КОНИЧЕСКИЙ САМОБЛОКИРУЮЩИЙСЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ
CONE SELF-LOCKING DIFFERENTIAL WITH HYDRAULIC RESISTANCE

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 конического самоблокирующегося дифференциала с гидравлическим сопротивлением 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 коническом самоблокирующемся дифференциале с гидравлическим сопротивлением, 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 перед обратными клапанами в осевых отверстиях между радиальными нагнетательными каналами статора и выходными каналами два клапана блокировки дифференциала, каждый из которых состоит из обращенного днищем к радиальному нагнетательному каналу статора поршня и возвратной пружины сжатия, и осевое отверстие под поршень пересекает выходной канал, а поршень, диаметр которого больше диаметра выходного канала, может перекрывать этот выходной канал, 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 выходной канал рабочей жидкости блокировочного устройства открытым, 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 и перекрывать им частично или полностью выходной канал блокировочного устройства, блокируя таким образом дифференциал, обеспечивая ему высокие блокирующие свойства, возможность прекращения буксования и дальнейшего движения автотранспортного средства.
Устройство предлагаемого конического самоблокирующегося дифференциала с гидравлическим сопротивлением поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 изображен фронтальный разрез, на фиг. 2 - профильный разрез.
Предлагаемый конический самоблокирующийся дифференциал с гидравлическим сопротивлением 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 перед обратными клапанами 11 в осевых отверстиях 16, между радиальными нагнетательными каналами 13 статора и выходными каналами 14, два клапана блокировки дифференциала. Каждый клапан блокировки 17 состоит из обращенного днищем через осевое отверстие 18 меньшего диаметра в статоре к радиальному нагнетательному каналу 13 этого статора поршня 19 и возвратной пружины сжатия 20 (справа от поршня). Осевое отверстие 16 под поршень пересекает выходной канал 14. Диаметр поршня 19 больше диаметра выходного канала 14 и поршень может перекрывать этот выходной канал. Полость отверстия под поршень клапана блокировки в районе возвратной пружины (справа) через многократно превышающее по площади площадь поперечного сечения выходного канала окно 21 сообщается с полостью дифференциала, кроме того, она может дополнительно сообщаться с последней и компенсационным отверстием (на схеме не показано).
Поступление рабочей жидкости в полость корпуса дифференциала и к всасывающему каналу 12 лопастного насоса блокировочного устройства обеспечивается черпаками 22.
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 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 конический самоблокирующийся дифференциал с гидравлическим сопротивлением 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, выходной канал 14 блокировочного устройства остается полностью открытым (как на фиг. 1) и рабочая жидкость (пройдя через обратный клапан 11) свободно протекает через него и далее через полость отверстия под поршень клапана блокировки в районе возвратной пружины и окно 21 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 19 клапана блокировки, сжимая возвратную пружину 20 и перемещаясь вправо, частично или полностью (в зависимости от пробуксовки колеса) перекрывает выходной канал 14 блокировочного устройства, 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 автотранспортного средства, 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 20 поршень 19 клапана блокировки переместится влево, в исходное положение (как на фиг. 1), и выходной канал 14 блокировочного устройства снова станет полностью открытым, т.е. дифференциал разблокируется.
Таким образом, предлагаемый конический самоблокирующийся дифференциал с гидравлическим сопротивлением 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.