6.4. Навантаження шестеренчастого диференціала

На рисунку 6.3 наведена схема симетричного конічного диференціала, в якому моменти на ведені вали (півосі) розподіляються порівно.

Момент, що підводиться до коробки диференціала розподіляється між відстаючим і забігаючим ведучими колесами. Тобто

. (6.9)

Момент на забігаючому колесі

(6.10)

де R_z – вертикальна реакція дороги на колесо.

Рис. 6.3. Кінематична схема конічного

симетричного диференціала:

0 – корпус диференціала (водило),

1, 2 – пiвосьовi шестерні, 3 – сателіти

Момент на відстаючому колесі

, (6.11)

де K_б – коефіцієнт блокування диференціала, для шестеренчастого диференціала K_б = 0,05...0,15.

Мінімальне значення коефіцієнта зчеплення _min в формулу (6.10) підставляти для чотирьох типів доріг (ущільнений сніг – _min = 0,15, мокра ґрунтова дорога – _min = 0,4, мокрий асфальт – _min = 0,5, сухий асфальт – _min = 0,7) і на основі цього встановити, на якій дорозі може бути реалізований максимальний обертовий момент двигуна.

Основними параметрами диференціала є:

• модуль півосьових шестерень і сателітів;

• тиск на опорну поверхню осі сателітів у самому сателіті;

• тиск на опорну поверхню осі сателітів в коробці диференціала;

• тиск на торець сателітів;

• тиск на торець півосьових шестерень.

Середній коловий модуль зубчастих коліс диференціала визначається за максимальним моментом з врахуванням того, що колеса є прямозубими ( ), крутний момент розподіляється між сателітами порівно і кожний сателіт передає навантаження через два зубці. Тому формула для розрахунку середнього модуля набуває вигляду

, (6.12)

де _Fp – допустиме статичне напруження згину _Fp =700…900 МПа, вибирається за табл. 3.1; q – кількість сателітів, q = 3…4; Z_c – кількість зубців сателіта Z_c =10...14.

Тиск на опорну поверхню осі сателіта в самому сателіті визначається за формулою

(6.13)

де r – радіус середньої точки зубця сателіта відносно осі півосьових шестерень; d, l – діаметр і довжина осі сателіта у самому сателіті.

Тиск на опорну поверхню осі сателіта в коробці диференціала:

(6.14)

де r₁ – радіус середньої точки осі сателіта в коробці диференціала відносно осі півосьових шестерень; l₁ – довжина осі сателіта в коробці диференціала.

Тиск на торець сателіта:

(6.15)

де d₁ – зовнішній діаметр кільця контакту сателіта з коробкою диференціалу;  = 20⁰ – кут зачеплення; - половина кута при вершині конуса сателіта.

Тиск на торець півосьової шестерні:

(6.16)

де – відповідно більший і менший діаметри кільця контакту півосьової шестерні з коробкою диференціалу.

Допустимі значення відповідних тисків:

6.5. Розрахунок півосей

Розрахункові схеми навантаження напіврозвантаженої і повністю розвантаженої півосей, як найбільш часто використовуваних, показані на рис. 6.4.

На рис. 6.4. показані наступні силові фактори, що діють на піввісь ведучого колеса: обертовий Т_к або гальмовий Т_ моменти, викликані ними відповідно тягова Р_к або гальмова Р_ сили, виникаюча під час повороту чи заносу бокова реакція R_у. Причому максимальна повздовжня (тягова Р_к або гальмова Р_) і поперечна R_у сили можуть діяти тільки роздільно, оскільки їх сумісна дія виключається із-за обмеженого значення сили зчеплення Р_ колеса з дорогою.

а

б

Рис. 6.4. Розрахункові схеми і епюри навантаження півосей: а – напіврозвантаженої; б – повністю розвантаженої

Під час розрахунку півосей розглядають три характерні режими навантаження:

– максимальна тяга;

– занос автомобіля;

– переїзд через перешкоду.

Напіврозвантажену піввісь розраховують за всіма трьома навантажувальними режимами. На ¾ розвантажену піввісь, що жорстко установлена та повністю розвантажену піввісь розраховують тільки за першим навантажувальним режимом. Розрахунок ведуть за найбільш навантаженими перерізами – зона установки зовнішнього підшипника та зона з’єднання з піввіссю її фланця.

У напіврозвантаженій півосі у разі першого навантажувального режиму в зоні установки зовнішнього підшипника діє результуючий згінний момент

, (6.17)

де с – відстань від середньої площини колеса до небезпечного перерізу; R_z – нормальна реакція дороги на колеса; P_к – тягова сила на ведучих колесах.

Вертикальна реакція R_z, що діє на колесо

, (6.18)

де М_і – маса, що припадає на і-й ведучий міст; m_к – коефіцієнт динамічної зміни навантаження, у разі реалізації максимальної тягової сили:

– для задньоприводного автомобіля;

– для передньоприводного автомобіля.

Визначають два значення тягової сили:

- за двигуном

; (6.19)

• за максимальним зчепленням ведучих коліс з дорогою (при  = 0,8)

. (6.20)