КЛАССИФИКАЦИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛОВ И ВЫБОР СРЕДИ НИХ КОНСТРУКЦИЮ ДЛЯ ХЛОПКОВОДЧЕСКОГО ПРОПАШНОГО ТРАКТОРА

OVERVIEW MECHANICAL DIFFERENTIAL AND IS ABLE TO BLOCK THEM FOUR-ROUND TRACTOR

Adilbek Akhmetov

dr.Sci.Tech., professor of department, Tashkent state Agrar university

Uzbekistan, Tashkent

Sherzodbek Akhmedov

doctoral candidate, Tashkent state Agrar university

Uzbekistan, Tashkent

Faruh Ikramov

undergraduate, Tashkent state technical university

Uzbekistan, Tashkent

АННОТАЦИЯ

В статье изложены результаты обзора и сравнительных анализов различных конструкций механических дифференциалов и способов их блокировки. Приведена классификация механических дифференциалов.

ABSTRACT

The article presents the results of the review and comparative analysis of different designs of mechanical  differentials and ways of blocking them. Shows the  classical mechanical  differentials.

Ключевые слова: колесо, задний мост, трактор, управляемость, дифференциал, скольжения, буксования, трансмиссия, блокировка, муфта, штифт, корпус.

Keywords: wheel, back bridge, tractor, controllability, differential, slidings, slippings, transmission, blocking, coupling, pin, case.

На четырехколесных универсально-пропашных тракторах применяется межколесный дифференциал, который устанавливается в заднем мосте между задними колесами трактора.

Дифференциал исключает жесткую кинематическую связь между ве­дущими колесами, благодаря которой при поворотах трактора каждое колесо имеет возможности вращаться с различной угловой скоростью без скольжения или буксования относительно почвы или дорожного покрытия.

Для оценки преимущества и недостатков известных дифференциалов и выбора среди них наиболее оптимальной конструкции для установки на четырехколесном универсально-пропашном тракторе, а также для определения его места в общей системе рассмотрим на базе известных их конструкции [1-7] общую классификацию дифференциалов (рис. 1).

При классификации дифференциалов за основу принимаем основные характерные признаки, т.е.: конструктивное исполнение, месторасположение в трансмиссии, соотношения крутящих моментов на ведомых валах, способы включения дифференциала, типы привода блокировки и форму исполнения корпуса дифференциала.

Рисунок 1. Классификация дифференциалов

Дифференциалы каждой, подразделенной по характерным признакам  группы бывают:

а) по конструктивному исполнению дифференциалы бывают весьма разнообразными, но, несмотря на это по виду их можно сгруппировать на четыре группы (рис.2). Первое из этих групп это кулач­ковые дифференциалы. Они в свою очередь в зависимости от расположения кулачков бывают осевыми и радиальными.

Второй группе относятся червячные, а к третьей - шестеренные дифференциалы. В свою очередь шестеренные дифференциалы бывают цилиндрическими или коническими с прямыми или косыми зубьями.

Последней группе относятся обгонные дифференциалы, хотя они не имеют прямого отношения к диф­ференциалам, так как связь между частотами вращения их звеньев не соответствует уравнением кинематики дифференциального меха­низма;

Рисунок 2. Дифференциалы: а - осевой кулачковый; б - радиальный кулачковый: в - шестеренный; г - червячный

б) по месту расположения в трансмиссии дифференциалы бывают межколесные и межосевые;

в) по соотношению крутящих моментов на ведомых валах - с постоян­ным соотношением моментов, в т.ч. простой симметричный и простой несим­метричный, и с непостоянным соотношением моментов;

г) по способу включения дифференциала – принудительная, автоматическая, самоблокирующиеся;

д) по типу привода блокировки – механические и гидравлические;

е) по форме корпуса дифференциала - закрытые и открытые.

Для выбора среди перечисленных дифференциалов наиболее приемлемую конструкцию для четырехколесного универсально-пропашного трактора рассмотрим устройства типичных конструкции каждого из них в отдельности, анализируем их преимущества и недостатки.

Осевой кулачковый дифференциал (рис.2, а) имеет две противоположно установленные полуосевые шайбы 1 с расположенными по торцам обращенными друг другу кулачками с различной численностью.

Различная численность кулачков на полуосевых шайбах предотвращает возможности эквидистантного расположения рабочих поверхностей и, тем самым, прекращении передачи крутящего момента. Между обращенными друг другу кулачками расположены сухари 2, вставленные в обойму 3, вмонтированную к коробке 4 дифференциала. Причем число сухарей должен быть равным или меньшим в кратное число раз суммы числа кулачков на полуосевых шайбах.

При возникновении у полуосевых шайб равных моментов сопротивления некоторые сухари заклиниваясь на косых поверхностях кулачков, вращают шайбы с одинаковой частотой. При возрастании момента сопротивления на одной из шайб она начинает оставаться от другой, и сухари начинают перемещаться в обойме в осевом направлении, заставляя другую шайбу вращаться быстрее.

Во время работы кулачковых дифференциалов на них действуют значительные осевые силы, распирающие шайбы в упор к поверхности коробки и, тем самым, вызывающие износ их сопрягающихся поверхностей.

В отличие от осевых в радиальных кулачковых дифференциалах (рис. 2, б) внутренние 2 и внешние 3 кулачковые втулки имеют равное число кулачков. У них сухари 1 расположены в два ряда между внутренней и внешней кулачковыми втулками. Обе кулачковые втулки помещены внутри коробки 4 дифференциала и закрыты крышкой 5. При этом кулачки наружной втулки расположены на одной оси, а на внутренней втулке один ряд кулачков сдвинут относительно другого на половину шага кулачка. Это обеспечивает беспрерывную передачу крутящего момента то одним, то другим рядом кулачков.

Червячные дифференциалы (рис. 2, г) по принципу работы похожи на шестеренные дифференциалы только, отличается тем, что у них вместо шестерен червяки. У них полуосевые червячные шестерни 1 находятся в зацеплении с червяками 2, связанными между собой червячными сателлитами 3, вращающимися на вмонтированных в коробку 4 радиальных осях 5.

Кулачковые и червячные дифференциалы не получили повсеместного применения на тракторах из-за низкой надежности и высокой стоимости, а также из-за большого момента трения приводящего к интенсивному износу шин.

Обгон­ные дифференциалы встречаются редко и то на современных зарубежных тракторах. Хотя эти механизмы, как уже было сказано, не имеют никакого отношения к диф­ференциалам, но они позволяют при необходимости левой и правой полуосям вра­щаться вместе с одинаковой угловой скоростью, или же отключать одну из полуосей, передавая весь крутящий момент от корпуса на другую.

Среди перечисленных разновидностей червячные и кулачковые дифференциалы из-за их низкой надежности и сложности изготовления не получили широкого примене­ния на тракторах. Тогда как более простые в изготовлении и сравнительно недорогие шестеренные дифференциалы получили повсеместное применение на всех видах тракторов сельскохозяйственного назначения, в т.ч. и на универсально-пропашных тракторах.

На оте­чественных универсально-пропашных тракторах применяются в основном дифференциалы с ко­ническими шестернями. Встречаются конические дифференциалы закрытого или открытого типа и их выполняют с двумя, тремя и четырьмя сателлитами. Несмотря на наличие осевых усилий, вызывающих значительное трение на торцах конических шестерен, из-за простаты конструкции конические дифференциалы получили наибольшее распространение.

На практике встречаются также шестеренные дифференциалы повышенного трения (рис. 2, в), у них сжатие комплектов блокировочных дисков 1 осуществляется кулачковым нажимным устройством. Для этого служит трапецеидальные кулачки 6, выполненные на торцовых поверхностях полуосевых шестерен 2 и нажимных дисков 3. Связь с полуосями диффе­ренциала нажимных дисков 3 осуществляются с помощью нарезанных на них шлиц.

Во время работы под действием крутящего момента передаваемой посредством сателлитов 4 через полуосевые шестерни 2 на нажимные диски 3 в месте контакта трапецеидальных кулачков 6, выполненных на торцовых поверхностях последних, действует окружная сила. Осевая составляющая, которой, сжимая комплекты блокировочных фрикционных дисков 5, создает момент трения в дифференциале.

Хотя реже, но встречаются также дифференциалы с цилиндрическими шестернями. От конических дифференциалов они отличаются наличием удвоенных чисел сателлитов, каждый из этих сателлитов находится в зацеплении со своей полуосевой шестерней и с сателлитом противоположной полуосевой шестерни.

Из-за сложности изготовления и меньшего коэффициента блокировки дифференциалы с цилиндрическими шестернями не нашли своего применения.

Следует отметить, что блокировка любого дифференциала приводит к интенсивному изнашиванию шин и деталей трансмиссии, а в некоторых случаях даже к потере управляемости трактора. Поэтому к блокировке дифференциала надо подходить очень осторожно и к ней надо прибегнуть только при кратковременном преодолении возникших препятствий и для обеспечения требуемой маневрен­ности трактора, особенно на поворотах при выполнении полевых и транспортных работ. Поэтому при выборе способа блокировки дифференциала надо исходить из условия работы трактора и простоты конструкции блокировочного механизма.

Среди различных вариантов способа блокировки про­стых симметричных дифференциалов наибольшее распространение получили блокировка дифференциала с помощью зубчатой муфты, штифта или блокировочного валика, дополнительно устанавливаемого в трансмиссию трактора. При первых двух способах, блокировка дифференциала осуществляется с помощью зубчатой муфтой или штифтом, соединяющим между собой корпус дифференциала и полуосевую шестерню, а в третьем - с помощью блокировочной шестерни - каретки, соединяющей левую и правую полуоси дифференциала через шестерни конечной передачи.

Несмотря на ряд преимуществ, перечисленные способы блоки­ровки дифференциала не позволяет блокировать дифференциал без остановки трактора.

С точки зрения обеспечения блокировки дифференциала без остановки трактора наиболее перспективна блокировка дифференциала с помощью фрикцион­ного сцепления, которое при включении соединяет между собой ось вращения сателлитов и полуосевую шестерню. Данный способ в отличие от предыдущего позволят блокировать дифференциал при движе­нии трактора, что существенно повышает его проходимость. Но осуществление такого способа блокировки конструктивно сложны по сравнению с предыдущими способами.

Таким образом,  существует множество различных конструкции дифференциалов и способов их блокировки выбор среди них той или иной конструкции для конкретно взятого четырехколесного универсального трактора зависит, в основном, от назначения и области применения этого трактора.

Список литературы:

1. Анилович В.Я., Водолажченко Ю. Т. Конструирование и расчет сельскохозяйственных тракторов. М.: Машиностроение, 1976. 456 с.
2. Барский И.Б. Конструирование и расчет тракторов. – М.: Машиностроение, 1968. – 376 с.
3. Беспятый Ф.С., Троицкий И.Ф. Конструкция, основы теории и расчет трактора. – М.: Машиностроение, 1972. -502 с.
4. Гельман Б.М., Москвин М.В. Сельскохозяйственные тракторы и автомобили. Кн. 2. Шасси и оборудование.– М.:Агропромиздат, 1987. – 335 с.
5. Гуревич А.М. Тракторы и автомобили. -3-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 1983. -336 с.
6. Тракторы. Конструкция. Учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению «Наземные транспортные системы» и специальности «Автомобиле- и тракторостроение» /И.П. Ксеневич, В.М. Шарипов, Л.Х. Арустамов и др. Под общ. ред. И.П. Ксеневича, В.М. Шарипова. – М.: МГТУ «МАМИ», 2001. – 821 с.
7. Тракторы: Теория: /В.В.Гуськов, Н.Н.Велев, Ю.Е.Атаманов и др.; Под общ. ред. В.В. Гуськова. - М.: Машиностроение, 1988. – 376 с.