КУЛАЧКОВІ ТА ЧЕРВ'ЯЧНІ ДИФЕРЕНЦІАЛИ

Кулачковий диференціал відноситься до диференціалів з підвищеним внутрішнім тертям і виконується з радіальним і осьовим розташуванням кулачків (рис. 5, а і б).

Момент від зубчатого колеса головної передачі підводиться до обойми, в пазах її розташовані плунжери (повзуни). Зовнішні і внутрішні кінці плунжерів стикаються з відповідними поверхнями кулачкових шайб, насаджених на шліцьові кінці півосей. При однакових кутових швидкостях обох півосей повзуни нерухомі щодо поверхонь кулачків піввісних шайб.

Рис. 5. Дворядні кулачкові диференціали:

а і б - відповідно з радіальним і осьовим розташуванням кулачків; в - розрахункова схема; 1- корпус диференціала; 2 - плунжер; 3 і 4 - кулачкові шайби відповідно зовнішня і внутрішня

Якщо кутові швидкості неоднакові, то плунжеры, обертаючись разом з обоймою, одночасно переміщаються від відставання півосі до забігаючої; таке переміщення обумовлено скосами кулачків піввісних шайб. На кулачках відстаючої півосі швидкість і ковзання плунжера направлені у бік обертання ведучого елемента, а на кулачках забігаючої півосі - до протилежної сторони. Тому сили тертя між плунжерами і поверхнями кулачків сприяє збільшенню моменту, що передається на відставання півосі, і зменшенню на забігаючу.

Передача зусилля до ведених елементів можлива за умови застосування кулачків з різним кроком для кожного з ведених елементів (рис. 6).

Тому широке застосування знайшли кулачкові диференціали з  установкою двох низок плунжеров із зсувом другої низки щодо  першого на величину, рівну половині відстані від вершини до  западини кулачка. На одному з ведених елементів кулака також розташовані до двох низки, але із зсувом, великим до 2 разу.

Коли повзуни однієї низки займають положення, при якому передача зусиль неможлива, повзуни другої низки знаходяться в робочому стані. Профілі повзунів і кулачків піввісних шайб зазвичай мають дуги кіл, радіуси яких підбирають так, щоб внутрішнє передавальне число диференціала було постійним і дорівнювало одиниці.

Сили ( і  (см. рис. 5) діють під кутом тертя р до загальної нормалі робочих поверхонь повзунів і профілю кулачка. Для забігаючої піввісі кут тертя р віднімається з кута тиску , а для відставання - кут тиску  і кут тертя р підсумовуються (см. рис. 5, д).

З боку ведучої обойми на повзун діє рівнодіюча сила  під кутом тертя р до напряму руху. Моменти на забігаючій і відстаючій піввісях

де  і  - відстані від точок контакту повзуна з внутрішнім і зовнішнім кулачками до осі обертання. Коефіцієнт блокування диференціала

              (111)

З трикутника сил (см. рис. 5, в) по теоремі синусів

Тоді              (112)

Підставивши залежність (112) в рівняння (111), одержуємо

При дворядному розташуванні сухарів кути  і  зазвичай рівні між собою, що забезпечує незалежність коефіцієнта блокування від того, яке з коліс є тим, що відстає або забігає.

Поверхні контактів плунжерів з обоймами розраховують на зім'яття

де  і  - радіуси кривизни відповідно плунжера і дотичного з ним кулачка. Знак плюс відноситься до випадку, коли центри кіл дотичних поверхонь розташовані по різні сторони від точки дотику. Зусилля

де - вертикальні реакції відповідно правого і лівого колеса;  - число одночасно працюючих повзунів.

В двухрядному кулачковому диференціалі в передачі зусилля беруть участь тільки половина числа плунжерів, розташованих в одній з низок диференціала. Вважаємо, що  = 0,8. Кулачкові шайби виконують із сталі 15НВ, 15ХВА, а повзуни із сталі ШХ15. При розрахунку по максимальному моменту зчеплення коліс з дорогою = 1,5--2,5 ГПа.

Черв'ячний диференціал відноситься до дифференціалів з підвищеним внутрішнім тертям і по кінематичній схемі подібний симетричному конічному диференціалу (рис. 7). Замість конічних піввісних шестерень у черв'ячного диференціала використовуються черв'ячні колеса I і 5. Зв'язок між ними і корпусом диференціала здійснюється через черв'ячні сателіти 3 і черв'яки 2 і 4.

Коефіцієнт блокування для черв'ячного диференціала

де - КПД диференціала;

тут - зворотний КПД черв'ячної пари при передачі зусиль від черв'ячного колеса до черв'яка. Причому

де - прямої КПД черв'ячної пари від черв'яка до черв'ячного колеса.

Рис. 7. Черв’ячний дифференціал

В той же час

де  - кут підйому гвинтової лінії черв'яка; р - кут тертя.

Відповідним підбором кута р можна отримати необхідний коефіцієнт блокування диференціала. В існуючих конструкціях кут  =20--30; для сталевих черв'ячних пар =0.4---0.8.

Основним недоліком черв'ячних диференціалів є складність їх конструкції, високі вимоги до точності виготовлення і якості матеріалів. Прагнення забезпечити максимально можливу сумарну дотичну реакцію при будь-якому співвідношенні коефіцієнтів зчеплення ведучих коліс, з дорогой обумовлює заміну диференціала муфтою вільного ходу. Зазвичай застосовують кулачкові муфти вільного ходу, які мають більш просту конструкцію і більш високу довговічність в порівнянні з кульковими і роликовими муфтами (рис. 8, а).

На рис. 8, б-д показано розташування ведучих і ведених елементів відповідно при русі вперед, вперед накатом, назад і назад накатом. Стрілки указують напрям обертання елемента, що виконує роль ведучого.

На рис. 8, е приведена схема сил, діючих у вимикаючому пристрої муфти вільного ходу.