Reklama
ćwiczenia sfd
A A A

Mechanizmy różnicowe

Mechanizm różnicowy rozdziela napęd na półosie i umożliwia toczenie się kół mostu napędowego z różnymi pręd­kościami obrotowymi. Podczas ruchu na zakręcie każde koło samochodu przeby­wa w tym samym czasie inne odcinki drogi. Aby koła mogły toczyć się bez pośli­zgu, ich prędkość obrotowa także musi być niejednakowa. Nie byłoby to możli­we, gdyby napęd był przekazywany z przekładni głównej bezpośrednio na sztywną oś łączącą obydwa koła mostu napędowego. Dlatego każde z kół mostu jest osadzone na osobnej półosi, a półosie są napędzane przez mecha­nizm różnicowy tak rozdzielający strumień mocy, że możliwe jest obracanie się kół z różnymi prędkościami obrotowymi. Na rys. 14.12 przedstawiono budowę najczęściej spotykanego w samochodach stożkowego mechanizmu różnicowego. Koło tale­rzowe przekładni głównej jest przymocowane do obudowy mechanizmu różnicowego. Półosie napędowe są wsunięte do wnętrza mechanizmu, a na ich wielowypustowych zakończeniach są osadzone stożkowe koła zębate o zębach prostych — tzw. koła koronowe. Koła koronowe są zazębione z satelitami — niewielkimi stożkowymi kołami zębatymi o zębach prostych — osadzonymi obrotowo na czopach krzyżaka. Krzyżak jest zamocowany w obudowie mechanizmu różnicowego i obraca się wraz z nią. Rozwiązania konstrukcyjne stożkowych mechanizmów różnicowych przedstawiono na rysunkach 14.3, 14.5, 14.7, 14.8, 14.9 i 14.11. Jeżeli obydwa koła koronowe, połączone półosiami z kołami jezd­nymi, obracają się z tą samą prędkością, wówczas satelity nie obracają się względem czopów krzyżaka i mówimy, że mechanizm różnicowy nie pra­cuje. Napęd jest przenoszony na koła tak, jakby to miało miejsce, gdyby były one połączone sztywną osią. Taki przypadek przenoszenia napędu za­chodzi wówczas, gdy samochód porusza się po torze prostoliniowym, a pro­mienie dynamiczne obydwu kół mostu są jednakowe *). Jeżeli na zakręcie prędkość obrotowa jednego z kół koronowych wzrośnie, osiągając wartość większą niż prędkość co0 obudowy (obracają­cej się wraz z kołem talerzowym i krzyżakiem), wówczas nastąpi obrót sate­litów względem czopów krzyżaka, co spowoduje, że prędkość obrotowa to2 drugiego koła koronowego zmniejszy się o taką samą wartość, o jaką wzrosła prędkość pierwszego koła. Oznaczając zmianę prędkości obrotowej kół ko­ronowych przez Aco, można napisać równania prędkości obydwu kół coj = co„ + Aco (o2 = co0 — Aco Sumując obydwa równania otrzymuje się zależność kinematyczną między prędkościami obrotowymi kół cox i co2 oraz prędkością obrotową koła talerzowego przekładni głównej Mechanizm różnicowy stożkowy jest szczególnym przypadkiem przekładni obiegowej (planetarnej). Dzięki zastosowaniu kół stożkowych koła pierścieniowe i słoneczne zostały tu zastąpione kołami koronowymi, a krzy­żak wraz z obudową mechanizmu spełnia zadanie jarzma satelitów. Wzór 14.1 można więc wyprowadzić na podstawie wzoru Willisa (12.2), podsta­wiając wartość przełożenia wewnętrznego przekładni i{p — —1 *). Jako mechanizmy różnicowe stosuje się także przekładnie plane­tarne o kołach walcowych. Schemat mechanizmu różnicowego z kołami zę­batymi walcowymi przedstawiono na rys. 14.13. Zasada działania takiego mechanizmu w niczym nie odbiega od zasady działania omówionego już mechanizmu z kołami stożkowymi. W miejsce satelitów stożkowych zasto­sowano tu pary kół walcowych, przy czym każdy satelita częścią długości swych zębów współpracuje z kołem walcowym jednej półosi, a pozostałą częścią długości zębów współpracuje z drugim, identycznym satelitem, za­zębionym z kołem walcowym drugiej półosi. Dzięki takiemu rozwiązaniu również i w tym przypadku uzyskano przełożenie wewnętrzne przekładni Mechanizmy różnicowe z kołami walcowymi są dość rzadko sto­sowane ze względu na dużą liczbę satelitów, co komplikuje konstrukcję i zwiększa jej ciężar. Jakkolwiek mechanizm różnicowy jest urządzeniem niezbędnym do prawidłowego toczenia się kół, wpływa on niekorzystnie na własności ru­chowe samochodu. Rozpatrzmy równowagę sił działających na satelitę (rys. 14.14). Gdyby pominąć opory tarcia mechanizmu, siły międzyzębne działa­jące na satelitę od strony obydwu kół koronowych byłyby równe, a ich war­tość w; nosiłaby połowę wartości momentu napędowego Af0 Ze wzoru 14.2 widać, że różnica momentów między kołami mostu nie może przekroczyć podwójnej wartości mo­mentu tarcia mecha­nizmu różnicowego. O-znacza to, że w ra­zie poślizgu jednego z kół mostu, do drugiego koła doprowadzony zostaje jedynie niewielki moment równy momentowi tarcia koła ślizgającego się po śliskiej nawierzchni, po­większonemu o również niewielką (dla zwykłych mechanizmów różnico­wych) wartość 2 MT. Moment taki może nie wystarczyć do uruchomienia pojazdu. Aby zapewnić ruch samochodu w warunkach sprzyjających po­ślizgowi kół, mosty napędowe pojazdów przenaczonych do poruszania się w ciężkim terenie wyposaża się w mechanizmy różnicowe z urządzeniami blokującymi lub mechanizmy różnicowe o zwiększonym tarciu wewnętrznym. Na rys. 14.15 przedstawiono przykładowo konstrukcję mechaniz­mu różnicowego z urządzeniem blokującym. Różni się on od zwykłego me­chanizmu stożkowego tym, że jest wyposażony w sprzęgło kłowe, umożliwia­jące sprzęganie jednej z półosi z obudową, co powoduje zablokowanie me­chanizmu. Przy jeździe samochodu w zwykłych warunkach drogowych układ blokujący jest wyłączony i mechanizm różnicowy spełnia swoje zadania. W warunkach sprzyjających powstawaniu większych różnic przyczepności kół kierowca może za pomocą specjalnego układu sterującego zablokować mecha­nizm (włączyć sprzęgło kłowe), uzyskując sztywne sprzęgnięcie półosi. Wadą ograniczającą stosowanie takiego rozwiązania jest łatwość uszkodzenia półosi lub kół zębatych podczas zakręcania na nawierzchni o dużym współ­czynniku tarcia w przypadku, gdy kierowca omyłkowo pozostawił zabloko­wany mechanizm. Poprawę własności ruchowych samochodów w warunkach tereno­wych można uzyskać zwiększając moment tarcia MT mechanizmu, dzięki czemu możliwe są większe różnice między momentami na kołach (wzór 14.2). Na rys. 14.16 przedstawiono trzy rodzaje mechanizmów różnicowych 0 zwiększonym tarciu, stosowanych w mostach napędowych samochodów. Są to mechanizmy: krzywkowy, ślimakowy oraz z kołami zębatymi stożkowymi wyposażony we wkładki cierne. W mechanizmie krzywkowym moment doprowadzony do obudowy mechanizmu jest przenoszony przez osadzone suwliwie w jej wycięciach (koszyku) odpowiednio ukształtowane kamienie na krzywkowy bęben i pia­stę, połączone wielowypustami z półosiami. Zarys krzywek jest tak dobrany, że istnieje ścisła zależność kinematyczna między prędkościami obrotowymi bębna o^, piasty co2 i koszyka co0 Cdj -j- co2 = 2 co0 Wzór ten jest identyczny ze wzorem 14.1, opisującym ruch zwy­kłego — stożkowego — mechanizmu różnicowego. Różnica prędkości obrotowej kół powoduje ruch względny krzy­wek i promieniowe — dwukierunkowe — ruchy kamieni w koszyku. Znacz­ny wewnętrzny moment tarcia tego mechanizmu, stanowiący jego zaletę w warunkach terenowych, wiąże się jednak z małą sprawnością mechaniczną 1 intensywnym zużywaniem się krzywek i kamieni. Zasada działania ślimakowego mechanizmu różnicowego jest taka sama jak zasada działania mechanizmów z kołami stożkowymi lub walcowy­mi, lecz jako koła koronowe zastosowano tu ślimacznice, a satelitami (osob­nymi dla każdej ślimacznicy) są ślimaki. Ślimaki (satelity) obydwu kół ko­ronowych są ze sobą sprzężone mniejszymi pośrednimi ślimacznicami. Zwięk­szone opory tarcia mechanizmu uzyskuje się dzięki odpowiedniemu pochyle­niu zwojów ślimaka. Mechanizmy takie stosowane są bardzo rzadko ze wzglę­du na trudności technologiczne i wysoki koszt wykonania. W mechanizmie różnicowym z wkładkami ciernymi wykorzystano częściowo elementy mechanizmu z kolami stożkowymi. Krzyżak został tu jednak zastąpiony dwiema krzyżującymi się ośkami satelitów, których czopy o ściętych powierzchniach współpracują z odpowiednimi wycięciami w obu­dowie. Przy przekazywaniu momentu ośki mają tendencje do odsuwania się od siebie, co powoduje, że boczne powierzchnie satelitów wywierają nacisk na czasze oporowe, dociskające sprzęgła cierne. Mimo poślizgu jednego z kół mechanizm ten przekazuje moment na drugie koło dzięki oporom tar­cia, przeciwstawiającym się poślizgowi względem obudowy czaszy oporowej osadzonej na półosi. Szczególną odmianą mechanizmów różnicowych są samozaklesz-czające się mechanizmy ze sprzęgłami jednokierunkowymi. Zasadę działania oraz przykład konstrukcji takiego mechanizmu przedstawiono na rys. 14.17. Na półosiach osadzone są sprzęgła jednokierunkowe, umożliwiające przeno ^e-nie napędu z obudowy mechanizmu na półosie. Jeżeli np. na zakręcie pi^d-kość obrotowa jednego z kół jest większa od prędkości obudowy mechaniz­mu, rolki sprzęgła jednokierunkowego tej półosi odklinowują się i cały mo­ment napędowy przenoszony jest na drugie koło. Charakterystyczne jest, że dla tego mechanizmu nie istnieje jednoznaczna kinematyczna zależność mię­dzy prędkością obrotową poszczególnych półosi i obudowy.