ДИФФЕРЕНЦИАЛ ПОВЫШЕННОГО ТРЕНИЯ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в качестве дифференциала, устанавливаемого в ведущих мостах транспортных средств.
Известны два вида самоблокирующихся дифференциалов: блокирующиеся от разности угловых скоростей колес и блокирующиеся от разности крутящих моментов.
К первым относятся дифференциал с вязкостной муфтой, а также т.н. электронная блокировка дифференциала. Ко второму виду относятся гипоидный и дисковый дифференциалы.
Общеизвестный дисковый дифференциал представляет собой симметричный дифференциал, в который добавлены один или два пакета фрикционных дисков. Часть фрикционных дисков жестко связана с корпусом дифференциала, другая часть - с полуосью. Принцип действия дифференциала повышенного трения дискового типа основан на силе трения, возникающей вследствие разности моментов вращения полуосей. При прямолинейном движении корпус дифференциала и полуоси вращаются с одинаковой скоростью, фрикционный пакет вращается как единое целое. При увеличении частоты вращения одной их полуосей, соответствующая ей часть дисков в пакете начинает вращаться быстрее. При этом между дисками возникает сила трения, препятствующая увеличению частоты вращения. Крутящий момент на свободном колесе увеличивается, чем достигается частичная блокировка дифференциала. Степень сжатия фрикционных дисков может быть фиксированной (реализуется с помощью пружин постоянной жесткости) или переменной (осуществляется с помощью гидравлического привода, в т.ч. с электронным управлением).
Разновидности дисковых самоблокирующихся дифференциалов описаны в патентах RU №37787, МПК 7 F16H 48/20, 2004 г., EP №1508466, МПК 7 В60К 17/35; В60К 23/08; В60К 28/16; В60К 41/24, 2005 г., WO №0236383, МПК 7 В60К 17/348; В60К 28/16, 2002 г., US №2006211532, МПК F16H 48/06 (2006.01), 2006 г., RU №2390433, МПК В60К 17/35 В60К 23/00 (2006.01), 2010 г., US №4667534, МПК 7 F16D 13/64; F16D 13/74; 1987 г.и других.
Их общим недостатком является то, что дисковый самоблокирующийся дифференциал имеет относительно малый диапазон регулировки начального момента, высокий коэффициент блокирования сказывается на плавности работы дифференциала при больших нагрузках, возможна даже полная блокировка - все это делает его применение на обычном автомобиле, использующемся на дорогах общего пользования, не всегда целесообразным. Особенно это касается установки самоблокирующихся дифференциалов этого типа в переднем мосту. Кроме того, происходит быстрый износ комплектующих.
Известны самоблокирующиеся дифференциалы с гипоидным (червячным или винтовым) и косозубым зацеплением.
Принцип работы основан на свойстве гипоидной или косозубой пары "расклиниваться". В связи с этим, основные (или все) зацепления в таких дифференциалах косозубые или гипоидные. Можно выделить три основных типа.
Тип 1 производит компания Zexel Torsen. Гипоидными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси. При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси крутящих моментов, гипоидные пары "сателлит / ведущая шестерня" либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте. Как только одна из полуосей начинает буксовать и крутящий момент на ней падает, гипоидные пары «полуось/сателлит» начинают вращаться и расклиниваться, создавая трение с чашкой дифференциала и друг с другом, что приводит к частичной блокировке дифференциала. За счет момента трения, дифференциал перераспределяет крутящий момент в пользу отстающей полуоси. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне распределения крутящего момента - от 2.5/1 до 5.0/1. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка.
Автором второго типа является англичанин Rod Quaife. В данном дифференциале используются косозубые шестерни полуосей и винтовые шестерни сателлитов. Оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют между собой еще одну гипоидную пару, которая расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки. Подобное устройство имеет и дифференциал True Trac компании Tractech (см. https://www.drive2.ru/I/4053239664633472574).
Компания Zexel Torsen в своем дифференциале Т-2 предложила немного другую компоновку по сути, того же устройства. Благодаря своей необычной конструкции, парные сателлиты соединены между собой с внешней стороны полуосевых шестерен. По сравнению с первым типом, эти дифференциалы имеют меньший коэффициент блокировки, однако они более чувствительны к разнице передаваемого момента и срабатывают раньше (см. http://www.meta-s.ru/product_2099.html).
При работе дифференциала на передней оси автомобиля может дополнительно создаваться толчковое усилие на рулевое колесо, что требует особой внимательности водителя. Поэтому конструкции таких дифференциалов содержат муфту предварительного натяга, которая обеспечивает плавное срабатывание блокировки. В случае установки такого дифференциала на переднюю ось исключается рывок рулевого колеса, что напрямую связано с безопасностью движения.
Общим недостатком гипоидных дифференциалов является следующее:
- в ходе эксплуатации падает преднатяг, чтобы его восстановить необходимо менять регулировочные шайбы, обычно это происходит через 20-40 тыс. км в зависимости от манеры езды;
- в случае несоблюдения регламентных работ система будет работать как обычный дифференциал.
Гипоидные (винтовые или червячные) самоблокирующиеся дифференциалы широко применяются как в качестве межколесных, так и межосевых дифференциалов.
Известен противобуксующий дифференциал транспортного средства, содержащий полый корпус, внутри которого соосно друг другу установлены полуосевые шестерни и установленные параллельно последним на осях сателлиты, введенные в зацепление с полуосевыми шестернями для образования зубчатых передач с одной из них с отрицательным, с другой с положительным передаточными отношениями, в котором зубчатые передачи выполнены самотормозящимися, а сателлиты и полуосевые шестерни выполнены с косыми или шевронными зубьями (аналог - см патент РФ №2091644, МПК 6 F16H 48/28, 1997 г.)
Недостаток: имеет недостаточную плавность работы дифференциала особенно при больших нагрузках. Размещение полуосевых шестерен и сателлитов в корпусе, имеющем цельную конструкцию, сокращает срок службы устройства, поскольку осевое биение узлов приводит к разрушению корпуса.
Известен дифференциал повышенного трения, содержащий корпус с центральным продольным отверстием, в котором расположены правая и левая полуосевые шестерни, разделенные между собой упорным элементом, сателлиты, установленные в корпусе с возможностью зубчатого зацепления с полуосевыми шестернями, и торцевые крышки корпуса с болтами крепления. На правой и левой торцевых поверхностях корпуса дополнительно выполнены последовательно чередующиеся глухие продольные отверстия для свободного размещения в их полостях соответственно правого и левого рядов сателлитов, причем правый ряд сателлитов имеет зубчатое зацепление с правой полуосевой шестерней, левый - соответственно с левой, а сателлиты из противоположных рядов имеют зубчатое зацепление и между собой попарно (аналог - см. патент на полезную модель РФ №36131, МПК 7 F16H 48/28, B60K 17/16, 2004 г.)
Имеет недостаточную плавность работы дифференциала особенно при больших нагрузках. Размещение сателлитов и полуосевых шестерен в цельном корпусе, закрытым с двух сторон торцевыми упорными крышками. В результате осевого биения сателлитов и полуосевых шестерен корпус приходит в негодность, что, соответственно, уменьшает срок службы изделия.
Известен планетарный дифференциал повышенного трения, включающий корпус, пару солнечных шестерен с опорными частями, коаксиально установленных в корпусе с возможностью вращения в нем, и предназначенных для соединения шлицевыми отверстиями с выходными валами, два комплекта сателлитов, каждый из которых находится в зацеплении с соответствующей солнечной шестерней и двумя сателлитами другого комплекта. Сателлиты обоих комплектов расположены в гнездах корпуса с возможностью контакта с их поверхностями. Между солнечными шестернями расположена муфта предварительного натяга, включающая пару упорных колец с расположенными в них дисковыми пружинами. Корпус дифференциала выполнен из основной и дополнительных частей. Солнечные шестерни расположены в основной и дополнительной частях корпуса с возможностью осевого перемещения и упора торцами своих опорных частей в торцы центральных опорных гнезд частей корпуса (см. полезную модель РФ №25922, МПК 7 F16H 48/28, 2002 г.). Данное решение принято за прототип.
Недостатки:
1. Имеет недостаточный диапазон плавности работы дифференциала особенно при больших нагрузках.
2. Размещение полуосевых шестерен и сателлитов в корпусе, состоящем из двух частей, сокращает срок службы устройства, поскольку осевое биение узлов приводит к разрушению корпуса.
Задачей предлагаемого решения является создание конструкции совмещающей в себе достоинства обоих видов дифференциалов повышенного трения - дискового и винтового типа, а именно оптимизация коэффициента блокирования, улучшение плавности работы дифференциала при больших нагрузках.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в дифференциале повышенного трения, включающем корпус, крышку, пару полуосевых шестерен с опорными частями, соосно установленных в корпусе и крышке с возможностью вращения, и соединенных шлицевыми отверстиями с выходными валами, два комплекта сателлитов, каждый из которых входит в зацепление с соответствующей полуосевой шестерней и сателлитом другого комплекта, в соответствии с полезной моделью дифференциал снабжен пакетами фрикционных дисков, установленными с возможностью контакта с наружными торцевыми частями сателлитов, причем часть фрикционных дисков каждого пакета связана с корпусом и крышкой дифференциала, другая часть каждого пакета - с полуосевыми шестернями.
В корпусе дифференциала с возможностью перемещения установлена обойма, в пазах которой размещены комплекты сателлитов.
Каждый пакет фрикционных дисков снабжен тарельчатой пружиной.
Технический результат от использования всех существенных признаков полезной модели заключается в оптимизации коэффициента блокирования, улучшении плавности работы дифференциала при больших нагрузках и исключении быстро изнашиваемых комплектующих, что, в конечном счете, увеличивает срок службы всего механизма.
Наличие пакетов фрикционных дисков, установленных таким образом, что при возникновении разницы моментов на ведущих колесах автомобиля соответствующие сателлиты прижимают диски в корпусе и крышке дифференциала, увеличивая силу трения между дисками. Такое взаимодействие сателлитов и фрикционных дисков обеспечивает торможение дисков между собой и дополнительную передачу крутящего момента от корпуса или крышки к соответствующей полуосевой шестерне, которая приводит в движение отстающее колесо. Таким образом, увеличивается коэффициент блокировки, улучшается плавность работы дифференциала при больших нагрузках.
Кроме того, наличие пакетов фрикционных дисков с большими тарельчатыми пружинами за счет равномерного распределения внутреннего трения по большей площади контакта при работе дифференциала позволяет исключить из конструкции дифференциала быстро изнашиваемые комплектующие: муфты преднатяга (шлицевые кольца и маленькие тарельчатые пружины), что, в конечном счете, увеличивает срок службы всего механизма
Наличие подвижной обоймы, в которой размещены сателлиты и частично полуосевые шестерни, позволяет обеспечить высокую точность расположения сателлитов и шестерен, а также увеличивает ремонтопригодность дифференциала, позволяя, при необходимости, производить замену обоймы без замены корпуса и крышки дифференциала.
Дифференциал транспортного средства иллюстрируется чертежами.
Фиг. 1 - общий вид - продольное сечение дифференциала;
Фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1;
Фиг. 3 - сечение Б-Б фиг. 1;
Фиг. 4 - сечение В-В фиг. 1;
Фиг. 5 - сечение Г-Г фиг. 1.
Дифференциал транспортного средства (см. фиг. 1) содержит корпус 1, крышку 2. В корпусе 1 размещена полуосевая шестерня 3 выходного вала, а в крышке 2 размещена полуосевая шестерня 4 выходного вала. Дифференциал содержит, по крайней мере, два комплекта сателлитов. Сателлиты 5 комплекта корпуса и сателлиты 6 комплекта крышки, установлены в пазах обоймы 7. Два пакета 8 фрикционных дисков, включающие диски 9, 10 с тарельчатыми пружинами 11, расположены с противоположных сторон внутри корпуса и крышки соответственно.
Диски 9 снабжены выступами 12, которые при сборке входят в пазы 13, выточенные на наружной поверхности соответствующей полуосевой шестерни 3, 4.
На дисках 10 выполнены аналогичные выступы 14, которые входят в пазы 15, выполненные на внутренней поверхности корпуса 1 и крышки 2 дифференциала.
Дифференциал транспортного средства работает следующим образом. При прямолинейном движении машины все детали дифференциала вращаются как одно целое. При повороте машины с увеличением кривизны траектории крутящий момент остается постоянный, но возрастает разница скоростей вращения колес ведущей оси автомобиля. Связанная с отстающим колесом полуосевая шестерня, например 3, вращается медленнее корпуса и поворачивает входящий с ней в зацепление комплект сателлитов 5. Сателлиты 5 передают вращение комплекту сателлитов 6, которые входят в зацепление с сателлитами 5. Сателлиты 6, в свою очередь, передают вращение на полуосевую шестерню 4 и другое колесо транспортного средства, что обеспечивает разные угловые скорости колес. При начале пробуксовки одного из колес ведущей оси автомобиля появляется разница крутящего момента между колесами этой оси и внутри дифференциала, за счет которой происходит расклинивание внутренних шестерен 3, 4, сателлитов 5, 6 и поджимание фрикционных дисков 9, 10 пакетов 8 в дифференциале и последующее блокирование дифференциала
В дифференциале используются косозубые шестерни полуосей и цилиндрические косозубые сателлиты. Оси сателлитов 5, 6 параллельны осям полуосевых шестерен 3, 4. Сателлиты 5, 6 расположены в пазах обоймы 7, причем обойма 7 имеет возможность перемещения в пазах корпуса 1. Парные сателлиты 5, 6 образуют между собой винтовую пару, которая, расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки. На периферии каждой полуосевой шестерни 3, 4 выполнены продольные пазы 13, входящие в зацепление с выступами 12 фрикционных дисков 9 соответствующего фрикционного пакета. На внутренней поверхности корпуса 1 дифференциала и крышки 2 выполнены аналогичные продольные пазы 15, входящие в зацепление с выступами 14 фрикционных дисков 10 соответствующего фрикционного пакета. Диски 9, контактирующие с полуосевыми шестернями 3, 4 чередуются с дисками 10, входящими в зацепление с корпусом 1 и крышкой 2 дифференциала. Передача момента от двигателя к полуосям происходит, посредством зацепления сателлитов 5, 6 с полуосевыми шестернями 3, 4 и между собой. При изменении крутящего момента винтовые пары сателлитов расклиниваются и прижимаются к стенкам отверстий обоймы 7, а торцы сателлитов прижимаются к соответствующим фрикционным пакетам дисков, прижимая диски 9, 10 друг к другу и увеличивая трение в дифференциале. Таким образом, дифференциал перераспределяет момент между колесами в сторону отстающего колеса. Степень прижима (блокировки) зависит от величины переданного двигателем крутящего момента. Обеспечивая блокировку при ускорении и торможении, дифференциал повышенного терния работает как обычный при отсутствии передаваемого двигателем момента.
Заявляемое устройство может быть использовано в качестве межколесных и межосевых дифференциалов как на переднеприводных, так и на заднее- и полно-приводных автомобилях.
Устройство может быть изготовлено в заводских условиях с использованием известных материалов и технологий.