ДИФФЕРЕНЦИАЛ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИНХРОНИЗАЦИЕЙ ВРАЩЕНИЯ ВЫХОДНЫХ ВАЛОВ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и может быть использована в автотракторной технике для распределения крутящего момента между колесами и мостами транспорта, обеспечивая повышенную проходимость транспортных средств при движении по скользкой дороге и внедорожью.
Факт положительного влияния блокирования дифференциала известен давно. Среди возможных путей решения этой задачи, можно указать использование вязкостной муфты (АС 2102257 от 29.04.1996), систему управления блокировкой дифференциала ведущего моста (АС 2246060 от 14.04.2003), дифференциал с механической автоматической блокировкой (АС 2299372 от 06.12.2005) винтовой самоблокирующийся дифференциал червячного типа (GB 1168896 A от 14.09.1967), кулачковый самоблокирующийся дифференциал (АС 2235931 от 10.09.2004).
Недостатками вязкостных муфт являются: потребление энергии на нагревание, инерционность включения и отключения, не высокие нагрузочные способности, высокие требования к герметичности узла.
Недостатками систем управления блокировкой дифференциала является их сложность и высокая стоимость, они не имеют широкого применения.
Одним из наиболее эффективных систем блокировки дифференциала, в настоящее время, являются дифференциалы типа «TORSEN» - винтовой самоблокирующийся (червячный) дифференциал, ему присущи недостатки: высокая цена, сложность конструкции и ее сборки, высокий износ и частая периодичность обслуживания.
Недостатками кулачковых самоблокирующихся дифференциалов являются высокий механический износ, повышенные нагрузки на агрегаты трансмиссии, повышенный износ шин при езде по твердому покрытию.
Из уровня техники известно решение на самоблокирующийся дифференциал на полноприводном шасси (RU 2226159 от 27.03.2004), содержащий корпус, ведущую шестерню, полуосевые шестерни, сателлиты с винтовыми зубьями, отличающийся тем, что сателлиты соединены с блокирующими элементами, блоки управления которых функционально связаны с блоками слежения за коэффициентом сцепления протекторов колес с дорожным покрытием, а винтовые зубья сателлитов выполнены под углом 8-12 для заднего привода и под углом 12-25 для переднего привода.
Недостатками устройства являются ограниченность применения - только на легковых и мини грузовых автомобилях на полноприводном шасси, наличие системы контроля и управления, сложность конструкции.
Наиболее близким к предполагаемому решению является изобретение "Симметричный дифференциал с механической автоматической блокировкой" (RU 2299372 от 06.12.2005). Дифференциал транспортного средства, содержащий две чашки корпуса, между которыми зажата крестовина, на шипах которой установлены четыре сателлита, в свою очередь, связанные с двумя коническими шестернями, отличающийся тем, что конические шестерни установлены на цилиндрических втулках, которые посредством внутренних шлицев взаимодействуют с полуосями, связанными винтом червячного типа с блокировочным диском и центрирующими пружинами, расположенными соосно.
Недостатками устройства являются жесткая синхронизация выходных валов, осевые нагрузки от пружин и как следствие - повышенный износ.
Также близким к предполагаемому решению является изобретение (RU 2102257 от 29.04.1996). Межосевой дифференциал с вязкостной корректировкой момента внутреннего трения, состоящий из цилиндрического дифференциала с ведущим водилом и вязкостной муфты, которая установлена в планетарной передаче, причем одна полумуфта соединена с солнечной шестерней, а другая с эпициклической шестерней, отличающийся тем, что вязкостная муфта содержит пакет концентрически расположенных цилиндрических колец, установленных поочередно на основаниях полумуфт, при этом в основании каждой полумуфты выполнены концентрические канавки, в которые установлены с натягом цилиндрические кольца.
Недостатком данного устройства является непосредственное междуосевое блокирование вязкостной муфтой, что требует передачу значительного крутящего момента при ограниченных габаритах.
Техническим результатом предлагаемой модели дифференциала с автоматической синхронизацией вращения выходных валов является повышение проходимости транспортного средства при движении по скользкой дороге и внедорожью, и устойчивости при торможении за счет синхронной или близкой к ней скоростей вращения ведущих колес.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что дифференциал с автоматической синхронизацией вращения выходных валов, содержащий ведомую шестерню, жестко связанную с коробкой дифференциала, на которой на пальцах сателлитов установлены шестерни-сателлиты, которые связаны с тормозящими или блокирующими элементами, отличающийся тем, что тормозящие или блокирующие элементы выполнены конечными элементами цепи нагрузок, а привод тормозящего элемента выполнен от шестерен-сателлитов и с возможностью ограничения скорости их вращения методом торможения или стопорения, с использованием эффекта того, что шестерни-сателлиты вращаются только в моменты рассогласования вращения шестерен выходных валов с разностью скоростей их вращения.
Тормозящие или блокирующие элементы представляют собой насос, пригодный для перекачки и создания давления жидкости или газа, или вязкостную муфту, или тормозные колодки центробежные самоблокирующиеся, или фрикционную муфту с гидроусилителем.
Первый вариант предусматривает, что, в качестве тормозящего элемента используется гидронасос, расположенный внутри блока шестерен дифференциала, причем каждая шестерня гидронасоса связана со своей шестерней-сателлитом.
Кроме того, в качестве тормозящего элемента используется система из двух гидронасосов, расположенных внутри блока шестерен дифференциала, каждый из которых индивидуально приводится во вращение своей шестерней-сателлитом. Второй вариант предусматривает, что в качестве тормозящего элемента, используется вязкостная муфта, с приводом от шестерен-сателлитов, в которой одна шестерня-сателлит связана с корпусом вязкостной муфты, и соответствующими корпусу дисками, другая шестерня-сателлит связана с валом и соответствующими валу дисками.
Третий вариант предусматривает, что в качестве тормозящего элемента, используются тормозные колодки центробежные самоблокирующиеся, которые установлены встречно-параллельно, с приводом от одной шестерни-сателлита, а тормозной барабан от другой. Кроме того, в качестве тормозящего элемента используются тормозные колодки центробежные самоблокирующиеся, с приводом от шестерен-сателлитов, которые связаны с тормозными колодками, а тормозной барабан связан с коробкой дифференциала.
Четвертый вариант предусматривает, что в качестве тормозящего элемента используются фрикционные диски, выполненные с возможностью зажима их поршнями под воздействием давления от гидронасосов, приводимых шестернями-сателлитами, которые связаны с насосами и фрикционными дисками одновременно, а тормозной барабан связан с коробкой дифференциала.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показано конструктивное устройство дифференциала, где 1 - Коробка дифференциала, 2 - Тормозящий гидронасос, 3 - Впускной клапан гидронасоса, 4 - Шестерня-сателлит, 5 - Шестерня выходного вала, 6 - Ведомая шестерня главной передачи, 7 - Ведущая шестерня главной передачи, 8 - Гидронасос подачи, 9 - Кольцевой канал подачи жидкости, 10 - Прижимное кольцо, 11 - Пружины прижимного кольца, 12 - Патрубок вывода жидкости.
На фиг.2 представлен эскизный вариант расположения гидронасоса внутри блока шестерен дифференциала, где 13 - Палец сателлита, 14 - Шестерни тормозящего гидронасоса, 15 - Отверстия подачи жидкости в гидронасос (подача с обеих сторон), 16 - Корпус гидронасоса.
На фиг.3 представлен эскизный вариант двух гидронасосов, каждый из которых индивидуально приводится во вращение своей шестерней-сателлитом.
На фиг.4 представлен эскизный вариант использования вязкостной муфты, где 17 - Коробка вязкостной муфты, 18 - Диски вязкостной муфты, 19 - Уплотнитель.
На фиг.5 представлен эскизный вариант использования тормозных колодок центробежных самоблокирующихся, где 20 - Тормозные колодки, 21 - Тормозной барабан, 22 - Выходной вал, 23 - Пружины тормозных колодок.
На фиг.6 и фиг.7 представлен эскизный вариант использования фрикционной муфты с гидроусилителем от шестерен-сателлитов, где 24 - Фрикционные диски, 25 - Поршни, 26 - Патрубок подачи жидкости, 27 - Корпус фрикционной муфты, 28 - Цилиндр.
Полезная модель осуществляется следующим образом (см. фиг.1).
Дифференциал ведущей пары колес имеет тормозящий насос (2) с приводом от шестерен-сателлитов (4) и ограничивающий скорость их вращения. В полезной модели использован эффект, что шестерни-сателлиты (4) дифференциала вращаются только в моменты рассогласования вращения шестерен выходных валов (5) с разностью скоростей их вращения. Вращаясь, шестерни-сателлиты (4) вращают гидронасос (2), в нем повышается давление, и скорость вращения снижается, он стопорится и стопорит шестерни-сателлиты (4), происходит мягкая блокировка дифференциала, в синхронное вращение приводятся обе шестерни выходных валов (5) дифференциала. В качестве насоса, пригодного для перекачки и создания давления жидкости или газа может использоваться гидронасос, гидропневмонасос или пневмонасос.
При прямолинейном движении транспортного средства по твердому грунту, ведущие колеса, связанные дифференциалом, вращаются синхронно, шестерни (4, 5) дифференциала не вращаются относительно друг друга, весь крутящий момент от шестерен-сателлитов (4) передается поровну на обе шестерни выходных валов (5), а на скользком грунте, при пробуксовывании одного из колес, в тот момент, когда другое колесо не вращается, или вращается медленно, приходят во взаимное вращательное движение все шестерни дифференциала, при этом шестерни-сателлиты (4) вращаются с разностью скоростей шестерен выходных валов (5), приводят во вращение насос (2), в нем повышается давление и он мягко стопорится, или замедленно вращается за счет паразитных и заданных утечек, при стопорении насоса (2) стопорятся шестерни-сателлиты (4), с которыми насос (2) связан, блокируется в целом дифференциал, и как следствие, вращение от шестерен-сателлитов (4) передается на обе шестерни выходных валов (5), колеса вращаются синхронно или с допустимой разницей скоростей, что обязательно необходимо при движении по кривой на твердом грунте.
На входе каждой камеры насоса (2) установлены впускные клапана (3), обеспечивающие вход жидкости в насос, следовательно, не имеет значения какое из колес пробуксовывает, не имеет значения направление движения транспорта, такая же блокировка происходит при торможении.
При уровне жидкости в коробке дифференциала (1) ниже уровня гидронасоса (2), циркуляционная жидкость в него подается принудительно от гидронасоса подачи (8) через систему клапанов, по трубопроводу, снизу прижимного кольца (10), кольцевой канал подачи жидкости (9) во вращающуюся коробку дифференциала (1), по трубопроводам через впускные клапана (3) в каждую камеру тормозящего гидронасоса (2), избыточная жидкость отводится через патрубок вывода жидкости (12), расположенный в верхней точке прижимного кольца (10), это обеспечивает отвод воздуха в начальный момент работы гидросистемы, отводимая жидкость может использоваться для смазки узлов трения.
Не синхронное вращение колес на твердом грунте на поворотах обеспечивается естественными утечками гидронасоса, а также дополнительно можно использовать жиклеры, дроссели и клапана ограничения давления.
В качестве гидронасоса подачи (8) с системой клапанов возможно использование турбины с запирающим клапаном, а привод выполнить от ведущей шестерни (7). На фиг.2 представлен эскизный вариант расположения гидронасоса (16) внутри блока шестерен дифференциала. Ведомая шестерня (6) жестко связана с коробкой дифференциала (1) вращаются, передавая крутящий момент через пальцы сателлитов (13), на шестерни-сателлиты (4), далее на шестерни выходных валов (5). На твердом грунте колеса не пробуксовывают, и поэтому, шестерни-сателлиты (4) не вращаются вокруг своих осей, и передают весь крутящий момент поровну на обе шестерни выходных валов (5). В случае пробуксовывания одного из колес, вращение от коробки дифференциала (1) через пальцы сателлитов (13) и шестерни-сателлиты (4) передается на шестерню выходного вала (5) пробуксовывающего колеса, при этом шестерни-сателлиты (4) приходят во вращение вокруг своих осей, и приводит в работу шестерни (14) тормозящего гидронасоса (16), в нем создается давление которое затормаживает и стопорит его и связанные с ним шестерни-сателлиты (4), и стало быть, вращение от шестерен-сателлитов (4) будет передаваться на обе шестерни выходных валов (5) - на оба колеса. Схема подачи жидкости показана на фиг.1, и в гидронасос (16) жидкость поступает через отверстия подачи жидкости (15), с обеих сторон через впускные клапана (3). На фиг.3 представлен эскизный вариант двух гидронасосов (16), каждый из которых индивидуально приводится во вращение своей шестерней-сателлитом (4), в остальном соответствует описанию по фиг.2.
На фиг.4 представлен эскизный вариант использования вязкостной муфты, одна шестерня-сателлит (4) связана с корпусом вязкостной муфты (17), и соответствующими корпусу дисками (18), другая шестерня-сателлит (4) связана с валом и соответствующими валу дисками (18), при вращении шестерен-сателлитов (4) вязкостная муфта (17) разогревается и срабатывает-затормаживается и блокируется вращение дисков (18) и связанных с ними шестерен-сателлитов (4), уплотнитель (19) обеспечивает герметизацию муфты. В остальном соответствует описанию по фиг.2.
На фиг.5 представлен эскизный вариант использования тормозных колодок центробежных самоблокирующихся (20). Одна шестерня-сателлит (4) связана с тормозным барабаном (21), другая шестерня-сателлит (4) связана с тормозными колодками (20), их устанавливают встречно-параллельно, обеспечивая таким образом, торможение и блокировку в обоих направлениях их вращения, при вращении шестерен-сателлитов (4) связанные с ними тормозные колодки (20) приходят во вращение, и под действием центробежной силы разжимают пружину (23) и тормозятся об барабан (21). В остальном соответствует описанию по фиг.2.
Кроме того, шестерни-сателлиты (4) связывают с тормозными колодками (20), а тормозной барабан связывают с коробкой дифференциала (1).
На фиг.6 и фиг.7 представлен эскизный вариант использования фрикционных дисков с гидроусилителем. В качестве усилителей используются гидронасосы (16) с приводом от шестерен-сателлитов (4), при их вращении создается давление в цилиндре (28), под его воздействием поршни (25) зажимают и тормозят фрикционные диски (24) и связанные с ними шестерни-сателлиты (4), фрикционные диски (24) затормаживаются на корпус фрикционной муфты (27), который связан с коробкой дифференциала (1), этим блокируется дифференциал. В остальном соответствует описанию по фиг.2.
Увеличение нагрузочной способности тормозящего устройства возможно за счет увеличения его габаритов, применяя шестерни выходных валов сферической формы, что в свою очередь увеличит внутреннее пространство дифференциала, а также за счет уменьшения диаметра шестерен-сателлитов, что приведет к снижению нагрузки на тормозящих элементах и повышению производительности насосов, либо использование фрикционных дисков с гидроусилителем.
Применение данного устройства на автомобиле, например, формулы 4×4, в схеме: межмостового дифференциала и в каждом мостовом дифференциале, обеспечит его движение даже в том случае, когда хотя бы одно колесо будет иметь устойчивое сцепление с грунтом. На скользком грунте постоянно вращаются все колеса, с небольшой разницей скоростей. Предлагаемое устройство, с использованием описанного тормозящего элемента, отличает его от прототипов, обладает всеми достоинствами классического дифференциала и не имеет упомянутых недостатков аналогов.