Повышение проходимости грузового автомобиля ГАЗ-53А

Спецификация ОВ2 v13.dwg

ДП 110304.04.00.00 ВО
Подшипник 30207 ГОСТ 7207-81
Подшипник 32309 ГОСТ 7207-81
Шайба 24 ГОСТ 6402-70
Шайба пружинная 14 65Г ГОСТ 6402-70

активный дифференциал DPC.docx

Вязкостная муфта (Вискомуфта Viskodrive)
Фрикционный самоблокирующийся дифференциал
Дисковые дифференциалы
Шестеренчатые самоблокирующиеся дифференциалы
Активный дифференциал DPC
Героторный дифференциал
Кулачковыйзубчатый самоблокирующийся дифференциал

Спецификация (Главная передача ГАЗ-53А) v13.dwg

ДП 110304.04.00.00 ВО
Кожух правый в сборе
Промежуточная шестерня
Шестерня ведущая в сборе
Прокладка регулировочная
Болт М12х145 ГОСТ 7798-70
Гайка М12х1 ГОСТ 5927-70
ДП 110301.04.00.00 ВО
Гайка М14х1 ГОСТ 6027-70

Спецификация СБ v13.dwg

ДП 110304.04.13.00 СБ
ДП 110301.04.13.00 СБ
Крышка корпуса правая
Крышка корпуса левая
Эксцентриковая втулка
Болт М18х105 5589-70
Шайба 18 ГОСТ 6402-70

Лист 5 ВО v13.dwg

Повышение проходимости
грузового автомобиля
ДП 110304.05.00.00 ВО

Лист 2 Способы повышения ПРОХОДИМОСТИ v13.dwg

Повышение проходимости
грузового автомобиля
Использование шин с рисунком повышенной проходимости
которые оснащаются высокими выступами протектора
Повышение сцепной массы автомобиля за счет перераспределение
веса на ведущие колеса. Радикальной мерой повышения сцепной
массы является переход к полноприводной схеме.
Использование цепей противоскольжения. Используют
траковые цепи с поперечными ромбовидными и
а также шлицевые цепи
штампованных пластин.
Блокировка (отключение) межосевого дифференциала
в раздаточной коробке у автомобилей повышенной проходимости.
Динамическое преодоление повышенных дорожных
сопротивлений на отдельных участках ограниченной длины
заболоченное место и др.).
Способы повышения проходимости автомобиля
Использование лебедок самовытаскивания

1.docx

- Бункер для хранения сыпучего материала (песка шлака); 2- крыльчатка;
- направляющий желоб; 4- ведущее колесо; 5- индуктивный датчик;
- сравнитель угловых ускорений; 7- ролик; 8- ведущий вал; 9- тормозная камера со штоком; 10- конический редуктор; 11- ведомый карданный вал;
- тормозная камера со штоком; 13- электромагнитный клапан; 14- ресивер; 15- рейка; 16- шестерня; 17- салазки; 18- ворошитель; 19- полуоси; 20- окна с регулировочной колонкой; 21- нижняя площадка кузова

Лист 6 СБ v13.dwg

Повышение проходимости
грузового автомобиля
ДП 110304.04.13.00 СБ

Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства.docx

Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства
(Патент на полезную модель № 113207)
Противобуксующий дифференциал
(Патент РФ № 2091644)
Дифференциал В.П.Демина
(Патент РФ № 2129232)
Дифференциал с автоматической блокировкой колес (Патент РФ № 2119435)
Дифференциал - "Иван"
(Патент РФ № 2135859)
Самоблокирующийся дифференциал
(Патент РФ № 2463501)

Чертеж2 v13.dwg

Повышение проходимости
грузового автомобиля
Неуказанные предельные
отклонения размеров:
отверстий +t; валов -t;
Крышка корпуса правая

Чертеж v13.dwg

Повышение проходимости
грузового автомобиля
Неуказанные предельные
отклонения размеров:
отверстий +t; валов -t;
Крышка корпуса левая

Чертеж3 v13.dwg

Повышение проходимости
грузового автомобиля
Неуказанные предельные
отклонения размеров:
отверстий +t; валов -t;
-1ГП-М2-Т ГОСТ 1050-88

Чертеж4 v13.dwg

Повышение проходимости
грузового автомобиля
Неуказанные предельные
отклонения размеров:
отверстий +t; валов -t;
-1ГП-М2-Т ГОСТ 1050-88

Чертеж5 v13.dwg

Повышение проходимости
грузового автомобиля
Делительный угол подьема
Направление линии витка
Длина нарезанной части
Диаметр впадин витков
Делит. диаметр червяка
Диаметр вершин витков
* Размер обеспечивается инструментом.
Неуказанные предельные отклонения размеров:
IT142. по ГОСТ 25670-83
Сталь 20Х ГОСТ 4543-71

Лист 1 ПРОХОДИМОСТЬ v13.dwg

Повышение проходимости
грузового автомобиля
Основные геометрические параметры
автомобиля (по ГОСТ 2253-77)
проходимости автомобиля
Дорожная проходимость автомобиля
Геометрические размеры ТС
Конструктивные особенности ТС
Свойства колеса (шины)
Тягово-сцепные свойства ТС
углы переднего и заднего свесов
По уровню проходимости
Автомобили ограниченной проходимости (4х2
Автомобили повышенной проходимости (4х4
Автомобили высокой проходимости (8х8

Показатели.docx

Стоимость дизельного подогревателя руб
Годовой объем работ ч
Общие затраты на установку дифференциала руб
Увеличение затрат на содержание руб
- увеличение затрат на амортизационные отчисления
- увеличение затрат на ремонт
- увеличение затрат на изготовление приспособлений монтаж и пуско-наладку
Годовая экономия всего руб
Срок окупаемости лет

Глава 5 БЖЖЖ.docx

5. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА
В Конституции записано что в Российской Федерации охраняются труд и здоровье людей (ст.7.2) и каждый имеет право на труд в условиях отвечающих требованиям безопасности и гигиены (ст.37).
Безопасность - состояние с определенной вероятностью исключающее воздействие опасности на человека в процессе его деятельности в любой среде обитания. Следовательно безопасность определяет система мероприятий и средств исключающих воздействие опасных и вредных факторов в процессе трудовой деятельности перечень этих мер определяет наука "Охрана труда".
Охрана труда - система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности включающая в себя правовые социально-экономические организационно-технические санитарно-гигиенические лечебно-профилактические реабилитационные и иные мероприятия (ст.209 ТК РФ).
Главная задача развития народного хозяйства РФ состоит в последовательном осуществлении курса на подъем уровня жизни народа на основе динамичного и пропорционального развития общественного производства но в этих условиях зачастую увеличивается количество вредных факторов негативно действующих на человека.
Для детального рассмотрения обстоятельств способствующих возникновению негативных событий разработки мероприятий уменьшающих вероятность появления этих событий и улучшения состояния безопасности на производстве необходим анализ опасностей - выявление нежелательных событий которые можно разделить на три составные части:
- идентификацию опасностей (распознование сравнение с образцом
- реализацию мероприятий по ликвидации негативных последствий проявления опасностей.
Последовательность анализа и его показателей определяются конкретным видом работы спецификой его организации видом оборудования и технологии.
Так как двигатель внутреннего сгорания является основным агрегатом любого МТА то от характеристики показателей его работы зависит уменьшение вредных выбросов шума и др. факторов безопасности.
2. Анализ вредных и опасных факторов возникающих при
В последние годы все большее значение придается поиску путей и средств борьбы с загрязнением атмосферы выбросами ДВС. Пути решения этой проблемы заключаются не в ограничении использования двигателей а в совершенствовании их конструкции внедрении целого ряда организационных технических мероприятий.
Отработавшие газы ДВС имеют большое количество компонентов с различным действием влиянием на человека.
Таблица 5.1- Количественный состав компонентов входящих в отработавшие газы [29]
Содержание компонента в % гм
Воздействие на человека
Компоненты отработавших газов делятся на шесть групп:
- кислород водяной пар азот водород и углекислый газ;
- углеводороды (многочисленная группа веществ из которых наибольшую опасность представляют канцерогенные полициклические ароматические углеводороды);
- сажа адсорбирующая канцерогенные вещества;
К основным вредным компонентам отработавших газов ДВС вредно действующих на организм человека и животных почву и водоемы относятся: окись углерода (СО) сернистый ангидрид (S02) окислы азота (NOx) алифатические углеводороды. Концентрация вредных веществ в рабочей зоне должна соответствовать нормам ГОСТ 12.1.005-88 [20].
Таблица 5.2- Предельно допустимые концетрации (ПДК) вредных веществ находящихся в воздухе рабочей зоны [29]
Воздействие на человека вредных веществ
При длительном действии даже при ПДК
вызывает заболевания сердечно-сосудистой системы и отдаленные последствия нервной
При воздействии на человека происходит ухудшение зрения заболевание дыхательных путей;
Вызывает кашель рвоту головную боль;
Вызывает рак легких;
Углеводороды обладают наркотическим действием вызывают головную боль головокружение;
В период эксплуатации ДВС персонал его обслуживающий и находящиеся в близи подвергается воздействию вредных веществ поэтому в соответствии с ГОСТ 17.2.2.05-86 в условиях стендовых испытаний установлены следующие предельно допустимые нормы (ПДН) удельных выбросов вредных веществ с отработавшими газами. Для дизелей сельскохозяйственных и промышленных тракторов г(кВт*ч): окислов азота - 22 окиси углерода - 10 углеводородов - 35. На тракторные дизели предназначенные для использования в местах с ограниченным воздухообменом (теплицы животноводческие комплексы внутрицеховая территория и т. д.) ПДН выбросов с отработавшими газами составляют г(кВт*ч): окислов азота - 13 окиси углерода - 4 углеводородов - 2 [29].
ГОСТ 17.2.2.02-86 нормирует дымность отработавших газов и методы ее измерения при стендовых испытаниях тракторных и комбайновых дизелей. Дымность отработавших газов не должна превышать ПДН приведенные в стандарте в зависимости от объемного расхода воздуха поступающего в цилиндры дизеля на заданном режиме.
В порядке убывания потенциальной опасности компоненты отработавших газов дизелей располагаются следующим образом: сажа окислы азота углеводороды окись углерода и альдегиды.
Факторы влияющие на образование вредных веществ:
- Сажа состоящая в основном из углерода образуется при сильном переобогащении смеси (а 3) и температуре в отдельных зонах камеры сгорания дизеля выше 1250°К. Масло попавшие в зону высоких температур (головка поршня боковая поверхность поршня выше первого кольца стенки камеры сгорания) испаряется частично сгорая и уносится с отработавшими газами. На рисунке 5.1 показаны доли выбросов сажи оксидов азота масляного происхождения.
Синий дым выходящий из выпускной системы дизеля указывает на угар масла. На рисунке 5.2 представлен состав твердых частиц дизелей по происхождению.
Угар масла увеличивается из-за применения маловязких масел в результате чего масло в большем количестве попадает на гильзу цилиндров и проникает через зазор между направляющей втулкой клапана и стержнем клапана.
Температурный режим двигателя оказывает большое влияние на количество сажи в отработавших газах.
Снижение температуры охлаждающей жидкости приводит к увеличению выбрасов твердых частиц с отработавшими газами. Это видно из рисунка 56.3 полученного по данным испытаний дизеля 1241518.
Рисунок 5.1- Состав твердых частиц в отработавших газах дизелей а - сажа б - углеводороды в - оксид азота; 1-3 - доли масляного происхождения.
Рисунок 5.2- Разделение твердых частиц в отработавших газах дизеля масляного (а) и топливного (б) происхождения.
- сажа; фракции масел: 2 - нерастворимые 3 - растворимые; 4 -растворимые фракции топлива; 5 - сульфаты воды.
- Окись углерода. В ДВС образование окиси углерода может происходить в ходе холоднопламенных реакций при сгорании топлива с недостатком кислорода а также в следствии диссоциации двуокиси углерода происходящих при высоких температурах.
Количество окиси углерода увеличивается с повышением температуры рабочего цикла ДВС. При низкой температуре охлаждающей жидкости и на режимах холостого хода количество СО минимально.
Рисунок 5.3- Влияние режима охлаждения дизеля 1241518 на выброс твердых частиц с отработавшими газами.
-Углеводороды (СНХ) образуются у стенок камеры сгорания где температура недостаточна для сгорания топлива а также в отдельных зонах камеры сгорания в результате чрезмерного обеднения или обогащения смеси и при пропусках воспламенения.
При снижении температуры охлаждающей жидкости двигателя наблюдается увеличение СНХ. Особенно большое количество СНХ образуется при пуске дизеля когда он не прогрет на режимах холостого хода и малых нагрузках.
Окись азота на долю которой приходится более 90% всех окислов азота образуется за фронтом пламени в зоне продуктов сгорания в основном при температуре горения выше 2000-2200°К концетрации кислорода и азота. По мере роста нагрузки увеличивается максимальная температура цикла что влечет за собой увеличение NOx.
Альдегиды образуются при протекании в дизеле холоднопламенных процессов до периода основного горения а также в конце такта расшиоения и пои выпуске в результате окисления пленки масла находящегося на стенке цилиндра и топлива подтекающего из распылителя после отсечки. При снижении рабочей температуры количество альдегидов в отработавших газах увеличивается.
Количество NOx СНХ СО сажи альдегидов увеличивается при попадании масла в камеру сгорания и его сгорании.
3. Технические мероприятия уменьшающие количество вредных веществ
Для уменьшения расхода масла через зазоры между стержнями клапанов и их направляющими втулками применяем манжеты уплотняющих стержни. Манжеты изготовлены из резины стойкой к воздействию температур. Расход масла через зазор доходит до 10% от общего расхода масла на угар.
Пары масла с картерными газами вредно действуют на человека. Для снижения вредного действия этих веществ делают вентиляцию картера дизеля принудительной. Принудительная вентиляция заключается в отсосе картерных газов и паров во впускной коллектор двигателя а далее поступление их в цилиндры двигателя где они и сгорают.
ДВС является агрегатом работы которого сопровождается шумом и вибрацией. Это приводит к повышенному утомлению и снижению работоспособности трактористов мотористов слесарей.
Основными источниками шума являются:
- работа механизма газораспределения;
- работа турбокомпрессора;
- работа шестеренчатых передач;
- шум выхлопных газов;
4. Опасные факторы механического воздействия на человека
4.1. Зоны внешних вращающихся деталей и механизмов:
- шкивы коленчатого вала вентилятора воздушного компрессора генератора;
- вал и муфта топливного насоса;
4.2. Зоны плоскости вращения деталей высокоскоростных агрегатов:
- плоскость вращения коленчатого вала;
- плоскость вращения маховика;
- плоскость вращения тормозного устройства;
- плоскость вращения деталей турбокомпрессора;
- плоскость вращения карданного вала;
4.3. Зоны поверхностей с повышенной температурой
Выпускной тракт - выпускной коллектор выхлопная труба турбина
Поверхность блока головка цилиндров; Поверхность водо - маслопроводов.
5. Снижение вредных воздействий на персонал обслуживающий трактор
Проведение регулярного контроля и ТО сокращает потери масла и антифриза из-за возникновения неисправностей двигателя. Течь масла может наблюдаться например из-за плохой герметичности крышки головки блока цилиндров. Масло загрязняет двигатель что бывает причиной пожара. Утечка охлаждающей жидкости может быть из-за не плотностей в соединении патрубков трещин в радиаторе блоке двигателя и т. д. Эти неисправности могут привести к аварии которая может причинить вред человеку.
6. Предлагаемое устройство для улучшения сцепных и тормозных качеств буксующих колес на скользких несущих поверхностях
Устройство (см. рисунок 5.4) включает в себя бункер 1 для хранения сыпучего материала (песка шлака) в днище которого имеются окна с регулировочной колонкой 20; направляющий желоб 3; электромагнитный клапан 13 обеспечивающий подачу воздуха из ресивера 14 в тормозную камеру 12 со штоком имеющую рейку 15 и шестерню 16 вращающие ворошитель 18 расположенный внутри бункера 1 а также в тормозную камеру 9 со штоком прижимающим ведущий вал 8 с жестко закрепленным на нем роликом 7 к ведущему колесу 4; конический редуктор 10 передающий вращение ведущего вала 8 на ведомый карданный вал 11 связанный с крыльчаткой 2; сравнитель угловых ускорений 6 с индуктивным датчиком 5 установленным на ведущем колесе. На корпусе конического редуктора 10 установлены полуоси 19 обеспечивающие его перемещение в горизонтальной плоскости. Устройство легко монтируется и демонтируется с нижней площадки кузова 21 за счет салазок 17.
Устройство устанавливается для каждого ведущего колеса.
Устройство работает следующим образом. При попадании одного колеса на скользкую поверхность оно начинает буксовать. Если угловое ускорение буксующего колеса достигнет значения 10 25 с-2 и выше то включается в работу сравнитель угловых ускорений 6. Электрическая цепь замыкается открывается электромагнитный клапан 13 и сжатый воздух из ресивера 14 подается в тормозные камеры 9 и 12. Шток тормозной камеры 12 двигает рейку 15 которая приводит во вращение шестерню 16 и ворошитель 18. Шток тормозной камеры 9 прижимает вал 8 с жестко закрепленным на нем роликом 7 к боковине ведущего колеса 4. Вращение колеса передается на ролик и ведущий вал затем передается через конический редуктор 10 на
Рисунок 5.4 – Устройство для улучшения сцепных и тормозных качеств буксующих колес на скользких несущих поверхностях
- Бункер для хранения сыпучего материала (песка шлака); 2- крыльчатка;
- направляющий желоб; 4- ведущее колесо; 5- индуктивный датчик;
- сравнитель угловых ускорений; 7- ролик; 8- ведущий вал; 9- тормозная камера со штоком; 10- конический редуктор; 11- ведомый карданный вал;
- тормозная камера со штоком; 13- электромагнитный клапан; 14- ресивер; 15- рейка; 16- шестерня; 17- салазки; 18- ворошитель; 19- полуоси; 20- окна с регулировочной колонкой; 21- нижняя площадка кузова
ведомый карданный вал 11 далее вращение передается на крыльчатку 2. Сыпучий материал (песок шлак мелкий гравий и др.) падает через отверстие регулировочной колонки 20 и подхватывается крыльчаткой 2. Частицы сыпучего материала проходя по конусному направляющему желобу 3 ложатся перед буксующим колесом 4. После того как ведущее колесо перестает буксовать сравнитель угловых ускорений выключается из работы (при этом 10 25 с-2) электромагнитный клапан закрывается и автоматическая подача сыпучего материала под ведущее колесо прекращается.
Устройство необходимо применять для каждого ведущего колеса. При раздельном буксовании ведущих колес работает только одно разбрасывающее устройство (правое или левое). При совместном буксовании ведущих колес автоматическая система управления устройством (сравнитель угловых ускорений) не работает. Для данного случая в кабине водителя может быть предусмотрена кнопка с помощью которой принудительно включаются электромагнитные клапаны и сыпучий материал одновременно подается под оба ведущих колеса мобильной машины. При этом сцепные свойства буксующих колес заметно улучшаются а также повышается надежность в торможении на скользкой поверхности.
Заявляемое устройство для улучшения сцепных и тормозных качеств буксующих колес на скользких несущих поверхностях представляет интерес для народного хозяйства так как позволяет повысить проходимость транспортных средств в условиях скользких дорог а также избежать при этом использования дополнительных источников энергии.

Титульник2.docx

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
Кафедра “Тракторы и автомобили”
РАСЧЕТНО–ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ
ПОВЫШЕНИЕ ПРОХОДИМОСТИ
ГРУЗОВОГО АВТОМОБИЛЯ

ВВЕДЕНИЕ.docx

Многообразие решаемых в сельском хозяйстве задач требует большого количества грузовых автомобилей различного назначения. Использование указанных автомобилей происходит в различных условиях: на поверхностях с высокой несущей способностью (автомобильные асфальтобетонные дороги дороги со щебеночным и гравийным покрытием сухие укатанные грунтовые дороги и др.) и с малой несущей способностью (поле пахота заболоченная луговина глубокий снег и др.).
Работа грузовых автомобилей на поверхностях с малой несущей способностью зачастую приводит к нежелательным последствиям: буксованию колееобразованию снижению сцепных качеств шин нарушению курсовой и боковой устойчивости. Это в свою очередь становится причиной снижения скорости движения производительности качества работы грузовых автомобилей повышенного расхода топлива и т.д.
Для повышения тягово-сцепных качеств и проходимости грузовых автомобилей на поверхностях с малой несущей способностью используются следующие основные средства противоскольжения: крупнозвенные и мелкозвенные цепи колодки траки механизмы блокировки дифференциалов и др. Однако указанные средства (например цепи колодки траки) могут применяться только на отдельных участках дорог к тому же быстро изнашиваются. Самоблокирующиеся дифференциалы обладают большим внутренним трением что значительно влияет на экономичность машины в целом.
Поиск новых более эффективных решений повышающих проходимость и тягово-сцепные качества автомобилей привел к созданию в конце 1980-х годов различных систем ограничивающих буксование ведущих колёс – противобуксовочных систем (ПБС). Эти системы позволяют в определенной мере поставить под контроль тягово-сцепные и скоростные свойства машин в частности грузового автомобиля и его поведение в сложных условиях движения. Широкое внедрение автоматической ПБС на грузовых автомобилях в сельском хозяйстве сдерживается главным образом высокой стоимостью этих систем.

СОДЕРЖАНИЕ.docx

Состояние вопроса проходимости грузового автомобиля
Пути повышения опорной проходимости неполноприводных грузовых автомобилей и их эффективность
1. Эффективность эксплуатации неполноприводных автомобилей
2. Сравнение тяговых способностей мостов оборудованных различными типами дифференциалов
Проектно-технологические расчеты и решения
1. Самоблокирующиеся дифференциалы
1.1. Первые дифференциалы
1.2. Классификация дифференциалов
1.3. Принципы и свойства дифференциалов повышенного трения (самоблокирующихся)
2. Кулачковые дифференциалы
3. Червячные дифференциалы
4. Описание предлагаемой противобуксующей передачи
5. Обоснование параметров дифференциальной противобуксующей передачи транспортного средства
Конструкторская разработка
1. Патентный обзор дифференциалов транспортных средств
1.1. Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства (Патент на полезную модель № 113207)
1.2. Противобуксующий дифференциал (Патент РФ № 2091644)
1.3. Дифференциал В.П.Демина (Патент РФ № 2129232)
1.4. Дифференциал с автоматической блокировкой колес (Патент РФ № 2119435)
1.5. Дифференциал - "Иван" (Патент РФ № 2135859)
1.6. Самоблокирующийся дифференциал (Патент РФ № 2463501)
2. Расчет параметров предлагаемого дифференциала
2.1. Расчет эффективной мощности и крутящего момента
2.2. Расчет параметров зубчатого конического соединения главной передачи
2.3. Расчет червячной передачи
2. Анализ вредных и опасных факторов возникающих при
3. Технические мероприятия уменьшающие количество вредных веществ
4. Опасные факторы механического воздействия на человека
4.1. Зоны внешних вращающихся деталей и механизмов
4.2. Зоны плоскости вращения деталей высокоскоростных агрегатов
4.3. Зоны поверхностей с повышенной температурой
5. Снижение вредных воздействий на персонал обслуживающий трактор
6. Предлагаемое устройство для улучшения сцепных и тормозных качеств буксующих колес на скользких несущих поверхностях
Экологические мероприятия
Технико-экономические показатели проекта
1 Расчет затрат на переоборудование автомобиля
1.1. Капитальные затраты
1.2. Определение затрат на реализацию проекта
2 Расчет затрат на транспортные работы
3 Расчет экономического эффекта от внедрения конструкции
3.1 Годовая экономия за счет уменьшения расхода топлива
3.2 Годовая экономия за счет продления срока службы шин и двигателя
4 Расчет срока окупаемости

Глава 2 пути повышения опорной проходимости.docx

2. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ОПОРНОЙ ПРОХОДИМОСТИ
НЕПОЛНОПРИВОДНЫХ ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ И ИХ
1. Эффективность эксплуатации неполноприводных автомобилей
Неполноприводные грузовые автомобили предназначенные для перевозок различных грузов главным образом по дорогам с твердым покрытием широко используются и в тыловых частях Вооруженных Сил Российской Федерации для перевозок воинских грузов и военно-технического имущества. В связи с этим возникает необходимость использования неполноприводных грузовых автомобилей и на грунтовых (в т.ч. размокших) и песчаных дорогах а в зимний период – на обледенелых дорогах и в условиях снежных заносов.
Эффективность эксплуатации неполноприводных автомобилей в этих условиях резко снижается из-за ограниченной возможности работы с прицепами и часто требующейся посторонней помощи. Прежде всего это связано с неудовлетворительной опорной проходимостью таких автомобилей по размокшим грунтовым сухим песчаным и заснеженным дорогам.
Сдвоенные ведущие колеса высокое давление воздуха в шинах относительно высокие для грунтовых поверхностей вертикальные нагрузки и в первую очередь на колеса передней ведомой оси у автомобилей с компоновкой «кабина над двигателем» вызывают значительные затраты энергии на преодоление сопротивления качению при движении по деформируемым опорным поверхностям. Универсальный рисунок протектора штатных шин кроме того предопределяет и крайне недостаточные сцепные их свойства с такими опорными поверхностями.
На скользких дорогах особенно у автомобилей типа 6х4 при полной нагрузке неуправляемые ведущие колеса оказывают значительное сопротивление повороту а передние управляемые колеса имеют недостаточные сцепные свойства с дорогой и эти автомобили (например КамАЗ-53212) становятся плохо управляемыми.
Одним из основных средств повышения проходимости грузовых автомобилей на деформируемых опорных поверхностях (без вмешательства в их конструкцию) следует считать повышение сцепных свойств их ведущих колес с этими поверхностями что может быть реализовано благодаря применению шин с протектором повышенной проходимости и оборудованию их средствами повышения проходимости (цепями противоскольжения) [22].
Так установка на автомобиль КамАЗ-53212 шин с рисунком протектора повышенной проходимости (например модели О-43) вместо штатных шин (модели И- Н142БМ) с универсальным рисунком протектора позволяет повысить силу тяги автомобиля по сцеплению на сырых суглинистых грунтовых дорогах с прочным подслоем на 30 35 % на свежевспаханном рыхлом суглинке – на 15 % а на закрепленных дерновым покровом грунтовых поверхностях – на 50 %. Однако движение автомобиля с прицепом в этих условиях остается практически невозможным т.к. по абсолютной величине сила тяги остается незначительной.
Оборудование ведущих колес неполноприводных автомобилей цепями противоскольжения значительно повышает их тягово-сцепные свойства на связных деформируемых грунтовых поверхностях размокших грунтовых суглинистых заснеженных и обледенелых дорогах. Кроме того цепи противоскольжения позволяют одиночным автомобилям двигаться по сырым полевым грунтовым дорогам неглубокой (до 30 см) снежной целине с мокрым прессующимся снегом и твердым (мерзлым) подслоем где без цепей они теряют проходимость. При этом цепи противоскольжения с ромбовидным плетением дорожки (см. рисунок 2.1а) обеспечивают не только более высокие сцепные свойства но и лучшую устойчивость автомобиля против заносов и сползания на косогорах чем цепи лестничного типа (см. рисунок 2.1б).
Рисунок 1 – Цепи противоскольжения:
а - с ромбовидным плетением дорожки; б - лестничного типа
Например при движении по сырым суглинистым дорогам автомобиля КамАЗ-53212 оборудованного цепями противоскольжения только на наружных ведущих колесах тележки его тяговые показатели повышаются на 75 85 % а на льду – в 3 35 раза что предопределяет возможность эксплуатации в этих условиях не только одиночного автомобиля но и автомобиля с прицепом.
Необходимо отметить что на внутренние ведущие колеса автомобиля КамАЗ-53212 цепи противоскольжения не могут быть установлены т.к. при вращении колес они задевают за кронштейны рессор и энергоаккумуляторов и обрываются. Это не позволяет полностью реализовать возможности улучшения сцепных свойств с опорной поверхностью ведущих колес и отрицательно сказывается на сцеплении оборудованных цепями наружных колес. При движении с буксованием ведущих колес (на подъеме с прицепом при трогании с места) наружные колеса цепями выгребают под собой лунки а внутренние – скользят по грунту выше и часть сцепной массы как бы «вывешивается» на них. На укатанных заснеженных дорогах при оборудовании цепями противоскольжения только наружных колес тяговые свойства неполноприводных автомобилей увеличиваются на 25 % а при оборудовании целиком сдвоенных колес – на 60 %.
При монтаже цепей на ведущие колеса автомобилей следует обращать внимание на равномерность натяжения всех их звеньев. В противном случае при движении автомобиля цепи будут сползать с колес или обрываться. На сухих дорогах цепи противоскольжения эффекта не дают и во избежание разрушения а также с точки зрения безопасности движения их необходимо демонтировать.
Установка шин с протектором высокой проходимости и цепей противоскольжения на колеса неполноприводных автомобилей хотя и приводит к заметному повышению тягово-сцепных свойств и уменьшению пробуксовывания колес но не оказывает сколько- нибудь значительного влияния на снижение сопротивления качению по размокшим грунтовым сухим песчаным и заснеженным дорогам. Поэтому скорости движения таких автомобилей в этих условиях остаются низкими.
Известно [2] что наибольшие величины тягово-сцепных показателей при движении по грунтовым заснеженным и обледенелым дорогам и деформируемым грунтовым поверхностям как при использовании средств противоскольжения так и без них достигаются при пробуксовывании колес около 30 %. При большем пробуксовывании они резко снижаются при одновременном росте сопротивления качению. Наибольшая вероятность пробуксовывания колес возникает при трогании автомобиля с места. Во избежание потери проходимости необходимо стремиться не допускать остановок на подъемах а трогание с места производить очень плавно.
Наибольший эффект повышения проходимости неполноприводных автомобилей может быть достигнут за счет мероприятии обеспечивающих одновременное повышение тягово-сцепных свойств ведущих колес с опорными поверхностями и снижение сопротивления качению. К таковым могут быть отнесены:
-снижение вертикальной нагрузки на колеса с одновременным использованием рассмотренных выше средств повышения сцепных свойств;
-применение на всех осях односкатных колес с шинами несколько больших размеров и рисунком протектора повышенной проходимости [1].
Снижение вертикальной нагрузки на ведущие мосты неполноприводных автомобилей до уровня соответствующего примерно равномерному ее распределению по осям позволяет уменьшить сопротивление качению а следовательно и затраты энергии на движение по деформируемым грунтовым поверхностям. Кроме того эти автомобили на сильно деформируемых грунтовых поверхностях будут иметь и меньшую вероятность потери проходимости.
Снижение нагрузки на ведущие мосты до соответствующего уровня может быть достигнуто только путем уменьшения массы перевозимого груза автомобилями ГАЗ-3307 от 45 до 25 т; ЗИЛ-431410 от 60 до 40 т и КамАЗ-53212 от 100 до 55 т что безусловно нежелательно. Тем не менее в определенных ситуациях это может быть единственным способом выполнения поставленной задачи по доставке груза.
Но даже и при меньшей массе груза ведущие двускатные колеса прокладывают за передними ведомыми колесами практически новую и более широкую колею и сопротивление качению на деформируемой опорной поверхности снижается не более чем на 20%. Применение односкатных колес несколько больших размеров на всех осях позволяет снизить это сопротивление до более значительных величин.
Для рассматриваемых целей по нагрузочным и размерным параметрам наиболее приемлемыми являются шины с регулируемым давлением воздуха применяемые на армейских автомобилях многоцелевого назначения. Так на автомобили ЗИЛ-431410 и КамАЗ-53212 могут быть установлены радиальные шины 12.00R20 модели КИ-113 от автомобиля ЗИЛ-433420 с рисунком протектора повышенной проходимости. Они больше штатных шин этих автомобилей (по наружному диаметру на 140 мм и по ширине на 73 мм) и имеют одинаковый с ними посадочный диаметр 508 мм.
При установке этих шин обеспечивается односкатная ошиновка всех колес автомобилей ЗИЛ-431410 (см. рисунок 2.2) и КамАЗ-53212 (см. рисунок 2.3). На ступицы автомобиля ЗИЛ-431410 устанавливаются штатные колеса автомобиля ЗИЛ-433420 со смонтированными на них шинами. Для получения наибольшего совпадения следов колес при прямолинейном движении установка колес на ступицы передней оси должна производиться бортовыми кольцами наружу а заднего моста – внутрь. На автомобиле КамАЗ-53212 шины монтируются на штатные бездисковые колеса автомобиля которые устанавливаются на ступицы передней оси и ведущих мостов (наружные обода) так же как и со штатными шинами. На ступицы ведущих мостов внутренние обода устанавливаются без шин.
Рисунок 2.2 – Автомобиль ЗИЛ-431410 на шинах с регулируемым давлением
Рисунок 2.3 – Автомобиль КамАЗ-53212 на шинах с регулируемым давлением
Автомобили ЗИЛ-431410 и КамАЗ-53212 с шинами модели КИ-113 при массе 85 т (40 т груза на платформе) и 130 т (55 т груза на платформе) соответственно обладают значительно лучшей опорной проходимостью чем на штатных шинах при движении по деформируемым грунтовым поверхностям и снежной целине. Так автомобиль ЗИЛ- 431410 на штатных шинах со сниженным до 01 МПа давлением воздуха по вспаханному проборонованному суглинку и сухому сыпучему песку двигаться не может а по слежавшейся суглинистой пахоте может двигаться со скоростью не более 12 кмч развивая наибольшую удельную силу тяги равную 005. На шинах же модели КИ-113 с тем же давлением воздуха на тех же опорных поверхностях сопротивление буксированию автомобиля снижается в 17 18 раза. Автомобиль по первым двум наиболее тяжелым с точки зрения проходимости грунтовым поверхностям может двигаться со скоростью 145 180 кмч развивая наибольшую удельную силу тяги 006 007 а по третьей – со скоростью до 20 кмч развивая наибольшую удельную силу тяги 015 017 что соответственно в 17 и 30 34 раза выше чем на штатных шинах.
Автомобиль ЗИЛ-431410 на шинах модели КИ-113 может двигаться и с полной нагрузкой на платформе (60 т) но при этом сопротивление буксированию на вспаханном проборонованном суглинке возрастает в 175 20 раза. Наибольшая же удельная сила тяги остается на уровне 006 007 и снижается до 004 005 на сухом сыпучем песке.
Таким образом в зависимости от дорожно-климатических условий сложившейся ситуации и возможностей опорная проходимость неполноприводных грузовых автомобилей а следовательно и эффективность их использования могут быть улучшены различными путями и в различной степени.
При эксплуатации автомобилей в зимнее время по обледенелым дорогам и в условиях снежных заносов для них наиболее доступным и достаточно эффективным средством повышения проходимости являются цепи противоскольжения устанавливаемые на штатные шины. Причем предпочтительным особенно для горной местности является использование цепей с ромбовидным плетением дорожки. Цепи
противоскольжения также эффективны и на размокших грунтовых дорогах.
Для эксплуатации на размокших грунтовых дорогах и деформируемых грунтовых поверхностях на автомобили целесообразно устанавливать шины с рисунком протектора повышенной проходимости которые не снижают эксплуатационных характеристик автомобилей и на дорогах с твердым покрытием.
Наиболее значительное улучшение опорной проходимости неполноприводных автомобилей по грунтовым дорогам и деформируемым грунтовым поверхностям обеспечивает установка на всех осях односкатных колес с шинами с регулируемым давлением воздуха которые допускают эксплуатацию с пониженным до 005 010 МПа давлением воздуха. При этом автомобили ГАЗ-3307 ЗИЛ-431410 и КамАЗ-53212 имеют показатели опорной проходимости по деформируемым грунтовым поверхностям близкие к показателям полноприводных автомобилей. Правда в этом случае неизбежно снижение массы перевозимого ими груза до 25; 40 и 55 т соответственно т.е. примерно до уровня грузоподъемности полноприводных автомобилей ГАЗ-3308 (23 т) ЗИЛ-433420 (375 т) и КамАЗ-5350 (60 т). Кроме того установка шин с регулируемым давлением воздуха не приводит к увеличению нагруженности трансмиссий неполноприводных автомобилей на деформируемых опорных поверхностях.
2. Сравнение тяговых способностей мостов оборудованных различными типами дифференциалов
При сравнении тяговых способностей мостов оборудованных различными типами дифференциалов установлено что в неблагоприятных дорожных условиях при неодинаковом сцеплении ведущих колес с дорогой дифференциальный привод не обеспечивает возможной по условиям движения реализации тягового усилия так как оно ограничивается реализуемым моментом на колесе находящимся в худших сцепных условиях.
Максимальный реализуемый момент дифференциального привода не может быть более
где- вес автомобиля приходящийся на одно колесо (сцепной вес);
-динамический радиус колеса;
- коэффициент сцепления забегающего колеса с дорогой;
- момент трения дифференциала.
Применение самоблокирующихся дифференциалов которые перераспределяют моменты между ведущими полуосями в зависимости от условий сцепления колес с дорогой способствует улучшению тяговых качеств транспортных машин.
Самоблокирующийся дифференциал позволяет реализовать максимальный момент определяемый по выражению [24]:
где - меньший момент (на забегающем колесе);
- больший момент (на отстающем колесе);
- коэффициент блокНа основании формулы (3) на рис.1 приведены графики максимального реализуемых тяговых моментов межколесных дифференциалов при различных коэффициентах сцепления колес с дорогой. Характеристики построены для автомобиля ИЖ-21261 имеющего .
Прямая 1 (см.рисунок 2.4) соответствует максимально реализуемому моменту при одинаковом сцеплении φ обоих колес с дорогой а прямая 2 - максимально возможному реализуемому моменту при коэффициенте сцепления одного из колес φзаб а другого [24]
Необходимо подбирать характеристику дифференциала так чтобы при движении автомобиля в хороших дорожных условиях отсутствовал бы фрикционный момент в муфтах и самоблокирующийся дифференциал работал как обычный дифференциал (прямая 3).
Рисунок 2.4 - Графики максимально реализуемого тягового момента для различных типов и характеристик межколесных дифференциалов при различных коэффициентах сцепления колес с дорогой
На рисунке 2.5 показана зависимость от а на рисунке 2.6 -от при использовании дифференциалов с различными коэффициентами блокировки. Коэффициент сопротивления качению колес принят равным и Точка (см. рисунок 2.6) соответствует началу буксования внутреннего колеса.
Рисунок 2.5- Распределение тяговых сил между колесами автомобиля при установке самоблокирующихся дифференциалов.
Рисунок 2.6- Изменение суммарного коэффициента сопротивления уводу при установке самоблокирующихся дифференциалов.
В случае установки на автомобиль межколесного симметричного дифференциала при значениях превышающих значения соответствующие точке суммарная тяговая силауменьшается с увеличением В связи с этим суммарный коэффициент сопротивления уводу колес ведущей оси начиная с точки возрастает по мере увеличения достигая наибольшего для этого участка значения при полной разгрузке внутреннего колеса .
Если автомобиль снабжен самоблокирующимся дифференциалом то значениеможет оставаться неизменным и после того как началось буксование внутреннего колеса. В этом случае происходит перераспределение моментов передаваемых на внутреннее и внешнее колесо. Если до начала буксования внутреннего колеса оно было отстающим и к нему подводилась большая часть момента передаваемого коробке дифференциала то после начала буксования внутреннее колесо превращается в забегающее и большая часть крутящего момента начинает передаваться на внешнее колесо.
Значения при превышении которого должно обязательно умень-шаться с увеличением могут быть подсчитаны по формуле
Таким образом после начала буксования колес при установке межколесного дифференциала с коэффициентом блокировки суммарный коэффициент сопротивления уводу не возрастает как при наличии симметричного дифференциала а продолжает уменьшаться до достижения . На графике (см. рисунок 2.6) абсцисса соответствующая обозначена ар. При в связи с уменьшением суммарной тяговой силы суммарный коэффициент сопротивления уводу возрастает при увеличении Следовательно тип межколесного дифференциала существенно влияет на изменение суммарного коэффициента сопротивления колес ведущей оси.
Анализ всех построенных зависимостей влияния межколесного самоблокирующегося дифференциала на управляемость и устойчивость легкового автомобиля показал что в зависимости от характера движения на дорогах с различным коэффициентом сцепления необходимо получение переменных блокирующих свойств в зависимости от внешних условий и параметров работы дифференциала и позволяет сделать следующие выводы:
Блокирующие свойства межколесных самоблокирующихся дифференциалов (МСД) оказывают более значимое положительное влияние на прямолинейное движение легкового автомобиля с передним приводом и увеличивают границы его устойчивости при установившемся криволинейном движении.
На дорогах с низким коэффициентом сцепления необходимо ограничение коэффициента блокировки МСД легкового автомобиля до значения 25 и необходим подбор интенсивности нарастания момента блокировки с увеличением разности угловых скоростей ведущих колес.
Влияние блокирующих свойств МСД при установившемся криволинейном движении на дорогах как с низким так и с высоким коэффициентом сцепления для автомобиля с задним приводом ведет к сужению границ устойчивости движения а для автомобилей с передним приводом – к их расширению. Влияние блокировки дифференциала на устойчивость неустановившегося криволинейного движения легкового автомобиля неоднозначно и определяется величиной возмущающего воздействия. При этом высокое значение коэффициента блокировки для всех условий криволинейного движения однозначно снижает управляемость и устойчивость легкового автомобиля
МСД с возрастающим внутренним трением позволяя более полно реализовать тяговое усилие при движении в плохих дорожных условиях имеет излишне большие блокирующие свойства при движении с большой нагрузкой на поворотах. МСД с убывающим внутренним трением необходим для автомобилей с высокими тягово-скоростными качествами так как позволяет двигаться на поворотах с максимальной скоростью и его характеристика при этом приближается к характеристике обычного дифференциала. Вместе с тем такой дифференциал в меньшей степени способен перераспределять моменты по полуосям и не позволяет реализовать максимально возможный момент при достаточно хорошем сцеплении одного из колес.
Комбинированная характеристика МСД позволит более полно реализовать тяговое усилие в плохих дорожных условиях не снижая управляемости и устойчивости движения по дорогам с высоким и малым коэффициентом сцепления.

Аннотация.docx

В дипломной работе рассмотрены проблемы проходимости грузового автомобиля. Проведен патентный обзор устройств для улучшения условий автомобилей.
В третьей главе детально рассмотрены самотормозящиеся дифференциалы предложено устройство и проведено обоснование параметров дифференциальной противобуксующей передачи транспортного средства.
В четвертой главе проведен патентный обзор и конструкторские расчеты предложенного устройства.
Так же в дипломном проекте рассмотрены вопросы охраны труда. Требования безопасности труда предъявляемые к конструкции двигателей. Предложено устройство для улучшения сцепных и тормозных качеств буксующих колес на скользких несущих поверхностях.
Дипломный проект изложен на страницах состоит из семи глав имеется введение список литературы из 30 источников 3 таблицы 34 рисунков и приложений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.docx

Проведенный нами обзор самоблокирующихся дифференциалов позволил выявить наиболее целесообразную противобуксующюю передачу.
В разделе безопасности труда нами представлено устройство для улучшения сцепных и тормозных качеств буксующих колес на скользких несущих поверхностях.
Технико-экономическое обоснование проекта показывает что при минимальной работе в 200 часов в холодное время года экономия топлива и затрат на ремонт составляют 19209 рублей а срок окупаемости составляет 411 года.

Литература гот.docx

Анурьев В. И. Справочник конструктора – машиностроителя: в 3–х т.: Т. 1. [Текст] В.П. Анурьев. – 8-е. изд. перераб. и доп.- м.: Машиностроение 2001. – 920 с.
Анурьев В. И. Справочник конструктора – машиностроителя: в 3–х т.: Т. 2. [Текст] В.П. Анурьев. – 8-е. изд. перераб. и доп.- м.: Машиностроение 2001. – 912 с.
Анурьев В. И. Справочник конструктора – машиностроителя: в 3–х т.: Т. 3. [Текст] В.П. Анурьев. – 8-е. изд. перераб. и доп.- м.: Машиностроение 2001. – 864 с.
Астафьева О.М. Брославец П.А. Методы оценки технико-экономической эффективности грузовых автомобилей О.М. Астафьева П.А. Брославец П.А. Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 2.
Дорофеев И.Н. Безопасность жизнедеятельности в АПК России: состояние и тенденции [Текст] И.Н. Дорофеев В.М. Михайлов В.П. Паракин В.И. Попадейкин Охрана труда и техника безопасности в сельском хозяйстве. - 2006. - № 7. - С. 9-11.
Зангиев А. А. Производственная эксплуатация машинно-тракторного парка [Текст] А.А. Зангиев. - М.: КолосС 2006. – 320 с.
Зотов Б. И. Безопасность жизнедеятельности на производстве [Текст] Б.И. Зотов В.И. Курдюмов.. - М.: Колос 2003. - 432 с.
Карпенков В. Ф. Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Кн. 2. [Текст] В.Ф. Карпенков Л.Г. Баграмов В.Н. Байкалова и др. – М.: «КолосС» 2006. – 453 с.: ил. – (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений).
Карташевич А.Н. Инновационные разработки в автотракторной технике: Монография.– Горки: Белорусская государственная сельскохозяйственная академия 2007. 244с.
Келлер А. В. Принципы и методы распределения мощности между ведущими колесами автомобильных базовых шасси А.В.Келлер Н.А. Мурог. — Челябинск: ЧВВАКИУ 2009. — 218 с.
Келлер А.В. Повышение эффективности колесных машин на основе принципа комбинированного управления распределением мощности А.В. Келлер И.А.Мурог А.Ю. Кокшин А.Н. Торопов Проектирование колесных машин: Материалы Всерос. науч.-техн. конф. посвященной 70-летию факультета «Специальное машиностроение» МГТУ им. Н.Э.Баумана - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана 2010. - С. 309-314.
Клецкин М. И. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин [Текст] М.И. Клецкин. - В 4-х томах.- М.: Машиностроение 1967.-Т.1- 722 с.
Козловский П. И. Возможные пути повышения опорной проходимости неполноприводных грузовых автомобилей и их эффективность П. И. Козловский В. В. Воронин А. В. Острецов Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров : материалы междунар. науч.-техн. конф. - М. 2010. - С. 164-168
Колесник П. А. Материаловедение в автомобильном транспорте: Учебник для студ. высш. учеб. заведений [Текст] П.А. Колесник В.С. Кланица. – М.: Издательский центр «Академия» 2005. – 320 с.
Коротоношко Н.И. Шуклин С.А. Влияние конструкции шин и самоблокирующихся дифференциалов на проходимость автомобиля Урал375 Автомобильная промышлен ность № 7 1968 C. 22-25.
Кульпин Э. Ю. Результаты исследований параметров влияющих на КПД дифференциала мобильных колесных машин [Текст] Э. Ю. Кульпин Ю. Г. Горшков И. Н. Старунова К. В. Глемба Наука. – 2002. - № 4. – С. 41-45.
Кульпин Э. Ю. Особенности функционирования дифференциалов колесных машин сельскохозяйственного назначения и оценка их тягово-сцепных свойств [Текст] Э. Ю. Кульпин Ю. Г. Горшков Вестник ЧГАУ. – 2001. – Т. 35.– С.77-83.
Матвеев В. А. Техническое нормирование ремонтных работ в сельском хозяйстве [Текст] В.А. Матвеев И.И. Пустовалов.- М.: Колос 1979.- 288 с.
Машиностроение: энциклопедия: в 40 т. [Текст] под ред. И.П. Ксеневича. - М.: Машиностроение.- Т.4-16: Сельскохозяйственные машины и оборудование. - 1998. - 720 с.
Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники [Текст] Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации. - М. 1998. - 219 с.
Некрасов С. С. Технология сельскохозяйственного машиностроения: учебник и учеб. пособие для студ. вузов [Текст] С.С. Некрасов И.Л. Приходько Л.Г. Баграмов.- М.: КолоС 2005. - 360 с.
Острецов А. В. Пути повышения опорной проходимости неполноприводных грузовых автомобилей А. В. Острецов В. В. Воронин Автомобильная промышленность. - 2012. - № 8. - С. 32-34
Оськин В. А. Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Кн. 1. – М.: «КолосС» 2007. – 447 с.: ил. – (Учебники и учеб. пособия для студентов Высш. учеб. заведений).
Пирковский Ю.В. Шухман С.Б. Теория движения полноприводного автомобиля (прикладные вопросы оптимизации конструкции шасси). М. ЮНИТИДАНА 2001. 230 с.
Сапронов Ю. Г. Безопасность жизнедеятельности: учеб. пособие для студ. сред. проф. образ. [Текст] Ю.Г. Сапронов А.Б. Сыса В.В. Шахбазян.- М.: Академия2003. – 320 с.
Тимофеев Г.А. Панюхин В.В. Модификации цилиндрических самотормозящихся передач и варианты самоторможения Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 1986. № 1. С. 51—54.
Тургиев А. К. Охрана труда в сельском хозяйстве [Текст] А.К. Тургиев.- М.: Издательский центр "Академия" 2003. -320с.
Федоренко И. Я. Дипломное проектирование: методические указания для студентов агроинженерных специальностей [Текст] И.Я. Федоренко С.А. Белокуренко С.В. Золотарев Н.Т. Кривочуров А.А. Смышляев; под общей редакцией И.Я. Федоренко. 2-е изд. перераб. и доп. Барнаул: АГАУ 2007.- 130 с.
Шкрабак В. С. Безопасность жизнедеятельности в сельскохозяйственном производстве [Текст] В.С. Шкрабак А.В. Луковников А.К. Турчиев. – М.: Колос 2003. – 512 с.
Колчин А.И. Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов.- 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. школа 1980. - 400 с.

Глава 7 Экономика.docx

7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЕКТА
Целью работы является повышение проходимости грузового автомобиля посредством установки самоблокирующегося дифференциала.
Основные затраты на реализацию данного проекта составляют: закупка дифференциала и модернизация главной передачи и установка на автомобиль.
Закупать дифференциал приходится потому что в условиях хозяйств изготовить такие устройства невозможно. Нет специального оборудования для изготовления этих устройств также нет специалистов которые смогли бы сделать такое оборудование.
Расчет абсолютной экономической эффективности проведен в соответствии с отраслевой методикой [20].
1 Расчет затрат на переоборудование автомобиля
1.1. Капитальные затраты определяются по формуле:
Ск = Соб + Сдост + Смонт + Спн (7.1)
где Соб – стоимость оборудования необходимого для запуска проектируемой технологии руб.;
Сдост – стоимость доставки оборудования (Сдост = 5% Спок.об) руб.;
Смонт – стоимость монтажа оборудования руб.;
Спн – стоимость пуско-наладки оборудования руб;
Необходимые затраты для запуска проектируемой технологии определяются по формуле:
Соб = Спок.об + Сизг.об (7.2)
где Спок.об – стоимость покупного оборудования и приспособлений руб.;
Сизг.об – стоимость изготавливаемого оборудования руб.
Стоимость покупного оборудования определяются по формуле:
Спок.об = Σ Коб * Цоб (7.3)
где Коб – количество покупного оборудования ед.;
Цоб – цена покупного оборудования руб.ед.
Данные расчетов по стоимости покупного оборудования и приспособлений заносим в таблицу 7.1.
Таблица 7.1 - Определение стоимости покупного оборудования и приспособлений
Самоблокирующийся дифференциал
Запасные части для модернизации главной передачи
Стоимость изготовления и монтажа оборудования определяются по формуле:
См.об = Ззп + Зм +Зн (7.4)
где Ззп – стоимость оплаты труда работников устанавливающих оборудование руб.;
Зм – стоимость материалов и приспособлений руб.;
Зн – накладные расходы руб.
Стоимость оплаты труда работников устанавливающих оборудование рассчитываем по формуле:
Ззп = (Тф + Др) * Кр * Котп * Ксоц(7.5)
где Тф – тарифный фонд руб.;
Др – доплаты к тарифному фонду (Др = 10% * Тф) руб.;
Кр – районный коэффициент (Кр = 115);
Котп – коэффициент учитывающий отчисления на отпуск (Кр = 1067);
Ксоц – коэффициент учитывающий отчисления на социальны нужды (Кр = 1263 согласно статьи НК РФ № 241 от 1 января 2006 г.).
Тарифный фонд рассчитывается по формуле:
где Тч – часовая тарифная ставка руб.час;
tр – количество часов затраченных на выполнение данных видов работ час.
Часовая тарифная ставка определяется по формуле:
Тч = (МО * Краз * Ксл) Крм(7.7)
где МО – минимальная оплата труда принимаем МО = 6760 руб.;
Краз – коэффициент разряда;
Ксл – коэффициент сложности выполняемых работ (Ксл = 2);
Крм – количество рабочих часов в месяц Крм = 1764 час.
Используя формулы (7.6) (77) определим часовые тарифные ставки и затраты на тарифный фонд. Результаты расчетов заносим в таблицу 7.2.
Таблица 7.2 - Определение величины тарифного фонда
Часовая тарифная ставка руб.час.
Количество часов работы час.
Стоимость оплаты труда работников изготавливающих оборудование рассчитываем по формуле (7.6):
Ззп = 3839 * 115 * 1067 * 1263 = 59495 руб.
Накладные расходы принимаем 120% от Ззп.
Зн = 12 * 59495 = 71395 руб.
Используя формулу (7.3) находим стоимость оборудования необходимого для запуска проектируемой технологии:
См.об =50000+2500+71395= 596395 руб.
Стоимость доставки оборудования принимаем равным 5% Спок.об
Сдост = 005 * 52500 = 2625 руб.
По формуле (7.2) находим капитальные затраты на приобретение изготовление оборудования приспособлений монтаж и пуско-наладку:
Ск = 52500+2625 +71395 +2625= 648895 руб.
1.2. Определение затрат на реализацию проекта
В связи с тем что проектируемая технология не привязывается к конкретному производству и может быть внедрена в типовых мастерских хозяйств то вопрос касающийся производственных площадей в каждом конкретном случае решается индивидуально и в данном расчете принимаем Сз=0.
2 Расчет затрат на транспортные работы
Затраты связанные с эксплуатацией дифференциала заключаются в затратах на топливо используемое при работе автомобиля и затратах на ремонт и амортизацию.
Таблица 7.3- Краткая техническая характеристика автомобиля ГАЗ-53
Максимальная грузоподъемность кг
Число мест для сидения (вкл. водителя)
Углы свеса кузова град.
Колея передних колес мм
Колея задних колес мм
Наименьший радиус поворота м
Снаряженная масса кг
Эксплуатационные данные
Максимальная скорость с номинальной нагрузкой кмч
Контрольный расход топлива при 40 кмч л100 км
Тормозной путь со скорости 50 кмч м (не более)
Максимальный преодолеваемый подъем град
2.1 Определяем амортизационные отчисления на агрегат по формуле:
где НА = 125% - норма амортизационных отчислений;
Б – балансовая стоимость дифференциала Б =Ск=63690 руб
2.2. Отчисления на ремонт определяются как:
НР = 115% - норма отчислений на ремонт;
Собщ=648895+81112+74623= 80463 руб
3 Расчет экономического эффекта от внедрения конструкции
3.1 Годовая экономия за счет уменьшения расхода топлива
Применение самоблокирующегося дифференциала позволит снизить удельный расход топлива в течении года на 6 7 % [16]
Эт= 0450*845*200*006 = 4563 кг
где Эт - годовая экономия топлива кг
ge - удельный эксплуатационный расход топлива двигателя
NВ - мощность затрачиваемая автомобилем кВт *ч
Фг - годовой фонд рабочего времени для автомобиля когда необходимо увеличить проходимость Фг= 200 ч [15].
Эффект от снижения расхода топлива
Эг.т= 4563 *30= 13689 руб.
3.2 Годовая экономия за счет продления срока службы шин и двигателя
При пробуксовке в зимний период и в осеннее-весенний износ износ шин возрастает на 3 5% потеря мощности составляет 5 7%. Благодаря использованию самоблокирующегося дифференциала затраты на ремонт снизятся на 15% [13]. Берем от стоимости поршневой и зарплаты моториста не учитывая затраты на расточку коленчатого вала
гдеЦг - цена поршневой Цп = 49000 Цр =15000 руб
Эг – процент увеличение долговечности Эг=15%
Эш= Эг*Цш=5*32000100=1600 руб
Эр=15*49000100=3920 руб.
Эобщ= 13689+3920+1600=19209 руб
4 Расчет срока окупаемости
Срока окупаемости То в годах можно подсчитать по формуле:
Подставив значения найдем срок окупаемости:
То = 80463 19209 = 418 года.
Данные расчетов заносим в таблицу 7.4
Таблица 7.3 Технико-экономические показатели проекта
Стоимость дифференциала руб
Годовой объем работ ч
Общие затраты на установку дифференциала руб
Увеличение затрат на содержание руб
-увеличение затрат на амортизационные отчисления
-увеличение затрат на ремонт
-увеличение затрат на изготовление приспособлений монтаж и пуско-наладку
Годовая экономия всего руб
Срок окупаемости лет

Глава 1.docx

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПРОХОДИМОСТИ ГРУЗОВОГО АВТОМОБИЛЯ
О проходимости автомобиля судят по эффективности его работы вне дорог с твердым покрытием. В этих условиях под проходимостью понимают способность перемещаться АТС без остановки преодолевая дорожные препятствия двух типов: препятствия профильного характера (канавы бугры камни и т.п.) и участки дороги со слабонесущим опорным слоем почвы или грунта. Поэтому проходимость автомобиля принято называть дорожной подразделяя её на профильную и опорно-сцепную [13].
Профильная проходимость машины определяется главным образом геометрическими размерами и конструктивными особенностями позволяющими машине преодолевать профильные препятствия.
Опорно-сцепная проходимость зависит от свойств колеса (шины) и тягово-сцепных качеств автомобиля в целом.
По уровню проходимости все автомобили принято подразделять на три категории с учетом их колесной формулы:
- автомобили ограниченной проходимости (4×2 6×2 6×4);
- автомобили повышенной проходимости (4×4 6×6);
- автомобили высокой проходимости (8×8 10×10 и специальные).
Автомобили ограниченной проходимости – это дорожные автомобили эксплуатируемые на дорогах с твердым покрытием и грунтовых сухих дорогах. В сложных дорожных условиях они могут работать лишь при использовании приспособлений повышающих сцепные свойства ведущих колес.
Автомобили повышенной проходимости являются модификациями основных (базовых) моделей автомобилей ограниченной проходимости и отличаются от них рядом конструктивных особенностей: привод на все колеса шины с пониженным или регулируемым давлением воздуха блокируемый дифференциал. Некоторые машины оснащают лебедками для само подтягивания и другими приспособлениями для преодоления препятствий.
Автомобили высокой проходимости отличаются от автомобилей ограниченной проходимости существенными конструктивными особенностями. Они комплектуются специальными шинами. Эти автомобили должны преодолевать различные рельефные препятствия – канавы бревна пни камни вертикальные стенки и т.д.
Профильная проходимость автомобиля на конкретной дороге определяется его компоновкой геометрическими параметрами диаметром и числом колес в том числе и ведущих.
В соответствии с ГОСТ 22653-77 основными геометрическими параметрами автомобиля являются:
-углы переднего и заднего свесов;
-продольный радиус проходимости.
Наиболее низкими зонами автомобиля определяющими дорожный просвет hпр являются картеры маховика и коробки передач глушитель передний и задний мосты (картер главной передачи ведущего моста). Минимальный просвет у современных легковых автомобилей не превышает 150 200 мм у грузовых автомобилей он может достигать 220 300 мм и более (таблица 1.1).
При эксплуатации АТС на бугристой местности важным показателем проходимости автомобиля является радиус продольной проходимости (условный радиус выступа дороги который может быть беспрепятственно преодолен автомобилем не зависая на нем). Этот показатель определяется не только дорожным просветом но и величиной базы автомобиля (см. рисунок 1.1). Очевидно чем больше база автомобиля тем ниже его проходимость при переезде через выступы бугры и другие препятствия.
Рисунок 1.1 - Геометрические параметры профильной проходимости автомобиля
Ограничивать проходимость автомобиля при его движении по пересеченной местности могут части кузова выступающие за оси спереди и сзади автомобиля. Если из низших точек этих частей кузова провести к переднему и заднему колесам касательные то углы между ними и плоскостью дороги определят углы переднего γ1 и заднего γ2 свесов автомобиля. Эти углы дополнительно определяют показатель его проходимости по неровной дороге которая возрастает с увеличением этих углов.
Значительный вынос (свес) двигателя вперед за переднюю ось и вытянутая низко расположенная задняя часть кузова что характерно для легковых автомобилей затрудняют движение автомобиля по пересеченной местности.
В таблице 1.1 приведены значения параметров профильной проходимости для различных автомобилей [13].
Таблица 1.1- Параметры профильной проходимости автомобиля
Дорожный просвет hпр мм
Угол переднего свеса γ1 град.
Угол заднего свеса γ2 град.
Высокой проходимости
Параметры движителя (диаметр и число колес колесная формула) в наибольшей степени проявляются при оценке проходимости автомобиля при преодолении канавы или рва. Ширина рва b через который может пройти двухосный автомобиль может быть принята равной радиусу rк колеса. Эта величина несколько больше для автомобилей с обоими ведущими мостами и достигает примерно 12rк. Трехосные автомобили любой схемы не имеют в этом отношении существенных преимуществ.
Ров большей ширины наиболее эффективно преодолевается четырехосными автомобилями. Ширина преодолеваемого рва при этом может быть принята приближенно равной b = L0 + 12 rк. (L0 - расстояние между смежными осями автомобиля).
Помимо рассмотренных параметров автомобиля профильная проходимость зависит от приспособляемости колес к неровностям дороги без потери контакта с ней. Это свойство автомобиля зависит от допустимого угла взаимного перекоса мостов относительно горизонтальной плоскости.
Способность преодоления многоосевым автомобилем широкого рва за счет возможности нависания над ним определяется числом расположением и способом крепления мостов к корпусу машины а также размещением центра масс по длине АТС. Чем больше продольная база и число мостов автомобиля тем большую по ширине канаву или ров может преодолеть колесная машина «на весу» без опрокидывания. В этих условиях по парное объединение мостов в качающуюся тележку снижает проходимость машины через ров.
Свойства опорно-сцепной проходимости проявляются при движении автомобиля по слабо связным грунтам и зависят от соотношения между сцеплением ведущих колес с опорной поверхностью и сопротивлением его качению. Чем больше это соотношение тем выше проходимость автомобиля.
При контакте колеса с почвой происходит ее деформирование в вертикальном продольном и боковом направлении. Вертикальные деформации почвы определяют потери энергии на образование колеи то есть на качение. Горизонтальные (продольные) деформации характеризуют сцепление с почвой.
С увеличением деформации почвы в горизонтальном направлении и глубины колеи возрастает высота почвенного клина перед колесом. Это явление получило название бульдозерного эффекта. Наиболее существенное проявление этого эффекта обнаруживается на влагонасыщенных и пластичных почвах для которых характерно высокое боковое выпирание. Чем выше плотность почвы тем меньше высота валиков её бокового выпирания. При увеличении ширины колеса боковое выпирание почвы снижается.
Важным параметром определяющим опорно-сцепную проходимость колеса является жесткость шины от которой зависит величина среднего давление шин на грунт:
где Ga - полный вес автомобиля;
Fа - площадь пятна контакта шины с дорогой;
Жесткости шины и почвы должны быть приблизительно одинаковыми чтобы их деформации при взаимном давлении соотносились определенным образом. Если жесткость шины значительно превышает жесткость почвы образуется глубокая колея снижающая проходимость автомобиля. Если наоборот то шина излишне деформируется вследствие чего увеличивается площадь пятна контакта и возрастает сопротивление качению.
Увеличение площади пятна контакта с почвой можно увеличением ширины и диаметра колеса а также снижением давления воздуха в шине.
Проходимость на влажных и рыхлых грунтах обеспечивается благодаря небольшим удельным давлениям на площадке контакта шины автомобильного колеса с дорогой. Среднее удельное давление шины на опорную поверхность колеблется в пределах 005 018 МПа. На дорогах с твердым покрытием удельное давление для данного типа шины зависит от нагрузки и давления воздуха в шине. При значительно деформирующейся опорной поверхности (песок болотистый грунт и т.п.) величина удельного давления зависит также от степени погружения колеса в грунт.
Для движения по мягкому связному грунту применяются широкие шины с развитым рисунком протектора а также шины арочного типа с внутренним давлением 005 015 МПа. Например при наружном диаметре 1035 мм ширина профиля арочных шин равна 650 мм. Благодаря этому увеличивается опорная площадь шины и площадь участвующих в сцеплении почвозацепов.
Проходимость автомобиля при его движении по легкодеформируемым грунтам повышается при совпадении следов передних и задних колес. При этом условии задние колеса катятся по уплотненной колее проложенной передними колесами что снижает их работу по деформации грунта уменьшает общее сопротивление качению автомобиля.
У грузовых автомобилей ограниченной проходимости задние колеса делают как правило сдвоенными. При этом внутренним и наружным шинам задних колес приходится разрушать края колеи образованной передними колесами. Это вызывает возрастание сил сопротивления качению и снижение проходимости автомобиля.
Следует иметь в виду что положительные качества эффекта совпадения следов для передних и задних колес проявляются при движении автомобиля на прямолинейном участке дороги. В случае криволинейного движения автомобиля колеи передних и задних колес не совпадают. Это является одной из причин резкого повышения сил сопротивления качению при повороте автомобиля на рыхлых грунтах. При переходе автомобиля в поворот с минимальным радиусом сила сопротивления качению возрастает в 2 3 раза.
Кроме рассмотренных выше мер в практике эксплуатации автомобилей используются также и другие способы по повышению их проходимости:
Использование шин с рисунком повышенной проходимости которые оснащаются высокими выступами протектора и грунтозацепами.
Повышение сцепной массы автомобиля за счет перераспределение его веса на ведущие колеса. Радикальной мерой повышения сцепной массы является переход к полноприводной схеме.
Использование цепей противоскольжения. Используют мелкозвенчатые цепи траковые цепи с поперечными ромбовидными и косыми траками а также шлицевые цепи состоящие из штампованных пластин.
Блокировка (отключение) межосевого дифференциала в раздаточной коробке у автомобилей повышенной проходимости.
Использование лебедок самовытаскивания (ЗИЛ-131 и др.).
Динамическое преодоление повышенных дорожных сопротивлений на отдельных участках ограниченной длины (крутой подъем нанос снега заболоченное место и др.). При этом используют не только мощность подводимую к ведущим колесам но и запас кинетической энергии Т автомобиля [13]:
где врmа – приведенная масса автомобиля (с учетом инерции вращающихся масс вр);
v – скорость автомобиля.
Из приведенной формулы следует что длина участка пути преодолеваемого динамическим способом тем больше чем выше скорость с которой автомобиль выезжает на данный участок.

Глава 6 Экологические мероприятия.docx

6. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ
Экологичность проекта в глобальном представлении не смотря на динамичность процессов за длительный срок подразумевает равновесие всех систем в природе. Нарушение взаимодействия в зависимости хотя бы одной из систем приводит к нарушению равновесия в природе и часто имеет катастрофические последствия в результате необоснованной деятельности человека.
Человек должен брать от природы столько сколько она способна сама восстанавливать биоресурсы. При разработке проекта необходимо учитывать коэффициент экологичности проекта который позволяет исключить разрушительные тенденции и усилить восстановительные действия производства сохранить равновесие во взаимодействии систем.
С точки зрения системного анализа замыкающим элементом в системе является экология: «Экология - экономика - социология - технология -выращивание - способы - средства - продукция - утилизация - экология».
Любое производство и деятельность человека начинается с экологии и замыкается экологией как одной из подсистем в большой системе. Поэтому необходимо учитывать при проектировании;
- загрязнение от производственной деятельности не должны превышать
предельно-допустимые пороги;
- дозы минеральных удобрений должны усваиваться растениями без накопления в почве;
- стоки должны восстанавливаться растительной средой по балкам прежде чем попасть в пруды;
- биоресурсы водоемов и их репродукция должны быть сбалансированы;
- технологии не должны быть интенсивными и не нарушать производственное плодородие почв;
- плодородие почв зависит от чередования культур в севообороте;
- плодородие почв зависит от способа обработки и собственного восстановления как живой природы;
- в условиях высокой искушенности почв необходимо применять орудия поверхностной обработки под озимые зерновые культуры;
- один раз в три четыре года необходимо на участке поля выполнять отвальную вспашку для рекультивации почвы;
- засоленные участки полей необходимо засевать локально кормовыми культурами для восстановления баланса минеральных веществ в почве;
- минеральная мука горных пород позволяет запускать в действие питательные вещества почвы;
- микроэлементы биосферы с дождем накапливаются в «черном паре» восстанавливая его плодородие;
- севообороты необходимо увязывать с циклами природы влияющие на урожайность культур избирательно.

Глава 3 проектная.docx

3. ПРОЕКТО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ И РЕШЕНИЯ
1. Самоблокирующиеся дифференциалы
1.1. Первые дифференциалы
Несмотря на то что первые планетарные механизмы использовались еще древними римлянами изобретение первых дифференциалов история почему-то приписывает Джемсу Старлею и Анри Пекеру которые в 1877 г. практически одновременно сконструировали данные мкеханизмы нашедшие широкое применение в трехколесных двухместных велосипедах [10].
Первые автомобили великолепно обходились без дифференциалов и имели цельную неразрезную ведущую ось. Скорости движения в то время были невелики вес машин небольшой в результате сила сцепления ведущих колес с дорогой была незначительной по величине и неизбежная разность в скоростях движения колес возникающая при поворотах и переезде неровностей компенсировалась проскальзыванием шин. Одним словом вначале отсутствие дифференциала никого особо не беспокоило люди ездили и радовались жизни.
Необходимо отметить что первый легковой автомобиль самостоятельно разработанный в СССР НАМИ-I выпускаемый с 1927 по 1930 г. также не имел межколесного дифференциала что пошло машине только на пользу. Дело в том что дороги в то время в нашей стране были мягко говоря не очень (правильнее сказать их почти не было) поэтому данное конструктивное решение при котором оба колеса имели жесткую связь между собой обеспечивало легкой машине весом 450 кг отличную проходимость. Применение больших колес совместно с хребтовой трубчатой рамой при дорожном просвете 240 мм и практически отсутствующих свесах кузова превращало НАМИ-I в настоящий прочный заднеприводный вездеход.
Рисунок 3.1 - НАМИ-I
По мере развития автомобилей эксплуатационные скорости движения увеличивались конструкции шасси усложнялись быстро возрастал вес машин и наконец наступил тот прекрасный день когда инженеры поняли что пришла пора развязать ведущие колеса между собой чтобы в повороте они могли вращаться с различной угловой скоростью без пробуксовки и ухудшения устойчивости и управляемости машины. Тут и пришла идея поставить в ведущую ось автомобиля дифференциал.
Но на следующий день после установки первого дифференциала конструкторы уже принялись ломать голову над созданием устройства с помощью которого новоявленный дифференциал можно быстро заблокировать.
Дело в том что дифференциал представляет собой трехзвенный планетарный механизм распределяющий крутящий момент между выходными валами (полуосями) в определенной конструктивно заданной пропорции позволяя при этом валам вращаться с различной угловой скоростью.
В межколесных дифференциалах крутящий (вращающий) момент от корпуса 1 связанного с ведомой шестерней главной передачи 5 передается через крестовину 3 (ось) шестерням-сателлитам 4 от них распределяется на две полуосевые шестерни 2 а от шестерней на полуоси 7 8. Поскольку сателлит представляет собой равноплечий элемент он прилагает к полуосевым шестерням равные усилия следовательно на полуоси распределяются равные крутящие моменты (трением в элементах механизма пренебрегаем).
Рисунок 3.2- Межколесный дифференциал
Таким образом при повороте машины полуосевые шестерни вращаются с различными числами оборотов но при этом сателлиты вращаясь вокруг своих осей передают каждой шестерне равные крутящие моменты.
Оказалось что это очень полезное для устойчивости и управляемости свойство дифференциала существенно ухудшает проходимость. Дело в том что пропорция распределения крутящего момента обычным дифференциалом (названным конструкторами «малого трения») задается колесом имеющим худшее сцепление с дорогой. И если при движении или остановке автомобиля одно из колес попадает на лед дифференциал может приложить к полуоси связанной с этим колесом небольшой по величине крутящий момент (из-за низкой силы сцепления колеса). А поскольку в конструкции дифференциала заложен принцип равного распределения момента между выходными валами он «ориентируясь» на колесо с меньшей силой сцепления распределяет почти такой же по величине крутящий момент к полуоси колеса имеющего большую по величине силу сцепления.
В результате этого крутящего момента распределяемого дифференциалом к колесу находящемуся на льду вполне хватает чтобы вызвать его буксование а такого же по величине крутящего момента распределяемого к колесу находящемуся на твердом грунте недостаточно чтобы сорвать это колесо в пробуксовку. В итоге наблюдается неприглядная картина: машина стоит на месте и не может уехать по своим неотложным машинным делам одно из колес буксует другое неподвижно но при этом дифференциал по-честному распределяет крутящий момент между колесами поровну (почти).
Конструкторы быстро сообразили как исправить данный недостаток дифференциала и организовали возможность его принудительного отключения (блокировки) путем жесткого механического соединения полуосей с помощью пальцевых кулачковых или шлицевых муфт. Муфта в обход дифференциала соединяла полуоси в единую ось и после этого каждое колесо вращаясь с равной угловой скоростью могло полностью использовать для движения автомобиля силу своего сцепления с опорной поверхностью. Пальцевые муфты в конструкциях как-то не прижились а вот кулачковые и зубчатые используются и по сей день.
Рисунок 3.3 – Детали опытного образца шестеренчатого дифференциала с принудительной блокировкой пальцевой муфтой
- разъемный корпус дифференциала; 2 - сателлиты; 3 - крестовина; 4 - полуосевые шестерни; 5 - пальцевая муфта.
Привод муфт был организован с помощью тяг в результате из пола автомобиля «вырос» дополнительный рычаг блокировки дифференциала.
Но по мере развития мирового автопрома повлекшее широкое распространение автмобиля в массы такое техническое решение выявило определенные недостатки. Шоферы часто забывали заранее заблокировать дифференциал перед выездом на бездорожье в результате автомобиль сначала застревал а уж потом шофер вспоминал о блокировке да было уже поздно. Каждый знает с каой легкостью можно засадить машину и как потом тяжело вытащить ее из засады. Но это была еще не самая большая беда.
Хуже того шофер включив блокировку на слабых грунтах забывал ее отключить при выезде на шоссе. В результате ломалась трансмиссия у шофера портилось настроение да к тому же машины стали активно скупать блондинки которые приходили в отчаяние при виде леса рычагов торчащих из пола.
А некоторые конструкторы с целью улучшения проходимости выдумали использовать два ручника. Левый блокировал левое колесо правый – правое. И если при остановке машины на обочине правое колесо оказывалось на льду а левое на асфальте шофер зажимал правым ручником правое колесо и машина выезжала за счет силы тяги левого колеса.
Конструкторская мысль не стоит на месте и инженеры во всем мире ломали голову над тем как изготовить такой автоматический механизм который бы обладал всеми достоинствами дифференциала и в то же время был бы лишен его недостатков. Требовалось сконструировать механизмы которые сохраняя дифференциальный эффект обеспечивали бы такое неравное перераспределение крутящего момента между ведущими колесами при котором создавалась максимально возможная сила тяги у колеса находящегося в лучших сцепных условиях при неизбежном уменьшении тяговой силы колеса имеющего худшее сцепление.
Для достижения этой цели требовалось изобрести такой механизм который бы сохраняя дифференциальный эффект (возможность вращения полуосей с неравными угловыми скоростями) обеспечил бы автоматически меняющееся силовое передаточное отношение между полуосями (пропорцию распределения крутящего момента) в непрерывно изменяющихся сцепных условиях колес в результате чего каждое из колес могло бы полностью использовать для движения машины силу своего сцепления с дорогой без буксования.
Задача эта до настоящего времени еще полностью не разрешена но попытки были.
Первым шагом в решении данной задачи было изобретение самоблокирующихся дифференциалов которым советские конструкторы дали наименование «повышенного трения».
1.2. Классификация дифференциалов
Дифференциалы применяемые в современных легковых автомобилях можно условно разделить на следующие группы [10]:
- межколесные – распределяют крутящий момент между колесам одной оси;
- межосевые – распределяют крутящий момент между двумя ведущими осями;
б) по конструкции применяемых деталей:
- конические – состоят из шестерен конической формы;
- цилиндрические: состоят из шестерен цилиндрической формы;
- кулачковые – состоят из сепаратора с плунжерами передающими усилие на две кулачковые звездочки;
- червячные – в них для кинематической связи используются червячные передачи;
в) по кинематическому передаточному числу:
- симметричные – в которых сателлиты имеют одинаковые размеры и равное число зубьев и полуосевые шестерни тоже имеют одинаковые размеры и равное число зубьев;
- несимметричные - в которых полуосевые шестерни имеют неодинаковые размеры и неравное число зубьев;
г) по заложенному в конструкцию внутреннему трению:
- малого трения – в которых приняты конструктивные меры для повышения КПД и сила трения между деталями имеет низкие значения;
- повышенного трения (самоблокирующиеся) – в которых приняты конструктивные меры по намеренному снижению КПД и повышению силы трения между деталями.
В межколесном приводе автомобилей используются только симметричные дифференциалы в межосевом как симметричные так и несимметричные (несимметричные в последнее время преобладают).
Симметричные дифференциалы малого трения всегда распределяют крутящие моменты в почти равной пропорции несимметричные в неравной но определенно заданной пропорции которая постоянна и не зависит от изменения угловых скоростей выходных валов дифференциала. Дифференциалы повышенного трения также могут быть кинематически симметричны или несимметричны но пропорция распределения Мк в данных механизмах определяется другими конструктивными особенностями.
1.3. Принципы и свойства дифференциалов повышенного трения (самоблокирующихся)
Как говорилось ранее перед конструкторами встала задача изменить свойство обычного дифференциала выравнивать крутящий момент между колесами путем его уменьшения на колесе имеющем лучшее сцепление с дорогой. Конструкторская мысль пошла по трем основным направлениям:
I. Конструирование дифференциалов повышенного трения на основе серийно выпускаемых конических и цилиндрических диффференциалов.
II. Изготовление новых по конструкции дифференциалов повышенного трения с намеренно пониженным КПД.
III. Изготовление механизмов автоматически блокирующих обычные дифференциалы. Механизмы входящие в данную группу самоблокирующимися дифференциалами не являются (хотя для простоты многие их так называют) и будут рассмотрены отдельно.
Главная идея любого дифференциала повышенного трения (далее по тексту ДПТ) состоит в том чтобы механически связать его выходные валы (полуоси) между собой. При этом связь не должна быть жесткой как при использовании шлицевых блокирующих муфт. Необходимо было создать такой дифференциальный механизм который бы исключил возможность раздельного буксования колес ведущего моста при движении на деформируемых грунтах и по снегу когда может возникнуть существенное различие сил сцепления колес с грунтом и не препятствовал вращению колес с различными угловыми скоростями во время прохождения поворотов и переезда неровностей при движении по шоссе и грунтовым дорогам когда колесам одной оси необходимо проходить неравные пути. Эти две задачи состоят во взаимном противоречии но тем не менее были изготовлены дифференциалы которыми они были успешно решены.
В английском языке такие механизмы обычно именуют «limited sleep» (ограниченного проскальзывания) или «Torque Sensing» (моменточувствительные). На мой взгляд оба этих термина не совсем верно отражают принцип действия данных механизмов.
При описании самоблокирующихся дифференциалов советские конструкторы использовали словосочетание «самотормозящийся механизм». Это выражение точно и кратко характеризует процессы происходящие в ДПТ. Именно взаимное самоторможение деталей дифференциала друг о друга обусловленное наличием сил трения между деталями препятствует полуосевым шестерням и связанным с ними выходным валам совершать относительное движение то есть вращаться с неравными угловыми скоростями. Колесо находящееся в условиях низкого сцепления с дорогой через связанную с ним полуось тормозится об дифференциал что препятствует его ненужному раскручиванию (буксованию). И при этом тормозясь оно как бы подкручивает через детали дифференциала другое колесо находящееся в лучших условиях сцепления. В результате при уменьшении тяговой силы на колесе с худшим сцеплением происходит увеличение тяговой силы на колесе с лучшим сцеплением соответственно в это же время происходит перераспределение величин Мк: Мк приложенный к полуоси колеса с худшим сцеплением уменьшается с лучшим – увеличивается. В этом режиме ДПТ уже не делит Мк между колесами 5050 как обычный дифференциал не выравнивает моменты между колесами путем снижения суммарного Мк колес оси а создает условия для перераспределения большего по величине крутящего момента к полуоси колеса находящегося в лучших сцепных условиях.
Намеренное создание повышенного трения между деталями дифференциала понижение его КПД – вот главный принцип при конструировании самоблокирующегося дифференциала. Есть масса конструктивных способов как этого добиться существуют сотни конструкций ДПТ но принцип действия у всех единый – повышенное трение в механизме «самоторможение».
Дифференциалом повышенного трения можно назвать такой планетарный механизм в котором намеренно снижено КПД путем конструктивно введенного повышенного трения возникающего между его деталями при определенных режимах его работы (либо постоянно).
Под блокированным режимом работы ДПТ понимается такое его состояние при котором за счет внутреннего трения между его деталями обеспечивается связь между выходными валами и отсутствует их вращение с неравными угловыми скоростями (полуоси вращаются как единая ось) несмотря на различие величин тяговых сил возникающих в контакте колес с дорогой. Когда начинается вращение выходных валов ДПТ с различными угловыми скоростями говорят: «ДПТ разблокировался».
Важнейшим оценочным критерием свойств ДПТ является коэффициент блокировки Кб представляющий наибольшее по величине отношение крутящего момента Мк на выходном валу вращающемуся медленнее (отстающем) к величине Мк на валу вращающемуся быстрее (забегающем) при срабатывании дифференциала т.е. когда он разблокировался.
Но при оценке несимметричных ДПТ такое определение Кб не подходит из за того что в них конструктивно заложено неравенство распределения Мк между выходными валами. Для них было введено иное понятие Кб: отношение максимального момента трения Мтр возникающего между деталями дифференциала к величине Мк приложенного к его корпусу:
В некоторых описаниях ДПТ применяют оценку Кб в процентном отношении например 30% 40%. Это сложно для восприятия но по сути является отражением Кб как МтрМд. Допустим если 30% то Кб=03; 40% - 04 и т.д. Но наиболее удобен для восприятия Кб как отношение большего момента к меньшему поэтому при рассмотрении свойств симметричных ДПТ пользуются им.
ДПТ классифицируются в зависимости от изменения Кб при различных режимах работы:
с постоянным коэффициентом блокировки – Кб во всех режимах постоянен (един) и прямо пропорционален по отношению к величине крутящего момента приложенного к корпусу дифференциала;
с переменным коэффициентом блокировки - Кб в различных режимах не постоянен (различный) и не пропорционален по отношению к величине крутящего момента приложенного к корпусу дифференциала но находится от него в определенной зависимости.
Как происходит процесс блокирования в дифференциалах повышенного трения с постоянным Кб.
Блокирующий момент в дифференциале возникает сразу как только к его корпусу прилагается крутящий момент например: возникает сила тяги при строгании с места – дифференциал заблокирован снял ногу с педали газа (торможение мотором) – разблокирован (он может снова заблокироваться тормозным моментом но данный аспект здесь не рассматриваю). При этом величина блокирующего момента (момента трения) в дифференциале прямо пропорциональна моменту приложенному к корпусу дифференциала – чем больше момент на корпусе тем больше по величине блокирующий момент связывающий полуоси между собой тем больше нужно силы чтобы провернуть полуоси относительно друг друга. Когда машина движется прямо по асфальту момент распределяется дифференциалом примерно поровну. Но при этом дифференциал под тягой УЖЕ заблокирован эта симметричность распределения моментов между колесами – простое совпадение при полностью (жестко) заблокированном дифференциале при прямолинейном движении момент распределялся бы между колесами также в равных пропорциях. Но стоит условиям сцепления на колесах измениться например одно из колес попало на лед а другое находится на асфальте – в дифференциале повышенного трения тут же начнется перераспределение моментов: при уменьшении величины момента распределяемого на колесо находящееся (например) на льду будет происходить увеличение момента распределяемого к колесу находящемуся на асфальте. При этом величина Мк на корпусе дифференциала не изменится. То есть дифференциал как бы «придержит» колесо на льду не даст ему раскрутиться. Таким образом дифференциал повышенного трения под тягой всегда заранее заблокирован то есть еще ДО изменения силы сцепления колес с дорогой дифференциал готов начать перераспределять момент.
Коэффициент блокировки возникающий ДО появления разности скоростей вращения полуосей называется начальный коэффициент блокировки или коэффициент блокировки покоя. Он будет в дифференциале до того момента пока разность внешних сил (реакций дороги) обусловленная (например) разностью сил сцепления колес с дорогой не станет больше по величине чем сила трения покоя возникающая между деталями дифференциала. После того как внешние силы стремящиеся преодолеть силу трения покоя в дифференциале (блокирующий момент) вызовут разность скоростей вращения полуосей трение покоя перейдет в трение скольжения и коэффициент блокировки дифференциала начнет расти пока не достигнет своего максимального значения которое называется максимальный коэффициент блокировки дифференциала. Не во всех дифференциалах максимальный Кб больше начального Кб все зависит от конструкции конкретного механизма. В технической документации обычно в качестве коэффициента блокировки указывают максимальный коэффициент блокировки дифференциала.
Таким образом можно сделать вывод что процесс блокирования в любом дифференциале повышенного трения начинается сразу как только на его корпус подается крутящий момент. Соответственно момент трения в дифференциале пропорционален моменту на корпусе дифференциала и его величина зависит от значения коэффициента блокировки. Описанный процесс происходит во всех без исключения ДПТ применяемых на современных легковых автомобилях: с дисковыми муфтами трения с цилиндрическими косозубыми шестернями кулачковых или червячных.
По данным фирмы Ле Турно-Вестингауз суммарное трение от деталей дифференциала давало возможность получить Кб=3. Этот ДПТ с постоянным Кб.
Дальнейшее развитие данной концепции было продолжено конструкторами фирмы Борг-Варнен.
Рисунок 3.4 – Дифференциал Турнаматик фирмы
«Ле Турно-Вестингауз»
Рисунок 3.5 – Дифференциал Бог-Ваонер
Две конусные чашки полуосевых шестерен сопрягаясь с коническими поверхностями корпуса создают момент трения вызываемый осевыми силами полуосевых шестерен от зацепления с сателлитами (силы их раздвигают) и осевыми силами от спиральных пружин расположенных между полуосевыми шестернями. Пружины создают постоянный момент трения между корпусом и полуосями. Таким образом момент трения в данном ДПТ складывается из моментов трения возникающих в результате осевых сил прижимающих сателлиты и полуосевые шестерни к корпусу значение которых прямо пропорционально величине Мк приложенного к корпусу и дополнительного момента трения постоянного по величине который обеспечивают муфты разжимаемые пружинами. Этот ДПТ с переменным Кб.
С годами эволюция вышеуказанных конструкций продолжилась и в результате нашла свое завершение в виде ДПТ называемых «смешанного типа» с так называемым «преднатягом». Именно эти ДПТ с небольшими конструктивными изменениями устанавливаются в наши дни в задние мосты Ниссан Patro Мазда В 2500 и ВТ 50; некоторые модели Тойота 4-Ranner H Форд Ренжер и пр.
2. Кулачковые дифференциалы
Это один из самых первых самоблокирующихся дифференциалов и он заслуживает подробного рассмотрения. Первый механизм данного типа был сконструированный в 1929 г. инженерами фирмы Мак Пауэр Дивайдер специально с целью улучшения проходимости грузовых автомобилей типа 4х4 грузоподъемностью от 5 до 10 т и первоначально применялся в качестве межосевого дифференциала. Начиная с 1948 г. эти механизмы стали применять как межколесные [10].
Рассмотрим устройство и принципы работы данного ДПТ на примере межколесного дифференциала ГАЗ-66
Рисунок 3.6 - Межколесный дифференциал ГАЗ-66
Дифференциал состоит из внутренней (2) и наружной (3) звездочек и 24-х плунжеров (6) расположенных в радиальных отверстиях сепаратора (5) двумя рядами со сдвигом их по окружности на полшага. Сепаратор выполнен как одно целое с левой чашкой корпуса дифференциала (1 слева). Плунжеры находятся в зацеплении с наружными кулачками внутренней звездочки и внутренними кулачками наружной звездочки (4- кулачки внутренней (внизу) и наружной (вверху) звездочек). Звездочки соединены с выходными валами. На наружной звездочке (3) равномерно расположены по окружности шесть кулачков (4- в верху) которые входят в зацепление с плунжерами обоих рядов. На внутренней звездочке (2) предусмотрено два самостоятельных ряда кулачков (4 – внизу); каждый ряд имеет шесть равномерно расположенных по окружности кулачков. Кулачки одного ряда смещены по окружности относительно кулачков другого ряда на полшага. Плунжеры выполняют функцию сателлитов. Если угловые скорости полуосей одинаковы то плунжеры остаются неподвижными относительно сепаратора и звездочек; а при прохождении машиной поворота одна звездочка обгоняет ведущий сепаратор а другая отстает от него. При этом сепаратор опережая отстающую звездочку заставляет плунжеры перемещаться в радиальном направлении по мере того как они передвигаются по поверхности кулачков. Противоположные концы плунжеров действуют подобным образом на наклонные поверхности другой звездочки заставляя ее вращаться с угловой скоростью большей чем угловая скорость сепаратора. Наличие относительного движения между деталями дифференциала вызовет появление сил трения на торцевых поверхностях плунжеров соприкасающихся с поверхностями кулачковых обойм. В результате произойдет перераспределение сил в сторону их увеличения на отстающей ведомой обойме и уменьшения на забегающей т.е. кулачки и плунжеры образуют точку опоры для колеса с наибольшим сцеплением. В результате больший Мк будет приложен к полуоси колеса имеющего лучшее сцепление (отстающего).
Сепаратор и кулачковые обоймы изготавливались из из хромоникельвольфрамовой стали 18ХНВА а плунжеры – из шарикоподшипниковой хромистой стали ШХ15. Рабочие поверхности этих деталей цементировались для предотвращения задиров.
Этот ДПТ имеет постоянный Кб но есть любопытная особенность. При пробуксовке одного из колес моста (при отстающем втором) Кб по значению меньше чем при пробуксовке другого. Так при пробуксовке правого колеса ГАЗ-66 Кб = 31; а при пробуксовке левого колеса (связанного с внутренней звездочкой) Кб = 21 Советские конструкторы специально поставили дифференциал таким образом чтобы при пробуксовке правого колеса чаще оказывающегося на скользкой обочине к левому колесу находящемуся на сухой дороге перераспределялся крутящий момент в три раза выше чем к правому.
Таким образом данный ДПТ имеет два постоянных Кб или говоря по научному: несимметричные блокирующие свойства. Эта особенность присуща всем кулачковым дифференциалам поскольку они имеют схожие конструкции.
При испытании различных моделей кулачковых дифференциалов отечественного и иностранного производства проводимых в СССР установлено что их Кб составляет 2 3.
Кулачковые ДПТ часто путают с так называемыми «дифференциалами свободного хода» представляющими собой механизмы свободного хода (МСХ) состоящими из одной ведущей и двух ведомых полумуфт. Это совершенно различные механизмы как по устройству так и по принципам работы. Главное их различие состоит в том что кулачковый дифференциал при повороте машины на дороге с хорошим сцеплением обеспечивает колесам моста вращение с различными угловыми скоростями но при этом к каждому из них перераспределяет крутящий момент. В этом режиме каждое из его трех кинематических звеньев (корпус и два выходных вала) вращаются с различными угловыми скоростями. В этом же режиме движения МСХ также обеспечивает колесам вращение с различными угловыми скоростями но при этом Мк распределяется только к внутреннему (по отношению к центру поворота) колесу а наружное катится в ведомом режиме. В этот период два его кинематических звена (ведущая муфта и ведомая полумуфта связанная с полуосью внутреннего колеса) соединены между собой а вторая ведомая полумуфта отсоединена от механизма чем и обеспечивается более быстрое вращение наружного колеса. Таким образом во время движения в повороте кулачковый ДПТ ведет оба колеса моста а МСХ только одно из них.
Кулачковые дифференциалы устанавливаются в Сузуки Гранд-Витара new в качестве межосевых в СССР устанавливали на ГАЗ-66 и БТР. В России некоторые умельцы устанавливают их в задние мосты УАЗов.
3. Червячные дифференциалы
Первый в истории червячный дифференциал был сконструирован в 1913 году американским инженером В.Ф. Мулем (W.F. Muehl) патент на изобретение №1090082 был получен изобретателем 10 марта 1914 года. Встречаются сведения что в мостах полноприводного американского грузовика Quad с 1914 года устанавливался червячный дифференциал по-видимому конструкции Муля.
В начале 80-х годов прошлого века под влиянием инженеров фирмы Ауди червячные дифференциалы активно вторглись в мир легковых автомобилей. Автором используемой конструкции был американец Верн Глизман (Vern Gleasman) запатентовавший свой механизм аж в 1958 г. Долгие годы тот мирно пылился на полке никому не нужный и всеми позабытый. Но как оказалось Верн родился под счастливой звездой и почти через двадцать лет его изобретение заинтересовало американскую фирму Gleason которая выкупила у него все права на патент. Ее инженеры быстро разработали технологию станки и наладили промышленный выпуск дифференциала на вновь построенном заводе в Бельгии. Так родился легендарный Торсен обессмертивший имя своего создателя. В 70-е годы он успешно проявил себя в гоночных автомобилях «Формула-1» а в начале 80-х новоявленный Торсен прижился в ведущих мостах не менее легендарного американского вездехода HMMWV.
Рисунок 3.7 - Автомобиль Quad 1914 года
Рисунок 3.8 - Дифференциал конструкции Муля (Патент США № US1090082A)
Рисунок 3.9 - ГАЗ-51 во время испытаний самоблокирующихся дифференциалов в 1955 г.
Рисунок 3.10 - НАМИ 020 на испытаниях в 1957 г.
С 1986 г. инженеры Ауди стали применять его в качестве межосевого (а позже и межколесного) в моделях Quatro после чего червячный Торсен Т-1 (тип А) начал победное шествие по миру.
Червячным дифференциалом называется такой планетарный механизм в котором для кинематической связи деталей используются червячные передачи. В некоторых механизмах данного типа имеются как червячные так и винтовые передачи поэтому их еще называют «червячно-винтовые».
Рисунок 3.11 – Червячный дифференциал
Червячные передачи относятся к числу зубчато-винтовых но отличаются от последних тем что у винтовых начальный контакт происходит в точке а у червячных имеет место линейный контакт. В результате этого червячные передачи могут выдерживать высокие нагрузки а винтовые нет. Но в обоих типах этих передач оси вращаемых деталей перекрещиваются. В червячно-винтовых дифференциалах оси деталей связанных червячными передачами перекрещиваются под углом 90 градусов а связанных винтовыми – меньше 90.
Червячная передача состоит из червяка т.е. винта с трапецеидальной или близкой к ней резьбой и червячного колеса т.е. зубчатого колеса с зубьями особой формы получаемой в результате взаимного огибания с витками червяка.
На этих рисунках хорошо видно что представляют собой червячные передачи
На рисунке 3.11б изображена червячная главная передача состоящая из червяка 1 (ведущая шестерня) и червячного колеса 2 (ведомая шестерня).
На рисунке 3.11а изображены детали червячного дифференциала немецкой фирмы Рейнметал Борзиг (1941 г). Червячные сателлиты 1 расположенные в два ряда имеют зацепления с полуосевыми шестернями (червячными колесами) 2. Также каждый из сателлитов-червяков зацепляется с парным сателлитом через промежуточный сателлит 3 выполняющий в данной передаче функции малого червячного колеса. Хорошо видно что оси вокруг которых вращаются червяки и червячные колеса перекрещиваются под прямым углом. Таким образом оба ведущих колеса автомобиля находятся между собой в кинематической связи через четыре последовательно включенных червячных передачи. Поскольку червячным передачам свойственно самоторможение крутящий момент приложенный к корпусу дифференциала вызывает возникновение осевых радиальных и окружных сил под действием которых между деталями механизма возникают силы и моменты трения значительно снижающие его КПД и блокирующие дифференциал. Меняя угол наклона ниток блокирующих червяков можно добиться очень высокого значения коэффициента блокировки дифференциала такой конструкции. По данным фирмы-производителя он мог достигать значения 20-40. Но обычно механизмы с таким высоким коэффициентом блокировки мировые производители не применяли и червячные дифференциалы устанавливаемые в мосты грузовых автомобилей имели Кб = 10 14.
Рассмотрим конструктивную схему самого известного червячного дифференциала Торсен 1 (Тип А).
Рисунок 3.12 - Червячный дифференциал Торсен 1 (Тип А)
При его создании Глизман пошел своим собственным путем и все перевернул с ног на голову. В отличие от имеющихся ранее конструктивных схем механизмов данного типа где червяки выполняют функции сателлитов червячные колеса - полуосевых шестерен в Торсене все сделано наоборот. Глизман сконструиовал полуосевые шестерни 3 в виде червяков а сателлиты 1 выполнил в виде червячных колес. Мало того хитрый Глизман не стал организовывать связь между парными сателлитами с помощью дополнительных шестерней а приделал каждому сателлиту венцы 2 в виде цилиндрических шестерней с прямым зубом через которые и организовал зацепление парных сателлитов между собой таким образом значительно упростив конструкцию. В результате сателлит представляет собой некий симбиоз червячного колеса и двух цилиндрических шестерен объединенных в единую деталь. Блокирующие свойства Торсена определяются различиями в прямом и обратном КПД червячной передачи и его зависимостью от величины передаваемого крутящего момента. При криволинейном движении автомобиля накатом или под малой тягой сопротивление в червячных и зубчатых зацеплениях незначительно выше чем в обычном дифференциале и у колес есть возможность вращаться с различными числами оборотов. При движении машины по прямой в тяговом режиме при равенстве коэффициентов сцепления у ведущих колес и одинаковой нагрузке на них дифференциал распределяет моменты между колесами в соотношении 50:50 но при снижении силы сцепления одного из колес и возникновении тенденции к его пробуксовке силы трения возникающие между деталями механизма сразу после приложения к его корпусу крутящего момента препятствуют раздельному вращению выходных валов и не дают колесу раскрутиться (забуксовать). Такой же эффект возникает и в случае кратковременного отрыва колеса от дороги при переезде неровности что способствует устойчивости автомобиля поскольку при обычном дифференциале раскрутившееся колесо при восстановлении контакта с дорогой за счет силы инерции создает дополнительную толкающую силу способствующую заносу.
Теоретически максимальный Кб Торсена 1 мог достигать 9 но фирма- производитель не выпускала межколесные Торсены с Кб >6 а межосевые с Кб>35. А после 1997 г. мировые автопроизводители червячные торсены в машины (за редким исключением) не устанавливают их сменили Торсены второго и третьего поколения (Т-2 и Т-3) в которых червячно-винтовые передачи не применяются.
4. Описание предлагаемой противобуксующей передачи
Цель данного технического решения дифференциальная противобуксующая передача транспортного средства выполненная с самотормозящейся передачей в виде полуосевых шестерен и сателлитов имеющая повышенную надежность и долговечность ее работы при безопасном скоростном движении транспортного средства на скользких дорогах.
Эта цель достигается за счет того что в дифференциальной противобуксующей передаче транспортного средства содержащей полый корпус внутри которого соосно друг другу установлены полуосевые шестерни с косыми зубьями и установленные параллельно им с возможностью вращения в корпусе на осях сателлиты с косыми зубьями введенные в зацепление с соответствующими полуосевыми шестернями с образованием зубчатых передач с одной из них отрицательным и с другой с положительным передаточными отношениями. При этом зубчатые передачи выполнены самотормозящимися причем диаметры сателлитов выбраны не менее 025 диаметров полуосевых шестерен.
С целью повышения надежности и долговечности работы передачи путем уменьшения люфта между контактирующими поверхностями зубчатых шестерен цапфы осей сателлитов размещены в скользящих эксцентриковых втулках укрепленных в шлицевых пазах корпуса.
На рисунке 3.13 представлен продольный разрез общего вида дифференциальной противобуксующей передачи транспортного средства.
Рисунок 3.13 - Дифференциальная противобуксующая передача транспортного средства
Дифференциальная противобуксующая передача содержит водило 1 выполненное в виде шестерни скрепленной с полым корпусом выполненным в виде левой 2 и правой 3 крышек ее корпуса внутри которого соосно друг другу установлены полуосевые зубчатые шестерни 4 и 5 с косыми зубьями которые входят в зацепление с сателлитами 6 8 и 9 имеющие также косые зубья цапфы валов которых размещены в скользящих эксцентриковых втулках 10 и 11 укрепленных в шлицевых пазах 12 и 13 выполненных в крышках 2 и 3 корпуса дифференциальной противобуксующей передачи.
Дифференциальная противобуксующая передача работает следующим образом.
При движении транспортного средства например автомобиля вперед или назад по прямой линии вращение от водила 1 передается на скрепленные с ним крышки 2 и 3 полого корпуса дифференциальной противобуксующей передачи.
От крышек 2 и 3 вращающий момент передается на цапфы валов сателлитов 6 8 и 9 и на зубчатые шестерни 4 и 5 находящиеся в зацеплении с косыми зубьями сателлитов и далее на полуоси ведущих колес автомобиля (не указаны). При этом все подвижные элементы внутри корпуса дифференциальной противобуксующей передачи вращаться не будут и они работают как одно целое с корпусом передачи то есть дифференциал будет находиться в заблокированном состоянии даже если одно из ведущих колес автомобиля зависнет над дорогой. Это происходит ввиду того что свойства цилиндрических самотормозящихся зубчатых передач таковы что они автоматически блокируются когда вращающий момент от ведомых шестерен сателлитов 6 8 и 9 будет передаваться к ведущим полуосевым зубчатым шестерням 4 и 5 (за счет соответствующего выбора наклона зубьев у контактирующих колес).
При движении автомобиля по криволинейному пути например при повороте в правую сторону колеса автомобиля будут вращаться с различной частотой: левое колесо получает обгонное вращение на какую-то величину и на ту же величину правое колесо получает отстающее вращение. Скрепленные с колесами полуосевые валы и соответственно полуосевые зубчатые шестерни 4 и 5 с косыми зубьями также будут вращаться с различной частотой: полуосевая зубчатая шестерня 4 находящаяся в зацеплении с косозубыми колесами сателлитов 6 8 и 9 образуют между собой самотормозящуюся передачу с отрицательным передаточным отношением и при обгонном вращении полуосевой шестерни 4 сателлиты будут вращаться в обратную сторону относительно зубчатой шестерни 4 а полуосевая зубчатая шестерня 5 находящаяся в зацеплении с косозубыми колесами сателлитов 6 8 и 9 также образуют между собой самотормозящуюся передачу но с положительным передаточным отношением. При отстающем вращении полуосевой шестерни 5 вращающий момент от нее будет передаваться сателлитам которые будут вращаться в ту же сторону относительно ее и в ту же сторону и с той же частотой что и сателлиты левой полуоси находящиеся на общем жестком валу.
Таким образом дифференциальная противобуксующая передача в этот период будет находиться в режиме оттормаживания разблокировки то есть в основном своем рабочем режиме и она получает дифференциальный эффект.
При движении автомобиля с поворотом в левую сторону соответственно обгонное вращение получает правая полуосевая зубчатая шестерня 5 а левая зубчатая шестерня 4 получает отстающее вращение на ту же величину что и зубчатая шестерня 5 относительно водила 1. При этом полуосевая зубчатая шестерня 5 будет передавать вращающий момент сателлитам 6 8 и 9 которые будут вращаться в том же направлении что и шестерня 5 а отстающая полуосевая зубчатая шестерня 4 будет также передавать вращающий момент сателлитам 6 8 и 9 которые будут вращаться в противоположную сторону но в том же направлении что и вращающий момент образующийся на косозубых сателлитах 6 8 и 9 от вращения полуосевой зубчатой шестерни 5.
Таким образом дифференциальная противобуксующая передача в этот период будет находиться в режиме разблокировки и передача получает дифференциальный эффект.
При торможении автомобиля двигателем крутящий момент от ведущих колес автомобиля передается в обратном направлении и дифференциальная противобуксующая передача при этом блокируется а на криволинейных участках пути работает в дифференциальном режиме.
Эти свойства определяют целесообразность применения передач в приводах где требуется самоторможение и основной рабочий режим это режим оттормаживания например как в данной предлагаемой дифференциальной противобуксующей передаче. Число зубьев в самотормозящейся передаче может быть сведено к минимуму: у ведущей шестерни может быть даже один зуб (виток) а у ведомого колеса число зубьев равно передаточному отношению. Оптимальный диапазон передаточных отношений 025 + 12 ( журнал ИР N 8 1992 с. 16 "Только вперед").
В период эксплуатации дифференциальной противобуксующей передачи возможен износ зубьев полуосевых муфт передачи и образование люфта между контактирующими поверхностями полуосевых зубчатых шестерен и косыми зубьями сателлитов.
Для устранения люфта между самотормозящимися зубчатыми передачами в противобуксующей передаче предусмотрены эксцентриковые втулки 10 и 11 укрепленные в шлицевых пазах 12 и 13 крышек 2 и 3 корпуса передачи. Повернув все эксцентриковые втулки на некоторый угол можно сместить оси валов сателлитов к центру оси корпуса противобуксующей передачи и устранить люфт при этом параллельность валов сателлитов 6 8 и 9 полуосевых колес 4 и 5 не нарушится.
Отсутствие в дифференциальной противобуксующей передаче дополнительных фрикционных элементов его блокировки обеспечивает технологичность ее изготовления на обычном токарно-фрезерном оборудовании снижаются осевые габариты передачи повышается надежность и долговечность ее работы при безопасном скоростном движении транспортного средства на скользких дорогах так как основной рабочий режим самотормозящейся передачи режим ее оттормаживания. Это положительное свойство дифференциальной противобуксующей передачи позволяет ее использовать па любых видах транспортных средств: тракторах и мотоциклах с коляской самосвалах и легковых автомобилях.
Выполнение цапф валов сателлитов в скользящих эксцентриковых втулках позволяет уменьшать люфт между контактирующими зубчатыми передачами в результате чего повышается ее долговечность надежность и плавность работы.
Экономия от использования дифференциальной противобуксующей передачи получается за счет снижения трудоемкости ее изготовления надежности и долговечности работы плавности и безопасности скоростного движения транспортных средств на скользких дорогах при снижении расхода горюче-смазочных материалов.
5. Обоснование параметров дифференциальной противобуксующей передачи транспортного средства
Основное конструктивное отличие зубчато-винтовых передач обеспечивающих преобразование вращательного движения в поступательное от других механизмов предназначенных для этой цели (например кулачковых или кривошипно-ползунных) заключается в том что заданное преобразование осуществляется с помощью зубчатых зацеплений: прямозубых (например в прямозубых реечных передачах) или винтовых (например в передачах винт-гайка) [16].
К числу трехзвенных цилиндрических зубчато-винтовых передач относятся прежде всего известные реечные зубчатые передачи. Эти передачи можно рассматривать как предельный случай внешнего зацепления зубчатых колес с отрицательным передаточным отношением когда число зубьев одного колеса становится бесконечно большим. Зубья шестерни и рейки такой передачи могут иметь любую из известных форм. Конструктивная схема реечной передачи с винтовыми зубьями показана на рисунке 3.14а. Характерной особенностью зацепления этих передач является то что полюс зацепления и само зацепление расположены по одну сторону от оси О1 шестерни (см. рисунок 3.14б в) т. е. как в обычном внешнем зацеплении.
Найдем передаточную функцию реечного зацепления. Скорость перемещения рейки v2 соответствует окружной скорости шестерни vw1 на начальной окружности:
v2= vw1 = 1rw1. (3.1)
В реечном зацеплении радиусы rw1 и r1 начальной и делительной окружностей шестерни совпадают откуда
Рисунок 3.14 - Реечная передача:
а - конструктивная схема; б - силовая схема прямого хода; в - силовая схема обратного хода
Передаточная функция при прямом ходе рассчитывается по формуле:
Если параметры шестерни с винтовыми зубьями выражены через осевой шаг px то передаточная функция принимает следующий вид:
При обратном ходе передаточная функция
Исследуем тормозящие свойства реечных передач. Считаем заданными: приложенный к входной шестерне момент двигателя M1 приложенную к выходной рейке нагрузку F2 коэффициент трения скольжения в зацеплении f12. Суммарное воздействие всех остальных видов трения на шестерню 1 обозначим моментом L1 на рейку 2 - силой T2 . В процессе передачи мощности от шестерни к рейке в зацеплении возникают реакции F12 =-F21 разложенная на нормальные составляющие N12 =-N21 проекции которых на торцовую плоскость равны Nt12=-Nt21 и силы трения T12 =-T21 . Общая нормаль в зацеплении отклонена от торцовой плоскости на угол b величина которого связана с углом наклона зубьев рейки 2 и нормальным углом профиля αn2 соотношением sin b =cos αn2sin 2 .
Направления сил трения T12 и T21 зависят от расположения точки контакта относительно полюса поэтому следует рассматривать отдельно дополюсное и заполюсное зацепления.
На рисунке представлены конструктивная схема и силовые схемы в торцовом сечении. Зазор в зацеплении на рисунке 3.14в и 3.14б показан условно.
Определим составляющие реакций F12=-F21 в зацеплении в тяговом режиме прямого хода (см. рисунок 3.14б). Значение нормальной составляющей может быть рассчитано из уравнения равновесия рейки:
С учетом соотношений и имеем
Радиальная составляющая R12 реакции F12 на шестерню равна разности проекций сил Nt12 и T12 на направление радиус-вектора точки контакта:
Подставив в уравнение (4.8) значения сил и (3.7) получим
Окружная составляющая V12 реакции F12 на шестерню равна сумме проекций сил Nt12 и T12 на направление скорости точки контакта:
или после подстановки значений сил и (4.7).
Аналогично определяются радиальная составляющая R21 реакции F21 направленная перпендикулярно перемещению рейки и окружная составляющая V21 реакции F21 направленная вдоль перемещения рейки:
При прямом ходе ведущим звеном является шестерня 1. Найдем параметр торможения ведомой рейки 2. Приложенные к ней силы разделим на движущие (проекция на торцовую плоскость нормальной реакции Nt21 и сила трения скольжения в зацеплении T21) и силы сопротивления (нагрузка F2 и все остальные силы трения T2). В данном случае обе составляющие реакции F21 - и нормальная и сила трения скольжения в зацеплении - относятся к движущим силам. Параметр торможения:
При действии постоянных сил и моментов выражение (14) после сокращения на перемещение рейки принимает следующий вид:
С учетом соотношений и получаем формулу для параметра торможения:
Критерий самоторможения приводит к неравенству
Это неравенство может быть реализовано только при нереально большой силе дополнительного трения поэтому самоторможение прямого хода в заполюсных реечных передачах практически невозможно. Линия действия торцовой проекции реакции со стороны ведущего входного звена Ft21=Nt21+T21 составляет весьма значительный угол с прямой СO1 (см. рисунок 3.14б) а для самоторможения этот угол должен быть меньше угла трения.
В тяговом режиме обратного хода силовая схема передачи (см. рисунок 3.14в) отличается от схемы прямого хода тем что скорости шестерни и рейки изменяют свое направление в связи с чем меняют свое направление и силы трения. Поэтому формулы для определения составляющих реакции в зацеплении в тяговом режиме обратного хода принимают вид:
Зависимость (3.13) при обратном ходе сохраняется.
Определение параметра торможения шестерни 1 при обратном ходе ничем не отличается от выведенного для цилиндрических передач поэтому все сделанные относительно цилиндрических заполюсных передач выводы справедливы и для заполюсных реечных: обратный ход в тяговом режиме невозможен.
Оттормаживание обратного хода становится невозможным при выполнении условия
Если принимать во внимание только трение скольжения в зацеплении то условие (3.22) имеет вид
Таким образом в режиме оттормаживания обратного хода при соблюдении условия (3.22) звено 2 тоже становится тормозным. Это означает что угол между линией действия торцовой проекции реакции со стороны первого звена Ft21=Nt21+T21 (см. рисунок 3.14в) и прямой РО1 уменьшается и становится меньше угла трения рейки 2. При этом движение второго звена а значит и всего механизма становится невозможным.
Схема нагрузок на звенья самотормозящейся реечной передачи в режиме оттормаживания отличается от схемы обратного хода только направлением движущего момента М1 (на рисунке 3.14в показано пунктиром). Поскольку направление этого момента не влияет на величину составляющих реакции F21 в зацеплениях в формулах (3.18)-(3.21) они остаются в силе и для режима оттормаживания.
Полученные зависимости показывают что при одной и той же внешней нагрузке F2 радиальные составляющие R12 и R21 отличаются друг от друга так же как и окружные V12 и V21. Перечисленные составляющие реакции за исключением V21 имеют различные значения при прямом и обратном ходе.
Из уравнений (3.7) и (3.18) следует что в тяговом режиме обратного хода (для несамотормозящихся передач) и в режиме оттормаживания (для самотормозящихся передач) нормальная реакция N в заполюсном зацеплении при одной и той же внешней нагрузке возрастает по сравнению с тяговым режимом прямого хода в раз:

Глава 4 Конструктивка ГОТ.docx

4. КОНСТРУКТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА
1. Патентный обзор дифференциалов транспортных средств
1.1. Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства (Патент на полезную модель № 113207)
Техническим результатом заявляемого решения является повышение надежности самоблокирующегося дифференциала.
Сущность изобретения поясняется чертежами где: на рисунке 4.1 - общий вид самоблокирующийся дифференциал в продольном разрезе; на рисунке 4.2 - цепочка шариков в замкнутом канале (вид по В-В на рисунке 4.1).
Рисунок 4.1- Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства (Патент на полезную модель № 113207)
Рисунок 4.2 - Цепочка шариков в замкнутом канале
(вид по В-В на рисунке 4.1)
Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства работает следующим образом. При прямолинейном движении транспортного средства вращение от большой шестерни гипоидной пары (на чертеже отсутствует) передается корпусу 1. От приводного корпуса 1 через шарики 14 контактирующие с винтовыми канавками 10 и 11 полуосевых элементов 8 и 9 вращение передается на полуоси 6 и 7 транспортного средства и далее на ведущие колеса обеспечивая им одинаковую угловую скорость.
При повороте или развороте транспортного средства колеса а следовательно и полуоси 6 и 7 с полуосевыми элементами 8 и 9 стремятся вращаться с разными угловыми скоростями. При этом шарики 14 начинают перемещаться по замкнутому каналу 12 не препятствуя повороту транспортного средства. Нечетное количество шариков 14 в замкнутом канале 12 обеспечивает свободное движение цепочки 13 шариков 14. Шарики 14 в переходных каналах 17 и 18 передвигаются без торможения с минимальным трением. В зоне перехода шариков 14 из переходных каналов 17 и 18 в полости между винтовыми канавками 10 и 11 и рабочими канавками 15 шарики 14 первоначально беспрепятственно попадают в винтовые канавки 10 или 11 которые при вращении плавно вводят шарики Ш в рабочие канавки 15 дифференциала.
При попадании какого-либо ведущего колеса транспортного средства на скользкий участок дороги или другие неровности дороги (ямка или бугор) происходит резкое снижение сцепления колеса с дорогой. Полуосевой элемент 8 или 9 связанный с колесом находящимся в хорошем контакте с дорогой заставляет вращаться другой полуосевой элемент 9 или 8 а через него и колесо находящееся на скользком участке. Оба колеса начинают вращаться с одинаковой угловой скоростью и транспортное средства продолжает движение без пробуксовывают.
При движении транспортного средства как вперед так и назад устройство работает как обычный дифференциал классической схемы не мешающий управлению транспортным средством.
Предлагаемый дифференциал обеспечивает повышенную проходимость экономичность и безопасность вождения транспортного средства.
1.2. Противобуксующий дифференциал (Патент РФ № 2091644)
Противобуксующий дифференциал транспортного средства работает следующим образом. При движении транспортного средства например автомобиля вперед или назад по прямой линии вращения от ведомой шестерни 1 главной передачи передается на скрепленные с нею полый корпус противобуксующегося дифференциала транспортного средства и соответственно на левую 2 и правую 3 крышки корпуса дифференциала. От крышек 2 и 3 корпуса дифференциала вращение передается на цапфы сателлитов 6 7 8 и 9 зубья которых входят в зацепление с зубьями полуосевых шестерен 4 и 5. Полуосевые шестерни 4 и 5 скреплены валами с ведущими колесами автомобиля (показаны). При этом все подвижные элементы внутри корпуса противобуксующего дифференциала вращаться не будут и они работают как одно целое с корпусом дифференциала так как полуосевые шестерни 4 и 5 сателлиты 6 7 8 и 9 выполнены в виде цилиндрических самотормозящихся зубчатых передач не допускающих обратного движения шестерен 4 и 5 со стороны ведомых сателлитов 6 7 8 и 9.
Для левой полуоси состоящей из полуосевой шестерни 4 и левой половины сателлитов 6 7 8 и 9 самотормозящая зубчатая передача снабжена отрицательным передаточным отношением в которой ведущим звеном является полуосевая шестерня 4 а сателлиты ведомыми. Одной из особенностей самотормозящейся зубчатой передачи является то что для обеспечения ее самоторможения необходимо чтобы углы наклона контактирующих поверхностей зубьев между собой составляли угол меньший угла трения.
Рисунок 4.3 - Противобуксующий дифференциал
(Патент РФ № 2091644)
При движении автомобиля по криволинейному пути например в правую сторону левая и правая полуоси автомобиля и соответственно скрепленные с ними полуосевые шестерни 4 и 5 будут вращаться с различной частотой: левая полуосевая шестерня 4 получает обгонное вращение на какую-то величину и на ту же величину правая полуосевая шестерня 5 получает отстающее вращение. При этом зубья левой полуосевой шестерни 4 находятся в зацеплении с зубьями сателлитов 6. 7 8 и 9 и заставляют их вращаться вокруг своих осей в противоположную сторону а зубья правой полуосевой шестерни 5 также находятся в зацеплении с зубьями сателлитов 6 7 8 и 9 самотормозящаяся зубчатая передача которых имеет положительное передаточное отношение. Поэтому валы сателлитов 6 7 8 и 9 будут вращаться вокруг своих осей в ту же сторону и с той же частотой что и сателлиты левой полуоси находящиеся на общем жестком валу что и сателлиты правой полуоси.
Таким образом самотормозящая передача противобуксующего дифференциала будет в этот период находится в режиме оттормаживания основном своем рабочем режиме и противобуксующий дифференциал получает дифференциальный эффект.
При движении автомобиля с поворотом в левую сторону соответственно обгонное вращение получает правая полуосевая зубчатая шестерня 5 а левая ведущая полуосевая шестерня 4 получает отстающее вращение на ту же величину. При этом полуосевая шестерня 4 находится в зацеплении с зубьями сателлитов 6 7 8 и 9 и способствует процессу оттормаживания зубчатой передачи и заставляет вращаться вал сателлитов в ту же сторону что и полуосевая шестерня 5. Одновременно с этим полуосевая шестерня 4 получает отстающее вращение входит в режим оттормаживания с зубьями сателлитов 6 7 8 и 9 и заставляет вал сателлитов вращаться в ту же сторону и на ту же величину что и зубчатая передача правой полуоси.
При движении автомобиля вперед или назад и если происходит торможение автомобиля двигателем то крутящий момент от ведущих колес автомобиля передается в обратном направлении и корпус противобуксующего дифференциала в этом случае и полуосевые шестерни 4 и 5 вращаются как одно целое.
При движении автомобиля вперед или назад и при попадании одного из ведущих его колес на скользкий грунт например правого колеса или зависании его в воздухе из-за большего сопротивления возникшего на полуосевой шестерне 4 зубья сателлитов левой полуоси 6 7 8 и 9 будут стремиться обкатываться вокруг полуосевой шестерни 4 и вращение вала сателлитов будет соответственно передаваться на сателлиты 6 7 8 и 9 правой полуоси и на находящуюся с ними в зацеплении полуосевую шестерню 5. Но так как сателлиты 6 7 8 и 9 являются ведомыми по отношению к ведущей полуосевой шестерне 5 то зубчатая передача будет находиться в режиме самоторможения (блокировки) и корпус дифференциала и все подвижные элементы будут заблокированы и вращаться как одно целое.
В период эксплуатации противобуксующего дифференциала при обнаружении люфта между полуосевыми шестернями 4 5 и сателлитами 6 7 8 и 9 следует крышки корпуса дифференциала 1 и 2 разъединить извлечь валы сателлитов а также вынуть из шлицевых пазов 12 и 13 эксцентриковые втулки 10 и 11 и повернуть их на некоторый угол. Тем самым за счет эксцентриситета втулок 10 и 11 центры осей валов сателлитов 6 7 8 и 9 будут смещены к центру оси корпуса дифференциала при этом параллельность валов не будет нарушена.
Отсутствие в противобуксующем дифференциале транспортного средства дополнительных фрикционных элементов его блокировки повышает плавность и безопасность движения легкового транспорта на дорогах с малым коэффициентом сцепления а наличие в противобуксующем дифференциале самотормозящейся передачи в виде ведущих полуосевых шестерен и ведомых сателлитов позволяет использовать противобуксующий дифференциал на любых видах транспорта: тракторах и мотоциклах с коляской самосвалах и легковых автомобилях.
Выполнение диаметров зубчатых колес сателлитов не менее 025 диаметра ведущих полуосевых шестерен повышает надежность работы противобуксующего дифференциала и технологичность его изготовления.
Выполнение цапф валов сателлитов в скользких опорах эксцентриковых втулок позволяет уменьшить люфт между контактирующими зубчатыми колесами противобуксующего дифференциала что повышает надежность и плавность его работы повышается срок службы дифференциала.
Экономия от использования противобуксующего дифференциала получается за счет снижения трудоемкости ее изготовления надежности и долговечности работы плавности и безопасности скоростного движения автомобиля на скользких дорогах при снижении расхода горючесмазочных материалов.
1.3. Дифференциал В.П.Демина (Патент РФ № 2129232)
На рисунке 4.4 изображен продольный разрез общего вида "Дифференциала В.П.Демина". На рисунке 4.5 изображен вариант (разрез) выполнения трехсателлитного дифференциала с крестовиной.
Дифференциал В.П.Демина" работает следующим образом. При движении транспортного средства например автомобиля вперед или назад по прямой линии крутящий момент от полого корпуса 1 дифференциальной самоблокирующейся передачи будет передаваться на закрепленные в корпусе 1 пальцы 2 3 и 4 и на свободно посаженные на них конические зубчатые сателлиты 5 находящиеся в зацеплении с полуосевыми коническими шестернями 8 и 9 от которых вращающийся момент будет передаваться на наружные концы полуосей к закрепленным на них ведущим колесам транспортного средства (на чертеже не показаны). При этом на каждое ведущее колесо автомобиля будет передаваться одинаковый вращающийся момент если оба колеса будут опираться на дорогу с нормальным сцеплением.
При движении автомобиля вперед или назад и при попадании одного из ведущих колес автомобиля на скользкий грунт например правого колеса или зависании его в воздухе крутящий момент от корпуса 1 дифференциальной передачи будет передаваться на пальцы 2 3 и на конические зубчатые сателлиты 5 находящиеся в зацеплении с полуосевыми коническими шестернями 8 и 9.
Ввиду того что сопротивление на левом колесе автомобиля в данном примере и соответственно на полуосевой конической шестерне 8 будет в несколько раз больше чем на правой полуосевой конической шестерне 9 то конические зубчатые сателлиты 5 будут стремиться обкатываться вокруг полуосевой конической шестерни 8. Но так как данные зубчатые передачи образованные находящимися во взаимодействии полуосевыми шестернями и сателлитами выполнены самотормозящимися в виде винтовых конических передач недопускающих обратного движения ведомых конических зубчатых сателлитов 5 то передача будет самотормозиться и блокироваться.
Таким образом дифференциальная самоблокирующаяся передача будет заблокирована и все ее элементы будут работать как одно целое с его корпусом 1.
Одной из особенностей самотормозящихся зубчатых передач является то что зубья их шестерен выполняются в форме витков а угол наклона 2 зуба ведомой шестерни на цилиндре его вершин и угол наклона 1 зуба ведущей шестерни на цилиндре касающихся вышеуказанного в точках контакта определяется в зависимости от нормального угла n зацепления и величин минимального fmin и максимального fmax значений коэффициента трения в зацеплении и определяется выражениями
где - угол профилей зубьев в плоскости касательной к основным цилиндрам.
Кинематическая схема "Дифференциала В.П.Демина" работает по негативной программе и в периоды движения автомобиля по прямой линии дифференциал постоянно находится в заблокированном состоянии при котором исключается пробуксовка одного из ведущих колес автомобиля независимо от того на каком грунте находятся его колеса: жестком скользком или одно из его колес зависнет в воздухе. Разблокировка дифференциала наступает лишь в тот момент когда одно из его ведущих колес получает обгонное движение а другое - отстающее при движении автомобиля по криволинейному пути или на поворотах. И если в этот период движения автомобиля его колесо движущееся по внутреннему кругу (отстающее) попадет на скользкий грунт или зависнет в воздухе то отстающее вращение колеса сразу же пропадает и дифференциальная передача мгновенно блокируется до момента пока не восстановится его отстающее вращение то есть до момента нормального сцепления колеса автомобиля с дорогой.
При движении автомобиля по криволинейному пути например в правую сторону левая и правая полуоси автомобиля и соответственно скрепленные с ним полуосевые конические шестерни 8 и 9 будут вращаться с различной частотой и в разных направлениях: левая коническая шестерня 8 получает обгонное вращение на какую-то величину и на ту же величину правая коническая шестерня 9 получает отстающее вращение.
При этом полуосевые конические шестерни 8 и 9 по отношению к коническим зубчатым сателлитам 5 являются ведущими шестернями не допускающими обратного движения от ведомых конических зубчатых сателлитов 5 то есть данные винтовые конические передачи выполнены в виде самоторомозящихся зубчатых передач которые постоянно находятся в заблокированном состоянии и разблокировка самоблокирующейся передачи наступает лишь при одновременном обгонном и отстающим вращении полуосевых конических шестерен 8 и 9.
Отсутствие в дифференциале каких-либо фрикционных элементов его блокировки повышает плавность и безопасность скоростного движения легкового транспорта на скользких дорогах и бездорожье.
Выполнение дифференциала в виде зубчатых самотормозящихся винтовых конических передач позволяет ее использовать на любых видах транспорта: тракторах мотоциклах с коляской самосвалах и легковых автомобилях.
Выполнение "Дифференциала В.П.Демина" в виде полого корпуса с размещением внутри него полуосевых конических шестерен и конических зубчатых сателлитов повышает технологичность его производства позволяет использовать на производстве существующую технологическую цепочку без ее реконструкции и использовать существующие заготовки и детали для его изготовления.
Экономия от использования "Дифференциала В.П.Демина" получается за счет технологичности и снижения трудоемкости его изготовления надежности и долговечности работы плавности и безопасности скоростного движения автомобиля на скользких дорогах и бездорожье при снижении расхода горюче-смазочных материалов.
Рисунок 4.4 - Дифференциал В.П.Демина (Патент РФ № 2129232)
Рисунок 4.5 - Вариант (разрез) выполнения трехсателлитного дифференциала с крестовиной
1.4. Дифференциал с автоматической блокировкой колес (Патент РФ № 2119435)
На рисунке 4.6 показан дифференциал вариант 1 продольный разрез где показаны: положение смонтированной правой спиральной пружины положение механизма блокировки правого сепаратора и его принципиальное устройство показаны кольцевые рифления на наружной поверхности сепаратора и связь его в момент ручной блокировки со штырем с укрупнением для более четкого его изображения; показано положение роликов после перевода их механизмом блокировки в положение для движения назад транспортного средства или при движении вперед в режиме торможения его двигателем; на рисунке 4.7 показан дифференциал вариант 2 продольный разрез с двумя сдвоенными ведомыми конусами с элементами ручной блокировки внутреннего сепаратора при реверсе.
Рисунок 4.6 - Дифференциал с автоматической блокировкой колес (Патент РФ № 2119435)
Дифференциал работает следующим образом.
Когда на ведущий корпус 2 передается крутящий момент для движения вперед ведущий корпус 2 начинает вращаться по часовой стрелке. Поскольку ведущие ролики 21 постоянно поджаты к внутренней цилиндрической поверхности ведущего корпуса 2 спиральной пружиной 23 то ведущий корпус 2 увлекает ведомый конус 3 без проскальзывания роликов.
Рисунок 4.7 - Дифференциал вариант 2 продольный разрез с двумя сдвоенными ведомыми конусами с элементами ручной блокировки внутреннего сепаратора при реверсе
При повороте наружное по отношению к центру поворота колесо движется с большей угловой скоростью чем внутреннее колесо в результате чего соответствующий ведомый конус опережает вращение ведущего корпуса и расклинивает соответствующие ролики. Mкр передается только на внутреннее колесо. При выравнивании угловых скоростей ведущих колес снова происходит заклинивание роликов ведомого конуса наружного колеса и т.д. Если прекратить передачу Mкр на ведущий корпус 2 то прекращается вращение ведущего корпуса 2 ролики 21 расклиниваются сцепление ведущего корпуса с ведомым конусом 3 прекращается. Машина получив разгон движется накатом. При этом ролики 21 не скатываются по спиральным поверхностям так как постоянно поджаты спиральной пружиной 23. Поэтому при выравнивании угловых скоростей вращения ведущих колес или при передаче Mкр от двигателя на ведущий корпус в процессе движения заклинивание роликов а следовательно и сцепление ведущего корпуса дифференциала с ведомым конусом осуществляется при минимальном их холостом ходе а при трогании с места холостое вращение ведущего корпуса практически отсутствует. При движении транспортного средства по кривой при въезде наружного к повороту колеса на скользкий участок внутреннее колесо выталкивает машину на хороший участок дороги а угловые скорости вращения колес при этом равны. При въезде на скользкий участок внутреннего колеса при его проскальзывании весь крутящий момент передается на наружное колесо которое выталкивает машину на хороший участок а после выезда со скользкого участка при продолжении движения по кривой сцепление наружного колеса с ведущим корпусом снова выключается и т.д.
Таким образом Mкр передается постоянно на оба колеса при пробуксовке одного из колес пропорционально сцеплению каждого колеса с дорогой и угловые скорости вращения колес при пробуксовке одного или обоих колес выравниваются.
При движении по прямой без пробуксовки крутящие моменты распределяются на ведущие колеса поровну. При движении по кривой без пробуксовки весь Mкр передается на внутреннее колесо. При движении по прямой по скользкой дороге крутящие моменты распределяются пропорционально величине сцепления каждого колеса с дорогой при равных угловых скоростях вращения ведущих колес.
Таким образом проходимость транспортного средства значительно повышена т. к. Mкр при пробуксовке любого или обоих ведущих колес передается на оба колеса а блокировка ведущих колес при этом осуществляется в движении или при трогании с места в автоматическом режиме (без участия водителя). При восстановлении сцепления с поверхностью качения обоих ведущих колес автоматическая блокировка мгновенно выключается (т.е. при повороте наружное по отношению к центру поворота колесо может вращаться с большей угловой скоростью). При выключении двигателя на подъеме сцепление дифференциала и ведущих колес с двигателем не прерывается а при движении задним ходом при выключенном двигателе дифференциал работает а ведущие колеса тормозятся двигателем.
Конструкция дифференциала проста и надежна. Испытания дифференциала показали что сцепление и расцепление ведущего корпуса и ведомых конусов происходит мгновенно очевидно в пределах допусков на изготовление шестеренчатых передач известных дифференциалов и допустимых зазоров между зубьями их шестерен.
Ведомый конус (см. рисунок 4.7) снабжен дополнительным конусом 24 и выполнен как одна деталь имеет шлицевое отверстие для насадки на шлицы полуоси в целях возможности завести на конусы сепараторы ролики контрольные кольца и спиральные пружины. Ведомый конус 24 имеет дополнительный сепаратор два контрольных кольца по два прилива для закрепления спиральных пружин. Навивка спиральных пружин ведомого конуса 24 одинаковая. Возможно закрепить один конец пружины на полуоси (в отверстие) второй - на сепараторе.
После установки на шлицы полуоси ведомый конус удерживается корончатой гайкой 25.
Описанные дифференциалы передают Mкр на ведущие колеса при движении в направлении вперед (т.е. в одном направлении).
Для осуществления передачи Mкр для движения в обратном направлении (задний ход) в дифференциал вводится механизм блокировки сепаратора и ведущего корпуса для движения в обратном направлении с одинаковой угловой скоростью.
В ведущем корпусе выполнено отверстие(я) и приварен штуцер 26 через который вводится штырь 27 для контакта с рифленой наружной поверхностью сепаратора.
К штуцеру 26 подсоединяется корпус электромагнита 28 со штырем 27. Штырь 27 является стержнем электромагнита и подпружинен цилиндрической пружиной для возврата его в исходное положение при обесточивании электромагнита.
На ведущем корпусе установлено электроизолированное металлическое кольцо 29 к которому может подводиться электрическое напряжение через графитовую щетку 30 типа генераторных. Один конец обмотки электромагнита подсоединен к массе (минус) а второй - к кольцу.
При включении микровыключателя(ей) в кабине водителя электрический ток через графитовую щетку(и) 30 подпружиненную в щеткодержателе(ях) подводится к электроизолированному кольцу(ам) 29 и далее к электромагниту который выталкивает штырь и блокирует сепаратор. При выключении микровыключателя возвратная пружина штыря возвращает его назад до упора в ограничительную резьбовую заглушку.
При варианте 1 каждый ведомый конус имеет спиральные с зеркальным отражением друг друга поверхности (два "подъема") для контакта с ведущими роликами при движении вперед-назад. При включении ручной блокировки для движения назад сепаратор блокируется с ведущим корпусом при начале вращения ведущего корпуса против хода часовой стрелки ведущие ролики заклиниваются для передачи Mкр на одно любое или оба ведущих колеса оси для движения задним ходом.
При варианте 2 ведомый конус выполнен сдвоенным наружные (левые и правые) ролики работают при движении вперед внутренние ролики (левые и правые) расположенные в центре ведущего корпуса - для движения назад. При этом блокируется внутренний сепаратор 31 поджатый спиральной пружиной на расклинивание.
Для движения задним ходом по кривой возможно заблокировать один внутренний сепаратор одного ведомого конуса передающего Mкр на наружное колесо (по отношению к центру поворота).
При блокировании внутренних сепараторов 31 обоих ведущих колес возможно движение назад-вперед по прямой и кривой при этом наружное колесо будет катиться с проскальзыванием при движении по кривой.
Возможен пневматический привод штыря известным способом с использованием кольцевой пневмокамеры.
На рисунке 4.7 также показано принципиальное устройство механизма блокировки внутреннего сепаратора конуса 24.
Дифференциалы с механизмами блокировки соответствующих сепараторов могут передавать Mкр также и для движения задним ходом.
Механизмы ручной блокировки сепараторов с ведущим корпусом дифференциалов варианта 1 и варианта 2 предназначенным для реверса ведущих колес могут быть использованы при движении вперед в экстремальных условиях (скользкий крутой спуск и пр.) для торможения транспортного средства двигателем путем резкого сброса "газа" с последующим включением ручной блокировки обоих сепараторов.
1.5. Дифференциал - "Иван" (Патент РФ № 2135859)
Дифференциал (см. рисунок 4.8) работает следующим образом: приводной вал 19 через конец со шлицами 20 получает через передачу крутящий момент от двигателя и ведущей конической шестерней 18 передает вращение ведомой конической шестерне 16 центрального диска 15 сателлитные конические шестерни 17 которого распределяют его крутящий момент поровну силовым коническим шестерням 5 и 6 и заставляют их вращаться вместе с силовыми торцевыми ступицами 7 которые своими внутренними шлицами 8 передают свой крутящий момент непосредственно или через передачу на полуоси колес ведущего моста и вызывают вращение этих колес но при отсутствии блокировки полудифференциалов в случае буксования одного из колес будет вращаться соответственно только соединенный с этим колесом например полудифференциал 3 а полудифференциал 4 останавливается одновременно с остановившимся колесом на который будет действовать крутящий момент такой же крутящий момент как и на полу дифференциал 3 уменьшенный из-за снижения силы сцепления при буксовании колеса последнего а так как другое колесо не может преодолеть сопротивление движению и остановилось то это равнозначно затормаживанию 31 полудифференциала 4 и тогда по ведомой конической шестерне 6 последнего будут перекатываться сателлитные конические шестерни 17 (не вращающиеся при движений транспорта на прямом и ровном участке дороги) и будут заставлять вращаться ведомую коническую шестерню 5 полудифференциала 3 с угловой скоростью большей в два раза по сравнению с центральным диском 15 однако в предложенном дифференциале этого не произойдет так как вращающаяся заодно с центральным диском 15 малая блокировочная круглая шестерня 22 входит в зацепление с шестерней с внутренними зубьями 26 зубчатого ролика 25 и заставляет вращаться последний который в свою очередь шестерней с наружными зубьями 37 входит в зацепление с большой круглой блокировочной шестерней 28 и вынуждает ее вращаться вместе с полудифференциалом 4 который через свою силовую ступицу 7 с внутренними шлицами 8 может передавать весь крутящий момент от центрального диска 15 к звеньям буксующего колеса так как в дифференциале происходит автоматическая кинематическая (не связанная с затормаживанием шестерен) блокировка полудифференциалов 3 и 4 потому что каждый из последних содержит планетарный блокировочный механизм включающий малую блокировочную круглую шестерню 22 большую блокировочную круглую шестерню 28 и установленный на подшипниках на эксцентриках 23 зубчатый ролик 25 который имеет шестерню с внутренними зубьями 26 и шестерню с наружными зубьями 27 входящими соответственно в зацепление с указанными блокировочными круглыми шестернями и так как планетарный механизм имеет две степени свободы то полудифференциал 4 будет вращаться когда ему передается вращение его силовой конической шестерней 6 или передает ему крутящий момент на блокировочную круглую шестерню 28 шестерня с наружными зубьями 27 зубчатого ролика 25 если шестерня с внутренними зубьями 26 последнего будет обкатывать малую блокировочную круглую шестерню 32 как при вращении последней так и при остановленной жестко связанной через полуось диска 14 с центральным диском 15 но при вращении малой блокировочной шестерни 22 невозможно обкатывание шестернями 26 и 27 зубчатого ролика 25 одновременно вращающейся малой блокировочной круглой шестерни 22 и остановленной большой блокировочной круглой шестерни 28 и поэтому в этом случае происходит заклинивание всех шестерен планетарного механизма блокировки полудифференциала 4 который вследствие этого будет вращаться с угловой скоростью центрального диска 15 заодно с ним и вынуждает через последний вращаться с такой же угловой скоростью полудифференциал 3 не позволяя перекатывать его силовой конической шестерней 5 сателлитные конические шестерни 17 центрального диска 15 по силовой конической шестерне 6 полудифференциала 4 и следовательно в этом случае происходит автоматическая блокировка полудифференциалов 3 и 4 обеспечивающая вращение их и связанных с ними колес с одинаковыми угловыми скоростями что способствует продолжению движения транспорта если его колесо связанное с полудифференциалом 4 имеет достаточное усилие сцепления с дорогой а при выезде транспорта на участок дороги с хорошим сцеплением под обоими колесами при движении на поворотах и неровностям дороги когда колеса ведущего моста будут вращаться с разными угловыми скоростями полудифференциалы 3 и 4 своими большими блокировочными шестернями 28 будут перемещать в планетарном движении шестерни с наружными зубьями 27 зубчатых роликов 25 шестерни с внутренними зубьями 26 которых будут обкатывать вращающиеся малые блокировочные круглые шестерни 22 позволяя при этом например полудифференциалу 3 вращаться с большей угловой скоростью относительно центрального диска 15 и полудифференциалу 4 настолько с меньшей и вследствие этого дифференциал автоматически выходит из режима блокировки и начинает работать как обычный дифференциал а зубчатые ролики 25 с шестернями 26 и 27 и блокировочные шестерни 22 и 28 не имеют нагрузок кроме преодоления минимальных сил трения на их холостое перемещение только при поворотах или движения транспорта по неровностям дороги; из этого следует что дифференциал выходит тоже автоматически из блокировки а значит в дифференциале совершается автоматическая кинематическая блокировка полудифференциалов исключающая затормаживание шестерен механизма блокировки повышением сил трения от воздействия на них и эта блокировка совершается без остановки транспорта и практически с минимальной или без потери скорости транспорта а поэтому не будет возникать резкого увеличения сил сцепления колес с дорогой и это сохранит последниюю от быстрого разрушения и создаст небольшие нагрузки на детали дифференциала что приведет к снижению их износа и вероятности разрушения и повысить его долговечность облегчит работу водителя и повысит безопасность его труда вследствие автоматической блокировки полудифференциалов.
Рисунок 4.8 - Дифференциал - "Иван" (Патент РФ № 2135859)
Дифференциал имеет хорошие технико-экономические показатели в нем осуществляется автоматическая блокировка полудифференциалов кинематическим путем при помощи планетарных механизмов блокировки размещающихся в полудифференциалах и при этом не применяются тормозные устройства и производится она без остановки транспорта при его движении по дороге с плохим сцеплением под одним из колес и происходит это без вмешательства водителя и блокировочный механизм не вызывает заметных затрат работы на преодоление сил трения его холостой работы на поворотах и при движении транспорта по неровностям дороги а на прямолинейных участках ровной дороги в нем отсутствуют взаимные перемещения деталей и трения даже в подшипниках не возникает и поэтому его применение обеспечивает быстрое преодоление участка дороги с появлением мест с плохим сцеплением для одного из колес и это не вызывает резкого возрастания сил сцепления под другим колесом ввиду инерции движения автотранспорта или тракторов и вследствие этого не появляются чрезмерно большие нагрузки на деталях дифференциала и все это способствует как меньшему разрушению дороги так уменьшению износа деталей дифференциала и вероятности их поломки и приводит к повышению долговечности дифференциала а так как он обеспечивает автоматическую блокировку ведущих колес без остановки транспорта то поэтому работа водителя облегчается и безопасность его труда повышается и возрастает надежность работы транспорта и повышается его экономичность.
1.6. Самоблокирующийся дифференциал (Патент РФ № 2463501)
Самоблокирующийся дифференциал (см. рисунок 4.9) работает следующим образом.
При прямолинейном движении и равной нагрузке на полуоси колес сателлиты не обкатываются по косозубым шестерням и потери на трение в дифференциале получаются минимальными. Когда же одно из его колес начинает отставать связанная с ним полуосевая шестерня например 2 вращается медленнее корпуса 1 и поворачивает входящий с ней в зацепление сателлит 5. Он передает вращение связанному с ним сателлиту 6 из другого ряда а тот в свою очередь - на полуосевую шестерню 3 и другое колесо транспортного средства. Так обеспечиваются разные угловые скорости колес в повороте. Ввиду разности крутящих моментов на колесах и скольжению в пятне контакта зубчатых зацеплений возникают осевые и радиальные силы прижимающие полуосевые шестерни 2 3 и сателлиты 5 и 6 торцами к крышкам корпуса. Сателлиты также прижимаются вершинами зубьев к поверхностям глухих наклонных отверстий 10 в которых они размещены. За счет этого и возникают дополнительные силы трения осуществляющие частичную блокировку. Величина коэффициента блокировки зависит от угла наклона сателлитов 5 и 6 и от угла наклона зубьев полуосевых шестерен 2 и 3 относительно оси вращения корпуса то есть угла блокировки и угла при вершине конических торцов сателлитов. Угол блокировки не должен превышать угла трения применяемых материалов иначе произойдет полное самоторможение зубчатых передач дифференциала.
Меняя величину угла внутренних заглубленных торцов сателлитов относительно аналогичного угла концов глухих отверстий 10 в корпусе 1 можно в значительных пределах менять момент трения между этими контактирующими коническими поверхностями - от заклинивания до практически свободного вращения как в керновой опоре. Таким образом простой заменой комплекта одинаковых сателлитов но с разными углами при вершине их внутренних конических торцов можно легко изменять коэффициент блокировки.
Таким образом основным преимуществом предложенного дифференциала является существенное упрощение его конструкции за счет двукратного уменьшения номенклатуры разнотипных шестерен и возможность широкого изменения коэффициента блокировки за счет простой замены комплекта одинаковых прямозубых сателлитов с коническими торцами.
Рисунок 4.9 - Самоблокирующийся дифференциал
(Патент РФ № 2463501)
2. Расчет параметров предлагаемого дифференциала
2.1. Расчет эффективной мощности и крутящего момента
Значения эффективной мощности [кВт] от частоты вращения коленчатого вала двигателя производится по эмпирической зависимости предложенной С.Р.Лейдерманом [30]:
где – максимальная эффективная мощность двигателя кВт ( кВт);
– текущая частота вращения [обмин];
– частота вращения при максимальной мощности [обмин];
Для бензинового двигателя коэффициенты =1 и =1
Определение наименьшей устойчивой – и максимальной – частот вращения коленчатого вала [обмин]
=013· = 013·3200 = 500 обмин
Т.к. на двигателе установлен ограничитель частоты вращения коленчатого вала то:
=12· = 12·3200 = 3840 обмин
Часть мощности двигателя затрачивается на привод вспомогательного оборудования (генератор насос системы охлаждения двигателя компрессор насос гидроусилителя руля и др.) и лишь оставшаяся мощность Ne - мощность нетто используется для движения автомобиля.
Для расчета эффективного крутящего момента используем выражение вида:
Часть эффективного крутящего момента двигателя – Me затрачивается на привод навесного вспомогательного оборудования и лишь оставшаяся его часть так называемый крутящий момент нетто – Мe используется для движения автомобиля. Для определения момента нетто воспользуемся выражением:
Мe = 09*2522=227 Н*м
2.2. Расчет параметров зубчатого конического соединения главной передачи
Расчет максимальных контактных напряжений необходим для определения материала приемлемого для изготовления шестерен дифференциала.
Исходными данными являются [12]:
передаточное число 392
число зубьев ведущей шестерни25
число зубьев ведомой шестерни98
Конусное расстояние определяем следующим образом [11:
где – ширина колеса мм ().
Согласно выражения (1.30):
Углы делительных конусов колеса и шестерни:
Из выражения (1.32):
Диаметр внешней делительной окружности колеса определяем по формуле [11:
где – конусное расстояние мм;
– угол делительного конуса колеса град.
Внешний окружной модуль передачи [11]:
где – диаметр внешней делительной окружности колеса мм;
–число зубьев ведомой шестерни.
Согласно формуле (1.34):
Диаметр внешней делительной окружности шестерни [11]:
Согласно формуле (1.35):
Внешние диаметры кольца и шестерни [10]:
где – высота зуба мм.
Согласно формулам (4.10) и (4.11):
Значение этих напряжений вычисляют по формуле:
где – распределенная нагрузка Н;
– модуль упругости металла Па () [11;
– приведенный радиус кривизны м;
–коэффициент Пуассона.
Для конструкционных металлов коэффициент Пуассона располагается в пределах = 025. ..035. Без существенной погрешности принимают =03.
Приведенная нагрузка вычисляется по формуле:
Распределенная нагрузка определяется по формуле:
где – максимальный крутящий момент двигателя Н*м (см. приложение А =389Н*м).
Этим требованием отвечает Сталь 08Х18Н () которую выбираем в качестве материала для изготовления шестерен зубчатого конического соединения переднего моста.
2.3. Расчет червячной передачи [12]
Число витков червяка Z1 принимаем в зависимости от передаточного числа: при U = 1 Z1 = 4.
Число зубьев червячного колеса Z2 = Z1U = 4 1 =2.
Принимаем стандартное знание Z2 = 4 .
В основу расчета червячной передачи берется контактная и изгибочная прочность зубьев колеса и витков червяка.
Выбираем материал червяка и венец червячного колеса. Принимаем для червяка сталь 45 с закладкой до твердости не менее HRC 45 и последующим шлифованием.
Так как к редуктору не предъявляются специальные требования принимаем для венца червячного колеса бронзу БрА9ЖЗЛ (отливка в песочную форму).
Предварительно принимаем скорость скольжения в зацеплении
Тогда при длительной работе допускаемое контактное напряжение
Расчетное значение допускаемого напряжения изгиба [OF] для нереверсивной работы получают умножением табличного значения [OF]' на коэффициент долговечности KFL .
Значение KFL при бронзовом венце червячного колеса определяют по формуле:
где N - суммарное число циклов напряжений
где nВЫХ - частота вращения червячного колеса обмин;
Lh - срок службы передачи ч.
Максимальная окружная скорость V на 4-ой передаче равна 312 мс а число оборотов будет (Rк=048- радиус колеса автомобиля) равно
N = 60 nВЫХ Lh = 60 620 14 103 = 5208 107
Вычисляем значение коэффициента КFL:
Из таблицы приложения принимаем [OF] = 98 МПа.
Тогда [OF] = K FL [OF]’ = 0602 98 = 58996 МПа = 59 МПа.
Принимаем предварительно:
коэффициент диаметра червяка: q = 25
коэффициент нагрузки: К = 12 .
Определяем межосевое расстояние из условия контактной выносливости:
Из конструктивных соображений принимаем aw=134 мм
Принимаем по ГОСТ 2144-76 стандартное значение m = 16 мм и q = 125.
Межосевое расстояние при стандартных значениях m и q:
Определение основных размеров червяка и венца червячного колеса сведено в таблицу 4.1.
Таблица 4.1- Параметры червяка и колеса
Размеры червяка (мм)
Диаметр вершин витков червяка
Диаметр впадин витков червяка
Длина нарезанной части шлифованного червяка
Делительный угол подъема витка
Размеры венца червячного колеса (мм)
Диаметр вершин зубьев
Диаметр впадин зубьев
Окружная скорость червяка:
Скорость скольжения:
При этой скорости [Н] 161 МПа.
Отклонение что соответствует допустимому значению.
Уточним КПД редуктора при скорости vs = 10 мc приведенный коэффициент трения для безоловянной бронзы и шлифованного червяка ’= 0024 1 = 0024 и приведенный угол трения ρ’ = 1°.
КПД редуктора с учетом потерь в опорах потерь на разбрызгивание и перемешивание масла:
Определим значение коэффициента нагрузки:
где – коэффициент учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий;
– коэффициент учитывающий динамическую нагрузку возникающую в зацеплении.
Коэффициент неравномерности распределения нагрузки:
где - коэффициент деформации червяка.
При Z1 = 4; q = 125; = 98 :
X – вспомогательный коэффициент зависящий от характера изменения нагрузки.
При незначительных колебаниях нагрузки Х = 06.
Для изготовления червячной передачи выбираем 8-ю степень точности тогда Кv = 14.
Коэффициент нагрузки:
Проверяем расчетные контактные напряжения:
Отклонение % что соответствует допустимому значению.
Результат расчета следует признать удовлетворительным т.к. расчетное напряжение ниже допускаемого на 46 % (разрешается до 15%)
Проверка прочности зубьев червячного колеса на изгиб.
Эквивалентное число зубьев:
Коэффициент формы зуба YF = 220.
что значительно меньше вычисленного ранее допускаемого значения
Таким образом прочность зубьев червячного колеса на изгиб обеспечивается.

Задание.docx

Инженерный факультет
по дипломному проекту (работе) студента
фамилия имя отчество
Исходные данные к проекту (работе) _научно-техническая и справочная литература.
Содержание расчетно-пояснительной записки [перечень подлежащих разработке вопросов] 1. Состояние вопроса проходимости грузового автомобиля; 2. Пути повышения опорной проходимости неполноприводных грузовых автомобилей и их эффективность; 3. Проектно-технологические расчеты и решения; 4. Конструкторская разработка; 5. Безопасность труда;
Экологические мероприятия; 7. Технико-экономическое обоснование проекта.
Перечень графического материала [с точным указанием обязательных чертежей]: 1- Классификация дорожной проходимости автомобиля; 2- Способы повышения проходимости автомобиля; 3- Анализ существующих типов дифференциалов; 4- Патентный обзор дифференциалов; 5. Главная передача ГАЗ-53А; 6- Дифференциальная противобуксующая передача; 7- Деталировка; 8- Устройство для улучшения сцепных и тормозных качеств буксующих колес на скользких несущих поверхностях; 9- Технико-экономическое обоснование проекта.
К а л е н д а р н ы й п л а н
Наименование раздела дипломного проекта
Срок выпол-нения задания по разделу
Консультант раздела (ученая степень должность ф. и. о.)
Отметка консультанта о выполнении работ по разделу (дата подпись)
Состояние вопроса проходимости грузового автомобиля
Пути повышения опорной проходимости неполноприводных грузовых автомобилей и их эффективность
Проектно-технологические расчеты
Котрукторская разработка
Экологические мероприятия
Технико-экономическое обоснование проекта