RU2653659C1

RU2653659C1 - Conical differential with automatic locking

Info

Publication number: RU2653659C1
Application number: RU2017116472A
Authority: RU
Inventors: Владимир Тимофеевич Исайчев
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2018-05-11

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to differential mechanisms with automatic blocking devices. Conical differential contains semi-axial gears with satellites and a locking device for coupling the differential housing and the semi-axle gears. Locking device is designed as a reversible hydraulic pump, including a stator, a rotor, blades with springs, distribution disk, cover, check valves and suction, discharge and outlet channels. Locking device has also two differential lock valves installed after the check valves in the axial parts of the output channels, each of which consists of a piston with triangular sectional axial grooves and a return compression spring located on its lateral cylindrical surface along its height.

EFFECT: increase in the blocking properties of the differential is achieved.

1 cl, 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 (конический 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 (a conical 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 reversed blade oil pump with check valves, the rotor of which is rigidly connected to the left half-axle gear, and the stator is fixed on and in the differential case, in the case when the semi-axial gears rotate at different angular speeds, the oil pump pumps oil (working fluid) through a narrow output channel, receiving power through the suction channel, which creates resistance to the rotation of the semi-axial 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 является 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 конического дифференциала с автоматической блокировкой является повышение блокирующих свойств дифференциала в случае буксования одного из колес ведущего моста автотранспортного средства и отсутствие (незначительность) блокирующих свойств дифференциала, и высокий его КПД, при движении АТС на повороте или по неровной дороге.The technical result of the proposed conical differential with automatic locking 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 and 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 коническом дифференциале с автоматической блокировкой, 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 после обратных клапанов в осевых частях выходных каналов два клапана блокировки дифференциала, каждый из которых состоит из обращенного днищем к обратному клапану поршня с расположенными на его боковой цилиндрической поверхности по его высоте осевыми канавками треугольного сечения и возвратной пружины сжатия, установленной в следуемом за отверстием под поршень соосном отверстии диаметром, равным внутреннему диаметру указанных осевых канавок треугольного сечения на поршне, причем поршень при отсутствии буксования одного из ведущих колес моста АТС не доходит до дна отверстия под этот поршень, а при перемещении поршня вправо, при буксовании АТС, дно отверстия под поршень может закрывать выходы рабочей жидкости из осевых канавок треугольного сечения поршня и таким образом блокировать дифференциал, 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 выходы для рабочей жидкости из осевых канавок треугольного сечения поршня полностью открытыми, 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 вправо и дном отверстия под этот поршень перекрывать частично или полностью поток рабочей жидкости из осевых канавок треугольного сечения этого поршня, блокируя таким образом дифференциал, обеспечивая ему высокие блокирующие свойства, возможность прекращения буксования и дальнейшего движения автотранспортного средства.The specified technical result is achieved in that in a bevel differential with automatic locking, containing semiaxial gears installed in the differential housing, engaged into engagement with satellites mounted on the axes, and a locking device for coupling the differential housing and semiaxial gears, made in the form of a blade reversible hydraulic pump, including stator, rotor, blades with springs, distribution disc, cover, check valves and suction, discharge and output channels, the locking device has two differential lock valves installed after the check valves in the axial parts of the output channels, each of which consists of a piston with a bottom facing the check valve and axial grooves of a triangular section located on its lateral cylindrical surface along its height and a compression spring installed in the coaxial bore followed by the piston bore with a diameter equal to the inner diameter of the indicated axial grooves of a triangular section on p rshne, and the piston in the absence of slipping of one of the drive wheels of the ATC bridge does not reach the bottom of the hole for this piston, and when moving the piston to the right, when slipping the ATC, the bottom of the hole for the piston can close the fluid outlet from the axial grooves of the piston's triangular section and thus to block the differential, 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, consequently, the low pressure of the working fluid the axle created by the hydraulic pump, have the openings for the working fluid from the axial grooves of the triangular piston cross-section fully open, the differential blocking properties are insignificant (absent), and the differential efficiency is high, and when slipping one of the drive wheels of the ATS bridge due to the large difference in the angular speeds of the differential case and semiaxes by the action of high pressure of the working fluid created by the hydraulic pump, move the lock valve piston to the right and overlap the bottom of the hole for this piston frequently chno or fully hydraulic fluid flow from the axial grooves of triangular cross-section of the piston, thus blocking the differential, providing it with high blocking properties and slipping possibility of stopping further movement of the vehicle.

Устройство предлагаемого конического дифференциала с автоматической блокировкой поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 изображен фронтальный разрез, на фиг. 2 - профильный разрез.The device of the proposed conical differential with automatic locking is illustrated by the accompanying drawings, where in FIG. 1 shows a frontal section, in FIG. 2 - profile section.

Предлагаемый конический дифференциал с автоматической блокировкой 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 после обратных клапанов 11 в примыкающих к статору 5 осевых частях-отверстиях 16, 17 выходных каналов в корпусе дифференциала два клапана блокировки дифференциала. Каждый клапан блокировки состоит из обращенного днищем к обратному клапану поршня 18 с расположенными на его боковой цилиндрической поверхности по его высоте осевыми канавками 19 треугольного сечения и возвратной пружины сжатия 20, установленной в следуемом за отверстием 16 под поршень соосном отверстии (меньшего диаметра) 17 диаметром, равным внутреннему диаметру (диаметру расположения дна) указанных осевых канавок треугольного сечения на поршне, причем поршень при отсутствии буксования одного из ведущих колес моста или в нерабочем состоянии автотранспортного средства не доходит до дна (в виде кольца) 21 отверстия 16 под этот поршень (как на фиг. 1), а при перемещении поршня вправо, при буксовании АТС, дно 21 отверстия 16 под поршень может закрывать выходы (справа от поршня) рабочей жидкости из осевых канавок треугольного сечения поршня и таким образом блокировать дифференциал. Площади поперечного сечения отверстий 16, 17 под клапан блокировки и выходного канала 14 должны быть в несколько раз больше, чем суммарная площадь поперечного сечения всех осевых канавок треугольного сечения поршня. Полость отверстия клапана блокировки в районе возвратной пружины может дополнительно сообщаться с полостью дифференциала компенсационным отверстием (на схеме не показано).The proposed conical differential with automatic locking comprises semi-axial gears 2 installed in the differential housing 1, engaged into gears 4 mounted on the axles 3, and a locking device for coupling the differential housing and semi-axial gears, made in the form of a blade reversible (double-acting) filled with working fluid a hydraulic pump including a stator 5, a rotor 6, vanes 7 with springs 8, a distribution disk 9, a cover 10, check valves 11 and suction 12, discharge 13 and Making a differential case in the output channels 14 (two). The stator 5 is attached to the differential housing 1, and its rotor 6 is connected to the left half-axle gear 2 and through it with the half-axis 15 of the drive axle. The locking device has installed after the check valves 11 in the axial parts adjacent to the stator 5, the openings 16, 17 of the output channels in the differential housing have two differential lock valves. Each locking valve consists of a piston 18 facing the non-return valve 18 with a triangular cross-section axial grooves 19 located on its lateral cylindrical surface along its height and a compression return spring 20 installed in the coaxial bore (smaller diameter) 17 followed by the piston bore 16, with a diameter of equal to the inner diameter (diameter of the bottom) of the indicated axial grooves of a triangular section on the piston, and the piston in the absence of slipping of one of the drive wheels of the bridge or inoperative the motor vehicle does not reach the bottom (in the form of a ring) of 21 holes 16 for this piston (as in Fig. 1), and when the piston moves to the right, when the vehicle is slipping, the bottom 21 of the holes 16 for the piston can close the exits (to the right of the piston) working fluid from the axial grooves of the triangular cross-section of the piston and thus block the differential. The cross-sectional area of the holes 16, 17 for the blocking valve and the outlet channel 14 should be several times larger than the total cross-sectional area of all axial grooves of the triangular cross-section of the piston. The cavity of the locking valve hole in the area of the return spring may additionally communicate with the differential cavity by a compensation hole (not shown in the diagram).

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 regard, 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 with different angular velocities when slipping the drive wheel of a vehicle rotate in one direction, and the second - with the other half of the stator, when the rotor of the hydraulic pump (axle shaft with a wheel) is standing, and the stator rotates, which can occur both when the vehicle moves forward and rear m move.

В предлагаемом коническом дифференциале с автоматической блокировкой 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 conical differential with automatic locking, it is desirable to use a working fluid whose viscosity under specified 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 конический дифференциал с автоматической блокировкой работает следующим образом.The proposed conical differential with automatic locking 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, клапан блокировки находится в положении как на фиг. 1 и рабочая жидкость, пройдя через обратный клапан 11, свободно протекает через осевые канавки 19 треугольного сечения поршня 18, полость отверстий 16, 17 под этот поршень и возвратную пружину 20 клапана блокировки и выходной канал 14 в полость дифференциала, 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 18 клапана блокировки, сжимая возвратную пружину 20, перемещается вправо и дном 21 отверстия 16 под этот поршень частично или полностью (в зависимости от пробуксовки колеса) перекрывается поток рабочей жидкости из осевых канавок 19 треугольного сечения поршня 18 и таким образом через клапан блокировки, 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 20 поршень 18 клапана блокировки переместится влево (отойдет от дна 21 отверстия 16), в исходное положение (как на рис., фиг. 1), и проход для рабочей жидкости из осевых канавок 19 треугольного сечения поршня 18 клапана блокировки 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 blocking valve is in the position as in FIG. 1 and the working fluid, passing through the non-return valve 11, flows freely through the axial grooves 19 of the triangular section of the piston 18, the cavity of the holes 16, 17 for this piston and the return spring 20 of the lock valve and the output channel 14 into the differential cavity, while the differential blocking properties are absent , and the efficiency of the differential is high. 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 axle shaft under the action of high pressure of the working fluid created by the hydraulic pump in the radial discharge channel 13 of the stator, the piston 18 of the lock valve, compressing the return spring 20, moves to the right and bottom 21 holes 16 for this piston partially or completely (depending on the slipping of the wheel) the flow of the working fluid from the axial grooves 19 of the triangular section of the piston 18 is blocked and thus the locking valve, which causes a corresponding significant increase in the pressure of the working fluid in the injection cavity and the resistance to rotation of the hydraulic pump (thus blocking the differential) and limits (up to a stop) slipping of the skid wheel and the vehicle if the resistance to its movement does not exceed the total traction force wheels of this drive axle with the road 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 20, the piston 18 of the lock valve will move to the left (it will move away from the bottom 21 of the hole 16), to the initial position (as in Fig., Fig. 1), and the passage for the working fluid from the axial grooves 19 of the triangular section of the piston 18 of the lock valve will again become completely open, i.e. differential unlocks.

Таким образом, предлагаемый конический дифференциал с автоматической блокировкой 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 conical differential with automatic locking allows you to provide high blocking properties when slipping one of the drive wheels of the bridge and, therefore, high cross-country ability of the vehicle, and the absence (insignificance) of blocking properties and high efficiency of the differential when the ATS moves on a bend or on rough roads .

Claims

Конический дифференциал с автоматической блокировкой, 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 после обратных клапанов в осевых частях выходных каналов два клапана блокировки дифференциала, каждый из которых состоит из обращенного днищем к обратному клапану поршня с расположенными на его боковой цилиндрической поверхности по его высоте осевыми канавками треугольного сечения и возвратной пружины сжатия, установленной в следуемом за отверстием под поршень соосном отверстии диаметром, равным внутреннему диаметру указанных осевых канавок треугольного сечения на поршне, причем поршень при отсутствии буксования одного из ведущих колес моста АТС не доходит до дна отверстия под этот поршень.A conical differential with automatic locking, containing the semi-axial gears installed in the differential housing engaged with the satellites mounted on the axes, and a locking device for coupling the differential housing and the 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 interlock the system has two differential lock valves installed after the check valves in the axial parts of the output channels, each of which consists of a piston with a bottom facing the check valve and axial grooves of a triangular section located on its lateral cylindrical surface along its height and a return compression spring installed in the following the piston bore is a coaxial bore with a diameter equal to the inner diameter of the axial grooves of a triangular section on the piston, and the piston is absent and slipping of one of the drive wheels of the ATS bridge does not reach the bottom of the hole for this piston.