Назначение, типы, устройство и принцип работы дифференциалов.

Дифференциалом называется механизм трансмиссии, распреде­ляющий крутящий момент двигателя между ведущими колесами и ведущими мостами автомобиля. Дифференциал служит для обес­печения ведущим колесам разной скорости вращения при движе­нии автомобиля по неровным дорогам и на поворотах. Разная скорость вращения ведущих колес, проходящих разный путь на поворотах и неровных дорогах, необходима для их каче­ния без скольжения и буксования. В противном случае повысится сопротивление движению автомобиля, увеличатся расход топли­ва и износ шин.

В зависимости от типа и назначения автомобилей на них при­меняются различные типы дифференциалов.

Дополнительно к общим требованиям к конструкции автомо­биля к дифференциалу предъявляются дополни­тельные требования, в соответствии с которыми он должен:

• распределять крутящий момент между ведущими колесами и мостами в пропорции, обеспечивающей автомобилю наилучшие тягово-скоростные свойства, проходимость, управляемость и ус­тойчивость;

• иметь минимальные габаритные размеры.

Шестеренный дифференциал.Межколесный конический симмет­ричный дифференциал состоит из корпуса, са­теллитов, полуосевых шестерен, которые соединены полу­осями с ведущими колесами автомобиля. Дифференциал легкового автомобиля имеет два свободно вращающихся сателлита, установ­ленных на оси, закрепленной в корпусе дифференциала, а у грузо­вого автомобиля — четыре сателлита, размещенных на шипах кре­стовины, также закрепленной в корпусе дифференциала. При прямолинейном движении автомобиля по ровной дороге ведущие колеса одного моста проходят одинаковые пути, встречают одинаковое сопротивление движению и враща­ются с одной и той же скоростью. При этом корпус дифференци­ала, сателлиты и полуосевые шестерни вращаются как одно целое. Сателлитыне вращаются вокруг своих осей, заклинивают полу­осевые шестерни, и наоба ведущих колеса передаются одинако­вые крутящие моменты. При повороте автомобиля внутреннее по отноше­нию к центру поворота колесо, встречает большее сопротивление движению, чем наружное колесо вращается медленнее, и вместе с ним замедляет свое вращение полуосевая шестерня внутреннего колеса. При этом сателлитыначинают вращаться вокруг своих осей и ускоряют вращение полуосевой шестерни наружного коле­са. В результате ведущие колеса вращаются с разными скоростя­ми, что и необходимо при движении на повороте. При движении автомобиля по неровной дороге ведущие ко­леса также встречают разные сопротивления и проходят разные пути. В соответствии с этим дифференциал обеспечивает им раз­ную скорость вращения и качение без проскальзывания и буксо­вания. Одновременно с изменением скоростей вращения происходит изменение крутящего момента на ведущих колесах. При этом кру­тящий момент уменьшается на колесе, вращающемся с большей скоростью. Так как симметричный дифференциал распределяет крутящий момент на ведущих колесах поровну, то в этом случае на колесе с меньшей скоростью вращения момент тоже уменьша­ется и становится равным моменту на колесе с большей скорос­тью вращения. В результате суммарный крутящий момент и тяго­вая сила на ведущих колесах падают, а тяговые свойства и прохо­димость автомобиля ухудшаются. Особенно это проявляется, ког­да одно из ведущих колес попадает на скользкий участок дороги, а другое находится на твердой сухой дороге. Если суммарного кру­тящего момента будет недостаточно для движения автомобиля, то автомобиль остановится. При этом колесо на сухой твердой дороге будет неподвижным, а колесо на скользкой дороге будет буксо­вать. Для устранения этого недостатка применяют принудительную блокировку (выключение) дифференциала, жестко соединяя одну из полуосей с корпусом дифференциала. При заблокированном дифференциале крутящий момент, подводимый к колесу с луч­шим сцеплением, увеличивается. В результате создается большая суммарная тяговая сила на обоих ведущих колесах автомобиля. При этом суммарная тяговая сила увеличивается на 20...25 % во время движения в реальных дорожных условиях. Конический симметричный дифференциал является дифферен­циалом малого трения, так как имеет небольшое внутреннее трение. Трение в дифференциале повышает проходимость автомоби­ля, так как оно позволяет передавать больший крутящий момент на небуксующее колесо и меньший — на буксующее, что может предотвратить буксование. При этом суммарная тяговая сила в ве­дущих колесах достигает максимального значения.

Однако в дифференциале малого трения увеличение суммар­ной тяговой силы на ведущих колесах составляет всего 4...6%, что также не способствует повышению тяговых свойств и прохо­димости автомобиля. Конический симметричный дифференциал малого трения прост по конструкции, имеет небольшие размеры и массу, высокие КПД и надежность. Он обеспечивает хорошие управляемость и устой­чивость, уменьшает изнашивание шин и расход топлива. Этот дифференциал также называют простым дифференциалом. Межосевой дифференциал распределяет крутящий момент между главными передачами ведущих мостов многоприводных автомобилей. Дифференциал устанавливают в раздаточной короб­ке или в приводе главных передач. Межосевой дифференциал ис­ключает циркуляцию мощности в трансмиссии автомобиля, ко­торая очень сильно нагружает трансмиссию, особенно при дви­жении по ровной дороге. В качестве межосевых на автомобилях применяются и конические, и цилиндрические дифференциалы.

Кулачковые дифференциалы.Кулачковые (сухарные) дифферен­циалы могут быть с горизонтальным или радиальным расположением сухарей. Сухари размещаются в один или два ряда в отверстиях обоймы корпуса дифференциала между полуосевыми звездочками, которые установлены на шлицах полуосей. Сухари в дифференциале выполняют роль са­теллитов. При прямолинейном движении автомобиля по ровной дороге сухари неподвижны относительно обоймы и полуосевых звездо­чек. Своими концами они упираются в профилированные кулач­ки полуосевых звездочек и расклинивают их. Все детали дифференциала вращаются как одно целое, и оба ведущих колеса авто­мобиля вращаются с одинаковыми скоростями. При движении автомобиля на повороте или по неровной доро­ге сухари перемещаются в отверстиях обоймы и обеспечивают ве­дущим колесам автомобиля разную скорость вращения без про­скальзывания и буксования. Кулачковые дифференциалы являются дифференциалами повы­шенного трения, так как имеют значительное внутреннее трение, которое позволяет передавать больший крутящий момент на небук­сующее колесо и меньший на буксующее колесо. При этом суммар­ная тяговая сила на ведущих колесах автомобиля достигает макси­мального значения. Так, за счет повышенного внутреннего трения суммарная тяговая сила на ведущих колесах увеличивается на 10... 15 %, что способствует повышению тяговых свойств и проходи­мости автомобиля. Кулачковые дифференциалы относительно про­сты по конструкции и имеют небольшую массу. Они широко приме­няются на автомобилях повышенной и высокой проходимости.

Червячные дифференциалы.Червячные дифференциалы могут быть с сателлитами или без сателлитов. В червячном дифференци­але с сателлитами крутящий момент от корпуса дифференциала через червячные сателлиты и червяки передается полуосевым червячным шестерня, которые уста­новлены на шлицах полуосей, связанных с ведущими колесами автомобиля. При прямолинейном движении автомобиля по ровной дороге корпус, сателлиты, червяки и полуосевые шестерни вращаются как одно целое. При движении автомобиля на повороте и по не­ровностям дороги разная скорость вращения ведущих колес обес­печивается за счет относительного вращения сателлитов, червя­ков и полуосевых шестерен. В червячном дифференциале без сателлитов полу­осевые червячные шестерни находятся в зацеплении с чер­вяками, которые находятся также в зацеплении между собой. Крутящий момент от корпуса дифференциала передается полу­осевым шестерням через червяки. Червячные дифференциалы обладают повышенным внутрен­ним трением, которое увеличивает суммарную тяговую силу на ведущих колесах автомобиля на 10... 15 %. Это способствует повы­шению тяговых свойств и проходимости автомобиля. Однако чер­вячные дифференциалы наиболее сложные по конструкции. Они самые дорогостоящие из всех дифференциалов, так как их сател­литы и полуосевые шестерни изготавливают из оловянистой бронзы. В связи с этим в настоящее время червячные дифференциалы на автомобилях применяются очень редко.