ДИФФЕРЕНЦИАЛ СВОБОДНОГО ХОДА ДЛЯ КОЛЕСНЫХ МАШИН

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в качестве дифференциала в приводе ведущих колес внедорожных автомобилей, тракторов и комбайнов.
Известны односторонние муфты свободного хода, содержащие ведущую и ведомую обойму и расположенные в пазах между ними заклинивающие элементы (ролики и др.), взаимодействующие с упругими элементами [Скойбеда А.Т. Автоматизация ходовых систем колесных машин. - Минск: Наука и техника, 1979. - 280 с.].
Односторонние муфты свободного хода применяются в основном в межосевом приводе подключения ведущих мостов. Они обеспечивают передачу крутящего момента только в одном направлении от двигателя к ведущим колесам и автоматически разблокируют привод колес при возникновении на колесах отрицательных крутящих моментов в случае проявления реактивной (циркуляционной) мощности.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является дифференциал свободного хода (двухсторонняя муфта свободного хода, используемая в приводе ведущих колес мобильных машин в качестве дифференциала), содержащий ведомое зубчатое колесо главной передачи, корпус, ведущую муфту с двумя рядами с обеих сторон радиальных силовых
прямобочных и управляющих трапецеидальных зубьев, два из которых имеют большую длину и образуют шпонку, связанную с корпусом, ведомые полумуфты, взаимодействующие с ведущей муфтой посредством соответствующих ей радиальных прямобочных и трапецеидальных зубьев, полуосевые цилиндрические зубчатые колеса, связанные с ведомыми полумуфтами и полуосями посредством шлицевого соединения, предварительно сжатые упругие элементы, опирающиеся на торцы ведомых полумуфт и полуосевых цилиндрических зубчатых колес. Внутри ведущей муфты расположено центральное кольцо, которое удерживается в среднем положении пружинным стопорным кольцом. На зубчатые венцы с трапецеидальными зубьями ведомых полумуфт с натягом посажено разрезное пружинное запорное кольцо с аналогичными трапецеидальными зубьями, образующими продолжение зубьев полумуфт. В разрезе кольца расположены удлиненные зубья (шпонки) ведущей муфты [Андреев А.Ф., Ванцевич В.В., Лефаров А.Х. Дифференциалы колесных машин. М.: Машиностроение, 1987. - 176 с.].
Дифференциал свободного хода обеспечивает блокирование привода ведущих колес, максимальное использование силы тяги по условиям сцепления этих колес с опорной поверхностью и наилучшую проходимость при прямолинейном движении колесной машины.
Недостатком конструкции данного дифференциала свободного хода является отключение забегающих (внешних по отношению к центру поворота машины) колес, создание в плоскости дороги момента сопротивления повороту и ухудшение управляемости при криволинейном движении машины, а также сложность конструкции механизма. Кроме того, в данном дифференциале возможно отключение обоих выходных валов и приводимых им ведущих колес, что оказывает отрицательное влияние на опорную проходимость и тягово-скоростные свойства машины.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи по созданию конструкции дифференциала свободного хода с улучшенной
характеристикой блокирующих свойств за счет отключения отстающих (внутренних по отношению к центру поворота) колес при криволинейном движении машины, а также исключения возможности отключения обоих выходных валов и всех приводимых им ведущих колес при одновременном упрощении конструкции.
Решение поставленной задачи достигается тем, что дифференциал свободного хода для колесных машин содержит ведомое зубчатое колесо главной передачи, корпус, на обоих торцах которого расположены радиальные зубья, выполняющий роль ведущего звена, ведомые полумуфты, находящиеся в зацеплении с зубьями корпуса и связанные шлицевым соединением с соответствующими полуосями, предварительно сжатый упругий элемент, опирающийся на торцы ведомых полумуфт, и разрезные пружинные запорные кольца, взаимодействующие с зубьями соответствующих ведомых полумуфт, одни из которых большей длины и выполняют роль шпонки в зацеплении с пазами, выполненными в упомянутых кольцах, причем, согласно техническому решению, взаимодействие корпуса с ведомыми полумуфтами осуществляется посредством зубьев конического сечения, взаимодействие ведомых полумуфт с разрезными пружинными запорными кольцами - посредством зубьев цилиндрического сечения, а расстояние между ступицами ведомых полумуфт равно высоте зуба конического сечения.
Такое исполнение дифференциала свободного хода позволяет обеспечивать блокированный привод ведущих колес при прямолинейном движении и отключение отстающих колес при криволинейном движении, причем обеспечивается гарантированный привод ведущего колеса (группы ведущих колес) в любых условиях эксплуатации машины.
Сущность полезной модели поясняется чертежами: на фиг.1 показан продольный разрез дифференциала свободного хода, на фиг.2 - схема взаимодействия ведомых полумуфт с радиальными зубьями корпуса, на
фиг.3 - схема взаимодействия ведомых полумуфт с цилиндрическими зубьями запорных колец.
Дифференциал свободного хода (фиг.1) содержит ведомое зубчатое колесо 1 главной передачи, корпус 2, на обоих торцах которого расположены радиальные зубья 3, и выполняющий роль ведущего звена, ведомые полумуфты 4, находящиеся в зацеплении с зубьями 3 корпуса 2 и связанные шлицевым соединением 5 с соответствующими полуосями 6, предварительно сжатый упругий элемент, выполненный в виде цилиндрической винтовой пружины 7, опирающийся на торцы ведомых полумуфт 4, и разрезные пружинные запорные кольца 8, взаимодействующие с радиальными зубьями 9 конического сечения соответствующих ведомых полумуфт 4, одни из которых большей длины 10 выполняют роль шпонки в зацеплении с пазами 11, выполненными в упомянутых кольцах 8.
Взаимодействие корпуса 2 с ведомыми полумуфтами 4 осуществляется посредством радиальных зубьев 9 конического сечения, а взаимодействие ведомых полумуфт 4 с разрезными пружинными запорными кольцами 8 - посредством зубьев 12 цилиндрического сечения.
Расстояние между ступицами ведомых полумуфт 4 равно высоте зуба 9 конического сечения.
Дифференциал свободного хода работает следующим образом. При прямолинейном движении машины ведомые полумуфты 4 усилием предварительно сжатой пружины 7 прижаты к радиальным зубьям 3 конического сечения корпуса 2. Все детали дифференциала вращаются как одно целое, осуществляется привод обоих выходных валов 6 дифференциала и реализуется блокированный привод ведущих колес.
При криволинейным движении машины с увеличением кривизны траектории возрастает крутящий момент на отстающим колесе, и возрастающие осевые составляющие силы конического зацепления радиальных зубьев 3 корпуса 2 и радиальных зубьев 9 ведомой полумуфты 4 начинают действовать на ведомую полумуфту 4, стремясь сжать пружину 7.
При некотором значении кривизны траектории движения машины осевые составляющие сил зацепления радиальных зубьев 3 конического сечения корпуса 2 и радиальных зубьев 9 ведомой полумуфты 4 отстающего колеса становятся равными и превышают усилие предварительно сжатой пружины 7. Ведомая полумуфта 4 перемещается в осевом направлении и, тем самым, привод выходного вала дифференциала и отстающего колеса отключаются. При этом вершины радиальных зубьев 9 ведомой полумуфты 4 располагаются напротив зубьев 12 цилиндрического профиля разрезного пружинного запорного кольца 8, и шпонка 10, взаимодействуя с пазом 11 разрезного пружинного запорного кольца 8, обеспечивает вращение ведомой полумуфты 4 и разрезного пружинного запорного кольца 8 с одинаковой угловой скоростью, предотвращая повторное (частое) включение ведомой полумуфты 4 при повороте машины. В данном состоянии перемещение в осевом направлении второй ведомой полумуфты 4 ограничивается ступицей первой (отключенной) ведомой полумуфты 4. Вследствие чего отключение привода второго выходного вала 6 дифференциала и приводимых им ведущих колес исключается.
При переходе к прямолинейному движению ведомая полумуфта 4 совершив небольшое обратное вращение, соответствующее половине ширины вершины головки радиального зуба 9 конического сечения, входит в зацепление с радиальными зубьями 3 коническими сечения корпуса 2. При этом дифференциал окажется заблокированным, и оба выходных вала и приводимые ими колеса вновь станут ведущими.
Дифференциал свободного хода одинаково работает как при движении машины передним, так и задним ходом.
Таким образом, предложенная конструкция дифференциала свободного хода обеспечивает принудительный блокированный привод ведущих колес и наилучшие тягово-скоростные свойства при прямолинейном движении, а также отключение отстающих колес, создание в плоскости дороги момента способствующего повороту и улучшение управляемости машины при
криволинейном движении. Причем, дифференциал исключает одновременное отключение привода всех ведущих колес, в любых условиях эксплуатации гарантирует привод крутящего момента к ведущему колесу (группе ведущих колес) и тем самым обеспечивает высокую проходимость колесной машины.