Кинематика и статика дифференциала
На рисунке 32
показана схема дифференциала с коническими
шестернями. Размеры полуосевых шестерен
одинаковы, поэтому такой дифференциал
Рисунок 32 Схема сил и моментов, действующих на межколесный конический дифференциал
называют симметричным.
Установим кинематическую зависимость правой и левой полуосей и корпуса дифференциала, являющегося водилом рассматриваемого дифференциального механизма, с помощью равенства (132) кинематики планетарного ряда.
Пусть n1, n2 и n3 -частоты вращения правой и левой полуосей и корпуса дифференциала.
Тогда n1 + К∙n2 - (К+1)∙n3=0 (137)
Поскольку у данного механизма радиусы солнечных (полуосевых) шестерен равны, К=rс/rа=r2/r1=1, то равенство (183) запишется:
n1+n2 =2∙n3 (138)
Полученное уравнение кинематики симметричного дифференциала являются единственным независимым уравнением, связывающим угловые скорости звеньев 1, 2 и 3. Это означает, что дифференциал является системой с двумя степенями свободы.
Если остановить корпус дифференциала (n3 = 0) выражение (138) запишется: n1=-n2, т.е. полуоси могут вращаться под воздействием внешних сил в разные стороны.
Соотношение между моментами, приложенным к звеньям дифференциала определяется из равновесия механизма в целом:
М1 + М2 =М3, (139)
где М1 и М2 –моменты сопротивления, приложенные к полуосям 1 и 2;
М3 – момент подведенный к корпусу дифференциала.
Из условия равновесия сателлита (на рисунке 31 - справа), радиус которого обозначим rс,, следует, что сумма моментов сил, приложенных к нему относительно его оси вращения О, должна быть равна нулю:
ΣΜо=Р2∙rс-Р1∙rс=0 (140)
Откуда Р1=Р2. Поскольку М1=Р1∙r1 и М2=Р2∙r2, а по условию r1=r2, то М1=М2.
Используя полученное равенство на основе равенства (139) получим
М1=М2=0,5М3 (141)
Таким образом, в симметричном дифференциале (если не учитывать силы трения между его звеньями) момент М3 подводимый к корпусу дифференциала при установившемся движении делится поровну между полуосями.
Это свойство дифференциала является его основным недостатком, так как из-за него снижается проходимость машины. При попадании одного из ведущих колес на участок дороги с малым коэффициентом сцепления (лед, грязь и т.п.) оно может начать буксовать. Величина крутящего момента, подводимого к этому колесу, ограничена моментом силы тяги по сцеплению, который очень мал в этом случае.
Таким образом, введение дифференциала устраняет явление износа шин, но в то же время ухудшает проходимость машин.
Привод к ведущим колесам (самоподготовка)
Полуось передает колесу крутящий момент, в тоже время вертикальные нагрузки, продольные и поперечные силы должны восприниматься рамой машины. Все это выполняется комплексом деталей и узлом – задним мостом.
Конструкция мостов и привода к ведущим колесам зависят от того, управляемые или неуправляемые ведущие колеса.
Приводом к неуправляемым ведущим колесам обычно служат полуоси – полуразгруженные, рагруженные на ¾ и полностью разгруженные.Полуоси могут быть нагружены вертикальной Z, продольной X и поперечно Y. Кроме того, полуось нагружена крутящим моментом - рисунок 34.
Полуразгруженная полуось полностью работает на изгиб от X, Y и Z и скручивается моментом Мк.
Рисунок 33 Схема привода управляемого ведущего колеса
Разгруженная на ¾ - полуось работает на кручение и частично на изгиб. Полностью разгруженная полуось работает только на кручение.
Привод к управляемому ведущему колесу несколько сложнее. В этом случае в привод вводят карданы равных угловых скоростей – рисунок 33.
Конструкция карданов равных угловых скоростей бывают различными – сдвоенными (сферические и кулачковые), шариковые --(схемы не приводятся).
Принцип работы шарикового кардана. Шарики должны быть расположены в бисекторной плоскости. Это условие можно пояснить на примере пары шестерен с передаточными числом равным 1 (одинаковых) при взаимном расположении их валов под углом γ - (схема не приводится). Точка Р контакта зубьев этих шестерен расположена в бисекторной плоскости, а расстояние от нее до осей обеих шестерен
в
Рисунок 34 Схемы полуосей:
а - полуразгруженная; б - разгруженная на три четверти; в - полностью разгруженная
одинаковы и равны r. Соответственно равны и угловые скорости обеих шестерен. По аналогии в шариковом кардане шарики должны перемещаться так, чтобы их центра всегда перемещались в бисекторной плоскости по радиусу, при любом возможном изменении угла α и без значительных при этом зазоров.
Продольные и боковые силы на раму машины передаются обычно рессорами или толкающими штангами.
Задний мост гусеничных тракторов обычно крепится к раме. В нем размещается главная передача и механизмы поворота. К боковым плоскостям корпуса заднего моста крепится корпус конечных (бортовых) передач. Конечная передача – тяжело нагруженный зубчатый редуктор. Чтобы разгрузить коробку передач, главную передачу и другие узлы трансмиссии, нужно большую часть общего i осуществлять в конечных передачах. Для этого иногда вводят двойные конечные передачи, дающие iкп=9…12 и даже больше.