RU2076966C1

RU2076966C1 - Differential of enhanced friction

Info

Publication number: RU2076966C1
Authority: RU
Inventors: Валерий Генрихович Ермаленок; Владимир Владимирович Ванцевич; Леонид Михайлович Лукерчик; Петр Адамович Амельченко; Вячеслав Иванович Кабанов; Анатолий Христофорович Лефаров; Владимир Филиппович Кравчук
Original assignee: Производственное объединение "Минский тракторный завод им.В.И.Ленина"
Priority date: 1991-07-01
Filing date: 1991-07-01
Publication date: 1997-04-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: differential has housing, spider with conical satellites, and output semi-shafts and semi- gears connected with them through end face cams. Between the housing and semi-gears are friction disk clutches the driving disks of which are connected with the housing whereas the driven disks are connected with the gears. The disks close to the gears bear on the stops of the housing. The grooves in the housing of the differential receive flexible stacks each of which is provided with an assembly of preliminary compressed flexible members set in the sleeve and bearing on the movable disk connected with the sleeve through grooves and stop ring. The movable disk enters the groove of the disk nearest to the housing and interacts with the disk stack through it. The disk stack is mounted with a spaced relation to the housing. The gear interacts with the stop of the shaft. EFFECT: improved design. 3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве дифференциала повышенного трения внедорожных многоприводных автомобилей и тракторов. The invention relates to mechanical engineering and can be used as a limited slip differential for off-road multi-drive cars and tractors.

Известны дифференциалы повышенного трения, содержащие корпус, полуосевые шестерни, зацепленные с сателлитами, размещенными на крестовине корпуса. Комплекты ведущих дисков связаны с корпусом, а комплекты ведомых дисков связаны с полуосевыми шестернями. Между корпусом и дисками установлены упругие элементы (1,2,3). Known limited slip differentials containing a housing, semi-axial gears engaged with satellites placed on the housing cross. Kits of drive disks are connected with the housing, and sets of driven disks are connected with semi-axial gears. Between the case and the disks installed elastic elements (1,2,3).

Эти дифференциалы обеспечивают возможность получения только одной характеристики блокирующих свойств: в них либо с ростом крутящего момента Мо на корпусе момент трения Mr уменьшается (фиг.1), либо с ростом крутящего момента на корпусе момент трения остается постоянным (фиг.2). В связи с вышеуказанным для машин, предназначенных для различных условий эксплуатации, необходимо применять существенно различающиеся конструкции дифференциалов повышенного трения. These differentials provide the possibility of obtaining only one characteristic of the blocking properties: in them, either with an increase in the torque Mo on the body, the friction moment Mr decreases (Fig. 1), or with an increase in the torque on the body the friction moment remains constant (Fig. 2). In connection with the above, for machines designed for different operating conditions, it is necessary to use significantly different designs of limited slip differentials.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является дифференциал повышенного трения, содержащий корпус, крестовину с сателлитами, выходные полуосевые валы и связанные с ними торцовыми кулачками полуосевые шестерни, находящие в зацеплении с коническими сателлитами. Между корпусом и полуосевыми шестернями расположены фрикционные дисковые муфты, ведущие диски которых связаны с корпусом, а ведомые с полуосевыми шестернями (4). Closest to the proposed technical solution is the limited slip differential, comprising a housing, a spider with satellites, output semi-axial shafts and semi-axial gears connected to them by end cams, which are engaged with bevel satellites. Between the housing and the semi-axial gears, friction disk couplings are located, the drive disks of which are connected with the housing, and the driven disks with the semi-axial gears (4).

Введение в дифференциале дополнительных блокирующих устройств-кулачков - позволяет увеличить силы, сжимающие муфты, и тем самым, повысить блокирующие свойства дифференциала, т.е. его эффективность, поскольку это повышает проходимость машины. В разработанной и изготовленной по такой схеме конструкции дифференциала коэффициент блокировки составил 4,4. The introduction of additional locking cam devices into the differential makes it possible to increase the forces compressing the couplings, and thereby increase the differential blocking properties, i.e. its effectiveness, because it increases the patency of the machine. In the differential design developed and manufactured in accordance with such a scheme, the blocking coefficient was 4.4.

Недостатком конструкции этого дифференциала является то, что он обеспечивает возможность получения только характеристики блокирующих свойств I, показанной на фиг. 1 и 2. Последнее достигается тем, что с появлением и возрастанием крутящего момента на корпусе дифференциала появляются и увеличиваются осевые силы конического зацепления и осевые силы кулачков, которые сжимают муфты, увеличивая в них момент трения. В дифференциале - прототипе не обеспечивается характеристика II, показанная на фиг.1, при которой момент трения дифференциала уменьшается при увеличении крутящего момента на его корпусе, и характеристика III, показанная на фиг.2, при которой момент трения остается постоянным при увеличении крутящего момента на корпусе дифференциала. The disadvantage of the construction of this differential is that it provides the ability to obtain only the characteristics of the blocking properties I shown in FIG. 1 and 2. The latter is achieved by the fact that with the appearance and increase of torque on the differential housing, the axial forces of the conical gearing and the axial forces of the cams appear and increase, which compress the couplings, increasing the friction moment in them. In the differential prototype, characteristic II is not provided, shown in FIG. 1, in which the differential friction moment decreases with increasing torque on its housing, and characteristic III, shown in FIG. 2, in which the friction moment remains constant with increasing torque by differential case.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи по созданию конструкции дифференциала повышенного трения с улучшенными блокирующими свойствами и расширенными эксплуатационными возможностями путем получения в дифференциале блокирующих моментов с различными характеристиками. The present invention is aimed at solving the problem of creating the design of a limited slip differential with improved blocking properties and enhanced operational capabilities by obtaining blocking moments in the differential with different characteristics.

Решение поставленной задачи по первому варианту достигается тем, что в дифференциале повышенного трения, содержащем корпус, крестовину с коническими сателлитами, выходные полуосевые валы, установленные на последних с возможностью осевых перемещений и связанные с ними торцовыми кулачками полуосевые шестерни, находящиеся в зацеплении с сателлитами, и расположенные между корпусом и полуосевыми шестернями фрикционные дисковые муфты, ведущие диски которых связаны с корпусом, а ведомые с полуосевыми шестернями, в корпусе дифференциала выполнены расточки, в которых расположены упругие пружинные пакеты, выполненные в виде комплекта предварительно сжатых упругих элементов, установленных с стаканах с продольными пазами в стенках, размещенных в упомянутых расточках корпуса и опирающихся на дно стаканов и подвижные диски, снабженные выступами, посредством которых они установлены в пазах стаканов, и зафиксированные в стаканах стопорными кольцами, корпус дифференциала снабжен упорами, фрикционные дисковые муфты установлены с зазором относительно корпуса, при этом ближние к полуосевым шестерням диски муфт опираются на упоры корпуса, а подвижные диски одновременно на фрикционные дисковые муфты и полуосевые шестерни. The solution of the problem in the first embodiment is achieved by the fact that in the limited slip differential comprising a housing, a spider with conical satellites, output semi-axial shafts mounted on the latter with the possibility of axial movements and associated with their end cams semi-axial gears engaged with the satellites, and friction disk couplings located between the housing and the semi-axial gears, the drive discs of which are connected to the housing, and the driven disks with the semi-axial gears, in the differential housing filled bores in which are located elastic spring packages made in the form of a set of pre-compressed elastic elements installed with glasses with longitudinal grooves in the walls placed in the said body bores and resting on the bottom of the glasses and movable disks provided with protrusions by means of which they are installed in the grooves of the cups, and the retaining rings fixed in the cups, the differential case is equipped with stops, the friction disc couplings are installed with a gap relative to the case, while the closest to The clutch disks on the axial gears are supported by the body stops, and the movable disks are simultaneously on the friction disc couplings and semi-axial gears.

Решение поставленной задачи по второму варианту достигается тем, что в дифференциале повышенного трения, содержащем корпус, крестовину с коническими сателлитами, выходные полуосевые валы, установленные на последних с возможностью осевых перемещений и связанные с ними торцовыми кулачками полуосевые шестерни, находящиеся в зацеплении с сателлитами, и расположенные между корпусом и полуосевыми шестернями фрикционные дисковые муфты, ведущие диски которых связаны с корпусом, а ведомые с полуосевыми шестернями, в корпусе дифференциала выполнены расточки, в которых расположены упругие пружинные пакеты, выполненные в виде комплекта предварительно сжатых упругих элементов, установленных в стаканах с продольными пазами в стенках, размещенных в упомянутых расточках корпуса, и опирающихся на дно стаканов и подвижные диски, снабженные выступами, посредством которых они установлены в пазах стаканов, и зафиксированные в стаканах стопорными кольцами, корпус дифференциала снабжен упорами, фрикционные диски муфты расположены с зазором относительно корпуса, при этом ближние к полуосевым шестерням диски муфт опираются на упоры корпуса, полуосевые шестерни зафиксированы от осевого смещения упорами, расположенными на полуосевых валах, а подвижные диски опираются только на фрикционные дисковые муфты. The solution of the problem in the second embodiment is achieved by the fact that in the limited slip differential comprising a housing, a spider with conical satellites, output semi-axial shafts mounted on the latter with the possibility of axial movements and associated with their end cams semi-axial gears engaged with the satellites, and friction disk couplings located between the housing and the semi-axial gears, the drive discs of which are connected to the housing, and the driven disks with the semi-axial gears, in the differential housing filled bores in which are located elastic spring bags made in the form of a set of pre-compressed elastic elements installed in glasses with longitudinal grooves in the walls placed in the said body bores and resting on the bottom of the glasses and movable disks provided with protrusions by which they are installed in the grooves of the cups, and the retainer rings fixed in the cups, the differential case is equipped with stops, the friction discs of the clutch are located with a gap relative to the body, while being closer to the floor axle gears wheels couplings are based on the body stops, the side gears are secured against axial displacement of the stops located on the half-axial shafts, and moving wheels rely only on friction disc clutch.

Объединение двух технических решений в одну заявку связано с тем, что оба они решают одну и ту же задачу создание конструкции дифференциала повышенного трения с улучшенными блокирующими свойствами и расширенными эксплуатационными возможностями принципиально одним и тем же путем. The combination of two technical solutions in one application is due to the fact that both of them solve the same problem of creating a limited-slip differential design with improved blocking properties and enhanced operational capabilities in essentially the same way.

Конструктивное исполнение упругого элемента в виде комплекта предварительно сжатых упругих элементов (пружинный пакет) позволяет осуществлять его сборку отдельно до сборки дифференциала, т.е. предварительно собранные упругие элементы (пружинные пакеты) являются в отличие от прототипа подузлами одного узла дифференциала. Поэтому после сборки пружинных пакетов дальнейшая сборка механизма осуществляется как обычного конического с дисковыми муфтами. The design of the elastic element in the form of a set of pre-compressed elastic elements (spring package) allows its assembly separately before the differential assembly, i.e. pre-assembled elastic elements (spring bags) are, in contrast to the prototype, subnodes of one differential node. Therefore, after assembling the spring bags, the further assembly of the mechanism is carried out as a conventional conical with disk couplings.

При предварительной сборке пружинного пакета обеспечивается возможность контроля сжатия упругих элементов. Подбор пакетов с одинаковой приведенной жесткостью для одного дифференциального механизма позволяет компенсировать погрешности изготовления и обеспечить тем самым стабильность и симметричность блокирующих свойств. When preassembling the spring bag, it is possible to control the compression of the elastic elements. Selection of packages with the same reduced stiffness for one differential mechanism allows you to compensate for manufacturing errors and thereby ensure the stability and symmetry of the blocking properties.

Упрощается сборка дифференциала, поскольку в процессе ее не нужно следить за взаимным расположением деталей, на которые опираются упругие элементы. The differential assembly is simplified, since in the process it is not necessary to monitor the relative position of the parts on which the elastic elements rest.

Наличие в пружинном пакете комплекта упругих элементов (винтовых пружин) одного типоразмера дает широкие возможности для регулированияначальных моментов M $\binom{нi}{r}$ (фиг. 3 и 4). Устанавливая в пружинный пакет комплект, состоящий из разного количества упругих элементов одного типоразмера, можно получать семейство характеристик блокирующих свойств дифференциала с различными моментами M $\binom{нi}{r}$ , что расширяет эксплуатационные возможности дифференциала.The presence in the spring package of a set of elastic elements (coil springs) of one standard size gives ample opportunities for controlling the initial moments M $\binom{ni}{r}$ (Fig. 3 and 4). By installing in the spring package a kit consisting of a different number of elastic elements of the same size, you can get a family of characteristics of the blocking properties of the differential with different moments M $\binom{ni}{r}$ that expands the operational capabilities of the differential.

Кроме указанного, взаимодействие подвижного диска предварительно сжатого упругого пружинного пакета либо с пакетом дисков и полуосевой шестерней, либо только с пакетом дисков, когда полуосевая шестерня опирается на упор полуосевого вала, позволяет расширить эксплуатационные возможности дифференциала, поскольку указанные варианты взаимодействия обеспечивают две различные по типу характеристики блокирующих свойств дифференциала. In addition to the above, the interaction of the movable disk of a pre-compressed elastic spring package either with a disk package and a semi-axial gear, or only with a disk package, when the semi-axial gear is supported by the axle shaft stop, allows expanding the operational capabilities of the differential, since these interaction options provide two different types of characteristics blocking properties of differential.

Наличие упоров на полуосевом валу позволяет создавать постоянный момент трения в дисковой муфте. The presence of stops on the semi-axial shaft allows you to create a constant moment of friction in the disk clutch.

Наличие упоров на полуосевом валу позволяет создать постоянный момент трения в дисковой муфте. The presence of stops on the semi-axial shaft allows you to create a constant moment of friction in the disk clutch.

Наличие указанного зазора между корпусом и пакетом дисков обеспечивает гарантированное прижатие дисков к упорам корпуса и возможность получения обеих характеристик блокирующих свойств. The presence of the specified gap between the housing and the package of disks ensures guaranteed pressing of the disks to the stops of the case and the possibility of obtaining both characteristics of the blocking properties.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что предлагаемый дифференциал повышенного трения по первому варианту отличается тем, что в корпусе дифференциала выполнены расточки, в конструкцию введены упругие пружинные пакеты, выполненные в виде комплекта предварительно сжатых упругих элементов, установленных в стаканах с продольными пазами в стенках, размещенных в упомянутых расточках корпуса и опирающихся на дно стаканов и подвижные диски, снабженные выступами, посредством которых они установлены в пазах стаканов, и зафиксированные в стаканах стопорными кольцами, корпус дифференциала снабжен упорами, фрикционные дисковые муфты установлены с зазором относительно корпуса, при этом ближние к полуосевым шестерням диски муфт опираются на упоры корпуса, а подвижные диски одновременно на фрикционные дисковые муфты и полуосевые шестерни. Comparative analysis with the prototype showed that the proposed limited slip differential according to the first embodiment is characterized in that the bores are made in the differential case, elastic spring packs are introduced into the design, made in the form of a set of pre-compressed elastic elements installed in cups with longitudinal grooves in the walls placed in said body bores and glasses resting on the bottom and movable disks, provided with protrusions by means of which they are installed in the grooves of the glasses, and fixed ie in a glass retaining rings, differential housing is provided with stops, friction disc clutch mounted with a gap relative to the housing, and the closest to the side gear wheels couplings are based on the body stops, and moving disks at the same time the friction disc clutch and the side gears.

Предлагаемый дифференциал повышенного трения по второму варианту отличается тем, что в корпусе дифференциала выполнены расточки, в конструкцию введены упругие пружинные пакеты, выполненные в виде комплекта предварительно сжатых упругих элементов, установленных в стаканах с продольными пазами в стенках, размещенных в упомянутых расточках корпуса и опирающихся на дно стаканов и подвижные диски, снабженные выступами, посредством которых они установлены в пазах стаканов, и зафиксированные в стаканах стопорными кольцами, корпус дифференциала снабжен упорами, фрикционные дисковые муфты расположены с зазором относительно корпуса, при этом ближние к полуосевым шестерням диски муфт опираются на упоры корпуса, полуосевые шестерни зафиксированы от осевого смещения упорами, расположенными на полуосевых валах, а подвижные диски опираются только на фрикционные дисковые муфты. The proposed limited slip differential according to the second embodiment is characterized in that the bores are made in the differential case, elastic spring packs are introduced into the design, made in the form of a set of pre-compressed elastic elements installed in glasses with longitudinal grooves in the walls located in the said body bores and supported by the bottom of the glasses and movable disks equipped with protrusions, by means of which they are installed in the grooves of the glasses, and fixed in the glasses with retaining rings, the differential case iala provided with stops, friction disc clutch arranged with a clearance relative to the housing, and the closest to the side gear wheels couplings are based on the body stops, the side gears are secured against axial displacement of the stops located on the half-axial shafts, and moving wheels rely only on friction disc clutch.

На фиг.1 и фиг.2 показаны характеристики блокирующих свойств, обеспечиваемые аналогами; на фиг. 3 и 4 характеристики, обеспечиваемые предлагаемым дифференциалом; на фиг. 5 продольный разрез дифференциала; на фиг.6 и 7 конструкции узла дисковой муфты дифференциала для получения уменьшающихся и постоянных моментов трения в дифференциале соответственно. Figure 1 and figure 2 shows the characteristics of the blocking properties provided by analogues; in FIG. 3 and 4 characteristics provided by the proposed differential; in FIG. 5 longitudinal section of the differential; 6 and 7 of the design of the differential disk clutch assembly to obtain decreasing and constant frictional moments in the differential, respectively.

Дифференциал содержит корпус 1 и опирающиеся на него сжатые предварительно упругие пружинные пакеты, состоящие из стакана 2, подвижного диска 3, стопорного кольца 4 и упругих элементов 5 (цилиндрических винтовых пружин), пакеты 6 фрикционных дисковых муфт, крестовину 7 с сателлитами 8, находящимися в зацеплении с полуосевыми шестернями 9, на торцовых сторонах которых со стороны зубчатого зацепления выполнены кулачки 10, зацепленные с кулачками опирающихся друг на друга полуосевых валов 11 дифференциала. The differential comprises a housing 1 and compressed pre-elastic spring packages resting on it, consisting of a cup 2, a movable disk 3, a retaining ring 4 and elastic elements 5 (coil springs), packages 6 of friction disk couplings, a crosspiece 7 with satellites 8 located in meshing with semi-axial gears 9, on the front sides of which cams 10 are made on the gearing side, engaged with cams of differential shafts 11 resting on each other.

В крайних дисках 12, соединенных шлицами с корпусом, выполнены внутренние проточки под установку упругих пружинных пакетов и их подвижных дисков 3. Предварительно собранные упругие пружинные пакеты установлены в проточках корпуса 1 дифференциала и крайних дисков 12 с предварительным сжатием, при этом дисковые муфты 6 прижаты подвижным диском упругого пружинного пакета через ближайший к корпусу диск 12 к упорам 13 корпуса (например, стопорными кольцам). В таком случае в муфтах дисков имеется начальный момент трения, а между корпусом и ближайшим к корпусу диском 12 гарантированный зазор 14. In the extreme disks 12 connected by slots to the housing, internal grooves are made for installing elastic spring bags and their movable disks 3. Pre-assembled elastic spring packages are installed in the grooves of the differential housing 1 and the extreme disks 12 with preliminary compression, while the disk clutches 6 are pressed movable an elastic spring pack disk through the disk 12 closest to the housing to the housing stops 13 (for example, circlips). In this case, the disk clutch has an initial moment of friction, and a guaranteed gap 14 is guaranteed between the case and the disk 12 closest to the case.

Для варианта (Б) получения в дифференциале постоянного момента трения на полуосевых валах 11, кроме того, имеются упоры (например, стопорные кольца) для взаимодействия с малыми торцами полуосевых шестерен. For option (B) to obtain a constant friction moment in the differential on the axle shafts 11, in addition, there are stops (for example, retaining rings) for interaction with the small ends of the axle gears.

Дифференциал в варианте А (фиг.6) обеспечения уменьшающегося момента трения работает следующим образом. С подведением и увеличением крутящего момента на корпусе 1 возрастающие осевые составляющие сил конического зацепления и кулачков через полуосевые шестерни 9 будут воздействовать на подвижные диски 3 упругих пружинных пакетов и сжимать в них упругие элементы 5. При этом подвижные диски 3 пружинных пакетов, отходя на величину зазора 14 и упираясь в стенки корпуса 1, будут освобождать сжатые предварительно диски муфт и тем самым уменьшать момент трения в них. Наличие зазора 13 обеспечивает при сжатии упругих элементов 2 в пружинных пакетах нулевой момент трения в дисковых муфтах, а его относительная малость (до 0,5 мм) не уменьшит долговечности конического зацепления. The differential in option A (Fig.6) to ensure a decreasing moment of friction works as follows. With summing up and increasing torque on the housing 1, the increasing axial components of the bevel gears and cams through the semi-axial gears 9 will act on the movable disks 3 of the elastic spring bags and compress the elastic elements 5. In this case, the movable disks 3 of the spring packages, departing by the amount of clearance 14 and abutting against the walls of the housing 1, they will release previously compressed clutch disks and thereby reduce the friction moment in them. The presence of a gap 13 provides during compression of the elastic elements 2 in the spring packages zero friction moment in the disk couplings, and its relative smallness (up to 0.5 mm) will not reduce the durability of the conical mesh.

В конструкции узла дисковой муфты, выполненный по варианту Б (фиг.7), осевые силы конического зацепления и кулачков через полуосевые шестерни будут восприниматься упорами 15 полуосевого вала 11. Таким образом, момент трения в дисковых муфтах будет оставаться постоянным. Наличие зазора 16 обеспечивает гарантированное сжатие упругих элементом пакета 6 фрикционных дисков по мере их износа в процесса эксплуатации. In the design of the disk clutch assembly, made according to embodiment B (Fig. 7), the axial forces of the bevel gear and cams through the semi-axial gears will be perceived by the stops 15 of the semi-axial shaft 11. Thus, the friction moment in the disk couplings will remain constant. The presence of a gap 16 provides guaranteed compression of the elastic element of the package 6 of the friction discs as they wear during operation.

Отметим также, что при отсутствии в предлагаемом дифференциале повышенного трения упругих пружинных пакетов будет обеспечиваться характеристика блокирующих свойств I (фиг.1 и 2), обеспечиваемая прототипом. Note also that in the absence in the proposed differential of increased friction of elastic spring packs, the characteristic of the blocking properties I (FIGS. 1 and 2) provided by the prototype will be provided.

Claims

1. The limited slip differential comprising a housing, a spider with bevel gears, output semi-axial shafts mounted on them with the possibility of axial movement and associated with the end cams, semi-axial gears engaged with the satellites, and friction disk couplings located between the housing and the semi-axial gears the drive disks of which are connected with the housing, and driven with semi-axial gears, characterized in that in the differential housing there are bores in which elastic spring e bags made in the form of a set of pre-compressed elastic elements installed in glasses with longitudinal grooves in the walls, placed in the said bores of the body, and resting on the bottom of the glasses and movable disks equipped with protrusions, by means of which they are installed in the grooves of the glasses, and fixed in cups with retaining rings, the differential case is equipped with stops, friction disk couplings are installed with a gap relative to the case, while the coupling disks closest to the semi-axial gears are supported by the body stops whiskers, movable disks simultaneously on friction disk couplings and semi-axial gears.

2. The limited slip differential comprising a housing, a spider with bevel gears, semi-axial output shafts mounted on them with the possibility of axial displacements and associated with their end cams semi-axial gears engaged with the satellites, and friction disk couplings located between the housing and semi-axial gears the drive disks of which are connected with the housing, and driven with semi-axial gears, characterized in that in the differential housing there are bores in which elastic spring e bags made in the form of a set of pre-compressed elastic elements installed in glasses with longitudinal grooves in the walls, placed in the said bores of the body, and resting on the bottom of the glasses and movable disks equipped with protrusions, by means of which they are installed in the grooves of the glasses, and fixed in cups with retaining rings, the differential case is equipped with stops, friction disk couplings are located with a gap relative to the case, while the coupling disks closest to the semi-axial gears are supported by the body stops the whiskers, the semi-axial gears are fixed from axial displacement by stops located on the semi-axial shafts, and the movable disks rely only on friction disk couplings.