Дифференциальное передаточное устройство для удваивания диапазона передаточных отношений и трансмиссия с четырьмя ведущими колесами

Изобретение относится к дифференциальному передаточному устройству для удваивания диапазона передаточных отношений, расположенному между многоступенчатой коробкой передач и двумя ведущими колесами транспортного средства. Устройство содержит наружный корпус (10), получающий крутящий момент от коробки передач и распределяющий его через внутренний механизм между двумя приводными валами колес. Наружный корпус (10) удерживает внутренний корпус (14), который образует вместе с наружным корпусом (10), набором промежуточных сателлитов (19) и управляющим элементом (30) двухпозиционную планетарную передачу (100), позволяющую получить два отдельных диапазона передаточных отношений для приведения во вращение ведущих колес. Внутренний корпус (14) имеет центральный цилиндрический выступ (14h) для направления солнечной шестерни (23) планетарной передачи (100). 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к механизмам, изменяющим диапазон передаточных отношений, и передаточным устройствам для автотранспортных средств, позволяющим удваивать диапазон передаточных отношений транспортного средства.

В частности, объектом изобретения является дифференциальное передаточное устройство, расположенное между многоступенчатой коробкой передач и двумя ведущими колесами транспортного средства, содержащее наружный корпус, который принимает крутящий момент от коробки передач и распределяет его через внутренний механизм между двумя приводными валами колес.

Это изобретение предпочтительно, но не исключительно, применяется на транспортных средствах с четырьмя ведущими колесами, в которых силовая установка расположена поперечно в передней части транспортного средства.

Объектами изобретения также являются трансмиссия с четырьмя ведущими колесами и транспортное средство, содержащее такую трансмиссию.

Изобретение пригодно для транспортных средств, называемых «внедорожниками», т.е. обладающих превышенной проходимостью по сравнению с обычными автотранспортными средствами, которые могут быть получены из серийных транспортных средств.

Иногда недостатком таких транспортных средств может быть недостаточная подвижность или затрудненное перемещение на очень низкой скорости. В этом случае желательно иметь более короткий диапазон передаточных отношений, чтобы компенсировать эту нехватку подвижности.

Первое решение для получения дополнительного диапазона передаточных отношений заключается в том, чтобы предусмотреть дополнительную двухступенчатую коробку передач, обычно называемую «раздаточной коробкой».

Однако конструкция этого типа всегда является сложной, дорогой и слишком тяжелой. Она предполагает также возможность адаптации на одном и том же транспортном средстве либо классической коробки, либо этого комплекса, которые имеют совершенно разный габарит.

Второе решение предусматривает редуктор на входе коробки. В этом случае коробка должна быть усилена, чтобы воспринимать более значительные крутящие моменты, когда выбирают короткий диапазон, что делает ее более тяжелой и более дорогой.

Таким образом, выяснилось, что наилучшим решением для механизма, позволяющего получить два диапазона передаточных отношений без серьезного изменения коробки передач и с меньшим габаритом, является его объединение с дифференциалом коробки. В случае транспортного средства с четырьмя ведущими колесами он должен предпочтительно находиться перед разделением мощности между передним и задним мостами транспортного средства.

В патентных документах FR 2 700 302, ЕР 658 705, ЕР 91 406 описаны трансмиссии для транспортных средств с четырьмя ведущими колесами, имеющие механизм, удваивающий диапазон передаточных отношений и расположенный в вышеуказанном месте. Однако изучение этих конструкций выявило слабые места в направляющих элементах, таких как осевые опоры, которые подвергаются воздействию больших усилий при дифференциальных скоростях.

Задачей изобретения является создание механизма удваивания диапазона передаточных отношений, расположенного в дифференциале. Он должен быть прочным, будучи при этом компактным, с сохранением целостности валов и механизма переключения передач.

Согласно изобретению, наружный корпус дифференциала включает в себя внутренний корпус, образующий вместе с наружным корпусом, набором промежуточных сателлитов и управляющим элементом двухпозиционную планетарную передачу, позволяющую получить два отдельных диапазона передаточных отношений для приведения во вращение ведущих колес.

Предпочтительно наружный корпус состоит из двух частей и удерживает ведомую шестерню главной передачи, при этом наружный корпус удерживается двумя опорными подшипниками, расположенными в картерах коробки передач.

В трансмиссии с четырьмя ведущими колесами согласно изобретению дифференциальное передаточное устройство удваивает ряд передаточных отношений коробки передач перед разделением мощности между передним и задним мостами транспортного средства.

Согласно другим особенностям изобретения:

- наружный корпус состоит из двух половин и удерживает ведомую шестерню главной передачи, при этом наружный корпус поддерживается с возможностью вращения двумя опорными подшипниками, расположенными в каждом картере коробки передач,

- на внутреннем конце левой половины корпуса нарезан зубчатый венец, выполняющий роль коронной шестерни планетарной передачи,

- на наружном конце левой половины корпуса выполнены шлицы, приспособленные для зацепления с зубчатой муфтой для включения длинного диапазона передаточных отношений,

- наружный корпус содержит второй корпус переднего дифференциала, который включает в себя механизм, имеющий полуосевые шестерни и сателлиты, для распределения крутящего момента на колеса,

- внутренний корпус центрирован в наружном корпусе и удерживается в осевом направлении упорными игольчатыми подшипниками,

- слева внутренний корпус имеет цилиндрический выступ, обеспечивающий размещение солнечной шестерни планетарной передачи,

- солнечная шестерня удерживается в осевом направлении справа упорным игольчатым подшипником, а слева упорным игольчатым подшипником, упорным кольцом и стопорным кольцом,

- внутренний корпус выполняет роль водила и содержит:

- цилиндрические отверстия (шесть в описанном варианте выполнения), равномерно распределенные в радиальном направлении и выполняющие роль прямых опор для сателлитов,

- выступы (шесть в описанном варианте выполнения), распределенные равномерно в радиальном направлении, для размещения цилиндрического кольца, поддерживающего сателлиты на противоположном конце,

- цилиндрическое кольцо, закрывающее водило, имеет V-образные пазы (шесть в описанном варианте выполнения), ориентированные в радиальном направлении и взаимодействующие с соответствующей формой на конце каждого выступа внутреннего корпуса, и

- опорные сателлитов расположены с каждой стороны зубчатого венца и направляются упорными игольчатыми втулочными подшипниками.

Изобретение станет более понятным из последующего описания примера варианта выполнения со ссылками на приложенные чертежи.

На фиг. 1А и 1В показано устройство в двух одинаковых продольных разрезах;

на фиг. 2 - планетарная передача, вид в поперечном разрезе;

на фиг. 3 - внутренний корпус, вид в разрезе;

на фиг. 4 - схема передачи крутящего момента в устройстве, включенном с коротким передаточным отношением;

на фиг. 5 - схема передачи крутящего момента в устройстве, включенном с длинным передаточным отношением.

На схемах использована следующая номенклатура деталей:

1 картер муфты,

2 картер механизма,

3 объем системы сцепления,

4 вторичный вал коробки передач,

5 холостая шестерня 1-й передачи

6 холостая шестерня 2-й передачи,

7 скользящая муфта 1-2-й передач,

8 холостая шестерня 3-й передачи,

9 ведомая шестерня главной передачи,

10 наружный корпус, удерживающий ведомую шестерню главной передачи

10а правая половина корпуса,

10b левая половина корпуса,

10с зубчатый венец коронной шестерни планетарной передачи,

10d шлицы для зацепления со скользящей муфтой 30 для соединения с солнечной шестерней 23,

11 правый (конический) опорный подшипник наружного корпуса,

12 левый (конический) опорный подшипник наружного корпуса,

13 винт крепления ведомой шестерни главной передачи,

14 внутренний корпус переднего дифференциала,

14а правая полуосевая шестерня,

14b левая полуосевая шестерня,

14с сателлиты (четыре),

14d ось сателлита,

14е полуось сателлита,

14f удерживающая втулка полуосей сателлитов,

14g приводные выступы закрывающей втулки 15,

14h центральный цилиндрический выступ для направления солнечной шестерни,

14i цилиндрическая опорная поверхность для сателлитов (шести),

14j выступ (шесть) корпуса, образующий перемычку к кольцу, удерживающему сателлиты

14k усеченные концы перемычки,

15 закрывающая втулка корпуса 14,

15а фланец втулки,

15b центральная цилиндрическая часть,

15с шлицы заднего привода трансмиссии,

16 зажим,

17 правый упорный игольчатый подшипник для поддерживания внутреннего корпуса,

18 левый упорный игольчатый подшипник для поддерживания внутреннего корпуса,

19 сателлиты (шесть),

20 упорный игольчатый подшипник сателлита (двенадцать),

21 закрывающее кольцо водила,

21а V-образный паз на кольце 21,

22 крепежный винт кольца водила,

23 солнечная шестерня,

24 правый упорный игольчатый подшипник солнечной шестерни,

25 правое упорное кольцо для левого осевого упора солнечной шестерни,

26 левый упорный игольчатый подшипник для солнечной шестерни,

27 левое упорное кольцо для левого осевого упора солнечной шестерни,

28 стопорное кольцо,

29 приводная ступица солнечной шестерни,

30 скользящая муфта для соединения солнечной шестерни,

31 шариковая система скользящей муфты (троекратное увеличение),

32 блокирующий диск солнечной шестерни,

32а блокирующий выступ для скользящей муфты 30,

33 крепление блокирующего диска солнечной шестерни,

34 герметичная крышка,

35 стопорное кольцо крышки,

36 динамическая уплотнительная прокладка.

Предложенный механизм удваивания диапазона передаточных отношений встроен в передний дифференциал поперечно расположенной коробки передач. Он показан упрощенно и частично в виде его картера 1 муфты и картера 2 его механизма. В картере 1 заштрихованной зоной 3 показан объем вращающейся системы сцепления. Этот объем является объемным ограничением для установки устройства удваивания диапазона передаточных отношений.

Другие элементы коробки передач, связанные с объемным ограничением, показаны схематично: вторичный вал 4, холостая шестерня 5 первой передачи, холостая шестерня 6 второй передачи, скользящая муфта 7 включения первой и второй передач с наружным зубчатым венцом заднего хода и, наконец, холостая шестерня 8 третьей передачи.

Дифференциал содержит наружный корпус 10, состоящий из правой половины 10а и левой половины 10b. Он удерживает ведомую шестерню 9 главной передачи, соединенную, например, посредством винтов 13. Она получает крутящий момент от коробки передач и распределяет его через внутренний механизм между двумя приводными валами колес.

Наружный корпус удерживается в картере 1 посредством подшипника 11, например, конического. Также наружный корпус удерживается в картере 2 подшипником 12. Это обеспечивает хорошее удержание ведомой шестерни 9 главной передачи.

Наружный корпус 10 содержит часть элементов, образующих механизм удваивания диапазона передаточных отношений. На внутреннем конце левой половины 10b корпуса зубчатый венец 10с образует коронную шестерню планетарной передачи 100. Зубчатый венец нарезан на внутреннем конце половины 10b наружного корпуса. Водило планетарной передачи 100 образовано внутренним корпусом 14.

На наружном конце этой же половины корпуса нарезан шлиц 10d. Он взаимодействует с зубчатой муфтой 30 для включения длинного диапазона передаточных отношений.

Наружный корпус 10 вмещает в себя внутренний корпус 14, образуя вместе с ним, с набором промежуточных сателлитов 19 и с управляющим элементом 30 двухпозиционную планетарную передачу 100, позволяющую получить два разных диапазона передаточных отношений коробки передач для приведения во вращение ведущих колес.

Корпус 10 состоит из двух половин 10а, 10b. Он удерживает ведомую шестерню 9 главной передачи. В свою очередь, корпус удерживается двумя опорными подшипниками 11, 12, расположенных в картерах 1, 2.

Внутренний корпус 14 расположен в наружном корпусе 10. Он содержит дифференциальный механизм с полуосевыми шестернями 14а, 14b и сателлитами 14с для распределения крутящего момента между колесами. В не ограничивающем варианте осуществления изобретения, представленном на фигурах, этот механизм является механизмом переднего дифференциала. Он состоит из правой полуосевой шестерни 14а, левой полуосевой шестерни 14b и сателлитов 14c со сферической опорной поверхностью.

В не огранивающем варианте осуществления изобретения, представленном на фигурах, показаны четыре сателлита 14с, установленные на малом диаметре. Направление сателлитов обеспечивается осью 14d сателлитов и двумя полуосями 14е сателлитов. Наконец, втулка 14f удерживает полуоси 14е сателлитов.

С правой стороны внутренний корпус 14 закрыт втулкой 15, удерживаемой зажимом 16. Он приводит во вращение втулку через ряд выступов 14g. Втулка 15 имеет плоский фланец 15a с выступами на периферии. Указанные выступы взаимодействуют с выступами 14g корпуса. Втулка также имеет полую цилиндрическую часть 15b, центрированную в наружном корпусе 10а и заканчивающуюся внутренними шлицами 15с для привода от передаточного модуля к продольному приводу, ведущему к задней колесной оси.

Правая сторона корпуса 14 имеет полый цилиндрический центральный выступ 14h, более наглядно показанный на фиг. 2 и 3. Внутри него проходит левый продольный привод (не показан), а снаружи расположена солнечная шестерня 23 планетарной передачи 100. Выступ 14h служит для направления солнечной шестерни 23. Внутренний корпус 14 также имеет шесть распределенных равномерно в радиальном направлении цилиндрических опорных поверхностей 14i для сателлитов 19. Цилиндрические опорные поверхности 14i образуют прямые опоры для сателлитов 19 планетарной передачи 100.

Внутренний корпус 14 имеет выступы 14j, равномерно распределенные в радиальном направлении для установки цилиндрического закрывающего кольца 21 водила и удерживающие концы сателлитов 19. Выступы 14j (шесть в описанном примере) выполняют роль перемычек к закрывающему кольцу 21 водила и поддерживают его.

Корпус 14 воспринимает осевые усилия от косозубого зубчатого венца солнечной шестерни 23. Корпус 14 опирается в наружный корпус 10 ведомой шестерни главной передачи через правый упорный игольчатый подшипник 17 и левый упорный игольчатый подшипник 18.

Шесть сателлитов 19 имеют опорную поверхность 14i с каждой стороны от центрального зубчатого венца. Обе опорные поверхности направляются с двух сторон от зубчатого венца упорными игольчатыми втулочными подшипниками 20, справа во внутреннем корпусе 14 и слева в закрывающем кольце 21 водила.

Кольцо 21, закрывающее водило, имеет шесть V-образных пазов 21а, ориентированных в радиальном направлении. Пазы 21а взаимодействуют с соответствующей формой 14k на конце каждого выступа 14j, внутреннего корпуса 14. Кольцо 21 закреплено шестью винтами 22, которые обеспечивают надежное приведение во вращение и устойчивое крепление кольца 21.

Солнечная шестерня 23 радиально направляется корпусом 14. Поскольку радиальные усилия являются уравновешенными, нет необходимости предусматривать особое конструктивное выполнение для этой опорной поверхности. С другой стороны, поскольку зубчатый венец является косозубым, на солнечную шестерню 23 действуют осевые усилия, которые она передает налево или направо. Следовательно, она должна быть центрирована в наружном корпусе 10. Для этого она удерживается в осевом направлении упорными игольчатыми подшипниками 24, 26. В частности, она удерживается справа упорным игольчатым подшипником 24 и слева упорным кольцом 25, опирающимся на второй упорный игольчатый подшипник 26. Последний, в свою очередь, застопорен упорным кольцом 27, заблокированным стопорным кольцом 28.

Изменение диапазона передаточных отношений заключается в соединении солнечной шестерни 23:

- либо с неподвижным элементом коробки передач для еe (солнечной шестерни) блокировки и получения короткого диапазона согласно понижающему передаточному отношению, определяемому передаточным отношение планетарной передачи,

- либо с наружным корпусом 10 для нейтрализации планетарной передачи и получения длинного диапазона (без понижения).

Для этого приводная ступица 29 установлена на шлицах на конце солнечной шестерни. Поскольку зубчатая муфта 30 может скользить в осевом направлении, она установлена на наружных шлицах ступицы 29. При перемещении муфты 30 влево при помощи вилки (не показана) она взаимодействует с выступами 32а блокирующего диска 32. Последний центрирован в картере 2 и закреплен винтами 33. Зубчатая муфта удерживается на месте шариковой системой 31, взаимодействующей с наклонными концами муфты 30.

Короткий диапазон передаточных отношений устанавливают в зависимости от передаточного отношения планетарной передачи. В частности, если число зубьев коронной шестерни обозначить Nr, а число зубьев солнечной шестерни обозначить Ns, понижающее передаточное число получают как отношение R = (Nr+Ns)/Ns. При перемещении муфты 30 вправо она взаимодействует с выступами 10d на конце корпуса 10. Солнечная шестерня и коронная шестерня планетарной передачи оказываются связанными, и планетарная передача оказывается заблокированной. Оба корпуса 10 и 14 неподвижно соединены. Они вращаются с одинаковой скоростью. Так получают длинный диапазон передаточных отношений.

На фиг. 4 показан путь крутящего момента при коротких передаточных отношениях. Крутящий момент, поступающий от вторичного вала 4, передается на ведомую шестерню 9 главной передачи, затем на наружный корпус 10. Этот крутящий момент полностью передается на зубчатый венец коронной шестерни 10с планетарной передачи. Заблокированная солнечная шестерня 23 обеспечивает несущий момент и реактивный момент, определяемые передаточным числом планетарной передачи. Если крутящий момент на коронной шестерне обозначить Tr, то крутящий момент на солнечной шестерне имеет значение Ts = Tr × Ns/Nr. Крутящие моменты находятся в пропорции с числом зубьев. Крутящий момент на водиле, являющийся суммой крутящих моментов на солнечной и коронной шестернях, увеличивается в понижающем передаточном отношении R. Крутящий момент на корпусе 14 равен крутящему моменту на корпусе 10 × R.

На фиг. 5 показан путь крутящего момента при длинных передаточных отношениях. Крутящий момент на наружном корпусе 10 распределяется между коронной шестерней 10с планетарной передачи и солнечной шестерней 23 через зубчатую муфту 30 и ступицу 29. Крутящие моменты соединяются на водиле. Крутящий момент на внутреннем корпусе 14 является таким же, как и крутящий момент на наружном корпусе 10.

Изобретение также относится к трансмиссии с четырьмя ведущими колесами для автотранспортного средства, имеющего поперечно расположенную силовую установку (СУ), содержащую описанное дифференциальное передаточное устройство, которое удваивает диапазон передаточных отношений перед разделением мощности между передним и задним мостами транспортного средства. Объектом изобретения также является транспортное средство с четырьмя ведущими колесами, оснащенное описанным устройством.

1. Дифференциальное передаточное устройство для удваивания диапазона передаточных отношений, расположенное между многоступенчатой коробкой передач и двумя ведущими колесами транспортного средства, содержащее наружный корпус (10), принимающий крутящий момент от коробки передач и распределяющий его через внутренний механизм между двумя приводными валами колес, при этом наружный корпус (10) включает в себя внутренний корпус (14), который вместе с наружным корпусом (10), набором промежуточных сателлитов (19) и управляющим элементом (30) образует двухпозиционную планетарную передачу (100), позволяющую получить два отдельных диапазона передаточных отношений для приведения во вращение ведущих колес, отличающееся тем, что внутренний корпус (14) имеет центральный цилиндрический выступ (14h) для направления солнечной шестерни (23) планетарной передачи (100).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что наружный корпус (10) состоит из двух половин (10а, 10b) и удерживает ведомую шестерню (9) главной передачи, при этом наружный корпус поддерживается с возможностью вращения двумя опорными подшипниками (11, 12), расположенными в картерах (1, 2) коробки передач.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что на внутреннем конце половины (10b) наружного корпуса нарезан зубчатый венец (10с), образующий коронную шестерню планетарной передачи (100).

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что на наружном конце половины (10b) наружного корпуса выполнен шлиц (10d), приспособленный для зацепления с зубчатой муфтой (30) для включения длинного диапазона передаточных отношений.

5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что внутренний корпус (14) содержит дифференциальный механизм, имеющий полуосевые шестерни (14а, 14b) и сателлиты (14с), для распределения крутящего момента на колеса.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что внутренний корпус (14) центрирован в наружном корпусе (10) и удерживается в осевом направлении упорными игольчатыми подшипниками (24, 26).

7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что водило планетарной передачи (100) образовано внутренним корпусом (14).

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что внутренний корпус (14) имеет равномерно распределенные в радиальном направлении цилиндрические опорные поверхности (14i), образующие прямые опоры для сателлитов (19) планетарной передачи (100).

9. Устройство любому из пп. 7 или 8, отличающееся тем, что внутренний корпус (14) имеет распределенные равномерно в радиальном направлении выступы (14j) для размещения цилиндрического закрывающего кольца (21) водила, поддерживающего концы сателлитов (19).

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что кольцо (21), закрывающее водило, имеет V-образные пазы (21а), ориентированные в радиальном направлении и взаимодействующие с соответствующей формой (14k) на конце каждого выступа (14j) внутреннего корпуса (14).

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что сателлиты (21) с двух сторон от своего зубчатого венца направляются упорными игольчатыми подшипниками (20).

12. Трансмиссия с четырьмя ведущими колесами для автотранспортного средства с поперечно расположенной силовой установкой в передней части транспортного средства, характеризующаяся тем, что содержит дифференциальное передаточное устройство по любому из пп. 1-11, удваивающее диапазон передаточных отношений коробки передач перед разделением мощности между передним и задним мостами транспортного средства.

13. Транспортное средство с четырьмя ведущими колесами, характеризующееся тем, что содержит трансмиссию с четырьмя ведущими колесами по п. 12.