 |
Требования, предъявляемые к дифференциалам
|
|
|
|
Идеальной конструкцией дифференциала с точки зрения динамических свойств былабы такая, при которой крутящий момент, снимаемый с коленчатого вала двигателя ипередаваемый корпусом дифференциала к ведущим колесам автомобиля, был быпропорционален силам сцепления каждого из колес с опорной поверхностью в различныхусловиях движения. Ни один из применяемых в настоящеевремя дифференциаловэтому требованию не удовлетворяет (не считаясамоблокирующихсядифференциалов). Таким образом, рационально сконструированным дифференциалом можно считать механизм, повышающий способность автомобиля к движению по бездорожью, т.е. способный подвести крутящий момент к одному из ведущих колес, когда другое утрачивает сцепление с дорогой.
Основные требования, которые предъявляются к автомобильным дифференциалам, сводятся к следующему:
1. Кинематические свойства дифференциала не должны нарушать закономерностей качения ведущих колес при криволинейном движении автомобиля и отвечать условию wо = (w1 + w2) / 2.
2. Автомобиль, оснащенный дифференциалом, должен отличаться легкой управляемостью. Сила трения, возникающая обычно внутри механизма, вызывает стабилизирующий момент на колесах, для преодоления которого необходимо прикладывать к управляемым колесам некоторую силу, и чем эта сила меньше, тем легче управлять автомобилем.
3. Дифференциал должен иметь постоянный и высокий механический КПД.
4.Конструкция дифференциала должна быть простой и приемлемой для массовогопроизводства.
5.Интенсивность изнашивания элементов дифференциала должна быть малой.
6.Дифференциалы должны иметь малые габаритные размеры и отвечать другим
общетехническим требованиям.
|
|
|
Габаритные размеры дифференциала имеют особое значение, так как его обычно устанавливают внутри главной передачи или раздаточной коробки. Особенно жесткие требования в этом отношении предъявляются к межколесным дифференциалам, потому что размеры их связаны с размерами ведомой шестерни главной передачи, габариты которой строго ограничиваются.
Характер распределения крутящих моментов между ведущими колесами (или осями) существенно влияет на проходимость автомобиля, когда ведущие колеса попадают на участки дороги с различными коэффициентами сцепления или когда они неодинаково нагружены.
Различные виды дифференциалов по конструктивным схемам имеют определенные преимущества и недостатки. Поэтому важно сформулировать требования к «идеальному» дифференциалу. В ряде работ [10] предлагаются следующие важнейшие требования к такому механизму.
1. Распределять момент так, чтобы полностью использовалось имеющееся сцепление.
2.Ограничивать момент, подводимый к выходному звену так, чтобы
предотвращалось нежелательное скольжение колеса.
77) Конструкция дифференциалов.
Дифференциал - это устройство, распределяющее поток мощности от двигателя к другим элементам трансмиссии. В автомобиле с приводом на одну ось используется только один дифференциал, межколесный, в полноприводном их целых три - два межколесных и межосевой.
Рассмотрим для примера классический дифференциал (в отличие от блокируемых, его называют "открытым" или "свободным"). Он устанавливается в картере главной передачии получает крутящий момент от ее ведомой шестерни. В коробке дифференциала расположены конические шестерни-сателлиты. Они входят в зацепление с шестернями, закрепленными на полуосях, а те, в свою очередь, вращают ведущие колеса. При движении по ровной и прямой дороге угловые скорости колес одинаковы, и сателлиты не вращаются вокруг своей оси. Во время поворота или движения по неровностям, когда колеса правого и левого борта проходят разный путь, сателлиты начинают вращаться и перераспределять крутящий момент.
|
|
|
Главная передача заднего моста ВАЗ-2101:1 - фланец карданного вала; 2 - сальник; 3 -маслоотражателъное кольцо; 4 - передний подшипник ведущей шестерни; 5 - задний подшипник ведущей шестерни; 6 - регулировочное кольцо; 7 - опорное кольцо шестерни полуоси; 8 - шестерня полуоси; 9 - сателлит; 10 - палец сателлитов; 11 - ведомая шестерня главной передачи; 12 - коробка дифференциала; 13 - болт крепления стопора регулировочной гайки; 14 - стопор регулировочной гайки; 15 - подшипник коробки дифференциала; 16- регулировочная гайка ведомой шестерни; 17- болт крепления ведомой шестерни к фланцу коробки дифференциала; 18 - ведущая шестерня главной передачи; 19 - картер редуктора главной передачи; 20 - распорная втулка; 21 - шайба; 22 - гайка ведущей шестерни заднего моста.
Существует простая формула, отражающая связь между частотами вращения коробки дифференциала и полуосевых шестерен. Если через а1 и а2 обозначить частоты вращения полу осевых шестерен, а через а - частоту вращения коробки дифференциала, то: а = (а 1+ а 2)/2. Формула показывает, что если одно из колес автомобиля неподвижно, то другое колесо вращается с удвоенной частотой. Если одно из двух ведущих колес попадает на скользкую поверхность дороги (мокрый асфальт, масляные пятна, лед), сопротивление его вращению резко падает, уменьшается и сцепление с дорогой, а значит, колесо не в состоянии иметь необходимую силу тяги. Такое колесо начнет быстрее вращаться и пробуксовывать. К другому ведущему колесу, имеющему достаточное сцепление с дорогой, будет подводиться такой же крутящий момент, как и к буксующему. Имея возможность образовать большую силу тяги, второе колесо не сможет этого сделать потому, что дифференциал передаст ему только половину крутящего момента от главной передачи. Если сопротивление движению автомобиля превысит силу тяги у небуксующего колеса, то машина не сможет двигаться. Частота вращения буксующего колеса резко возрастет, а второе колесо остановится. Возникнет буксование автомобиля. Попытка водителя повысить силу тяги на колесах за счет увеличения подачи топлива приведет только к увеличению частоты вращения одного из колес. В такой ситуации проявляется существенный недостаток обычного дифференциала, снижающего проходимость автомобиля как на скользких дорогах, так и на грунтах, оказывающих большое сопротивление качению колес (песок, снег, распутица).
|
|
|
Расположение дифференциала
На автомобилях с одной ведущей осью дифференциал располагается на ведущей оси. На автомобилях со сдвоенной ведущей осью два дифференциала, по одному на каждой оси. На вездеходах с отключаемым полным приводом по одному дифференциалу на каждой оси. На таких машинах не рекомендуется ездить по дорогам с включенным полным приводом. На полноприводных автомобилях есть три дифференциала: по одному на каждой оси (межколесный), плюс один распределяет крутящий момент между осями (межосевой). При трех или четырех ведущих мостах (колесная формула 6x6 или 8x8) добавляется еще межтележечный дифференциал.
Устройство дифференциала
Классические автомобильные дифференциалы основаны на планетарной передаче. Карданный вал 1 через коническую зубчатую передачу вращает ротор 2. Ротор через независимые друг от друга шестерни 3 вращает полуоси 4. Такое зацепление имеет не одну, а две степени свободы, и каждая из полуосей вращается с такой скоростью, с какой может. Постоянна лишь суммарная скорость вращения полуосей.
78) Рамы грузовых автомобилей
Рама служит для установки и крепления кузова и всех систем, агрегатов и механизмов автомобиля. Рама является одной из ответственных и наиболее металлоемких частей автомобиля. Раму имеют все грузовые автомобили, легковые автомобили повышенной проходимости, большого и высшего классов, отдельные автобусы, прицепы и полуприцепы.
В качестве несущей конструкции системы грузового автомобиля чаще всего применяется рама. Различают лонжеронные и хребтовые рамы.
Лонжеронная рама состоит из двух продольных штампованных балок швеллерного сечения — лонжеронов, связанных между собой несколькими поперечинами. Такая рама получила название лонжеронной. Поперечины обычно штампованные, служат не только для соединения между собой
|
|
|
лонжеронов и придания всей конструкции необходимой жесткости, но и для крепления различных агрегатов автомобиля. Для изготовления элементов рамы обычно применяется низкоуглеродистая сталь. Соединение лонжеронов и поперечин чаще всего выполняется с помощью заклепок. В необходимых местах к лонжеронам и поперечинам, также заклепками или болтами, крепятся различные кронштейны и другие детали для установки агрегатов автомобиля.
Сварка при изготовлении рам применяется довольно редко, поскольку лонжеронные рамы грузовых автомобилей относительно податливы на изгиб, ив особенности на кручение, и сварные швы в этих условиях являются источником образования трещин.
Способность рамы деформироваться при скручивающихся нагрузках позволяет избежать излишне высокие напряжения в местах соединений. Кабина грузового автомобиля закрепляется на раме в трех, четырех точках с помощью упругих устройств, и деформации рамы при движении автомобиля по неровной дороге не вызывают соответствующих деформаций кабины.
В редких случаях на грузовых автомобилях применяется так называемая хребтовая рама, представляющая собой стальную трубу большого диаметра, проходящую вдоль автомобиля по его продольной оси. В передней части рама раздваивается, образуя два продольных лонжерона, служащих для установки двигателя с коробкой передач. Внутри трубы размещается карданная передача. Ведущие мосты автомобиля в этом случае имеют подрессоренные редукторы, от которых крутящий момент подводится к колесам качающимися полуосями.
Конструкция Лонжеронные рамы
Лонжеронные рамы состоят из двух продольных лонжеронов и нескольких поперечин, также называемых «траверсами», а также креплений и кронштейнов для установки кузова и агрегатов.
Форма и конструкция лонжеронов и поперечин могут быть различными; так, различают трубчатые, К-образные и Х-образные поперечины. Лонжероны как правило имеют сечение швеллера, причём обычно переменное по длине — в наиболее нагруженных участках высота сечения зачастую увеличена. Они могут быть параллельны друг другу, либо располагаться друг относительно друга под некоторым углом.
Детали рамы соединяются заклёпками, болтами или сваркой. Грузовые автомобили обычно имеют клёпаные рамы, легковые и сверхтяжёлые самосвалы — сварные. Болтовые соединения находят применение обычно при малосерийном производстве.
|
|
|
Лонжеронные рамы применяются практически на всех грузовиках, в прошлом широко применялись и на легковых автомобилях — в Европе до конца сороковых, а в Америке — до конца восьмидесятых годов.
К лонжеронным ряд источников относит также периферийные (часто выделяемые в отдельный тип) и Х-образные рамы (последние другими источниками классифицируются как разновидность хребтовых).
Хребтовые рамы.
Этот тип рамы был разработан чехословацкой фирмой «Татра» в двадцатые годы и является характерной конструктивной особенностью большинства её автомобилей.
Главным конструктивным элементом такой рамы является центральная трансмиссионная труба, жёстко объединяющая картеры двигателя и узлов силовой передачи — сцепления, коробки передач, раздаточной коробки, главной передачи (или главных передач — на многоосных автомобилях), внутри которой расположен тонкий вал, заменяющий в этой конструкции карданный. Необходима независимая подвеска всех колёс.
Преимущество такой схемы — очень высокая крутильная жёсткость, кроме того она позволяет легко создавать модификации автомобилей с различным количеством ведущих мостов. Однако, ремонт заключённых в раме агрегатов крайне затруднён. Поэтому такой тип рамы применяется очень редко, а на легковых автомобилях совершенно вышел из употребления.
79) Рулевые управления Назначение, требования конструкция
Рулевое управление служит для изменения направления движения автомобиля. При неподвижной передней оси изменение направления движения автомобиля осуществляется поворотом передних управляемых колес.
Для того чтобы при движении автомобиля на повороте колеса его имели качение без бокового скольжения, они должны катиться по окружностям, описанным из одного центра, который называется центром поворота. В этом центре О (рис. 1) должны пересекаться продолжения осей всех колес. Для соблюдения данного условия внутреннее к центру поворота управляемое колесо должно поворачиваться круче, т. е. на больший угол, чем наружное колесо. Для одновременного поворота колес на необходимые различные углы служит рулевая трапеция.
В трапецию входят (рис. 2, а) передняя ось 5, рулевые рычаги 3 и6, соединенные с поворотными кулаками / и 7, и поперечная рулевая тяга 4. Поворотные кулаки шарнирно соединены с осью шкворнями 2.
При повороте одного колеса через рычаги 3 и 6 и тягу 4 поворачивается и другое колесо. При этом вследствие изменения положения поперечной тяги 4 относительно передней оси внутреннее к центру поворота колесо поворачивается на угол а (рис. 2, б), больший, чем угол Р поворота наружного колеса.
Правильность соотношения угла а и Р поворота колес обеспечивается соответствующим подбором угла наклона рулевых рычагов к продольной оси автомобиля и длины рулевых рычагов и поперечной тяги.
Кроме трапеции в рулевое управление входят (рис. 3) рулевое колесо / с валом 3, установленным в рулевой колонке 2, и рулевой механизм 4, заключенный в картер, а также рулевая сошка 5, продольная рулевая тяга 6, рулевой рычаг 7 продольной тяги.
При повороте рулевого колеса / в ту или другую сторону вместе с ним вращается вал 3, приводя в действие рулевой механизм 4, поворачивающий сошку 5. Нижний конец сошки перемещается вперед или назад, поворачивая через тягу 6, рулевой рычаг 7 с поворотным кулаком, соединенным шарнирно с осью 10. Через рулевые рычаги 8 ипоперечную тягу 9 на соответствующий угол поворачивается и другой кулак 11 с установленным на его цапфе колесом.
Рулевую нерасчлененную трапецию такого устройства применяют на грузовых автомобилях, у которых управляемые колеса установлены на общей оси, подвешенной на рессорах к раме.
При независимой подвеске колес у легковых автомобилей рулевую трапецию делают расчлененной с несколько измененным расположением тяг и рычагов. Расчлененная рулевая трапеция с передним (рис. 2, в) или задним (рис. 2, г) расположением обычно включает рулевую сошку 8, конец которой перемещается в поперечном направлении, и маятниковый рычаг 10, соединенные средней поперечной тягой 9.. •
Маятниковый рычаг 10 установлен шарнирно на оси в кронштейне, закрепленном на раме основания кузова. Концы сошки 8 и маятникового рычага 10 или средней тяги соединены шарнирно двумя промежуточными боковыми тягами 11 с рычагами 12 поворотных кулаков 13 или поворотных стоек колес. Такая схема с расчлененной рулевой трапецией обеспечивает правильный поворот управляемых колес при качанииих на независимой подвеске.
|
| Рис. 1.Схема поворота автомобиля |
Рис. 3.Схема устройства рулевого управления
У легковых автомобилей получает применение энергопоглощающее рулевое управление, повышающее безопасность водителя при аварии автомобиля. Такое рулевое управление имеет составной телескопический рулевой вал и колонку с фрикционными элементами или включает другие упругие элементы. В случае удара автомобиля о препятствие и смятия его передней части энергия удара поглощается в фрикционных; или упругих элементах рулевого управления, а удар и перемещения не передаются на верхнюю часть его вала с рулевым колесом, предохраняя водителя от травм.
|
|
|
