Расчет крестовины дифференциала на смятие и срез

2.4.3 Расчет крестовины дифференциала на смятие и срез

где r_ср.ст,ш – средний радиус поверхности контакта сателлита и шипа крестовины относительно оси полуосевых шестерен, r_ср.ст,ш =57мм;

d_ш – диаметр шипа крестовины, d_ш = 25мм;

l_ст – длина цилиндрической поверхности сателлита под шип крестовины, l_ст= 28мм.

Условие прочности выполняется.

Также выполняем расчет напряжения смятия в контакте корпуса дифференциала и шипа крестовины.

где r_ср.д,ш – средний радиус поверхности контакта корпуса дифференциала и шипа крестовины относительно оси полуосевых шестерен, r_ср.д,ш = 83мм;

l_д – длина цилиндрической поверхности корпуса дифференциала под шип крестовины.

Условие прочности выполняется.

2.4.4 Определение коэффициента блокировки дифференциала

Отношение крутящего момента Т₂ на отстающем валу к крутящему моменту Т₁ на забегающем валу называется коэффициентом блокировки К_б. Обычно этот термин используют только для симметричного дифференциала

.

В зависимости от конструкции дифференциалы повышенного трения обеспечивают различные коэффициенты блокировки.

Симметричный дифференциал (с u_д = -1), имеющий коэффициент блокировки К_б, обеспечивает разные силы тяги у колес ведущего моста. Блокирующие свойства такого дифференциала начинают проявляться немедленно, как только появляется разность сил тяги у колес ведущего моста, причем в первый момент относительное вращение полуосей отсутствует. Оно появляется при достижении некоторой разности сил тяги, определяемой коэффициентом блокировки.

Относительное вращение полуосей возможно вследствие буксования одного колеса при прямолинейном движении или из-за разных путей, проходимых колесами на повороте. При этом в первом случае такой дифференциал будет благоприятно сказываться на движении автомобиля, обеспечивая увеличение крутящего момента на полуоси небуксующего колеса, а во втором – неблагоприятное, так как в этом случае в перераспределении крутящих моментов нет необходимости. Сила тяги внутреннего по отношению к оси поворота колеса становится больше, а у наружного меньше. В результате в плоскости дороги появляется внешний момент, действующий в направлении, противоположном направлению поворота, что ухудшает управляемость автомобиля.

Теоретически коэффициент блокировки К_б может изменяться от К_б = 1, когда трение в дифференциале отсутствует (Т_тр = 0), до бесконечности, когда Т₁ = Т_д – Т_тр = 0 (это может быть только на абсолютно гладкой поверхности дороги с j = 0 или при отрыве колеса от поверхности дороги).

На практике нет необходимости иметь большое значение коэффициента блокировки К_б, так как предельные значения коэффициента сцепления под отдельными колесами встречаются крайне редко. К_б = 3 достаточен для 80 % дорожных условий, К_б = 5 – для 94 %.

Максимальная суммарная сила тяги ведущего моста с самоблокирующимся дифференциалом Р_{в м} = G_к(j_{к min} + j_{к min}К_б) = G_кj_{к min}(1 + К_б) не может быть больше Р_{в м} = G_к(j_{к min} + j_{к max}), где j_{к min}, j_{к max} – коэффициенты сцепления под отдельными колесами, причем j_{к min} Ј j_{к max}.

Если остановить корпус симметричного дифференциала, то получится редуктор с одной степенью свободы и передаточным числом кu_д з= 1. Пусть к одному из ведомых валов дифференциала приложен момент Т₂, а с другого снимается момент Т₁. Так как в дифференциале имеются потери на трение, то Т₂>Т₁, а из-за того, что он симметричный, следует равенство w₁ = w₂, хотя и направлены скорости в разные стороны. Причем направления момента Т₂ и угловой скорости w₂, как у ведущего элемента, в данном случае будут совпадать , а направления Т₁ и w₁ будут противоположны. В соответствии с этим направления моментов Т₁ и Т₂ будут одинаковыми. Тогда КПД такого редуктора (дифференциала)

.

Это выражение справедливо и при вращающемся корпусе дифференциала.

Причем, как и в рассмотренном редукторе, внешний момент Т₂ и угловая скорость w₂ на отстающей полуоси совпадает по направлению, а на забегающей полуоси противоположны. В результате коэффициент блокировки примет следующий вид

К_б = 1/h_д.

Если коэффициент блокировки не зависит от того, какая полуось является забегающей, а какая отстающей, то такой дифференциал называется дифференциалом с симметричными блокирующими свойствами.

Низкий КПД дифференциала иногда рассматривают как серьезный недостаток из-за возможных больших потерь мощности. Это не совсем так. Большой момент трения в дифференциале приведет к увеличению потерь мощности только при значительной разнице в частотах вращения полуосей. Так как обычно эта разница невелика, то и теряемая в дифференциале мощность тоже мала. Потери близки к нулю при отсутствии относительного вращения деталей дифференциала и будут возрастать по мере увеличения разницы в частотах вращения полуосей. При буксовании одного из колес ведущего моста или при повороте автомобиля с минимальным радиусом (при заданной линейной скорости движения) потери мощности будут наибольшими. Для их оценки в зависимости от трения в дифференциале принят условный показатель – КПД передачи

.

Найдем КПД передачи h_п в зависимости от радиуса поворота автомобиля. Согласно схеме, приведенной на рисунке 1.2, [14, c187]

Dw/(0,5B)=w_д /R,

Рисунок 2.2. План скоростей ведущего моста при повороте

где Dw - разница угловых скоростей корпуса дифференциала и полуоси; R – радиус поворота центра ведущего моста, или [14, c187]

Dw/w_д = B/(2R).

Кроме того,

N₁ = Т₁w₁ = Т₁(w_д + Dw);

N₁ = Т₁w₁ = Т₁(w_д - Dw);

N_д = Т_дw_д = (Т₁ +Т₂)w_д;

Т₂ = Т₁ / h_д.

С учетом последних равенств выражение (15) для КПД передачи примет вид

Таким образом, КПД передачи h_п в отличие от КПД дифференциала h_д – величина переменная для данного автомобиля и зависит от радиуса ее поворота. При прямолинейном движении без проскальзывания (R = Ґ) h_п = 1 независимо от КПД дифференциала h_д; при движении с минимальным радиусом поворота зависимость h_п от h_д показана на рисунке 1.3 для отношения В/2R_min = 0,1, характерного для большинства грузовых автомобилей.

Рисунок 2.3. Зависимость КПД передачи h_п от КПД дифференциала h_д

Анализ этой зависимости показывает, что КПД передачи h_п достаточно высок даже при весьма низких значениях КПД дифференциала h_д. Отсюда следует, что низкие значения КПД дифференциала не могут служить препятствием для создания блокирующихся дифференциалов повышенного трения.

Наряду с коэффициентом блокировки дифференциала К_б используется также выражение

.

Между этими двумя выражениями существует связь:

;

.

Согласно выражению (15), изменяется от = 0 при Т_тр = 0 до = 1 при Т_тр = Т_д (полная блокировка дифференциала).

При относительном вращении шестерен в обычном коническом дифференциале имеют место некоторые потери мощности на преодоление сил трения внутри механизма. Если учесть потери в зацеплениях сателлитов на оси крестовины и полуосевых шестерен в корпусе дифференциала, то КПД дифференциала может быть вычислен как произведение КПД этих механизмов передачи мощности: [14, c189]

h_д = h_п.сh_кон.прh_п.сh_кон.прh_п.с,

где h_п.с – КПД подшипника скольжения;

h_кон.пр – КПД конической передачи с прямым зубом. Приняв h_п.с = 0,99; h_кон.пр = 0,98, получим

h_д = h³_п.сh²_кон.пр = 0,99³ Ч 0,98² = 0,93

и далее, согласно формуле [14.c.189], находим

К_б = 1/h_д = 1/0,93 = 1,075.

.

Таким образом, коэффициент блокировки обычного симметричного конического дифференциала составляет К_б = 1,07…1,10. С учетом трения сателлитов и полуосевых шестерен о корпус дифференциала его значение возрастает до К_б = 1,20…1,25.

Чтобы существенно увеличить момент трения в дифференциале, используют специальные диски трения.

Дополнительный момент трения, развиваемый в дисках трения и в контакте сателлитов с корпусом дифференциала, относительно оси полуосевых шестерен равен [14, c190]

,

где m - коэффициент трения;

r_ср.пш, r_ср.ст – средние радиусы поверхности трения дисков трения полуосевых шестерен и контактной поверхности сателлита с корпусом дифференциала соответственно;

z_пш – число пар трения на одной полуосевой шестерне;

d_mст – средний делительный диаметр сателлита.

Сомножитель d_mпш/d_mст появился в связи с приведением момента трения сателлита (относительно его оси) к оси полуосевых шестерен.

По аналогии с выражением для среднего радиуса поверхности трения сцепления можно записать [14, c190]

;

,

где D_пш, d_пш – наружный и внутренний диаметры дисков трения полуосевых шестерен; D_ст, d_ст – наружный и внутренний диаметры площадки контакта сателлита и корпуса дифференциала.

Суммарный момент трения в дифференциале с дисками трения

Т_трS = Т_тр + Т_тр.доп,

А разделив его на момент, передаваемый корпусом дифференциала, найдем коэффициент

Согласно последним двум выражениям, коэффициент блокировки данного дифференциала не зависит ни от передаваемого момента, ни от относительных скоростей полуосевых шестерен, а зависит только от конструктивных параметров дифференциала и коэффициента трения m.

К сожалению, ввиду малого угла профиля исходного контура a, значение коэффициента блокировки К_б в таком дифференциале не может быть большим. Для выполненных конструкций при девяти парах трения (z_пш = 9) и m = 0,1 К_б равен 2,13; 2,36; и 2,51 при a, равном 20°; 22°30ў и 24°.

Чтобы увеличить силу сжатия дисков трения, а также момент трения и коэффициент блокировки, в конструкцию вводят трапецеидальные кулачки, расположенные на внешних либо на внутренних сторонах полуосевых шестерен и втулок, через которые крутящий момент передается от этих шестерен к втулкам. При этом дополнительный момент трения Т_тр.доп может быть определен по формуле, аналогичной (19), с заменой угла a на j_д – угол скоса кулачков, а d_mпш на d_mк – средний диаметр торцевых кулачков.

Тогда для К_б = 3, имеем . Откуда

или j_Д = 2,5^°.

В этих схемах, изменяя угол j_д, можно получить любой коэффициент блокировки в пределах допустимых давлений в элементах механизма и в первую очередь в дисках трения (чтобы не вызвать задиры на поверхностях трения).

Похожие работы

Установление периодичности, структуры и объема плановых замен деталей заднего моста, установленного на автомобиль МАЗ-5335

Скачать

61960

6

10

... а количество групп значительно меньше. Все это дает возможность своевременно устанавливать экономические сроки службы агрегатов. [1]   3.2 Результаты установленной структуры и объемов плановых замен   Для осуществления расчетов необходима информация: стоимость новых деталей для замены (приложение Г), нормы трудоемкости на проведение работ (приложение Д); тарифные ставки для соответствующих ...

Основы проектирования и конструирования

Скачать

460103

24

39

... ребрами) изображают конструктивные и потоковые функциональные структуры [14]. Принципы построения функциональных структур технических объектов рассматриваются в последующих главах курса "Основы проектирования им конструирования" не включенных в настоящее пособие. Для систем управления существуют характеристики, которые можно использовать в качестве критериев для оценки структур. Одна из них - ...

Эксплуатационные материалы

Скачать

83811

20

2

... -12рк (ТУ 38.101844-80). ТАД-17И (класс 18) получают смешением остаточного и дистиллятного масел с введением многофункциональной и депрессорной присадок. Масло обладает высокими эксплуатационными свойствами, является универсальным и может применяться в тяжелонагруженных цилиндрических, спирально-конических и гипоидных передачах грузовых и легковых автомобилей в умеренной и жаркой климатических ...