Практическое занятие №3. Механизмы дифференциалов автомобилей

Цель работы - изучение принципиальных схем дифференциалов , оценка их конструкций.

1 . Конструктивные схемы дифференциалов.

1.1. Простой конический дифференциал (рис. 1) состоит из картера (коробки) 1, двух полуосевых шестерен 2, двух (легковые а/м) или четырех (грузовые а/м) сателлитов 3. Шестерни 2 соединяются с полуосями шлицами, либо выполняются заодно. Трущиеся поверхности разъединяются антифрикционными шайбами.

Особенности:

- коэффициент блокировки К_б=М_от/М_заб=1 (трение малое);

- простота устройства, малые габариты, надежность, высокий КПД;

- число зубьев полуосевых шестерен 2 и сателлитов 3 может быть четным и нечетным и должно подчиняться условию сборки

где Z_ш - число зубьев полуосевой шестерни;

n - число сателлитов;

g - целое число.

- обеспечивает устойчивость при движении по скользкой дороге и торможении двигателем благодаря равным крутящим моментам на ведущих колесах;

- ограничивает проходимость.

1 .2. Простой конический дифференциал с принудительной блокировкой (рис. 2)

Особенности:

- при включении блокирующей муфты 4 ;

- момент включения определяется водителем;

• при движении по скользкой дороге - потеря устойчивости.

1.3. Пульсирующий шестеренчатый дифференциал.

Включает те же элементы (детали) , что и простой конический дифференциал. Отличие заключается в профиле зубьев. В обычном (Д) окружное усилие постоянно по величине , т. к. полюс зацепления не меняет своего положения и линия зацепления имеет постоянный наклон под углом зацепления независимо от относительного положения зубьев зацепляющихся колес и их четного или нечетного числа.

В пульсирующем дифференциале (рис. 3) профиль зубьев специальный: линия зацепления меняет наклон, а полюс зацепления перемещается. При этом окружное усилие изменяется и зависит от относительного положения зубьев. Число зубьев должно быть обязательно нечетным. Условия сборки те же, что и у обычного дифференциала.

Особенности:

- коэффициент блокировки К_б - переменный: его величина изменяется за поворот сателлита на 1 зуб от

K _{б max}=2 ... 2.5

- наиболее простой из самоблокирующихся (Д);

- высокий КПД;

- из-за малого коэффициента блокировки не обеспечивает значительного повышения проходимости;

- при вращении сателлита создается пульсация момента в трансмиссии.

1.4. Дифференциал свободного хода (обгонный) (рис. 4).

При таком (Д) нет жесткой кинематической связи между полуосями. При разных скоростях вращения колес крутящий момент передается через одно колесо; буксуют оба колеса, буксование одного колеса невозможно.

Р азличают дифференциалы свободного хода роликовые (рис. 4) и с кулачковыми муфтами (рис. 5).

Особенности:

- коэффициент блокировки ;

- учитывая, что дифференциал работает постоянно (неровности дороги, разный износ шин, неодинаковая нагрузка на шины), крутящий момент постоянно передается через одно из колес, что вызывает повышенный износ шин, вследствие не прямой зависимости износа от передаваемого момента;

- роликовый (Д) прост по устройству, сепараторы роликов могут поворачиваться друг относительно друга на небольшой угол, при этом ролики обгоняющей полуоси - свободны;

- большие удельные давления, что является недостатком.

В кулачковом (Д) происходит выключение полуосевых муфт обгоняющей полуоси. Кулачки обгоняющей муфты 2 выходят из зацепления с кулачками ведущего кольца 1 за счет набегания зубьев концентрично расположенного зубчатого кольца муфты на зубья того же профиля, расположенные концентрично ведущему кольцу. Удельные давления в кулачковом (Д) меньше, чем в роликовом;

- при расчете (Д) свободного хода на каждую полуось прикладывается полный момент, подводимый к коробке дифференциала.

1.5. Дифференциал повышенного трения.

Этот дифференциал может выполняться шестеренчатым , червячным, кулачковым (сухарным).

Коэффициент блокировки К_б этих Д - в связи с их КПД.

Для симметричного дифференциала

н о

поэтому

т.е. K_б=1/h_q.

1.6. Шестеренчатый дифференциал с постоянным моментом трения (рис. 6).

Особенности:

- коэффициент блокировки К_б - переменный, т.к. момент трения муфты М_ф=const.

С увеличением передаваемого момента К_б - уменьшается;

- при малом значении М_ф дифференциал малоэффективен, при большом М_ф - снижается КПД трансмиссии.

Шестеренный дифференциал может быть выполнен с моментом трения, пропорциональным передаваемому моменту. Крестовина такого (Д) составлена из 2-х частей , которые при передаче М_кр раздвигаются, скользя концами шипов по наклонным вырезам коробки (Д). Чем больше передаваемый момент, тем сильнее сжимаются муфты. У такого (Д)

А - коэффициент пропорциональности.

К_б= 3...4.

1.7. Кулачковые (сухарные) дифференциалы.

Кулачковые дифференциалы конструктивно могут выполняться с горизонтально (рис. 7-а) и радиально (рис. 7-б) расположенными сухарями. Сухари могут размещаться в один или два ряда.

Н а схеме (рис. 8) представлено кинематическое взаимодействие элементов кулачкового дифференциала. При этом принято: V_д - линейная скорость обоймы 1 корпуса дифференциала; V_л, V_п - линейное скорости звездочек 2 и 3 левой и правой полуосей.

Предположим, что V_п>V_д>V_л, а a_л=a_п, тогда относительная скорость звездочки левой полуоси

V_л'=V_д-V_л.

Относительная скорость звездочки правой полуоси

V_п'=V_п-V_д.

Учитывая, что a_л=a_п, V_п'=V_л' и V_л+V_п=2·V_д.

Если все углы a_л >< a_п, что характерно для однорядного несимметричного дифференциала с неравным числом кулачков, уравнение кинематики имеет вид

V_л+V_п=2·V_д-(V_л'-V_п').

На кулачках отстающей полуоси скорость скольжения сухаря направлена в сторону вращения ведущего элемента, а на кулачках забегающей полуоси - в противоположную сторону. Поэтому силы трения увеличивают момент, передаваемый на отстающую полуось и уменьшают момент, передаваемый на забегающую полуось.

С о стороны кулачков забегающей (внешней) и отстающей (внутренней) звездочек на сухарь действуют силы Q₁ и Q₂, вызывающие реакцию R со стороны обоймы корпуса дифференциала на сухарь (рис. 9). Силы Q₁ и Q₂ направлены под углом трения r к общей нормали к сопряженным поверхностям.

Для забегающей полуоси r вычитается из угла давления b₁, а для отстающей - r складывается с углом давления b₂.

Моменты на полуосях:

М_от=Q₂·r₂·sin(b₂+r)

M_заб=Q₁·r₁·sin(b₂-r).

Из треугольника сил имеем

п оэтому коэффициент блокировки

В имеющихся конструкциях К_б=4...5.