ПРИМЕНЕНИЕ МЕЖКОЛЕСНОГО ДИФФЕРЕНЦИАЛА С МУФТОЙ СВОБОДНОГО ХОДА НА АВТОМОБИЛЯХ МНОГОЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ
APPLICATION OF INTERWHEEL DIFFERENTIAL WITH THE COUPLING OF THE FREE WHEELING ON CARS OF THE UNIVERSAL PURPOSE
Ушнурцев С.В. (ГОУ ВПО ОТИИ, г.Омск, РФ),
Келлер А.В. (ЮУрГУ, г. Челябинск, РФ),
Усиков В.Ю. (ГОУ ВПО ОТИИ, г.Омск, РФ)
Ushnurcev S.V. (PUBLIC EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER PROFESSIONAL TRAINING OTII, c. Omsk, RF),
Keller A.V. (South Ural state university, с. Chelyabinsk, RF),
Usikov V.Y. (PUBLIC EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER PROFESSIONAL TRAINING OTII, c. Omsk, RF)
В статье проведена оценка систем распределения мощности между ведущими колесами на основе применения дифференциального привода. Указаны требования к существующим дифференциальным механизмам и их недостатки. Предложена конструкция дифференциала выполненного заодно с муфтой свободного хода.
In article the estimation of systems of distribution of capacity between driving wheels on the basis of application of a differential drive is spent. Requirements to existing differential mechanisms and their lacks are specified. The design of differential of the freewheeling executed at the same time with a muff is offered.
Ключевые слова: автомобиль многоцелевого назначения, дифференциал, блокировка.
Keywords: car of a universal purpose, differential, blocking
На современных автомобилях многоцелевого назначения (АМН) наиболее распространен дифференциальный привод, обеспечивающий автомобилю достаточно высокие эксплуатационные показатели. Однако такому приводу присущи и серьезные недостатки, ограничивающие возможность полной реализации тягово – скоростных свойств автомобиля. В целом, идеальный дифференциал должен удовлетворять требованиям кинематики поворота колесной машины, а также перераспределять тяговые усилия между ведущими мостами и колесами в строгом соответствие с условиями сцепления колес с опорной поверхностью. Однако механизмов, которые полностью бы удовлетворяли указанным требованиям, в настоящее время нет.
Анализ конструкции дифференциалов, применяющихся на современных АМН показал, что, ни один из существующих дифференциалов не обеспечивает оптимального характера связи между колесами для всех условий движения. На АМН в настоящее время наибольшее распространение получила принудительная механическая блокировка дифференциалов, которая достаточно проста и надежна. Однако, она используется для преодоления временных сопротивлений, а эффективность ее применения зависит от квалификации водителя [1].
Вместе с тем, вполне обоснованным и целесообразным является применение принудительной блокировки дифференциала при прямолинейном движении для обеспечения возможности движения многоосного автомобиля, например, при отрыве от опорной поверхности одного из колёс (мостов), с условием обязательного разблокирования при прохождении колесами различного пути, причем блокирование – разблокирование должно осуществляться без внешнего воздействия, за счет внутренних свойств. В связи с этим определенный интерес представляет дифференциал с муфтой свободного хода, который автоматически блокируется при прямолинейном движении и автоматически разблокируется при движении на повороте [2].
Дифференциал (рисунок 1) состоит из: корпуса 1, в котором расположена крестовина 2 с сателлитами 3, полуосевые шестерни 4, 5, находящиеся в зацеплении с сателлитами 3. На торце полуосевой шестерни 5 нарезаны кулачки 6 прямоугольного профиля, причем, впадины между кулачками по ширине больше ширины кулачков. В зацепление с кулачками 6 входят кулачки шлицевой втулки 7. Кулачки шлицевой втулки 8 выполнены такими же, как у полуосевой шестерни 5. Шлицевая втулка 7 прижимается диафрагменной пружиной 9 к полуосевой шестерни 5. Шестерни 4, 5 и шлицевая втулка 7 установлены на полуосях 10, 12, причем шлицевая втулка 7 установлена с возможностью осевого перемещения. Полуосевая шестерня 5 оснащена штифтом, установленным по оси симметрии одного из кулачков 6 [3].
1 – корпус; 2 – крестовина; 3 – сателлиты; 4, 5 – полуосевые шестерни; 6 – кулачки прямоугольного профиля; 7 – шлицевая втулка; 8 – центральное кольцо; 9 – диафрагменная пружина; 10, 12 – полуоси, 11 – зубья трапециевидного профиля
Рисунок 1 – Дифференциал с муфтой свободного хода
(свидетельство РФ на полезную модель №22810)
Внутри полуосевой шестерни 5 помещено центральное кольцо 8, на торце которого нарезаны трапециевидные зубья. Центральное кольцо 8 может поворачиваться относительно полуосевой шестерни 5 на небольшой угол, но зафиксировано от осевых перемещений разрезным пружинным замком размещенным в кольцевых проточках полуосевой шестерни 5. На внутреннем торце шлицевой втулки 7, концентрично кулачкам прямоугольного профиля, нарезаны также зубья 11 трапециевидного профиля, которые входят в зацепление с трапециевидными зубьями центрального кольца 8.
В проточке шлицевой втулки 8 с некоторым натягом установлено блокирующее кольцо, на торце которого нарезаны зубья, имеющие профиль, аналогичный зубьям 11 шлицевой втулки 7. При сборке блокирующее кольцо устанавливают так, чтобы штифт входил в разрез кольца, а зубья совпадали с зубьями шлицевой втулки 7. Ширина разреза блокирующего кольца обеспечивает возможность его поворота на половину шага зубьев.
Дифференциал работает следующим образом.
При движении по прямой, когда угловые скорости корпуса 1 дифференциала и шестерен 4 и 5 равны, кулачки 6 полуосевой шестерни 5 упираются в кулачки шлицевой втулки 7 и дифференциал вращается как одно целое.
Если одна из полуосей станет забегающей, например, при движении на повороте налево, то кулачки шлицевой втулки 7 начнут обгонять кулачки 6 полуосевой шестерни 5, что возможно благодаря широким впадинам между кулачками. Одновременно с этим наклонные плоскости трапециевидных зубьев 11 шлицевой втулки 7 скользят по поверхностям трапециевидных зубьев центрального кольца 8, вследствие чего шлицевая втулка 7 получает перемещение в осевом направлении. Это выводит из зацепления как кулачки шлицевой втулки 7 с кулачками 6 полуосевой шестерни 5, так и трапециевидные зубья шлицевой втулки 7 и центрального кольца 8. Шлицевая втулка 7 освобождается и разблокирует дифференциал, позволяя полуосям 10, 12 вращаться с различной угловой скоростью.
При выключении шлицевой втулки 7 вместе с ней поворачивается также блокирующее кольцо. Кольцо поворачивается до тех пор, пока торец его разреза не упрется в штифт. В таком положении зубья блокирующего кольца располагаются против зубьев центрального кольца 8, что предотвращает периодическое включение шлицевой втулки 7.
После окончания поворота при переходе к прямолинейному движению управляемые колеса совершают одно–два колебания. При таких колебаниях одна из полуосевых шестерен ускоряет, а другая замедляет свое вращение относительно крестовины 2, что приводит к изменению направления относительного вращения шлицевой втулки 8 и полуосевой шестерни 5. При этом зубья 11 блокирующего кольца сходят с зубьев центрального кольца 8 и под действием диафрагменной пружины 9 шлицевая втулка 7 перемещается в сторону полуосевой шестерни 5 и ее кулачки 7 снова входят в зацепление с кулачками 6 полуосевой шестерни 5, тем самым автоматически блокируя дифференциал.
Таким образом, происходит автоматическое блокирование дифференциала при прямолинейном движении и разблокирование при движении на повороте. При повороте в другую сторону устройство работает аналогичным образом.
Из изложенного следует, что разработанная автоматическая блокировка дифференциала при своей конструктивной простоте обеспечивает блокирование дифференциала при выполнении основных видов работ и способствует увеличению тяги и снижению буксования и при этом позволяет исключить блокирование дифференциала при движении на повороте, что снизит перегрузку трансмиссии и улучшит управляемость автомобиля.
Список использованных источников
1. Александров Е.Б. и др. Современные механизмы распределения мощности в трансмиссии легковых автомобилей. -М.: ЦНИИТЭНИавтопром, 1989.
2. Лефаров А.Х., Высоцкий М.С., Ванцевич В.В., Кабанов В.И. Энергонагруженность и надежность дифференциальных механизмов транспортно-тяговых машин. -Минск: Навука i тэхника, 1991.
3. Свидетельство РФ на полезную модель № 22810. Дифференциал транспортного средства / А.В. Келлер, А.С. Лапыгин, В.Ю. Курзин и др. - М.: РОСПАТЕНТ. Опубл. 27.04.07. Бюл.№12.