Для чего служит дифференциал трактора

Дифференциал. При повороте колесного трактора (рис. 74, а, б, в, г, д) его колесо, идущее ближе к центру поворота 0, проходит меньший путь, чем колесо, расположенное дальше от центра. Следовательно, внутреннее и наружное колеса за это время сделают различное число оборотов, т. е. будут вращаться с разной частотой.

Чтобы ведущие колеса трактора при поворотах могли иметь различную частоту вращения, их устанавливают не на одном общем валу, а на двух самостоятельных, называемых полуосями. На этих полуосях также укреплены ведомые шестерни конечной передачи. Кроме того, в ступице ведомой шестерни главной передачи установлен специальный механизм—дифференциал, который распределяет крутящий момент между ведущими колесами и обеспечивает при необходимости их вращение с различной частотой.

Устройство. Дифференциал состоит из корпуса (его роль выполняет разъемная ступица ведомой шестерни главной передачи), внутри которого размещены конические шестерни, соединенные валами с ведущими шестернями конечной передачи, и жестко закрепленные оси 6 со свободно сидящими на них небольшими коническими шестернями — сателлитами. Сателлиты своими зубьями соединяются с шестернями.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Действие. При вращении вала ведущей шестерни главной передачи крутящий момент передается шестерне с закрепленными в ее ступице осями сателлитов. Сателлиты при этом увлекают за собой шестерни. От этих шестерен вращение через конечную передачу передается на ведущие колеса трактора.

Если сопротивление вращению обеих полуосевых шестерен одинаково, что бывает при движении трактора по прямой ровной дороге, сила Р передается на зубцы шестерен одинаковыми частями р/2. Сателлиты при этом не вращаются вокруг осей, а выполняют роль замка, соединяющего обе шестерни.

Если сопротивление увеличится, например, на колесе, получающем вращение через шестерню, тогда сателлит начнет вращаться на оси и, перекатываясь по шестерне, будет увеличивать частоту вращения шестерни. При этом частота вращения шестерни увеличится настолько, насколько уменьшится частота вращения шестерни, а передаваемые крутящие моменты на каждое из колес останутся равными. Если шестерню полностью затормозить, то частота вращения шестерни будет в 2 раза больше, чем при движении трактора по прямой.

Рис. 74. Дифференциал:
а — схема поворота колесного трактора; б — дифференциал не заблокирован; в — дифференциал заблокирован; г — устройство; д — схема действия; 1, 14 — валы; 2, 5, 11, 13, 15 — шестерни; 3, 12 — полуоси; 4 — педаль; 6 — ось; 7 — ступица; 8 — неподвижная муфта; 9 — подвижная муфта; 10 — пружина; 16 — сателлиты.

При движении трактора по прямой дороге с хорошим однородным покрытием сцепление с почвой, частоты вращения и толкающие силы его ведущих колес одинаковы.

Если правое и левое колеса трактора катятся по грунту различной плотности, то вследствие неодинакового сцепления колес с почвой их буксование будет разным, а это приведет к тому, что частота их вращения и развиваемая сила тяги каждого колеса будут различны.

Но так как между колесами установлен дифференциал, уравнивающий передаваемые крутящие моменты, общее тяговое усилие, развиваемое колесами, будет равно удвоенному тяговому усилию колеса, идущего по грунту меньшей плотности.

Пример. Универсально-пропашной трактор обычной конструкции, массой 3000 кг (распределение этой массы по передним и задним колесам как 1/3 к 2/3) движется по ровной, гладкой, сухой дороге. Коэффициент сцепления обоих колес с дорогой ср = 0,7.

Рис. 75. Влияние действия дифференциала на тяговое усилие трактора: / — оба колеса имеют одинаковое сцепление с почвой, дифференциал не заблокирован; II — колеса имеют разное сцепление с почвой, дифференциал не заблокирован; III — колеса имеют разное сцепление с почвой, дифференциал заблокирован.

Поскольку между колесами установлен дифференциал, уравнивающий передаваемые моменты, правое колесо может реализовать только такую силу, которую развивает левое колесо.

Устройства для блокировки дифференциала. Дифференциал можно блокировать механически, нажимая на соответствующую педаль, и автоматически.

Механическое устройство состоит из подвижной кулачковой муфты (см. рис. 74, г), установленной на шлицах полуоси левого ведущего колеса, приводимого в движение педалью, и неподвижной муфты, закрепленной на полуоси правого колеса.

Действие такого устройства заключается в следующем. Когда тракторист нажимает на педаль, пружина сжимается, подвижная часть муфты передвигается по шлицам, входит в выемки неподвижной муфты (см. рис. 74, в) и тем самым жестко соединяет обе полуоси в один общий вал. Ведущие колеса трактора при этом могут вращаться только с одинаковой частотой. При снятии ноги с педали подвижная муфта под действием пружины занимает исходное положение (см. рис. 74, б).

Автоматическое устройство состоит из исполнительного механизма, расположенного на кожухе левого тормоза трактора, и датчика, установленного в системе гидроусилителя рулевого управления.

Датчик автоматического устройства состоит из золотника и поворотного крана с маховичком. В состав датчика входит также нерегулируемый редукционный клапан 8, поддерживающий в гидросистеме давление 0,7…0,8 МПа при температуре масла 40…70 °С.

Действие механизма автоматической блокировки заключается в следующем. При установке маховичка в положение «Включено» во время движения трактора по прямой масло, подаваемое насосом, проходит через поворотный кран, затем поступает через золотник в исполнительный механизм и начинает давить на диафрагму. Диафрагма сжимает между собой диски и выключает дифференциал из работы.

При повороте направляющих колес трактора на угол больше 8° рейка перемещается вправо или влево (в зависимости от направления поворота), шарик золотника выходит из углубления в рейке, золотник поднимается и соединяет внутреннюю юлость крана 9 со сливным отверстием. Через это отверстие масло из напорной магистрали и полости диафрагмы направляется в бак, в результате чего происходит разблокирование дифференциала.

Рис. 76. Автоматическая блокировка дифференциала:
а — устройство; б — механизм включения; 1 — блокировочный вал; 2 — ведомые диски; 3 — диафрагма; 4 — нажимные диски; 5 — маховичок; 6 — насос; 7 — бак; 8 — редукционный клапан; 9 — кран; 10 — направляющие колеса; 11 — золотник; 12 — рейка; 13 — шарик; 14 — крестовина; 15 — конечная передача; 16 — тросик; 17 — рукоятка.

Управление маховичком (см. рис. 76, б) производится рукояткой, установленной в кабине трактора, через тросик.

Если маховичок поставить в положение «Выключено», кран 9 встанет так, что напорная масляная магистраль отключится от полости диафрагмы и она соединится со сливной магистралью. Автоматическую блокировку целесообразно применять при скоростях движения трактора не выше 10 км/ч. При работе трактора на транспортных скоростях заблокированный дифференциал значительно ухудшает маневренность трактора, что может привести к аварии.

Самоблокирующийся дифференциал. На передних ведущих колесах устанавливаются самоблокирующиеся дифференциалы, которые при прямолинейном движении трактора в отличие от обычных дифференциалов могут обеспечивать передачу на ведущие колеса крутящих моментов различных по величине. При этом, как было показано выше, повышается тяговое усилие трактора.

Конструкции самоблокирующихся дифференциалов бывают различными. В качестве примера рассмотрим применяемую на универсально-пропашных тракторах.

Устройство. Дифференциал состоит из двух корпусов (рис. 77, а, б), соединенных между собой болтами. Внутри корпусов размещены четыре сателлита, посаженные на двух осях, две полуосевые шестерни и два комплекта фрикционных дисков ведущих, имеющих наружные зубья, соединенные с внутренними зубьями корпусов, и ведомых, внутренними зубьями, соединенными с наружными зубьями ступиц полуосевых шестерен. Вместе с ведомыми дисками на ступицы шестерен установлены нажимные чашки. Внутренние шлицы ступиц шестерен соединяются с полуосями.

Рис. 77. Самоблокирующийся дифференциал:
а — схема действия; б — устройство; 1,2,5 — шестерни; 3 — оси; 4 — сателлиты; 6 — чашки; 7 — ведущие диски; 8— ведомые диски; 9 — полуоси; 10.

Особенность данного дифференциала — наличие плавающих осей 3 сателлитов, которые могут перемещаться одна относительно другой. Для этой цели на концах осей сделаны скосы.

Действие. В том случае, если передний мост трактора не включен, дифференциал не заблокирован (см. рис. 77), он работает как обычный дифференциал.

После включения переднего моста в работу оси сателлитов под нагрузкой перемещаются по пазам — скосам в корпусах на величину зазоров между фрикционными дисками. От осей усилие передается на сателлиты, которые при этом нажмут на чашки, а те, в свою очередь, сожмут диски до упора в стенки корпусов.

При этом крутящий момент, подведенный шестерней, будет передаваться не только через зубья сателлитов, но и за счет сил трения между сжатыми дисками. При этом моменты, передаваемые зубьями сателлитов и полуосевых шестерен, окажутся одинаковыми, а моменты, передаваемые за счет трения, могут отличаться один от другого в зависимости от сцепления правого колеса с почвой.

При поворотах трактора с включенным передним мостом, когда внешние силы превысят силы трения между дисками, они будут пробуксовывать, не мешая повороту.

Источник

Дифференциал трактора

При прямолинейном движении трактора по неровной дороге, неодинаковом давлении воздуха в шинах или разном износе протектора колёса также должны вращаться с различной, но строго дифференцированной частотой.

Рассмотрим схему работы симметричного дифференциала с коническими зубчатыми колесами. На корпусе 1 ( рис. 97 ) дифференциала установлено ведомое коническое зубчатое колесо 2 главной передачи. Внутри корпуса свободно размещены два конических зубчатых колеса 4 и 8, связанных шлицами с валами 5 и 9 ведущих колес, а также два или четыре конических зубчатых колеса 3 и 7, называемых сателлитами. Последние входят в зацепление с зубчатыми колесами 4, 8 и могут свободно вращаться на цапфах крестовины 6, которая жестко соединена с корпусом 1 дифференциала.

Рис. 97. Схема простого дифференциала с коническими зубчатыми колесами: 1—корпус дифференциала; 2 — ведомое коническое зубчатое колесо главной передачи; 3 и 7 — сателлиты; 4 и 8 — конические зубчатые колеса; 5 и 9 — валы ведущих колес; 6 — крестовина.

При прямолинейном движении трактора или автомобиля по ровной опорной поверхности сопротивление вращению ведущих колес одинаково и частоты их вращения равны частоте вращения корпуса дифференциала, сателлиты 3 и 7 вокруг своей оси не вращаются.

Если сопротивление вращению одного из ведущих колес возрастет (например, при повороте), то его вращение вместе с валом и коническим зубчатым колесом замедлится. Предположим, что замедлилось вращение вала 5 и зубчатого колеса 4. Корпус дифференциала, вращаясь с постоянной частотой, начинает обгонять отстающее коническое колесо 4 и,воздействуя на сателлиты, обкатывает их по зубьям этого колеса. Сателлиты начинают вращаться вокруг своей оси и дополнительно поворачивать коническое зубчатое колесо 8, вал 9 и связанное с ним колесо трактора или автомобиля, увеличивая частоту вращения этого колеса. Вращающиеся сателлиты ускоряют вращение одного колеса настолько, насколько замедлилось вращение другого колеса.

Свойство дифференциала обеспечивать возможность вращения ведущих колес с разными частотами по принципу наименьшего действия оказывает и отрицательное влияние. Например, при большом сопротивлении движению и разных силах трения колес о почву дифференциалу легче вращать колесо, у которого сила трения о почву (сцепление) меньше. Поэтому колесо, которое трудно вращать и катить, останавливается, а второе буксует (вращается вдвое быстрее). Для устранения этого недостатка применяют различные механизмы блокировки — выключения дифференциала.

Классифицируют дифференциалы по следующим признакам:

Межосевые дифференциалы могут быть симметричными и несимметричными. Самоблокирующиеся дифференциалы делят на дифференциалы повышенного трения и с механизмом свободного хода.

Источник

Дифференциал колесного трактора

Дифференциалы используют в задних и передних мостах колесных тракторов. Они обеспечивают качение ведущих колес без проскальзывания на поворотах и при движении по неровностям.

Кроме общих, предъявляемых ко всем механизмам требований, дифференциалы должны препятствовать бускованию одного из колес, попавшего на почву со слабыми сцепными свойствами.

По конструкции дифференциалы разделяют на простые (одинарные), двойные, а также конические, цилиндрические червячные.

Наиболее распространены на тракторах простые конические симметричные (с одинаковыми размерами полуосевых шестерен) дифференциалы, которые, вследствие малых внутренних потерь на трение, распределяют подводимый крутящий момент М по полуосям практически поровну.

Пренебрегая КПД, можно записать.

М = М′ + М″; М′ = М″ = 0,5М, (1)

где М′ и М″ — крутящие моменты на левой и правой полуосях.

Если при работе одно из ведущих колес трактора попадает на почву с небольшим коэффициентом сцепления φ′, то касательная сила тяги Р′φ, а следовательно, и крутящий момент, которые могут быть реализованы этим колесом, ограничены:

где Gк — нормальная нагрузка на колесо, принимаемая равной грузоподъемной силе баллона; rк — радиус качения колеса.

В соответствии с выражением (1) момент на втором колесе, независимо от его коэффициента сцепления с почвой, определяется крутящим моментом на буксующем колесе:

Суммарный крутящий момент на обоих ведущих колесах в этих условиях (М = 2М′) может оказаться недостаточным для движения и трактор остановится.

Для повышения тяговых показателей колесных тракторов применяют дифференциалы повышенного трения, существенно влияющие на распределение крутящего момента по полуосям.

Рис. 1. Схема дифференциала повышенного трения:
а — с тормозом между полуосями; б — фрикционного; в — кулачкового; г — фрикционного с автоматическим включением

На рис. 1, а изображена схема конического дифференциала повышенного трения. Концы полуосей связаны пакетом сжатых дисков. При разных угловых скоростях полуосей диски, поворачиваясь, создают момент трения Мт. Когда одно из колес начинает пробуксовывать и проворачиваться относительно второй полуоси, момент трения препятствует проворачиванию и помогает вращению отстающей полуоси:

М′ = 0,5М — Мт; М″ = 0,5М + Мт.

В результате при повышении трения в дифференциале увеличивается также момент М″, который может быть реализован на небуксующем колесе.

На рис. 1, б показан дифференциал повышенного трения. Внутри разъемного корпуса 1 установлены наборы фрикционных дисков 4. Крестовина 2 сделана в виде двух самостоятельных осей сателлитов 3, которые могут перемещаться одна относительно другой. Корпус 1 дифференциала ведет оси сателлитов через скосы, сделанные под углом β в их верхней части. Торцы полуосевых шестерен 6 упираются в нажимные диски 5. Между последними и корпусом дифференциала установлены фрикционные диски 4.

При равенстве крутящих моментов на полуосях система вращается как единое целое. Если М′ ≠ М″, то полуоси поворачиваются одна относительно другой, наличие скосов на осях 3 вызывает осевые силы, сжимающие диски 4. Поэтому возникающий момент трения Мт пропорционален передаваемому крутящему моменту.

Кулачковые дифференциалы (рис. 1, в) также относятся к дифференциалам повышенного трения. На концах полуосей 7 и 12 вместо шестерен установлены шайбы 8 и 11 с профильными кулачками на торцах. Между кулачками расположены сухари 10, смонтированные в сепараторе 9. К последнему подводится крутящий момент. При относительном поворачивании полуосей сухари, перемещаясь по наклонным плоскостям, нажимают на кулачки другой полуоси, ускоряя ее вращение. Число выступов на торцовых поверхностях шайб должно быть различным.

Кулачки дифференциала могут располагаться в осевом (рис. 1, в) или радиальном (рис. 1, г) направлении.

Червячные дифференциалы, которые также относятся к механизмам повышенного трения, на тракторах распространения, не получили.

Потери на трение в дифференциале оценивают коэффициентом блокировки, представляющим отношение момента трения в дифференциале к подводимому крутящему моменту:

Для применяемых дифференциалов Кб = 0,25÷0,4.

Дифференциалы повышенного трения только частично улучшают динамику трактора, не решая проблемы в целом; кроме того, при их установке снижается общий КПД трансмиссии, что является существенным недостатком.

Рис. 2. Схемы дифференциалов:
а — самоблокирующихся; б, в, г — с принудительной блокировкой

На рис. 2 изображены схемы блокирующихся дифференциалов, позволяющих в необходимых случаях передавать весь крутящий момент на небуксующее колесо трактора.

На рис. 2, а показана конструкция самоблокирующегося дифференциала с муфтами свободного хода. На концах полуосей 1 и 5 установлены звездочки 2 и 4, в тангенциальные вырезы которых заложены ролики 6. Снаружи ролики ухватываются корпусом 3. Сепараторы каждого из рядов роликов могут поворачиваться один относительно другого на ограниченный угол, необходимый для расклинивания одного из рядов роликов.

Наклоненные плоскости вырезов звездочек 2 и 4 направлены в противоположные стороны, что обеспечивает работу механизма при переднем и заднем ходе трактора.

Независимо от направления движения буксующее колесо отключается, а отстающее блокируется и весь крутящий момент передается на него. Система работает автоматически, однако ролики быстро изнашиваются, и поэтому такие конструкции на тракторах широкого распространения не получили.

Кроме самоблокирующихся дифференциалов используют простые дифференциалы, снабженные устройствами для принудительного блокирования. Эти устройства, устанавливаемые почти на всех современных тракторах, конструктивно просты, но имеют недостатки: в большинстве случаев включение сопровождается ударом, устройства не являются автоматическими и требуют дополнительного рычага управления. При необходимости блокировать дифференциал полуоси соединяют в единую кинематическую систему.

Наибольшее распространение получили следующие способы блокировки:
1) кулачковой муфтой, смонтированной на шлицах одной из полуосей дифференциала; при включении муфты ее зубья 9 (рис. 2, б) входят в зубья 8 на корпусе дифференциала 7;
2) кулачковой муфтой 11 (рис. 2, в), установленной на дополнительных валах 10 и 12 привода колес, тормозных валах и т.д., которые кинематически связаны с полуосями дифференциала.

На рис. 2, г показана схема дифференциала 16, принудительная блокировка которого производится при помощи блокировочной муфты 15 с гидравлическим сжатием трущихся поверхностей. Маслопроводом 13 муфта соединена с распределителем, установленном на рулевом механизме. При прямолинейном движении трактора масло от распределителя поступает к диафрагме 14, которая сжимает пакет дисков и дифференциал блокируется.

При повороте рулевого колеса на заданный угол распределитель отключает подачу масла к блокировочной муфте и она выключается. При необходимости блокировочное устройство можно отключить специальным краном.

Детали дифференциала монтируют в корпусе, к которому прикрепляют ведомую шестерню центральной передачи. При двух сателлитах часто для увеличения жесткости используют неразъемный корпус, в котором для удобства монтажных работ имеются окна. В этом случае ось сателлитов вставляют с наружной стороны и закрепляют стопорным болтом. Для фиксации сателлитов на оси применяют распорные втулки. При числе сателлитов больше двух корпус дифференциала делают разъемным и соединяют половины заклепками или болтами. Поверхности сателлитов, соприкасающиеся с корпусом, выполняют плоскими или сферическими. В последнем случае сателлиты самоцентрируются при монтаже. Сателлиты со сферической опорной поверхностью требуют высокой точности изготовления, иначе возникают повышенные силы трения, что приводит к быстрому изнашиванию деталей. Для уменьшения трения под торцы сателлитов и полуосевых шестерен устанавливают бронзовые шайбы. С этой же целью в отверстия сателлитов запрессовывают бронзовые втулки.

Установка сателлитов на подшипниках качения на тракторах не практикуется. Для подачи смазки к трущимся поверхностям на осях сателлитов имеются канавки. В дифференциалах рассчитывают сателлиты, полуосевые шестерни и оси сателлитов. По изложенным выше рекомендациям определяют момент М, подводимый к ведомой шестерне центральной передачи и корпусу дифференциала.

Зубья сателлитов и полуосевые шестерни рекомендуется рассчитывать для случая, когда касательная сила тяги реализуется одним колесом, дифференциал заблокирован и весь момент М передается на одно небуксующее колесо (без учета КПД конечной передачи).

Для обеспечения сборки число зубьев полуосевой шестерни должно быть кратным числу сателлитов. Допускаемое напряжение изгиба в зубьях шестерен [σи] = 300÷400 МПа. Напряжение смятия на оси сателлита и на опорных поверхностях торцов полуосевых шестерен и сателлитов не должно превышать 70 МПа.

Оси сателлитов изготовляют из цементуемых сталей 20Х, 18ХГТ и 12ХНЗА, твердость после термической обработки HRC 56—63.

Оси сателлитов проверяют на срез при допускаемом напряжении [σср] = 80÷90 МПа. [Конструирование и расчет тракторов. Барский И.Б. 1980 г.

Источник

Дифференциалы колесных тракторов

Чаще всего дифференциал устанавливают между центральной передачей и ведущими колесами конечных передач. Дополнительно дифференциал могут устанавливать между ведущими мостами трактора.

Дифференциал не влияет на общее передаточное число трансмиссии трактора. Он обеспечивает качение ведущих колес трактора без проскальзывания на поворотах и при движении по неровному пути.

При отсутствии дифференциала и жесткой кинематической связи ведущих колес их вращение сопровождалось бы взаимным скольжением или буксованием относительно почвы или дорожного полотна. Возникающая при этом паразитная мощность увеличивала бы износ деталей трансмиссии, протекторов шин и расход топлива на преодоление дополнительных сопротивлений движению трактора.

Дифференциалы классифицируют по следующим основным признакам:

Червячные и кулачковые дифференциалы не получили распростра­нения на отечественных тракторах. Шестеренные дифференциалы выполняются с цилиндрическими или коническими прямозубыми шестернями. На отечественных тракторах применяются в основном дифференциалы с коническими шестернями. На некоторых новых моделях тракторов стали применять дифференциалы с цилиндрическими шестернями.

Рассмотрим принципиальные кинематические схемы некоторых простых шестеренных дифференциалов с постоянным соотношением моментов на ведомых валах (рис. 5.7).

Дифференциал, распределяющий крутящий момент между выходными валами поровну, называют симметричным.

Дифференциал, распределяющий крутящий момент между выходными валами не поровну, называют несимметричным.

Несимметричные простые дифференциалы (рис. 5.7,в и г) применяют только в межосевом приводе, когда вертикальная нагрузка на ведущие мосты трактора различна. Более широкое распространение получили несимметричные цилиндрические дифференциалы (рис. 5.7,в). На отечественных тракторах межосевые дифференциалы не применяют.

Силовые связи в дифференциале определяют соотношение моментов между центральными звеньями.

Рассмотрим принцип работы дифференциала на примере простого симметричного конического (рис. 5.8). При передаче крутящего момента от двигателя на корпус дифференциала в месте контакта сателлитов с осью их вращения возникает сила F. Так как сателлит можно представить в виде рычага с равными плечами, то сила F делится пополам между полуосевыми шестернями.

Тогда момент, подводимый к корпусу дифференциала,

а момент, подводимый к левой и правой полуосевым шестерням,

Это равенство выражает первое свойство простого симметричного дифференциала (без учета потерь на трение)- равное распределение моментов между полуосевыми шестернями.

Таким образом, для любых схем простых симметричных дифференциалов (рис. 5.7,а и б), пренебрегая внутренними потерями на трение, моменты на полуосях распределяются поровну:

где Мв, Ма1 и Ма2 — крутящий момент, подводимый соответственно к корпусу 4 дифференциала, левой 2 и правой 6 полуосевым (солнечным) шестерням.

Рис. 5.8. Схема, поясняющая работу простого симметричного конического дифференциала

Для простого несимметричного цилиндрического дифференциала (см. рис. 5.7,в) крутящий момент Мс, подводимый к эпициклической шестерне, больше чем к солнечной Ма. При этом
Мс=Мак,
где к = Zc/Za- характеристика трехзвенного дифференциального механизма (передаточное число при остановленном корпусе дифференциала); Zc и Za- число зубьев соответственно эпициклической и солнечной шестерен дифференциала.

В существующих конструкциях несимметричных дифференциалов
к = 1,5. 4,5.

Момент, подводимый к корпусу дифференциала,
Мв=Ма+Мс,

где Ма =Мв/(1 + к), а Мс = Мвк/(1 + к).

В простом несимметричном коническом дифференциале (см. рис. 5.7,г)

где Ma1 = Mв/(1 + к), а Ma2 = Mвк/(1 + к).

Кинематические связи в дифференциале представляются уравнением кинематики трехзвенного дифференциального механизма, связывающим между собой частоты вращения всех центральных звеньев. Для шфференциалов с внешним зацеплением шестерен (рис. 5.7, а, б иг) это уравнение выражает второе свойство дифференциала (кинематическое) и имеет вид:

У симметричных дифференциалов (см. рис. 5.7,а и б) к = 1, так как Za2 = Za1. Тогда уравнение кинематики для них примет вид:

Из полученного выражения следует, что при изменении частоты вращения nа1 левой полуосевой шестерни автоматически изменяется частота вращения nа2 правой полуосевой шестерни (см. рис. 5.1,а).

При притормаживании одной из полуосевых шестерен начнут проворачиваться сателлиты и увеличиваться частота вращения второй полуосевой шестерни. При остановке одной из полуосевых шестерен частота вращения другой полуосевой шестерни увеличится в 2 раза. Так, при

Таким образом, второе свойство дифференциала (кинематическое) позволяет левым и правым колесам трактора вращаться с разными угловыми скоростями при движении на поворотах и по неровностям пути. При этом частоты вращения левого и правого колес трактора кинематически связаны между собой.

Уравнение кинематики для несимметричного цилиндрического дифференциала с комбинированным зацеплением шестерен (рис. 5,7,в) имеет вид:

где nа и nс — частота вращения соответственно солнечной и эпициклической шестерен дифференциала.

При прямолинейном движении трактора полуосевые шестерни вращаются вместе с корпусом дифференциала. Сателлиты 5 при этом неподвижны относительно оси 2. При движении трактора по криволинейной траектории или по неровностям пути скорость вращения одной из полуосевых шестерен уменьшается, а другой пропорционально возрастает вследствие вращения сателлитов 5 относительно оси 2. В этой конструкции четыре сателлита, каждая пара которых устанавливается на свою ось вращения 2. Для смазывания оси 2 в месте посадки сателлитов имеют лыски или спиральные канавки, удерживающие масло.

В ряде конструкций простых симметричных дифференциалов (см. рис. 5.6) сателлиты устанавливают на шипы крестовины 11. При этом число шипов крестовины (три или четыре) равно числу сателлитов. На рис. 5.6 дифференциал имеет три сателлита.

Свойство дифференциала делить подводимый к его корпусу крутящий момент в определенной пропорции между ведомыми валами приводит в ряде случаев к потере проходимости трактора.

Рассмотрим это на примере простого симметричного межколесного конического дифференциала. Предположим, что левое колесо трактора находится на поверхности с малым значением коэффициента (ртп сцепления (грязь, мокрая глина, лед и т. п.) и пробуксовывает с моментом (см. рис. 5.8)

Правое колесо находится на поверхности с высоким значением коэффициента φmax сцепления и могло бы реализовать момент

Однако к нему подводится только момент, согласно первому свойству дифференциала.

Таким образом, суммарный крутящий момент на ведущих колесах трактора

Величины этого момента может оказаться недостаточно для преодо­ления сопротивления движению трактора. В результате трактор будет стоять на месте, а левое колесо будет вращаться при неподвижном правом колесе.

Если заблокировать дифференциал, то каждое колесо сможет реализовать свои возможности по сцеплению с почвой.

В этом случае суммарный крутящий момент, подводимый к колесам,

М* = М φmin +М φmax > 2 М φmin

Для осуществления принудительной блокировки дифференциала необходимо соединить между собой любые два центральные звена (корпус дифференциала, полуосевые шестерни). Возможные варианты блокировки простых симметричных дифференциалов показаны на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Способы блокировки мсжколесного дифференциала:

На схеме, представленной на рис. 5.9,а, блокировка дифференциала осуществляется с помощью зубчатой муфты 4, соединяющей между собой корпус 2 дифференциала и полуосевую шестерню 3. Такой способ блокировки дифференциала получил широкое распространение на тракторах и автомобилях повышенной проходимости. Однако он не позволяет блокировать дифференциал при движении трактора.

Более перспективна блокировка дифференциала с помощью фрикционного сцепления б (рис. 5.9,6), которое при включении соединяет между собой ось 5 вращения сателлитов и полуосевую шестерню 3. Такой способ
в отличие от предыдущего позволяет блокировать дифференциал при движении фактора. В результате существенно повышается его проходимость.

Блокировка дифференциала возможна также с помощью специального блокировочного валика 10 (рис. 5.9,я), дополнительно устанавливаемого в трансмиссию трактора. Блокировка дифференциала 8 осуществляется с помощью блокировочной шестерни-каретки 11, соединяющей левую и правую полуоси дифференциала через шестерни 7 конечной передачи.

В случае блокировки дифференциала с помощью зубчатой муфты 4 (рис. 5.9,г) при включении зубчатой муфты 4 блокируются левое и правое зубчатые колеса конечной передачи 7, а следовательно, и полуоси дифференциала 8.

Следует отметить, что способы блокировки дифференциала, представленные на рис. 5.9,в и рис. 5.9г не позволяют блокировать дифференциал при движении трактора.

Принудительной блокировкой дифференциала необходимо пользо­ваться только кратковременно для преодоления возникших дорожных препятствий и для обеспечения требуемой маневренности трактора при выполнении полевых и транспортных работ. Принудительная блокировка дифференциала в нормальных условиях эксплуатации приводит к интенсивному изнашиванию шин и, в ряде случаев, к потере управляемости трактора. Особенно опасна принудительная блокировка дифференциала при выполнении трактором транспортных работ в условиях гололеда. Здесь возможна полная потеря управляемости трактора, что может привести к серьезной аварийной ситуации.

Дифференциалы повышенного трения (самоблокирующиеся) позволяют к ведущему колесу, находящемуся в лучших условиях по сцеплению с опорной поверхностью, подводить больший крутящий момент.

Рассмотрим схему (рис. 5.10), поясняющую работу дифференциала повышенного трения. Левая 1 и правая 2 полуоси дифференциала связаны между собой пакетом сжатых фрикционных дисков. При разных угловых скоростях левой 1 и правой 2 полуосей дифференциала диски, проворачиваясь, создают момент трения М γ.

Предположим, что из-за плохих сцепных свойств произошел срыв в контакте левого колеса с опорной поверхностью. Это колесо начинает пробуксовывать и левая полуось 1 проворачивается относительно правой полуоси 2. Таким образом, левая полуось 1 дифференциала вращается с угловой скоростью ω а1, большей, чем угловая скорость ω а2правой полуоси 2. При этом забегающая полуось нагружается крутящим моментом, ве­личина которого ограничивается предельным моментом по сцеплению буксуюшего колеса с грунтом:

При своем вращении забегающая полуось 1 за счет трения в дифференциале увлекает за собой отстающую полуось 2. Вследствие этого крутящий момент на отстающей полуоси дифференциала увеличивается на величину момента трения М γ в дифференциале:

М om = М а2 = М φmin+ М γ,

Так как крутящий момент, подводимый к корпусу дифференциала,

то моменты на его полуосях определятся из выражений:

М заб = Ма1 = 0,5 (Мв-М γ); М om = Ма2 = 0,5 (Мв +М γ).

Из полученных выражений видно, что при повышении момента М γ трения в дифференциале увеличивается момент М om на отстающей полуоси 2, который может быть реализован на небуксующем колесе трактора.

Таким образом, для повышения тяговых показателей трактора необходимо увеличивать момент трения М γ в дифференциале. Однако при этом необходимо помнить, что при движении трактора по криволинейной траектории по твердой опорной поверхности (асфальт, бетон) с увеличением момента трения М γ в дифференциале возрастает интенсивность изнашивания шин.

Распределение крутящего момента между ведущими колесами трактора оценивается коэффициентом блокировки дифференциала.

В отечественной и зарубежной литературе по тракторам и автомобилям иопьзуются две трактовки коэффициента блокировки дифференциала.

1. Под коэффициентом блокировки КБ дифференциала понимают отношение момента трения М γ в дифференциале к моменту Мв, подводимому к его корпусу:

где КБ =0. l,0; КБ = 0 при М γ = 0; КБ = 1,0 при М γ = Мв ( полная блокировка дифференциала).

У применяемых на тракторах и автомобилях дифференциалах повышенного трения КБ = 0,3. 0,5.

2. Под коэффициентом блокировки дифференциала КБ* понимают отношение момента М оm, подводимого к отстающей полуоси дифференциала, к моменту М заб, подводимому к забегающей полуоси дифференциала:

В существующих конструкциях дифференциалов повышенного трения КБ* = 2. 3.

Соотношение между величинами КБ и КБ* имеет вид:

На современных тракторах широкое распространение получили шестеренные дифференциалы повышенного трения. Причем эти дифференциалы, как правило, устанавливаются в переднем ведущем мосту трактора.

Это свойство дифференциала является положительным, так как при малых сопротивлениях движению трактора (движение по хорошей дороге) в дифференциале создается малый момент трения М γ. При увеличении сопротивления движению пропорционально возрастает момент М γ.

Таким образом, дифференциал автоматически приспосабливается к фону опорной поверхности, по которому движется трактор. При этом в случае эксплуатации трактора на твердой опорной поверхности (асфальт, бетон) ввиду малого момента трения М γ в дифференциале сопротивление относительному проворачиванию его полуосей 8 незначительное. Следовательно, дифференциал оказывает очень малое влияние на интенсивность изнашивания шин.

Отличительной особенностью различных схем шестеренных дифференциалов и повышенного трения является способ создания сил, сжимающих комплекты блокировочных фрикционных дисков. В рассмотренной схеме силы создаются на скосах, выполненных на концах осей 3 и 9 вращения сателлитов под углом 120°.

На рис. 5.12 показан дифференциал, в котором сжатие комплектов блокировочных фрикционных дисков 1 осуществляется за счет осевых сил в зацеплении полуосевых шестерен 2 с сателлитами 3. Полуосевые шестерни 2 под действием осевых сил перемешаются и сжимают комплекты блокировочных фрикционных дисков. При этом сила сжатия дисков пропорциональна подводимому к корпусу дифференциала крутящему моменту.

На рис. 5.13 сжатие комплектов блокировочных дисков осуществляется ку­лачковым нажимным устройством. Для этого на торцовых поверхностях полуосевых шестерен 3 и нажимных дисков 4 выполнены трапецеидальные кулачки. Нажимные диски 4 с помощью шлиц связаны с полуосями дифференциала.

При передаче крутящего момента через сател­литы 2 на полуосевые шестерни 3 и далее на нажимные диски 4 в контакте кулачков действует окружная сила Ft которая раскладывается на нормальную Fn и осевую Fx силы. Осевая сила Fx, сжимая комплекты блокировочных фрикционных дисков, создает момет трения М γ в дифференциале. Здесь, как и в рассмотренных конструкциях дифференциалов повы­шенного трения, момент трения в дифференциале пропорционален моменту, подводимому к его корпусу.

Червячные и кулачковые дифференциалы не получили распространения на тракторах из-за высокого момента трения М γ и связанного с ним большого износа шин, низкой надежности и высокой стоимости. Поэтому их конструкции не рассматриваются.

Обгонные дифференциалы иногда применяют на современных тракторах. Эти механизмы не имеют никакого отношения к дифференциалам, так как связь между частотами вращения их звеньев не описывается уравнением кинематики трехзвенного дифференциального механизма. Однако в настоящее время их ошибочно называют дифференциалами. Эти механизмы позволяют левой и правой полуосям вращаться вместе с одинаковой угловой скоростью и отключать одну полуось, передавая весь крутящий момент от корпуса на другую.

Такой механизм применяется в переднем и заднем ведущих мостах тракторов К-701/703 (рис. 5.14,а). Он состоит из корпуса, образованного двумя чашками 1и4, ведущей муфты 2, кольца 7 ведущей муфты, двух ведомых полумуфт 5 с разрезанными кольцами 6, двух ступиц 10 и пружин 9 со стаканами. Ведомы полумуфты 5 пружинами 9 постоянно поджимаются к ведущей муфте 2.

На торцовых поверхностях ведущей муфты 2 нарезаны радиальнорасположенные зубья прямоугольного сечения. В ее отверстие вставлено кольцо 7, удерживаемое от осевого смещения пружинным кольцом 8, а от проворачивания шпонкой 3. На торцовых поверхностях кольца 7 ведущей муфты нарезаны зубья трапецеидального профиля. В зацеплении с ведущей муфтой 2 находятся две ведомые полумуфты 5, прижимаемые к ней пружинами 9 и имеющие на торцовых поверхностях, обращенных к ведущей муфте, по два ряда концентрически расположенных зубьев.

Верхний ряд зубьев имеет прямоугольное сечение профиля и входит в зацепление с зубьями ведущей муфты 2 (рис. 5.14,6). Нижний ряд с зубьями трапециевидальной формы входит в зацепление с зубьями кольца 7 ведущей муфты. На каждой ведомой полумуфте 5 посажено разрезное пружинное кольцо 6 с торцовыми зубьями трапецеидальной формы и входящими и ицепление с зубьями кольца 7 ведущей полумуфты. Для ограничения угла поворота кольца 6 относительно ведущей муфты 2 служит шпонка 3, находящаяся в прорези кольца. Ступицы 10 связывают ведомые

При прямолинейном движении трактора ступицы 10 полностью заблокированы и вращаются со скоростью ведомого колеса центральной передачи. При этом крутящий момент передается зубьями ведущей муфты 2 на верхний ряд зубьев прямоугольного сечения ведомых полумуфт 5 и далее на ступицы 10 и полуоси, связанные с ведущими колесами трактора через конечные передачи.

Аналогично положение ведущей муфты 2 и ведомых полумуфт 5 при движении трактора накатом вперед и назад, а также назад под действием тягового усилия (здесь меняется только рабочая сторона контакта зубьев).

При движении трактора на повороте наружная относительно центра поворота полумуфта 5 стремиться вращаться быстрее, чем внутренняя и корпус механизма (рис. 5.14 в) В результате она в начале разгружается от передаваемого усилия и далее проворачивается вперед относительно ведущей муфты 2 в пределах зазора между зубьями прямоугольного сечения.

Но так как нижний ряд зубьев ведомой полумуфты 5 находится в зацеплении с зубьями кольца 7, то поворот полумуфты вперед сопровождается выходом ее из зацепления с кольцом: происходит перемещение зубьев наружной полумуфты 5 относительно зубьев кольца 7 вследствие их трапецеидальной формы. При этом наружная полумуфта 5 перемещается в осевом направлении относительно ведущей муфты 2, сжимая пружину 9. II результате верхний ряд зубьев прямоугольного профиля ведомой полу­муфты 5 выходит из зацепления с зубьями ведущей муфты 2.

Одновременно с отключением ведомой полумуфты выходит из зацепления и расположенное на ней разрезное кольцо 6 (см. рис. 5.14,г), которое, повернувшись вместе с полумуфтой в пределах ширины прорези (на половину шага зубьев), будет остановлено шпонкой 3 в тот момент, когда иершины его зубьев расположатся строго напротив вершин зубьев кольца 7. Такое положение кольца 6 удерживает от включения наружную полумуфту 5, которая свободно вращается с угловой скоростью, определяемой коростью вращения забегающего колеса трактора при повороте. При выходе из поворота угловая скорость вращения наружной полумуфты 5 уменьшается и она за счет сил трения поворачивает разрезное кольцо 6, которое при этом сходит с вершин зубьев кольца 7 и вместе с ней под действием пружины 9 входит в зацепление с зубьями ведущей муфты 2 и ее кольца 7.

Таким образом, на протяжении всего поворота крутящий момент на полуось забегающего колеса не передается. При движении накатом на повороте происходит отключение полуоси отстающего колеса аналогично предыдущему случаю.

Работа механизма на поворотах при движении трактора назад не отличается я от работы на поворотах при движении вперед.

Уход за дифференциалами. Техническое обслуживание дифференциалов неразрывно связано с техническим обслуживанием центральной передачи трактора.

В зависимости от конструкции дифференциалов и их блокировочных механизмов может производиться периодическая регулировка зацепления конических шестерен и их блокировочных устройств.

Внешним признаком ненормальной работы дифференциала является повышенный уровень шума его шестерен при повороте трактора, что указывает на нарушение их зацепления, вследствие износа зубьев и опорных шайб 19 под торцами сателлитов (см. рис. 5.2).

В так называемых обгонных дифференциалах возможно смятие и изнашивание торцовых зубьев силопередающих и управляющих звеньев или поломки храповиков. При подобных дефектах необходима замена соответчики деталей.

Источник