8.5 Сведения о дифференциальных механизмах

У планетарных передач, с которыми вы познакомились ранее, одно из центральных колес закреплено, т. е. неподвижно при работе передачи. Если освободить закрепленное центральное колесо, то передача получит вторую степень свободы и превратится в передачу дифференциальную или в дифференциал, что иллюстрируется рисунком 8.4.

Поскольку дифференциальный механизм имеет две степени сво­боды, то для получения определённости движения всех звеньев необходимо иметь заданными законы движения (в нашем случае это скорости вращения) двух звеньев. Задавшись, например, угловыми скоростями ₁ и _н колеса 1 и водила Н (см. рисунок 8.4б), можно получить вполне определённую угловую скорость ₃ колеса 3. Можно задаться угловыми скоростями ₁ и ₃ колес 1 и 3, тогда вполне определённой будет угловая скорость _н водила Н. Так как угловые скорости двух звеньев могут быть заданы произвольно, то и отношение этих угловых скоростей может быть любым. Поэтому дифференциальная передача не обладает никаким определенным передаточным отношением.

а) б)

1 – центральное колесо (солнечное); 2 – сателлит; 3 – цент­ральное колесо (корончатое); Н – водило.

а – планетарная передача по рисунку 8.1, у которой закрепле­но центральное колесо;

б – дифференциальная передача, полученная из планетарной в результате освобождения ранее закрепленного центрального коле­са.

Рисунок 8.4 – Иллюстрация преобразования планетарной передачи в передачу дифференциальную

Дифференциальные передачи применяют, когда необходимо распределить движение одного ведущего звена между двумя ведомыми звеньями равномерно или в определенном отношении, а также решить обратную задачу, т.е. суммировать движение двух ведущих звеньев на одном ведомом.

Рисунок 8.5 иллюстрирует дифференциальную передачу с одним ведущим и двумя ведомыми звеньями. Ведущим является солнечное колесо 1 на валу авиационного двигателя, а ведомыми звеньями – водило Н и корончатое колесо 3. Ведомые звенья приводят во вра­щательное движение соосные винты 4 и 5 самолета, которые вращаются в противоположные стороны.

1 – ведущее солнечное колесо; 2 – сателлит; 3 – корончатое колесо; Н – водило; 4, 5 – винты самолета; ₁, ₂, _н – угловые скорости звеньев; Т₁, Т₃, Т_н – моменты на соответствующих звеньях.

Рисунок 8.5 – Иллюстрация дифференциальной передачи в при­воде двух соосных винтов самолета

Рассмотрим еще одну, более "приземленную" дифференциальную передачу в приводе ведущих колес автомобиля, представленную схемой на рисунке 8.6. Вращение ведущим колесам 1 и 2, располо­женным на одной оси, передается от двигателя автомобиля через коробку передач и карданный вал (на рисунке 8.6 не показаны) паре конических колес 3 и 4, составляющих так называемую главную передачу. Ведомое колесо 4 этой передачи жестко связано с водилом 5, которое по автомобильной терминологии называется коробкой дифференциала. На оси 6, закрепленной неподвижно в стенках короб­ки дифференциала, установлены одинаковые конические сателлиты 7 и 8. Каждый из сателлитов входит в зацепление с двумя одинако­выми центральными колесами 9 и 10 (их называют полуосевыми колесами). Эти колеса неподвижно соединены с полуосями 11 и 12, которые в свою очередь связаны с ведущими колесами 1 и 2.

1, 2 – колеса ведущей оси автомобиля; 3, 4 – ведущее и ве­домое конические колеса главной передачи; 5 – водило или коробка дифференциала; 6 - ось сателлитов; 7, 8 – сателлиты; 9, 10 – центральные колеса (полуосевые колеса); 11, 12 – полуоси.

Рисунок 8.6 – Схема дифференциальной передачи в приводе ведущих колес автомобиля

Как следует из схемы рисунка 8.6, жесткой связи между ведущими колесами 1 и 2 нет. При равномерном прямолинейном движении по гладкой дороге колеса 1 и 2, имеющие одинаковые диаметры, вращаются с одинаковыми угловыми скоростями . Дифференциал при этом не работает, сателлиты не вращаются вокруг оси 6, а крутящий момент от ведомого колеса 4 главной передачи практически поровну делится между колесами 1 и 2.

Примечание – Между ведущими колесами одной оси, которые нагружаются силой веса теоретически одинаково, устанавливают так называемый симметричный дифференциал. Его особенность в том, что он делит поровну момент между ведущими колесами. В пол­ноприводных автомобилях дифференциалы устанавливают также между веду­щими осями. При этом, чтобы подводить к более нагруженной оси больший крутящий момент, применяют несимметричные дифференциалы.

В криволинейном движении автомобиля по кругу радиуса r c постоянной скоростью вокруг центра Р картина меняется. Ведущее колесо 1, перемещаясь по кругу меньшего радиуса r_1, замедляет свою угловую скорость до ₁, а колесо 2, проходя больший путь по кривой большего радиуса r₂, наоборот увеличивает свою угловую скорость ₂, так что ₁ <  < ₂.

В этом режиме движения вступает в действие дифференциал и его сателлиты вращаются вокруг оси 6, а колеса автомобиля катятся без буксования и проскальзывания. Представим себе, что дифферен­циала не было бы, а ведущие колеса были бы жестко связаны между собой общей осью. Тогда при криволинейном движении неизбежно воз­никало бы буксование одного колеса или проскальзывание другого, или же скорее и то и другое одновременно. Результатом были бы ускоренный износ шин, плохая управляемость автомобиля, повышенный расход горючего.

Дифференциальный привод ведущих колес – неотъемлемый эле­мент конструкции современного автомобиля. Придавая ему многие положительные свойства, этот привод создает и некоторые весьма существенные осложнения. Знакома ситуация, когда автомобиль не может тронуться с места, если одно из двух его ведущих колес опирается на поверхность с малым коэффициентом сцепления (трения), например на лёд.

Крутящий момент, который может быть подведен к этому колесу, мал по величине и ограничен сцеплением колеса со льдом. При не- с­колько большем моменте колесо буксует, вращаясь на месте. Второе ведущее колесо, опираясь при этом на поверхность с дос­таточно хорошим сцеплением, например на сухой асфальт, вполне могло бы сдвинуть автомобиль с места, но к нему подводится тот же малый момент, что и к колесу, стоящему на льду. Поэтому второе колесо остается неподвижным, а сила тяги обоих колес оказывается недостаточной, чтобы привести автомобиль в движение.