8.2.3. Розрахунок шестеренчастого диференціалу

Під час розрахунку шестеренчастого диференціалу визначають параметри зубчастих коліс, _1,2 - тиск на осі сателітів, а також ₃ і ₄ - тиск відповідно на опорних поверхнях сателіта і півосьової шестірні (рис. 8.2.3). Тому основними параметрами диференціалу є:

• модуль півосьових шестерень і сателітів;

• тиск на опорну поверхню осі сателітів у самому сателіті;

• тиск на опорну поверхню осі сателітів у коробці диференціалу;

• тиск на торець сателітів;

• тиск на торець півосьовіх шестерень.

Р озрахунок зубчастих коліс диференціалів має деякі особливості. Більшу частину пробігу автомобіля зубчасті колеса диференціала знаходяться в нерухомому щодо корпуса стані чи мають лише малі переміщення, викликані різними значеннями радіусів коліс.

Тому зубчасті колеса диференціалу розраховують на статичну міцність.

Середній коловий модуль зубчастих коліс диференціалу визначається за максимальним моментом за формулою (8.1.4) з врахуванням того, що колеса є прямозубими ( ), крутний момент розподіляється між сателітами порівно і кожний сателіт передає зусилля двома зубцями.

Рис. 8.2.3. Розрахункова схема конічного диференціала.

Тому формула для розрахунку середнього модуля зубчастих коліс диференціалу набуває вигляду

, (8.2.10)

де Т_еmax - максимальний крутний момент двигуна;

- передатні числа відповідно коробки передач, додаткової коробки і головної передачі;

– допустиме статичне напруження згину = 700…900 МПа;

q – кількість сателітів, q = 3…4;

z_c – кількість зубців сателіта, z_c =10...14.

- коефіцієнт блокування диференціалу;

- коефіцієнт форми зубця;

K_Fv, K_FL - відповідно коефіцієнти швидкості та довговічності.

_bd - коефіцієнт ширини зубця, _bd = 0,15...0,35.

Матеріал, з яких виготовляються зубчасті колеса диференціалу, такій же як і для головної передачі - загартовані цементовані сталі 18ХГТ, 25ХГТ, 20ХНЗА.

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

(8.2.11)

де r - радіус середньої точки зубця сателіта відносно осі півосьових шестерень;

d, l - діаметр і довжина осі сателіта у самому сателіті (рис. 8.2.3).

Тиск на опорну поверхню осі сателіта в коробці диференціала:

(8.2.12)

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:

(8.2.13)

де d₁ - зовнішній діаметр кільця контакту сателіта з коробкою диференціалу;

a = 20⁰ - кут зачеплення; - половина кута при вершині конуса сателіта.

Тиск на торець півосьової шестерні:

(8.2.14)

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

Вісь сателіта розраховують на зріз:

(8.2.15)

Допустимі значення відповідних тисків:

Допустимі значення напруження зрізу для матеріалу осі диференціалу складають = 100...120 МПа.

8.3. Привод ведучих коліс

8.3.1. Призначення, вимоги до конструкцій і класифікація приводу до ведучих коліс

Привод до ведучих коліс призначений для передачі крутного моменту від диференціалу до керованих, або некерованих ведучих коліс автомобіля.

Основна вимога до приводу - це забезпечувати передачу крутного моменту до ведучих коліс без його пульсації і без пульсації кутової швидкості ведених валів, при повному ході підвіски.

Привод можна класифікувати за наступними ознаками:

1. За конструкцією:

• суцільні вали (півосі) - у приводі ведучих некерованих мостах із залежною підвіскою;

• вали із простими карданними шарнірами - у приводі ведучих некерованих мостах із незалежною підвіскою;

• карданні передачі із синхронними шарнірами - у приводі керованих коліс із підресореною головною передачею.

2. За ступенем навантаження радіальними, осьовими силами та моментами:

- напіврозвантажені;

- на три четверті розвантажені;

- повністю розвантажені.

Найбільш поширені на сьогоднішній день суцільні вали (півосі), які застосовуються як на легкових, так і на вантажних автомобілях.

На рис. 8.3.1 наведені схеми напіврозвантаженої (рис.8.3.1, а), на три четверті розвантаженої (рис.8.3.1, б) і повністю розвантаженої (рис.8.3.1, в) півосей, які застосовуються у ведучих мостах з суцільною балкою. Приналежність півосі до того, чи іншого типу визначається конструкцією зовнішньої опори півосі.

У напіврозвантаженій півосі зовнішня опора являє собою кульковий або роликовий підшипник, який внутрішнім кільцем напресований на піввісь, а зовнішнім кільцем входить в балку моста.

а

б

в

Рис. 8.3.1. Розрахункові схеми навантаження півосей:

а - напіврозвантаженої; б - на три четверті розвантаженої;

в - повністю розвантаженої.

Тому на таку піввісь діють всі зусилля і моменти, які виникають під час взаємодії ведучого колеса з дорогою. Половина цих сил і моментів сприймається піввіссю, а половина балкою моста. Тому піввісь і називається напіврозвантаженою. Така конструкція є досить простою і вживається особливо часто на легкових автомобілях і вантажних малої вантажності.

У півосі розвантаженої на три четверті внутрішнє кільце підшипника напресоване на балку моста, а зовнішнє входить в маточину колеса. Згінні моменти від сил взаємодії колеса з дорогою (P_к, P_t) сприймаються балкою моста (3/4 від загального моменту) і через підшипник частково піввіссю (1/4 від загального моменту). Тому піввісь і називається розвантаженою на три четверті від згінних моментів. Під дією бокової сили R_y підшипник навантажується моментом R_y× r_к, який викликає його перекіс і заклинювання. Це різко зменшує термін роботи підшипника і тому такі конструкції застосовуються рідко – на легкових автомобілях високого класу.

Повністю розвантажена піввісь має зовнішню опору з маточиною колеса, установлену на рознесених двох роликових чи радіально-упорних кулькових підшипниках. Піввісь теоретично навантажується тільки крутним моментом, переданим від диференціала до коліс. Однак унаслідок пружної деформації балки моста, технологічної неспіввісності маточини колеса і півосьової шестірні диференціала, не перпендикулярності площини фланця до осі піввісі можливе виникнення деформації згину півосі, напруження якої складає 5...70 МПа. Такі конструкції застосовуються на всіх вантажних автомобілях та спеціальних колісних машинах.