Диференціал

Призначення диференціала – забезпечити при необхідності різну частоту обертання ведучих коліс.

При повороті автомобіля його зовнішні і внутрішні колеса за той самий відрізок часу проходять різні шляхи. Колесо, що котиться по внутрішній кривій, проходить менший шлях, ніж колесо, що котиться по зовнішній кривій. Отже, зовнішнє колесо автомобіля повинне обертатися трохи швидше внутрішнього. Аналогічне явище відбувається і при прямолінійному русі, якщо задні колеса автомобіля мають неоднакові діаметри, що цілком можливо при нерівномірному розподілі навантаження в кузові, неоднаковому зношенні шин, різному внутрішньому тиску повітря в шинах або при русі по нерівній дорозі.

Щоб ведучі колеса автомобіля могли обертатися з різною частотою, їх кріплять не на одному загальному валові, а на двох, які називаються півосями і з'єднаних між собою спеціальним механізмом — диференціалом, який підводить до півосей обертовий момент від головної передачі.

При наявності декількох ведучих мостів виникає необхідність застосування міжосьового диференціала.

В основному застосовують шестеренні, кулачкові і черв'ячні диференціали. Диференціал може бути простий або самоблокуючий (диференціал підвищеного тертя або з механізмом вільного ходу). Шестеренні диференціали відносяться до простих, а кулачкові і черв'ячні — до диференціалів підвищеного тертя.

Диференціал називають симетричним або несиметричним у залежності від того, як розподіляється обертовий момент між півосями (порівно чи ні).

Мал. 11. Деталі симетричного диференціала:

1 і 5—чашки диференціала; 2 і 7—шайби; 3—осьові зубчаті|зубчасті| колеса; 4—сателіти; 6—болт кріплення чашок диференціала; 8—хрестовина

Конічний симетричний диференціал найбільше широко застосовується на автомобілях (мал. 11). Дві чашки 1 і 5 диференціала стягнуті болтами 6. На коробці диференціала закріплене ведене колесо головної передачі, що приводить її в обертання. Між чашками диференціала затиснута хрестовина 8, на шипах якої вільно посаджені і можуть обертатися прямозубі конічні зубчасті колеса, так звані сателіти 4, що знаходяться в зачепленні з двома конічними напівосьовими зубчастими колесами 3. Останні внутрішніми шліцами з'єднані зі шліцьовими кінцями півосей, що вільно проходять через отвори в коробці диференціала. На зовнішніх кінцях півосей встановлені колеса. Для зменшення тертя під торцеві поверхні сателітів і напівосьових зубчастих коліс підкладені шайби 2 і 7.

При обертанні коробки 7 (мал. 12) диференціала вона через сателіти 5 і 9, напівосьові зубчасті колеса 2 і 6 обертає півосі 1 і 8. Передача обертового моменту відбувається в наступному порядку: через ведене колесо 3 головні передачі, коробці 7 диференціала, вісь 4 сателітів, сателіти 5 і 9, напівосьові зубчасті колеса 2 і 6, півосі 1 і 8. Сателіти, крім того, можуть обертатися на своїх осях, тому вони можуть змінювати частоту обертання напівосьових зубчастих коліс щодо коробки диференціала.

Мал. 12. Схеми диференціала:

1 і 8—півосі; 2 і 6—півосьові зубчаті|зубчасті| колеса; 3—колесо головної передачі; 4—вісь сателітів; 5 і 9—сателіти; 7—коробка диференціала

Якщо сателіти не обертаються на осі, то обидві півосі обертаються з однаковою частотою обертання. Це відбувається при русі автомобіля по прямій і рівній дорозі, коли задні колеса при однаковому опорі коченню проходять однаковий шлях і мають однакову частоту обертання. При повороті автомобіля, наприклад, вправо сателіти 5 і 9 обертаються на своїх осях з різними частотами і збільшують частоту обертання напівосьового зубчастого колеса 2 і зв'язаних з ним півосі 1 і колеса. Одночасно частота обертання напівосьового зубчастого колеса 6 зменшується. При цьому знижується частота обертання півосі 8 і колеса. Частота обертання коробки диференціала завжди залишається рівною напівсумі частот обертання лівої і правої півосей.

У задньому ведучому мості автомобіля ГАЗ-3307 (див. мал. 7) установлений симетричний конічний диференціал, коробка якого складається з двох чашок. Як уже вказувалося, колесо головної передачі прикріплено до фланця коробки диференціала, що обертається на двох роликопідшипниках. Щоб конструкція була міцною і мала малі габаритні розміри, число сателітів доведене до чотирьох. Напівосьові зубчасті колеса насаджені на шліци півосей, які центровані в гніздах, розточених у коробці диференціала.

Деталі диференціала необхідно змащувати, тому що вони навантажуються значними силами. Для поліпшення підведення мастильного матеріалу до цих деталей і підвищення зносостійкості опорних шайб сателітів на коробці диференціала встановлений маслоуловлювач 3 (див. мал. 7). Диференціали легкових автомобілів мають зазвичай два сателіти, а вантажних і автобусів — чотири.

Міжосьовий диференціал необхідний в автомобілях із двома ведучими задніми мостами. Як приклад розглянемо міжосьовий диференціал автомобіля КамАЗ-5320. Картер 12 (мал. 13, а) міжосьового диференціала прикріплений до картера головної передачі проміжного моста. Передня чашка 13 міжосьового диференціала болтами з'єднана з задньою чашкою. Всередині встановлений диференціальний механізм, у який входять сателіти з хрестовиною, конічні зубчасті колеса 23 приводу проміжного моста і 24 приводу заднього моста.

Мал. 13. Проміжний міст з|із| міжосьовим диференціалом автомобіля КамАЗ-5320|:

а—конструкція|; б—механизм| включення|приєднання| блокування; 1—конічне колесо; 2—картер головної передачі; 3—циліндрична шестерня; 4—опорна шайба сателіта; 5—сателіт; 6—бронзова втулка сателіта; 7—осьове зубчате|зубчасте| колесо; 8—опорний шайба зубчатого|зубчастого| колеса, піввісь; 9—хрестовина; 10—циліндрове колесо; //—фланець; 12—картер міжосьового диференціала; 13—передня чашка диференціала; 14 — мікровимикач; 15—вилка муфти блокування; 16—механізм включення|приєднання| блокування диференціала; 17—конічна шестерня; 18 — вал приводу заднього моста; 19—стопор гайки; 20—розпірна| втулка; 21 — муфта блокування; 22—внутрішня зубчата|зубчаста| муфта; 23—конічне зубчате|зубчасте| колесо приводу проміжного моста; 24—конічне зубчате|зубчасте| колесо приводу заднього моста; 25—штока; 26—корпус; 27—натискна| пружина; 28—поворотна пружина; 29— стакан|склянки| штока; 30—мембрана

Зубчасте колесо 23 шліцами постійно з'єднане з конічною шестернею 17 головної передачі проміжного моста, а колесо 24 — з валом 18, що передає обертання головній передачі заднього моста. Зубчасте колесо 23 має зовнішні зуби, з якими в постійному зачепленні знаходяться внутрішня зубчаста муфта 22 і муфта 21 блокування диференціала. При русі вилкою 15 муфти 22 вперед вона ковзає по зовнішніх зубах внутрішньої муфти і входить у зачеплення з зовнішніми зубами правої чашки диференціала, з'єднуючи зубчасте колесо 23 з корпусом диференціала, здійснюється блокування міжосьового диференціала.

Внутрішня зубчаста муфта 22 має зовні два зубчастих вінці, причому товщина зубів зовнішнього вінця на 0,4 мм більша товщини зубів внутрішнього вінця, що потребує деякого зусилля для переміщення муфти 21 у вихідне положення — цим запобігається самовимикання механізму блокування. Для включення механізму блокування водій відкриваючи кран, направляє стиснене повітря між кришкою і мембраною 30 механізму блокування (мал. 13, б). Мембрана, прогинаючись і переборюючи опір пружини 28, впливає на стакан 29 і через пружину 27 пересуває шток 25, а разом з ним і вилку 15. При цьому замикаються контакти мікровимикача 14, які включають контрольну лампу на щитку приладів. Примусове блокування диференціала виконують при русі по слизьких і мокрих ґрунтових дорогах.

Наявність диференціала в приводі до ведучих коліс автомобіля іноді негативно впливає на його прохідність. Якщо одне з ведучих коліс попадає на слизьку ділянку дороги, а інше котиться по сухій ділянці, то внаслідок наявності диференціала колесу, що рухається по сухій ділянці, не можна передати значний обертовий момент. Колесо, яке знаходиться на слизькій ділянці буде буксувати, а інше — стояти нерухомо. Ліквідувати цей недолік можна блокуванням диференціала, тобто примусово змушуючи обертатися з однаковою швидкістю обох напівосьових зубчастих коліс, з'єднавши їх між собою або одне з них з корпусом диференціала, як це зроблено в міжосьовому диференціалі автомобіля Камаз-5320 (мал. 13) і автомобіля ЗІЛ-431410 (мал. 8).

Диференціал підвищеного тертя встановлюється на автомобілі ГАЗ-66-11. Сепаратор 1 (мал. 14) має два ряди отворів, у які в шаховому порядку вільно вставлені 24 сухаря. На зовнішній і внутрішній поверхнях сепаратора між рядами отворів під сухарі поставлені штопорні кільця, що запобігають провертання сухарів і утримують їх від випадання із сепаратора при зборці. Внутрішні вершини сухарів упираються у внутрішню зірочку 4, посаджену на шліци лівої півосі, а зовнішні кінці сухарів — у зовнішню зірочку 3, що сидить на шліцах правої півосі.

Мал. 14. Кулачковий диференціал півищеного тертя автомобіля ГАЗ-66-11:

а—конструкція|, б—деталі|; 1—сепаратор; 2— сухар; 3—зовнішня зірочка, сполучена|з'єднана| з|із| правою піввісю; 4—внутрішня зірочка, сполучена|з'єднана| з|із| лівою піввісю; 5—колесо головної передачі

Зовнішня зірочка 3 має шість рівномірно розташованих по внутрішній окружності кулачків, а внутрішня зірочка 4 — два ряди кулачків по шість в кожнім ряді, розміщених у шаховому порядку.

Сепаратор, будучи ведучим елементом, зв'язаний через сухарі з зірочками і при прямолінійному русі обертається разом з ними. Півосі можуть мати і різні частоти обертання внаслідок радіального переміщення сухарів 2 під дією кулачків однієї з зірочок і відповідного впливу на кулачки іншої зірочки. Однак при цьому внаслідок підвищеного тертя між сухарями і зірочками для провертання півосей необхідна наявність значної різниці в опорі коліс. Отже, у випадку буксування одного з коліс повна зупинка іншого колеса відбувається рідше. Зірочки і сухарі виготовляють з легованих сталей. Їхні тертьові поверхні мають високу твердість.

Півосі

Півосі передають обертовий момент Т (мал. 15) від диференціала до ведучих коліс. Крім того, до півосі можуть бути прикладені згинаючі моменти від вертикальної реакції R_z на дію сили ваги, що припадає на колесо, від дотичної реакції R_x, зумовленої тяговою і гальмовою силами, і від бічної сили R_y, що виникає при заесенні, русі на повороті або по дорозі з поперечним нахилом, а також під дією бічного вітру. Півосі, які застосовують на сучасних автомобілях, у залежності від конструкції зовнішньої опори, що визначає ступінь їх навантаженості згинаючиими моментами, бувають двох типів — напіврозвантажені і розвантажені.

На вантажних автомобілях малої вантажопідйомності і на легкових автомобілях застосовують звичайно напіврозвантажені півосі (мал. 15, а), у яких підшипник 2 встановлений між піввіссю 4 і її кожухом 3 на відстані а_р від середньої площини колеса. Завдяки цьому реакції R_z і R_x створюють на плечі а_р згинаючі моменти, що діють на піввісь відповідно у вертикальній і горизонтальній площинах, а бічна реакція — згинаючий момент, що діє у вертикальній площині на плечі, рівному радіусові r колеса. На автобусах і вантажних автомобілях середньої і великої вантажопідйомності застосовують повністю розвантажені півосі (мал. 15, б). У цьому випадку всі згинаючі моменти сприймаються підшипниками 6 і 7, установленими між маточиною 5 колеса і кожухом 3 півосі, а піввісь передає тільки обертовий момент.

Мал. 15. Схеми півосей:

а—напівразвантаженої|; б—повністю| розвантаженої;

1—колесо; 2, 6 і 7—підшипники; 3—кожух піввісі; 4—вісь; 5—маточина

Типові конструкції півосей показані на мал. 16. Маточину або диск колеса можна кріпити до півосі за допомогою фланця (мал. 16, а). Цей спосіб кріплення є найбільш розповсюдженим. Внутрішній кінець півосі має шліци, що вставляють у напівосьове зубчасте колесо. Якщо піввісь має шліци не тільки на внутрішньому, але і на зовнішньому кінці (мал. 16, б), то останнє використовують для встановлення фланця кріплення півосі з маточиною колеса.

Кріплення коліс легкових автомобілів на зовнішньому кінці півосі показане на мал. 17, а, кріплення маточин коліс вантажних автомобілів — на мал. 17, б. Диск 2 (мал. 17, а) колеса до фланця 4 півосі кріплять гайками 9. На кінець півосі надягають кулькопідшипник 6. Витіканню мастильного матеріалу з підшипника перешкоджають манжети 5 і 30. Піввісь 15 встановлена на кулькопідшипникові 6 у виточці сталевого наконечника, привареного до кожуха 16 півосі. Підшипник на півосі закріплений затискним кільцем 17, яке напресоване на піввісь. Між кільцем 17 і підшипником встановлене пружинне кільце 14, що підвищує надійність кріплення підшипника. У виточці наконечника підшипник утримується пластиною 12, прикріпленої болтами до фланця наконечника разом з масловідображувачем і гальмівним щитом 11. Між підшипником і буртом фланця півосі встановлена втулка 7. Для зменшення стуку під зовнішнє кільце в наконечнику встановлюють пружинну прокладку 13.

Кріплення маточини колеса вантажного автомобіля з використанням фланця, виготовленого разом з піввіссю, показане на мал. 17, б. Два конічних роликопідшипники 21 насаджені на кожух 16 півосі 15. Кріплять підшипники на кожусі і регулюють їх за допомогою гайки 23, штопорної шайби 25 з встановлюючим пальцем 22 і контргайки 24. Витіканню мастильного матеріалу з маточини перешкоджає манжета. Маточину з'єднують з фланцем півосі шпильками 26 з гайками і пружинними шайбами. В фланець маточини 29 вставлені шпильки, на які надівають диск внутрішнього колеса і закріплюють його ковпачковими гайками 27, що мають внутрішню і зовнішню різьблу. Ці гайки мають центруючи фаски. Гальмовий барабан кріплять до фланця маточини 29 гвинтами 19. Для зняття півосі використовують болти-знімачі 20.

Мал. . Фланцеве кріплення маточини колеса автомобілів:

а—легкового|; б—вантажого|; 1—гальмівний барабан|; 2—диск колеса; 3—маслоуловлювач|; 4—фланець піввісі; 5, 18 і 30—манжети; 6—кулькопідшипник піввісь; 7—втулка; 8—масловідображувач; 9—гайка; 10—корпус манжети; 11—гальмівний|гальмовий| щит; 12—пластини кріплення підшипника; 13—пружинна прокладка|прокладення|; 14—пружинне кільце; 15—вісь; 16—кожух піввісі; 17—затискне кільце; 19— гвинт кріплення гальмівного барабана|; 20—болт|-знімач; 21 — зовнішній підшипник маточини; 22— встановлюючий палець; 23—гайка кріплення підшипників; 24—контргайка; 25—стопорна шайба; 26—шпилька кріплення піввісі; 27—колпачкова| гайка кріплення внутрішнього колеса; 28—гайка кріплення зовнішнього колеса; 29—маточина колеса

|прокладення|

Півосі в процесі експлуатації автомобілів піддаються значним навантаженням, особливо при русі по поганих ґрунтових дорогах і по шосе з твердим покриттям у поганому стані. Тому до довговічності півосей висувають особливі вимоги. Зниження концентрації напруг досягають збільшенням радіусів переходу між піввіссю і фланцем. Довговічність підшипників коліс забезпечується надійним захистом від потрапляння в них бруду.