RU2609249C2

RU2609249C2 - Система эффективного охлаждения узла самоблокирующегося дифференциала

Info

Publication number: RU2609249C2
Application number: RU2012136211A
Authority: RU
Inventors: Крейг Р. ЭЙК; Майкл Дж. КЛИФФ; Мл. Роберт Л. ВУД
Original assignee: Дир Энд Компани
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2017-01-31
Also published as: US8740741B2; US20130065720A1; RU2012136211A; EP2568198B1; BR102012022671A2; CN102996749B; ZA201206705B; EP2568198A1; CN102996749A

Abstract

Изобретение относится к блокирующемуся дифференциалу и смазке шестерен дифференциала моста рабочей машины. Узел моста содержит корпус, валы, механизм блокировки дифференциала, приводимый в действие давлением текучей среды, имеющий одну часть, прикрепленную к корпусу дифференциала, а другую часть - к одной из противоположных шестерен. Источник избирательного давления текучей среды соединен по текучей среде с механизмом блокировки дифференциала для обеспечения относительно высокого/низкого давления текучей среды на входе для избирательной блокировки/разблокировки указанного корпуса дифференциала и одной из указанных шестерен. Канал для отвода потока находящейся под давлением жидкой смазки обеспечивает ее охлаждение в условиях тяжелого режима работы. Достигается повышение надежности устройства. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к мостам рабочих машин, имеющим дифференциальные механизмы и возможность самоблокировки дифференциала.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

На протяжении многих лет, рабочие машины, особенно те, которые работают на немагистральных дорогах, нуждаются в дифференциальном приводном механизме для комплектов колес для осуществления поворота транспортного средства, а также в функции самоблокировки дифференциала для того, чтобы крутящий момент можно было передавать с буксующего колеса на колесо, которое может получать более хорошее тяговое усилие. Это дало стимул конструкторским разработкам для того, чтобы мосты могли обеспечивать значительные уровни крутящего момента и в то же время могли функционировать при изменяемом тяговом усилии на одном или другом ведущих колесах. Были осуществлены конструкторские разработки, которые уменьшают вихревые потери узла моста, где часть или все шестерни дифференциала погружены в смазывающую текучую среду. В результате усовершенствований для уменьшения вихревых потерь поставлена под сомнение возможность охлаждения и смазывания различных элементов узла шестерен дифференциала. Более конкретно, возможность обеспечения достаточной смазки всех шестерен ограничена необходимостью уменьшения вихревых потерь.

Соответственно, существует необходимость в узле моста с функцией дифференциала, которая обеспечивает достаточную смазку элементов, уменьшая в то же время вихревые потери узла моста.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одной форме, изобретение представляет собой узел моста силовой передачи, содержащий удлиненный корпус и первый и второй валы, установленные в удлиненном корпусе для обеспечения вращательной мощности на их внешних концах. Корпус дифференциала расположен в удлиненном корпусе с возможностью вращения и принимает внутренние концы первого и второго валов. К корпусу дифференциала прикреплена коронная шестерня для получения входной вращательной мощности. В корпусе дифференциала расположен набор шестерен дифференциала, в который входят противоположные шестерни, прикрепленные к внутренним концам первого и второго валов и установленные посредством оси относительно корпуса дифференциала. Множество планетарных шестерен установлены в корпусе дифференциала и сцеплены с противоположными шестернями для обеспечения функционирования дифференциала. Одна часть механизма блокировки дифференциала, приводимого в действие давлением текучей среды, прикреплена к корпусу дифференциала, а другая его часть прикреплена к одной из противоположных шестерен. Источник избирательного давления текучей среды соединен по текучей среде с механизмом блокировки дифференциала и обеспечивает высокий и низкий уровни давления для избирательной блокировки корпуса дифференциала и одной из шестерен. Корпус дифференциала имеет проход отвода потока для обеспечения потока находящейся под давлением текучей среды в корпус дифференциала независимо от уровня давления, при этом корпус дифференциала имеет регулируемое уплотнение для того, чтобы текучая среда проходила внутрь и наружу для смазки шестерен.

В другой форме изобретение представляет собой рабочую машину, содержащую раму, первичный двигатель, подающий мощность к рабочей машине, и силовую передачу, содержащую узел моста, который имеет удлиненный корпус и первый и второй валы, установленные в корпусе для обеспечения вращательной мощности для колес на наружных концах первого и второго валов. Корпус дифференциала расположен с возможностью вращения в удлиненном корпусе и принимает внутренние концы первого и второго валов. К корпусу дифференциала прикреплена коронная шестерня для получения входной вращательной мощности от первичного двигателя. В корпусе дифференциала расположен набор шестерен дифференциала, в который входят противоположные шестерни, прикрепленные к внутренним концам первого и второго валов, при этом шестерни установлены посредством оси относительно корпуса дифференциала. Множество планетарных шестерен установлены в корпусе дифференциала и сцеплены с противоположными шестернями для обеспечения функционирования дифференциала. Одна часть механизма блокировки, приводимого в действие давлением текучей среды, прикреплена к корпусу дифференциала, а другая его часть прикреплена к одной из противоположных шестерен. Источник избирательного давления текучей среды соединен по текучей среде с механизмом блокировки дифференциала и обеспечивает высокий и низкий уровни давления для избирательной блокировки и разблокировки корпуса дифференциала и одной из шестерен. Корпус дифференциала имеет проход отвода потока для обеспечения находящегося под давлением потока во внутреннюю часть корпуса дифференциала независимо от уровня давления, при этом корпус дифференциала имеет регулируемое уплотнение для того, чтобы текучая среда проходила внутрь и наружу для смазки шестерен.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Упомянутые выше и другие признаки и преимущества настоящего изобретения и способ их получения, станут более очевидными, а изобретение станет более понятным посредством ссылки на следующее описание варианта осуществления изобретения, рассматриваемое совместно с сопровождающими чертежами, на которых:

Фиг.1 представляет собой вид в продольном сечении рабочей машины и узла моста, воплощающего представленное изобретение, наряду со схематичными иллюстрациями взаимных соединений дополнительных элементов рабочей машины;

Фиг.2 представляет собой развернутый вид части узла моста по фиг.1, показывающий проход для потока смазки.

Соответствующие ссылочные позиции обозначают соответствующие части на нескольких изображениях. Пояснения на примере, изложенные в данном описании, иллюстрируют один вариант осуществления изобретения, и подобные пояснения на примере никоим образом не должны истолковываться как ограничивающие объем изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Далее со ссылкой на чертежи, а более конкретно на фиг.1, показана рабочая машина 10, которая содержит раму и первичный двигатель 12, установленный на раме, обычно в виде двигателя 12 с воспламенением от сжатия или дизельного двигателя, который механически взаимно соединен валом 14 с соответствующей трансмиссией 16 и через механическое соединение 18 с узлом моста, обозначенным в общем ссылочной позицией 20. Узел 20 моста содержит левый и правый удлиненные корпуса 22 и 24, установленные соответственно на центральном корпусе 26. Удлиненные корпуса 22 и 24 обеспечивают опору скольжения для валов 28 и 30, продолжающихся к колесам 32 и 34, соответственно. Специалистам в данной области следует понимать, что валы 28 и 30 могут быть соединены с соответствующими колесами через зубчатые редукторы для того, чтобы обеспечивать требования к крутящему моменту, необходимые рабочим машинам для тяжелых режимов работы. Центральный корпус 26 имеет по существу круглую форму, надлежащим образом подвешен к рабочей машине 10 и обеспечивает опору для корпуса 22 через фланец 38 посредством винтов 36 и через фланец 40 или корпуса 24 также посредством винтов 36. Наружные концы валов 28 и 30 соединены с колесами 32 и 34 соответственно, а внутренние концы 42 и 44 продолжаются в корпус 46 дифференциала, расположенный в центральном корпусе 26.

Корпус 46 дифференциала имеет первый и второй кольцевые корпуса 48 и 50, взаимно соединенные приблизительно по своей центральной линии. Как описано ниже, кольцевые корпуса 48 и 50 имеют по существу герметичную внешнюю периферийную поверхность для того, чтобы удерживать текучую среду, введенную в их внутреннюю часть в корпусе 46 дифференциала. Корпуса 48 и 50 установлены с возможностью вращения в удлиненном корпусе 20 посредством подшипниковых узлов 52 и 54 соответственно, прикрепленных в итоге к центральному корпусу 26. К половине 48 корпуса дифференциала винтами 58 прикреплена коронная шестерня 56. Коронная шестерня 56 входит в зацепление с непоказанной первичной шестерней, принимающей подводимую мощность от механического межкомпонентного соединения 18. Пара противоположных осевых зубчатых колес 62 и 64 соединены шлицами и закреплены на внутренних концах валов 42 и 44 и расположены в корпусе 46 дифференциала.

Как показано в данном описании, осевые зубчатые колеса 62 и 64 являются коническими зубчатыми колесами и входят в зацепление с коническими планетарными шестернями 66 и 68, установленными посредством оси в корпусе 46 дифференциала. Поэтому, подводимая мощность от первичного двигателя 12 через коронную шестерню 56 в корпус 46 дифференциала передается на валы 28 и 30 через планетарные шестерни 66 и 68. В результате дифференциальная нагрузка на колеса осуществляется посредством дифференциального действия набора планетарных шестерен 66 и 68 способом, который хорошо известен и понятен.

Вследствие того, что рабочая машина 10 действует в тяжелых условиях и часто используется на немагистральных дорогах, где имеется различие в тяговом усилии между колесами 32 и 34, предусмотрен механизм 70 блокировки дифференциала, который выборочно взаимно соединяет один из валов (в данном случае, вал 28) с корпусом 46 дифференциала для того, чтобы передавать нагрузку между валами 28 и 30. Механизм 70 блокировки дифференциала содержит множество кольцевых дисков 72 и 74 со встречно-гребенчатой конструкцией, расположенных в камере 76 в корпусе 48 (см. фиг.2). Каждый из кольцевых дисков 72 и 74 имеет выступы 78 и 80, размещенные соответственно в щелях 82 и 84 в корпусе 48 и осевом зубчатом колесе 62 соответственно. На диски 72 и 74 воздействует узел 86 кольцевого поршня, также размещенный в камере 76 и упирающийся в осевую торцевую поверхность одного из кольцевых встречно-гребенчатых дисков 72. Слева от узла 86 поршня, как показано на фиг.2, предусмотрена камера 88, соединенная по текучей среде с основным проходом 90 и 92, продолжающимся через корпус 48 в проходы 94 в корпусе 50 и в итоге в соединитель 96, прикрепленный к центральному корпусу 20. Взаимное соединение между проходами 92 и 94 и фитингом 96 обеспечивает передачу давления, когда происходит относительное вращение между корпусом 46 дифференциала и центральным корпусом 20.

Фитинг 96 для высокого давления соединен посредством соответствующей линии 98 с контроллером 100, направляющим поток под давлением из источника 102 потока под давлением по проходам 95, через фитинг 96, проходы 94 и 92 в камеру 88. Как показано в данном описании, текучей средой, нагнетаемой системой 102, является смазка, используемая как для уменьшения трения между смежными состоящими в относительном вращении подшипниковыми деталями, так и для обеспечения функции охлаждения для блокировки многодискового дифференциала. Система 100 управления использует подходящую управляющую логическую схему для применения по мере надобности механизма 70 блокировки дифференциала для переноса крутящего момента с одной оси на другую в условиях, когда одно из двух колес имеет уменьшенное тяговое усилие.

Узел 20 дифференциала моста относится к типу, который имеет эффективное использование потока смазки для того, чтобы уменьшить вихревые потери, вызванные шестернями, вращающимися через жидкую смазку. В стандартной конструкции корпуса дифференциала корпус для противоположных шестерен и планетарных шестерен является сильно пористым, так что набор шестерен дифференциала при вращении проходит через уровень жидкости в камере для смазки планетарных и противоположных шестерен. Однако при эффективном использовании смазки уровня жидкости недостаточно для обеспечения смазки разбрызгиванием набора шестерен дифференциала, включая узел блокировки дифференциала, для того, чтобы соответствовать требуемым функциям тяжелого режима работы в экстремальных условиях.

В соответствии с представленным изобретением корпус 46 дифференциала снабжен средством обеспечения функций достаточной смазки и охлаждения посредством жидкости, обеспечивая в то же время эффективное общее использование смазки. Данная функция отдельно показана на фиг.2, на которой основной канал 90 потока в камеру 88 имеет канал 104 отвода потока, продолжающийся от впускного прохода 90 к противоположной стороне кольцевого поршня 86 и к набору дисков 72 и 74 со встречно-гребенчатой конструкцией. Система 100 управления направляет подачу давления от источника 102 давления, составляющего приблизительно 300 фунтов на квадратный дюйм, во время включения механизма 70 блокировки дифференциала, но в дополнение обеспечивает поток с уровнем давления, составляющим между приблизительно 15-20 фунтов на квадратный дюйм во время отключения механизма 70 блокировки дифференциала для того, чтобы обеспечить непрерывный поток смазки по проходу 104 через встречно-гребенчатые диски 72 и 74. Кроме того, в отличие от предшествующего корпуса дифференциала, данный корпус 46 дифференциала имеет по существу герметичную внешнюю поверхность, так что жидкая смазка, протекающая по проходу 104 отвода, поддерживается в корпусе 46 дифференциала на уровне, который обеспечивает смазку набора шестерен дифференциала, а именно осевых зубчатых колес 62 и 64 и планетарных шестерен 66 и 68. Жидкая смазка течет из корпуса 46 дифференциала мимо шлицев шестерен и подшипников, примыкающих к центральной линии во внутреннюю часть корпусов 22, 24 и 26. Когда механизм 70 блокировки приводится в действие, из-за дополнительных сил трения к набору 72 и 74 дисков подается повышенное давление для обеспечения их охлаждения.

Приведенная выше конструкция обеспечивает существенное улучшение эффективности и производительности узла 20 моста за счет уменьшения вихревых потерь в центральном корпусе 26, но в то же время поддержания достаточного уровня жидкого охладителя в корпусе 46 дифференциала для смазки и охлаждения набора шестерен и подшипников, даже в наиболее экстремальных условиях, встречающихся рабочей машине, действующей в тяжелых условиях на немагистральных дорогах.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылкой по меньшей мере на один вариант осуществления, оно может быть дополнительно модифицировано в рамках сущности и объема изобретения. Вследствие этого, данная заявка охватывает любые варианты, применения или приспособления изобретения, использующие его основные принципы. Кроме того, данная заявка охватывает такие отклонения от представленного изобретения, которые попадают в пределы известной или обычной практики в области, к которой относится настоящее изобретение и которые попадают в рамки приложенной формулы изобретения.

Claims

1. Узел моста для силовой передачи, содержащий:

удлиненный корпус;

первый и второй валы, установленные в удлиненном корпусе, для обеспечения вращательной мощности на их первых внешних концах, при этом первый и второй валы имеют внутренние концы;

корпус дифференциала, расположенный с возможностью вращения в удлиненном корпусе, принимающий внутренние концы первого и второго валов и имеющий стенку, образующую проход отвода потока, проходящий через корпус дифференциала;

коронную шестерню, прикрепленную к корпусу дифференциала для получения входной вращательной мощности;

набор шестерен дифференциала, расположенный в корпусе дифференциала и имеющий противоположные шестерни, прикрепленные к внутренним концам указанных валов и установленные с возможностью вращения относительно корпуса дифференциала, и множество планетарных шестерен, установленных внутри корпуса дифференциала и сцепленных с противоположными шестернями для обеспечения функционирования дифференциала;

механизм блокировки дифференциала, приводимый в действие давлением текучей среды, имеющий одну часть, прикрепленную к корпусу дифференциала, а другую часть - к одной из противоположных шестерен;

источник избирательного давления текучей среды, соединенный по текучей среде с механизмом блокировки дифференциала для обеспечения относительно высокого давления текучей среды на входе для избирательной блокировки указанного корпуса дифференциала и одной из указанных шестерен, при этом указанный источник избирательного давления текучей среды соединен по текучей среде с указанным механизмом блокировки дифференциала для обеспечения относительно низкого давления текучей среды на входе, чтобы обеспечить разблокирование корпуса дифференциала и одной из указанных шестерен, причем указанный источник избирательного давления текучей среды непрерывно обеспечивает смазку через проход отвода потока к указанным шестерням между блокированием и разблокированием указанного механизма блокировки дифференциала.

2. Узел моста по п.1, в котором механизм блокировки дифференциала содержит встречно-гребенчатые кольцевые диски и поршень, расположенные в корпусе дифференциала, при этом поршень с одной своей стороны находится под давлением, упираясь в указанные диски в осевом направлении.

3. Узел моста по п.2, в котором основное давление распространяется на одну сторону поршня, а отводящий проход продолжается от указанного основного прохода потока до встречно-гребенчатых кольцевых дисков.

4. Узел моста по п.2, в котором низкое давление составляет приблизительно 15-20 фунтов на квадратный дюйм, а высокое давление составляет приблизительно 300 фунтов на квадратный дюйм.

5. Узел моста по п.2, в котором корпус дифференциала выполнен кольцевым, по существу, замкнутым и герметично закрытым на его внешних участках для направления потока текучей среды внутрь к центру корпуса дифференциала.

6. Узел моста по п.1, в котором набор шестерен дифференциала и противоположные шестерни представляют собой конические шестерни.

7. Узел моста по п.1, в котором встречно-гребенчатые кольцевые диски имеют выступы, размещенные в щелях на внутренней поверхности корпуса дифференциала и на наружной поверхности указанной одной противоположной шестерни.

8. Узел моста по п.3, дополнительно содержащий источник давления текучей среды и контроллер для направления высокого и низкого давления текучей среды в механизм блокировки дифференциала.

9. Узел моста по п.8, в котором текучая среда представляет собой жидкую смазку.

10. Узел моста по п.1, в котором корпус дифференциала имеет регулируемое уплотнение для того, чтобы текучая среда под давлением проходила внутрь и наружу для смазки по меньшей мере одной из указанных шестерен.

11. Рабочая машина, содержащая:

раму;

первичный двигатель, установленный на раме для обеспечения вращательной мощности для передвижения;

вал, продолжающийся от первичного двигателя для передачи вращательной мощности от первичного двигателя;

узел моста, содержащий удлиненный корпус и первый и второй валы, установленные в удлиненном корпусе для обеспечения вращательной мощности для колес на своих наружных концах; при этом первый и второй валы имеют внутренние концы;

коронную шестерню, прикрепленную к корпусу дифференциала и взаимно соединенную с валом, продолжающимся от первичного двигателя;

набор шестерен дифференциала, расположенный в корпусе дифференциала и имеющий противоположные шестерни, прикрепленные к внутренним концам первого и второго валов и установленные с возможностью вращения относительно корпуса дифференциала, и множество планетарных шестерен, установленных внутри корпуса дифференциала и сцепленных с противоположными шестернями для обеспечения функционирования дифференциала;

источник избирательного давления текучей среды, соединенный по текучей среде с механизмом блокировки дифференциала для обеспечения относительно высокого давления текучей среды на входе для избирательной блокировки корпуса дифференциала и одной из указанных шестерен, при этом указанный источник избирательного давления текучей среды соединен по текучей среде с указанным механизмом блокировки дифференциала для обеспечения относительно низкого давления текучей среды на входе, чтобы обеспечить разблокирование корпуса дифференциала и одной из указанных шестерен, причем указанный источник избирательного давления текучей среды непрерывно обеспечивает смазку через проход отвода потока к указанным шестерням между блокированием и разблокированием указанного механизма блокировки дифференциала.

12. Рабочая машина по п.11, в которой механизм блокировки дифференциала содержит встречно-гребенчатые кольцевые диски и поршень, смещаемый против концевой части указанных дисков в ответ на давление на входе.

13. Рабочая машина по п.12, в которой основное давление распространяется на одну сторону указанного поршня, а проход отвода потока продолжается от указанной одной стороны до встречно-гребенчатых дисков.

14. Рабочая машина по п.12, в которой низкое давление составляет приблизительно 15-20 фунтов на квадратный дюйм, а высокое давление составляет приблизительно 300 фунтов на квадратный дюйм.

15. Рабочая машина по п.12, в которой корпус дифференциала выполнен кольцевым, по существу, замкнутым в своей наружной части и герметично закрытым для направления потока внутрь к его центральной оси.

16. Рабочая машина по п.12, в которой набор шестерен дифференциала и противоположные шестерни представляют собой конические шестерни.

17. Рабочая машина по п.12, в которой встречно-гребенчатые кольцевые диски имеют выступы, продолжающиеся соответственно в щели на внутренней поверхности корпуса дифференциала и к щелям на наружной поверхности указанной одной шестерни.

18. Рабочая машина по п.13, дополнительно содержащая источник текучей среды под давлением и систему управления для избирательного регулирования давления на одной стороне поршня между указанным низким и высоким давлением.

19. Рабочая машина по п.18, в которой текучая среда представляет собой жидкую смазку.

20. Рабочая машина по п.13, в котором корпус дифференциала имеет регулируемое уплотнение для того, чтобы текучая среда под давлением проходила внутрь и наружу для смазки по меньшей мере одной из указанных шестерен.