САМОБЛОКИРУЮЩИЙСЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛ К АВТОТРАНСПОРТНОМУ СРЕДСТВУ
SELF-LOCKING DIFFERENTIAL FOR MOTOR VEHICLES

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к дифференциальным механизмам с устройствами блокирования, и предназначено для использования в транспортных средствах в качестве межколесных или межосевых дифференциалов.
Известен самоблокирующийся дифференциал с гидравлическим сопротивлением, содержащий установленные в коробке дифференциала шестеренчатый редуктор с коническими шестернями и блокировочное устройство, выполненное в виде гидромашин для подтормаживания относительного вращения коробки и одной из шестерен редуктора (патент США №2861477, 1958).
Недостатками данного дифференциала являются незначительные блокировочные свойства и сложность конструкции гидромашины блокировки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является гидравлический дифференциал (конический самоблокирующийся дифференциал с гидравлическим сопротивлением), содержащий установленные в корпусе дифференциала полуосевые шестерни, введенные в зацепление с сателлитами, и блокировочное устройство для связи корпуса дифференциала и полуосевых шестерен, выполненное в виде реверсивного лопастного масляного насоса с обратными клапанами, ротор которого жестко связан с левой полуосевой шестерней, а статор закреплен на корпусе дифференциала, в случае, когда полуосевые шестерни вращаются с разными угловыми скоростями, масляный насос перекачивает масло (рабочую жидкость) через узкий выходной канал, получая питание через всасывающий канал, чем создается сопротивление проворачиванию полуосевых шестерен; поступление масла в полость корпуса дифференциала обеспечивается черпаками, блокировка осуществляется как при движении вперед, так и назад (Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль. Анализ конструкций, элементы расчета. - М.: Машиностроение, 1989. - С. 161-162, рис. 133).
Недостатком данного дифференциала являются низкие блокировочные свойства, обусловленные тем, что для их повышения необходимо увеличивать сопротивление проворачиванию лопастного насоса путем (при других заданных параметрах) уменьшения поперечного сечения выходного канала рабочей жидкости, что, в свою очередь, будет приводить к снижению коэффициента полезного действия (КПД) дифференциала также и при движении автотранспортного средства (АТС) на повороте или по неровной дороге и увеличивать расход топлива.
Техническим результатом предлагаемого самоблокирующегося дифференциала к автотранспортному средству является повышение блокирующих свойств дифференциала в случае буксования одного из колес ведущего моста автотранспортного средства и отсутствие (незначительность) блокирующих свойств дифференциала, и высокий его КПД при движении АТС на повороте или по неровной дороге.
Указанный технический результат достигается тем, что в самоблокирующемся дифференциале к автотранспортному средству, содержащем установленные в корпусе дифференциала полуосевые шестерни, введенные в зацепление с установленными на осях сателлитами, и блокировочное устройство для связи корпуса дифференциала и полуосевых шестерен, выполненное в виде заполненного рабочей жидкостью лопастного реверсивного гидронасоса, включающего статор, ротор, лопасти с пружинами, распределительный диск, крышку, обратные клапаны и всасывающие, нагнетательные и выходные каналы, блокировочное устройство имеет установленные после обратных клапанов в осевых частях выходных каналов два клапана блокировки дифференциала, каждый из которых состоит из обращенного днищем к обратному клапану поршня, возвратной пружины сжатия и диаметрально расположенных в районе этого поршня в этой осевой части выходного канала осевых прямоугольных пазов, причем поршень при отсутствии буксования одного из ведущих колес моста расположен симметрично относительно этих осевых прямоугольных пазов по их длине, а длина пазов больше, чем высота поршня, и при перемещении поршня вправо он может закрывать выходы рабочей жидкости из пазов (справа от поршня) и таким образом блокировать дифференциал, что позволяет при движении автотранспортного средства на повороте или по неровной дороге ввиду малой разности угловых скоростей корпуса дифференциала и полуоси и, следовательно, малого давления рабочей жидкости, создаваемого гидронасосом, иметь выходы для рабочей жидкости из пазов полностью открытыми, блокирующие свойства дифференциала - незначительными (отсутствующими), а КПД дифференциала - высоким, а при буксовании одного из ведущих колес моста АТС ввиду большой разности угловых скоростей корпуса дифференциала и полуоси действием высокого давления рабочей жидкости, создаваемого при этом гидронасосом, перемещать поршень клапана блокировки вправо и перекрывать им частично или полностью поток рабочей жидкости из пазов, блокируя таким образом дифференциал, обеспечивая ему высокие блокирующие свойства, возможность прекращения буксования и дальнейшего движения автотранспортного средства.
Устройство предлагаемого самоблокирующегося дифференциала к автотранспортному средству поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 изображен фронтальный разрез, на фиг. 2 - профильный разрез.
Предлагаемый самоблокирующийся дифференциал к автотранспортному средству содержит установленные в корпусе 1 дифференциала полуосевые шестерни 2, введенные в зацепление с установленными на осях 3 сателлитами 4, и блокировочное устройство для связи корпуса дифференциала и полуосевых шестерен, выполненное в виде заполненного рабочей жидкостью лопастного реверсивного (двухстороннего действия) гидронасоса, включающего статор 5, ротор 6, лопасти 7 с пружинами 8, распределительный диск 9, крышку 10, обратные клапаны 11 и всасывающие 12, нагнетательные 13 и выполненные в корпусе дифференциала выходные каналы 14 (по два). Статор 5 крепится к корпусу дифференциала 1, а его ротор 6 связан с левой полуосевой шестерней 2 и через нее с полуосью 15 ведущего моста. Блокировочное устройство имеет установленные после обратных клапанов 11 в примыкающих к статору 5 осевых частях (отверстиях) 16 выходных каналов в корпусе дифференциала два клапана блокировки дифференциала. Каждый клапан блокировки 17 состоит из обращенного днищем к обратному клапану поршня 18, возвратной пружины сжатия 19 (справа от поршня) и диаметрально расположенных в районе этого поршня в этой осевой части выходного канала осевых прямоугольных пазов 20, причем поршень при отсутствии буксования одного из ведущих колес моста или в не рабочем состоянии автотранспортного средства расположен симметрично относительно этих осевых прямоугольных пазов по их длине (относительно концов пазов, как на рис., фиг. 1), а длина пазов больше, чем высота поршня, т.е. поршень закрывает своей боковой поверхностью среднюю часть этих пазов по их длине. При этом слева и справа от поршня образуются ограниченные краями пазов и поршня входные и выходные окна (входы в пазы и выходы из пазов) для рабочей жидкости. При перемещении поршня вправо он может частично или полностью закрывать выходные окна для рабочей жидкости и таким образом блокировать дифференциал. Площади поперечного сечения отверстия 16 под клапан блокировки 17 и выходного канала 14 должны быть в несколько раз больше чем суммарная площадь поперечного сечения всех пазов. Имеется ограничитель перемещения поршня вправо, полость отверстия под поршень клапана блокировки в районе возвратной пружины (справа) может дополнительно сообщаться с полостью дифференциала компенсационным отверстием (на схеме не показаны).
Поступление рабочей жидкости в полость корпуса дифференциала и к всасывающему каналу 12 лопастного насоса блокировочного устройства обеспечивается черпаками 21.
Применение реверсивного гидронасоса и, соответственно, в этой связи двух клапанов блокировки в дифференциале обусловлено тем, что один клапан блокировки работает с одной половиной (фиг. 2) его статора, в случае когда при буксовании ведущего колеса автотранспортного средства статор и ротор с разными угловыми скоростями вращаются в одном направлении, а второй - с другой половиной статора, когда ротор гидронасоса (полуось с колесом) стоит, а статор вращается, что может иметь место как при движении автотранспортного средства вперед, так и задним ходом.
В предлагаемом самоблокирующемся дифференциале желательно применять рабочую жидкость, вязкость которой в заданных условиях эксплуатации незначительно изменяется в зависимости от ее температуры. В других случаях расчет параметров блокировочного устройства и клапана блокировки должен учитывать изменения вязкости этой жидкости.
Предлагаемый самоблокирующийся дифференциал к автотранспортному средству работает следующим образом.
При движении автотранспортного средства на повороте или по неровной дороге ввиду малой разности угловых скоростей корпуса дифференциала 1 и полуоси 15 и, следовательно, малой подачи и давления рабочей жидкости, создаваемого гидронасосом в радиальном нагнетательном канале 13 статора, клапан блокировки 17 находится в положении как на фиг. 1 и рабочая жидкость, пройдя через обратный клапан 11, свободно протекает (обходя поршень 18) через входные окна в пазы 20 и из них через выходные окна и полость отверстия 16 под этот поршень и возвратную пружину 19 клапана блокировки, и выходной канал 14 поступает в полость дифференциала, при этом блокирующие свойства дифференциала отсутствуют, а КПД дифференциала высок. При буксовании одного из ведущих колес моста АТС ввиду большой разности угловых скоростей корпуса дифференциала и полуоси под действием высокого давления рабочей жидкости, создаваемого при этом гидронасосом в радиальном нагнетательном канале 13 статора, поршень 18 клапана блокировки, сжимая возвратную пружину 19 и перемещаясь вправо, частично или полностью (в зависимости от пробуксовки колеса) перекрывает выходные окна пазов и таким образом поток рабочей жидкости через клапан блокировки 17, что вызывает соответствующее значительное увеличение давления рабочей жидкости в нагнетательной полости и сопротивления проворачиванию гидронасоса (блокируя таким образом дифференциал) и ограничивает (вплоть до остановки) пробуксовывание буксующего колеса и автотранспортное средство, если силы сопротивления его движению не превысят суммарную силу тяги по сцеплению колес этого ведущего моста с дорогой, продолжит движение. При этом ввиду отсутствия (или малой) разности угловых скоростей корпуса дифференциала и полуоси моста упадет давление рабочей жидкости в радиальном нагнетательном канале статора гидронасоса и в результате этого под действием возвратной пружины 19 поршень 18 клапана блокировки переместится влево, в исходное положение (как на фиг. 1), выходные окна пазов откроются и проход для рабочей жидкости через пазы 20 клапана блокировки снова станет полностью открытым, т.е. дифференциал разблокируется.
Таким образом, предлагаемый самоблокирующийся дифференциал к автотранспортному средству позволяет обеспечить высокие блокирующие свойства при буксовании одного из ведущих колес моста и, следовательно, высокую проходимость автотранспортного средства, и отсутствие (незначительность) блокирующих свойств и высокий КПД дифференциала при движении АТС на повороте или по неровной дороге.