ПРИНУДИТЕЛЬНО БЛОКИРУЕМЫЙ КОНИЧЕСКИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
FORCIBLY LOCKING BEVEL GEAR OF VEHICLE

Изобретение относится к машиностроению, а именно к дифференциальным передачам, и может быть использовано в трансмиссиях транспортных средств.
Известен конический свободный дифференциал автомобиля ВАЗ 2121 [В.А. Вершигора, А.П. Игнатов и др. Альбом ВАЗ 2121, изд. "Третий Рим", 1996 г., стр. 34, Рис. 17]. Этот "классический" дифференциал предназначен для передачи крутящего момента от главной передачи к полуосям колесной пары ведущего моста. Он позволяет ведущим колесам автомобиля вращаться с разной скоростью, что исключает проскальзывание одного из колес при повороте автомобиля или при движении по неровному участку дороги, когда колеса проходят путь разной длины. Дифференциал имеет полуосевые конические шестерни, закрепленные на полуосях, и сателлиты, закрепленные на общей оси (пальце), установленной в корпусе, который прикреплен к охватывающей его ведомой шестерне главной передачи. Корпус дифференциала выполнен неразъемным и имеет фланец для установки ведомой шестерни. Для обеспечения возможности монтажа шестерен в корпусе выполнено два оппозитно расположенных окна. При вращении ведущей шестерни и ведомой шестерни главной передачи крутящий момент передается на ось сателлитов, далее через сателлиты на полуосевые шестерни и на полуоси.
При движении автомобиля по прямой и ровной дороге ведущие колеса встречают одинаковое сопротивление и вращаются с одинаковой частотой. Сателлиты вокруг своей оси не вращаются, и на оба колеса передаются одинаковые крутящие моменты. Как только условия движения изменяются, например, на повороте, одна полуось начинает вращаться медленнее, так как колесо, с которым она связана, встречает большое сопротивление. Сателлиты приходят во вращение вокруг своей оси, обкатываясь по замедляющейся полуосевой шестерне и увеличивая частоту вращения второй полуоси. В результате это колесо ускоряет свое вращение и проходит большой путь по дуге наружного радиуса.
Такая конструкция проста в изготовлении и надежно работает, пока ведущие колеса неразрывно связаны с дорогой. Но, когда одно из колес оказывается в воздухе или на льду, то крутится именно это колесо, в то время как другое, стоящее на твердом покрытии, останавливается - автомобиль не может тронуться с места.
Известен дифференциал транспортного средства, снабженный механизмом принудительной блокировки [АС СССР №1079482, опубл. 15.03.84]. Механизм принудительной блокировки дифференциала содержит кулачковую муфту, установленную на одной полуоси между корпусом дифференциала и полуосевой шестерней. Одна из полумуфт кулачковой муфты установлена на полуоси с осевой подвижностью и посредством шлицев связана с корпусом. Другая полумуфта выполнена заодно с полуосевой шестерней. Дифференциал также снабжен конической фрикционной муфтой, размещенной на другой полуоси между корпусом и полуосевой шестерней, снабжен двумя стаканами, вставленными один в другой, размещенными между полуосевыми шестернями и связанными с подвижной кулачковой полумуфтой и конической муфтой посредством толкателей, пропущенных через выполненные в полуосевых шестернях отверстия. Устройство обеспечивает блокировку дифференциала от внешнего привода. Основным недостатком является сложность оригинальной конструкции.
Известен дифференциал транспортного средства, снабженный механизмом принудительной блокировки [АС СССР №1390076, опубл. 15.04.88]. Механизм принудительной блокировки дифференциала содержит коническую фрикционную муфту и жесткую сцепную муфту, установленную на одной полуоси между корпусом дифференциала и его полуосевой шестерней. Неподвижная полумуфта сцепной муфты выполнена единым целым с полуосевой шестерней, а подвижная полумуфта посредством шлицев связана с корпусом и подпружинена относительно подвижной полумуфты фрикционной муфты. Фрикционная муфта установлена на той же полуоси, что и сцепная муфта, при этом неподвижная полумуфта фрикционной муфты выполнена заодно с полуосевой шестерней, а подвижная ее полумуфта установлена свободно на полуоси и посредством шлицев связана с подвижной полумуфтой сцепной муфты. На внутренней поверхности полумуфты сцепной муфты выполнен бурт, посредством которого осуществляется взаимодействие в осевом направлении подвижных полумуфт. Основным недостатком этого устройства также является сложность конструкции. Кроме того, блокирующий шлиц расположен на шейке полуосевой шестерни, то есть на малом диаметре, а потому испытывает повышенные нагрузки, что снижает надежность устройства.
Описанные выше и другие известные автору устройства являются оригинальными конструкциями, специально разработанными для этих целей. Они полностью основаны на новой элементной базе.
В основу изобретения поставлена задача создания принудительно блокируемого конического дифференциала, конструкция которого имеет в основе известный и широко применяемый свободный дифференциал. Достигаемый технический результат - упрощение конструкции принудительно блокируемого дифференциала и унификация.
Несмотря на то, что свободный дифференциал не реализует возможностей заявляемого устройства, в качестве прототипа выбран описанный выше дифференциал автомобиля ВАЗ 2121, так как именно ему присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков заявляемого изобретения.
Поставленная задача решается тем, что дифференциал транспортного средства имеет неразъемный корпус, внутри которого установлены полуосевые прямозубые конические шестерни и взаимодействующие с ними сателлиты, ось которых закреплена в корпусе. Для установки шестерен в корпусе дифференциала выполнено два оппозитно расположенных технологических окна. От прототипа отличается тем, что дополнительно содержит охватывающую корпус дифференциала блокирующую муфту, установленную с возможностью перемещения вдоль оси корпуса дифференциала и снабженную механизмом ее продольного перемещения. Муфта имеет форму цилиндрического кольца, на внутренней поверхности которого закреплены оппозитно два кольцевых цилиндрических сектора, каждый из которых размещен в проеме одного из технологических окон с обеспечением возможности скользящего контакта с продольными стенками окна. Каждый сектор снабжен радиально ориентированными вовнутрь продольными ребрами, с обеспечением возможности их взаимодействия с зубьями полуосевой шестерни, расположенной со стороны фланца корпуса, указанное взаимодействие осуществляется на периферии шестерни с образованием шлицевого соединения, обеспечивающего блокировку. При этом в секторах выполнены продольные глухие или с выступом вовнутрь отверстия, в которых размещен подпружиненный возвратный толкатель, свободный конец которого контактирует со стенкой окна, которая расположена со стороны фланца корпуса.
Механизм продольного перемещения муфты может быть выполнен любым приемлемым образом, например, в виде двух коаксиальных цилиндрических колец, расположенных над корпусом дифференциала (в редукторе) и соединенных между собой байонетным соединением.
Для того чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности изобретения, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан предпочтительный вариант реализации. За основу конструкции взят дифференциал автомобиля ВАЗ 2121, представленный на Фиг. 1. На других фигурах представлено: Фиг. 2 - блокирующая муфта, вид сверху, Фиг. 3 - принудительно блокируемый дифференциал в положении "выключено" (изометрия с местным разрезом), Фиг. 4 - принудительно блокируемый дифференциал в положении "заблокировано" (изометрия с местным разрезом), Фиг. 5 - принудительно блокируемый дифференциал в положении "включено" с механизмом продольного перемещения блокирующей муфты.
Везде по тексту термин "продольный" или "продольно установленный" применен в значении "вдоль оси корпуса дифференциала".
Дифференциал транспортного средства имеет неразъемный корпус 1 с двумя технологическими окнами 2, расположенными оппозитно (диаметрально противоположно) и предназначенными для установки шестерен, и фланцем 3 - для установки ведомой шестерни (на Фигурах не показано). Внутри корпуса 1 установлены полуосевые прямозубые конические шестерни 4, 5 и взаимодействующие с ними сателлиты 6, установленные на закрепленной в корпусе 1 оси 7. На корпусе 1 на его цилиндрической части и над посадочным буртиком 8 ведомой шестерни свободно установлена блокирующая муфта 9, с возможностью перемещения вдоль оси корпуса. Муфта имеет форму цилиндрического кольца 10, на внутренней поверхности которого закреплены оппозитно два кольцевых цилиндрических сектора 11, каждый из которых размещен в проеме одного из технологических окон с обеспечением возможности скользящего контакта с продольными стенками 12 окна, то есть продольные стенки 12 окон служат направляющими, с которыми контактируют продольные стенки 13 секторов 11. Каждый сектор 11 снабжен радиально ориентированными вовнутрь продольными ребрами 14, с обеспечением возможности их взаимодействия с зубьями 15 полуосевой шестерни 5, расположенной со стороны фланца 3. Взаимодействие ребер 14 с зубьями шестерни осуществляется на периферии этой шестерни. Ввиду того, что шестерня является конической и на ней имеются впадины (канавки), то на периферийной части образуется свободный в осевом направлении зазор 16 между зубьями (см. Фиг. 6). То есть на периферии образуется подобие зубчатого колеса, и если смотреть на коническую шестерню снизу, то видно, что на периферии ребра конической шестерни образуют консоли в поперечном направлении. Параметры ребер 14 выбираются таким образом, что эти ребра могут входить в зазор 16 между зубьями 15 на периферии шестерни 5 и образовывать тем самым шлицевое соединение секторов, а соответственно муфты, с полуосевой шестерней, обеспечивая тем самым блокировку. В секторах выполнены продольные отверстия 17. Они могут быть глухими или иметь внутренний выступ для фиксации пружины 18. Под пружиной размещен стержень 19, который служит возвратным толкателем. Его свободный конец, выходящий из отверстия, контактирует (опирается) со стенкой 20 окна, которая расположена со стороны фланца 3 корпуса.
Механизм продольного перемещения муфты выполнен в виде двух коаксиальных цилиндрических колец 21, 22, расположенных над корпусом дифференциала, в картере редуктора. Кольца соединены между собой байонетным соединением.
Дифференциал работает следующим образом:
При отсутствии воздействия на механизм перемещения блокирующей муфты 9, она под действием толкателей 19 с пружинами 18 занимает положение, при котором ребра секторов 11 находятся выше полуосевой шестерни 5 и не препятствуют ее вращению относительно корпуса дифференциала 1 (Фиг. 3). В этом положении дифференциал работает, как и прототип - свободный конический дифференциал.
В случае необходимости водитель через управляющий рычаг воздействует на трос управления, который связан с внутренним кольцом 21 механизма перемещения блокирующей муфты 9. Внутреннее кольцо 21 под действием натяжения троса управления поворачивается в байонетном соединении, одновременно выдвигаясь, относительно неподвижного внешнего кольца 22. Выдвигаясь, внутреннее кольцо 21 нажимает на блокирующую муфту 9, перемещая ее по корпусу дифференциала 1 в сторону ведомой шестерни и сжимая пружины 18 толкателей 19. Секторы 11 муфты 9, находясь в контакте с боковыми поверхностями окон 2 корпуса дифференциала 1, также перемещаются, и их ребра 14 входят в зацепление с зубьями 15 полуосевой шестерни 5. В этом случае вращение полуосевой шестерни 5 относительно корпуса дифференциала 1 невозможно - дифференциал заблокирован (Фиг. 4).
Когда возникает необходимость вернуть дифференциал в разблокированное состояние, водитель отпускает торос управления, внутреннее кольцо 21 механизма перемещения блокирующей муфты 9 больше не давит на блокирующую муфту и она под действием пружин 18 толкателей 19 сдвигается вверх по корпусу дифференциала 1 от ведомой шестерни в сторону механизма перемещения, задвигая внутреннее кольцо 21 во внешнее кольцо 22 с одновременным его поворотом в байонетном соединении.
Блокирующая муфта 9 с секторами 11, сдвигаясь по корпусу 1 под действием пружин 18 и толкателей 19, размыкает полуосевую шестерню 5 и корпус, т.к. ребра секторов 14 выходят из зацепления с полуосевой шестерней 5, занимая положение выше периферийной части ее зубьев. Дифференциал разблокируется и снова работает как классический свободный.
Таким образом, известные принудительно блокируемые конические дифференциалы практически целиком созданы на основе оригинальной элементной базы, и для их производства требуются специальные детали и узлы. В отличие от них, заявляемый дифференциал создан на основе существующей и широко применяемой конструкции свободного дифференциала. В нем используются штатные шестерни и корпус, а "модернизация" заключается в дополнении известной конструкции оригинальными, но простыми в изготовлении деталями. Эффект принудительного блокирования достигается путем придания имеющейся в конструкции полуосевой шестерне дополнительной блокирующей функции за счет ее применения в качестве элемента подвижного шлицевого соединения, блокирующего вращение.