ПОЛУОСЕВАЯ ШЕСТЕРНЯ БЛОКИРУЕМОГО ДИФФЕРЕНЦИАЛА ДЛЯ РАЗГРУЗКИ ФРИКЦИОННОГО ДИСКА
SIDE GEAR OF LOCKING DIFFERENTIAL FOR FRICTION DISC RELIEF

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к блокируемому дифференциалу, представляющему собой блокируемый дифференциал, содержащий средства разгрузки пакета дисков от полуосевой шестерни для уменьшения и/или устранения шума (например, треска), создаваемого пакетом дисков, когда дифференциал находится в разблокированном режиме или состоянии.
Уровень техники
Один из типов дифференциального механизма обычно называют «блокируемым дифференциалом». В частности, один из типов блокируемого дифференциала называют «механическим устройством синхронизации» (т.е. блокируемым дифференциалом, в котором блокировка происходит в ответ на действие механического устройства, а не гидравлического устройства или электромагнитного устройства). Механическое устройство синхронизации может содержать пакет дисков (например, пакет муфты) на первом и втором противоположных концах картера дифференциала. Создаваемый шум (например, треск) может быть вызван пакетом дисков на одном или обоих концах картера дифференциала, когда пакет дисков находится в разблокированном состоянии. Например, шум может быть вызван пакетом дисков, который установлен на раструбе картера дифференциала. Возникает необходимость в конструкции или средствах разгрузки пакета дисков блокируемого дифференциала от полуосевой шестерни, когда дифференциал находится в разблокированном состоянии, позволяющих уменьшить и/или устранить возможность появления треска.
Раскрытие изобретения
Дифференциал содержит картер, полуосевую шестерню кулачкового механизма, расположенную вблизи первого конца картера, и полуосевую шестерню, расположенную вблизи второго конца картера. Полуосевые шестерни имеют соответствующие втулки. Кроме того, дифференциал содержит первый пакет муфты, расположенный вокруг втулки полуосевой шестерни. Дифференциал также содержит кольцевой упорный элемент, расположенный между полуосевой шестерней и картером.
В дифференциале, содержащем устройство или средства разгрузки пакета дисков от полуосевой шестерни в разблокированном режиме, согласно настоящему изобретению может быть уменьшен и/или устранен шум (например, треск), создаваемый пакетом дисков, который установлен на раструбе блокируемого дифференциала, находящегося в разблокированном режиме. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения средства разгрузки пакета дисков могут содержать кольцевой упорный элемент.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения далее будут описаны посредством примера со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 - механически блокируемый дифференциал (в разобранном виде) в соответствии с идеями или аспектами настоящего изобретения.
Фиг.2 - схематичное изображение участка механически блокируемого дифференциала согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 - вид в перспективе кольцевого упорного элемента, который показан в составе механически блокируемого дифференциала, представленного на фиг.1.
Фиг.4 - вид в поперечном разрезе представленного на фиг.3 кольцевого упорного элемента в разгруженном состоянии и в нагруженном состоянии.
Осуществление изобретения
Далее будут подробно описываться варианты осуществления настоящего изобретения посредством примеров, проиллюстрированных прилагаемыми чертежами. Следует отметить, что для описания существа изобретения используются варианты его осуществления, при этом подразумевается, что они не являются ограничительными. Предполагается, что изобретение покрывает альтернативы, модификации и эквиваленты в рамках существа и объема изобретения в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.
На фиг.1 представлен механически блокируемый дифференциал 10 в разобранном виде. Дифференциал 10 сформирован для того, чтобы обеспечивалось вращение двух колес автомобиля с разной скоростью при беспрепятственном поддержании дифференциального действия. Однако, когда одно колесо начинает скользить, может автоматически производиться полная поперечная блокировка ведущей оси, в результате чего обоим колесам передается полная мощность. Дифференциал 10 содержит картер 12. Картер 12 имеет первый конец 14 (например, фланцевый конец 14) и второй противоположный конец 16 (например, раструб 16). Картер 12 может быть сформирован таким образом, чтобы ограничивался корпус редуктора и отсек, содержащий другие различные компоненты дифференциала 10. Первичный момент может передаваться к дифференциалу 10 посредством входной шестерни (например, коронной шестерни) (не показано). Входная шестерня может крепиться к картеру 12 любыми традиционными средствами, известными в данной области техники, включая множество болтов, но не ограничиваясь этим. Входная шестерня может находиться в зубчатом зацеплении с первичной ведущей шестерней (не показано), которой передается входной крутящий момент приводного вала от трансмиссии транспортного средства.
Дифференциал 10 дополнительно может содержать комплект шестерен дифференциала, расположенных в корпусе редуктора картера 12. В частности, дифференциал 10 может содержать полуосевую шестерню 18 кулачкового механизма, полуосевую шестерню 20, упорные шайбы 22, 24, две конические шестерни 26, 28, ведущий вал (например, поперечный вал) 30 и запорный винт 32 ведущего вала. Конические шестерни 26, 28 могут быть установлены с возможностью вращения на ведущем валу 30. Ведущий вал 30 может быть соединен с картером 12 с помощью различных средств, обычно применяемых в данной области техники. Конические шестерни 26, 28 могут содержать входные шестерни, входящие в комплект шестерен дифференциала, расположенных в редукторе картера 12. Конические шестерни 26, 28 могут находиться в зацеплении с полуосевыми шестернями 18, 20.
Полуосевые шестерни 18, 20 могут содержать выходные шестерни, входящие в комплект шестерен дифференциала, расположенных в корпусе редуктора картера 12. Каждая полуосевая шестерня 18, 20 может содержать кольцевую втулку 34, 36. Кольцевые втулки 34, 36 полуосевых шестерен 18, 20 сформированы таким образом, чтобы в них могла вмещаться, например, пара полуосей (не показано) автомобиля. Внутренняя радиальная поверхность кольцевых втулок 34, 36 полуосевых шестерен 18, 20 может быть шлицованной. Соответственно, полуосевые шестерни 18, 20 могут образовывать шлицевое соединение с парой полуосей. Картер 12 на своих противоположных концах может содержать кольцевые втулки 38, которые благодаря своей конфигурации охватывают полуоси. Как правило во втулки 38 вмонтированы подшипники (не показано), обеспечивающие вращательную опору для дифференциального механизма. Могут быть предусмотрены упорные шайбы 22, 24, чтобы при сборке можно было надлежащим образом скорректировать зазор между полуосевыми шестернями 18, 20 и коническими шестернями 26, 28.
Дифференциальное действие, которое могло бы оказываться на левую и правую полуоси транспортного средства, при его обычном перемещении транспортного средства по прямой дороге вперед ограничено (например, дифференциальное действие, по существу, отсутствует) и конические шестерни 26, 28 могут не вращаться относительно ведущего вала 30. Соответственно, картер 12, конические шестерни 26, 28, полуосевые шестерни 18, 20 и полуоси могут совместно вращаться вокруг оси вращения (А) полуосей, как правило образуя интегральный блок. При определенных эксплуатационных режимах, например при повороте транспортного средства на полуосевые шестерни 18, 20, может оказываться определенное дифференциальное действие, вплоть до достижения заданной разницы скоростей вращения. При превышении заданной разницы скоростей вращения (например, когда разница скоростей полуосевых шестерен 18, 20 превышает примерно 100 об/мин) желательно замедлить относительное вращение каждой из полуосевых шестерен 18, 20 и картера 12 редуктора, чтобы снизить чрезмерное дифференциальное действие на полуоси или предотвратить его.
Для снижения дифференциального действия на полуоси дифференциал 10 может быть снабжен блокирующими средствами, предусмотренными для блокировки комплекта шестерен дифференциала, и приводными средствами для приведения в действие блокирующих средств. Например, блокирующие средства могут содержать пакеты 40, 42 муфт. Концевой участок пакета 40 муфты может сопрягаться с фланцевым концом 14 картера 12. Концевой участок пакета 42 муфты может сопрягаться с раструбом 16 картера 12. Пакет 40 муфты может содержать некоторое количество внутренних дисков муфты и некоторое количество наружных дисков муфты. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения внутренние диски муфты могут содержать «уши», радиально выступающие наружу. «Уши» могут входить в направляющие отверстия, выполненные в картере 12 дифференциала. Таким образом, внутренние диски муфты могут поворачиваться вместе с картером 12. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения наружные диски муфты могут содержать элементы шлицевого соединения (например, на внутренней радиальной поверхности каждого из наружных дисков муфты могут быть выполнены зубцы). Сформированные на наружных дисках муфты элементы шлицевого соединения могут сцепляться с наружными элементами шлицевого соединения, сформированными на полуосевых шестернях 18, 20. Таким образом, наружные диски муфты могут поворачиваться вместе с полуосями и/или колесами.
Блокирующие средства могут дополнительно содержать диск 44 кулачковой муфты и волнистую пружину 46. Согласно известному уровню техники может быть сформирован диск 44 кулачковой муфты, оказывающий влияние на перемещение пакета 40 муфты из расцепленного состояния в сцепленное (например, «нагруженное») состояние. В сцепленном (например, «нагруженном») состоянии действие пакета 40 муфты состоит в замедлении относительного вращения картера 12 и полуосевой шестерни 18 кулачкового механизма и, таким образом, в замедлении и/или минимизации дифференциального действия на полуосевые шестерни 18, 20. На наружной поверхности диска 44 кулачковой муфты имеется ряд продолжающихся радиально наружу зубцов. Диск 44 кулачковой муфты может иметь скошенную поверхность с некоторым количеством скошенных выступов. Полуосевая шестерня 18 кулачкового механизма также может иметь скошенную поверхность с некоторым количеством скошенных выступов (например, отливов) и множеством упоров (например, пазов), предусмотренных (например, механически обработанных) на скошенной поверхности. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения скошенная поверхность полуосевой шестерни 18 кулачкового механизма является задней стороной полуосевой шестерни 18 кулачкового механизма (т.е. стороной, обращенной к диску 44 кулачковой муфты). Скошенные выступы на полуосевой шестерне 18 кулачкового механизма могут соответствовать скошенным выступам на диске 44 кулачковой муфты. Сопрягаемые упоры, сформированные на полуосевой шестерне 18 кулачкового механизма, могут предотвращать смещение диска 44 кулачковой муфты до тех пор, пока к внешним зубцам диска 44 кулачковой муфты не будет приложен заданный крутящий момент. Соответственно, при обычном движении транспортного средства по прямой дороге вперед (например, когда дифференциальное действие является незначительным или отсутствует) полуосевая шестерня 18 кулачкового механизма, имеющая скошенную поверхность, и диск 44 кулачковой муфты обычно остаются в нейтральном положении (т.е. отсутствует смещение), при этом диск 44 кулачковой муфты и полуосевая шестерня 18 кулачкового механизма вращаются примерно с одинаковой скоростью. При замедлении вращения диска 44 кулачковой муфты относительно полуосевой шестерни 18 кулачкового механизма (например, при приложении крутящего момента к наружным зубцам диска 44 кулачковой муфты) происходит «смещение» полуосевой шестерни 18 кулачкового механизма, имеющей скошенную поверхность, а также диска 44 кулачковой муфты, в результате чего происходит перемещение пакета 40 муфты. Когда диск 44 кулачковой муфты поворачивается относительно упоров на полуосевой шестерне 18 кулачкового механизма, скошенные выступы на диске 44 кулачковой муфты могут сцепляться со скошенными выступами на задней стороне полуосевой шестерни 18 кулачкового механизма. Поскольку диск 44 кулачковой муфты продолжает вращаться, он перемещается аксиально по направлению к полуосевой шестерне 18 кулачкового механизма и оказывает давление на пакет 40 муфты.
Волнистая пружина 46 сформирована для того, чтобы давление оказывалось на диск 44 кулачковой муфты и обеспечивалось смещение и/или поддержание диска 44 кулачковой муфты в фиксированном положении (т.е. в положении, при котором скошенные выступы на диске 44 кулачковой муфты и скошенные выступы на задней стороне полуосевой шестерни 18 кулачкового механизма не сцепляются). Осевое давление, создаваемое при перемещении диска 44 кулачковой муфты, является достаточно большим, чтобы перемещающийся диск 44 кулачковой муфты мог противостоять давлению, которое оказывает волнистая пружина 46.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения может применяться исполнительный механизм 48 для приведения в действие блокирующих средств, замедляющих вращение диска 44 кулачковой муфты относительно полуосевой шестерни 18 кулачкового механизма. Например, исполнительный механизм 48 может содержать сцепляющее устройство 50 и блокировочное устройство 52. Сцепляющее устройство 50 может содержать дифференциальный регулятор. Сцепляющее устройство 50, вращающееся вокруг собственной оси, может быть установлено в картере 12. Сцепляющее устройство 50 может содержать несколько пружин (например, две пружины), нагруженных противовесами 54. Противовесы 54 могут содержать цилиндрические противовесы. Сцепляющее устройство 50 дополнительно может содержать наружный зубчатый участок 56, который может быть сформирован для зацепления наружных зубцов диска 44 кулачковой муфты. Противовесы 54 могут вращаться вокруг оси, которая обычно ориентирована параллельно оси вращения (А). Каждый противовес 54 может содержать упорную поверхность и может перемещаться из втянутого положения в выдвинутое положение, в зависимости от заданной степени дифференциального действия. Противовесы 54 могут также определять ось качания, обычно параллельную и отстоящую от оси, вокруг которой противовесы 54 способны вращаться. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения упорные поверхности противовесов 54 обычно расположены противоположно оси качания. Блокировочное устройство 52 исполнительного механизма 48 может представлять собой запирающую скобу. Блокировочное устройство 52 (например, запирающая скоба) может содержать зажимной кулачок 58.
Когда при движении транспортного средства на полуоси оказывается дифференциальное действие (например, когда возникает разность скоростей двух колес), полуосевая шестерня 18 кулачкового механизма и диск 44 кулачковой муфты начинают вращаться синхронно со скоростью, отличающейся от скорости вращения картера 12, в результате чего сцепляющее устройство 50 будет вращаться вокруг своей оси. Когда скорость вращения сцепляющего устройства 50 увеличивается, центробежная сила может заставить противовесы 54 перемещаться по направлению наружу. Когда разность скоростей колес равна заданному числу оборотов в минуту или превышает это значение (например, около 100 об/мин), на противовесы 54 сцепляющего устройства 50 оказывается центробежная сила, достаточная для преодоления действия центрирующей пружины, и противовесы расходятся (например, выдвигаются). Например, противовесы 54 могут перемещаться по направлению наружу до тех пор, пока одна из упорных поверхностей противовесов 54 не зацепит зажимной кулачок 58 блокировочного устройства 52 (например, запирающей скобы), предотвращая дальнейшее вращение сцепляющего устройства 50. Когда сцепляющее устройство 50 прекращает вращаться, наружные зубцы диска 44 кулачковой муфты сцепляются с зубчатым участком 56, в результате чего диск 44 кулачковой муфты начинает вращаться с той же скоростью, что и картер 12 (скорость которого отличается от скорости вращения полуосевой шестерни 18 кулачкового механизма) и начинает смещаться, инициируя сцепление дисков пакета 40 муфты. Другими словами, при остановке противовеса 54 зубчатый участок 56 начинает вращать диск 44 кулачковой муфты, выводя его из ее фиксированного положения, таким образом инициируя смещение и блокировку. При этом смещение диска 44 кулачковой муфты относительно полуосевой шестерни 18 кулачкового механизма происходит до тех пор, пока обе оси не начнут вращаться с одинаковой скоростью (например, при полной блокировке), что может исключить дальнейшую пробуксовку колеса. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения дифференциал 10 может быть разблокирован при скоростях ниже примерно 20 миль в час (например, 32 км/ч), когда возникает небольшой поворотный крутящий момент и разность чисел оборотов составляет менее 100 об/мин (например, когда транспортное средство двигается по прямой дороге вперед и тяговое усилие, передаваемое на оба колеса, является, по существу, одинаковым или транспортное средство выполняет небольшой поворот (т.е. имеется разность скоростей) противоположно направлению, при котором производилась первичная блокировка).
Дифференциал 10 может дополнительно содержать реактивный блок или упорный блок 60. Реактивный блок 60 может быть сформирован для обеспечения осевой связи между полуосевой шестерней 18 кулачкового механизма и противоположной полуосевой шестерней 20 (т.е. осевой шестерней, расположенной напротив полуосевой шестерни 18 кулачкового механизма), когда полуосевая шестерня 18 смещается и начинает перемещаться аксиально по направлению к полуосевой шестерне 20, в результате чего давление сцепления прикладывается к пакету 42 муфты, установленному на раструбе 16 картера 12 дифференциала. От полуосевой шестерни 18 кулачкового механизма усилие через реактивный блок 60 может передаваться к полуосевой шестерне 20, которая передает усилие к пакету 42 муфты (т.е. пакету 42 муфты, установленному на раструбе картера). Точно так же от полуосевой шестерни 20 усилие через реактивный блок 60 может передаваться к полуосевой шестерне 18 кулачкового механизма, которая передает усилие к пакету 40 муфты (т.е. пакету 40 муфты, установленному на фланцевом конце картера). Соответственно, обе полуосевые шестерни 18, 20 могут быть полностью синхронизированы с картером 12 дифференциала, который может синхронизировать вращение как полуосей, так и соответствующих им колес с шинами, чтобы была обеспечена увеличенная или максимальная тяга. Реактивный блок 60 может быть расположен в картере 12 и может содержать одно или несколько отверстий для установки ведущего вала 30.
Дифференциал 10 может дополнительно содержать средства разгрузки пакета 42 муфты, установленного на раструбе картера, от полуосевой шестерни 20 при разблокированном режиме или состоянии дифференциала 10. Средства 62 могут представлять собой, например, кольцевой упорный элемент. Кольцевой упорный элемент 62 может быть сформирован для поддержания пакета 42 муфты, установленного на раструбе картера, в разгруженном состоянии до тех пор, пока осевое усилие, передаваемое от полуосевой шестерни 18 кулачкового механизма к реактивному блоку 60 и к полуосевой шестерне 20, не преодолеет усилие, прилагаемое кольцевым упорным элементом 62. При необходимости, кольцевой упорный элемент 62 может функционировать как пружина. Кольцевой упорный элемент 62 может быть сформирован для того, чтобы при разблокированном режиме полуосевая шестерня 20 поддерживалась аксиально отстраненной от пакета 42 муфты, установленного на раструбе картера, в результате чего предотвращается случайное сцепление дисков пакета 42 муфты и исключается шум (например, треск), который может создаваться при прерывистом перемещении дисков.
Как показано на фиг.2, кольцевой упорный элемент 62 может быть расположен вблизи втулки 36 полуосевой шестерни (т.е. между втулкой 36 полуосевой шестерни и картером 12). Кольцевой упорный элемент 62 имеет первую сторону, которая находится в непосредственном контакте с втулкой 36 полуосевой шестерни 20. Кольцевой упорный элемент 62 имеет вторую сторону (т.е. противоположную первой стороне), которая находится в непосредственном контакте с картером 12. Когда осевое усилие, передаваемое от полуосевой шестерни 18 кулачкового механизма к реактивному блоку 60 и к полуосевой шестерне 20, преодолевает усилие, прилагаемое кольцевым упорным элементом 62, полуосевая шестерня 20 под действием осевого усилия перемещается, в результате чего сцепляются диски пакета 42 муфты, установленного на раструбе картера.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения кольцевой упорный элемент 62 может представлять собой неплоскую шайбу, имеющую, по существу, несколько коническую форму (т.е. пружинную шайбу и/или вогнутую пружинную шайбу). Например, средства 62 могут содержать пружину Бельвиля. Несмотря на то, что могут использоваться пружины других типов, считается, что при использовании пружины Бельвиля наилучшим образом сочетаются прочность пружины, ограниченное осевое перемещение между свободным и сжатым состояниями и эффективное использование пространства с учетом конкретного применения в дифференциале.
Как показано на фиг.3-4, наружный диаметр O.D. кольцевого упорного элемента 62 может быть примерно таким, как наружный диаметр втулки 36 полуосевой шестерни 20. Внутренний диаметр I.D. кольцевого упорного элемента 62 может быть примерно таким, как внутренний диаметр втулки 36 полуосевой шестерни 20. Втулка 36 полуосевой шестерни 20 должна иметь такой внутренний диаметр, чтобы обеспечивался проход для соответствующей полуоси (не показано). В каждом конкретном случае толщина T кольцевого упорного элемента 62 подбирается в зависимости от заданной упругости элемента или поддерживающей силы, соответственно размеру дифференциала. Хотя указаны размеры наружного и внутреннего диаметров и толщина кольцевого упорного элемента согласно настоящему изобретению, могут использоваться кольцевые упорные элементы, имеющие различные размеры наружного и внутреннего диаметров и/или различные толщины, в зависимости от размера дифференциала и его компонентов.
Как показано на фиг.4, кольцевой упорный элемент 62 может иметь высоту Hp, которая примерно равна среднему значению высоты кольцевого упорного элемента 62 в полностью сжатом состоянии и полностью освобожденном состоянии, т.е. когда кольцевой упорный элемент 62 находится в разгруженном состоянии (например, когда полуосевая шестерня 20 не обеспечивает достаточное осевое усилие для преодоления усилия, прилагаемого кольцевым упорным элементом 62). Когда дифференциал 10 находится в разблокированном состоянии, кольцевой упорный элемент 62, разгружаясь, прикладывает некоторое усилие к полуосевой шестерне 20 и толкает ее к реактивному блоку 60. Таким образом, до тех пор, пока не будет преодолено осевое блокирующее действие, кольцевой упорный элемент 62 может способствовать полной и/или по существу полной разгрузке дисков пакета 42 муфты, тесно связанных с полуосевой шестерней 20. Однако предусмотрена такая конструкция кольцевого упорного элемента 62, что он толкает полуосевую шестерню 20 по направлению к реактивному блоку 60 только тогда, когда полуосевая шестерня 20 вошла в зацепление с коническими шестернями 26, 28 и/или подошла к реактивному блоку 60 на расстояние, равное предусмотренному зазору (смотря по тому, что произошло раньше). Кольцевой упорный элемент 62 может иметь высоту HL, которая примерно равна его высоте в полностью сжатом состоянии, т.е. когда кольцевой упорный элемент 62 находится в нагруженном состоянии (например, когда осевое усилие, обеспечиваемое полуосевой шестерней 20, является достаточным для преодоления усилия, прилагаемого кольцевым упорным элементом 62). Хотя в описании конкретно указана высота HF и HL, согласно настоящему изобретению могут использоваться кольцевые упорные элементы 62, высота которых в разгруженном и нагруженном состояниях отличается от указанных величин. Кольцевой упорный элемент 62 при относительно небольшом осевом смещении может обеспечить достаточно большую величину усилия.
Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения были описаны и представлены исключительно с иллюстративной целью. Они не являются исчерпывающими и не предназначены ограничивать изобретение раскрытыми точными формами, при этом в свете вышеупомянутых идей возможны различные модификации и изменения. Настоящее изобретение описывалось на примере вариантов его осуществления для объяснения принципов изобретения и его практического применения, что позволяет специалистам в данной области техники использовать изобретение и различные варианты его осуществления с различными модификациями для предполагаемого конкретного применения. В предшествующем описании изобретение было раскрыто подробно, и предполагается, что различные изменения и модификации будут очевидны для специалистов в данной области техники после прочтения и осмысления описания. Подразумевается, что изобретение охватывает всевозможные изменения и модификации, не выходящие за рамки объема прилагаемой формулы изобретения. Предполагается, что объем изобретения определен в соответствии с пунктами прилагаемой формулы изобретения и их эквивалентами.