ДИФФЕРЕНЦИАЛ С ОГРАНИЧЕНИЕМ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА
DIFFERENTIAL WITH TORQUE LIMIT

Область техники
Изобретение относится к устройствам ограничения крутящего момента, а именно к блокируемым дифференциалам, содержащим устройство ограничения крутящего момента.
Уровень техники
Трансмиссии транспортных средств могут включать в себя дифференциальные устройства, разделяющие крутящий момент между колесами для регулировки тягового усилия каждого колеса во время эксплуатации транспортного средства. Иногда бывает целесообразным полностью блокировать трансмиссию для передачи неразделенного крутящего момента. В таком блокированном положении можно передавать 100% создаваемого крутящего момента. Если полуось не рассчитана на подобный высокий крутящий момент, то она выходит из строя. Это может приводить к повреждению других компонентов оси и непосредственно самого дифференциала.
Раскрытие изобретения
Раскрываемые здесь способы и устройства устраняют вышеуказанные недостатки и усовершенствуют уровень техники посредством селективно блокируемого дифференциала, который может содержать множество шпилек, чувствительных к крутящему моменту; внешний кожух; первую полуосевую шестерню с зубьями и шлицами; вторую полуосевую шестерню с зубьями; палец сателлита; соединенные с ним с возможностью вращения два сателлита, каждый из которых содержит зубья, входящие в зацепление с зубьями первой и второй шестерен; и кольцо с зубьями для селективного зацепления со шлицами первой полуосевой шестерни, причем кольцо связано с внешним кожухом посредством шпилек, чувствительных к крутящему моменту.
Кроме того, трансмиссия транспортного средства может содержать систему передачи крутящего момента от двигателя на селективно блокируемый дифференциал. Селективно блокируемый дифференциал может содержать множество шпилек, чувствительных к крутящему моменту, внешний кожух, первую полуосевую шестерню с зубьями и шлицами, вторую полуосевую шестерню с зубьями и палец сателлита. Два сателлита могут быть соединены с пальцем сателлита с возможностью вращения. Каждый сателлит может содержать зубья, входящие в зацепление с зубьями первой и второй шестерен. Кольцо может содержать зубья для выборочного зацепления со шлицами первой полуосевой шестерни. Кольцо может быть соединено с внешним кожухом посредством шпилек, чувствительных к крутящему моменту. Первая ось может быть соединена с первой полуосевой шестерней, а вторая ось может быть соединена со второй полуосевой шестерней.
Кольцо может дополнительно содержать соединительные выступы, а дифференциал дополнительно содержит обойму, соединенную со шпильками, чувствительными к крутящему моменту, при этом обойма содержит соединительные выемки под указанные выступы и по меньшей мере частично охватывает кольцо.
Дифференциал может содержать привод и толкатели, при этом привод выполнен с возможностью выборочного выталкивания толкателей в направлении кольца, так что когда толкатели выталкивают кольцо, соединительные выступы скользят по соединительным выемкам, а зубья кольца сцепляются со шлицами шестерни.
Дифференциал может содержать привод и толкатели, при этом привод выполнен с возможностью выборочного выталкивания толкателей в направлении кольца, так что когда привод выталкивает толкатели в направлении кольца, кольцо входит со скольжением во внешний кожух, и зубья кольца сцепляются со шлицами шестерни.
Каждая шпилька, чувствительная к крутящему моменту, содержит головку с резьбовым участком и основную часть с гладким участком, а внешний кожух содержит множество резьбовых отверстий, в каждое из которых входит резьбовой участок соответствующей шпильки, чувствительной к крутящему моменту, при этом в кольце выполнено множество отверстий, в каждое из которых входит гладкий участок соответствующей шпильки, чувствительной к крутящему моменту, так что кольцо может скользить по гладким участкам шпилек для селективного сцепления и расцепления его зубьев со шлицами шестерни.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, дифференциал дополнительно содержит множество шпилечных пружин, при этом в обойме выполнено множество отверстий, в каждое из которых входит соответствующая шпилька, чувствительная к крутящему моменту, и в каждом из которых расположена соответствующая шпилечная пружина, упирающаяся в торец соответствующей шпильки, чувствительной к крутящему моменту. Каждая шпилька, чувствительная к крутящему моменту, содержит головку с резьбовым участком и основную часть с гладким участком, при этом внешний кожух содержит множество резьбовых отверстий, в каждое из которых входит резьбовой участок соответствующей шпильки, чувствительной к крутящему моменту, а в каждое отверстие в обойме входит гладкий участок соответствующей шпильки, чувствительной к крутящему моменту, причем шпилечные пружины действуют в сторону выталкивания гладких участков из указанных отверстий.
Каждая из шпилек, чувствительных к крутящему моменту, содержит головку, шейку и основную часть, при этом шейка имеет диаметр, позволяющей срезать шпильку у шейки раньше, чем в любой другой ее части.
Каждая из шпилек, чувствительных к крутящему моменту, содержит по меньшей мере одну головку, сопряженную с основной частью, при этом расстояние между внешним кожухом и кольцом выбрано так, чтобы каждая шпилька, чувствительная к крутящему моменту, срезалась в области границы между головкой и корпусом, а после среза шпилек кольцо могло вращаться во внешнем кожухе.
Каждая из шпилек, чувствительных к крутящему моменту, содержит по меньшей мере одну головку, сопряженную с основной частью, при этом расстояние между внешним кожухом и кольцом выбрано так, чтобы каждая шпилька, чувствительная к крутящему моменту, срезалась в области границы между головкой и основной частью, а после среза шпилек обойма могла вращаться во внешнем кожухе.
При передаче крутящего момента на дифференциал каждая из шпилек, чувствительных к крутящему моменту, выполнена с возможностью срезания до того, как начнут разрушаться зубья кольца или первой шестерни.
Дополнительные особенности и преимущества изобретения будут изложены в дальнейшем описании и станут понятны и очевидны благодаря элементам и комбинациям, указанным, в частности, в формуле изобретения.
Представленное выше общее описание, а также последующее подробное описание являются исключительно типовыми и пояснительными и не ограничивают настоящее изобретение.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематически показана трансмиссия транспортного средства;
на фиг. 2 показан дифференциал с ограничением крутящего момента согласно первому варианту осуществления изобретения, вид с пространственным разделением деталей;
на фиг. 3 - то же, вид в сечении вдоль первой плоскости;
на фиг. 4 - то же, вид в сечении вдоль второй плоскости;
на фиг. 5 - блокирующее кольцо по первому варианту осуществления изобретения;
на фиг. 6 - шпилька, чувствительная к крутящему моменту, по первому варианту осуществления изобретения;
на фиг. 7 - левый кожух по первому варианту осуществления изобретения, вид изнутри;
на фиг. 8 - то же, вид снаружи;
на фиг. 9 - то же, вид в сечении;
на фиг. 10 показал дифференциал с ограничением крутящего момента согласно второму варианту осуществления изобретения, вид с пространственным разделением деталей;
на фиг. 11 - то же, вид в сечении вдоль первой плоскости;
на фиг. 12 - то же, вид в сечении вдоль второй плоскости;
на фиг. 13А - кольцо и обойма по второму варианту осуществления изобретения, первый вид;
на фиг. 13В - обойма, второй вид;
на фиг. 14 - шпилька, чувствительная к крутящему моменту, по второму варианту осуществления изобретения;
на фиг. 15 - левый кожух по второму варианту осуществления изобретения, вид в сечении;
на фиг. 16 - то же, вид изнутри;
на фиг. 17 - то же, вид снаружи;
на фиг. 18 - правый кожух, вид в сечении;
на фиг. 19 - правый кожух, вид с внутренней стороны;
на фиг. 20 - шпилька, чувствительная к крутящему моменту, сопряженная с блокирующим кольцом, детализированный вид.
Осуществление изобретения
Далее будут подробно рассмотрены примеры, изображенные на чертежах. По возможности, на всех чертежах для обозначения одинаковых или аналогичных деталей использованы одинаковые номера позиций. Указания направлений, такие как «слева», «справа», «спереди» и «сзади», использованы для упрощения при ознакомлении с фигурами и не должны рассматриваться в качестве ограничения.
На фиг. 1 изображен один из примеров выполнения трансмиссии транспортного средства. В данном примере транспортное средство является переднеприводным, т.е. основное тяговое усилие передается на переднюю ось. Двигатель 106, трансмиссия 107 и раздаточное устройство 108 функционально соединены спереди транспортного средства для передачи крутящего момента непосредственно на передние левую и правую полуоси 100 и 101. Через колесные ступицы 115 и 116 крутящий момент передается на колеса, создавая тягу для транспортного средства. Через механизмы раздаточного устройства 108, такие как гипоидная шестерня и ведущая шестерня, крутящий момент подается на карданный вал 109 и передается в заднюю часть транспортного средства. С карданным валом 109 может быть соединена муфта 120 полного привода, а в заднем приводном устройстве 110 может находиться электронный соединительный компонент и задний дифференциал.
Задний дифференциал может функционировать в разомкнутом или в блокированном режиме. В разомкнутом режиме заднее левое колесо 113 посредством колесной ступицы 117 и задней левой полуоси 111 может вращаться со скоростью, отличной от скорости вращения правого колеса 114. Аналогичным образом, заднее правое колесо 114 посредством колесной ступицы 118 и задней правой полуоси 112 может вращаться со скоростью, отличной от скорости вращения заднего левого колеса 113. В блокированном режиме на оба задних колеса, левое 113 и правое 114, передается одинаковый крутящий момент, поскольку левая 111 и правая 112 задние полуоси заблокированы при помощи внутренних компонентов заднего дифференциала.
Следует отметить, что трансмиссия по фиг. 1 является всего лишь типовой, а указанные здесь принципы могут использоваться в заднеприводном транспортном средстве или в транспортном средстве с несколькими дифференциалами.
Двигатель 106 может подавать разную вращательную мощность, которая может быть уменьшена или увеличена за счет понижения или повышения передачи. Мощность от двигателя передается в виде крутящего момента на оси транспортного средства, а поскольку оси обычно являются пустотелыми, они могут принимать крутящий момент лишь до определенного предела, после которого ось может выйти из строя, например, срезаться или скрутится. Поэтому оси обычно конструируют с запасом по крутящему моменту (АТС), который равен максимальному крутящему моменту, создаваемому двигателем, умноженному на передаточное число высшей ступени, являющееся наибольшим цифровым значением первой или задней передачи, умноженным на конечное передаточное число между гипоидной/ведущей шестерней и коронной шестерней. В разомкнутом режиме дифференциала АТС делится в соотношении 50:50 на каждую ось. Соответственно, на каждую ось приходится 0,5×АТС.
Однако если дифференциал заблокирован, то можно передавать 100% доступного крутящего момента на единственную ось таким образом, что ось получает 1,0×АТС. Ввиду непредсказуемости дорожной обстановки или неправильной эксплуатации со стороны пользователя, повышение качества оси может оказаться недостаточным для исключения поломки. К тому же, пользователи могут выбирать оси с меньшим запасом по крутящему моменту, руководствуясь другими соображениями, такими как требования по средней топливной экономичности (CAFE), дополнительный вес, дополнительное пространство для соответствующих компонентов и общие эксплуатационные расходы. Из-за поиска компромиссного решения, расходов и сложностей, связанных с улучшением качества полуосей с высоким сопротивлением, необходимых для обычной эксплуатации, достаточно сложно полностью предотвратить поломку оси в режиме блокированного дифференциала. Даже, если ось на 100% соответствует запасу по крутящему моменту (АТС), нельзя исключать возможность перегрузки полуоси, приводящей к ее поломке.
Описываемое устройство ограничения крутящего момента позволяет сохранить целостность оси в условиях передачи высокого крутящего момента. То есть устройство ограничения крутящего момента сконструировано таким образом, что оно срабатывает до того, как происходит разрушение полуоси. Такое устройство ограничения может срезаться и возвращать дифференциал в разомкнутый режим, предохраняя тем самым ось от избыточного крутящего момента до того как она срежется или скрутится. Срезание устройства ограничения крутящего момента позволяет предотвратить последующее повреждение компонентов оси и непосредственно самого дифференциала. Например, в осях полуразгруженного типа ось должна оставаться внутри кожуха даже в случае поломки дифференциала. При срезании устройства ограничения крутящего момента транспортное средство возвращается в разомкнутый режим и остается работоспособным, несмотря на невозможность возврата дифференциала в блокированный режим.
Внутри камеры 213 редуктора находится дифференциальная зубчатая передача, включающая в себя пару сателлитов 217. Сателлиты 217 являются ведущими шестернями дифференциальной зубчатой передачи, которые входят в зацепление с парой полуосевых шестерней 219 и 221. Когда коронная шестерня, закрепленная на правом кожухе 211, вращается, палец 218 сателлита вращается вместе с ним. Это, в свою очередь, приводит во вращение полуосевые шестерни 219 и 221. Полуосевые шестерни 219 и 221 содержат внутренние прямые шлицы 223 и 225, соответственно, сцепленные с ответными наружными шлицами на соответствующих левой и правой задних полуосях 111 и 112. Таким образом, при вращении коронной шестерни происходит вращение задних осей.
Когда дифференциал работает в разомкнутом режиме, во время обычного движения транспортного средства вперед, дифференцирования между левой и правой осями 111 и 112, либо между левой и правой полуосевыми шестернями 219 и 221 не происходит, а следовательно, сателлиты 217 не вращаются относительно пальца 218. В результате, левый и правый кожухи 212 и 211, сателлиты 217 и полуосевые шестерни 219 и 221 вращаются вокруг оси А, как если бы они были цельным узлом. Однако когда транспортное средство поворачивает или наезжает на неровность, вследствие чего задние колеса 113 и 114 крутятся с разной скоростью, сателлиты 217 вращаются вокруг пальцев 218 и 216, обеспечивая разные скорости вращения полуосевых шестерней относительно коронной шестерни.
Между тем, иногда целесообразно блокировать задние левую и правую полуоси 111 и 112 таким образом, чтобы они вращались с одинаковой скоростью. Поэтому в блокированном режиме полуосевая шестерня блокируется с кожухом, так что ей приходится вращаться с пальцем 218 сателлита. В примере, показанном на фиг. 2, левая полуосевая шестерня 219 блокирована. В результате зацепления происходит блокирование сателлитов 217 относительно полуосевой шестерни 219, что также приводит к блокированию полуосевой шестерни 221.
Как отмечалось ранее, блокированный режим может создавать большие нагрузки на различные детали, в том числе на оси, шестерни, колесные ступицы и блокирующие механизмы. Напряжения могут вызывать повреждение деталей транспортного средства, потерю им управляемости или потерю работоспособности. Поэтому блокирующий механизм (муфта), показанный на фиг. 2, функционально оснащен по меньшей мере одним, предпочтительно от шести до восьми средствами ограничения крутящего момента сконструированными так, чтобы разрушаться вместо выхода из строя других деталей трансмиссии. В свою очередь, муфта (стопорная пластина), показанная на фиг. 10, посредством охватывающей обоймы функционально оснащена по меньшей мере одним, предпочтительно от шести до восьми средствами ограничения крутящего момента.
Средства ограничения крутящего момента срезаются, прежде чем выйдет из строя задняя полуось 111 или 112 и прежде чем выйдут из строя непосредственно сами блокирующие механизмы. То есть средства ограничения крутящего момента выходят из строя при достижении конструктивного предела. Средства ограничения крутящего момента используются по принципу чистого среза при блокированном дифференциале, т.е. нагрузка, создаваемая крутящим моментом, воздействует непосредственно на средства ограничения крутящего момента, вызывая чистый срез этих средств вместо постепенного разрушения или раскалывания.
Существует несколько типов дифференциалов, одним из которых является E-locker или дифференциал с электронной блокировкой. В одной из конструкций, подобной той, что раскрыта в US 7264569, у кольца имеются небольшие выступы, которые сопрягаются с выемками в правом кожухе. Кольцо вращается вместе с кожухом и скользит относительно него при перемещении между блокированным и разблокированным режимами. Кольцо может прижиматься толкателями для блокирования относительно левой полуосевой шестерни. После этого в блокированном режиме кольцо вращается вместе с левым кожухом, правым кожухом, левой и правой блокирующими шестернями и сателлитами. В разомкнутом режиме кольцо вращается вместе с кожухом, но не блокирует полуосевые шестерни к сателлитам, и полуоси могут вращаться в разных режимах.
В приведенном на фиг. 2 примере по первому варианту осуществления изобретения у кольца (стопорной пластины) 210 нет соединительных выступов для соединения с правым или левым кожухами 211 и 212. Вместо этого у кольца имеются шпильки 200, ограничивающие крутящий момент (шпильки, чувствительные к крутящему моменту), соединенные с левым кожухом 212. Кольцо вращается вместе с левым кожухом 212 до тех пор, пока шпильки, чувствительные к крутящему моменту, остаются целыми. Если на муфту 210 воздействует крутящий момент, превышающий определенное значение, то при вращении кольцо 210 может срезать шпильки 200. После среза шпилек 200 кольцо 210 может свободно вращаться относительно правого кожуха 211, но при этом оно не сможет обеспечивать работу в режиме блокировки дифференциала, т.е. после среза шпилек 200 дифференциал может функционировать только в разомкнутом режиме.
Далее будет рассмотрен путь передачи крутящего момента с ведущего вала на задние левую и правую полуоси. Карданный вал 109 обычно оканчивается входной шестерней, которая соединена с коронной шестерней. Зубчатый венец коронной шестерни обычно проходит вокруг внешней части кожуха дифференциала. В примере, показанном на фиг. 2, зубчатый венец коронной шестерни проходит вокруг правого кожуха 211 и соединен с фланцем 215 через отверстия 715 и 1815. Когда входная шестерня вращает коронную шестерню, происходит вращение целиком всего дифференциала. Поскольку центральный палец 218 сателлита проходит через правый кожух 211, он вращается при вращении коронной шестерни. Для упрощения восприятия соединение коронной шестерни с входной шестерней карданного вала не показано, также как не показан и зубчатый венец коронной шестерни. Коронная шестерня и ее соединение с входной шестерней могут быть закрыты дополнительным кожухом.
Левый кожух 212 соединен с задней левой полуосью 111, а правый кожух соединен с задней правой полуосью 112. При помощи опор, которые не показаны, задняя левая полуось 111 может вращаться относительно левого кожуха 212, а задняя правая полуось 112 может вращаться относительно правого кожуха 211. Крутящий момент с коронной шестерни может передаваться на центральный палец 218 сателлита для его вращения. Центральный палец 218 сателлита проходит через два сателлита 217. В разомкнутом режиме сателлиты 217 могут вращаться вокруг центрального пальца 218. С центральным пальцем 218 сателлита (длинной поперечной осью) могут быть соединены дополнительные короткие поперечные оси 216. Короткие поперечные оси 216 могут обеспечивать вращение дополнительных сателлитов 217 внутри дифференциала. Короткие поперечные оси 216 могут быть соединены с левым кожухом 212 посредством шлицевых пружинных пальцев 220. Центральные сателлиты 217 дифференциала могут дополнительно сопрягаться со сферическими шайбами 222.
Сателлиты 217 входят в зацепление с полуосевыми шестернями. У правой полуосевой шестерни 221 имеются внутренние шлицы 223 для соединения с задней правой полуосью 112, а у левой полуосевой шестерни (блокирующей шестерни) 219 имеются внутренние шлицы для соединения с задней левой полуосью 111.
При вращении пальца 218 полуосевые шестерни 219 и 221 вращаются и, соответственно, задние полуоси 111 и 112 также вращаются. В разблокированном или разомкнутом режиме каждая из полуосевых шестерней может вращаться со скоростью, отличающейся от скорости вращения другой полуосевой шестерни, поскольку полуосевые шестерни могут поворачиваться относительно сателлитов 217 с разной скоростью. В заблокированном режиме блокирующая шестерня 219 (левая полуосевая шестерня) соединена с кольцом 210 (стопорной пластиной), которая соединена посредством шпилек 200, чувствительных к крутящему моменту, с левым кожухом 212. Левый кожух 212 соединен с правым кожухом 211 запорными винтами 214 через отверстия 714 и 1814. Правый кожух 211, как отмечалось выше, соединен с коронной шестерней и поворачивается при приложении вращательного момента от шестерни карданного вала. Поскольку блокирующая шестерня 219 заблокирована посредством кольца 210 и вращается вместе с кожухом с той же скоростью, что и палец 218 сателлита, дифференцированное вращение правой полуосевой шестерни 221 также блокируется, и она вращается с той же скоростью, что и блокирующая шестерня 219. В результате при блокированном дифференциале задние оси 111 и 112 вращаются с одинаковой скоростью.
Поскольку в блокированном режиме кольцо 210 должно находиться в блокированном положении, после разъединении кольца от левого кожуха 212 вследствие среза шпилек 200, чувствительных к крутящему моменту, дифференциал может функционировать только в разомкнутом режиме. Когда выбран разомкнутый режим, либо после среза шпилек 200, чувствительных к крутящему моменту, расцепление кольца 210 и блокирующей шестерни 219 обеспечивается волнистой пружиной 261. Волнистая пружина может быть установлена в выемке 708 левого кожуха 212. Размер выемки 708 под волнистую пружину может выбираться таким образом, чтобы гасить или предотвращать ее вибрацию во время работы дифференциала.
На фиг. 7 изображена внутренняя поверхность левого кожуха 212, на фиг. 8 изображена внешняя сторона левого кожуха 212, а на фиг. 9 изображено поперечное сечение левого кожуха 212. В выемке 708 имеется ограничитель 711 для размещения волнистой пружины 261. Другие отверстия в левом кожухе 212 будут рассмотрены в других частях описания изобретения.
На фиг. 18 и 19 более детально показан правый кожух. На фиг. 18 в поперечном сечении показано отверстие 1814 для крепления правого кожуха к левому кожуху. Также имеются пазы 1816 для шлицевых пружинных пальцев. Другие отверстия в правом кожухе используются для других целей, не относящихся к средствам ограничения крутящего момента.
Пользователь или автоматическая электронная система управления могут выбирать переключение дифференциала между разомкнутым и блокированным режимами. На фиг. 2 показан сокращенный приводной механизм 233. Электрические провода 259 соединены с выключателем или иным средством управления для включения статора 257. В зависимости от включенного или выключенного положения статора 257 нажимное кольцо 253 «поднято» или «опущено». В «поднятом» положении нажимное кольцо повернуто таким образом, чтобы пиковые области на нажимном кольце 253 прижимались ко вторым торцам 251 толкателями 247, которые выталкивают толкатели 247 в направлении кольцо 210. Первые торцы 248 прижимаются к кольцу 210, и оно, скользя в осевом направлении, входит в выемку 250 правого кожуха. Толкатели 247 выталкивают кольцо 210 в направлении левого кожуха 212, и кольцо 210 скользит по шпилькам 200, чувствительным к крутящему моменту, которые проходят через отверстия 501 в кольце 210. На кольце имеются зубья 504, каждый из которых имеет широкий торец 502 и узкий торец 503. Эти зубья сцепляются со шлицами 224, блокируя кольцо 210 относительно блокирующей шестерни 219.
В «опущенном» положении нажимное кольцо 253 повернуто таким образом, что толкатели могут упираться в желоба на нажимном кольце 253. Волнистая пружина 261 может выталкивать кольцо 210, которое, в свою очередь, может выталкивать толкатели 247 в желоба. Зубья 504 не сцеплены со шлицами 224.
У кольца 210 могут иметься зазоры вокруг шпилек 200, чувствительных к крутящему моменту, позволяющие кольцу 210 скользить вдоль основной части 202 шпильки. Внутри кожуха дифференциала может использоваться смазывающая жидкость для смазки при перемещении. Хотя показано, что отверстия 501 в блокирующем кольце 210, показанном фиг. 5, находятся рядом с его внешней границей, отверстия 501 можно центрировать на поверхности с наибольшей толщиной кольца, либо отверстия можно расположить радиально внутри относительно изображенного положения.
Приводной механизм 233 может дополнительно содержать стопорное кольцо 258, подшипник 254 и обойму 255 подшипника.
Дифференциал также может содержать прокладку 227 между правой полуосевой шестерней 221 и правым кожухом 211. Аналогичная прокладка может использоваться и с левой полуосевой шестерней 219 и левым кожухом 212.
В примере, показанном на фиг. 2, показано 6 шпилек 200 ограничения крутящего момента (шпилек, чувствительных к крутящему моменту). Между тем, допустимо использовать большее или меньшее количество шпилек 200 ограничения крутящего момента.
Как показано на фиг. 5, в кольце 210 имеются отверстия 501 под шпильки 200, чувствительные к крутящему моменту. Хотя это не видно, отверстия 501 могут проходить вглубь кольца 210 и насквозь пересекать ее. На зубьях 504 кольца имеется формовочный уклон, т.е. у зубьев имеется широкий торец 502 и узкий торец 503. Формовочный уклон способствует сцеплению зубьев 504 со шлицами 224. Шлицы 224 полуосевых шестерней могут иметь угол литейного уклона вследствие способа их формования. Для обеспечения равномерного контакта кольцо 210 также имеет угол литейного уклона. Углы на зубьях кольца и шлицы на полуосевой шестерне могут быть взаимодополняющими для обеспечения плавности зацепления.
Поскольку известные муфты изготавливаются при помощи ударного прессования с использованием матрицы для перевода рельефа на листы, зубья муфт известных конструкций не имеют формовочного уклона. Формовочный уклон на зубьях 504 кольца может быть образован путем механической обработки рельефа, полученного при помощи ударного прессования, что очень дорого. Либо, поскольку за счет отсутствия соединительных выступов конструкция кольца упрощается, формовочный уклон может быть получен за счет горячей штамповки в закрытых матрицах. Создание формовочного уклона на зубьях 504 кольца с той же себестоимостью, что и формовочный уклон на шлицах 224, способствует плавному и точному зацеплению зубьев 504 кольца со шлицами 224. Угол литейного уклона на зубьях 504 может за счет закругления углов зубьев способствовать предотвращению поломки кольца и неравномерного распределения нагрузки, либо может предотвращать поломку вследствие фрикционного сопротивления, создаваемого шлицами шестерни при перемещении зубьев кольца.
Как показано на фиг. 6, шпильки 200, чувствительные к крутящему моменту, имеют торцевую поверхность 204, которая может иметь прорезь или рельефное гнездо (Phillips, «плоскую головку» или т.п.) для ввинчивания или отвинчивания головки 201 шпильки, чувствительной к крутящему моменту, в левый кожух 212. Хотя это не показано, головка 201 шпильки имеет резьбу, и отверстия 710 в левом кожухе имеют резьбу, что позволяет неподвижно соединять головку 201 шпильки на месте. Чувствительная к крутящему моменту шпилька 200 содержит головку 201 с резьбовой частью и основную часть 202 с гладким участком. Основная часть 202 шпильки 200 может оканчиваться торцом 205 с фаской. Между головкой 201 шпильки и основной ее частью 202 может находиться зона среза или шейка 203. Зона 203 среза может включать в себя канавку, которая может быть окружной, для обеспечения места среза шпильки. Шейка может иметь такой же диаметр, что и основная часть шпильки.
Количество и размер шпилек 200, чувствительных к крутящему моменту, может варьироваться. Например, на фигурах показаны варианты, где количество шпилек, чувствительных к крутящему моменту, составляет от 6 до 8, однако допустимо использовать другое количество шпилек, например, от 4 до 10. Кроме того, соотношение между диаметром основной части шпильки и диаметром ее головки может варьироваться. Шпилька должна срезаться рядом или вблизи границы между головкой и основной частью, а площадь места среза 203 может быть меньше площади основной части шпильки, если на корпусе имеется канавка, уменьшающая диаметр в данном месте.
L
B
Особое внимание следует уделить ситуации, когда нагрузка, создаваемая крутящим моментом, передается на кольцо 210 до того, как оно полностью сцепится с блокирующей шестерней. Это может создать напряжение изгиба, которое может отличаться от идеальной равномерно распределенной нагрузки (РРН). На фиг. 20 дифференциал показан в разомкнутом режиме. Зубья 504 муфты еще не сцепились со шлицами 224 блокирующей шестерни (полуосевой шестерни 219). Кольцо 210 толщиной T поступательно перемещается вдоль шпилек 200, чувствительных к крутящему моменту. Шпильки 200 имеют ширину T, являющуюся длиной открытой части шпильки в разомкнутом режиме.
Шпилька на открытой части длины может испытывать изгибное напряжение, которое может варьироваться в зависимости от процента зацепления зубьев 504 муфты со шлицами 224. Поскольку процент зацепления изменяется от 5% до 100%, изгибное напряжение также изменяется, а поскольку количество шпилек, чувствительных к крутящему моменту, в дифференциале изменяется от 4 до 10, то изгибное напряжение изменяется в зависимости от процента зацепления зубьев 504 со шлицами 224.
Другая ситуация может возникнуть в случае искривления шпилек, чувствительных к крутящему моменту, во время эксплуатации. Это может происходить в случае неравномерного распределения нагрузки. В подобной ситуации точечная нагрузка может воздействовать на шпильку у начала поверхности кольца, а распределение нагрузки от крутящего момента и изгибных напряжений могут корректироваться соответствующим образом. Для того чтобы срез шпилек, чувствительных к крутящему моменту, при нагрузке происходил в заданном месте, например, у границы между головкой шпильки и основной ее частью, в месте 203 среза может иметься канавка. Диаметр канавки должен быть несколько меньше диаметра основной части шпильки.
Поскольку кольцо 210 и шпильки 200 находятся на пути передачи крутящего момента, важно, чтобы при поломке устройства обломки не попали на путь передачи крутящего момента и чтобы они не засоряли другие внутренние компоненты. В связи с этим зазор между левым кожухом 212 и кольцом 210, зазор между кольцом и правым кожухом 211 и длина основной части 202 шпильки подбираются таким образом, чтобы предотвратить перемещение обломков этих шпилек. Шпилька, чувствительная к крутящему моменту, изготавливается из такого материала, а ее размер подбирается таким образом, чтобы свести к минимуму вероятность разрыва или разрушения на множество мелких частей. Это повышает ремонтопригодность конструкции, т.е. дифференциал можно разобрать, а шпильки 200 заменить. Конструкция ремонтопригодна, поэтому после срезания шпилек, чувствительных к крутящему моменту, не нужно утилизировать деталь целиком. Между тем, для проведения обслуживания может потребоваться демонтаж части деталей дифференциала и трансмиссии.
Во втором варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 10, вместо демонтажа полуосей, крышек подшипников, подшипников и т.п. задней приводной оси, при обслуживании дифференциала может осуществляться лишь удаление головок шпилек, чувствительных к крутящему моменту, и основных частей этих шпилек после демонтажа кожуха вокруг сателлита и коронной шестерни. В такой конструкции шпильки, чувствительные к крутящему моменту, соединяют левый кожух с обоймой (кожухом стопорной пластины), как показано на фиг. 13А, 13В, тем самым функционально соединяясь с выступами муфты внутри ее обоймы. Шпильки, чувствительные к крутящему моменту, упираются встык в пружины в обойме, обеспечивая удаление корпуса срезанной шпильки при обслуживании. Шпильки, чувствительные к крутящему моменту, могут быть заменены без утилизации всего дифференциала целиком и без демонтажа приводной оси и дифференциала.
Несколько элементов из первого варианта осуществления изобретения используются во втором варианте осуществления изобретения, поэтому их повторное рассмотрение опущено.
Как показано на фиг. 17-19, левый кожух 273 соединяется с правым кожухом 211 при помощи запорных винтов 214, входящих в отверстия 1614 и 1814. Как отмечалось выше, соединение может быть резьбовым. В отверстия 1610 вставляются 8 шпилек 274, ограничивающих крутящий момент (шпилек, чувствительных к крутящему моменту). Шпильки 274, ограничивающие крутящий момент, ввинчиваются в левый кожух 273 и входят внутрь обоймы 271, где они упираются встык в шпилечные пружины 272. Наружный диаметр шпилечных пружин 272 может быть равен или меньше наружного диаметра шпилек 274, ограничивающих крутящий момент, чтобы пружина не наматывалась на эти шпильки 274.
Кольцо 270 может совершать возвратно-поступательные движения в обойме 271 для блокирования и разблокирования дифференциала, т.е. кольцо 270 может скользить из первого положения, в котором дифференциал функционирует в разомкнутом режиме, во второе положение, в котором дифференциал функционирует в блокированном режиме. Как отмечалось выше, для перемещения кольца 270 могут использоваться нажимное кольцо 253, толкатели 247 и волнистая пружина 261. Первый торец 249 толкателя упирается в кольцо 270.
На фиг. 11 показан дифференциал по второму варианту в разрезе вдоль одной из плоскостей для иллюстрации того, как толкатель 247 упирается в кольцо 270. Также показано, что кольцо может скользить в обойме 271 на расстояние D. На фиг. 12 показан тот же дифференциал в разрезе вдоль другой плоскости, при этом видно, как шпильки 274, ограничивающие крутящий момент, проходят через отверстия 1610 в левом кожухе 273. Шпильки 274 заходят в обойму 271, упираясь торцом в шпилечные пружины 272. Поскольку фиг. 12 выполнена не в масштабе, шпилечные пружины 272 могут иметь иные размеры, например, быть более длинными или более короткими по отношению к обойме 271, а шпильки 274, ограничивающие крутящий момент, также могут иметь иные размеры, в том числе большую или меньшую длину корпуса. На обеих фигурах кольцо 270 показано расцепленной со шлицами 224 левой полуосевой блокирующей шестерни 219.
Длина шпилек, ограничивающих крутящий момент, зазор между левым кожухом 273 и обоймой 271 кольца, а также зазор между обоймой 271 и правым кожухом 211 выбираются таким образом, чтобы срезанные шпильки оставались в области, которая не загрязняет другие подвижные детали дифференциала. К тому же шпильки 274, ограничивающие крутящий момент, предпочтительно сконструированы таким образом, чтобы они не разрушались, создавая большое количество обломков после их срезания.
На фиг. 13А и 13В кольцо 270 и ее обойма 271 показаны более детально. На кольце 270 имеются соединительные выступы, скользящие в выемках 1302 обоймы 271. Выемки 1302 не обязательно должны проходить по всей длине обоймы 271, кроме того, можно использовать упор 1303. Волнистая пружина 261 может упираться в окружный ободок 1304, имеющийся на внутренней части обоймы, так, чтобы она находилась внутри упора 1303. Упор волнистой пружины подобным образом дает возможность уменьшить глубину демпфирования в левом кожухе, позволяя тем самым сделать выемку 1608 под пружину более мелкой. Упор 1611 волнистой пружины образует дно выемки 1608, в которую садится волнистая пружина 261.
Помимо упора в ободок 1304, волнистая пружина 261 отклоняет кольцо 270 в сторону от упора 1303 и от левого кожуха 273 в направлении нажимного кольца 253. За счет подобного отклонения, когда дифференциал находится в разомкнутом положении, зубья 1305 кольца не сцепляются со шлицами 224 полуосевой шестерни, и кольцо 270 выталкивает толкатели 247 в направлении желобов нажимного кольца 253. В блокированном режиме волнистая пружина 261 сжимается, вершины нажимного кольца 253 выталкивают толкатели 247, которые выталкивают кольцо 270 в направлении левого кожуха 273 таким образом, что зубья 1305 кольца сцепляются со шлицами 224 полуосевой шестерни.
У кольца 270, показанного на фиг. 13, формовочный уклон на зубьях 1305 не виден, хотя, как отмечалось выше, подобный формовочный уклон может иметься.
Кроме того, в обойме 271 кольца имеются отверстия 1306 под шпильки, которые могут проходить через эту обойму 271, поскольку шпилечные пружины 272 могут упираться в правый кожух 211. Между тем, для предотвращения трения, возникающего при свободном вращении обоймы 271, отверстия 1306 под шпильки могут частично заходить в обойму 271 таким образом, чтобы шпилечные пружины 272 находились между дном отверстий 1306 и торцом шпильки 274, ограничивающей крутящий момент. Отверстия 1306 под шпильки обеспечивают скользящую посадку шпилек 274, а зазор между отверстиями 1306 под шпильки и шпильками 274 выполнен таким, чтобы он был рассчитан на изгибное напряжение. Как отмечалось выше, смазывающая жидкость в дифференциале способствует плавности скольжения деталей.
На фиг. 13В показана противоположная сторона обоймы 271. На изображении видны отверстия 1306 под шпильки и множество выемок 1310, расположенных между всеми отверстиями под шпильки. Выемки 1310 выровнены с ориентирующими пазами 1616 в левом кожухе 212. При срезании шпилек 274 обойма 271 может свободно вращаться в правом кожухе 211. Такое вращение становится возможным, даже если волнистая пружина 261 сможет расцепить кольцо 270 со шлицами 224 полуосевой шестерни. За счет подобной вращательной способности отверстия 1306 под шпильки в обойме 271 в левом кожухе можно не выравнивать с отверстиями 1610 для шпилек, ограничивающих крутящий момент. Так, если головки 141 шпилек, ограничивающих крутящий момент, отвинчены от левого кожуха 212, шпилечные пружины 272 могут не выталкивать обломки, поэтому пользователю может потребоваться вручную повернуть обойму 271 при помощи штыря, отвертки или иного инструмента, вставленного в имеющуюся выемку 1310, используя инструмент для поворота обоймы для выравнивания и удаления обломков. Подобная конструкция позволяет обслуживать дифференциал без его разборки. Замену шпилек, ограничивающих крутящий момент, можно производить после слива смазывающей жидкости из кожуха вокруг ведущей шестерни и коронной шестерни и демонтажа панели для доступа.
Кольцо 270 находится на пути передачи крутящего момента дифференциала и крайне важно для блокирования блокирующей шестерни 219 для вращения вместе с левым кожухом 212, и, соответственно, блокирования правой оси 112 таким образом, чтобы она вращалась вместе с левой осью 111. Таким образом, дифференциал может работать в блокированном режиме только тогда, когда обойма 271 закреплена шпильками 274, ограничивающими крутящий момент, а кольцо 270 сцеплено с блокирующей шестерней 219. Если на кольцо 270 будет действовать крутящий момент, превышающий определенную величину, то обойма 271 может начать вращаться и срежет шпильки 274, ограничивающие крутящий момент, обойма 271 и, следовательно, кольцо 270 могут свободно вращаться в правом кожухе 211. Волнистая пружина может вытолкнуть кольцо 270 из положения зацепления со шлицами 224 блокирующей шестерни 219, и дифференциал перейдет в расцепленный режим.
Размер и количество шпилек 274, ограничивающих крутящий момент, выбираются с учетом параметров системы, при этом шпильки, ограничивающие крутящий момент, сконструированы таким образом, чтобы они срезались до того как другие компоненты внутри ведущей оси и дифференциал выйдут из строя вследствие перекоса или срезания. Например, шпильки 274, ограничивающие крутящий момент, могут срезаться в условиях, способствующих только срезанию, т.е. шпильки, ограничивающие крутящий момент, могут выходить из строя лишь под действием срезающей нагрузки или напряжения среза. В идеальном случае нагрузки, создаваемые в результате воздействия на шпильки крутящего момента, направлены перпендикулярно оси шпилек, чтобы на шпильки не действовали никакие другие нагрузки, такие как изгиб, кручение, ударные нагрузки и т.п. Окончательная прочность системы ограничения крутящего момента может соответствовать пределу прочности материала полуоси или пределу прочности материала муфты. Другими словами, вместо разрушения полуоси или муфты разрушаются шпильки, ограничивающие крутящий момент.
У шпилек 274, ограничивающих крутящий момент, имеется торцевая поверхность, на которой может иметься канавка или иной вырез для обеспечения винтового соединения с левым кожухом 273. На часть или на всю головку 141 шпильки может быть нанесена резьба для неподвижного соединения с левым кожухом 273. Основная часть 142 шпильки может быть короче основной части 202 шпильки, но в любом случае может оканчиваться торцом 145 с фаской. Место среза или шейка 143 может находиться между головкой 141 шпильки и основной частью 142 шпильки. Место 143 среза может содержать канавку, которая может быть окружной, упрощая срез в частности вдоль плоскости шпильки 274, ограничивающей крутящий момент. Шейка может иметь такой же диаметр, что и основная часть шпильки.
Также как и в рассмотренных выше примерах можно сказать, что срезающее напряжение в шпильках, ограничивающих крутящий момент, зависит от диаметра основной части шпилек и их количества. То есть, нагрузку, создаваемую крутящим моментом, можно регулировать за счет изменения количества используемых шпилек, диаметров головок шпилек, основных частей шпилек или шеек шпилек, а также за счет наличия или отсутствия канавки на границе между головкой шпильки и основной части шпильки. Кроме того, изменение расстояния, на которое шпилька удалена от центральной оси (А или В), также может влиять на нагрузку, создаваемую крутящим моментом, до момента среза.
Поскольку обойма 271 кольца должна быть неподвижна относительно несрезанных шпилек, ограничивающих крутящий момент, и не должна перемещаться вдоль этих шпилек, напряжение изгиба шпилек и параметры их изгиба уменьшены по сравнению с первым вариантом осуществления изобретения.
После среза шпилек 274, ограничивающих крутящий момент, для извлечения основных частей 142 из обоймы 271 головки 141 шпилек отвинчивают от левого кожуха 273. Для упрощения выравнивания срезанных обломков с отверстиями 1610, обойму 271 ориентируют относительно левого кожуха 273, как это было рассмотрено выше, таким образом, чтобы отверстия 1306 под шпильки были выровнены с отверстиями 1610 для шпилек, ограничивающих крутящий момент. После выравнивания сжатые шпилечные пружины 272 выталкивают основные части 142 шпилек. После этого можно устанавливать новые шпильки, ограничивающие крутящий момент, без разборки дифференциала, без дополнительной регулировки левого и правого кожухов 273 и 211 и без демонтажа осей, подшипников и т.п.
Кроме того, срезанные шпильки, ограничивающие крутящий момент, можно извлечь, отвинтив головки 141 шпилек. Затем вручную ограничить вращение дифференциала и ограничить вращение правой оси. После этого повернуть нажимное кольцо 253 в любом направлении, вначале за счет включения катушки статора, которая ограничивает вращение нажимного кольца, а затем вручную повернув коронную шестерню, преодолевая усилие волнистой пружины 261. Это можно осуществить как с вращением, так и без вращения левой полуоси. По мере того, как нажимное кольцо прижимается к толкателям 274, кольцо 270 может сцепиться со шлицами 224. После этого вращение левой оси приведет к вращению блокирующей шестерни, которая приведет во вращение кольцо 270 и ее обойму 271. После этого шпилечные отверстия 1306 можно выровнять с пустыми отверстиями 1610 под шпильки, ограничивающие крутящий момент, а напряженные шпилечные пружины 272 вытолкнут корпуса 142 срезанных шпилек.
После ознакомления с описанными примерами осуществления изобретения специалистам в данной области техники станут очевидны и другие варианты осуществления этого изобретения. Приведенное описание изобретения следует рассматривать исключительно в качестве типовых, а объем и сущность изобретения определены в формуле изобретения.