ведущий мост ситкарёва для транспортного средства

Формула изобретения

1. Ведущий мост для транспортного средства, включающий картер, ведущий вал, главную передачу в виде зубчатого зацепления ведущей и ведомой шестерен, корпус дифференциала, расположенный на подшипниках в картере, жестко соединенный с ведомой шестерней и имеющий центральное отверстие, два ведомых вала, концы которых со стороны корпуса дифференциала снабжены наружными винтовыми нарезками, направленными противоположно друг другу, и на внутренних торцах которых имеются углубления с по меньшей мере одним телом качения, например шариком, соединительную втулку, проходящую соосно сквозь центральное отверстие корпуса дифференциала с возможностью осевого перемещения в нем, имеющую на концах своей внутренней цилиндрической поверхности углубления, например полусферические, и подвижно соединяющую ведомые валы с возможностью перемещения по ним посредством ее зацепления с их наружной винтовой нарезкой через тела качения, установленные в углублениях на концах внутренней цилиндрической поверхности этой втулки и контактирующие с винтовой нарезкой ведомых валов, снабженных ограничителями перемещения по ним этой втулки в виде бортиков, выполненных на валах, и спиральных пружин, расположенных между бортиками и торцами втулки, отличающийся тем, что центральное отверстие корпуса дифференциала выполнено круглым, на цилиндрической поверхности этого отверстия имеются углубления, например полусферические, которые расположены рядами, параллельными оси отверстия, на внешней цилиндрической поверхности соединительной втулки выполнены соответствующие рядам этих углублений продольные канавки, с которыми контактируют тела качения, например шарики, расположенные в углублениях корпуса дифференциала, при этом винтовая нарезка на каждом ведомом валу выполнена в виде одной винтовой канавки и дополнена продольной канавкой, пересекающей винтовую канавку и соединяющей ее концы, а на каждом из концов внутренней цилиндрической поверхности соединительной втулки выполнено по одному углублению, например полусферическому, в котором установлен шарик, входящий в зацепление с винтовой канавкой соответствующего ведомого вала.

2. Ведущий мост по п.1, отличающийся тем, что на цилиндрической поверхности ведомых валов около их внутренних торцов выполнены полусферические углубления, в каждом из которых размещен шарик.

3. Ведущий мост по п.1, отличающийся тем, что продольные канавки на ведомых валах выполнены параллельно или под малым углом к оси этих валов, а винтовые канавки на одном ведомом валу направлены по часовой стрелке, а на другом - против часовой стрелки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к дифференциальным устройствам, касается конструкции ведущего моста транспортных средств и может быть использовано в автомобильной промышленности, транспорте и в сельскохозяйственном машиностроении.

Известны ведущие мосты колесных транспортных средств, в которых для обеспечения разной скорости вращения ведущих колес, например при поворотах, используется дифференциал в виде планетарной зубчатой передачи с коническими шестернями [1]. При движении на криволинейных участках дороги такой дифференциал обеспечивает более медленное вращение внутреннего ведущего колеса, что позволяет избежать пробуксовки этого ведущего колеса и тем самым не допустить повышенного износа его шин, а также потерь мощности из-за затрудненного при этом поворота транспортного средства. Недостатком таких ведущих мостов является то, что при попадании одного из ведущих колес на скользкий участок дороги, оно начинает пробуксовывать, а другое ведущее колесо при этом перестает вращаться и поэтому не в состоянии сдвинуть с места транспортное средство, например автомобиль. Если же одно из ведущих колес автомобиля начнет пробуксовывать во время движения по скользкому участку, то создаются условия, вызывающие боковой занос автомобиля, что приводит к дорожным авариям.

Известен ведущий мост автомобиля, в котором для устранения вышеуказанных недостатков используется кулачковый дифференциал повышенного трения [2]. Кулачковый дифференциал обеспечивает передачу крутящего момента на оба ведущих колеса и исключает возможность остановки одного ведущего колеса при пробуксовке другого. Однако из-за повышенного трения в элементах кулачкового дифференциала увеличиваются затраты мощности и он не чувствителен к крутым поворотам, при которых внутреннее ведущее колесо все же пробуксовывает. Этот недостаток отсутствует у вышеуказанных планетарных дифференциалах [1]. Поэтому кулачковый дифференциал не получил заметного применения, а широкое применение в ведущих мостах сохранилось лишь за планетарными дифференциалами с коническими шестернями.

Наиболее близким по конструкции до заявляемого изобретения является ведущий мост Ситкарева для транспортного средства, обеспечивающий ограниченное автоматическое саморегулирование скоростей вращения двух ведомых валов (полуосей) [3]. Этот мост включает в себя картер, ведущий вал, главную передачу в виде зубчатого зацепления ведущей и ведомой шестерен, корпус дифференциала, расположенный на подшипниках в картере, жестко соединенный с ведомой шестерней и выполненный с фигурным центральным отверстием, два ведомых вала, выполненных с винтовой резьбой, элемент, подвижно соединяющий ведомые валы посредством его зацепления с их винтовой резьбой через тела качения, проходящий сквозь фигурное отверстие корпуса дифференциала соосно ему, имеющий поперечное сечение, соответствующее конфигурации этого отверстия, и установленный с возможностью осевого перемещения в нем, а также спиральные пружины. Соединяющий элемент выполнен в виде фигурной втулки с внутренней цилиндрической поверхностью и имеет на концах этой поверхности углубления, например полусферические, а концы ведомых валов со стороны корпуса дифференциала снабжены наружной винтовой резьбой и подвижно закреплены во втулке с возможностью вращения, при этом втулка может перемещаться относительно ведомых валов с помощью тел качения, например шариков, установленных в углублениях втулки и контактирующих с наружной винтовой резьбой ведомых валов. Ведомые валы снабжены ограничителями перемещения по ним втулки в виде бортиков, выполненных на этих валах, и спиральных пружин, установленных между бортиками и торцами втулки. На внутренних торцах ведомых валов есть углубления с телами качения, например шариками.

Недостатком такой конструкции ведущего моста (прототипа) является ограничение автоматической саморегуляции скорости вращения ведущих колес малыми углами поворота машины, после чего происходит блокирование дифференциала, при котором ведущие колеса вращаются с одинаковой скоростью, т.е. с относительной пробуксовкой колес при большей величине углов поворота, что будет вызывать повышенный износ шин.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является совершенствование конструкции прототипа с целью обеспечения автоматического саморегулирования скоростей вращения ведущих колес без ограничения угла непрерывного поворота транспортного средства.

Достигается решение этой задачи благодаря новой конструкции корпуса дифференциала, соединительной втулке и ведомым валам.

Сущность заявленного технического решения состоит в том, что в известном ведущем мосту для транспортного средства, включающем картер, ведущий вал, главную передачу в виде зубчатого зацепления ведущей и ведомой шестерен, корпус дифференциала, расположенный на подшипниках в картере, жестко соединенный с ведомой шестерней и выполненный с центральным отверстием, два ведомых вала, концы которых со стороны корпуса дифференциала снабжены наружными винтовыми нарезками, направленными противоположно друг другу, и на внутренних торцах которых имеются углубления с по меньшей мере одним телом качения, например шариком, соединительную втулку, проходящую соосно сквозь центральное отверстие корпуса дифференциала с возможностью осевого перемещения в нем, имеющую на концах своей внутренней цилиндрической поверхности углубления, например полусферические, и подвижно соединяющую ведомые валы с возможностью перемещения по ним посредством ее зацепления с их наружной винтовой нарезкой через тела качения, установленные в углублениях на концах внутренней цилиндрической поверхности этой втулки и контактирующие с винтовой нарезкой ведомых валов, снабженных ограничителями перемещения по ним этой втулки в виде бортиков, выполненных на валах, и спиральных пружин, расположенных между бортиками и торцами втулки, согласно заявленному изобретению, центральное отверстие корпуса дифференциала выполнено круглым, на цилиндрической поверхности этого отверстия имеются углубления, например полусферические, которые расположены рядами, параллельными оси отверстия, на внешней цилиндрической поверхности соединительной втулки выполнены соответствующие рядам этих углублений продольные канавки, с которыми контактируют тела качения, например шарики, расположенные в углублениях корпуса дифференциала, при этом винтовая нарезка на каждом ведомом валу, выполненная в виде одной винтовой канавки, дополнена продольной канавкой, пересекающей винтовую канавку и соединяющей ее концы, а на каждом из концов внутренней цилиндрической поверхности соединительной втулки выполнено по одному углублению, например полусферическому, в котором установлен шарик, входящий в зацепление с винтовой канавкой соответствующего ведомого вала. На цилиндрической поверхности ведомых валов около их внутренних торцов могут быть выполнены полусферические углубления, в каждом из которых размещен шарик. Продольные канавки на ведомых валах могут быть размещены параллельно или под малым углом к оси этих валов, а винтовые канавки на одном ведомом валу направлены по часовой стрелке, а на другом - против часовой стрелки.

Решений, которые характеризуются совокупностью признаков заявленного изобретения, в доступных источниках информации не найдено и сравнительный анализ предложенного устройства с конструкциями известных ведущих мостов позволяет сделать вывод о том, что предлагаемая конструкция отличается от известных наличием новых существенных признаков, т.е. она соответствует критерию «новизна».

При изучении других технических решений не выявлено влияния совокупности отличительных признаков заявленного изобретения на расширение функциональных возможностей конструкции прототипа. Это свидетельствует о творческом характере предлагаемого решения, т.е. о его соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 схематически изображен общий вид предложенного устройства с продольным разрезом, на фиг.2 - схема расположения и направления винтовых и продольных канавок на ведомых валах, а на фиг.3 дан поперечный разрез предложенного устройства.

Заявленный ведущий мост включает картер 1, в подшипниках которого установлены ведущий вал 2, главную передачу в виде зубчатого зацепления ведущей 3 и ведомой 4 шестерен, корпус 5 дифференциала, жестко соединенный с ведомой шестерней 4. В корпусе 5 дифференциала выполнено круглое цилиндрическое отверстие 6, на внутренней поверхности которого размещены полусферические углубления 7 четырьмя рядами, параллельными оси отверстия. На поперечном разрезе ряды углублений 7 расположены под прямыми углами. В отверстии 6 соосно установлена соединяющая цилиндрическая втулка 8, на наружной поверхности которой соответственно рядам углублений 7 имеются четыре продольные канавки 9, контактирующие с шариками 10, установленными в углублениях 7. Эти шарики уменьшают трение при осевом перемещении втулки 8 относительно корпуса 5 дифференциала. На каждом из концов втулки 8 на ее внутренней цилиндрической поверхности 11 выполнено по одному углублению 12, например полусферическому. Ведомые валы (полуоси) 13 и 14 на своих концах со стороны корпуса 5 дифференциала выполнены с противоположно направленными наружными винтовыми нарезками в виде винтовых канавок 15. Концы каждой винтовой канавки 15 соединены продольной канавкой 16, которая пересекает эту винтовую канавку. При этом в углублениях 12 на втулке 8 установлены шарики 17, передающие крутящий момент от втулки 8 ведомым валам 13 и 14 через контакт этих шариков с винтовыми канавками 15 этих валов. На внутренних торцах этих валов выполнены углубления 18, например полусферические, в которых установлен шарик 19, обеспечивающий необходимый зазор между торцами ведомых валов и за счет этого возможность вращения одного ведомого вала относительно другого. На каждом ведомом валу 13 и 14 выполнены бортики 20 и установлены спиральные пружины 21, которые (20 и 21) ограничивают перемещения по этим валам втулки 8. Благодаря опиранию на подшипники картера 1 бортики 20 препятствуют смещению этих валов в сторону от корпуса 5 дифференциала. При среднем (как исходном) положении втулки 8 левый шарик 17 находится в положении 22, а правый - в положении 23 (фиг.2). При поворотах левый шарик 17 достигает по винтовой канавке 15 крайних положений 24 и 25, а правый шарик 17 - крайних положений 26 и 27. На концах ведомых валов 13 и 14 сделаны углубления 28, например полусферические, в которых расположены шарики 29, центрирующие положение концов этих валов во втулке 8.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Движение машины происходит при передаче вращения от ведущего вала 2 через ведущую шестерню 3 на ведомую шестерню 4, которая приводит во вращение корпус 5 дифференциала и через шарики 10 втулку 8. Эта втулка передает крутящий момент на ведомые валы (полуоси) 13 и 14 через шарики 17, обеспечивающие внутреннее зацепление втулки 8 с винтовыми канавками 15 этих валов. Канавки 15 выполнены на этих валах противоположными по направлению (фиг.2) и ориентированы таким образом, что при движении машины вперед шарики 17 стремятся сблизить полуоси 13 и 14 посредством этих канавок. Этому препятствует установленный в их торцах шарик 19, поэтому шарики 17 заставляют вращаться вместе с втулкой 8 полуоси 13 и 14. При движении машины назад шарики 17 стремятся отодвинуть эти полуоси друг от друга через их винтовые канавки 15, но этому препятствуют бортики 20, упирающиеся в соответствующие подшипники картера 1. Поэтому шарики 17 заставляют вращаться вместе с втулкой 8 ведомые полуоси 13 и 14 в обратном направлении. При поворотах машины разные скорости вращения левого и правого ведущих колес обусловлены разными моментами сопротивления их вращению и обеспечиваются перемещениями шариков 17 по винтовым канавкам 15, что приводит к соответствующим смещениям втулки 8 относительно полуосей 13 и 14. Такое перемещение втулки 8 относительно полуосей вызывает сжатие левой или правой пружины 21.

Предлагаемая конструкция ведущего моста (как и в прототипе) осуществляет следующую взаимосвязь скоростей ее полуосей:

n_н+n _в=2n_д,

при этом n _н=n_д+0,5n_н-в , n_в=n_д-0,5n _н-в,

n_н-в= t/d,

где n_н - число оборотов ведущего колеса, наружного по отношению к повороту машины, n _в - число оборотов ведущего колеса, внутреннего по отношению к повороту машины, n_д - число оборотов ведомой шестерни и соответственно корпуса дифференциала, n _н-в - число дополнительных оборотов наружного ведущего колеса по отношению к внутреннему ведущему колесу, d - диаметр ведущих колес, t - ширина колеи (расстояние между указанными наружным и внутренним ведущими колесами), - угол непрерывного поворота машины.

Для грузовой автомашины величина t/d чуть меньше единицы, а для легковой - чуть больше единицы. Например, при движении автомашины вперед и повороте ее направо на =90° (т.е. на /2=1,57 радиан) левое колесо (на полуоси 13) является наружным при повороте и будет быстрее вращаться, а вращение правого колеса (на полуоси 14) соответственно замедлится. Приняв t/d=1, получим, что при этом левый конец втулки 8 будет левым шариком 17 перемещен вправо на 0,5n_н-в=0,785 оборота по левой полуоси 13, а правый конец втулки 8 будет одновременно с правым шариком 17 смещен по правой полуоси 14 вправо на эти же 0,785 оборота. Это означает, что левая полуось 13 дополнительно получает вращение (за счет относительного выкручивания ее из втулки 8) на эти же 0,785 оборота, а правая полуось 14 уменьшает вращение (за счет относительного вкручивания при этом втулки 8 на правую полуось 14) на эти же 0,785 оборота. В целом левое ведущее колесо совершит при рассматриваемом повороте на 90° больше оборотов, чем правое, всего на n_н-в=1,57 оборота. Смещение втулки 8 вправо по полуоси 14 приведет к сжатию правой пружины 21, при этом левая пружина 21 сохранит свое положение на левой полуоси 13.

Если бы поворот направо осуществлялся на угол =2 радиан = 114,65°, когда получаем n _н-в=2, то левый шарик 17 по винтовой канавке 15 из исходного положения 22 дошел бы до крайнего правого положения 24 на левой полуоси 13 и вышел бы на левую продольную канавку 16 (фиг.2), одновременно правый шарик 17 из исходного положения 23 дошел бы до правого крайнего положения 26 на правой полуоси 14 и вышел бы на правую продольную канавку 16. Это позволило бы правой сжатой пружине 21 переместить втулку 8 назад в исходное положение, так как шарики 17 сдвинулись бы при этом по продольным канавкам 16. Дать возможность втулке 8 возвращаться в исходное положение и есть назначение продольных канавок 16, выполненных для этой цели параллельно или под малым углом к оси полуосей.

При меньшем повороте, например направо на 90°, левый и правый шарики 17 еще не доходят до крайнего положения на полуосях 13 и 14 (соответственно до положений 24 и 26). При следующем повороте направо эти шарики доходят до крайнего положения, и тогда под действием правой сжатой пружины 21 втулка 8 возвращается в исходное положение, чтобы начать новый свой цикл движения по полуосям.

При больших непрерывных поворотах машины в одну сторону повторяются смещения втулки 8 с возвратом в исходное положение циклически через угол 114,65° (исходя из t/d=1). Например, при непрерывном повороте в обратную сторону (180°=114,65°+65,35°) совершается один возврат втулки 8, а при полном непрерывном повороте на одном месте (360°=114,65°+114,65°+114,65°+16,05°) совершается три возврата втулки 8 в исходное положение. Величина циклического смещения втулки 8 в одну и другую сторону от исходного положения равна шагу винтовой канавки (около 20-40 мм).

На фиг.1-3 изображен вариант предлагаемого ведущего моста, при котором крутящий момент передается на каждый ведомый вал (полуось) от втулки 8 через один шарик 17. Чтобы этот момент передавался через два подобных шарика на каждый ведомый вал, надо на нем разместить и для второго шарика свою винтовую 15 и продольную 16 канавки.

Как и в прототипе [3], главная передача может быть выполнена в виде конической или цилиндрической зубчатой передачи, либо ременной зубчатой передачи.

Итак, предлагаемый ведущий мост Ситкарева обеспечивает для колесных транспортных средств (легковых и грузовых автомобилей, автобусов и троллейбусов, колесных тракторов и комбайнов и им подобных машин) автоматическую саморегуляцию скоростей вращения ведущих колес при поворотах машины на любой угол по сравнению с прототипом [3] и исключает пробуксовывание одного ведущего колеса по отношению к другому ведущему колесу по сравнению с используемыми сейчас дифференциалами в виде планетарной зубчатой передачи с коническими шестернями [1], т.е. исключает, во-первых, остановку машины при попадании одного ведущего колеса на скользкое или илистое место, во-вторых, боковой занос машины, что повышает устойчивость ее движения и предотвращает дорожную аварию по этой причине.

Источники информации

1. Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин / М. - Машиностроение. - 1969, с.307-309.

2. Боровских Ю.И. и др. Устройство автомобилей / М. - Высш. Школа, 1983, с.119.

3. Патент Украины на изобретение №73245, м. кл. В60К 17/00, F16Н 1/00, опубл. 15.06.2005, бюл. №6 за 2005 р. - прототип.