Устройство автомобилей




Симметричный конический дифференциал




Симметричные конические дифференциалы наиболее широко применяются в трансмиссии автомобилей в качестве межколесных дифференциалов благодаря простоте конструкции, надежности работы, небольших габаритов и массы. Они применяются как на грузовых, так и на легковых автомобилях.
симметричный конический дифференциал автомобиля Дифференциалы, применяемые в автомобильных трансмиссиях, представляют собой трехзвенные планетарные механизмы с двумя степенями свободы (рис. 1).
Звеньями дифференциала являются: крестовина 3, связанная с корпусом 1 дифференциала, полуосевые зубчатые колеса 2, 5 и сателлиты 4, 6.

При заданной угловой скорости вращения корпуса дифференциала угловые скорости двух выходных валов 8 и 9, связанных с полуосевыми зубчатыми колесами 2 и 5, могут принимать разные значения в зависимости от условий движения машины. В первую очередь угловые скорости выходных валов зависят от сопротивления вращению со стороны каждого ведущего колеса, оказываемого соответствующему приводному валу.

Между угловыми скоростями трех звеньев механизма существует определенная зависимость, которую называют уравнением кинематики дифференциала:

ω1 + ω2 = 2ω0,

где ω1 – угловая скорость левого полуосевого колеса; ω2 – угловая скорость правого полуосевого колеса; ω0 – угловая скорость корпуса дифференциала.

Из приведенного уравнения следует, что при постоянной скорости корпуса дифференциала (ω0 = const) уменьшение частоты вращения любого из зубчатых колес на некоторую величину вызывает увеличение частоты вращения другого зубчатого колеса на эту же величину, т. е. сумма угловых скоростей колес остается постоянной при неизменной частоте вращения корпуса дифференциала.

устройство и работа симметричного конического дифференциала

При прямолинейном движении автомобиля по ровной поверхности (рис. 1,б) корпус 1 дифференциала через крестовину 3 и сателлиты 4 и 6 увлекает левое 2 и правое 5 полуосевые зубчатые колеса, заставляя их вращаться с одинаковой угловой скоростью. Сателлиты при этом не вращаются вокруг своих осей.

При повороте, например, направо (рис. 1, в) правое полуосевое зубчатое колесо 5 будет вращаться медленнее корпуса дифференциала, при этом левое зубчатое колесо 2 благодаря вращению сателлитов вокруг своих осей ускорится, и будет вращаться быстрее корпуса дифференциала 1.

Если одно зубчатое колесо остановить, то другое будет вращаться в два раза быстрее корпуса дифференциала.
Такое явление наблюдается при буксовании одного из ведущих колес автомобиля – если одно колесо застрянет, например, в трясине, второе колесо, стоящее на скользкой поверхности, будет быстро вращаться при неподвижном первом.

Остановка корпуса дифференциала с помощью трансмиссионной стояночной тормозной системы или в результате заклинивания главной передачи при движении автомобиля может привести к тому, что ведущие колеса, находящиеся на поверхностях с различными сцепными условиями, станут вращаться в разные стороны, и автомобиль занесет. Поэтому использование трансмиссионной стояночной тормозной системы для экстренной остановки автомобиля не рекомендуется.

Основным динамическим свойством симметричного дифференциала является то, что при отсутствии потерь в зацеплении и опорах моменты на полуосях распределяются поровну:

М1 = М2 = 0,5 М0,

где М1 и М2 – моменты на полуосевых зубчатых колесах; М0 – момент на корпусе дифференциала.

Распределение крутящего момента поровну между колесами одного моста благоприятно при движении автомобиля по дороге с твердым покрытием, когда сцепление всех колес с дорогой одинаково.
Однако если одно из колес движется по скользкому грунту, то, как это описывалось выше, автомобиль может забуксовать. При этом на застрявшем колесе реализуется незначительный крутящий момент.
По этой причине симметричный дифференциал ухудшает проходимость автомобиля, что является одним из основных недостатков дифференциалов данного типа.

Более подробно устройство межколесного симметричного конического дифференциала показано на рисунке 2.

***




Особенности устройства и работы симметричного конического дифференциала

Механизм симметричного конического дифференциала, который наиболее широко используется в качестве межколесного дифференциала, включает в себя корпус, состоящий из двух чашек 1 и 8, стянутых болтами, к которым крепится ведомое цилиндрическое зубчатое колесо главной передачи. Между чашками зажата крестовина 9, на шипах которой свободно установлены четыре сателлита 5. В отверстия сателлитов запрессованы бронзовые втулки.

устройство и работа симметричного конического дифференциала

Полуосевые зубчатые колеса 3 и 6 расположены на внутренних шлицованных концах полуосей и находятся в постоянном зацеплении с сателлитами.
Для сборки дифференциала в корпусе выполняют окна. Для уменьшения трения и повышения срока службы дифференциала между торцами сателлитов и полуосевых зубчатых колес устанавливают бронзовые шайбы 2, 4, 7.

Торцевые поверхности сателлитов, так же, как и внутренние поверхности корпуса, выполнены сферическими, что способствует их лучшему центрированию на шипах крестовины. Сателлиты и полуосевые зубчатые колеса имеют прямые зубья.

Устранение отрицательного свойства дифференциала, ухудшающего проходимость автомобиля, может достигаться принудительной блокировкой дифференциала, что приводит к образованию жесткой связи между правым и левым ведущими колесами. Принудительное блокирование дифференциалов используют для повышения проходимости полноприводных автомобилей. Блокирование дифференциала может осуществляться различными способами, например, путем соединения одной из полуосей с помощью зубчатой муфты 1 с зубчатым венцом 2, выполненной на удлиненной части чашки дифференциала, при этом все элементы дифференциала вращаются как одно целое (рис. 3).

Принудительное блокирование дифференциала осуществляют с места водителя с помощью дистанционного привода, который может быть механическим, пневматическим, электропневматическим и т. п.
После прохождения сложного участка дороги блокировку необходимо выключить, чтобы избежать интенсивного изнашивания шин, потери устойчивости автомобиля и повышенного расхода топлива.

Неумелое использование принудительной блокировки дифференциала может повредить трансмиссию. Поэтому при включении блокировки полуосей следует применять следующие меры:

  • включать жесткие блокировки можно только при полностью остановленном автомобиле;
  • включать блокировку следует осторожно, так как усилия двигателя вполне достаточно чтобы сорвать сам механизм блокировки или поломать полуось;
  • не следует забывать, что включенная блокировка (особенно на ведущем переднем мосту) отрицательно сказывается на управляемости автомобиля;
  • не рекомендуется использовать жесткую блокировку дифференциала на твердом покрытии.
  • при включенной блокировке необходимо придерживаться скоростных ограничений, рекомендованных производителем.
достоинства и недостатки симметричного конического дифференциала

Из-за описанного недостатка симметричных конических дифференциалов, ухудшающего проходимость автомобиля и требующего применения специальных блокирующих устройств, в конструкции автомобилей, особенно предназначенных для работы в сложных дорожных условиях, иногда применяют дифференциалы других типов, обладающих свойством самоблокирования – так называемые самоблокирующиеся дифференциалы.
К такому типу дифференциалов относятся, например, кулачковые дифференциалы повышенного трения.

***

Кулачковый дифференциал повышенного трения