 1.1. Дифференциал переключился в состояние «Разблокирован». В том случае, если скорость вращения корпуса 1.1 невелика и центробежной силы недостаточно, элемент 4 блокирующий выталкивается на участок 32.2 разблокировки паза третьего типа поверхностью 13.1 или 13.3 шестерни 7 (Фиг. 62).
Если напряжение не подается на электромагнит, дифференциал находится в состоянии «Разблокирован». Пружины 25 находятся в несжатом состоянии При этом блокировочная муфта 3 находится в первом устойчивом, фиксированном положении 50 (Фиг. 32, Фиг. 33, Фиг. 59, Фиг. 60, Фиг. 65), а элементы 4 блокирующие одним участком своей поверхности прижаты центробежной силой к поверхностям участков 32.2 разблокировки пазов третьего типа, в то время как диаметрально противоположные участки элементов 4 блокирующих находятся в канавке 12 первой шестерни 7 полуоси, и не препятствуют её вращению относительно первой части 1.1 корпуса. Пружины 25 обеспечивают устойчивое положение штифтов 26, а через них и блокировочной муфты 3 (Фиг. 65).
Промышленная применимость
Заявленное устройство блокировки дифференциала транспортного средства по вариантам 1 и 2 может быть использован в любых транспортных средствах.
Преимуществом заявленного устройства являются:
увеличение нагрузочной способности механизма блокировки дифференциала;
увеличение надежности механизма блокировки дифференциала;
увеличение времени безотказной работы механизма блокировки дифференциала;
увеличение скорость срабатывания системы блокирования дифференциала, в том числе и на ходу за счет устранения перекоса блокировочной муфты механизма блокирования дифференциала относительно корпуса дифференциала (для варианта 1);
увеличение скорости вращения шестерни полуоси относительно корпуса дифференциала на которой возможна блокировка дифференциала;
расширение диапазона конструкций существующих транспортных средств в которых возможно применение заявляемого устройства.
Технический результат достигается за счет всей совокупности существенных признаков устройства.
Источники информации.
1. Патент на полезную модель №154407 Дифференциал с принудительной блокировкой для транспортного средства (з. № 2014151019; МПК F16H 48/20. Патентообладатель Тобиков Александр Андреевич (RU).Опубликовано20.08.2015).
2. Патент №2040720 Дифференциал с принудительной блокировкой для транспортного средства (Заявка: 5028840; МПК F16H 48/20. Опубликовано: 25.07.1995).
3. Патент № 2304243 Дифференциал с принудительной блокировкой для транспортного средства (з. № 2006113228; МПК F16H 48/20, B60K23/04, B60K17/16. Опубликовано: 10.08.2007).
4. Патент № 2165043 Механизм принудительной блокировки межколесного дифференциала транспортного средства (з. № 99117948, МПК F16H 48/20, патентообладатель ОАО «КАМАЗ». Опубликовано 10.04.2001).
5. Патент № 2319875 Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства (з. № 2005137271, МПК F16H 48/20. Опубликовано 2007 г.).
6. Патент № 2578082 Принудительно блокируемый конический дифференциал транспортного средства (з. № 2014151063; МПК F16H 48/00, B60K 17/00. Патентообладатель Козлов Георгий Леонидович (RU). Опубликовано 20.03.2016).
7. Патент № 2653936 Принудительно блокируемый дифференциал ведущего моста транспортного средства (з. № 2 653 936; МПК F16H 48/30. Патентообладатель(и): Гостев Василий Евгеньевич (RU) Опубликовано 15.05.2018).
8. Патент на полезную модель №165845 Принудительно блокируемый межколесный дифференциал (з.№ 2016125153; МПК F16H 48/34. Патентообладатель(и): ООО "Сарапульские Системы" (RU). Опубликовано 10.11.2016).
9. Патент на полезную модель №142974 Дифференциал транспортного средства (з.№ 2014108806; МПК F16H 48/20, F16H 48/08. Патентообладатель: Козлов Георгий Леонидович (RU). Опубликовано 10.07.2014. Не действует).
10. Патент РФ № 2661248 Сборочный узел блокирующегося дифференциала (з. № 2014152634; МПК B60K 17/16, F16H 48/34. Патентообладатель ИТОН КОРПОРЕЙШН (US). Опубликовано 13.07.2018)
11. Патент РФ № 2619742 Блокирующийся дифференциал с маленькой длиной хода и с большой длиной блокирующего зацепления (з. № 2014152630; МПК F16H 48/34. Патентообладатель ИТОН КОРПОРЕЙШН (US). Опубликовано 17.05.2017).
12. ГОСТ 22696-2013 Подшипники качения. Ролики цилиндрические. Технические условия.
Перечень позиций.
1 - корпус дифференциала;
1.1 - первая часть корпуса дифференциала;
1.2 - вторая часть корпуса дифференциала;
2 - отверстие блокировочное в корпусе дифференциала;
2.1 - отверстие блокировочное элемента блокирующего имеющего форму шара;
2.2 - отверстие блокировочное элемента блокирующего имеющего форму цилиндрического ролика;
3 - кольцевая блокировочная муфта;
4 - элемент блокирующий;
4.1 - элемент блокирующий имеющий форму шара;
4.2 - элемент блокирующий имеющий форму цилиндрического ролика;
5- паз блокировочной муфты 3;
5.1- паз первого типа блокировочной муфты 3 по варианту 1;
5.2 -паз второго типа блокировочной муфты 3 по варианту 2;
5.3 -паз третьего типа блокировочной муфты 3 по варианту 2;
6.1 - участок блокировки паза 5.1 блокировочной муфты 3 по варианту 1;
6.2 - участок разблокировки паза 5.1 блокировочной муфты 3 по варианту 1;
6.3 - участок переходный паза 5.1 блокировочной муфты 3 по варианту 1;
7 - первая шестерня полуоси;
7.1 - вторая шестерня полуоси;
8 - первая шестерня прототипа;
9 - крестовина дифференциала;
10 - сателлит;
11 - упорная шайба;
11.1 - первая упорная шайба;
11.2 - вторая упорная шайба;
12 - канавка на первой шестерне 7 полуоси;
12.1 - дно канавки 12;
12.2 - стенки канавки 12;
13 - углубления в шестерне 7 на дне канавки 12;
13.1 - первая сферическая поверхность углубления 13;
13.2 - тороидальная поверхность углубления 13;
13.3 - вторая сферическая поверхность углубления 13;
13.4 - первая поверхность расширения углубления 13 вдоль оси 33 вращения;
13.5 - вторая поверхность расширения углубления 13 вдоль оси 33 вращения;
13.6 - третья поверхность расширения углубления 13 вдоль оси 33 вращения;
14 - блокировочная муфта прототипа;
15 - приводной механизм;
16 - стопор;
17 - электромагнитный привод;
18 - внутренняя поверхность муфты 3;
19 - элемент упора блокировочной муфты 3;
20 - штифт длинный;
21 - вырез;
22 - выступ;
23 - кольцевой паз торцевой поверхности первой части корпуса 1.1 дифференциала;
24 - условное обозначение одной из параллелей на внешней поверхности шестерни;
25- пружина возвратная;
26 - штифт короткий;
27 - углубление на шестерне 7 (второй вариант, третий пример);
28 - фаска ролика 4.2 цилиндрического;
29.1 - пятно контакта пары: «блокировочная муфта 3 - блокирующий элемент 4.1» для первого варианта;
29.2 - пятно контакта пары: «блокировочная муфта 3 - блокирующий элемент 4.1» для второго варианта, первый пример;
29.3 - пятно контакта пары: «блокировочная муфта 3 - блокирующий элемент 4.1» для второго варианта, второй пример;
29.4 - пятно контакта пары: «блокировочная муфта 3 - блокирующий элемент 4.2» для второго варианта, третий пример;
30 - штифты направляющие;
31.1 - участок блокировки паза второго типа 5.2 блокировочной муфты 3 по варианту 2;
31.2 - участок разблокировки паза второго типа 5.2 блокировочной муфты 3 по варианту 2;
31.3 - участок технологический паза второго типа 5.2 блокировочной муфты 3 по варианту 2;
32.1 - участок блокировки паза третьего типа 5.3 блокировочной муфты 3 по варианту 2;
32.2 - участок разблокировки паза третьего типа 5.3 блокировочной муфты 3 по варианту 2;
32.3 - участок упора паза третьего типа 5.3 блокировочной муфты 3 по варианту 2;
32.4 - участок технологический паза третьего типа 5.3 блокировочной муфты 3 по варианту 2;
33 - ось вращения дифференциала;
34 - оси отверстий 2 блокировочных;
35 - направление перемещения муфты 3;
36 - пятно контакта в прототипе при номинальной нагрузке;
37 - пятно контакта в заявляемом устройстве при номинальной нагрузке.
38 - соленоид приводного устройства 15;
39 - шток приводного устройства;
40 - вилка приводного устройства;
41 - канавка на внешней поверхности муфты 3;
42 - плоскость блокировки, проходящая через центр каждого пятна 29.1 контакта на муфте 3, расположенная параллельно операционной плоскости 47;
43 - плоскость разблокировки, расположенная параллельно плоскости 42 и проходящая через участок 6.2 разблокировки пазов 5.1 первого типа;
44 - фаска с криволинейной поверхностью;
45 - направление внешней силы, вращающей шестерню 7
46 - наклеп при деформации поверхности 13.1
47 - операционная плоскость - плоскость, в которой лежат оси 34 блокировочных отверстий 2;
48 - вектор силы (фиг.16);
49 - скругление на корпусе 1.1;
50 - первое фиксированное положение «Разблокировано» муфты 3 для второго варианта;
51 - второе фиксированное положение «Заблокировано» муфты 3 для всех примеров второго варианта;
51.1 - второе фиксированное положение муфты 3 для примеров 1 и 3 второго варианта;
51.2 - второе фиксированное положение муфты 3 для примера 2 второго варианта;
52 - третье фиксированное положение «Заблокировано» муфты 3 для всех примеров второго варианта;
52.1 - третье фиксированное положение муфты 3 для примеров 1 и 3 второго варианта;
52.2 - третье фиксированное положение муфты 3 для примера 2 второго варианта;
53 - электрический разъем электромагнита 17;
54 - фиксаторы стопора 16:
55 - картер дифференциала;
56 -жесткая механическая связь между фиксатором 54 и картером 55;
57 - положение элемента 4 блокирующего, когда дифференциал находится в состоянии «Разблокирован»;
58 - положение элемента 4 блокирующего, когда дифференциал находится в состоянии «Заблокирован»;
59 - траектория движения, относительно шестерни 7, центра элемента 4 блокирующего, когда дифференциал находится в состоянии «Разблокирован»;
60 - траектория движения, относительно шестерни 7 центра элемента 4 блокирующего, при переключении дифференциала из состояния «Разблокирован» в состояние «Заблокирован» для заявляемого устройства;
61 - траектория движения относительно шестерни 7 центра элемента 4 блокирующего, при переключении дифференциала из состояния «Разблокирован» в состояние «Заблокирован» для прототипа при максимально-допустимой скорости вращения;
62 - траектория движения относительно шестерни 7 центра элемента 4 блокирующего, при переключении дифференциала из состояния «Разблокирован» в состояние «Заблокирован» для прототипа при скорости вращения больше максимально-допустимой;
63 - положение элемента 4 блокирующего при его ударе о границу углубления на шестерне 7 для прототипа;
64 - направление вращения корпуса 1 дифференциала относительно шестерни 7;
65 - участок деформации шестерни 8 прототипа
Условные обозначения.
R1 - радиус элемента 4 блокирующего;
R2 - радиус сегмента образованного пересечением поверхности участка 31.2 блокировки паза второго типа 5.2 блокировочной муфты 3 по варианту 2 или участка 32.2 блокировки паза третьего типа 5.3 блокировочной муфты 3 по варианту 2 операционной плоскостью 50 для варианта 2;
L1 - величина увеличения ширины углубления 13 и углубления 27 шестерни 7;
L2 - ширина пятна 29.1 контакта для первого варианта;
L3 - ширина пятна 29.2 контакта для второго варианта, первый пример;
L4 - ширина пятна 29.3 контакта для второго варианта, второй пример;
L5 - ширина пятна 29.4 контакта для второго варианта, третий пример;
L6 - глубина участка 31.1 блокировки паза второго типа 5.2 блокировочной муфты 3 и участка 32.1 блокировки паза третьего типа 5.3 блокировочной муфты 3 по варианту 2;
L7 - глубина участка 31.2 разблокировки паза второго типа 5.2 блокировочной муфты 3 по варианту 2;
L8 - глубина углубления 13 и углубления 27 шестерни 7;
L9 - полезная длина цилиндрического ролика 4.2 (ГОСТ 22696-2013);
L10 - ширина поверхности 27.4 углубления 13.