Дифференциал повышенного трения (варианты)

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ДИФФЕРЕНЦИАЛ ПОВЫШЕННОГО ТРЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)(46) 30.09.1998 объединение Минский тракторный завод им. В.И.(71) Заявитель Производственное объединение ЛенинаМинский тракторный завод им. В.И. Ленина,Белорусская государственная политехническая академия(57) 1. Дифференциал повышенного трения, содержащий корпус, крестовину с коническими сателлитами, выходные полуосевые валы, установленные на них с возможностью осевых перемещений и связанные с ними торцевыми кулачками полуосевые шестерни, находящиеся в зацеплении с сателлитами, и расположенные между корпусом и полуосевыми шестернями фрикционные дисковые муфты, ведущие диски которых связаны с корпусом, а ведомые- с полуосевыми шестернями, отличающийся тем, что в корпусе дифференциала выполнены расточки, в которых расположены упругие пружинные пакеты, выполненные в виде комплекта предварительно сжатых упругих элементов, установленных в стаканах с продольными пазами в стенках, размещенных в упомянутых расточках корпуса, и опирающихся на дно стаканов и подвижные диски, снабженные выступами, посредством которых они установлены в пазах стаканов, и зафиксированные в стаканах стопорными кольцами, при этом подвижные диски опираются на полуосевые шестерни, а в каждой из фрикционных дисковых муфт диски расположены с зазором относительно друг друга. 2. Дифференциал повышенного трения, содержащий корпус, крестовину с коническими сателлитами, выходные полуосевые валы, установленные на них с возможностью осевых перемещений и связанные с ними торцевыми кулачками полуосевые шестерни, находящиеся в зацеплении с сателлитами, и расположенные между корпусом и полуосевыми шестернями фрикционные дисковые муфты, ведущие диски которых связаны с корпусом, а ведомые - с полуосевыми шестернями, отличающийся тем, что в корпусе дифференциала выполнены расточки, в которых расположены упругие пружинные пакеты, выполненные в виде комплекта предварительно сжатых упругих элементов,установленных в стаканах с продольными пазами в стенках, размещенных в упомянутых расточках корпуса, и опирающихся на дно стаканов и подвижные диски, снабженные удлиненными выступами, посредством которых они установлены в пазах стаканов, и зафиксированные в стаканах стопорными кольцами, при этом подвижные диски опираются на ближние к корпусу диски фрикционных дисковых муфт, расположенные с зазором относительно корпуса. 2368 1 Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве дифференциала повышенного трения внедорожных многоприводных автомобилей и тракторов. Известен дифференциал повышенного трения, содержащий корпус, полуоси, на которых установлены полуосевые шестерни, сателлиты, размещенные на крестовине корпуса и находящиеся в зацеплении с полуосевыми шестернями. Комплект ведущих дисков связан с корпусом, а комплект ведомых дисков установлен на ступицах полуосевых шестерен. На каждой полуоси между торцами ступиц полуосевых шестерен и корпусом установлены тарельчатые пружины Бельвилля 1. Этому дифференциалу присущи следующие недостатки 1. Дифференциал по замыслу его авторов должен обладать характеристикой , показанной на фиг. 1 (М 0 момент на корпусе дифференциала,- момент трения в дифференциале). Однако, в действительности, он не обеспечивает эту характеристику. Это объясняется тем, что установленные с предварительным сжатием тарельчатые пружины, воздействуя на полуосевые шестерни, прижимают их к кольцевым упорам на крестовине. В результате, как показывают расчеты, в контакте полуосевых шестерен и крестовины может возникать момент трения М до 300 Нм, при этом дифференциал обладает характеристикой блокирующих свойств, показанной на фиг. 2. Если же в этом дифференциале установить пружины без предварительного сжатия, то дифференциал также не будет обладать характеристикойфиг. 1, поскольку осевые силы зацепления сразу же при подведении к корпусу крутящего момента, начнут сжимать диски и дифференциал будет иметь характеристику ,показанную на фиг. 1. 2. В результате предварительного сжатия пружин имеет место трение полуосевых шестерен о кольцевые упоры на крестовине, что ведет к износу этих упоров и уменьшению зазоров в конических зацеплениях, что отрицательно сказывается на работоспособности дифференциала. При этом также (вследствие износов упоров и перемещения полуосевых шестерен в сторону сателлитов) уменьшается деформация тарельчатых пружин, а значит, и сила их сжатия. Это изменяет характеристику блокирующих свойств дифференциала. 3. Тарельчатые пружины опираются на корпус дифференциала и полуосевые шестерни, которые при дифференциальном эффекте совершают относительное вращение. Это ведет к скольжению тарельчатых пружин относительно своих опорных поверхностей, что, вследствие малой опорной площади тарельчатых пружин, вызывает износ деталей (кольцевую выработку). Последнее снижает величину деформации пружин,а значит, и силу их сжатия. В результате изменяется характеристика блокирующих свойств дифференциала. 4. Усилия тарельчатых пружин, сжимающих дисковые муфты, создаются при последовательной сборке всех деталей дифференциала, что ведет к зависимости усилий пружин от точного выполнения большого количества размеров различных деталей. В случае неточного их исполнения реальные блокирующие свойства дифференциала не будут соответствовать расчетным, т. е. нарушится стабильность и симметричность блокирующих свойств дифференциала. При этом также не представляется возможным контролировать усилия упругих элементов как в процессе сборки, так и после нее. Кроме того, необходимо отметить, что упругий элемент такого типа (тарельчатая пружина), как правило, в производстве получают штамповкой, которая не всегда обеспечивает толщину пружины с требуемым допуском. Изготовление пружины в соответствии с заданным размером ведет к увеличению трудоемкости изготовления дифференциала. На стабильности и симметричности блокирующих свойств сказывается и то, что тарельчатая пружина, используемая для получения значительно больших усилий, имеет крутую характеристику зависимости усилия от деформации. Поэтому допуски на изготовление других деталей дифференциала будут очень сильно сказываться на изменении характеристики блокирующих свойств. Последнее ведет к существенн ным колебаниям величины момента М 0 (фиг. 1) на корпусе дифференциала, начиная с которого появляются блокирующие свойства, делая их несимметричными и нестабильными. Изложенное выше показывает, что при таком конструктивном исполнении дифференциала имеет место существенное изменение реальных характеристик блокирующих свойств против их расчетных (см. фиг. 1 и н н фиг. 2) из-за изменения начальных моментов М 0 и М . 5. Для расширения эксплуатационных возможностей дифференциала и получения в известной конструкции н аналога различных моментов М 0 появления блокирующих свойств (см. фиг. 3 заявляемого дифференциала) необходимо использовать для каждого случая новый типоразмер упругого элемента. Т. е., при необходимости расширения эксплуатационных возможностей дифференциала и получения семейства характеристик (см. фиг. 3 и фиг. 4) блокирующих свойств требуется увеличение количества типоразмеров тарельчатых пружин, что повышает трудоемкость. 6. В случае повышенной толщины пакета дисков из-за нарушения допусков на толщину отдельных дисков или нарушения допусков на обработку кольцевых упоров полуосевых шестерен и крестовины дифференциал невозможно собрать, т. к. при этом невозможно стянуть болтами левую и правую чашки его корпуса. 2368 1 7. Для создания сил, сжимающих муфты, используются только осевые составляющие усилий конического зацепления. В результате дифференциал обладает недостаточными блокирующими свойствами его коэффициент блокировки равен 2 при транспортировке машиной тяжелых грузов 1. Это не обеспечивает высокой проходимости машины. Для обеспечения высокой проходимости коэффициент блокировки должен быть равен 3-4 2. Известен также дифференциал повышенного трения, содержащий корпус, крестовину с сателлитами, выходные полуосевые валы и связанные с ними торцевыми кулачками полуосевые шестерни, находящиеся в зацеплении с коническими сателлитами. Между корпусом и полуосевыми шестернями расположены фрикционные дисковые муфты, ведущие диски которых связаны с корпусом, а ведомые - с полуосевыми шестернями. 3. Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи по созданию конструкции дифференциала повышенного трения с улучшенными блокирующими свойствами, повышенной долговечностью и расширенными эксплуатационными возможностями. Решение поставленной задачи по первому варианту достигается тем, что в дифференциале повышенного трения, содержащем корпус, крестовину с коническими сателлитами, выходные полуосевые валы, установленные на них с возможностью осевых перемещений и связанные с ними торцевыми кулачками полуосевые шестерни, находящиеся в зацеплении с сателлитами, и расположенные между корпусом и полуосевыми шестернями фрикционные дисковые муфты, ведущие диски которых связаны с корпусом, а ведомые - с полуосевыми шестернями, в корпусе дифференциала выполнены расточки, в которых расположены упругие пружинные пакеты, выполненные в виде комплекта предварительно сжатых упругих элементов, установленных в стаканах с продольными пазами в стенках, размещенных в упомянутых расточках корпуса, и опирающихся на дно стаканов и подвижные диски, снабженные выступами, посредством которых они установлены в пазах стаканов, и зафиксированные в стаканах стопорными кольцами, при этом подвижные диски опираются на полуосевые шестерни, а в каждой из фрикционных дисковых муфт диски расположены с зазором относительно друг друга. Решение поставленной задачи по второму варианту достигается тем, что в дифференциале повышенного трения, содержащем корпус, крестовину с коническими сателлитами, выходные полуосевые валы, установленные на них с возможностью осевых перемещений и связанные с ними торцевыми кулачками полуосевые шестерни, находящиеся в зацеплении с сателлитами, и расположенные между корпусом и полуосевыми шестернями фрикционные дисковые муфты, ведущие диски которых связаны с корпусом, а ведомые - с полуосевыми шестернями, в корпусе дифференциала выполнены расточки, в которых расположены упругие пружинные пакеты, выполненные в виде комплекта предварительно сжатых упругих элементов, установленных в стаканах с продольными пазами в стенках, размещенных в упомянутых расточках корпуса, и опирающихся на дно стаканов и подвижные диски, снабженные удлиненными выступами, посредством которых они установлены в пазах стаканов, и зафиксированные в стаканах стопорными кольцами, при этом подвижные диски опираются на ближние к корпусу диски фрикционных дисковых муфт, расположенные с зазором относительно корпуса. Конструктивное исполнение упругого элемента в виде комплекта предварительно сжатых упругих элементов(пружинный пакет) позволяет осуществлять его сборку отдельно до сборки дифференциала, т. е. предварительно собранные упругие элементы (пружинные пакеты) являются подузлами одного узла - дифференциала. Поэтому после сборки пружинных пакетов дальнейшая сборка механизма осуществляется как обычного конического с дисковыми муфтами, т. е. как и прототипа. При предварительной сборке пружинного пакета обеспечивается возможность контроля сжатия упругих элементов. Подбор пакетов с одинаковой приведенной жесткостью для одного дифференциального механизма позволяет компенсировать погрешности изготовления и обеспечить, тем самым, стабильность и симметричность блокирующих свойств. Упрощается сборка дифференциала, поскольку в процессе ее не нужно следить за взаимным расположением деталей, на которые опираются упругие элементы. Наличие в пружинном пакете комплекта упругих элементов (винтовых пружин) одного типоразмера дает н н широкие возможности для регулирования начальных моментов М 0 и М (см. фиг. 3 и фиг. 4). Устанавливая в пружинный пакет комплект, состоящий из разного количества упругих элементов одного типоразмера,можно получать семейство характеристик блокирующих свойств дифференциалу с различными моментами н н М 0 и М , что расширяет эксплуатационные возможности дифференциала. Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемый дифференциал повышенного трения по первому варианту отличается тем, что в корпусе дифференциала выполнены расточки, в конструкцию введены упругие пружинные пакеты, выполненные в виде комплекта предварительно сжатых упругих элементов, установленных в стаканах с продольными пазами в стенках, размещенных в упомянутых расточках корпуса, и опирающихся на дно стаканов и подвижные диски, снабженные выступами, посредством которых они установлены в пазах стаканов, и зафиксированные в стаканах стопорными кольцами, при этом подвижные диски опираются на полуосевые шестерни, а в каждой из фрикционных дисковых муфт диски расположены с зазором относительно друг друга. 3 2368 1 Заявляемый дифференциал повышенного трения по второму варианту отличается тем, что в корпусе дифференциала выполнены расточки, в конструкцию введены упругие пружинные пакеты, выполненные в виде комплекта предварительно сжатых упругих элементов, установленных в стаканах с продольными пазами в стенках, размещенных в упомянутых расточках корпуса, и опирающихся на дно стаканов и подвижные диски, снабженные удлиненными выступами, посредством которых они установлены в пазах стаканов, и зафиксированные в стаканах стопорными кольцами, при этом подвижные диски опираются на ближние к корпусу диски фрикционных дисковых муфт, расположенные с зазором относительно корпуса. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 и фиг. 2 показаны характеристики блокирующих свойств,обеспечиваемые прототипом и аналогом без использования другого типоразмера упругого элемента на фиг. 3 и фиг. 4 - характеристики, обеспечиваемые вариантами заявляемого дифференциала на фиг. 5 показан продольный разрез заявляемого дифференциала на фиг. 6 изображен узел дисковой муфты дифференциала в случае поджатия пружинного пакета к полуосевой шестерне (конструкция обеспечивает семейство характеристик блокирующих свойств, показанное на фиг. 3) на фиг. 7 - узел дисковой муфты в случае поджатая пружинного пакета к пакету дисков (этот вариант обеспечивает семейство характеристик фиг. 4). Дифференциал содержит корпус 1 и опирающиеся на него сжатые предварительно упругие пружинные пакеты, состоящие из стакана 2, подвижного диска 3, стопорного кольца 4 и упругих элементов 5 (цилиндрических винтовых пружин), пакеты 6 фрикционных дисковых муфт, крестовину 7 с сателлитами 8, находящимися в зацеплении с полуосевыми шестернями 9, на торцевых сторонах которых со стороны зубчатого зацепления выполнены кулачки 10, зацепленные с кулачками, опирающихся друг на друга выходных полуосевых валов 11 дифференциала. В крайних дисках 12, соединенных шлицами с корпусом 1, выполнены внутренние проточки под установку упругих пружинных пакетов, на подвижные нажимные диски 3 которых опираются либо полуосевые шестерни 9 (вариант А), либо пакеты дисков (вариант Б). В варианте А диски фрикционных муфт расположены с зазором относительно друг друга (суммарный зазор 13), в варианте Б зазоры 13 выполнены между корпусом и крайними дисками 12 и имеются также гарантированные зазоры 14 между полуосевыми шестернями 9 и подвижными дисками 3 упругого пружинного пакета, не позволяющие им взаимодействовать между собой. Предварительно собранные упругие пружинные пакеты установлены в проточках корпуса 1 дифференциала либо в свободном состоянии (вариант А), либо с предварительным сжатием, обеспечивающим сжатие пакетов дисков 6. Дифференциал, выполненный по варианту А, работает следующим образом. При отсутствии крутящего момента на корпусе 1 трение в дифференциале отсутствует, т. к. предварительно сжатые упругие пружинные пакеты установлены в дифференциале свободно (без сжатия). В результате этого нет трения полуосевых валов 11 друг о друга. Наличие зазора 13 обеспечивает нулевой момент трения в пакетах 6. При появлении и возрастании вращающего момента на корпусе дифференциала осевые составляющие сил конического зацепления сателлитов 8 и полуосевых шестерен 9 и осевые составляющие сил кулачков 10 начинают воздействовать на диски 3, стремясь сжать упругие пакеты. При этом пакеты 6 дисковых муфт не сжимаются и момент трения в них отсутствует. При некотором значении вращающего момента на корпусе 1 дифференциала осевые составляющие сил конического зацепления сателлитов 8 и полуосевых шестерен 9 и осевые составляющие сил кулачков сожмут упругие пружинные пакеты на величину зазора 13. При этом пакеты муфт 6 упрутся в крайние диски 12. С дальнейшим ростом вращающего момента осевые составляющие указанных выше сил через большие торцы полуосевых шестерен 9 будут прижимать пакеты дисков 6 к крайним дискам 12. В пакетах 6 возникнет момент трения, который будет возрастать при увеличении вращающего момента на корпусе дифференциала. Незначительное (на величину зазора 13) перемещение полуосевых шестерен 9 от сателлитов 8 не уменьшит долговечности конического зацепления вследствие малости зазора 13 (до 0,5 мм). В случае поджатая упругими пружинными пакетами крайних дисков 12 к пакету 6 дисков (вариант Б) дифференциал работает следующим образом. При подведении к корпусу дифференциала крутящего момента и его дальнейшем увеличении полуосевые шестерни 9 под действием осевых составляющих сил кулачков 10 и осевых составляющих сил конического зацепления воздействуют на подвижные диски 3 упругих пружинных пакетов. При этом момент трения в пакетах 6 дисков остается постоянным и определяется силой предварительного сжатия упругих пружинных пакетов. Момент трения будет оставаться постоянным до тех пор, пока осевые составляющие сил конических зацеплений и кулачков не достигнут по величине силы предварительного сжатия упругих пружинных пакетов. С дальнейшим увеличением вращающего момента на корпусе дифференциала указанные выше осевые составляющие сил, воздействуя на диски 3 пружинного пакета, начнут сжимать установленные в нем упругие элементы 5 (винтовые пружины). При этом момент трения в пакетах 6 дисков начнет возрастать ввиду 4 2368 1 увеличения усилий упругих элементов при деформации. Он будет возрастать и после того, как полностью выберется зазор 13. При этом крайний диск 12 сжатого пакета 6 упрется в корпус 1, что ограничит отход полуосевых шестерен 9 от сателлитов 8 и сохранит работоспособность конического зацепления. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 5