Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению , в частности, к трансмиссиям транспортных средств, и может быть применено на всех транспортных средствах, где требуется дифференциал, преимущественно на гоночных машинах, на вездеходах и тракторах. Цель изобретения - упрощение конструкции. Самоблокирующийся дифференциал состоит из корпуса 1 и полуосевых шестерен 5, 6 в нем, которые профилированы по шарикам 3, и шариков 3 в бесконечном(ых) канале (ах) 2 корпуса 1. С целью самораспределения силы между полуосевыми шестернями 5, 6 пропорционально передаваемому силовому моменту корпус дифференциала имеет минимум один бесконечный канал 2, заполненный рядом с минимальным суммарным зазором шариков 3, имеющих возможность перемещения в бесконечном канале и которые введены в зацепление в полуоткрытой параллельно оси части канала с соответствующими полуосевыми шестернями 5, 6. Шарики 3, которые передают силовой момент от корпуса дифференциала к полуосевым шестерням и одновременно от одной полуосевой шестерни к другой, прижаты друг к другу в одной из зон, находящейся между полуосевыми шестернями, причем самоблокирование достигается уменьшением передаваемой силы от одной полуосевой шестерни к другой через ряд шариков, находившихся в бесконечном канале. Для улучшения управляемости быстроходных транспортных средств рабочая часть бесконечного канала, где шарики прижаты друг к другу при ускорении - увеличении скорости - транспортного средства, выполнена с большей кривизной, чем рабочая часть бесконечного канала, где шарики прижаты друг к другу при торможении транспортного средства двигателем. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 л) 4 В 60 K 17/20

Ы(063ИR

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4381976/27-11, 4388890/11 (22) 17. 11.87 (46) 15,09.89. Бюл, V 34 (75) В. -О.А.Люси (53) 629. 113-,587 (088.8) (56) Патент США М 3 174361, кл. 74-650, 1965, (54) САМОБЛОКИРУОЩИЙСЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛ

ТРАНСПОPTHOГО СРЕДСТВА (57) Изобретение относится к транспортному перемещению, в частности к трансмиссиям транспортных средств, и может быть применено на всех транспортных средствах, где требуется дифференциал, преимущественно на гоночных машинах, вездеходах и тракторах.

Цель изобретения - упрощение конструкции. Самоблокирующийся дифференциал состоит из корпуса 1 и полуосе„„ЯО„„да76оз

? вых шестерен 5, 6 E нем, которые профилированы по шарикам 3, и шариков 3 в бесконечном(ых) канале(а",) 2 корпуса 1. С целью самораспределения силы между полуосевыми шестернями 5, 6 пропорционально передаваемому силовому моменту корпус дифференциала имеет минимум один бесконечный канал

2, заполненный рядом с минимальным суммарным зазором шариков 3, имеющих возможность перемещения в бесконечном канале и которые введены в зацепление в полуоткрытой параллельно оси части канала с соответствующими полуосевыми шестернями 5, 6. Шарики

3, которые передают силовой момент от корпуса дифференциала к полуосевым шестерням и одновременно от одной полуосевой шестерни к другой, прижаты друг к другу в одной из зон, з 1507603 находящейся we>>s>wa шестернями, причем самоблокирование достигается уменьшением передаваемой силы от одной полуосевой шестерни к другой через ряд шариков, находившихся в бесконечном канале. Для улучшения управляемости быстроходных транспортных средств рабочая часть бесконечного канала, где шарики прижаты друг к другу при ускорении — увеличении скорости - транспортного средства, выполнена с большей кривизной, чем рабочая часть бесконечного канала, где шарики прижаты друг к другу при торможении транспортного средства двигателем. 2 з.п, ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к 15 трансмиссиям транспортных средств, и может быть применено во всех трансмиссиях транспортных средств, где требуется дифференциал, преимущественно на гоночных машинах, вездеходах 20 и тракторах.

Цель изобретения — угрощение конструкции.

На фиг,1 изображен дифференциал, разрез; на фиг.2 - разрез A-A на фиг.1; на фиг.3 - аксиометрическое изображение сил, возникающих при передаче силы от полуосевой шестерни ,к шарику, находящемуся в полуоткрь>той части бесконечного канала;на фиг,4 — ЗО изооражена часть торообразного канала; на фиг.5 - часть канала шириной

1-2 диаметра шарика.

Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства (фиг.1, 2) со- ñ< держит корпус 1, внутри которого в бесконечном(ых) канале(ах) 2 расположены шарики 3, имеющие возможность передвижения в канале(ах) 2 и введение в зацепление в полуоткрытой час- >0 ти канала 4 с полуосевыми шестернями

5 и 6, имеющими винтовые пазы 7 противоположного направления спиралей, профилированные по шарикам.

Дифференциал работает следующим образом.

При вращении корпуса 1 дифференциала силы, воздействующие на шарики

3 и возникающие в зацеплении шариков с соответствующими полуосевыми вин.товыми шестернями 5 и 6, держат шарики в части Б или В бесконечного канала 2 в при>натом друг к другу состоянии и заставляют вращаться шестерни 5 и 6 с угловой скоростью, среднее значение которой равно угловой скорости корпуса 1 дифференциала.

При неравных угловых скоростях полуосевых шестерен 5 и 6, что обусловлено изменением направления транспортного средства или неровностью дорожного покрытия, шарики 3 в канале 2 перемещаются, потому что связанная с отстающим колесом полуосевая шестерня при вращении корпуса 1 освобождает шарики в зоне Б, в то же время толкая шарики в зоне В канала

2 к другой шестерне и ликвидируя уравновешивающую силу совершающейся блокировки.

При увеличении скорости в случае попадания одного из колес транспортного средства на скользкую поверхность полуосевая шестерня, связанная с колесом, находящимся в хорошем контакте с дорожным покрытием, старается перемещать шарики в бесконечном канале корпуса дифференциала, тем самым заставляя вращаться другую полуосевую шестерню, а через нее и колесо на скользкой поверхности, Но сила, переданная шариками к другой полуосевой шестерне, уменьшается в основном в зоне Б (фиг,1), где прижатие шариков 3 друг к другу зависит от сил трения шариков о полуосевые шестерни 5, 6 и стенки канала 2, а также о шарики

При торможении двигателем и использовании заднего хода полуосевые винтовые шестерни прижимают шарики друг к другу на прямом участке канала, отмеченном буквой В (фиг,1). Сила, передаваемая шариками от одной полуосевой шестерни к другой, уменьшается практически лишь за счет сил трения шариков в зацеплении с полуосевыми шестернями °

Для обоснования положительного эффекта от использования предлагаемой конструкции дифференциала приведем следующие расчеты, На фиг.1 и 2 видно, что в данной конструкции бесконечный канал 2 состоит из двух участков торообразного

5 1 5076 канала 180в и двух участков прямого канала, соединяющих торообразные участки канала, причем диаметр прямого полуоткрытого участка 4 канала, где шарики введены в зацепление с полуосевыми шестернями, выполнен близким к диаметру шарика, обеспечивающая хорошее зацепление шариков с полуосевыми шестернями. Ширина (диаметр, овальность) остальной части канала больше одного и меньше двух диаметров шарика (в зависимости от нужного коэффициента блокировки) .

Рассмотрим крайний случай, когда одно колесо, связанное с полуосевой шестерней дифференциала, находится в хорошем контакте с дорогой, а другое - в плохом, на грани буксования.

В этом случае момент, приложенный к второму колесу, зависит от механического КПД и, передачи момента дифференциалом

М eau Ммакс p (1) где М „, - момент, приложенный к по- 25 луосевой шестерне, связанной с колесом на скользкой дороге;

М „ — момент, приложенный к полуосевой шестерне, связанной с колесом в хорошем зацеплении с дорогой, причем суммарный момент, передаваемый дифференциалом

Ммакс + M мин (2)

Механический КПД (в предлагаемой конструкции зависит от раздельно взятых КПД составляющих элементов шариковой передачи:

q- Ч q3 qh- (3) 40 где g — КПД при передаче силы от полуосевой шестерни к шарикам;

КПД при передаче силы шариL кам в торообразной части канала 180

КПД при передаче силы шари3 кам в прямой части канала с шириной 1-2 диаметра ша03

Из отношения большего момента к меньшему, которое называют коэффициентом блокировки, получим связь меж5 ду коэффициентом блокировки и КПД передачи дифференциалом силы: м к

М (4)

M ниц

Ф

М млу< с с1

l 71

М м и М <« cc (5) 1

К

1 °

55 рика;

КПД при передаче силы шари"

4 кам во второй торообразной части канала 180 ; — КПД при передаче силы от

Х шариков к полуосевой шестерне.

В формуле (3) не учтены потери трения в подшипниках и потери при изменении направления движения шариков в канале.

Гчитается,что применение дифференциалов с Кр = 2,5-4 рационально.

На фиг.3 для определения КПД передачи силы Г, влияющей на шарик(и) полуосевой шестевни к силе Р, передаваемой шарикам в зацеплении пропродопьно оси канала, с целью упрощения расчетов предположим, что компонент N силы F, перпендикулярен стенке канала и из-за конструктивных особенностей полуосевых шестерен равен силе P действующей на шарики продольно оси канала. В этом случае угол J между силой F и его компонентом Р равен 45

Предположим также, что угол «/ между силой N и его компонентом Гм равен 45 . В этом случае „ - КПД при передаче силы от полуосевой шестерни к шарикам — праKTèчески рàBåH

КПД при передаче силы от шари5 ков к полуосевым шестерням! (6)

Равны также, + — КПД при пе 2. редаче силы ILBpvlKc M B двух полутороидах 180 и i — КПД передачи шариками силы в тороиде 360

+ 1 Хт (7) Заменяя - и 7. + 7 из (6) и (7) соответственно в выражении (3) с, и (получим: (. т (8) где и - КПД передачи силы от одной полуосевой шестерни к другой;

- КПД передачи силы от полу1 осевой шестерни к шарикам и от шариков к шестерне;

КПД передачи силы шарио кам в ториде 360

- КПД передаче силы шариками в прямой части канала с шириной 1-2 диаметра шарика.

1507603

Сила трения Н в точке контакта

:иарика с каналом (фиг.3)

Н = и И, где f — коэффициент трения

N = Fø з т!Г»

Н = f. F sing.

В точке контакта шарика с шестерней действует сила, равная и протиBoIloRoIIIHBR cI4 e N, Исходя из этого суммарные потери

Н на трение в зацеплении практически равны двукратной потере трения в точке контакта шарика с каналом

H=2f N

Р— 2f N

У P = N о (1 р

У

N — 2Е N, И(1 -2Г)

° и с 1 N N

1 — 2f (9)

Для определения !7 определим

КПД передачи шарикам силы в торообразном канале, изображенном на фиг.4, кривизну которого характеризует отношение

tg

n - число шариков, вмещаемых в тороид 360 .

На фиг,4 видно, что половина угла между двумя лучами, выходящими .из центра тороида 0 и проходящими через ! центр находящихся рядом шариков, а также угол между силами F„, и Р1, Р и Flz равны „, как углы между перекрещивающимися прямыми.

Найдем силу Fl, передаваемую шариком 1 к шарику 2, через заданную ,силу F приложенную к шарику 1 и совпадающую с направлением возможР „„(1 — f tg .)

F., (! — f tgA )

Fn, (1 — f tga,) а э 4 0 ° 0 Ф В О G а Ф

tg. ) = Р.„(1 — f tgg,), (15) =Р !1 и! (1Ф3.у (6 и — 1 где ш — порядковый номер шарика, считая по направлению передаваемой силы F q р прилОженнОй! к первому шарику. где D — диаметр тороида по оси;

d — диаметр шарика; (360 180

F vip PI

РЗ р34 = р,(i — f tg -)

Г4 - = Fgg (- 1 — tg a) ной силы, передаваемой шариком п к шарику 1, и через заданный угол

ИсхОдя Mls суммирования сил фиг. 1, где указана сила F 1, ее компоненты

И и Р, сила трения Н, суммарная сила К! от сил Н и N и суммарная сила

R < от сил R и Р, проекция которой перпендикулярна силе Р, укажем на

10 прямой, проходящей через центры шариков 1 и 2, величину силы Fl

P - Í

cos4 = Р— Н; F = -- — — (12}, !

1. где Н вЂ” сила трения;

p — компонент силы р !, направлен в сторону движения шарика 1 и перпендикулярен силе N

P — F«cos М„;

?О (n =о где и — число шариков в тороиде 360

9 где f — коэффициент трения;

N — компонент силы Г 1, перпендикулярен стенке торообразного канала и направлению прямой, проходящей через центр 0 торообразного канала и центр шарика 1

N = Рт, Я выи, Н = f F« sin<<

Подставляя в формулу (12! найденные значения P и Н, получим;

c o s и — f . F I . s in . и!

cos4 и >5 I2 FzI(1 f tgg ) q Р!11 (1 f tggn (1l)

Ф р

У!

1 !

1,= 1 — f tg,„, где g, - КПД передачи силы от „-ерво1

40 ГО illa РИ Ка К Е!ТОР ОМУ е

При помощи выражения (13) найдем силы, которые передаются вторым шариком третьему, третьим шариком четвертому и т.д., с соответствующими индексами через заданные величины

Уравновешивающая сила к силе F„, приложенная к шарику m, шариком (ш +

+ 1) уменьшается согласно формуле (15) °

Найдем КПД передачи шариками силы F>< к шарику {и + 1) в тороиде

360О .

Fn„{1 - f tà à)" тп F и<

Чт„= (1 — f, tgg,)" (16) где n — число шариков, помещенных в тороид 360

180 и п

f — коэффициент трения.

Определим - КПД передачи силы

F«шариками в прямой части канала с шириной 1-2 диаметра, Исходя из фиг,3 и 4 можно сделать вывод, что сложение и обозначение сил на них совпадает, кроме, который по фиг.4 определяется из соотноше.ния:

sing = —, откуда 3 = d sin4, (17) сГ

1 где д =  — d {где В - ширина канала и d — диаметр шарика).

Совмещая в формуле (16) ï с

Ч,. с, получим

n9,= (1 — f tg<), (18} где m — число шариков в прямой части канала, Для конкретного примера найдем ширину В части канала, где В = (-2}d в конструктивном варианте предлагаемого дифференциала с корпусом, диа— метр которого р 95 мм, а длина 95 мм, дающая возможность использовать в корпусе четыре замкнутых канала, сосо тоящих из двух полутороидов 180 о вместимостью 5 шариков в тороид 360 и прямых участков канала, соединяющих полутороиды, причем общая вместимость одного бесконечного канала составляет 11 шариков с диаметром 16 мм, где

6 шариков находятся в части канала шириной 1-2 диаметра шарика (плавный переход ширины выполнен в торообразной части канала), Желаемый коэффициент блокировки

К ) = 3,5 при ускорении (увеличении скорос-,и двигателем). Дифференциал изготовлен из закаленной стали и работает в масле, причем коэффициент трения равен 0,08.

Ширина части канала равна

a=d+ К, где d - диаметр шарика и сГ= d sin<

B = d + d sin < (19)

Неизвестный угол найдем из выражения (18) через заданные величины и 1:

10 (1 — f tg4 ) "

1 — f tgg, f ,1

----А т

f (18)

1- т7

3 (20) 10

1 — 0 546

3,5 0,84 0,741

1 — 0 5- 6

25 tg = -- — — - — — = 1 1976

Ы- 0 08 т т

50, 14 ;

В = 16 + 16 яп50т14 = 28,28 мм

Из выражений (5) и (6) найдем коэффициент блокировки К,—, обусловленный зацеплением шариков с двумя полуосевыми шестернями, ко — îðûé покажет отношение моментов большего к меньшему при торможении двигателем и использовании заднего хода:

35 1 тт т т;

К,) = --„--,— = 1 42

0 8 /

В случае, когда диаметр бесконеч40 ного канала близко к диаметру шарика и перпендикулярной силой к стенке канала N в прямых участках канала можно пренебречь, коэффициент блокировки при ускорении К:/„, равен

45.1

Ко"

Ат тт1 т

1 тт 0 842 0,741

Са мобло кирова ние диффер енци алом осуществляется в основном при ускорении (увеличении скорости) транспортного средства, причем силы, передаваемые шарикам от одной полуосевой шестерни к другой, уменьшаются на участке бесконечного канала, имеющего конструктивно выбираемые кривизну и ширину части канала в зависимости от нужного коэффициента блоq где т1 тра

{8) и где 7 = 1 — 2й; (9)

7, = (1 — f. tg .) {16)

1 (5)

Подставляя цифровые величины в приведенные выражения (9), (16), (-), (8), (20) и (19), найдем ширину час15 ти канала; — 1 - 20,08 = 0,84;

180 а (1 е, tg )" -= -- — = 36

Е5 о 5 (1 — 0,08 Ср; -6 ) = 0,741;

20 1

Ф

3 5 т

1. Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства, содержащий ,приводной корпус, в котором соосно друг другу размещены связанные с полуосями полуосевые элементы, имеющие на внешней IlcfBepxHocTH винтовые пазы противоположного направления спирали, тела качения в виде шариков, размещенных s по крайней мере в одном замкнутом канале, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упроI I

1 g кировки, а при торможении двигателем и движении назад самоблокирование меньше и зависит практически от КПД передачи силы от одной полуосевой шестерни к шарикам и от КПД передачи силы от шариков к полуосевой шестерне.

Формула изобретения

07б03

12 щения конструкции, замкнутый выполненный торообразным канал расположен в приводном корпусе вдоль оси вращения полуосевых элементов, а шарики установлены в канале с контактом друг о друга, при этом одна выполненная прямой ветвь канала образована внешней поверхностью полуосевых элементов и корпусом, а другая, также прямая, - в виде продольного отверстия в корпусе.

2. Самоблокирующийся дифференциал по п.1, отличающийся тем, что ширина второй ветви больше одного диаметра шарика и меньше двух диаметров шарика.

3. Самоблокирующийся дифференциал по п,1, о т .п и ч а ю шийся тем, 20 что кривизна и ширина второй ветви канала выполнены меньшими, чем те же параметры первой ветви канала.

1507603

1 50 7603

Составитель С,Белоусько

Техред И.Моргентал Корректор B. Кабаций

Редактор A.ÍàêîâñêàR

Тираж 528

Подписное

Заказ 5501/20

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патечт", г. ужгород, ул. Гагарина, 101