34. Конструкция дифференциалов.

Механизм трансмиссии автомобиля, распределяющий подводи­мый к нему крутящий момент между выходными валами и позво­ляющий им вращаться с неодинаковыми угловыми скоростями, называется дифференциалом. Если конструкцией предусмотрена блокировка (выключение) дифференциала или отключение ка­кой-либо части трансмиссии, то для осуществления такой возмож­ности используются специальные муфты. Классификация механизмов распределения мощности Дифференциалы по конструкции делятся на шестеренчатые, чер­вячные и кулачковые. Шестеренчатые дифференциалы по типу ис­пользуемых шестерен могут быть коническими и цилиндрическими. По соотношению крутящих моментов на выходных валах диф­ференциалы делятся на симметричные и несимметричные. Первые делят подводимый к ним крутящий момент поровну между выход­ными валами, а вторые в другой постоянной пропорции. По месту установки дифференциалы делятся на межколесные (установлены между правым и левым ведущими колесами одной оси), межосевые (через них осуществляется связь ведущих колес разных осей) и межбортовые (используются при бортовой схеме распределения мощности). Из перечисленных трех типов диффе­ренциалов только межосевые могут быть несимметричными, что позволяет обеспечить распределение крутящих моментов не поровну, а пропорционально массе, приходящейся на разные оси автомобиля.

Шестеренчатый дифференциал — это планетарный механизм с двумя степенями свободы. В изображенной на рис. 6.1 конструкции конического дифференциала крутящий момент с корпуса, являющегося водилом пла­нетарного механизма, через свободно вращающиеся на своих осях сателлиты / передается шестерням 2 выходных валов. Скорость вращения выходных валов не зависит однозначно от уг­ловой скорости корпуса дифферен­циала. Если такой дифференциал исполь­зовать в качестве межколесного, то при движении автомобиля уг­ловые скорости колес будут определяться соотношением путей, про­ходимых колесами, и их радиусами качения (при отсутствии сколь­жения колес, естественно). Единственное кинематическое ограни­чение таково: насколько один выходной вал обгоняет корпус, настолько другой отстает от него. В дифференциалах легковых ав­томобилей сателлитов обычно два, и установлены они на общей оси. В дифференциалах тяжелых автомобилей устанавливают по четыре сателлита, а их оси объединяют в виде крестовины (3 на рис. 6.1). Если на рис. 6.1 по штрих-пунктирным линиям I условно от­бросить неработающие сегменты сателлитов, то оставшуюся часть с двумя находящимися в зацеплении зубьями можно представить как равноплечую балку, для которой справедливы выражения: Fлев + Fправ = Fв; Fлев = Fправ. Если учесть, что шестерни выходных валов имеют одинаковые радиусы, то из этого следует важный вывод: дифференциал рас­пределяет крутящие моменты между выходными валами поровну.

Если такой (симметричный) дифференциал используется в ка­честве межколесного, то равенство крутящих моментов на колесах автомобиля, создавая их одинаковую тяговую загрузку, в обычных условиях движения является положительным. Но когда сцепление левого и правого колес с дорогой заметно различается, то равенство крутящих моментов становится весьма негативным, так как резко ухудшает тяговые свойства автомобиля, поскольку колесо имеющее малое сцепление с дорогой не может создать большой толкающей силы (не может реализовать большой крутящий момент). Если на одном выходном валу дифференциала крутящий момент мал, значит, он будет малым и на другом. Это другое колесо, имея хорошее сцепление с дорогой, могло бы создать большую тяговую силу, чего из-за малой величины подводимого к нему момента не про­исходит. В итоге часто оказывается, что суммарной силы тяги на обоих колесах недостаточно для движения автомобиля. Чтобы устранить отмеченный не­достаток дифференциалов их можно снабдить устройством для блокиров­ки. Существуют конструкции так назы­ваемых «пульсирующих» дифференциа­лов. Рис. 6.9 иллюстрирует принцип ра­боты такого дифференциала. В отличие от ранее рассмотренных конструкций, в «пульсирующем» дифференциале, благо­даря специальному профилю зубьев са­теллитов и шестерен выходных валов, при их относительном вращении, соотноше­ние плечей «а» и «в», на которых сила передается с сателлитов на шестерни, не­прерывно изменяется. При применении такого механизма в качестве межколес­ного дифференциала при буксовании од­ного из колес величины крутящих мо­ментов на колесах пульсируют, и колесо, имеющее лучшее сцепление с дорогой, периодически получая увеличенный кру­тящий момент, способствует движению автомобиля. Однако отношение максимального и минимального крутящих моментов на выходных валах в таких дифференциалах невелико (1,25—1,5), и они не получили большого распространения.

Кулачковые дифференциалы одна из наиболее распространенных конструкций кулачкового дифференциала показана на рис. 6.10. Она состоит из двух кулач­ковых профилей (звездочек) / и 2, соединенных каждый со своим выходным валом, а также обоймы 3, к которой подводится крутящий момент и несущей сухари 4, свободно скользящие в ее радиальных отверстиях. Сухари торцами взаимодействуют с кулачками. Окруж­ное усилие от обоймы к кулачкам передают только сухари, нахо­дящиеся в сужающихся участках канавки, образованной профилями кулачков, и упирающиеся в кулачки, другие сухари в это время не работают. Если выходные валы вращаются с разными скоростями, то про­фили кулачков смещаются относительно друг друга, а работающие сухари, оказавшись в расширяющейся части канавки, становятся холостыми, но вместо них в работу вступают другие, которые до этого не работали. Понятно, что при одном ряде сухарей это воз­можно лишь при разном количестве выступов на наружном и внут­реннем кулачках. Иначе, когда выступы одного кулачка окажутся напротив впадин другого, ни один из сухарей не будет передавать окружное усилие на кулачки. Взаимное смещение профилей при разных угловых скоростях выходных валов сопровождается скольжением сухарей относительно кулачков и обойм. Это скольжение, в свою очередь, сопровождается трением, величина которого такова, что коэффициент блокировки К₆ таких дифференциалов достигает 5. Следует отметить, что при радиальном расположении сухарей кулачкового дифференциала ко­эффициент блокировки зависит от того, какой из выходных валов является отстающим, а какой—забегающим. В двухрядных кулачковых дифференциалах рабочая поверхность широкого наружного кулачка / взаимодействует с двумя рядами сухарей, установленных в одной обойме, а рабочая поверхность внутренних звездочек 2 состоит из двух профилей, смещенных на половину шага выступов (на рис. 6.10 они показаны в сечениях А-А и Б-Б). Количество выступов на обеих звездочках одинаково. Как и в однорядном дифференциале, здесь одновременно работает только часть сухарей. Более того, при определенном взаимном рас­положении звездочек работают только несколько сухарей одного ряда. Для предотвращения выпадения сухарей из обоймы во время сборочных операций предусмотрены лыски 5 на сухарях и кольца 6. Высокая износостойкость кулачкового дифференциала достигается применением высококачественных легированных сталей.