PL169885B1

PL169885B1 - Mechanizm róznicowy PL

Info

Publication number: PL169885B1
Application number: PL92301157A
Authority: PL
Inventors: Clifford A Joachim; Stanislaw Spryszynski
Original assignee: Btr Eng Australia
Priority date: 1991-05-08
Filing date: 1992-05-07
Publication date: 1996-09-30
Also published as: DE69217048T2; CA2102612C; JP2835652B2; EP0583312B1; CA2102612A1; EP0583312A1; EP0583312A4; CN1066716A; US5507702A; WO1992019888A1; DE69217048D1; JPH06507225A; CN1032269C; KR100248100B1

Abstract

1. Mechanizm róznicowy, zapewniajacy przejmowanie niejednakowych momentów obrotowych przez co najmniej dwa kola nape- dzajace pojazdu, zawierajacy obudowe nosna, obrotowa wzgledem walów polaczonych z kola- mi pojazdu oraz dwa równolegle do siebie stozkowe kola zebate glówne, osadzone na tych walach, znam ienny tym, ze obudowa nosna (2) ma rozmieszczone symetrycznie na obwo- dzie zaglebienia (6,36), korzystnie w ksztalcie czasz kulistych, w których sa umieszczone kuliste powierzchnie (9, 35) usytuowanych swobodnie na obwodzie stozkowych kól zeba- tych (8 ,31) o zebach prostych, zazebionych ze stozkowymi kolami zebatymi glównymi (4, 5), przy czym kuliste powierzchnie oporowe (9, 35) wspólpracuja z kulistymi powierzchniami oporowymi (7, 37), ustalajacymi polozenie stozkowych kól zebatych (8, 31). FIG. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest mechanizm różnicowy, zapewniający przejmowanie niejednakowych momentów obrotowych przez co najmniej dwa koła napędzające pojazdu.

Znane są mechanizny różnicowe „dozujące moment obrotowy lub dające efekt „ograniczonego poślizgu, w których realizowane jest przenoszenie momentu obrotowego na koło o najlepszej przyczepności, aby kontrolować utratę napędu. Otrzymany w efekcie stosunek momentów obrotowych nazywany jest współczynnikiem momentów obrotowych i jest określony przez następujące równanie:

Współczynnik momentów = moment obrotowy po stronie dużego momentu obrotowego moment obrotowy po stronie małego momentu obrotowego

Wiele spośród znanych mechanizmów różnicowych nie zapewnia wystarczającego zakresu współczynnika momentu dla wszystkich zastosowań konstrukcji. Ograniczenia te są szczególnie

169 885 istotne w ciężkich pojazdach. Znane są mechanizny różnicowe z „proporcjonowaniem“ momentów obrotowych, wykorzystujące obciążone wstępnie sprężyny i sprzęgła cierne, jako środki zwiększające współczynnik momentów. Konstrukcje te mają jednak ograniczoną żywotność ze względu na

Ύηύνηιοηΐί» eio btArf^ n7vctM>Hip rojpm ΓΡ9 ręipieup fiipn

1IUUIU1VX Λίν TTUlilL Jly L>pxl,yglU, »W\_/X\> njoi.ypwjv X^Zjk/XXXj xvx^Vxj χΐχύ. ιΠιν^,νν i uvil różnicowy w wyniku wewnętrznego ciernego obciążenia wstępnego przyłożonego do sprzęgieł. Ponadto własne wstępne obciążenie cierne w sprzęgłach przeciwstawia się względnemu ruchowi obrotowemu koła podczas normalnych manewrów skręcania, wpływając przez to szkodliwie na prowadzenie pojazdu w normalnych warunkach i powodując pojawienie się następnego problemu zwiększonego zużycia opon. Problemy te są znaczące, zwłaszcza w odniesieniu do pojazdów z napędem na koła przednie.

W powszechnie stosowanych mechanizmach różnicowych jest realizowane przenoszenie na koła napędzające równych momentów obrotowych. W trakcie wykonywania przez pojazd skrętu koło zewnętrzne obraca się z większą prędkością kątową niż koło wewnętrzne i wówczas mechanizm różnicowy dostosowuje się do tej różnicy prędkości kątowej, przenosząc jednakowej wartości momenty obrotowe na oba koła napędzające, przy 100% sprawności tego mechanizmu. Jednakże, gdy jedno z kół napędzających utraci przyczepność, na przykład na śliskiej powierzchni, wtedy zacznie obracać się swobodnie i moment obrotowy na nim będzie momentem o małej wartości, zatem mechanizm różnicowy przeniesie ten moment obrotowy na pozostałe koło i pojazd pozostanie nieruchomy.

W mechanizmach różnicowych, ujawnionych przykładowo w opisach patentowych USA nr nr 3 930424,5 055 095,2 850922,1 431 535 i w opisie patentowym W. Brytanii nr 606782, umożliwiających przenoszenie niejednakowych momentów obrotowych, między równoległymi do siebie stożkowymi kołami zębatymi, osadzonymi na wałach połączonych z kołami napędzanymi pojazdu, jest umieszczonych kilka stożkowych kół zębatych. Koła te są podparte w łożyskach obudowy mechanizmu różnicowego i obrót ich względem obudowy jest ograniczany przez elementy powodujące zwiększanie oporów ruchu, takie jak sprężyny lub krzywki dociskające zębniki do obudowy mechanizmu.

Rozwiązania te charakteryzują się znacznym stopniem skomplikowania i wysokimi kosztami. Konstrukcje tego rodzaju, ze względu na występujące stałe, o znacznej wartości opory ruchu, podlegają znacznemu zużyciu w czasie normalnej eksploatacji. Ponadto ułożyskowanie kół zębatych w obudowie może spowodować zablokowanie mechanizmu w przypadku poślizgu jednego z kół.

Mechanizm różnicowy według wynalazku, zawierający obudowę nośną, obrotową względem wałów połączonych z kołami pojazdu oraz dwa równoległe do siebie stożkowe koła zębate główne, osadzone na tych wałach, charakteryzuje się tym, że obudowa nośna ma rozmieszczone symetrycznie na obwodzie zagłębienia, korzystnie w kształcie czasz kulistych, w których są umieszczone kuliste powierzchnie usytuowanych swobodnie na obwodzie stożkowych kół zębatych o zębach prostych zazębionych ze stożkowymi kołami zębatymi głównymi, przy czym kuliste powierzchnie oporowe współpracują z kulistymi powierzchniami oporowymi, ustalającymi położenie stożkowych kół zębatych. Korzystnie, pomiędzy stożkowymi kołami zębatymi jest umieszczony centralnie usytuowany blok oporowy o kształcie sześcianu ze skierowanymi na zewnątrz powierzchniami oporowymi przylegającymi do powierzchni oporowych stożkowych kół zębatych i tworzących z nimi połączenia cierne, przy czym powierzchnie oporowe bloku oporowego i powierzchnie oporowe stożkowych kół zębatych są powierzchniami płaskimi.

W alternatywnym wykonaniu mechanizmu różnicowego według wynalazku blok oporowy ma postać krzyżaka z powierzchniami oporowymi o kształcie czasz kulistych, zaś powierzchnie stożkowych kół zębatych mają kształt kulistych występów. Powierzchnie krzyżaka i powierzchnie stożkowych kół zębatych mają takie same promienie i są usytuowane względem siebie współśrodkowo.

Korzystnie, centralnie umieszczony krzyżak jest ruchomy względem obudowy nośnej, a jego położenie ustalają swobodnie rozmieszczone stożkowe koła zębate albo w alternatywnej postaci wykonania centralnie umieszczony krzyżak jest nieruchomy względem obudowy nośnej i wspólnie z nią ustala położenie swobodnie rozmieszczonych stożkowych kół zębatych. Korzystne jest wykonanie mechanizmu różnicowego mającego co najmniej trzy, swobodnie rozmieszczone

169 885 stożkowe koła zębate o kulistych powierzchniach oporowych wewnętrznych i zewnętrznych, przy czym stożkowe koła zębate są równomiernie rozmieszczone pomiędzy bocznymi stożkowymi kołami zębatymi głównymi.

W mechanizmie różnicowym według wynalazku sw'obodnie rozmieszczone i pozbawione wałków koła stożkowe, wykonują ruchy podobne do ruchu ciała pływającego tak, ze w normalnych warunkach trakcyjnych, gdy oba koła są zasadniczo napędzane, mają one możliwość obracania się z miminalnymi oporami tarcia na skutek względnego obrotu stożkowych kół zębatych głównych, natomiast w warunkach poślizgu koła rozdzielająca składowa siły dąży do odepchnięcia swobodnych kół zębatych od stożkowych kół zębatych głównych i następnie do sprzężenia z odpowiednimi powierzchniami oporowymi dla wytworzenia tymczasowej ciernej siły reakcji pomiędzy obudową nośną a zewnętrznymi powierzchniami oporowymi swobodnych kół zębatych, przy czym ta cierna siła reakcji przeciwstawia się obrotowi tych kół względem obudowy nośnej i przez to powoduje powstanie tymczasowego przesunięcia momentu obrotowego pomiędzy kołami zębatymi głównymi.

Inaczej mówiąc, konstrukcja mechanizmu różnicowego według wynalazku pozwala na względny obrót stożkowych kół zębatych osadzonych na wałach połączonych z kołami pojazdu, który następuje podczas skręcania lub w czasie poślizgu, gdy jedno z kół traci ciąg, w wyniku utraty przyczepności do nawierzchni. Mechanizm różnicowy według wynalazku charakteryzuje się prostą konstrukcją, ponieważ wymagane duże opory ruchu są wytwarzane przez składową momentu obrotowego, a nie przez urządzenia mechaniczne. Zastosowanie swobodnie rozmieszczonych kół zębatych o zębach prostych, których powierzchnie kuliste są umieszczone w zagłębieniach o kształcie czas kulistych rozmieszczonych na obwodzie obudowy nośnej, powoduje wytworzenie wymaganych dużych oporów ruchu i umożliwia zatem przejmowanie przez każde koło napędzające niejednakowych momentów obrotowych. Dzięki temu moment obrotowy jest przenoszony na koło z największym ciągiem i w ten sposób następuje sterowanie napędem.

Przedmiot wynalazku zostanie szczegółowo opisany na przykładach wykonania pokazanych na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia mechanizm różnicowy, w przekroju płaszczyzną wyznaczoną przez osie symetrii wałów połączonych z kołami pojazdu, fig. 2 - drugie wykonanie mechanizmu różnicowego, w przekroju, zaś fig. 3 przedstawia trzecie wykonanie mechanizmu różnicowego, również w przekroju.

Zgodnie z fig. 1 mechanizm różnicowy 1 zawiera obudowę nośną 2 zamocowaną obrotowo względem osi symetrii 3 wałów 17 i 18. Stożkowe koła zębate główne 4 i 5 są również osadzone obrotowo wokół wymienionej osi symetrii 3. Obudowa nośna 2 zawiera dwa, naprzeciwległe rozmieszczone na jej wewnętrznej powierzchni, zagłębienia 6 o kształcie czasz kulistych, stanowiące skierowane do wewnątrz powierzchnie oporowe 7. Dwa, swobodnie umieszczone w wymienionych zagłębieniach 6, stożkowe koła zębate 8, z których każde jest w stałym zazębieniu ze stożkowymi kołami zębatymi głównymi 4 i 5, mają powierzchnie oporowe zewnętrzne 9 i wewnętrzne 10. Zewnętrzne powierzchnie oporowe 9 są przystosowane do wykonywania ruchu obrotowo-tarciowego wewnątrz zagłębień 6. W obudowie nośnej 2, na poprzecznej półosi 11, jest wsparty sześcienny blok oporowy 12, ustalający wzajemne położenie stożkowych kół zębatych 4,5 i 8. Wewnętrzne powierzchnie oporowe 10 swobodnych kół zębatych stożkowych 8 współpracują ciernie z powierzchniami oporowymi 13 bloku oporowego 12. Natomiast powierzchnie boczne 16 tego bloku oporowego 12, znajdując się w styku z powierzchniami czołowymi 15 stożkowych kół zębatych głównych 4 i 5, ustalają osiowe położenie tych kół względem obudowy 2.

Mechanizm różnicowy uwidoczniony na fig. 2 zawiera trzy, rozmieszczone w przybliżeniu w jednakowych odstępach kątowych, swobodne koła zębate stożkowe 31, każde mające dwie, naprzeciwległe usytuowane czasze kuliste 32 i 33, wyznaczające odpowiednio wewnętrzną powierzchnię oporową 34 i zewnętrzną powierzchnię oporową 35, przy czym para czasz kulistych przyporządkowanych jednemu kołu stożkowemu ma wspólny środek geometryczny, a zatem para czasz stanowi wycinki jednej czaszy kulistej.

Obudowa nośna 2 zawiera rozmieszczone w jednakowych odstępach kątowych, w tym przypadku co 120°, trzy zagłębienia 36, wyznaczające wycinki sferycznych powierzchni oporowych 37 tej obudowy nośnej, współpracujących z zewnętrznie skierowanymi powierzchniami oporowymi 35 swobodnych kół zębatych stożkowych 31.

169 885

Zgłębienia kuliste 36 ustalają położenie swobodnie rozmieszczonych stożkowych kół zębatych 31 względem obudowy nośnej 2 i ich powierzchnie oporowe 37 współpracują ciernie z zewnętrznymi powierzchniami oporowymi 35 stożkowych kół zębatych 31. Centralnie umieszczony blok oporowy 12 w tym przypadku ma postać krzyżaka 20 połączonego trwale z obudową nośną 2 za pomocą promieniowo skierowanych ramion 21, ewentualnie ruchomego względem niej, jak to uwidoczniono na fig. 3, zawierającego trzy promieniowo rozmieszczone czasze kuliste 38, wyznaczające powierzchnie oporowe 39, w których są umieszczone wewnętrzne powierzchnie oporowe 34 czasz 32 swobodnie rozmieszczonych stożkowych kół zębatych 31. Powierzchnie oporowe 39 współpracuj ą ciernie z wewnętrznymi powierzchniami oporowymi 34 stożkowych kół zębatych 31.

Działanie mechanizmu różnicowego jest następujące. W normalnych warunkach jazdy stożkowe koła zębate główne 4 i 5 obracają się z równymi w przybliżeniu prędkościami kątowymi i przenoszą równe w przybliżeniu momenty obrotowe. Podczas wykonywania przez pojazd skrętu na stożkowych kołach zębatych głównych 4 i 5 powstają przeciwnie skierowane momenty obrotowe, a w przypadku gdy jedno z kół pojazdu straci przyczepność w warunkach poślizgu, na stożkowych kołach zębatych głównych 4 i 5 powstają niejednakowej wartości, lecz skierowane w tym samym kierunku momenty obrotowe.

Gdy przeciwnie skierowane momenty obrotowe działają na stożkowe koła zębate główne podczas wykonywania manewru skręcania, współpracujące z nimi koła zębate obracają się swobodnie bez narastania przeciwstawnych sił reakcji. Siły powodujące obrót tych ostatnich kół zębatych w tych warunkach są małe co do wartości i siły reakcji w punktach styczności są również proporcjonalnie małe, wywołując pomijalnie małej wartości opór tarcia na współpracujących powierzchniach oporowych.

W warunkach poślizgu jednego z napędzanych kół pojazdu, promieniowo skierowane siły wymuszają na swobodnych kołach stożkowych tarciowe sprzęgnięcie z odpowiednimi powierzchniami oporowymi. Składowe promieniowe momentów obrotowych powodują dociskanie powierzchni oporowych 7 swobodnie rozmieszczonych stożkowych kół zębatych 8 do powierzchni oporowych 9 lub powierzchni oporowych 35 swobodnie rozmieszczonych stożkowych kół zębatych 31 do powierzchni oporowych 37. W ten sposób jest wytwarzany duży opór tarcia, który hamuje obrót stożkowych kół zębatych głównych 4 i 5, i umożliwia przenoszenie jednokierunkowych ale nierównych momentów obrotowych na koła napędowe pojazdu.

W celu zapewnienia lepszej równowagi dynamicznej i płynniejszego przenoszenia momentów obrotowych, pomiędzy stożkowymi kołami zębatymi głównymi 4 i 5 można rozmieścić kilka stożkowych kół zębatych 31. Te alternatywne konfiguracje zapewniają dużą elastyczność w projektowaniu mechanizmów różnicowych, umożliwiających przenoszenie w szerokim zakresie różnych momentów obrotowych przez koła napędowe pojazdu, przeznaczonych do różnych zastosowań. Powierzchnie oporowe swobodnie rozmieszczonych stożkowych kół zębatych 8 i 31 nie muszą być powierzchniami kulistymi, stożkowymi czy płaskimi ale mogą mieć dowolny kształt geometryczny np. walca albo współśrodkowych rowków lub występów po to, aby zwiększyć powierzchnie współpracy. Wartość zmiany przenoszonego momentu obrotowego jest funkcją geometrii zębów kół zębatych, kąta nacisku kół zębatych, średnicy podziałowej kół zębatych, geometrii powierzchni oporowych, współczynnika tarcia pomiędzy swobodnie rozmieszczonymi stożkowymi kołami zębatymi i obudową nośną zależnego od stopnia gładkości współpracujących powierzchni i rodzaju smarowania oraz funkcją liczby zastosowanych swobodnie rozmieszczonych stożkowych kół zębatych.

16(9885

FIG. 2

169 885

FIG. 3

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Mechanizm różnicowy, zapewniający przejmowanie niejednakowych momentów obrotowych przez co najmniej dwa koła napędzające pojazdu, zawierający obudowę nośną, obrotową względem wałów połączonych z kołami pojazdu oraz dwa równoległe do siebie stożkowe koła zębate główne, osadzone na tych wałach, znamienny tym, że obudowa nośna (2) ma rozmieszczone symetrycznie na obwodzie zagłębienia (6, 36), korzystnie w kształcie czasz kulistych, w których są umieszczone kuliste powierzchnie (9, 35) usytuowanych swobodnie na obwodzie stożkowych kół zębatych (8,31) o zębach prostych, zazębionych ze stożkowymi kołami zębatymi głównymi (4,5), przy czym kuliste powierzchnie oporowe (9,35) współpracują z kulistymi powierzchniami oporowymi (7, 37), ustalającymi położenie stożkowych kół zębatych (8, 31).
2. Mechanizm różnicowy, według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy stożkowymi kołami zębatymi (8) jest umieszczony centralnie usytuowany blok oporowy (12) o kształcie sześcianu ze skierowanymi na zewnątrz powierzchniami oporowymi (13), przylegającymi do powierzchni oporowych (10) stożkowych kół zębatych (8) i tworzących z nimi połączenia cierne.
3. Mechanizm różnicowy, według zastrz. 2, znamienny tym, że powierzchnie oporowe (13) bloku oporowego (12) i powierzchnie oporowe (10) stożkowych kół zębatych (8) są powierzchniami płaskimi.
4. Mechanizm różnicowy, według zastrz. 2, znamienny tym, że blok oporowy (12) ma postać krzyżaka (20) z powierzchniami oporowymi (13) o kształcie czasz kulistych, zaś powierzchnie (32) stożkowych kół zębatych (31) mają kształt kulistych występów.
5. Mechanizm różnicowy, według zastrz. 4, znamienny tym, że powierzchnie (13) krzyżaka (20) i powierzchnie (32) stożkowych kół zębatych (31) mają takie same promienie i są usytuowane względem siebie współśrodkowo.
6. Mechanizm różnicowy, według zastrz. 4, znamienny tym, że centralnie umieszczony krzyżak (20) jest ruchomy względem obudowy nośnej (2), a jego położenie ustalają swobodnie rozmieszczone stożkowe koła zębate (31).
7. Mechanizm różnicowy, według zastrz. 4, znamienny tym, że centralnie umieszczony krzyżak (20) jest nieruchomy względem obudowy nośnej (2) i wspólnie z nią ustala położenie swobodnie rozmieszczonych stożkowych kół zębatych (31).
8. Mechanizm różnicowy, według zastrz. 1, znamienny tym, że ma co najmniej trzy swobodnie rozmieszczone stożkowe koła zębate (31) o kulistych powierzchniach oporowych wewnętrznych (34) i zewnętrznych (35), przy czym stożkowe koła zębate (31) są równomiernie rozmieszczone pomiędzy bocznymi stożkowymi kołami zębatymi głównymi (4 i 5).