RU2463501C1

RU2463501C1 - Self-locking differential

Info

Publication number: RU2463501C1
Application number: RU2011113328/11A
Authority: RU
Inventors: Андрей Леонидович Шпади (RU); Андрей Леонидович Шпади; Ильдус Измаилович Камалетдинов (RU); Ильдус Измаилович Камалетдинов
Original assignee: Андрей Леонидович Шпади; Ильдус Измаилович Камалетдинов
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-10-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: proposed differential comprises annular housing 1 accommodating two coaxial axle helical gears 2, 3 with equal and unilateral inclination of teeth, and sun gears 5, 6 meshed there between and with axle gears 2, 3. Spur pinions with conical faces are arranged in housing dead inclined cylindrical holes arranged in pairs on housing opposite sides and communicated in zone of gearing of every pair of pinions. Inclination of pinions in housing equals axle gear teeth inclination to equal locking angle β. Pinion conical faces are arranged to make obtuse cone base angle equal locking angle β on one side of pinions while, on opposite side, angle at taper face vertex equals or differs from that of dead hole conical end by ±3 degrees.

EFFECT: increased locking factor, simplified design, lower costs.

5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве противобуксующего дифференциала, устанавливаемого в ведущих мостах транспортных средств повышенной проходимости.The invention relates to mechanical engineering and can be used as a slip differential installed in the driving axles of cross-country vehicles.

Известен самоблокирующийся дифференциал по патенту РФ на полезную модель №55063. Он содержит корпус, снабженный упорной крышкой. В корпусе выполнены отверстия разной длины для размещения сателлитов. В центральном осевом отверстии установлены две цилиндрические косозубые шестерни полуосей. Цилиндрические косозубые сателлиты попарно установлены в отверстиях корпуса параллельно цилиндрическим косозубым шестерням и взаимодействуют между собой и с шестернями. Сателлиты, установленные в удлиненные отверстия, снабжены концевиками, которые упираются в крышку. Между шестернями расположена муфта предварительного натяга.A self-locking differential according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 55063 is known. It contains a housing provided with a stop cover. Holes of various lengths are made in the housing to accommodate satellites. Two cylindrical helical gears of semiaxes are installed in the central axial hole. Cylindrical helical gears are installed in pairs in the holes of the housing parallel to the helical helical gears and interact with each other and with the gears. Satellites installed in elongated holes are equipped with end caps that abut against the cover. A preload clutch is located between the gears.

Недостатком такого дифференциала является довольно сложная конструкция корпуса с продольными отверстиями различной длины и разнотипные сателлиты, половина которых должна иметь дополнительные концевики, затрудняющие общую сборку и установку косозубых сателлитов.The disadvantage of this differential is the rather complicated design of the case with longitudinal holes of various lengths and different types of satellites, half of which must have additional ends, which complicate the general assembly and installation of helical satellites.

Наиболее близким заявляемому изобретению по технической сущности является самоблокирующийся дифференциал повышенного трения (патент РФ на полезную модель №36131, МПК F16H 48/28, 2003 г.), содержащий корпус с центральным продольным отверстием, в котором расположены правая и левая полуосевые косозубые шестерни, разделенные между собой упорным элементом, сателлиты с равными по значению и противоположными по направлению углами наклона зубьев, которые установлены в последовательно чередующихся глухих продольных отверстиях корпуса для свободного размещения в них соответственно правого и левого рядов вышеуказанных сателлитов, причем правый ряд сателлитов имеет зубчатое зацепление с правой полуосевой шестерней, левый - соответственно с левой, при этом сателлиты из противоположных рядов имеют зубчатое зацепление между собой попарно.The closest the claimed invention in technical essence is a limited slip limited slip differential (RF patent for utility model No. 36131, IPC F16H 48/28, 2003), comprising a housing with a central longitudinal hole in which the right and left semi-axial helical gears are located, separated between themselves by a stop element, satellites with equal in value and opposite in direction of the angle of inclination of the teeth, which are installed in sequentially alternating blind longitudinal openings of the housing for free azmescheniya them in the right and left rows of the above satellites, and the right number of satellites has a toothing on the right side gear, left - the left, respectively, the satellites of the opposed rows of gear teeth are interconnected pairwise.

Недостатком такого дифференциала является сложность изготовления и сборки четырех разнотипных шестерен, то есть двух полуосевых шестерен с правой и левой ориентацией косых зубьев и двух разнонаправленных рядов сателлитов, а также низкий КПД, обусловленный самоторможением зубчатого механизма лишь за счет сил трения на активных поверхностях шестерен.The disadvantage of this differential is the complexity of manufacturing and assembling four different types of gears, i.e. two semi-axial gears with right and left orientation of the helical teeth and two differently oriented rows of satellites, as well as low efficiency due to the self-braking of the gear mechanism only due to friction forces on the active surfaces of the gears.

Технической задачей заявленного изобретения является упрощение конструкции и снижение номенклатуры деталей и стоимости самоблокирующегося дифференциала, а также увеличение диапазона коэффициента блокировки.The technical task of the claimed invention is to simplify the design and reduce the range of parts and the cost of the limited slip differential, as well as increasing the range of the blocking coefficient.

Технический результат достигается заявляемым изобретением, сущность которого состоит в следующем:The technical result is achieved by the claimed invention, the essence of which is as follows:

самоблокирующийся дифференциал, содержащий кольцеобразный корпус с центральным продольным отверстием, в котором соосно размещены две полуосевые косозубые шестерни, разделенные между собой упорным элементом, сателлиты, свободно установленные в глухих отверстиях корпуса и имеющие попарно зубчатое зацепление между собой и с полуосевыми шестернями, отличающийся тем, что обе шестерни имеют одинаковый и однонаправленный угол наклона зубьев относительно оси корпуса, все сателлиты выполнены цилиндрическими прямозубыми с коническими торцами и установлены в глухих наклонных цилиндрических отверстиях корпуса, попарно выполненных на противоположных торцевых поверхностях корпуса и сообщающихся между собой в зоне зубчатого зацепления каждой пары сателлитов, при этом угол наклона оси сателлитов относительно оси корпуса при их размещении в глухих отверстиях корпуса равен углу наклона зубьев полуосевых шестерен, равного углу блокировки β, при этом конусные торцы сателлитов выполнены так, что с одной стороны угол у основания тупого конуса равен углу блокировки β, а на другом конце сателлитов угол при вершине конусных торцов равен или отличается в пределах ±3 градуса от аналогичного угла конического конца глухих отверстий, причем каждая пара сателлитов размещена относительно косозубых шестерен с возможностью расположения зон контактов всех эвольвентных зубчатых пар "шестерня-сателлит-сателлит-шестерня" на прямой линии, параллельной оси корпуса.a self-locking differential containing a ring-shaped housing with a central longitudinal hole, in which two semi-axial helical gears separated by a stop element are coaxially mounted, satellites freely mounted in the blind holes of the housing and having pairwise gear engagement between themselves and with semi-axial gears, characterized in that both gears have the same and unidirectional angle of inclination of the teeth relative to the axis of the housing, all satellites are made of cylindrical spur gears with tapered ends mi and are installed in blind inclined cylindrical openings of the housing pairwise made on opposite end surfaces of the housing and communicating with each other in the gearing zone of each pair of satellites, while the angle of inclination of the axis of the satellites relative to the axis of the housing when they are placed in blind openings of the housing is equal to the angle of inclination of the teeth of the semi-axial gears equal to the angle of blocking β, while the cone ends of the satellites are made so that on one side the angle at the base of the blunt cone is equal to the angle of blocking β, and on the other In the case of a satellite end, the angle at the apex of the conical ends is equal to or different within ± 3 degrees from the similar angle of the conical end of the blind holes, each pair of satellites being positioned relative to helical gears with the possibility of arranging contact zones of all involute gear pairs “gear-satellite-satellite-gear” by straight line parallel to the axis of the housing.

Для увеличения коэффициента блокировки конические торцы сателлитов имеют угол при своей вершине больше аналогичного угла конического конца глухих отверстий на величину 2-3 градуса, а для уменьшения этого коэффициента - соответственно меньше.To increase the blocking coefficient, the conical ends of the satellites have an angle at their apex greater than the corresponding angle of the conical end of blind holes by 2-3 degrees, and to decrease this coefficient, correspondingly, less.

Для улучшения обкатывания в общем случае, когда угол блокировки β отличен от нуля, и начальные поверхности полуосевых шестерен 2 и 3 становятся аксоидными, а не цилиндрическими, необходимо коррегирование их косых зубьев до образования смешанной слабоконической передачи с равновысоким профилем зуба полуосевых шестерен.To improve rolling in the general case, when the locking angle β is non-zero, and the initial surfaces of the semi-axial gears 2 and 3 become axoid, rather than cylindrical, it is necessary to correct their oblique teeth to form a mixed weakly conical gear with an equally high tooth profile of the semi-axial gears.

Для стальных деталей дифференциала с углом трения 30-40 градусов практически достаточно иметь угол блокировки 20-30 градусов для обеспечения необходимого эффекта самоблокировки. При этом угол блокировки β не должен превышать угла трения применяемых материалов.For steel parts of a differential with a friction angle of 30-40 degrees, it is practically enough to have a locking angle of 20-30 degrees to provide the necessary self-locking effect. In this case, the blocking angle β must not exceed the friction angle of the materials used.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигурах 1 и 2 представлен частичный разрез изометрической проекции предлагаемого дифференциала со снятой крышкой, на фигуре 3 - разрез по оси сателлитов.The invention is illustrated by drawings, where in figures 1 and 2 shows a partial section of an isometric projection of the proposed differential with the cover removed, in figure 3 is a section along the axis of the satellites.

Самоблокирующийся дифференциал содержит кольцеобразный корпус 1 с центральным продольным отверстием, в котором соосно расположены первая 2 и вторая 3 полуосевые косозубые шестерни, разделенные между собой упорной втулкой 4, а также цилиндрические прямозубые сателлиты 5 и 6, установленные попарно в корпусе 1 с возможностью зубчатого зацепления с одинаково косозубыми полуосевыми шестернями 2 и 3, то есть они обе левые или обе правые. С обеих сторон корпус 1 закрыт торцевыми крышками 7 и 8, которые закреплены посредством болтов 9.The self-locking differential contains a ring-shaped housing 1 with a central longitudinal hole in which the first 2 and second 3 semi-helical gears are arranged coaxially, separated by a thrust sleeve 4, as well as cylindrical spur gears 5 and 6 mounted in pairs in the housing 1 with the possibility of gearing with equally helical gears 2 and 3, that is, they are both left or both right. On both sides of the housing 1 is closed by end caps 7 and 8, which are fixed by means of bolts 9.

На каждой из торцевых поверхностей корпуса 1 выполнены, по меньшей мере, по три последовательно чередующихся глухих наклонных отверстия 10 для свободного размещения в них соответственно первого и второго рядов прямозубых цилиндрических сателлитов 5 и 6. Первый ряд сателлитов имеет зубчатое зацепление соответственно с первой полуосевой косозубой шестерней 2, а второй - соответственно со второй аналогичной шестерней 3. Сателлиты 5 и 6 из первого и второго рядов попарно имеют зубчатое зацепление между собой. Глухие отверстия также попарно сообщаются между собой в зоне сцепления сателлитов 5 и 6, а оси сообщающихся отверстий попарно параллельны и наклонены относительно оси корпуса на угол блокировки β, равный углу наклона зубьев косозубых полуосевых шестерен 2 и 3.At least three consecutive alternating blind oblique openings 10 are made on each of the end surfaces of the housing 1 for free placement of the first and second rows of spur cylindrical satellites 5 and 6, respectively. The first row of satellites has gearing, respectively, with the first half-helical gear 2, and the second, respectively, with a second similar gear 3. The satellites 5 and 6 from the first and second rows are in pairs gear to each other. Blind holes are also paired with each other in the clutch area of the satellites 5 and 6, and the axes of the communicating holes are paired and tilted relative to the axis of the housing by a locking angle β equal to the angle of inclination of the teeth of the helical gears 2 and 3.

Сателлиты 5 и 6 выполнены с торцами в форме тупого конуса, у которых краевой угол у основания тупого конуса (фигура 3) равен вышеуказанному углу блокировки β. Вследствие этого образующая этого конуса параллельна внутренней стороне, контактирующей с ней при блокировке крышки корпуса 7 или 8.Satellites 5 and 6 are made with ends in the form of a blunt cone, in which the contact angle at the base of the blunt cone (figure 3) is equal to the above blocking angle β. As a result, the generatrix of this cone is parallel to the inner side in contact with it when the housing cover 7 or 8 is locked.

Дополнительное заклинивание осуществляется в зоне контакта конических торцов сателлитов и конического конца глухих отверстий 10. Для увеличения коэффициента блокировки дифференциала угол при вершине конического торца (то есть угол между двумя диаметрально противоположными образующими конуса) сателлита у глухого конца отверстия должен быть на 2-3 градуса больше аналогичного угла при вершине конического конца глухих отверстий, а для уменьшения этого коэффициента - соответственно меньше. Такой разницы в несколько градусов вполне достаточно для изменения коэффициента блокировки почти на порядок. Разница больше 3 градусов нежелательна, так как приводит к локальной деформации и повышенному износу либо сателлита, либо глухого конца отверстия корпуса. При разнице менее 2 градусов изменение блокировки проявляется недостаточно.Additional jamming is carried out in the contact zone of the conical ends of the satellites and the conical end of the blind holes 10. To increase the differential blocking coefficient, the angle at the apex of the conical end (that is, the angle between two diametrically opposite generatrices of the cone) of the satellite at the blind end of the hole should be 2-3 degrees more a similar angle at the apex of the conical end of the blind holes, and to reduce this coefficient, respectively, less. Such a difference of several degrees is quite enough to change the blocking coefficient by almost an order of magnitude. A difference of more than 3 degrees is undesirable, as it leads to local deformation and increased wear of either the satellite or the blind end of the housing opening. If the difference is less than 2 degrees, the change in blocking is not enough.

Зубчатое зацепление каждой пары сателлитов с косозубыми шестернями выполнено с возможностью расположения зон контактов всех эвольвентных зубчатых пар "шестерня 2 - сателлит 5 - сателлит 6 - шестерня 3" на прямой линии, параллельной оси корпуса. В этом случае степень коррегирования косых зубьев полуосевых шестерен получается минимальной.The gearing of each pair of satellites with helical gears is made with the possibility of arranging the contact zones of all involute gear pairs "gear 2 - satellite 5 - satellite 6 - gear 3" in a straight line parallel to the axis of the housing. In this case, the degree of correction of the oblique teeth of the semi-axial gears is minimal.

Самоблокирующийся дифференциал работает следующим образом.Self-locking differential works as follows.

При прямолинейном движении и равной нагрузке на полуоси колес сателлиты не обкатываются по косозубым шестерням и потери на трение в дифференциале получаются минимальными. Когда же одно из его колес начинает отставать, связанная с ним полуосевая шестерня, например 2, вращается медленнее корпуса 1 и поворачивает входящий с ней в зацепление сателлит 5. Он передает вращение связанному с ним сателлиту 6 из другого ряда, а тот в свою очередь - на полуосевую шестерню 3 и другое колесо транспортного средства. Так обеспечиваются разные угловые скорости колес в повороте. Ввиду разности крутящих моментов на колесах и скольжению в пятне контакта зубчатых зацеплений возникают осевые и радиальные силы, прижимающие полуосевые шестерни 2, 3 и сателлиты 5 и 6 торцами к крышкам корпуса. Сателлиты также прижимаются вершинами зубьев к поверхностям глухих наклонных отверстий 10, в которых они размещены. За счет этого и возникают дополнительные силы трения, осуществляющие частичную блокировку. Величина коэффициента блокировки зависит от угла наклона сателлитов 5 и 6 и от угла наклона зубьев полуосевых шестерен 2 и 3 относительно оси вращения корпуса, то есть угла блокировки β, и угла при вершине конических торцов сателлитов. Угол блокировки β не должен превышать угла трения применяемых материалов, иначе произойдет полное самоторможение зубчатых передач дифференциала.With rectilinear movement and equal load on the axle shaft of the wheels, the satellites do not run on helical gears and friction losses in the differential are minimal. When one of its wheels starts to lag, the semi-axial gear associated with it, for example 2, rotates slower than the housing 1 and rotates the satellite 5 that engages with it. It transfers rotation to the satellite 6 connected to it from another row, and that in turn on the axle gear 3 and another wheel of the vehicle. This provides different angular speeds of the wheels in a bend. Due to the difference in the torques on the wheels and slip in the contact patch of the gears, axial and radial forces arise, which press the semi-axial gears 2, 3 and the satellites 5 and 6 with the ends against the housing covers. Satellites are also pressed by the tops of the teeth to the surfaces of the blind inclined holes 10 in which they are placed. Due to this, additional friction forces occur, which partially block. The value of the blocking coefficient depends on the angle of inclination of the satellites 5 and 6 and on the angle of inclination of the teeth of the semiaxial gears 2 and 3 relative to the axis of rotation of the housing, that is, the angle of blocking β, and the angle at the apex of the conical ends of the satellites. The locking angle β must not exceed the friction angle of the materials used, otherwise there will be complete self-braking of the differential gears.

Меняя величину угла внутренних заглубленных торцов сателлитов относительно аналогичного угла концов глухих отверстий 10 в корпусе 1, можно в значительных пределах менять момент трения между этими контактирующими коническими поверхностями - от заклинивания до практически свободного вращения, как в керновой опоре. Таким образом, простой заменой комплекта одинаковых сателлитов, но с разными углами при вершине их внутренних конических торцов можно легко изменять коэффициент блокировки.By varying the angle of the internal recessed ends of the satellites relative to the similar angle of the ends of the blind holes 10 in the housing 1, it is possible to significantly vary the friction moment between these contacting conical surfaces - from jamming to almost free rotation, as in a core support. Thus, by simply replacing a set of identical satellites, but with different angles at the apex of their internal conical ends, you can easily change the blocking coefficient.

Таким образом, основным преимуществом предложенного дифференциала является существенное упрощение его конструкции за счет двукратного уменьшения номенклатуры разнотипных шестерен и возможность широкого изменения коэффициента блокировки за счет простой замены комплекта одинаковых прямозубых сателлитов с коническими торцами.Thus, the main advantage of the proposed differential is a significant simplification of its design due to a twofold reduction in the range of heterogeneous gears and the possibility of a wide change in the blocking coefficient due to the simple replacement of a set of identical spur gears with bevel ends.

Claims

1. Самоблокирующийся дифференциал, содержащий кольцеобразный корпус с центральным продольным отверстием, в котором соосно размещены две полуосевые косозубые шестерни, разделенные между собой упорным элементом, сателлиты, свободно установленные в глухих отверстиях корпуса и имеющие попарно зубчатое зацепление между собой и с полуосевыми шестернями, отличающийся тем, что обе шестерни имеют одинаковый и однонаправленный угол наклона зубьев относительно оси корпуса, все сателлиты выполнены цилиндрическими прямозубыми с коническими торцами и установлены в глухих наклонных цилиндрических отверстиях корпуса, попарно выполненных на противоположных торцевых поверхностях корпуса и сообщающихся между собой в зоне зубчатого зацепления каждой пары сателлитов, при этом угол наклона оси сателлитов относительно оси корпуса при их размещении в глухих отверстиях корпуса равен углу наклона зубьев полуосевых шестерен, равному углу блокировки β, при этом конусные торцы сателлитов выполнены так, что с одной стороны угол у основания тупого конуса равен углу блокировки β, а на другом конце сателлитов угол при вершине конусных торцов равен или отличается в пределах ±3° от аналогичного угла конического конца глухих отверстий, причем каждая пара сателлитов размещена относительно косозубых шестерен с возможностью расположения зон контактов всех эвольвентных зубчатых пар "шестерня-сателлит-сателлит-шестерня" на прямой линии, параллельной оси корпуса.1. A self-locking differential containing an annular case with a central longitudinal hole, in which two semi-axial helical gears are arranged coaxially, separated by a stop element, satellites freely mounted in the blind holes of the housing and having pairwise gear engagement between themselves and with semi-axial gears, characterized in that both gears have the same and unidirectional angle of inclination of the teeth relative to the axis of the housing, all satellites are made of cylindrical spur gears with conical torus They are installed in blind inclined cylindrical openings of the housing pairwise made on opposite end surfaces of the housing and communicating with each other in the gear zone of each pair of satellites, while the angle of inclination of the axis of the satellites relative to the axis of the housing when they are placed in the blind openings of the housing is equal to the angle of inclination of the teeth of the semi-axial gears equal to the angle of blocking β, while the conical ends of the satellites are made so that on one side the angle at the base of the blunt cone is equal to the angle of blocking β, and on the other at the tip of the satellite ends, the angle at the apex of the conical ends is equal to or different within ± 3 ° from the similar angle of the conical end of the blind holes, each pair of satellites being placed relative to helical gears with the possibility of arranging contact zones of all involute gear pairs “gear-satellite-satellite-gear” on straight line parallel to the axis of the housing.

2. Дифференциал по п.1, отличающийся тем, что для увеличения коэффициента блокировки угол при вершине конического торца сателлита больше на 2-3° аналогичного угла конического конца глухого отверстия.2. The differential according to claim 1, characterized in that in order to increase the blocking coefficient, the angle at the apex of the conical end of the satellite is 2-3 ° greater than the same angle of the conical end of the blind hole.

3. Дифференциал по п.1, отличающийся тем, что для уменьшения коэффициента блокировки угол при вершине конического торца сателлита меньше на 2-3° аналогичного угла конического конца глухого отверстия.3. The differential according to claim 1, characterized in that in order to reduce the blocking coefficient, the angle at the apex of the conical end of the satellite is 2-3 ° less than the same angle of the conical end of the blind hole.

4. Дифференциал по п.1, отличающийся тем, что зубчатые пары коррегированы по начальной аксоидной поверхности в области зацепления косозубых полуосевых шестерен с цилиндрическими прямозубыми сателлитами с обеспечением смешанной слабоконической передачи с разновысоким профилем зуба.4. The differential according to claim 1, characterized in that the gear pairs are corrected along the initial axoid surface in the area of engagement of helical gears with spur gears with mixed low-gear transmission with a different tooth profile.

5. Дифференциал по п.1, отличающийся тем, что угол блокировки β не превышает угол трения применяемых материалов. 5. The differential according to claim 1, characterized in that the blocking angle β does not exceed the friction angle of the materials used.