Дифференциал подробно 2

Рис. 1. Конический дифференциал автомобиля
1 — ведомая шестерня;
2,7 — коробка дифференциала;
3, 6 — полуосевые шестерни;
4 — сателлиты;
5 — крестовина (ось) сателлитов.

Рис. 2. Цилиндрический дифференциал
1 — ведомая шестерня;
2,7 — коробка дифференциала;
3, 6 — полуосевые шестерни;
4 — сателлиты;
5 — крестовина (ось) сателлитов.
Ведущие колеса проходят при движении на повороте или по неровной дороге разные расстояния. Если оба колеса получают от двигателя вращение с одинаковой скоростью, то одно из них в таких условиях непременно будет проскальзывать. Установленный между колесами дифференциал позволяет им делать разное число оборотов. Он может иметь либо конические шестерни, как у большей части автомобилей, либо цилиндрические. Работают оба одинаково.
На повороте внутреннее колесо и связанная с ним через полуось дифференциальная шестерня 3 проходят меньший путь и вращаются медленнее. В свою очередь, сателлиты 4 перекатываются по замедлившей вращение шестерне 3 и вращаются вокруг своих осей. При этом они сообщают дополнительную скорость вращения другой дифференциальной шестерне 6 и внешнему колесу. Работа дифференциала характеризуется двумя свойствами, определяющими его достоинства и недостатки.
Первое свойство таково, что сумма оборотов дифференциальных шестерен (и связанных с ними полуосей) равна удвоенному числу оборотов дифференциальной коробки (или, иными словами, ведомой шестерни главной передачи). Это означает, что, когда одно колесо неподвижно, другое начинает вращаться вдвое быстрее. А если остановить машину трансмиссионным тормозом, то есть сообщить дифференциальной коробке нулевое число оборотов, полуоси (следовательно, и колеса) будут вращаться с одинаковой скоростью в разные стороны. Этим свойством пользуются опытные водители легковых автомобилей, чтобы развернуть машину на месте, не прибегая к помощи руля.
Второе свойство — распределение между дифференциальными шестернями (полуосями) поступающего к ним крутящего момента в заданном соотношении. В большей части конструкций он распределяется поровну, и подобные дифференциалы называют симметричными. Соотношение делают и иным — пропорциональным нагрузке а колеса. В этом случае дифференциал называют несимметричным.
Рассмотрим хорошо знакомый всем автомобилистам симметричный дифференциал ведущего моста. В силу второго свойства, когда одно из колес машины буксует и из-за отсутствия сцепления с грунтом не передает крутящего момента, механизм неумолимо сообщает другому колесу такой же, то есть нулевой момент. При этом свободное от нагрузки буксующее колесо быстро набирает обороты, а колесо, находящееся на твердом грунте, в соответствии с первым свойством механизма уменьшает свою скорость вращения и в конце концов останавливается. Как.видим, второе свойство дифференциала обусловливает большой недостаток, который ограничивает проходимость автомобиля. Для его устранения применяется блокировка действия дифференциала в момент начала буксования колёса.

Рис. 3.Механизм блокировки межосевого дифференциала
1 — ведомый вал, связанный с ведомой шестерней дифференциала;
2 — подвижная зубчатая муфта;
3 — коробка дифференциала;
4 — зубчатый венец ведомого вала.
Ручная блокировка осуществляется кулачковой или зубчатой муфтой 2, которая соединяет коробку 3 дифференциала и одну из дифференциальных шестерен и связанную с ней полуось 1. Однако, каким бы ни был привод блокирующего устройства (механический, пневматический, электрический), момент включения его определяется опытом и квалификацией водителя, который должен своевременно почувствовать начало буксования. Подчас после преодоления трудного участка он забывает или запаздывает выключить блокировку. Отсюда повышенные износ шин, расход топлива, дополнительные нагрузки на детали трансмиссии.

Рис. 4. Самоблокирующийся кулачковый дифференциал
1 — ведомая шестерня;
2 — коробка дифференциала;
3 — шлицевая обойма правой полуоси;
4 — сухарик;
5 — шлицевая обойма левой полуоси;
6 — крышка коробки дифференциала.
Сложнее и дороже автоматические блокирующие устройства, но за последнее время они получают все более широкое распространение. Среди десятков конструкций наиболее известны два типа самоблокирующихся механизмов — кулачковый и фрикционный. В кулачковом самоблокирующемся дифференциале два ряда сухариков 4 находятся в сепараторе, который связан с крышкой коробки дифференциала. Размещенные между обоймами 3 и 5, каждая из которых посредством шлицев соединена со своей полуосью ведущего моста, сухарики могут перемещаться в окнах сепаратора под действием кулачков на обоймах 3 и 5. Во время прямолинейного движения машины крутящий момент передается через ведомую шестерню 1 на крышку 6 коробки дифференциала и связанный с ней сепаратор, далее — на сухарики 4. Сухарики заклиниваются (сечение А—А на рис. 4) между кулачками обойм 3 и 5 и передают на них и, следовательно, на полуоси крутящий момент. Как только одно из колес (то есть одна из полуосей и обойм 3 и 5) начнет пробуксовывать или «забегать» на повороте, соответствующая обойма поворачивается относительно другой так (сечение Б—Б), что сухарики 4 свободно, без-заклинивания располагаются между их кулачками. Крутящий момент не передается, и обе обоймы (значит и оба колеса) могут поворачиваться независимо одна от другой. В следующий момент взаимное расположение обойм изменяется, и , сухарики заклиниваются между ними, вновь передавая крутящий момент. В этой конструкции на поворотах и при буксовании происходят попеременно пульсирующая передача крутящего момента и взаимное проворачивание колес. Такой механизм нередко можно встретить на автомобилях повышенной проходимости.

Рис. 5. Самоблокирующийся фрикционный дифференциал:
1 — фланец на коробке дифференциала для крепления ведомой шестерни;
2, 7 — шкворни крестовины;
3 — фрикцион;
4 — коробка дифференциала;
5 — обойма фрикциона;
6 — полуосевая шестерня;
8 — ось пальцев крестовин.
Фрикционные самоблокирующиеся дифференциалы работают на другом принципе. При движении по прямой они функционируют как обычные дифференциалы с коническими шестернями. Как только на повог роте или в начале пробуксовки одно из колес и связанная с ними полуосевая шестерня 6 начинают проворачиваться относительно другого колеса и шестерни, при вращении сателлитов дифференциала возникают направленные в противоположные стороны усилия. Поскольку крестовина дифференциала «Дана» состоит из двух независимых шкворней 2 и 7, то под действием этих усилий концы шкворней, .перемещаясь в фигурных пазах коробки 1 дифференциала, отодвигаются один от другого.
При этом через сателлиты и скользящие на шлицах полуосевые шестерни 5 они сжимают пакет фрикционных дисков 3. Каждый из двух пакетов выполняет роль блокировочной тормозной муфты, которая притормаживает полуосевую шестерню относительно коробки дифференциала тем больше, чем выше осевое усилие, создаваемое шкворнями. А оно, в свою очередь, пропорционально степени взаимного поворота полуосевых шестерен, то есть колес. Такие самоблокирующиеся дифференциалы, относительно сложные и дорогостоящие, применяют на легковых машинах, а также на гоночных и раллийных автомобилях.

Рис. 6. Межколесный симметричный конический неблонируемый дифференциал автомобиля «Руссо-Балт-С24-30» 1911 года. Принципиально конструкция узла за 70 лет не претерпела изменений:
1 — ведомая коническая шестерня;
2 — сателлит;
3 — дифференциальная шестерня;
4 — крестовина;
5 — коробка дифференциала;
6 — полуось.
Все эти разнообразные дифференциалы, конические и цилиндрические, симметричные и несимметричные, блокируемые и неблокируемые, могут быть использованы на автомобилях в качестве и межколесных и межосевых. Пока речь у нас шла о межколесных, которые применяются очень давно, и их базовая конструкция за последние 70 лет мало изменилась. Распространение внедорожных автомобилей со всеми ведущими колесами, трехосных грузовиков с колесной формулой 6X4 вызвало к жизни в 30-е годы так называемые межосевые дифференциалы, устанавливаемые в раздаточной коробке или в одном из ведущих мостов.

Для чего нужен межосевой дифференциал? На легковом автомобиле повышенной проходимости, трехосном грузовике с колесной формулой 6X4, трехосном внедорожном грузовике со всеми ведущими колесами ведущие мосты могут работать в разных по сцеплению колес с дорогой условиях, перекатываться через неровности, проходя в один и тот же момент разный по длине путь. Это означает, что возможны вращение колес одного ведущего моста относительно колес другого и их пробуксовка. Следовательно, в трансмиссию таких машин необходимо включать дифференциал между ведущими мостами так же, как и между ведущими колесами, и по тем же причинам предусмотреть устройство для их блокирования.
Для четырехосного внедорожного автомобиля могут потребоваться семь дифференциалов (четыре межколесных, два между парами ведущих мостов и.один центральный) с устройствами для их блокировки. Это усложняет конструкцию, и, естественно, нередко возникает компромиссное решение. На двух- и трехосных машинах в большинстве случаев применяется один межосевой дифференциал.

Рис. 7. Межосевой несимметричный цилиндрический блокируемый дифференциал:
1 — вал привода переднего моста;
2 — шлицевая муфта блокировки;
3 — шлицевой хвостовин коробни дифференциала;
4 — дифференциальная шестерня привода переднего моста;
5 — ведомая шестерня, объединенная с коробкой дифференциала;
б — дифференциальная шестерня привода заднего моста;
7 — вал привода заднего моста;
8 — сателлит.
Что же касается таких машин, как двухосные лесовозы, то у них нагрузка на заднюю ведущую ось при буксировке стволов деревьев вдвое больше, чем на переднюю. Поэтому межосевой несимметричный дифференциал часто делит между мостами крутящий момент в соотношении 2 : 1.
Дифференциальный механизм, как уже было сказано, давно известная конструкция. И тем не менее верно служит доныне, и из десятков тысяч запатентованных изобретений и авторских свидетельств на механизмы подобного назначения, появившихся с тех пор, лишь немногие выдерживают испытание на практике. Червячные самоблокирующиеся дифференциалы, обгонные роликовые муфты и другие устройства на некоторое время получали определенное распространение, но быстро становились достоянием истории.