МЕХАНИЧЕСКИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛ С ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ БЛОКИРОВКОЙ
MECHANICAL DIFFERENTIAL WITH FORCED LOCKING

Область техники
Изобретение относится к дифференциалам, в частности к механически блокируемым дифференциалам, способным определять скорость вращения колес и автоматически блокировать их, предотвращая дифференцированное вращение.
Уровень техники
Известные дифференциалы с механической блокировкой (M-lockers) спроектированы для автоматической блокировки дифференциала, когда измеряемая разница вращения колес превышает заданную величину. Между тем в известных конструкциях используются фрикционные диски в пакете фрикционов со смазкой, требующие использования жидкой смазки. Характеристики жидкости могут ухудшиться, а ее свойства могут меняться при изменении температуры и по мере ухудшения характеристик.
Раскрытие изобретения
Устройство согласно изобретению устраняет вышеуказанные недостатки и усовершенствует дифференциал, который может содержать первую полуосевую шестерню, содержащую зубья с одной стороны и выступы с другой, и вторую полуосевую шестерню, обращенную к первой полуосевой шестерни. Между первой и второй полуосевыми шестернями находится комплект сателлитов. Дисковый кулачок содержит сторону с выступами, обращенную к стороне с выступами первой полуосевой шестерни и вторую сторону. Первая стопорная пластина содержит первую сторону, упирающуюся во вторую сторону дискового кулачка, и сторону с зубьями. Вторая стопорная пластина также содержит сторону с зубьями, обращенную к стороне с зубьями первой стопорной пластины.
Особенности и преимущества настоящего изобретения будут изложены в дальнейшем описании и станут очевидны или из этого описания, или могут стать известными при практическом осуществлении изобретения. Особенности и преимущества также станут понятны и очевидны благодаря элементам и комбинациям, указанным, в частности, в формуле изобретения.
Следует понимать, что и представленное выше общее описание, и последующее подробное описание являются исключительно типовыми и пояснительными и не ограничивают изобретение.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показаны внутренние компоненты дифференциала со снятыми корпусом и коронной шестерней;
на фиг. 2 - зацепляющий механизм совместно с дисковым кулачком и полуосевой шестерней;
на фиг. 3 - дифференциал, показанный на фиг. 1, вид с пространственным разделением деталей;
на фиг. 4А - дисковый кулачок, вид в перспективе с первой стороны;
на фиг. 4В - дисковый кулачок, вид в перспективе со второй стороны;
на фиг. 5 - частично разобранный дифференциал, вид со стороны полуосевой шестерни, содержащей выступы;
на фиг. 6 - стопорная пластина с радиальными выступами;
на фиг. 7 - стопорная пластина со шлицами.
Осуществление изобретения
Далее будут подробно рассмотрены примеры, изображенные на чертежах. По возможности, на всех чертежах для обозначения одинаковых или аналогичных деталей использованы одинаковые позиции. Указания направлений «слева», «справа», «спереди» и «сзади» используются для упрощения при ознакомлении с фигурами.
В разомкнутом режиме дифференциал позволяет двум колесам транспортного средства вращаться с разной скоростью. В блокированном режиме два колеса заблокированы так, чтобы они вращались с одинаковой скоростью. Один из путей передачи крутящего момента в переднеприводном транспортном средстве может проходить от двигателя на трансмиссию через устройство передачи мощности, ведущий вал, сателлит, зубчатый венец вокруг корпуса дифференциала на палец 101 сателлита, находящийся внутри дифференциала. При вращении пальца 101 соединенные с ним сателлиты 103 и 104 могут передавать дифференцированный или недифференцированный крутящий момент на зацепляющиеся полуосевые шестерни 190 и 110. Полуосевые шестерни имеют внутренние шлицы 112 и 192 для передачи крутящего момента на ведущие оси с наружными шлицами. Затем крутящий момент передается на колеса. Поскольку подобный путь передачи крутящего момента, а также пути передачи крутящего момента в заднеприводных и полноприводных транспортных средствах известны, то изображение трансмиссии транспортного средства опущено. Зубчатый венец и корпус дифференциала также не показаны. Несмотря на конкретное упоминание переднеприводных, заднеприводных и полноприводных систем, следует понимать, что дифференциал может использоваться в любой соответствующей системе, где требуется дифференцированное вращение двух валов.
В механическом блокируемом дифференциале (M-locker) для переключений между блокированным и разомкнутым режимами, в отличие от соленоидного или гидравлического устройств, используется механическое устройство. Механическое устройство может быть, например, одним из устройств, описанных в документах US 6319166, US 7438661 и US 8167763, принадлежащих Eaton Corporation.
В показанном на фиг. 1-3 примере механическое устройство содержит механизм зацепления, который может содержать вал с первым концом 200 и вторым концом 203, которые соединены с корпусом дифференциала. Вал может включать в себя вал-шестерню 201. Между торцевыми пластинами 213 и 214 могут находиться центробежные грузики 210 и 211, а пружина 212 центробежного грузика может отклонять эти центробежные грузики 210 и 211. По меньшей мере торцевая пластина 214 входит в контакт с конической муфтой 215. Вал может вращаться вместе с дисковым кулачком 120 за счет зацепления зубьев 201 вала-шестерни с шестерней внешнего зацепления или зубчатым венцом 408. Когда вал вращается дифференциалом и скорость вращения превышает определенную величину, центробежные грузики 210 и 211 начинают поворачиваться. Центробежной силы должно быть достаточно для преодоления отклоняющего усилия пружины 212 центробежного грузика. Указанный поворот также должен быть достаточным для расцепления торцевой пластины 214 с конической муфтой 215. Первая полуосевая шестерня 110 дополнительно содержит шейку 113, отходящую от стороны с выступами первой полуосевой шестерни 110, множество вершин 404 и ложбин 407, комплект шлицов, расположенных между шейкой 113 и множеством вершин 404 и ложбин 407. Первая стопорная пластина 140 содержит комплект внутренних шлицов 702, выполненных с возможностью зацепления со шлицами 114 первой полуосевой шестерни 110, а шейка 113 первой полуосевой шестерни 110 выполнена с возможностью вращения внутри второй стопорной пластины 150.
Для блокировки дифференциала (выхода из разомкнутого режима) по меньшей мере один из центробежных грузиков 210 или 211 должен быть сцеплен с собачкой 222 блокировочного механизма на втором валу. Второй вал имеет первый конец 220 и второй конец 221, которые соединены с корпусом дифференциала. Когда транспортное средство движется с определенной скоростью, центробежная сила, действующая на блокировочный механизм, заставляет противовес 223 выводить собачку 222 из области, доступной центробежным грузикам 210 и 211, и дифференциал не сможет перейти в блокированный режим. Он может функционировать только в разомкнутом режиме. Рассмотренный пример не ограничивает использование механического устройства для блокировки или разблокирования рассмотренного дифференциала. Как вариант, с рассмотренным дифференциалом можно использовать другие механические устройства.
На фиг. 1 и 3 показан механизм зацепления в выключенном положении, например, когда дифференциал неподвижен или когда он используется с определенной дифференцированной скоростью, например менее 100 об/мин. Центробежные грузики 210 и 211 отклонены в сомкнутое положение.
На фиг. 2 для упрощения понимания торцевая пластина 214 не показана. Центробежные грузики 210 и 211 приведены во вращение, а собачка 222 зацепилась за выступ на центробежном грузике 211. В результате вращение первого вала становится заблокированным. Валы-шестерни 201 зацеплены с зубчатым венцом 408 дискового кулачка 120. Блокировка создает достаточное усилие для вращения дискового кулачка 120. Более подробное рассмотрение механизмов зацепления и их функционирование можно найти, например, в документах US 6319166, US 7438661 и US 8167763.
Как показано на фигурах 4А и 4В, у дискового кулачка 120 имеются наклонные выступы 402 и желоба 403. Наклонные выступы 402 содержат поднимающиеся вверх наклонные плоскости 405, ведущие к вершинам 404. Желоба 403 имеют спускающиеся вниз наклонные плоскости 406, ведущие к ложбинам 407. Наклонные выступы 402 и желоба 403 показаны со ступенчатыми переходами, и дисковый кулачок 120 может содержать большее или меньшее количество переходов, либо дисковый кулачок 120 может содержать плавные переходы между вершинам 404 и ложбинами 407, например, с единственным склоном между ними или с изгибами между ними. Кроме того, хотя показаны пять вершин 404 и пять ложбин 407, на практике их количество может быть большим или меньшим.
На фиг. 4А также показаны стопоры 401. Хотя показаны три стопора 401, на практике их количество может быть большим или меньшим. Стопоры 401 сопрягаются с соответствующими отверстиями 115 в левой полуосевой шестерне 110. Размер стопоров 401 и отверстий 115 выбирают так, чтобы стопоры 401 выходили из отверстий после того, как вышеуказанное блокирование центробежных грузиков 210 или 211 с собачкой 222 создает достаточное усилие для вращения дискового кулачка 120. После этого наклонные выступы 402 скользят по соответствующим наклонным выступам 116 на полуосевой шестерне. То есть в разомкнутом режиме вершины 404 находятся в ложбинах 118 полуосевой шестерни, а гребни 117 полуосевой шестерни находятся в ложбинах 407. В блокированном режиме вершины «поднимаются» и, скользя, выходят из ложбин вдоль противоположных наклонных плоскостей, по мере того как стопоры 401 выходят из отверстий 115. После того как дифференциал выходит из блокированного режима, вершины «опускаются» и, скользя, входят обратно в соответствующие ложбины, в то время как стопоры 401 повторно входят в отверстия 115.
Воздействие дискового кулачка на боковую шестерню, а также компоновка дискового кулачка и полуосевой шестерни могут стать более понятны, например, из документов US 3606803, US 5484347, US 6319166, US RE 28004 и US 3831462.
Левая полуосевая шестерня 110 прижата к сателлитам 103 и 104 в результате зацепления зубьев 111 полуосевой шестерни с зубьями сателлитов. Любое движение левой полуосевой шестерни 110 по мере «поднятия» дискового кулачка 120 может передаваться подпружиненным стопорным пластинам 140 и 150.
В приведенном примере при передаче усилия с левой полуосевой шестерни 110 на правую полуосевую шестерню 190 не используется никаких реагирующих устройств. Таким образом, «подъем» дискового кулачка не приводит к сжатию пакета фрикционов 180. Пакет фрикционов 180 можно не использовать или использовать для создания ограниченного скольжения.
Усилия, создаваемые при перемещении дискового кулачка 120 относительно левой полуосевой шестерни 110, могут передаваться на первую стопорную пластину 140, а затем на вторую стопорную пластину 150 с частичным демпфированием с помощью волнистой пружиной 130. Подобная компоновка позволяет полностью отказаться от использования по меньшей мере одного пакета фрикционов со смазкой и реагирующих устройств, что упрощает конструкцию дифференциала, снижает вес и позволяет уменьшить его размеры. Правая полуосевая шестерня 190 может упираться в корпус дифференциала, подобно тому, как это описано в вышеупомянутых документах US RE 280004 и US 3831462, либо может использоваться в других конструкциях, в которых фрикционные диски не примыкают к правой полуосевой шестерне. Первая стопорная пластина 140 содержит расположенные в осевом направлении зубья, размер которых и расстояние между которыми выбраны так, чтобы они сцеплялись с расположенными в осевом направлении зубьями второй стопорной пластины 150. В разомкнутом режиме расстояние между первой стопорной пластиной 140 и второй стопорной пластиной 150 выбирают таким образом, чтобы вершины 404 дискового кулачка 120 находились в ложбинах 118 левой полуосевой шестерни. Расстояние выбирают так, чтобы при блокировании дискового кулачка 120 вершины 404 дискового кулачка 120 не выступали за вершины 117 левой полуосевой шестерни. Такая конструкция обеспечивает принудительную блокировку таким образом, что дифференциал функционирует либо в полностью блокированном, либо в разомкнутом режиме.
По мере «подъема» дискового кулачка 120 первая стопорная пластина 140 аксиально перемещается, скользя своими внутренними шлицами 702 по наружным шлицам 114 левой полуосевой шестерни. Это приводит к сжатию волнистой пружины 130 и блокировке зубьев 704 первой стопорной пластины относительно зубьев 604 второй стопорной пластины. Зубья 704 первой стопорной пластины разделены канавками 703, а зубья 604 второй стопорной пластины также разделены канавками 603.
Волнистая пружина 130 установлена на посадочное место 601. Волнистая пружина 130 сдвигает первую стопорную пластину 140 в сторону от второй стопорной пластины 150. Поскольку волнистая пружина 130 давит на первую стопорную пластину 140, первая стопорная пластина 140 давит на дисковый кулачок 120. В результате стопоры 401 смещаются к отверстиям 115.
В некоторых вариантах осуществления изобретения у второй стопорной пластины 150 имеются радиально проходящие выступы 602 с дополнительными ограничителями 151. Выступы 602 стопорной пластины и дополнительные ограничители 151 входят в зацепление с соответствующими канавками в корпусе дифференциала для блокировки вращения второй стопорной пластины 150 относительно корпуса. Первая стопорная пластина 140 приводится во вращение вместе с левой полуосевой шестерней 110 за счет совмещения внутренних шлицов 702 стопорной пластины с наружными шлицами 114 полуосевой шестерни.
Во вторую стопорную пластину 150 упирается дополнительное соединительное кольцо или упорная шайба 160, а во вторую полуосевую шестерню 110 и корпус дифференциала упирается дополнительное соединительное кольцо или упорная шайба 170.
После того как зубья 704 первой стопорной пластины сцепляются с зубьями 604 второй стопорной пластины, левая полуосевая шестерня 110 блокируется и вращается вместе с корпусом дифференциала. Палец 101 сателлита, который блокируется с корпусом дифференциала при помощи дополнительной блокирующей шпильки 102, также должен вращаться вместе с корпусом. Сателлиты 103 и 104 блокируются и вращаются вместе с левой полуосевой шестерней 110 за счет сцепления зубьев 110 полуосевой шестерни с зубьями сателлитов. Таким образом, сцепленные зубья 191 правой полуосевой шестерни 190 должны вращаться с той же скоростью, что и левая полуосевая шестерня 110. Такое соединение шестерней дополняет соединение между правой полуосевой шестерней 190 и корпусом дифференциала, которое будет рассмотрено ниже.
Правая полуосевая шестерня 190 дополнительно включает в себя внутренние шлицы 192 для соединения с полуосью и наружные шлицы 194 для соединения с пакетом фрикционов 180. Пакет фрикционов 180 со смазкой может содержать пластины с выступами 184 и фрикционные диски со шлицами 181. Шлицы 181 диска соединяются с наружными шлицами 194 правой полуосевой шестерни. Вокруг выступов 184 расположены дополнительные ограничители 182, которые совмещаются с соответствующими канавками в корпусе дифференциала. Между корпусом дифференциала и пакетом фрикционов 180 находится соединительное кольцо или упорная шайба 183.
Поскольку выступы 184 соединены с корпусом дифференциала, то после фрикционного сцепления фрикционных дисков с выступами пластин, правая полуосевая шестерня 190 за счет шлицевого соединения должна вращаться вместе с корпусом дифференциала. Фрикционное сцепление пакета фрикционов 180 можно улучшить за счет выбора смазывающей жидкости с соответствующей вязкостью. Пакет фрикционов 180 можно использовать для создания ограниченного скольжения относительно дифференциала, либо, как альтернативный вариант, пакет фрикционов 180 можно не использовать.
Благодаря упрощенной конструкции дифференциал может блокироваться в обоих направлениях, т.е. дифференциал может блокироваться независимо от направления вращения полуосевых шестерней при условии, что один из центробежных грузиков 210 или 211 сцеплен с собачкой 222.
Преимущество использования двух стопорных пластин заключается в повышении надежности, обеспечиваемой зубчатым зацеплением. То есть, соединение встык с блокирующим действием является более надежным, чем использование соединения с мокрыми фрикционными дисками, что приводит к уменьшению проскальзывания. Кроме того стопорные пластины могут быть сконструированы таким образом, чтобы они занимали меньше осевого пространства, чем фрикционные диски, что позволяет дополнительно уменьшить размеры дифференциала. При зацеплении и использовании стопорных пластин выделяется меньше тепла по сравнению фрикционными дисками, что в меньшей степени влияет на деградацию жидкостей. Кроме этого, отсутствие фрикционных дисков снижает требования по станочной обработке корпуса дифференциала, что позволяет снизить себестоимость производства.
Специалистам в данной области техники должны быть очевидны и другие варианты осуществления изобретения. Описание изобретения и приведенные выше примеры следует рассматривать исключительно в качестве типовых, а объем и сущность изобретения определены в формуле изобретения.