Ведущие мосты тракторов и автомобилей. Учебное пособие

При дифференциальной связи между ведущими осями касательные силы тяги передних и задних колес машины находятся в определенном соотношении, устанавливаемом дифференциалом. Если колеса одной из осей попадают в неблагоприятные условия сцепления с дорогой и их касательная сила тяги уменьшается, то это приводит к снижению касательной силы тяги, развиваемой колесами другой оси, даже при хорошем сцеплении с дорогой. В этом случае межосевой дифференциал блокируют, как и межколесный.

Дифференциалы классифицируются по следующим признакам: 1. По кинематической схеме:

а) симметричные; б) несимметричные. 2. По конструкции:

а) шестеренчатые; б) кулачковые; в) червячные; г) с механизмом свободного хода.

3. По месту установки:

а) межколесный - устанавливается между левым и правым ведущими колесами одной оси трактора или автомобиля;

б) межосевой - между ведущими мостами трактора или автомоби-

ля;

в) межбортовой - между ведущими колесами с правой и левой сторон (бортов) машины.

4. По возможности блокировки: а) не блокируемые;

б) блокируемые - имеют дополнительные механизмы, обеспечивающие блокировку дифференциала. Привод к механизму блокировки может быть: механический (ЮМЗ - 6Л/6М ); гидравлический (МТЗ - 80/82, МТЗ - 100/102); пневматический (межосевой дифференциал автомобилей КамАЗ, ЗИЛ - 133 и др.);

в) самоблокирующиеся повышенного трения: шестеренчатые фрикционные (передний мост тракторов МТЗ - 80/82 и ведущие мосты трактора Т - 150К); кулачковые ( ГАЗ - 66 ); червячные.

5. По степени блокировки:

а) малая - Кб = 0,05...0,20;

12

б) повышенная - Кб = 0,25...0,80); в) полная - К = 1,0.

4 КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛОВ

Шестеренчатые дифференциалы выполняются с коническими и цилиндрическими шестернями. Основной недостаток простых шестеренчатых дифференциалов - низкий коэффициент блокировки Кб = 0,01...0,15, что ухудшает проходимость машин. Для устранения этого недостатка используют принудительную блокировку (рис. 2, а, в, г).

Самоблокирующийся шестеренчатый симметричный дифференциал повышенного трения (передний мост МТЗ - 82, -102, ведущие мосты Т - 150К) работает на принципе возникновения момента трения при нарушении равенства частоты вращения полуосей (рис. 2, б). Две оси 10 для каждой пары сателлитов (МТЗ - 82) могут перемещаться одна относительно другой. Корпус 5 дифференциала воздействует на оси 10 через специальные скосы, направленные у одной оси в одну сторону, а у другой - в другую. При одинаковом сопротивлении вращению колес трактора возникают осевые силы, сжимающие диски 11 и 12 муфты дифференциала. Относительное движение дисков в этом случае затруднено из-за фрикционного замыкания осей дифференциала с его корпусом, т. е. дифференциал будет блокирован силами трения. Чем больший крутящий момент передает дифференциал, тем с большей силой будет происходить сжатие дисков, тем выше степень его блокировки.

Вслучае отставания одной из полуосей сателлиты начнут вращаться вокруг своих осей; при этом со стороны отстающего ведущего колеса создается большая осевая сила, сжимающая диски муфты 11 и

12.Для отстающей полуоси усилие сжатия дисков будет увеличиваться, а для забегающей - уменьшаться. Происходит блокировка полуосевых шестерен с корпусом дифференциала, величина которой пропорциональна разности сопротивлений перемещению ведущих колес.

Вчервячных дифференциалах с повышенным внутренним трением (рис. 3, а) полуосевые червячные шестерни 8 находятся в зацеплении с червяками 4, связанными между собой червячными сателлитами 2, вращающимися в осях. Коэффициент блокировки червячного диф-

13

ференциала Кб = 0,6...0,8 и определяется углом подъема витка червяков.

Кулачковые дифференциалы с повышенным внутренним трением выполняются осевыми (рис. 3, б) и радиальными (рис. 4).

Принцип работы осевого кулачкового дифференциала состоит в следующем. Если вращать обойму-барабан 9, то сухари 10, упираясь в выступы полуосевых шайб 11, начнут их перемещать. Если оба ведущих колеса испытывают одинаковое сопротивление, то угловые скорости обоймы и кулачковых шайб равны.

Рисунок 3 – Схемы червячного (а) и кулачкового осевого (б) дифференциалов:

1 – корпус; 2 – сателлит червячный; 3 – ведомая шестерня главной передачи; 4 – червяки; 5, 7 – полуоси; 6 – ведущая шестерня главной передачи; 8 – червячные шестерни; 9 – обойма–барабан; 10 – сухари; 11 – полуосевые кулачковые шайбы

Если одна из шайб 11 испытывает большее сопротивление, чем другая, то она начинает вращаться медленнее, чем обойма 9, и толкает сухари 10 в сторону второй шайбы, ускоряя ее движение. При этом сухари скользят относительно обоймыбарабана 9, и возникающие силы трения увеличивают тангенциальную силу на отстающей кулачковой

14

шайбе и уменьшают - на забегающей. Момент на отстающем колесе возрастает, а на забегающем уменьшается.

Рисунок 4 – Схема кулачкового радиального дифференциала:

1, 5 – ведущая и ведомая шестерни главной передачи; 2 – сухари; 3 – внутренняя кулачковая втулка; 4, 8 – полуоси; 6 – корпус с обоймой; 7 – внешняя кулачковая втулка. и кулачковых шайб равны

Работа радиальных кулачковых дифференциалов аналогична осевым. В осевых кулачковых дифференциалах действуют большие осевые силы, распирающие шайбы и вызывающие износ их поверхностей. Этого недостатка лишены радиальные кулачковые дифференциалы

(см. рис. 4).

Дифференциалы с механизмом свободного хода могут быть роликового, кулачкового или храпового типов. Механизмы с муфтами свободного хода с точки зрения теории машин и механизмов дифференциалами не являются. Однако на тракторах и автомобилях они успешно выполняют функции дифференциала. Поэтому их называют самоблокирующимися дифференциалами свободного хода.

Роликовый самоблокирующийся дифференциал свободного хода (рис. 5) работает следующим образом. Если машина движется прямо-

15

линейно, то заклиниваются оба ряда роликов 7 и оба колеса являются ведущими. Если же колеса вращаются с разными угловыми скоростями, то ролики забегающего колеса перемещаются от края канавок к середине и расклинивают полуосевые диски с ведущей обоймой. Крутящий момент не передается забегающему колесу, оно может вращаться со скоростью, превышающей скорость корпуса дифференциала.

Рисунок 5 – Схема роликового дифференциала свободного хода:

1, 2 – ведущая и ведомая шестерни главной передачи; 3, 5 – полуосевые диски; 4, 6 – полуоси; 7 – ролики

Самоблокирующийся дифференциал (рис. 6, а) храпового типа, свободного хода (устанавливается в переднем ведущем мосте трактора Т-40А) представляет собой две объединенные в общем корпусе обгонные храповые муфты, каждая из которых соединена со своей полуосью.

Двусторонняя защелка (собачка) левой обгонной муфты заклинена шпонкой на оси 4, которая может свободно поворачиваться относительно корпуса дифференциала, поджимая к внутренней шлицевой обойме 16 одну или другую сторону защелки. Поворачивается ось защелки благодаря силе трения Р (см. рис. 6, б, в) между выступом кри-

16

вошипной оси 4 и левой неподвижной тормозной шайбой (шайбой трения) 17. Прижатие оси 4 к шайбе трения 17 осуществляется пружиной 6.

Рисунок 6 – Самоблокирующийся дифференциал свободного хода храпового типа:

а – общая кинематическая схема; б, в – соответственно, левая и правая части обгонной муфты:

1, 11 – полуоси; 2 – корпус переднего ведущего моста; 3, 19 – упор осей собачек; 4, 12 – оси собачек; 5, 13 – собачки; 6, 15 – пружины осей собачек; 7 – ведомая шестерня; 8, 16 – шлицевые обоймы полуо– сей; 9, 17 – тормозные шайбы (шайбы трения); 10, 18 – полуосевые рукава; 14 – ведущая шестерня главной передачи

Конструкция правой обгонной храповой муфты аналогична левой. Передаточные силы трансмиссии трактора и переднего ведущего моста подобраны так, что при малых тяговых усилиях, когда буксование задних колес не превышает 4%, передние колеса, свободно катясь по земле, сообщают через полуоси 1 и 11 внутренним обоймам 8 и 16 храповых муфт большую скорость, чем имеет корпус дифференциала, а следовательно и оси собачек 4 и 12, вращаемые от двигателя через раздаточную коробку. Защелка при этом вхолостую перемещается

(прощелкивает) по зубьям обоймы.

17

Если тяговое усилие возрастает, поступательная скорость трактора, а следовательно, и скорость вращения свободно катящихся передних колес снизится вследствие увеличения буксования задних колес.

Когда скорость внутренней обоймы, связанной с колесом, уменьшится до скорости, с какой вращается корпус дифференциала, защелка под действием момента, создаваемого силами трения Р, войдет во впадину между зубьями обоймы и воспрепятствует дальнейшему замедлению ее вращения. Теперь, как бы не уменьшилась скорость движения трактора, вследствие буксования задних колес, защелка, упираясь в выступ обоймы, будет принудительно вращать полуось с той скоростью, с какой вращается дифференциал, и передавать крутящий момент колесу. Следовательно, передний ведущий мост автоматически включается в работу в зависимости от буксования задних колес.

Благодаря тому, что защелки выполнены двухсторонними, механизм дифференциала работает одинаково как при движении вперед, так и при движении назад. При этом сила трения, возникающая между шайбами трения 9, 17 и упорами осей собачек 3, 19, меняет направление и поворачивает собачки в противоположную сторону, прижимая их к внутренним обоймам другой стороной.

Во время движения на повороте, например, влево, забегающее правое колесо будет проходить больший путь, чем левое, а следовательно, оно начнет вращаться быстрее левого. Связанная с колесом правая шлицевая обойма станет обгонять корпус дифференциала, и правая собачка начнет прощелкивать по зубьям обоймы, не передавая момента. Правая обгонная муфта отключится. Левая же обгонная муфта будет передавать момент на левое отстающее колесо.

Важным преимуществом дифференциала храпового типа перед обычным - шестеренчатым является то, что при попадании одного из колес на скользкое место, другое колесо воспринимает полное тяговое усилие, возможное по сцеплению с почвой, т. е. такой дифференциал не нуждается в принудительной блокировке.

18

Самоблокирующийся дифференциал, установленный на тракторах К -701А, -701 (рис. 7), относится к типу дифференциалов с кулачковым механизмом свободного хода. Преимущество его перед обычным шестеренчатым дифференциалом в том, что при движении трактора в прямом направлении он блокирует обе полуоси, что не позволяет пробуксовывать ни одному из колес даже при различных коэффициентах сцепления с почвой. При повороте полуось забегающего колеса отключается, и оно движется в свободном качении, т. е. крутящий момент на забегающее колесо не передается. Вся мощность, передаваемая главной передачей, приходится на отстающее колесо.

Рисунок 7 – Самоблокирующийся дифференциал кулачкового типа свободного хода: а - кинематическая схема; б - прямолинейное движение; в - поворот налево:

1, 9 – ступицы ведомых полумуфт; 2, 8 – –ведомые полумуфты; 3 – чаша корпуса дифференциала; 4 – шпонка; 5 – ведущая муфта; 6 – ступица; 7 – ведомая шестерня главной передачи; 10, 12 – разрезные кольца ведомых полумуфт; 11 – ведущая шестерня главной передачи; 13 – кольцо ведущей муфты; 14, 15 – пружины

19

Ведущим элементом дифференциала служит ведомая муфта 5 с кулачками, размещенными с двух сторон. Муфта закреплена между ступицей 6 и чашей 3 корпуса дифференциала. В зацеплении с муфтой 5 находятся две ведомые полумуфты 2 и 8, имеющие два ряда торцовых кулачков - наружный и внутренний. Профиль наружного ряда кулачков прямоугольного сечения такой, как и у кулачков ведущей муфты 5, а внутреннего - трапецеидальный. Трапецеидальные кулачки полумуфт соприкасаются с кулачками такого же профиля на внутреннем кольце 13 ведущей муфты.

Кольцо 13, имеющее трапецеидальные кулачки с двух сторон, удерживается в ведущей муфте 5 специальным пружинным кольцом. В пазу кольца 13 ведущей муфты 5 приварена шпонка 4, которое удерживает от проворачивания разрезные кольца 10 и 12 на ведомых полумуфтах во время их выключения при повороте. Ширина паза кольца 13 позволяет ему проворачиваться относительно ведущей муфты 5 на величину зазора А (рис. 7, б) между трапециидальными кулачками муфты 5 и ведомыми полумуфтами 2 и 8. Ведомые полумуфты поджимаются к ведущей муфте пружинами 14 и 15.

Дифференциал работает следующим образом. При прямолинейном движении трактора (рис. 7, б) крутящий момент от ведомой шестерни 7 главной передачи через ступицу 6 передается ведущей муфте 5 и через кулачки прямоугольного сечения (рабочая плоскость кулачков - Б) ведомым полумуфтам 2 и 8, а затем через ступицы 1 и 9 ведущим полуосям конечных передач. Дифференциал находится в блокированном состоянии. Полуоси при этом вращаются с угловой скоростью, равной скорости вращения ведомой шестерни 7 главной передачи.

При повороте трактора, например, налево (рис. 7,в), забегающее правое колесо стремится вращаться быстрее. В результате взаимодействия трапецеидальных кулачков внутреннего ряда ведущей муфты 5 и полумуфты 10 этого колеса последняя, сжав пружину 15, отводится в сторону (вправо) и выходит из зацепления с кулачками муфты 5. Одновременно выходит из зацепления с кольцом 13 ведущей муфты 5 разрезное кольцо 10, сидящее на ведомой полумуфте 8. После поворота

20