RU2586432C1 - Self-locking differential with hydraulic resistance - Google Patents

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: claimed differential comprises axles gears arranged in the differential housing to engage with the pinions and the locking device for coupling between the differential hosing and the axles gears. The locking device is composed of the vaned reversible hydropump with the stator, rotor, vanes with springs, distribution disc, cover, check valves, suction, delivery and discharge channels. It incorporates two differential locking valves arranged in axial bores upstream of check valves, between the stator delivery channels and discharge channels. Each of said valves consists of the piston with cylindrical con rod and return compression spring fitted thereon, piston bottom facing the stator delivery channel. Rod diameter equals the discharge channel diameter to shut off said channel.

EFFECT: improved locking properties, higher efficiency.

2 dwg

Description

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к дифференциальным механизмам с устройствами блокирования, и предназначено для использования в транспортных средствах в качестве межколесных или межосевых дифференциалов.The invention relates to transport engineering, in particular to differential mechanisms with locking devices, and is intended for use in vehicles as cross-axle or center differential.

Известен самоблокирующийся дифференциал с гидравлическим сопротивлением, содержащий установленные в коробке дифференциала шестеренчатый редуктор с коническими шестернями и блокировочное устройство, выполненное в виде гидромашин для подтормаживания относительного вращения коробки и одной из шестерен редуктора (патент США №2861477, 1958).A self-locking differential with hydraulic resistance is known, comprising a gear reducer with bevel gears installed in the differential box and a locking device made in the form of hydraulic machines to slow down the relative rotation of the box and one of the gears of the gearbox (US patent No. 2861477, 1958).

Недостатками данного дифференциала являются незначительные блокировочные свойства и сложность конструкции гидромашины блокировки.The disadvantages of this differential are minor blocking properties and the complexity of the design of the hydraulic lock.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является гидравлический дифференциал (самоблокирующийся дифференциал с гидравлическим сопротивлением), содержащий установленные в корпусе дифференциала полуосевые шестерни, введенные в зацепление с сателлитами, и блокировочное устройство для связи корпуса дифференциала и полуосевых шестерен, выполненное в виде реверсивного лопастного масляного насоса с обратными клапанами, ротор которого жестко связан с левой полуосевой шестерней, а статор закреплен на корпусе дифференциала, в случае, когда полуосевые шестерни вращаются с разными угловыми скоростями, масляный насос перекачивает масло (рабочую жидкость) через узкий выходной канал, получая питание через всасывающий канал, чем создается сопротивление проворачиванию полуосевых шестерен; поступление масла в полость корпуса дифференциала обеспечивается черпаками, блокировка осуществляется как при движении вперед, так и назад (Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль. Анализ конструкций, элементы расчета. - М.: Машиностроение, 1989. - С. 161-162, рис. 133).The closest in technical essence to the proposed device is a hydraulic differential (self-locking differential with hydraulic resistance), containing semi-axial gears installed in the differential housing engaged with the satellites, and a locking device for connecting the differential housing and semi-axial gears, made in the form of a reversible vane oil a pump with check valves, the rotor of which is rigidly connected to the left semi-axial gear, and the stator is mounted on the housing for fferentsiala, when the side gears are rotated with different angular velocities, the oil pump pumping oil (working fluid) through a narrow outlet channel, receiving power through the suction port than the cranking resistance is created side gears; the oil flow into the cavity of the differential housing is provided by scoops, locking is carried out both when moving forward and backward (Osepchugov V.V., Frumkin A.K. Automobile. Structural analysis, calculation elements. - M .: Mechanical Engineering, 1989. - P. 161-162, Fig. 133).

Недостатком данного дифференциала являются низкие блокировочные свойства, обусловленные тем, что для их повышения необходимо увеличивать сопротивление проворачиванию лопастного насоса путем (при других заданных параметрах) уменьшения поперечного сечения выходного канала рабочей жидкости, что, в свою очередь, будет приводить к снижению коэффициента полезного действия (КПД) дифференциала также и при движении автотранспортного средства (АТС) на повороте или по неровной дороге и увеличивать расход топлива.The disadvantage of this differential is the low blocking properties, due to the fact that to increase them, it is necessary to increase the resistance to rotation of the vane pump by (with other specified parameters) reducing the cross section of the output channel of the working fluid, which, in turn, will lead to a decrease in the efficiency ( Efficiency) of the differential also when driving a vehicle (ATS) on a bend or on rough roads and increase fuel consumption.

Техническим результатом предлагаемого самоблокирующегося дифференциала с гидравлическим сопротивлением является повышение блокирующих свойств дифференциала в случае буксования одного из колес ведущего моста автотранспортного средства, отсутствие (незначительность) блокирующих свойств дифференциала и высокий его КПД при движении АТС на повороте или по неровной дороге.The technical result of the proposed self-locking differential with hydraulic resistance is to increase the blocking properties of the differential in the case of slipping of one of the wheels of the drive axle of the vehicle, the absence (insignificance) of the blocking properties of the differential and its high efficiency when the ATS moves on a bend or on rough roads.

Указанный технический результат достигается тем, что в самоблокирующемся дифференциале с гидравлическим сопротивлением, содержащем установленные в корпусе дифференциала полуосевые шестерни, введенные в зацепление с установленными на осях сателлитами, и блокировочное устройство для связи корпуса дифференциала и полуосевых шестерен, выполненное в виде заполненного рабочей жидкостью лопастного реверсивного гидронасоса, включающего статор, ротор, лопасти с пружинами, распределительный диск, крышку, обратные клапаны и всасывающие, нагнетательные и выходные каналы, блокировочное устройство имеет установленные перед обратными клапанами в осевых отверстиях между радиальными нагнетательными каналами статора и выходными каналами два клапана блокировки дифференциала, каждый из которых состоит из обращенного днищем к радиальныму нагнетательному каналу статора поршня с цилиндрическим штоком и одетой на этот шток возвратной пружиной сжатия, причем осевое отверстие под поршень не доходит до выходного канала, а следуемое за этим отверстием к выходному каналу соосное отверстие под шток пересекает выходной канал и шток, диаметр которого равен диаметру выходного канала, может перекрывать этот выходной канал, что позволяет при движении автотранспортного средства на повороте или по неровной дороге ввиду малой разности угловых скоростей корпуса дифференциала и полуоси и, следовательно, малого давления рабочей жидкости, создаваемого гидронасосом, иметь выходной канал рабочей жидкости блокировочного устройства открытым, блокирующие свойства дифференциала - незначительными (отсутствующими), а КПД дифференциала - высоким, а при буксовании одного из ведущих колес моста АТС ввиду большой разности угловых скоростей корпуса дифференциала и полуоси действием высокого давления рабочей жидкости, создаваемого при этом гидронасосом, перемещать поршень клапана блокировки и перекрывать его штоком частично или полностью выходной канал блокировочного устройства, блокируя таким образом дифференциал, обеспечивая ему высокие блокирующие свойства, возможность прекращения буксования и дальнейшего движения автотранспортного средства.The specified technical result is achieved by the fact that in a self-locking differential with hydraulic resistance, containing semi-axial gears installed in the differential case, engaged into gears mounted on the axles of the axles, and a locking device for connecting the differential case and semi-axial gears, made in the form of a blade reversible impeller hydraulic pump, including stator, rotor, blades with springs, distribution disk, cover, check valves and suction delivery and output channels, the blocking device has two differential lock valves installed in front of the check valves in the axial openings between the radial discharge channels of the stator and the output channels, each of which consists of a piston with a cylindrical rod facing the bottom of the radial discharge channel of the stator and a return valve dressed on this rod a compression spring, and the axial bore for the piston does not reach the output channel, and the coaxial hole following the opening to the output channel The rod-shaped crosses the outlet channel and the rod, the diameter of which is equal to the diameter of the outlet channel, can overlap this outlet channel, which allows the vehicle to move on a bend or on rough roads due to the small difference in the angular velocities of the differential housing and the axle shaft and, therefore, low working pressure fluid created by the hydraulic pump, have the outlet channel of the working fluid of the locking device open, the blocking properties of the differential are insignificant (absent), and the efficiency of the differential la - high, and when slipping one of the drive wheels of the ATS bridge, due to the large difference in the angular velocities of the differential housing and the semi-axis by the high pressure of the working fluid generated by the hydraulic pump, move the lock valve piston and partially or completely block the output channel of the locking device with its rod, blocking thus, the differential, providing it with high blocking properties, the ability to stop slipping and further movement of the vehicle.

Устройство предлагаемого самоблокирующегося дифференциала с гидравлическим сопротивлением поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 изображен фронтальный разрез, на фиг. 2 - профильный разрез.The device of the proposed limited-slip differential with hydraulic resistance is illustrated by the accompanying drawings, where in FIG. 1 shows a frontal section, in FIG. 2 - profile section.

Предлагаемый самоблокирующийся дифференциал с гидравлическим сопротивлением содержит установленные в корпусе 1 дифференциала полуосевые шестерни 2, введенные в зацепление с установленными на осях 3 сателлитами 4, и блокировочное устройство для связи корпуса дифференциала и полуосевых шестерен, выполненное в виде заполненного рабочей жидкостью лопастного реверсивного (двухстороннего действия) гидронасоса, включающего статор 5, ротор 6, лопасти 7 с пружинами 8, распределительный диск 9, крышку 10, обратные клапаны 11 и всасывающие 12, нагнетательные 13 и выполненные в корпусе дифференциала выходные каналы 14 (по два). Статор 5 крепится к корпусу дифференциала 1, а его ротор 6 связан с левой полуосевой шестерней 2 и через нее - с полуосью 15 ведущего моста. Блокировочное устройство имеет установленные перед обратными клапанами 11 в осевых отверстиях 16, 17 между радиальными нагнетательными каналами 13 статора и выходными каналами 14 два клапана блокировки дифференциала. Каждый клапан блокировки 18 состоит из обращенного днищем к радиальному нагнетательному каналу 13 статора поршня 19 с цилиндрическим штоком 20 и одетой на этот шток возвратной пружиной сжатия 21. Осевое отверстие 16 под поршень не доходит до выходного канала 14, а следуемое за этим отверстием к выходному каналу соосное отверстие 17 под шток пересекает выходной канал. Диаметр штока 20 равен диаметру выходного канала 14 и шток может перекрывать этот выходной канал. Полость отверстия под поршень клапана блокировки в районе пружины (у отверстия под шток) соединена компенсационным г-образным отверстием (на схеме не показано) с полостью дифференциала.The proposed self-locking differential with hydraulic resistance contains semiaxial gears 2 installed in the differential housing 1 engaged into engagement with the satellites 4 mounted on the axles 3, and a locking device for coupling the differential housing and the semiaxial gears, made in the form of a reversible (double-acting) paddle-filled rotor fluid hydraulic pump, including stator 5, rotor 6, blades 7 with springs 8, distribution disk 9, cover 10, check valves 11 and suction 12, pump solid 13 and output channels 14 (made in two) made in the differential housing. The stator 5 is attached to the differential housing 1, and its rotor 6 is connected to the left gear axle 2 and through it to the gear axle 15 of the drive axle. The locking device has two differential lock valves installed in front of the check valves 11 in the axial holes 16, 17 between the radial discharge channels 13 of the stator and the output channels 14. Each lock valve 18 consists of a piston 19 stator facing the radial discharge channel 13 of the piston 19 with a cylindrical rod 20 and a compression return spring 21. The axial bore 16 for the piston does not reach the output channel 14, and the outlet following this opening a coaxial hole 17 under the rod crosses the outlet channel. The diameter of the rod 20 is equal to the diameter of the output channel 14 and the rod may overlap this output channel. The cavity of the bore for the piston of the locking valve in the area of the spring (near the hole for the rod) is connected by a compensating L-shaped hole (not shown in the diagram) with the differential cavity.

Поступление рабочей жидкости в полость корпуса дифференциала и к всасывающему каналу 12 лопастного насоса блокировочного устройства обеспечивается черпаками 22.The flow of working fluid into the cavity of the differential housing and to the suction channel 12 of the vane pump of the locking device is provided by the scoops 22.

Применение реверсивного гидронасоса и соответственно в этой связи двух клапанов блокировки в дифференциале обусловлено тем, что один клапан блокировки работает с одной половиной (фиг. 2) его статора в случае, когда при буксовании ведущего колеса автотранспортного средства статор и ротор с разными угловыми скоростями вращаются в одном направлении, а второй - с другой половиной статора, когда ротор гидронасоса (полуось с колесом) стоит, а статор вращается, что может иметь место как при движении автотранспортного средства вперед, так и задним ходом.The use of a reversible hydraulic pump and, accordingly, in this connection, two blocking valves in the differential is due to the fact that one blocking valve works with one half (Fig. 2) of its stator in the case when the stator and rotor rotate at different angular speeds when slipping the driving wheel of the vehicle one direction, and the second - with the other half of the stator, when the rotor of the hydraulic pump (half shaft with a wheel) is standing, and the stator rotates, which can occur both when the vehicle moves forward and back underway.

В предлагаемом дифференциале желательно применять рабочую жидкость, вязкость которой в заданных условиях эксплуатации незначительно изменяется в зависимости от ее температуры. В других случаях расчет параметров блокировочного устройства и клапана блокировки должен учитывать изменения вязкости этой жидкости.In the proposed differential, it is desirable to use a working fluid whose viscosity under given operating conditions varies slightly depending on its temperature. In other cases, the calculation of the parameters of the interlock and the interlock valve should take into account changes in the viscosity of this fluid.

Предлагаемый самоблокирующийся дифференциал с гидравлическим сопротивлением работает следующим образом.The proposed self-locking differential with hydraulic resistance works as follows.

При движении автотранспортного средства на повороте или по неровной дороге ввиду малой разности угловых скоростей корпуса дифференциала 1 и полуоси 15 и, следовательно, малой подачи и давления рабочей жидкости, создаваемого гидронасосом в радиальном нагнетательном канале 13 статора, выходной канал 14 блокировочного устройства остается полностью открытым (как на фиг. 1) и рабочая жидкость (пройдя через обратный клапан 11) свободно протекает через него, при этом блокирующие свойства дифференциала отсутствуют, а КПД дифференциала - высок. При буксовании одного из ведущих колес моста АТС ввиду большой разности угловых скоростей корпуса дифференциала и полуоси под действием высокого давления рабочей жидкости, создаваемого при этом гидронасосом в радиальном нагнетательном канале 13 статора, поршень 19 клапана блокировки, сжимая возвратную пружину 21 и перемещаясь вправо своим штоком 20 частично или полностью (в зависимости от пробуксовки колеса) перекрывает выходной канал 14 блокировочного устройства, что вызывает соответствующее значительное увеличение давления рабочей жидкости в нагнетательной полости и сопротивления проворачиванию гидронасоса (блокируя таким образом дифференциал) и ограничивает (вплоть до остановки) пробуксовывание буксующего колеса и автотранспортное средство, если силы сопротивления его движению не превысят суммарную силу тяги по сцеплению колес этого ведущего моста с дорогой, продолжит движение. При этом ввиду отсутствия (или малой) разности угловых скоростей корпуса дифференциала и полуоси моста упадет давление рабочей жидкости в радиальном нагнетательном канале статора гидронасоса и в результате этого под действием возвратной пружины 21 поршень 19 со штоком 20 клапана блокировки переместятся влево в исходное положение (как на фиг. 1) и выходной канал 14 блокировочного устройства снова станет полностью открытым, т.е. дифференциал разблокируется.When the vehicle is moving on a bend or on rough roads due to the small difference in the angular velocities of the differential housing 1 and the axle shaft 15 and, therefore, the small supply and pressure of the working fluid generated by the hydraulic pump in the radial discharge channel 13 of the stator, the output channel 14 of the locking device remains fully open ( as in Fig. 1) and the working fluid (passing through the check valve 11) flows freely through it, while the differential blocking properties are absent, and the differential efficiency is high. When slipping one of the drive wheels of the ATS bridge, due to the large difference in the angular speeds of the differential housing and the axle shaft under the action of high pressure of the working fluid generated by the hydraulic pump in the radial discharge channel 13 of the stator, the piston 19 of the lock valve compresses the return spring 21 and moves to the right with its own rod 20 partially or completely (depending on the slipping of the wheel) blocks the output channel 14 of the locking device, which causes a corresponding significant increase in the pressure of the working fluid bones in the injection cavity and resistance to cranking of the hydraulic pump (thus blocking the differential) and limits (up to a stop) slipping of the skid wheel and the vehicle, if the forces of resistance to its movement do not exceed the total traction force on the adhesion of the wheels of this drive axle to the road, it will continue to move. In this case, due to the absence (or small) difference in the angular velocities of the differential housing and the axle shaft of the bridge, the pressure of the working fluid in the radial discharge channel of the stator of the hydraulic pump will drop and as a result of this, under the action of the return spring 21, the piston 19 with the lock valve stem 20 will move to the left to their original position (as on Fig. 1) and the output channel 14 of the locking device will again become fully open, i.e. differential unlocks.

Таким образом, предлагаемый самоблокирующийся дифференциал с гидравлическим сопротивлением позволяет обеспечить высокие блокирующие свойства при буксовании одного из ведущих колес моста и, следовательно, высокую проходимость автотранспортного средства и отсутствие (незначительность) блокирующих свойств и высокий КПД дифференциала при движении АТС на повороте или по неровной дороге.Thus, the proposed self-locking differential with hydraulic resistance allows to provide high blocking properties when slipping one of the drive wheels of the bridge and, therefore, a high cross-country ability of the vehicle and the absence (insignificance) of the blocking properties and high efficiency of the differential when the ATS moves on a bend or on rough roads.

Claims (1)

Самоблокирующийся дифференциал с гидравлическим сопротивлением, содержащий установленные в корпусе дифференциала полуосевые шестерни, введенные в зацепление с установленными на осях сателлитами, и блокировочное устройство для связи корпуса дифференциала и полуосевых шестерен, выполненное в виде заполненного рабочей жидкостью лопастного реверсивного гидронасоса, включающего статор, ротор, лопасти с пружинами, распределительный диск, крышку, обратные клапаны и всасывающие, нагнетательные и выходные каналы, отличающийся тем, что блокировочное устройство имеет установленные перед обратными клапанами в осевых отверстиях между радиальными нагнетательными каналами статора и выходными каналами два клапана блокировки дифференциала, каждый из которых состоит из обращенного днищем к радиальныму нагнетательному каналу статора поршня с цилиндрическим штоком и одетой на этот шток возвратной пружины сжатия, причем осевое отверстие под поршень не доходит до выходного канала, а следуемое за этим отверстием к выходному каналу соосное отверстие под шток пересекает выходной канал и шток, диаметр которого равен диаметру выходного канала, может перекрывать этот выходной канал. A self-locking differential with hydraulic resistance, containing semi-axial gears installed in the differential housing engaged into engagement with satellites mounted on the axles, and a locking device for coupling the differential housing and semi-axial gears, made in the form of a rotary reversible hydraulic pump filled with working fluid, including a stator, rotor, blades with springs, distribution disk, cover, check valves and suction, discharge and output channels, characterized in that the unit The calibration device has two differential lock valves installed in front of the check valves in the axial openings between the radial discharge channels of the stator and the output channels, each of which consists of a piston with a cylindrical stem facing the bottom of the radial discharge channel of the stator and an axial compression spring mounted on this rod, the axial the piston hole does not reach the output channel, and the coaxial hole for the rod following the hole to the output channel crosses the output cash and a rod whose diameter is the diameter of output channel may overlap the outlet passage.

Images