ПРИВОДНАЯ СИСТЕМА АВТОМОБИЛЕЙ, В ЧАСТНОСТИ АВТОМОБИЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
AUTOMOTIVE DRIVE SYSTEM, PARTICULARLY, FOR INDUSTRIAL DUTY VEHICLES

Настоящее изобретение относится к приводной системе автомобилей, в частности автомобилей промышленного назначения, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Часто (например, в случае агрегатов переднего привода) принято монтировать приводной двигатель, коробку передач и дифференциал в один компактный агрегат привода, причем дифференциал своими выходными элементами с помощью карданных валов приводит во вращение по меньшей мере один мост автомобиля. При этом на низких передачах, например на передаче, используемой при трогании с места, возникают большие приводные моменты, реактивные моменты которых должны компенсироваться за счет опоры агрегатов или которые могут вызвать заклинивания и перегрузки в приводной ветви.
Задача изобретения заключается в том, чтобы предложить приводную систему подобного рода, которая наряду с монтажными и конструктивными преимуществами в значительной мере исключала бы такие реактивные моменты в отношении всего приводного агрегата или могла бы целенаправленно регулировать их величину и направление их действия в соответствии с конструктивными требованиями.
Решение этой задачи удается с помощью отличительных признаков пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные и особенно целесообразные усовершенствования изобретения приведены в зависимых пунктах.
Согласно изобретению предлагается, чтобы дифференциал своими выходными элементами воздействовал на два установленных в приводном агрегате с возможностью вращения и приводимых во вращение в противоположных направлениях выходных вала, каждый из которых соединен с соответствующим одним карданным валом, причем карданные валы приводят во вращение ведомые колеса автомобиля. Согласно предпочтительному для этого, но не обязательному варианту выполнения предусмотрено, чтобы карданные валы автомобиля приводили во вращение его ведомые колеса с помощью угловых передач.
Благодаря выходным и карданным валам, вращающимся в противоположных направлениях, опрокидывающие, соответственно, реактивные моменты, действующие на приводной агрегат, взаимно уничтожаются, вследствие чего установленные между приводным агрегатом и несущим основанием автомобиля опоры агрегата существенно разгружаются и должны выполняться конструктивно менее затратно. Кроме того, ведомые элементы коробки передач, как-то: выходные валы, карданные валы, угловые передачи и т.п., могут выполняться легче, поскольку максимальный момент ведомого вала распределяется по существу по 50% между обеими выходными ветвями.
Существенное преимущество изобретения заключается также в том, что между корпусами двигателя и коробки передач поддерживается только приводной момент двигателя. Это означает, что согласно изобретению в этом месте - в отличие от вариантов выполнения согласно уровню техники - многократно увеличенный соответственно максимальному передаточному числу коробки передач приводной момент не возникает, так что за счет этого могут предотвращаться большие нагрузки на картеры маховика и картеры сцепления.
Другое преимущество, вытекающее из решения согласно изобретению, состоит в том, что упор подшипников двигателя может быть выполнен таким образом, что динамические колебательные импульсы из-за дорожного полотна устраняются без необходимости учета акустических путей передачи под действием приводной нагрузки. Таким образом линейный диапазон жесткости подшипников двигателя может быть сильно сужен.
Дифференциал встроенный в приводной агрегат, в первом предпочтительном варианте выполнения изобретения может быть осевым дифференциалом, причем оба карданных вала, проходящих к оси автомобиля, воздействуют на угловые передачи, установленные с соответствующей стороны колеса автомобиля. Таким образом осевой дифференциал не располагается больше между ведомыми колесами оси, а встроен в приводной агрегат, в то время как непосредственный привод колес осуществляется посредством соответствующих ведущих валов и угловых передач. Тем самым при известных условиях могут быть уменьшены даже неподрессоренные массы оси, в частности задней оси автомобиля.
Дифференциал, предпочтительно, может быть надежным в смысле монтажа и конструктивно простым коническим дифференциалом, поперечные полуоси которого в качестве выходных элементов действуют на встроенные в коробку дифференциала конические зубчатые передачи, оба выходных вала которых приводным образом соединены с коленчатыми валами.
В одном предпочтительном альтернативном варианте выполнения дифференциал одним своим выходным элементом через выходной вал может непосредственно воздействовать на один карданный вал, а своим вторым выходным элементом через зубчатую передачу, изменяющую направление вращения на противоположное, и через выходной вал, установленный параллельно дифференциалу с возможностью вращения, - на второй карданный вал. Это решение, в частности, при продольной установке приводного агрегата, предлагает благоприятное, конструктивно относительно просто подверженное воздействию распределение веса и расположение конструктивных элементов, например, в двигателе внутреннего сгорания в качестве приводного двигателя, в ступенчатой коробке передач или в автоматической коробке передач в качестве коробки передач скоростей и во встроенном дифференциале.
Кроме того, выходные валы могут быть осепараллельными, а проходящие к ведомой оси карданные валы своими продольными средними осями могут быть направлены со схождением или расхождением и тем самым обеспечивать дополнительные конструктивные степени свободы при расчете агрегата.
Кроме того, дифференциал самим по себе известным способом может быть планетарной передачей, например, с водилом планетарной передачи в качестве входного элемента и с коронной и солнечной шестернями в качестве выходных элементов, которые через выходные валы действуют на карданные валы. Подобная планетарная передача, особенно в аксиальном направлении, не требует большого монтажного пространства, так что могут быть реализованы компактные размеры агрегата.
Дифференциал, интегрированный в приводной агрегат, в автомобиле с приводом на все колеса может быть межосевым дифференциалом, выходные элементы которого через противоположно выведенные из приводного агрегата и вращающиеся в противоположных направлениях выходные валы и через карданные валы воздействуют на передний и задний осевые дифференциалы обеих ведомых осей (мостов) автомобиля. В этом случае указанные угловые передачи встроены в дифференциалы, предусмотренные между обеими осями, непосредственно (например, в виде ведомого конического зубчатого колеса и ведущей шестерни).
В другом особенно целесообразном варианте выполнения изобретения передаточные отношения ведомого дифференциала и передаточные отношения угловых передач на колесах автомобиля могут быть рассчитаны по-разному таким образом, чтобы при единых конечных передаточных отношениях для колес (на них) на карданных валах имели место незначительно отличающиеся числа оборотов. Тем самым предотвращается то, чтобы при известных условиях акустически и колебательно неблагоприятные значения фаз обоих карданных валов постоянно накладывались друг на друга и при известных условиях вызывали отчетливо выраженные резонансные явления.
В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения предлагается, чтобы корпуса обеих расположенных со стороны колес угловых передач ведомых осей были жестко соединены друг с другом по меньшей мере одним упором против проворачивания. Таким образом взаимно уничтожаются также действующие на корпуса угловых передач реактивные моменты, которые в противном случае должны были бы восприниматься (поддерживаться) направляющими колеса элементами оси. Упор против проворачивания при известных условиях может быть выполнен в виде элемента облегченной конструкции при незначительных дополнительных расходах на конструкцию.
В частности, для автомобилей промышленного назначения может быть особенно целесообразно, чтобы в приводной ветви между дифференциалом, встроенным в приводной агрегат, и по меньшей мере ведомой задней осью автомобиля была предусмотрена блокировка дифференциала, причем особенно предпочтительно, чтобы блокировка дифференциала была включена в виде включаемого сцепления между расположенными со стороны колес угловыми передачами и соединяла оба ведущих вала, соединенных приводным образом с колесами.
Ниже более подробно поясняются несколько примеров выполнения изобретения с дополнительными деталями. На приложенных чертежах схематически изображено:
фиг.1 - приводная система для автомобилей промышленного назначения с приводным агрегатом с приводным двигателем внутреннего сгорания, последовательно подключенной коробкой передач скоростей и со встроенным дифференциалом, который с помощью выходных и карданных валов действует на расположенные со стороны колес угловые передачи задней оси автомобиля;
фиг.2 - другая приводная система согласно фиг.1, в которой дифференциал, однако, приводным образом соединен с карданными валами через угловые передачи, встроенные в приводной агрегат;
фиг.3 - другая альтернативная приводная система согласно фиг.1 с планетарной передачей в виде встроенного дифференциала и
фиг.4 - другая приводная система, в которой дифференциал, встроенный в приводной агрегат, является межосевым дифференциалом, выходные элементы которого с помощью карданных валов, вращающихся в противоположных направлениях, приводят во вращение переднюю и заднюю оси автомобиля.
На фиг.1 позицией 1 обозначен приводной агрегат автомобиля промышленного назначения, составленный по существу из приводного двигателя или двигателя 2 внутреннего сгорания, разделительного сцепления (не показано), коробки 3 передач и встроенного дифференциала 4.
Приводной агрегат 1 собран в единый блок и подвешен не показанным образом через опоры агрегата к шасси 50 автомобиля промышленного назначения, показанном здесь штрихпунктиром лишь весьма схематично и в качестве примера. При этом дифференциал 4 прифланцован своим корпусом 5 к коробке 3 передач. Однако он может быть также непосредственно встроен в корпус коробки 3 передач.
Двигатель 2 внутреннего сгорания и коробка 3 передач могут иметь обычную конструкцию и поэтому графически лишь намечены.
Дифференциал 4 представляет собой конический дифференциал, компенсирующий корпус 6 которого приводится в действие от выходного вала 8 коробки 3 передач через цилиндрическую передачу 7.
Служащие выходными элементами конические зубчатые колеса 9 дифференциала 4 с одной стороны непосредственно через коаксиальный выходной вал 10 соединены приводным образом с карданным валом 11, в то время как на другой стороне они через промежуточный вал 12 и цилиндрическую передачу 13 действуют на второй выходной вал 14. К выходному валу 14 подсоединен второй карданный вал 15.
Коаксиально расположенный выходной вал 10 и промежуточный вал 12 установлены осепараллельно выходному валу 14 и, как показано, установлены в корпусе 5 с возможностью вращения. Благодаря промежуточному включению цилиндрической передачи 13 с обоими (не обозначенными) цилиндрическими зубчатыми колесами оба выходных вала 10, 14, соответственно, карданных вала 11, 15 (также обозначенных как карданные валы) вращаются в противоположных направлениях.
Каждый карданный вал 11, 15 подсоединен к угловой передаче 16, 17 не показанной задней оси (мост) автомобиля промышленного назначения, причем соответствующая коническая шестерня 18 приводит в движение соответствующее коническое зубчатое колесо 19. Конические зубчатые колеса 19 через ведущие валы 20 соединены приводным образом с задними колесами 21 автомобиля промышленного назначения. Конические шестерни 18 и конические зубчатые колеса 19 с приводными валами 20 установлены в корпусах 22 угловых передач 16, 17 с возможностью вращения.
Благодаря, как это видно, зеркальному расположению угловых передач 16, 17 ведомые колеса 21 задней оси вращаются в одном направлении, в то время как карданные валы 11, 15 вращаются в противоположных направлениях, так что их реактивные (опрокидывающие) моменты на приводном агрегате 1 взаимно уничтожаются.
На фиг.2 изображен другой пример выполнения приводной системы, описанной лишь настолько, поскольку она отличается от исполнения на фиг.1. Функционально одинаковые детали обозначены одинаковыми позициями.
Согласно фиг.2 ось вращения дифференциала 4 расположена не осепараллельно выходному валу 8 коробки 4 передач, а направлена поперек него и приводит в движение дифференциал 4, соответственно его компенсирующий корпус 6 с помощью угловой передачи 23.
Кроме того, конические зубчатые колеса 9 в качестве выходных элементов дифференциала 4 через другие угловые передачи 24, 25 с коническими шестернями 26 и коническими зубчатыми колесами 27 действуют на два выходных вала 10, 14 соединенных приводным образом, как показано выше, с обоими карданными валами 11, 15, которые, в свою очередь, действуют на угловые передачи 16, 17, расположенные со стороны оси.
В то время как в примере выполнения согласно фиг.1 оба выходных вала 10, 14 расположены относительно близко друг к другу, а карданные валы 11, 15 в соответствии с расположением угловых передач 16, 17 своими осями вращения расходятся в направлении силового потока, согласно фиг.2 они сходятся вследствие большей удаленности выходных валов 10, 14 друг от друга.
На фиг.3 показан альтернативный пример выполнения приводной системы, в котором дифференциал выполнен в виде планетарного дифференциала 28.
В качестве входного элемента планетарной передачи 28 служит водило 29 планетарной передачи, которое через цилиндрическую передачу 7 приводится в действие от выходного вала 8 коробки 3 передач и которое через (не обозначенные) планетарные колеса воздействует на коронную шестерню 30 с внутренними зубьями и на солнечную шестерню 31 с наружными зубьями в качестве выходных элементов планетарной передачи 28.
Коронная шестерня 30 непосредственно приводит во вращение выходной вал 10, соединенный приводным образом с карданным валом 11. Солнечная шестерня 31 соединена с коаксиальным промежуточным валом 12 без возможности проворота и через цилиндрическую передачу 13 приводит во вращение выходной вал 14, а он - второй карданный вал 15. В остальном силовой поток передается с карданных валов 11, 15, как описано выше в отношении фиг.1 и 2, на угловые передачи 16, 17.
1
2
3
4
Равномерное распределение момента на оба карданных вала 11, 15 при показанной планетарной передаче 28 достигается за счет того, что обозначенные радиусы r между осями вращения выходных валов 10, 14 и промежуточного вала 12 рассчитаны определенным образом. При движении по прямой здесь действует соотношение r:r=r:r. Однако возможны также отличные расчеты.
Между корпусами 22 угловых передач 16, 17 в порядке альтернативы прежнему корпусу жесткого моста возможен трубчатый упор 32 против проворачивания облегченной конструкции, который жестко соединяет друг с другом оба корпуса 22.
Внутри упора 32 против проворачивания предусмотрена (только обозначенная) включаемая кулачковая муфта 33, посредством которой оба, соответственно, продолженных приводных вала 20 через закрепленные там элементы муфты могут соединяться друг с другом для выполнения функции блокировки дифференциала, так что трогание автомобиля промышленного назначения обеспечено даже при неблагоприятных дорожных условиях. При этом приводной крутящий момент равномерно распределяется на оба карданных вала. Эта блокировка дифференциала здесь в качестве примера изображена лишь в связи с фиг.3. Само собой разумеется, ее использование имеет смысл и в связи с описанными ранее вариантами выполнения на фиг.1 и 2, хотя это там в явном виде не показано.
Наконец, на фиг.4 показана приводная система для полноприводного автомобиля промышленного назначения, в котором оба выходных вала 10, 14 противоположно выведены из приводного агрегата 1, соответственно, корпуса 5 дифференциала, напротив друг друга, т.е., вперед к передней оси 34 и назад к задней оси 35, и соединены приводным образом с карданными валами 11, 15.
Карданный вал 15, выведенный вперед, через ведомое коническое колесо 36 и ведущую шестерню 37 в качестве угловой передачи приводит в действие передний дифференциал 38, который через приводные валы 39 действует на передние колеса 40 автомобиля промышленного назначения.
Задний карданный вал 11 также через ведомое коническое колесо 36 и ведущую шестерню 37 в качестве другой угловой передачи приводит в действие задний дифференциал 41, который через приводные валы 42 приводит в движение сдвоенные задние колеса 21 автомобиля промышленного назначения.
Осевые дифференциалы 38, 41, если они не описаны, имеют обычную конструкцию, например, выполнены в качестве конических дифференциалов. Дифференциал 41 заднего моста при известных условиях может быть выполнен в качестве блокируемого дифференциала известной конструкции.
Как описано выше, выходные валы 10, 14, соответственно, карданные валы 11, 15, вращаются в противоположных направлениях, так что в свою очередь, действующие на приводной агрегат 1 реактивные, соответственно, опрокидывающие элементы из приводных моментов в значительной мере исключаются. Кроме того, межосевой дифференциал 4 во избежание заклиниваний в приводной системе известным образом компенсирует разницу в числах оборотов передней 34 и задней оси 35.
Таким образом, в вариантах выполнения, описанных ранее, дифференциал 4, соответственно, 28 своими выходными элементами 9, 12, соответственно, 30, 31, действует на два выходных вала 10, 14, установленных в приводном агрегате с возможностью вращения и приводимых во вращение в противоположных направлениях, таким образом, что между корпусами двигателя и передачи компенсируется только приводной момент двигателя, а также, предпочтительно, не поддерживается приводной момент между блоком двигатель-передача и шасси 50 автомобиля.