Анализ конструкций дифференциалов

1. Симметричный конический дифференциал.

Наиболее распространенный тип (их часто называют простыми). Коэффициент блокировки для такого дифференциала можно считать равным единице. Число зубьев шестерен и полуосевых шесте­рен может быть четным или нечетным, но для обеспечения сборки должно подчиняться условию:

(7. 1 )

где Z _ш - число зубьев полуосевой шестерни;

- число сател­литов;

К - целое число.

Основные преимущества такого дифференциала:

- обеспечение устойчивости при движении по скользкой дороге
и торможении двигателем благодаря равенству тангенциальных реак­ций на ведущих колесах;

- простота конструкции, малые размерь; и масса, надежность,
высокий КПД.

Отрицательным качеством является ограничение проходимости.

2. Симметричный цилиндрический дифференциал.

Примером такого дифференциала является дифференциал автомобиля "Татра".

Он имеет небольшие размеры в случае установки перед главной передачей. Имеет большее число зубчатых колес, чем конический, бо­лее сложен в изготовлении. Применяется в основном в качестве меж­осевого дифференциала.

3. Самоблокирующиеся дифференциалы.

Конструкций такого типа известно достаточно много, но на ав­томобилях применяются лишь шестеренчатые конические дифферен­циалы. Они включают в себя те же детали, что и простой конический, единственное отличие в профиле зубьев. Профиль зубьев сателлитов и полуосевых шестерен специальный, что приводит к изменению пе­редаточного числа. Передаточное число имеет максимальное значе­ние при контакте ножки зуба сателлита с головкой зуба полуосевой шестерни и минимальное значение - при контакте головки зуба сател­лита с ножкой зуба полуосевой шестерни. Число зубьев сателлита обязательно должно быть нечетным. Коэффициент блокировки тако­го дифференциала переменный от 2,0 до 2,5. Недостаточная величина коэффициента блокировки, не обеспечивающая значительного, повышения проходимости, является одной из причин ограничивающих применение таких дифференциалов. Вместе с тем при вращении са­теллита в такой конструкции создается пульсация момента в транс­миссии, что ограничивает допустимую величину К 6.

4. Дифференциалы свободного хода.

Эти механизмы не всегда относят к дифференциалам, поскольку они не подчиняются закономерностям, установленным кинематиче­ским уравнением дифференциала.

Известна конструкция роликового дифференциала свободного хода. Коэффициент блокировки для него равен бесконечности, что позволяет передавать тяговое усилие на одно колесо, когда второе вы­вешено или когда полуось сломана. Дифференциал работает практи­чески постоянно, поэтому крутящий момент передается в большинст­ве случаев через одно колесо, что может сказаться на управляемости. Его большим недостатком является также недостаточная долговеч­ность.

Дальнейшим развитием конструкций этого типа явились кулач­ковые дифференциалы свободного хода (МАЗ-537). Однако кулачко­вый дифференциал свободного хода технологически очень сложен, что отражается на его стоимости.

5. Дифференциалы повышенного трения.

Конструктивно могут выполняться различными: шестеренчаты­ми с фрикционными элементами, червячными, кулачковыми (сухар­ными), гидравлическими. По рабочему процессу их можно разбить на три группы:

1) с постоянным моментом трения;

2) с моментом трения, пропорциональным передаваемому мо­менту:

3) с моментом трения, пропорциональным квадрату разности уг­ловых скоростей выходных валов.

Из наиболее известных конструкций дифференциалов такого типа следует назвать следующие:

- шестеренчатый дифференциал с моментом трения, пропорци­ональным передаваемому моменту. Используется на автомобилях высокого класса, имеет постоянный коэффициент блокировки, обычно 4:

- червячный дифференциал. Применяется крайне редко, по­скольку является наиболее дорогостоящим и сложным;

- кулачковый дифференциал (сухарный). В выполненных конструкциях коэффициент блокировки равен 4-5. Его основным недостат­ком является возможность заклинивания при сильном износе сухарей:

- гидравлические дифференциалы ("силиконовые"). Опыт эксплуатации таких дифференциалов пока отсутствует. Однако некото­рые выводы об их достоинствах и недостатках дают экспериментальные исследования. В качестве основных недостатков отмечены следу­ющие: давление, создаваемое насосом, должно

быть высоким, что трудно осуществимо, а гидравлическое сопротивление зависит от тем­пературы масла.

В целом можно сделать вывод о том, что практически в 90% всех автомобилей используются простые конические дифференциалы.

6. Межосевые дифференциалы.

Симметричные межосевые дифференциалы, устанавливаемые между равнонагруженными мостами автомобилей повышенной и вы­сокой проходимости, выполняют обычно коническими с возможно­стью блокировки с места водителя. Их устанавливают или в раздаточ­ной коробке (ВАЗ-2121), или на промежуточном мосту трехосного ав­томобиля (КамАЗ-5320) в приводе главной передачи. Несимметрич­ные межосевые дифференциалы, устанавливаемые в раздаточных коробках и распределяющие крутящие моменты соответственно мас­сам, приходящимся на ведущие мосты, выполняют главным образом цилиндрическими планетарными (КамАЗ-4310). При принудитель­ной блокировке дифференциала все его элементы вращаются как од­но целое и коэффициент блокировки равен бесконечности. Момент включения определяется водителем, что не всегда оптимально: если не выключена блокировка при движении по хорошей дороге, наблю­дается ускоренное изнашивание шин; на дороге с неоднородным ко­эффициентом сцепления возможна потеря устойчивости.

Крутящий момент от межколесного дифференциала к каждому из ведущих колес может передаваться с помощью:

1) вала и шарниров, размещенных в приводе ведущих управляе­мых колес;

2) привода ведущих колес;

3) вала, соединяющего непосредственно ведущее колесо с диф­ференциалом.

В зависимости от схемы подшипникового узла вал ведущего ко­леса (полуоси) может быть или нагружен изгибающим моментом от сил взаимодействия колес с дорогой, или разгружен от таких момен­тов. На рис. 7.1 приведены схемы подшипниковых узлов ведущего колеса. Первая схема (рис. 7.1 а) используется в грузовых автомоби­лях. Благодаря тому, что подшипники несколько разнесены, изгибаю­щие моменты от сил взаимодействия колес с дорогой воспринимают­ся картером, не нагружая полуось. Вторая схема (рис. 7.1 б) отличается от первой тем, что вместо двух подшипников имеется только один. В этом случае изгибающие моменты от сил взаимодействия колеса с до­рогой воспринимаются совместно полуосью и картером ведущего мо­ста. Эта схема применяется редко.

Рис. 7.1. Схемы подшипниковых узлов с полуосями:

а – разгруженной; б – разгруженной на три четверти; в – полуразгруженной.

В третьей схеме (рис. 7.1 в) полуось у внешнего конца имеет шейку, на которую установлен подшипник, расположенный во внут­ренней расточке картера ведущего моста. На внешнем конце полуоси крепится ступица колеса. Она отсутствует в том случае, когда полуось выполняют с фланцем, к которому крепят тормозной барабан и диск колеса. Изгибающие моменты от сил взаимодействия колеса с доро­гой воспринимаются полуосью. Моменты от вертикальной R_z и про­дольной R_х сил незначительны, так как плечо а выполняют возможно меньшим, момент от поперечной силы R_у может достичь большой величины. По такой схеме, являющейся наиболее простой, выполня­ют подшипниковый узел колеса в легковых автомобилях.

Деформация полуоси при передаче крутящего момента (при кручении) характеризуется взаимным поворотом смежных сечений. Угол поворота одного сечения относительно другого называется уг­лом закручивания

, (7.2)

где М _k - максимальный крутящий момент, передаваемый полуосью;

l - расстояние от средины длины шлицев полуоси до внутренне­го торца ее фланца;

G - модуль упругости при кручении G=0,85 ГПа или 0,85.×10⁶кгс/см²;

- полярный момент инерции ;

d -диаметр полуоси.

Величину касательных напряжений в полуоси определяют по формуле:

, (7.3)

где W_р – полярный момент сопротивления при кручении .

В практике исследований деформаций и напряжений деталей автомобиля широкое применение нашли методы электротензомет­рии, основанные на использовании изменения электросопротивления проволочных тензорезисторов при их деформации.