8.1.4.6. Вибір та розрахунок підшипників головної передачі
Вибір та розрахунок підшипників головної передачі проводиться аналогічно вибору та розрахунку підшипників коробки передач з врахуванням особливостей розрахунку необхідних величин для головної передачі.
8.2. Диференціал
8.2.1. Призначення, вимоги до конструкцій та класифікація диференціалів
Диференціал призначений для розподілу крутного моменту, що підводиться від двигуна між окремими ведучими колесами або мостами автомобіля в заданому відношенні та для забезпечення обертання ведучих коліс з різними кутовими швидкостями під час руху автомобіля на поворотах i по нерівних дорогах.
До автомобільних диференціалів ставляться наступні вимоги:
розподіляти крутні моменти між окремими колесами, осями чи бортами автомобіля пропорційно навантаженню на них;
забезпечувати різні частоти обертання ведучих коліс під час руху автомобіля на поворотах i по нерівних дорогах;
мати малi габарити, масу i високий к.к.д.
Основними класифікаційними ознаками є місце установки, конструкція основних елементів та характер розподілу крутного моменту між вихідними валами, тому диференціали можна класифікувати:
1. За місцем розташування:
- мiжколiснi;
- мiжосьовi;
- мiжбортовi;
- мiжланковi.
2. За конструкцією:
- шестеренчасті (циліндричні і конічні);
- кулачкові;
- черв’ячні.
3. За характером розподілу крутного моменту:
- симетричні;
- несиметричні;
4. За ступенем автоматичності:
- без блокування;
- з ручним блокуванням;
- само блокувальні.
5. За величиною коефіцієнта блокування:
- з малим внутрішнім тертям (Кб = 0...0,2);
- з підвищеним внутрішнім тертям (Кб = 0,21...0,7);
- блоковані (Кб > 0,7).
Кулачкові і черв'ячні диференціали одночасно є диференціалами підвищеного тертя. У разі введення в конструкцію шестерневих диференціалів спеціальних пристроїв, що підвищують внутрішнє тертя, наприклад муфти тертя, можна також перетворити їх у диференціали підвищеного тертя.
8.2.2. Кінематичні та силові зв’язки в диференціалах
Автомобільні диференціали - це планетарні механізми з трьома ланками i двома ступенями вільності. Такими ланками є: корпус диференціалу (водило) 1, сателіти 3 та пiвосьовi шестерні 1 і 2. На рисунку 8.2.1, а наведена схема симетричного конічного диференціалу, в якому моменти на ведені вали розподіляються порівно, а на рис. 8.2.1, б наведена схема несиметричного циліндричного диференціалу, в якому крутні моменти на ведені вали розподіляються у певному співвідношенні. Це співвідношення вибирається близьким до відношення навантажень на колеса чи осі, яки приводяться відповідними веденими валами.
а б
Рис. 8.2.1. Кінематичні схеми конічного симетричного диференціала (а) і циліндричного несиметричного диференціала (б):
0 – корпус диференціала (водило), 1, 2 - пiвосьовi шестерні, 3 - сателіти.
Симетричні диференціали використовуються у ведучих мостах як мiжколiснi, а несиметричні конструюються, як правило, разом з роздавальною коробкою i використовуються як мiжосьовi диференціали.
Основною характеристикою диференціалу є його коефіцієнт блокування
,
(8.2.1)
де Тr – момент тертя в диференціалі;
То – обертовий момент, що підводиться до диференціалу;
Тв (Т2), Тз (Т1) – моменти, що передаються від диференціалу відповідно на відстаюче та забігаючи ведучі колеса, які визначаються як:
(8.2.2)
Кінематичні зв’язки в диференціалі визначаються шляхом застосування стандартного для шестеренчастих планетарних механізмів методу - зупинки водила.
Тоді внутрішнє передатне число
(8.2.3)
де z1 і z2 - кількість зубців пiвосьових шестерень; 1, 2, 0, - кутові швидкості відповідних півосей та коробки диференціалу.
Після спрощень отримаємо:
(8.2.4)
Це i є рівняння кінематики диференціалу. Якщо z1 = z2, то и = -1 i диференціал називається симетричним. Знак "-" вказує, що при нерухомому водилi (коробці диференціалу) вихідні вали (півосі) обертаються в протилежні сторони. Якщо и 1, то диференціал несиметричний. Підставляючи для симетричного диференціалу и = -1 отримаємо:
тобто сума кутових швидкостей півосей завжди дорівнює подвійній кутовій швидкості коробки диференціалу.
Використовується також інше значення коефіцієнту блокування:
Зв’язок
між коефіцієнтами блокування
і
наступний:
Значення змінюється в межах 0…1, а значення - 1….
З
формули (8.2.1) видно, що момент тертя
збільшує момент на відстаючій півосі.
Збільшення коефіцієнта блокування
приводить до оптимального використання
сили зчеплення ведучих коліс із дорогою,
збільшенню тягової сили і покращенню
прохідності автомобіля.
Припустимо, що ліве колесо ведучого моста попало на ділянку з низьким коефіцієнтом зчеплення min і почало пробуксовувати, тобто стало забігаючим (рис. 8.2.2).
Рис. 8.2.2. Схема сил, що діють на ведучий міст
Максимальне тягове зусилля, яке може реалізуватися на цьому колесі буде:
(8.2.5)
де Rz – вертикальна реакція дороги на колесо.
У разі відсутності внутрішнього тертя у диференціалі, або його дуже малому значенні (Кб 0), тягове зусилля на правому (відстаючому) колесі буде:
а тоді сумарне тягове зусилля визначається як:
(8.2.6)
У разі наявності значного внутрішнього тертя у диференціалі (Кб 0), тягове зусилля на правому (відстаючому) колесі буде:
, (8.2.7)
де
–
динамічний радіус колеса.
Сумарне тягове зусилля, яке може бути реалізоване за умовою зчеплення забігаючого колеса визначається як:
(8.2.8)
Із
порівняння (8.2.6) і (8.2.8) видно, що у разі
внутрішнього тертя в диференціалі
тягове зусилля, що реалізується на
ведучих колесах збільшується в
разів. Тобто
збільшення коефіцієнта блокування
приводить до збільшення реалізованої
тягової сили, що покращує прохідність
автомобіля.
Однак при високих значеннях Кб погіршується керованість автомобіля, зростає знос шин, збільшується навантаження на одну з півосей, знижується ККД передачі.
ККД передачі зв'язаний з коефіцієнтом блокування диференціала залежністю
(8.2.9)
де В - колія ведучих коліс автомобіля; R - радіус повороту центра ведучої осі автомобіля.
Таким чином, ККД передачі є величиною змінної і залежить від радіуса повороту автомобіля.
Значення Кб для шестеренчастих диференціалів складає 0,05...0,15, кулачкових – 0,3...0,5, черв’ячних – до 0,8.