Назначение и требования к дифференциалам. Типы дифференциалов

        Дифференциалом называется механизм трансмиссии, распределяющий подводимый к нему момент между ведущими колесами одного моста или между ведущими мостами и позволяющий ведомым валам вращаться с неодинаковой угловой скоростью.

   По месту расположения и выполняемым функциям дифференциалы подразделяются на межколесные и межосевые. Межколесный дифференциал устанавливается в ведущем мосту, обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью при движении автомобиля на повороте или неровных дорогах и исключает при этом их скольжение и буксование. Межосевой дифференциал устанавливается в раздаточной коробке, распределяет момент между ведущими мостами полноприводного автомобиля и предотвращает циркуляцию мощности в трансмиссии. 

     К дифференциалу, как механизму трансмиссии, кроме общих требований предъявляются дополнительные требования, обусловленные его назначением, в соответствии с которыми он должен:

• распределять крутящий момент между ведущими колесами и мостами пропорционально нагрузке, действующей на них, и обеспечивать автомобилю наилучшие тягово-скоростные свойства, проходимость, управляемость и устойчивость;

• иметь минимальные габаритные размеры;

•. Иметь высокое значение КПД.   

      Типы дифференциалов по расположению, внутреннему трению, по распределению крутящего момента и по конструкции приведены на рис. 5.12…5.16.

 

По конструкции

По распределению крутящего момента

По внутреннему трению

По расположению

     

По

Межколесный

Малого трения

шестеренчатый

 

 

 

Рис. 5.12. Типы и классификация дифференциалов

 

В качестве межколесного дифференциала применяются шестеренчатые симметричные дифференциалы (рис. 5.13, а), в котором полуосевые шестерни имеют одинаковый диаметр и равное число зубьев. Такого типа дифференциалы применяются и в качестве межосевого на автомобилях с колесной формулой 4×4.

На грузовых автомобилях с колесной формулой 6×6 применяются несимметричные дифференциалы, которые распределяют крутящий момент между передним ведущим мостом и ведущими мостами задней тележки не поровну, а пропорционально нагрузке на них. В таких дифференциалах полуосевые шестерни не одинакового диаметра. Наиболее распространены несимметричные дифференциалы в виде планетарного механизма (рис. 5.13, г), в котором шестерни 3 и 4 неодинакового диаметра и с разным количеством зубьев. Корпус 1 такого дифференциала соединен осями (водилом) с сателлитами 2, а те в свою очередь с шестернями 3 и 4, передающими крутящий момент соответственно на заднюю тележку и передний ведущий мост.

Рис. 5.13. Схемы шестеренчатых дифференциалов: а, б – симметричные; в, г – несимметричные; 1 – корпус; 2 – сателлит; 3, 4 – полуосевые шестерни

  Несимметричный конический дифференциал, приведенный на (рис. 5.13, в), имеет полуосевые шестерни 3 и 4 разного диаметра и с разным количеством зубьев, соединенные с коническими сателлитами 2, оси которых не лежат на одной прямой..

  Шестеренчатый дифференциал (рис. 5.13) состоит из корпуса 1, сателлитов 2 и полуосевых шестерен 3 и 4, которые полуосями соединены с ведущими колесами автомобиля. На легковых автомобилях применяются дифференциалы с двумя сателлитами, расположенными на пальце, а на грузовых с четырьмя сателлитами, размещенными на шипах крестовины.

При прямолинейном движении по ровной дороге ведущие колеса вращаются с одинаковой скоростью, сателлиты не вращаются вокруг своей оси, корпус дифференциала, сателлиты и полуосевые шестерни вращаются как одно целое. На ведущие колеса передаются одинаковые крутящие моменты.

   При движении автомобиля на повороте внутреннее колесо проходит меньшее расстояние, чем внешнее. Полуосевая шестерня со стороны этого колеса замедляет свое вращение. При этом сателлиты начинают вращаться вокруг осей и ускоряют вращение полуосевых шестерен внешнего колеса. В результате внешнее и внутреннее колеса вращаются с разной угловой скоростью, обеспечивая качение колес без скольжения и буксования.

    Шестеренчатые дифференциалы имеют малое внутреннее трение и коэффициент блокировки k_б, представляющий собой отношение момента трения M_тр к моменту на коробке дифференциала M_д (k_б =  ), составляет k_б = 0,05…0,15.

  Шестеренчатый дифференциал, у которого полуосевые шестерни не одинакового размера и имеют не одинаковое число зубьев являются несимметричными (рис. 5.13, в, г). При этом по конструкции они могут быть конические (в) и цилиндрические (г). Несимметричный дифференциал, как правило, устанавливается в раздаточных коробках полноприводных автомобилей с колесной формулой 6×6 для распределения крутящего момента между передним и задними мостами пропорционально действующим на них нагрузкам.

        Кулачковые дифференциалы имеют повышенное внутреннее трение и применяются, как правило, на автомобилях повышенной проходимости. Конструктивно они изготавливаются с горизонтальным (рис. 5.14,а) или с радиальным (рис. 5.14,б) расположением сухарей. Сухари могут располагаться в один или в два ряда в отверстиях обоймы 2 корпуса 1 дифференциала между полуосевыми звездочками 4 и 5, установленными на шлицах полуосей. В таком дифференциале сухари выполняют роль сателлитов.

Рис. 5.14. Кулачковые (а, в) и червячные (в, г) дифференциалы: 1 – корпус; 2 – обойма; 3- сухарь; 4, 5 – звездочки; 6, 8 – червяки; 7 – червяк - сателлит; 9, 10 – полуосевое червячное колесо

  При прямолинейном движении автомобиля по ровной дороге сухари неподвижны по отношению к обойме и полуосевым звездочкам, упираются своими торцами в профилированные кулачки полуосевых звездочек и расклинивают их. Все детали дифференциала вращаются как одно целое и ведущие колеса моста вращаются с одинаковой угловой скоростью.

   При движении автомобиля на повороте или по неровной поверхности дороги одно колесо вращается медленнее, а другое быстрее; сухари начинают перемещаться в обойме и скользить по профилированной поверхности звездочек, обеспечивая ведущим колесам возможность вращаться с разной угловой скоростью. При таком перемещении сухарей в дифференциале увеличивается внутреннее трение, что способствует повышению проходимости автомобиля. Коэффициент блокировки таких дифференциалов может составлять значения k_б = 0,3…0,5.

   Червячные дифференциалы могут быть с сателлитами (рис. 5.14, в) и без сателлитов (рис. 5.14, г). Крутящий момент в дифференциале с сателлитами передается от корпуса 1 через палец (крестовину) на сателлиты 7, червяки 6 и 8 к полуосевым червячным колесам 9 и 10 и далее на полуоси автомобиля.

   В дифференциале без сателлитов червячные шестерни 6 и 8 соединены осями с корпусом дифференциала 1 и находятся в зацеплении между собой. Крутящий момент передается от корпуса дифференциала 1 к червячным шестерням 6 и 8, а от них червячным колесам 9 и 10.

    Червячные дифференциалы имеют повышенное внутренне трение, что способствует улучшению проходимости автомобиля. Коэффициент блокировки таких дифференциалов может составлять значения k_б = 0,8. Однако они наиболее сложны по конструкции, дороже других при изготовлении, так как червячные колеса изготавливаются из оловянистой бронзы. КПД таких дифференциалов значительно меньше, чем в других конструкциях, что приводит к заметным потерям мощности в трансмиссии.