Повышение проходимости грузового автомобиля блокировкой дифференциала

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА

1.1 Требования к конструкции дифференциала

1.2 Анализ и оценка конструкций дифференциалов

2. КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Обоснование принципа автоматической блокировки простого шестеренчатого дифференциала

2.2 К расчету дифференциала

2.3 Расчет вала на прочность

2.4 Расчет подшипника

3. ОХРАНА ТРУДА

3.1 Конструктивная безопасность транспортных средств

3.1.1 Общие сведения

3.2 Требования пожарной безопасности

3.3 Техника безопасности при обслуживании дифференциала

3.4 Основные работы по техническому обслуживанию коробки передач и раздаточной коробки

4. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

4.1 Экологическая безопасность транспортных средств

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЕКТА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ

Конструкция современные автомобилей - это результат работы нескольких поколений талантливых изобретателей, инженеров, ученых. Производство этих автомобилей в развитых странах характеризуется на высочайшем уровне. Такие мировые компании, как Дженерал Моторс Корпорейшн, Форд Мотор Компани, Тойота, Ниссан, Опель, Фольксваген, Фиат и многие другие сумели потеснить на рынке продаж основную массу производимой техники в республиках СНГ.

Кроме того, они сумели создать многочисленные подразделения в этих республиках, которые производят в основном легковые автомобили дочерних компаний. Но, несмотря на успешное развитие так называемого «импортного» производства автомобилей, автомобили СНГ имеют большую популярность у водителей со средним достатком. Это автомобили ГАЗ, ВАЗ, ЗИЛ, УАЗ и другие. Конечно, конструкции этих автомобилей более просты, менее долговечны, но и средняя стоимость одного автомобиля и запасных частей к нему гораздо ниже, чем импортного.

Конструкции автомобилей непрерывно совершенствуются, тенденции развития конструкций обусловлены как экономически, так и социальными причинами.

Экономические причины определяют тенденцию повышения топливной экономичности как легковых, так и грузовых автомобилей, что в настоящее время стало одним из ведущих направлений современного автостроения. Социальными причинами обусловлена тенденция повышения безопасности автомобилей.

Автомобиль - объект повышенной опасности, ко всему являющийся источником загрязнения окружающей среды. Это определяет непрерывное повышение требований экологической безопасности, совершенствование активной и пассивной безопасности автомобиля.

Следует отметить тенденцию автоматизации управления автомобилем, которая обеспечивается современными средствами электронной, микропроцессорной техники и направлена на повышение топливной экономичности и динамики автомобиля (управление двигателем и трансмиссией), активной безопасности (управление тормозной системой), комфортабельности (управление подвеской и другое). Кроме всего пути совершенствования конструкций не лежат только в области усложнения, но необходимы и более удобные, надежные, недорогие элементы конструкций, в свою очередь позволяющий более автоматизировать процесс управления транспортным средством. Этой теме посвящен дипломный проект - разработке конструкции устройства блокировки простого шестеренчатого дифференциала.

У обычного дифференциала, если одно из колёс находится на льду или в воздухе, крутиться будет именно это колесо (при этом второе колесо, стоящее на твёрдой земле, неподвижно). Это наталкивает многих людей к выводу о том, что обычный (его ещё называют "свободным") дифференциал очень глупая штука, которая направляет весь крутящий момент именно на то колесо, у которого наихудшие условия для передачи усилия от мотора к дороге. Это не так - дифференциал делит усилие (крутящий момент от двигателя) поровну между колёсами, а величина этого усилия зависит от сцепления колёс с дорогой. Если одно из колёс находится на льду (а ещё лучше в воздухе, для наглядности примера), то оно не может передать ничего, т.к. не имеет точки опоры. Следовательно, и на противоположном колесе тяговое усилие будет равно нулю - машина никуда ехать не будет.

Для этого нужен дифференциал. В любом повороте, путь колеса оси, двигающегося по короткому (внутреннему) радиусу, меньше, чем путь другого колеса той же оси, которое проходит по длинному (внешнему) радиусу. В результате этого, угловая скорость вращения внутреннего колёса должна быть меньше угловой скорости вращения внешнего колеса. В случае с не ведущим мостом, выполнить это условие достаточно просто, так как оба колеса могут не быть связанными друг с другом и вращаться независимо. Но если мост ведущий, то необходимо передавать крутящий момент одновременно на оба колеса (если передавать момент только на одно колесо, то возможность управления автомобилем по современным понятиям будет очень плохой). При жесткой же связи колёс ведущего моста и передачи момента на единую ось обоих колёс, автомобиль не мог бы нормально поворачивать, так как колеса, имея равную угловую скорость, стремились бы пройти один и тот же путь в повороте.

Дифференциал позволяет решить эту проблему: он передаёт крутящий момент на раздельные оси обоих колёс (полуоси) через свой планетарный механизм с любым соотношением угловых скоростей вращения полуосей. В результате этого, автомобиль может нормально двигаться и управляться как на прямом пути, так и в повороте [1].

В полноприводных автомобилях дифференциалом обычно оборудованы два моста, а зачастую дифференциал можно обнаружить еще и между мостами (межосевой дифференциал). Таким образом, мы получаем схему трансмиссии, в которой присутствуют целых три дифференциала: два мостовых и один межосевой. Последний необходим для постоянного движения с полным приводом и передачей момента на все четыре колеса. Ведь в повороте колёса рулевого моста (обычно переднего) имеют совсем другие угловые скорости, нежели чем колёса заднего моста.

Межосевой дифференциал призван передавать крутящий момент от коробки передач к обоим ведущим мостам с разным соотношением угловых скоростей. Такая схема с тремя дифференциалами является одной из самых распространённых схем для постоянного полного привода.

Основной целью блокировки дифференциала является передача необходимого крутящего момента обоим его потребителям (полуосям или карданам). Существуют принципиально разные методы решения данной задачи.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Требования к конструкции дифференциала

Дифференциал - механизм трансмиссии, выполняющий функции распределения подводимого к нему крутящего момента между колесами или мостами (в некоторых автомобилях между бортами) и позволяющий ведомым валам вращаться с неодинаковыми угловыми скоростями. К нему предъявляют следующие требования:

-распределение крутящих моментов между колесами и мостами в пропорции, обеспечивающей наилучшие эксплуатационные свойства (максимальную тяговую силу, хорошие устойчивость и управляемость);

-общие требования.

Идея дифференциала стара. Хотя его изобретение обычно приписывают де Диону (конец ХIХ века), фактически разработка механизма дифференциала, соответствующая современному его устройству, была предложена Леонардо да Винчи за четыре столетия до создания средств передвижения, которым необходим дифференциал.

Механизм дифференциала впервые был применен в 1897 г. на паровом автомобиле. Вскоре после появления автомобилей с двигателем внутреннего сгорания на них стали применять дифференциалы, однако даже в 20-х годах некоторые автомобили выпускались без дифференциала. В частности, без дифференциала выпускался автомобиль НАМИ-1.

Но, как это часто бывает в случае внедрения новых технологий, решая одни проблемы, дифференциал создает другие. Его основной недостаток состоит в следующем: дифференциал передает большую часть крутящего момента на то колесо, у которого в данный момент хуже сцепление с дорогой; если колесо полностью теряет сцепление, на него передается весь крутящий момент. Это не имеет смысла. Если одно из колес пробуксовывает в грязи или находится в подвешенном состоянии, другое колесо не вращается вовсе, даже, несмотря на то, что его сцепление с дорогой увеличено за счет перенесения на него массы всей машины.

В настоящее время все автомобили имеют межколесные дифференциалы. Межосевые дифференциалы применяются в многоприводных автомобилях для предотвращения циркуляции мощности, дополнительно нагружающей трансмиссию, вызывающую ускоренное изнашивание шин.

В качестве межколесных дифференциалов на большинстве автомобилей устанавливаются конические дифференциалы, реже - цилиндрические.

Межосевой дифференциал может устанавливаться в раздаточной коробке («Урал-375», КрАЗ-260, КАЗ-4540) или в приводе главных передач (КамАЗ-5320, ЗИЛ-133ГЯ). Симметричный межосевой дифференциал устанавливается в том случае, если момент между главными передачами распределяется поровну, как это имеет место у полноприводного двухосного автомобиля (ВАЗ-21213) или равнонагруженных мостов тележки трехосного автомобиля.

Несимметричный дифференциал устанавливается в том случае, когда моменты между мостами распределяются не поровну, как, например, в автомобилях «Урал-4320», где нагрузка на передний мост составляет примерно 40% нагрузки на заднюю тележку.

В качестве межосевых применяются дифференциалы как конические, так и цилиндрические планетарного типа. Межбортовые дифференциалы используются в специальных многоприводных автомобилях. Такие дифференциалы применяются при трансмиссиях, размещенных по бортам автомобиля; они распределяют моменты поровну между бортами. В таких трансмиссиях, кроме того, иногда устанавливаются по бортам межосевые дифференциалы.

Принудительную блокировку дифференциалов используют для повышения проходимости автомобиля.

При таком типе блокировки, дифференциал фактически перестаёт выполнять свои функции и превращается в простую муфту, жестко связывающую полуоси (или карданы) между собой и передающую им одинаковый крутящий момент с одинаковой угловой скоростью. Для того, чтобы полностью заблокировать классический дифференциал, достаточно либо заблокировать возможность вращения сателлитов, либо жестко соединить между собой чашку дифференциала с одной из полуосей. Такая блокировка, как правило, реализована при помощи пневматического, электрического или гидравлического привода, управляемого водителем из салона автомобиля. Применяется как для мостовых, так и для межосевых дифференциалов.

Включать подобного рода блокировки можно только при полностью остановленном автомобиле. Пользоваться ими надо крайне аккуратно, так как усилия мотора вполне достаточно чтобы «сорвать» механизм блокировки или поломать полуось.

Применять такие блокировки желательно только на небольших скоростях для передвижения по труднопроходимой местности, так как при их применении в мостах (особенно в рулевых), автомобиль очень сильно теряет в управляемости.

В некоторых конструкциях принудительно блокируется только межосевой дифференциал (КамАЗ-5320), а иногда принудительно блокируется как колесный, так и межосевой дифференциалы. Например, в автомобиле КАЗ-4540 наряду с межосевым принудительно блокируется и дифференциал заднего моста. В автомобиле «Магирус-290» с колесной формулой 6Ч4 принудительно блокируются межосевой дифференциал и оба дифференциала задней тележки. Принудительная блокировка обычно осуществляется с места водителя электропневматическим приводом.

Самоблокирующиеся межколесные или межосевые дифференциалы устанавливают также для повышения проходимости как легковых, так и грузовых и специальных автомобилей.

Наименьшее распространение получили самоблокирующиеся пульсирующие дифференциалы из-за их малой эффективности.

Несколько большее распространение получили самоблокирующие дифференциалы свободного хода. В частности, наряду с другими типами дифференциалов они применяются на автомобиле МАЗ-7310 и других восьмиколесных автомобилях [2].

Наибольшее распространение получили дифференциалы повышенного трения различных конструкций. Они установлены на автомобилях ГАЗ-66 и на всех модификациях четырехосных автомобилей МАЗ. Некоторые конструкции дифференциалов повышенного трения используют для легковых автомобилей высокого класса.

1.2 Анализ и оценка конструкций дифференциалов

дифференциал блокировка автоматический транспортный

Симметричный конический дифференциал. Симметричные конические дифференциалы наиболее распространенные (их часто называют простыми). Применяются они как на легковых, так и грузовых автомобилях, в качестве межколесных, а иногда и межосевых дифференциалов.

Механизм дифференциала включает корпус, сателлиты и ось сателлитов или крестовину, полуосевые шестерни. Число сателлитов в дифференциалах легковых автомобилей два, грузовых - четыре. В редких конструкциях встречаются три сателлита. Дифференциалы с двумя сателлитами 2 (рисунок 1.1 а) имеют неразъемный корпус 1, что придает ему большую жесткость. Для сборки дифферента корпус имеет окна. Дифференциалы с четырьмя сателлитами (рисунок 1.1 б), имеют разъемный корпус, с разъемом по оси сателлитов.



Рисунок 1.1 - Симметричные конические дифференциалы

Обе части корпуса скрепляются болтами. Для уменьшения трения трущиеся поверхности обычно разъединяются антифрикционными шайбами 4. Поэтому с достаточным приближением можно считать, что для такого дифференциала Кб=1. Торцовые поверхности сателлитов, так же как внутренняя поверхность корпуса, в большинстве дифференциалов выполняются сферическими, что способствует центрированию сателлитов на осях и более точному зацеплению с полуосевыми шестернями 3. Регламентированные значения посадочных зазоров допускают возможность такого центрирования. Для обеспечения смазки сателлитов оси в месте посадки сателлитов должны иметь лыски или спиральные канавки, удерживающие масло. Сателлиты и полуосевые шестерни выполняются прямозубыми. Число зубьев сателлитов и полуосевых шестерен может быть четным и нечетным, но для обеспечения сборки должно подчиняться условию:

2zш/n=k; (1.1)

где zш - число зубьев полуосевой шестерни;

n - число сателлитов;

k - целое число.

К преимуществам простого конического дифференциала следует отнести: обеспечение устойчивости при движении по скользкой дороге; торможение двигателем благодаря равенству тангенциальных реакций на ведущих колесах; простоту устройства; малые размеры и массу; надежность; высокий КПД.

Отрицательным качеством является ограничение проходимости.

Симметричный цилиндрический дифференциал. В качестве примера на рисунке 1.2 показан межколесный симметричный цилиндрический дифференциал, установленный в главной передаче многоприводного автомобиля «Татра».



Рисунок 1.2 - Главная передача автомобилей «Татра» с цилиндрическим дифференциалом.

Крутящий момент от ведущего вала передается на корпус 1 дифференциала (водило), оттуда - через попарно связанные между собой сателлиты 2 - на две цилиндрические шестерни 6 и 7. Шестерни выполнены полыми и связаны с двумя коническими шестернями главных передач 3 и 4. Внутри них проходит вал 5 привода следующего ведущего моста. Конструкция достаточно сложная, включает в себя две главные передачи, имеющие неодинаковые размеры, но одинаковые передаточные числа. Полуоси расположены со смещением одна относительно другой. Цилиндрический дифференциал имеет небольшие размеры, так как он размещается перед главной передачей. При обычном размещении дифференциала, после главной передачи, его размеры должны быть больше, чем у конического дифференциала, рассчитанного на передачу такого же момента. Цилиндрический дифференциал имеет большее число зубчатых колес, чем конический, более сложен в изготовлении, чем объясняется его сравнительно редкое применение в качестве межколесного дифференциала.

Межосевые дифференциалы. Симметричные межосевые дифференциалы, устанавливаемые между равнонагруженными мостами автомобилей повышенной и высокой проходимости, выполняют обычно коническими с возможностью блокировки с места водителя. Как было отмечено выше, их устанавливают или в раздаточной коробке (ВАЗ-21213), или на промежуточном мосту трехосного автомобиля (КамАЗ-5320) в приводе главной передачи. Применение межосевого дифференциала исключает циркуляцию мощности, которая особенно сильно нагружает трансмиссию при движении по дорогам с гладкой поверхностью и тем больше, чем больше разница радиусов качения колес. Так, при разнице радиусов качения 7...8 мм нагружение трансмиссии крутящим моментом увеличивается в 2 раза.

Несимметричные межосевые дифференциалы, устанавливаемые в раздаточных коробках и распределяющие крутящие моменты соответственно массам, приходящимся на ведущие мосты, выполняют главным образом цилиндрическими планетарными.

Во всех конструкциях межосевых дифференциалов предусматривается принудительная блокировка. При принудительной блокировке дифференциала все его элементы вращаются как одно целое и коэффициент блокировки Кб=?. Момент включения блокирующего устройства определяется водителем, что не всегда оптимально: если не выключена блокировка при движении по хорошей дороге, наблюдается ускоренное изнашивание шин; на дороге с неоднородным коэффициентом сцепления возможна потеря устойчивости.

Блокирующее устройство водитель включает непосредственно или дистанционно (пневматический или электропневматический привод). При принудительной блокировке межколесного дифференциала в неблагоприятных условиях (одно колесо вывешено) весь момент передается на одну полуось, которая должна быть на это рассчитана.

Различные конструкции блокирующих устройств показаны на рисунке 1.3. В автомобилях старых выпусков применялась блокировка при помощи зубчатой муфты, установленной на удлиненных шлицах одной полуоси (рисунок 1.3 а). Для блокирования дифференциала зубчатая муфта 1 должна быть в зацеплении с зубчатым венцом 2, нарезанным на удлиненном конце корпуса дифференциала. При такой конструкции полуоси невзаимозаменяемые.

Рисунок 1.3- Конструкции принудительно блокирующихся дифференциалов.

Взаимозаменяемость полуосей сохраняется в конструкции, показанной на рисунке 1.3 б. Здесь свободно сидящая на рукаве корпуса дифференциала муфта 1, в которой закреплены пальцы 3, входящие в его отверстия, вращается вместе с корпусом дифференциала. При перемещении муфты пальцы входят в отверстия 4, выполненные в одной из полуосевых шестерен, вследствие чего дифференциал блокируется. Для совмещения пальцев с отверстиями в полуосевой шестерне включать блокировку следует при движении на повороте, когда полуосевые шестерни поворачиваются относительно корпуса дифференциала [3].

Более сложное устройство блокировки межколесного дифференциала заднего моста у автомобиля КАЗ-4540 (рисунок 1.4). В этой конструкции на полуоси свободно сидит втулка 5 с закрепленными в ее торце пальцами 6. Пальцы свободно проходят в отверстия полуосевой шестерни. На удлиненном шлифованном конце полуоси сидит шлицевая муфта 7, с нарезанными на торце зубьями. Такие же зубья нарезаны на торце полуосевой шестерни. При перемещении пневмоприводом втулки с пальцами последние включают шлицевую муфту и дифференциал блокируется.



Рисунок 1.4 - Конструкция блокирующегося дифференциала КАЗ-4540

Самоблокирующиеся дифференциалы. Из многочисленных конструкций пульсирующих дифференциалов, имеющихся в патентной литературе, применение получил лишь шестеренный конический дифференциал.

Шестеренный конический пульсирующий дифференциал включает те же детали, что и простой конический дифференциал. Отличие - в профиле зубьев. В обычном эвольвентном зацеплении зубчатых колес окружное усилие всегда постоянно по величине независимо от относительного положения зубьев зацепляющихся зубчатых колес, так как линия зацепления имеет постоянный наклон и положение полюса зацепления также постоянно. Поэтому в простом коническом дифференциале число зубьев сателлита может быть четным или нечетным, а сателлит как равноплечая балка всегда делит поровну подводимое к нему усилие, передаваемое на полуосевые шестерни.

В пульсирующем коническом дифференциале профиль зуба сателлитов и полуосевых шестерен специальный: линия зацепления в процессе зацепления меняет наклон, полюс зацепления не остается на месте, а окружное усилие Р распределяется (силы Р1 и Р2) в зависимости от относительного положения зубьев. При этом меняется передаточное число пары сателлит - полуосевая шестерня.

Передаточное число имеет максимальное значение при контакте ножки зуба с головкой зуба полуосевой шестерни (рисунок 1.5), минимальное значение - при контакте головки зуба сателлита с ножкой зуба полуосевой шестерни. Число зубьев сателлита обязательно должно быть нечетным. Этим обеспечивается различие в условиях зацепления сателлита с правой и левой полуосями, а, следовательно, возможность передачи на полуоси неравных моментов при неподвижном сателлите и пульсирующих при вращающемся.



Рисунок 1.5 - Схема пульсирующего дифференциала.

При буксовании одного из колес пульсирующий момент на небуксующем колесе может в некоторых условиях обеспечить движение автомобиля.

Коэффициент блокировки пульсирующего дифференциала переменный (Кб?2...2,5). За поворот сателлита на один зуб отношение моментов на полуосях меняется от Кб=Мmах/Мmin до 1/Кб=Мmin/Мmaх. Недостаточная величина коэффициента блокировки, не обеспечивающая значительного повышения проходимости, является одной из причин, ограничивающих его применение, несмотря на то, что из всех конструкций самоблокирующихся дифференциалов он самый простой и обладает высоким КПД. Следует также учитывать, что при вращении сателлита создается пульсация момента в трансмиссии, что также ограничивает допустимую величину коэффициента блокировки дифференциала. Условия сборки пульсирующего дифференциала такие же, как у простого конического.

Дифференциалы свободного хода (обгонные). Эти механизмы не всегда относят к дифференциалам, так как они не подчиняются закономерностям, устанавливаемым кинематическим уравнением дифференциала. В этом случае жесткая кинематическая связь между полуосями отсутствует.

Роликовый дифференциал свободного хода (рисунок 1.6) состоит из корпуса 1 дифференциала, имеющего на внутренней поверхности, профилированные продольные канавки для рядов роликов 2, помещенных в сепараторах 4 и 5, двух цилиндрических кулаков 3 и 6, имеющих на внутренней поверхности шлицы для связи с полуосями. Таким образом, корпус дифференциала связан с полуосями двумя муфтами свободного хода. При прямолинейном движении автомобиля по гладкой поверхности и одинаковых радиусах качения колес оба ряда роликов заклиниваются и оба колеса вращаются с одинаковой скоростью. Если одно колесо забегает, то ролики муфты свободного хода, связанные с полуосью этого колеса, выкатываются в свободное пространство профильных канавок, и колесо свободно катится, не передавая крутящего момента. Для того чтобы ролики при выкатывании не заклинивались в противоположной стороне канавок, сепараторы 4 и 5 имеют связь, ограничивающую их взаимное угловое перемещение.

Дифференциал одинаково работает при движении передним и задним ходом. Буксование одного колеса при таком дифференциале невозможно - буксовать могут только оба колеса [4].



Рисунок 1.6 - Роликовый дифференциал свободного хода

Дифференциал работает практически постоянно, что обусловлено наличием неровностей дороги, неравномерным износом шин, неодинаковой нагрузкой на колеса и другими факторами, поэтому крутящий момент передается в большинстве случаев через одно колесо. Это может стать причиной ускоренного изнашивания шин - интенсивность изнашивания зависит от передаваемого момента.

Коэффициент блокировки дифференциала свободного хода Кб=?, что позволяет передавать тяговое усилие на одно колесо, когда второе вывешено или когда одна полуось сломана.

Однако передача момента одним колесом может отрицательно сказаться на управляемости автомобиля, что ограничивает возможности применения дифференциалов свободного хода для легковых автомобилей.

Недостатком роликового дифференциала свободного хода являются большие давления в контакте роликов 2 с корпусом 1, что не обеспечивает достаточной долговечности.

Дальнейшим развитием конструкций этого типа явились кулачковые дифференциалы свободного хода. Кулачковые дифференциалы свободного хода применяются более широко, в том числе и на некоторых автомобилях высокой проходимости (МАЗ-537). Одна из конструкций дифференциалов этого типа показана на рисунке 1.7.



Рисунок 1.7 - Кулачковый дифференциал свободного хода:

а - конструкция; б - схемы

Между двумя половинами корпуса дифференциала 4 и 5 зажато ведущее кольцо 6 с кулачками прямоугольного сечения с обеих сторон. Один из кулачков на каждом из торцов ведущего кольца выполнен удлиненным к центру (иногда вместо удлиненного кулачка используется шпонка). Впадины между кулачками по ширине больше ширины кулачков. В зацепление с этими кулачками входят кулачки 3 двух полумуфт 2 и 7, установленных на шлицах ступиц, связанных с полуосями. Кулачки полумуфт выполнены такими же, как у ведущего кольца. Полумуфты прижимаются пружинами 1 и 8 к ведущему кольцу.

При движении, когда обе полуоси имеют одинаковую угловую скорость, кулачки ведущего кольца упираются в кулачки полумуфт и дифференциал вращается как одно целое. Если одна из полуосей имеет большую угловую скорость (например, полуось, связанная с внешним колесом на повороте), то полумуфта этой полуоси, перемещаясь в осевом направлении, выходит из зацепления с ведущим кольцом и полуось с колесом вращаются свободно. Для этого имеется специальное устройство.

Внутри ведущего кольца 6 помещено центральное кольцо 9, на обоих торцах которого нарезаны трапециевидные зубья. Центральное кольцо может поворачиваться относительно ведущего кольца на небольшой угол, но зафиксировано от осевых перемещений разрезным пружинным замком 10, размещенным в кольцевых проточках ведущего и центрального колец. На внутренних торцах полумуфт 2 и 7, концентрично кулачкам прямоугольного сечения, нарезаны также зубья трапециевидного профиля, которые входят в зацепление с трапециевидными зубьями центрального кольца, когда угловые скорости полуосей одинаковы. Если одна из полуосей станет забегающей, то кулачки её полумуфты начнут обгонять кулачки ведущего кольца, что возможно благодаря широким впадинам между кулачками. Одновременно с этим наклонные плоскости трапециевидных зубьев забегающей полумуфты скользят по поверхностям трапециевидных зубьев центрального кольца, вследствие чего полумуфта получает перемещение в осевом направлении. Это выводит из зацепления как кулачки забегающей полумуфты с кулачками ведущего кольца, так и трапециевидные зубья полумуфты и ведущего кольца. Забегающая полумуфта освобождается и вращается с угловой скоростью, большей угловой скорости ведущего кольца.

Для того чтобы забегающая полумуфта не включалась периодически (через один зуб), на цилиндрический выступ каждой полумуфты надето с некоторым натягом блокирующее кольцо. На торцах блокирующих колец нарезаны трапециевидные зубья такого же профиля, как трапециевидные зубья полумуфт.

При сборке блокирующие кольца устанавливают так, чтобы удлиненные кулачки ведущего кольца входили в разрезы, а зубья совпадали с зубьями внутреннего ряда полумуфт. Ширина разрезов блокирующих колец обеспечивает возможность их поворота на половину шага зубьев. При выключении обгоняющей полумуфты вместе с ней поворачивается также блокирующее кольцо. Кольцо поворачивается до тех пор, пока торец его разреза не упрется в удлиненный выступ кулачка центрального кольца. В таком положении зубья блокирующего кольца располагаются против зубьев центрального кольца, что предотвращает периодическое включение забегающей полумуфты. После выравнивания угловых скоростей соответствующая пружина (1 или 8) перемещает полумуфту, и кулачки ее снова входят в зацепление с кулачками центрального кольца.

В эксплуатации наблюдаются случаи, когда зимой, при застывшем в корпусе дифференциала масле, включение и выключение полумуфт до прогрева масла несколько замедлено.

Кулачковый дифференциал свободного хода технологически сложен, что отражается на его стоимости [5].

Дифференциалы повышенного трения. Конструктивно могут выполняться различными: шестеренными с фрикционными элементами, червячными, кулачковыми (сухарными), гидравлическими. По рабочему процессу их можно разбить на три группы: с постоянным моментом трения; с моментом трения, пропорциональным передаваемому моменту; с моментом трения, пропорциональным квадрату разности угловых скоростей выходных валов.

Коэффициент блокировки дифференциала повышенного трения зависит от потерь на трение и, следовательно, связан с его КПД.

КПД симметричного дифференциала при остановленном корпусе:

зд=Мзаб/Мот=(Мд-Мr)/(Мд+Мr); (1.2)

Коэффициент блокировки этого дифференциала:

Кб=Мот/Мзаб=(Мд+Мr)/(Мд-Мr); (1.3)

Следовательно,

Кб=1/зд.

Шестеренный дифференциал с постоянным моментом трения. Схема дифференциала показана на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 - Схема конического дифференциала с постоянным моментом трения

Постоянный момент трения создается фрикционной муфтой 2, диски которой прижимаются один к другому пружиной 1. Коэффициент блокировки зависит от момента трения фрикционной муфты и от передаваемого корпусом 3 дифференциала момента. С увеличением передаваемого момента коэффициент блокировки уменьшается. При малом значении передаваемого момента дифференциал практически заблокирован. График зависимости коэффициента блокировки от передаваемого момента представлен на рисунке 1.9. Здесь же показаны зависимости коэффициента блокировки для дифференциала, в котором трение отсутствует (кривая 3), и для дифференциала, в котором трение пропорционально передаваемому моменту (кривая 1).

Рисунок 1.9 - Зависимость коэффициента блокировки дифференциалов различных типов от передаваемого момента:

1-Мr=k(МД);

2-Мr=соnst;

3-Мr=0.

Дифференциалы с постоянным моментом трения (Мд=сonst), создаваемым фрикционной муфтой, не имеют сколько-нибудь широкого применения, так как при небольшом моменте трения муфты они и малоэффективны, а при большом - блокируются в широком диапазоне нагрузок, что может вызвать ускоренное изнашивание шин.

Шестеренный дифференциал с моментом трения, пропорциональным передаваемому моменту. На рисунке 1.10 представлена одна из многочисленных конструкций дифференциалов этого типа.

Рисунок 1.10 - Конический дифференциал с дисками трения.

Трение в дифференциале создается двумя дисковыми фрикционными муфтами 1 и 4. Крестовина дифференциала составлена из двух половин 2 и 3, которые могут раздвигаться при передаче момента, скользя концами шипов по наклонным поверхностям вырезов 5 в корпусе дифференциала. Чем больше передаваемый момент, тем больше раздвигаются обе части крестовины и тем большее сжимающее усилие действует на фрикционные диски. Сила, сжимающая фрикционные диски (без учета осевой силы от конического сателлита):

Рх=Р/tg в=Мд/(2R tg в); (1.4)

где в - половина угла, образуемого наклонными поверхностями шипа;

Р - окружная сила, приложенная к концам шипов крестовины на радиусе R.

Момент трения:

Мr=Рхмrсрi; (1.5)

где rср - средний радиус фрикционных дисков;

м - коэффициент трения;

i - число пар трения.

Момент Мr пропорционален передаваемому моменту Мr=kМд (k - коэффициент пропорциональности). Найдем коэффициент блокировки:

Кб=(Мд+kМд)/(Мд-kМд); (1.6)

Коэффициент блокировки постоянный (см. рисунок 1.9), обычно Кб?4. При передаче небольшого по величине момента (например, при движении, на повороте) трение невелико.

Конструкции дифференциалов этого типа часто применяются на автомобилях высокого класса.

Червячный дифференциал. Одна из конструкций червячных дифференциалов показана на рисунке 1.11.

Рисунок 1.11 - Червячный дифференциал

Здесь усилие от червячных сателлитов 3 передается к полуосевым шестерням 1 и 5 через червяки 2 и 4. Коэффициент блокировки этого дифференциала, у которого момент трения пропорционален передаваемому через дифференциал моменту, постоянный и определяется выражением: Кб=1/зд. Где зд=з1 з2 з3 з4 - произведение КПД четырех червячных пар, находящихся в зацеплении при передаче крутящего момента от одной полуоси к другой, когда водило (корпус дифференциала) остановлено.

В выполненных конструкциях коэффициент блокировки часто был неоправданно высоким и доходил до Кб=20.

Червячный дифференциал наиболее сложный и дорогостоящий из всех типов дифференциалов. Он требует применения дефицитных материалов (сателлиты и червячные шестерни из оловянистой бронзы). В настоящее время применяется крайне редко.

Кулачковые дифференциалы (сухарные). Кулачковые дифференциалы конструктивно могут выполняться с горизонтально (рисунок 1.12 а) и радиально (рисунок 1.12 б) расположенными сухарями.

Рисунок 1.12 - Схема кулачкового дифференциала (сухарного)

Сухари могут размещаться в один или два ряда. При однорядном размещении число кулачков на полуосевых элементах (звездочках) должно быть разным, при этом хотя бы один сухарь будет передавать усилие. При двухрядном размещении число кулачков (рисунок 1.13) одинаково, но один ряд сухарей относительно другого смещают на половину шага кулачков.

Рисунок 1.13 - Двухрядный кулачковый дифференциал

Кулачки внутренней звездочки 2, связанной с одной из полуосей, также расположены в два ряда, со смещением на половину шага. С другой полуосью связана наружная звездочка 3, кулачки которой выполнены по всей ширине звездочки. Ведущим элементом является корпус дифференциала 1 с обоймой 4, в отверстиях которой могут перемещаться в радиальном направлении сухари 5.

Такая конструкция позволяет всегда иметь в зацеплении один ряд сухарей, т. е. передавать усилие одновременно всеми сухарями одного из рядов.

При износе кулачков угол их наклона уменьшается, что приводит к увеличению коэффициента блокировки. При сильном износе кулачков возможно заклинивание сухарей. В выполненных конструкциях кулачкового дифференциала Кб=4...5 [6].

Гидравлические дифференциалы. В гидравлических дифференциалах момент трения, как правило, зависит от квадрата разности угловых скоростей ведомых валов. Они могут применяться как межколесные, так и межосевые. Из большого числа конструкций рассмотрим одну, представленную на рисунке 1.14.



Рисунок 1.14 - Гидравлический дифференциал

В нем установлен лопастной масляный насос, ротор 3 которого жестко связан с левой полуосевой шестерней, а статор 1 закреплен на корпусе дифференциала. В том случае, когда полуосевые шестерни вращаются с разными угловыми скоростями, масляный насос перекачивает масло через узкий канал 4, получая питание через канал 2, чем создается сопротивление поворачиванию полуосевой шестерни. Поступление масла в полость корпуса дифференциала обеспечивается черпаками 5. Блокировка осуществляется как при движении вперед, так и назад.

Гидравлическим дифференциалам этого типа присущи некоторые недостатки, ограничивающие их применение:

-давление, создаваемое насосом, должно быть высоким, что трудно осуществимо;

-гидравлическое сопротивление зависит от температуры масла.

В последнее время некоторое распространение получили простые дифференциалы с автоматической блокировкой при помощи гидромуфты с вязкой жидкостью (рисунок 1.15).

Рисунок 1.15 - Межосевой дифференциал с гидравлической блокирующей муфтой (схема и конструкция)

Этот дифференциал межосевой, размещен в раздаточной коробке. Гидромуфта включена между валами 2 и 3 приводов переднего заднего мостов. Привод от двигателя осуществляется через коробку передач и вал 1 раздаточной коробки. С увеличением разницы угловых скоростей валов, а также времени буксования момент трения гидромуфты увеличивается. Иногда дифференциалы этого типа называют «силиконовыми» по названию применяемой в них жидкости.

Опыт эксплуатации этих дифференциалов пока отсутствует. Можно предполагать, что в условиях низких температур применение «силиконовых» дифференциалов несколько снизит КПД трансмиссии.

2. КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Обоснование принципа автоматической блокировки простого шестеренчатого дифференциала

В трансмиссию большинства колесных машин введены простые шестеренчатые дифференциалы, которые в условиях плохих, дорог и бездорожья служат причиной снижения их производительности, ухудшения проходимости и приводят к технологическим отказам из-за буксования ведущих колес.

В настоящее время преимущественное распространение получили конические шестеренчатые дифференциалы как более надежные, простые и компактные, а с цилиндрическими шестернями менее распространены. Но все они работают нормально только до тех пор, пока сцепление колес с дорогой превышает силы сопротивления движению. Если же ведущие колеса работают на покрытиях с различным коэффициентом сцепления (или одно из колес ведущего моста вывешено), то при наличии дифференциала машина останавливается или движется медленнее, с пробуксовкой, так как ее тяговые свойства определяются условиями сцепления того колеса, которое контактирует е худшим дорожным покрытием.

Если в такой ситуации заблокировать полуоси (чтобы ведущие колеса работали как соединенные жесткой связью), то тяговое усилие будет увеличено за счет силы сцепления колеса, находящегося в более благоприятных условиях.

Все существующие механизмы блокирования дифференциала можно разделить на две группы, различающиеся способом и эффективностью - с полной и частичной блокировкой.

Автоматический самоблокирующийся дифференциал создан на базе простого шестеренчатого. Он имеет дополнительный механизм, который блокирует колеса в начале их пробуксовывания, используя касательные силы инерции. Этот механизм автоматически и выключается, обладает малым внутренним трением, надежен в работе, не ухудшает работу обычного шестеренчатого дифференциала при различных режимах движения колесной машины.

Блокирующий механизм (рисунок 2.1) расположен в корпусе дифференциала на шлицах полуосей ведущих колес 6.

Рисунок 2.1 Принципиальная схема механизма блокировки дифференциала:

1 - полуоси; 2 - упорные конические шарикоподшипники; 3 - корпус дифференциала; 4 - нажимные диски; 5 - блокирующие диски; 6 - шлицы полуосей; 7 - винтовая силовая пружина; 8 - ролики; 9 - сепаратор; 10 - сателлиты; 11 - шестерни полуосей; 12 - пружина консольного типа

Он представляет собой двухстороннюю муфту, вращающуюся вместе с полуосевыми шестернями дифференциала 11, состоит из нажимного диска 4 и блокирующего 5 с пазами, витой силовой пружины 7. Пружина одним концом закреплена на ступице нажимного диска, другим - на блокирующем. Между дисками 4 и 5 расположен сепаратор 9 с роликами 8, размещающимися в их пазах. Сепаратор состоит из внешнего 13 и внутреннего 14 колец, соединенных между собой шпильками 15 (рисунок 2.2). В его кольцах имеются отверстия для установки осей роликов. Механизм также имеет пружины консольного типа 12, выполненные из многожильного стального тросика и удерживающие сепаратор с роликами в среднем положении по отношению к местам заклинивания.

Рисунок 2. 2 - Схема сепаратора с роликами:

1 - внешнее кольцо; 2 - ролик; 3 - шпилька; 4 - внутреннее кольцо.

Блокирующий диск посажен на ступицу нажимного и находится с последним в постоянном зацеплении, которое обеспечивается витой силовой пружиной, роликами и пазами. Силовая витая пружина постоянно удерживает диски в сомкнутом состоянии.

Все детали блокирующего механизма (если последний выключен из работы) вращаются с одинаковой угловой скоростью, выполняя функцию простого шестеренчатого дифференциала. При движении машины прямо, на поворотах, при переезде колесом каких-либо препятствий он не работает.

При попадании одного из ведущих колес на скользкий участок пути оно пробуксовывает. Нажимной диск (буксующего колеса), получив угловое ускорение (е-10...25 с-2), вместе с шестерней полуоси поворачиваются на определенный угол.

За счет силы инерции блокирующий диск остается неподвижным, а нажимной стремится выйти из зацепления, консольные пружины деформируются, и ролики оказываются заклиненными между пазами дисков. Блокирующий, преодолевая сопротивление силовой пружины, перемещается вдоль ступицы нажимного до стенок корпуса дифференциала. За счет сил трения осуществляется блокировка дифференциала.

При дальнейшем движении машины происходит «игра» полуосей. Вследствие этого давление в блокирующей муфте (нажимной диск - блокирующий диск - стенка корпуса дифференциала) ослабевает, и блокирующий диск возвращается в исходное положение под действием упругих сил витой пружины. Расклинивание роликов механизма происходит при перемещении консольных пружин в исходное положение.

Силы инерции в дифференциале имеют наибольшее значение в начале относительного поворота полуосей и когда колесо, имеющее худшее сцепление с грунтом, еще не успело раскрутиться. По этой причине механизм включается, используя касательные силы инерции.

Сравнение конструкций дифференциалов приведено в Приложении А.

2.2 К расчету дифференциала

Принципиально возможность такого способа блокировки обусловлена разницей величин углового ускорения ведущего колеса при работе дифференциала в обычных условиях и пробуксовке одного из ведущих.

Угловое ускорение ведущих колес при разгоне максимальной интенсивности на пределе сцепления колес с дорогой [7]:

ец=, (2.1)

где g - ускорение свободного падения;

г - коэффициент загрузки ведущих колес массой автомобиля;

ц - коэффициент сцепления;

д- коэффициент учета вращающихся масс автомобиля;

rk - радиус качения колеса.

Максимальное угловое ускорение ведущего колеса, вызываемое поворотом автомобиля, при постоянной скорости его движения:

ец=, (2.2)

где v - линейная скорость центра задней оси автомобиля;

R - минимальный радиус поворота центра задней оси;

В - средняя ширина колеи ведущих колес;

t - время поворота рулевого колеса и крайнее положение

При буксовании максимальная величина углового ускорения, как и при отрыве ведущего колеса от дороги, ограниченная подведенным крутящим моментом двигателя:

еб=(1-о)-, (2.3)

ео=, (2.4)

где Jпр - приведенный к ведущему колесу суммарный момент инерции вращающихся частей двигателя, трансмиссии ведущего колеса.

Jпр=(Jд+л)зmim+Jk, (2.5)

где iм - общее передаточное число трансмиссии от двигателя до раздельно раскручивающегося, колеса;

М - крутящий момент двигателя;

л - коэффициент неустановившегося режима работы;

о - коэффициент внутреннего трения в дифференциале;

цmin - коэффициент сцепления буксирующего колеса;

зm - КПД трансмиссии;

Jk - момент инерция ведущего колеса,

Jд - момент инерции двигателя.

Значения углового ускорения для ведущего колес автомобиля ЗИЛ-4331 при отрыве от дороги е0 и буксовании на льду при л=0,25; М=206 Н·м; о=0,04; зм=0,85+0,98 приведены, в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Значения угловых ускорений

е, рад/с2	С грузом	Без груза
	Передачи
	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5
Отрыв от дороги	129	85	545	37,6	28,6	129	85	54,5	37,6	31,2
Буксование на льду	100,5	46,4	29,2	-	-	117,3	70,5	37,5	28,9	25,6

Необходимо отметить, что на величину угловых ускорений большое влияние оказывает разность коэффициентов сцепления между ведущими колесами:

Дц=, (2.6)

где Gа - полный вес автомобиля.

Кроме того, угловое ускорение зависит от передачи, на которой работает колесная машина (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 - Зависимость углового ускорения колеса от разницы коэффициентов сцепления

Зона рекомендуемых значений чувствительности блокирующего механизма к заклиниванию по угловому ускорению ведущего колеса должна определяться условием езак?е+цп, для автомобиля ЗИЛ-4331 оно составляет 10...25 с-2 [8].

Предельное значение коэффициента сцепления буксующего колеса с дорогой, при котором обеспечивается срабатывание блокирующего механизма на различных передачах:

цпред=, (2.7)

где ер - соответствующее расчетное значение углового ускорения буксующего колеса.

С другой стороны, на угловое ускорение раскручивающегося колеса при буксовании или отрыве от дороги оказывает влияние действие ведущих колес, связанных с дорогой через дифференциал.

В данном случае дифференциал, являясь механизмом с двумя степенями свободы, получает управление от двигателя, так и от дороги через ведущие колеса и полуоси.

Независимо от того, как движется автомобиль при раздельном буксовании ведущих колес (с ускорением или с замедлением), буксующее получает дополнительное положительное приращение углового ускорения. Причем, если при ускоренном движении оно непосредственно связанно с разгоном, то есть действует на оба ведущих колеса, то при замедлении связано с передачей отрицательного ускорения небуксующего колеса. Замедление поступательного движения машины при буксовании ведущего колеса может быть вызвано уменьшением реализуемого тягового усилия или возросшим сопротивлением передвижению, либо тем и другим вместе.

Приращение углового ускорения буксующего колеса возрастает при отрицательном ускорении автомобиля. Если допустить, что масса маховика двигателя бесконечно велика по отношению к массе ведущих колес, то отрицательное ускорение машины при уменьшении коэффициента сцепления одного из колес на величину ?ц:

ДцGсц=;

еj=;

откуда; (2.8)

Дополнительное приращение углового ускорения буксующего колеса соответственно составляет:

еj=, (2.9)

Это ускорение буксующего колеса при уменьшении реализуемого тягового усилия колес, соответствующем ?ц=0,6 для груженого автомобиля ЗИЛ-4331 на прямой передаче, составляет еj=9,06 с-2 [9].

Если уменьшение реализуемого тягового усилия совпадает с возрастанием сопротивления передвижению автомобиля, то приращение углового ускорения буксующего колеса дополнительно увеличивается на величину:

еш=; (2.10)

где ?ш - увеличение коэффициента сопротивления движению автомобиля.

В случае движения по переменной местности буксующее колесо получает увеличение углового ускорения еще на одну дополнительную составляющую, обусловленную изменением угловой скорости небуксующего колеса при преодолении препятствия. Ориентировочно о ней можно судить, исходя из значения вертикального ускорения ведущих колес при переезде препятствия:

епб=; (2.11)

где z - коэффициент, характеризующий отрицательное вертикальное ускорение небуксующего колеса при переезде препятствия.

В общем случае суммарное угловое ускорение буксующего колеса для прямолинейного движения машины составит:

е=ед+еj+еш+епб; (2.12)

При этом возможность одновременного воздействия на буксующее колесо угловых ускорений еj и еш исключена.

Тот факт, что угловое ускорение буксующего колеса значительно превышает максимальное ведущего, движущегося без пробуксовки, свидетельствует о принципиальной возможности осуществления блокировки дифференциалов ограничением его углового ускорения. При этом дополнительное воздействие на него возможных угловых ускорений (еj, еш и епб) увеличивает разность между величинами углового ускорения при буксовании, повороте, разгоне и. т.д.

Разработанный роликовый механизм способен блокироваться только при заданном угловом ускорении ведущего колеса, определяющем его чувствительность и продолжительность действия. При этом значительно снижаются ударные нагрузки, возникающие при блокировании дифференциала [10].

Такой механизм можно использовать непосредственно в условиях сельхозпредприятий для машин, имеющих в трансмиссии простые шестеренчатые дифференциалы, без значительных материальных затрат и труда.

2.3 Расчет вала на прочность

Определим опорные реакции в горизонтальной плоскости:

УМД=0; R0,99-Рsin15є·0,92=0R=

R==15,9 Н

УМВ=0; Рsin15є·0,07-R0,99=0R=

R==1,2 Н

Проверка

УRx=0

R-P sin 15є+R=0

15,9-17,1+1,2=0

Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Y.

Сечение 2-2

0?х2?0,92;

М=R·х1, Н·м

при х1=0; М=0; х1=0,92; М=1,2·0,92=1,1 Н·м

Сечение 1-1

0?х2?0,07; М=+R·х1, Н·м

при х1=0; М=0; х1=0,07; М=15,9·0,07=1,1 Н·м

Определим опорные реакции в вертикальной плоскости

УМД=0; R0,99-Рcos15є·0,92=0R=

R==59,24 Н

УМВ=0; Рcos15є·0,07-R 0,99=0R=

R==45 Н

Проверка

УRу=0; RВ-Рcos15є+RД=0

59,24-63,75+4,51=0

Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси х:

Сечение 1-1;

0?х2?0,07; М=RД·х1, Н·м

при х1=0; М=0; х1=0,92; М=4,51·0,07=4,15 Н·м

Сечение 2-2;

0?х2?0,92;

М=RД·х2, Н·м

при х2=0; М=0; х2=0,92; М=4,51·0,92=4,15 Н·м

Определим суммарные радиальные реакции

RB===22 Н

RД===4,7 Н (2.13)

Определяем суммарные изгибающие моменты в наиболее нагруженном сечении.

МС===4,33 Н·м (2.14)

Строим эпюру крутящих моментов

ТК=40 Н·м

Определим напряжения в опасных сечениях вала:

а) нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу:

уа=ул=; (2.15)

где WНЕТТО - осевой момент сопротивления сечения вала, мм3

WНЕТТО=0,1d3-; (2.16)

Тогда

WHETTO=0,1·503-=11285 мм

Тогда уа=уи==0,38 Н/мм2

б) касательные напряжения изменяются по нулевому циклу, при котором амплитуда цикла a равна половине расчетных напряжений кручения к:

фа==, (2.17)

где МК - крутящий момент, Н м

WРНЕТТО - полярный момент инерции сопротивления сечения вала, мм3

WРНЕТТО=0,2d3-; (2.18)

WPHETTO=0,2·503-=23785 мм

фа==1,26 Н/мм2

Определим коэффициент концентрации нормальных и касательных напряжений для расчетного сечения вала:

(Ку)D=

(Кф)D=; (2.19)

где К и К - эффективные коэффициенты концентрации напряжений, принимаем К=1,4; и К=1,4

Кd - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения, принимаем Kd=0,77.

KF - коэффициент влияния шероховатости, принимаем KF=1,05

КУ- коэффициент влияния поверхностного упрочнения, принимаем КУ=1,6.

Тогда:

(Ку)D=(Кф)D==1,17

Определяем пределы выносливости в расчетном сечении вала

(у-1)D=;

(ф-1)D=; (2.20)

где -1 и -1 - пределы выносливости образцов при симметричном цикле изгиба и кручения, принимаем -1=380 Н/мм2, -1=0,58, -1=0,58380=220,4 Н/мм2

Следовательно:

(у-1)D==324,8 Н/мм2

(ф-1)D==188,4 Н/мм2

Определяем коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

Sд=, Sф= (2.21)

Подставляя значения, получим

Sд==852,6;

Sф==149,5;

Определим общий коэффициент запаса прочности в опасном сечении

S=?[S]=2,2 (2.22)

S==147?[S]

Следовательно, вал в опасном сечении удовлетворяет условиям прочности.



Рисунок 2.4 Эпюры изгибающих моментов

2.4 Расчет на прочность подшипника

В дифференциале установлены однорядные радиальные шарикоподшипники при чисто радиальной нагрузке.

F1=280 Н,

Fa=0,

с=3,90 Н,

Со=2270 Н,

n=620 об/мин

По условию прочности работы подшипников

V=Кб=Кт=1, X=1

Эквивалентную прочностную нагрузку определяем по формуле:

P=X·Fг·V·Kб·Кт, (2.23)

где Р - эквивалентная динамическая нагрузка, Н;

Fг - радиальная нагрузка, Н;

V - коэффициент вращения;

Кб - коэффициент безопасности;

Кт - температурный коэффициент.

Р=1·280·1·1·1=280 Н

Номинальную долговечность определяем по формуле:

L=, об/мин. (2.24)

где Р - динамическая грузоподъемность, Н.

L==1480 об/мин

Долговечность подшипника в часах определяют по формуле:

Ln=,ч. (2.25)

где Ln - долговечность подшипника, ч;

n - наибольшая частота вращения, об/мин

Ln==30810 ч.

3. ОХРАНА ТРУДА

3.1 Конструктивная безопасность транспортных средств

3.1.1 Общие сведения

Наряду с бесспорными достоинствами автомобилизации появляется тенденция к увеличению человеческих и материальных потерь вследствие аварий, связанных с транспортными средствами.