СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ВРАЩЕНИЯ ВЫХОДНЫХ ВАЛОВ ДИФФЕРЕНЦИАЛА
PROCEDURE FOR SYNCHRONISATION OF ROTATION OF OUTPUT SHAFTS OF DIFFERENTIAL

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в автотракторной технике для распределения крутящего момента между колесами и мостами транспорта, обеспечивая повышенную проходимость транспортных средств при движении по скользкой дороге и внедорожью.
Факт положительного влияния блокирования дифференциала известен давно. Среди возможных путей решения этой задачи можно указать использование вязкостной муфты (АС 2102257 от 29.04.1996), систему управления блокировкой дифференциала ведущего моста (АС 2246060 от 14.04.2003), дифференциал с механической автоматической блокировкой (АС 2299372 от 06.12.2005), винтовой самоблокирующийся дифференциал червячного типа (GB 1168896 A oт 14.09.1967), кулачковый самоблокирующийся дифференциал (АС 2235931 от 10.09.2004).
Недостатками вязкостных муфт являются потребление энергии на нагревание, инерционность включения и отключения, невысокие нагрузочные способности, высокие требования к герметичности узла.
Недостатками систем управления блокировкой дифференциала являются их сложность и высокая стоимость, они не имеют широкого применения. Одним из наиболее эффективных систем блокировки дифференциала в настоящее время является дифференциал типа «TORSEN» - винтовой самоблокирующийся (червячный) дифференциал, ему присущи недостатки: высокая цена, сложность конструкции и ее сборки, высокий износ и частая периодичность обслуживания. Недостатками кулачковых самоблокирующихся дифференциалов являются высокий механический износ, повышенные нагрузки на агрегаты трансмиссии, повышенный износ шин при езде по твердому покрытию.
Из уровня техники известно решение на самоблокирующийся дифференциал на полноприводном шасси (RU 2226159 от 27.03.2004), содержащий корпус, ведущую шестерню, полуосевые шестерни, сателлиты с винтовыми зубьями, отличающийся тем, что сателлиты соединены с блокирующими элементами, блоки управления которых функционально связаны с блоками слежения за коэффициентом сцепления протекторов колес с дорожным покрытием, а винтовые зубья сателлитов выполнены под углом 8-12 для заднего привода и под углом 12-25 для переднего привода.
Недостатками устройства являются ограниченность применения - только на легковых и мини-грузовых автомобилях на полноприводном шасси, наличие системы контроля и управления, сложность конструкции.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является изобретение "Симметричный дифференциал с механической автоматической блокировкой" (RU 2299372 от 06.12.2005). Дифференциал транспортного средства, содержащий две чашки корпуса, между которыми зажата крестовина, на шипах которой установлены четыре сателлита, в свою очередь, связанные с двумя коническими шестернями, отличающийся тем, что конические шестерни установлены на цилиндрических втулках, которые посредством внутренних шлицев взаимодействуют с полуосями, связанными винтом червячного типа с блокировочным диском и центрирующими пружинами, расположенными соосно.
Недостатками устройства являются жесткая синхронизация выходных валов, осевые нагрузки от пружин и, как следствие, повышенный износ.
Также близким к предлагаемому изобретению является изобретение (RU 2102257 от 29.04.1996). Межосевой дифференциал с вязкостной корректировкой момента внутреннего трения, состоящий из цилиндрического дифференциала с ведущим водилом и вязкостной муфты, которая установлена в планетарной передаче, причем одна полумуфта соединена с солнечной шестерней, а другая - с эпициклической шестерней, отличающийся тем, что вязкостная муфта содержит пакет концентрически расположенных цилиндрических колец, установленных поочередно на основаниях полумуфт, при этом в основании каждой полумуфты выполнены концентрические канавки, в которые установлены с натягом цилиндрические кольца.
Недостатком данного устройства является непосредственное междуосевое блокирование вязкостной муфтой, что требует передачи значительного крутящего момента при ограниченных габаритах.
Техническим результатом предлагаемого способа синхронизации вращения выходных валов дифференциала является повышение проходимости транспортного средства при движении по скользкой дороге и внедорожью и устойчивости при торможении за счет синхронной или близкой к ней скоростей вращения ведущих колес.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что способ синхронизации вращения выходных валов дифференциала методом торможения или стопорения шестерен-сателлитов, которые связаны с тормозящими или блокирующими элементами, представляющими собой насос, пригодный для перекачки и создания давления жидкости или газа, или вязкостную муфту, отличающийся тем, что тормозящие или блокирующие элементы выполняют конечными элементами цепи нагрузок, а привод тормозящего элемента выполняют от шестерен-сателлитов дифференциала и ограничивают с его помощью скорость их вращения за счет создаваемого насосом давления или торможения вязкостной муфты, используя эффект того, что шестерни-сателлиты дифференциала вращаются только в моменты рассогласования вращения шестерен выходных валов с разностью скоростей их вращения; снижая скорость вращения и стопоря шестерни-сателлиты, обеспечивают мягкую блокировку дифференциала и передачу вращения синхронно на шестерни выходных валов.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показан пример реализации способа на базе дифференциала с гидронасосом, где 1 - коробка дифференциала, 2 - тормозящий гидронасос, 3 - впускной клапан гидронасоса, 4 - шестерня-сателлит, 5 - шестерня выходного вала, 6 - ведомая шестерня главной передачи, 7 - ведущая шестерня главной передачи, 8 - кольцевой канал подачи жидкости, 9 - прижимное кольцо, 10 - пружины прижимного кольца, 11 - патрубок принудительной подачи жидкости.
На Фиг.2 показан пример реализации способа на базе дифференциала с вязкостной муфтой, где 12 - корпус вязкостной муфты, 13 - диски вязкостной муфты, 14 - выходной вал, 15 - палец сателлита.
Изобретение осуществляется следующим образом.
Дифференциал, синхронизирующий вращение выходных валов, отличающийся тем, что ведомая шестерня жестко связана с коробкой дифференциала так, что момент вращения передается от коробки дифференциала через пальцы сателлитов, далее на шестерни-сателлиты и затем на шестерни выходных валов при твердом сцеплении колес с грунтом, а при пробуксовывании одного из колес шестерни-сателлиты приходят во вращение и приводят в действие тормозящий или блокирующий элемент, с которым связаны, он тормозит или блокирует шестерни-сателлиты, которые приведут в синхронное вращение обе выходные шестерни дифференциала, выходные валы и колеса, используя эффект, что шестерни-сателлиты вращаются только в момент рассогласования вращения шестерен выходных валов с разностью скоростей их вращения.
В качестве тормозящего или блокирующего элемента может использоваться гидронасос, гидропневмонасос или пневмонасос, пригодные для перекачки и создания давления жидкости или газа; или вязкостная муфта.
Вариант, что дифференциал (см. фиг.1) ведущей пары колес имеет тормозящий насос (2) с приводом от шестерен-сателлитов (4) и с ними связанный, ограничивает скорость их вращения. При прямолинейном движении транспортного средства по твердому грунту ведущие колеса, связанные дифференциалом, вращаются синхронно, шестерни (4, 5) дифференциала не вращаются относительно друг друга, весь крутящий момент от шестерен-сателлитов (4) передается поровну на обе шестерни выходных валов (5), а на скользком грунте, при пробуксовывании одного из колес, в тот момент, когда другое колесо не вращается или вращается медленно, приходят во взаимное вращательное движение все шестерни дифференциала, при этом шестерни-сателлиты (4) вращаются с разностью скоростей шестерен выходных валов (5), приводят во вращение насос (2), в нем повышается давление и он мягко стопорится, или замедленно вращается за счет паразитных и заданных утечек, при стопорении насоса (2) стопорятся шестерни-сателлиты (4) дифференциала, с которыми насос (2) связан, блокируется в целом дифференциал, и, как следствие, вращение от шестерен-сателлитов (4) передается на обе шестерни выходных валов (5), колеса вращаются синхронно или с допустимой разницей скоростей, что обязательно необходимо при движении по кривой на твердом грунте. На входе каждой камеры насоса (2) установлены впускные клапаны (3), обеспечивающие вход жидкости в насос, следовательно, не имеет значения, какое из колес пробуксовывает, не имеет значения направление движения транспорта, такая же блокировка происходит при торможении.
При уровне жидкости в коробке дифференциала (1) ниже уровня гидронасоса (2) циркуляционная жидкость в него подается принудительно по трубопроводу (11), через прижимное кольцо (9), кольцевой канал подачи жидкости (8) во вращающуюся коробку дифференциала (1), по трубопроводам через впускные клапаны (3) в каждую камеру тормозящего гидронасоса (2).
Вариант, что вместо гидронасоса используется вязкостная муфта (фиг.2), одна шестерня-сателлит (4) связана с корпусом вязкостной муфты (12) и соответствующими корпусу дисками (13), другая шестерня-сателлит (4) связана с валом и соответствующими валу дисками (13), при вращении шестерен-сателлитов (4) вязкостная муфта (12) разогревается и срабатывает - затормаживается и блокируется вращение дисков (13) и связанных с ними шестерен-сателлитов (4). В остальном соответствует описанию по фиг.1.
Предполагается, что за счет меньшего диаметра шестерен-сателлитов относительно шестерен выходных валов скорость их вращения выше, при вращении в противоположных направлениях, их взаимная скорость выше в два раза помноженная на коэффициент передачи шестерен, следовательно, такая муфта будет быстрее включаться и нести меньшую нагрузку, чем известный прототип RU 2102257.
Увеличение нагрузочной способности тормозящего устройства возможно за счет увеличения его габаритов, при применении шестерни выходных валов сферической формы, что, в свою очередь, увеличит внутреннее пространство дифференциала, а также за счет уменьшения диаметра шестерен-сателлитов, что приведет к снижению нагрузки на тормозящих элементах.
Применение данного устройства на автомобиле, например формулы 4×4, в схеме: межмостового дифференциала и в каждом мостовом дифференциале, обеспечит его движение даже в том случае, когда хотя бы одно колесо будет иметь устойчивое сцепление с грунтом. На скользком грунте постоянно вращаются все колеса, с небольшой разницей скоростей. Предлагаемое устройство с использованием тормозящего насоса или вязкостной муфты отличает его от известных аналогов, обладает всеми достоинствами классического дифференциала и не имеет упомянутых недостатков аналогов.