6.2.4. Коэффициент блокировки дифференциала

Распределение крутящего момента между ведущими колесами автомобиля оценивается коэффициентом блокировки дифференциала.

В [1,2] даются две трактовки понятия коэффициента блокировки дифференциала:

1. Под коэффициентом блокировки дифференциала КБ понимают отношение крутящего момента Мот, подводимого к отстающей полуоси, к крутящему моменту Мзаб, подводимому к забегающей полуоси, при относительном вращении полуосей:

КБ = Мот / Мзаб = (Мдиф + Мтр) / (Мдиф – Мтр). ( 6.13 )

Теоретически коэффициент блокировки КБ может изменяться от КБ = 1, когда внутреннее трение в дифференциале отсутствует (Мтр = 0), до КБ = ∞, когда Мзаб = 0, что может быть только на абсолютно гладкой поверхности с φ = 0 или при отрыве колеса.

Момент внутреннего трения дифференциала – это разность крутящих моментов на отстающей и забегающей полуосях:

Мтр = Мот – Мзаб ( 6.14 )

Удельный внутренний момент трения дифференциала – это отношение момента внутреннего трения к полному моменту, подведенному к дифференциалу, равному сумме крутящих моментов на отстающей и забегающей полуосях.

В процессе эксплуатации автомобилей предельные значения коэффициента сцепления под отдельными колесами встречаются крайне редко. По данным [1] КБ = 3 достаточен для 80 % дорожных условий, а КБ = 5 – для 94 %. В существующих конструкциях дифференциалов повышенного трения КБ = 2 – 3.

Известно [1], что КПД дифференциала обратно пропорционален коэффициенту блокировки КБ

ηД = 1 / КБ. ( 6.15 )

При работе (относительном вращении полуосевых шестерен) простого симметричного конического дифференциала имеют место потери в зацеплениях сателлитов и полуосевых шестерен, а также в подшипниках скольжения сателлитов на оси крестовины и полуосевых шестерен в корпусе дифференциала. С их учетом ηД = 0,91 – 0,93 и коэффициент блокировки КБ составляет 1,07 – 1,10. С учетом же трения сателлитов и полуосевых шестерен о корпус дифференциала КБ = 1,20 – 1,25.

2. Под коэффициентом блокировки дифференциала КБ^* понимают отношение момента внутреннего трения Мтр в дифференциале к моменту Мдиф, подведенному к его корпусу:

КБ^* = (Мот – Мзаб) / Мдиф = Мтр / Мдиф , ( 6.16 )

где КБ^* = 0...1; КБ^* = 0 при Мтр = 0; КБ^* = 1 при Мтр = Мдиф (полная блокировка дифференциала).

У применяемых на автомобилях и тракторах дифференциалов повышенного трения КБ^* = 0,3...0,5.

Соотношение между КБ^* и КБ имеет вид:

КБ^* = (КБ – 1) / (КБ + 1). ( 6.17 )

6.2.5. Самоблокирующиеся дифференциалы повышенного трения

Самоблокирующиеся дифференциалы позволяют к ведущему колесу, находящемуся в лучших условиях по сцеплению с опорной поверхностью, подводить больший крутящий момент.

Рис. 6.15. Схема, поясняющая работу дифференциала повышенного трения

Рассмотрим схему (рис. 6.15), поясняющую работу дифференциала повышенного трения. Левая 1 и правая 2 полуоси дифференциала связаны между собой пакетом сжатых фрикционных дисков. При разных угловых скоростях левой и правой полуосей дифференциала диски, проворачиваясь, создают момент трения МТР. Левое колесо условно находится на поверхности с низким коэффициентом сцепления φmin, а правое – на поверхности с высоким коэффициентом сцепления φmax. К корпусу дифференциала подводится момент МВ, который распределяется между левой и правой полуосями. Предположим, что из-за плохих сцепных свойств левого колеса с опорной поверхностью оно начало пробуксовывать, и левая полуось начала проворачиваться относительно правой (то есть угловая скорость вращения левой полуоси выше, чем правой). При этом забегающая (левая) полуось нагружается крутящим моментом, величина которого ограничивается предельным моментом по сцеплению буксующего колеса с грунтом: Мзаб = Ма1 = Мφmin .

При вращении забегающая полуось за счет трения в дифференциале увлекает за собой отстающую полуось, вследствие чего крутящий момент на отстающей полуоси возрастает на величину момента трения Мтр в дифференциале: Мот = Ма2 = Мφmin + Мтр .

Так как крутящий момент, подводимый к корпусу дифференциала МВ = Ма1 + Ма2 = 2 Мφmin + Мтр , то моменты на его полуосях определяются из выражений:

Мзаб = Ма1 = 0,5 (МВ – Мтр); Мот = Ма2 = 0,5 (МВ + Мтр) . ( 6.18 )

Из полученных выражений видно, что при повышении момента трения в дифференциале увеличивается момент на отстающей полуоси, который может быть реализован на небуксующем колесе.

Таким образом, для повышения тяговых показателей требуется увеличивать момент трения в дифференциале. Однако при этом необходимо помнить, что при движении автомобиля по криволинейной траектории по твердой опорной поверхности (асфальт, бетон) с увеличением момента трения в дифференциале возрастает интенсивность изнашивания шин.