Дифференциал

 

При повороте автомобиля его внутреннее ведущее колесо проходит меньший путь, чем наружное, поэтому, чтобы качение внутреннего колеса происходило без скольжения, оно должно вращаться медленнее, чем наружное. Для этого служит дифференциал, который распределяет крутящий момент между ведущими колесами, что позволяет правому и левому колесам при поворотах автомобиля и при его движении на криволинейных участках дороги вращаться с различной угловой скоростью. В результате при повороте исключается пробуксовывание колес, которое вызывает повышенное изнашивание шин, затрудняет управление автомобилем и увеличивает расход топлива.

Ведущие колеса для обеспечения различной частоты вращения крепят не на одном общем валу, а на двух полуосях. Полуоси связаны между собой межколесным дифференциалом, подводящим к ним крутящий момент от глав­ной передачи.

Дифференциалы классифицируют по месту расположения на межосевые (распределяющие крутящий момент между главными передачами ведущих мостов); на межколесные (распределяющие крутящий момент между ведущими колесами одной оси) и по соотношению крутящих моментов на ведомых валах – на симметричные (моменты одинаковые) и несимметричные. В дифференциалах устанавливают чаще всего конические шестерни.

Число зубьев левой и правой полуосевых шестерен у симметричного межколесного дифференциала равно, поэтому для такого планетарного механизма передаточное число при остановленном водиле равно единице. Отсюда вытекают его свойства:

1) сумма угловых скоростей левой и правой полуосевых шестерен (ведущих колес) равна удвоенной угловой скоро­сти корпуса дифференциала, т. е. w_л + w_п = 2 w_к;

2) при любых соотношениях угловых скоростей левой и правой полуосевых шестерен их крутящие моменты равны (как и моменты левого и правого ко­лес автомобиля), т. е. М_л = М_п.

При прямолинейном движении автомобиля по ровной поверхности левое и правое колеса и корпус дифференциала вращаются с одинаковой угловой скоростью (w_л = w_п = w_к). Сателлиты не совершают относительного движения.

Правое колесо автомобиля при повороте, например, налево в результате относительного вращения сателлитов должно вращаться быстрее корпуса дифференциала, а левое – медленнее (w_л < w_п). При уменьшении угловой скорости левого колеса увеличивается угловая скорость правого колеса. Чем меньше радиус поворота, тем больше разница в угловых скоростях левого и правого колес. Однако угловая скорость корпуса дифференциала, зависящая при включенной передаче в коробке передач от угловой скорости коленчатого вала двигателя, не изменяется, поэтому сумма угловых скоростей ведущих колес автомобиля будет неизменна.

Если одно из колес остановлено, дру­гое вращается в два раза быстрее корпуса дифференциала (например, w_л = 0; w_п = 2 w_к). Это наблюдается в случае буксования одного из ведущих колес при неподвижном автомобиле.

Если при движении автомобиля бы­стро остановить корпус дифференциала (w_к = 0), например стояночным транс­миссионным тормозом, то ведущие ко­леса должны также остановиться или вращаться в разном направлении (w_л = - w_п), и автомобиль может занести. Поэтому запрещается использовать стояночный трансмиссионный тормоз для остановки движущегося автомоби­ля.

При относительно малом сопротивлении (при движении автомобиля по дорогам с твердым покрытием) благоприятным является распределение крутящих моментов поровну между левым и правым колесами. В этом случае это свойство межколесного конического дифференциала обеспечивает хорошую управляемость и устойчивость автомобиля. Однако если одно из двух ведущих колес, например правое, при трогании автомобиля с места находится на скользком участке дороги, то крутящий момент на нем уменьшается до значения, ограниченного коэффициентом сцепления колеса с дорогой. Такой же крутящий момент будет на левом колесе, хотя оно и находится на поверхности с высоким коэффициентом сцепления. Автомобиль не тронется с места, если суммарного момента будет недостаточно для его движения, левое колесо будет неподвижным, а пра­вое будет буксовать. Чтобы устранить этот недостаток, дифференциал жестко соединяют с одной из полуосей корпуса. При заблокированном дифференциале крутящий момент, подводимый к колесу с лучшим сцеплением, увеличивается, и этим со­здается большая суммарная сила тяги на обоих ведущих колесах.

На некоторых автомобилях, предназначенных для движения по бездорожью и грунтовым дорогам, применяют дифференциалы с принудительной блокиров­кой или самоблокирующиеся. В этом случае большая часть крутящего момента передается на колесо, вращающееся с меньшей частотой (отстающее колесо). Если одно из колес автомобиля на скользком участке дороги начинает вращаться быстрее корпуса дифференциала (становится забегающим), передаваемый этим колесом крутящий момент уменьшается. В этом случае большая часть момента подво­дится к отстающему колесу, находяще­муся на участке дороги с лучшими сцепными свойствами, и тем самым по­вышается сила тяги.

Наиболее распространены следующие дифференциалы: межколесный конический симметричный, межосевой конический и кулачковый повышенного трения.

Конический симметричный дифференциал (рис.14.4,а) представляет собой шестеренный механизм, смон­тированный в главной передаче. Он имеет два конических зуб­чатых колеса 2 и 8, шестерни-сателлиты 1 и 7 и крестовину 4.

Ведомое колесо 5 главной пере­дачи жестко соединено с коробкой дифференциала. Коробка состоит из двух чашек, между которыми крепится крестовина. В короб­ке дифференциала на шлицах полу­осей 3 и 9, соединенных с веду­щими колесами автомобиля, установлены полуосевые зубчатые колеса 2 и 8. От веду­щей шестерни 6 главной передачи крутящий момент передается на ве­домое колесо 5 и коробку дифферен­циала, вместе с которой вращается крестовина 4 с расположенными на ней шестернями-сателлитами 1 и 7.

 

 

Рис.14.4. Конический симметричный дифференциал

 

Оба ведущих колеса при прямолинейном движении ав­томобиля по ровной дороге испытывают одина­ковые сопротивления качению и про­ходят одинаковые пути. Поэтому сателлиты, не поворачиваясь относительно своих осей, вращаются вместе с кресто­виной и коробкой дифференциала и сообщают зубчатым колесам 2 и 8 одинаковую частоту вращения. При этом сателлиты, соединяя обе полуоси, как бы заклинивают полуосевые зубча­тые колеса.

При движении автомобиля на повороте (см.рис.14.4,б) его внутрен­нее колесо проходит меньший путь, чем наружное, в результате чего полуось 9 и полуосевое зубчатое колесо 8, свя­занные с внутренним колесом авто­мобиля, вращаются медленнее. Вращаясь на шипах крестовины 4, шестерни-сателлиты 1 и 7 перекатываются по замедлившему вращение полуосевому зубчатому ко­лесу 8, в результате чего повы­шается частота вращения полуосево­го зубчатого колеса 2 и полуоси 3. Таким образом, ведущие колеса автомобиля за одно и то же время проходят различные пути без юза и пробуксовывания.

У автомобилей ВАЗ-2105 и «Москвич» дифференциал, как и главная передача, расположен в картере заднего моста. Дифференциал содержит коробку 18 (рис.14.5), в отверстие которой вставляет­ся ось 17 сателлитов, на которую свободно надеты два кони­ческих сателлита 11. Сателлиты находятся в постоянном зацеп­лении с шестернями 13 полуосей 8. Коробка дифференциала вместе с ведомой шестерней 12 вращается на двух конических роликовых подшипниках 21. Подшипники закрепляются двумя регулировочными гайками 9. Усилие от главной передачи передается на ко­робку дифференциала, затем через ось на сателлиты и далее через полуосевые шестерни и полуоси к ведущим колесам.

 

Рис.14.5. Задний мост автомобиля ВАЗ-2105: 1 - фланец полуоси; 2 - болт крепления тормозного барабана колеса; 3 - направляющий штифт; 4 - тормозной барабан; 5 - подшипник полуоси; S - сальник; 7 - кожух заднего моста; 8 - полуось; 9 - регулировочная гайка подшипника; 10 - сапун; 11 - сателлит; 12 - ведомая шестерня главной передачи; 13 - шестерня полуоси; 14 - фланец ведущего вала; 15 - картер главной передачи; 16 - ведущая шестерня; 17 - ось сателлитов; 18 - коробка дифференциала; 19 - стопорная пластина; 20 - крышка под­шипника дифференциала; 21 - подшипник; 22 - пластина крепления подшипника полуоси

 

На автомобиле ВАЗ-2108 конический двухсателлитный дифференциал находится в одном картере с коробкой передач (см.рис.12.7). Усилие передается правому и левому приводным ва­лам передних ведущих колес. Коробка дифференциала 24 с крышкой вращается в двух конических подшипниках 23. На коробку дифференциала напрессована пластмассовая шес­терня 27 привода спидометра 28. Два сателлита 25 расположены на оси 29. Шлицевые хвостовики корпусов внутренних шар­ниров приводов передних колес заходят в шлицы полуосевых шестерен 26.

Межосевой конический дифферен­циал устанавливают на автомоби­лях повышенной проходимости с ко­лесными формулами 6X4 и 6x6, ведущие мосты которых могут рабо­тать в различных условиях сцепле­ния колес с дорогой.

Межосевой дифференциал автомо­биля КамАЗ-5320 имеет следующие конструктивные элементы: картер 2 (рис.14.6,а) межосевого дифференциа­ла прикреплен к картеру главной передачи промежуточного моста, ко­робка 3 дифференциала состоит из двух чашек, соединяемых болтами. Хвостовик передней чашки опирается на шариковый подшипник. На шлицованной части хвостовика установлен фланец 1, связывающий дифференциал с кар­данной передачей. Дифференциальный меха­низм размещен внутри коробки 3. Дифференциал включает сателлиты 4 с крестовиной 5, коническое зубчатое колесо 14 привода заднего моста и колесо 13 привода проме­жуточного моста. Зубчатое колесо 13 при помощи шлицев жестко сое­диняется с ведущей шестерней 9 главной передачи промежуточного моста, а колесо 14 - со шлицованным концом проходного вала 10 привода заднего моста. Внутренняя зубчатая муфта 12 и муфта 11 блокировки дифференциа­ла находятся в постоянном зацеплении с наружными зубьями зубчатого колеса 13.

Рис.14.6. Межосевой дифференциал автомобилей семейства КамАЗ-5320

Механизма 8, который осуществляет блокировку, трубо­проводами связан с пневматическим краном управления, размещенным на щитке приборов в кабине авто­мобиля. При открытии крана управле­ния сжатый воздух поступает в полость между крышкой и мемб­раной 19 (см.рис.14.6,б). Мембрана, прогибаясь, преодолевая сопротивление возвратной пружины 17, перемещает вперед при помощи пружины 16 стакан 18 и ползун 15. При этом замыкаются контакты микро­выключателя 6, включающие контрольную лампу на щитке приборов.

Вилка 7 перемещается вместе с ползуном и вводит муфту 11 в зацепление с зубчатым венцом на корпу­се дифференциала. Происходит жесткое соединение колеса 13 привода среднего моста и коробки 3 дифференциала, тем самым дифференциал принудительно блокируется, и зубчатые колеса 14 и 13 привода мостов вращаются с одинаковой частотой. При разблокиров­ке дифференциала кран управления закрывается, в результате чего полость за мембраной механизма блокировки соединяется с атмосферой. Мембрана 19 и ползун 15 с вилкой 7 под давлением возвратной пружины 17 переме­щаются вправо, возвращая одно­временно муфту блокировки в исход­ное положение.

Кулачковый дифференциал повышенного трения в результате самоблокировки (рис.14.7) за счет дополнительных сил трения передает больший крутящий момент на то колесо автомобиля, которое вращается медленнее. Это позволяет уменьшить пробуксирование колеса и повышает устойчивость автомобиля против бокового заноса.

Механизм кулачкового картера состоит из двух половин, соединенных болтами вместе с ведомым зубчатым колесом 3 и опирающихся на конические роликоподшипники. Правой половиной дифференциала является его чашка 5, а левой - сепаратор 2. В сепараторе 2 распо­ложены два ряда радиальных отвер­стий (по 12 отверстий в каждом ря­ду). В отверстиях размещены сухари 6, установленные между внутренней 1 и наружной 4 звездочками, которые при помощи шлицев соединены с полуося­ми. Внешняя поверхность внутренней звездочки 1 по окружности имеет два ряда кулачков (по шесть кулачков в каждом ряду), а внутренняя поверх­ность наружной звездочки 4 имеет один ряд кулачков. Крутящий мо­мент передается сепаратору 2 от ведомого колеса 3, а от него через сухари 6 - на кулачки звездочек и затем на полуоси.

Когда сопротивление движению обоих колес одина­ково, звездочки вращаются с одинаковой частотой. Когда одно колесо испыты­вает большее сопротивление, чем другое (при движении автомобиля по скользкой дороге), сепаратор дифференциала прижимает сухари к кулачкам на­ружной и внутренней звездочек. Сила трения в результате самоблокировки диф­ференциала на отстающей звездочке направлена в сторону вращения, а на забегающей – против вращения. При этом крутящий момент на отстающей звездочке будет больше на величину момента сил трения, на забегающей – меньше на ту же величину.

 

 

Рис.14.7. Кулачковый дифференциал повышенного трения

автомобиля ГАЗ-66-11

 

У автомобилей с кулачковым дифференциалом при пробуксировании одного колеса полная остановка второго происходит значительно реже, чем у автомобиля с коническим симметричным дифференциалом. Это объясняется большой разницей между дорожными сопротивлениями правого и левого колес, возникающими в результате повышенного трения меж­ду сухарями и звездочками. Установка самоблокирующегося дифференциала в главной передаче переднего ведуще­го моста автомобиля ГАЗ-66-11 обеспечивает эффектив­ную эксплуатацию этих автомобилей в тяжелых дорожных условиях.