Ведущие мосты автомобиля. Назначение и устройство
Ведущие мосты служат для передачи крутящего момента непосредственно к ведущим колесам автомобиля. Обычные автомобили (ГАЗ-51А, ЗИЛ-164А) имеют один или два (автомобиль КрАЗ-219) задних ведущих моста, автомобили повышенной проходимости (ГАЗ-69, ГАЗ-69А, ГАЗ-63) — передний ведущий мост и один или два (автомобили ЗИЛ-157К, ЗИЛ-157, ЗИЛ-151, Урал-375, КрАЗ-214) задних ведущих мостов.
Ведущие мосты состоят из главной передачи, дифференциала и полуосей, заключенных в общий кожух. Передний ведущий мост, имеющий не только ведущие, но и направляющие колеса, по своему устройству отличается от заднего ведущего моста тем, что полуоси у него составные; соединяются они через шарниры равной угловой скорости.
Главная передача предназначена для передачи крутящего момента под прямым углом от карданного вала к полуосям ведущих колес, а также для увеличения передаваемого крутящего момента.
Главные передачи разделяются на одинарные и двойные. Одинарная главная передача состоит из двух конических шестерен — ведущей (малой) 1 (рис. а) и ведомой (большой) 2. Шестерни главной передачи обычно изготовляются со спиральным зубом, что повышает прочность зубьев шестерен и обеспечивает более плавную и бесшумную их работу.
В одинарной передаче ведущая коническая шестерня имеет малое число зубьев, следовательно, нагрузка на ее зубья получается весьма значительной. Одинарная передача поэтому применяется в основном на легковых автомобилях и на грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности.
В двойной главной передаче крутящий момент передается через две пары шестерен: с ведущей, (малой) конической шестерни 1 (рис. б) на ведомую (большую) коническую шестерню 2 и далее с малой цилиндрической шестерни 3 на большую цилиндрическую шестерню 4. Конические шестерни обычно имеют спиральные зубья, цилиндрические — прямые или косые.
В двойной передаче большое передаточное число получается вследствие того, что в зацеплении находятся две пары шестерен. Это дает возможность увеличить число зубьев на малой конической шестерне и тем самым снизить нагрузку на ее зубья.
Кроме обычной конической передачи, у которой оси ведущей и ведомой шестерен взаимно пересекаются, на некоторых легковых автомобилях применяются гипоидные передачи (рис. в). В этих передачах ось ведущей шестерни смещена вниз относительно оси ведомой (на величину «С»). Это дает возможность несколько снизить расположение карданного вала и опустить кузов, т.е. снизить центр тяжести автомобиля, что важно для обеспечения устойчивости автомобиля при движении с большой скоростью. Обе шестерни в такой передаче имеют спиральные зубья. Гипоидные передачи отличаются большой плавностью и бесшумностью в работе.
Дифференциал обеспечивает ведущим колесам возможность вращения с различным числом оборотов. Это необходимо потому, что за одно и то же время колеса левой и правой полуосей проходят неодинаковые пути как на поворотах, так и при движении автомобиля по неровной дороге.
Рис. Главные передачи: а — одинарная; б — двойная; в — одинарная гипоидная; 1 — ведущая коническая шестерня; 2 — ведомая коническая шестерня; 3 — малая цилиндрическая шестерня; 4 — большая цилиндрическая шестерня
Работает дифференциал следующим образом. Между шестернями 2 и 5 полуосей размещены конические шестерни (сателлиты) 3, свободно вращающиеся на шипах 8 крестовины 4. При вращении ведомой шестерни 6 вместе с коробкой дифференциала, состоящей из двух половин 1 и 7, и крестовины 4 одновременно будут поворачиваться и сами сателлиты 3, а с ними полуоси колес. Вся система будет вращаться как одно целое. Это происходит до тех пор, пока обе шестерни полуосей оказывают сателлитам одинаковое сопротивление.
Рис. Дифференциал: 1 — левая половина коробки дифференциала; 2 — шестерня левой полуоси; 3 — сателлиты; 4 — крестовина; 5 — шестерня правой полуоси; 6 — ведомая шестерня главной передачи; 7 — правая половика коробки дифференциала; 8 — шипы крестовины
При повороте автомобиля, например, направо правое колесо 1 проходит меньший путь и скорость вращения его относительно левого колеса замедляется; соответственно возрастает и сопротивление прокручиванию правой полуоси. В этом случае сателлиты начинают перекатываться по шестерне правой полуоси и, вращаясь на шипах, увеличивают скорость вращения левого колеса, которое при правом повороте должно пройти больший путь, чем правое колесо. Число оборотов левого колеса при этом увеличивается настолько, насколько, уменьшается число оборотов правого колеса.
Рис. Схема перемещения колес при повороте автомобиля: 1 — правое колесо; 2 — левое колесо
При наличии дифференциала крутящий момент, передаваемый от главной передачи к полуосям, распределяется между полуосями поровну. Эта особенность дифференциала в некоторых случаях затрудняет движение автомобиля на скользкой дороге или по бездорожью. Так, при попадании одного из ведущих колес на скользкий участок дороги (грязь, лед) колесо при недостаточном сцеплении с дорогой начинает буксовать, а колесо при большем сцеплении с дорогой останавливается.
Для повышения проходимости па специальных автомобилях применяют блокировку дифференциала (принудительную или автоматическую), т.е. при помощи специальных устройств жестко соединяют между собой шестерни обеих полуосей. Будучи сблокированы, полуоси вращаются как одно целое, автомобиль движется без пробуксовки колес.
Полуоси служат для передачи крутящего момента от дифференциала к ведущим колесам. Ведущие мосты автомобилей повышенной проходимости и большинства грузовых автомобилей устроены так, что полуоси передают только крутящий момент и полностью разгружены от изгибающих усилий. Такие полуоси называются полностью разгруженными.
На легковых автомобилях, где нагрузка невелика, полуоси не только передают крутящий момент, но и воспринимают часть изгибающих нагрузок от веса автомобиля, тяговых и тормозных усилий, осевого усилия при заносе автомобиля и т.д.
Колеса переднего ведущего моста не только ведущие, но и направляющие, поэтому устройство переднего ведущего моста сложнее заднего, так как в него входят дополнительные механизмы, позволяющие передавать крутящий момент к направляющим колесам при изменении плоскости их вращения в момент поворота автомобиля.
Такими дополнительными механизмами являются шарниры равной угловой скорости, которые в отличие от обычных карданных шарниров обеспечивают равномерное вращение ведомого и ведущего валов с равной угловой скоростью при любом угле между этими валами. Шарниры равной угловой скорости применяются двух типов: шариковые (на автомобилях ГАЗ-69 и ГАЗ-69А, ГАЗ-63, ЗИЛ-157К, ЗИЛ-157 и ЗИЛ-151) и дисковые (на автомобилях Урал-375 и КрАЗ-214).
Шарнир равной угловой скорости шарикового типа состоит из двух вилок 1 и 3, пяти шариков, пальца 7 и стопорной шпильки 6.
Рис. Шарниры равной угловой скорости: а — шарикового типа; б — дискового типа; 1 — вилка полуоси колеса; 2 — отверстие для шпильки; 3 — вилка полуоси; 4 — фигурные канавки; 5 — центральный шарик; 6 — шпилька; 7 — палец; 8 — шарики; 9 — кулаки; 10 — диск
Одна вилка 3 шарнира соединена с полуосью моста, а другая вилка 1 — с полуосью колеса. Вилки центрируются шариком 5, который установлен на пальце 7. Палец крепится в отверстии 2 вилки 1 при помощи стопорной шпильки 6. Вилки имеют фигурные канавки 4, в которых устанавливаются четыре рабочих шарика 8. Через эти шарики и передается вращение от одной вилки шарнира к другой.
Особенностью такого шарнира является то, что при любом угле между валами боковые шарики в канавках вилок шарнира устанавливаются в плоскости, делящей этот угол пополам. Поэтому колесо вращается равномерно, не изменяя скорости вращения при изменении угла его поворота.
Шарнир равной угловой скорости дискового типа состоит из двух вилок 1 и 3, причем вилка 3 соединена с полуосью моста, а вилка 1 — с полуосью колеса. В каждой вилке размещается кулак 9, изготовленный в виде двухстороннего грибка, на круглой ножке которого имеется срез, чтобы заводить кулак в вилку. Со стороны среза в теле кулаков имеются углубления, в которые входит диск 10. Крутящий момент от вилки 3, соединенной с полуосью, через кулак и диск передается второму кулаку, от него — на вилку 1 полуоси колеса. При повороте колёса кулак вилки, соединенной с полуосью, как бы перекатывается по диску, не выходя из соединения с ним, а вилка поворачивается относительно своего кулака; при этом вращение с одной вилки шарнира на другую передается равномерно. Главная передача, дифференциал, полуоси, ступицы колес, а в переднем мосту и шарниры равной угловой скорости составляют единый агрегат, называемый ведущим мостом автомобиля.
Для смазки механизмов заднего моста в его картер заливается трансмиссионное масло до уровня заливного отверстия. Сливается масло через отверстие в нижней части картера. Заливное и сливное отверстия закрываются пробками с конической резьбой.
Чтобы предотвратить повышение давления внутри картера при нагреве масла во время работы шестерен и тем самым устранить возможное выдавливание масла через сальники и уплотнения, на картере или на кожухе полуосей устанавливается сапун — дыхательный клапан, сообщающий полость картера с атмосферой.
Мост автомобиля. Очень интересная статья! Забери статью к себе!
Мост объединяет между собой два колеса автомобиля на одной оси, соединяет колеса с кузовом, а в случае, если мост ведущий, передает на колеса крутящий момент.
— Мост, особенно ведущий — сложный узел из множества деталей, выполняющих разные функции. В картере ведущего моста расположены: главная пара, дифференциал и полуоси. Мост воспринимает на себя все вертикальные, поперечные и продольные нагрузки, которые гасятся упругими элементами подвески — рессорами или пружинами.
Соответственно, мост не имеет жесткой связи с кузовом (рамой) и соединяется с ним при помощи рессор с реактивными тягами или рычагов с пружинами, в зависимости от конструкции. По сути, мост как бы висит на этих элементах, соединенных с кузовом или рамой через резинометаллические втулки.
Типы автомобильных мостов
1)Ведущие
2)Управляемые
3)Управляемые ведущие
4)Поддерживающие
Ведущие мосты бывают передними, задними и промежуточными. Они также делятся на неразрезные и разрезные — в зависимости от типа подвески. Если автомобиль оснащен независимой подвеской, ведущий мост делается разрезным, если подвеска зависимая, мост, как правило, неразрезной.
На легковых автомобилях классической компоновки задний мост ведущий, на полноприводных автомобилях ведущие оба моста.
Когда речь идет об управляемом мосте, в подавляющем большинстве случаев имеется в виду передний мост автомобиля с задним или полным приводом. Однако у автомобилей специального назначения (автомобили коммунальных служб, сельскохозяйственная колесная техника, погрузчики др.) передний мост может быть ведущим, а задний мост – управляемым.
Поддерживающий мост применяется в качестве промежуточного для повышения грузоподъемности автомобиля и служит дополнительным элементом в схеме распределения вертикальной нагрузки на раму или несущий кузов. Такой мост представляет собой прямую балку, на концах которой смонтированы колеса, оснащенную подвеской. Поддерживающие мосты также нашли применение в крупных и тяжелых полуприцепах и прицепах для легковых автомобилей и пикапов (например в «доме на колесах»).
Неразрезной ведущий мост
Конструктивно такой мост выполняется пустотелым в виде балки, для размещения в ней узлов трансмиссии: дифференциала, главной пары и полуосей, являющихся приводом к ведущим колесам автомобиля. На концах балки установлены подшипники полуосей и смонтированы фланцы для крепления опорных дисков и тормозных механизмов. На теле балки выполнены площадки под крепления рессор или пружин, а также кронштейны для соединения с подвеской.
Назначение ведущего моста заключается в изменении подведенного крутящего момента и передачи его под прямым углом на ведущие колеса. При прохождении поворота ведущий мост дает возможность ведущим колесам автомобиля вращаться с различными скоростями. Мост также передает тяговое усилие и реактивный момент к раме или несущему кузову автомобиля от ведущих колес, а также воспринимает силу веса и боковые реакции, при движении автомобиля в повороте.
Конструкция неразрезного заднего моста
Задний мост автомобиля включает в себя следующие элементы: картер заднего моста, дифференциал, главную передачу и полуоси привода колес. Картер заднего моста служит для установки необходимых узлов с их заданным взаимным расположением, передающих крутящий момент к ведущим колесам. Вместе с тем картер заднего моста одновременно является элементов подвески задних колес, воспринимающий через подвеску вес автомобиля, передающийся на колеса.
Картер заднего моста выполнен методом штамповки. На концах картера запрессованы и приварены стальные кованые фланцы, которые окончательно обрабатываются после сварки. Фланцы имеют специальные гнезда для установки подшипников полуосей и резьбы для крепления тормозного щита.
В средней части картера моста имеется отверстие впереди для установки редуктора заднего моста (главная передача), а сзади это отверстие закрыто штампованной приваренной крышкой. В крышке расположено маслозаливное отверстие под резьбовую пробку. Снизу картера имеется отверстие для слива масла, которое также закрывается резьбовой пробкой. Обычно в пробке имеется магнитный элемент для сбора металлических продуктов износа, которые удаляются с пробки при смене масла в редукторе.
Подводимое к заднему мосту усилие (крутящий момент) от двигателя через карданную передачу увеличивается главной передачей в редукторе. Помимо этого главная передача изменяет положение оси вращения на 90 градусов посредством передачи момента через шестерни дифференциала на полуоси.
Полуоси выполнены из углеродистой стали 40 и по всей длине закалены ТВЧ для придания им упругих свойств и увеличения их прочности. На концах полуосей имеются отлитые воедино с ней фланцы, к которым крепятся тормозные механизмы и колеса. Внутренняя часть полуосей имеет накатанные шлицы, входящие в зацепление с шестернями дифференциала.
Управляемый мост автомобиля может быть как разрезным, так и не разрезным.
Неразрезной мост представляет собой балку с поворотными кулаками на концах, что обеспечивает возможность поворота управляемых колес при движении автомобиля. На цапфах поворотных кулаков крепятся через ступицы управляемые колеса.
Балка моста одновременно должна быть легкой, прочной и жесткой. Таким условиям отвечают в наибольшей степени, кованные стальные балки двутаврового сечения. На балке предусмотрены опорные площадки для крепления элементов подвески.
Балка в своей средней части выгнута вниз, для того чтобы расположить двигатель как можно ниже, что позволяет сместить центр тяжести для повышения устойчивости автомобиля.
Передний разрезной управляемый мост
Разрезной мост это закрепленный на подрамнике редуктор с приводными валами, передающими крутящий момент колесам. Независимая подвеска соединяется с поворотными кулаками, как это бывает у переднеприводных автомобилей. Управляемые колеса, прикрепленные к ступицам, могут поворачиваться вместе со стойками, обеспечивая автомобилю возможность маневрировать.
4.8. Ведущие мосты тракторов и автомобилей
Ведущие мосты автомобилей
Ведущие мосты предназначены для передачи вращающего момента с карданного вала к ведущим колесам автомобиля, а также для восприятия сил, передающихся при движении от колес к подвеске.
Ведущие мосты по конструкции бывают неразрезные и разрезные.
Неразрезной мост имеет жесткую конструкцию в виде балки (цельной или составной). Балки ведущих мостов могут быть штампованными и литыми. Составные балки прочнее цельных, но их изготовление более трудоемко, а жесткость зависит от надежности выполненного соединения. На балке крепят рессоры, толкающие и реактивные штанги, фиксирующие мост относительно рамы (кузова). Балка ведущего моста является несущей и через нее вес машины передается на колеса.
Разрезной мост представляет собой шарнирную конструкцию, позволяющую правому и левому колесам перемещаться независимо одно относительно другого. Колеса ведущих мостов автомобилей могут быть либо только ведущими (задние мосты), либо одновременно ведущими и управляемыми (передние мосты).
Ведущие мосты состоят из главной передачи, дифференциала, привода ведущих колес, балки моста или устройства для передачи сил от ведущих колес к раме (кузову) автомобиля.
Основные требования, предъявляемые к ведущему мосту: по возможности меньшие габаритные размеры для получения наибольшего дорожного просвета и небольшая масса.
Главная передача предназначена для увеличения вращающего момента, передаваемого к ведущим колесам. В автомобилях с продольным расположением трансмиссии главная передача, кроме этого, поворачивает направление передачи вращающего момента на 90°. Конструкция главных передач должна обеспечивать необходимое передаточное число, высокий КПД, минимальные габаритные размеры и массу, а также плавную и бесшумную работу.
В зависимости от типа зубчатой передачи различают шестеренные (цилиндрические или конические) и червячные главные передачи. Червячные передачи из-за меньшего, чем у шестеренных передач, КПД получили ограниченное применение. Шестеренные главные передачи могут быть одинарными и двойными.
Одинарная главная передача представляет собой пару конических шестерен с криволинейными зубьями. В отличие от главной передачи с пересекающимися осями (рис. 4.24, а) в передаче с гипоидным зацеплением (рис. 4.24, б) оси скрещиваются и смещение С оси вала шестерни относительно центра зубчатого колеса составляет обычно 50…60 мм. Основным преимуществом использования гипоидного зацепления является повышенная долговечность передачи, так как с увеличением смещения оси вала ведущей шестерни возрастает число зубьев, находящихся в зацеплении. Это обеспечивает также большую плавность и бесшумность работы передачи по сравнению с другими типами главных передач. Кроме того, положение оси ведущей шестерни позволяет ниже расположить кузов, а следовательно, и центр массы автомобиля, что повышает его устойчивость.
Рис. 4.24. Одинарная главная передача с коническими шестернями: а — с пересекающимися осями; б — со скрещивающимися осями (гипоидная); С— смещение оси вала шестерни относительно центра зубчатого колеса
В гипоидных передачах применяются специальные сорта смазывающих средств (гипоидные смазки), так как у них относительное скольжение зубьев больше, чем у конических передач других типов. Одинарные главные передачи используются на легковых автомобилях, а также на грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности.
На рис. 4.25, а показана конструкция одинарной главной передачи грузовых автомобилей ГАЗ с кулачковым дифференциалом. Ведущий вал-шестерня 9 исполнен как единая деталь, ведомая шестерня 26 закреплена на корпусе 22 кулачкового дифференциала. Шестерни вместе с дифференциалом размещены в картере 19 главной передачи и вращаются на роликоподшипниках 6, 16, 29 и 18.
Рис. 4.25. Одинарная главная передача с кулачковым дифференциалом ведущих мостов грузовых автомобилей ГАЗ: а — конструкция главной передачи; б — устройство для смазывания подшипников; 1,13 — болты; 2 — внутренняя звездочка; 3 — болт крепления ведомой шестерни к корпусу дифференциала; 4 — винт упора; 5,15 — регулировочные прокладки; 6,16, 29 — конические роликоподшипники; 7, 24 — крышки; 8,20— гайки; 9 — ведущий вал-шестерня; 10 — фланец; 11 — манжета; 12 — маслосгонное кольцо; 14 — стакан; 17 — маслоналивная пробка; 18 — цилиндрический роликоподшипник; 19 — картер главной передачи; 21 — полуось; 22 — корпус кулачкового дифференциала; 23 — стопорная пластина; 25 — кулачок; 26 — ведомая шестерня; 27 — наружная звездочка; 28 — сепаратор; 30 — втулка; 31 — верхний канал; 32 — нижний канал
Регулировка зазора в зацеплении конических шестерен осуществляется регулировочными прокладками 5 под фланцем стакана 14, в котором размещен ведущий вал-шестерня 9. Для предотвращения больших деформаций ведомой шестерни под действием сил от передаваемого момента в картере 19 главной передачи установлен упор, регулируемый винтом 4.
Для принудительного смазывания конических подшипников вала-шестерни 9 (рис. 4.25, б) применяется маслосъемная втулка 30. Масло, увлекаемое вращающейся ведомой шестерней 26, собирается маслосъемной втулкой в момент их соприкосновения, и далее из маслосъемной втулки масло по верхнему каналу 31 подводится к коническим роликоподшипникам 6 и 16, а по нижнему каналу 32 отводится от них.
Двойная главная передача применяется в тех случаях, когда необходимы большие передаточные числа, но из-за больших размеров ведомого зубчатого колеса уменьшается дорожный просвет и невозможно применить одинарную коническую передачу. Шестерни в двойных главных передачах на первой ступени обычно конические, а на второй цилиндрические. Цилиндрические шестерни делают с косыми зубьями.
Двойные главные передачи бывают центральные, их выполняют в одном картере (рис. 4.26), располагая в середине моста, или разнесенные, где каждая ступень передачи выполняется отдельно. В двойных разнесенных главных передачах пару цилиндрических шестерен — ведущую 2 (рис. 4.27) и ведомую 3 переносят к колесам. В некоторых конструкциях главных передач вторую ступень делают планетарной. Конструкция отдельных узлов двойной главной передачи аналогична конструкции одинарной главной передачи.
Рис. 4.26. Центральная двойная главная передача и шестеренный дифференциал переднего ведущего моста автомобиля КамАЗ-4310:
1 — крышка подшипника; 2 — ведомое цилиндрическое колесо; 3 — корпус дифференциала; 4 — опорная шайба полуосевой шестерни дифференциала; 5, 13, 14, 24, 25 — конические роликоподшипники; 6 — полуосевая шестерня дифференциала; 7 — опорная шайба сателлита; 8, 22 — цилиндрические роликоподшипники; 9 — шпонка; 10 — заглушка; 11 — ведущий вал; 12 — ведущая коническая шестерня; 15— сальник; 16 — фланец ведущего вала; 17, 27— крышки; 18, 26 — стаканы подшипников; 19, 30— регулировочные шайбы; 20— распорная втулка; 21 — ведомая коническая шестерня; 23 — ведущая цилиндрическая вал-шестерня; 28 — шайба; 29 — гайка; 31 — картер главной передачи; 32 — крестовина дифференциала; 33 — сателлит; 34 — регулировочная гайка
Рис. 4.27. Двойная разнесенная главная передача ведущего моста колесного трактора: 1 — ведомая коническая шестерня первой ступени; 2, 3 — ведущая и ведомая цилиндрические шестерни второй ступени
Опоры и подшипники шестерен главной передачи выбирают из условия получения заданной долговечности и максимальной жесткости конструкции. Ведущая коническая шестерня главной передачи может быть смонтирована консольно (опоры с одной стороны, как показано на рис. 4.27) или в опорах, расположенных с обеих ее сторон (см. поз. 16, 18 на рис. 4.25 и поз. 8, 13 на рис. 4.26).
При применении опор с обеих сторон ведущей шестерни конструкция обладает большей жесткостью, чем при консольном варианте, но усложняется обработка картера. Такое решение используется в тех случаях, когда через главную передачу передается большой вращающий момент, который может вызвать значительные деформации вала. Данная конструкция получила распространение почти на всех современных грузовых автомобилях, а консольная конструкция — на большинстве легковых автомобилей.
Дифференциал служит для распределения вращающего момента между ведущими мостами или колесами автомобиля в определенной пропорции, позволяющей им в то же время вращаться с разными угловыми скоростями.
При повороте или движении автомобиля по неровной дороге колеса должны проходить разные по величине пути. Если колесамоста соединить между собой валом, то угловые скорости колес будут равны. Разность путей, проходимых колесами, должна в этом случае компенсироваться проскальзыванием или пробуксовыванием шин относительно дороги, вызывая интенсивное их изнашивание.
Такое явление также возможно при движении по ровной дороге в случае, когда различаются радиусы ведущих колес. Радиусы колес могут быть неодинаковыми по причине неравномерного изнашивания протекторов, разного давления в шинах или несимметричного приложения нагрузки. Это сопровождается явлениями изнашивания не только шин, но и деталей, связывающих ведущие колеса и мосты, а также перерасходом топлива в связи с затратой дополнительной мощности двигателя на пробуксовку колес. При этом затрудняется поворот машины и снижается ее боковая устойчивость. Для устранения подобных явлений у автомобилей и колесных тракторов служит дифференциал.
В зависимости от характера распределения вращающего момента дифференциалы бывают симметричные (рис. 4.28, а) и несимметричные (рис. 4.28, б). Симметричный дифференциал конструктивно объединяется с главной передачей ведущего моста.
Рис. 4.28. Кинематические схемы дифференциалов:
а — симметричные; б — несимметричные; 1,4 — полуосевые шестерни; 2 — корпус дифференциала (водило); 3 — сателлиты
На грузовых автомобилях повышенной проходимости с двумя ведущими мостами в конструкции раздаточной коробки часто применяется несимметричный межосевой дифференциал, который распределяет вращающий момент двигателя между передним и задним ведущими мостами пропорционально весу машины, приходящемуся на них.
По конструкции дифференциалы бывают шестеренные (см. поз. 6 и 33 на рис. 4.26), кулачковые (см. поз. 2, 25, 27 и 28 на рис. 4.25), червячные и с механизмом свободного хода.
По способу блокировки дифференциалы бывают неблокируемые, блокируемые принудительно и самоблокирующиеся.
Дифференциал должен обладать высоким КПД и малой массой, работа его должна быть бесшумной.
Рассмотрим закономерности распределения дифференциалом частоты вращения и вращающего момента между ведущими колесами моста.
Межколесный дифференциал (рис. 4.29) представляет собой планетарный механизм, состоящий из корпуса 3 дифференциала (ведущее звено), сателлитов 6, левой и правой полуосевых шестерен 5, соединенных соответственно с левым и правым ведущими колесами. При вращении корпуса дифференциала 3 с частотой вращения n3 левая и правая полуосевые шестерни 5 могут вращаться с частотой вращения n1 и n2. Для планетарных механизмов важной характеристикой является величина К — отношение радиусов r2 и r1 полуосевых шестерен соответственно правой и левой полуосей:
Частоты вращения элементов дифференциала связаны между собой уравнением
Рис. 4.29. Кинематическая схема межколесного дифференциала
Знак минус у величины К указывает на то, что при остановке корпуса 3 дифференциала (n3 = 0) полуосевые шестерни могут вращаться в противоположные стороны, т.е. n1= – n2.
Для симметричных дифференциалов, у которых К = 1, т.е. полуосевые шестерни имеют одинаковые диаметры, уравнение принимает вид
Из условия равновесия межколесного дифференциала под действием моментов, приложенных к его элементам, можно записать уравнение моментов, Н*м:
где M3 — вращающий момент, подведенный к дифференциалу; М1, М2 — вращающие моменты, передаваемые от дифференциала на левое и правое ведущие колеса.
Соотношения между моментами М1, М2 и M3 легко установить из равновесия сателлита относительно точки О под действием сил Р1 и Р2. При этом силы трения между элементами дифференциала не учитываются. Зная радиус сателлита rc, получим Р1 rc – Р2 rc = 0. Из этого находим, что Рх = Р2.
Из кинематической схемы на рис. 4.29 следует, что М1 = Р1 rc и М2= Р2 rc. Поскольку r1= r2, получим M1 = M2
С учетом уравнения моментов дифференциала получаем M1 = М2 = 0,5M3, что и отличает симметричный межколесный дифференциал от несимметричного межосевого дифференциала, у которого К ≠ 1. Соответственно у несимметричного межосевого дифференциала полуосевые шестерни имеют разные диаметры, что обеспечивает подведение разных моментов к мостам.
Распределение вращающего момента симметричным дифференциалом поровну между ведущими колесами является положительным свойством при движении автомобиля по дороге с высоким коэффициентом сцепления φ в случае, когда на каждое колесо действует одинаковая реакция грунта Z/2. При этом уменьшается нагруженность привода колес, уменьшается изнашивание шин, снижается расход топлива и не создается момент сопротивления повороту вследствие симметричности приложения сил.
Однако проходимость автомобиля с симметричным дифференциалом ухудшается, когда одно из колес попадает на участок дороги с низкими сцепными свойствами. Вращающий момент на этом колесе уменьшается до значения, ограниченного коэффициентом φ min сцепления колеса с дорогой. Поскольку моменты на левом и правом ведущих колесах должны быть равны, такой же вращающий момент действует и на колесо, находящееся на участке с высоким коэффициентом φ сцепления колеса с дорогой.
Если суммарный вращающий момент недостаточен для движения автомобиля, то колесо, попавшее на участок дороги с низким коэффициентом φ min сцепления с дорогой, начнет буксовать, т.е. вращаться быстрее корпуса дифференциала и соответственно быстрее колеса, находящегося на участке с высоким коэффициентом φ сцепления колеса с дорогой. Для устранения этого недостатка применяется блокировка дифференциала.
Механизм блокировки дифференциала, повышающий проходимость автомобиля, связывает между собой ведущие колеса, в результате чего они вращаются с одинаковыми угловыми скоростями. Каждое колесо при этом начинает передавать вращающий момент в зависимости от своего коэффициента сцепления с дорогой. Это позволяет использовать полностью сцепной вес на ведущем мосту при создании силы тяги Рк. Для блокировки используется зубчатая муфта 4 (см. рис. 4.29), которая жестко связывает левую полуось с корпусом дифференциала, и взаимное перемещение элементов дифференциала невозможно. Включение принудительной блокировки осуществляется водителем.
Для автоматического включения и выключения блокировки в процессе движения машины применяются самоблокирующиеся дифференциалы. Самоблокируюгциеся дифференциалы бывают двух типов: повышенного трения и свободного хода.
Принцип действия дифференциала повышенного трения основан на искусственном увеличении сил внутреннего трения, в результате которых осуществляется самоблокировка дифференциала. К этому типу относятся дифференциалы с фрикционными дисками, кулачковый (см. рис. 4.25) и червячный.
В качестве примера рассмотрим тип дифференциала с механизмом свободного хода. Широкое применение он находит в конструкции ведущих мостов колесных тракторов, предназначенных для работы в тяжелых дорожных условиях. Ведущая муфта 3 (рис. 4.30, а) дифференциала закреплена между двумя половинами 1 и 2 коробки дифференциала и своими торцовыми зубьями сцепляется с зубьями полуосевых муфт 4. Когда оба колеса испытывают одинаковое сопротивление и вращаются с одинаковой угловой скоростью, ведущая муфта 3 передает вращение к полуосевым муфтам 4, как это показано на рис. 4.30, б. Полуосевые муфты 4 передают усилие к полуосям через ступицы 1 посредством наружных и внутренних шлицов. Внутри ведущей муфты 3 имеется центральная вставка 9 с трапецеидальными зубьями, закрепленная в ней стопорным кольцом 10. С этими зубьями сцепляются внутренние зубья полуосевой муфты 4.
Рис. 4.30. Дифференциал с механизмом свободного хода:
а — конструкция дифференциала; б — положение муфт дифференциала при одинаковых угловых скоростях вращения колеса; в — положение муфт дифференциала в случае, когда правое колесо стремится обогнать ведущую муфту дифференциала; г — положение запорного кольца в случае, когда правая полуосевая муфта стремится обогнать ведущую муфту дифференциала; 1,2 — половины коробки дифференциала; 3 — ведущая муфта дифференциала; 4 — полуосевая муфта; 5 — пружина; 6 — зубчатое зацепление полуосевой муфты 4 и ступицы 7; 7 — ступица; 8 — запорное кольцо; 9 — центральная вставка; 10 — стопорное кольцо; → — направление перемещения муфт дифференциала
Если одно из колес (например, правое) при буксовании стремится увеличить угловую скорость и обогнать ведущую муфту 3, то трапецеидальные зубья начнут отжимать полуосевую муфту 4, сжимая пружины 5, и выводить зубья ведущей муфты 3 дифференциала из зацепления с наружными зубьями полуосевой муфты 4 (рис. 4.30, в), и передача усилия к обгоняющему колесу прекращается. Однако на следующей впадине трапецеидальные зубья снова включатся и выключатся. При этом дифференциал работает с щелчками в соответствии с кратковременными включениями, т.е. в пульсирующем режиме, который приводит к ускоренному изнашиванию деталей. Для устранения пульсации вводят запорное кольцо 8 (см. рис. 4.30, а), перемещение которого ограничивается удлиненными зубьями зубчатого зацепления 6 таким образом, что оно после первого выключения полуосевой муфты 4 удерживает ее в выключенном положении в течение всего времени, пока она стремится обгонять ведущую муфту 3 дифференциала (рис. 4.30, г).
Привод к ведущим колесам осуществляется с помощью валов, называемых полуосями, которые подводят вращающий момент от дифференциала. В зависимости от того, управляемые или неуправляемые ведущие колеса, а также наличия колесного редуктора вращающий момент может передаваться валом и шарниром равных угловых скоростей; валом через колесный редуктор; полуосью, соединяющей непосредственно ведущее колесо с дифференциалом.
Полуоси могут быть нагружены вертикальной силой Z (рис. 4.31, а), продольной толкающей Рх и поперечной Pγ силами, из которых последняя возникает при крене автомобиля и при взаимодействии колеса с неровностями. Кроме этого, полуось передает вращающий момент. В зависимости от конструкции подшипникового узла полуось ведущего колеса может быть либо нагружена изгибающим моментом от сил взаимодействия колес с дорогой, либо разгружена от него. По степени освобождения от действия изгибающих моментов полуоси условно делят на полуразгруженные, разгруженные на три четверти и полностью разгруженные.
Рис. 4.31. Схемы подшипниковых узлов с полуосями:
а — полуразгруженная полуось; б — разгруженная на три четверти полуось; в — полностью разгруженная полуось; а — расстояние между опорами полуоси; b — плечо действия вертикальной и продольной сил; rд — динамический радиус качения колеса; Рх — продольная сила; Pγ — поперечная сила; Z — вертикальная сила
Полуразгруженная полуось (см. рис. 4.31, а) опирается непосредственно на установленный в балке моста подшипник и работает на изгиб под действием сил Z, Рхи Pγ. При этом изгибающие моменты сил Z и Рх незначительны, так как плечо b выбирают минимальным, а изгибающий момент поперечной силы Pγ может достигать значительной величины, так как плечо равно динамическому радиусу качения колеса rД. По такой схеме выполняют полуоси легковых автомобилей.
Разгруженная на три четверти полуось (рис. 4.31, б) конструктивно отличается от первой тем, что ведущее колесо опирается одновременно на полуось и на балку моста через один подшипник, поэтому полуось работает на изгиб лишь от поперечной силы Pγ. Изгибающие моменты от сил Z и Рх воспринимаются балкой моста. Эта схема применяется редко.
Полностью разгруженная полуось (рис. 4.31, в) обычно применяется в грузовых автомобилях. Ведущее колесо через подшипниковый узел опирается непосредственно на балку моста. Благодаря тому, что подшипники несколько разнесены, изгибающие моменты сил Z, Рхи Ру взаимодействия колеса с дорогой воспринимаются балкой моста, не нагружая полуось, которая работает только на кручение.
Особенность переднего ведущего моста автомобилей высокой проходимости состоит в том, что его передние колеса одновременно являются ведущими и управляемыми. Вследствие этого в ведущий мост вводятся дополнительные устройства, которые дают возможность передавать момент на управляемые колеса при их повороте.
Главная передача и дифференциал имеют такую же конструкцию, как главная передача и дифференциал заднего ведущего моста.
На рис. 4.32 показана конструкция привода переднего ведущего колеса. Шарнир 8 равных угловых скоростей передает равномерное вращение с полуоси 6 на приводной вал 18 колеса при его повороте относительно осей 3 шаровой опоры 7.
Рис. 4.32. Привод переднего ведущего управляемого колеса:
1 — колесо; 2 — манжеты; 3 — ось; 4 — поворотный рычаг; 5 — втулка; 6 — полуось; 7— шаровая опора; 8 — шарнир равных угловых скоростей; 9 — цапфа; 10 — тормоз; 11 — ведущий фланец; 12 — крышка фланца со штуцером; 13, 14 — гайки подшипников; 15—стопорная шайба; 16— подножка; 17—ступица; 18 — приводной вал; 19 — воздушный кран; А — канал для подвода воздуха в колеса