книги из ГПНТБ / Теория и конструкция боевых колесных машин

Для дифференциалов с повышенным внутренним трением

kM$ -f- 71ф.

П67>

с _ М () - М г ’

или, если дифференциал кинематически симметричен (k — 1)

Мд + Мг

(168)

с ~ мд~ мг

Для пульсирующих дифференциалов коэффициент блокировки равен

Для дифференциалов с муфтами свободного хода коэффициент блокировки равен

с0 °°'

Характер распределения моментов межколесными дифферен­ циалами оказывает существенное влияние на такие эксплуатацион­ ные качества автомобиля, как управляемость, устойчивость, прохо­ димость.

Особенно важным является влияние типа дифференциала на проходимость колесных машин.

Поскольку касательная реакция на колесе, находящемся в лучших по сцеплению условиях, также не может превышать силы сцепления с дорогой (7\ < Я ,^ * ~ (Як<р)тах)> то очевидно, что уравнение (171) справедливо лишь в том случае, если при-

пятое при выводе этого уравнения отношение М-, = кс может

быть выполнено по условиям сцепления обоих колес с дорогой. Эго условие может быть записано гак:

230

Если неравенство (172) не выполняется, то дифференциал не срабатывает (заблокирован), оба колеса буксуют, вращаясь с оди­ наковыми угловыми скоростями, а суммарная касательная реакция обоих колес оси получается такой же, как при отсутствии диффе­ ренциала

Если в качестве межколесного дифференциала установлен сим­ метричный дифференциал, то 1 и суммарная касательная ре­ акция равна

Как видно из уравнения (171), увеличение коэффициента блоки­ ровки увеличивает суммарную касательную реакцию ведущих ко­ лес и, следовательно, улучшает проходимость автомобиля. Однако такое улучшение имеет место лишь в том случае, если выполняется неравенство (172), зависящее от соотношения коэффициен­ тов сцепления под колесами. Поскольку указанное соотношение для встречающихся на практике условий движения ограничено, то, оче­ видно, ограничена и возможность улучшения проходимости авто­ мобилей за счет увеличения коэффициент'а блокировки дифферен­ циалов.

3. К О Н С Т Р УК Ц И И М Е Ж К О Л Е С Н Ы Х Д И Ф Ф Е Р Е Н Ц И А Л О В

СИММЕТРИЧНЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ

В качестве межколесных дифференциалов для большинства до­ временных автомобилей применяются конические симметричные дифференциалы.

Конические дифференциалы (рис. 120), применяемые в транс­ миссиях различных автомобилей, могут отличаться числом сател­ литов, конструкцией коробки дифференциала, конструкцией полуосевых шестерен.

На легковых автомобилях чаще всего применяются дифферен­ циалы с двумя сателлитами. При этом коробка дифференциала по­ лучается неразъемной, что обеспечивает высокую жесткость кон­ струкции, необходимую для сохранения правильного зацепления шестерен главной передачи.

На грузовых автомобилях, для которых трудно обеспечить до­ статочную прочность дифференциала с двумя сателлитами, диффе­ ренциал обычно имеет четыре сателлита. При этом, однако, короб­ ка дифференциала должна выполняться разъемной.

Полуосевые шестерни чаще всего связываются с полуосями при помощи шлицевого соединения. Иногда полуосевые шестерни вы­ полняются заодно с полуосями.

231

Для удобства ремонта между полуосевыми шестернями и ко­ робкой дифференциала, а также между сателлитами и коробкой дифференциала устанавливаются бронзовые или стальные шайбы. Шайбы, выполненные из материала, имеющего твердость, меньшую

Рис. 120. Главная передача с коническим дифференциалом ГАЗ-53А

твердости полуосевых шестерен, сателлитов и коробки дифферен­ циала, изнашиваются первыми, предохраняя от износа указанные детали дифференциала. Замена шайб позволяет восстановить пра­ вильное зацепление полуосевых шестерен и сателлитов.

Значительно реже применяются симметричные цилиндрические дифференциалы (рис. 121).

Число шестерен у цилиндрического дифференциала, при прочих равных условиях, получается большим, чем у конических. При пере-

232

даче одинакового крутящего момента цилиндрические дифферен­ циалы по сравнению с коническими имеют меньшую ширину, но больший диаметр. Поскольку для обеспечения возможно большего дорожного просвета у современных автомобилей стремятся умень­ шить диаметр ведомой шестерни главной передачи, то размеще­ ние цилиндрического дифференциала оказывается затруднитель­ ным.

1'ис. 121. Цилиндрический дифференциал

Выше было показано, что характер распределения крутящих мо­ ментов симметричными дифференциалами неблагоприятен с точ­ ки зрения обеспечения высокой проходимости автомобилей. В то же время по сравнению с другими типами дифференциалов симмет­ ричные дифференциалы обладают рядом достоинств. Эти диффе­ ренциалы имеют простую конструкцию, надежны в работе, долго­ вечны. Распределение крутящих моментов поровну обеспечивает хорошую управляемость автомобиля, максимальную долговечность полуосей и шин.

Для устранения недостатков симметричных дифференциалов при сохранении всех их достоинств у некоторых автомобилей пре­ дусмотрен механизм блокировки, позволяющий связывать одну из полуосевых шестерен с коробкой дифференциала.

Блокировка дифференциала может осуществляться кулачковой, зубчатой или пальцевой муфтой (рис. 122).

Привод к механизму блокировки дифференциала может быть механическим, пневматическим, электропневматическим, гидравли­ ческим.

Симметричные дифференциалы с блокировочным механизмом имеют следующие положительные свойства:

а) сохраняются все достоинства симметричного дифференциала

иустраняются его недостатки, связанные с неблагоприятным для

233

обеспечения высокой проходимости характером распределения кру­

тящих моментов; б) при заблокированном дифференциале величина крутящего

момента, подводимого к колесу, опирающемуся на участок дороги с высоким коэффициентом сцепления, не ограничивается плохим сцеплением с дорогой второго колеса. Поэтому возможно движение при полной потере соприкосновения с дорогой одного из колес;

в) возможна унификация деталей дифференциалов автомоби­ лей высокой проходимости и дифференциалов ограниченной прохо­ димости.

Рис. 122. Механизм блокировки дифференциала

Недостатками таких конструкций являются:

а) неавтоматичность действия, что ставит реализацию обеспечи­ ваемых блокировкой преимуществ в зависимость от навыков и ква­ лификации водителя, а также усложняет управление автомобилем:

б) необходимость специального привода, усложняющего конст­ рукцию, особенно для многоосных машин.

САМОБЛ(ЖИРУЮЩИЕСЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ

Дифференциалы с муфтами свободного хода

У дифференциалов с муфтами свободного хода коробка диффе­ ренциала связана с каждой из полуосей через муфты свободного хода: шариковые, роликовые или кулачковые.

Конструкция дифференциала с роликовыми муфтами показана на рис. 123.

Ведомая шестерня главной передачи связана с коробкой 1 диф­ ференциала, на внутренней поверхности которой имеются профили­ рованные канавки. В канавках расположены два ряда роликов 2. Каждый ряд роликов имеет самостоятельный сепаратор (4 и 5). На

234

шлицы полуосей надеты цилиндрические диски 3 и 6. Профиль ка­ навки подобран таким образом, что при перекатывании роликов от ее середины к краю происходит заклинивание их между поверхно­ стями дисков 6 и канавок.

Если движение прямолинейно и радиусы качения обоих колес одинаковы, то заклиниваются оба ряда роликов и оба колеса явля­ ются ведущими.

Рис. 123. Дифференциал с роликовыми муфтами свободного хода

В случае, когда по условиям движения колеса должны вращать­ ся с неодинаковыми угловыми скоростями (например, при движе­ нии на повороте или при прямолинейном движении, если радиусы качения колес ведущей оси неодинаковы), ролики, соприкасаю­ щиеся с диском забегающего колеса, перемещаются от края ка­ навок к их середине. Вследствие этого передача момента от короб­ ки дифференциала к забегающему колесу прекращается и послед­ нее получает возможность вращаться с угловой скоростью, боль­ шей, чем угловая скорость коробки дифференциала. Для того что­ бы ролики забегающего колеса не могли переместиться в положе­

235

ние, при котором произошло бы заклинивание их противополож­ ными краями канавок, сепараторы роликов имеют связь, ограничи­

вающую их взаимное перемещение.

С этой целью сепаратор одного ряда роликов снабжается одним или несколькими шипами 7 (см. рис. 123,6), входящими в некото­ рым зазором а в отверстия 8, выполненные на сепараторе второго ряда роликов. Зазор между шипами и стенками отверстия подоб­ ран таким, что один ряд роликов может поворачиваться по отно­ шению к другому на величину, обеспечивающую надежное расцеп­ ление роликов с диском забегающего колеса.

Для возвращения роликов в положение, при котором их геомет­ рические оси совпадают и оба ряда роликов заклинены, сепараторы снабжены специальными фиксаторами

При движении задним ходом передача момента происходит так же, как и при движении вперед. Ролики заклиниваются краями ка­ навок, противоположными тем, которые заклинивают ролики при движении вперед.

Если условия движения таковы, что угловые скорости колес ве­ дущей оси неодинаковы, то весь крутящий момент от коробки диф­ ференциала подводится к отстающему колесу.

Высокая стоимость и недостаточная долговечность дифферен­ циалов такого типа являются причиной того, что указанные диффе­ ренциалы применяются крайне редко.

Значительно чаще применяются дифференциалы с муфтами сво­ бодного хода кулачкового типа.

Одна из конструкций дифференциала с кулачковыми муфтами показана на рис. 124.

В разъемной коробке дифференциала 1, 2 зажаты шипы ведущей муфты 3, на обеих торцовых поверхностях которой нарезаны зубья прямоугольного профиля. Один из зубьев на каждом из торцов ве­ дущей муфты выполнен удлиненным.

С ведущей муфтой при помощи пружинного кольца 9 связано центральное зубчатое кольцо 8. На его обоих торцах нарезаны зубья трапециевидного профиля. Пружинное кольцо не препят­ ствует повороту кольца 8 относительно ведущей муфты 3, но удер­ живает его от осевых перемещений.

На шлицы внутренних концов полуосей надеты ступицы 6 и 10, имеющие наружные зубья, по которым могут перемещаться в осе­ вом направлении ведомые муфты 4 к 11. На торцах ведомых муфт, обращенных к ведущей муфте, нарезаны два ряда зубьев. Зубья на­ ружного ряда имеют прямоугольный профиль, а зубья внутреннего ряда — трапециедальный. Ведомые муфты пружинами 5 переме­ щаются в направлении к ведущей муфте. На цилиндрический вы­ ступ каждой ведомой муфты с некоторым натягом надето разрезное блокирующее кольцо 7. На торцах блокирующих колец нарезаны зубья, профиль которых одинаков с профилем зубьев внутреннего ряда ведомых муфт. Разрез блокирующих колец имеет ширину, несколько большую ширины удлиненных зубьев ведущей муфты.

33<5

При сборке блокирующие кольца устанавливаются так, чтобы их разрезы охватывали удлиненные зубья ведущей муфты, а торцовые зубья совпадали с зубьями внутреннего ряда ведомых муфт.

Если угловые скорости обоих колес одинаковы, то зубья наруж­ ного ряда обеих ведомых муфт входят во впадины между зубьями ведущей муфты и прижимаются своими боковыми поверхностями к боковым поверхностям последних.

Зубья внутреннего ряда ведомых муфт входят без зазора во впадины зубьев центрального зубчатого кольца. В эти же впадины входят зубья блокирующих колец. Оба колеса при этом являются ведущими.

Рис. 124. Дифференциал с кулачковыми муфтами свободного хода

При повороте или прямолинейном движении в случае, когда ра­ диусы качения колес неодинаковы, угловые скорости колес раз­ личны.

Так как толщина зубьев наружного ряда ведомой муфты мень­ ше ширины впадины ведущей муфты, то забегающее колесо может повернуться на некоторый угол относительно отстающего. При этом центральное кольцо, ведомая муфта отстающего колеса и ведущая муфта вращаются как одно целое, а ведомая муфта забегающего колеса поворачивается относительно центрального кольца. В ре­ зультате наклонные поверхности зубьев ведомой муфты скользят по наклонным поверхностям зубьев центрального кольца. Муфты за ­ бегающего колеса, сжимая пружину, перемещаются в осевом на-

237

правлении, выходят из зацепления как с ведущей муфтой, так и с центральным кольцом и вращаются с угловой скоростью, большей угловой скорости коробки дифференциала.

Вместе с ведомой муфтой поворачивается также блокирующее кольцо. Однако блокирующее кольцо может поворачиваться вме­ сте с ведомой муфтой лишь до тех пор, пока торцы его разреза не упрутся в удлиненный зуб ведущей муфты. В таком положении зубья блокирующего кольца располагаются против зубьев цент­ рального кольца, предотвращая периодическое включение ведущей и ведомой муфт в момент совпадения зубьев первой со впадинами

второй.

При движении задним ходом ведущая муфта поворачивается по отношению к ведомым муфтам на величину зазора, определяемого разницей толщины зубьев и ширины впадин. Центральное кольцо не поворачивается вместе с ведущей муфтой, поэтому ведомые муф­ ты не выходят из зацепления и обе являются ведущими.

Движение задним ходом в случае вращения колес ведущей оси с неодинаковыми угловыми скоростями осуществляется точно так же, как и при движении вперед.

Основным достоинством дифференциалов с муфтами свободно­ го хода является наличие такого характера распределения момен­ тов, который обеспечивает максимально возможную суммарную ка­ сательную реакцию (такую же, как при отсутствии дифференциа­ ла) при любом соотношении коэффициентов сцепления ведущих ко­ лес с дорогой, в том числе и тогда, когда одно из колес потеряло соприкосновение с дорогой. Однако в большинстве случаев коэф­ фициент блокировки, равный бесконечности, не вызывается необхо­ димостью.

В частности, при установке межколесных дифференциалов рас­ сматриваемого типа в ряде случаев (например, на скользких доро­ гах, при работе с прицепом и т. д.) возможно затруднение поворота.

При движении по дорогам с твердым покрытием возможно уве­ личение износа шин. При включении и выключении муфт дифферен­ циалов с кулачковыми механизмами свободного хода возникают динамические нагрузки, вызывающие повышенные напряжения в деталях трансмиссии. У некоторых дифференциалов с кулачковыми механизмами при низких (отрицательных) температурах масла в картере главной передачи не обеспечивается надежность включе­ ния ведомой муфты забегающего колеса после выравнивания уг­ ловых скоростей колес.

Дифференциалы с повышенным внутренним трением

Дифференциалы с повышенным внутренним трением по конст­ руктивным признакам могут быть разделены на три основные груп­ пы: червячные, сухарные (кулачковые) и конические с фрикцион­ ными муфтами.

238

Одна из конструкций червячных дифференциалов показана на

рис. 125.

По кинематической схеме червячный дифференциал подобен симметричному коническому дифференциалу.

Вместо конических полуосевых шестерен у червячного диффе­ ренциала на шлицы полуосей надеты червячные шестерни 1 и 5. Связь между полуосевыми червячными шестернями обоих колес и коробкой дифференциала осуществляется через червячные сател-

Рис. 125. Червячный дифференциал

литы 3 и червяки 2 и 4. Число червячных сателлитов может быть различным. Чаще всего применяется три или четыре червячных сателлита.

Для определения коэффициента блокировки червячного диффе­ ренциала удобно воспользоваться следующей методикой.

При остановленной коробке дифференциала будем подводить крутящий момент М2 к одному из колес. Момент на втором колесе

где щ — к.п.д. дифференциала при остановленной коробке. Поскольку при выводе уравнений (159) не накладывалось ника­

ких ограничений по характеру движения элементов диффереицна-

239