Ведучий міст ситкарьова для транспортного засобу

Винахід відноситься до транспортних засобів, стосується конструкції ведучого моста і може бути використаний в автомобільній промисловості, транспорті і сільськогосподарському машинобудуванні. Відомі ведучі мости колісних транспортних засобів, у яких для забезпечення різної швидкості обертання ведучи х коліс, наприклад при поворотах, використовується диференціал у вигляді планетарної зубчастої передачі з конічними шестірнями [1]. При русі на криволінійних ділянках дороги такий диференціал забезпечує більш повільне обертання внутрішнього ведучого колеса, що дозволяє уникнути пробуксовки цього ведучого колеса і тим самим не допустити підвищеного зносу його шин, а також втрат потужності через утр уднений поворот транспортного засобу. Недоліком таких ведучих мостів є те, що при попаданні одного з ведучих коліс на слизьку ділянку дороги, воно починає пробуксовувати, а інше ведуче колесо перестає обертатися і тому не здатне зрушити з місця транспортний засіб, наприклад автомобіль. Якщо будь-яке з ведучих коліс автомобіля почне пробуксовувати під час руху по слизькій ділянці, то створюються умови, що викликають бокове занесення автомобіля. Відомий ведучий міст автомобіля, у якому для усунення вищевказаного недоліку використовується кулачковий диференціал підвищеного тертя [2]. Кулачковий диференціал забезпечує передачу крутного моменту на обоє ведучі колеса і виключає можливість зупинки одного ведучого колеса при пробуксовці іншого. Однак, через підвищене тертя в елементах кулачкового диференціала збільшуються витрати потужності і він нечутливий до малих поворотів, при яких внутрішнє ведуче колесо все-таки пробуксовує. Цей недолік відсутній у диференціалах планетарного типу. Тому кулачкові диференціали підвищеного тертя не знайшли широкого застосування. Відомий ведучий міст транспортного засобу, у якому використовується диференціал у вигляді планетарної зубчастої передачі з конічними шестірнями, автоматичне керування його блокуванням за допомогою комплексу додаткових пристроїв [3]. Автоматичне керування включає систему реагування на заданий кут повороту з датчиком кута повороту, зв'язаним з елементом рульового керування, силовим циліндром зубчатої муфти блокування диференціала і з джерелом живлення, два тахометричні датчики, зв'язані з відповідними ведучими колесами транспортного засобу і підключені до електронного блоку, а також перший і другий елементи порівняння, що мають додаткові входи для завдання граничного рівня. Керуючий елемент диференціала містить три гідророзподільники і гідроклапан. Через велику складність конструкції такий пристрій автоматичного керування блокуванням диференціала у ведучи х мостах транспортних засобів практичного застосування не одержав. Відомий ведучий міст транспортного засобу, у якому використовується диференціал, що самоблокується, який включає корпус з розміщеними в ньому пальцями, на яких встановлені сателіти, з якими зв'язані ведучі шестірні шестеренчастих насосів [4]. У корпусі диференціала розміщені вісім шестеренчастих насосів, ведучі шестірні яких встановлені співвісно з шестірнями півосей, при цьому з кожною ведучою шестірнею знаходяться в зачепленні чотири ведені шестірні. Зовнішні циліндричні поверхні корпусів насосів з'єднані радіальними відводами з западинами ведучих шестірень і ці циліндричні поверхні охоплюються кільцями, з'єднаними з картером (корпусом) головної передачі, крім того кільця в нижній частині мають вікна. Через велику складність конструкції цей диференціал, що самоблокується, не одержав практичного застосування у ведучи х мостах. Відомі ведучі мости автомобілів з ручним керуванням примусовим блокуванням диференціала за допомогою зубчатої муфти, привод якої містить вилку, з'єднану зі штоком поршня, розміщеного в приставці, розташованій зовні картера ведучого моста [5,6]. У такому ведучому мосту привод зубчатої муфти для блокування диференціала являє собою автономний вузол, що приставляється до картера ведучого моста, завдяки чому полегшується складання ведучого моста. Однак при зовнішньому розміщенні приводу зубчатої муфти можливе його пошкодження при випадковому наїзді транспортного засобу на яку-небудь велику перешкоду під час руху по бездоріжжю. Крім того, на зазначеній приставці і в просторі між нею і картером ведучого моста можуть накопичуватися грудки грязі, збільшуючи непідресорені маси транспортного засобу і сприяючи корозії. Найбільш близьким за конструкцією до винаходу, що заявляється, є ведучий міст транспортного засобу, що включає корпус диференціала, розташований на підшипниках у картері ведучого моста і з'єднаний з веденою шестірнею головної передачі [7]. Крутний момент від ведучої шестірні головної передачі, закріпленої на ведучому валу, передається на ведену шестірню, а потім на корпус диференціала, який розподіляє його через ведені вали між ведучими колесами транспортного засобу. Ведучий міст споряджений посадженою на один із двох ведених валів зубчатою муфтою для блокування диференціала. Пристрій блокування, крім згаданої муфти , включає привод для переміщення муфти по веденому валу до зачеплення з корпусом диференціала. Таке блокування необхідне у випадку р уху транспортного засобу по бездоріжжю, де можливе буксування коліс. Привод переміщення муфти включає текуче середовище, поршень, шток із закріпленою на ньому вилкою, який служить гідроштовхачем, і пружину стиску. Для блокування диференціала під дією текучого середовища поршень, переборюючи зусилля пружини, переміщує через шток вилку і зв'язану з нею зубчату муфту до її зачеплення з корпусом диференціала. При цьому відбувається блокування диференціала. При виїзді транспортного засобу на дорогу з гарним зчепленням тиск рідкого середовища скидається, гідроштовхач відключається. При цьому пружина розтискується і вилкою виводить зубчату муфту із зачеплення, тобто відбувається розблокування диференціала. При його блокуванні обоє ведені вали мають ту саму швидкість обертання навіть при різному на них навантаженні. У даному ведучому мосту [7] усувається недолік вищевказаних конструкцій [5,6], тому що привод зубчатої муфти цілком захований всередині картера, де він захищений від пошкоджень при наїзді транспортного засобу на які-небудь перешкоди. Недоліком такого ведучого моста є велика складність конструкції. Крім того потрібно, щоб водій (оператор) сам включав і відключав згаданий привод для зубчатої муфти. Усі відомі конструкції ведучих мостів транспортних засобів, основою яких являються диференціали у вигляді планетарних зубчастих передач з конічними шестірнями, мають два основних недоліки: по-перше, потрібне застосування спеціальних пристроїв для блокування диференціала, щоб виключити пробуксовку ведучи х коліс автомобіля, що різко ускладнює конструкцію ведучого моста в цілому; по-друге, збільшується радіальний розмір цього моста, внаслідок чого в автомобілів зменшується дорожній просвіт, що є важливим показником їхньої прохідності. Задачею, на вирішення якої спрямований винахід, є розробка простішої і ефективнішої конструкції ведучого моста з автоматичним регулюванням швидкості обертання двох ведених валів (півосей). Заявлене технічне рішення, створене для вирішення поставленої задачі, полягає у вилученні з головної передачі диференціала на основі планетарної зубчатої передачі з конічними шестірнями і застосуванні нової конструкції з'єднання ведених валів з веденою шестірнею головної передачі. Таке технічне рішення дозволяє досягнути технічного результату, що полягає в спрощенні і здешевленні конструкції ведучого моста, а також у збільшенні довговічності і надійності транспортного засобу за рахунок застосування принципу обмеженого саморегулювання швидкостей обертання двох ведених валів. Теоретичне обгрунтування достатності застосування обмеженого саморегулювання цих швидкостей підтверджується наступним розрахунком. Як видно з Фіг.1, при повороті автомобіля на кут а, його зовнішнє колесо буде руха тися по радіусу R, а вн утрішнє колесо - по радіусу (R-t), де t - відстань між цими колесами. Кількість обертів зовнішнього колеса nн при повороті машини на кут α визначається формулою nн = Ra /d, а внутрішнього колеса nв відповідно nв = (R-t)a /d, де d - діаметр коліс. Зовнішнє колесо зробить більше обертів на величину n нв=nн-nв, що визначається формулою nн-в = Ra /d - (R-t)a /d = at/d Тобто величина nн-в не залежить від радіуса повороту R. Цей висновок для багатьох буде несподіваним. Оскільки для вантажних автомобілів t/d »1, то при куті повороту α = 90°= p/2 за вищевказаною формулою знаходимо: nн-в = 1,57, а при куті α = 180° = p: nн-в = 3,14. Для легкових автомобілів t/d » 1,5, то при куті повороту α = 90°= p/2 відповідно: nн-в = 2,36, а при куті α = 180° = p: nн-в = 4,71. Одержуємо другий уже для всіх новий висновок: при розвороті машини, щоб руха тися назад, зовнішнє колесо зробить кількість обертів в порівнянні з внутрішнім усього лише більше на 3,14 оберти для вантажних і на 4,71 оберти для легкових автомобілів. Ці два висновки доведення Ситкарьова дозволяють запропонувати для ведучого моста нову конструкцію, що забезпечує необхідне саморегулювання швидкостей обертання ведучи х коліс. Принцип обмеженого саморегулювання швидкостей обертання двох ведених валів реалізується завдяки заявленому пристрою, названому ведучим мостом Ситкарьова для транспортного засобу. Суть запропонованого технічного рішення полягає в тому, що у ведучому мосту для транспортного засобу, який включає картер, ведучий вал, головн у передачу у вигляді зубчатого зачеплення ведучої і веденої шестірень, корпус диференціала, виконаний з центральним отвором, розташований на підшипниках у картері і жорстко з'єднаний з веденою шестірнею, два ведених вали, одним кінцем рухомо закріплених у корпусі диференціала з можливістю обертання, і пружний елемент, відповідно запропонованому технічному рішенню, у ведених валах з боку корпусу ди ференціала виконані співвісні циліндричні порожнини з гвинтовою різзю, центральний отвір корпусу ди ференціала виконаний фігурним, причому через нього і співвісно йому проходить стрижень, виконаний у середній частині з відповідним конфігурації отвору поперечним перерізом, встановлений з можливістю переміщення в цьому отворі вздовж його осі, а циліндричні кінці стрижня споряджені елементами, що входять у зачеплення з внутрішньою гвинтовою різзю ведених валів, при цьому в кожному веденому валу між дном його порожнини і торцем стрижня встановлений пружний елемент. Заявлений ведучий міст відрізняється від прототипу ще й тим, що фігурний отвір у корпусі диференціала і відповідний йому перетин стрижня мають вигляд многокутника, або виконані у формі шліцьового чи зубчатого з'єднання. Зв'язок між ведучою і веденою шестірнями головної передачі може бути виконаний у вигляді конічної чи циліндричної зубчастої передачі, або у вигляді пасової передачі. Гвинтова різь на внутрішній поверхні порожнин ведених валів може бути виконана як широкоходова, а елементи на циліндричних кінцях стрижня можуть мати вигляд гвинтової різі або тіл кочення, наприклад кульок, встановлених в канавках гвинтової різі. Пружний елемент може бути виконаний у вигляді спіральних пружин. Для зручності складання стрижень може бути виконаний складаним, наприклад один циліндричний кінець стрижня виконується знімним. Рішень, що характеризуються сукупністю ознак заявленого винаходу, у доступних джерелах інформації не знайдено і порівняльний аналіз запропонованого пристрою з конструкціями відомих ведучи х мостів дозволяє зробити висновок про те, що заявлена конструкція відрізняється від відомих наявністю нових суттєви х ознак, тобто про її відповідність критерію "новизна". При вивченні інших те хнічних рішень не виявлено впливу сукупності відрізняючих ознак заявленого винаходу на спрощення конструкції і підвищення ефективності роботи ведучого моста. Це свідчить про творчий характер запропонованого рішення, тобто про його відповідність критерію "винахідницький рівень". Суть винаходу пояснюється кресленнями. На Фіг.1 схематично показана траєкторія руху ведучих коліс автомобіля на криволінійній ділянці дороги; на Фіг.2 зображений загальний вид запропонованого пристрою з розрізом вертикальною осьовою площиною; на Фіг.3-5 зображені різні форми фігурного отвору в корпусі диференціала і відповідного їм перетину середньої частини стрижня (перетин А-А на Фіг.2); на Фіг.6 показаний варіант гвинтового нарізного сполучення одного з циліндричних кінців стрижня з порожниною веденого вала з допомогою кульок, розміщених в заглибинах на циліндричному кінці стрижня. Заявлений ведучий міст (Фіг.2) включає картер 1, ведучий вал 2, головну передачу у вигляді зубчатого зачеплення ведучої шестірні 3 і веденої шестірні 4, причому ведуча шестірня 3 жорстко закріплена на ведучому валу 2. Ведена шестірня 4 жорстко з'єднана з корпусом 5 диференціала. У корпусі диференціала, встановленому на підшипниках 6 у картері 1, виконаний центральний осьовий отвір 7 у формі шестигранника, через який проходить стрижень, середня частина 8 якого являє собою шестигранний пруток, встановлений у шестигранному отворі 7 з можливістю переміщува тись уздовж його по ковзній посадці. Стрижень з обох кінців закінчується різьбовими циліндричними наконечниками 9 і 10, причому для зручності складання наконечник 9 виконаний із середньою частиною 8 як одне ціле, а наконечник 10 являє собою окрему деталь, яка жорстко кріпиться до середньої частини 8, наприклад гвинтом 11. Ведені вали (півосі) 12 і 13 з боку корпуса 5 диференціала мають співвісні циліндричні порожнини 14 і 15 відповідно. На внутрішній циліндричній поверхні порожнин виконана гвинтова різь 16, що входить у зачеплення з елементами 17 циліндричних кінців 9 і 10 стрижня, виконаними у вигляді зовнішньої гвинтової нарізки. У кожному веденому валу між дном 18 його порожнини і торцем стрижня встановлений пружний елемент 19 у вигляді пружини. Ведені вали одним кінцем рухомо закріплені в корпусі 5 диференціала з можливістю обертання за допомогою підшипників 20. Установка стрижня у фігурному отворі корпуса диференціала може мати різні варіанти: стрижень і отвір можуть бути виконані у вигляді багатогранників (Фіг.3), шліцьового з'єднання (Фіг.4), чи зубчатого з'єднання (Фіг.3). При цьому для зменшення тертя в канавках гвинтової нарізки порожнин ведених валів на циліндричних кінцях стрижня можуть бути встановлені кульки 21 (Фіг.6). Робота запропонованого пристрою здійснюється в такий спосіб. Рух машини відбувається при передачі обертання від ведучого вала 2 через ведучу шестірню 3 на ведену шестірню 4, яка приводить в обертання корпус 5 диференціала і складаний стрижень (8,9,10). Складаний стрижень через різьбові наконечники 9 і 10 передає крутний момент на ведені вали (півосі) 12 і 13. Гвинтова нарізка на наконечнику 9 і в порожнині лівого веденого вала 12 виконана протилежною за напрямком, ніж на наконечнику 10 і в порожнині правого веденого вала 13. При цьому гвинтові різі виконані таким чином, що при русі машини вперед наконечники прагнуть перемістити півосі одну до одної, але їх кріплення в корпусі 5 диференціала цьому перешкоджає, тому наконечники 9 і 10 змушують обертатися разом з собою і ведені вали 12 і 13. При русі машини назад наконечники при такій гвинтовій нарізці будуть уже прагнути відсун ути півосі, але їх кріплення в корпусі 5 диференціала перешкоджає цьому, тому наконечники 9 і 10 змушують обертатися разом з собою ведені вали 12 і 13 у зворотному напрямку. Запропонована конструкція ведучого моста забезпечує наступний : взаємозв'язок швидкостей його ланок: Nн+nв=2nд, при цьому nн = nд + 0,5n н-в, nв = nд - 0,5n н-в, nн-в = at/d, де nд - число обертів веденої шестірні і відповідно корпуса диференціала, інші позначення наведені вище. Наприклад, при русі вантажної машини вперед і повороті її вправо на 90° ліве колесо (на півосі 12) є зовнішнім і буде швидше обертатися, а обертання правого колеса (на півосі 13) відповідно сповільниться. При цьому лівий наконечник 9 буде на 0,5nн-в = 0,785 оберта переміщуватися до корпусу 5 ди ференціала, а правий наконечник 10 буде одночасно відсуватися від цього корпусу на ці ж 0,785 оберта. Це означає, що ліва піввісь 12 додатково одержує обертання (за рахунок відносного викручування наконечника 9 з порожнини лівої півосі 12) на ці ж 0,785 оберта, а права піввісь 13 знижує швидкість обертання (за рахунок відносного закручування при цьому правого наконечника 10 у порожнину правої півосі 13) на ці ж 0,785 оберта. У цілому ліве ведуче колесо зробить при повороті вантажної машини вправо на 90° більше обертів, чим праве, всього на nн-в = 1,57 оберта (як показано вище розрахунком). Співвісний рух наконечників при повороті машини викликає розтягання однієї і стиск іншої пружини 19. Після здійснення повороту необхідно до початку наступного повороту забезпечити, щоб наконечники 9 і 10 повернулися в їх ви хідне (чи середнє) положення. Цьому будуть сприяти поступове вирівнювання навантаження на ведучі колеса при закінченні повороту і дія пружин 19. Цьому ж сприяє короткочасне відключення навантаження на вали, наприклад, скиданням газу для переключення швидкостей, оскільки при знятті навантаження на наконечники і відповідно, на ведені вали зменшиться опір переміщенню стрижня в його вихідне (чи середнє) положення. Для підсилення дії пружин 19 між торцями стрижня і днищами 18 порожнин 14 і 15 ведених валів можна встановлювати не одну, а дві пружини різного діаметра, що входять одна в одну. Оскільки небажано збільшувати хід переміщення кожного наконечника стрижня всередині порожнини (щоб не збільшувати розміри конструкції моста), досить для автомобілів прийняти умову разового безперервного повороту не більш як на 270°, тобто прийняти згідно вищеприведеного розрахунку допустимий поворот кожного наконечника відносно порожнини, рівний усього лише 2,36 оберта для вантажних і 3,54 оберта для легкових автомобілів. При цій умові у випадку попадання одного ведучого колеса на слизьке місце воно додатково повернеться відносно іншого ведучого колеса не більш як на 4,7 оберта для вантажних і 7,1 оберта для легкових автомобілів, після чого обидва колеса будуть обертатися з однією швидкістю. Після кожного повороту чи попадання на слизьке місце для повернення наконечників у їх ви хідне положення досить буде хоча б короткочасного руху вперед чи короткочасного скидання навантаження (для переключення швидкостей чи спеціально). Отже, ведучий міст Ситкарьова для транспортного засобу забезпечує діапазон саморегуляції швидкостей обертання двох ведених валів, практично завжди достатній, наприклад, для автомобілів. Переваги запропонованого ведучого моста: 1) спрощується конструкція моста, тому що непотрібно застосовувати спеціальний механізм блокування диференціала, крім того вона дешевша через виключення дорогого диференціала у вигляді планетарної зубчастої передачі з конічними шестірнями; 2) виключається пробуксовка ведучих коліс транспортного засобу, коли одне з них попадає на пісок, слизьке місце, вологий пухкий грунт чи коли одне колесо зависає в повітрі; 3) через відсутність пробуксовок збільшується термін служби шин ведучи х коліс; 4) зменшується радіальний розмір ведучого моста через спрощення його конструкції, що сприяє збільшенню дорожнього просвіту, тобто прохідності автомобіля. Тому доцільно на всіх автомобілях і інших транспортних засобах застосувати ведучий міст запропонованої конструкції. Джерела інформації 1. Кожевников С.Н. Теорія механізмів і машин /М.-Ма шинобудування.-1969,с.307-309 2. Боровских Ю.И. і ін. Пристрій автомобілів /М.-Высш.Школа,1983,с.119 3. Заявка України №95125096 від 01.12.95, кл. В60К17/20, Бюл. №3, 1998 4. Патент України №23883 А від 31.08.98, кл. F16Η1/44, Бюл.№4, 1998 5. Заявка Японії №60-580, кл. F16Η1/445 6. Заявка ЕПВ №256746, кл. F16Η1/44 7. Патент РФ №2141901, кл. В60К17/16, Бюл. №33, 1999 – прототип