Дифференциалы с лобовыми шестернями и встроенным передающим момент кольцом - RU2487283C1

Чертежи

Показать все 14 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к зубчатой передаче, состоящей из первой шестерни, являющейся геликоидальной лобовой шестерней, а также второй шестерни, являющейся геликоидальной ведущей шестерней, входящей в зубчатое зацепление с геликоидальной лобовой шестерней. Зубчатая передача может быть выполнена с возможностью ее использования в дифференциале.

Уровень техники, предшествующий изобретению

Из уровня техники известны геликоидальные лобовые шестерни, предназначенные для использования в дифференциалах, которые, например, были описаны в патентах США №№3,253,483 и 4,791,832. Между тем, обычно геликоидальные лобовые шестерни в дифференциалах промышленно не используются, например, из-за ограничений, связанных с определением архитектуры зубьев шестерней, а также прочностью шестерней, и то, и другое негативно влияло на производительность зубчатой передачи.

Желательно предложить технологию лобовых шестерней, позволяющую преодолеть подобные ограничения. Технология лобовых шестерней позволяет использовать большее количество ведущих шестерней и/или ведущие шестерни большего диаметра, а также более прочные ведущие геликоидальные лобовые шестерни с улучшенной опорой. Что касается использования технологии лобовых шестерней, сопряженных с дифференциалом, то компактный размер полуосевых шестерней с использованием технологии лобовых шестерней, сопряженных с передающим момент кольцом, обеспечивает большую гибкость при компоновке и проектировании. За счет этого может быть увеличена совокупная прочность дифференциала для компоновки определенного размера. Кроме этого по некоторым вариантам осуществления компактные размеры зубчатой передачи и передающего момент кольца позволяют более рационально направлять динамические усилия, а также использовать одну и ту же зубчатую передачу и внутренние компоненты в разных вариантах компоновки для различных моделей транспортных средств, тем самым увеличивая транспортабельность дифференциала.

Краткое изложение сущности изобретения

Предлагается зубчатая передача, состоящая из полуосевой шестерни, являющейся геликоидальной лобовой шестерней, по меньшей мере, с одним геликоидальным зубом, а также геликоидальной ведущей шестерни. Геликоидальная ведущая шестерня может быть оснащена, по меньшей мере, одним геликоидальным зубом и иметь угол при вершине примерно менее 20°. Геликоидальная ведущая шестерня может быть выполнена с возможностью зубчатого зацепления с полуосевой шестерней. Также предлагается дифференциал. Дифференциал может содержать картер дифференциала и зубчатую передачу. Зубчатая передача может включать в себя полуосевую шестерню, являющуюся геликоидальной лобовой шестерней, по меньшей мере, с одним геликоидальным зубом, а также геликоидальную ведущую шестерню. Геликоидальная ведущая шестерня может быть оснащена, по меньшей мере, одним геликоидальным зубом и иметь угол при вершине примерно менее 20°. Дифференциал может дополнительно включать в себя передающее момент кольцо, выполненное с возможностью опирания на него геликоидальной ведущей шестерни.

Краткое описание чертежей

Далее в качестве примера будут рассмотрены варианты осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:

На фиг.1 показан вид в перспективе первой шестерни по одному из вариантов осуществления изобретения.

На фиг.2A показан вид спереди второй шестерни по одному из вариантов осуществления изобретения.

На фиг.2B показан вид сбоку второй шестерни по фиг.2A.

На фиг.3A показан вид в перспективе передающего момент кольца по одному из вариантов осуществления изобретения, предназначенного для использования с первой шестерней по фиг.1.

На фиг.3B показан вид сбоку передающего момент кольца по фиг.3A.

На фиг.4 схематически показан угол при вершине первой шестерни по одному из вариантов осуществления изобретения.

На фиг.5 схематически показана геометрия боковой поверхности зуба первой шестерни по одному из вариантов осуществления изобретения.

На фиг.6A показан вид в сечении зубчатой передачи по одному из вариантов осуществления изобретения, встроенной в дифференциал.

На фиг.6B показан вид спереди части зубчатой передачи по фиг.6A.

На фиг.7 показан вид в сечении зубчатой передачи по одному из вариантов осуществления изобретения, встроенной в дифференциал.

На фиг.8 показано изображение в разобранном виде электрически блокируемого дифференциала, оснащенного зубчатой передачей по одному из вариантов осуществления изобретения.

На фиг.9 показан вид в сечении дифференциала с предохранителем ограничения крутящего момента, а также зубчатой передачей по одному из вариантов осуществления изобретения.

На фиг.10 показан вид в сечении дифференциала с диском сцепления, ограничивающим крутящий момент, а также зубчатой передачей по одному из вариантов осуществления изобретения.

На фиг.11 показан вид частично в сечении дифференциала с воздушным/гидравлическим исполнительным механизмом, а также зубчатой передачей по одному из вариантов осуществления изобретения.

На фиг.12 показан вид в сечении дифференциала, оснащенного зубчатой передачей по одному из вариантов осуществления изобретения.

Подробное описание изобретения

Ниже будет приведено подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения, примеры которого даны в настоящем документе и показаны на прилагаемых чертежах. Хотя изобретение будет рассмотрено на примере вариантов его осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено подобными вариантами осуществления. Наоборот, изобретение охватывает любые альтернативные варианты, модификации, а также эквиваленты, которые могут составлять объем и сущность изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

Зубчатая передача 10 по настоящему изобретению может включать в себя первую шестерню 12, а также вторую шестерню 14. Как показано на фигурах 1-2, первая шестерня 12 может быть геликоидальной ведущей шестерней, а вторая шестерня может быть полуосевой шестерней. По одному из вариантов осуществления первая шестерня 12 может быть геликоидальной ведущей шестерней, предназначенной для использования в дифференциале. По данному варианту осуществления дифференциала первая шестерня 12 может быть предназначена для передачи крутящего момента с передающего момент кольца 18 на вторую шестерню 14 (например, полуосевую шестерню 14). Передающее момент кольцо 18 может быть аналогично кольцу, показанному на фигурах 3A-B, и может быть сконфигурировано как это подробно рассмотрено ниже. Как вариант, первая шестерня 12 может быть предназначена для передачи крутящего момента с одной полуосевой шестерни 14 на другую полуосевую шестерню 14. Кроме этого по данному варианту осуществления может использоваться множество ведущих шестерней 12. Количество ведущих шестерней 12 в зубчатой передаче 10 может различаться. Между тем, при использовании ведущих шестерней 12 в дифференциале, зубчатая передача 10 может состоять, по меньшей мере, из двух ведущих шестерней 12. По одному из вариантов осуществления количество ведущих шестерней 12 может быть шесть, хотя по другим вариантам осуществления количество ведущих шестерней 12 может быть больше или меньше. В свою очередь количество конических шестерней, используемых в обычной зубчатой передаче дифференциала, может быть лишь около четырех. Максимальное количество ведущих шестерней 12, используемых в дифференциале, может рассчитываться по формуле, где внешний диаметр ведущий шестерни 12 обозначен d_o.p, а внутренний диаметр, соответствующей полуосевой шестерни 14, обозначен d_in.sg

Размер ведущих шестерней 12 также может различаться. Между тем, по одному из вариантов осуществления размер ведущих шестерней 12 может быть равен примерно половине размера обычной конической шестерни, используемой в дифференциале. Кроме этого, ведущие шестерни 12 могут иметь малый угол θ_p при вершине по сравнению с шестернями обычной конструкции. На фиг.4 схематически показан угол при вершине ведущей шестерни 12. По одному из вариантов осуществления угол θ_p при вершине может быть менее примерно 20°. Угол θ_p при вершине может рассчитываться по следующей формуле, где d_o.p является внешним диаметром ведущей шестерни 12, d_l.p является предельным диаметром ведущей шестерни 12, d_o.sg является внешним диаметром полуосевой шестерни 14, a d_in.sg является внутренним диаметром полуосевой шестерни 14.

Количество геликоидальных зубьев 20 у ведущей шестерни 12 и геометрия боковых поверхностей геликоидальных зубьев 20 геликоидальной ведущей шестерни 12 может меняться в зависимости от варианта осуществления изобретения. Геликоидальные зубья 20 могут быть изготовлены с использованием технологии штамповки. Использование технологии штамповки вместо технологии машинной резки позволяет существенно повысить прочность ведущих шестерней 12. Использование геликоидальных зубьев 20 также позволяет создавать меньшее предыскажение в месте вращения ведущих шестерней 12 по сравнению с обычными коническими шестернями, что позволяет отказаться от необходимости индексирования. Количество геликоидальных зубьев 20 у ведущей шестерни 12 можно считать небольшим по сравнению с размером ведущих шестерней 12. Например, количество зубьев (т.е. количество геликоидальных зубьев 20) у ведущей шестерни 12 может составлять от 4 до 10. Хотя, в частности, указано количество зубьев от 4 до 10, по другим вариантам осуществления изобретения количество зубьев у ведущих шестерней 12 может быть больше или меньше.

На фиг.5 геометрия G боковой поверхности геликоидального зуба 20 ведущей шестерни 12 может рассчитываться при помощи следующего уравнения, где r_p является вектором положения точки боковой поверхности зуба ведущей шестерни 12, U_p, V_p - криволинейными (Гауссовыми) координатами точки боковой поверхности зуба ведущей шестерни 12, r_b.p - радиусом цилиндра ведущей шестерни 12, а τ_b.p - основным углом наклона линии зуба ведущей шестерни 12.

Когда ведущая шестерня 12 является неподвижной, боковая поверхность зуба ведущей шестерни 12 может быть аналитически описана при помощи Уравнения 3. Когда ведущая шестерня 12 вращается вокруг оси 22 под определенных углом φ_p, а также когда она перемещается вокруг оси 24 полуосевой шестерни 14, вектор положения точки

Ведущие шестерни 12 также могут быть выполнены с возможностью обеспечения гибкости в плане конструктивных признаков для разных вариантов осуществления. Например, ведущие шестерни 12 могут быть видоизменены для обеспечения доступа к С-образным зажимам 26, как это показано на фигурах 6A-6B. C-образные зажимы могут использоваться для осевого выравнивания полуосевых шестерней 14 на осевых валах и удержания осевых валов. В другом примере ведущие шестерни 12 могут быть видоизменены таким образом, чтобы они включали в себя утолщение 28 у первого торца 30 и контр-диаметр 32 у второго торца 34, как это показано на фиг.7. Утолщение 28 и контр-диаметр 32 могут быть выполнены с возможностью усиления опоры ведущей шестерни 12 и могут использоваться для изменения коэффициента распределения. Утолщение 28 и контр-диаметр 32 могут быть выполнены с возможностью увеличения и/или уменьшения коэффициента распределения, в зависимости от желаемого конечного результата. Ведущие шестерни 12 могут быть видоизменены таким образом, чтобы они включали в себя проходящее аксиально отверстие 36. Отверстие 36 может проходить через центр ведущей шестерни 12 вдоль оси 22. Отверстие 36 может быть выполнено с возможностью установки в нем оси для вращения ведущей шестерни 12. Хотя отверстие 36 подробно упоминается и показано, по другим вариантам осуществления отверстие 36 в ведущей шестерне 12 может отсутствовать.

По одному из вариантов осуществления первый торец 30 ведущей шестерни 12 может быть плоским, а второй торец 34 ведущей шестерни 12 (т.е. противоположный первому торцу 30) может иметь полусферическую форму. Второй торец 34 может иметь полусферическую форму таким образом, чтобы второй торец 34 имел такой же радиус кривизны, как и внешняя поверхность 56 передающего момент кольца 18, показанного на фиг.3. Кроме этого, второй торец 34 ведущей шестерни 12 может быть выполнен таким образом, чтобы он соответствовал по форме внутренней поверхности кожуха зубчатой передачи 10 (например, картеру дифференциала). Форма ведущей шестерни 12, таким образом, помогает управлять трением в зубчатой передаче 10, поскольку никаких дополнительных устройств для поддержания внешней формы передающего момент кольца 18 не требуется. Хотя указано, что первый торец 30 ведущей шестерни 12 является плоским, а второй торец 34 ведущей шестерни 12 является полусферическим, по другим вариантам осуществления изобретения форма ведущей шестерни 12 может быть иной.

Вторая шестерня 14 может быть геликоидальной лобовой шестерней. Вторая шестерня 14 может быть выполнена с возможностью зубчатого зацепления с первой шестерней 12. По одному из вариантов осуществления вторая шестерня 14 может быть полуосевой шестерней дифференциала. По данному варианту осуществления дифференциала вторая шестерня 14 может быть выполнена с возможностью передачи крутящего момента с первой шестерни 12 на выходное устройство (например, на ось колеса транспортного средства). Кроме этого по данному варианту осуществления дифференциала может использоваться множество, например, две полуосевые шестерни 14. У каждой полуосевой шестерни 14 может иметься первая кольцеобразная втулочная часть 37. Каждая кольцеобразная втулочная часть 37, например, может быть выполнена с возможностью установки в ней оси колеса (не показана) транспортного средства. Кольцеобразная втулочная часть 37 может определять внутреннее аксиально выровненное отверстие 38. Внутренняя радиальная поверхность кольцеобразной втулочной части 37 полуосевой шестерни 14, определяющая отверстие 38, может включать в себя множество шлицов 40 (т.е. может быть шлицевой). Оси колес (не показаны) могут соединять полуосевые шестерни 14 через шлицевое внутреннее соединение со шлицами 40 на внутренней поверхности, определяющей внутреннее аксиально выровненное отверстие 38. Соответственно полуосевые шестерни 14 могут быть выполнены с возможностью вхождения в шлицевое зацепление с парой колесных осей.

Множество полуосевых шестерней 14 (например, по одному из вариантов осуществления предназначенных для использования в дифференциале) могут быть расположены с противоположных сторон первой шестерни 12. В частности, по одному из вариантов осуществления пара полуосевых шестерен 14 может быть расположена с противоположных сторон передающего момент кольца 18, выполненного с возможностью удержания геликоидальных ведущих шестерней 12. У каждой из полуосевых шестерней 14 может быть основная часть 42 с внешней поверхностью 43. Внешняя поверхность 43 может проходить по окружности вдоль оси 42 полуосевой шестерни 14. На внешней поверхности 43 может быть, по меньшей мере, один выступ 44, проходящий радиально наружу от внешней поверхности 43. Выступы 44 могут быть выполнены с возможностью опирания на них полуосевой шестерни 14. В частности, выступ 44 может быть выполнен с возможностью опирания на него полуосевой шестерни 14, соединенной с соответствующим компонентом передающего момент кольца 18. Выступы 44 могут быть выполнены с возможностью установки в соответствующих углублениях передающего момент кольца 18. У полуосевой шестерни 14, как это показано, может быть примерно шесть выступов 44. Хотя, в частности, указано шесть выступов 44, по другим вариантам осуществления количество выступов 44 у полуосевой шестерни 14 может быть больше или меньше. Выступы 44 позволяют повысить прочность полуосевой шестерни 14.

Основная часть 42 полуосевой шестерни 14 может дополнительно включать в себя геликоидальную поверхность 46. Геликоидальная поверхность 46 каждой полуосевой шестерни 14 может быть обращена в сторону передающего момент кольца 18. Геликоидальная поверхность 46 каждой полуосевой шестерни 14 может входить в зубчатое зацепление с ведущими шестернями 12. Таким образом, ведущие шестерни 12 и полуосевая шестерня 14 во время зубчатого зацепления могут распределять крутящий момент. По одному из вариантов осуществления у каждой полуосевой шестерни 14 может дополнительно иметься, по существу, плоская поверхность 48, расположенная оппозитно геликоидальной поверхности 46. Хотя указано, что геликоидальная поверхность 46 является плоской, по другим вариантам осуществления оппозитная поверхность не обязательно является плоской.

На геликоидальной поверхности 46 может находиться множество зубьев 50. Геликоидальные зубья 50 полуосевой шестерни 14 могут быть штампованными. Использование технологии штамповки вместо технологи машинной резки позволяет существенно увеличить прочность полуосевых шестерней 14. Кроме этого использование технологии штамповки для полуосевой шестерни 14 позволяет оснастить полуосевую шестерню 14 втулкой 52. Втулка 52 может быть составной частью полуосевой шестерни 14 и может проходить по окружности вдоль внутреннего диаметра d_in.sg полуосевой шестерни 14. Втулка 52 может иметь радиальную толщину T. По разным вариантам осуществления изобретения радиальная толщина T может быть разной. Втулка 52 может быть выполнена с возможностью увеличения прочности полуосевой шестерни 14 в ее наиболее слабой точке. Каждый из геликоидальных зубьев 50 полуосевой шестерни 14 может проходить радиально внутрь, в направлении втулки 52. Втулка 52 может быть неразъемно соединена с каждым из геликоидальных зубьев 50 полуосевой шестерни 14. По одному из вариантов осуществления верхняя поверхность каждого геликоидального зуба 50 может быть расположена, по существу, заподлицо с верхней поверхностью втулки 52. Хотя по одному из вариантов осуществления верхняя поверхность втулки 52 может быть расположена, по существу, заподлицо с верхней поверхностью каждого геликоидального зуба 50, по другим вариантам осуществления изобретения верхняя поверхность втулки 52 может быть расположена выше или ниже поверхности каждого геликоидального зуба 52.

Количество геликоидальных зубьев 50 ведущей шестерни 14 и геометрия боковых поверхностей геликоидальных зубьев 50 геликоидальной ведущей шестерни 14 может меняться в зависимости от варианта осуществления изобретения. Количество зубьев (т.е. количество геликоидальных зубьев 52) у полуосевой шестерни 14 может быть сравнительно небольшим. Например, количество зубьев может быть всего лишь 12. Хотя, в частности указано, что количество зубьев может быть 12, по другим вариантам осуществления изобретения количество зубьев может быть больше или меньше. Боковая поверхность геликоидальных зубьев 50 полуосевой шестерни 14 может определяться как огибающая поверхность последовательных положений боковой поверхности зуба ведущей шестерни при вращении ведущей шестерни 12 вокруг оси 22 и перемещении вокруг оси 24 полуосевой шестерни 14. Выражение для вектора положения точки r_sg боковой поверхности зуба 50 полуосевой шестерни 14 может быть выведено из уравнения для боковой поверхности зуба ведущей шестерни (Уравнения 5) ниже:

Для определения r_sg может потребоваться подмена φ_p. Это можно сделать при помощи уравнения контакта (Уравнения 6) ниже:

В Уравнении 6 n_p является единичным вектором нормали к боковой поверхности зуба, a V_Σ является вектором результирующего перемещения ведущей шестерни 12 относительно полуосевой шестерни 14. И n_p, и V_Σ являются функциями φ_p, указанными в уравнениях ниже (Уравнениях 7 и 8).

Найдя решение для φ_p из Уравнений 7 и 8, полученное выражение для φ_p может быть подставлено в Уравнение 5, которое в этом случае позволяет получить выражение для боковой поверхности зуба 50 полуосевой шестерни 14.

Полуосевая шестерня 14 может дополнительно включать в себя опорный диаметр 53. В частности, опорный диаметр 53 может содержать вторую кольцеобразную втулочную часть 53 (например, аналогичную первой кольцеобразной втулочной части 37). Между тем, внешний диаметр опорного диаметра 53 может быть больше внешнего диаметра первой кольцеобразной втулочной части 37. Кроме этого внешний диаметр опорного диаметра 53 может быть меньше внешнего диаметра основной части 42 полуосевой шестерни 14 с имеющейся у нее геликоидальной поверхностью 46. Опорный диаметр 53 позволяет дополнительно увеличить прочность полуосевой шестерни 14. Далее на фиг.8 показано изображение в разобранном виде электрически блокируемого дифференциала, содержащего зубчатую передачу 10 по одному из вариантов осуществления изобретения. Дифференциал может дополнительно включать в себя упорную шайбу и/или тонкую прокладку 62. Тонкая прокладка 62 позволяет регулировать собственно расположение/ориентацию полуосевой шестерни 14 во время сборки. Тонкая прокладка 62 может быть расположена рядом с опорным диаметром 53 и проходить вокруг первой кольцеобразной втулки 37. В обычной зубчатой передаче тонкая прокладка 62 может быть расположена у торца втулки 37. Расположение тонкой прокладки 62 в дифференциале, содержащем зубчатую передачу 10 с полуосевой шестерней 14 по одному из вариантов осуществления изобретения, может влиять на осевую компоновку.

Как отмечалось выше, по одному из вариантов осуществления первая шестерня 12 может быть геликоидальной шестерней, используемой в дифференциале, причем первая шестерня 12 может быть выполнена с возможностью передачи крутящего момента с передающего момент кольца 18 на вторую шестерню 14 (например, полуосевую шестерню 14). Хотя зубчатая передача 10 была рассмотрена на примере варианта осуществления с использованием передающего момент кольца 18, по другим вариантам осуществления изобретения передающее момент кольцо 18 может отсутствовать, а первая шестерня 12 может опираться на оси, проходящие через отверстия 36. В варианте осуществления с использованием передающего момент кольца 18 передающее момент кольцо 18 может иметь, в целом, кольцеобразную форму. По одному из вариантов осуществления передающее момент кольцо 18 может быть изготовлено из цельного куска материала (т.е. иметь неразъемную и/или монолитную конструкцию). Передающее момент кольцо 18 может быть выполнено с возможностью вхождения в него одной или нескольких ведущих шестерней, расположенных радиально между полуосевыми шестернями 14. В передающем момент кольце 18 может иметься множество проходящих радиальных вовнутрь отверстий 54, которые проходят в передающем момент кольце 18 от внешней радиальной поверхности передающего момент кольца 18. Внешняя радиальная поверхность 56 передающего момент кольца 18 может иметь цилиндрическую форму, как это показано на фиг.3B. Соответственно, внешняя радиальная поверхность 56 передающего момент кольца 18 может быть несферической. Поскольку сферическая внешняя радиальная поверхность 56 может затруднять сборку зубчатой передачи 10 с передающим момент кольцом, цилиндрическая форма внешней радиальной поверхности 56 по данному варианту осуществления упрощает сборку.

У каждого из отверстий 54 передающего момент кольца 18 может иметься собственная ось. Оси отверстий 54 могут проходить, по существу, радиально наружу. Исключительно в качестве примера, а не в качестве ограничения, через передающее момент кольцо 18 может проходить примерно шесть отверстий 54. Хотя, в частности, указано шесть отверстий, по другим вариантам осуществления изобретения количество отверстий 54 может быть больше или меньше. Отверстия 54 могут быть разнесены между собой с равными угловыми интервалами вдоль окружности передающего момент кольца 18. Хотя указано, что отверстия 54 разнесены между собой с равными угловыми интервалами вдоль окружности передающего момент кольца 18, по другим вариантам осуществления отверстия 54 могут быть разнесены любым иным образом и/или способом. Ведущие шестерни 12 могут быть расположены внутри отверстий 54 передающего момент кольца 18. Таким образом, ведущие шестерни 12 могут быть разнесены по окружности вдоль передающего момент кольца 18. Количество ведущих шестерней 12, в целом, может соответствовать количеству отверстий 54 в передающем момент кольце 18, хотя по другим вариантам осуществления количество ведущих шестерней 12 может быть меньше количества отверстий 54. В подобных вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, одно или более отверстий 54 могут оставаться открытыми. По вариантам осуществления, где, по меньшей мере, одно или более отверстий 54 остаются открытыми, открытые отверстия 54 не обязательно должны быть расположены равномерно (например, с равными угловыми промежутками) вокруг передающего момент кольца. Вместо этого, открытые отверстия 54 могут быть расположены рядом друг с другом, разнесены от друг друга и/или расположены иным образом/в иной комбинации.

Ведущие шестерни 12 могут свободно вращаться внутри отверстий 54. Ведущие шестерни 12 могут аксиально фиксироваться между внутренней поверхностью корпуса передающего момент кольца (например, картером дифференциала) и радиально внутренней частью 58 передающего момент кольца 18. Корпус передающего момент кольца 18 и радиально внутренняя часть 58 передающего момент кольца, таким образом, ограничивают осевое перемещение ведущей шестерни 12. Радиально внутренняя часть 58 проходит по окружности вдоль передающего момент кольца 18, тем самым делая каждое из отверстий глухим отверстием. Первый торец отверстия 54, расположенный у внешней радиальной поверхности, открыт, тогда как второй торец отверстия 54, расположенный у радиально внутренней части 58, может быть закрыт. Второй торец отверстия 54 может быть расположен напротив первого торца отверстия 54. Поскольку отверстия 54 являются глухими, это позволяет уменьшить трение в зубчатой передаче 10, т.к. ведущие шестерни 12 не испытывают трения от взаимодействия с другими подвижными частями (например, другими подвижными частями дифференциала). Кроме этого радиально внутренняя часть 58 позволяет менять размер центральной оси колеса (не показана) без изменения передающего момент кольца 18. По некоторым вариантам осуществления передающее момент кольцо 18 может включать в себя отверстие, проходящее через радиально внутреннюю часть 58 к центральной оси колеса. Отверстие может быть выполнено с возможностью обеспечения доступа для инструментов и/или других приспособлений к центральной оси колеса без необходимости частичного и/или полного демонтажа зубчатой передачи 10.

Передающее момент кольцо 18 может дополнительно включать в себя каналы 60, расположенные в боковых поверхностях передающего момент кольца 18. Передающее момент кольцо 18 может быть выполнено с возможностью опирания на него внешних поверхностей ведущих шестерней 12 и обеспечения зубчатого зацепления ведущих шестерней 12 с полуосевыми шестернями 14. Передающее момент кольцо 18 может оказывать давление на ведущие шестерни 12 (например, на внешний диаметр d_o.p ведущих шестерней 12) для их радиального перемещения вокруг оси 24 (например, осевой линии центров) полуосевых шестерней 14. За счет зубчатого зацепления между ведущими шестернями 12 и полуосевыми шестернями 14, полуосевые шестерни 14 принудительно поворачиваются вокруг своей оси 24. Поскольку выходное устройство (например, ось колеса) расположено на земле и сопряжено с полуосевыми шестернями 14, транспортное средство, в котором находится зубчатая передача 10, может перемещаться. При принудительном вращении полуосевых шестерней 14 с разной скоростью за счет взаимодействия с земной поверхностью через выходные устройства (например, оси колес) ведущие шестерни 12 могут вращаться внутри передающего момент кольца 18 и зацепляться с полуосевыми шестернями 14 для компенсации. Геликоидальные зубья 20 ведущих шестерней 12 могут заходить в каналы 60 (например, оппозитно расположенные каналы 60) в боковых поверхностях передающего момент кольца 18. Геликоидальные зубья 18 геликоидальной поверхности 46 полуосевой шестерни 14 также могут заходить в каналы на боковых поверхностях передающего момент кольца 18. Таким образом, геликоидальные зубья 20 ведущих шестерней 12 могут входить в зубчатое зацепление с геликоидальными зубьями 50 полуосевой шестерни 14.

Передающее момент кольцо 18 может быть выполнено с возможностью обеспечения гибкости в плане конструктивных признаков для разных вариантов осуществления. Например, по одному из вариантов осуществления передающее момент кольцо 18 может быть видоизменено для обеспечения доступа и удержания С-образных зажимов 26, как это показано на фигурах 6A-B. В другом примере передающее момент кольцо 18 может быть видоизменено таким образом, чтобы оно включало в себя механическую плавкую вставку 68, которая выходит из строя при определенной величине разрывного усилия, определяющей допустимое количество крутящего момента, передаваемого на передающее момент кольцо 18. Например, механическая плавкая вставка 68 может быть срезным штифтом, который срезается при определенной величине крутящего момента. Механическая плавкая вставка 68 может использоваться для ограничения крутящего момента и/или оплавления при определенной величине крутящего момента. Механическая плавкая вставка 68 может удерживать передающее момент кольцо 18 в картере дифференциала 64, например, до достижения заданной величины крутящего момента.

Как уже отмечалось, зубчатая передача 10 может использоваться в дифференциале. Хотя зубчатая передача 10 была рассмотрена на примере использования в дифференциале, по другим вариантам осуществления зубчатая передача 10 может также использоваться и в других областях применения. В случае использования зубчатой передачи 10 в дифференциале дифференциал позволяет осуществлять поворот транспортного средства без потери мощности как левого, так и правого колес ведущей оси. Дифференциал, содержащий зубчатую передачу 10 по настоящему изобретению, может обладать повышенной силой и прочностью, в особенности прочностью с учетом компактных размеров дифференциала. Оболочка зубчатой передачи дифференциала, содержащего зубчатую передачу 10, может быть относительно компактной и обеспечивать дополнительную гибкость при упаковке. Кроме этого по одному из вариантов осуществления изобретения дифференциал, содержащий зубчатую передачу 10, обеспечивает большую унификацию деталей (т.е. одни и те же компоненты могут использоваться в разных типах дифференциалов) и транспортируемость (т.е. возможность использования одной и той же зубчатой передачи и внутренних компонентов для различных моделей транспортных средств), что упрощает производство. Наконец, по одному из вариантов осуществления изобретения дифференциал, содержащий зубчатую передачу 10, позволяет уменьшить потребность в использовании дорогостоящих материалов, а также позволяет снизить шумность, вибрацию и неплавность движения ("NVH"), которые могут быть свойственны другим обычным конструкциям.

В случае использования зубчатой передачи 10 в дифференциале дифференциал также может содержать картер 64 дифференциала. Картер 64 дифференциала может вмещать зубчатую передачу 10 и/или любое количество других компонентов дифференциала. По одному из вариантов осуществления в картере 64 дифференциала могут отсутствовать поперечные отверстия для ведущих шестерней, что может дополнительно упростить его изготовление. Соответственно, в тех вариантах осуществления, где не требуются поперечные отверстия для ведущих шестерней, отверстия в картере 64 дифференциала могут быть сделаны только с осевых торцов картера дифференциала. Картер 64 дифференциала может быть сделан из недорогих материалов. Нагрузки на картер 64 дифференциала могут быть минимальными. Дифференциал также может содержать кольцевую шестерню (не показана). Для вращения картера 64 дифференциала кольцевая шестерня может быть соединена с входным источником и/или приводным источником (не показан) обычным образом. По одному из вариантов осуществления, когда в зубчатой передаче 10 используется передающее момент кольцо 18, передающее момент кольцо 18 может быть установлено внутри картера 64 дифференциала любым обычным образом, известным из уровня техники, таким образом, чтобы оно обеспечивало вращение картера дифференциала. Например, передающее момент кольцо 18 может включать в себя множество аксиально расположенных отверстий, через которые может проходить множество крепежных устройств 66, соединяющих передающее момент кольцо 18 и картер 64 дифференциала. Таким образом, крутящий момент с кольцевой шестерни может передаваться на передающее момент кольцо 18 за счет механического соединения и/или крепления кольцевой шестерни (например, непосредственного крепления к кольцевой шестерне).

По разным вариантам осуществления зубчатая передача 10 может использоваться в открытом дифференциале, дифференциале повышенного трения и/или в блокирующемся дифференциале. Открытый дифференциал позволяет двум осям колес вращаться с разной скоростью. Между тем, открытый дифференциал, в целом, может быть выполнен с возможностью передачи крутящего момента по пути наименьшего сопротивления, что может создавать высокую вероятность заклинивания транспортного средства из-за невозможности передачи крутящего момента на колесо с наибольшей тягой.

Дифференциал повышенного трения может быть, по существу, аналогичен открытому дифференциалу, но может дополнительно включать в себя пакет 65 муфт, выполненных с возможностью ограничения скольжения, возникающего в открытом дифференциале, за счет передачи части мощности с одного колеса на другое (например, если полуосевые шестерни 14 вращаются с разной скоростью из-за разницы тяговых усилий). Пакет 65 муфт наиболее наглядно показан на фиг.10. Пакет 65 муфт может быть механически сопряжен с полуосевой шестерней 14, передающим момент кольцом 18 и/или картером дифференциала для ограничения скольжения и восстановления тягового усилия. В дифференциале повышенного трения, поскольку ведущие шестерни 12 вращаются внутри передающего момент кольца 18 в зацеплении с полуосевыми шестернями 14, усилия расчленения могут создавать давление, перемещающее полуосевые шестерни 14 наружу. Усилие полуосевых шестерней 14 может использоваться для сжимания дисков сцепления пакета 65 муфт. В соответствии с настоящим изобретением передающее момент кольцо 18 и полуосевые шестерни 14 могут быть выполнены с возможностью направления большего усилия расчленения для выталкивания полуосевых шестерней 14 наружу, тем самым увеличивая давление, используемое для сжимания дисков сцепления пакета 65 муфт. Как вариант, дифференциал повышенного трения, содержащий зубчатую передачу 10 по настоящему изобретению, может быть выполнен с возможностью замедления движения ведущих шестерней 12 во время их вращения внутри передающего момент кольца 18.

Блокирующийся дифференциал может быть, по существу, аналогичен открытому дифференциалу, но может быть выполнен с возможностью обеспечения свободного вращения дифференциала во время нормального движения транспортного средства, позволяя двум колесам вращаться с разной скоростью (т.е. аналогично открытому дифференциалу) и полностью блокироваться в случае избыточного скольжения колес. То есть, если колесо начинает проскальзывать, ось колеса может полностью поперечно блокироваться, обеспечивая полную передачу мощности на оба колеса. По одному из вариантов осуществления блокирующийся дифференциал может быть дифференциалом с выборочной блокировкой. Однако по другим вариантам осуществления функция блокировки также может осуществляться автоматически.

На фиг.8 показано изображение в разобранном виде блокирующегося дифференциала. По одному из вариантов осуществления картер 64 дифференциала, в котором находится, по меньшей мере, часть зубчатой передачи 10, может иметь развальцованный корпус (например, как это показано). В частности, картер 12 дифференциала может иметь осевую длину L, позволяющую размещать в нем компоненты дифференциала относительно небольшой длины по сравнению с обычной конструкцией. Соответственно, блокирующийся дифференциал может иметь компактный размер, но, тем не менее, при этом позволяет размещать в нем компоненты дифференциала. По некоторым вариантам осуществления без компактных размеров зубчатой передачи 10 и передающего момент кольца 18 может быть сложно найти достаточное место для дифференциала, а также блокирующихся компонентов. Возвращаясь вновь к фиг.8, блокирующийся дифференциал может дополнительно включать в себя крышку 70. Крышка 70 может быть выполнена с возможностью ее соединения с картером 64 дифференциала. Крышка 70 может содержать втулку 72 и развальцованную часть 74. По одному из вариантов осуществления дифференциала развальцованная часть 74 крышки 70 может быть выполнена с возможностью соответствия развальцованной части картера 64 дифференциала.

Как показано на фиг.8, блокирующийся дифференциал может дополнительно включать в себя стопорное кольцо 76. Стопорное кольцо 76 также именуется стопорной втулкой. Стопорное кольцо 76 может быть выполнено с возможностью поперечного блокирования осей при зацеплении стопорного кольца 76. Передающее момент кольцо 18 может быть выполнено с возможностью передачи крутящего момента на ведущие шестерни 12 или стопорное кольцо 76, в зависимости от режима использования или конструкции. Стопорное кольцо 76, в целом, может иметь кольцеобразную форму и может включать в себя множество аксиально проходящих выступов 78. Выступы 78 могут быть разнесены по окружности вдоль окружности стопорного кольца 76. По одному из вариантов осуществления выступы 78 могут быть разнесены под одинаковым углом вдоль окружности стопорного кольца 76. Хотя было указано, что по одному из вариантов осуществления выступы 78 разнесены под одинаковым углом, по другим вариантам осуществления выступы 78 могут быть разнесены иным образом и/или способом. Стопорное кольцо 76 может быть расположено, по существу, рядом с увеличенным диаметром и может быть непосредственно сопряжено с передающим момент кольцом 18.

Также со ссылкой на фиг.8 блокирующийся дифференциал может дополнительно включать в себя исполнительный механизм 80. Исполнительный механизм 80 может быть выполнен с возможностью зацепления со стопорным кольцом 76 и приведения стопорного кольца 76 в зацепление с полуосевой шестерней 14 для поперечного блокирования осей. Исполнительный механизм 80 может запитываться и/или принимать сигнал с использованием одного или нескольких из следующих средств: электрических, вакуумных, пневматических, гидравлических или механических средств. На фиг.11 показаны воздушные или гидравлическо-механические средства исполнительного механизма 80. В исполнительном механизме 80, показанном на фиг.8, также могут использоваться электрические средства. Исполнительный механизм 80 может включать в себя корпус 82 статора и пластину 84 якоря. Корпус 82 статора может вмещать статор, выполненный с возможностью приведения в действие пластины 84 якоря. Пластина 84 якоря, в свою очередь, выполнена с возможностью приведения в действие стопорного кольца 76. Таким образом, исполнительный механизм 80 выполнен с возможностью передачи движения, после его запитывания, на стопорное кольцо 76, которое может быть зашлицовано с полуосевой шестерней 14, а также может быть дополнительно соединено (например, сопряжено) с передающим момент кольцом 18 через комплементарные профили плоских зубьев. Профили плоских зубьев могут быть оснащены угловыми контактными поверхностями, позволяющими использовать прикладываемый крутящий момент и обеспечивать полное зацепление стопорного кольца 76.

Блокирующий дифференциал, например, аналогичный изображенному на фиг.8, может функционировать в качестве открытого дифференциала до того момента, пока не будет запитан исполнительный механизм 80. Когда крутящий момент с кольцевой шестерни (не показана) передается на передающее момент кольцо 18, стопорное кольцо 76 (например, соединенное с передающим момент кольцом 18) может передавать крутящий момент на полуосевую шестерню 14, при этом никакого относительного перемещения между полуосевой шестерней 14 и передающим момент кольцом 18 не происходит. Пока одна из полуосевых шестерней 14 непосредственно сопряжена с передающим момент кольцом 18, другая полуосевая шестерня 14 не может перемещаться относительно передающего момент кольца 18 за счет зубчатого зацепления с ведущими шестернями 12. Блокированное состояние сохраняется во время движения, движения накатом, движения вперед, движения назад, остановки и начале движения до тех пор, пока осуществляется подача питания на исполнительный механизм 80. После прекращения подачи питания на исполнительный механизм и на измеритель давления крутящего момента возвратная пружина (не показана), перемещающаяся между полуосевой шестерней 14 и блокирующим элементом 76, может возвращать блокирующий компонент 76 в исходное разблокированное положение. Если исполнительный механизм является электрическим исполнительным механизмом, то после отключения статора, расположенного в кожухе 82 статора, пластина якоря 84 может отводиться назад, а выборочно блокируемый дифференциал может возвращаться в положение разомкнутого дифференциала.

Для приведения в действие блокирующего дифференциала, например, аналогичного изображенному на фиг.8, может не требоваться внешнее устройство, кроме источника питания 12 В (т.е. он самодостаточен). По некоторым вариантам осуществления в блокирующем дифференциале может использоваться улучшенный способ приведения в действие с малым люфтом, а также может использоваться устройство индикации блокирования с общим жгутом проводов. Блокирующий дифференциал также может быть выполнен с возможностью установки в другом и/или различных других картерах, при этом единственное изменение в системе для достижения транспортируемости касается лишь штифтов исполнительного механизма и/или длины шлицевой втулки оси колеса полуосевых шестерней 14.

Представленные выше описания конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения даны в качестве примера и пояснения. Они не являются исчерпывающими и не ограничивают изобретение конкретными раскрытыми формами, в свете изложенных выше идей возможны различные изменения и вариации. Варианты осуществления были выбраны и рассмотрены с целью пояснения принципов изобретения и его практического применения, для того чтобы специалисты в данной области техники могли использовать изобретение и различные варианты его осуществления с различными изменениями с учетом конкретных потребностей. В представленном выше описании изобретение было рассмотрено очень подробно, поэтому считается, что после ознакомления и понимания описания изобретения специалистам в данной области техники станут очевидны различные изменения и модификации в изобретении. Предполагается, что изобретение включает в себя любые подобные изменения и модификации в той мере, насколько они соответствуют объему, определяемому прилагаемой формулой изобретения. Подразумевается, что объем изобретения определен в прилагаемой формуле изобретения и ее эквивалентах.

Реферат

Изобретение относится к зубчатым передачам с геликоидальными лобовыми шестернями и может быть использовано в дифференциале. Зубчатая передача (10) содержит полуосевую шестерню (14), являющуюся геликоидальной лобовой шестерней, по меньшей мере, с одним геликоидальным зубом и геликоидальную ведущую шестерню (12), которая может быть выполнена с возможностью зубчатого зацепления с полуосевой шестерней (14). Геликоидальная ведущая шестерня (12) может быть оснащена, по меньшей мере, одним геликоидальным зубом и иметь угол при вершине примерно менее 20°. Также предлагается дифференциал. Дифференциал содержит картер (64) дифференциала и зубчатую передачу (10). Дифференциал может дополнительно включать в себя передающее момент кольцо (18), выполненное с возможностью опирания на него геликоидальной ведущей шестерни (12). Изобретение позволяет использовать большее количество ведущих шестерней и/или ведущие шестерни большего диаметра, а также более прочные ведущие геликоидальные лобовые шестерни с улучшенной опорой в дифференциале. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 15 ил.

Формула

4. Зубчатая передача (10) по п.1, отличающаяся тем, что угол при вершине рассчитывается по следующему уравнению:

где d_o.p является внешним диаметром ведущей шестерни (12), d_l.p - предельным диаметром ведущей шестерни (12), d_o.sg - внешним диаметром полуосевой шестерни (14), a d_in.sg - внутренним диаметром полуосевой шестерни (14).