ДИФЕРЕНЦІАЛИ

Диференціал - механізм трансмісії автомобіля, що розподіляє крутний момент, що підводиться до нього, між вихідними валами і забезпечує їх обертання з різними кутовими швидкостями. До конструкції диференціала встановлюються наступні вимоги:

здійснення пропорційного розподілу крутних моментів між колесами або осями. Для підвищення прохідності автомобіля розподіл моментів по окремих колесах і мостах повинен здійснюватися пропорційно їх вертикальним реакціям;

забезпечення різної частоти обертання ведучих коліс, що необхідно при повороті, русі автомобіля по нерівній поверхні дороги і в інших випадках;

малі габаритні розміри і масу. Суворе дотримання габаритних розмірів має особливе значення, оскільки диференціал встановлюють зазвичай всередині головної передачі або роздавальної коробки.

На рис.1 наведена класифікація диференціалів.

Рис. 1. Класифікація диференціалів

Механізм дифференціалу вперше був застосований в 1897 р. на паровому автомобілі. Швидко після цього з’явилися автомобілі з двигунов внутрішнього згорання і на них стали використовувати дифференціали, але навіть в 20-х роках деякі автомобілі випускались без дифференціалів. Як правило без дифференціалу випускався дифференціал НАМИ-1. В теперішній час всі автомобілі мають міжколісні диференціали.

Залежно від місця установки диференціали бувають міжосьовими (якщо вони розподіляють потужність між ведучими мостами) і міжколісними (якщо розподіл проводиться між ведучими колесами).

Міжосьові диференціали застосовуються в багатоприводних автомобілях для перешкоди циркуляції потужності, додатково навантажуючи трансмісію і викликаючи пришвидшене зношення шин.

Міжосьові дифференціали використовуються в спеціальних багатопривідних автомобілях. Такі дифференціали застосовуються при трансмісіях, що розміщені по бортам автомобіля; вони розподіляють моменти порівну між бортами. В таких трансмісіях, крім того, іноді встановлюються по бортам міжосьові дифференціали.

Як міжколісні дифференціали на більшості автомобілів встановлюються конічні дифференціали, рідше- циліндричні.

Міжосьовий дифференціал може встановлюватися в розподільній коробці („Урал-375”, КрАЗ-260, КАЗ-4540) або в приводі головних передач (КамАЗ-5320, ЗИЛ-133ГЯ).

По характеру розподілу крутного моменту між вихідними валами диференціали діляться на симетричні (крутний момент розподіляється порівну з параметром р = -1) і несиметричні (крутний момент між вихідними валами розподіляється в деякому відношенні р, не рівному одиниці).

Симетричний міжосьовий дифференціал встановлюється у повнопривідного двухвісного автомобіля (ВАЗ-2121) або рівнонавантажених мостів візки трьохвісного автомобіля. Несиметричний дифференціал встановлюється автомобіля „Урал-4320”, де навантаження на передній міст складає приблизно 40% навантаження на задній візок. Як міжосьові застосовуються дифференціали як конічні, так і циліндричні планетарного типу.

Значення параметра р для несиметричного диференціала вибирається близьким до значення відношення вагових навантажень на відповідні ведені мости. Диференціали такого типу застосовуються головним чином як міжосьові, а по конструкції – циліндричні.

Користуючись звичайними для шестерних планетарних механізмів методами, визначимо кінематичні зв'язки між його ланками .

Для симетричного диференціала, у якого р = -1,

,

де , і  - кутові швидкості відповідно вихідних валів і корпусу диференціала.

З умови рівноваги співвідношення зовнішніх моментів і потужностей, прикладених до диференціала,                         ,  

або                                        

де , , ,  - відповідно моменти і потужності, відведені від диференціала;  і  - відповідно момент і потужність, прикладена до диференціала;  - потужність, що затрачує на тертя в диференціалі;

Тоді  

Полувісь, що має меншу кутову швидкість, називається відстаючою, а з більшою кутовою швидкістю – забігаючою

. Для симетричного диференціала (коли р = -1)

                        (107)

              (108)

де  - коефіцієнт блокування диференціала;

                                                (109)

тут Тотс і Тзаб - моменти відповідно на відстаючій і забіжній піввісях.

Іноді  При цьому

З формули (107) видно, що момент тертя збільшує момент на відстаючій півосі. Збільшення коефіцієнта блокування приводить до оптимального використання сили зчеплення коліс, що ведуть, з грунтом, збільшення тягової сили і поліпшення прохідності автомобіля. Проте при високих значеннях погіршується керованість автомобіля, зростає зніс шин, збільшується навантаження на одну з піввосей, знижується КПД передачі.

Звичайно коефіцієнт блокування = 0,3--0,5.

КПД передачі пов'язаний з коефіцієнтом блокування диференціала залежністю

де В - колія ведучих коліс автомобіля;  - радіус повороту центру ведучої осі автомобіля.

Таким чином, КПД передачі є величиною змінної і залежить від радіуса повороту автомобіля. Зміна від 0,1 до 0,5 відповідає зміні КПД від 0,99 до 0,95 при співвідношенні = 0,1.

Слід зазначити, що при підвищених значеннях коефіцієнта блокування через велике тертя в диференціалі знижуються час і відносна швидкість переміщення поверхонь тертя, що зменшує їх знос, не дивлячись на відносно низький КПД в порівнянні з простим диференціалом.

Значення для шестерних диференціалів складає 0,05-0,15, кулачкових - 0,3-0,5, а черв'ячних - до 0,8. У ряді ведучих мостів, використовуються замість диференціала муфти вільного ходу, для яких = 1,0. Тягове зусилля визначається тільки зчіпною масою, що доводиться на небуксуюче колесо.

По конструкції основних елементів диференціали підрозділяються на шестерні, кулачкові і черв'ячні. Шестерінчасті диференціали представляють собою трьохланковий планетарний механізм з негативним значенням кінематичного параметра .

Кулачкові і черв'ячні диференціали одночасно є диференціалами підвищеного тертя. При введенні до конструкції шестерних диференціальних пристроїв, що підвищують внутрішнє тертя, можна перетворити їх на диференціали підвищеного тертя.