Дифференциал с автоматической блокировкой колес
DIFFERENTIAL WITH AUTOMATIC LOCKING WHEELS

Изобретение относится к машиностроению, а именно к дифференциальным самотормозящимся передачам, включающим червяки со спиральными зубьями, оси которых параллельны, и может быть использовано в автомобилестроении в качестве дифференциалов с автоматической блокировкой колес для привода к ведущим осям и колесам транспортных средств.
Известен дифференциал, описанный в патенте РФ №38871 по кл. F16H 48/20 и заявке 09.03.2004 г., опубл. 10.07.2004 г.
Известный дифференциал с автоматической блокировкой колес содержит установленные в ведущем корпусе две полуоси и устройство передачи вращения от корпуса к полуосям, выполненное в виде двух установленных на полуосях винтов с правыми и левыми винтовыми канавками, взаимодействующими с корпусом посредством замкнутых цепочек шариков, расположенных с возможностью перемещения в выполненных в корпусе взаимосвязанных продольных пазах и возвратных каналах.
При этом количество цепочек шариков, находящихся в контакте с винтами, по меньшей мере три.
Цепочки шариков могут быть замкнуты для каждой пары: продольный паз и возвратный канал или все продольные пазы и возвратные каналы взаимосвязаны между собой для образования единой замкнутой цепи шариков.
Недостатком известного дифференциала является короткий срок его службы, обусловленный следующим.
При работе самоблокирующегося дифференциала с винтовыми шнеками и шариками возникает недостаточно плавное зацепление («закусывание») шарика и ведущего винта (винтового шнека) в канавке крышки, сопровождающееся характерными щелчками. Это приводит к разрушению винтовых шнеков, канавок крышек, каналов корпуса, шариков и выходу из строя дифференциала в целом.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является дифференциал с автоматической блокировкой колес, представленный в п. РФ №2646040 по кл. F16H 48/20, 48/38, з. 11.10.2016 г, оп. 28.02.2018 г. и выбранный в качестве прототипа.
Известный дифференциал характеризуется следующей формулой:
Дифференциал с автоматической блокировкой колес, содержащий установленные в закрытом с торцов крышками ведущем корпусе две полуоси и устройство передачи вращения от корпуса к полуосям, выполненное в виде двух установленных на полуосях винтовых шнеков с правыми и левыми винтовыми канавками, взаимодействующими с корпусом и крышками посредством замкнутых цепочек шариков, расположенных с возможностью перемещения в выполненных в корпусе рабочих и возвратных каналах и в полусферических канавках крышек, соединяющих эти каналы, отличающийся тем, что наружный торец каждого из винтовых шнеков снабжен неразъемно прикрепленной к нему косозубой звездочкой, зубья которой отогнуты в сторону винтового шнека с образованием между зубьями участка изогнутой поверхности, соразмерного по длине с диаметром шарика и под которую в каждой из крышек выполнена проточка, диаметр которой больше, чем диаметр винтового шнека.
Недостатком известного дифференциала являются его не вполне удовлетворительные эксплуатационные характеристики. Так, коэффициент блокировки в нем не регулируется. Кроме того, за счет наличия в нем корпуса при имеющейся конструкции смазка не попадает в дифференциал и при непрерывном движении он работает почти всухую, что сокращает срок его службы. При этом из-за того, что звездочка для него изготавливается отдельно и затем приваривается, это усложняет технологию его изготовления.
Задачей является улучшение эксплуатационных характеристик дифференциала при некотором упрощении технологии его изготовления.
Поставленная задача решается тем, что в дифференциале с автоматической блокировкой колес, содержащем установленные в закрытом с торцов крышками ведущем корпусе две полуоси и устройство передачи вращения от корпуса к полуосям, выполненное в виде двух установленных на полуосях винтовых шнеков с правыми и левыми винтовыми канавками, взаимодействующими с корпусом и крышками посредством замкнутых цепочек шариков, расположенных с возможностью перемещения в выполненных в корпусе рабочих и возвратных каналах и в полусферических канавках крышек, соединяющих эти каналы, при этом наружный торец каждого из винтовых шнеков снабжен неразъемно прикрепленной к нему косозубой звездочкой, зубья которой отогнуты в сторону винтового шнека с образованием между зубьями участка изогнутой поверхности, соразмерного по длине с диаметром шарика и под которую в каждой из крышек выполнена проточка, диаметр которой больше, чем диаметр винтового шнека, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, косозубая звездочка изготовлена заодно с винтовым шнеком, в возвратных каналах выполнены элементы для увеличения сопротивления движению шариков, в крышке корпуса выполнены равноудаленные друг от друг отверстия, над которыми к крышке прикреплено кольцо, выполненное в форме усеченного конуса небольшой высоты для обеспечения принудительной смазки дифференциала.
При этом элементы увеличения сопротивления могут быть выполнены в виде дискретного увеличения диаметра возвратных каналов либо в виде непрерывного увеличения диаметра возвратных каналов.
Выполнение косозубой звездочки заодно с винтовым шнеком упрощает технологию изготовления дифференциала и тем самым делает ее более надежной; наличие в возвратных каналах элементов для увеличения сопротивления движению шариков дает возможность задания (увеличения) коэффициента блокировки, что в совокупности с выполнением в крышке корпуса равноудаленных друг от друг отверстий, над которыми к крышке прикреплено кольцо, выполненное в форме усеченного конуса небольшой высоты, обеспечивающими возможность принудительной смазки дифференциала, позволяет улучшить эксплуатационные характеристики дифференциала.
Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик дифференциала при упрощении технологии его изготовления.
Заявляемый дифференциал обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение косозубой звездочки заодно с винтовым шнеком, выполнение в возвратных каналах элементов для увеличения сопротивления движению шариков, выполнение в крышке корпуса равноудаленных друг от друг отверстий, крепление над ними к крышке кольца, выполненного в форме усеченного конуса небольшой высоты для обеспечения принудительной смазки дифференциала, позволяющими в совокупности получить заданный результат.
Заявителю неизвестны технические решения, обладающие вышеуказанными отличительными признаками, которые обеспечивали бы в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемый дифференциала соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемый дифференциал может найти широкое применение в автомобиле строении и потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Изобретение иллюстрируется чертежами, где показаны на:
- фиг. 1 - общий вид дифференциала в сборе;
- фиг. 2 - вид дифференциала в разрезе;
- фиг. 3 - общий вид корпуса дифференциала;
- фиг. 4 - вид левой крышки дифференциала;
- фиг. 5 - вид правой крышки дифференциала;
- фиг. 6 - вид винтового шнека с наружного торца;
- фиг. 7 - вид винтового шнека с другого торца;
- фиг. 8 - вид возвратных каналов с дискретным и непрерывным расширением диаметра.
Более подробное описание конструкции дифференциала дано ниже.
Заявляемый дифференциал с автоматической блокировкой колес (фиг. 1 - фиг. 8) содержит ведущий корпус 1, закрытый с торцов левой крышкой 2 с фланцем и правой крышкой 3 (фиг. 1)
В крышках 2 и 3 выполнены отверстия под полуоси 4 и 5. В центральной части корпуса 1 имеется отверстие, в котором размещено устройство 6 передачи вращения от корпуса 1 к полуосям 4 и 5. Устройство 6 передачи выполнено в виде двух установленных на полуосях 4 и 5 винтовых шнеков 7 и 8 со шлицевыми отверстиями 9 и 10 в них под полуоси 4 и 5 и с правыми и левыми винтовыми канавками 11 и 12 на боковых поверхностях. При этом правый винтовой шнек 8 - это зеркальное исполнение левого шнека 7. Винтовые многозаходные канавки 12 и 11 шнеков 7 и 8 имеют соответственно правое и левое направление. Винтовые канавки 11 и 12 являются многозаходными и имеют полусферическую форму для движения в них шариков 13. (фиг. 2, сечение Б-Б). На торцевых поверхностях корпуса 1 попарно расположены цилиндрические рабочие каналы 14 и возвратные каналы 15 (фиг. 3) для потоков движения шариков 13. При этом возвратные каналы 15 (фиг. 8) имеют больший (расширенный) диаметр по всей их длине непрерывно (фиг. 8б) или дискретно равномерно по длине канала 15 (фиг. 8а) для обеспечения большего сопротивления движению шариков 13, что при пробуксовке увеличивает коэффициент блокировки. Канавки 11 (фиг. 7) и 12 (фиг. 6) взаимодействуют с ведущим корпусом 1 и крышками 2 и 3, в которых выполнены полусферические канавки 16 (фиг. 5), посредством замкнутых цепочек шариков 13, расположенных с возможностью перемещения в выполненных в корпусе рабочих каналах 14 и возвратных каналах 15 и в полусферических канавках 16 крышек 2 и 3, соединяющих эти каналы. При этом число винтовых заходов шнеков 7 и 8 равно числу канавок 16 крышек 2 и 3 и количеству пар рабочих каналов 14 и возвратных каналов 15 корпуса 1. Наружный торец каждого из винтовых шнеков 7 и 8 поверх каналов 14 и 15 снабжен изготовленной с ним заодно косозубой звездочкой 17 и 18, зубья 19 которой отогнуты в сторону винтовых шнеков 7 и 8 с образованием между зубьями 19 участка 20 изогнутой поверхности, соразмерного по длине с диаметром шарика 13. Под звездочки 17 и 18 в каждой из крышек 2 и 3 выполнена проточка 21, 22, диаметр которой больше, чем диаметр винтового шнека 7 или 8. В крышках 2 и 3 выполнены равноудаленные друг от друга отверстия 23 и 24 по числу возвратных каналов 15 (фиг. 1), над которыми на поверхности крышек 2 и 3 закреплены кольца 25 и 26, выполненные в виде короткого усеченного конуса, предназначенные для обеспечения попадания разбрызгивающегося масла в дифференциал через сквозные отверстия 23 и 24.
Дифференциал используется следующим образом.
Заявляемый дифференциал с автоматической блокировкой колес является разновидностью винтового дифференциала и предназначен для обеспечения тягой колес ведущих мостов, в которых происходит проскальзывание одного из колес ведущих мостов с опорной поверхностью. Он может устанавливаться в качестве как межколесного дифференциала, так и межосевого дифференциала.
Перераспределение крутящих моментов в дифференциале между колесами и осями автомобиля достигается за счет шариков, передающих при вращении корпуса дифференциала, крутящий момент разнонаправленным шнекам.
Рассматриваемый дифференциал способен передавать большую часть крутящего момента (до 80%) небуксующему колесу и небуксующему мосту.
Дифференциал устанавливается вместо штатного конического дифференциала с сателлитами без дополнительных переделок.
Фланец левой крышки 2 дифференциала крепится болтами к ведомой шестерне главной передачи ведущего моста автомобиля (на чертежах не показано).
Левый и правый винтовые шнеки 7 и 8 соединяются шлицами с полуосями 4 и 5 левого и правого колеса соответственно.
При прямолинейном движении автомобиля, при равенстве коэффициентов сцепления у ведущих колес и одинаковой нагрузке на них дифференциал распределяет моменты в равном соотношении.
Но при снижении силы сцепления одного из колес и возникновении первых признаков к его пробуксовке силы трения, возникающие между деталями механизма, не дают этому колесу раскрутиться (забуксовать) и передают дополнительный момент на небуксующее колесо. Силы трения возникают между винтовыми шнеками 7 и 8 и шариками 13, между шариками 12 и каналами 14 и 15 корпуса 1, между шариками 13 и канавками 16 в крышках 2 и 3. Выполнение возвратных каналов 15 большего диаметра по всей длине канала или дискретно по его длине дает возможность создавать дифференциал с разными коэффициентами блокирования.
При повороте автомобиля на колесо, движущееся по внутреннему радиусу, сопротивление увеличивается. Происходит перераспределение крутящего момента в дифференциале, шарики 13 вместе с винтовыми шнеками 7 и 8 приходят в движение и колеса вращаются с разной скоростью, не препятствуя маневру.
Отогнутые в сторону винтовых шнеков 7 и 8 зубья 19 косых звездочек 17 и 18 обеспечивают «улавливание» шариков 13 в полусферических канавках 16 крышек 2 и 3 и направление их в рабочие каналы 14. Такая конструкция исключает разрушение винтовых шнеков 7 и 8, канавок 16 крышек 2 и 3, рабочих каналов 14 и возвратных каналов 15 корпуса 1 и самих шариков 13.
В процессе работы в дифференциал через отверстия 23 и 24 в крышках 2 и 3 попадает масло для смазки деталей дифференциала. При вращении дифференциала разбрызгивающееся за счет центробежной силы масло попадает на поверхность крышек 2 и 3 в пространство под кольцами 25 и 26, образованное их наклонной поверхностью, и через отверстия 23 и 24 попадает внутрь дифференциала, обеспечивая постоянно его принудительную смазку.
В сравнении с прототипом заявляемый дифференциал имеет улучшенные эксплуатационные характеристики в виде более долгого срока службы и возможности задания коэффициента блокирования. Кроме того, изготовление звездочки за одно целое со шнеком, помимо увеличения надежности, упрощает технологию изготовления дифференциала.