RU2653452C1

RU2653452C1 - Symmetrical differential

Info

Publication number: RU2653452C1
Application number: RU2017120921A
Authority: RU
Inventors: Владимир Тимофеевич Исайчев
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2018-05-08

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to differential mechanisms with locking devices. In the symmetrical differential, the locking device is designed in the form of a vane reversible hydraulic pump including a stator, a rotor, blades with springs, distribution disk, cover, check valves and suction, discharge and outlet channels. Locking device has two differential lock valves installed after the check valves in the axial parts of the output channels. Each valve consists of a piston inverted from the bottom to a back valve, with a through center hole in its center, a return compression spring, and a cylindrical pin rigidly fixed in the differential housing coaxially fixed within the housing of the differential pin.

EFFECT: blocking properties of differential are increased.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к дифференциальным механизмам с устройствами блокирования, и предназначено для использования в транспортных средствах в качестве межколесных или межосевых дифференциалов.The invention relates to transport engineering, in particular to differential mechanisms with locking devices, and is intended for use in vehicles as cross-axle or center differential.

Известен самоблокирующийся дифференциал с гидравлическим сопротивлением, содержащий установленные в коробке дифференциала шестеренчатый редуктор с коническими шестернями и блокировочное устройство, выполненное в виде гидромашин для подтормаживания относительного вращения коробки и одной из шестерен редуктора (патент США №2861477, 1958).A self-locking differential with hydraulic resistance is known, comprising a gear reducer with bevel gears installed in the differential box and a locking device made in the form of hydraulic machines to slow down the relative rotation of the box and one of the gears of the gearbox (US patent No. 2861477, 1958).

Недостатками данного дифференциала являются незначительные блокировочные свойства и сложность конструкции гидромашины блокировки.The disadvantages of this differential are minor blocking properties and the complexity of the design of the hydraulic lock.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является гидравлический дифференциал (конический самоблокирующийся дифференциал с гидравлическим сопротивлением), содержащий установленные в корпусе дифференциала полуосевые шестерни, введенные в зацепление с сателлитами, и блокировочное устройство для связи корпуса дифференциала и полуосевых шестерен, выполненное в виде реверсивного лопастного масляного насоса с обратными клапанами, ротор которого жестко связан с левой полуосевой шестерней, а статор закреплен на корпусе дифференциала, в случае, когда полуосевые шестерни вращаются с разными угловыми скоростями, масляный насос перекачивает масло (рабочую жидкость) через узкий выходной канал, получая питание через всасывающий канал, чем создается сопротивление проворачиванию полуосевых шестерен; поступление масла в полость корпуса дифференциала обеспечивается черпаками, блокировка осуществляется как при движении вперед, так и назад (Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль. Анализ конструкций, элементы расчета. - М.: Машиностроение, 1989. - С. 161-162, рис. 133).The closest in technical essence to the proposed device is a hydraulic differential (a conical self-locking differential with hydraulic resistance), containing semi-axial gears installed in the differential housing engaged with the satellites, and a locking device for connecting the differential housing and semi-axial gears, made in the form of a reversed blade oil pump with check valves, the rotor of which is rigidly connected to the left half-axle gear, and the stator is fixed on and in the differential case, in the case when the semi-axial gears rotate at different angular speeds, the oil pump pumps oil (working fluid) through a narrow output channel, receiving power through the suction channel, which creates resistance to the rotation of the semi-axial gears; the oil flow into the cavity of the differential housing is provided by scoops, locking is carried out both when moving forward and backward (Osepchugov V.V., Frumkin A.K. Automobile. Structural analysis, calculation elements. - M .: Mechanical Engineering, 1989. - P. 161-162, Fig. 133).

Недостатком данного дифференциала является низкие блокировочные свойства, обусловленные тем, что для их повышения необходимо увеличивать сопротивление проворачиванию лопастного насоса путем (при других заданных параметрах) уменьшения поперечного сечения выходного канала рабочей жидкости, что, в свою очередь, будет приводить к снижению коэффициента полезного действия (кпд) дифференциала также и при движении автотранспортного средства (АТС) на повороте или по неровной дороге и увеличивать расход топлива.The disadvantage of this differential is the low blocking properties, due to the fact that to increase them, it is necessary to increase the resistance to rotation of the vane pump by (with other specified parameters) reducing the cross section of the output channel of the working fluid, which, in turn, will lead to a decrease in the efficiency ( differential efficiency also when driving a vehicle (ATS) on a bend or along rough roads and increase fuel consumption.

Техническим результатом предлагаемого симметричного дифференциала является повышение блокирующих свойств дифференциала в случае буксования одного из колес ведущего моста автотранспортного средства и отсутствие (незначительность) блокирующих свойств дифференциала, и высокий его кпд, при движении АТС на повороте или по неровной дороге.The technical result of the proposed symmetrical differential is to increase the blocking properties of the differential in the case of slipping of one of the wheels of the drive axle of a motor vehicle and the absence (insignificance) of the blocking properties of the differential, and its high efficiency, when the ATS moves on a bend or on rough roads.

Указанный технический результат достигается тем, что в симметричном дифференциале, содержащем установленные в корпусе дифференциала полуосевые шестерни, введенные в зацепление с установленными на осях сателлитами, и блокировочное устройство для связи корпуса дифференциала и полуосевых шестерен, выполненное в виде заполненного рабочей жидкостью лопастного реверсивного гидронасоса, включающего статор, ротор, лопасти с пружинами, распределительный диск, крышку, обратные клапаны и всасывающие, нагнетательные и выходные каналы, блокировочное устройство имеет установленные после обратных клапанов в осевых частях выходных каналов два клапана блокировки дифференциала, каждый из которых состоит из обращенного днищем к обратному клапану поршня со сквозным осевым отверстием в его центре, возвратной пружины сжатия и соосно расположенного внутри этой возвратной пружины жестко закрепленного в корпусе дифференциала цилиндрического штифта, диаметр которого больше диаметра осевого отверстия в поршне, а правая торцевая поверхность этого поршня параллельна торцевой поверхности этого цилиндрического штифта, которая при перемещении поршня вправо может закрывать это осевое отверстие в поршне и таким образом блокировать дифференциал, что позволяет при движении автотранспортного средства на повороте или по неровной дороге ввиду малой разности угловых скоростей корпуса дифференциала и полуоси и, следовательно, малого давления рабочей жидкости, создаваемого гидронасосом, иметь проход для рабочей жидкости между поршнем и цилиндрическим штифтом блокировочного устройства полностью открытым, блокирующие свойства дифференциала - незначительными (отсутствующими), а кпд дифференциала - высоким, а при буксовании одного из ведущих колес моста АТС ввиду большой разности угловых скоростей корпуса дифференциала и полуоси действием высокого давления рабочей жидкости, создаваемого при этом гидронасосом, перемещать поршень клапана блокировки вправо и перекрывать им частично или полностью (поршень упирается в цилиндрический штифт) поток рабочей жидкости между этим поршнем и цилиндрическим штифтом, блокируя таким образом дифференциал, обеспечивая ему высокие блокирующие свойства, возможность прекращения буксования и дальнейшего движения автотранспортного средства.The specified technical result is achieved by the fact that in a symmetric differential containing semi-axial gears installed in the differential housing engaged into engagement with satellites mounted on the axes, and a locking device for coupling the differential housing and semi-axial gears, made in the form of a rotary reversible hydraulic pump filled with a working fluid, including stator, rotor, blades with springs, distribution disc, cover, check valves and suction, discharge and output channels, blocking the in-house device has two differential lock valves installed after the check valves in the axial parts of the output channels, each of which consists of a piston facing the check valve with a through axial hole in its center, a compression return spring and coaxially located inside this return spring rigidly fixed in the housing the differential of the cylindrical pin, the diameter of which is larger than the diameter of the axial hole in the piston, and the right end surface of this piston is parallel to the end surface of this cylindrical pin, which, when moving the piston to the right, can close this axial hole in the piston and thus block the differential, which allows the vehicle to move on a bend or on rough roads due to the small difference in angular velocities of the differential housing and the axle shaft and, therefore, low pressure the working fluid created by the hydraulic pump has a passage for the working fluid between the piston and the cylindrical pin of the locking device completely open, blocking properties and the differential is insignificant (absent), and the differential efficiency is high, and when slipping one of the drive wheels of the ATS bridge, due to the large difference in the angular velocities of the differential housing and the axle shaft by the high pressure of the working fluid created by the hydraulic pump, move the lock valve piston to the right and block partially or completely (the piston rests against the cylindrical pin), the flow of working fluid between this piston and the cylindrical pin, thus blocking the differential, ensuring that you high blocking properties, the possibility of stopping slipping and further movement of the vehicle.

Устройство предлагаемого симметричного дифференциала поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 изображен фронтальный разрез, на фиг. 2 - профильный разрез.The device of the proposed symmetrical differential is illustrated by the accompanying drawings, where in FIG. 1 shows a frontal section, in FIG. 2 - profile section.

Предлагаемый симметричный дифференциал содержит установленные в корпусе 1 дифференциала полуосевые шестерни 2, введенные в зацепление с установленными на осях 3 сателлитами 4, и блокировочное устройство для связи корпуса дифференциала и полуосевых шестерен, выполненное в виде заполненного рабочей жидкостью лопастного реверсивного (двухстороннего действия) гидронасоса, включающего статор 5, ротор 6, лопасти 7 с пружинами 8, распределительный диск 9, крышку 10, обратные клапаны 11 и всасывающие 12, нагнетательные 13 и выполненные в корпусе дифференциала выходные каналы 14 (по два). Статор 5 крепится к корпусу дифференциала 1, а его ротор 6 связан с левой полуосевой шестерней 2 и через нее с полуосью 15 ведущего моста. Блокировочное устройство имеет установленные после обратных клапанов 11 в примыкающих к статору 5 осевых частях (отверстиях) 16 выходных каналов в корпусе дифференциала два клапана блокировки дифференциала. Каждый клапан блокировки 17 состоит из обращенного днищем к обратному клапану поршня 18 со сквозным осевым отверстием 19 в его центре, возвратной пружины сжатия 20 (справа от поршня) и соосно расположенного внутри этой возвратной пружины жестко закрепленного в корпусе дифференциала цилиндрического штифта 21, диаметр которого больше диаметра осевого отверстия в поршне, а правая торцевая поверхность этого поршня параллельна торцевой поверхности этого цилиндрического штифта, которая (торцевая поверхность этого цилиндрического штифта) при перемещении поршня вправо может закрывать это осевое отверстие в поршне и таким образом блокировать дифференциал. Диаметры поршня 18 и выходного канала 14 должны быть в несколько раз больше, чем диаметр отверстия 19 в поршне. Полость отверстия под поршень клапана блокировки в районе возвратной пружины (справа) может дополнительно сообщаться с полостью дифференциала компенсационным отверстием (на схеме не показано).The proposed symmetric differential comprises semi-axial gears 2 mounted in the differential housing 1 engaged into engagement with satellites 4 mounted on the axles 3, and a locking device for coupling the differential housing and the semi-axial gears, made in the form of a hydraulic reversible (double-acting) rotary vane hydraulic pump, including stator 5, rotor 6, blades 7 with springs 8, distribution disk 9, cover 10, check valves 11 and suction 12, pressure 13 and made in the diffuser housing entsiala outlet passages 14 (two). The stator 5 is attached to the differential housing 1, and its rotor 6 is connected to the left half-axle gear 2 and through it with the half-axis 15 of the drive axle. The locking device has installed after the check valves 11 in the axial parts (holes) 16 adjacent to the stator 5 of the output channels in the differential housing, two differential lock valves. Each locking valve 17 consists of a piston 18 facing the non-return valve 18 with a through axial bore 19 in its center, a compression return spring 20 (to the right of the piston) and a cylindrical pin 21 which is rigidly fixed in the differential housing and coaxially located inside this return spring, whose diameter is larger the diameter of the axial hole in the piston, and the right end surface of this piston is parallel to the end surface of this cylindrical pin, which (the end surface of this cylindrical pin) when If you move the piston to the right, this axial bore in the piston may close and thus block the differential. The diameters of the piston 18 and the output channel 14 should be several times larger than the diameter of the hole 19 in the piston. The cavity of the bore for the piston of the blocking valve in the area of the return spring (right) can additionally communicate with the differential cavity by a compensation hole (not shown in the diagram).

Поступление рабочей жидкости в полость корпуса дифференциала и к всасывающему каналу 12 лопастного насоса блокировочного устройства обеспечивается черпаками 22.The flow of working fluid into the cavity of the differential housing and to the suction channel 12 of the vane pump of the locking device is provided by the scoops 22.

Применение реверсивного гидронасоса и соответственно в этой связи двух клапанов блокировки в дифференциале обусловлено тем, что один клапан блокировки работает с одной половиной (фиг. 2) его статора, в случае когда при буксовании ведущего колеса автотранспортного средства статор и ротор с разными угловыми скоростями вращаются в одном направлении, а второй - с другой половиной статора, когда ротор гидронасоса (полуось с колесом) стоит, а статор вращается, что может иметь место как при движении автотранспортного средства вперед, так и задним ходом.The use of a reversible hydraulic pump and, accordingly, in this connection, two blocking valves in the differential is due to the fact that one blocking valve works with one half (Fig. 2) of its stator, when the stator and rotor rotate at different angular speeds when slipping the drive wheel of a vehicle one direction, and the second - with the other half of the stator, when the rotor of the hydraulic pump (half shaft with a wheel) is standing, and the stator rotates, which can occur both when the vehicle moves forward and back underway.

В предлагаемом дифференциале желательно применять рабочую жидкость, вязкость которой в заданных условиях эксплуатации незначительно изменяется в зависимости от ее температуры. В других случаях расчет параметров блокировочного устройства и клапана блокировки должен учитывать изменения вязкости этой жидкости.In the proposed differential, it is desirable to use a working fluid whose viscosity under given operating conditions varies slightly depending on its temperature. In other cases, the calculation of the parameters of the interlock and the interlock valve should take into account changes in the viscosity of this fluid.

Предлагаемый симметричный дифференциал работает следующим образом.The proposed symmetric differential works as follows.

При движении автотранспортного средства на повороте или по неровной дороге ввиду малой разности угловых скоростей корпуса дифференциала 1 и полуоси 15 и, следовательно, малой подачи и давления рабочей жидкости, создаваемого гидронасосом в радиальном нагнетательном канале 13 статора, клапан блокировки 17 находится в положении как на фиг. 1, и рабочая жидкость, пройдя через обратный клапан 11, свободно протекает через отверстие 19 в поршне 18 и далее через полость отверстия под этот поршень и возвратную пружину 20 клапана блокировки и выходной канал 14 поступает в полость дифференциала, при этом блокирующие свойства дифференциала отсутствуют, а кпд дифференциала - высок. При буксовании одного из ведущих колес моста АТС ввиду большой разности угловых скоростей корпуса дифференциала и полуоси под действием высокого давления рабочей жидкости, создаваемого при этом гидронасосом в радиальном нагнетательном канале 13 статора, поршень 18 клапана блокировки, сжимая возвратную пружину 20, и, перемещаясь вправо, частично или полностью (поршень упирается в торец цилиндрического штифта), в зависимости от пробуксовки колеса, перекрывает поток рабочей жидкости между этим поршнем и цилиндрическим штифтом, что вызывает соответствующее значительное увеличение давления рабочей жидкости в нагнетательной полости и сопротивления проворачиванию гидронасоса (блокируя таким образом дифференциал) и ограничивает (вплоть до остановки) пробуксовывание буксующего колеса и автотранспортное средство, если силы сопротивления его движению не превысят суммарную силу тяги по сцеплению колес этого ведущего моста с дорогой, продолжит движение. При этом ввиду отсутствия (или малой) разности угловых скоростей корпуса дифференциала и полуоси моста упадет давление рабочей жидкости в радиальном нагнетательном канале статора гидронасоса и в результате этого под действием возвратной пружины 20 поршень 18 клапана блокировки переместится влево, в исходное положение (как на фиг. 1), и проход для рабочей жидкости между этим поршнем и цилиндрическим штифтом (его торцом) 21 клапана блокировки снова станет полностью открытым, т.е. дифференциал разблокируется.When the vehicle is moving on a bend or on rough roads due to the small difference in the angular velocities of the differential housing 1 and the axle shaft 15 and, therefore, the small supply and pressure of the working fluid created by the hydraulic pump in the radial discharge channel 13 of the stator, the blocking valve 17 is in the position as in FIG. . 1, and the working fluid, passing through the non-return valve 11, freely flows through the hole 19 in the piston 18 and then through the cavity of the hole for this piston and the return valve spring 20 of the blocking valve and the output channel 14 enters the differential cavity, while the differential blocking properties are absent, and the differential efficiency is high. When slipping one of the drive wheels of the ATC bridge, due to the large difference in the angular speeds of the differential housing and the axle shaft under the action of high pressure of the working fluid created by the hydraulic pump in the radial discharge channel 13 of the stator, the piston 18 of the lock valve, compressing the return spring 20, and moving to the right, partially or completely (the piston abuts against the end face of the cylindrical pin), depending on the wheel slip, blocks the flow of working fluid between this piston and the cylindrical pin, which causes The corresponding significant increase in the pressure of the working fluid in the injection cavity and the resistance to rotation of the hydraulic pump (thus blocking the differential) and limits (up to a stop) slipping of the skidding wheel and the vehicle if the resistance to its movement does not exceed the total traction on the clutch of the wheels of this drive axle with dear, continue to move. In this case, due to the absence (or small) difference in the angular velocities of the differential housing and the axle shaft of the bridge, the pressure of the working fluid in the radial discharge channel of the stator of the hydraulic pump will drop and as a result of this, under the action of the return spring 20, the piston 18 of the blocking valve will move to the left to its original position (as in FIG. 1), and the passage for the working fluid between this piston and the cylindrical pin (its end face) 21 of the blocking valve will again become completely open, i.e. differential unlocks.

Таким образом, предлагаемый симметричный дифференциал позволяет обеспечить высокие блокирующие свойства при буксовании одного из ведущих колес моста и, следовательно, высокую проходимость автотранспортного средства, и отсутствие (незначительность) блокирующих свойств и высокий кпд дифференциала при движении АТС на повороте или по неровной дороге.Thus, the proposed symmetrical differential makes it possible to provide high blocking properties when slipping one of the drive wheels of the bridge and, therefore, a high cross-country ability of a vehicle, and the absence (insignificance) of blocking properties and high differential efficiency when the ATS moves on a bend or on rough roads.

Claims

A symmetric differential containing semi-axial gears installed in the differential housing engaged with the satellites mounted on the axes, and a locking device for coupling the differential housing and semi-axial gears, made in the form of a rotary reversible hydraulic pump filled with working fluid, including a stator, a rotor, blades with springs, distribution disk, cover, check valves and suction, discharge and output channels, characterized in that the locking device is installed After the check valves in the axial parts of the output channels, there are two differential lock valves, each of which consists of a piston facing the check valve with a through axial bore in its center, a compression return spring and a cylindrical pin rigidly fixed in the differential housing coaxially located inside this return spring the diameter of which is larger than the diameter of the axial hole in the piston, and the right end surface of this piston is parallel to the end surface of this cylindrical pin, Thoraya when the piston is moved to the right it can cover the axial hole in the piston.