gabbia del differenziale, sostenuta girevole attorno ad un asse in una scatola del differenziale, con due ruote laterali, che sono disposte reciprocamente distanziate e sono supportate reciprocamente girevoli attorno all'asse nella gabbia del differenziale, e con un elemento di compensazione cooperante con le ruote laterali tramite ingranamenti alternati. Al riguardo l'elemento di compensazione può essere accoppiato circolante solidale alla rotazione alternativamente con la gabbia del differenziale oppure con un albero di azionamento che arriva nella gabbia del differenziale.
La forma più usuale di differenziali è quella dei differenziali ad ingranaggi conici. Se questi devono essere dotati di un'azione autofrenante, rispettivamente autobloccante, vanno disposti dispositivi di blocco, preferibilmente giunti a lamelle, fra due dei sostanzialmente tre organi girevoli reciprocamente attorno ad un asse — gabbia del differenziale e due ruote laterali — .
Dal WO 96/41088 è noto un differenziale di nuova modalità costruttiva, in cui ruote laterali sono dotate di una, rispettivamente due superfici a disco obliquo reciprocamente affacciate, sulle quali poggiano rispettivamente elementi dischiformi oscillanti, di cui due sono accoppiati solidali alla rotazione fra di loro ed uno ruota con la gabbia del differenziale. La formatura di questa disposizione è estremamente complicata.
Dal EP 0619 863 B1 è noto un differenziale, in cui fra due ruote laterali con dentature cilindriche fra di loro opposte è disposta una pluralità di pattini di scorrimento, scorrevoli assialmente reciprocamente e dotati di doppie superfici cuneiformi frontali. La fabbricazione ed il montaggio di questo differenziale sono estremamente complicati.
La presente invenzione si pone il compito di realizzare un differenziale di nuovo tipo con azione autofrenante, rispettivamente autobloccante, in presenza di una semplicità strutturale e di un modesto numero di parti. La soluzione al riguardo consiste rispettivamente nel fatto che entrambe le ruote laterali presentano dentature cilindriche fra di loro affacciate, e che l'elemento di compensazione è un disco di compensazione presentante, in corrispondenza di entrambi i lati frontali, dentature cilindriche cooperanti rispettivamente con una delle dentature cilindriche delle ruote laterali, laddove il numero di denti di rispettivamente dentature cilindriche ingrananti reciprocamente differisce di volta in volta in ragione di 1 e il rapporto fra i numeri di denti di entrambi gli accoppiamenti ad ingranamento è differente, e inoltre che il disco di compensazione è movibile oscillatoriamente fra le ruote laterali, in modo che con zone, diametralmente fra di loro contrapposte, delle sue dentature cilindriche essa ingrana con le associate dentature cilindriche delle ruote laterali. Ulteriori possibilità di esecuzione risultano dalle sottorivendicazioni, al cui contenuto si fa qui riferimento.
La modalità costruttiva citata per prima, in cui l'elemento di compensazione è accoppiato circolante solidale alla rotazione con la gabbia del differenziale, è preferibilmente di struttura simmetrica, come si preferisce come differenziale assiale. Le ruote laterali in tal caso sono accoppiabili con alberi laterali innestati. La modalità costruttiva citata per seconda, in cui l'elemento di compensazione è accoppiato solidale alla rotazione con un'estremità di un albero di azionamento introdotto nella gabbia del differenziale, rappresenta una esecuzione adatta per differenziali centrali. Al riguardo una delle ruote laterali va collegata con un albero cavo estendentesi coassialmente all'albero di azionamento, laddove la gabbia del differenziale serve soltanto alla strutturazione assiale delle ruote laterali e della ruota di compensazione. Tuttavia anche una delle ruote laterali può essere accoppiata solidale alla rotazione con la gabbia del differenziale.
La definizione di ruote laterali viene impiegata continuamente, anche se i differenziali con il loro asse possono essere montati anche in direzione longitudinale di un veicolo.
L'accoppiamento solidale alla rotazione del disco di compensazione, oscillante rispetto all'asse, può avvenire mediante costruzioni, che corrispondono a giunti a snodo omocinetico e presentano sull'elemento di compensazione perni a distribuzione perimetrale, impegnantisi in particolare in guide longitudinali nella gabbia del differenziale, oppure un mozzo fissato sull'albero di azionamento, laddove sfere di trasmissione di coppia sono sostenute in gole sul mozzo e nel disco di compensazione. Sui perni menzionati si possono disporre movibili angolarmente in tal caso rulli o pattini di scorrimento. Le sfere menzionate possono essere sostenute in una gabbia delle sfere in un piano in comune. La costruzione di giunto Pode menzionata per prima può essere impiegata anche fra un mozzo dell'albero di azionamento e il disco di compensazione, come pure la costruzione a snodo sferico citata per seconda può essere realizzata anche fra il disco di compensazione e la gabbia del differenziale.
I rapporti menzionati fra i numeri di denti conformemente ad un primo tipo di esecuzione sono soddisfatti quando il disco di compensazione è eseguito con dentature cilindriche di numero di denti z=n fra di loro uguali ed una ruota laterale presenta una dentatura cilindrica con un numero di denti z=n-l minore in ragione di 1 mentre l'altra ruota laterale presenta una dentatura cilindrica con un numero di denti z=n+l maggiore in ragione di 1. In tal modo è possibile una differente distribuzione di coppia fra le ruote laterali. Conformemente ad un secondo tipo di esecuzione, le condizioni sono soddisfatte quando entrambe le ruote laterali sono eseguite con dentature cilindriche con numero di denti z=n fra di loro uguali e il disco di compensazione su un lato presenta una dentatura cilindrica con un numero di denti z=n-l inferiore in ragione di 1 e sull'altro lato una dentatura cilindrica con un numero di denti z=n+l maggiore di 1. Questa esecuzione con uguali ruote laterali riduce la molteplicità delle parti.
In caso di movimento rotatorio oscillante del disco di compensazione, che in seguito ai numeri di denti di volta in volta differenti porta forzatamente a movimenti delle ruote laterali di sensi contrari, si verifica attrito radente sulle superfici delle dentature, che sono situate sotto un angolo di scorrimento corrispondente rispetto ai rispettivi elementi di ruota, rispettivamente di disco, che producono il desiderato effetto di blocco dipendente dalla coppia. In tal caso le ruote laterali poggiano assialmente sulla gabbia del differenziale. Utilizzando cuscinetti di spinta fra ruote laterali e gabbia del differenziale è possibile tenere relativamente modesto l'effetto di blocco. Se si impiegano semplici dischi di scorrimento al posto di cuscinetti di spinta, si ottiene un'elevata azione di blocco. Se al posto di dischi di scorrimento si impiegano elementi a disco di frizione fra le ruote laterali e la gabbia del differenziale, è possibile aumentare ulteriormente l'effetto di blocco.
Quando l'interno della gabbia del differenziale viene riempito con un liquido viscoso ed eseguito con guarnizioni a formare un sistema idraulico chiuso, le dentature cilindriche ingrananti fra di loro agiscono similmente a due pompe ad ingranaggi, laddove tuttavia non si hanno canali di aspirazione e canali di mandata, cosicché si fornisce sostanziale aggiuntivo lavoro di perdita idraulico producente un effetto di blocco dipendente dal numero di giri differenziale, che fa aumentare l'effetto di blocco del differenziale dipendente dalla coppia e risultante nelle dentature.
Esempi di realizzazione preferiti si trovano nei seguenti disegni.
In particolare:
la figura la mostra un differenziale secondo l'invenzione in vista prospettica con scatola parzialmente in spaccato, in una prima realizzazione con rulli sul perno,
la figura lb mostra un differenziale secondo l'invenzione in vista prospettica con scatola parzialmente in spaccato, in una seconda esecuzione con pattini di scorrimento sul perno,
la figura 2 mostra il ruotismo dei differenziali secondo la figura 1 in rappresentazione esplosa prospettica,
la figura 3 mostra un differenziale nell'esecuzione secondo la figura la in sezione longitudinale,
la figura 4 mostra un differenziale similmente alla figura 3 in esecuzione modificata, in sezione longitudinale, la figura 5 mostra un differenziale secondo l'invenzione in un'ulteriore esecuzione in sezione longitudinale,
la figura 6 mostra una rappresentazione del ruotismo di un differenziale bloccante in base ad un mezzo sviluppo (180°) delle ruote laterali, reciprocamente ingrananti, con interposto disco di compensazione in una prima esecuzione, la figura 7 mostra una rappresentazione del rotismo di un differenziale bloccante, in base ad un mezzo sviluppo (180°) delle ruote laterali, ingrananti fra di loro, con l'interposto disco di compensazione in una seconda esecuzione.
Le figure la e lb vengono in seguito ampiamente descritte insieme. Nelle figure è mostrata rispettivamente una gabbia Il di un differenziale secondo l'invenzione, che si compone di due parti 12, 13 della scatola da avvitare reciprocamente tramite parti a flangia 14, 15. Fori 16, 17 per viti sono riconoscibili rispettivamente in sezione. I perni corrispondenti non sono rappresentati. Sulla flangia serrata è possibile avvitare una corona dentata per l'azionamento della gabbia il del differenziale. Le parti 12, 13 della scatola possiedono rispettivamente appendici a manicotto 18, 19, che sul lato esterno formano sedi di supporto, rispettivamente superfici di supporto, per il supporto girevole della gabbia 11 del differenziale in una scatola del differenziale. Nelle appendici 18, 19 a manicotto sono innestabili semialberi accoppiabili con due ruote laterali 20, 21 sostenute girevoli coassialmente, reciprocamente distanziate, nella gabbia 11 del differenziale. Le ruote laterali 20, 21 possiedono dentature cilindriche 22, 23 ingrananti con associate dentature cilindriche di un disco di compensazione 25, rispetto al quale le ruote laterali possono eseguire rotazioni di senso opposto. Le dentature cilindriche del disco di compensazione 25 sono indicate con 28, 29. Le ruote laterali 20, 21, tramite cuscinetti di spinta 30, 31, poggiano verso l'esterno sulla gabbia 11 del differenziale. Sul disco di compensazione 25 è riconoscibile uno di tre perni 26 distribuiti sul contorno, sul quale secondo la figura la è sostenuto girevole un rullo 27, rispettivamente secondo la figura lb è montato girevole un pattino di scorrimento 24. Il perno 26 è appiattito in corrispondenza di un lato per creare spazio libero per la lavorazione della dentatura cilindrica 28. Il rullo 27, rispettivamente il pattino di scorrimento 24 sul perno è guidato in una guida longitudinale 32 nella gabbia 11 del differenziale, cosicché il disco di compensazione 25 ruota sincronicamente con la gabbia 11 del differenziale, tuttavia è in grado di muoversi oscillatoriamente in tal caso rispetto all'asse longitudinale della gabbia del differenziale.
Nella figura 2 le ruote laterali 20 e 21 e il disco di compensazione 25 sono rappresentati reciprocamente distanziati in allineamento coassiale.
Una tale disposizione coassiale non si verifica nello stato montato. Sul disco di compensazione 25 sono visibili due di tre perni 26; non sono montati rulli. I perni 26 sono appiattiti su lati contrapposti per creare spazio libero per la lavorazione delle dentature cilindriche 28, 29. La dentatura cilindrica 22 della prima ruota laterale 20 possiede in particolare 13 denti e la dentatura cilindrica 28, cooperante con essa, del disco di compensazione 25 possiede 14 denti. Ugualmente 14 denti possiede la seconda dentatura cilindrica 29 del disco di compensazione 25, che coopera con la dentatura cilindrica 23 della seconda ruota laterale 21; questa dentatura cilindrica 23 possiede 15 denti. È riconoscibile che in tal modo con pieno ingranamento di uno dei denti delle dentature cilindriche 28, 29 del disco di compensazione 25 nelle controdentature 22, 23, il dente di volta in volta diametralmente contrapposto delle dentature cilindriche 28, 29 si trova in contatto su una testa di dente delle controdentature 22, 23, cosicché, in primo luogo, si comprendono l'inclinazione del disco di compensazione 25 nella gabbia del differenziale e, in secondo luogo, la possibilità di opposta rotazione relativa delle ruote 20, 21 dei semialberi rispetto al disco di compensazione 25.
Nella figura 3 è riconoscibile la gabbia 11 del differenziale con le già indicate metà 12, 13 della scatola, le parti a flangia 14, 15 e le appendici a manicotto 18, 19, e inoltre cuscinetti di spinta 30, 31 per mezzo dei quali le ruote laterali 20, 21 poggiano nella gabbia del differenziale. Nella gabbia 11 del differenziale sono mostrate in effettiva rappresentazione in sezione le ruote laterali 20, 21 e il disco di compensazione 25. La sezione attraverso il disco di compensazione 25 si estende attraverso uno dei perni 26, sul quale è riconoscibile il rullo 27. Questo è sostenuto in una guida longitudinale 32 ottenuta mediante fresatura, sulle cui pareti laterali esso può rotolare. In tal modo il disco di compensazione 25 ruota sincronicamente con la gabbia 11 del differenziale. Il disco di compensazione 25 è ribaltato in senso positivo rispetto al non disegnato asse longitudinale della gabbia 11 del differenziale. Per quanto riguarda la situazione fra la prima ruota laterale 20 e il disco di compensazione nella metà superiore del disegno è riconoscibile che due denti delle dentature cilindriche 22, 28 si toccano testa su testa (in posizione leggermente arretrata rispetto al piano del disegno), mentre nella metà inferiore del disegno è riconoscibile come uno dei denti della dentatura cilindrica 22 ingrana con un fondo del dente della dentatura cilindrica 28. La situazione inversa è riconoscibile fra il disco di compensazione 25 e la seconda ruota laterale 21, dove nella metà superiore del disegno uno dei denti della dentatura cilindrica 29 del disco di compensazione 25 ingrana con un fondo di dente della dentatura cilindrica 23 della seconda ruota laterale 21, mentre nella metà inferiore del disegno un dente della dentatura cilindrica 29 poggia testa su testa su un dente della dentatura cilindrica 23. I cuscinetti di spinta 30, 31 riducono l'attrito delle ruote laterali 20, 21 rispetto alla gabbia del differenziale e quindi l'effetto di blocco del differenziale.
Nella figura 4 è mostrato sostanzialmente un differenziale simile a quello nella figura 3. Le parti uguali sono dotate degli stessi contrassegni; pertanto si fa riferimento alla descrizione relativa. Non sono previsti cuscinetti di spinta per sostenere le ruote laterali. Al posto di ciò sono previsti semplici dischi di scorrimento 34, 35. Inoltre questo differenziale presenta tre guarnizioni 33, 36, 37 laddove la prima chiude ermeticamente a tenuta le due parti 12, 13 della scatola nella zona delle parti a flangia 14, 15 e queste ultime chiudono a tenuta le ruote laterali 20, 21 rispetto alle parti 12, 13 della scatola. Nelle ruote laterali 20, 21 sono inseriti i coperchi 38, 39 chiudenti a tenuta internamente. Pertanto la gabbia 11 del differenziale è a tenuta di pressione di liquido verso l'esterno. La guida longitudinale 32 è qui prevista come cava interna nella metà 13 della scatola. Il perno 26, leggermente accorciato, scorre direttamente nella guida longitudinale 32. Nell'esecuzione qui mostrata, caricando lo spazio interno chiuso a tenuta con liquido sufficientemente viscoso, sussiste sempre un effetto simile, a pompa ad ingranaggi in entrambi gli ingranamenti, che fa aumentare la resistenza contro una rotazione relativa delle ruote laterali 20, 21 reciprocamente e rispetto al disco di compensazione 25 e quindi l'effetto di sbarramento del differenziale, in ragione di una quantità dipendente dal numero di giri differenziale.
Nella figura 5 è mostrata una gabbia 111 del differenziale, che sostanzialmente si compone di una parte 112 della scatola a guisa di ciotola e di un anello elastico 113 inserito nella sua apertura interna. A ridosso della parte 112 della scatola è sagomata un'appendice 118 a manicotto, in cui è innestato un primo albero laterale 140. Con l'albero laterale 140 è accoppiata in un unico pezzo una prima ruota laterale 120. A ridosso dell'estremità aperta della parte 112 della scatola, che è dotata dell'anello elastico 113, è inserita una seconda ruota laterale 121, alla quale è sagomata a ridosso in un unico pezzo un'appendice a manicotto 119. Attraverso l'appendice 119 a manicotto è innestato un albero di azionamento 149. Le ruote laterali 120, 121 possiedono dentature cilindriche 122, 123 orientate verso l'interno e cooperanti con rispettivamente associate dentature cilindriche di un disco di compensazione 125, rispetto al quale le ruote laterali 120, 121 possono eseguire rotazioni dirette in senso opposto. Le dentature cilindriche del disco di compensazione, che è movibile oscillatoriamente fra le ruote laterali, sono indicate con 128, 129. Il disco di compensazione 125 viene azionato rotativamente dall'albero di azionamento 149 tramite una costruzione a snodo sferico, laddove un mozzo sferico 143 è accoppiato con l'albero 149, la parte esterna dello snodo è formata dal disco di compensazione 125 e sfere 146 di trasmissione di coppia si impegnano con vincolo geometrico in direzione periferica in gole 145 delle sfere del corpo 143 del mozzo e in gole 147 delle sfere del corpo del disco di compensazione 125, laddove esse rotolano nelle gole e consentono il movimento oscillatorio del disco di compensazione 125. Per mezzo di un elemento a gabbia 148 i corpi sferici 146 sono sostenuti in un piano in comune e sono impostati sul piano della bisettrice fra il piano di mezzeria del corpo 143 del mozzo e il piano di mezzeria del disco di compensazione 125. La ruota laterale 120, tramite un cuscinetto di spinta 130, è sostenuta rispetto alla parte 112 della scatola e la ruota laterale 121 poggia direttamente sull'anello elastico 113. In tal modo il differenziale comprende le parti funzionali ruota laterale 120, azionabile tramite l'albero 140, ruota laterale 121, azionabile tramite il manicotto 119 mediante una dentatura 141, e disco di compensazione 125 azionabile tramite la costruzione snodata dall'albero di azionamento 149. La gabbia 111 del differenziale può girare liberamente rispetto alle parti menzionate e serve soltanto alla strutturazione assiale delle parti, nonché al supporto in una scatola. A differenza dell'esecuzione prodotta, è possibile accoppiare la ruota laterale 121 solidale alla rotazione con la gabbia 111 e trasmettere coppia nella ruota laterale 121 tramite la gabbia 111.
Nella figura 6 le due ruote laterali 20, 21 possiedono dentature cilindriche di uguale numero di denti z=n, mentre l'interposto disco di compensazione 25 su un lato possiede un numero di denti z=n+l superiore in ragione di 1 e sull'altro lato un numero di denti z=n-l, minore in ragione di 1 sull'intero contorno di 360°. Tuttavia nella rappresentazione è sviluppata soltanto una sezione di 180°. Il senso di rotazione e i movimenti oscillatori del disco di compensazione e le rotazioni relative delle ruote laterali sono indicati mediante frecce. I denti di ogni ruota sono a numerazione progressiva. Un movimento di compensazione fra le ruote laterali 20, 21 viene prodotto mediante i differenti rapporti fra i numeri di denti fra ruota laterale e disco di compensazione su entrambi i lati del disco di compensazione in interazione con un movimento oscillatori del disco di compensazione nella gabbia del differenziale. Nel caso di un movimento oscillatorio completamente perimetrale del disco di compensazione 25 una ruota laterale rimane di volta in volta di un dente indietro rispetto al disco di compensazione, mentre la seconda ruota laterale è in anticipo a questo in ragione di un dente. In tal modo si ottiene una funzione di compensazione del differenziale. Il disco di compensazione 25 può essere accoppiato solidale alla rotazione con la gabbia del differenziale oppure con un albero di azionamento interno.
Nella figura 7 è rappresentato un disco di compensazione 25' con numero di denti z=n bilateralmente uguale e inoltre sono rappresentate due ruote laterali 20', 21', di esecuzione differente, con numero di denti differente da questo z=n-l, rispettivamente z=n+l. Anche qui è sviluppata soltanto la metà del contorno completo delle parti di 180°, delimitata rispettivamente dagli ingranamenti completi del disco di compensazione 25' con rispettivamente una delle ruote laterali 20', 21'. Il senso di rotazione e i movimenti oscillatori del disco di compensazione e le rotazioni relative delle ruote laterali sono indicati mediante frecce. I denti di ogni ruota sono a numerazione progressiva. Anche qui si ottengono differenti rapporti dei numeri di denti fra ruota laterale e disco di compensazione su entrambi i lati del disco di compensazione 25, cosicché anche qui, nel caso di un completo movimento oscillatorio perimetrale del disco di compensazione, una ruota laterale rimane indietro rispettivamente in ragione di un dente rispetto al disco di compensazione, mentre la seconda ruota laterale è in anticipo rispetto a questo in ragione di un dente. In tal caso la funzione di compensazione del differenziale è realizzata nello stesso modo.
Legenda
11 Gabbia del differenziale
12 Metà della scatola
13 Metà della scatola
14 Parte a flangia
Parte a flangia
Foro per vite
Foro per vite
Appendice a manicotto Appendice a manicotto Ruota laterale
Ruota laterale
Dentatura cilindrica (20) Dentatura cilindrica (21) Pattino di scorrimento Disco di compensazione Perno
Rullo
Dentatura cilindrica (25) Dentatura cilindrica (25) Cuscinetto di spinta Cuscinetto di spinta Pista di guida Guarnizione
Disco di scorrimento Disco di scorrimento Guarnizione
Guarnizione
Coperchio
Coperchio
Gabbia del differenziale Parte della scatola Anello elastico
Appendice a manicotto Appendice a manicotto Ruota laterale
Ruota laterale Dentatura cilindrica Dentatura cilindrica
Disco di compensazione Cuscinetto di spinta Albero laterale Dentatura
Mozzo a sfera
Gola
Sfera
Gola
Gabbia per sfere Albero di azionamento Rivendicazioni
1. Differenziale bloccante con una gabbia (11) del differenziale, sostenuta girevole attorno ad un asse in una scatola del differenziale, con due ruote laterali (20, 21), che sono disposte reciprocamente distanziate e sono supportate, reciprocamente girevoli attorno all'asse, nella gabbia (11) del differenziale, e con un elemento di compensazione, che coopera con le ruote laterali (20, 21) tramite ingranamenti alternati ed è accoppiato, circolante solidale alla rotazione, con la gabbia (11) del differenziale, che da parte sua è azionata rotativamente, caratterizzato dal fatto che entrambe le ruote laterali (20, 21) presentano dentature cilindriche (22, 23) fra di loro affacciate, e che l'elemento di compensazione è un disco di compensazione (25) presentante in corrispondenza di entrambi i lati frontali dentature cilindriche (28, 29) cooperanti rispettivamente con una delle dentature cilindriche (22, 23) delle ruote laterali (20, 21), laddove il numero di denti di dentature cilindriche (22/28, 23/29), rispettivamente ingrananti fra di loro, differisce di volta in volta reciprocamente in ragione di 1, e è differente il rapporto fra i numeri di denti di entrambi gli ingranamenti (22/28, 23/29), e che il disco di compensazione (25) è movibile oscillatoriamente fra le ruote laterali (20, 21), in modo che esso, con zone diametralmente contrapposte delle sue due dentature cilindriche (28, 29), ingrana con le associate dentature cilindriche (22, 23) delle ruote laterali (20, 21).