дифференциальная передача транспортного средства в.п.демина

Формула изобретения

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ПЕРЕДАЧА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА В. П. ДЕМИНА

Диффеpенциальная пеpедача тpанспоpтного сpедства, содеpжащая коpпус, соосно установленные в нем две полуоси, две ступени для связи полуосей между собой, одна из ступеней выполнена планетаpной эксцентpиковой, отличающаяся тем, что, с целью повышения нагpузочной способности, втоpая ступень выполнена также планетаpной эксцентpиковой и каждая из ступеней имеет pазмещенный на полуоси посpедством эксцентpика сдвоенный сателлит для взаимодействия с центpальным колесом с внутpенними зубьями, закpепленным в коpпусе, и центpальным колесом с внутpенними зубьями, жестко связанным с аналогичным колесом дpугой ступени, последние pазмещены с возможностью скольжения по повеpхностям посадочных гнезд коpпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве дифференциала, устанавливаемого в ведущих мостах транспортных средств.

Известны автомобильные межосевые и межколесные самоблокирующиеся дифференциалы, дифференциалы с повышенным внутренним трением, червячно-винтовые, кулачковые и другие (Лефаров А. Х. Дифференциалы автомобилей и тягячей. М. Машиностроение, 1972).

Указанные дифференциалы выполнены с блокирующими устройствами, содержащими ведущие полумуфты с пружинами, разрезные и стопорные кольца, зубья специального профиля, которые обеспечивают блокировку полуосей колес и не дают возможности пробуксовывать одному из ведущих колес транспортного средства.

Однако наличие таких элементов, как полумуфты с пружинами, разрезные и стопорные кольца и другие детали, приводит к усложнению конструкции дифференциалов, снижению их надежности и технологичности.

Известен дифференциал с коническими шестернями (Отечественные автомобили Анохин В. И. М. : Машиностроение, 1977, 381-382), содержащий ведомую шестерню, внутри которой свободно посажены на пальцах саттелита в виде конических шестерен. Сателлиты входят в зацепление с полуосевыми шестернями, закрепленными на внутренних концах полуосей. На наружных концах полуосей закреплены ведущие колеса транспортного средства. Дифференциал указанной конструкции передает на каждое из колес одинаковый момент при всех условиях движения. Но это свойство дифференциала является отрицательным, если в период движения одно из колес находится на дороге с малым коэффициентом сцепления (лед, грязь и т. д. ), т. к. возрастание усилия на одном колесе ограничено буксованием первого. При этом сумма оборотов буксующего колеса всегда равна удвоенному числу оборотов дифференциальной коробки.

Таким образом, известный в настоящее время конический дифференциал ухудшает работу двигателя в период его буксования, а также не устраняет возможный запас транспортного средства на изгибах дороги, когда при пробуксовке колес трение качения переходит в трение скольжения.

Известен также безфрикционный самоблокирующийся дифференциал свободного хода [1] . Дифференциал содержит корпус и размещенные в нем два соосных полуосевых редуктора и два полуосевых вала. Одной из особенностей дифференциала является то, что полуосевые редукторы выполнены волновыми зубчатыми, генераторы волн которых соединены с одним из полуосевых валов, причем жесткое планетарное зубчатое колесо первого и гибкое колесо второго волновых редукторов соединены с корпусом, а гибкое колесо первого редуктора соединено с жестким планетарным зубчатым колесом второго.

Одним из недостатков этого дифференциала - его повышенные габариты в осевом направлении.

Наиболее близка к предлагаемому изобретению зубчатая дифференциальная передача [2] , содержащая корпус, два соосных полуосевых ряда, один из которых волновой с жестким колесом, соединенным с корпусом, и две входные полуоси, одна из которых связана с генератором волнового ряда.

Одной из особенностей дифференциала является то, что другой ряд планетарный, центральная шестерня которого жестко связана с гибким колесом волнового ряда и установлена в корпусе с возможностью вращения относительно последнего, а другая шестерня установлена эксцентрично, относительно оси передачи, соединена со второй полуосью и имеет на торцевой поверхности выступы, а в корпусе выполнены ответные гнезда для размещения в них соответствующих выступов. Дифференциальная передача снабжена дебалансной втулкой, установленной на обеих полуосях с возможностью вращения относительно одной из них и жестко связанной с другой.

Одним из недостатков этого дифференциала является то, что гибкое колесо волновой передачи должно изготавливаться в виде стакана из высокопрочной тонкостенной стали, что удорожает его производство.

Цель изобретения - повышение его нагрузочной способности.

Эта цель достигается за счет того, что в дифференциальной передаче транспортного средства, содержащей корпус, соосно установленные в нем две полуоси, две ступени для связи полуосей между собой, причем одна из ступеней выполнена планетарной эксцентриковой. Вторая ступень дифференциальной передачи выполнена также планетарной эксцентриковой, и каждая из ступеней имеет размещенный на полуоси, посредством эксцентрика, сдвоенный сателлит для взаимодействия с центральным колесом с внутренними зубьями, закрепленными в корпусе и с центральным колесом с внутренними зубьями, жестко связанным с аналогичным колесом другой ступени. Зубья размещены с возможностью скольжения по поверхностям посадочных гнезд корпуса.

На фиг. 1 изображена принципиальная кинематическая схема дифференциальной передачи транспортного средства; на фиг. 2 то же, продольный разрез; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2 (поперечный разрез планетарной эксцентриковой ступени левой полуоси).

Дифференциальная передача транспортного средства содержит корпус дифференциала, выполненным в виде левой 1 и правой 2 крышек корпуса, внутри которых соосно размещены левая 3 и правая 4 осевые эксцентриковые полумуфты с закрепляемыми внутри них полуосями. Осевые эксцентриковые полумуфты 3 и 4 имеют эксцентрики 5 и 6, в корпусах которых выполнены дебалансные гнезда 7 и 8. На эксцентриках 5 и 6 размещены с возможностью скольжения сдвоенных сателлитов с зубчатыми планетарными колесами 9, 10 и 11, 12 левой и правой ступеней. Зубчатое колесо 9 сателлита левой ступени входит в зацепление с центральным зубчатым колесом 13, укрепленным жестко в корпусе левой крышки 1 дифференциальной передачи, а зубчатое колесо 11 сателлита правой ступени входит в зацепление с центральным зубчатым колесом 14, укрепленным жестко в корпусе правой крышки 2 дифференциальной передачи.

Зубчатое колесо 10 сателлита левой ступени входит в зацепление с зубчатым колесом 15 сдвоенного центрального колеса 16, размещенного с возможностью скольжения на внутренней поверхности корпуса дифференциальной передачи, а зубчатое колесо 12 сателлита правой ступени входит в зацепление с зубчатым колесом 17 сдвоенного центрального колеса 16.

Дифференциальная передача транспортного средства работает следующим образом.

При движении автомобиля вперед или назад по прямой линии, а также при попадании одного из ведущих колес на скользский грунт или его зависания в воздухе вращение от левой 1 и правой 2 крышек корпуса дифференциальной передачи передается на скрепленные с ними зубчатые колеса 13 и 14 и находящиеся в сцеплении с ними зубчатых планетарных колес сателлитов 9 и 11 левой и правой ступеней и далее, через эксцентриковые круглые колеса 5 и 6 полумуфт 3 и 4 крутящий момент передается на полуосевые валы. Все подвижные элементы внутри корпуса дифференциальной передачи вращаться не будут, они работают как одно целое с корпусом коробки дифференциальной передачи.

Левая и правая полуосевые ступени дифференциальной передачи представляют собой два эксцентриковых редуктора сблокированных между собой сдвоенным центральным колесом 16. Их коэффициенты редукции должны быть одинаковые по величине, но противоположны по направлению вращения.

Из технической литературы известно, что одной из особенностей эксцентриковых редукторов является их необратимость вращения: при вращении осевых эксцентриковых полумуфт 3 и 4 в разных направлениях, что соответствует движению автомобиля по криволинейному участку пути, когда их полуоси вращаются с различной частотой с опережением корпуса коробки дифференциальной передачи, а другая с отставанием, то в этом случае передача будет иметь дифференциальный эффект. Осевые эксцентриковые полумуфты 3 и 4 с эксцентриками 5 и 6 вращаются внутри сдвоенных сателлитов зубчатых планетарных колес 9, 10 и 11, 12, последние входят в зацепление с центральными зубчатыми колесами 13 и 14 и зубчатыми колесами 15 и 17 сдвоенного центрального колеса 16, и происходит их обкатка. Число оборотов n₃ и n₄ в минуту осевых эксцентриковых полумуфт 3 и 4 связано с числом оборотов n₁₆ сдвоенного планетарного центрального колеса 16 зубчатых колес 15, 17 условием:

n₁₆= n + n = 0; где Z₉, Z₁₀, Z₁₁, Z₁₂, Z_13, Z₁₄, Z₁₅ и Z₁₇ - число зубьев колес 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 и 17, которые подобны так, что разность Z₁₅Z₉-Z₁₀Z₁₃ и Z₁₇Z_n-Z₁₂Z₁₄ весьма мала.

Таким образом, при вращении осевых эксцентриковых полумуфт 3 и 4 сдвоенное центральное колесо 16 вращается значительно медленнее полумуфт 3 и 4, а также и корпуса коробки дифференциальной передачи (Пртоболевский И. И. Механизмы в современной технике. том Ш. Зубчатые механизмы, М. , 1973, стр. 548, рис. 670. "Зубчатый планетарный механизм цепного блока").

При движении автомобиля по прямой линии осевые эксцентриковые полумуфты 3 и 4 будут стремиться вращаться в одном направлении, в результате чего дифференциальная передача блокируется.

При движении автомобиля вперед или назад и если происходит торможение автомобиля двигателем, то крутящий момент от колес автомобиля передается в обратном направлении и корпус дифференциала в этом случае и осевые эксцентриковые полумуфты 3 и 4 вращаются как одно целое.

В период движения автомобиля по криволинейному пути, например в левую сторону, его колеса и соответственно осевые эксцентриковые полумуфты 3 и 4 будут вращаться с одинаковой частотой, но в разные стороны: осевая эксцентриковая полумуфта 4 получает обгонное вращение относительно правой крышки 2 корпуса дифференциальной передачи на некоторую величину и на ту же величину осевая эксцентриковая полумуфта 3 будет отставать от корпуса дифференциальной передачи.

При скольжении опережающей осевой эксцентриковой полумуфты 4 с эксцентриком 6 внутри сдвоенного сателлита с зубчатыми планетарными колесами 11, 12 за счет эксцентриситета зубья входят в зацепление с зубьями колес 14 и 17 и обкатываются внутри шестерен, происходит как бы пересчет их зубьев. За счет разности зубьев зубчатое центральное колесо 16 повернется в противоположную сторону на некоторый угол. Одновременно с этим отстающая полумуфта 3 с эксцентриком 5 будет скользить внутри сдвоенного сателлита с зубчатым планетарным колесом 9, 10 и, за счет эксцентриситета, зубья будут входить в зацепление с зубьями колеса 13 и с зубчатым колесом 15 сдвоенного центрального колеса 16 и, обкатываясь внутри шестерен, центральное колесо 16 повернется в сторону вращения эксцентриковой полумуфты 3 на некоторый угол.

Если, например, количество зубьев в колесах дифференциальной передачи выбрать в соотношении:

Z₉ = Z₁₂ = 54; Z₁₀ = Z_n = 50;

Z₁₃ = Z₁₇ = 62; Z₁₄ - Z₁₅ = 58 тогда за каждый оборот осевых эксцентриковых полумуфт 3 и 4 центральное (сдвоенное) колесо 16 сделает следующее число оборотов: Для левой полуоси

n= n = 1 = 0,0102 об. Для правой полуоси

n= n = 1 = - 0,0103 об. При этом коэффициенты редукции i_л левой и правой i_пр ступеней дифференциальной передачи составляет:

i_л = = = 98;

i_пр = = = -97.

Ввиду того, что центральное колесо 16 выполнено сдвоенным для зубчатых колес 15 и 17, то при движении автомобиля по криволинейному пути векторы скоростей зубчатых колес 15 и 17 будут совпадать по величине и их направлению (дифференциальный эффект), что не препятствует колесам автомобиля без пробуксовки производить поворот на криволинейных участках пути.

Из технической литературы известно, что в сухарных дифференциалах с радиальным расположением сухарей коэффициент блокировки считается достаточным в пределах 2,5-5, а с осевым расположением сухарей коэффициент блокировки составляет 5-6. При таких коэффициентах блокировки обеспечивается движение автомобиля без буксования одного из колес практически во всех случаях, когда колеса опираются на дорогу (Литвинов А. С. Шасси автомобиля. М. , 1963, с. 249).

Автором изготовлен опытный образец дифференциальной передачи для автомобиля "Волга" ГАЗ-24-10 с коэффициентами редукции (блокировки) полуосевых ступеней 208 и проведены его стендовые испытания. Стендовые испытания показали, что кинематическая схема данной дифференциальной передачи работоспособна и имеет дифференциальный эффект. Однако из-за неудачно выбранного высокого коэффициента редукции (блокировки) равного 208 наблюдается свободный выбег полуосевых ступеней, достигающий величины 1,5 оборотов. Для устранения этого недостатка коэффициент редукции планетарных эксцентриситетных передач следует выбирать в пределах 30-100 (Кудрявцев В. Н. Планетарные передачи. М. -Л. : Машиностроение, 1966).

Одной из особенностей дифференциальной передачи транспортного средства является то, что его механизм работает только в том случае, когда автомобиль движется по криволинейному пути, а в остальных случаях он находится в заблокированном, даже если одно из ведущих колес будет находиться на скользском грунте или зависнет в воздухе.

Пробуксовка одного из колес автомобиля возможна лишь на внутреннем колесе, при движении автомобиля по криволинейному пути и попадании колеса на скользский путь. При этом пробуксовка колеса не будет превышать величины разности угловых частот вращения забегающего и отстающего колес, то есть колеса автомобиля будут вращаться с одной частотой.

Отсутствие в дифференциальной передаче заклинивающихся и фрикционных элементов позволяет ей мгновенно перераспределять крутящий момент на ту полуось, у которой большее сцепление с грунтом, что делает ее безынерционной и долговечной. Кроме того, отсутствие трущихся элементов в дифференциальной передаче позволяет ее использовать не только на грузовом автотранспорте, но и на легковых скоростных автомобилях, т. к. трущиеся элементы требуют приложения дополнительного усилия для разблокировки этих элементов. Это очень опасно для легковых машин при их езде во время гололеда и дождя на извилистых дорогах, т. е. трение скольжения колес автомобиля с дорогой может легко перейти в трение качения и автомобиль будет подвержен заносу.

Ввиду малой разности диаметров колес 9-13, 10-15, 11-14 и 12-17 в зацеплении одновременно участвует от 10 до 50% всех зубьев. В результате этого нагрузка на каждый зуб ничтожно мала, что позволяет выбирать мелкий модуль. Перемещение одного зуба относительно другого в эксцентриситетной планетарной передаче мало, ничтожны скорости скольжения, потерь на трение почти нет, поэтому и износ зубьев незначителен.

Выполнение второй ступени в дифференциальной передаче в виде планетарной эксцентриковой с размещением на каждой из ступеней посредством эксцентрика сдвоенных сателлитов, для взаимодействия с центральным колесом и с внутренними зубьями, закрепленными в корпусе позволяет увеличить нагрузочную способность дифференциальной передачи, упрощается ее конструкция и технология изготовления.

Выполнение дебалансного устройства в виде гнезда, выполненных в теле осевых эксцентриковых полумуфт, исключает вибрацию корпуса дифференциальной передачи при ее работе на больших частотах вращения.

Экономия от использования дифференциальной передачи получается за счет снижения трудоемкости и упрощения конструкции ее изготовления, надежности и долговечности работы, а также за счет снижения расхода горюче-смазочных материалов и сокращения дорожно-транспортных происшествий на скользских дорогах и бездорожье. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1395872, кл. F 16 H 1/00, 1988.

2. Авторское свидетельство СССР N 1551885, кл. F 16 H 1/00, 1988.