Результат интеллектуальной деятельности: ШЕСТЕРЁНЧАТЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛ

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 шестеренчатого дифференциала 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 шестеренчатом дифференциале, 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 после обратных клапанов в осевых частях выходных каналов два клапана блокировки дифференциала, каждый из которых состоит из обращенного днищем к обратному клапану поршня с расположенными на его боковой цилиндрической поверхности по его высоте осевыми канавками полукруглого сечения и возвратной пружины сжатия, установленной в следуемом за отверстием под поршень соосном отверстии, диаметром равным внутреннему диаметру указанных осевых канавок полукруглого сечения на поршне, и этот поршень справа по высоте этих осевых канавок полукруглого сечения имеет коническую фаску, а дно отверстия под поршень - соответствующую коническую поверхность, причем поршень при отсутствии буксования одного из ведущих колес моста автотранспортного средства не доходит до дна отверстия под этот поршень, а при перемещении поршня вправо, при буксовании АТС, дно отверстия под поршень может закрывать выходы рабочей жидкости из осевых канавок полукруглого сечения поршня и таким образом блокировать дифференциал, 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 выходы для рабочей жидкости из осевых канавок полукруглого сечения поршня полностью открытыми, 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 вправо и дном отверстия под этот поршень перекрывать частично или полностью поток рабочей жидкости из осевых канавок полукруглого сечения этого поршня, блокируя таким образом дифференциал, обеспечивая ему высокие блокирующие свойства, возможность прекращения буксования и дальнейшего движения автотранспортного средства.

Устройство предлагаемого шестеренчатого дифференциала поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 изображен фронтальный разрез, на фиг. 2 - профильный разрез.

Предлагаемый шестеренчатый дифференциал 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 после обратных клапанов 11 в примыкающих к статору 5 осевых частях-отверстиях 16, 17 выходных каналов в корпусе дифференциала два клапана блокировки дифференциала. Каждый клапан блокировки состоит из обращенного днищем к обратному клапану поршня 18 с расположенными на его боковой цилиндрической поверхности по его высоте осевыми канавками 19 полукруглого сечения и возвратной пружины сжатия 20, установленной в следуемом за отверстием 16 под поршень соосном отверстии (меньшего диаметра) 17, диаметром равным внутреннему диаметру (диаметру расположения продольных осей симметрии дна) указанных осевых канавок полукруглого сечения на поршне, и этот поршень справа по высоте этих осевых канавок полукруглого сечения имеет коническую фаску 21, а дно 22 отверстия под поршень - соответствующую коническую поверхность, причем поршень при отсутствии буксования одного из ведущих колес моста или в не рабочем состоянии автотранспортного средства не доходит до конического дна (в виде кольца) 22 отверстия 16 под этот поршень (как на фиг. 1), а при перемещении поршня вправо, при буксовании АТС, коническое дно 22 отверстия 16 под поршень может закрывать выходы (справа от поршня) рабочей жидкости из осевых канавок полукруглого сечения поршня и таким образом блокировать дифференциал. Площади поперечного сечения отверстий 16, 17 под клапан блокировки и выходного канала 14 должны быть в несколько раз больше, чем суммарная площадь поперечного сечения всех осевых канавок полукруглого сечения поршня. Полость отверстия клапана блокировки в районе возвратной пружины может дополнительно сообщаться с полостью дифференциала компенсационным отверстием (на схеме не показано).

Поступление рабочей жидкости в полость корпуса дифференциала и к всасывающему каналу 12 лопастного насоса блокировочного устройства обеспечивается черпаками 23.

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 шестеренчатом 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 шестеренчатый дифференциал 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, клапан блокировки находится в положении как на фиг. 1, и рабочая жидкость, пройдя через обратный клапан 11, свободно протекает через осевые канавки полукруглого сечения 19 поршня 18, полость отверстий 16, 17 под этот поршень и возвратную пружину 20 клапана блокировки и выходной канал 14 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 18 клапана блокировки, сжимая возвратную пружину 20, перемещается вправо и коническим дном 22 отверстия 16 под этот поршень частично или полностью (в зависимости от пробуксовки колеса) перекрывается поток рабочей жидкости из осевых канавок полукруглого сечения 19 поршня 18 и таким образом через клапан блокировки, 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 автотранспортное средство, 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 18 клапана блокировки переместится влево (отойдет от конического дна 22 отверстия 16), в исходное положение (как на фиг. 1), и проход для рабочей жидкости из осевых канавок полукруглого сечения 19 поршня 18 клапана блокировки снова станет полностью открытым, т.е. дифференциал разблокируется.

Таким образом, предлагаемый шестеренчатый дифференциал 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.