Принудительно блокируемый дифференциал ведущего моста транспортного средства
FORCED LOCKING DIFFERENTIAL OF A LEADING VEHICLE BRIDGE

Изобретение относится к машиностроению, а именно к дифференциальным передачам, и может быть использовано в трансмиссиях транспортных средств.
Известен конический свободный дифференциал автомобиля ВАЗ 2121 [В.А. Вершигора, А.П. Игнатов и др. Альбом ВАЗ 2121, изд. "Третий Рим", 1996 г., стр. 34, рис. 17]. Этот "классический" дифференциал предназначен для передачи крутящего момента от главной передачи к полуосям колесной пары ведущего моста. Он позволяет ведущим колесам автомобиля вращаться с разной скоростью, что исключает проскальзывание одного из колес при повороте автомобиля или при движении по неровному участку дороги, когда колеса проходят путь разной длины. Дифференциал имеет полуосевые конические шестерни, закрепленные на полуосях, и сателлиты, закрепленные на общей оси (пальце), установленной в корпусе, который прикреплен к охватывающей его ведомой шестерне главной передачи. Корпус дифференциала выполнен неразъемным и имеет фланец для установки ведомой шестерни. Для обеспечения возможности монтажа шестерен в корпусе выполнено два оппозитно расположенных окна. При вращении ведущей шестерни и ведомой шестерни главной передачи крутящий момент передается на ось сателлитов, далее через сателлиты на полуосевые шестерни и на полуоси. При движении автомобиля по прямой и ровной дороге, оба ведущих колеса проходят одинаковый путь и вращаются с одинаковой частотой. Сателлиты вокруг своей оси не вращаются, и на оба колеса передаются одинаковые крутящие моменты. Как только условия движения изменяются, например, на повороте, колеса начинают движение по окружностям разного радиуса и проходят путь разной длины. Как следствие, полуось, соединенная с колесом, двигающимся по дуге внутреннего радиуса, начинает вращаться медленнее. Сателлиты приходят во вращение вокруг своей оси, обкатываясь по замедляющейся полуосевой шестерне и увеличивая частоту вращения второй полуоси. В результате это колесо ускоряет свое вращение и проходит большой путь по дуге наружного радиуса. Такая конструкция проста в изготовлении и надежно работает, пока ведущие колеса неразрывно связаны с дорогой. Но, когда одно из колес оказывается в воздухе или на льду, то крутится именно это колесо, в то время как другое, стоящее на твердом покрытии, останавливается - автомобиль не может тронуться с места.
Известен дифференциал транспортного средства, снабженный механизмом принудительной блокировки [АС СССР №1079482, опубл. 15.03.84]. Механизм принудительной блокировки дифференциала содержит кулачковую муфту, установленную на одной полуоси между корпусом дифференциала и полуосевой шестерней. Одна из полумуфт кулачковой муфты установлена на полуоси с осевой подвижностью и посредством шлицев связана с корпусом. Другая полумуфта выполнена заодно с полуосевой шестерней. Дифференциал также снабжен конической фрикционной муфтой, размещенной на другой полуоси между корпусом и полуосевой шестерней, снабжен двумя стаканами, вставленными один в другой, размещенными между полуосевыми шестернями и связанными с подвижной кулачковой полумуфтой и конической муфтой посредством толкателей, пропущенных через выполненные в полуосевых шестернях отверстия. Устройство обеспечивает блокировку дифференциала от внешнего привода. Основным недостатком является сложность оригинальной конструкции.
Известен дифференциал транспортного средства, снабженный механизмом принудительной блокировки [АС СССР №1390076, опубл. 15.04.88]. Механизм принудительной блокировки дифференциала содержит коническую фрикционную муфту и жесткую сцепную муфту, установленную на одной полуоси между корпусом дифференциала и его полуосевой шестерней. Неподвижная полумуфта сцепной муфты выполнена единым целым с полуосевой шестерней, а подвижная полумуфта посредством шлицев связана с корпусом и подпружинена относительно подвижной полумуфты фрикционной муфты. Фрикционная муфта установлена на той же полуоси, что и сцепная муфта, при этом неподвижная полумуфта фрикционной муфты выполнена заодно с полуосевой шестерней, а подвижная ее полумуфта установлена свободно на полуоси и посредством шлицев связана с подвижной полумуфтой сцепной муфты. На внутренней поверхности полумуфты сцепной муфты выполнен бурт, посредством которого осуществляется взаимодействие в осевом направлении подвижных полумуфт. Основным недостатком этого устройства является сложность конструкции. Кроме того, блокирующий шлиц расположен на шейке полуосевой шестерни, то есть на малом диаметре, а потому испытывает повышенные нагрузки, что снижает надежность устройства.
В качестве прототипа принят дифференциал транспортного средства, снабженный механизмом принудительной блокировки [Патент РФ №2578082, МПК F16H 48/00, B60K 17/00, опубл. 20.03.2016]. Дифференциал транспортного средства, имеющий неразъемный корпус, внутри которого установлены полуосевые прямозубые конические шестерни и взаимодействующие с ними сателлиты, установленные на закрепленной в корпусе оси, в корпусе дифференциала выполнено два оппозитно расположенных технологических окна для установки шестерней, дополнительно содержит охватывающую корпус дифференциала блокирующую муфту, установленную с возможностью перемещения вдоль оси корпуса дифференциала и снабженную механизмом ее продольного перемещения, муфта имеет форму цилиндрического кольца, на внутренней поверхности которого закреплены оппозитно два кольцевых цилиндрических сектора, каждый из которых размещен в проеме одного из технологических окон с обеспечением возможности скользящего контакта с продольными стенками окна, каждый сектор снабжен радиально ориентированными вовнутрь продольными ребрами, с обеспечением возможности их взаимодействия с зубьями полуосевой шестерни, расположенной со стороны фланца корпуса, указанное взаимодействие осуществляется на периферии шестерни с образованием шлицевого соединения, обеспечивающего блокировку, при этом в секторах выполнены продольные глухие или с выступом вовнутрь отверстия, в которых размещен подпружиненный возвратный толкатель, свободный конец которого контактирует со стенкой окна, которая расположена со стороны фланца корпуса. Механизм продольного перемещения муфты выполнен в виде двух коаксиальных цилиндрических колец, расположенных над корпусом дифференциала и соединенных между собой байонетным соединением.
Дифференциал транспортного средства, снабженного механизмом принудительной блокировки, имеет следующие недостатки:
- Зубы полуосевой шестерни и ребра блокирующих секторов имеют заостренные вершины. Поскольку эти детали не являются свободноподвижными, то при включении блокировки часто происходит упор склонами вершин, что не позволяет этим деталям войти в полное зацепление.
- Механизм продольного перемещения муфты, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндрических колец, конструктивно не способен вернуться в исходное положение без воздействия водителя на органы управления блокировкой. По этой причине, при не полном вхождении в зацепление полуосевой шестерни и блокирующих секторов, возникает перескок зубов полуосевой шестерни через ребра блокирующих секторов, и как следствие, удар по блокирующей муфте в направлении выключения блокировки, приводящий к выходу из строя механизма продольного перемещения муфты, что значительно снижает общую надежность всей конструкции.
В основу настоящего изобретения поставлена задача создания механизма, обеспечивающего простое и надежное включение (выключение) блокировки конического дифференциала, конструкция которого имеет в основе известный и широко применяемый свободный дифференциал.
Достигаемым техническим результатом заявляемого изобретения является повышение внедорожных свойств автомобиля.
Поставленная задача решается тем, что принудительно блокируемый дифференциал ведущего моста транспортного средства, имеет неразъемный корпус с двумя диаметрально противоположными технологическими окнами для установки внутри корпуса полуосевых прямозубых конических шестерней и взаимодействующих с ними сателлитов, установленных на неподвижно закрепленной в корпусе оси. Дифференциал также содержит охватывающую корпус дифференциала блокирующую муфту в форме цилиндрического кольца, установленную с возможностью перемещения вдоль оси корпуса дифференциала. На внутренней поверхности муфты жестко закреплены два диаметрально расположенных кольцевых цилиндрических блокирующих сектора, каждый из которых размещен в проеме одного из технологических окон с обеспечением возможности скользящего контакта с продольными стенками окна. Каждый сектор снабжен радиально ориентированными вовнутрь продольными ребрами, с обеспечением возможности их взаимодействия с зубьями полуосевой шестерни, расположенной со стороны фланца корпуса, обеспечивающего блокировку. В секторах выполнены продольные глухие отверстия, в которых размещен подпружиненный возвратный толкатель, свободный конец которого контактирует со стенкой окна, которая расположена со стороны фланца корпуса. Внутренние продольные ребра блокирующих секторов имеют прямоугольное сечение. Полуосевая шестерня, расположенная со стороны фланца корпуса дифференциала по внешнему краю имеет проточки прямоугольного сечения в осевом направлении между зубьями шестерни. Ширина проточек выполнена с возможностью свободного вхождения в зацепление с ребрами блокирующих секторов. Механизм продольного перемещения блокирующей муфты выполнен в виде системы рычагов, которая состоит из корпуса механизма и подвижно закрепленных на нем коромысла и приводимой им в движение выжимной вилки, на которой установлен выжимной подшипник, перемещающий блокирующую муфту вдоль оси дифференциала. В кабине транспортного средства установлен рычаг переключения, способный через демпферную пружину и втулку, преодолевая сопротивление возвратной пружины, перемещать шток и жестко закрепленный с ней приводной трос. Для штока обеспечено взаимодействие с концевым выключателем световой индикации, сигнализирующей о включении блокировки дифференциала.
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид конструкции принудительно блокируемого дифференциала ведущего моста транспортного средства; на фиг. 2 представлен механизм продольного перемещения блокирующей муфты; на фиг 3 - блокирующая пара дифференциала ведущего моста транспортного средства.
Везде по тексту термин "продольный" или "продольно установленный" применен в значении "вдоль оси корпуса дифференциала".
Принудительно блокируемый дифференциал ведущего моста транспортного средства состоит из неразъемного корпуса 1 с двумя технологическими окнами 2, расположенными диаметрально противоположно и предназначенными для установки шестерен 3 и сателлитов 4, и фланцем 5 - для установки ведомой шестерни 6. Внутри корпуса 1 установлены полуосевые прямозубые конические шестерни 3 и взаимодействующие с ними сателлиты 4, установленные на закрепленной в корпусе 1 оси 7. На цилиндрической части корпуса 1 свободно установлена блокирующая муфта 8, с возможностью ее перемещения вдоль оси корпуса 1. Муфта 8 имеет форму цилиндрического кольца, на внутренней поверхности которого диаметрально закреплены два кольцевых цилиндрических сектора 9, каждый из которых размещен в проеме одного из технологических окон 2 с обеспечением возможности скользящего контакта с продольными стенками окон 2, то есть продольные стенки окон служат направляющими, с которыми контактируют продольные стенки секторов 9. Каждый сектор 9 снабжен радиально ориентированными вовнутрь продольными ребрами 10 прямоугольного поперечного сечения, с обеспечением возможности их вхождения в проточки 11 между зубьями шестерни 3 и образовывать тем самым блокирующую пару, состоящую из блокирующей муфты 8 и полуосевой шестерни 3, расположенной со стороны фланца 5. В секторах 9 выполнены глухие продольные отверстия 12, в которых установлены пружины 13 и стержни 14, которые служат возвратными толкателями. Свободные концы, толкателей выходящие из отверстий, упираются в стенку окна 2, которая расположена со стороны фланца 5 корпуса 1. Механизм продольного перемещения блокирующей муфты 8 представляет собой систему рычагов, состоящую из корпуса механизма 15, коромысла 16, и выжимной вилки 17, с закрепленным на ней выжимным подшипником 18, который в свою очередь перемещает блокирующею муфту 8 вдоль оси корпуса дифференциала 1. Механизм продольного перемещения приводится в движение рычагом переключения 19, натягивающего демпферную пружину 20, перемещающую втулку 21, преодолевая сопротивление возвратной пружины 22. Втулка 20, перемещая шток 23, натягивает приводной трос 24, установленный между задним мостом автомобиля и кабиной водителя (на чертеже не показаны). Механизм продольного перемещения оснащен световой индикацией, состоящей из выключателя 25 и лампы 26.
Принудительно блокируемый дифференциал ведущего моста транспортного средства работает следующим образом.
В обычных условиях эксплуатации автомобиля, блокировка дифференциала отключена. То есть, механизм продольного перемещения не оказывает воздействия на блокирующею муфту 8, и она под действием пружинных толкателей 14 занимает исходное положение, при котором ребра 10 блокирующих секторов 9 не контактируют с зубьями полуосевой шестерни 3 и не препятствуют ее вращению относительно корпуса дифференциала 1. В этом положении дифференциал работает, как и обычный свободный конический дифференциал.
В случае пробуксовки одного из ведущих колес, водитель через управляющий рычаг 18 воздействует на демпферную пружину 20, которая перемещает втулку 21 по штоку 23. Втулка 21, преодолевая сопротивление возвратной пружины 22, перемещает шток 23 и натягивает приводной трос 24.
Приводной трос 24, входящий в корпус заднего моста через герметичное соединение, связан с коромыслом 16, которое перемещает выжимную вилку 17, тем самым обеспечивая продольное перемещение выжимного подшипника 18. Выжимной подшипник 18 нажимает на блокирующую муфту 8 и перемещает ее по корпусу дифференциала 1 в сторону ведомой шестерни 6, при этом сжимая пружины 13 толкателей 14. Блокирующие секторы 9, расположенные в технологических окнах 2 корпуса дифференциала 1, жестко закрепленные на внутренней поверхности муфты 8, также перемещаются, и их внутренние ребра 10 входят в зацепление с проточками 11 между зубьями полуосевой шестерни 3. В этом случае вращение полуосевой шестерни 3 относительно корпуса дифференциала 1 невозможно - дифференциал заблокирован. Когда ребра 10 блокирующих секторов 9 полностью входят в зацепление с зубьями полуосевой шестерни 3, весь механизм продольного перемещения, приводной трос 24 и шток 23 перемещаются на заданную амплитуду и нажимают выключатель 25. Электрическая цепь замкнута и в кабине водителя загорается лампа 26, сигнализирующая о том, что дифференциал заблокирован.
Однако, поскольку сектора 9 и шестерня 3 не являются свободноподвижными деталями, при включении блокировки возможно не совпадение ребер 10 блокирующих секторов 9 с проточками 11 между зубьями полуосевой шестерни 3, и, как следствие, не включение блокировки. В этом случае благодаря применению демпферной пружины 20, рычаг 19 может быть переведен в положение «ВКЛ.». При этом демпферная пружина 20 через втулку 21 и шток 23 натягивает приводной трос 24, и весь механизм оказывает давление на блокирующую муфту 8, тем самым прижимая ребра 10 блокирующих секторов 9 к зубьям полуосевой шестерни 3. Как только одно из ведущих колес начинает пробуксовывать, полуосевые шестерни 3 и сателлиты 4 начинают вращаться относительно корпуса дифференциала 1 и в момент совпадения ребер 10 блокирующих секторов 9 с проточками 11 между зубьями полуосевой шестерни 3, ребра блокирующих секторов входят в зацепление с зубьями полуосевой шестерни - дифференциал заблокирован.
Когда возникает необходимость вернуть дифференциал в разблокированное состояние, водитель переводит рычаг 19 в положение «ВЫКЛ.», натяжение демпферной пружины 20 ослабевает, и возвратная пружина 22 перемещает втулку 21 в исходное положение на штоке 23. Втулка 21 отпускает шток 23 и приводной трос 24, выжимной подшипник 18 больше не давит на блокирующую муфту 8, и она под действием пружинных толкателей 14 сдвигается по корпусу дифференциала 1 от ведомой шестерни 6 в сторону механизма перемещения. Ребра секторов 9 выходят из зацепления с полуосевой шестерней 3, тем самым размыкают полуосевую шестерню и возвращают выжимную вилку 17, коромысло 16, проводной трос 24 и шток 23 в исходное положение. Шток 23 отпускает выключатель 25, электрическая цепь разомкнута, и сигнальная лампа 26 тухнет. Дифференциал разблокирован и снова работает как классический свободный.
Таким образом, удобство в эксплуатации, простота и надежность заявляемого устройства достигается следующим:
1. Благодаря прямоугольной форме ребер блокирующих секторов и проточкам прямоугольного сечения в осевом направлении между зубьями шестерни у блокирующей пары (шестерня - сектор), есть только два положения - "полностью вошли в зацепление" или "полностью НЕ вошли в зацепление". То есть, исключена вероятность частичного вхождения в зацепление, и как следствие, удара зубьями полуосевой шестерни по ребрам блокирующих секторов и выхода из строя всего устройства.
2. Система рычагов (коромысло - вилка) является "прозрачной" системой переключения и имеет свойства "обратной связи". То есть, когда ребра блокирующих секторов полностью входят в зацепление с полуосевой шестерней, весь механизм продольного перемещения (блокирующая муфта, выжимной подшипник, вилка, коромысло, приводной трос, втулка, ось) перемещается на заданную амплитуду. И наоборот, когда ребра блокирующих секторов упираются в зубья полуосевой шестерни, весь механизм продольного перемещения не перемещается на заданную амплитуду.
3. Сочетанием "прозрачной" системы рычагов в совокупности с демпферной пружиной.