Дифференциал, схема которого показана на рисунке 2, а, состоит из коробки, в которой установлены две полуосевые шестерни, два или четыре сателлита и крестовина.

Коробка дифференциала приводится через ведомую коническую шестерню главной передачи. Сателлиты находятся в постоянном зацеплении с полуосевыми шестернями и свободно вращаются относительно цапф крестовины. От полуосевых шестерен вращение передается к ведущим колесам через полуоси.

Дифференциал работает следующим образом.

При прямолинейном движении по ровной поверхности частоты вращения левого п, и правого пар ведущих колес равны частоте вращения коробки дифференциала пк, то есть пл = ппр = пк; сателлиты при этом не вращаются.

Если же колесная машина поворачивает, например, вправо, то левое ведущее колесо вращается с повышенной частотой, а правое отстает.

При повороте колесной машины происходит как бы притормаживание внутреннего ведущего колеса, что и является причиной начала обкатывания сателлитов относительно отстающей полуосевой шестерни.

Притормаживание одного из ведущих колес может наступить и при прямолинейном движении, когда сцепление правого и левого ведущих колес с дорогой неодинаковое. Колесо с худшими условиями сцепления проворачивается легче за счет пробуксовывания, колесо же с лучшими условиями сцепления не пробуксовывает, и его вращение как бы притормаживается.

Крутящий момент от шестерни передается на коробку дифференциала, затем через крестовину на сателлиты, которые делят крутящий момент поровну между полуосевыми шестернями.

Свойство дифференциала обеспечивать возможность вращения ведущих колес с разными частотами при равномерном распределении крутящего момента по ведущим колесам играет и отрицательную роль. При неодинаковом сцеплении правого и левого ведущих колес с опорной поверхностью колесо с худшими условиями сцепления начинает буксовать, а крутящий момент на небуксующем колесе уменьшается до значения небольшого момента на буксующем колесе. В результате суммарный момент на ведущих колесах значительно снижается и трактор вынужденно останавливается.

Таким образом, дифференциал снижает способность колесной машины развивать силу тяги и проходимость.

Для устранения этого недостатка дифференциал в случае буксования одного из ведущих колес выключают (блокируют). Блокирование дифференциала заключается в соединении между собой полуосевых шестерен или полуосей с помощью жесткой или фрикционной муфты. При блокировании дифференциала сателлиты не проворачиваются и оба ведущих колеса вращаются с одинаковой частотой.

Работа колесной машины с заблокированным дифференциалом на твердой сухой опорной поверхности приводит к повышенным нагрузкам деталей трансмиссии и ходовой части, а также затрудняет маневрирование. Поэтому блокирование дифференциала с целью повышения тягово-сцепных свойств колесной машины применяют только при работе в условиях пониженного сцепления ведущих колес. При выполнении же транспортных операций и работе на твердых сухих дорогах дифференциал разблокируют.

Блокирование дифференциала может быть оюестким, когда две полуоси соединяются жесткой муфтой и вращаются как одно целое, или частичным, когда полуосевые шестерни (полуоси) связаны фрикционным или иным элементом с вполне определенным моментом трения. Частичное блокирование дифференциала характерно тем, что полуоси вращаются как одно целое только до определенной разности моментов на ведущих колесах. Когда разность ведущих моментов на колесах превысит момент трения блокирующего устройства, полуоси начинают вращаться с разными угловыми скоростями.

На рисунке 102, а показана схема фрикционной блокировки дифференциала, применяемой на тракторах МТЗ-80. При сжатии дисков блокирующей муфты крестовина дифференциала связывается с полуосевой шестерней. Сателлиты прекращают обкатываться относительно полуосевых шестерен, и дифференциал блокируется. Такая блокировка является частичной, так как при определенной разности моментов на ведущих колесах диски блокирующей муфты могут проскальзывать и дифференциал разблокируется.

Частичная блокировка применяется и в так называемых самоблокирующихся дифференциалах.

На рисунке 2, б показана схема самоблокнрующегося дифференциала повышенного трения, который применяется в переднем ведущем мосту трактора МТЗ-82. Особенностью такого дифференциала является наличие блокирующих дисковых фрикционов, поджимаемых составной крестовиной с двумя, расположенными под углом 90 осями.

При буксовании задних колес автоматически включается передний мост. Под действием подведенного крутящего момента оси крестовины И проворачиваются и, опираясь имеющимися на них скосами о пазы на коробке дифференциала, передают усилия через сателлиты на диски блокирующих фрикционов. При включении фрикционов полуосевые шестерни связываются с коробкой и дифференциал блокируется моментом трения включенных блокирующих фрикционов.

—

Во время поворота колесного трактора или автомобиля их ведущие колеса проходят разные пути. Если бы оба колеса находились на одном общем валу, то их движение сопровождалось бы проскальзыванием колес, износами шин и поломками, особенно на крутых поворотах. Такое же явление наблюдалось бы и в случае прямолинейного движения по неровной поверхности. Поэтому ведущие колеса соединяют не общим валом, а полуосями, связанными между собой планетарным механизмом— дифференциалом. При неодинаковых сопротивлениях вращению колес дифференциал обеспечивает их вращение с различными угловыми скоростями. Если же сопротивления одинаковы, то колеса вращаются с равными угловыми скоростями.

Дифференциал состоит из корпуса, в приливе которого укреплена неподвижная ось. На ось свободно насажена шестерня, называемая сателлитом. Сателлит находится в постоянном зацеплении с коническими шестернями, которые жестко укреплены на полуосях 5 и 7, передающих крутящий момент ведущим колесам автомобиля или конечным передачам трактора. Число зубьев шестерен 4 и 6 одинаково. Для равномерного распределения нагрузок на шестерни 4 и 6 число сателлитов дифференциала бывает равно двум или четырем.

Корпуса дифференциалов отливаются из серого или ковкого чугуна (М.ТЗ-50) и стали (К-700). Сателлиты, их оси и полуосевые шестерни изготавливаются из легированных цементируемых сталей.

На схеме рисунка 3, б для большей ясности изложения сцепляющиеся с сателлитом дифференциала полуосевые шестерни заменены зубчатыми рейками. При одинаковом сопротивлении на ведущих полуосях трактора дифференциал можно представить как систему, в которой равноплечий рычаг — сателлит находится в равновесном состоянии.

Если сопротивления на ведущих полуосях трактора не одинаковы, то равновесие в системе сателлит— рейка нарушается: сателлит начинает вращаться на оси и перемещать рейки с различной скоростью, Если сопротивление на одной из полуосей увеличится настолько, что она станет неподвижной, то в нашем примере скорость перемещения одной из реек будет равна нулю, а вторая будет двигаться со скоростью, в два раза большей скорости вращения оси 2.

Следовательно, зависимость между числом оборотов корпуса дифференциала и ведущих полуосей следующая:

Рис. 3. Схемы устройства (а) и работы (б) дифференциала:
1 — корпус; 2 — ось; 3 — сателлит: 4, 6 — конические полуосевые шестерни (или зубчатые рейки); 7 — подуоси.

По принципу действия механизмы блокировки делятся на неавтоматические (принудительные) и автоматические (самоблокирующиеся).

Неавтоматические механизмы, включаемые водителем, представляют собой устройства для блокировки обычных шестеренчатых дифференциалов. Такой блокировки можно достигнуть, например, сцеплением подвижной полумуфты полуоси с неподвижной полумуфтой на корпусе дифференциала. Можно также блокировать дифференциал, соединяя жесткой муфтой внутренние концы полуосей или тормозных валиков.

Несмотря на простое устройство, принудительная блокировка уступает автоматической, так как реализация преимуществ блокируемого дифференциала здесь полностью зависит от навыка водителя.

Конструкции автоматических (самоблокирующихся) дифференциалов разнообразны, однако все они по принципу действия могут быть разделены на механизмы повышенного трения и механизмы свободного хода.

Рис. 4. Самоблокирующийся дифференциал повышенного трения с плавающей крестовиной:
1 — корпус дифференциала; 2 — чашка; 3 — ось сателлитов; 4 — ведущий фрикционный диск корпуса дифференциала; 5 — ведомый фрикционный диск полуосевой шестерни; 6 — крышка; 7 — сателлит; 8—полуосевая шестерня; а — скос на оси; б — паз в корпусе; в — цилиндрические поверхности сателлитов, передающие давление на чашки.

Если блокировка осуществляется за счет увеличения внутреннего трения, то такой дифференциал называется дифференциалом с повышенным внутренним трением.

По конструктивному признаку дифференциалы с повышенным внутренним трением выполняются кулачковыми, червячными, шестеренчатыми со специальными устройствами для повышения трения.

Механизм самоблокирующегося шестеренчатого дифференциала повышенного трения трактора МТЗ-52 размещен в корпусе, закрытом крышкой. На осях свободно сидят сателлиты, находящиеся в зацеплении с полуосевыми шестернями. Оси, расположенные крестообразно, могут перемещаться одна относительно другой в осевом и угловом направлениях. Скосы а осей упираются в пазы на корпусе и крышке дифференциала. В корпусе и крышке размещены чашки, установленные на цилиндрических шейках сателлитов.

Повышение сил трения в дифференциале при его блокировке достигается фрикционными дисками, собранными через один: первые внешними зубьями (ведущие) соединены с зубьями корпуса и крышки, а вторые с внутренними зубьями (ведомые) —с полуосевыми шестернями.

Блокировка дифференциала осуществляется при включении переднего моста в работу (процесс включения переднего моста происходит автоматически, как только буксование задних колес будет выше установленного). Когда передний мост включится, оси сателлитов под действием приложенного момента проворачиваются и перемещаются по пазам-скосам в корпусе и крышке дифференциала на величину зазоров между фрикционными дисками. От осей 3 усилие действует на сателлиты, которые своими цилиндрическими шейками передают его чашкам 2, а они сжимают фрикционные диски до упоров в стенки корпуса и крышки дифференциала. Сила трения сжатых дисков соединяет в одно целое полуосевые шестерни и корпус с крышкой, и дифференциал блокируется.

При повороте трактора, когда передний мост включен и внешние силы превышают силы трения фрикционных дисков, они будут пробуксовывать, произойдет перераспределение крутящих моментов на ведущих полуосях пропорционально их моментам сопротивления. Такой дифференциал называют дифференциалом повышенного трения с плавающей крестовиной.

Рис. 5. Самоблокирующийся кулачковый дифференциал:
1 — ведомая коническая шестерня главной передачи; 2 — сухарь; 3 — внешняя обойма; 4 — чашка дифференциала; 5 — внутренняя обойма; 6 — конический роликоподшипник; 7 — ведущая обойма.

Коэффициент блокировки дифференциала рассмотренного типа равен 3,15, в то время как в обычных дифференциалах (в зависимости от особенностей устройства и качества обработки и смазки деталей) коэффициент блокировки составляет 1,05—1,2.

Кулачковый самоблокирующийся дифференциал автомобиля ГАЗ-66 состоит из ведущей, внутренней и внешней обойм, сухарей и чашки. Ведущая обойма с прикрепленной к ней болтами чашкой и ведомой шестерней главной передачи установлены в картере заднего моста в конических роликоподшипниках. В радиальные отверстия ведущей обоймы, расположенные в два ряда в шахматном порядке, вставлены сухари. Внешняя и внутренняя обоймы свободно установлены —первая в расточке чашки, а вторая в расточке ведущей обоймы — и соединены каждая со своей полуосью шлицами.

Внешняя обойма имеет шесть равномерно рассредоточенных по окружности кулачков (выступов), охватывающих оба ряда сухарей, а внутренняя обойма — два ряда кулачков (по шесть в ряду), расположенных в шахматном порядке. Каждый ряд кулачков внутренней обоймы сопряжен с соответствующим ему рядом сухарей, помещенных в ведущей обойме.

При движении автомобиля по прямой и при одинаковом сцеплении колес с дорогой вращение от ведущей обоймы передается через сухари и кулачки обойм и на их полуоси; сухари не перемещаются в радиальном направлении и заклинивают обоймы. Числа оборотов и крутящие моменты на полуосях одинаковы.

Если при повороте или при различном сцеплении колес с дорогой одна из обойм полуоси, например внешняя, будет испытывать большее

сопротивление, то она начнет вращаться с меньшей угловой скоростью, чем ведущая обойма. Тогда внешняя обойма будет толкать своими кулачками сухарь в сторону внутренней обоймы и ускорять ее вращение.

Рис. 6. Схема действия сил и моментов на ведущее колесо.