УЗЕЛ ПЕРЕДНЕЙ ЧАШКИ С РЕВЕРСИВНЫМ МЕЖОСЕВЫМ ДИФФЕРЕНЦИАЛОМ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА СО СДВОЕННЫМИ ОСЯМИ, СИЛОВАЯ ЦЕПЬ ДЛЯ ТАКОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО СО СДВОЕННЫМИ ОСЯМИ
REVERSIBLE MASTER DIFFERENTIAL FRONT CARRIER ASSEMBLY FOR VEHICLE WITH DUAL AXLES, POWER GEARING FOR SUCH VEHICLE AND VEHICLE WITH DUAL AXLES

Область техники
Настоящее изобретение относится в целом к транспортным средствам со сдвоенными осями (мостами) и, более конкретно, к узлу передней чашки дифференциала для такого транспортного средства.
Уровень техники
Как известно, обычно транспортное средство должно иметь не только одну или несколько передач переднего хода, но также по меньшей мере одну передачу заднего хода. Обычно это осуществляется путем обеспечения коробки передач, имеющей одни или несколько промежуточных валов, на которых имеются шестерни, причем промежуточные валы приводятся во вращение посредством зубчатого соединения с первичным валом коробки передач, который приводится во вращение двигателем. Шестерни промежуточного вала находятся в зацеплении с шестернями, установленными, например, на вторичном валу коробки передач. В любой момент времени одна из шестерен вторичного вала зафиксирована на нем с помощью механизма переключения передач для вращения вторичного вала. Для обеспечения заднего хода между шестерней промежуточного вала и шестерней вторичного вала используется промежуточная шестерня, так что вращение вторичного вала, когда включена передача заднего хода, будет противоположно вращению вторичного вала при включении одной из передач переднего хода, без необходимости изменения направления вращения первичного вала коробки передач или промежуточного вала. Использование дополнительных шестерен заднего хода усложняет механизм коробки передач.
Существует потребность в транспортном средстве с силовой цепью (передачей), в которой в коробке передач не нужно использовать отдельную шестерню заднего хода. Также существует потребность в транспортном средстве с силовой цепью, в которой обеспечивается достаточное количество передач заднего хода без существенного усложнения механизма силовой передачи.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении предлагается транспортное средство со сдвоенными осями, содержащее силовую цепь, содержащую: ведущий вал; узел передней ведущей оси, содержащий узел передней чашки, в которой находится передний дифференциал; узел задней ведущей оси, соединенный с узлом передней ведущей оси с помощью соединительного карданного вала и содержащий узел задней чашки, в которой находится задний дифференциал, причем узел передней чашки содержит межосевой дифференциал, в состав которого входит кожух, крестовина с цапфами, прикрепленными к кожуху межосевого дифференциала, и сателлиты, установленные на цапфах, первая коническая шестерня, находящаяся в зацеплении с сателлитами на первой стороне крестовины и обеспечивающая привод вала для привода карданного вала, и вторая коническая шестерня, находящаяся в зацеплении с сателлитами на второй стороне крестовины и обеспечивающая привод переднего дифференциала; и устройство сцепления, установленное с возможностью перемещения между положением отпирания, в котором оно соединяет ведущий вал и кожух межосевого дифференциала для их совместного вращения, и положением заднего хода, в котором ведущий вал отсоединяется от кожуха межосевого дифференциала, так что они могут вращаться независимо друг от друга.
В настоящем изобретении также предлагается узел передней чашки для транспортного средства со сдвоенными осями, который содержит: межосевой дифференциал (IAD), снабженный кожухом, имеющим шлицевую канавку; крестовину дифференциала, имеющую цапфы, прикрепленные к кожуху межосевого дифференциала, и сателлиты, установленные на цапфах; первую коническую шестерню, находящуюся в зацеплении с сателлитами на первой стороне крестовины, причем первая коническая шестерня имеет шлицевую канавку; вторую коническую шестерню, находящуюся в зацеплении с сателлитами на второй стороне крестовины; и соединительную муфту, снабженную одной или несколькими шлицевыми выступами, которая может перемещаться между первым положением, в котором один или несколько шлицевых выступов находятся в шлицевой канавке кожуха межосевого дифференциала и в шлицевой канавке первой конической шестерни, и вторым положением, в котором один или несколько шлицевых выступов выведены из шлицевой канавки кожуха межосевого дифференциала и находятся в шлицевой канавке первой конической шестерни.
Краткое описание чертежей
Особенности и достоинства настоящего изобретения станут более понятными после ознакомления с нижеприведенным подробным описанием со ссылками на чертежи, на которых одинаковые ссылочные номера указывают одинаковые элементы и на которых показано:
на фиг. 1 - блок-схема транспортного средства со сдвоенными осями в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 2 - вид сечения части силовой цепи транспортного средства со сдвоенными мостами в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 3А, 3Б и 3В - виды сечения части узла передней чашки дифференциала для транспортного средства со сдвоенными осями в соответствии с настоящим изобретением, на которых показаны, соответственно, режим запирания, режим отпирания и режим заднего хода.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 приведен схематический вид транспортного средства 21 со сдвоенными осями (внутри пунктирного контура). Транспортное средство 21 содержит силовую цепь 23, содержащую двигатель 25 и коробку 27 передач (трансмиссию), которая обычным образом обеспечивает вращение ведущего вала 29.
Ведущий вал 29 присоединен к узлу 31 передней ведущей оси. Узел 31 передней ведущей оси содержит узел 33 передней чашки, в которой находится передний дифференциал 35, соединенный с двумя полуосями 37 передней оси. К узлу 31 передней ведущей оси с помощью карданного вала 41 присоединен узел 39 задней ведущей оси, содержащий узел 43 задней чашки, в которой находится задний дифференциал 45, соединенный с двумя полуосями 47 задней оси.
Узел 33 передней чашки содержит межосевой дифференциал 49 (IAD), показанный на фиг. 2. Межосевой дифференциал 49 содержит корпус 51, крестовину 53 с несколькими цапфами 55, прикрепленными к корпусу дифференциала, и сателлиты 57, установленные на цапфах. Межосевой дифференциал 49 содержит первую коническую шестерню 59, находящуюся в зацеплении с сателлитами 57 на первой стороне крестовины 53 дифференциала и обеспечивающую вращение вала 61 для привода карданного вала 41. Межосевой дифференциал 49 содержит вторую коническую шестерню 63, находящуюся в зацеплении с сателлитами 57 на второй стороне крестовины 53 дифференциала и обеспечивающую вращение переднего дифференциала 35.
С узлом передней чашки дифференциала соединено устройство 65 сцепления с возможностью перемещения между положением запирания, как показано на фиг. 3А, нормальным положением (положением отпирания), как показано на фиг. 3Б и положением заднего хода, как показано на фиг. 3В. В обоих положениях запирания и отпирания (фиг. 3А и 3Б) устройство 65 сцепления соединяет ведущий вал 29 и корпус 51 межосевого дифференциала для их совместного вращения. В положении заднего хода (фиг. 3В) устройство 65 сцепления находится в таком положении, что ведущий вал 29 отсоединяется от корпуса 51 межосевого дифференциала для их вращения независимо друг от друга.
Обычно ведущий вал 29 вращает только первую коническую шестерню 59, когда устройство 65 сцепления находится в положении заднего хода (фиг. 3В). При вращении ведущего вала 29 в первом направлении, например, по часовой стрелке, первая коническая шестерня 59 также будет вращаться в первом направлении, то есть тоже по часовой стрелке, причем первая коническая шестерня будет вращать сателлиты 57, которые будут поворачивать вторую коническую шестерню 63 в направлении, противоположном первому направлению, то есть против часовой стрелки. Если отсоединить узел 39 задней ведущей оси с использованием некоторого подходящего способа, когда устройство 65 сцепления смещено в положение заднего хода, то можно исключить шестерню заднего хода из коробки 27 передач, и на транспортном средстве 21 можно будет двигаться назад с использованием такого же количества передач, которое обеспечивается в коробке передач для движения вперед. Иначе говоря, для движения транспортного средства 21 назад не нужно изменять направление вращения ведущего вала 29.
В варианте, представленном на фиг. 2 и фиг. 3А, 3Б, 3В, устройство 65 сцепления снабжено соединительной муфтой 67 с одним или несколькими шлицевыми выступами 69, входящими в шлицевые канавки 71 и 73 корпуса 51 межосевого дифференциала и первой конической шестерни 59, соответственно. Соединительная муфта 67 может смещаться в продольном направлении относительно ведущего вала 29, который опирается на несущие конструкции, такие как подшипники, показанные пунктиром, и не указанные ссылочными номерами на фиг. 2, не может вращаться относительно ведущего вала 29 и может смещаться в продольном направлении со скольжением, причем шлицевые выступы 69 могут входить в шлицевые канавки 71 и 73 корпуса 51 межосевого дифференциала и первой конической шестерни 59, соответственно, и выходить из них. Как правило, один или несколько шлицевых выступов 69 соединительной муфты 67 всегда находится в зацеплении со шлицевой канавкой 71 корпуса 51 межосевого дифференциала и/или со шлицевой канавкой 73 первой конической шестерни 59. Для перемещения соединительной муфты 67 относительно ведущего вала 29 может использоваться подходящий привод 103, такой как, например, пневматический или гидравлический цилиндр (с поршнем, который может занимать три положения), который продвигает вперед или назад штифт 105 и вилку 97, соединенные с соединительной муфтой 67.
Когда, как показано на фиг. 3Б (нормальное положение, положение отпирания), один или несколько шлицевых выступов 69 соединительной муфты 67 находятся в шлицевой канавке 71 корпуса 51 межосевого дифференциала и вне шлицевой канавки 73 первой конической шестерни 59, узел 31 передней ведущей оси будет находиться в положении, обеспечивающем нормальное движение вперед, в котором две полуоси 37 передней оси и две полуоси 47 задней полуоси вращаются в направлении для движения вперед, и межосевой дифференциал 49 распределяет движущую силу, передаваемую ведущим валом 29, между передней и задней ведущими осями. Более конкретно, когда ведущий вал 29 вращается, соединительная муфта 67 и корпус 51 межосевого дифференциала вращаются вместе с ним. Крестовина 52 вращается с корпусом 51 межосевого дифференциала, и первая коническая шестерня 59 и вторая коническая шестерня 63, находящиеся в зацеплении с сателлитами 57 крестовины, вращаются вместе с крестовиной. В нормальном положении, показанном на фиг. 3Б, сателлиты 54 могут вращаться на цапфах 55 крестовины, обеспечивая любую необходимую разницу скоростей первой 59 и второй 63 конических шестерен и, соответственно, переднего дифференциала 35 и заднего дифференциала 45 (фиг. 1).
Первая коническая шестерня 59 обеспечивает вращение вала 61, который, в свою очередь, вращает карданный вал 41, соединенный с узлом 43 задней чашки дифференциала (фиг. 1), для привода полуосей 47 задней ведущей оси. В рассматриваемом варианте вторая коническая шестерня 63 обеспечивает вращение ведущей шестерни 75 (фиг. 2) с помощью шлицевого соединения между шлицевыми выступами на валу 77, отходящем от ведущей шестерни 75, и шлицевыми канавками на второй конической шестерне 63. Вал второго конического зубчатого колеса 63 может поддерживаться в корпусе 95 узла передней чашки с помощью подшипников (показаны на фиг. 2, 3А, 3Б, 3В без указания ссылочными номерами). Ведущая шестерня 75 находится в зацеплении с зубчатым венцом 79 (его часть показана пунктиром на фиг. 2), который соединен с передним дифференциалом 35 для привода полуосей 37 передней ведущей оси (фиг. 1). Вал 61 может проходить сквозь ведущую шестерню 75 коаксиально с ней, и при таком конструктивном решении весь механизм может занимать меньше места.
Как показано на фиг. 2, для соединения вала 61 и карданного вала 41, когда устройство 65 сцепления находится в нормальном положении, показанном на фиг. 3Б, или в положении запирания, показанном на фиг. 3А, и рассоединения вала 61 и карданного вала 41, когда устройство 65 сцепления находится в положении заднего хода, показанном на фиг. 3В, может использоваться второе устройство 81 сцепления. Хотя в качестве второго устройства 81 сцепления могут использоваться самые разные конструкции, однако в рассматриваемом варианте второе устройство сцепления, показанное на фиг. 2, содержит первую соединительную муфту 83, которая может перемещаться в продольном направлении относительно вала 61 и не может поворачиваться относительного него, например, с использованием шлицевого соединения, и вторую муфту 85, прикрепленную к карданному валу 41 без возможности поворота относительно него (и обычно без возможности продольного смещения относительно вала 41). Первая соединительная муфта 83 имеет шлицевые выступы 87, которые входят в шлицевые канавки 89 на второй соединительной муфте 85 для соединения вала 61 и карданного вала 41. Для перемещения со скольжением первой муфты 83 относительно вала 61 между положением, в котором первая муфта соединена со второй муфтой 85, и положением, в котором она отсоединена от второй муфты, может использоваться подходящий привод 91, такой как, например, пневматический или гидравлический цилиндр (с поршнем, который может занимать два положения). Может быть обеспечен контроллер (не показан) для управления приводом 91, который позиционирует муфты 83 и 85, так что они могут соединять вал 61 и карданный вал 41, когда устройство 65 сцепления находится в положении отпирания (фиг. 3А) или в положении запирания (фиг. 3В), и для управления приводом 91 для позиционирования муфт, так чтобы осуществлялось их разъединение и соответствующее разъединение вала и карданного вала, когда устройство 65 сцепления находится в положении заднего хода (фиг. 3Б).
На фиг. 2 показано третье устройство 93 сцепления, которое обеспечивает соединение корпуса 51 межосевого дифференциала с корпусом 95 узла передней чашки для их совместного вращения, когда устройство 65 сцепления находится в положении заднего хода. Хотя в качестве третьего устройства 93 сцепления могут использоваться самые разные конструкции, в рассматриваемом варианте устройства 93, показанного на фиг. 2, используется вилка 97, установленная на соединительной муфте 67, и подпружиненный элемент, указанный здесь как шток 99, который может перемещаться вилкой для сжатия пружины 101, когда муфта 67 перемещается при перемещении устройства сцепления в положение заднего хода. Шток 99 соединен с корпусом 51 межосевого дифференциала с использованием шлицевого соединения, и пружина 101 расположена между частью корпуса 51 и штоком. Когда соединительная муфта 67 перемещает шток 99 для сжатия пружины 101, как показано на фиг. 3В, шлицевой выступ на штоке 99 входит в шлицевую канавку на корпусе 95 узла передней чашки, так что корпус 51 межосевого дифференциала, также соединенный со штоком с использованием шлицевого соединения, запирается относительно корпуса 95 узла передней чашки. Когда соединительная муфта 67 отходит от корпуса 95 узла передней чашки и от корпуса 51 межосевого дифференциала, пружина 101 перемещает шток 99 таким образом, что он выходит из зацепления с корпусом узла передней чашки, и, как показано на фиг. 3А и 3Б, становится возможным вращение корпуса межосевого дифференциала относительно корпуса узла передней чашки. Когда устройство 65 сцепления находится в положении заднего хода (фиг. 3В), и ведущий вал 29 вращается, первая коническая шестерня 59 будет вращаться и будет вращать сателлиты 57, которые будут вращать вторую коническую шестерню 61 в направлении, противоположном направлению вращения первой конической шестерни, например, для обеспечения заднего хода. При блокировке корпуса 51 межосевого дифференциала относительно корпуса 95 узла передней чашки с помощью третьего устройства 93 сцепления корпус 51 не будет вращаться в результате, например, действия на корпус 51 силы со стороны первой конической шестерни через сателлиты 57 и цапфы 55 крестовины, что создает препятствия и/или предотвращает работу в режиме заднего хода. Таким образом, может быть обеспечен механизм, который указывается в настоящем описании как "реверсивный межосевой дифференциал".
Устройство 65 сцепления может быть переведено в положение запирания, показанное на фиг. 3А, в котором устройство 65 обеспечивает сцепление ведущего вала 29 с корпусом 51 межосевого дифференциала и с первой конической шестерней 59 для их совместного вращения. Более конкретно, соединительная муфта 67 может быть установлена в такое положение, что имеющиеся на ней шлицевые выступы 69 будут одновременно находиться в шлицевых канавках 71 и 73 корпуса 51 межосевого дифференциала и первой конической шестерни 59, соответственно. В этом положении запирания скорости вращения первой конической шестерни 59 и корпуса 51 всегда будут равны. В частности, в исключительно сложных условиях работы, например, когда поверхности дорожного покрытия очень скользкие, и сцепление колес с поверхностью очень плохое, обычно будет использоваться положение запирания для прямого соединения чашек дифференциалов сдвоенных осей, чтобы получить максимально возможную силу сцепления с дорожным покрытием.
Ниже приведено описание работы силовой цепи 23 с устройством 65 сцепления в положениях запирания, отпирания и заднего хода, показанных на фигурах 3А, 3Б и 3В, соответственно. В положении запирания (фиг. 3А) соединительная муфта 67 может быть установлена в такое положение, в котором имеющиеся на ней шлицевые выступы 69 одновременно будут находиться в шлицевых канавках 71 и 73 корпуса 51 межосевого дифференциала и первой конической шестерни 59, соответственно. При вращении ведущего вала 29 и соединительной муфты 67 первая коническая шестерня 59 и корпус 51 межосевого дифференциала будут вращаться с той же скоростью и в том же направлении, что и ведущий вал 29. Вращение корпуса 51 и прикрепленной к нему крестовины 53 через сателлиты 57 передается на вторую коническую шестерню 63 с направлением вращения корпуса 51 (ведущего вала 29 и первой конической шестерни 59). Если сателлиты 57 не вращаются на цапфах 55 крестовины, скорость вращения второй конической шестерни 63 будет равна скорости вращения корпуса 51 и первой конической шестерни 59. Если же сателлиты 57 вращаются на цапфах 55 крестовины, скорость вращения второй конической шестерни 63 будет отличаться от скорости вращения корпуса 51 и первой конической шестерни 59. Штифт 105, на котором установлена вилка 97 на соединительной муфте 67, обычным образом входит со скольжением в отверстие 107 в корпусе 95 узла передней чашки дифференциала. Штифт 105 перемещается приводом 103, в качестве которого используется поршень гидравлического или пневматического цилиндра, для перемещения вилки 97 и соединительной муфты 67. Как правило, штифт 105 и отверстие имеют достаточную длину, чтобы штифт 105 целиком помещался в этом отверстии, однако штифт и отверстие могут иметь такие размеры, чтобы при некоторых условиях штифт можно было полностью выдвинуть из отверстия, как показано на фиг. 3Б.
В положении отпирания, показанном на фиг. 3Б, соединительная муфта 67 устройства 65 сцепления расположена таким образом, чтобы шлицевые выступы 69 муфты находились только в шлицевых канавках 71 корпуса 51 межосевого дифференциала и вне шлицевых канавок 73 первой конической шестерни 59. При вращении ведущего вала 29 и соединительной муфты 67 корпус 51 межосевого дифференциала будут вращаться с той же скоростью и в том же направлении, что и ведущий вал 29. Вращение корпуса 51 и прикрепленной к нему крестовины 53 через сателлиты 57 передается как на первую коническую шестерню 59, так и на вторую коническую шестерню 63, которые будут вращаться в том же направлении, что и ведущий вал 29 вместе с корпусом 51. Если необходимо, чтобы первая коническая шестерня 59 и вторая коническая шестерня 63 вращались с разными скоростями, так чтобы скорость вращения полуосей 37 передней ведущей оси (фиг. 1) отличалась от скорости вращения полуосей 47 задней ведущей оси (фиг. 1), сателлиты 57 будут вращаться на цапфах 55 крестовины для обеспечения разных скоростей вращения.
В положении заднего хода, показанном на фиг. 3В, соединительная муфта 67 устройства 65 сцепления расположена таким образом, чтобы шлицевые выступы 69 муфты находились только в шлицевых канавках 73 первой конической шестерни 59 и вне шлицевых канавок 71 корпуса 51 межосевого дифференциала. Как правило, если штифт 105 на вилке 97 выведен полностью из отверстия 107 в корпусе 95 узла передней чашки, то привод 103 перемещает штифт 105 для перемещения соединительной муфты 67 и вилки 97, так чтобы штифт вошел в отверстие 107 в корпусе узла чашки переднего дифференциала. По мере того как штифт 105 перемещается в направлении корпуса 95 узла передней чашки, вилка 97 (или соединительная муфта 67) входит в контакт с подпружиненным штоком 99 и прижимает пружину 101 к корпусу 51 межосевого дифференциала. Шлицевые выступы на штоке 99 входят в шлицевые канавки корпуса узла передней чашки, так что корпус 51 по существу не может вращаться относительно корпуса 95 узла передней чашки. Одновременно первую соединительную муфту 83 второго устройства 81 сцепления перемещают относительно второй соединительной муфты 85 для отсоединения карданного вала 41 от вала 61. Вращение ведущего вала 29 и соединительной муфты 67 вызывает вращение первой конической шестерни 59 и вала 61 в том же направлении и с той же скоростью, что и ведущий вал. Отсоединенный карданный вал 41 не вращается. Вращение первой конической шестерни 59 вызывает вращение сателлитов 57, которые, в свою очередь, вращают вторую коническую шестерню 63 в противоположном направлении, причем скорость ее вращения, как правило, равна скорости вращения первой конической шестерни 59. Вращение второй конической шестерни 63, в свою очередь, вызывает вращение в противоположном направлении полуосей передней ведущей оси. Таким образом, может быть обеспечена силовая цепь 23, которая может приводить транспортное средство в движение в переднем и заднем направлениях, причем для этого в коробке 27 передач не нужна передача заднего хода.
В настоящем описании такие указания, как "включающий", используются в широком смысле так же, как и указания "содержащий", и не исключают наличия других структур, материалов или действий. Аналогично, хотя слово "может" используется в широком смысле для указания того, что некоторые структуры, материалы или действия не являются необходимыми, однако если такое слово не используется, это не означает, что некоторая структура, материал или действие является существенным признаком. В той степени, в которой структура, материал или действие в настоящее время считается существенным, они указываются таковыми в явной форме.
Изобретение иллюстрируется в настоящем описании на примере одного из предпочтительных вариантов его осуществления, однако при этом следует иметь в виду, что в него могут быть внесены различные изменения и модификации без выхода за пределы объема изобретения, определяемого нижеприведенной формулой.