Л14.Пар.оц.Суч.тенд.роз.К.П.,Г.П.,Диф.,Пр.вал….


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАІНИ
Національний Транспортний УніверситетКафедра "Автомобілі"

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
З ДИСЦИПЛІНИ “АВТОМОБІЛІ”
Частина 4
Сучасні тенденції розвитку конструкції автомобіля.
для студентів спеціальності"Автомобілі та автомобільне господарство”
денної форми навчання Завідувач кафедри “ Автомобілі “
Сахно В.П.
Старший викладач кафедри “Автомобілі”
Ковальчук Г.О.
Київ 2013 р.
ЛЕКЦІЯ
Тема: Сучасні тенденції розвитку конструкції карданної, головної передачі, диференціалу та приводу коліс
Мета : Вивчити сучасні тенденції розвитку конструкції карданної, головної передачі, диференціалу та приводу коліс.
Час - 2 години.
Навчально – методичне забезпечення: Мультимедійний проектор, екран, ноутбук, зразки рекомендованої літератури.
Питання, що розглядаються:
1. Сучасні тенденції розвитку конструкції карданної передачі.
2. Сучасні тенденції розвитку конструкції головної передачі.
3. Сучасні тенденції розвитку конструкції диференціалу.
4. Сучасні тенденції розвитку конструкції приводу коліс.
Список рекомендованої та використаної літератури:
1. Транспортна стратегіяУкраїни до 2020 року.
2. Концепсія розвитку автомобільної промисловості та регулювання ринку автомобілів у період до 2015 року.
3. Програма розвитку легкового автомобілебудування в Україні до 2020 року.
4. Автомобілі. Навчальний посібник. М.Ю. Основенко, В.П. Сахно.1992р.
5. Автомобілі. Основи конструкції , теорія. Навчальний посібник.
В.І. Сирота, В.П. Сахно . 2007 р.
6. Основи конструкції автомобілів. Навчальний посібник. В.І.Сирота. 2006 р.
7. Автомобиль. Анализ конструкции, елементы расчета. Учебник.
В.В. Осепчугов, А.К.Фрумкин.
8. Автомобиль. Основы конструкции. Учебник. Н.Н.Вишняков и другие.
9. Автомобілі. Тягово-швидкісні властивості та паливна економічність: Навч. посібник. . Сахно В.П., Безбородова Г.Б., Маяк М.М., Шарай С.М – К.:
В-во “КВІЦ, 2004. – 174 с.
10. Основи конструкції автомобіля. Навчальний посібник в електронному вигляді. Г.О. Ковальчук, В.П. Сахно. 2011р. - 805с.
11. Автомобільні двигуни. Підручник. Ф.І. Абрамчук та ін. Вид. Арістей. 2006 р. 475 с.
12. Програми самонавчання.
Сучасні тенденції розвитку конструкції карданної передачі

Рис. 1. Карданна передача повноприводного автомобіля
VW 4 MOTION Golf
Передає крутний момент між валами, осі яких не лежать в одній площині і постійно змінюють своє положення. Передача крутного моменту, в залежності від конструкції, може здійснюватись від коробки передач (роздавальної коробки) до головної передачі від зчеплення до коробки передач, від диференціалу до коліс (приводні вали) тощо. Передача може здійснюватись з використанням шарнірів рівних та нерівних кутових швидкостей.
Карданні передачі з шарнірами рівних кутових швидкостей отримали широке застосування у звязку з випуском в останні роки великої кількості передньоприводних та повноприводних автомобілів. Як правило в автомобілях классу М1, N1 в більшості карданних передач застосовуються кульові шарніри рівних кутових швидкостей, а в автомобілях великої вантажопід’ємності кулачкові (дискові ) шарніри, які забезпечують передачу великих крутних моментів при кутах між валами до 50 градусів.
Шарніри нерівних кутових швидкостей та пружні напівкарданні шарніри, які прості конструктивно, мають меншу собівартість та великий амортизаційний ресурс, як правило використовуються при передачі крутного моменту від коробки передач до головної передачі.
Сучасні загальні тенденції розвитку карданних передач
- Збільшується кількість карданних передач з використанням шарнірів рівних кутових швидкостей, в зв’язку з подальшим розвитком легкових автомобілів з приводом на передні колеса . Проводяться дослідницькі роботи по застосуванню в легкових автомобілях малого классу безшарнірних карданних передач (гнучких тонких валів).
- Збільшується ресурс та надійність роботи карданних передач.
- Підвищуються вимоги до величини коефіцієнту корисної дії навіть при значних кутах між осями валів та до забезпечення синхронності обертання валів, які вона з’єднує.
- Створення карданних передач без поперечних вібрацій, биття валів та резонансних явищ в усьому діапазоні можливих частот обертання.
- Конструювання передачі з елементами, які зменшують вплив зовнішніх факторів (вода, пил, перешкоди, тощо) на довговічність та надійність роботи.

Рис. 2. Карданні передачі Тойота одинарні та подвійні
У більшості задньоприводних автомобілів на кінцях карданних валів розташовані шарніри нерівних кутових швидкостей з фланцями. Лівим кінцем зі шліцами вали входять у шліцеве з’єднання коробки передач, а правим кінцем кріпляться до фланця веденого вала головної передачі. На одному з подвійних валів розташована проміжна опора, яка жорстко кріпиться до несучої системи.

Рис. 2. Закрита карданна передача Шевроле Corvet з одним шарніром
Карданна передача з одним шарніром використовується у тих випадках, коли осі ведучого та веденого валів знаходяться у одній площині.
Кожух закритої карданної передачі захищає карданну передачу від пошкоджень, інколи труба закритої карданної передачі служить для передачі штовхаючих зусиль та сприйняття реактивних моментів заднього моста.

Рис. 3. Карданна передача повноприводного автомобіля ЗИЛ-131 з шарнірами нерівних кутових швидкостей:
1-задній ведучий міст; 2-редуктор заднього моста; 3, 5, 8, 10, 13, 16, 24, 25, 33, 39, 40-вилки шарнірів; 4-карданний вал заднього моста; 6-редуктор середнього моста; 7-середній міст; 9-карданний вал середнього моста; 11-барабан стоянкового гальма; 12-роздавальна коробка; 14-основний карданний вал; 15- карданний вал приводу переднього моста; 17-редуктор переднього моста; 18-передній міст; 22-голчатий підшипник; 23-коробка передач; 27-кришка стакана підшипника; 28-замкова шайба кришки стакана підшипника; 29-стакан голчатих підшипників; 30-хрестовина; 31-канал підводу мастила; 32-маслянка; 34-установлювальна мітка; 35-ущільнювальне кільце; 36- розрізна опорна шайба; 37-шліцева втулка карданного вала; 38-балансувальна пластина.
Крутний момент від коробки передач передається карданною передачею до роздавальної коробки і дальше до всіх мостів та лебідки.
Для передачі крутного моменту до лебідки використовуються дві проміжні опори на підшипниках. Вали поєднані з вилками шліцами.
Передача крутного моменту може здійснюватись з використанням шарнірів рівних та нерівних кутових швидкостей.
А). При передачі крутного моменту з використанням шарнірів нерівних кутових швидкостей (асинхронних) при обертанні ведучого валу рівномірно, ведений вал обертається нерівномірно у зв’язку з тим, що відстань від центра підшипника хрестовини до геометричної осі ведучого вала при обертанні постійно змінюється від максимального радіуса до мінімального. Ця зміна тим більша чим більше кут між ведучим та веденим валами, який може досягати 15-200.
В). При передачі крутного моменту з використанням шарнірів рівних кутових швидкостей ведучий та ведений вали обертаються з рівними кутовими швидкостями, що дає змогу застосовувати їх для приводу ведучих керованих коліс, або до ведучих коліс з незалежною підвіскою. Кут між веденим та ведучим валами з використанням шарнірів рівних кутових швидкостей може сягати до 450. Тип шарнірів вибирається в залежності від кута між ведучим та веденим валами, величини крутного моменту що передається, враховуючи надійність та простоту конструкції.

Рис. 4. Кардана передача з асинхронними шарнірами:
1-пружна муфта; 2,12,21- болти; 3- хрестовина; 4,9- сальники; 5- стопорне кільце; 6- підшипник хрестовини; 7,20- гайки; 8,19- фланці пружної муфти та ведучої шестерні головної передачі; 10- обойма сальника;
11,14- кронштейни безпеки та проміжної опори; 13,17- передній та задній карданні вали; 15- проміжна опора; 16,18- вилки переднього та заднього карданного валів.
Напівкарданні шарніри

Рис. 5. Напівкарданні шарніри (пружна муфта Гуїбо):
1-гайка; 2- ведений вал коробки передач; 3- шайба; 4- болт; 5,6- фланці муфти; 7- обойма; 8- карданний вал; 9- сальник; 10,11- стопорне та центровочне кільця; 12 – ущільнювач.
Напівкарданні шарніри дають можливість передавати крутний момент від одного вала до іншого, який розташований під невеликим кутом, знижувати динамічне навантаження на трансмісію при різких змінах кутової швидкості валів і обов’язково центруються та гума посилюється тросом або міцною тканиною.

Рис. 6. Пружний напівкарданний шарнір автомобіля Тойота у розтину

Рис. 7. Підвісна опора асинхронної карданної передачі
автомобіля Тойота з підшипником
Шарніри рівних кутових швидкостей

Рис. 8. Карданна передача з шарнірами рівних кутових
швидкостей автомобіля VW Transporter
Сучасні специфічні тенденції розвитку шарнірів рівних кутових швидкостей:
- кульові з подільним важелем (типу Рцепа) найбільше застосування отримали у трансмісії вантажних автомобілів;
- широко в трансмісії розповсюджені кульові з подільними канавками (пятикульовий типу Вейса), (шестикульовий типу Бірфільд та універсальний типу GKN, “Лебро”);
- шипові (тришиповий типу “Tрипод”) найбільше застосування отримали у трансмісії легкових автомобілів;
- кулачкові (типу “Тракта”) та дискові застосовуються для передачі великого крутного моменту;

Рис. 9. Карданна передача з універсальними шестикульовимикарданними шарнірами (типу GKN) рівних кутових швидкостей:
1-штопорне кільце корпуса внутрішнього шарніра; 2-захисне кільце в нутрішнього шарніра; 3-корпус внутрішнього шарніра; 4-упор вала; 5-штопорне кільце; 6-обойма; 7-куля; 8-упорне кільце; 9-сепаратор; 10-зовнішній хомут; 11-фіксатор внутрішнього шарніра; 12-захисний чехол; 13-внутрішній хомут; 14-вал приводу колеса; 15-захисне кільце зовнішнього шарніра; 16-корпус зовнішнього шарніра;

Рис. 10. Тришиповий карданний шарнір рівних кутових швидкостей автомобіля Тойота
Рис. 11. Шестикульовий шарнір рівних кутових швидкостей
автомобіля Тойота
Рис. 12. Шестикульовий шарнір рівних кутових швидкостей з подільними канавками
Рис. 13. Шарнір рівних кутових швидкостей «Вейс» з подільними канавками:
1,5- вали; 2,4- кулаки; 3- кулі; 6- центруючи куля; 7,8- фіксуючі штифти.

А). Б).
Рис. 14. Кулачкові карданні шарніри:
а) дисковий; б). шарнір “Тракта”.
Використовуються у автомобілях великої вантажопід’ємності.
Головна передача
Збільшує величину крутного моменту та передачу його до диференціалу та привідних валів ( півосей ) коліс, а також зменшує частоту обертання ведучих коліс.

Рис. 15. Схеми головних передач
Сучасні тенденції розвитку головних передач
Аналіз автомобільного парку показує, що останні 20 років часом спостерігається тенденція збільшення кількості передньопривідних автомобілів з одинарними циліндричними головними передачами. У конструкції вантажних автомобілів в трансмісії поширюються подвійні передачі.
З одинарних передач найбільш поширеною є гіпоїдна та циліндрична;
У подвійних передачах знаходять застосування і центральні і рознесені.
Черв’ячна головна передача не отримала значного розповсюдження але дає можливість передавати крутний момент до послідовно розташованих мостів, створити сприятливі умови для роботи карданної передачі, понизити рівень долу автобусів, значно зменшити рівень шуму, забезпечити плавність зачеплення та мінімізувати динамічні навантаження.

Рис. 16. Черв’ячна головна передача
При використанні черв’ячних головних передач в багатоосьових автомобілях покращується передача крутного моменту до послідовно розташованих ведучих мостів. Значно зменшуються габарити черв’ячної головної передачі, шумність, динамічні навантаження. Разом з тим собівартість черв’ячної передачі велика, а коефіцієнт корисної дії дорівнює лише 0,9…0,92.
Конічна головна передача найбільш розповсюджена. Конічна головна передача з круговим зубом дозволяє зменшити габарити, контактні напруги зуб’їв та підвищини зносостійкість.
Коефіцієнт корисної дії конічної передачі з круговим зубом становить 0,97…0,98.
Особливістю роботи конічних головних передач є наявність значних зусиль, що діють в трьох площинах. Під дією цих зусиль вали з шестірнями зміщуються від заданого положення, що порушує правильне зачеплення зубів та зменшує довговічність головної передачі.
Для уникнення такого явища підшипники валів шестірень головних передач установлюються з деяким попереднім натягом.
Циліндрична головна передача отримала широке розповсюдження в передньоприводних автомобілях та як ступінь подвійної головної передачі вантажних автомобілів. Не потребує в процесі експлуатації значного обслуговування, забезпечує достатній амортизаційний ресурс. Коефіцієнт корисної дії дорівнює 0,98. Передаточне число 3,5…4,2 . Збільшення передаточного числа приводить до збільшення габаритів та зменшення дорожнього просвіту.

Рис. 17. Циліндрична головна передача
Зуби циліндричної головної передачі можуть бути прямі, косі або шевронні.
Гіпоїдна головна передача завдяки великій надійності , довговічності та безшумності застовується в багатьох конструкціях задньоприводних легкових та вантажних автомобілів. Передаточне число становить 3,5….4,5 для легкових автомобілів та 5….7 для вантажних автомобілів. Коефіцієнт корисної дії становить 0,96…0,97.
Наявність ковзання в гіпоїдних парах потребує застосування спеціальних гіпоїдних мастил. В процесі експлуатації складне регулювання зазорів між зуб’ями. Відсутність нормальних зазорів приводить до значних шумів та зменшення амортизаційного ресурсу головної передачі. Наявність шуму в головній передачі вказує на низький рівень надійністі, невеликий амортизаційний ресурс, низький коефіцієнт корисної дії, недостатню жорсткість конструкції.

Рис. 18. Головна одинарна гіпоїдна передача Land Rover

Рис. 19. Рознесена головна передача з колісним планетарним редуктором
Передача складається з центральної одинарної конічної (гіпоїдної) передачі і колісного редуктора, який зв’язаний з центральною передачею приводними валами.
Застосування подвійних рознесених головних передач дозволяє розвантажити центральну частину головної передачі, зменшити габарити, збільшити дорожній просвіт та покращити прохідність автомобіля.

Рис. 20. Подвійна центральна головна передача автомобіля ЗИЛ-131:
1. Ліва піввісь з лівим поворотним кулаком; 2. Сапун; 3. Регулювальна гайка підшипника диференціалу; 4. Підшипник ведучого валу; 5. Кришка підшипника диференціалу; 6. Підшипник диференціалу; 7. Ведуча конічна шестірня; 8. Чашка диференціалу; 9. Ведена конічна шестірня; 10. Ведена циліндрична шестірня; 11,21. Стакан підшипника; 12. Регулювальні прокладки стакана; 13. Кришка стакана підшипника; 14. Підшипник валу ведучої шестірні; 15. Ведуча циліндрична шестірня; 16. Брудовідбивач;
17. Гайка кріплення фланця та затягування підшипника; 18. Фланець кардана ведучого валу; 19. Ведучий вал редуктора; 20. Кришка підшипників вала;
22. Картер редуктора; 23. Підшипник ведучого валу з регулювальними шайбами; 24. Бокова кришка картера редуктора; 25. Балка переднього ведучого моста.
Центральна подвійна головна передача автомобіля ЗИЛ-131 з конічною та циліндричною передачами забезпечує малі габарити та велике передаточне число. На одному валу розташовано ведену конічну та ведучу циліндричну шестірні.

Рис. 21 . Подвійна центральна головна передача з прохідним ведучим валом середнього моста автомобіля КАМАЗ–5320:
1, 6. Фланці; 2. Міжосьовий диференціал; 3. Механізм включання диференціалу; 4. Прохідний ведучий вал; 5. Ведуча конічна шестірня головної передачі; 7. Ведена циліндрична шестірня головної передачі.
Диференціал
Передає крутний момент з головної передачі до двох ведучих коліс, або з коробки передач (роздавальної коробки) до двох мостів, забезпечуючи різну або однакову кутову швидкість джерела передачі крутного моменту та споживачів.
На автомобілях використовують міжколісні та міжосьові диференціали, які забезпечують передачу крутного моменту на вісі мостів та ведучі вали коліс  через планетарний механізм з любим співвідношення кутових швидкостей привідних валів коліс під час руху у різноманітних дорожніх умовах.
Диференціали забезпечують:
- Кочення коліс без ковзання під час руху автомобіля на повороті та по не рівній дороги.
- Кочення коліс різних осей без ковзання під час руху автомобіля по нерівностях дороги.
- Уникнення ковзання одного з коліс однієї вісі (коліс одного з мостів повно-приводного автомобіля) на початку руху та при знаходженні коліс на слизькій дорозі.
- Автоматичний перерозподіл крутного моменту між колесами, залежно від зчеплення коліс з дорогою.
- Передачу крутного моменту до коліс при невеликих розмірах.
Сучасні тенденції розвитку диференціалів
Розвиток конструкції диференціалів проводиться у напряму найбільш повного забезпечення безпеки руху, покращення керованості, оптимального розподілу крутного моменту між колесами, в залежності від їх коефіцієнта зчеплення з дорогою та можливості використання автоматичних систем керування.
Останнім часом, у зв’язку з застосуванням автоматичних систем керування рухом (ABS, ASC+T, Dynamic StabilityControl-DSC, Automatic Differential Brake-ADB-X, тощо), прослідковується тенденція все більшого застосовування самоблокувaльних диференціалів та диференціалів з автоматичним електронним керуванням, що спрацьовують від різниці у кутових швидкостях приводних валів (speed sensitive), або від різниці передаваємих на приводні вали крутних моментів (torque sensitive), що виключають буксування коліс однієї сторони.
На багатьох легкових автомобілях прогресує застосовування гіпоїдних диференціалів підвищеного тертя з фрикційними муфтами, як міжосьових так і міжколісних.
Для забезпечення прохідності все більшого поширення набуває застосування диференціалів підвищеного тертя.
За конструкцією застосовуються циліндричні, планетарні з дисками, тощо.
За способом розподілу крутного моменту використовуються симетричні та несиметричні.
Конічні симетричні міжосьові та міжколісні диференціали завдяки своїй простоті, надійності, невеликим габаритам, забезпеченні стійкості на слизькій дорозі, високому коефіцієнту корисної дії, великому амортизаційному ресурсу та невеликій собівартості, являються найбільш поширеними на автомобілях.
Недоліком таких диференціалів є низький рівень прохідності під час руху по бездоріжжю та на слизьких ділянках дороги.

Рис. 22. Міжколісний конічний диференціал
На сьогоднішній день диференціали з конічними зубчатими колесами застосовується на більшості автомобілів загального призначення.
Недоліком конічного планетарного механізму є те, що він при різному коефіцієнту зчеплення коліс з поверхнею дороги не забезпечує рівномірний розподіл крутного моменту між колесами, а передає крутний момент на колесо з меншим зчепленням з поверхнею дороги, що приводить до зниження швидкості руху автомобіля, або відсутності можливості рухатись дальше. Все це погіршує прохідність та керованість автомобіля.
Циліндричний диференціал має велику кількість зубчатих коліс, тому дещо складніший в порівнянні з конічним. Застосовувується як міжосьовий так і міжколісний. Завдяки меншим габаритам та масі у порівнянні з іншими типами диференціалів, є можливість широкого застосування.

Рис. 23. Диференціал Schaeffler з циліндричними зубчатими сателітами
Три пари сателітів, шестірні приводних валів, корпус диференціалу з веденою шестірнею головної передачі.
Кожен сателіт закріплений у корпусі диференціалу і однією стороною з’єднаний з шестірнею приводного вала колеса, а другою стороною з другим сателітом, який з’єднаний з другою шестірнею другого приводного вала колеса.
При обертанні приводних валів з рівною кутовою швидкістю і передачі однакових крутних моментів сателіти з шестірнями приводних валів обертаються як одно ціле. Під час знаходження одного з коліс на слизькій поверхні дороги диференціал перерозподіляє крутний момент до колеса на слизькій поверхні і воно починає обертатися з великою кутовою швидкістю. Інше колесо не отримуючи крутний момент обертатись не буде і як результат автомобіль припиняє рух.
Даний тип диференціала дозволяє до 30% зменшити вагу та до 70% зменшує габарити по ширині у порівнянні з іншими диференціалами. Перспективний при використанні у передньоприводних автомобілях.
Черв’ячний диференціал підвищеного тертя забезпечує кращу прохідність, але через велику складність виготовлення та собівартість, широкого застосування не знайшов.

Рис. 24. Міжосьовий диференціал підвищеного тертя Torsen автомобіля Audi Quattro:
1-корпус; 2,4- передня та задня шестірні; 3- черв’ячні сателіти; 5- фланець карданної передачі; 6- ось сателітів; 7- прямозубі шестірні; 8- ведений вал;
9- ведучий вал; А- силовий потік до передньої вісі; В- силовий потік до задньої вісі.
Гіпоїдний самоблокуючий диференціал типу Torsen Т-2, Т-3 забезпечує хорошу прохідність і останнім часом все більше встановлюється на автомобілях.

Рис. 25. Деталі гіпоїдного самозаклинювального диференціала T-2 компанії Zexel Torsen В порівнянні з Zexel Torsen Т-1 такі диференціали мають менший діапазон роботи блокування, але більш чутливі до різниці передаваємого моменту і спрацьовують раніше (починаючи від 1.4/1).
Диференціали компанії Zexel Torsen використовуються на автомобілях 4 Раннер Тойота (Supra, Celica, Rav4, Lexus IS300, RX300 тощо), та позашляховиках (4Runner (Hilux Surf), Land-Cruiser, Mega-Cruiser, Lexus GX470) і автобусах (Coaster Mini-Bus).
Корпус диференціала з кришкою; шестірні приводних валів; сателіти осі яких розташовані паралельно приводним валам у порожнинах чашки диференціалу. Парні гіпоїдні сателіти створюють між собою гіпоїдні пари.
Гіпоїдні шестірні розклинюючись, частково блокують диференціал. Повний крутний момент розподіляється між осями (наприклад: 4Раннер) 40% на переднью вісь та 60% на задню вісь. Спрацювання проходить при 20-30% різниці у моментах, що передаються на приводні вали. Компактна конструкція диференціала спрощує розташування у агрегатах трансмісії. Використовуються як міжосьові та і як між колісні.
Кулачкові диференціали підвищеного тертя застосовується автомобілях
ГАЗ-66, МАЗ, БТР і забезпечують хороші показники надійності, прохідності.

Рис. 26. Будова диференціалу підвищеного тертя автомобіля ГАЗ-66:

Рис. 27. Кулачковий диференціал підвищеного тертя БТР-60,
ГАЗ-66
Кулачкові та зубчаті колісні  пари, при малій різниці в кутових швидкостях приводних валів, змінюють своє кутове взаємне розташування, але при буксуванні заклинюються та блокують приводні вали. Ця властивість негативно позначається під час руху автомобіля на повороті з великими швидкостями. Кулачкові диференціали підвищеного тертя встановлюються на техніку військового та спеціального призначення: ГАЗ-66, БТР-60, Detroit Locker, Detroit E-Z Locker (фірми Tractech).
Під час руху автомобіля по прямій рівній поверхні колеса отримують рівнозначний опір і обертаються з однаковою частотою. Сателіти навколо своєї осі не обертаються і на обидва ведучі колеса передаються рівні за величиною крутні моменти. Під час руху на повороті зовнішнє колесо починає обертатись з більшою кутовою швидкістю разом з приводним валом та шестірнею, так як долає більшу відстань, а внутрішнє з меншою кутовою швидкістю, так як долає меншу відстань. Сателіти при цьому обкочуються по внутрішній шестірні приводного вала, що сповільнює кутову швидкість обертання. Наскільки зменшується кутова швидкість внутрішнього приводного вала настільки збільшується кутова швидкість обертання зовнішнього приводного вала. Така позитивна якість диференціала дозволяє рухатись при поворотах автомобіля та по нерівностях дороги. Разом з тим при знаходженні одного з коліс однієї вісі на слизькій ділянці, воно починає обертатись з максимальною кутовою швидкістю, а друге колесо пробуксовує або повністю зупиняється. Така властивість диференціала негативно впливає на прохідність автомобіля. Для підвищення прохідності у диференціалах застосовують примусове або автоматичне блокування, тобто сателіти навколо своєї шестірні майже не обертаються, або не обертаються. При цьому крутний момент передається повністю до того колеса, що має краще зчеплення з поверхнею дороги. Блокування може бути частковим або повним.
Шестерневі диференціали з фрикційними елементами останнім часом знаходять все більше застосування завдячуючи своїм блокувальним якостям, можливостям застосування автоматичних електоронних систем контролю за рухом автомобіля.
Гідравлічні диференціали (гідромуфта з в’язкою рідиною) останнім часом почали застосовувати в легкових автомобілях. Гідравлічні диференціали де використовуються насоси високого тиску практично не застосовуються.
Загальним недоліком само або примусово блокувальних диференціалів є те, що при руху по слизькій ділянці дороги на повороті, знижується стійкість руху через перерозподіл крутного моменту на те чи інше колесо. Усуває цей недолік електронна система контролю за рухом автомобіля.

Рис. 28. Конічний міжколісний диференціал Тойота з віскозною муфтою

Рис. 29. Віскозна муфта, сателіти конічного диференціала
та ведена шестірня головної передачі автомобіля Тойота
Рис. 30. Конструкція віскозної муфти:
Корпус; 2- вал корпуса; 3,6- ведучий та ведений вали; 4- диски;5- ущільнення.

Рис. 31. Диференціал з фрикціонами friction based LSD задніх мостів автомобілів позашляховиків Toyota 4 Runner, Nissan Terrano, KIA Sportage Спрацьовують від різниці у кутових швидкостях та різниці в крутному моменту автоматично.
Конічний симетричний диференціал. Блок фрикційних дисків (позначено червоними точками) між привідними валами та чашкою диференціала.
Шестірні приводних валів при збільшенні крутного моменту пересуваючись на приводних валах з більшою силою притискають диски.
При виникненні різниці у кутових швидкостях приводних валів та корпуса, диски під дією сили тертя стримують виникнення цієї різниці. Якщо величина крутного моменту буде більшою сили тертя дисків, приводний вал з малим опором руху буде обертатись з більшою швидкістю, ніж протилежний приводний вал. Таке блокування працює у невеликому діапазоні відношень моментів приводних валів. Часто, фрикційні диски піджимають пружинами. Застосування фрикційних керованих дисків диференціала дозволяє перерозподілити крутний момент та направляти більший крутний момент на зовнішній привідний вал коліс та покращити керованість на повороті.

Рис. 32. Самоблокувальний героторний дисковий диференціал
Gerodisk (Hydra-Loсk 1 з насосом позашляховика Chrysler)
Конічний симетричний диференціал, фрикційне зчеплення між напіввісями і чашкою, героторний насос з поршнем.
Американська компания ASHA Corp. встановила пакет фрикціонів LSD диференціалу елементом блокування, що складається з насоса з поршнем (Героторний диференціал). При виникненні різниці у кутових швидкостях привідних валів коліс, насос нагнітає масло у простір над поршнем, який стискає фрикційні диски та блокує диференціал. Така конструкція отримала назву Gerodisk (Hydra-Lock) та установлюється на позашляховики Chrysler. Майже для всіх friction based диференціалів необхідно використовувати спеціальне масло, яке містить присадки, що забезпечують нормальну работу фрикційних блоків.

Рис. 33. Диференціал з віскозною муфтою visco lock small
Диференціал складається з конічного планетарного ряду та муфти блокування одного з приводних валів з чашкою диференціалу.
Віскомуфта монтується співвісно  приводному валу таким чином, що один її привід жорстко закріплений до чашки диференціалу, а другий – до приводного вала. Під час прямолінійного руху кутові швидкості чашки і приводних валів рівні, або мало відрізняються і муфта обертається як одно ціле. Як тільки один з приводних валів починає обертатись з більшою кутовою швидкістю, ніж другий у віскомуфті між дисками появляється тертя і вона блокується. Чим вище різниця у кутових швидкостях, тим сильніше тертя між дисками і ступінь блокування диференціалу. По мірі вирівнювання кутових швидкостей чашки та приводного вала тертя між дисками зменшується, що приводить до розблокування.  Як міжосьовий диференціал встановлюється на позашляховиках:  Toyota Rav4, Lexus RX300  тощо.

Рис. 34. Зубчатий диференціал Detroit Locker1 підвищеного тертя з автоматичним блокуванням

Рис. 35. Зубчатий диференціал Detroit E- Z Locker1підвищеного тертя
з автоматичним блокуванням
Кулачкові та зубчасті  пари при невеликій різниці в кутових швидкостях привідних валів  мають можливість взаємно провертатися (перескакувати), а при буксуванні заклинюються і блокують приводні вали один з іншим, або вимикають один з привідних валів в момент виникнення невеликої різниці у кутових швидкостях.

Рис. 36. Гіпоїдний самозаклинювальний диференціал Quaife1.
Аналогічну конструкцію мають диференціали True Trac компанії Tractech Корпус диференціала; шестерні приводних валів; сателіти, осі яких розташовані паралельно приводним валам у кишенях чашки диференціала. Парні гіпоїдні сателіти створюють між собою гіпоїдні пари, які з’єднують шестірні приводних валів.
Під час обертання приводних валів з шестірнями з різними кутовими швидкостями, гіпоїдні шестірні розклинюючись, частково блокують диференціал і вирівнюють кутові швидкості приводних валів.

Рис. 37. Міжосьовий гіпоїдний диференціал Torsen з вісями сателітів паралельними вісям приводних валів:
1,3- права та ліва півосьові шестірні; 2- корпус диференціала;
4,6- сателіти зв’язані з правою та лівою півосьовими шестернями;
5,7- вихідні вали.

Рис. 38. Гіпоїдний диференціал Zexel Torsen 1з сателітами, які розташовані перпендикулярно осям приводних валів
Гіпоїдні пари - шестерні привідних валів та сателіти. Кожен привідний вал має свої сателіти, що з’єднанні з сателітами протилежного приводного вала прямозубим зачепленням. Парні сателіти з’єднані між собою з зовнішньої сторони сонячних шестерень.
Під час прямолінійного руху та рівних крутних моментах на привідних валах гіпоїдні пари “сателіт-ведуча шестірня” або зупинені або обертаються забезпечуючи рух. На повороті дороги, або слизькій поверхні дороги як тільки диференціал пробує передати крутний момент на один з приводних валів, гіпоїдна пара цього вала розклинюється і блокується з чашкою диференціала і здійснюється часткове блокування диференціала. Диференціал працює в діапазоні відношень крутного моменту - від 2.5/1 до 5.0/1 і є один з самих потужних. Діапазон спрацювання здійснюється кутом повороту осі черв’яка.

Рис. 39. Міжосьовий планетарний диференціал Torsen3
4 Раннер Тойота
Рис. 40. Міжосьовий планетарний диференціал torsen 5
4 Раннер Тойота Диференціали Т-3 компанії  Zexel Torsen використовуються в основному як міжосьові. Використання планетарної конструкції дозволяє перерозподілити крутний момент між осями в необхідній пропорції. Наприклад, встановлений на 4 Раннере диференціал Т-3 компанії  Zexel Torsen 4-го покоління дозволяє перерозподілити 40% загального крутного моменту на передню вісь і 60% на задню вісь. Спрацювання часткового блокування проходить при 20-30% різниці у розмірі передаваємих на вісі крутних моментів.
Диференціали компанії Zexel Torsen використовуються на автомобілях 4 Раннер Тойота (Supra, Celica, Rav4, Lexus IS300, RX300 тощо), та позашляховиках (4Runner (Hilux Surf), Land-Cruiser, Mega-Cruiser, Lexus GX470) і автобусах (Coaster Mini-Bus).
Автоматичні системи керування роботою диференціалів
У сучасному автомобілі застосовуються багато автоматичних електронних систем керування та контролю за рухом автомобіля. З кінця 1980-х років діє система контролю за тяговим зусиллям та зчепленням коліс з дорогою - Traction Control. Тойота, наприклад, встановила систему Traction Control на Lexus LS400 у 1989 (90) роках. Принцип дії: Датчики обертання, встановлені на контролюємих колесах, фіксують проковзування одного з коліс відносно іншого і система автоматично гальмує колесо, що буксує тим самим збільшуючи на нього навантаження та примушуючи диференціал передавати крутний момент на колесо з добрим зчепленням з поверхнею дороги. При значному буксуванню, автоматична система керування обмежує подачу палива в циліндри та знижує потужність двигуна. Робота такої системи дуже ефективна на задньоприводних автомобілях (Mercedes ML, BMW X5).
Електронна система контролю за гальмівними зусиллями, при застосуванні у диференціалах жорсткого блокування або самоблокувальних диференціалів, вдало доповнює систему розподілу крутного моменту.
Прикладом тому є висока керованість та прохідність позашляховиків Тойота 4Runner (Hilux Surf), Prado, Lexus GX470 у яких використовується міжосьовий диференціал Torsen T-3 з можливістю жорсткого блокування, а також електронна система контролю гальмівних зусиль і тяги та рядом багатьох інших функцій, що допомогають водію у керуванні автомобілем.
Наприклад система Dual Pump System з двома насосами, автоматично гальмуюча колесо, що буксує і перерозподіляє крутний момент на колесо з кращим зчепленням з поверхнею дороги. Застосовується у повноприводних автомобілях Honda. Позитивна сторона: працює автоматично, економить паливо. Негативна сторона: обмежена прохідність та буксирування, складність.
Система Traction Control ставиться на повно приводні автомобілі, що дозволяє перерозподіляти крутний момент між осями та колесами (Mercedes ML, BMW X5 та інші ). Хороші показники перерозподілу крутного момента, керованості, прохідності мають самоблокуючі гіпоїдні диференціали Torsen T-3 з електронною системою контролю гальмівних та тягових зусиль (4Runner, Prado, Lexus G X470 та інші).
4. Привод ведучих коліс
Безпосередньо забезпечує передачу крутного моменту від диференціалу (електродвигунів, гідродвигунів) до коліс.
Приводні вали передають крутні моменти до коліс при незалежній підвісці, а також при приводу керованих коліс. Така схема передачі дозволяє здійснювати передачу крутного моменту під великими кутами, значне зменшення непідресорених масс та загальної ваги автомобіля, можливість застосування адаптивних підвісок.
Напівосі, як правило використовуються для передачі крутного моменту від диференціалу до коліс задніх мостів. Кращу надійність по передачі крутного моменту показують напівосі з шліцами з обох сторін в порівнянні з напівосями з фланцями. Розвантажені півосі, які застосовуються на вантажних автомобілях та автобусах також більш надійні в порі внянні навантаженими.
Застосування півосей в приводі коліс рознесеної подвійної головної передачі дозволяяє зменшувати розміри та массу півосей в звязку меншим передаваємим моментом.
Сучасні тенденції розвитку приводів ведучих коліс З метою зменшення ваги не підресорених мас, все більше застосовуються відкриті карданні передачі з шарнірами рівних кутових швидкостей.
Останнім часом знаходить все більше використання електромобілі з двигунами в колесах.
Проводяться роботи по застосуванню пружних валів без карданних шарнірів в легкових автомобілях. Все це приведе до застосування більш досконалого приводу ведучих коліс з використанням карданних валів.
- Приводні вали знаходять все більше застосування у порівнянні з напівосями.
- Напівосі використовуються як правило у задньоприводних автомобілях.
- Колісні передачі у тому числі мотор-колеса знаходять все більше застосування у вантажних автомобілях та автомобілях з електричною або електромеханічною трансмісією.

Рис. 41. Приводні вали ведучих керованих коліс з універсальними шестикульовими шарнірами ( типу GKN ):
1, 5-стопорі кільця; 2, 15- захисні кільця; 3,16- внутрішній та
зовнішній корпуса шарніра; 4- упор вала; 6- обойма; 7- куля;
9- сепаратор; 10,13- хомути;14- вал приводу колеса.

Рис. 42. Привод (приводні вали) передніх коліс автомобіля ЗИЛ-131 з шарнірами рівних кутових швидкостей
Приводні вали передніх коліс розвантажені і передають тільки крутний момент. Інші сили, які прикладаються до колеса сприймаються маточиною колеса, яка на двох конічних підшипниках закріплена на балці моста

Рис. 43. Півосі:
а) З фланцем та шліцами; б) З шліцами з обох сторін.
Півосі передають крутний момент від диференціалу до ведучих коліс. Крім цього до півосі можуть також прикладатися згинаючі моменти від вертикальної реакції на дію масової сили що приходиться на колесо, дотикової реакції, бокової сили заносу тощо. Півосі, що використовуються на сучасних автомобілях можуть бути напіврозвантажені або розвантажені.
Розвантажені півосі використовуються на автобусах та вантажних автомобілях середньої та великої вантажопідйомності.

Рис. 44. Розвантажена піввісь
На легкових автомобілях та автомобілях малої вантажопідємності в основному використовуються піввісі напіврозвантажені, які сприймають і інші сили та моменти, що діють на колесо.

Рис. 45. Навантажена піввісь

Рис. 46. Варіаторний привод коліс
Рис. 47. Привод коліс електродвигуном з планетарним редуктором

Приложенные файлы

  • docx 8074062
    Размер файла: 7 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий