Опорное кольцо дифференциала

Изобретение относится к блокируемым дифференциалам. Блокируемый дифференциал включает в себя кольцевой центральный кулачковый элемент (130), свободно вращающийся и поддерживаемый и внутри кольцевого центрального приводного элемента (116) без использования какого-либо запирающего устройства, такого как стопорное кольцо. Центральный кулачковый элемент (130) поддерживается на месте в продольном направлении за счет усилий смещения, прилагаемых к элементам (122, 124) муфты, расположенным с противоположных сторон центрального приводною элемента, с помощью цилиндрических пружин сжатия, концентрично расположенных снаружи относительно полуосевых шестерней (118, 120) соответственно, и с помощью опорных колец (132, 134), которые соединены с элементами муфты. Центральный кулачковый элемент (130) и центральный приводной элемент (116) имеют смежные наружную и внутреннюю периферийные поверхности, соответственно, которые являются гладкими, сплошными и непрерывными. Опорные кольца (132, 134) соединены с возможностью поворачивания у их дальних концов с элементами муфты с помощью неразъемных кольцевых наружных ребер (132а, 134а), которые продолжаются внутри соответствующих канавок, продолжающихся в расточенных поверхностях стенок. Изобретение позволяет упростить конструкцию и сборку дифференциала и уменьшить стоимость. 3 з.п. ф-лы, 18 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Блокируемый дифференциал включает в себя кольцевой центральный кулачковый элемент, поддерживаемый при свободном вращении внутри кольцевого центрального приводного элемента без использования какого-либо запирающего устройства, такого как стопорное кольцо, с целью упрощения конструкции и сборки дифференциала и уменьшения стоимости. Центральный кулачковый элемент и центральный приводной элемент имеют смежные наружную и внутреннюю периферийные поверхности, соответственно, которые являются гладкими, сплошными и непрерывными. Опорные кольца соединены с возможностью вращения у дальних концов с элементами муфты с помощью неразъемных кольцевых наружных ребер, которые продолжаются внутри соответствующих канавок, содержащихся в расточенных поверхностях стенок.

Уровень техники

Блокируемые дифференциалы хорошо известны из существующих патентов, о чем свидетельствуют патенты Knoblock №2,329,059, Bawk (автор настоящей заявки) №4,424,725 и Edwards et al. №4,745,818. В этих существующих патентах кольцевой центральный кулачковый элемент нормально концентрично расположен внутри и прикреплен (с помощью стопорного кольца или нечто подобного) к кольцевому центральному приводному элементу для предотвращения относительного осевого смещения между двумя компонентами. Если один выходной вал превышает частоту вращения другого выходного вала на заданную величину, элемент муфты, превышающий заданную частоту вращения и установленный с возможностью скольжения на полуосевой шестерне, относящейся к валу, превышающему заданную частоту вращения, выходит из зацепления с помощью зубьев на центральном приводном элементе и элементах муфты с целью выхода из зацепления выходного вала, превышающего заданную частоту вращения, до тех пор, пока существует состояние превышения заданной частоты вращения.

Эти известные дифференциалы требуют относительно количества сложных частей, и их производство и сборка являются затруднительными и дорогостоящими. Например, в патентах Bawks и Knoblock средства смещения с пружиной для блокируемых дифференциалов расположены концентрично внутри элементов муфты и центрального кулачкового элемента, тем самым усложняя сборку и обслуживание дифференциала. В элементах муфты из патента Edwards кулачковые зубья расположены по окружности рядом с внутренней окружностью противолежащих сторон элементов муфты, и приводные зубья расположены в наружном направлении по окружности рядом с наружными окружностями элементов муфты с опорными кольцами, расположенными у их дальних концов в канавках, содержащихся в поверхностях элемента муфты между кулачковыми зубьями и приводными зубьями.

Некоторые из известных дифференциалов представляют проблему, состоящую в том, что опорное кольцо может «перескакивать» через шпонку крестовины во время изменения скорости между крестовиной и муфтой, тем самым вызывая непараллельность муфты и крестовины. Это приводит к повреждению зубьев муфты и неисправности дифференциала.

Настоящее изобретение разработано с целью предложить улучшенный менее дорогой блокируемый дифференциал, который требует меньше частей, более прост в изготовлении и сборке и более долговечен при эксплуатации и более прост в обслуживании.

Раскрытие изобретения

Соответственно, основная задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить улучшенный блокируемый дифференциал, который устраняет необходимость в средстве крепления между центральным кулачковым элементом и центральными приводными элементами, так чтобы смежные наружная и внутренняя периферийные поверхности концентрично расположенных центрального кулачка и центральных приводных элементов были гладкими, сплошными и непрерывными. Средство смещения с пружиной включают в себя пару цилиндрических пружин сжатия, расположенных концентрично снаружи относительно полуосевых шестерней, соответственно, чтобы смещать элементы муфты во внутреннем направлении друг к другу к центральному приводному элементу, расположенному между ними.

Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить дифференциал, в котором зубья муфты у смежных концов элементов муфт являются сплошными и едиными, в результате чего кулачковые зубья на центральном кулачковом элементе входят в зацепление с зубьями муфты рядом с внутренним периферийным участком элементов муфты, и приводные зубья на центральном приводном элементе входят в зацепление с соответствующими зубьями муфты рядом с наружной окружностью элементов муфты.

Согласно другой задаче кольцевые опорные кольца образованы из прутковых заготовок, штампованного порошкового металла или упругого металлического листового материала и включают в себя у их дальних концов на их наружных периферийных поверхностях кольцевые ребра, которые продолжаются внутри соответствующих канавок, содержащихся в расточенных поверхностях стенок внутри элементов муфты, соответственно. Опорные кольца снабжены на концах множеством расположенных по окружности и продолжающихся в осевом направлении неразъемных выступов, которые нормально продолжаются внутри соответствующих сквозных пазов, содержащихся в центральном кулачковом элементе. Опорные кольца упруго отклоняются радиально наружу для зацепления с расточенными поверхностями стенок элементов муфты, соответственно, в результате чего в случае, когда один элемент муфты, превышающий заданную частоту вращения, выходит из состояния зацепления, соответствующее поворотное опорное кольцо смещается на небольшой угол и заставляет угловой край выступа садиться в опорную выемку, предусмотренную на свободной конце соответствующего сквозного паза центрального кулачкового элемента.

Новая конструкция дифференциала защищает опорное кольцо от «перепрыгивания» шпонки. Это обеспечивается за счет перемещения поверхности расположения опорного кольца от крестовины/центрального приводного элемента к центральному кулачку и за счет обеспечения дополнительной длины контакта между выступом опорного кольца и заплечиком для размещения центрального кулачка. Опорное кольцо не может «перепрыгнуть» через заплечик для размещения центрального кулачка и, следовательно, муфта не может быть непараллельной крестовине/центральному приводному элементу. Это будет препятствовать повреждению зубьев из-за частичного контакта.

Это повышает прочность кулачковых зубьев муфты, что заставляет муфту выходить из зацепления с зубьями крестовины/центрального приводного элемента во время изменения скорости. Это обеспечивается перемещением канавки опорного кольца внутрь на муфту, позволяя кулачковым зубьям муфты становиться продолжением приводных зубьев муфты. За счет исключения шпонки крестовины/центрального приводного элемента можно исключить соответствующие производственные операции.

Краткое описание чертежей

Другие задачи и преимущества изобретения станут понятными после изучения следующего ниже описания со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 - вид в разрезе дифференциального механизма по существующему уровню техники;

фиг.2 - вид сверху на элемент крестовины дифференциала по существующему уровню техники из фиг.1;

фиг.3 - частичный вид по линии 3-3 из фиг.2;

фиг.4 - вид с торца на усовершенствованный дифференциал настоящего изобретения и фиг.5 - вид в разрезе по линии 5-5 из фиг.4;

фиг.6 - вид с торца на одну из полуосевых шестерней из фиг.5 и фиг.7 - вид в разрезе по линии 7-7 из фиг.6;

фиг.8 - дифференциал в разобранном виде из фиг.5;

фиг.9 и 10 - виды сбоку и с торца, соответственно, на центральный кулачковый элемент из фиг.5;

фиг.11 - вид в разрезе по линии 11-11 из фиг.10 и фиг.12 - перспективный вид центрального кулачкового элемента из фиг.10;

фиг.13 - вид с торца на одно из опорных колец из фиг.5 и фиг.14 - вид в разрезе по линии 14-14 из фиг.13;

фиг.15 - вид с торца на центральный приводной элемент из фиг.5 и фиг.16 - вид в разрезе по линии 16-16 из фиг.15;

фиг.17 - вид с торца на один из элементов муфты из фиг.5 и фиг.18 - вид в разрезе по линии 18-18 из фиг.17.

Осуществление изобретения

Ссылаясь, прежде всего, на фиг.1-3 (которые показывают дифференциал по существующему уровню техники, Edwards et al., патент №4,745,818), расположенные на одной прямой выходные валы 12 и 14 имеют шлицы на смежных концах в пределах полуосевых шестерней 16 и 18, которые поддерживаются в отверстиях, содержащихся в противоположных торцевых стенках картера 2 дифференциала. На полуосевых шестернях на шлицах с возможностью скольжения установлены элементы 20 и 22 муфты, которые смещаются друг к другу с помощью пружин сжатия для осуществления зацепления зубьев 20а, 22а муфты с ведущими зубьями 10а с противоположных концов центрального элемента 10 крестовины. Кольцевой центральный кулачковый элемент 24 прикреплен к центральному элементу крестовины с помощью обычного стопорного кольца 26 с целью предотвратить осевое смещение центрального кулачкового элемента относительно центрального ведущего элемента. Центральный кулачковый элемент имеет кулачковые зубья 24а и 24b, которые входят в зацепление с соответствующим комплектом кулачковых зубьев 20b, 22b, предусмотренных на элементах муфты. В канавках, содержащихся в элементах муфты между комплектами ведущих зубьев и кулачковых зубьев, расположены разрезные опорные кольца 28, 30, используемые для поддержания соединения элемента муфты с выходным валом, вращающимся с увеличенным числом оборотов в условиях выхода из зацепления, как известно по существующему уровню техники.

Как показано на фиг.2 и 3, крестовина или центральный приводной элемент 10 снабжен на внутренней окружности клином 10, который продолжается в прорезях, содержащихся в опорных кольца, чтобы ограничить степень углового смещения каждого опорного кольца относительно центрального кулачкового элемента во время функционирования опорного кольца. Если этот клин поднимается опорным кольцом во время ошибочного срабатывания опорного кольца, может иметь место повреждение компонентов дифференциала.

Со ссылкой на фиг.4 и 5 соответственно усовершенствованному дифференциалу настоящего изобретения кольцевые полуосевые шестерни 118 и 120, которые неподвижно установлены на шлицах на расположенных на одной прямой выходных валах 104 и 106, поддерживаются в отверстиях, содержащихся в противоположных торцевых стенках поворотного картера 114 для определения оси вращения R. На полуосевых шестернях на шлицах для продольного смещения со скольжением установлены элементы 122 и 124 муфты, которые смещаются друг к другу в направлении центрального приводного элемента 116 с помощью цилиндрических пружин сжатия 144 и 146, которые концентрично расположены снаружи и на удалении относительно полуосевых шестерней соответственно. На удаленных концах пружины сжатия входят в зацепление с кольцевыми элементами 148, 150 держателей пружин, которые опираются на наружные неразъемные кольцевые заплечики 118с, 120с на полуосевых шестернях соответственно. Смежные концы пружин сжатия соответственно находятся в зацеплении с элементами муфты, обеспечивая, таким образом, зацепление между зубьями 122а и 124а муфты и соответствующими участками приводных зубьев 116а на противоположных концах центрального приводного элемента, причем эти участки прилегают к наружной периферии центрального приводного элемента.

Внутри вышеуказанного центрального приводного элемента концентрично установлен поворотный кольцевой центральный кулачковый элемент 130, снабженный с каждого конца кольцевой конструкцией кулачковых зубьев 130а, предназначенных для зацепления с участками соответствующих приводных зубьев 116а, прилегающих к внутренней окружности центрального приводного элемента 116. По отличительной характеристике настоящего изобретения смежные внутренняя и наружная периферийные поверхности центрального приводного элемента 116с и центрального кулачкового элемента 130b, соответственно, являются гладкими, сплошными и непрерывными, поскольку отпадает необходимость в стопорном кольце по существующему уровню техники. Центральный кулачковый элемент снабжен на внутренней окружности множеством распределенных по окружности продольных сквозных пазов 142, которые заканчиваются у каждого конца парой боковых опорных выемок 144, как будет описано ниже.

Предусмотрена пара расположенных на одной линии и разнесенных в продольном направлении опорных колец 132 и 134, которые концентрично продолжаются у их дальних концов внутри расточенных отверстий 125, содержащихся в смежных концах элементов 122 и 124 муфты соответственно. Для предотвращения относительного продольного смещения между опорными кольцами и соответствующими элементами муфты опорные кольца снабжены на наружной периферии кольцевыми ребрами 132а и 134а, которые продолжаются внутри соответствующих канавок 140, содержащихся в расточенных поверхностях стенок. Опорные кольца образованы из штампованных прутковых заготовок. Порошковая металлическая заготовка или заготовка из упругого листового металлического материала разрезана в продольном направлении с образованием прорезей 135 и упруго отклоняется наружу, входя в зацепление за счет сил трения со связанным с ней элементом муфты соответственно. На смежных концах опорные кольца снабжены множеством распределенных по окружности и продолжающихся в осевом направлении неразъемных выступающих участков 132b и 134b, которые продолжаются в противоположные концы соответствующих сквозных пазов 142, содержащихся в центральном кулачковом элементе.

Во время эксплуатации выходные валы 104 и 106 нормально приводятся в действие с одинаковой частотой вращения от главного приводного вала через картер 114, центральный приводной элемент 116, элементы 122 и 124 муфты и полуосевые шестерни 118 и 120, соответственно. В случае, когда частота вращения одного из выходных валов превышает частоту вращения другого выходного вала сверх заданной частоты вращения (например, во время поворота транспортного средства), элемент муфты, связанный с валом, превышающим заданную частоту вращения, выходит из зацепления за счет взаимодействия между зубьями муфты на элементе муфты, превышающем заданную частоту вращения, и соответствующими кулачковыми зубьями 130а на центральном кулачковом элементе, тем самым выводя зубья муфты этого элемента муфты из зацепления с приводными зубьями центрального кулачкового элемента. Соответствующее опорное кольцо слегка перемещается, заставляя угловые края выступов опорного конца входить в соответствующие выемки 144 на центральном кулачковом элементе и тем самым поддерживать элемент муфты в отключенном состоянии. В случае, когда выходной вал, превышающий заданную частоту вращения, выходит из этого состояния после завершения поворота, опорные кольца вращательно перемещаются в исходное положение, и смещающее усилие пружины заставляет выступы снова войти в прорези кулачка, в результате чего элемент муфты возвращается для повторного зацепления зубьев муфты с приводными зубьями центрального приводного элемента. Крутящий момент кольцевой шестерни снова будет передаваться через элемент муфты и полуосевую шестерню на выходной вал.

Несмотря на то что предпочтительные формы и варианты выполнения изобретения были проиллюстрированы и описаны согласно положениям патентных законов, специалистам в этой области техники будет понятно, что изменения могут быть внесены без отклонения от изобретения, описанного выше.

1. Блокируемый дифференциальный механизм для приведения в движение пары расположенных на одной линии выходных валов (104, 106) от главного приводного вала, содержащий:
(a) картер (114), приводимый в движение приводным валом для вращения вокруг заданной оси (R), находящейся на одной оси с осью выходною вала; вышеуказанный картер содержит камеру, образующую пару противолежащих торцевых стенок, содержащих соосные отверстия для валов для размещения смежных концов выходных валов;
(b) кольцевой центральный приводной элемент (116), неподвижно установленный в вышеуказанной камере концентрично относительно вышеуказанной заданной оси;
вышеуказанный центральный приводной элемент имеет на каждом конце концевую поверхность, снабженную кольцевой конструкцией продолжающихся в радиальном направлении непрерывных приводных зубьев (116а);
(c) пару кольцевых полуосевых шестерней (118, 120), установленных в вышеуказанной камере для вращения относительно вышеуказанной заданной оси вблизи вышеуказанных отверстий для вала соответственно; вышеуказанные полуосевые шестерни установлены на шлицы для неповоротного соединения со смежными концами выходных валов соответственно;
(d) пару кольцевых элементов (122, 124) муфты, концентрично установленных на шлицы для неповоротного продольного смещения относительно вышеуказанных полуосевых шестерней соответственно; смежные концы вышеуказанных элементов муфты включают в себя множество распределенных по окружности и продолжающихся в радиальном направлении зубьев (122а, 124а) муфты для зацепления с участками соответствующих приводных зубьев (116а), смежных с наружной окружностью вышеуказанного центрального приводного элемента, соответственно;
(e) средство с пружиной, нормально смещающее вышеуказанные элементы муфты к включенному положению относительно вышеуказанного центрального приводного элемента; вышеуказанное средство с пружиной включает в себя пару пружин (144, 146) сжатия, концентрично расположенных снаружи относительно вышеуказанных полуосевых шестерней, соответственно;
(f) центральное кулачковое средство, функционирующее, когда частота вращения одного выходного вала превышает частоту вращения другого выходного вала сверх заданного значения для осевого смещения к выключенному положению элемента муфты, связанного с вышеуказанным одним выходным валом, превышающим заданную частоту вращения; вышеуказанное средство выхода из зацепления включает в себя:
(1) кольцевой центральный кулачковый элемент (130), концентрично установленный с возможностью поворачивания внутри вышеуказанного центрального приводного элемента;
(2) вышеуказанный центральный кулачковый элемент и вышеуказанный центральный приводной элемент имеют смежные сплошные гладкие периферийные поверхности (130b, 116с);
(3) вышеуказанный центральный кулачковый элемент имеет с противоположных сторон множество кулачковых зубьев (130а), предназначенных для зацепления с соответствующими участками зубьев муфты, смежных с внутренней окружностью смежных элементов муфты, соответственно;
(4) вышеуказанный центральный кулачковый элемент имеет внутреннюю периферийную поверхность, содержащую множество продолжающихся в продольном направлении расположенных по окружности сплошных пазов (142);
(g) опорное средство, включающееся из нерабочего состояния к состояние застопоривания, чтобы элемент с муфтой, превышающий заданную частоту вращения и связанный с выходным валом, превышающим заданную частоту вращения, оставался в выключенном состоянии до тех пор, пока выходной вал, превышающий заданную частоту вращения, превышает вышеуказанное заданное значение; вышеуказанное опорное средство содержит:
(1) пару упругих кольцевых опорных колец (132, 134), концентрично расположенных вокруг вышеуказанной заданной оси; каждое из вышеуказанных опорных колец содержит продольную прорезь (135);
(2) каждое из вышеуказанных опорных колец включает участок корпуса, имеющий гладкую непрерывную внутреннюю периферийную поверхность; вышеуказанные опорные кольца имеют удаленные первые концы, наружные периферийные поверхности которых снабжены неразъемными периферийными в общем кольцевыми участками (132а, 134а) ребер, которые продолжаются внутри соответствующих канавок (140), содержащихся внутри соответствующего элемента муфты, соответственно, с целью предотвратить продольное смещение вышеуказанных опорных колец относительно вышеуказанных элементов муфты соответственно;
(3) вышеуказанные опорные кольца имеют смежные концы, снабженные множеством расположенных по окружности и продолжающихся в осевом направлении выступающих участков (132b, 134b), которые нормально продолжаются в вышеуказанные сквозные пазы центрального кулачкового элемента соответственно;
(4) вышеуказанные опорные кольца упруго смешаются радиально наружу, входя к зацепление за счет сил трения с соответствующим элементом муфты, так что, когда элемент с муфтой, связанный с выходным валом, превышающим заданную частоту вращения, смещается в продольном направлении к выключенному положению, последовательное относительное поворотное перемещение вышеуказанного элемента с муфтой заставляет соответствующее опорное кольцо смещаться с поворачиванием к вышеуказанному стопорному положению, в котором края вышеуказанных опорных выступов садятся внутрь стопорных выемок (144), предусмотренных с каждого конца и на противоположных сторонах вышеуказанных сквозных пазов.

2. Блокируемый дифференциальный механизм по п.1, в котором смежные концы вышеуказанных элементов с муфтой содержат центральные расточенные отверстия (125), которые образуют расточенные стенки; в вышеуказанных расточенных стенках соответственно содержатся вышеуказанные канавки.

3. Блокируемый дифференциальный механизм по п.2, в котором каждая из вышеуказанных полуосевых шестерней снабжена неразъемным наружным кольцевым фланцевым участком (118с, 120с) и в котором вышеуказанное средство с пружиной, кроме того, включает в себя:
(1) пару кольцевых элементов (148, 150) держателей пружин, установленных концентрично относительно вышеуказанных полуосевых шестерней между вышеуказанными фланцевыми участками полуосевых шестерней и вышеуказанными элементами с муфтой соответственно; вышеуказанные элементы держателей пружин находятся в примыкающем зацеплении с вышеуказанными фланцевыми участками полуосевых шестерней соответственно; и
(2) пару пружин (144, 146) сжатия, установленных концептрично относительно вышеуказанных полуосевых шестерней между вышеуказанными держателями пружин и соответствующими элементами муфты соответственно.

4. Блокируемый дифференциальный механизм по п.3, в котором вышеуказанный центральный приводной элемент снабжен на наружной периферийной поверхности шлицевыми зубьями (116b), которые неподвижно соединяют вышеуказанный центральный приводной элемент с вышеуказанным картером.