САМОБЛОКИРУЮЩИЙСЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛ
SELF-LOCKING DIFFERENTIAL

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве противобуксующего дифференциала, устанавливаемого в ведущих мостах транспортных средств повышенной проходимости.
Известен самоблокирующийся дифференциал по патенту РФ на полезную модель №55063. Он содержит корпус, снабженный упорной крышкой. В корпусе выполнены отверстия разной длины для размещения сателлитов. В центральном осевом отверстии установлены две цилиндрические косозубые шестерни полуосей. Цилиндрические косозубые сателлиты попарно установлены в отверстиях корпуса параллельно цилиндрическим косозубым шестерням и взаимодействуют между собой и с шестернями. Сателлиты, установленные в удлиненные отверстия, снабжены концевиками, которые упираются в крышку. Между шестернями расположена муфта предварительного натяга.
Недостатком такого дифференциала является довольно сложная конструкция корпуса с продольными отверстиями различной длины и разнотипные сателлиты, половина которых должна иметь дополнительные концевики, затрудняющие общую сборку и установку косозубых сателлитов.
Наиболее близким заявляемому изобретению по технической сущности является самоблокирующийся дифференциал повышенного трения (патент РФ на полезную модель №36131, МПК F16H 48/28, 2003 г.), содержащий корпус с центральным продольным отверстием, в котором расположены правая и левая полуосевые косозубые шестерни, разделенные между собой упорным элементом, сателлиты с равными по значению и противоположными по направлению углами наклона зубьев, которые установлены в последовательно чередующихся глухих продольных отверстиях корпуса для свободного размещения в них соответственно правого и левого рядов вышеуказанных сателлитов, причем правый ряд сателлитов имеет зубчатое зацепление с правой полуосевой шестерней, левый - соответственно с левой, при этом сателлиты из противоположных рядов имеют зубчатое зацепление между собой попарно.
Недостатком такого дифференциала является сложность изготовления и сборки четырех разнотипных шестерен, то есть двух полуосевых шестерен с правой и левой ориентацией косых зубьев и двух разнонаправленных рядов сателлитов, а также низкий КПД, обусловленный самоторможением зубчатого механизма лишь за счет сил трения на активных поверхностях шестерен.
Технической задачей заявленного изобретения является упрощение конструкции и снижение номенклатуры деталей и стоимости самоблокирующегося дифференциала, а также увеличение диапазона коэффициента блокировки.
Технический результат достигается заявляемым изобретением, сущность которого состоит в следующем:
самоблокирующийся дифференциал, содержащий кольцеобразный корпус с центральным продольным отверстием, в котором соосно размещены две полуосевые косозубые шестерни, разделенные между собой упорным элементом, сателлиты, свободно установленные в глухих отверстиях корпуса и имеющие попарно зубчатое зацепление между собой и с полуосевыми шестернями, отличающийся тем, что обе шестерни имеют одинаковый и однонаправленный угол наклона зубьев относительно оси корпуса, все сателлиты выполнены цилиндрическими прямозубыми с коническими торцами и установлены в глухих наклонных цилиндрических отверстиях корпуса, попарно выполненных на противоположных торцевых поверхностях корпуса и сообщающихся между собой в зоне зубчатого зацепления каждой пары сателлитов, при этом угол наклона оси сателлитов относительно оси корпуса при их размещении в глухих отверстиях корпуса равен углу наклона зубьев полуосевых шестерен, равного углу блокировки β, при этом конусные торцы сателлитов выполнены так, что с одной стороны угол у основания тупого конуса равен углу блокировки β, а на другом конце сателлитов угол при вершине конусных торцов равен или отличается в пределах ±3 градуса от аналогичного угла конического конца глухих отверстий, причем каждая пара сателлитов размещена относительно косозубых шестерен с возможностью расположения зон контактов всех эвольвентных зубчатых пар "шестерня-сателлит-сателлит-шестерня" на прямой линии, параллельной оси корпуса.
Для увеличения коэффициента блокировки конические торцы сателлитов имеют угол при своей вершине больше аналогичного угла конического конца глухих отверстий на величину 2-3 градуса, а для уменьшения этого коэффициента - соответственно меньше.
Для улучшения обкатывания в общем случае, когда угол блокировки β отличен от нуля, и начальные поверхности полуосевых шестерен 2 и 3 становятся аксоидными, а не цилиндрическими, необходимо коррегирование их косых зубьев до образования смешанной слабоконической передачи с равновысоким профилем зуба полуосевых шестерен.
Для стальных деталей дифференциала с углом трения 30-40 градусов практически достаточно иметь угол блокировки 20-30 градусов для обеспечения необходимого эффекта самоблокировки. При этом угол блокировки β не должен превышать угла трения применяемых материалов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигурах 1 и 2 представлен частичный разрез изометрической проекции предлагаемого дифференциала со снятой крышкой, на фигуре 3 - разрез по оси сателлитов.
Самоблокирующийся дифференциал содержит кольцеобразный корпус 1 с центральным продольным отверстием, в котором соосно расположены первая 2 и вторая 3 полуосевые косозубые шестерни, разделенные между собой упорной втулкой 4, а также цилиндрические прямозубые сателлиты 5 и 6, установленные попарно в корпусе 1 с возможностью зубчатого зацепления с одинаково косозубыми полуосевыми шестернями 2 и 3, то есть они обе левые или обе правые. С обеих сторон корпус 1 закрыт торцевыми крышками 7 и 8, которые закреплены посредством болтов 9.
На каждой из торцевых поверхностей корпуса 1 выполнены, по меньшей мере, по три последовательно чередующихся глухих наклонных отверстия 10 для свободного размещения в них соответственно первого и второго рядов прямозубых цилиндрических сателлитов 5 и 6. Первый ряд сателлитов имеет зубчатое зацепление соответственно с первой полуосевой косозубой шестерней 2, а второй - соответственно со второй аналогичной шестерней 3. Сателлиты 5 и 6 из первого и второго рядов попарно имеют зубчатое зацепление между собой. Глухие отверстия также попарно сообщаются между собой в зоне сцепления сателлитов 5 и 6, а оси сообщающихся отверстий попарно параллельны и наклонены относительно оси корпуса на угол блокировки β, равный углу наклона зубьев косозубых полуосевых шестерен 2 и 3.
Сателлиты 5 и 6 выполнены с торцами в форме тупого конуса, у которых краевой угол у основания тупого конуса (фигура 3) равен вышеуказанному углу блокировки β. Вследствие этого образующая этого конуса параллельна внутренней стороне, контактирующей с ней при блокировке крышки корпуса 7 или 8.
Дополнительное заклинивание осуществляется в зоне контакта конических торцов сателлитов и конического конца глухих отверстий 10. Для увеличения коэффициента блокировки дифференциала угол при вершине конического торца (то есть угол между двумя диаметрально противоположными образующими конуса) сателлита у глухого конца отверстия должен быть на 2-3 градуса больше аналогичного угла при вершине конического конца глухих отверстий, а для уменьшения этого коэффициента - соответственно меньше. Такой разницы в несколько градусов вполне достаточно для изменения коэффициента блокировки почти на порядок. Разница больше 3 градусов нежелательна, так как приводит к локальной деформации и повышенному износу либо сателлита, либо глухого конца отверстия корпуса. При разнице менее 2 градусов изменение блокировки проявляется недостаточно.
Зубчатое зацепление каждой пары сателлитов с косозубыми шестернями выполнено с возможностью расположения зон контактов всех эвольвентных зубчатых пар "шестерня 2 - сателлит 5 - сателлит 6 - шестерня 3" на прямой линии, параллельной оси корпуса. В этом случае степень коррегирования косых зубьев полуосевых шестерен получается минимальной.
Самоблокирующийся дифференциал работает следующим образом.
При прямолинейном движении и равной нагрузке на полуоси колес сателлиты не обкатываются по косозубым шестерням и потери на трение в дифференциале получаются минимальными. Когда же одно из его колес начинает отставать, связанная с ним полуосевая шестерня, например 2, вращается медленнее корпуса 1 и поворачивает входящий с ней в зацепление сателлит 5. Он передает вращение связанному с ним сателлиту 6 из другого ряда, а тот в свою очередь - на полуосевую шестерню 3 и другое колесо транспортного средства. Так обеспечиваются разные угловые скорости колес в повороте. Ввиду разности крутящих моментов на колесах и скольжению в пятне контакта зубчатых зацеплений возникают осевые и радиальные силы, прижимающие полуосевые шестерни 2, 3 и сателлиты 5 и 6 торцами к крышкам корпуса. Сателлиты также прижимаются вершинами зубьев к поверхностям глухих наклонных отверстий 10, в которых они размещены. За счет этого и возникают дополнительные силы трения, осуществляющие частичную блокировку. Величина коэффициента блокировки зависит от угла наклона сателлитов 5 и 6 и от угла наклона зубьев полуосевых шестерен 2 и 3 относительно оси вращения корпуса, то есть угла блокировки β, и угла при вершине конических торцов сателлитов. Угол блокировки β не должен превышать угла трения применяемых материалов, иначе произойдет полное самоторможение зубчатых передач дифференциала.
Меняя величину угла внутренних заглубленных торцов сателлитов относительно аналогичного угла концов глухих отверстий 10 в корпусе 1, можно в значительных пределах менять момент трения между этими контактирующими коническими поверхностями - от заклинивания до практически свободного вращения, как в керновой опоре. Таким образом, простой заменой комплекта одинаковых сателлитов, но с разными углами при вершине их внутренних конических торцов можно легко изменять коэффициент блокировки.
Таким образом, основным преимуществом предложенного дифференциала является существенное упрощение его конструкции за счет двукратного уменьшения номенклатуры разнотипных шестерен и возможность широкого изменения коэффициента блокировки за счет простой замены комплекта одинаковых прямозубых сателлитов с коническими торцами.