Блок привода дифференциала с принудительным сцеплением

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

15!! 4 В 60 К 17/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К IlATEHTV (21) 3570558/27-11 (22) 25.03.83 (46) 07,06.86, Бюл. У 21

:(71) и (72) Карл Е. Шоу (US)

:(53) 629.113-587(088.8) (56) Патент США Ф 2720796, кл. НКИ 74-711, 1955, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (54)(57) 1, БЛОК ПРИВОДА ДиффЕРЕНЦИАЛА С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ СЦЕПЛЕНИЕМ, содержащий два соосных вала, установленных с возможностью вращения в корпусе, установленном с возможностью вращения вокруг оси соосных валов, а также средство сцепления, выполненное в виде сопряженных поверхностей

V-образных клиновидных зубьев, о тл и ч а ю шийся тем, что, с це» лью повышения срока службы, в него введено центральное приводное кольцо, установленное соосно корпусу и присоединенное к нему, пара нажимных колец, каждое иэ которых расположено соосно с центральным приводным кольцом по обе его стороны с возможностью осевого перемещения в направлении к центральному приводному кольцу и от него и вращения в корпусе, взаимодействующие друг с другом V-образные клиновидные зубья выполненные на смежных, обращенных друг к другу сторонах центрального приводного кольца и каждого из нажимных колец, стопорное кольцо, расположенное с возможностью вращения и соосно с центральным приводным кольцом и в соосном отверстии, выполненном в каждом иэ нажимных ко» лец, и выступающее через центральное

„„SU „„1237072 А 3 приводное кольцо и между двумя нажимными кольцами, причем стопорное коль" цо имеет шлицевые зубья, выполненные на его противоположных конечных уча стках и взаимодействующие с соответ ствующими шлицевыми зубьями нажимных колец, выполненными на периферийном торцовом участке, образующем отвер» стие, при этом между смежными шлицевыми зубьями нажимного кольца и шлицевыми зубьями стопорного кольца образован зазор, средство сцепления, установлено между каждым нажимным . кольцом и соответствующим ему концом смежного вала, пружина, выполненная в форме спирали и расположенная в".у три центрального приводного кольца между двумя нажимными кольцами и охватывающая стопорное кольцо.

2. Блок по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что средство сцепления содержит коническую поверхность сцепления, выполненную на каждом из нажимных колец и фрикционно связанную с соответствующей ей конической поверхностью сцепления, выполненной на осевом кольце, установленном на конце смежного ему вала.

3. Блок по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что средство сцепления для каждого из нажимных колец содержит последовательно набранные слоями пластины сцепления, попеременно прикрепленные к соответствующему нажимному кольцу и смежной втулке сцепления, причем набранные слоями пластины сцепления установлены с возможностью осевого перемещения одна относительно другой.

9 12370

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к транспортным средствам.

Целью изобретения является повышение срока службы.

На фиг. 1 представлена конструкция дифференциала, поперечное сечение (первый вариант); на фиг. 2 - центральноЕ приводное кольцо дифференциала и два нажимных кольца в процес- !р се нормальной работы привода, т.е. когда обе оси приводятся в движение с одной и той же скоростью; на фиг ° 3стопорное кольцо и два нажимных кольца, соответствующие относительному расположению находящихся в зацеплении зубьев в ходе условий нормального привода; на фиг. 4 - то же, чта на фиг. 2, но нажимное кольцо атцеплено от центрального приводного кольца, причем его муфта отсоединена для обеспечения свободного вращения колеса расположенной с правой стороны оси; на фиг. S - то же, что на фиг. 3, но показывающее относительное разме- 25 щение сцепленных зубьев стапарнага кольца и двух нажимных колец в ходе условий работы, представленньгх на фиг. 4; на фиг. 6 — частичное поперечное сечение, соответствующее случаю, когда отсоединен ряд частей, которые образуют дифференциал; на фиг. 7 - поперечное сечение дифференциала, имеющего сцепление дискавага типа (второй вариант); на фиг. 8частичное поперечное сечение, изобра35 жающее некоторые части, которые образуют сцепление дискового типа в дифференциале, показанном на фиг. 7.

На фиг. 1 показан дифференциал в

40 соответствии с предлагаемым изобрете" нием, в котором используется муфта конического типа. Дифференциал содержит вращаемый внешний кожух или корпус 1. Корпус образован частью 2, !

5 имеющей фланец, и противоположной частью 3, между которыми расположен плоский кольцеобразный элемент 4, Две части корпуса скреплены вместе болтами 5, которые проходят через находящиеся на одной оси отверстия в каждой

50 из частей, а также через отверстия б, проделанные в плоском кольце. Отверстия в противоположной части 3 снабже.ны винтовой нарезкой, так что болты могут механически соединять две части вместе, образуя при этом полый корпус. Каждая из частей снабжена с выполненным в форме рукава концевым эле72 2 ментам для подшипника 7, вокруг которого установлен подшипник 8, Подшипник

8 закреплен внутри внешней конструкции дифференциала или внешнего корпуса который является неподвижным, так что корпус 3 может вращаться внутри нега на подшипниках 8. Неподвижный корпус имеет стандартную конструкцию.

Стандартная коническая зубчатая передача 9 прикреплена к фланцу 10, который выполнен как единое целое с имеющей фланеп частью 1 корпуса. Для прикрепления зубчатой конической передачи к фланпу используются болты

11. Зубчатая коническая передача сцеп. ляется с приводным зубчатым колесом

12, закрепленным на конце приводного вала 13, который может соответствовать карданному или приводном валу двигателя, которые имеют стандартную конструкцию.

Пара осей или валов 14 вь."ступает внутрь корпуса через концы для установки подшипников 7 ° Внутренние концы осей снабжены шлицами 15. Ступицы илп кольца асей 16, имеющие выполненные в форме шлиц зубья 17, выступают и сцепляются с имеющими шлииы внутрен. ними концами 15 осей так, что ступицы могут скальзить в осевом направлении па осям.

Центральное приводное кольцо или нажимнай элемечт 18 выполнены как единое целое с плоским кольцеобразным элементом, который разделяет две части корпуса. Таким образом, центральное приводное кольцо вращается вместе корпусом как c его частью. Противоположные поверхности центрального приводного кольца снабжены клинообразными зубьями 19, которые в поперечном сечении имеют Ч-образную форму.

Центральное приводное кольцо paci.оложена между парой нажимных колец

20, каждое из которых имеет клинообразные зубья 21, предназначенные для зацепления или соединения с зубья ми 19 центрального приводного кольца.

Каждое из нажимных колец также снабжено внутренним шпицем 22.

Стапарное кольцо или так называемое "поперечное" кольцо 23 расположена внутри корпуса соасно и с высту лающим через центры нажимных колец и центральное приводное кольцо. Шлицевые зубья 24, выполненные на стопарнам .кольце.„ на ега противоположных кромках, свободна сцепляются с

1237 зубьями шлиц 22 нажимных колец 20.

Шлицевые зубья 24 стопорного кольца могут быть выполнены в виде пары пространственно разнесенных друг от друга образований, напоминающих зубья шестерни, или в другом варианте в качестве образования соответствующего одному зубу, выступающему полностью по поверхности кольца.

Ободы 25 нажимных колец 20 значительно расширены и каждый из них снабжен внутренней конической сцепляющей поверхностью 26, которая контактирует с внешней конической сцепляющей поверхностью 27, предусмотрен- !5 ной на сцепляющей втулке соседней оси 16. Каждая втулка выполнена таким образом, что в ней имеется внешняя коническая часть 28, которая вхо. дит в коническое гнездо 29, выполненное внутри частей корпуса 2 и 3 (фиг. 1) .

Спиральная пружина 30 охватывает стопорное.кольцо, а ее противоположные концы упираются в противоположно, расположенные нажимные кольца. Спиральная пружина обеспечивает неболь» шое, действующее в осевом направле нии и направленное во внешнее пространство, давление, оказываемое на нажимные кольца, так что они в нормальных условиях имеют тенденцию фактически мгновенно двигаться во внепгнее пространство для сцепления муфт.

Работа дифференциала схематически иллюстрируется на фиг. 2-5, Центральное приводное кольцо или нажимной элемент 18 приводится во вращательное движение вращающимся корпусом, как показано большой стрелкой. По мере 40 вращения центрального приводного кольца его клинообразные зубья 19 зацепляются и заклиниваются с сосед ними клинообразными зубьями 21 каждого из соседних нажимных колец 20. 45

Обеспечивающее заклиниваиие усилие показано маленькими стрелами, изображенными на сцепляющихся зубьях.

Таким образом, вращательное движение центрального приводного зубчатого 5о механизМа приводит к тому, что нажим" ные кольца начинают вращаться аналогичным образом. Прижимные конические поверхности сцепления или сцепляемой поверхности 26 обеспечивают контакт с соответствующими коническими по верхностями 27 сцепления на втулках сцепления с двойным конусом. Поэтому

072 втулки вращаются вместе с нажимными кольцами, вследствие того, что они сосоединены с помощью шлиц с осями, причем оси вращаются с той же самой скоростью, которая соответствует скорости перемещения транспортного средства по прямолинейной траектории, Величина смещения в осевом направлении во внешнее пространство, совершаемого прижимными кольцами под воздействием заклинивающего воздействия, обуславливаемого сцеплением клинообразных зубьев, может быть порядка 20

30 тысячных дюйма. Чем меньше величина этого перемещения, тем короче время сцепления. Обычно время сцепления является очень малым, так что фактически обеспечивается мгновенное сцепление, что фактически увеличивает вре" мя во всех практически наблюдаемых.. случаях, в течение которого обе ведущих оси получают крутящий момент с выхода дифференциала.

В ходе условий привода (фиг. 2) стопорное кольцо или поперечное кольцо 23 находится в положении, когда его шлицевые зубья 24 находятся по центру относительно зубьев шпиц 24 нажимных колец. Сцепленные зубья шлиц 22 и шлицы стопорного кольца. имеют некоторую слабину, так что обеспечивается мертвый ход достаточ ной величины, чтобы обеспечить цент« рирование зубьев (фиг. 3} .

На фнг. 4 показано правое нажим ное кольцо 20, показанное в отсоединенном положении от соединения его в сцеплении с втулкой оси. условие, подобное этому, возникает в том случае, когда транспортное средство делает поворот налево или перемещается по направленной влево криволи нейной траектории, так что располо" женное справа колесо должно вращаться с большей скоростью по сравнению с левым колесом. В течение периода времени существования этой большей скорости вал расположенного справа колеса вращается с большей скоростью, чем центральное приводное кольцо и корпус дифференциала.

Когда вал вращается быстрее, чем приводное кольцо, то вследствие сое динения сцепления между втулкой оси

16 и соседним нажимным кольцом, это нажимное кольцо приобретает тенденци> к вращению с большей скоростью по сравнению с центральным приводным!

237072 кольцом. Это приводит к тому, что происходит разъединение сцепленных зубьев (фиг. 4) вследствие того, что зубья нажимного кольца перемещаются

5 вперед быстрее, чем клинообразные зубья центрального приводного кольца. Таким образом, задняя поверхность зубьев нажимного кольца отходит в сторону от.передней поверхности зубьев центрального приводного кольца °

Это перемещение могло бы привести к продолжению контактирования зубьев до тех пор, пока они не придут в контакт своими противоположными поверхностяI5 ми. т.е. непрерывное перемещение могло бы привести к тому, что передние поверхности зубьев нажимного кольца будут контактировать с задними поверх ностями зубьев центрального кольца.

Однако для того, чтобы предотвратить мгновенно отделяющиеся клинообразные зубья от поворотного контактирования своими противоположными поверхностями, стопорное кольцо 23 размещается таким образом, -что его зубья контактируют с поверхностями зубьев двух нажимных колец. Как можно видеть на фиг. 5, задние поверхности зубьев на правом нажимном кольце контактируют с передними поверхностями зубьев шлиц стопорного кольца.

Обратный процесс происходит на зубьях расположенных с левой стороны. Другими словами, преодолевается мертвый

35 ход, и зубья входят в контакт таким образом, что они образуют стопор и в с. результате этого удерживают клинообразные зубья в положении, показанном на фиг. 4.

Вследствие того, что клинообразные зубья (фиг. 4) не контактируют на правой от них стороне, расположенное справа нажимное кольцо имеет тенденцию перемещаться во внутрь в

45 осевом направлении, т.е. влево, и центрировать себя в ненагруженном положении. Следовательно, происходит разделение взаимодействующих между собой сцепляющихся поверхностей.

Теперь втулка оси отсоединяется от нажимного кольца, в результате чего оно приобретает воэможность вращаться свободно и независимо от центрального приводного кольца, В результате этого расположенная справа ось вращается свободно, т,е, на нее не передается крутящий момент, Однако ось, находящаяся с правой стороны, по--преж. нему остается под воздействием крутящего момента двигателя, при этом левое нажимное кольцо контактирует своими зубьями с клинообразными зубьями центрального приводного кольца и действует обычным образом.

Взаимодействующие друг с другом, но свободно сцепленные зубья стопорного кольца и шлицы нажимного кольца образуют вместе стопор. В одном положении этот стопор обеспечивает возможность для клинообразных зубьев центрального кольца входить в зацепление с зубьями нажимного кольца, в другом положении, т,е. когда одна из осей вращается с большей, чем кор пус, скоростью, этот с опор обеспечивает возможность отсоединения клинообразных зубьев и удерживания их в этом состоянии„

В течение промежутка времени, когда клинообразные зубья находятся в зацеплении, силы, обуславливающие заклинивающее воздействие, принуждают соответствующие нажимные кольца перемещаться во внешнее пространство. Од нако, когда они не взаимодействуют друг с другом, имеется присущая нажимным кольцам тенденция двигаться вовнутрь. Для того, чтобы обеспечить возможность немедленного реагирования контактного сцепления, спиральная прупружина 30 обеспечивает небольшое пружинное воздействие, которое в обычных условиях вынуждает оба нажимных кольца разделиться и двигаться в осевом направлении во внешнее пространство для того, чтобы занять положения, обеспечивающие сцепление при контакте.

Относительные пропорциональные разразмеры, которые необходимо придать элементам дифференциала для того, чтобы обеспечить самоблокирование сцеплений дифференциала конической формы, могут быть выражены следующим математическим соотношением:

ТагВ = (сагА) г/4 RV, где В - угол наяалма, кулачковый угол; г — средний радиус кулачкового сцепления; К— средний радиус поверхности сцепления, V — коэффициент трения; А — угол конуса.

Угол нахщма В соответствует углу поверхности клинообразного зуба оч носительно высоты или линии, которая делит пополам треугольник, образован1237072 ный противоположными поверхностями

:соседних зубьев. Другими словами. это соответствует углу между гипотенузой (поверхности зуба) и высотой равносто. роннего треугольника, образованного соседними поверхностями клинообразного зуба.

Хотя сцепление относится к устройствам конического типа, могут также использоваться сцепления дискового типа, что зависит от требований, предъявляемых к дифференциалу. Таким образом, на фиг. 7 и 8 представлена модификация предлагаемого устройства, которая подобная по типу действия и конструкции той, которая показана на фиг. 1-6, но в которой используются сцепления дискового типа вместо . конических сцеплений. На фиг. 7 показана конструкция дифференциала, которая включает корпус 1, выполненный из противоположных по виду частей 2 и 3, подобный корпусу, показанному на фиг. 1. Противоположные оси или валы 14 входят внутрь корпуса таким, же образом, как зто было описано вы» ше, причем каждая из осей включает втулку оси 161 в которой имеются внутренние шпицы, приходящие в зацепление с внутренними шлицами, образо ванными на внутренних концах валов 14.

Внутренние или торцовые концы I втулки оси 31 имеют уменьшенный диаметр и окружены стопорным кольцом 32, которое имеет внешний шлицевой зуб 35

33. Спиральная пружина 34 окружает снабженное шлицем стопорное кольцо и закрепляется внутри открытого центра центрального приводного кольца 18, которое подобно центральному привод- 40 ному кольцу.

Нажимные кольца 20 имеют клинообразные зубья 21 которые сцепляются с имеющими соответствующую форму кли" нообраэными зубьями 19, расположен- 45 ными на центральном приводном кольце 18.

Нажимное кольцо 20 включает зуб, имеющий конфигурацию внутреннего шлица 22, который сцепляется с шлицевыми50 зубьями стопорного кольца точно таким же образом, как показано на фиг. 3 и 4 при рассмотрении варианта практического осуществления, показанного на фиг. . Однако второй 55 зуб 35, имеющий конфигурацию шлица выполнен на внешней поверхности нажимных колец. Эти зубья 35 сцепляются с внутренними шлицами 36,.вьг-. полненными на кольцах 37 сцепления, которые окружают нажимные кольца.

Множество плоских пластин 38 сцепления окружают каждую втулку 31 и зажаты между контактирующей поверхностью 39 внешней пластины нажимного кольца и кольцевым образованием 40, имеющим форму наковальни или ребра, выполненным внутри корпуса (фиг..7) .

Пластины 38 сцепления перемежаются пластинами, имеющими внешние выемки, в которые входят зубья шпица 36 внешнего кольца 32 сцепления, и пластинами уменьшенного диаметра, которые имеют внутренние выемки, в которые входят зубья 41 шлицевого типа втулки 31. Таким образом, пластины 39 сцепления попеременно располагаотся между пластинами увеличенного диаметра 42 и уменьшенного диаметра 43, которые сжимаются вместе под давлением поверхности 39 нажимного кольца, направленным в сторону кольцевого об" раэования 40. Это давление возникает в том случае, когда зубья нажимного кольца 21 входят в контакт и приводятся в движение клинообразными зубьями

19 центрального приводного кольца, как показано на фиг. 2.

Когда ось начинает вращаться с превышением скорости, связанная с ней нажимная пластина перемещается в,об» разованное зазором пространственное отделенное положение, показанное на фиг. 4, т.е. где происходит отсоединение клинообразных зубьев, и плоская, передающая давление поверхность, или поверхность 39 сцепления движет» ся в осевом направлении вовнутрь в сторону центрального приводного коль ца таким образом, чтобы снять давление, прикладываемое к пластинам сцеп ления, и разомкнуть сцепление.

Внутренний шлиц 22 нажимного коль» ца 20 находится в контакте и скользит в осевом направлении относительно шлица 33 стопорного кольца 32 для то го, чтобы-обеспечить возможность сто» порного и отделяющего действия, которое представлено на фиг. 5.

Как и в случае сцепления конического типа, обеспечение небольшого пере» мещения в осевом направлении нажим ного кольца, величина которого находится в пределах нескольких тысячных дюйма, оказывается достаточным для ,того, чтобы обеспечить сцепление или расцепление системы сцепления для этой конкретной оси. Таким образом, обеспечивается минимальный износ по" верхностей сцепления, а сам процесс сцепления и,отсоецинения осуществляет" ся практически мгновенно. В сцеплении дискового типа, равно как ив сцеплении. конического типа, поверхности сцепления находятся в контакте, когда скорос- ти элементов одинаковы,что фактически 10 исключает износ, связанный с введением в контакт или размыканием контакта.

Относительные пропорции элементов, необходимых для обеспечения дифферен1237072 о циала дискового типа (фиг. 7 и 8), который обеспечивал бы самоблокирование элементов сцепления такого дифференциала, несколько отличаются от пропорций,, выраженных математическим соотношением, приведенным выше в свя" зи со сцеплением конического типа.

3;.о соотнесение имеет следующий вид:

ТагВ == г/RNV где В - угол нагрузки, кулачковый угол; г — средний радиус нажимного сцепления; Š— средний радиус поверхности сцепления; 1Ч вЂ” чис ло фрикционных поверхностей; Ч— коэффициент трения, 1

1237072

Ж20

1? 37072 ДЪГ 7

Составитель С. Панкратов

Техред Л„Сердюкова Корректор Г, Решетпик

Редактор В. Иванова

Заказ 3100/59

Тираж 647 Подгисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открь;тий

))3035, Москва,,"-35, Рау пская нас:., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпринт:.ие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4