Крестовина дифференциала транспортного средства (два варианта)
VEHICLE DIFFERENTIAL CROSSPIECE (TWO VERSIONS)

Изобретение относится к машиностроению, в частности к межколесным дифференциалам ведущих мостов транспортных средств.
Известна крестовина дифференциала транспортного средства, которая состоит из четырех коротких стержней, внутренние концы которых имеют клиновидную форму с углом переднего края 90° между поверхностями передней кромки, образующими наконечник клина, причем внутренние концы втулок клиновидной формы контактируют друг с другом (WO 0188414 (А1), МПК F16H 48/08, опубл. 2001-11-22).
К недостаткам конструкции можно отнести необходимость высокой точности изготовления стержней, т.к. необходимо обеспечить точные линейные размеры и угол переднего края для плотного прилегания друг с другом клиновидных кромок, для того чтобы исключить проворачивание стержней и их смещение в отверстиях чашки дифференциала. Это приводит к износу отверстия чашки дифференциала и самих стержней, и как следствие, к нарушению зубчатого зацепления в шестернях с последующей их поломкой.
Известна крестовина дифференциала, содержащая длинный стержень и два коротких стержня, имеющих форму цилиндра, на одном конце каждого из упомянутых коротких стержней расположена контактная часть, а по центру упомянутого длинного стержня выполнены два паза, которые используются для вставки в них отдельно контактной части каждого короткого стержня, причем форма сечения контактной части совпадает с формой выреза пазов, и когда две контактных части по отдельности плотно вставлены в два паза длинного стержня, два коротких стержня по отдельности перпендикулярны к длинному стержню и коллинеарны по отношению друг к другу, при этом один из них имеет сквозное отверстие вдоль его оси, а другой - глухое резьбовое отверстие, соединительный элемент в виде болта, вставленный в сквозное отверстие короткого стержня, в сквозное отверстие длинного стержня и вкрученное в глухое отверстие другого короткого стержня (RU №142136 U1, МПК F16H 48/38 (2012.01), опубл. 20.06.2014).
Недостатками данной конструкции является низкая надежность конструкции, т.к. соединительный элемент в виде болта, ввернутый в резьбовое отверстие короткого стержня, постепенно выкручивается из-за того, что при работе дифференциала имеют место значительные вибраций деталей и широкие перепады температур от - 20°С при ночной стоянке до 130°С при установившемся движении автомобиля. После выкручивания соединительный элемент (болт) за счет центробежных сил от вращения дифференциала попадает в картер главной передачи, тем самым разрушая ее.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является крестовина межколесного дифференциала, содержащая выполненный в форме цилиндра длинный стержень, по центру которого имеется два паза и сквозное отверстие перпендикулярное к ним, два коротких стержня, каждый из которых имеет сквозное отверстие вдоль его оси, внутренние торцы, которые плотно соприкасаются с поверхностью пазов длинного стержня, таким образом, что два коротких стержня перпендикулярны к длинному стержню и коллинеарны по отношению друг к другу, наружные торцы и соединительный элемент в виде стержня, вставленного в сквозные отверстия длинного и обоих коротких стержней, имеющий головку в виде головки болта, которая соприкасается с наружным торцом одного из коротких стержней, и резьбовой конец с навинченной на него гайкой, соприкасающейся с наружной торцевой поверхностью другого короткого стержня (US 005647814 (А), МПК F16H 48/08, опубл. 1997-07-15).
Недостатком конструкции является увеличенный осевой и радиальный размер крестовины, что также влияет на габарит дифференциала, т.к. для того, чтобы расположить гайку и головку болта соединительного элемента крестовины снаружи чашки дифференциала, необходимо сместить в осевом направлении соединительные фланцы чашки дифференциала и ведомой шестерни, а это значительно увеличивает осевой габарит всего дифференциала.
Была поставлена задача, не снижая надежности крестовины, обеспечить крепление ее стержней соединительным элементом таким образом, чтобы в итоге уменьшить осевые и радиальные размеры крестовины и дифференциала в целом.
В ходе решения задачи прорабатывались следующие варианты:
- для уменьшения осевых и радиальных размеров можно поместить головку болта и гайку внутрь коротких стержней, выполнив в них дополнительные внутренние отверстия диаметром больше, чем диаметр соединительного элемента, тем самым уменьшая толщину их стенок. Но это значительно уменьшает прочность коротких стержней, что под нагрузкой может привести к их поломке;
- для уменьшения осевых и радиальных размеров можно соединить короткие стержни с чашкой дифференциала при помощи сварки. Но это ведет к значительному короблению деталей дифференциала из-за высокой температуры сварки. Также возможно попадание сварочных брызг в полость дифференциала, что приводит к поломке деталей во время работы дифференциала.
Для решения поставленной задачи в крестовине дифференциала транспортного средства, содержащей длинный стержень, по центру которого выполнено два паза и сквозное отверстие, перпендикулярное к ним, два коротких стержня, каждый из которых имеет сквозное отверстие, выполненное вдоль его оси, установленные в пазы длинного стержня перпендикулярно к длинному стержню и коллинеарно по отношению друг к другу таким образом, что их внутренние торцы плотно соприкасаются с поверхностью пазов длинного стержня, соединительный элемент, вставленный в сквозные отверстия длинного и обоих коротких стержней, по первому варианту исполнения длинный стержень имеет одинаковый диаметр по всей длине, внутренние торцы коротких стержней выполнены с двумя внешними пазами, образующими контактную часть, предназначенную для установки в пазы длинного стержня, соединительный элемент выполнен в виде оси, имеет гладкую наружную поверхность и размещенные на концах кольцевые проточки, в которые установлены стопорные кольца, контактирующие с внешней торцевой частью коротких стержней.
По второму варианту исполнения в крестовине дифференциала транспортного средства, содержащей длинный стержень, по центру которого выполнено два паза и сквозное отверстие, перпендикулярное к ним, два коротких стержня, каждый из которых имеет сквозное отверстие, выполненное вдоль его оси, установленные в пазы длинного стержня перпендикулярно к длинному стержню и коллинеарно по отношению друг к другу таким образом, что их внутренние торцы плотно соприкасаются с поверхностью пазов длинного стержня, соединительный элемент, вставленный в сквозные отверстия длинного и обоих коротких стержней, длинный стержень имеет одинаковый диаметр по всей длине, внутренние торцы коротких стержней выполнены с двумя внешними пазами, образующими контактную часть, предназначенную для установки в пазы длинного стержня, соединительный элемент выполнен в виде оси, имеет гладкую наружную поверхность, на одном конце которого имеется кольцевая проточка, куда установлено стопорное кольцо, контактирующее с внешней торцевой частью короткого стержня, а другой конец имеет цилиндрический участок, диаметром большим, чем диаметр оси, также контактирующий с внешней торцевой частью второго короткого стержня.
По обоим вариантам фиксаторы могут быть помещены внутри отверстий, выполненных цекованием на внешних торцах коротких стержней.
Отличительные признаки по первому варианту, заключающаяся в том, что длинный стержень имеет одинаковый диаметр по всей длине, внутренние торцы коротких стержней выполнены с двумя внешними пазами, образующими контактную часть, предназначенную для установки в пазы длинного стержня, соединительный элемент выполнен в виде оси, имеет гладкую наружную поверхность и размещенные на концах кольцевые проточки, в которые установлены стопорные кольца, контактирующие с внешней торцевой частью коротких стержней, по отдельности и в совокупности позволяют уменьшить осевые и радиальные размеры крестовины и дифференциала в целом, добиться высоких показателей по надежности узла.
Отличительные признаки по второму варианту, заключающиеся в том, что соединительный элемент выполнен в виде оси, имеет гладкую наружную поверхность, на одном конце которого имеется кольцевая проточка, куда установлено стопорное кольцо, контактирующее с внешней торцевой частью короткого стержня, а другой конец имеет цилиндрический участок, диаметром большим, чем диаметр оси, также контактирующий с внешней торцевой частью второго короткого стержня, по отдельности и в совокупности также позволяют уменьшить осевые и радиальные размеры крестовины и дифференциала в целом, добиться высоких показателей по надежности узла.
Заявителю не известны крестовины дифференциалов транспортного средства, обладающие указанной совокупностью существенных признаков, и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
фиг. 1 - крестовина дифференциала транспортного средства в изометрии (вариант 1);
фиг. 2 - то же в разобранном виде;
фиг. 3 - пример установки в дифференциал, вид в разрезе;
фиг. 4 - то же, разрез А-А на фиг. 3;
фиг. 5 - то же, вид на торец короткого стержня с фиксатором в изометрии;
фиг. 6-9 - примеры исполнения фиксаторов.
Крестовина дифференциала содержит выполненные в виде цилиндров длинный стержень 1, два коротких стержня 2, соединительный элемент 3 в виде оси.
Длинный стержень 1 имеет одинаковый диаметр по всей длине, по центру стержня выполнены два паза 4 и сквозное отверстие 5, перпендикулярное к ним. Два коротких стержня 2 имеют сквозное отверстие 6 вдоль оси. Внутренние торцы коротких стержней 2 выполнены с двумя внешними пазами 7, образующими выступы 8 (контактную часть), которыми стержни плотно вставлены в пазы 4 длинного стержня 1 до соприкосновения с его поверхностью. Таким образом короткие стержни 2 перпендикулярны к длинному стержню 1 и коллинеарны по отношению друг к другу, а их выступы 8 соприкасаются с нижней поверхностью пазов 4 длинного стержня 1.
В сквозное отверстие 6 коротких стержней 2 и в сквозное отверстие 5 длинного стержня 1 вставлен соединительный элемент 3, имеющий гладкую наружную поверхность. На его концах имеются проточки 9, в которых установлены фиксаторы, выполненные в виде стопорных колец 10 (вариант 1, фиг. 2, 7 и 9). По второму варианту исполнения в проточке 9, выполненной на одном конце соединительного элемента 3, также установлен фиксатор в виде стопорного кольца 10. Другой конец соединительного элемента 3 имеет фиксатор в виде цилиндрического участка 11, диаметром большим, чем диаметр оси, с образованием буртика 12 (вариант 2, фиг 6, 8.). Стопорные кольца 10 и цилиндрическая часть 11 соприкасаются с внешней поверхностью торцевой части коротких стержней 2. Для еще большего уменьшения радиальных габаритов крестовины фиксаторы 10 и 11 могут быть помещены внутри отверстий 13, выполненных цекованием на внешних торцах коротких стержней 2.
Длинный стержень 1 и внешняя цилиндрическая часть коротких стержней 2 имеют одинаковый диаметр в диапазоне 28-40 мм.
На длинном стержне 1 и коротких стержнях 2 установлены сателлиты 14, взаимодействующие зубчатым зацеплением с полуосевыми шестернями, одна из которых 15 помещена в отверстие чашки 16 дифференциала, а другая 17 - в отверстие ведущей шестерни 18. Ведущая шестерня 18 и чашка 16 дифференциала соединены между собой крепежными элементами 19.
Сборка крестовины и самого дифференциала происходит следующим образом.
В чашку 16 дифференциала сначала помещается полуосевая шестерня 15. Затем в отверстие чашки 16 вставляется длинный стержень 1, на который последовательно надеваются сателлиты 14. Далее в каждый из оставшихся отверстий в чашке 16 дифференциала запрессовываются короткие стержни 2, с надетыми на них сателлитами 14, причем так, что выступы 8 коротких стержней 2 входят в пазы 4 длинного стержня 1 до упора. Затем в сквозные отверстия 6 коротких стержней 2 и сквозное отверстие 5 длинного стержня 1 устанавливается соединительный элемент 3. Далее в проточки 9 соединительного элемента 3 устанавливаются фиксаторы в виде стопорных колец 10 (первый вариант). По второму варианту исполнения одно из стопорных колец 10 заменено на фиксатор в виде цилиндрической части 11, диаметром большим, чем диаметр оси, с образованием буртика 12. После этого к чашке 16 с установленными деталями 15, 1, 14, 2, 3, 10 (или 10 и 11) и другой полуосевой шестерне 17 присоединяется шестерня 18 при помощи крепежных болтов 19. Крестовина дифференциала транспортного средства имеет уменьшенные габариты, надежную конструкцию, а также обеспечивает простоту сборки дифференциала.
Предложенная крестовина может быть изготовлена на стандартном оборудовании с применением освоенных ранее технологий.