Дифференциал
Как колеса на повороте крутятся с разной скоростью, если мотор у них общий? Разбери дифференциал на корпус, сателлиты и полуосевые шестерни и посмотри, как они связаны.
Дифференциал делит момент между колесами поровну, но разрешает им вращаться с разной скоростью.
На повороте внешнее колесо проходит длинную дугу, а внутреннее короткую. Если бы колеса сидели на одном жестком валу, одно все время проскальзывало бы: шины стираются, полуоси скручиваются. Дифференциал решает это сателлитами. Пока машина едет прямо, они не вращаются на шипах и несут обе полуоси с одной скоростью. На повороте сателлиты проворачиваются: одно колесо обгоняет корпус, другое отстает на столько же.
Обратная сторона: сателлит давит на обе полуосевые шестерни одинаково, поэтому колесо на сухом получает не больше момента, чем буксующее на льду или в глине. Буксующее колесо крутится вдвое быстрее корпуса, а машина стоит. Тогда включают блокировку: она соединяет корпус с полуосью, и мост становится жестким валом. На твердой дороге ее выключают. Подробно в теме «Дифференциал».
- nк
- Обороты корпуса. Сумма оборотов двух колес всегда вдвое больше: n1 + n2 = 2 · nк. Остановишь одно колесо, и второе закрутится вдвое быстрее корпуса.
- M
- Момент на колесах. Свободный дифференциал делит его поровну: M1 = M2. Поэтому мост тянет не сильнее, чем позволяет сцепление под худшим колесом.
- u
- Передаточное число главной пары. Шестерня с 9 зубьями и колесо с 37 дают u ≈ 4,1: корпус дифференциала крутится в 4,1 раза медленнее карданного вала.
Из чего состоит дифференциал
Корпус дифференциала крутится вместе с ведомым колесом главной передачи. Пока машина едет прямо, сателлиты на своих осях не вращаются, и обе полуосевые шестерни крутятся заодно с корпусом. Через несколько секунд машина входит в поворот: одна полуось обгоняет корпус, другая отстает на столько же, а сателлиты начинают вращаться и перекатываются по полуосевым шестерням.
Источник модели«Differential Assembly_Final», автор Designer BoI, Sketchfab. Лицензия CC BY 4.0. Модель перекрашена, детали объединены и названы по-русски, сетка упрощена и сжата, добавлены разборка и описание деталей.
Что делает каждая деталь
Нажми «Показать на модели»: деталь подсветится, а остальные станут полупрозрачными.
- 01
Корпус дифференциала
Зачем. Чашка, внутри которой стоят шестерни. Корпус вращается вместе с ведомым колесом главной пары. Сателлиты сидят в нем на осях и вращаются вместе с корпусом вокруг оси моста.
Из чего. Высокопрочный чугун или литая сталь.
Износ. Задиры в гнездах под осями сателлитов, трещины от ударной нагрузки при буксовании и резком сцеплении.
- 02
Крышка корпуса
Зачем. Вторая половина корпуса, притянутая болтами. В настоящем мосту к такому фланцу крепят ведомое коническое колесо главной пары. На модели колеса и ведущей шестерни нет, поэтому видно, как устроен сам дифференциал.
Из чего. Высокопрочный чугун или литая сталь. Плоскость стыка обработана точно, чтобы колесо не било.
Износ. Трещины у отверстий под болты, разбитое посадочное место, если болты ослабли.
- 03
Болты с гайками
Зачем. Стягивают половины корпуса. Через них идет весь момент, который главная пара передает колесам, поэтому их затягивают точно по моменту и стопорят.
Из чего. Сталь класса прочности 10.9, самоконтрящиеся гайки или клей на резьбе.
Износ. Ослабший болт режется о кромку отверстия и рвется, крышка начинает бить.
- 04
Полуосевые шестерни
Зачем. Две конические шестерни на оси моста, по одной на каждое колесо. Внутри у них шлицы, в них входят полуоси. Сателлиты связывают их между собой: если одна отстает, другая на столько же обгоняет корпус.
Из чего. Легированная сталь, зубья цементованы и закалены.
Износ. Износ шлицов: стук при трогании. Задиры на торцах, если опорные шайбы стерлись.
- 05
Опорная шайба
Зачем. Стоит между полуосевой шестерней и корпусом. Зубья конических шестерен отталкивают их друг от друга, и шестерня упирается в корпус через шайбу, а не металлом по металлу.
Из чего. Бронза или сталь с антифрикционным покрытием.
Износ. Стирается, зазор в зацеплении растет, дифференциал начинает стучать на поворотах.
- 06
Сателлиты на осях
Зачем. Две маленькие конические шестерни на осях поперек оси моста. Пока машина едет прямо, они не вращаются на своих осях и несут обе полуосевые шестерни с одной скоростью. На повороте проворачиваются и дают колесам разную скорость.
Из чего. Легированная сталь, зубья цементованы. Оси закалены и шлифованы.
Износ. Задиры на осях и в отверстиях сателлитов от долгой буксовки: при ней сателлиты вращаются быстро, а смазки мало.
- 07
Подшипник корпуса
Зачем. Корпус дифференциала вращается в картере моста на подшипниках. Обычно это конические роликовые подшипники по обе стороны, их натяг регулируют гайками или прокладками. На модели показан один.
Из чего. Подшипниковая сталь ШХ15.
Износ. Выкрашивание дорожек: гул на ходу, люфт корпуса, пятно контакта главной пары сбивается.
- 08
Полуось
Зачем. Вал от полуосевой шестерни к колесу. Шлицевой конец входит в шестерню. У самосвала с бортовыми редукторами полуось крутит солнце планетарного ряда в ступице.
Из чего. Легированная сталь 40ХН2МА, закалка ТВЧ по всей длине.
Износ. Скручивание и излом у шлицов при перегрузке, износ шлицов.
Где стоит
- Задний мост самосвала
Главная пара поворачивает поток на 90°, дифференциал делит его между полуосями, а последнее понижение дает бортовой редуктор в колесе. Про главную пару в теме «Конические передачи».
- Фронтальный погрузчик
У погрузчика оба моста ведущие, и на скользкой площадке у штабеля обычный дифференциал оставил бы машину на месте. Поэтому ставят дифференциалы повышенного трения или с автоблокировкой.
- Сочлененный самосвал
Кроме дифференциалов в мостах, у него есть межосевой: передний и задние мосты на повороте тоже проходят разный путь. На бездорожье его блокируют.
Как ломается и как это заметить
- Вой главной пары
Износились подшипники ведущей шестерни или неверно подобраны прокладки, и пятно контакта ушло на край зуба. Мост воет под нагрузкой или при сбросе газа, потом зубья выкрашиваются.
- Износ сателлитов и шайб
Долгое буксование одним колесом или шины разного диаметра на мосту заставляют сателлиты все время вращаться. Стираются шипы и шайбы: стук при трогании, металл в масле моста.
- Поломка при блокировке
С включенной блокировкой на сухой дороге шины на повороте проскальзывают, а полуоси нагружаются сверх меры и могут сломаться у шлицов. Блокировку выключают, как только колесо выехало на твердое.
Источник модели«Differential Assembly_Final», автор Designer BoI, Sketchfab. Лицензия CC BY 4.0. Модель перекрашена, детали объединены и названы по-русски, сетка упрощена и сжата, добавлены разборка и описание деталей.