Нива Шевроле
     руководство по ремонту

каталог з/ч       

 
 
 
 
 

Дифференциалы с моментом трения, возрастающим с увеличением силы тяги



К этой группе относятся дифференциалы с элементами или муфтами трения, в которых усилие пружин совпадает по направлению с осевыми составляющими сил зацепления конических шестерен дифференциала. Дифференциал с фрикционными муфтами, относящимися к этой группе, взаимозаменяем с обычным дифференциалом. Увеличенный момент трения достигается применением муфт, встраиваемых между выходными шестернями и корпусом дифференциала. Эти муфты -противодействуют относительному движению полуосей и обеспечивают связь выходных шестерен с корпусом. Момент, передаваемый муфтами, препятствует возникновению в дифференциале относительного движения полуосей до тех пор, пока внешний момент не превзойдет максимального момента, который способны передать муфты. В случае превышения этого момента в муфтах наступает скольжение.

Муфта в дифференциале этого типа является типичной многодисковой муфтой с усилием, создаваемым как сжатой пружиной, так и осевыми силами, возникающими в зацеплении шестерен дифференциала. Силы зацепления шестерен дифференциала являются функцией крутящего момента, передаваемого шестернями.

Следует иметь в виду, что при определенном значении момента муфты начинают проскальзывать. Такой механизм часто называют неправильным термином «блокирующаяся ось». Дифференциал с моментом внутреннего трения, увеличивающимся по мере роста силы тяги (подобно всем дифференциалам повышенного трения), не относится к блокирующимся, а является механизмом, с помощью которого могут передаваться крутящие моменты неодинаковой величины, меньшей той, при которой муфты начинают проскальзывать, и появляется относительное движение полуосей.

В дополнение к требованиям, предъявляемым к дифференциалу с фрикционными муфтами и направленным на повышение тяговых качеств, следует еще добавить, что дифференциал должен работать и в других ситуациях. Связано это с тем, что большинство водителей использует эффективно достоинства повышенного трения только в течение 1 % времени эксплуатации автомобиля. В течение остальных 99 % времени дифференциал также должен работать исправно.

Дифференциал «Паур-лок» . На рис. 3.49 показан дифференциал с фрикционными элементами переменного действия «Торнтон паур-лок», изготавливаемый фирмой «Дана» (по лицензии фирмы «Паур-лок»). Этот механизм применяется во многих автомобилях США, обеспечивая высокую степень блокировки дифференциала. В этом механизме в основном применены элементы обычного конического дифференциала, однако в него внесены определенные конструктивные изменения, которые заключаются в следующем.

1. Крестовина заменена двумя отдельными пересекающимися под прямым углом осями 4 четырех сателлитов 5. Вследствие скользящего соединения осей в средней части каждый из сателлитов имеет возможность независимого частичного осевого и окружного перемещения. В целях обеспечения подвижного соединения с корпусом дифференциала концы осей сателлитов оформлены в виде буквы V. Подобные же вырезы в виде буквы V выполнены, в свою очередь, на противоположных торцовых поверхностях взаимодействующих чашек 1 и 2 дифференциала. Торцовые поверхности этих вырезов подвергнуты поверхностной закалке.

Рис. 3.49. Дифференциал «Торнтон паур-лок» фирмы «Дана»:

а — разрез; б — вид с вырезом четверти; в — ось сателлитов, передвинутая влево по подвижному диску муфты левой полуоси; г — ось сателлитов, передвинутая вправо по нажимному диску муфты правой полуоси; 1 и 2 — чашки дифференциала; 3 — нажимной диск (опорная чашка); 4 — ось сателлитов; 5 — сателлит; 6 — шестерня полуоси; 7 — ведомые диски фрикционной муфты; 8 — ведущие диски фрикционной муфты

 

2. Между шестернями полуосей и чашками дифференциала установлены на шлицах нажимные диски , выполненные в виде опорных чашек. Эти диски контактируют с наружными краями сателлитов. Между каждым из нажимных дисков и обработанной внутренней поверхностью корпуса дифференциала установлен комплект из четырех штампованных стальных дисков муфты. Эти диски улучшены термообработкой и механически обработаны для получения требуемой толщины. Из этих дисков два установлены на наружных шлицах нажимного диска, а два — в корпусе дифференциала.

С 1960 г. фирма «Дана» применяет комплект из пяти дисков муфты, причем диск, устанавливаемый со стороны корпуса дифференциала, в каждом комплекте выполнен в виде тарелки, образуя таким образом тарельчатую пружину. Эти пружины нагружают диски муфты в осевом направлении.

Описание действия дифференциала начнем с механизма передачи крутящего момента при прямолинейном движении автомобиля.

Поддействием окружных сил Р0, приложенных к концу оси сателлитов и создаваемых корпусом дифференциала, происходит не значительное окружное перемещение оси относительно корпуса (рис. 3.49, виг), причем оси перемещаются по вырезам в виде буквы V в направлении, противоположном направлению движения корпуса (конструкция обеспечивает максимальное перемещение в выемках корпуса приблизительно 0,1 мм). Это вызывает поперечное перемещение опорных поверхностей оси (вдоль оси выходных шестерен) на величину S0 (в разные для каждой оси стороны).

Расхождение осей сателлитов под действием передаваемого крутящего момента вызывает разведение нажимных дисков, на которые давят цилиндрические поверхности сателлитов, перемещение нажимных дисков и увеличение давления между подпружиненными фрикционными дисками. Кроме того, на нажимные диски действуют осевые составляющие сил зацепления сателлитов с шестернями полуосей. В сумме это приводит к появлению определенного момента трения во фрикционной муфте, в результате чего в описываемом механизме повышается внутреннее трение. Момент трения в дифференциале «Паур-лок» обусловливает трение во фрикционных муфтах, между сателлитами и нажимными дисками, а также в местах посадки сателлитов на осях.

При криволинейном движении автомобиля описанный процесс частично происходит в обратном направлении; шестерни полуосей работают как шестерни планетарной передачи. Для лучшего понимания кинематического взаимодействия частей дифференциала шестерню полуоси внутреннего ведущего колеса следует рассматривать как неподвижный элемент, по отношению к которому шестерня полуоси наружного ведущего колеса увеличивает частоту вращения в связи с прохождением наружным колесом большего пути. Сателлиты, находящиеся в зацеплении с шестернями полуосей (наружная вращается, внутренняя неподвижна), также должны вращаться, но, чтобы произошел поворот, они сместят концы осей по срезанным в виде буквы V поверхностям в прежнее положение, в связи с чем значительно уменьшится давление на нажимной диск и, следовательно, момент трения между дисками муфты.

Таким образом, работа дифференциала при криволинейном движении автомобиля осуществляется так же, как и при прямолинейном движении, т. е. с подтормаживанием, пропорциональным крутящему моменту, передаваемому колесами.

Из изложенного выше следует, что блокирующее действие диф-ч ференциала «Паур-лок» является не только следствием разницы частот вращения ведущих колес, но и зависит от передаваемого крутящего момента. Подобное обстоятельство является важным дополняющим фактором. В результате тормозящего действия дифференциала при передаче крутящего момента обеспечивается связь между полуосями. Это устраняет опасность мгновенных ускорений колес при резком уменьшении сцепления с опорной поверхностью, а также повышает устойчивость автомобиля на повороте и при высокой скорости движения.

Рис. 3.50. Дифференциал «Паур-лок» фирмы «Солзбери трэнсмишн (старая конструкция):

а — продольный разрез; б — общий вид с вырезом четверти: в — в разобранном виде; 1 и 2 — чашки дифференциала: 3 — нажимной диск (опорная чашка); 4 — ось сателлитов; 5 — сателлит; 6 — шестерня полуоси; 7 — ведомые диски фрикционной муфты; 8 — тарельчатая пружина; 9 — ведущие диски фрикционной муфты; 10 — дистанционный элемент полуоси; 11 — цилиндрический шип дистанционного элемента; 12 — болт чашек дифференциала

Основной недостаток дифференциала «Паур-лок», заключающийся в полной потере силы тяги, когда какое-либо колесо теряет сцепление с дорогой, в значительной мере уменьшается с применением в комплекте дисков муфты тарельчатых пружин.

На рис. 3.50 и 3.51 показаны дифференциалы «Паур-лок» фирмы «Солзбери трэнсмишн». В этом дифференциале диск, ближайший к корпусу дифференциала, имеет тарельчатую форму и в целях получения предварительного натяга, необходимого при отсутствии нагрузки, работает как тарельчатая пружина.

Для достижения необходимых отклонений и заданного характера поверхности дисков муфты, разработана специальная технология изготовления, которая, конечно, улучшается. В связи с осадкой тарельчатых дисков муфты происходит некоторое незначительное нарушение работы дифференциала, для устранения которого предусмотрена соответствующая регулировка. Последствия осадки, которая после пробега около 32 000 км не увеличивается, видны из рис. 3.52.

Рис. 3.51. Дифференциал «Паур-лок» фирмы «Солзбери трэнсмишн» (новая конструкция):

а — продольный разрез; б — общий вид с вырезом четверти; в — в 'разобранном виде: 1 — левая чашка дифференциала- 2 — тарельчатая пружина; 3 — ведущий диск фрикционной муфты; 4 — сателлит; 5 — ось; 6 — шестерня полуоси; 7 — подвижный диск (опорная чашка); 8 — ведомый диск муфты; 9 — правая чашка дифференциала; 10 — болт чашек Дифференциала

В дифференциалах «Паур-лок» достаточно часто возникают вибрации. Это происходит в трудных условиях эксплуатации, которые создаются при выполнении на автомобиле крутого поворота с малой скоростью и большим нагрузочным моментом. На это также некоторым образом влияет и температура моста во время движения. Однако в последнее время разработаны специальные смазочные пластические материалы, соответствующие характеристикам трения муфт. С их появлением проблема вибрации снялась, и в настоящее

Рис. 3.52. Характеристика силы тяги, обеспечиваемой дифференциалом (нагрузка на мост 11320Н, = 0,85):

1 — максимально возможная сила тяги;

2 — обычный дифференциал; 3 — Дифференциал «Паур-лок», 4 — дифференциал «Паур-лок» после пробега 32 ООО км

Рис. 3.53. Дифференциал «Лок-о-матик» фирмы «Цанрадфабрик фридрихсхафен»:

1 — ведомая шестерня главной передачи;

2 — корпус дифференциала; 3 — сателлит; 4 — ось сателлита; 5 — лыски (в форме буквы V) на поверхностях торцов оси сателлитов: 6 — фрикционные наружные диски; 7 — внутренние фрикционные диски; 8 — крышка корпуса: 9 — опорное кольцо; 10 — выходная шестерня; 11 — нажимной диск; 12 — тарельчатая пружина

время такие смазочные материалы применяют для дифференциалов «Паур-лок».

Дифференциал «Локоматик» (рис. 3.53). Этот дифференциал, выпускаемый фирмой «Цанрадфабрик Фридрихсхафен», представляет собой дальнейшее развитие дифференциала «Паур-лок» фирмы «Торнтон эксл» (США), причем дифференциал работает по сложной схеме, одна часть которой соответствует рис. 3.26, а другая— рис. 3.31. Часть момента трения 2Ms, как и в конструкции, показанной на рис. 3.50, зависит от нагрузки, а другая, постоянно действующая часть момента трения создается двумя тарельчатыми пружинами, каждая из которых расположена с внешней стороны комплекта дисков муфты. Значение показателя т, равное в среднем 0,5, изменяется в широких пределах в зависимости от угла наклона рабочих фрикционных поверхностей или количества их, а также от усилия пружин, так что каждому типу автомобиля для повышения трения (коэффициента блокировки) можно найти оптимальные зависимости. Так как выходные шестерни опираются на корпус дифференциала двумя узкими опорными дисками, то осевые силы зацепления конических шестерен не используются для сжатия фрикционных муфт (Мv = 0). Благодаря этому зазор в конической передаче при уменьшении толщины пакета фрикционных дисков, вследствие износа, остается неизменным.

Дифференциал «Трэк-эйд» Фирма «Итон» производит дифференциал «Трэк-эйд», который разработан и испытан в США. Принцип действия дифференциала «Трэк-эйд» (рис. 3.54) примерно такой же, как и «Паур-лок», хотя конструкции обоих механизмов разные.

Дифференциал «Трэк-эйд» допускает применение как двух, так и четырех сателлитов, а силы, разводящие конические поверхности, возникают от осевого усилия, служащего для сжатия муфт, находящихся с наружной стороны выходных шестерен, так что нет необходимости в специальных кулачках на осях сателлитов. Следует добавить, что эта конструкция работает эффективнее, так как для ее работы в первую очередь требуется осевое усилие, а не осевое перемещение.-

Рис. 3.54. Дифференциал «Трэк-эйд» фирмы «Итон»:

а — общий вид: б — в разобранном виде; 1 — чашка дифференциала: 2 — сателлит; 3 — многодисковая муфта; 4 — ведомая шестерня главной передачи; 5 — шестерня полуоси

 

Для получения необходимого осевого усилия и в целях стандартизации фирма «Итон» приняла для своих конических дифференциалов диапазон угла профиля зуба 22,5—24°. На практике оказалось, что колесо, передающее на дорогу больший крутящий момент, может передать силу тяги в 1,7 раза большую, чем буксующее, т. е. на 35 % больше, чем это можно получить при обычном дифференциале. Такое усовершенствование представляется очень существенным для водителей, а также составляет важный фактор безопасности.

Дифференциал «Трэк-эйд» представляет собой цельный литой корпус, в котором на оси располагаются два конических сателлита, имеющие корригированные зубья и находящиеся в зацеплении с шестернями полуосей. Обоймы из закаленной стали образуют опоры для дисков с наружными выступами и специальные углубленные поверхности, обеспечивающие во всех условиях достаточный момент трения.

Рис. 3.55. Дифференциал «Спин-рези-стент» фирмы «Борг-уорнер», в котором внутреннее трение увеличивается по мере роста силы тяги:

а — разрез; б — общий вид с вырезом четверти; в — схема действия

Дифференциал «Спин-резистент» фирмы «Борг-уорнер». Этот механизм (рис. 3.55) имеет схему, представляющую собой комбинацию схем, показанных на рис. 3.29 и 3.31. В зависимости от нагрузки и ее постоянства во времени усилие, прикладываемое к обоим фрикционным конусам, вследствие действия осевых сил зацепления конических шестерен и комплекта спиральных пружин (размещенных между двумя нажимными дисками, опирающимися на внутренние поверхности выходных шестерен) создает момент трения Mt = 2Mv + 2Ms.

Подбором угла вершины фрикционных конусов и числа пружин, а также их усилия можно устранить все зазоры в механизме. Остальные детали просты по своей конструкции; например, фрикционные диски даже можно было бы установить непосредственно на шлицах полуоси.

На рис. 3.56 показана современная конструкция дифференциала фирмы «Борг-уорнер» с одиночной центральной спиральной пружиной.

Дифференциал фирмы «Олдсмобил». Показателем возросшего интереса к дифференциалам с фрикционными муфтами является стремление изготовителей автомобилей к разработке собственных конструкций. Фирма «Олдсмобил» концерна «Джи-эм-си» (GMC) производит в настоящее время дифференциал с фрикционными муфтами, похожий по конструкции на дифференциал «Трэк-эйд», но с постоянной начальной нагрузкой, создаваемой пружиной в форме

Рис. 3.56. Дифференциал «Спин-резистент» с центральной нажимной пружиной

Рис. 3.57. Дифференциал фирмы «Олдс-мобил» концерна «Джи-эм-си» (GMC)

буквы S, расположенной между выходными шестернями (рис. 3.57). Повышенное трение достигается путем применения небольших многодисковых муфт, располагаемых по наружным сторонам каждой из выходных шестерен. Диски на фрикционных поверхностях имеют

Рис. 3.58. Диски дифференциала с фрикционными муфтами фирмы «Олдсмобил» [3]:

а — конструкция 1966 г.- б — конструкция 1967 г.

желобковые спиральные канавки. Эти канавки выполняют с помощью специально разработанного процесса электротермической обработки. Интересно, что спиральные канавки, задачей которых является удержание смазочного материала, обеспечивают высокое трение и повышают прочность по сравнению с прежними дисками с канавками, образующими мелкую клетку (рис. 3.58).

Дифференциал «Трэкшн-лок» . Фирма «Форд» тоже производит дифференциалы повышенного трения собственной конструкции, в которой на одной из выходных шестерен располагается дисковая муфта большого диаметра. Эта муфта включается под действием осевой силы, возникающей на ведомой шестерне, а спиральные пружины между выходными шестернями обеспечивают начальную нагрузку.

Общая оценка. Из анализа приведенных выше конструкций следует, что дифференциалы с повышением внутреннего трения по мере роста силы тяги обладают следующими двумя преимуществами: 1) когда только одно колесо имеет хорошее сцёпление, автомобиль сохраняет возможность движения (см. рис. 3.40); 2) когда колесо, потерявшее сцепление, снова входит в контакт с опорной поверхностью, возникают ударные нагрузки, которые в этом случае становятся меньше (см. рис. 3.22 и 3.23).

К сожалению, дифференциал, в котором внутреннее трение увеличивается по мере роста силы тяги, имеет также и некоторые недостатки. Здесь имеется в виду прежде всего недостаточная эффективность. Эффективность характеризуется крутящим моментом, который может быть передан фрикционной муфтой к колесу с большим сцеплением, т. е. моментом, препятствующим вращению правого и левого колес с разными частотами. Отсюда — эффективность зависит от усилия пружин, действующего на диски муфты; чем больше это усилие, тем больше должен быть момент, обеспечивающий действие дифференциала. Таким образом, эффективность должна быть достаточно высокой, чтобы сохранялась работоспособность дифференциала при движении автомобиля на поворотах в нормальных условиях эксплуатации.

В этом скрывается противоречивость требований, предъявляемых к усилию: с точки зрения повышения эффективности и с точки зрения уменьшения сопротивления при классическом действии дифференциала. Увеличение усилия пружин может повысить эффективность, но и усилить износ дисков муфты и шин, а также снизить устойчивость автомобиля в нормальных дорожных условиях. Если сцепление обоих ведущих колес нарушено и оба они пробуксовывают, то при этом достигается наивысший КПД дифференциала повышенного трения. Заслуживает внимания также и тот факт, что коэффициент трения покоя между шиной и опорной поверхностью обычно больше, чем в движении, поэтому, когда колеса начинают пробуксовывать, способность автомобиля двигаться уменьшается.

Очевидно, что вождение автомобиля по скользкой поверхности требует повышенного внимания и бдительности от водителя, поэтому наличие дифференциала повышенного трения, способного увеличить силу тяги, имеет большую важность. Однако при этом необходимо избегать резких ускорений в тех случаях, когда оба колеса находятся на скользкой опорной поверхности. Так как дифференциал повышенного трения обеспечивает одновременное вращение обоих колес, то он может вызвать и одновременное буксование обоих колес, а также занос автомобиля при повороте.